JPH0454843B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、油、又は、同様のもののような液体
燃料及び（又は）微粉状の固体燃料、特に、石
炭、泥炭、又は、同様のものを燃焼させるため
に、固体燃料の場合には、乾燥状態においてか、
又は、エマルジヨンを形成するように水及び（又
は）油のような液体担体と混合されてか、再循環
する流れの形状を生成する間に、液体燃料と一緒
に燃焼室へ導入され、前記再循環する流れの形状
が、空気の回転する外方の流れにより拘束される
ようになつている燃焼装置に関するものである。

従来の技術 数年来、油、又は、同様のもののような液体燃
料及び微粉状の固体燃料、特に、石炭、泥炭、又
は、同様のものの両方を燃焼させるための多くの
変わつた提案がなされているが、固体燃料の場合
には、大抵は、燃焼室の中へエマルジヨンを形成
するように水及び（又は）油のような担体液体と
の混合物で導入されている。燃焼室への燃料の導
入は、通常、再循環流れ輪郭を生成する間に行な
われ、この流れ輪郭は、回転する空気の外方流れ
により拘束されている。実際には、液体の中にお
ける微粉炭の浮遊燃焼は、比較的困難であること
が証明されている。主な問題は、燃焼室内へ開口
している燃料入口ポート、又は、バーナの詰まり
を防止することにある。また、燃焼効率も限定さ
れている。これらの問題を克服するために、ドイ
ツ特許第145316号明細書は、いわゆる、回転バー
ナ及びトロイダルバーナの組み合わせであるバー
ナを提案している。しかしながら、試験は、なか
んずく、臨界的始動位相の間に、単に、低い効率
がこのバーナにより達成されるだけであることを
示している。この理由は、多分、燃料の霧化が不
十分であり、このために、点火の問題が、特に、
始動位相の間に起こるようになることにある。ま
た、燃料の空気による富化又は混合が不十分であ
り、これにより、効率が同様に減少される。

発明が解決しようとする問題点 上述の従来技術から進めて、本発明は、実際的
に、燃焼空間の内部における完全燃焼が、最小距
離の内部において可能であり、また、燃焼が、固
体燃料が供給される時に、高い度合の効率を有し
て維持されることもできる液体及び（又は）微粉
状の固体燃料を燃焼させるための装置を得ること
を、その目的とするものである。

問題点を解決するための手段 本発明によると、この目的は、添付図面の第１
及び２図に示すように、油、又は、同様のものの
ような液体燃料及び（又は）微粉状の固体燃料、
特に、石炭、泥炭、又は、同様のものを、固体燃
料の場合には、乾燥状態でか、又は、エマルジヨ
ンを形成するように、水及び（又は）油のような
液体担体と混合されてか、液体燃料と一緒に燃焼
室へ導入され、燃料入口ポートが、空気入口ポー
トにより同心に包囲れるようになつている燃焼装
置において、前記燃料入口ポートが、周辺、特
に、円１１，１３に沿つてほぼ均等に分布された
１個、又は、多数の液体燃料入口ポート１０，１
２及び１０，１２′により構成されており、ここ
で、液体燃料入口ポート１０及び固体燃料、又
は、燃料エマルジヨンに対する燃料入口ポート１
２′が、前記周辺に沿つて交互に配置されている
ことを特徴とする燃焼装置により解決される。

本発明においては、燃料は、燃焼空間の中へ細
かく分割された形で導入される。固体及び液体燃
料は、その燃焼室の中への導入の直後に、相互に
混合され、これにより、燃焼が、特に、始動位相
の間に容易に開始されることができるようにす
る。燃料は、燃焼室へ細かに分割された形状で、
霧化円すいとして輪郭を付けられた１個のノズル
（小さなバーナの場合）、又は、多数のノズルバー
ナを経て導入され、そして、固体及び液体燃料に
対するノズルと、入口ポートとの交互の配置によ
り、良好な混合、従つて、その即座の点火が達成
されることができる。特に、導入された燃料は、
細かな燃料粒子、又は、滴に「粉砕」される。こ
のようにして、最大の燃料表面が得られ、これに
より、実際上完全燃焼が、極端に短い距離におい
て達成されることができる。燃焼室は、対応し
て、短い構造を持つことができる。

