JPH0512604Y2

JPH0512604Y2 -

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Publication number: JPH0512604Y2
Application number: JP1988019672U
Authority: JP
Priority date: 1988-02-17
Filing date: 1988-02-17
Publication date: 1993-03-31
Anticipated expiration: 2003-02-17
Also published as: JPH01123044U

Description

【考案の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本考案はボイラ設備や焼却炉設備等に於けるエ
マルジヨン燃焼装置の改良に関するものである。（従来の技術）一般に、残留炭素分の多い低質油を燃料とする
燃焼装置に於いては、多量の媒塵が放出され、公
害等の様々な問題が起生する。そのため、低質油
をエマルジヨン化して燃焼することにより、煤塵
発生量の低減やNOxの低減を図る方法が開発さ
れている。而して、前記エマルジヨン燃焼装置としては
乳化剤を利用して低質油を予かしめエマルジヨン
化し、タンク内に貯留したエマルジヨン油をノズ
ルへ圧送する方式（乳化剤方式）、防滴弁と混
合装置を組合せ、低質油を機械的にエマルジヨン
化してノズルへ圧送する方式（機械的混合方式）
等が開発され、利用に供されている。ところで、低質油のエマルジヨン燃焼に於いて
は、油の均一なエマルジヨン化とエマルジヨン油
の安定性、即ち油・水分離の無いことが、安定し
たエマルジヨン燃焼を達成する上で必須の要件と
なる。又、エマルジヨン燃焼に於いて安定した着火や
円滑な燃焼制御（所謂３位置制御や４位置制御
等）を達成するためには、ノズル先端部の冷却を
防止してこれを適当な温度に保つたり、エマルジ
ヨン油を適当な温度に保持することが必要とな
る。何故ならノズル先端部が冷えている場合に
は、燃料油が冷却されると共に円滑に霧化され難
くなり、着火が極めて不安定になる。又、低燃焼
状態から中・高出力燃焼状態への切換え時に、万
一高出力電磁弁の作動によつて低温のエマルジヨ
ン油が供給されると、大量のCOを発生したり、
火炎の吹き消えを生じることになり、燃焼が極め
て不安定になるからである。しかし、前記乳化剤方式のエマルジヨン燃焼装
置に於いては、乳化剤を必要とするため燃料コ
ストが上昇すると共に、径時変化による油・水の
分離が避けられないこと、燃料の送油時に燃料
配管内に於いて油・水が分離し易いこと等の難点
があり、安定したエマルジヨン燃焼を行ない難い
うえ、万一油・水分離が燃料配管内で発生する
と、燃料ポンプのキヤビテーシヨンや損傷、燃料
ヒータの過熱、配管内の発錆等の様々な支障を生
じることになる。一方、後者の機械的混合方式では、通常第５図
に示す如く、ノズル５０に防滴弁５１を設け、ポ
ンプ５２からヒータ５３，５４を通して過熱した
高温の燃料油５５を流通路５６，５７を通して循
環させ（電磁弁５８は開、電磁弁５９は閉）、燃
焼装置の起動時に予かじめノズル５０を高温燃料
油５５によつて加熱することにより、着火の安定
性を確保するようにしている。即ち、前記防滴弁５１は第６図に示す如く、油
出口５１ａを閉鎖して弁内の圧力を上げると、ピ
ストン弁体５１ｂがスプリング５１ｃに抗して右
方向へ押圧摺動され、開弁するように構成されて
おり、高温燃料油５５を流通させることによりノ
