JPH08327031A - 液状燃料の燃焼システムおよびアトマイザー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 液状燃料として主に石炭−水スラリー(ＣＷ
Ｍ)を、補助的に油を用いるボイラーの燃焼システム
で、特に油焚からＣＷＭ焚へ切り替える油・ＣＷＭ混焼
時に安定な火炎でかつ迅速に切り替えできるＣＷＭ燃焼
システムを提供する。 【構成】 ＣＷＭ燃焼システムは、油、ＣＷＭ、水蒸気
の各供給管1,2,3及び各流量制御弁8,9,10と、各供給管
から各圧力計13,14,15を介して油、ＣＷＭ、水蒸気を導
入し内部で合流させ、油、ＣＷＭを水蒸気で霧化し、ボ
イラに供給するアトマイザー30と、合流点の圧力計27
と、各供給圧(13,14,15)と合流点の圧力(27)との各差圧
を基に各流量制御弁8,9,10を制御する装置21と、制御デ
ータとして予め実験で求めた上記各差圧、油、ＣＷＭ、
水蒸気の混合比、ボイラ負荷等と火炎の安定性に関する
データを格納する制御データ・メモリ22とから構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液状燃料の燃焼システ
ムに係り、特にボイラの運転において、ボイラの火炉を
予熱する油焚から石炭を懸濁した液状燃料焚への切り換
え時、および石炭を懸濁した液状燃料を燃焼する定常運
転時における火炎の安定性を向上させるに好適な液状燃
料の燃焼システムおよび液状燃料を噴霧化するアトマイ
ザーに関する。

【０００２】

【従来の技術】石炭を懸濁した液状燃料焚ボイラーの立
ち上げでは、まず油焚でボイラー内を予熱し、次に油か
ら石炭を懸濁した液状燃料に切り替える。その際、ボイ
ラーの火炉内での火炎状態を見ながら、石炭を懸濁した
液状燃料の供給量を増やしていくとともに油の給料量を
減らし、ついには油の供給を断つ。以下、石炭を懸濁し
た液状燃料を石炭-水スラリーＣＷＭ（Coal Water Mixt
ure）と記載する。

【０００３】従来、油とＣＷＭは、それぞれ別々の油焚
アトマイザーとＣＷＭ焚アトマイザーから火炉内に供給
している。ボイラ内を予熱する油焚工程では、油と蒸気
を油焚アトマイザーに供給し、そこで油を噴霧媒体であ
る蒸気によって霧化し、ボイラーの火炉へ噴出する。一
方、この油焚工程では、稼動しないＣＷＭ焚アトマイザ
ーが加熱されるため、油焚からＣＷＭ焚に切り替える際
にはＣＷＭ供給直前にＣＷＭ焚アトマイザーのＣＷＭ供
給路を水でパージして冷却する。これは、ＣＷＭ供給路
内のＣＷＭが水分蒸発によって変成・固化するのを防ぐ
ためである。しかし水によるＣＷＭ供給路内のパージ
は、油焚の火炎温度を低下させるため、火炉での失火に
細心の注意を払わなければならない。

【０００４】また、油とＣＷＭの混焼時には、2本のア
トマイザーからそれぞれの燃料をボイラー内に噴霧する
ので、燃料の混合がそれぞれの噴霧領域の重複する領域
に限られて狭くなる。したがって、ＣＷＭ燃焼の助燃剤
である油を多量に費やしている。ＣＷＭ焚アトマイザー
の出口はその周囲にスリット入り傘型の保炎器が取り付
けられており、油焚アトマイザーの出口はこの保炎器内
に組み込まれている。燃料の燃焼性を向上させるため
に、保炎器のスリットを通じて蒸気を旋回流で供給して
いるが、油焚アトマイザー出口が保炎器内に組み込まれ
ているため、蒸気の旋回流および火炎の対称性を妨げて
いる。

【０００５】これらの問題点を解決するためには、油焚
アトマイザーとＣＷＭ焚アトマイザーを一本化したバー
ナにする必要があり、これまでに公知例として特開昭57
-184817号、特開昭昭61-223420号の各公報に開示された
ものがある。油とＣＷＭを別々のアトマイザーから供給
するならば、油量に対する蒸気量およびＣＷＭに対する
蒸気量の比率をそれぞれ一定にセットしておけばよいの
で、蒸気量は油量とＣＷＭ量により決めることができ、
したがって火炉の負荷に対応して油、ＣＷＭおよび蒸気
の各供給量を容易に制御できる。しかし、油焚アトマイ
ザーとＣＷＭ焚アトマイザーを一本化した場合、混在す
る油とＣＷＭとを蒸気により噴霧化するために、蒸気供
給量は、油量とＣＷＭ量により一義的に決まらず、油量
とＣＷＭ量の比率やトータル量によって変化する油とＣ
ＷＭの混在状態を考慮して、バーナ負荷に応じて油、Ｃ
ＷＭ、蒸気の各流量を変化させる必要が生じるため、手
動によるそれら流量の制御は極めて複雑であり、火炎の
安定したボイラー運転が困難となるという問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の油焚
用とＣＷＭ焚用の2本のアトマイザーを用いる場合、ま
た油焚用とＣＷＭ焚用を一本化した両用アトマイザーを
用いる場合でも、アトマイザー内で燃料の油、ＣＷＭを
蒸気で噴霧化する合流点での圧力変動が大きく、これが
火炉内の火炎を不安定にする。従来の燃焼システムで
は、油、ＣＷＭ、蒸気の各供給管に取り付けた圧力計で
供給圧を測定し、その測定値によってそれぞれの流量を
制御しているが、各供給管に取り付けた圧力計では、管
内圧力損失（抵抗）のために合流点での圧力変動を的確
に測定できない。油のように燃えやすい燃料では、合流
点の圧力変動の影響は小さく、火炎を不安定（逆火、失
火）にすることはないが、ＣＷＭのように燃えにくい燃
料では、合流点の圧力変動が火炎を不安定にする。

