JPS618513A - 石炭‐水スラリ或いは燃料油の為の低圧力損失バーナ - 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】 本発明は燃料燃焼装置に関し、更に詳しくは濃縮された
石炭−水スラリ或いは燃料油を公共設備或いは工業用ボ
イラに於て燃焼させる為のバーナに関する。

エネルギー自立への願望、そして更には外国の油燃料源
に対する依存からの脱却への願望によって、石炭が、油
焚き用に設計された公共施設或いは工業用ボイラの使用
の為に適した、経済的な所謂代替油燃料として再評価さ
れている。燃料開発調査は石炭一泊混合物に関して重点
的に為されているが、石炭一水スラリは経済的により魅
力的な燃料であるっ石炭一水スラリは、例えば報告によ
ればＡＡｅ料油と比較して２０から５０％安価であるの
に対し、石炭一泊混合物と属６燃料油とのコスト差はお
よそ５％（　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎ
ｇ　。

Ｊｕｎｅ　２７　、’　１　９８５，　ｖ　１　６　）
である。

濃縮された石炭一水スラリは、無水基準で６５から８０
重量％の、微粉炭或いは他の炭素質燃料が安定用の化学
添加剤を少量％含有する水に含まれた濃縮懸濁液から成
立っている。その様な濃縮スラリは少量％の石炭しか含
まない石炭一水スラリとは異り、直接、即ち脱水無しに
焚くことが出来る。ボイラ燃料としての石炭一水スラリ
の利点は、液体状燃料としての取扱い、移送及び貯蔵の
容易さ、単位エネルギー当りの低コスト性、外国産油か
らの独立、石炭一水スラリバイブラインシステムに組込
むことが出来ること、そして油焚き用に設計されたボイ
ラを石炭−水スラリ焚き用に改造する技術上及び経済上
の実施可能性が充分にあることを含んでいる。実際、石
炭一水スラリの主要市場はとりあえずは本来油焚き用に
設計された現用のボイラの為の燃料としてのものとなろ
う。

油焚きボイラを１％縮石炭一水スラリを使用する為に改
造する為には、微粉炭及び水或いは燃料油のスラリを確
実に且つ効率的に燃焼し得るバーナの開発が欠かせ無い
。

石炭一水スラリは液体燃料と同様の挙動を示す為、燃料
油と同様に燃焼させ得る。従って、石炭−水スラリは燃
焼用空気で噴霧されそしてそれと混合されて、バーナ前
方若しくは近くで安定した火炎フロントを形成する。火
炎を安定させる為の手段としてはバーナに強い渦巻を誘
起させるのが最も望ましい。強い渦巻は加熱燃焼生成物
を着火域に逆流入させる強力な再循環作用を生み出し、
ここで供給される石炭一水スラリ液滴に含まれる石炭粒
子の乾燥と着火が行われる。

（従来技術の説明） 従来幾つかの提案が示されている。例えば米国特許第３
，　１　２　４，　０　８　６号を参照されたい。これ
は高濃度に濃縮されない石炭一水スラリを焚く為のもの
である。前記特許に開示される如く、燃焼用空気は比較
的高い圧力に於て供給されねばならず、これがバーナを
通過するに際しての望ましからざる、高い圧力損失を招
いている。加つるに、燃焼用空気は全体的に比較的高温
に加熱されねばならない。

（発明の概要） 円形レジスタバーナが、公共施設及び工業型ボイラに於
て油を焚く為にしばしば使用されている。

円形レジスタバーナは、燃料と空気とを混合しそして短
い、コンパクトな火炎を生み出す為に必要な乱流を提供
する為円筒状ケーシングの周辺に沿って接線方向に配置
された扉を組込んでいる。バーナは、空気の方向及び速
度、それに燃料の分布が、燃料を燃焼用空気と十分且つ
完全に混合する様設計されている。

円形のエアレジスタバーナを用いて行われた石炭−水ス
ラリｆｆｉ焼試験の結果、捕給燃料無しの燃焼に要する
所要の４乱流及び空気温を生み出す為、エアレジスタ扉
が完全にピンチ閉めされる迄、補助的な天然ガスの燃焼
が火炎の安定性を確立し且つ維持する為に必要な事が分
った。

石炭−水スラリ火炎の安定性を、風箱から炉に至る圧力
低下の小さい状態で維持する為に必要な強い渦及び再循
環を実現する為にそれによって、周回方向に一部重畳し
たレジスタ扉形状が空気力学的に設計され開発された。

