JPH0510562B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、バーナ装置に係り、特に微粉固体が
液中に懸濁するスラリ燃料の高効率・低公害燃焼
を実現するのに好適なバーナ装置に関するもので
ある。

（従来の技術） 第１０図に、Ｃ重油焚の実機ボイラにおいて実
績の最も多い、いわゆるＹジエツト式アトマイザ
の軸方向断面図を示す。図に示すように、このア
トマイザチツプ１は、中央の微粒化媒体３の通路
の先端部に設けられた微粒化媒体供給孔５および
これに連結された混合通路６と、該混合通路６に
燃料を流入させるための燃料供給孔４とからな
る。しかしこのアトマイザは、噴出速度が大きく
着火が不安定になり易く、また混合噴出孔内部に
液膜が偏つて生じ、それが出口端面（エツジ）で
分裂して粗大な液滴となるために長炎化し、燃焼
全般にわたり燃え切りがかなり遅れてしまう。ま
たバーナにおいて、エアレジスタの調整によつて
低NOx燃焼を行なおうとしても、火炎がリフト
し安定な還元ゾーンができず、NOxの排出量が
増大するという欠点がある。したがつて、このＹ
ジエツト式アトマイザは、実質的にこのままの構
造ではCWM（高濃度石炭・水スラリ）の燃焼に
利用することはできない。

第１１図には、上記Ｙジエツト式アトマイザの
欠点を補うために噴出孔の出口に衝突板（セラミ
ツク製ターゲツト）７を設けたアトマイザの軸方
向断面図を示す。このアトマイザは、粗大な液滴
を衝突によつて再微粒化させ、また噴霧を広角化
してバーナ軸方向の噴出速度を低減させ、保炎性
を向上させることを期待したものであるが、実際
に燃焼テスト（500Kg／ｈ）をおこなつてみると、
噴霧角が大きくなりすぎることが指摘された。な
お、図中、８は金属製覆い、９は止めねじであ
る。すなわち、噴霧液滴がバーナゾーン半径方向
の外側まで貫通してしまい、旋回の強いバーナで
は３次空気との混合域ではじめて着火し、はじめ
の思惑とは逆にNOxが増加してしまうことがわ
かつた。また同じように噴霧角が大きすぎたこと
が原因であるが、バーナスロートに未然の噴霧が
衝突するというトラブルも経験した。このような
ターゲツト構造のまま噴霧のひろがり角度を小さ
くしようとすると、つまりターゲツトの頂角を小
さくしていくと、ターゲツトの表面積すなわち気
液の衝突面積が小さくなつて噴霧粒径が大きくる
という欠点を生じる。いずれにせよ、このままの
衝突方式では、CWMの燃焼改善に供し得ないの
が現状である。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、特に微粒固体を媒体液中に高濃度で懸濁し
たスラリ燃料の燃焼に対して着火性を改善し、か
つ保炎性能を向上させるとともに、灰中未燃分を
低減させ、かつ排出NOx濃度も減少させる高効
率・低公害のバーナ装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 要するに本発明は、中心軸から半径方向にゆる
やかな拡がりを有するロート状のターゲツトを外
側からアトマイザチツプに固着させ、そこへ気液
混合物を衝突させて再微粒化による微粒化の促進
をはかると同時に、噴霧をあまりひろがり角度の
大きくないホローコーン状になるようにしたもの
である。すなわち、本発明は、各流路から供給さ
れる微粒化媒体と燃料を混合流路で混合した後、
噴出孔から炉内に噴射させる二流体アトマイザを
有するバーナ装置において、前記噴出孔出口にロ
ート状の衝突板（ターゲツト）を設け、かつ該衝
突板の衝突面をバーナ中心軸となす角度が少なく
とも10゜以上になる傾斜面で構成したことを特徴
とする。

本発明においては、前記衝突板の外周に、バー
ナの中心軸に対し0゜以上とし、かつ衝突板の傾斜
よりも小さい角度を有するふちを設けることが好
ましい。

また混合噴出孔と同軸の円周上で、各混合噴出
孔の間に少なくとも１つ以上の微粒化媒体のみを
噴射する孔を、前記衝突板表面に対する入射角度
が少なくとも0゜以上になるように設けることが好
ましい。この微粒化媒体のみを噴射する孔は、微
粒化媒体流路よりも内径の小さなオリフイス状の
しぼりを経て設けられた微粒化媒体室に連結させ
たものが好ましい。さらにこの微粒化媒体供給孔
の径は、混合噴出孔の径より小さくすることが好
ましい。