始動に続いて、油の供給が大いに減少され、あ
るいは、遮断されることさえでき、これにより、
単に、燃焼室の中へ導入される石炭、又は、同様
のものが、乾燥状態においてか、水、油などとの
混合体においてか、燃焼に服させられることがで
きるようにする。この場合、空気の外方の流れ
は、適当には、ほぼ約100℃の温度を有している。
空気の外方の流れの温度が100℃以下である時は、
油の追加の導入が、高い度合の燃焼を維持するこ
とに適当である。

石炭、又は、同様のものの供給を遮断すること
及び単に油、特に、重油だけを燃焼させることも
できる。本発明による構造を有する装置（バー
ナ）は、固体燃料及び液体燃料の燃焼を、別個に
か、又は、ある予定された混合比の下において使
用されることができる。

水が、固体の微粉燃料に体する液体担体媒体と
して使用される時は、高温ガスの一部分の中心の
再循環が、追加して、分解された水の一部分、従
つて、解放された酸素も、燃料入口ポートへ中心
部に戻され、これにより、燃焼が、中空の燃焼噴
霧円すいの内部において追加して開始されるとい
う著しい利点を提供する。

燃焼を開始するためには、単に、純粋の油だけ
を噴射し、それから直ちに、微粉固体燃料が増加
しつつある量で導入されることが好ましい。既に
説明をしたように、空気の外方流れ及び中心に噴
射された圧縮空気並びに随意には固体燃料と混合
された圧縮空気の温度が十分に高い時には、油の
供給は、完全に遮断されることもできる。燃焼が
遮断されるべき時には、逆の過程が行なわれる。
微粉炭が、残つている燃料が油だけであるまで、
益々減少される。これにより、固体燃料入口ポー
トの始動の際における固まること、又は、詰まる
ことが確実に防止される。

同様に、上に説明されたように、本発明による
解決は、油、特に、重油の燃焼に対して、高度に
適しているものである。本発明により採られた手
段により、燃焼室の中へ供給された油の最大程度
の細かい分割、又は、霧化、従つて、極端に大き
な自由燃焼表面が得られ、それ故、実際上、完全
燃焼が、非常に短い距離において達成される。

適当な燃料は、主に、石炭、例えば、硬質石
炭、有煙炭、又は、それらの混合物である。

実施例 以下、本発明をその実施例を示す添付図面の第
１〜４図に基づいて詳細に説明する。

第１図に略図的な縦断面で示されている油及び
（又は）石炭バーナは、燃焼室１６の中に開口す
る燃料入口ノズル、又は、ポート１０，１２′を
含む噴射体、又は、ジエツト体３２から成り立つ
ている。前記のジエツト体３２は、燃焼室１６の
端部壁３３の中に引つ込められており、また、多
数のガス通路、又は、環状通路３５，３７，３
９，４１及び４３により同心状に包囲されてい
る。ジエツト体３２を直接的に包囲しているガス
通路３５は、燃焼室１６の中に、燃料入口ポート
に最も近い入口ポート、又は、環状ポート３６を
介して開口している。より高い温度の燃焼ガスに
より富化されることができる、いわゆる、「一次
空気」が、ガス通路３５を経て流れ、また、入口
ポート３６から出るガスは、100〜200m／ｓ、好
適には、約130m／ｓの流れ速度を有している。
ポート３６を境界している側壁６０及び６２のそ
れぞれは、環状のノズルを与えるように円すい形
状のものである。出る直前に、「一次空気」は、
案内羽根の形状の反らせ部材４６により、約70゜
を反らされ、それ故、それぞれ、ジエツト体３
２、又は、燃焼室１６の長手軸の回りに回転運動
を与えられる。「一次空気」は、ガス通路３５の
中へ、水柱約1000〜1200mmの圧力で吹き込まれ
る。