かくして、本発明に従えば、熔料油或いは少くとも６５
重景％の微粉炭を含む濃縮石炭−水スラリ燃料を、ボイ
ラの風箱と炉室とを隔てている壁を貫通して外向きにテ
ーバ付けされた切頭円錐形バーナ口と絹み合わせて燃焼
させる浜の装置が提供される。該装置はバーナ口内部に
同心状に配列された噴霧器を有している。噴霧器は壁に
取付けられた同心状の円筒形ケーシング内部に配置され
たバーナバレルに結合されている。円形のスリーブが、
バレルを含む燃料供給手段を包囲し、その間部分に内側
環状部が画成される。摺動レジスタがスリーブに装着さ
れ、空気をスリーブの開口をりして風箱から内側環状部
へ通過させるべく摺動して調節し得る様にされる。円形
ハウジングが、スリーブとケーシングの中間にスリーブ
を取巻いて同心的に配置ａ−れ、夫々の間部分に中間及
び外側環状部が画成される。スリーブとハウジングとは
バーナ口に接近し且つ軸方向に隔設された、半径方向に
整列した開口端部を有している。ケーシングはハウジン
グと半径方向に整列するその周辺において周囲方向に間
隔を置いた一連の開口を有している複数の、実質上同一
の湾曲羽根が開口部に取付けられる。羽根は隣接する羽
根の対向端部を円周状に重畳する、段付き端部を有して
いる。

燃焼用空気が、隣接する羽根の重畳部の縁部と湾曲終端
部との間の半径方向空間を接線方向に通過し、外側環状
部及びバーナ口に渦巻いて流入する。

（実施例の説明） 第１図に示す如く、今後説明されるバーナ支持体及びエ
アレジスタを備える円筒状ケーシング１０が、燃料油だ
けで無く濃縮石炭−水スラリ燃料も焚く様適合されたボ
イラの風箱４０と炉室５０とを隔てる、耐火壁１２を裏
打ちする外側シェルプレート１１から成る壁手段に取付
けられている。

石炭−水スラリは、バーナバレル１５を経て、バレル１
３の＠部に取付けられた噴霧器１４を備えるノズルを通
りそしてボイラの壁１２に形成された切頭円錐形のバー
ナロ即ちスロー）１５に噴出される。バレル１３の反対
側端部はディスタンスピース即ち＠離管８を通って伸延
する。ディスタンスピース８は円筒状スリーブ９内部に
於て支持され、円筒状スリーブ９は風箱４０の外側壁４
１によって支持されている。旋回器１６は噴霧器１４の
直ぐ上流においてディスタンスピース８に同軸に取付け
られる　　　　　　　−一１瞥ディスタンスピース８は
円筒状スリーブ９内部に於て軸方向整動するべく摺動自
在に収容されている。バレル１３はスリーブ９とディス
タンスピース８とを軸方向に貫いて伸延している。

バレル１３はディスタンスピース８の内部に於て部分的
に点線で例示される。バレル１３、ディスタンスピース
８及び円筒状スリーブ９とは本発明の装置において重要
なものでは無い。従って、バレ／Ｘ／１３、ディスタン
スピース８及び円筒状スリーブ９は−まとめにして燃料
供給手段と称される。

円筒状ケーシング１０はバレル１６と同心状に取付けら
れ且つ半径方向に隔設される。円筒状ケーシング１０は
、一端がバーナス四−ト１５と同軸状に外側シェルプレ
ート１１に取付けられ、風箱４０内に位置づけられる。

ケーシング１０は、第２図に概略示される湾曲羽根３０
を装着する枢ビン１９を支持する、半径方向に伸延する
一対の７ランジ１７及び１８を有し、ている。７ランジ
１７は圧力損失を最小化する為、４５°の継ぎ部材２８
を介してケーシング１０の前方円筒部分に結合される。

円筒状ハウジング２０は、７ランジ１８の半径方向内側
端部に固着される。円筒状ハウジング２０はスリーブ２
５の周囲に同心状に取付けられ且つスリーブ２５とケー
シング１０の中間にそれらから半径方向に離間して設け
られる。

ハウジング２０はバーナスロート１５のすぐ近くに開口
し且つバーナスロート１５から軸方向に隔設された第１
の端部と、パーナス０−）１５から遠い方の第２の端部
とを有する。第２の端部は半径方向プレート４２によっ
て閉鎖されている。