以下、本発明を図面に示す実施例により詳細に
説明する。

（実施例） 第１図は、本発明によるバーナ装置（衝突二流
体アトマイザ）の正面図、第２図は、第１図のＡ
方向およびＢ方向の断面図を示したものである。
このバーナ装置において、アトマイザチツプ１
は、その中心軸に設けられた微粒化媒体３の通路
１８と、該媒体通路１８の外周側に環状に設けら
れた燃料２の通路２Ａと、その先端に設けられた
燃料供給孔４と、前記微粒化媒体と燃料が流入混
合する混合噴出孔６と、混合噴出孔６の間に交互
に設けられた微粒化媒体噴射孔１５とからなる。
混合噴出孔６は、その出口をアトマイザチツプの
火炉側外表面円周上で等間隔になるよう配置され
る。なお、混合噴出孔のバーナ中心軸に対するひ
ろがり角（片振り）をθiとする。

微粒化媒体通路１８の先端には微粒化媒体用の
オリフイス１３が設けられ、またその先（下流
側）には微粒化媒体室１４が設けられ、さらにそ
の側壁からターゲツト１０の方向へ微粒化媒体孔
１５が設置されている。この微粒化媒体孔１５
は、微粒化媒体のみをターゲツト１０に噴射し
て、ターゲツト上で扇状にひろがる噴霧外縁同士
の干渉部をとり払う目的で設けられている。微粒
化媒体室１４は、アトマイザチツプ１と同一体で
加工するのが実質的に不可能であるため、火炉側
から同径の孔をあけ、めくらふた１４Ａを挿入し
て溶接によりシールして設けるとよい。オリフイ
ス１３の径は、微粒化媒体供給孔５の合計断面積
に一致するように決定される。また微粒化媒体噴
出孔１５の径は、混合噴出孔径より小さく、例え
ば1/2にすると、微粒化媒体室１４内の圧力が高
くなり、微粒化媒体が必要以上に微粒化媒体孔１
５の方へ流れてしまうことはなくなる。微粒化媒
体孔１５は、アトマイザチツプ１の火炉側表面の
円周上で混合噴出孔６の間にその出口がくるよう
に配置される。

ターゲツト１０は、耐摩耗性のセラミツクスで
形成され、バーナ中心軸に対しゆるやかなひろが
り角度θtを有する末広がりロート状のリングから
なり、キヤツプナツト１２によつてターゲツト固
定管１１に固定されている。キヤツプナツト１２
は、万一、ターゲツト１０が破損してもその破片
が落下しないようにするためのものである。噴霧
角度は、ほぼθtで規定されるため、必要に応じて
θtを変化させたターゲツトが使用される。これま
での実験結果からは、θt＝25〜40゜程度がCWMの
燃焼に適するものであることがわかつた。θtは、
バーナ中心軸に対する混合噴出孔の角度θiよりも
小さく（θt＜θi）する必要がある。△θ＝θi−θt
が、ターゲツト面に対する気液混合物（微粒化媒
体と燃料）の衝突角（いわゆる入射角）になるわ
けである。ターゲツトの外周端には突起状のふち
１０Ａを設けることが好ましい。このふち１０Ａ
は、ターゲツト上でひろがる燃料液膜を剥ぎとる
目的のために設けられたものであるが、燃料がタ
ーゲツト周端に固着（デポジト）するのを防止す
る効果もある。バーナ中心に対するふち１０Ａの
角度θeは、θe＞0゜にする必要がある。θe＜0゜にな
ると、フローパターンがくずれて不均質な噴霧流
になり易くなる。混合噴出孔６とターゲツト１０
の位置関係は、混合噴出孔６の中心軸の延長線が
ターゲツト１０の表面かまたはふち１０Ａに到達
するようにすればよい。