【０００７】本発明は、燃料と噴霧媒体との合流点での
圧力変動を検出し、その圧力変動を燃料、噴霧媒体の各
流量にフィードバックすることによって、液状燃料を用
いるボイラーの立ち上げから燃焼時における火炎の安定
性、失火防止に優れた液状燃料の燃焼システムおよびア
トマイザーを提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１の液状燃料の燃焼システム（以後、液
状燃料の燃焼システムを単に燃焼システムという）は、
液状燃料を搬送し燃料流量制御弁を有する燃料供給管
と、噴霧媒体を搬送し噴霧媒体流量制御弁を有する噴霧
媒体供給管と、燃料供給管から液状燃料を導入する流
路、噴霧媒体供給管から噴霧媒体を導入する流路および
これら流路の合流部を内部に有し、合流部で燃料を噴霧
媒体により霧化して火炉に噴出するアトマイザーと、ア
トマイザーの入り側の圧力を測定する燃料圧力計及び噴
霧媒体圧力計と、アトマイザー内の合流部の圧力を測定
する合流部圧力計と、制御装置として燃料圧力計の測定
値と合流部圧力計の測定値との差および噴霧媒体圧力計
の測定値と合流部圧力計の測定値との差をそれぞれ第
１、第２圧力差として算出し、第１および第２圧力差を
基に火炉の要求負荷に対応してそれぞれ燃料流量制御
弁、噴霧媒体流量制御弁を制御する装置と、から構成し
たことを特徴とする。

【０００９】そして制御装置は、予め実験で求めた火炉
の要求負荷と第１、第２圧力差のデータに一致するよう
に燃料流量制御弁および噴霧媒体流量制御弁をフィード
バック制御するものである。また液状燃料は石炭を液体
に懸濁した燃料(ＣＭＷ)又は油であり、噴霧媒体は水蒸
気または空気とする。

【００１０】また、本発明の第２の燃焼システムは、Ｃ
ＭＷ流量制御弁を有するＣＭＷ燃料供給管と、油流量制
御弁を有する油供給管と、噴霧媒体流量制御弁を有する
噴霧媒体供給管と、ＣＭＷ燃料供給管からＣＭＷを導入
する流路、油供給管から油を導入する流路、噴霧媒体供
給管から噴霧媒体を導入する流路およびこれら流路の合
流部を内部に有しこの合流部でＣＭＷおよび油の両燃料
を噴霧媒体により霧化して火炉に噴出するアトマイザー
と、アトマイザーの入り側の圧力を測定する燃料圧力
計、油圧力計及び噴霧媒体圧力計と、アトマイザー内の
合流部の圧力を測定する合流部圧力計と、燃料圧力計の
測定値と合流部圧力計の測定値との差、油圧力計の測定
値と合流部圧力計の測定値との差および噴霧媒体圧力計
の測定値と合流部圧力計の測定値との差をそれぞれ第
１、第２および第３圧力差として算出し、第１、第２お
よび第３圧力差を基に火炉の要求負荷に対応してそれぞ
れ燃料流量制御弁、油流量制御弁および噴霧媒体流量制
御弁を制御する制御装置と、から構成したことを特徴と
する。

【００１１】そして制御装置は、予め実験で求めた火炉
の要求負荷と第１〜第３圧力差のデータに一致するよう
に燃料流量制御弁、油流量制御弁、噴霧媒体流量制御弁
をフィードバック制御する。噴霧媒体としては水蒸気ま
たは空気を用いることが好ましい。

【００１２】上記目的を達成するために、本発明の第１
のアトマイザーは、燃料流量制御弁を有する供給管から
燃料圧力計を介して液状燃料を導入する流路と、噴霧媒
体流量制御弁を有する供給管から噴霧媒体を導入する流
路と、これら流路が合流し液状燃料を噴霧媒体により霧
化する合流部と、合流部の圧力を計測するための通路
と、合流部で霧化した燃料を混合し、噴出孔を通じて噴
出する混合室とから構成することを特徴とする。そして
液体燃料は石炭を懸濁した液状燃料または油であり、噴
霧媒体は水蒸気または空気とする。

【００１３】本発明の第２のアトマイザーは、ＣＭＷ流
量制御弁を有する供給管から燃料圧力計を介してＣＭＷ
を導入する流路と、油流量制御弁を有する供給管から油
圧力計を介して油を導入する流路と、噴霧媒体流量制御
弁を有する供給管から噴霧媒体圧力計を介して噴霧媒体
を導入する流路と、これら三流路が合流しＣＭＷおよび
油を噴霧媒体により霧化する合流部と、合流部から霧化
した燃料を導入し、混合し、噴出孔を通じて噴出する混
合室と、合流部の圧力を圧力計に導くための通路と、か
ら構成することを特徴とする。ここで噴霧媒体として水
蒸気または空気を用いる。またＣＭＷを導入する流路、
油を導入する流路および噴霧媒体を導入する流路は、そ
れぞれ単管から構成する。

【００１４】本発明の第３のアトマイザーは、上記第２
のアトマイザーと同じようにＣＭＷを導入する流路と、
油を導入する流路と、水蒸気を導入する流路とを有し、
ＣＭＷを導入する流路と油を導入する流路が合流しＣＭ
Ｗと油を混合する予混合室と、この予混合室の導出路と
水蒸気を導入する流路が合流し、予混合されたＣＭＷと
油を水蒸気により霧化する合流部と、合流部で霧化した
ＣＭＷと油を導入し混合し、噴出孔を通じて噴出する混
合室と、合流部の圧力を圧力計に導くための通路とを備
えていることを特徴とする。そしてＣＭＷ、油および水
蒸気を導入する３流路を三重管が有する３つの通路から
構成し、三重管の最外側通路を水蒸気を導入する流路と
し、最外側通路の内側に隣接する中間通路を油またはＣ
ＭＷの一方を導入する流路とし、三重管の中心にある中
心通路を油またはＣＭＷの他方を導入する流路とするこ
とが好ましい。

