JPH0788937B2

JPH0788937B2 - スラリ−燃焼装置

Info

Publication number: JPH0788937B2
Application number: JP12016986A
Authority: JP
Inventors: 一教佐藤; 邦夫沖浦; 彰馬場; 紀之大谷津
Original assignee: バブコツク日立株式会社
Priority date: 1986-05-27
Filing date: 1986-05-27
Publication date: 1995-09-27
Anticipated expiration: 2010-09-27
Also published as: JPS62280511A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明は燃焼装置に係り、特に燃料として微粉固体を液
中に含有するスラリー燃料の高効率・低公害燃焼を実現
するのに好適なスラリー燃焼装置に関するものである。

＜従来の技術及びその問題点＞ CWM（高濃度石炭−水スラリー）は流体化した燃料であ
り、従来の油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。また燃料通路において燃料たる石炭粒子の
閉塞の問題も生ずるおそれがある。着火性に関しては、
水の蒸発に熱が費されるためであり、微粉炭と比較して
かなり着火距離が長くなる。未燃分の増加に関しては未
解明な部分が少なくないが、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
燃え切らないことと水分による燃焼温度の低下のためで
あることは疑いない。さらに保炎性が悪く火炎がリフト
（浮き上り）した状態では安定な還元ゾーンを形成しに
くいためNOx排出を抑制するのが難しいともいわれてい
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、どうしても噴霧性能にすぐれてかつCWMの燃
焼に適したアトマイザを開発することが肝要である。

第10図は、Ｙジェツトアトマイザと通称され実機ボイラ
において液体燃料について最も実績の多い中間混合式ア
トマイザ（スプレイヤープレートを用いた噴霧装置）の
軸方向断面図である。第11図には、その混合噴出孔にお
ける微粒化機構を模式的に示した。第11図に示すよう
に、混合噴出孔の内壁には燃料液膜ができ、その表面か
らは微小な噴霧液滴が空気力学的作用によつて生じる一
方で、分裂しきれなかつた液膜が噴出孔出口端面（エツ
ジ）でちぎれて粗大な液滴となる。微小な液滴は、微粒
化媒体により加速されかつ気流に乗つて飛行するため噴
出速度が大きく、径は小さいけれども着火しにくい。ま
た大きな液滴は、極端な場合にはその大きさが1mmを超
えることもあり、着火が遅れるばかりか燃え切りも悪
く、CWM燃焼時の最大の問題点である。

またこの燃え切りについては石炭粒子も関連している。
スラリーは粒度分布を規定してスラリー状として供給す
るが、条件によつてはスラリー貯槽内の条件によつては
やや径大となり、スプレヤープレートの燃料通路をふさ
ぐ場合がある。またバーナ自体が火炉の輻射熱を受ける
ことがあり、バーナ使用中バーナ本体の通路内で同化し
剥離してスプレヤープレートの燃料通路を閉塞すること
がある。

従つてこのような閉塞が発生したとき、バーナ使用を停
止してスプレヤープレートの清掃を必要とする。しかし
これを使用中の状態で詰つたものを除きスプレヤープレ
ートよりの噴霧を好適なものにすることが望まれてい
る。

＜発明の目的＞本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、特
に石炭の微粉固体を液中に含有するスラリー燃料の燃焼
に対して、着火性を改善し保炎性能を向上させることに
より、灰中未燃分を低減させかつ排出NOx濃度を減少さ
せる高効率・低公害、併せて燃料通路の閉塞のないスラ
リー燃焼装置を提供するにある。

＜手段の概要＞要するに本発明は、微粒化媒体と燃料が合流混合する噴
出孔の出口を火炉側方向へ少なくとも２段以上に分岐
し、火炎外周を広角に流動する微細液滴群で着火の促進
を図ると同時に狭角でかつ旋回が加わる火炎中心部にO₂
低過剰域をつくり出すことによつてNOxの低減を図るよ
うにしたものである。

