JPS5913462Y2 - 乳化燃料の製造装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は燃焼器の燃焼改善にすぐれた効果を有する乳化
燃料の製造装置に関する。

従来より燃焼器から排出されるＮＯｘ、ばいじんおよび
煙を低減させるため乳化燃料を使用する装置がある。

該乳化燃料の製造に際しては、スクリュウ型タービン等
の回転子を用いたホモミキサ、高速で回転するロータの
間隙に混合しようとする両液体を通すコロイドミル、７
０〜３５０ｋｇ／ｃｍ２の高圧をかけて狭い間隙を通す
ことにより微粒化を計るホモジナイザ、あるいは超音波
式のミキサ等を用いるのが通常の装置である。

しかるに、これらの装置はかさばったり、あるいは水の
流量を制御する機構が複雑であるため高価格であった。

また、従来の乳化燃料を使用する装置は水の混合率が一
定である場合が多く、特に燃焼器の負荷が高い場合には
添加水分の絶対量も増加し、水の蒸発潜熱に多くのエネ
ルギが必要となるため、省エネルギに結びつけることが
困難であった。

上記の実情にかんがみ、本考案者らは種々検討した結果
、燃焼器につながる内径２５〜３００ｍｍの燃料油配管
内の中央部に取り付けられ、該配管内径の１／２５〜１
／３００の孔口径を有し、燃焼器の負荷の減少に応じて
ノズルから噴射される水を遮断する機構を有する少なく
とも１個以上の水噴射用ノズルより燃料油の流れと同一
の方向に水を燃料油に対して１０〜１００ｋｇ／ｃｍ２
の差圧で噴射することのできる機構を有し、かつ該燃料
油配管が該水噴射用ノズル先端部より水が噴射される方
向に、該配管の内径の少なくとも３倍の直管部を有する
ことを特徴とする乳化燃料の製造装置を考案した。

さらに詳しくは燃焼器につながり、上述の柔性を満足す
る燃料油配管内に少なくとも１個以上の水噴射用ノズル
を取り付け、また従来の燃料油の配管内に取り付けるこ
とが困難な場合には、燃料油配管に上述の条件を満足す
るバイパスラインを設け、該バイパスラインの中に少な
くとも１個以上の水噴射用ノズルを取り付け、該水噴射
用ノズルには上述の条件を満足する口径の孔が空いてお
り、燃料油の流れと同一の方向に水を燃料油に対して１
０〜１００ ｋｇ／ｃｍ２の差圧で噴射することにより
、安定して油中水滴型の乳化燃料を製造しながら燃焼器
へと供給することのできる装置に関する。

なお水の噴射圧力は上述の範囲内で変化させることをこ
ばむものではないが、通常は一定の圧力が適しており、
それは次の理由による。

燃焼器は通常高負荷時の燃焼に重点を置いて、この時の
燃焼が円滑にがっ効率良く進むように設計されており、
中負荷以下、特に２０％程度以下の低負荷時には円滑な
燃焼が難かしくなるため、多くの過剰空気を必要とし、
これが供給されてもばいじん、煙の濃度が高くなり、炉
内のよごれが顕著になると言う欠点を有している。

しかるに、本考案による水噴射用ノズルを用いて、全負
荷（１００％負荷）の際の燃料油に対して１重量％の水
分を一定の水圧で噴射混合するように設定しておくと、
燃焼器の負荷が変動して５０％負荷、２０％負荷、１０
％負荷と減少して行くにつれ水の混合量が一定であるた
め、混合率（重量）ではそれぞれ２％、５％、１０％と
変化して行くことになる。

さらに、燃焼器の負荷が減少して５％負荷になるような
場合には、予め水噴射用ノズルを複数個設けておき、そ
の内の一部の水噴射用ノズルを電磁弁等により閉鎖する
機構を備えておくことが有効である。

また乳化燃料は良く知られているよ・うに、燃焼に際し
て添加水分の急激な膨張により、噴霧油滴がミクロ爆発
を起こして微粒化され燃焼が改善されるとともに、一方
では、添加水分による水性ガス反応が起こり、遊離炭素
が燃焼して、ばいじんおよび煙濃度を低減させる長所を
有している。

