JPS58164910A - 粉炭用ベンチユリバ−ナノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、粉炭用のベンチュリノズル及び燃焼過程で窒
素酸化物の生成を最少にするように、炉に粉炭を導入す
る新らしい方法に関する。

近年、多様なバーナの設計が行なわれてきており、炉、
ボイラ、及びそれと同様なものに使用されるバーナのう
ちのいくつかは、粉炭を燃焼させるのに、特に適してい
た。粉炭、並びに、他の化石燃料を燃焼させる際の主な
問題の７つは、燃焼過程で窒素酸化物が生成されること
である。生成される窒素酸化物の量を減少させるために
、バーナの設計に多くの試みがなされてきた。Ｎ０Ｘ（
窒素酸化物）とし：て知られているこのような酸化物は
、空気の汚染を生じ、・一般的に、好ましくないもので
ある。　　　　　１１′ 次の米国特許が、燃焼用のぐ゛エネルギー源として、粉
炭又は他の炭化水素化石、−：料を使用している・寸−
す又は炉及びそれと同様な本のに回けられている。

米国特許部２ダＡ、３．２７号　第３．θθ７．Ｏｇｙ
号第７，３グΩ、／３Ｓ号　第３．／Ｓθ、７７０号第
７．ｇ／７．９／／号　第３．’ｌｋθ、ｓｏｙ号第７
，９！；３．０９θ号　第グ、０／９．ｇ！；／号第１
．９９３，９０／号　第１１．０ｇ９．６２ｇ号第、２
．／！；ｇ、ｊｔλ／号　第ダ、／ダ’７．／／／、号
第、２，３２５．３１ｇ号　第＜ｔ、／！；７．ｇｇ９
号第コ、ざ、２３，６２ｇ号　第グ、２−ｇ、ｑグア号
本発明の目的は、粉炭、炭化水素及び他の化石燃料を燃
焼させる際に使用する新しい、改良されたベンチュリノ
ズルを提供することである。

特に、本発明の目的は、前述した特徴を有し、燃焼過程
で、小量の、又は、最少の量の窒素酸化物を生じるノズ
′ルを提供することである。

本発明の他（７）ｉ□□１□目的は、粉炭を燃焼させる
ために１・′１゜ 特に適した前述パした特徴を有する新しい、改自さニー
Ｚ　’７　ｆ　ｉ　ＩＪルオ、□、ｔ〜よ。６゜′１ 本発明のもう１つの目的は、極めて長し炎ノリ　　□−
ンを作る、粉炭用の在来のバーナに適用される新しい改
良されたノズルと、窒素酸化物を実質的に形成すること
なく、石炭中の揮発物を迅速に蒸発させるような、高温
および還元雰囲気の停滞領域に向って炎を引き戻す装置
とを提供することにある。

更に、本発明の他の目的は、長い炎パターンを形成して
燃焼時間を増大させ、その結果低いピーク炎温度が得ら
れる新しい改良された前述の特徴を有するバーナを提供
することである。

本発明の更に他の目的は、構造および操作が比較的簡単
であってかつ前方に真直ぐであり、種々の異なる石炭・
ｆ−すの応用において操作するのに極めて経済的である
上記特長の新規かつ改良された粉炭バーナを提供するに
ある。

本発明の上記の目的および他の目的並びに利点は、−次
□石炭／空気混合物流を受は入れる人口と、この流れを
炉の燃焼帯域へ放出するだめの出口端とを有する中空管
状ノズルからなる、粉炭、および他の燃料用の新規かつ
改良された低ＮＯＸバーナノズルによって達成される。

ノズルには、出口端に隣接して□最大直径部分を有する
末広がり流れ部分と、粉炭の流れをノズルの中央部分に
向って集中させるため上流に位置する先細り流れ部分と
を有す゛る環状のベンチュリ状縮流器が同軸に設けられ
ている。拡流器がベンチュリ状ｍＡ器の末広がり流れ部
分に同軸に設けられ、ノズルの中で軸線方向に移動可能
に調節することができる。拡流器は、ノズルの出口端に
隣接して位置決め、された最大直径の開放端を有し、拡
流器の壁面は末広がり流れ部分の向す合った壁面と協働
して、ノズルの端から外方に延びる環状放出・母ターン
を形成する。

