JPH0635882B2

JPH0635882B2 - スラリ燃焼用アトマイザ

Info

Publication number: JPH0635882B2
Application number: JP60252528A
Authority: JP
Inventors: 一教佐藤; 邦夫沖浦; 彰馬場
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1985-11-11
Filing date: 1985-11-11
Publication date: 1994-05-11
Anticipated expiration: 2009-05-11
Also published as: JPS62112905A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、スラリ燃焼用アトマイザに係り、特に保炎性
を向上させ排ガス中のＮＯｘと灰中未燃分を低減させる
のに好適なスラリ燃焼用アトマイザに関するものであ
る。

（従来の技術）高濃度石炭・水スラリ（以下、ＣＷＭ（ＣｏａｌＷａ
ｔｅｒＭｉｘｔｕｒｅ））は、石炭に少量の水と微量
の添加剤を混入させ直接燃焼可能な粒度にまで微粉砕し
た燃料であり、ＣＯＭ（ＣｏａｌＯｉｌＭｉｘｔｕ
ｒｅ）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
下のようである。

（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）脱灰による高品質燃料が可能。

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
粉炭として比較して着火距離が４倍以上も長くなること
がある。一方、未燃分の増加に関しては、未解明な部分
が少なくないが、液滴内で微小な石炭粒子が凝集してい
るため、微粉炭のように個々の微小粒子のまま燃えきら
ず、また水分による燃焼温度の低下のためと推定され
る。したがってＣＷＭの燃焼効率を微粉炭並みまで上昇
させるにはどうしても噴霧性能に優れＣＷＭ燃焼に適し
たアトマイザを開発することが肝要である。

以上はＣＷＭを例にとってアトマイザ性能の燃焼に及ぼ
す重要性を説明したが、Ｃ重油を用いる油焚きボイラの
高効率低公害化（低ばいじん低ＮＯｘ化）やボイラ点火
トーチの黒煙（すす）防止対策においても、燃焼へ及ぼ
すアトマイザの寄与する割合は極めて高い。

これまで実機ボイラにおいては、通称Ｙジェット式と称
する多孔式の中間混合式二流体アトマイザが使用されて
いる。第１２図および第１３図は、Ｃ重油焚の実機ボイ
ラにおいて実績の最も多い、Ｙジェット式アトマイザの
軸方向断面図および正面図である。図に示すように、こ
のアトマイザチップ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。この二流体アトマイ
ザは設計が容易でメインテナンスに優れたものである
が、下記のような欠点を有する。

（１）噴出速度が大きいため、特にＣＷＭのように着火
性の劣る燃料の場合は保炎が困難になる。

（２）噴霧流の一部に粗い液適からなる部分があるた
め、微粒化の性能が不十分となり、長炎化する。低質油
の場合はばいじん濃度が増大し、点火トーチでは黒煙が
排出される。

（３）（２）とも関連するが、微粒化特性をよくしよう
とすると微粒化媒体の消費量が多くなり、結果的に補機
動力の増大を招く。

（４）低ＮＯｘ化のために、低Ｏ_２（低空気比）運転を
目指すに際し、微粒化特性不良のため、十分な効果をあ
げることができなかった。

（発明が解決しようとする問題点）本発明の目的は、上記した粒来技術の欠点をなくし、ス
ラリ燃料の燃焼に対して、着火の促進による燃焼の高効
率化と、ＮＯｘの低減を同時に達成できるアトマイザ装
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、主噴出孔と副噴出孔を有するアトマ
イザによって、副噴出孔からの微細な液滴で着火を安定
化させ燃焼の高効率化を図ると同時に、バーナ中心軸の
円周方向またはバーナ中心軸からの傾斜方向に対して燃
焼の濃淡部をつくり出し、ＮＯｘの排出を抑制するよう
にしたものである。すなわち、アトマイザチップ前端面
の同一円周上に間隔をおいて開口する複数の主混合噴射
流路と、該主混合噴射流路の開口部相互間、または前記
円周を形成する円よりも半径が大きい同心円上に間隔を
おいて開口する複数の副混合噴射流路と、該主および副
混合噴射流路にそれぞれ接続された燃料供給流路を備え
たアトマイザ装置において、前記副混合噴射流路の有効
長さＬおよび細長比Ｌ／Ｄを主混合噴射流路の有効長さ
Ｌおよび細長比Ｌ／Ｄよりも大きくし、かつ前記副混合
噴射流路の内径Ｄを主混合噴射流路の内径Ｄよりも小さ
くしたことを特徴とする。