ガス通路３５は、他のガス通路３７により同心
的に包囲されているが、その燃焼室１６の中に開
口している環状通路、又は、環状ポート３８は、
同様に、円すい形状の側壁６４及び６６により境
界されている。しかしながら、側壁６４，６６
は、環状ポート３８から出るガス流れに、円すい
状の流れ輪郭が与えられるように延びており、ま
た、前記流れ輪郭は、環状ポート３６から出る燃
料及び「一次空気」の反対に向けられた流れ輪郭
に浸透する。この特徴、燃料入口のくぼまされた
位置、いわゆる、「二次空気」に対する環状ポー
ト３８に関する「一次空気」に対する環状ポート
３６により、前記環状ポート３８から出るガス、
又は、空気流れは、既に回転している燃料、又
は、燃料混合体の流れ輪郭の破壊を許し、すなわ
ち、ジエツト体３２からのその流出の直後、又
は、その燃焼室１６の中への進入の直後における
燃料の自由表面の一層の増加を許すようにする。

ガス通路３７を経て流れる、いわゆる、「二次
空気」が、そこから出る前に、それは、同様に、
環状ポート３８の近くに配列されている案内羽根
の形状の反らせ部材４８により反らされ、長手軸
１４の回りに、それに対して約40〜45゜の角度に
おいて回転するようにされる。「二次空気」が出
る流れ速度は、約120〜180m／ｓ、好適には、
140m／ｓである。環状ポート３８の環状のすき
ま幅は、環状ポート３６の環状すきま幅と同様
に、前記すきまを境界している側壁６４，６６の
相対的位置を変えることにより、可変とされる。
無論、「二次空気」が出る流れ速度は、対応して
可変である。「二次空気」は、同様に、環状通路
３８の中へ、水柱約1000〜1200mmの圧力で噴射さ
れる。「二次空気」の反らせ部材４８による反れ
は、「一次空気」の環状ポート３６の近くに配列
されている反らせ部材４６による反れと同じ方向
に生ずる。

好適には、「二次空気」は、高燃焼ガスにより
富化されてはならない。なぜならば、それは、燃
焼室１６の中へ導入される燃料に対する担体媒体
として、余り役立つことが無く、むしろ、前記燃
料の自由表面を増加させ、燃料粒子、又は、燃料
滴を酸素により富化し、又は、燃料粒子、又は、
燃料滴を酸素と一緒に供給する機能を有している
からである。

ジエツト体３２、これを直接的に包囲している
環状通路３５及び「二次空気」が通過する環状通
路３７から成り立つている組立体は、ユニツトと
して燃焼室１６の端部壁３３の中に、それぞれ、
取り付けられるようにされ、それ故、それは、ま
た、対応する、やや変形された組立体と容易に取
り替えられることが可能であるようにする。

「二次空気」に対するガス通路３７は、それ自
体、同心状のガス通路３９により包囲されている
が、このガス通路３９は、他のガス通路４１によ
り包囲されており、また、このガス通路４１は、
最後に、なお他のガス通路４３により包囲されて
いるが、これらの通路は、すべて、同心関係にあ
る。燃焼室１６の中に開口している各環状ポート
は、４０，４２及び４４で現されている。環状通
路３９，４１及び４３を通る流れは、選択的であ
り、好適には、水柱約200〜300mmの圧力で噴射さ
れる空気から成り立つことが望ましい。空気が環
状ガスポート、又は、空気入口ポート４０，４
２，４４から出る前に、この空気は、ポートの付
近に配列されている案内羽根の形状の反らせ要素
５０，５２，５４により反らされ、このようにし
て、長手軸１４の回りに且つ「一次空気」及び
「二次空気」が、反らせ要素４６及び４８により、
それぞれ、反らされる方向と同じ方向に回転運動
を与えられる。

反らせ要素５０は、ガス、又は、空気の流れの
約70゜の反れを生じさせる。反らせ要素５２及び
５４は、ガス、又は、空気の流れの約40〜50゜の
反れを生じさせる。すべての反らせ要素、特に、
最外方のうず要素５４は、それらの角度位置に関
して可変であり、また、このようにして、燃焼さ
せられるべき燃料、又は、燃料混合体につり合う
ようにされることができる。

環状ポート４０から出る空気の流れ速度は、燃
焼が開始すると、約40m／ｓであり、また、全負
荷運転において、約70m／ｓである。環状ポート
４２及び４４から出る空気の流れ速度は、燃焼の
開始時の0m／ｓと、全負荷運転における70m／
ｓとの間を変動する。