拡流器の壁面と末広がり流れ部分との間には、炉の燃焼
帯域に放出される一次石炭／空気混合物の環状ｉ４ター
ンを安定させる渦巻作用を流れに与えるための渦巻羽根
が設けられている。この安定した放出パターンは内側再
循［帯域の形成を助け、円錐形拡流器の開放端に隣接し
て還元雰囲気をもつ高温の停滞領域を与える遮蔽を形成
する。燃焼生成物の一部は拡流器の開放端から高温領域
へ引き戻され、この高温領域で、石炭中の揮発物を蒸発
させて還元雰囲気中で燃焼させ、これによってバーナで
のＮＯＸの形成を最少にする。二次空気の流れが、導管
の出口端から放出されるＬ−次石炭／空気流を取シ囲む
外側の環状渦巻空気ノ臂ターンを形成するように導入さ
れる。−次および二次流は、石炭／空気流を取り囲むト
ロイド形再循壌帝域を形成するようにｖ４整される。

本発明のより良い理解のために、図面について参照する
。

今、図面の第１図を参照すると、粉炭、及び他の化石燃
料を燃焼させる新しい、改良され次ベンチュリノズルが
示され、第１図に参照誉号２４で一般的に指示されてい
る。パーナノオル２４を使用するようなバーナ組立体ｌ
Ｏμ第コ図に示されている。バーナノズル２４は）第１
の中窒管状の放出導管、即ちノズル１２を１．直し、該
ノズル１２は好ｆＬ＜は、鋼材で形成ｄ昨るとともに、
円形の横断面をもち、炉の壁１４に形成された円形開口
部１４ａの中央に延びるように取付られる。

ベンチュリノズルは、粉炭および一次窒気管截頭円錐形
のバーナスロート２３の中へ放出し、渦巻く二次空気は
、ベンチュリノズル１２を取り１ｆｆｌむ環状空間の中
へ流ｉ”Ｂ”に沿って導入される。

二次空気の渦巻作用は、Ｈ転可能な支持軸３１に取付ら
れた複数の渦巻羽根２９によって与えられ、支持軸３１
は、バーナ組立体１０を取囲み、かつ矢印Ｃで示指した
空気を供給する二次空気レジスタの前方＃ｉ状板２７と
後方環状板３３との間に延びる。

羽根２９は、−斉に回動するように、果合的に制御され
、この目的のために、羽根リング制御組立体３７が、外
側レジスタ板３３の外ｌｌＩｌ表面に隣接して設けられ
ている。軸４１および、バーナ前部４７の外側に位置決
めされたハンドル車４３に工って駆動され、かつ制御さ
れるチェーン、スプｐケラト駆動ａ１．構３９が、羽根
２９０角度を選択おに、、！ゆｆ、え、：、−１□６７
、い、。

１１１ バーナＦｉｔｌｉｆｌＳ４７には、粉炭および一欠免気
の流　　　□れを、バーナノズル１２に供給する一次粉
炭／空気供給導管５１を収容するために中央開口部４７
ａが形成されている。第一図に示すように、供給導管５
１の左側（内方）端部分は、又バーナノズル１２の支持
体をなし、バーナノズル１２は、この支持体に、抜き差
し自在の長さ方向摺動運動可能に城付けられる。供給導
管上のノズルの相対的な長さ方向の位置の制御は、矢印
′″Ｍ″で示指した方向に移動しうるコつの制御棒５３
によって達成される。

円筒形のバーナ胴部６９が、−次供給導管５１と同軸線
に取付られ、二次空気レジスタ板３３とバーナ前部４７
との間に延びる。

供給、管７５からの一次粉縦／空気混合物の入ってくる
流れは、バーナノズルヘッド８０に差し向けられる。バ
ーナノズルヘッド内の複数の１ｉｌＩ′１Ｍ可能な羽根
７９は、粉炭／突気混合物をバーナノズルヘッド８０に
一様に分布させるために使用される。