【００１５】

【作用】アトマイザー内で液状燃料を噴霧媒体で噴霧化
する合流部での圧力変動が大きく、これが火炉内の火炎
を不安定にする。特に石炭を混濁した燃料（ＣＷＭ）の
ように燃えにくい液状燃料の場合、合流部の圧力変動の
影響がより大きくなる。

【００１６】本発明の第１の燃焼システムでは、アトマ
イザー内における液状燃料（油またはＣＷＭ）と噴霧媒
体との合流部の圧力、アトマイザーへの液状燃料、噴霧
媒体の各供給圧を各圧力計で測定し、合流部の圧力と、
液状燃料、噴霧媒体の各供給圧それぞれとの圧力差を制
御装置で算出し、制御装置がそれら圧力差が所定値にな
るように各流量制御弁を介して燃料、噴霧媒体それぞれ
の流量を調節するので、合流部の圧力変動に対して、迅
速に上記各圧力差が所定値になり、火炉内の火炎が安定
になる。また燃料、噴霧媒体それぞれの流量は火炉の負
荷増減にも迅速に追従する。

【００１７】また本発明の第２の燃焼方法では、アトマ
イザー内におけるＣＷＭと油と噴霧媒体との合流部の圧
力と、アトマイザーへのＣＷＭ、油、噴霧媒体の各供給
圧をそれぞれ各圧力計で測定し、制御装置は合流部の圧
力と、ＣＷＭ、油、噴霧媒体の各供給圧それぞれとの圧
力差を算出し、それらの圧力差が所定値になるように各
流量制御弁を介して燃料、油、噴霧媒体それぞれの流量
を調節するので、迅速に合流部の圧力変動に対して、そ
れぞれ所定圧力差になり、火炉内の火炎を安定化する。
また火炉の負荷増減にも迅速に追従する。

【００１８】本発明の第１のアトマイザーは、内部で液
状燃料を噴霧媒体で霧化する合流部の圧力を圧力計に導
く通路に圧力計を取り付けて合流部の圧力を測定し、こ
の合流部の圧力と液状燃料、噴霧媒体それぞれの供給圧
との差圧を用いて、液状燃料、噴霧媒体の流量を調節す
ることにより、合流部の圧力と液状燃料、噴霧媒体それ
ぞれの供給圧との差圧を所定値にし、火炉内に安定な火
炎を形成する。また混合室では霧化された燃料を均一化
し、火炎の安定化を図る。

【００１９】本発明の第２のアトマイザーは、内部でＣ
ＭＷおよび油を噴霧媒体で霧化する合流部の圧力を圧力
計に導く通路に圧力計を取り付けて合流部の圧力を測定
し、合流部の圧力とＣＷＭ、油、噴霧媒体それぞれの供
給圧との差圧を用いて、ＣＷＭ、油、噴霧媒体の流量を
調節することにより、合流部の圧力とＣＷＭ、油、噴霧
媒体それぞれの供給圧との差を所定値にし、火炉内に安
定な火炎を形成する。また混合室では霧化された燃料を
均一化し、火炎の安定化を図る。またＣＭＷ、油および
噴霧媒体を導入する各流路をそれぞれ単管から構成する
ことにより、大型のアトマイザーを容易に製作できる。

【００２０】本発明の第３のアトマイザーは、内部でＣ
ＭＷおよび油を噴霧媒体で霧化する合流部の圧力を圧力
計に導くための通路をもうけたので、上記第２のアトマ
イザーと同じように、合流部の圧力を測定し、合流部の
圧力とＣＷＭ、油、噴霧媒体それぞれの供給圧との差を
所定値にし、火炉内に安定な火炎を形成する。また噴霧
媒体で霧化する地点よりも上流の予混合室でＣＷＭと油
を混合して、霧化した時の両燃料の混合を促進する。さ
らに、アトマイザー内のＣＷＭ、油、噴霧媒体の三流路
を三重管で構成することにより、ＣＷＭを水蒸気より内
側の流路を通じて供給し、ＣＷＭの熱変成を防止し、火
炎を安定化する。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の液状燃料燃焼システムの実施
例を図面を用いて説明する。 （実施例１）図１は本発明にかかる燃料の供給圧、該燃
料を霧化する噴霧媒体の供給圧、両者の合流点の圧力を
測定する概念図である。本発明の燃焼システムは、燃料
供給管とその燃料供給圧Paを測定する圧力計、噴霧媒体
供給管とその噴霧媒体供給圧Pmを測定する圧力計、燃料
と噴霧媒体とが合流し燃料を霧化する箇所の圧力Pamを
測定するための圧力計を備えている。噴霧媒体の流量と
燃料の流量は、それぞれ噴霧媒体供給圧Pmと合流点の圧
力Pamの差ΔPm(＝Pm−Pam)と、燃料供給圧Paと合流点の
圧力Pamとの差ΔPa(＝Pa−Pam)とで決定される。

【００２２】図２は本発明の実施例として、油、石炭−
水スラリ(ＣＷＭという)、水蒸気の流量を自動制御する
ＣＷＭ燃焼のシステム図で、液状燃料として油とＣＷＭ
を用い、液状燃料を霧化する噴霧媒体として水蒸気を用
い、油焚用とＣＷＭ焚用に別々のアトマイザー5,7を備
えた従来のＣＷＭ燃焼システムに図１に示した概念を組
み込んでいる。このシステムでは、主な液状燃料として
ＣＷＭを用い、補助的な液体燃料として油を単独または
ＣＷＭと混合した状態で用いる。この種のシステムは、
主な液状燃料がＣＷＭであることから、以後、ＣＷＭ燃
焼システムと称することにする。

