JPS62112905A

JPS62112905A - スラリ燃焼用アトマイザ

Info

Publication number: JPS62112905A
Application number: JP25252885A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Satou; 一教佐藤; Kunio Okiura; 沖浦　邦夫; Akira Baba; 彰馬場
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1985-11-11
Filing date: 1985-11-11
Publication date: 1987-05-23
Anticipated expiration: 2009-05-11
Also published as: JPH0635882B2

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】（産業上の利用分野）本発明は、スラリ燃焼用アトマイザに係り、特に保炎性
を向上させ排ガス中のＮＯｘと灰中未燃分を低減させる
のに好適なスラリ燃焼用アトマイザに関す名ものである
。

（従来の技術）高濃度石炭・水スラリ　（以下、ＣＷＭ（Ｃｏａｊ！　
　Ｗａｔｅｒ　　Ｍｉｘｔｕｒｅ））は、石炭に少量の
水と微量の添加剤を混入させ直接燃焼可能な粒度にまで
微粉砕した燃料であり、ＣＯＭ　（Ｃｏａ　１　０ｉ　
１　　Ｍｉｘｔｕｒｅ）とは異なり、媒体が水である完
全な脱石油燃料として経済的な優位性の面から注目を集
めている。

主として微粉炭燃料に対するＣＷＭの特徴を掲げると以
下のようである。

（１）液体燃料として輸送、貯蔵、燃焼が可能、（２）
脱水することなく直接燃焼が可能、（３）燃料系の運用
（ｉ！ｌ！転操作・制御）が容易、（４）貯蔵が容易で
用地の節減が可能、（５）安全燃料（発火・粉塵防１に
対策が不要）、（６）脱灰による商品Ｗ燃料が可能。

ＣＷＭは液体化した燃料であり、従来のオイルと同じよ
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。着火号（
Ｉに関しては、水の蒸発に熱が費やされるためであり、
微粉炭と比較して着火距離が４倍以−にも長くなること
がある。一方、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きら
ず、また水分による燃焼温度の低下のためと推定される
。したがって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優れＣＷＭ燃焼に適した
アトマイザを開発することが肝要である。

以上はＣＷＭを例にとってアトマイザ性能の燃焼に及ぼ
す重要性を説明したが、Ｃ重油を用いる油焚きボイラの
高効率低公害化（低ばいじん低ＮＯｘ化）やボイラ点火
トーチの黒煙（すす）防止対策においても、燃焼へ及ぼ
すアトマイザの寄与する割合は極めて高い。

これまで実機ボイラにおいては、通称Ｙジェット式と称
する多孔式の中間混合式二流体アトマイザが使用されて
いる。第１２図および第１３図は、０重油焚の実機ボイ
ラにおいて実績の最も多い、Ｙシェフ）式アトマイザの
軸方向断面図および正面図である。図に示すように、こ
のアトマイザチップ１は、中央の微粒化媒体３０通路の
先端部に設けられた微粒化媒体供給孔５およびこれに連
結された混合通路６と、該混合通路６に燃料を流入させ
るための燃料供給孔４とからなる。この二流体アトマイ
ザは設計が容易でメインテナンスに優れたものであるが
、下記のような欠点を有する。

（１）噴出速度が大きいため、特にＣＷＭのように着火
性の劣る燃料の場合は保炎が困難になる。

（２）噴霧流の一部に粗い液滴からなる部分があるため
、微粒化の性能が不十分となり、長炎化する。低質油の
場合はばいじん濃度が増大し、点火トーチでは黒煙が排
出される。

（３）（２）とも関連するが、微粒化特性をよくしよう
とすると微粒化媒体の消費量が多くなり、結果的に補機
動力の増大を招く。

（４）低ＮＯｘ化のために、低０□　、（低空気比）運
転を目指すに際し、微粒化特性不良のため、十分な効果
をあげることができなかった。

（発明が解決しようとする問題点）本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、ス
ラリ燃料の燃焼に対して、着火の促進による燃焼の高効
率化と、ＮＯｘの低減を同時に達成できるアトマイザ装
置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）要するに本発明は、主噴出孔と副噴出孔を有するアトマ
イザによって、副噴出孔からの微細な液滴で着火を安定
化させ燃焼の高効率化を図ると同時に、バーナ中心軸の
円周方向およびバーナ中心軸からの傾斜方向に対して燃
料の濃淡部をつくり出し、ＮＯｘの排出を抑制するよう
にしたものである。すなわち、本発明は、アトマイザチ
ップ前端面の円周方向に互いに間隔をおいて開口する複
数の混合噴射流路と、それぞれ上記混合噴射流路に接続
された複数の燃料供給流路を備えたアトマイザ装置にお
いて、口径および細長比Ｌ／Ｄの異なる少なくとも２種
類以上の混合噴射孔を、アトマイザチップ中心軸のまわ
りの径が同じかまたは異なる少なくとも１つ以上のアト
マイザチップ火炉側外表面の円周上に、アトマイザチッ
プの半径方向に対し同軸または円周方向に交互になるよ
う配置したことを特徴とする。