第１図におけるベンチュリノズル２４Ｆｉ、浅く＃Ｉ斜
したべ／チュリ構造を備え、この構造は、その最小直径
（円方）端において、円筒形の中間スロート部分３０に
取付けられた截頭円錐形をなした末広がりのノズル出口
部分２８ｉ；’ｌｉｉする。ベンチュリノズルの入口は
１．截頭円錐形をなした入口部分すなわち先細シノズル
抑分３２であシ、これは、中間スロート部分３０の上流
端に連結された最小直径（内方）端を有する。先細りノ
ズル部分３２の最大直径の上流端に、導’１５１の内壁
面内に支持され、かつ円筒形シェル３６に取付けられて
いる。

バーナ１０から出る炙・ぐターンは、図面に、動作態様
において示され、かつｔｘ　ｔ′ｔｊ：第一図において
符号３４によって指示されている。炎ノ９ターンに、代
表的な先行技術のバーナによって形成される炎ノｆター
ンより、かなり（２ないし３．５倍）長い。

導管５１の出口端近くの位置に設けられたベンチュリノ
ズル２４に、所定の流電お↓び石炭／空気の放出速度に
ついて通常、達せられるものに比して半均炎長さを二倍
または二倍にさせると思われる。長い炎ノ４ターンに、
炉の中で石炭／突気混合物中の石炭全燃焼させる長い滑
在時間を与え、その結果、石炭は、ＮＯｘ形成を減する
低いピーク温度で燃焼する。

石炭／空気混合物がベンチュリノズルを通って流れると
き、流れの中の石炭粒を、流れの中心部分に向って集中
させ、かつ、−次燃料／突気混合物中に一層均一に分布
させる。ベンチュリノズルは、中心すなわち内側の再循
環帯域Ｆの外側に形成される石炭および空気の内側シェ
ル（矢印Ｅ）をつくる。この再循環帯域は、円錐形の石
炭拡流器４０の端に形成される。出来た放出・ｆターン
は、末広がり矢印Ｅ（第２図）によって示され、矢印Ｅ
Ｆ′ｉ、炉内の燃焼帯域に燃料／空気流が入るとき燃料
／仝空気流一般的に浅い截頭環状放出・苛ターンを概略
的に示している。

本発明によれは、新規な４ンチユリノズル２４に、ベン
チュリノズル２８ｉＩり末広が９部分内に同軸に設けら
れた、ｍｌおよ６’□３図に示す截頭円錐形の中空末広
がり拡流器４０を包含している。ベンチュリノズルの末
広がり部分２８お↓び石炭拡訛砦４０の傾斜は、石炭／
突気陣の放′出を、第２図に矢印Ｅで示したように浅い
截頭円錐形の放出ノｆターンで燃焼帯域へ外方に差し向
けるための一般的に截頭円錐形の環状流れ通路３８を形
成している。

ベンチュリノズル２４の橡準夾施例において、縮ｆｉ器
２４の外殻３６の外径にほぼ７゜ＳインチＣＩ９．０Ｓ
ｕｎ）に構成され、ベンチュリノズルの全長は７７．５
インチ（ｌＩＩｌ、’１３ａｎ）であった。ベンチュリ
ノズルのスロート部分３ｏの内径Ｆ’１Ｓ−３／ｇ　イ
ンチ（／　３　、６５ｔｙｘ）　Ｔ；ｈＦ）、　コ（Ｄ
ｘスロート軸線方向の長さは３インチ（？、６２ｃｆｎ
）であった。末広がりノズル部分２８の＠線方向長さは
ｇ、ｓインチＣ，２／、３９ｃｍ）に構成され、先細ｐ
ノズル細分３２μ長さに６インチ（／Ｓ、評ｃｍ）であ
った。□したがって、部分３２の先細９鵠斜角度は部分
２　”８の末広がり角薇よりｅ分大きが□゛・・：、。

