JPH0318819Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は二流体アトマイザに係り、特に液体と
して水を用いるスラリ燃料の噴霧燃焼を促進する
のに好適な二流体アトマイザに関する。

〔従来の技術〕

高濃度石炭・水スラリ〔以下CWM（Coal
Water Mixtutre）と略記〕は、石炭に少量の水
と微量の添加剤とを混入させ、直接燃焼可能な粉
度にまで微粉砕した燃料であり、COM（Coal Oil
Mixtutre）とは異なり媒体が水である完全な脱
石油燃料として経済的な優位性の面から注目を集
めている。

主として微粉炭燃料に対するCWMの特徴を掲
げると以下のようになる。

(1)液体燃料として輸送、貯蔵、燃焼が可能。

(2)脱水することなく直接燃焼が可能。

(3)燃料系の運用（運転操作・制御）が容易。

(4)貯蔵が容易で、用地の節減が可能。

(5)安全燃料（発火・粉塵防止対策が不要） (6)脱灰することにより高品質燃料化が可能。

さてCWMは液体化した燃料であり、従来のオ
イルと同じようにアトマイザを用いて噴霧燃焼さ
せることができるが、微粉炭と比較した場合の問
題点として、着火性の悪さと未燃分が増大してし
まうことが知られている。着火性に関しては、水
の蒸発に熱が費やされるためであり、微粉炭と比
較して着火距離が４倍以上も長くなることがあ
る。特にアトマイザからの噴出速度が大きいほど
着火性が不良になる。未燃分の増加に関しては、
未解明な部分が少なくないが、少なくとも液滴内
で微小の石炭粒子が疑集しているため微粉炭のよ
うに個々の微小石炭粒子のまま燃えきらないこと
および水分による燃焼温度の低下が起因している
ものとみられる。したがつて、CWMの燃焼効率
を微粉炭並みまで上昇させるには、従来型のアト
マイザでは対応困難であることからCWM燃焼に
より適するアトマイザを開発することが肝要であ
る。すなわちより小さな液滴まで微粉化すると同
時に噴出速度を低く抑えるアトマイザが要求され
る。

従来のアトマイザとして代表例を第７図および
第８図に示す。第７図はＹジエツトアトマイザと
称される中間混合型アトマイザであり、第８図は
内部混合型アトマイザである。

〔考案が解決しようとする問題点〕

第７図に示す中間混合型アトマイザにおいて
は、第９図ａに示すように実缶での使用条件であ
る低気液比では、燃料流路５からアトマイザチツ
プに形成された燃料孔７を介して噴出孔８に供給
される燃料３は、燃料孔７に対面する噴出孔８の
壁面に衝突し、液膜を形成する。この液膜は微粉
化媒体流路４、微粉化媒体孔６および噴出孔８に
供給される微粉化媒体２の空気力学的作用により
分裂し、微細な液滴群９となる。またここで分裂
しきれなかつた液膜は噴出孔８の出口端面から分
裂し、かなり粗大な液滴群１０となる。

このＹジエツトアトマイザは、設計が容易でメ
インテナンスも比較的すぐれたものであるため、
事業用に限らずボイラにおける使用実績はかなり
多い。しかし、噴出速度が大きいことと粗大な液
滴群１０が生じるためにCWM用としてはこのま
までは不適であると考えられる。すなわち噴霧液
滴が高速で噴出するため着火が不良となり、また
石炭粒子が疑集する粗大液滴は未燃分の著しい増
加につながるからである。

一方、内部混合式アトマイザにおいて、燃料３
はスプレイヘツド１１に形成された燃料流路１２
燃料孔１２Ａおよび気液衝突孔１４を経て混合室
１３に導入される。微粉化媒体２は、微粉化媒体
流路１５から微粉化媒体孔１６および気液衝突孔
１４を経て混合室１３に導入され、混合室１３内
の燃料２と混合され、アトマイザチツプ１７に形
成された噴出孔１８から噴出される。

この内部混合式アトマイザの液膜の噴出孔１８
における分裂機構を透明のアクリル製アトマイザ
を用いた観察から予測した結果を、第９図ｂに示
す。第９図ｂにおいて、微細な液滴群９とともに
粗大な液滴群１０が生じており、内部混合式アト
マイザの機構もＹジエツトアトマイザと実質的に
変わりないものと考えられる。ただし、第８図に
示す内部混合式アトマイザは、粗大な液的が生じ
るが、Ｙジエツトアトマイザと比較して噴出速度
が低く、着火性の観点からはCWM用に適してい
る。