【００２３】本実施例のＣＷＭ燃焼システムは、油、Ｃ
ＷＭ、水蒸気、水を搬送する各供給管1,2,3,4と、各流
体の流量制御弁8,9,10,11と、油およびＣＷＭの各供給
圧を測定する圧力計13,14と、油焚アトマイザー5、ＣＷ
Ｍ焚アトマイザー7への水蒸気の各供給圧を測定する圧
力計15ａ,15ｂと、油と水蒸気を内部で混合し噴霧状燃
料としてボイラーに供給する油焚アトマイザー5と、Ｃ
ＷＭと水蒸気を内部で混合し噴霧状燃料としてボイラー
に供給するＣＷＭ焚アトマイザー7と、アトマイザー5中
の油・蒸気合流点の圧力を測定する合流点圧力計16と、
アトマイザー7中のＣＷＭ・蒸気合流点の圧力を測定す
る合流点圧力計17と、水蒸気をアトマイザー5及び／ま
たは7に切り換える蒸気切換弁18と、ＣＷＭ／水切換弁1
9と、各流量制御弁および切換弁を自動制御する制御装
置21と、制御に必要なデータを格納する制御データメモ
リ22等から構成されている。

【００２４】ボイラーを予熱する油焚の際、油は、油流
量制御弁8で流量調整されて油供給管1を通じて油焚アト
マイザー5に供給される。油の供給圧は油用圧力計13で
測定する。水蒸気は蒸気流量制御弁10によって流量調整
され、蒸気切換弁19(油焚アトマイザー/ＣＷＭ焚アトマ
イザー切り替え)を介して、油焚アトマイザー5に供給さ
れる。この間、蒸気切換弁19はＣＷＭ焚アトマイザー7
に対して閉とする。蒸気供給圧は油焚アトマイザー5の
蒸気用圧力計15ａで測定する。油は油焚アトマイザー5
内の油と水蒸気の合流点で水蒸気により霧化され、ボイ
ラー内へ放出され、スリット入傘型保炎器20から旋回流
で供給される水蒸気により燃焼する。なお、スリット入
傘型保炎器20は並列配置された油焚アトマイザー5とＣ
ＷＭ焚アトマイザー7を取り巻くようにかつ末広がりに
設置されている。

【００２５】油焚の油と水蒸気の流量調節操作は以下の
手順で行う。油用圧力計13、油焚アトマイザー5の蒸気
用圧力計15ａおよび油・蒸気合流点用圧力計16で測定さ
れる各圧力P1，P3およびP1・3を制御装置21に読み込む。
油供給圧P1と合流点の圧力P1・3との差と、蒸気供給圧P3
と合流点の圧力P1・3との差を計算する。合理的な各圧力
差を、予め入力してある制御データ・メモリ22から取り
出し、油流量制御弁8と蒸気流量制御弁10を操作する。
この操作により、油と水蒸気に関する圧力差が要求され
る合理的な圧力差と等しくように流量調節は実行する。
図２中、破線は各圧力計で測定された圧力を電気信号で
制御装置21へ送信する経路、および制御装置21から各流
量制御弁8,9,10,11へ流量調節の電気信号を送信する経
路である。

【００２６】合流点の圧力P1・3は燃料を霧化する位置で
あるので、圧力の経時変動が大きくなることが予測され
るが、制御装置21および要求・指示圧力センサ22にコン
ピュータを導入することにより極めて迅速な圧力の経時
変動に対する追従性を得ることができる。

【００２７】油焚からＣＷＭ焚への切り替え操作は以下
の手順で行う。まず、ＣＷＭ焚アトマイザー7内のＣＷ
Ｍ供給路を水で冷却する。これは、油焚によって加熱さ
れているＣＷＭ供給路内でＣＷＭ含有の水が蒸発し、Ｃ
ＷＭの固化によって供給路が詰まらないようにするため
である。水流量制御弁11よって水供給管4に水を供給し
て、ＣＷＭ・水切換弁19によりＣＷＭ焚アトマイザー7
に輸送する。この時、ＣＷＭ・水切換弁19はＣＷＭに対
して閉である。次いで、ＣＷＭ・水切換弁19をＣＷＭに
対して開とし、蒸気切換弁18を両アトマイザー5,7に対
して開とすることにより、ＣＷＭ焚アトマイザー7にＣ
ＷＭと水蒸気を供給する。

【００２８】油焚からＣＷＭ焚への切り替えにおいて、
安定した火炎を維持しながら油流量を徐々に少なくし、
ＣＷＭを徐々に多くする。安定した火炎を形成するバー
ナ負荷に対する燃料と水蒸気の流量比は、それぞれ2本
のアトマイザー5,7ごとに決定される。すなわち、油流
量とＣＷＭ流量が決まれば、必然的に水蒸気流量が決ま
る。そこで制御データ・メモリ22に予め、安定した火炎
を形成する圧力差の条件、すなわち油供給圧と油・蒸気
合流点圧力との圧力差と、油焚アトマイザー5への蒸気
供給圧と油・蒸気合流点圧力との圧力差と、ＣＷＭ供給
圧とＣＷＭ・蒸気合流点圧力との圧力差と、ＣＷＭアト
マイザー7への蒸気供給圧とＣＷＭ・蒸気合流点圧力との
圧力差を入力しておき、油流量とＣＷＭ流量の比を徐々
に小さくなるように制御する。

【００２９】ＣＷＭ焚の操作は、14,15b,17の3ケの圧力
計で測定される圧力によってＣＷＭ、水蒸気の各流量制
御弁9,10を自動制御する。ＣＷＭの火炎が不安定になる
場合、油が助燃剤として使用される。このような場合に
でも、油とＣＷＭの混焼の制御操作に迅速に対応できる
制御装置としておけばよい。

【００３０】（実施例２）図３は、本発明の実施例２の
液状燃料の燃焼システムで、油焚・ＣＷＭ焚両用の一本
のアトマイザーを用いる、ボイラーのＣＷＭ燃焼システ
ムを示す。このシステムでは、主としてＣＷＭを用い、
補助的に油を単独またはＣＷＭと混合した状態で用い、
また液状燃料を霧化するために水蒸気が、さらにＣＷＭ
供給路を冷却、洗浄するために水が供給される。