また燃料粗粒を運転中に除去できるようスプレヤープレ
ートを挿通する微可動部材を有する構造を併せて提案す
るものである。

＜実施例１＞本発明の実施例を第１、第２、第３図に示す。

第１図、第２図は、中間混合式二流体アトマイザを改善
した実施例で、軸方向断面図でその構造をあらわしてい
る。主噴出孔６は微粒化媒体供給孔４と同軸心に下流側
に位置し上流側で燃料供給孔５と軸心交叉するように接
続する。燃料供給孔５と主噴出孔６の各中心軸の交点８
よりも下流側の位置９が中心軸の交点となるように分岐
噴出孔７が設けられている。本実施例では、主噴出孔と
分岐噴出孔の孔径は同一とした。主噴出孔と分割噴出孔
のバーナ中心軸に対する広がり角度を各々θ₁,θ_２とす
れば、第１図のケース：θ_１＞θ_２第２図のケース：θ_１＜θ_２とした例であるといえる。つまり、第１図の例では分割
噴出孔が火炎中心を向き、逆に第２図では火炎外周を向
くことになる。なお、交点8,9は軸上で一致させる構造
としても差しつかえないと思われるが、少なくとも９を
８よりも下流に設ける方が上流に設ける場合よりも燃焼
向上に対する効果は大きい。

第３図、第４図は、主噴出孔６と分割噴出孔７のバーナ
半径方向および円周方向の位置関係を示す２例である。
第３図では両噴出孔がともに放射状半径方向に配位され
ているが、第４図は分割噴出孔７を噴霧流を旋回させる
目的で円周接線方向に傾斜させた例である。さらに、第
４図とは逆に、分割噴出孔を放射状半径方向に開口し主
噴出孔を旋回方向に開口する例や、主噴出孔と分割噴出
孔を逆旋回方向に開口する例など種々の組合せ構造が考
えられる。

第１図、第２図における二流体アトマイザの混合噴出孔
における微粒化現象を第５図、第６図に模式図として示
す。

第５図の場合：燃料供給孔５からの燃料３は、５とは対向側の噴出孔内
壁へ衝突し液膜に広がる。この液膜は噴出孔途中で分割
噴出孔７へ流れるが、分割噴出孔７の内では液膜表面か
ら微細な液滴が分裂し出口では液膜が分裂する。すなわ
ち、分割噴出孔７では、第８図に示すような通常のアト
マイザ噴出孔からのと同様の微粒化が生じるわけであ
る。一方、主噴出孔６からは、気液の合流部で生じた微
細な液滴のみが噴出する。

第６図の場合：第５図の場合とは逆に、バーナの外側を向く分割噴出孔
７から微細な液滴群が生成する。第７図は、本発明にか
かるアトマイザを用いた場合のバーナゾーン（燃焼境）
の形態のモデルを示すものである。第５図、第６図から
わかるように、バーナ中心軸近傍には燃料分散密度が高
く、低空気比火炎（還元炎）13が形成される。一方、バ
ーナの半径方向周囲は微細な液滴が多いために着火に有
利であり、３次燃焼用空気12と混合して高空気比火炎
（酸化炎）14となる。したがつて単一バーナでも、還元
炎13、酸化炎14の順に燃焼が進行して広義の二段燃焼と
なり、低NOx化が図られることになる。少なくとも、微
小な液滴が２、３次燃焼用空気（各々11、12）と混合し
ていくために着火保炎性が良好になり、還元炎13は高温
で安定なものになると期待できる。

第８図、第９図は燃焼試験結果であり、各々炉内O₂濃度
に対するNOx、灰中未燃分の排出量の変化を示してい
る。

第８図:O₂濃度を下げるに従いNOxは低減するが、従来型
に対して、本発明アトマイザの方が50ppm以上低くな
る。これは上述したように、低NOxのための火炎ゾーン
コントロールの効果によるために他ならない。

第９図：灰中未燃分も、本発明アトマイザの利用によつ
て低減可能になつたことがわかる。これは、特に外周の
酸化炎14によつて火炎が安定保持された効果のためと考
えられる。

以上から、本発明の効果が燃焼試験によつて実証された
ことになる。

＜実施例２＞第12図、第13図に第２実施例の構造を示す。第１実施例
のスプレヤープレートにつき更に運転中の燃料通路の閉
塞を排除できるようにしたものである。分岐噴出孔７の
軸心を錐面状の分割面21が通る可動部材15の中心軸22を
スプレヤープレートを挿通して設け、第12図に示すよう
に軸心方向の変位をさせ、又は第13図に示すように分岐
噴出孔７の半割れが互いに喰い違う軸心まわりの回動を
可能にし閉塞している粒子を除去するようにしている。