つた。拡流器４９は開放端外端４０Ａに約２−３４イン
チ（６・９　ｇ　ｃｍ　）の厳大＠径をもち、拡流器の
円墳の最小直径は約７インチＣ；ｌ−５’１ｃｔｎ）で
あった。拡流器は約９インチＣ７０，／ｌ−ｃｍ）の軸
線方向長さを有していた。上述した寸法の標準型につい
てテス）ｉｊＮＯＸ形成減少及び許容しうるＣＯ放出に
より優れた結果を示した。

円錐形の拡流器４０の小さい直径の端はバーナノズル１
２の中心軸線Ａ−Ａに同軸に設けられた中央支持管４２
の外端に固肩支持されている。支持管に、外端をパツキ
ン押え７７中に精密に位置決めすることによって矢印″
″Ｇ”（第７図）で示すようにいずれの方向にも、軸線
方向の摺動運動で長さ方向に可動である。

円錐形拡流器４０を内方に（第２図において右に向って
）移動させるとき、円錐形拡流器がベンチュリ状ｍ流器
２４のスロート部分３０Ｖｃ接近するので、環状流れ領
域即ち流れ通路３８及び石炭／空気混合物の末広がｐ放
出流の流れ横断面はわずかに減少する。これとは反対に
、支持管４２ｔ−反対方向に（左へ）移動させるとき、
流れ領域３８は増加する。末広がり流れ部分２８の外端
２８ａから放出される流れの速度に細流器２４に対する
円錐形拡流器の移動によって容易に制御できる。

燃焼を安定化するために、ベンチュリノズル部分２８は
円錐形拡流器４０の外表面に取付けられた複数の渦巻羽
根５２を備えている。これらの羽根は、円錐形拡流器と
外端２８ａに隣接した末広がりノズル部分２８の内側表
面との間の流れ通路３８の中で一次石炭／空気流に渦巻
作用（第１図矢印Ｋ）を与える。渦巻羽根５２によって
与えられた放出石炭／空気流Ｏ渦巻作用は、燃焼帯域及
びノズル１２の出口端１２ｂの丁ぐ近の領域中の灸ｉｆ
ターシ３４の安定性を増加させる。

渦巻く一次石炭／空気流気流に、円錐形拡流器４０の中
壁外端のすぐ近くの停Ｓ領域（第２図に［で示す）を）
４Ｍ９囲む壁を形成する。停滞ｇＪ４域Ｆμ比較的低い
圧力を有し且つ高温の還元雰囲気を与え、その結果粉炭
中のＯＩ発物を蒸発させ窒素酸化物即ちＮＯＸの形成を
最少にしてこれを燃焼させる。

渦巻く二次空気（矢印Ｂ）と、バーナノズル１２から放
出される渦巻く一次石炭／璧気［Ｅとの間の速度の適正
な均合にょ９、停Ｓ領域Ｆの外側でそのまわりにトロイ
ド形状の第一の即ち外側の再循壊帝域Ｈが得られると考
えられる。−次石炭空気混合物への二次便気すなわち外
側突気の流入を最少にすると、高温の還元雰囲気が維持
される。同心状の内側および外側再循環帯域により、燃
焼生成物の一部が内側および外側の炎進路矢印で示すよ
うにバーナノズル出口１２ｂに向って引き戻される。か
しくシ、石炭の急速な脱揮および燃焼が大気全汚染する
ことになる過剰な量の窒素酸化物（ＮＯＸ）を形成する
ことなく行なわれる。

在米の渦巻女足化バーナにベンチュリノズル２４を適用
すると、上述しｆｃようにベンチュリノズルの新規な幾
例学的形状のために、窒素酸化物の放出を減少させるよ
うに成−燃焼が行なわれる。

べ／チュリノズル２４にノズル１２の出口端に隣１′ 接して設置され、これに長い、＊／ｆターンを形成し１
゛□″゛ て・低′−″炎温度を与え今一、石炭０燃焼″ための平
均時間は大巾ｒ増し、これにより効果的な燃焼を維持す
る。