【００３１】このＣＷＭ燃焼システムは、油、ＣＷＭ、
水蒸気および水を搬送する各供給管1,2,3,4と、各流体
の流量制御弁8,9,10,11と、各流体の供給圧を測定する
圧力計13,14,15と、油および/またはＣＷＭからなる燃
料と水蒸気とを内部で混合し噴霧状燃料としてボイラー
に供給するアトマイザー30と、アトマイザー30中の燃料
・蒸気合流点の圧力を測定する合流点圧力計27と、流体
の切換弁25,26と、各流量制御弁および切換弁を自動制
御する制御装置21と、制御に必要なデータを格納する制
御データメモリ22等から構成されている。なお、このシ
ステムの各構成各要素は、第１実施例と機能的に同じも
のは、同じ符号を付している。

【００３２】立ち上げ時にボイラー内を予熱する油焚の
際には、油は、油流量制御弁8によって流量調整され、
油供給管1を通じてアトマイザー30に供給される。この
ときの油の供給圧は油用圧力計13で測定する。噴霧媒体
としての水蒸気は、蒸気流量制御弁10によって流量調整
され、蒸気供給管3を通じてアトマイザー30に供給され
る。この時の蒸気供給圧は蒸気用圧力計15で測定する。
アトマイザー30中の油と水蒸気との合流点の圧力は燃料
・蒸気合流点用圧力計27で測定する。アトマイザー30内
の油と水蒸気が混合する位置で油は霧化されアトマイザ
ー30からボイラーの火炉23内へ放出し、スリット入傘型
保炎器20から水蒸気を旋回流で供給することにより燃焼
する。

【００３３】油焚の際の油と水蒸気の流量調節操作は以
下の手順で行う。油用圧力計13、蒸気用圧力計15及び燃
料・蒸気合流点用圧力計27で測定される各圧力を制御装
置21に読み込み、油供給圧と合流点の圧力の差と、蒸気
供給圧と合流点の圧力の差を計算する。制御装置21は、
制御データメモリ22に予め記憶されている合理的な各圧
力差を参照し、計算した各圧力差ががこれらの値に合う
ように油流量制御弁８と蒸気流量制御弁１０を操作す
る。制御データメモリ22には必要な燃焼データが記憶さ
れている。燃焼データは予め実験を行い、良好な火炎が
得られる条件、例えばボイラー負荷に対応して油/水蒸
気流量比、油流量と圧力差の関係、水蒸気流量と圧力差
との関係、負荷増減プログラム等を求めておく。その
他、ＣＷＭおよび水蒸気による燃焼、ＣＷＭ、油および
水蒸気による混焼についても同様にしてデータを格納し
ておく。

【００３４】本実施例では、油焚からＣＷＭ焚への切り
替えにおいて、アトマイザー30内のＣＷＭ供給路内を油
でパージでき、油焚の火炎温度の低下させることなく安
定した火炎を持続できるようになっている。この場合、
切換弁25をＣＷＭ供給管2方向に開とし、またＣＷＭ・
水・油切換弁26を油に対して「開」、かつＣＷＭに対して
「閉」とすることによりアトマイザー30内のＣＷＭ供給路
に油を流入する。

【００３５】次に、ＣＷＭ・水・油切換弁26をＣＷＭに
対し「開」とし、水及び油に対し「閉」とすることにより、
アトマイザー30にＣＷＭを供給する。それと同時に、水
蒸気流量弁10を制御してＣＷＭの流量に対応する水蒸気
を供給する。その後の油とＣＷＭの混焼時においては、
油用、ＣＷＭ用、水蒸気用および燃料・蒸気合流点用の
各圧力計13,14,15,27で測定される圧力によって油、Ｃ
ＷＭ、水蒸気の各供給バルブ8,9,10を自動制御する。

【００３６】１本のアトマイザーで油焚からＣＷＭへ切
り替えるので、安定した火炎を形成する負荷に対する油
とＣＷＭの混合燃料と水蒸気との流量比は、油とＣＷＭ
の流量比ごとに変化する。したがってコンピュータを導
入し、迅速な圧力の経時変動に対する追従性が必要にな
る。そこで、制御データメモリに予め、安定した火炎を
形成する圧力差の条件、すなわち油とＣＷＭの流量比毎
の油・ＣＷＭ・蒸気合流点の圧力と油供給圧の圧力差
と、油・ＣＷＭ・蒸気合流点の圧力と蒸気供給圧の圧力
差と、油・ＣＷＭ・蒸気合流点の圧力と蒸気供給圧の圧
力差とを入力しておき、油流量とＣＭＷ流量の比を徐々
に小さくなるように制御する。一本のアトマイザー30を
スリット入傘型保炎器20の中心に設置するので、スリッ
トから供給される水蒸気の旋回流の対称性が得られる。
そのため、火炎の安定性が向上し、ＣＷＭの火炎が不安
定になる場合、ＣＷＭの助燃剤である油の依存性を低減
できる。

【００３７】ＣＷＭ焚においては、3ケの圧力計、即ち
ＣＷＭ用圧力計14、蒸気用圧力計15、合流点用圧力計27
測定される圧力によって、ＣＷＭ、水蒸気の各流量制御
弁9,10を自動制御する。図２に示すそれぞれ油専用、Ｃ
ＷＭ専用である２本のアトマイザーを備えたＣＷＭ燃焼
システムでは、ＣＷＭ供給管を水でパージするようにな
っているが、図３に示す本実施例のＣＷＭ燃焼システム
では、ＣＷＭ供給管を油でパージできるので、燃焼過程
において水を使用する必要はない。立ち上げ以前のＣＷ
Ｍ供給管内の洗浄に用いる。図２のＣＷＭ燃焼システム
では６ケ所の測定を必要とするのに対して、図３に示す
ＣＷＭシステムでは４ケ所の圧力測定でよいため、油と
ＣＷＭ混焼時における油、ＣＷＭ、上記の各流量調節が
容易かつ迅速となる。