ここで混合噴射流路の有効長さとは、燃料供給流路と混
合噴射流路の中心軸が交わった点から混合噴射流路の出
口までの距離Ｌをいい、このＬを混合噴射流路の内径Ｄ
で除した値を細長比Ｌ／Ｄという。

本発明においては、アトマイザ中心軸に対しより外側に
ある円周上の混合噴射流路の内径を、より内側にある円
周上の混合噴射流路の内径よりも小さくする。

さらにアトマイザ中心軸に対し外側にある円周上の混合
噴射流路のバーナ中心軸に対する傾き角を、内側にある
円周上の混合噴射孔のそれと同じかまたは大きくするこ
とが好ましい。

以下、本発明を図面に示す実施例によりさらに詳細に説
明する。

（実施例）第１図は、本発明による二流体アトマイザの火炉側から
見た正面図、第２図は、その矢印ＡおよびＢ方向の断面
図である。このアトマイザは、アトマイザ本体（チッ
プ）１の中心軸に設けられた微粒化媒体３の流路３Ａ
と、該微粒化媒体流路３Ａに連通して火炉側に向けて放
射状に設けられた主混合噴射流路９および副混合噴射流
路１２と、該主混合噴射流路（以下、主噴出孔という）
９および副混合噴射流路（以下、副噴出孔という）１２
に燃料２を導入して混合させる燃料供給流路（以下、燃
料供給管という）７および１０とから主として構成され
る。主噴出孔９は孔径（ｄ_１）が大きく、アトマイザの
中心軸近傍にひろがり角θ_１を小さくした状態で円周方
向に等間隔に配置されている。一方、口径（ｄ_２）の小
さな副噴出孔１２は、主噴出孔の外側にひろがり角θ_２
を大きくした状態で円周方向に等間隔に配置されてい
る。

主噴出孔９と副噴出孔１２の構造上の特徴を列挙すれば
次のとおりである。

（１）主噴出孔と副噴出孔の噴霧のひろがり角はθ_２＞
θ_１であり、副噴出孔からの噴霧がより広角となる。

（２）噴出孔の孔径はｄ_１＞ｄ_２である。燃焼試験を実
施し、試行錯誤的な検討をくり返した結果、ｄ_１≒２ｄ
_２程度が好適であった。

（３）噴出孔の長さはｌ_１＜ｌ_２とする。

（４）噴出孔の細長比は、ｌ_１／ｄ_１＜ｌ_２／ｄ_２であ
る。副噴出孔のほうをより細長くすることにより、燃料
が微粒化媒体によって十分に乱されるため、良好な微粒
化が行なわれる。本実施例ではｌ_２／ｄ_２＝５（ｌ_１／
ｄ_１）である。

（５）気液の合流角はφ_２＞φ_１である。このようにす
ると、副噴出孔のほうがより急激に気液が衝突するた
め、微粒化が良好になる。

上記のうち、微粒化特性に影響を及ぼすのは（４）、
（５）であるが、本実施例においては、副噴出孔からの
噴霧の平均粒径ｄ₃₂は主噴出孔からの噴霧の平均粒径ｄ
₃₂の半分程度まで減少させることができる。また（２）
〜（５）より、副噴出孔からの燃料の噴射流量は、主噴
出孔からの約１／４程度となる。以上より、第１図に示
した本発明のアトマイザでは、６つの主噴出孔からの噴
霧の中間位置から外方向へ向けて流量は少ないが、粒径
の小さな噴霧が噴射させる状態となる。

次に第１図および第２図に示した本発明のスラリ燃焼用
二流体アトマイザの効果を、燃焼炉における実験データ
に基づき、従来型アトマイザと比較して説明する。

第３図は、アトマイザ先端から着火位置までの着火距離
Ｌｉを気液比Ｗａ／Ｗｌ（質量比：微粒化媒体／燃料）
に体する変化として示したものである。なお、上記アト
マイザの気液比は、主噴出孔と副噴出孔から噴出する燃
料と微粒化媒体を各々加算して比をとる統括気液比とし
た。孔の寸法（径、長さ、Ｌ／Ｄ）から主・副噴出孔の
気液比を推算してみると、副噴出孔の気液比は主噴出孔
の気液比の２．５倍以上になり、副噴出孔からの噴霧は
かなり微細で良好であることが予測される。図からは、
同一気液比で比較すると本発明アトマイザのほうが２０
０mm以上も着火距離が減少しており、保炎性に優れたも
のであることがわかる。これは、副噴出孔からの微細な
噴霧が着火を速やかにして保炎性能の向上に寄与したた
めと考えられる。