ベンチュリノズル２４の先細り部分すなわち入口部分３
２は石炭粒子を加速している石炭／突気流の中央部分に
向って来中させようとし、かつ石炭を一次流れ中に一層
均一に分布させる。この流れはスロート部分３０の低圧
および高速状態の中へ流入し、引き続いて、石炭／仝気
流μ中窒の円錐形拡流器４０のまわｐに環状の渦巻流れ
・ヤターンを形成しながら減速される。この環状流れは
円錐形拡流器４０の環状表面と末広がルノズル部分２８
の内表面との間の出口流れ通路３８の中で渦巻羽根５２
によって禍巻きを形成する。このような渦巻作用に燃焼
を安定化させる。また、渦巻作用の助けにより、円錐形
拡充器４０の開放端に燃焼過程の初期の停滞領域Ｆが形
成される。この領域では、石炭の揮発物を発生させ、窒
素酸化物を者しく形成することなく高温の還元雰囲気中
てこ′・、・□ の揮発＠全燃焼させる。炎パターン３４でノ石炭、、）
′ の燃焼過程が比；、臀的長時間に亘って生じ、また燃焼
過程中のピーク炎は従来のバーナにおけるよりも相当に
低い。これらのファクタは又、窒１ｇｗＲ化物の発生菫
の低減に薔与すると考えられる。