【００３８】図４は図３に示す燃焼システムに用いるア
トマイザー30の断面図である。このアトマイザー30は
油、ＣＷＭ、水蒸気の各供給路の合流点を内部に有し、
内部で油/ＣＷＭの各種燃料と水蒸気を混合し噴霧化す
る内混型アトマイザーである。アトマイザー30は、本体
内部に並行して油供給路31、ＣＷＭ供給路32、蒸気供給
路33を形成され、これら供給路31,32,33は上流でアトマ
イザー30内の一つの位置34で合流し、それから混合室35
へと導かれる。合流点34では油及び/又はＣＷＭが水蒸
気により噴霧化され、混合室35では均質な燃料として混
合され、そしてミストとして混合室35前面に設けた噴出
口36から火炉内に四方にひろがるように供給される。ア
トマイザー5の先端部周囲に取り付けられた保炎器(図示
なし)をすり抜けて供給される水蒸気の旋回流の対称性
を考慮すれば、油供給路31とＣＷＭ供給路32と蒸気供給
路33はA-A断面のように三角形配列となり、油、ＣＷ
Ｍ、水蒸気の合流点はB-Bに示すように三角形配列の中
心となる。図４では各供給路31,32,33を三角形配列で断
面積を同一としたが、各供給路の配列は三角形配列とは
限らず、また、流体の粘性に起因する流路内圧力損失を
考慮して最適な断面積を選択すればよい。またアトマイ
ザーが大型（例えば直径500mm）の場合には、各供給路
を配管で構成して、それらを中空管の本体中に配置し、
本体の上流部に合流点と混合室を設けたものとする。

【００３９】ここで、図７に本実施例のＣＷＭ燃焼シス
テムと従来のＣＷＭ燃焼システムおけるバーナ負荷に対
する油流量とＣＷＭ流量の変化をグラフを示す。なお、
従来のＣＷＭ燃焼システムとは、図２に示すシステムか
ら、油・蒸気合流点用圧力計16、及びＣＷＭ・蒸気合流
点用圧力計17を除いたものである。図７中、実線は本実
施例のＣＷＭ燃焼システムにおける流量変化を、一点破
線は従来のＣＷＭ燃焼システムにおける流量変化を示
す。本実施例によれば、油焚からＣＷＭ焚への切り替え
が迅速であるので、その際の油流量を低減でき、ＣＷＭ
流量を増加できる。これは、バーナ負荷を最大にするま
での総時間を短縮できることにもなる。

【００４０】（実施例３）図５は本発明の実施例の別の
アトマイザーの構造を示す断面図である。このアトマイ
ザーは、油およびＣＷＭの燃料を水蒸気で霧化する前に
混合する内混型であり、図４に示すアトマイザー30の代
わりに用いることができる。本実施例の内混型アトマイ
ザー40は、入口部が3重管構造であり、中心穴をＣＷＭ
供給路42とし、穴42の周りの環状断面流路を油供給路41
とし、最外周の環状断面流路を蒸気供給路43としてい
る。そして油供給路41に流入した油とＣＷＭ供給路42に
流入したＣＷＭとを混合する予混合室44を設け、その下
流で、燃料としての油・ＣＷＭ混合物と蒸気供給路43に
流入した水蒸気とを合流させて霧化する燃料・蒸気合流
点45を設け、これよりさらに下流の混合室36で油、ＣＷ
Ｍ、水蒸気を均質に混合させて、噴出口34からボイラー
燃焼炉に供給する。このように予混合室44と混合室36を
設けることにより、本実施例の内混型アトマイザー40
は、油とＣＷＭの混焼時において両者の混合を、より促
進する作用を備えている。アトマイザー40は、最内側の
孔をＣＷＭ供給路42とすることによりボイラーからの放
射熱を受けにくくし、さらにＣＷＭ供給路42となる孔の
外側に設けた環状の流路を油供給路41とすることにより
ＣＷＭ供給路42を冷却する作用を備えている。図３に示
すＣＷＭ燃焼システムと図５に示すアトマイザーを組み
合わせることにより、油焚からＣＷＭ焚への切り替え時
間および油とＣＷＭの混焼における油の消費量の低減を
可能にする。

【００４１】（実施例４）図６は本発明の実施例となる
さらに別のアトマイザーの構造を示す断面図である。こ
のアトマイザーは図４に示すアトマイザーの代わりに用
いることができるものである。このアトマイザー50は、
Y-JET型で、アトマイザー本体の中心部に形成された穴
を蒸気供給路53とし、この蒸気供給路53は本体先端部で
分岐して、前方斜め方向に放射状に延びる複数のノズル
孔56に接続している。そして各ノズル穴56の長手方向の
途中にＣＷＭ、水蒸気の各供給路の出口が形成されてお
り、この出口部分が燃料・蒸気合流点55となる。この型
のアトマイザーは、ノズル孔の数の組数だけ油供給路51
及びＣＷＭ供給路52が本体内部に形成されることにな
る。燃料・蒸気合流点55の圧力測定は、蒸気供給路53を
通り燃料・蒸気合流点55まで先端延びる細い管54の元部
に圧力計を設置して行う。また、燃料・蒸気合流点は例
えば4箇所であるとすれば、アトマイザーの対称性を考
慮すれば、その内の一つを圧力測定すればよい。

【００４２】以上、本発明の各実施例ではＣＷＭ燃焼シ
ステムおよびそのシステムに用いるアトマイザーを説明
したが、主な液体燃料として必ずしもＣＷＭに限定され
るべきものではなく、石炭−アルコールやオリマルジョ
ン（タール−水）をも含むものである。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、第１の液状燃料の燃焼
焼システムは、アトマイザーへの液状燃料の供給圧、噴
霧媒体の供給圧と、アトマイザー内部での液状燃料と噴
霧媒体の合流部の圧力との差圧を基に、液状燃料、噴霧
媒体それぞれの流量を制御するよう構成したので、合流
部の圧力変動に迅速に対応して液状燃料、噴霧媒体を安
定供給でき、火炉内の火炎を安定化できる。また火炉の
負荷増減にも迅速に追従でき、ボイラーの立ち上げから
燃焼時に火炎を安定にし、失火を防止できる。