しかし、内部混合式アトマイザは、その噴出孔
１８を多孔化してスケールアツプした場合、各噴
出孔１８から燃料が均質に噴射しない点に最大に
欠点がある。

第１０図ａは、第８図のＢ−Ｂ視図であつて、
アトマイザチツプ１７に形成された噴出孔１８の
配置状態を示している。第１０図ａにおいて、バ
ーナ中心軸１９に対し、No.1〜No.6の噴出孔１
８が配置され、第１０図ｂはNo.1〜No.6の各噴
出孔からの噴出流量の測定結果を示している。な
お第１０図ｂ中、破線は各噴出孔で均質に噴出し
たと仮定したときの噴射流量である。第１０図ｂ
から、バーナ中心軸１９に対し下方に位置する噴
出孔（No.4）は、バーナ中心軸１９に対し下方
に位置する噴出孔（No.1）に対し噴出流量が３
倍以上と多くなつていることがわかる。この現像
は、バーナを横にセツトした場合に、燃料が重力
によつて混合室１３内で偏ることに原因があると
考えられる。このように不均質な噴霧状態になる
と、燃料用空気との混合が不良になり、さらに着
火を促進させたり、NOx生成を抑制するための
燃焼ゾーンコントロールが全く不可能となるばか
りでなく、バーナスロートの方向部に未燃の燃焼
がこびりつくようなトラブルも生じてくる。また
実缶では微粉化媒体として蒸気を用いるが、実験
で蒸気を使用した場合に高温蒸気のために混合室
１３内に石炭粒子が乾燥して固着して混合室１３
が閉塞するという不都合も生じた。この閉塞現像
が生じると、噴射流量が低下したりまた噴射圧力
が上昇するため正常なバーナ操作が不可能にな
り、又噴霧の平均粒径も増加してしまう問題があ
る。

本考案の目的は、上記した従来技術の問題点を
解消し、スラリ燃料の燃焼において着火の促進か
らバーナ半径方向に対して均等な火炎をつくり出
しバーナ近傍の燃焼の安定を図ると同時に、灰中
未燃分を低減して燃焼の高効率化を図ることがで
きる二流体アトマイザを提出することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本考案は燃料と微
粒化媒体をアトマイザ内で混合する二流体アトマ
イザではあるが、混合室に微粒化媒体を供給する
微粒化媒体流路を２方向以上の複数の流路とし、
１方向側の流路をアトマイザ噴出部に設けられた
噴出孔と同軸に配置し、他方向側の流路をアトマ
イザ噴出部に設けられた噴出孔と異なる軸上に配
置したものである。

〔作用〕

混合室の内壁面に薄い液膜を形成する燃料は、
アトマイザ噴出部に設けられた噴出孔と異なる軸
上に設けられた微粒化媒体流路から供給され、前
記液膜に垂直に衝突する微粒化媒体により流体力
学的に充分に乱され、微粒化され易い状態とな
る。この状態の液膜は、アトマイザ噴出部に設け
られた噴出孔と同軸上に配置された微粒化媒体流
路から供給される微粒化媒体により効率よく微粒
化され、噴出孔から噴出される。

〔考案の実施例〕

以下、図面に基づいて本考案の実施例を説明す
る。

第１図は本考案の一実施例を示す断面図であ
る。このアトマイザは二重管で構成され、円筒２
１の内部空間側は微粒化媒体流路２２を形成し、
円筒２１と外筒２３で囲まれる環状空間部は燃料
流路２４を形成している。円筒２１は微粒化媒体
管２５に螺合され、その接合部には、パツキン２
６が介設されている。微粒化媒体管２５には燃料
孔２７が穿設され、微粒化媒体管２５には燃料液
膜化用スリツト２８が嵌合されている。燃料孔２
７と燃料液膜化用スリツト２８に形成された燃料
孔２９が一致するようにピン３０により微粒化媒
体管２５と燃料液膜化スリツト２８の位置合わせ
が行われる。微粒化媒体管２５にはバーナ中心軸
に対して垂直方向に配置された噴射孔３１とバー
ナ中心軸に対して所定の角度で傾斜した状態で配
置された噴射孔３２が配置されている。アトマイ
ザチツプ３３にはバーナ中心軸に対して所定の角
度で傾斜し、かつ噴射孔３２と同軸上に配置され
た噴射孔３４が設けられている。アトマイザチツ
プ３３に設けられた噴射孔３４と、微粒化媒体管
２５に設けられた噴射孔３２が互いに同軸上に位
置するようにピン３０により、アトマイザチツプ
３３と微粒化媒体管２５の位置合わせが行われ
る。そして外筒２３にキヤツプナツト３５が螺合
されるとともにアトマイザチツプ３３のフランジ
部にキヤツプナツト３５の突出部が係止してい
る。また外筒２３と微粒化媒体管２５との接合部
にもパツキン３６が介設されている。なお、バー
ナ中心軸に対して垂直方向に配置された噴射孔３
１の断面積とバーナ中心軸に対して所定の角度で
傾斜した状態で配置された噴射孔３２の断面積と
の合計断面積Sgをアトマイザチツプ３３に形成
された噴出孔３４の断面積Siより小さくされてい
る。