「一次空気」及び「二次空気」の吐き出し速度
は、始動と全負荷との間のすべての運転条件の下
において、ほぼ同一のままである。環状ポート、
又は、すきま３６及び３８のすきま幅を、対応し
て増加、又は、減少させることにより変化される
のは、吐き出し容積、又は、処理量だけである。
すきま幅は、同様に変化される。このために、２
個の環状ポート３６及び３８の隣接する、あるい
は、相互に対向する側壁６２及び６４から成り立
つている環状口金６８は、それぞれ、軸方向、又
は、長手軸方向に往復運動をするように、取り付
けられている。第１図に示されている実施例にお
いては、環状口金６８は、２個の一次空気通路３
５，３７を相互から分離している管状のジヤケツ
ト７０に接合されており、これにより、環状口金
６８の軸方向運動が、管状ジヤケツト７０の上の
対応する作用により行なわれるようにする。始動
の間に、環状口金６８は、第１図において右方へ
動かされ、これにより、環状ポート３６及び３８
のすきま幅、従つて、出て行く一次空気の容積が
最大となるようにする。全負荷運転条件に対して
は、逆にされる。すなわち、環状口金６８は、第
１図において左方へ動かされ、これにより、環状
ポート３６と３８との間の開口度が最大となるよ
うにする。「一次及び二次空気の吐き出し容積は、
同様に最大となる。

環状通路４３を通る最外方のガス、又は、空気
の流れは、主に、燃焼室１６の内部における火災
の外側のNOxを減少させる機能を有している。
更に、この流れは、火災の放射方向の広がりを拘
束し、燃焼室１６の側壁の上における沈澱を防止
する。

微粉燃料、例えば、炭素粉が、環状通路３９を
通り、二次空気との混合体が噴射されるか、又
は、二次空気の代わりに、噴射されるかも知れな
い。このことは、特に、全負荷運転の間に生ずる
可能性があり、エネルギーピークの場合に有利と
なる。

本発明による装置の核心は、図示された油燃料
及び固体燃料に対する入口ポート１０及び１２′
の配置を有しているジエツト体３２の構成であ
る。この構成を、第２，３及び４図に基づいて、
詳細に説明をする。

燃料入口は、多数、すなわち、16個の、それぞ
れ、円１１及び１３に沿つて均一に分布された入
口ポート１０，１２′により構成されており、こ
こで、液体燃料、特に、油に対する入口ポート１
０及び固体燃料、又は、燃料エマルジヨンに対す
る入口ポート１２′が、円周に沿つて交互に配置
されている。液体燃料入口１０は、内方に片寄せ
られた円１３に沿つて放射方向外方に向けられて
おり、これに対し、固体燃料入口ポート１２′は、
燃焼室１６の長手軸１４に関して燃焼室１６から
より遠い、又は、より近い円１１に沿う流れの方
向に斜めに、外方向に延びている。

更に、ジエツト体３２、又は、燃焼室１６の長
手軸１４に対して同心状に延びている中央入口１
８が、圧縮空気の噴射のために設けられている。
ジエツト体３２の燃焼室１６に面している端面の
上における石炭、又は、石炭ダストの何らかの沈
澱が、これにより、確実に防止される。中央圧縮
空気入口１８の上流において、連結管２０が分岐
されており、これらは固体燃料入口ポート１２′
の中、すなわち、正しく言うと、それぞれ固体燃
料入口ポート１２′を形成している口金ないしは
ノズル２４の中に開口している（第２及び４図参
照）。ノズル２４は、それぞれ、三角形状の横断
面の輪２６を含んでおり、前記横断面の一つの環
状縁２８は、燃焼室１６の中に開口している入口
ポート１２′を境界し、又は、それぞれ、拘束し
ている。ノズル２４の内部には、入口ポート１
２′の方に向けられた圧縮空気ダクト３０が、ジ
エツト体３２の内部の上記の圧縮空気連結管、又
は、分岐管２０と流体的に連通している。この流
体的連通は、一方では、ジエツト体３２により、
他方では、ノズル２４の内部の環状溝２１により
境界される外方環状空間を介してであり、また、
圧縮空気連結管、又は、分岐管は、前記環状空間
の中に開口しており、また、多数の圧縮空気ダク
ト３０は、更に、前記環状空間に連結されている
と共にノズル２４の周辺の上に、ほぼ一様に分布
されている。