【００４４】また本発明の第２の液状燃料の燃焼方法
は、アトマイザーへの石炭を混濁した液状燃料（ＣＷ
Ｍ）、油、噴霧媒体の各供給圧と、アトマイザー内でＣ
ＷＭ、油を噴霧媒体で霧化する合流部の圧力との各差圧
を基に、燃料、油、噴霧媒体それぞれの流量を調節する
よう構成したので、合流部の圧力変動に迅速に対応して
ＣＷＭ、油、噴霧媒体を安定供給でき、ボイラー運転が
複雑な油と石炭を懸濁した液状燃料混焼時においても安
定した火炎を維持できるとともに油の消費量を減少する
ことができる。また火炉の負荷増減にも迅速に追従でき
る。

【００４５】本発明の第１のアトマイザーによれば、ア
トマイザー内部で液状燃料を噴霧媒体で霧化する合流部
の圧力を圧力計に導く通路を設けたので、ここに圧力計
を取り付けて合流部の圧力を測定でき、合流部の圧力と
液状燃料、噴霧媒体それぞれの供給圧との差圧を基に、
液状燃料、噴霧媒体の流量を調節することにより、各差
圧を所定値にして液状燃料、噴霧媒体を安定供給でき、
火炉内に安定な火炎を形成でき、また混合室では霧化さ
れた燃料が均一化でき、火炎の安定化を図ることができ
る。

【００４６】本発明の第２、第３のアトマイザーによれ
ば、アトマイザー内部でＣＭＷおよび油を噴霧媒体で霧
化する合流部の圧力を圧力計に導くための通路をもうけ
たので、ここに圧力計を取り付けて合流部の圧力を測定
し、この合流部の圧力とＣＷＭ、油、噴霧媒体それぞれ
の供給圧との差圧を基に、ＣＷＭ、油、噴霧媒体の流量
を調節してそれぞれの差圧を所定値にすることにより、
ＣＭＷ、油及び噴霧媒体を安定して供給でき、火炉内に
安定な火炎を形成できる。

【００４７】また第２のアトマイザーでは、混合室では
霧化された燃料が均一化でき、火炎の安定化を図ること
ができる。

【００４８】第３のアトマイザーでは予混合室でＣＷＭ
と油を混合した後に噴霧媒体と合流するため、霧化した
時の両燃料の混合を促進できる。さらに、アトマイザー
内のＣＷＭ、油、噴霧媒体の三流路を三重管で構成する
ことにより、ＣＷＭを水蒸気より内側の流路を通じて供
給でき、ＣＷＭの熱変成を防止でき、火炎を安定化でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】燃料及び噴霧媒体の各供給圧と両者の合流点の
圧力との差により流量制御する本発明の概念を説明する
図である。

【図２】本発明にかかる流量制御を用いた油焚専用とＣ
ＷＭ焚専用の２種類のアトマイザーを備えた燃焼システ
ムの構成図である。

【図３】本発明の実施例となる液状燃料（ＣＷＭ）燃焼
システムの構成図である。

【図４】本発明の実施例となる、油、ＣＷＭ、水蒸気を
内部で混合する内混型アトマイザーの断面図である。

【図５】本発明の実施例なる、別型の内混型アトマイザ
ーの構造を示す断面図である。

【図６】本発明の実施例なる、Y-JET型アトマイザーの
構造を示す断面図である。

【図７】本発明を用いたＣＷＭ燃焼運転におけるバーナ
負荷に対する油流量とＣＷＭ流量のグラフである。

【符号の説明】

１ 油供給管 ２ ＣＷＭ供給管 ３ 蒸気供給管 ４ 水供給管 ５ 油焚アトマイザー ６ ＣＷＭ貯蔵タンク ７ ＣＷＭ焚アトマイザー ８油流量制御弁 ９ ＣＷＭ流量制御弁 １０ 蒸気流量制御弁 １１ 水流量制御弁 １３ 油用圧力計 １４ ＣＷＭ用圧力計 １５，１５ａ，１５ｂ 蒸気用圧力計 １６ 油・蒸気合流点用圧力計 １７ ＣＷＭ・蒸気合流点用圧力計 １８ ＣＷＭ／水切換弁 １９ 蒸気切換弁 ２０ スリット入傘型保炎器 ２１ 制御装置 ２２ 制御データメモリ ２３ ボイラーの火炉 ２５ 油切換弁 ２６ ＣＷＭ・水・油切換弁 ２７ 燃料・蒸気合流点用圧力計 ３０ アトマイザー（油／ＣＷＭ） ３１ 油供給路 ３２ ＣＷＭ供給路 ３３ 蒸気供給路 ３４ 燃料・蒸気合流点 ３５ 混合室 ３６ 噴出口 ４０ アトマイザー ４１ 油供給路 ４２ ＣＷＭ供給路 ４３ 蒸気供給路 ４４ 油・ＣＷＭ予混合室 ４５ 燃料・蒸気合流点 ５０ Y-JET型アトマイザー ５１ 油供給路 ５２ ＣＷＭ供給路 ５３ 蒸気供給路 ５４ 合流点圧力測定用管 ５５ 燃料・蒸気合流点 ５６ ノズル孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木山 研滋 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日立 株式会社呉工場内