次に上記のように構成される二流体アトマイザ
の作用効果について説明する。

燃料２は、燃料流路２４から燃料孔２７および
燃料孔２９を経て混合室３７に入り、その内壁面
上で薄い液膜となる。微粒化媒体３は、噴射孔３
１および噴射孔３２を経て混合室３７に噴射され
る。噴射孔３１はバーナ中心軸に対し垂直方向に
配置されているので混合室３７の内壁面上の液膜
は、この液膜面に垂直に衝突する微粒化媒体によ
り液体力学的に十分に乱され、微粒化され易い状
態となる。そしてこの液滴は噴射孔３４と同軸上
に配置された噴射孔３２から噴射される微粒化媒
体により効率的に微粒化されながら噴射孔３４か
ら噴射される。また噴射孔３１と噴射孔３２との
断面積の合計断面積Sgは噴射孔３４の断面積Si
よりも小さくされているので、燃料２の一部が微
粒化媒体管２５側に逆流して噴射圧力に脈動を生
じる等の現象を回避でき、安定な噴射招待を維持
できる。

第２図は、噴霧の平均粒径d₃₂を気液比に対す
る変化として整理したものであり、第２図中、Ａ
は第１図に示す実施例、Ｂは第７図に示す従来の
アトマイザ、Ｃは第８図に示す従来のアトマイザ
の結果をそれぞれ示している。実験条件の気液比
全範囲にわたつて従来型であるＹジエツト式ある
いは内部混合式によりも、実施例アトマイザの方
がd₃₂が小さい。特に実缶の運転条件に相当する
気液比■１以下の範囲で本実施例はd₃₂の低減率
が大きいことはきわめて有利といえる。これは、
混合室３７の内壁面上の液膜が上流側の噴射孔３
１からの微粒化媒体によつて十分に乱されていた
ことと、薄い液膜が下流側の噴射孔３２から噴出
される気体ブラストによつてかなり効率よく微粒
化されて粗大な液滴が生じなかつたためと考えら
れる。

第３図ａは第１図のＡ−Ａ視図であつて、アト
マイザチツプ３３に形成された噴出孔３４の配置
状態を示している。第３図ａにおいて、バーナ中
心軸１９に対し、No.1〜No.6の噴出孔３４が配
置されている。第３図ｂはNo.1〜No.6の各噴出
孔３４からの噴射流量を斜線入り棒グラフで示
し、斜線なしの棒グラフは第１０図ｂに対応して
いる。

第１図に示すアトマイザでは、従来例と比較し
て燃料が各噴出孔３４にかなり均等に配分されて
いることがわかる。この効果はスリツトによつて
燃料２が重力の影響を受けることなく混合室３７
内で均等に液膜化されたためと推測される。この
ような特性改善によつて火炎は安定化し、燃焼の
ゾーンコントロールが容易になる。

燃焼実験は500Kg／ｈ焚きの中型炉を用いて行
つた。第４図は、気液比に対する着火距離の変化
を示したものである。第８図に示す従来型の内部
混合式アトマイザＣは、混合室１３が一種のダン
パクツシヨンになり噴出速度を低くおさえるもの
とみられる。本発明の実施例Ａでは、混合室３７
の中に微粒化媒体管２５が入るためクツシヨン効
果がそこなわれるのではという危惧があつたが、
実験を行つた気液比の範囲で着火距離は従来例よ
りもかなり短く、保炎性を十分に改善することが
できた。この理由としては、本実施例の方が従来
型内部混合式よりも噴出速度が弱干上昇するにし
ても着火を律する微小な液滴がかなり多かつたた
めであるとおもわれる。

第５図は灰中未燃分低減効果の実施試験結果で
ある。本考案の実施例Ａによりば、従来例Ｂ、Ｃ
よりも未燃分率をかなり減少させることができ
る。第２図に示す噴霧粒径の低減、第３図で示し
た火炎の均質安定化、さらに第４図における着火
性の改良という改善成果を統括すると、本考案に
より燃焼性が著しく向上することがわかる。

なお、燃焼試験は数時間に及ぶものであり実験
としてはかなり長いものであつたが、内混合室３
７内での石炭の堆積、スリツト２８での詰り等の
トラブルは全く発生しなかつた。また、従来式ア
トマイザと比較して噴射圧力が上昇したり脈動が
生じることもなかつた。しかがつて運用・制御上
の問題は殆どないと考えられる。