ここで細長比ｌ、／Ｄとは、燃料供給孔と混合噴射孔の
中心軸が交わった点から混合噴射孔出口までの距％ＩＩ
ｔＬを混合噴射孔径りで除した値をいう。

本発明においては、アトマイザチップに対しより外側に
ある円周上の混合噴射孔径を、より内側にある円周上の
混合噴射孔径と同じかまたは小さくしたことを特徴とす
ることが好ましい。

またアトマイザ中心軸に対しより外側にある円周上の混
合噴射孔径における細長比Ｌ／Ｄを、内側にある円周上
の混合噴射孔の細長比Ｌ／Ｄと同じかまたは大きくした
ことを特徴とすることが好ましい。

さらにアトマイザ中心軸に対し外側にある円周上の混合
噴射孔のバーナ中心軸に対する佃き角を、内側にある円
周上の混合噴射孔のそれと同じかまたは大きくしたこと
を特徴とすることが好ましい。

以下、本発明を図面に示す実施例によりさらに詳細に説
明する。

（実施例）第１図は、本発明による二流体アトマイザの火炉側から
見た正面図、第２図は、その矢印ＡおよびＢ方向の断面
図である。このアトマイザは、アトマイザ本体（チップ
）ｌの中心軸に設けられた微粒化媒体３の流路３Ａと、
該微粒化媒体流路３Ａに連通して火炉側に向けて放射状
に設けられた主噴出孔９および副噴出孔１２と、該主噴
出孔９および副噴出孔１２に燃料２を導入して混合させ
る燃料供給管７および１０とから主として構成される。

主噴出孔９は口径（ｄｌ）が大きく、アトマイザの中心
軸近傍にひろがり角θ１を小さくした状態で円周方向に
等間隔に配置されている。一方、口径（ｄ２）の小さな
副噴出孔１２は、主噴出孔の外側にひろがり角θ２を大
きくした状態で円周方向に等間隔に配置されている。

主噴出孔９と副噴出孔１２の構造上の特徴を列挙すれば
次のとおりである。

（１）主噴出孔と副噴出孔の噴霧のひろがり角はθ２〉
θ１であり、副噴出孔からの噴霧がより広角となる。

（２）噴出孔の口径はｄｉ　＞ｄ２である。燃焼試験を
実施し、試行錯誤的な検討をくり返した結果、ｃｔ、＝
２ｄ、程度が好適であった。

（３）噴出孔の長さは＃ｌ＜１２とするほうが好ましい
が、同程度でもよい。

（４）噴出孔の細長比は、７１１７ｄ１　＜１２　／ｄ
２である。副噴出孔のほうをより細長くすることにより
、燃料が微粒化媒体によって十分に乱されるため、良好
な微粒化が行なわれる。本実施例でば１２　／ｄ２　＝
５　（ｊ１１／ｄ１）である。

（５）気液の合流角はφ２〉φ１である。このようにす
ると、副噴出孔のほうがより急激に置数が衝突するため
、微粒化が良好になる。

上記のうち、微粒化特性に影響を及ぼすのは（４）、（
５）であるが、本実施例においては、副噴出孔からの噴
霧の平均粒径ｄ３ｚは主噴出孔からの噴霧の平均粒径ｄ
３Ｌの半分程度まで減少させることができる。また（２
）〜（５）より、副噴出孔からの燃料の噴射流量は、主
噴出孔からの約１／４程度となる。以上より、第１図に
示した本発明のアトマイザでは、６つの主噴出孔からの
噴霧の中間位置から外方向へ向けて流量は少ないが、粒
径の小さな噴霧が噴射される状態となる。

次に第１図および第２図に示した本発明のスラリ燃焼用
二流体アトマイザの効果を、燃焼炉における実験データ
に基づき、従来型アトマイザと比較して説明する。

第３図は、アトマイザ先端から着火位置までの着火距離
Ｌｉと気液比Ｗ　ａ　／Ｗ　Ｉｔ　（質量比：微粒化媒
体／燃料）に対する変化として示したものである。なお
、上記アトマイザの気液比は、主噴出孔と副噴出孔から
噴出する燃料と微粒化媒体を各々加算して比をとる統括
気液比とした。孔の寸法（径、長さ、Ｌ／Ｄ）から主・
副噴出孔の気液比を推算してみると、副噴出孔の気液比
は主噴出孔の気液比よりも２．５以上になり、副噴出孔
からの噴霧はかなり微細で良好であることが予測される
。