固体燃料入口ポート１２′が形成されている比
較的鋭い環状の縁２８のために、燃料の流れは、
「噴霧円すい」を形成するように粉砕される。こ
の効果は、追加して、圧縮空気ダクト３０を経る
圧縮空気の噴射により増強される。噴射された圧
縮空気により、「噴霧円すい」は、容易に変動さ
れ、あるいは、燃焼されるべき燃料の各希望され
た条件、又は、形式及び品質につり合わされる。
上記の構造により、導入される燃料は、それ故、
既に、数個の分離したノズルに分布され、そこで
燃料は追加して大いに「粉砕」され、これによ
り、最高に細かい分布及び最高に自由な、あるい
は、燃焼に能動的な表面が生ずるようにする。

好適には、口金２４は、ジエツト体３２の中
に、例えば、その中にねじ係合によつて交換自在
に取り付けられることが望ましい。これにより、
燃焼されるべき燃料に対して適応させることを可
能とさせる。種々のジエツト体が、入口ポート１
２′の異なつた寸法及び（又は）圧縮空気ダクト
３０の異なつた個数、又は、寸法により、それぞ
れ、区別されることができる。更に、入口ポート
１２′を境界している環状縁２８が、やや丸めら
れ、段付きとされ、又は、平らとされた口金２４
を設けることも可能である。しかしながら、テー
パしている環状縁２８が、最も適している。

中心の圧縮空気入口１８は、同様に、燃焼室１
６に面しているジエツト体３２の端部の中にねじ
込まれるようにされたインサート１９の内部に配
置されることができる。このようして、入口１８
の自由横断面及び形状を変更することが、異なつ
たインサート１９を使用することにより可能とさ
れる（第２図を第１図と比較して参照のこと。第
１図においては、入口１８の形状は、ほぼ固体燃
料入り口１２′に相当している）。

上に説明をしたように、燃焼室１６に面してい
るジエツト体３２の端面の上の沈澱は、圧縮空気
の中心噴射により避けられる。そこでは、約1500
〜1700℃の温度を有している中央を再循環してい
る燃焼ガスが反らされ、導入される燃料、特に、
入口ポート１２′を介して導入される固体燃料に
より燃焼室１６の中へ再び輸送され、そこで、高
温度の燃焼ガスが、比較的低温度の固体燃料、又
は、燃料エマルジヨンの、その出た直後に点火を
生じさせ、これにより、燃焼過程が燃料入口ポー
ト１２′の比較的に下流の近くにおいて開始され
るようにし、また、この点火は、追加して、特
に、始動位相において、放射方向に（入口ポート
１０を経て）導入される油により増進される。展
開される火災は、一方では、回転による遠心力
と、端部壁３３の領域内の火災エンベロープの外
部を支配している負圧により起こされる力との間
のつり合いにより決定され、他方では、ジエツト
体３２の上流の中央の負圧により起こされる火災
エンベロープにより決定される。

燃焼を開始すると、２個の最外方のガス、又
は、空気通路５２，５４が閉塞される。環状ポー
ト４０は、出る空気の流れ速度が、約40m／ｓで
あるように調節される。環状の口金６８が、上述
のように、燃焼室１６の方へ変位され、これによ
り、側壁６０，６２及び側壁６４，６６の間のす
きまが、それぞれ、減少されるよに、この場合、
「一次及び二次空気の吐き出し溶積が減少され、
一方、吐き出し速度がやや増加される。やや上昇
された排出速度、特に、導入された燃料の方に向
けられた環状ポート３８からの「二次空気」の排
出速度のために、高い粉砕効果が達成される。一
次空気は、始動位相の間に、その約60〜70％、好
適には、90％が、燃料入口に最も近い環状ポート
３６から出るが、そのほんの約30〜40％、好適に
は、10％が、第二に最も近い環状ポート３８から
出るように分割される。