スリーブ２５はハウジング２０の内部で燃料供給手段を
同心状に取巻いて嵌合され、その間部分に内側環状部２
１を画成し且つスリーブ２５とハウジング２０との間に
中間環状部２２を形成する。

外側環状部２３が７ランジ１７と１８、スリーブ２５と
エアレジスタ扉、即ち第２図に示す羽根３０との間に位
置づけられる。従来のスパイダ２４がスリーブ２５内部
でディスタンスピー、ス８を支持する。

摺動レジスタ組立体２６がスリーブ２５に取付けられ、
風箱４０から内側環状部２１へ空気流を提供するべく作
動可能とされる。摺動レジスタ組立体２６は斯界では周
知の型式の従来ユニツシである。着火器２７が半径方向
プレート４２と中間環状部２２とを貫いてバーナスロー
ト１５内に伸延される。着火器２７は通常はボイラ始動
時に使用される。従来の油若しくはガス着大器である。

第２図に概略示される如く、円形レジスタ組立体は第１
図に示された枢ビン１９に枢動支持さるべく設計された
複数の弧状に湾曲したレジスタ扉、即ち羽根３０から成
立つ。羽根３０は段付けされた端部３１を形成するべく
半径方向に段が付けられ、該端部３１は各々の羽根！＋
０の向い合う端部を円周方向に重畳し且つ該向い合う端
部から離間し、以ってその間部分に方向矢印で示される
様な流れ通路を形成している。段の付いた、重畳する端
部３１は、隣りの羽根３０の段の付いていない湾曲端部
から半径方向に隔設されている。羽根の端部は隣りの羽
根の段の付けられる地点より前の羽根本体部分と円周方
向に整列し且つ離間される。

即ち両端部は共通の円周上に載る。

運転に際し、バーナは燃焼用空気の流れを風箱４０から
炉室５０へと導通し、必要な流れ模様を確立する。外側
環状部２３には羽根５０の重畳部分同志間の湾曲した空
隙を通して接線方向の空気の流れが供給される。重畳す
る羽根形状は設計上の主要な独創的部分ではあるが、こ
れだけでは所望ましい強い渦巻模様を提供するべく空気
力学的に設計されている。

中間環状部２２は比較的不活発な空気領域を提供し、こ
こに油、ガス或いは他の着火源を位置づけ得る。こうし
た位置づけは、比較的不活発な領域を使用する事で他の
領域によって確立される流れ模様を妨害しないと言う点
に於て機能上望ましいものである。中間環状部分には、
中間環状部２２を通して、石炭或いは灰粒子の堆積を防
止するに充分の空気を循環せしめる為の穴が半径方向の
壁４２に設けられる。

内側環状部２１には摺動レジスタ組立体２６がら空気が
供給される。バーナパレ〃１５は石炭−水スラリ或いは
燃料油を供給する為に選択的に使用出来る。羽根付旋回
器１６が小循環領域を作り出しそして炉内の渦巻流れを
安定させる。

バーナのバーナスロート１５は標準的型式のバーナのも
のと類似のものである。その形は燃焼炉に向って拡゛開
する切頭円錐形である。

石炭−水スラリ燃焼の予備試験の為に使用された噴霧器
１４は、バーナ空気流れに合った噴霧を提供するに必要
とされる射出角度及び噴口の数を有する、Ｂａｂｃｏｅ
ｋ　＆　Ｗｉｌｃｏｘ　　製改変Ｔ−ジェット噴誹器で
ある。空気或いは蒸気噴寮された噴霧体の相互作用が渦
巻状態のトシイド型流れ模様を提供する。

直径２４インチ（約６１センチ）のスロートを使用して
の４００（７万Ｂｔ■／時の運転条件用の石炭−水スラ
リバーナ寸法の為の計算によれば、バーナ装置を以下の
近似パラメータを備える構造とすると風箱から炉にかけ
ての圧力低下が好適に小さくなる事が示された。特に、
外側環状部２３、中間環状部２２及び内側環状部２１の
軸方向速度の、スリーを内の合計軸速度に対する以下に
示す近似比率が重要なパラメータである事が分った：１
７２．０．２４及び（Ｌ４７が夫々の値である。外側環
状部２３では接線方向速度対軸方向速度の比率は、およ
そｔ２６であることが重要であると計算され、この時の
合成速度ベクトルの角度は、およそ５２°である。羽根
の重畳部分の長さ対内側羽根の先端と外側羽根本体との
間の半径方向距離の比率は、その比率が１０以上でなけ
ればならないという限りにおいて重要である；上述した
計算によれば比率１１３５が重要であると判断された。