図からは、同一気液比で比較すると本発明アトマイザの
ほうが２００ｍ以−１−も着火距離が減少しており、保
炎性に優れたものであることがわかる。

これは、副噴出孔からの微細な噴霧が着火を速やかにし
て保炎性能の向−にに寄与したためと考えられる。

次に、排ガス中の０２濃度に対するＮＯｘ濃度の変化を
第４図に示す。実験を行なった０□濃度範囲で、本発明
のアトマイザのほうがおよそ１１００ｐｐ近くもＮＯｘ
濃度が減少した。バーナのエアレジスタやバーナスロー
ト等の構造を全く変更せずにアトマイザの工夫のみでこ
れだけのＮ。

Ｘ低減効果を得られたことは画期的といえる。これは、
バーナ中心軸近傍の燃料濃度を増加させ、Ｎｏの還元ゾ
ーンを形成するという低ＮＯｘ化の燃焼ゾーンコントロ
ールがなされたためと考えられる。

第５図は、燃焼性を総括する意味で、灰中未燃分率と排
出Ｎ０ｘｆｉ度を比較したものである。第１図に具体例
を示した本発明アトマイザは、第７図に示すところの従
来型Ｙジェットアトマイザに対し測定点がグラフの原点
に近づいており、燃焼性に優れたものであることがわか
る。

以上から、本発明アトマイザを採用するバーナはボイラ
の高効率化・低公害化に寄与し得ることは明らかである
。

第８〜１１図は、主噴出孔９と副噴出孔１２の位置関係
をさらに変化させた４つの実施例を示したものである。

第８図は、主噴出孔９と副噴出孔１２をバーナの同一半
径方向軸上に並べて配置したものであり、火炎をバーナ
の円周方向に分割したまま保炎性を向上させることをね
らったものである。第９図は、各主噴出孔９の外周に、
主噴出孔を両側からはさみ込むように２つの副噴出孔１
２を配置したものである。この場合、副噴出孔１２の口
径ｄ２′は第８図の場合よりさらに３０％程度小さくす
るが、その分だけｉｉ　／　ａ　２　’が大きくなるた
めに、微粒化をさらに良好にすることができる。第１０
図は、第８図の場合とほぼ同様の考え方に基づくもので
あるが、もともと火炎分割化のために噴出孔群が９Ａと
９Ｂの２つに分かれているアトマイザに本発明を適用し
たものである。

第１１図は、主噴出孔９と副噴出孔１２をアトマイザの
同一円周上に等間隔に配置したものである。

この場合は、φ１＝φ２およびθ１＝θ２となる。

第１図および第２図に示したア・トマイザにおいて、ア
トマイザの副噴出孔の出口に絞りを設けることにより、
微粒化をさらに促進させることができる。アスファルト
等の劣質残渣は安定な供給体制が確立されれば電力事業
用燃料として期待されるが、残留固形炭素分とＮ分が多
く含有することから、燃焼時にはばいじんとＮＯｘ排出
濃度の上昇が問題となる。この課題を克服するためには
、ＣＷＭの場合と同様にあくまで着火を促進することに
よる燃焼の高効率化と、燃焼ゾーンコントロールによる
ＮＯｘ低減化を実現しなければならない。本発明のアト
マイザの副噴出孔の出口に絞りを設けて着火を促進させ
たものは、特に重質油等の燃焼用に有用である。

第６図および第７図は、副噴出孔出口の絞り開日比（噴
出孔と絞り孔の断面積比）を０．２５とした本発明のア
トマイザを用いて、排ガス０２濃度に対するばいじんと
ＮＯｘ排出濃度の変化を、第１２図の従来型（Ｙジェッ
ト式）二流体アトマイザにおける結果と比較して示した
ものである。本発明のアトマイザは、同一０２濃度であ
るならば、ばいじん、ＮＯｘともに、従来のアトマイザ
を用いた場合よりも低下させることができる。副噴出孔
出口の絞り開口比を０．２５程度にすることにより、副
噴出孔から噴射される噴霧粒径は１／２程度まで減少す
るが、この微粒化特性の改善効果が燃焼性に現れたため
と考えられる。以上のように、副噴出孔出口に絞りを設
けた本発明のアトマイザは、ＣＷＭのみならず劣質残渣
においても、ばいじん、ＮＯｘの同時低減が可能である
ことが確認された。