ズル５０が所定の温度に加熱されると、電磁弁５
８が閉にされ（これにより防滴弁開）、低出力燃
焼の状態となる。又、燃焼負荷が増加した場合に
は、電磁弁５９が開放されてノズル６０からも燃
料油が供給され、高燃焼状態となる。尚、第５図に於いて、６１は混合装置、６２は
水供給ラインである。しかし、前記第５図の機械的混合方式の装置に
於いては、ノズル５０の方にのみ防滴弁５１を設
けているため、高出力運転時にノズル６０から低
温の燃料油が噴出されることになり、吹き消え等
を生ずる危険がある。又、これ等の不都合を避けるため、ノズル６０
側にも防滴弁を設けた場合には、防滴弁や電磁弁
の数が増えると共に操作系統が複雑になり、コス
トや保守管理等の面に支障が出ることになる。特
に、制御段数が増加した場合には、これ等の問題
がより顕著になる。更に、防滴弁の数を押えて一基の防滴弁で各ノ
ズルの保温等に対応しようとすると、防滴弁の構
造が複雑化すると共に必然的に大形化となり、取
付けや燃焼上に問題を生ずることになる。（考案が解決しようとする問題点）本考案は、従前のエマルジヨン燃焼装置に於け
る上述の如き問題、即ち乳化剤方式にあつては
油・水の分離が起り易く、燃焼が不安定になり易
いうえ、燃料コストが上昇すること、機械的混
合方式にあつては、燃焼制御の段数が増えると、
防滴弁の数の増加やその制御系統の複雑化を招い
たり、防滴弁の複雑化及び大形化を招くこと等の
問題を解決するものであり、防滴弁の使用を排し
た機械的混合方式によつて極めて簡単に、常に安
定した着火と燃焼制御を行なえるようにしたエマ
ルジヨン燃焼装置を提供するものである。（問題点を解決するための手段）本考案は、循環用燃料油の出入口及び複数の燃
料油と水との混合体の入口を設けた外管の内部
に、先端にノズルを有し且つ内部にエマルジヨン
化を促進する部材を挿着した複数の攪拌用内管及
び当該攪拌用内管の外方に燃料油の循環通路を形
成する仕切板を夫々配設し、前記燃料油の出入口
と循環用通路の両端開口並びに前記各混合体の入
口と各攪拌用管の上端開口を夫々連通するように
した短筒状のステムと；燃料ポンプと加熱ヒータ
とレギユレータとを備え、前記ステムの循環通路
を通して加熱した燃料油を循環させる燃料油循環
回路と；注水ポンプへ並列状に分岐接続した複数
の注水制御弁を備えた注水回路と；前記燃料油循
環回路へ並列状に分岐接続した複数の燃料油制御
弁と；前記各燃料油制御弁の出口側に接続され、
燃料油制御弁からの燃料油と前記各注水制御弁か
らの水とを混合すると共に、当該混合体を前記ス
テムの各攪拌用内管へ供給する複数の注水量制御
オリフイスとを考案の基本構成とするものであ
る。（作用）所定の温度及び圧力に加熱・加圧された重油や
灯油等の燃料油Ａは、燃焼装置の停止中でもステ
ム６の循環通路２２を流通して循環する。その結
果、ステム６は常時高温状態に保持されると共
に、注水量制御オリフイス４等も常時燃料油制御
弁３からの伝熱によつて保温され、燃料油Ａが低
質油であつても着火が円滑に行なわれると共に、
低出力燃焼時や低出力燃焼から高出力燃焼への切
換え時に於ける燃焼がより安定したものとなる。主燃料油循環回路Ｃが所定の温度・圧力になる
と、先ず燃料油制御弁３が開放されてステム６の
ノズル２４から噴出した燃料油Ａに着火される。
その後（又は同時に）注水制御弁１３が開放さ
れ、注水量制御オリフイス４で混合された燃料油
Ａと水Ｂがステム６の攪拌用内管２０内へ供給さ
れる。内管２０内では、燃料油Ａと水Ｂが十分に
強制混合され、所謂エマルジヨン油が形成され
る。形成されたエマルジヨン油はノズル２４から