すなわち本考案による乳化燃料の製造装置を用いれば、
上述のごとく燃焼器の低負荷時に適当量の水分を含有す
る乳化燃料が供給されることになるため、従来不可能で
あった低過剰空気燃焼が可能となり、同時に炉内のよご
れが軽減され、メンテナンスが容易となる。

また、高負荷時においては、水分の混合率が少ない（１
％）ため、水の蒸発潜熱によるエネルギロ又も少なく、
全体的に見て省エネルギに結びつけることができる。

さらに燃料油配管が燃焼器への燃料の加圧ポンプのサク
ション部に接続された配管である場合には、該加圧ポン
プによる攪拌効果が期待でき、より安定な乳化燃料を供
給することができる。

すなわち、燃焼器の負荷が低い時には、配管内の燃料の
流速が遅いため、滞溜時間が長く該乳化燃料の製造装置
から燃焼器までの配管内での水滴の分離が危ぐされるが
、燃料流量が少ないため、該加圧ポンプで数回に亙り循
環することになり、ポンプの回転部ならびにポンプの圧
力調整弁の部分でシアーを受は水滴の微粒化が促進し、
安定な乳化燃料が燃焼器に供給できることになる。

また、燃焼器の負荷が高い時には配管内の燃料の流速が
大きく、水滴の分離の恐れがないため、加圧ポンプでの
循環回数が少なくとも問題はない。

一方、また燃料油配管がバーナへの燃料供給管である場
合には、該乳化燃料の製造装置から燃焼器までの配管が
短かいため、滞溜時間も短かく水滴の分離の恐れはない
。

なお、本考案に用いる燃料油配管の口径については、細
すぎる場合、水中油滴型のエマルジョンとなり易く、ま
た太すぎる場合には水噴射用ノズルによる十分な乱流効
果が得られなくなるため、内径２５〜３ＱＱ ｍｍが最
適であり、水噴射ノズルの孔の大きさについても、該配
管内径の１／２５〜１／３００のサイズが良く、二の範
囲以下の場合、乱流の強さが十分でなく、反対にこの範
囲以上の場合にも、水噴射用ノズルから噴射される中心
部の水の微粒化が悪く、細かい水滴の良く分散したエマ
ルジョンを得ることは難かしい。

また水の噴射圧力については、燃料油に対して１０〜１
００ ｋｇ／ｃｍ２の範囲の差圧で噴射することが有効
であり、１０ｋｇ／ｃｍ２以下では水滴の粒子が粗く、
また１００ ｋｇ／ｃｍ２以上の圧力では水を加圧する
のに費用がかさむため経済的でない。

さらに、水噴射用ノズルがら噴射される水滴が燃料油配
管の内壁に衝突して合一しないために、燃料油配管は水
噴射用ノズル先端部より水が噴射される方向に該配管の
内径の少なくとも３倍が直管であることが必要である。

また水の噴射する方向は燃料油の流れと同一の方向が好
ましく、向流にすると氷中油滴型のエマルジョンになり
易く不適当である。

次に実施例をあげ本考案を具体的に説明するが、本考案
はその要旨を越えない限り以下の実施例に限定されるも
のではない。

実施例 １ 第１図は従来の燃料油配管１にバイパスライン２を設け
、該バイパスライン２の中に第２図に示すような水噴射
用ノズル１０を設けて燃料油Ｆ中に加圧された水Ｗが噴
射されるようにした乳化燃料の製造装置のフロー図であ
る。

該バイパスライン２の中で製造された油中水滴型の乳化
燃料Ｅは、バルブ９を経て燃料の加圧ポンプ４により加
圧され加熱器５で適温に加熱された後燃焼器６へと供給
され燃焼する。