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液状燃料を搬送し燃料流量制御弁を有す
   る燃料供給管と、噴霧媒体を搬送し噴霧媒体流量制御弁
   を有する噴霧媒体供給管と、燃料供給管から液状燃料を
   導入する流路、噴霧媒体供給管から噴霧媒体を導入する
   流路およびこれら流路の合流部を内部に有し該合流部で
   液状燃料を噴霧媒体により霧化して火炉に噴出するアト
   マイザーと、該アトマイザーの入り側の圧力を測定する
   燃料圧力計と同じく該アトマイザーの入り側の圧力を測
   定する噴霧媒体圧力計と、アトマイザー内の合流部の圧
   力を測定する合流部圧力計と、燃料圧力計の測定値と合
   流部圧力計の測定値との差および噴霧媒体圧力計の測定
   値と合流部圧力計の測定値との差をそれぞれ第１、第２
   圧力差として算出し、第１および第２圧力差の圧力差を
   基に火炉の要求負荷に対応してそれぞれ燃料流量制御弁
   および噴霧媒体流量制御弁を制御する制御装置と、から
   構成したことを特徴とする液状燃料の燃焼システム。
2. 【請求項２】 前記制御装置は、予め実験で求めた火炉
   の要求負荷と前記第１および第２圧力差のデータに一致
   するように前記燃料流量制御弁および前記噴霧媒体流量
   制御弁をフィードバック制御することを特徴とする請求
   項１記載の液状燃料の燃焼システム。
3. 【請求項３】 前記液状燃料は石炭を液体に懸濁した燃
   料であり、前記噴霧媒体は水蒸気または空気であること
   を特徴とする請求項１または２記載の液状燃料の燃焼シ
   ステム。
4. 【請求項４】 前記液状燃料は油であり、前記噴霧媒体
   は水蒸気または空気であることを特徴とする請求項１ま
   たは２記載の液状燃料の燃焼システム。
5. 【請求項５】 石炭を懸濁した液状燃料を搬送し燃料流
   量制御弁を有する燃料供給管と、油を搬送し油流量制御
   弁を有する油供給管と、噴霧媒体を搬送し噴霧媒体流量
   制御弁を有する噴霧媒体供給管と、燃料供給管から石炭
   を懸濁した液状燃料を導入する流路、油供給管から油を
   導入する流路、噴霧媒体供給管から噴霧媒体を導入する
   流路およびこれら三流路の合流部を内部に有し該合流部
   で石炭を懸濁した液状燃料および油を噴霧媒体により霧
   化して火炉に噴出するアトマイザーと、それぞれ該アト
   マイザーの入り側の圧力を測定する燃料圧力計、油圧力
   計及び噴霧媒体圧力計と、アトマイザー内の合流部の圧
   力を測定する合流部圧力計と、燃料圧力計の測定値と合
   流部圧力計の測定値との差、油圧力計の測定値と合流部
   圧力計の測定値との差および噴霧媒体圧力計の測定値と
   合流部圧力計の測定値との差をそれぞれ第１、第２およ
   び第３圧力差として算出し、該第１、第２および第３圧
   力差を基に火炉の要求負荷に対応してそれぞれ燃料流量
   制御弁、油流量制御弁および噴霧媒体流量制御弁を制御
   する制御装置と、から構成したことを特徴とする液状燃
   料の燃焼システム。
6. 【請求項６】 前記制御装置は、予め実験で求めた火炉
   の要求負荷と前記第１、第２および第３圧力差のデータ
   に一致するように前記燃料流量制御弁、前記油流量制御
   弁および前記噴霧媒体流量制御弁をフィードバック制御
   することを特徴とする請求項５記載の液状燃料の燃焼シ
   ステム。
7. 【請求項７】 前記噴霧媒体は水蒸気または空気である
   ことを特徴とする請求項５または６記載の液状燃料の燃
   焼システム。
8. 【請求項８】 燃料流量制御弁を有する供給管から燃料
   圧力計を介して液状燃料を導入する流路と、噴霧媒体流
   量制御弁を有する供給管から噴霧媒体を導入する流路
   と、これら流路が合流し液状燃料を噴霧媒体により霧化
   する合流部と、合流部の圧力を計測するための通路と、
   合流部で霧化した燃料を混合し、噴出孔を通じて噴出す
   る混合室とから構成することを特徴とするアトマイザ
   ー。
9. 【請求項９】 前記液体燃料は石炭を懸濁した液状燃料
   または油であり、前記噴霧媒体は水蒸気または空気であ
   ることを特徴とする請求項８記載のアトマイザー。
10. 【請求項１０】 燃料流量制御弁を有する供給管から燃
    料圧力計を介して石炭を懸濁した液状燃料を導入する流
    路と、油流量制御弁を有する供給管から油圧力計を介し
    て油を導入する流路と、噴霧媒体流量制御弁を有する供
    給管から噴霧媒体圧力計を介して噴霧媒体を導入する流
    路と、これら三流路が合流し石炭を懸濁した液状燃料お
    よび油を噴霧媒体により霧化する合流部と、該合流部か
    ら霧化した液状燃料および油を導入し、混合し、噴出孔
    を通じて噴出する混合室と、合流部の圧力を圧力計に導
    くための通路と、から構成することを特徴とするアトマ
    イザー。
11. 【請求項１１】前記噴霧媒体は水蒸気または空気である
    ことを特徴とする請求項１０記載のアトマイザー。
12. 【請求項１２】 前記石炭を懸濁した液状燃料を導入す
    る流路、前記油を導入する流路および前記噴霧媒体を導
    入する流路を、それぞれ単管から構成したこと特徴とす
    る請求項１０記載のアトマイザー。
13. 【請求項１３】 燃料流量制御弁を有する供給管から燃
    料圧力計を介して石炭を懸濁した液状燃料を導入する流
    路と、油流量制御弁を有する供給管から油圧力計を介し
    て油を導入する流路と、噴霧媒体流量制御弁を有する供
    給管から噴霧媒体圧力計を介して噴霧媒体を導入する流
    路と、石炭を懸濁した液状燃料を導入する流路と油を導
    入する流路の二流路が合流し石炭を懸濁した液状燃料と
    油を混合する予混合室と、該予混合室の導出路と噴霧媒
    体を導入する流路が合流し、混合した石炭を懸濁した液
    状燃料と油を噴霧媒体により霧化する合流部と、合流部
    で霧化した石炭を懸濁した液状燃料と油を導入し混合
    し、噴出孔を通じて噴出する混合室と、合流部の圧力を
    圧力計に導くための通路と、から構成することを特徴と
    するアトマイザー。
14. 【請求項１４】 前記石炭を懸濁した液状燃料を導入す
    る流路、前記油を導入する流路および前記噴霧媒体を導
    入する流路を、三重管が有する三通路から構成し、三重
    管の最外側通路を噴霧媒体を導入する流路とし、最外側
    通路の内側に隣接する中間通路を油および石炭を懸濁し
    た液状燃料のうちの一方を導入する流路とし、三重管の
    中心にある中心通路を油および石炭を懸濁した液状燃料
    のうちの他方を導入する流路とすることを特徴とする請
    求項１４記載のアトマイザー。