次に、排ガス中のＯ_２濃度に対するＮＯｘ濃度の変化を
第４図に示す。実験を行なったＯ_２濃度範囲で、本発明
のアトマイザのほうがおよそ１００ｐｐｍ近くもＮＯｘ
濃度が減少した。バーナのエアレジスタやバーナスロー
ト等の構造を全く変更せずにアトマイザの工夫のみでこ
れだけのＮＯｘ低減効果を得られたことは画期的といえ
る。これは、バーナ中心軸近傍の燃料濃度を増加させ、
ＮＯの還元ゾーンを形成するという低ＮＯｘ化の燃焼ゾ
ーンコントロールがなされたためと考えられる。

第５図は、燃焼性を総括する意味で、灰中未燃分率と排
出ＮＯｘ濃度を比較したものである。第１図に具体例を
示した本発明アトマイザは、第12図に示すところの従来
型Ｙジェットアトマイザに対し測定点がグラフの原点に
近づいており、燃焼性に優れたものであることがわか
る。

以上から、本発明アトマイザを採用するバーナはボイラ
の高効率化・低公害化に寄与し得ることは明らかであ
る。

第８〜１１図は、主噴出孔９と副噴出孔１２の位置関係
をさらに変化させた４つの実施例を示したものである。
第８図は、主噴出孔９と副噴出孔１２をバーナの同一半
径方向軸上に並べて配置したものであり、火炎をバーナ
の円周方向に分割したまま保炎性を向上させることをね
らったものである。第９図は、各主噴出孔９の外周に、
主噴出孔を両側からはさみ込むように２つの副噴出孔１
２を配置したものである。この場合、副噴出孔１２の口
径ｄ_２′は第８図の場合よりさらに３０％程度小さくす
るが、その分だけｌ／ｄ_２′が大きくなるために、微粒
化をさらに良好にすることができる。第１０図は、第８
図の場合とほぼ同様の考え方に基づくものであるが、も
ともと火炎分割化のために噴出孔群が９Ａと９Ｂの２つ
に分かれているアトマイザに本発明を適用したものであ
る。第１１図は、主噴出孔９と副噴出孔１２をアトマイ
ザの同一円周上に等間隔に配置したものである。この場
合は、φ_１＝φ_２およびθ_１＝θ_２となる。

第１図および第２図に示したアトマイザにおいて、アト
マイザの副噴出孔の出口に絞りを設けることにより、微
粒化をさらに促進させることができる。但し、この場合
副噴出孔の内径Ｄは絞りを設ける以前の内径を用い、有
効長さＬは燃料供給流路と副噴出孔の中心軸が交わった
点から副噴出孔の絞りまでの距離Ｌをいうものとする。

本実施例において、絞りの肉厚はなるべく薄い方が好ま
しい。図１４は絞り部を設けた副噴出孔１２の断面図で
ある。図において、副噴出孔１２の出口に薄板状の絞り
部１５が設けられている。本実施例において、絞り部１
５は副噴出孔の内壁にできる液膜を剥ぎ取るためのもの
であり、その断面の肉厚は薄い方が液膜剥ぎ取り効果が
高い。アスファルト等の劣質残渣は安定な供給体制が確
立されれば電力事業用燃料として期待されるが、残留固
形炭素分とＮ分が多く含有することから、燃焼時にはば
いじんとＮＯｘ排出濃度の上昇が問題となる。この課題
を克服するためには、ＣＷＭの場合と同様にあくまで着
火を促進することによる燃焼の高効率化と、燃焼ゾーン
コントロールによるＮＯｘ低減化を実現しなければなら
ない。本発明のアトマイザの副噴出孔の出口に絞りを設
けて着火を促進させたものは、特に重質油等の燃焼用に
有用である。