一次空気の全量が増加される全負荷運転の間に
は、一次及び二次空気の割合は、約３：７であ
る。これは、始動すると、ガスの集中された強力
な流れが、導入された燃料の直近において、燃料
を粉砕し、燃料の増加された表面のために、燃焼
の開始を容易とさせるために必要とされることを
示すものである。燃料を極端に小さな粒子、又
は、滴に粉砕することは、追加して、燃料が燃焼
室の中へ、多数の入口ポートを経て導入されると
いう事実により容易とされる。それ故、比較的小
形の燃料が、それが、燃焼室の中へ供給、又は、
噴射される時に、既に、分割されており、この燃
焼室内においては、最初の粉砕が、入口ポートの
近くにおいて生じ、二次の粉砕が、外方のガス、
又は、空気により起こされる。上記の一次及び二
次空気の間における量的割合の変動並びに同時的
の全体としての容量、又は、吐き出し容積の変動
は、例えば、第１図に示されるように、ほぼ台形
の横断面を有している軸方向に可動である環状口
金６８の対応する輪郭により、容易に得られる。
既に、上に説明されたように、案内羽根、又は、
反らせ要素５４により放射方向に最外方の別々の
ガス、又は、空気の反れは、よりわずかに明白と
され、ゼロでさえあることがある。これにより、
火災エンベロープの放射方向の広がりは、著しく
影響をされる。前述の燃焼ガスの一次空気への混
合は、二つの利益を提供する。第一は、液体及び
固体燃料の両方が、通路３４，３６，３８を通る
それらの経路に沿つて予熱されることである。第
二は、ある程度の後燃焼、従つて、増加された効
率が達成されることである。これらの二つの利点
は、より低い酸素含有の欠点を補償する。しかし
ながら、単に、石炭だけが燃焼を受ける時は、燃
焼ガスの混合無しに行うことが適当である。残余
に対しては、より低い酸素含有の欠点は、他の
別々のガス、又は、空気（二次空気）流れの酸素
富化により補償されることができる。石炭−水混
合体が燃焼される時は、水の中における石炭粒子
の均一な分布を確実にする給湿剤を追加すること
が望ましい。

発明の効果 本発明は、上記のような構成及び作用を有して
いるので、液体燃料及び（又は）微粉状の固体燃
料を、比較的小さな燃焼空間内において完全に燃
焼させることが可能である装置を提供するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による装置の第一実施例の一
部分（バーナ部分）を示す略縦断面、第２図は、
第１図に示されたジエツト体を示す縦断面図、第
３図は、第２図によるジエツト体の正面図、第４
図は、それぞれ、固体燃料、又は、燃料エマルジ
ヨンに対する入口を示す拡大断面図である。 １０，１２，１２′…入口ポート、１１，１３
…円、１４…長手軸、１６…燃焼室、１８…中心
入口、２２…環状すきま、２４，６８…口金、２
６…環状部分、２８…縁、３２，６８…ジエツト
体、３３…端部壁、３６，３８，４０，４２，４
４…空気入口ポート、４６，４８，５０，５２，
５４…反らせ要素、６０，６２，６４，６６…側
壁、７０…管状ジヤケツト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 油、又は、同様のもののような液体燃料及び
   （又は）微粉状の固体燃料、特に、泥炭、又は、
   同様のものを、固体燃料の場合には、乾燥状態に
   おいてか、又は、エマルジヨンを形成するように
   水及び（又は）油のような液体担体と混合されて
   か、再循環する流れの形状を生成する間に、液体
   燃料と一緒に燃焼室へ導入され、前記再循環する
   流れの形状は、空気の回転する外方の流れにより
   拘束されるようになつている燃焼装置において、
   前記燃料入口ポートが、周線、特に、円１１，１
   ３に沿つてほぼ均等に分布された１個、又は、多
   数の燃料入口ポート１０，１２′により構成され
   ており、ここで、液体燃料入口ポート１０及び固
   体燃料、又は、燃料エマルジヨンに対する燃料入
   口ポート１２′が、前記周線に沿つて交互に配置
   されており、また、固体燃料又はエマルジヨンに
   対する燃料入口ポート１２′が、燃焼室１６の中
   に開口している燃料入口ポート１２′を含んでい
   る口金２４により形成されており、前記燃料入口
   ポート１２′が、ほぼ三角形状の横断面の縁２８
   により境界されていることを特徴とする液体燃
   料、微粉状の固体燃料を燃焼させるための燃焼装
   置。