なお可動部材15にはスプレヤープレート挿通後蒸気通路
となる孔17をもつ円板状体16取付溶接19をし可動部材の
抜け出しのないようにしている。この可動部材15の変
位、回動は螺合接続する操作棒18により行なうことがで
きる。また軸方向変位と回動はバーナを消火し蒸気を通
して行なうこともできる。

なお前記した本発明にかかるアトマイザは、本文中で特
に例にとりあげ説明したCWMにとどまらず、他の殆んど
全ての液体燃料に対しても好ましい効果を生ずる。

通常のボイラ燃料であるＣ重油はもとより、他のスラリ
ー系燃料（石炭・メタノールスラリー、オイルコーク
ス、水スラリー、ピツチ・水スラリー、COM）や劣質残
渣（アスフアルト等）に対しても、火炎外周の微小液滴
群で着火が促進されることから燃え切りもはやくなり、
燃焼効率を高めることができる。また、このような含有
Ｎ分の多い燃料に対しても、さきに述べたようにバーナ
近傍に安定な還元ゾーンができてかつ外炎外周では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、燃焼用空気との混合が良好になること
から、発煙（煤の発生）防止にも効果がある。

＜効果＞本発明を具体化したことによる効果を列挙すると以下の
ようになる。

（１）着火が促進され、保炎性が良好になる。

（２）上記着火の促進と関連し、灰中未燃分が低減す
るため燃焼効率が上昇する。

（３）短炎化するためにボイラ火炉を小さくできる。
したがつて経済性の面から有利になる。

（４）上記（１）（２）の効果により、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
リー燃料の燃焼にとりわけ有利である。

（５）保炎性の向上によつて、バーナ近傍に安定な還
元ゾーンができて、NOxを低減できる。

（６）微粒化媒体（蒸気）量を増加させる必要性が少
なく、補助動力費の節減にも有利である。

（７）低過剰空気燃焼が可能になる。したがつてイオ
ウ分の多い炭種を用いても伝熱面の低温腐食を防止でき
る。

（８）噴出孔部をセラミツクで成形してあるため、耐
摩耗性が向上する。

（９）また第２実施例の構造を採用するときは、バー
ナを使用中においても閉塞を排除することができる。

以上のように、本発明を実施することは省エネルギ、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
効果が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の実施にかかるスプレイヤープ
レートの部分断面図、第３図、第４図はその部分正面
図、第５図、第６図は噴霧燃料の状態を模式に示す部分
図、第７図はNOx低減に効果をあげるとする模式の燃焼
ゾーンの説明図、第８図は従来のアトマイザと本願発明
にかかるアトマイザの使用によるO₂濃度対NOx値の線
図、第９図はO₂濃度と灰中未燃分率との線図、第10図に
は従来型である中間混合式（Ｙジエツト式）アトマイザ
の軸方向断面図、第11図にはその混合噴出孔における気
液の流動と液体の分裂機構を示す図面、第12図は運転中
閉塞排除のできる本願発明の第２実施例のスプレヤープ
レートの縦断面図、第13図は可動部材を回動させたとき
のスプレヤープレートの正面図である。１……スプレヤープレート、５……燃料供給孔６……主噴出孔、７……分岐噴出孔 15……可動部材、20……ナツト、21……分割面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料と圧力気体を混合して噴霧燃焼させる
一以上の噴出孔を有するスプレヤープレートを設けた燃
焼装置において、燃料と圧力気体の混合したものの通路
たる主噴出孔の混合部下流に該主噴出孔より分岐する一
以上の分岐噴出孔を設けたことを特徴とするスラリー燃
焼装置。
【請求項２】分岐噴出孔の軸心を分割面が通る可動部材
の中心軸を、スプレヤープレートを挿通して設け、該微
可動部材をバーナ軸心方向変位及び又はバーナ軸心まわ
りに回動可能に設けたことを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載のスラリー燃焼装置。
【請求項３】スプレヤープレートをセラミックスで形成
したことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
項記載のスラリー燃焼装置。