本発明に従う試作バーナの試験では石炭−水スラリを燃
料とする安定火炎が維持される、即ちパーナス０−）内
に静止火炎フロントが保持された。

濃縮石炭−水スラリ焚き用の適合性を判断する為に・以
前試験された現用のバーナ構造に較べて匹敵する運転条
件下に於て、圧力損失の低下が実現された。本バーナは
比較的簡単な構造であり、バレルを通過した燃料油を焚
く為にも使用する事が可能である。本発明のバーナ装置
は石炭−水スラリ燃料を使用して２−１／２　から１の
ターンダウン比を有する。即ちバーナ燃料の供給割合は
作動状態のバーナ数を変更する事無く且つ完全燃焼状る
。本発明のバーナ装置は燃焼用空気の温度が１８０″Ｆ
（約８２℃〕と言う低さでも石炭−水スラリを燃焼させ
得る。着火器は、主燃焼用空気流を乱さず然も着火器を
消火すること無く、燃料をバレルから蒸気或いは空気パ
ージする事を可能とするようバレルから十分遠ざけで位
置づけられる。

以上具体例に基いて説明したが、本発明の内で多くの変
更を為し得ることを銘記されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は改良バーナ装置の、ボイラのバーナ壁での断面
図。 第２図は本発明に従う重畳用端部が設けられた湾曲羽根
の形状を現す概略図である。 図中主な部分の名称は以下の通りである。 １０：円筒状ケーシング １２：耐火壁 １３：バーナバレル １４：噴霧器 ２０：円筒状ハウジング ２１：内側環状部 ２２：中間環状部 ２３：外側環状部 ３０：羽根

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、風箱を炉室から隔離し、そして風箱から炉室を貫い
   て外側方向に傾斜している切頭円錐状のバーナ口を備え
   る壁手段を有するボイラにおいて、少くとも６５重量％
   の微粉炭を含む濃縮石炭−水スラリを燃焼する為の装置
   にして、バーナ口の内側と同心で且つ風箱内部でバーナ
   バレルを有する燃料供給手段が結合された石炭−水燃料
   噴霧器と、燃料供給手段と同心で且つ該手段から半径方
   向に隔設され、一端が風箱側において壁手段に取付けら
   れている外側円筒状ケーシングと、燃料供給手段を包囲
   し且つ該手段から半径方向に隔設され、その間部分に内
   側環状部を画成する円筒状スリーブにして、バーナ口に
   接近し且つ該バーナ口から軸方向に隔設してケーシング
   内に開口する端部を有し、空気を風箱から内側環状部へ
   と通入する為の手段を含む円筒状スリーブと、スリーブ
   とケーシングの中間で両者から半径方向に離間してスリ
   ーブの少くとも一部分周囲に同心的に取付けられる円筒
   状ハウジングにして、ハウジングとケーシングとの間に
   外側環状部を画成し、バーナ口に接近し且つ該バーナ口
   から軸方向に離間して開口する第１の端部と、バーナ口
   から遠方に隔設された第２の端部と、該第２の端部を閉
   鎖するプレートとを有するハウジングと、風箱から外側
   環状部へ空気を供給する様適合されたハウジングに半径
   方向に整列されたケーシングの周縁に円周状に一定間隔
   を置いて形成される列状の開口と、複数の湾曲羽根にし
   て、該羽根の各々が夫々の開口の一つにそこを通しての
   空気通路を調節するべく可動的に取付けられ、該羽根の
   各々が該羽根に隣接する一つの羽根の対向端部に重畳し
   且つ半径方向に隔設されている段付き端部を有する複数
   の湾曲羽根とを包含する装置。 ２、段付き端部は湾曲状であり且つ隣接する羽根の端部
   に対して間隔を置いた平行関係にて伸延する特許請求の
   範囲第１項記載の装置。 ３、隣接する羽根の端部は隣接する湾曲羽根の一部に円
   周状に整列し且つそこから隔設された端部を有している
   特許請求の範囲第２項記載の装置。 ４、空気を風箱から内側環状部へと通過させる為の手段
   は摺動レジスタより成る特許請求の範囲第３項記載の装
   置。