第１図および第２図の装置において、微粒化媒
体（例えば蒸気、圧縮空気等３は、微粒化媒体流
路１８から供給され、アトマイザチツプ１の微粒
化媒体供給孔５でしぼられたあと混合噴出孔６へ
入る。燃料２は、バーナガン内筒の外周を環状に
流れ、混合噴出孔６の側壁に出口を有する燃料供
給孔４より混合噴出孔６へ供給され、微粒化媒体
と混合した後に火炉内へ噴射される。このとき、
燃料２は、第３図に示すように、微粒化媒体供給
孔５より供給される微粒化媒体３によつて噴出孔
６の片側へ押しやられ、噴出孔内壁面上で液膜と
なる。その液膜表面は、微粒化媒体によつて気体
力学的に撹乱され、表面から微細な液滴が分裂す
る。一方、液膜は噴出孔６の出口端面で分裂し粗
大な液滴となり、さらにターゲツト１０の表面へ
衝突し再微粒化する。このようにして、本アトマ
イザでは微粒化が著しく促進される。また衝突に
よつて噴霧がひろがるために減速し、噴霧のフロ
ーパターンは丸みをおびたつり鐘状になる。噴霧
液滴は半径方向への貫通力が衰えて火炎外周部ま
で飛行しない。そのため火炎の外縁ではO₂過剰
燃焼となり、NOxを低減させることができる。

第４図は、第３図において微粒化媒体噴射孔１
５から微粒化媒体３を噴射し、扇形にひろがる噴
霧の外縁同士の干渉を防ぐ作用を模式的に示す図
である。このようにすれば、第３図の場合の効果
に加えて噴霧液滴の合体を防ぎ微粒化を良好に保
ことができる。

第５図および第６図は、それぞれ混合噴出孔６
と微粒化媒体孔１５の位置関係の実施例を示す正
面図である。第５図は、アトマイザチツプの火炉
側表面の円周上に混合噴出孔６と微粒化媒体孔１
５を交互に、かつ等間隔に配置したもの、第６図
は、混合噴出孔６を２つの微粒化媒体孔１５では
さみつけるように配置したものであり、噴霧同士
の干渉を第５図の場合よりもさらにおさえるよう
に配慮したものである。このように、微粒化媒体
孔の数を増やした場合には、第６図におけるその
径は、第５図の場合の径よりも小さくする必要が
ある。

第７〜９図は、本発明を利用した場合の実験デ
ータを従来型の２種類のアトマイザ（第１０図お
よび第１１図）と比較して示したものである。い
ずれも、アトマイザの性能を知ろうとしたため、
気液比以外の条件は変化させなかつた。

第７図は、気液比に対する噴霧平均粒径₃₂の
変化を示したものである。従来型のＹジエツトア
トマイザ（第１０図）に対し、コーン形状のター
ゲツトを有する従来型の衝突二流体アトマイザ
（第１１図）では、衝突による再微粒化の効果に
よつて₃₂が小さくなるが、本発明になるアトマ
イザ（第１図および第２図）を利用するとさらに
ｄ₃₂が減少し微粒化が促進する。これは、同じ衝
突面（ターゲツト）であつても、本発明アトマイ
ザの方が気液衝突面積が大きいために、再微粒化
作用が効率よく行なわれたものと考えられる。

次に第８図は、各アトマイザにおける気液比に
対するNOxの変化を示したものである。図から、
本発明のアトマイザが最もNOxが低いことがわ
かる。これは、微粒化が良好になり着火が促進さ
れたため、バーナの近傍に安定な還元雰囲気がつ
くり出されたためである。本発明では、従来型の
衝突二流体アトマイザ（第１１図）を改良し噴霧
角を小さくできるようにしたため、噴霧がつり鐘
状になる。したがつて、バーナの外周まで噴霧液
滴が貫通することなく、２次燃焼域でO₂過剰燃
焼となつてNOxを低減させることができる。こ
のようにしてシングルバーナで、NOxを例えば
150ppm以下まで低減することができる。これは
本発明の最大の成果であるといえる。

第９図は、各アトマイザについて気液比に対す
る灰中未燃分率の変化を示したものである。ここ
まで述べてきたように、本発明のアトマイザは、
微粒化が良好であるため着火か著しく促進され、
噴霧液滴内の石炭粒子の燃え切りもかなり速やか
になる。したがつて、灰中未燃分率が低下し、燃
焼効率が上昇する。

なお、衝突面（ターゲツト）は、耐摩耗性にす
ぐれるセラミツクで形成されているため、長時間
にわたる燃焼テストを行なつても噴霧燃焼特性が
劣化することなく、信頼性も高いことが確認され
た。

本発明になるアトマイザは、被燃焼物として
CWMにとどまらず、他の殆んど全ての液体燃料
に適用可能であり、同様な効果を有する。すなわ
ち、通常のボイラ燃料であるＣ重油はもとより、
難燃性といわれる他のスラリ系燃料（石炭・メタ
ノールスラリ、オイルコークス・水スラリ、ピツ
チ・水スラリ、COM、高燃料比炭（燃料比＝固
定炭素／揮発分）を用いたスラリ）や劣質残渣
（アスフアルト等）に対しても、微粒化がきわめ
て良好になることから、燃焼性（着火性や燃え切
り性）が著しく改善され、燃焼効率が向上する。
またこのような含有Ｎ分の多い燃料に対しても、
前記のように、バーナ近傍に安定な還元ゾーンが
でき、かつ火炎外周がO₂過剰燃焼となり、NOx
を低減させることができる。