第６図および第７図は、副噴出孔出口の絞り開口比（噴
出孔の孔径に対する絞り孔の断面積比）を０．２５とし
た本発明のアトマイザを用いて排ガスＯ_２濃度に対する
ばいじんとＮＯｘ排出濃度の変化を、第１２図の従来型
（Ｙジェット式）二流体アトマイザにおける結果と比較
して示したものである。本発明のアトマイザは、同一Ｏ
_２濃度であるならば、ばいじん、ＮＯｘともに、従来の
アトマイザを用いた場合よりも低下させることができ
る。副噴出孔出口の絞り開口比を０．２５程度にするこ
とにより、副噴出孔から噴射される噴霧粒径は１／２程
度まで減少するが、この微粒化特性の改善効果が燃焼性
に現れたためと考えられる。以上のように、副噴出孔出
口に絞りを設けた本発明のアトマイザは、ＣＷＭのみな
らず劣質残渣においても、ばいじん、ＮＯｘの同時低減
が可能であることが確認された。

（発明の効果）本発明によれば、下記のような効果が達成される。

（１）着火が促進され安定な火炎保持が可能になる。ま
た着火の促進と関連し、灰中未燃分率が低減するため高
効率燃焼が達成される。これは燃焼性の劣る高燃料比炭
（燃料比＝固定炭素／揮発分）を用いたスラリ燃料の燃
焼にとりわけ有利である。

（２）微粒化媒体の消費量を低減できるため補機動力が
少なくて済むようになる。

さらに付随的な効果としては、燃料の濃淡ゾーンを形成
すること、また低Ｏ_２運転が可能になるためＮＯｘの排
出を抑制できる。またＣ重油、劣質残渣（アスファルト
等）の燃焼に対してもＮＯｘ生成の抑制と同時にばいじ
ん量を低減できる。

以上のように、本発明を実施することは、省エネルギ
ー、環境保全対策にとって有効であり、非常に大きな燃
焼改善効果が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例を示す二流体アトマイザの正
面図、第２図は、第１図の矢印ＡおよびＢ方向の断面
図、第３〜５図は、本発明の二流体アトマイザの効果を
ＣＷＭの燃焼試験結果として示したもので、第３図は、
微粒化の気液比と着火距離の関係を示す図、第４図は、
排ガスＯ_２濃度とＮＯｘ排出量の関係を示す図、第５図
は、ＮＯｘと灰中未燃分の関係を示す図、第６図および
第７図は、本発明の一実施例である二流体アトマイザを
劣質残渣（アスファルト）の燃焼に利用した結果を示し
たもので、第６図は、排ガスＯ_２濃度とばいじん濃度の
関係を示す図、第７図は、排ガスＯ_２濃度とＮＯｘ濃度
の関係を示す図、第８〜１１図は、主噴出孔と副噴出孔
の配置例を示す本発明のアトマイザの他の実施例を示す
正面図、第１２図および第１３図は、従来型Ｙジェット
二流体アトマイザの軸方向断面図および正面図、第１４
図は、本発明の一実施例における副噴出孔の断面を示す
図である。１……アトマイザチップ、２……燃料、３……微粒化媒
体（蒸気）、４……燃料供給孔、５……微粒化媒体流
路、６……混合流路、７……主噴出孔の燃料供給管、８
……主噴出孔の微粒化媒体供給管、９……主噴出孔、１
０……副噴出孔の燃料供給管、１１……副噴出孔の微粒
化媒体供給管、１２……副噴出孔。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者馬場彰広島県呉市宝町３番36号バブコツク日立株式会社呉研究所内 (56)参考文献実開昭50−142233（ＪＰ，Ｕ) 実開昭55−6647（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アトマイザチップ前端面の同一円周上に間
隔をおいて開口する複数の主混合噴射流路と、該主混合
噴射流路の開口部相互間、または前記円周を形成する円
よりも半径が大きい同心円上に間隔をおいて開口する複
数の副混合噴射流路と、該主および副混合噴射流路にそ
れぞれ接続された燃料供給流路を備えたアトマイザ装置
において、前記副混合噴射流路の有効長さＬおよび細長
比Ｌ／Ｄを主混合噴射流路の有効長さＬおよび細長比Ｌ
／Ｄよりも大きくし、かつ前記副混合噴射流路の内径Ｄ
を主混合噴射流路の内径Ｄよりも小さくしたことを特徴
とするスラリ燃焼用アトマイザ。