（発明の効果）本発明によれば、下記のような効果が達成される。

（１）着火が促進され安定な火炎保持が可能になる。ま
た着火の促進と関連し、灰中未燃分率が低減するため高
効率燃焼が達成される。

これは燃焼性の劣る高燃料比炭（燃料比＝固定炭素／揮
発分）を用いたスラリ燃料の燃焼にとりわけ有利である
。

（２）微粒化媒体の消費量を低減できるため補機動力が
少なくて済むようになる。

さらに付随的な効果としては、燃料の濃淡ゾーンを形成
すること、また（１（０□運転が可能になるためＮＯｘ
の排出を抑制できる。またＣ重油、劣質残渣（アスファ
ルト等）の燃焼に対してもＮ。

Ｘ生成の抑制と同時にばいじん量を低減できる。

以上のように、本発明を実施することは、省エネルギー
、環境保全対策にとって有効であり、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図は、本発明の実施例を示す二流体アトマイザの正
面図、第２図は、第１図の矢印ＡおよびＢ方向の断面図
、第３〜５図は、本発明の二流体アトマイザの効果をＣ
ＷＭの燃焼試験結果として示したもので、第３図は、微
粒化用の気液比と着火距離の関係を示す図、第４図は、
排ガス０□濃度とＮＯｘ排出量の関係を示す図、第５図
は、ＮＯｘと灰中未燃分の関係を示す図、第６図および
第７図は、本発明の二流体アトマイザを劣質残渣（アス
ファルト）の燃焼に利用した結果を示したもので、第６
図は、排ガス０２濃度とばいじん濃度の関係を示す図、
第７図は、排ガス０□濃度とＮＯｘ濃度の関係を示す図
、第８〜１１図は、主噴出孔と副噴出孔の配置例を示す
本発明のアトマイザの他の実施例を示す正面図、第１２
図および第１３図は、従来型Ｙジェット二流体アトマイ
ザの軸方向断面図および正面図である。１・・・アトマイザチップ、２・・・燃料、３・・・微
粒化媒体（蒸気）、４・・・燃料流路、５・・・微粒化
媒体流路、６・・・噴出孔、７・・・主噴出孔の燃料供
給管、８・・・主噴出孔の微粒化媒体供給管、９・・・
主噴出孔、１０・・・副噴出孔の燃料供給管、１１・・
・副噴出孔の微粒化媒体供給管、１２・・・副噴出孔。代理人　弁理士　川　北　武　長＞　ｉ　ｊ３＞気液比Ｗａ／Ｗｅ　（−）排ガス　０２　　’／。梢５図灰中未燃分（ｗｔ”１．）棺１２図第１３図１：アトマイザチップ２：燃料３：５に粒化媒体（蒸気）４：燃料流路５：防犯化媒体流路６：＠畠孔

Claims

【特許請求の範囲】

（１）アトマイザチップ前端面の円周方向に互いに間隔
をおいて開口する複数の混合噴射流路と、それぞれ上記
混合噴射流路に接続された複数の燃料供給流路を備えた
アトマイザ装置において、口径および細長比Ｌ／Ｄの異
なる少なくとも２種類以上の混合噴射孔を、アトマイザ
チップ中心軸のまわりの径が同じかまたは異なる少なく
とも１つ以上のアトマイザチップ火炉側外表面の円周上
に、アトマイザチップの半径方向に対し同軸または円周
方向に交互になるよう配置したことを特徴とするスラリ
燃焼用アトマイザ。
（２）特許請求範囲第１項において、アトマイザ中心軸
に対しより外側にある円周上の混合噴射孔径を、より内
側にある円周上の混合噴射孔径と同じかまたは小さくし
たことを特徴とするスラリ燃焼用アトマイザ。
（３）特許請求範囲第１項または第２項において、アト
マイザ中心軸に対しより外側にある円周上の混合噴射孔
径における細長比Ｌ／Ｄを、内側にある円周上の混合噴
射孔の細長比Ｌ／Ｄと同じかまたは大きくしたことを特
徴とするスラリ燃焼用アトマイザ。
（４）特許請求範囲第１項において、アトマイザ中心軸
に対し外側にある円周上の混合噴射孔のバーナ中心軸に
対する傾き角を、内側にある円周上の混合噴射孔のそれ
と同じかまたは大きくしたことを特徴とするスラリ燃焼
用アトマイザ。