ここでは、本考案にかかる二流体アトマイザを
点火トーチ用として利用した実施例について述べ
る。

ボイラ起動時における問題点のひとつにいわゆ
る黒煙の発生があげられる。火炉構造を変更せず
バーナの改良のみによつてすすの発生を低減させ
るには、１燃料と燃焼用空気との混合を良好にす
る、２噴霧粒径をできるだけ小さくする、という
２つの方策が得に有効である。

第６図は、第１図に示したアトマイザＡを適用
したボイラにおける発生すす濃度を、第８図に示
した従来型内部式混合式アトマイザＣの場合と比
較したものである。微粒火媒体としては飽和蒸気
を用いた。燃料は軽油である。蒸気アトマイザを
行うと、噴霧と燃焼用空気との混合不良のために
発生すす濃度が増加する傾向があつた。しかし本
考案にかかるアトマイザを用いると、従来型と比
較して発生すす濃度が約半減している。特に実缶
での条件に近い低気液比においての効果が大き
い。これは、前述したように、アトマイザ内部で
スリツトから液膜状に燃料を供給するために第９
図ａに示すような噴霧の偏りがなくなり燃焼用空
気との混合が良好になつてより均質な火炎を形成
できたことと、噴出孔３４と同軸上に設けた噴射
孔３２からの蒸気によつて効率のよい微粒化が行
われ、第９図ｂに示すような出口端面からの粗大
液滴の生成を防げたためであると考えられる。

以上から、本考案にかかるアトマイザは、点火
トーチ用として十分に供しうることが確認され
た。

また、本考案アトマイザを有効に使用するため
には、各孔の相対位置関係を合わせる事が重要で
あるが、本実施例１に示したピン以外にも機械的
接合法としてネジ、はめ込み用凹凸等種々のもの
が同等な効果を発揮する。

〔考案の効果〕

以上のように本考案によれば、液体として水を
使用するスラリ燃料の燃焼において問題となつて
いるバーナ近傍での着火性が著しく改善され、さ
らに粗大な液滴が発生しにくいので未燃焼分を低
減できる。したがつて本考案は燃焼性の劣る高燃
料比炭（燃料比＝固定炭素＋揮発分）を使用する
燃料の燃焼用に特に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す軸方向断面
図、第２図は実施例と従来例のそれぞれの気液比
に対する噴霧平均粒径を示す図、第３図ａは第１
図のＡ−Ａ視図、第３図ｂは実施例と従来例のそ
れぞれの噴出孔からの噴出流量を示す図、第４図
は実施例と従来例のそれぞれの気液比に対する着
火距離を示す図、第５図は実施例と従来例のそれ
ぞれの気液比に対する灰中未燃分を示す図、第６
図は実施例と従来例のそれぞれの気液比に対する
発生すす濃度を示す図、第７図は従来の二流体ア
トマイザの一例を示す軸方向断面図、第８図は従
来の二流体アトマイザの他の例を示す軸方向断面
図、第９図ａは第７図に示すアトマイザ噴出孔に
おける流体の分裂機構を示す模式図、第９図ｂは
第８図に示すアトマイザ噴出孔における流体の分
裂機構を示す模式図、第１０図ａは第８図のＢ−
Ｂ視図、第１０図ｂは第８図のアトマイザにおけ
る各噴出孔からの噴出流量を示す図である。 ２２……微粒化媒体流路、２４……燃料流路、
２７，２９……燃料孔、３０……ピン、３１，３
２……噴射孔、３３……アトマイザチツプ、３４
……噴射孔、３５……キヤツプナツト。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 燃料供給路および燃料を微粉化するための微
   粉化媒体供給路と、燃料供給路から供給される
   燃料および微粉化媒体路から供給される微粉化
   媒体を混合する混合室と、混合室内の混合流体
   を外部に噴出させるアトマイザ噴出部と、を備
   えた二流体アトマイザにおいて、前記微粉化媒
   体路は前記混合室に連通する２方向以上の複数
   の流路を有し、それらの流通路の少なくとも一
   方が前記アトマイザ噴出部に設けられた噴出孔
   と同軸上に配置され、他方は前記アトマイザ噴
   出部に設けられた噴出孔と異なる軸上に配置さ
   れていることを特徴とする二流アトマイザ。 (2) 方向の異なる２つの微粉化媒体供給路の合計
   断面積を前記アトマイザ噴出部に設けられた噴
   出孔の断面積よりも小さくしたことを特徴とす
   る実用新案登録請求の範囲第１項記載の二流体
   アトマイザ。