第２図に示すような水噴射ノズルの燃料配管の口径、水
噴射ノズル孔の口径、直管部の長さなどを変化させて種
々検討した結果を表１、表２に示す。

表１には、水噴射ノズル付近の主要部分の寸法、燃料油
流量などの乳化燃料製造条件を、表２には、得られた乳
化燃料の性状を示す。

本実験結果より、水噴射ノズルの孔の大きさは、燃料配
管内径の１／３００より小さいと、乱流の強さが十分で
なく氷粒径の細かい良質のエマルジョンにならない。

また、水噴射ノズル先端部から下流の直管部は、噴射さ
れた水滴が直接燃料油配管の内壁に衝突して合一して、
水粒子径の大きい不良のエマルジョンにならないように
、該燃料配管の内径の少なくとも３倍以上が直管である
ことが必要であることが判った。

次に定格１５ｔｏｎ／ｈの炉筒煙管式ボイラの油圧噴霧
式バーナでの燃焼例を示す。

該ボイラは１゜５〜１５ ｔｏｎ／ ｈの範囲の負荷で
運転が可能であり、この際Ｃ重油を９４〜９４０ ｋｇ
／ ｈの速度で消費する。

該ボイラに接続した乳化燃料の製造装置の水噴射用ノズ
ルからは２０ ｋｇ／Ｃｍ２の圧力で毎時９．４ｋｇの
水が噴射されて乳化燃料をつくりながら燃焼が行なえる
。

第３図は排ガス中の０２濃度および乳化燃料中の水分量
を示しており、Ｃ重油（×印、記号Ｆ）の場合、負荷率
１０％で０２濃度が７％であったが、水分（目印、記号
Ｗ）１０重量％を含有する乳化燃料（・印、記号Ｅ）で
は、０２濃度を３．４％迄下げて燃焼させることができ
、かつこの時のばいじんの濃度は０．２ｇ／Ｎｍ”およ
び０．０８ｇ／Ｎｍ３であツタ。

また負荷率１０％での熱効率はＣ重油の場合８３％であ
り、乳化燃料の場合８５％であった。

さらに表−３の１および表−３の２に以下の実施例およ
び比較例を示す。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の実施例を示すもので、第１図は従来の燃
料油配管にバイパスラインを設け、その中に第２図に示
すような１個の水噴射用ノズルを設けた乳化燃料の製造
装置のフロー図、第２図はバイパスラインに設けた水噴
射用ノズルの断面説明図で、燃料油の配管の内径りと直
管部の長さＬの比率Ｌ／Ｄは３以上である。 第３図は本考案を実施した際の燃焼器からの排ガス中の
０２濃度および乳化燃料中の水分量を示すものである。 １：従来の燃料油配管、２：バイパスライン、３：水供
給ライン、４：燃料の加圧ポンプ、５：加熱器、６：燃
焼器、Ｗ：水、Ｅ：乳化燃料、７：バルブ、８：バルブ
、９：バルブ、１０：水噴射用ノズル、１１：燃料供給
管、１２：水遮断機構、Ｆ：燃料油。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. １．燃焼器につながる内径２５〜３ＱＱ ｍｍの燃料油
   配管内の中央部に取り付けられ、該配管内径のｌ／２５
   〜１／３００の孔口径を有し燃焼器の負荷の減少に応じ
   てノズルから噴射される水をしゃ断する機構を有する少
   なくとも１個以上の水噴射用ノズルより燃料油の流れと
   同一の方向に水を燃料油に対して１０〜１００ ｋｇ／
   Ｃｍ２の差圧で噴射することのできる機構を有し、かつ
   該燃料油配管が該水噴射用ノズル先端部より水が噴射さ
   れる方向に該配管の内径の少なくとも３倍の直管部を有
   することを特徴とする乳化燃料の製造装置。 ２、燃料油配管が燃焼器への燃料の加圧ポンプのサクシ
   ョン部に接続された配管であることを特徴とする実用新
   案登録請求の範囲第１項記載の乳化燃料の製造装置。 ３、燃料油配管が燃焼器への燃料供給管であることを特
   徴とする実用新案登録請求の範囲第１項記載の乳化燃料
   の製造装置。 ４、水噴射用ノズルの水供給側配管がボイラの給水ポン
   プの吐出側配管に接続されたことを特徴とする実用新案
   登録請求の範囲第１項または第２項または第３項記載の
   乳化燃料の製造装置。