また、主として軽油を用いる点火トーチのアト
マイザとして利用しても、噴霧粒径が小さくなる
ことや、フローパターンがつり鐘状となつて燃焼
用空気との混合が良好になるといつた効果によつ
て、発煙（すすの発生）を防止することが可能で
ある。

（発明の効果） 本発明を実施したことによる効果は以下の通り
である。

(1) 保炎性の良い火炎を形成できるためにバーナ
近傍に安定な還元ゾーンができて、かつつり鐘
状の噴霧であるため２次燃焼域まで噴霧が貫通
しないために、O₂過剰燃焼が達成されて、
NOxの抑出を抑制できる。

(2) 上記保炎性の向上と関連し、灰中未燃分が低
減するため高効率燃焼が実現できる。

(3) 微粒化媒体の消費量を低減できるため、補助
動力が少なくて済むようになる。

以上のように、本発明を実施することは省エネ
ルギ、環境保全対策にとつて有効であり、非常に
大きな燃焼改善効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のバーナ装置の一実施例を示
す正面図、第２図は、第１図の矢印Ａ方向および
Ｂ方向の断面図、第３図は、本発明になるバーナ
装置の微粒化促進の原理を示す部分断面図、第４
図は、微粒化媒体の噴射によつて噴霧の干渉部を
とり除く効果をそれぞれ模式的に示した図、第５
図および第６図は、それぞれ本発明のバーナ装置
における混合噴出孔と微粒化媒体噴射孔の配置状
況を示す図、第７図、第８図および第９図は、本
発明のバーナ装置を用いた実験結果を、従来装置
と比較して示す関係図、第１０図は、従来型の中
間混合式二流体アトマイザ（Ｙジエツト式アトマ
イザ）を示す断面図、第１１図は、第１０図の装
置に衝突板（ターゲツト）を付設した従来の衝突
式併用二流体アトマイザを示す断面図である。 １……アトマイザチツプ、２……燃料、３……
微粒化媒体、４……燃料供給孔、５……微粒化媒
体供給孔、６……混合噴出孔、７……セラミツク
製衝突板（ターゲツト）、１０……衝突板（ター
ゲツト）、１１……ターゲツト固定管、１２……
金属製覆い、１３……微粒化媒体用オリフイス、
１４……微粒化媒体室、１５……微粒化媒体噴射
孔、１６……噴霧流、１７……微粒化媒体の流
れ、１８……微粒化媒体通路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 各流路から供給される微粒化媒体と燃料を混
   合流路で混合した後、噴出孔から炉内に噴射させ
   る二流体アトマイザを有するバーナ装置におい
   て、前記噴出孔出口にロート状の衝突板（ターゲ
   ツト）を設け、かつ該衝突板の衝突面をバーナ中
   心軸となす角度が少なくとも10゜以上になる傾斜
   面で構成したことを特徴とするバーナ装置。 ２ 特許請求の範囲１において、前記衝突板の外
   周に、バーナの中心軸に対し0゜以上とし、かつ衝
   突板の傾斜よりも小さい角度を有するふちを設け
   たことを特徴とするバーナ装置。 ３ 特許請求の範囲１または２において、前記衝
   突板を、バーナの半径方向外表面から金属製の覆
   いでアトマイザ本体に固着させたことを特徴とす
   るバーナ装置。 ４ 特許請求の範囲１ないし３のいずれかにおい
   て、混合噴出孔と同軸の円周上で、各混合噴出孔
   の間に少なくとも１つ以上の微粒化媒体のみを噴
   射する孔を、前記衝突板表面に対する入射角度が
   少なくとも0゜以上になるように設けたことを特徴
   とするバーナ装置。 ５ 特許請求の範囲４において、微粒化媒体のみ
   を噴射する孔は、微粒化媒体流路よりも内径の小
   さなオリフイス状のしぼりを経て設けられた微粒
   化媒体室に連結されていることを特徴とするバー
   ナ装置。 ６ 特許請求の範囲４または５において、微粒化
   媒体供給孔の径を、混合噴出孔の径よりも小さく
   することを特徴とするバーナ装置。