噴出され、煤塵量の発生の少ない、安定した燃焼
が行なわれる。尚、各燃料油制御弁３及び注水制
御弁１３の開閉を制御することにより、低出力燃
焼や高出力燃焼への切換えを行なう所謂３位置制
御や４位置制御が行なわれる。（実施例）以下、第１図乃至第４図に基づいて本考案の各
実施例を説明する。第１図は本考案に係るエマルジヨン燃焼装置の
全体構成図であり、燃焼装置の燃焼制御を３位置
制御（on−off、低燃焼、高燃焼）とした場合を
示すものである。図に於いてＡは灯油や重油等の燃料油、１は燃
料油ポンプ、２は加熱用ヒータ、３は燃料油制御
弁（３ａは低出力用電磁弁、３ｂは高出力用電磁
弁）である。又、４は注水量制御オリフイス（４
ａは低出力用オリフイス、４ｂは高出力用オリフ
イス）、５はレギユレータ、６はステム、７はバ
イパス弁、８はオイル・エアーセパレータ、９は
リリーフ弁、１０はストレーナであり、燃料ポン
プ１と加熱ヒータ２とレギユレータ５等によつて
燃料油循環回路Ｃが構成されている。更に、Ｂは水、１１は注水ポンプ、１２はスト
レーナ、１３は注水制御弁（１３ａは低出力用電
磁弁、１３ｂは高出力用電磁弁）、１４はチエツ
キ弁、１５はリリーフ弁であり、前記注水ポンプ
１１及び注水制御弁１３等によつて回路Ｄが構成
されている。尚、本実施例は前述の如く３位置制御の燃焼装
置を対象としているため、燃料油Ａ及び水Ｂ側と
も夫々２台の電磁弁３ａ，３ｂ及び電磁弁１３
ａ，１３ｂを使用しているが、４位置制御方式と
なれば前記各電磁弁が夫々３台となることは勿論
である。前記各燃料油制御弁３は第２図に示す如く、弁
箱１６内に形成した一次側通路１７内を燃料油Ａ
が流通するように構成されており、制御弁３の閉
鎖時に於いても、高温の燃料油Ａによつて二次側
通路１８やこれに接続されている注水量制御オリ
フイス４等が有効に加熱されるように構成されて
いる。尚、本実施例では第２図の如く一次側通路１７
内を燃料油Ａが常時流通する構成とした電磁弁を
使用しているが、通常のワン・スルー型の電磁弁
を使用して、これを主管路へ分岐接続するように
してもよいことは勿論である。前記ステム６は、第３図及び第４図に示す如く
長さ300〜500mm、外径30〜60mmφの鋼製外管１９
の内部へ複数の攪拌用内管２０ａ，２０ｂを挿入
固定し、外管１９と内管２０の間の空間を仕切板
２１によつて長手方向に二分割して燃料油Ａの循
環路２２を形成すると共に、各内管２０の先端部
に逆止弁２３とノズル２４を取付けた構成となつ
ている。又、前記各攪拌用内管２０の内部には、燃料油
Ａと水Ｂとを強制混合し、エマルジヨン化を促進
する機能を果す部材２５が挿着されており、本実
施例に於いては前記部材２５として、外表面に螺
旋溝を設けた棒状体が挿着されている。尚、第４図に於いて２６は循環用燃料油Ａの入
口、２７はその出口、２８，２８ａ，２８ｂは燃
料（燃料油Ａ＋水Ｂ）入口である。又、本実施例
では３位置制御用のステムを例示しているため、
前記内管２０が２本になつている。しかし、４位
置制御の場合には、内管２０が３本となる。次に、本件エマルジヨン燃焼装置の作動につい
て説明する。燃料油ポンプ１により加圧された燃料油Ａは、
ヒータ２で所定の温度（130〜150℃）に加熱され
た後、電磁弁３ｂの一次側通路１７→電磁弁３ａ
の一次側通路１７→ステム６内の循環通路２２→
レギユレータ５→オイル・エアーセパレータ８→
ストレーナ１０等より成る燃料油循環回路Ｃを通
つて循環される。燃料油Ａの循環により、電磁弁
３ａ，３ｂに近接して取付けた注水量制御オリフ
イス４ａ，４ｂやステム６が伝熱によつて加熱さ