本発明を、図示したただ一つの実施例を参照して説明し
たけれども、本発明の原理の精神および範囲に入る種々
の変更を尚業界がなし得ることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の％徴によって１１１成される新規かつ
改良された微粉炭バーナノズルの断面図である。 第２図に、第７図のバーナノズルを使用するバーナ組立
体の断面図である。 第３図に、夷實的に第７図の３−３線における横＃面図
である。 １２・・・管状ノズル装置、２４・・・ｌａ流装置、２
８・・・末広がり流れ部分、３２・・・先細９流れ部分
、４０・・・拡流装置、５２・・・渦巻羽根。 手続補正書（方式） １．事件の表示　昭和５７　年特許願　第２３！；１３
７号２、発明の名称　　　　粉炭用ベンチュリバーナノ
ズル３、補正をする省 事件との関係　出願人 名称ライリー　ストーカ−コーＩレーション４、代理人 ５、補正命令の日付　　：１昭和ｊｇ年３月、！り日□
・： ６、補正の対象　・１・願書　委任状　全図面７、補正
の内容　　別紙の通り 図面の浄書（内容に変更なし）。 ＝５１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１粉炭および他の燃料用のべ一ナノズルにおいて１ 石炭／空気混合物の一次流を受入れる入口と、前記−次
   流を燃焼用炉の燃焼帯域へ放出する出口端とを備えた管
   状ノズル装置と、 前記管状ノズル装置の出口端に隣接して前記ノズル装置
   内に同軸的に設けられ、前記管状ノズル装置の出口端に
   隣接する最大直径の出口をもつ末広がシ流、れ部分と、
   該末広がり流れ部分の上流に位置して前記−次流の中央
   部分に粉炭を均一に分布させる先細り流れ部分とを備オ
   た縮流装置と、 前記管状ノズル装置内で軸線力向に調節自在に移動でき
   るように前記末広がり流れ部分内に同軸に取付けられ、
   前記出口端に隣接した最大直径の開放端と、前記末広が
   り流れ部分の壁面と協働して末広がりの環状流れ道路を
   形成する壁面とを備えた拡流装置と、 前記拡流装置と前記末広がり流れ部分の壁面との間で前
   記末広がり流れ通路内に設電されていて、前記石炭／空
   気混合物流に渦巻作用を与えて該混合物流の燃焼を安定
   化させ□る渦巻羽根装置とを有し、 前記安定化した放出流により、前記拡流装置の前記開放
   端に隣接し量、少くともｂ〈らか゛の燃焼生成物を前記
   拡流装置に向って引き戻すために形成された高温の停滞
   領域を遮蔽する壁を形成し、粉炭内の揮発物を還元雰囲
   気中で蒸発させ、前記パ―すによる窒素酸化物の形成を
   減少させることを特徴とするバーナノズル。 （２１前記縮流装置は、最小直径の一般的に円筒形の中
   間スロート部分を備え、該スロート部分の両端はそれぞ
   れ前記末広がり流れ部分および前記先細り流れ部分の最
   小直径端部に接合されて込ることを特徴とする特許績求
   の範囲第１１１項に記載のバーナノズル。 （３１前記縮流装置の前記先細り流れ部分および末広が
   り流れ部分は、形状がほぼ截頭円錐形であることを特徴
   とする特許請求の範囲第（１１項に記載のバーナノズル
   。 【４）　　前記先細り流れ部分は軸線方向長さが前記末
   広がり流れ部分・より短かく、前記−次流の中の微粉炭
   を先細り流れ部分の中央部分に分布させるようになって
   おり、前記末広がり流れ部分は、前記−次流が前記末広
   がり流れ部分内で末広がりをなすとき前記粉炭の分布を
   維持することを特徴とする特許請求の範囲第ｉｌ＋項に
   記載のバーナノズル。 （５；　　前記縮流装置は、前記管状ノズル装置内に同
   軸をなして軸線力向に変位できるように設けられた円筒
   形の外殻を備えていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１ｕ項に記載の・ｆ−ナノズル。 （６１上記拡流装置は、上記開放端の上流に最小直□ 径の端がめるほば截頭円錐形：であることを特徴：′・
   ・・１．、 とする特許請求の範囲第…項゛記載のバーナノズル。 （７）　　上記拡流装置の上記上流端に取付けられ、か
   つ上記管状ノズル装置の中心軸線に沿って同軸的に軸線
   方向に移動可能に装着された支持装置をさらに包含する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第（７）項記載のバー
   ナノズル。 （８）先細りベンチュリ部分の中で石炭／空気混合物の
   流れを加速して、石炭粒子を流れの中央部分に向けて分
   布させ、 中空円錐形拡流器の回りに浅い環状の円錐形流れノ母タ
   ーンを形成しながら、上記混合物の流れを若干減速し、 上記環状の流れｔ＋ターンを、上記円錐形拡流器の軸線
   のまわりに渦巻まかせかつ燃焼帯域に放出する安定化し
   た環状の流れノ９ターンを形成するよりに差し同け、 上記安定した円錐形流れパターンから延びた細長い炎・
   臂ター）′ンをもって上記放出する石炭を：・： 燃焼させ、　　ｌｊ 〜 高温の還元雰−気の遮蔽された停滞領域を上記円錐形拡
   流器の近くに形成して、燃焼過程の初期において前記石
   炭中の揮発物を蒸発させ、連続燃焼過程で上記揮発物を
   燃焼させて窒素酸化物の形成を少なくする、 膿−一■ことを特徴とする粉炭及び他の燃料の燃焼方法
   。 １町　上記放出する流れ・ｆター／の中心軸線の近くに
   低圧帯域を形成して、上記円錐形拡流器に向って燃焼生
   成物の一部を引き戻し、上記揮発物をすばやく揮発させ
   かつ燃焼させる高温の再循環領域を形成することをさら
   に含むことを特徴とする特許請求の範囲第（８）項記載
   の方法。 ＋ＩＩ　　上記再循環領域の回りに渦巻く石炭と空気の
   壁を形成して、高温度の還元雰囲気を作ることをさらに
   含むことを特徴とする特許請求の範囲第（９１項記載の
   方法。 Ｑｌｌ　　二次空気の渦巻き流れを導入することにより
   、上記安定化した環状流れ）４ターンの回りにトロイド
   形、再循環領域を生じさせることをさらに含むことを特
   徴とする特許請求の範囲第＋１（１項記載の方法。 ０　上記二次空気の流れ速度を調節して、上記安定化し
   た環状流れ・母ターンの回りに上記外側トロイド形再循
   環領域を形、成することをさらに含むことを特徴とする
   特許請求の範囲ｗＥ住９項記賊の方法。