れる。又、燃料油Ａの圧力はレギユレータ５によ
り所定の圧力（約15〜25Kg／cm²）に調整される。前記燃料油Ａの温度及び圧力の調整が終れば、
燃料系の燃焼準備が完了し、燃焼信号（図示省
略）が入力されることによつて低出力用電磁弁３
ａが開となり、レギユレータ５で調整された圧力
の燃料油Ａがノズル２４から噴出される。一方、注水ポンプ１１により加圧された水Ｂ
は、所定の圧力（燃焼油Ａ系の圧力より約３〜５
Kg／cm²高圧力）でもつて前記燃料油Ａの着火後数
秒乃至＋数秒後に、電磁弁１３ａを通して注水量
制御オリフイス４へ供給される。前記注水量制御オリフイス４内で混合された燃
料油と水は、ステム６の内管２０内で部材２５の
外表面に形成した螺旋溝に沿つて旋回され、強制
混合されることによりエマルジヨン化された後、
ノズル２４より噴霧放出される。尚、前記燃料循環回路Ｃは、燃焼停止中そのレ
ギユーレータ５のバイパス弁７を開として、循環
路内圧を低圧とすることが出来る。燃焼負荷が増加して燃料油系が高出力運転（電
磁弁３ａ，３ｂが開放）に切換えられれば、注水
系も高出力運転（電磁弁１３ａ，１３ｂ開放）状
態に切換えられる。尚、水Ｂの供給圧は、前述の如く燃料油系より
も高圧に設定されており、且つその供給量は供給
圧力、制御オリフイス４の口径、ノズル２４の噴
出口径等を調整することにより、燃料油Ａの種類
に応じて適宜の値（通常主燃料油Ａの供給量の３
〜18％）に調整される。又、実験の結果によれば、後述する如く約５％
程度の注水率に於いて、最高の煤塵低減効果が得
られることが確認されている。前記噴射燃料に対する着火は、着火エネルギー
の大きなパイロツト着火方式の方が望ましいが、
燃料油Ａが着火してから数秒後に注水してエマル
ジヨン化を行なうのであれば、安価なトランス着
火方式であつても十分である。また、前記燃料油Ａは廃油等を含む低質油であ
つても燃焼可能であり、特に水分含有率の高い廃
油の場合には、一定の温度（130〜160℃程度）に
まで加熱することにより安定したエマルジヨン燃
焼が行なえる。（試験結果）第１表は、エマルジヨン燃焼と通常のバーナ燃
焼に於けるダスト濃度、CO₂，O₂，CO，NOx等
を、燃料の種類、燃焼段階（三位置制御に於ける
高燃焼、低燃焼）及び水混入割合を変えて計測し
た結果である。尚、第１表に於いてＣ，Ｂ，Ａは重油の種類
を、低、高は燃焼段階を、35，30はエマルジヨン
水圧（Kg／cm²）を、(13)，(10)は水混入率を、無は
注水なしのバーナ燃焼を夫々表わすものである。
又、燃料油圧は24Kg／cm²である。第２表は前記試験に使用した燃料油の分析値で
ある。試験結果からも明らかなように、エマルジヨン
燃焼に於いてはダスト濃度が大幅に減少する。

【表】

【表】（考案の効果） (1) 本考案では、従前の機械的混合方式のように
防滴弁を使うことなく、高温の燃料油を各電磁
弁の一次側及びステム６を通して循環させ、ス
テム６等を予かじめ加熱すると共に、燃料油制
御弁３、注水制御弁１３、注水量制御オリフイ
ス４及びステムの攪拌用内管２０から成る燃焼
系統を並列状に複数基設ける構成としている。
その結果、燃焼制御の段数が増加しても、エマ
ルジヨン燃焼装置の構造や操作系統が特に複雑
になることもなく、製造コストの大幅な高騰を
招くことなく燃焼制御段数の増加に対応でき
る。 (2) 燃料油４が低質油であつても、常に安定した
着火並びに燃焼を行なうことが出来、煤塵並び
にNOxの発生量も大幅に低減する。特にステ
ム６が循環する燃料油Ａによつて予かじめ高温
に加熱されているため、ノズルより噴出される
エマルジヨン油の温度低下が殆んど起らず、よ
り安定した着火が行なえると共に、燃焼制御時
の低燃焼状態から高燃焼状態への切換え時に於
いても、吹き消えや不安定燃焼等が全く起らな
い。 (3) 燃料油Ａを供給する燃料制御弁の２次側に於
いて水Ｂの注入を行なつているため、水Ｂが燃
料油系統へ混入することは無く、更に、燃料制
御弁３とステム６間の配管も前記燃料制御弁３
からの伝熱によつて保温されているため、この
間に於ける燃料油Ａの温度低下も起らず、燃焼
段階の切換え時に於いてもより安定した燃焼状
態を保持できる。 (4) ステム６の内管２０内にエマルジヨン化を促
進する部材２５を挿着しているため、より理想
的なエマルジヨン油が得られると共に、エマル
ジヨン油がノズル２４の直前で形成されるため
油・水の分離も全く起らず、従前の油・水の分
離に起因する燃焼の不安定や管路内発錆の問題
は皆無となる。本考案は上述の通り優れた実用的効用を有する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例を示す全体構成図であ
る。第２図は燃料油制御弁及び注水制御弁の概要
説明図である。第３図はステムの一部を破断した
縦断面図であり、第４図はステムのａ−ａ視断面
図である。第５図は従前の機械的混合方式を利用
したエマルジヨン燃焼装置の系統図であり、第６
図は第５図のエマルジヨン燃焼装置に於いて使用
する防滴弁の断面概要図である。１……燃料油ポンプ、２……ヒータ、３……燃
料油制御弁、４……注水量制御オリフイス、５…
…レギユレータ、６……ステム、１１……注水ポ
ンプ、１３……注水制御弁、１９……ステム外
管、２０……ステム内管、２２……ステム循環通
路、２５……エマルジヨン化促進部材、Ａ……燃
焼油、Ｂ……水、Ｃ……燃料油循環回路、Ｄ……
注水回路。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】 (1) 循環用燃料油Ａの出入口及び複数の燃料油Ａ
と水Ｂとの混合体の入口を設けた外管１９の内
部に、先端にノズル２４を有し且つ内部にエマ
ルジヨン化を促進する部材２５を挿着した複数
の攪拌用内管２０及び当該攪拌用内管２０の外
方に燃料油Ａの循環通路２２を形成する仕切板
２１を夫々配設し、前記燃料油Ａの出入口と循
環用通路２２の両端開口並びに前記各混合体の
入口と各攪拌用内管２０の上端開口を夫々連通
するようにした短筒状のステム６と；燃料ポン
プ１と加熱ヒータ２とレギユレータ５とを備
え、前記ステム６の循環通路２２を通して加熱
した燃料油Ａを循環させる燃料油循環回路Ｃ
と；注水ポンプ１１へ並列状に分岐接続した複
数の注水制御弁１３を備えた注水回路Ｄと；前
記燃料油循環回路Ｃへ並列状に分岐接続した複
数の燃料油制御弁３と；前記各燃料油制御弁３
の出口側に接続され、燃料油制御弁３からの燃
料油Ａと前記各注水制御弁１３からの水Ｂとを
混合すると共に、当該混合体を前記ステム６の
各攪拌用内管２０へ供給する複数の注水量制御
オリフイス４とより構成したエマルジヨン燃焼
装置。 (2) 水Ｂを常温水とすると共に、燃料油制御弁３
と注水制御弁１３と攪拌用内管２０の数を夫々
２基とし、３位置燃焼制御を行なう構成とした
実用新案登録請求の範囲第１項に記載のエマル
ジヨン燃焼装置。 (3) 燃料油循環回路Ｃを、各燃料油制御弁３の一
次側通路１７を連通せしめて高温燃料油Ａを循
環する構成とすると共に、各攪拌用内管２０の
内部に、外周面に螺旋溝を形成した棒状体をエ
マルジヨン化を促進する部材２５として挿着す
る構成とした実用新案登録請求の範囲第１項に
記載のエマルジヨン燃焼装置。