JPS62186112A - 流体燃料燃焼用バ−ナの燃料噴霧ノズル装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は流体燃料燃焼用バーナの燃料噴霧ノズル装置に
係り、特に油燃料や油と微粉炭の混合燃料であるＣ０Ｍ
燃料（Ｃｏａｌ　　ａｎｄ　　０１１Ｍ　ｉ　ｘ　ｔ　
ｕ　ｒ　ｅ　）および水と微粉炭の混合燃料であるＣＷ
Ｍ燃料（Ｃｏａｌ　　ａｎｄ　　Ｗａｔｅｒ　　Ｍ　ｉ
　ｘ　ｔ　ｕ　ｒ　ｅ　）などの流体燃料を微粒化して
噴霧し、燃焼させるバーナ用噴霧ノズル装置に関するも
のである。

（従来の技術） 液体燃料またはスラリ燃料を燃焼させるには、従来より
それら燃料を噴霧して微粒化することにより、燃焼用空
気との接触表面面積を大きくして炉内で燃焼させる方式
が多くとられている。その場合燃料の微粒化には、燃料
自身の持っている圧力などの微粒化を助けるエネルギの
ほかに、圧縮空気や蒸気などを噴霧媒体として用い、そ
れらの気体が持つエネルギの力を借りて燃料の噴霧微粒
化を行なう二流体噴霧方式が、微粒化を効率よく行なう
手段として知られている。

第５図はその中のもっとも実績の多い代表的な一つであ
るＹジェット式バーナノズルの側断面図を示す。このノ
ズルは、流体を供給するための内筒１および外筒２と、
二つの流体を混合し微粒化をはかるスプレヤプレート５
とから構成される。

スプレヤプレート５の内部には、ドリルによって加工さ
れる丸孔状の霧化媒体人口孔６、燃料人口孔７と、この
両者がＹ形に合流する混合孔８が設けられている。通常
は円管状の内筒１内を空気または蒸気などの霧化媒体４
が通り、外Ｗｆ１２と内筒１の間の環状通路３３を液体
燃料またはスラリ燃料（ＣＯＭまたはＣＷＭ）３が通る
。

孔の数はバーナの容量（単位時間あたりの燃料の噴霧量
）により異なるが、通常は３〜１０個の噴出孔１７がノ
ズル中心軸ＸＸに対し同心円上に、外波がりを持った状
態に、かつ軸に対し対称あるいは非対称に配置さている
。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明者らの最近の実験によれば（未公開）、噴霧に対
し最も重要な部分は、混合孔８において二つの流体が合
流する部分から、外部へ噴出する出口孔１７の出口端部
にいたる間の孔の形状であることがわかった。さらに霧
化媒体と燃料との衝突時の力関係が問題で、燃料の流速
あるいは慣性力が霧化媒体より大きいと、直進する霧化
媒体の流れを横切り混合孔の対抗壁８ａに沿って燃料液
膜のままの状態で噴出したり、反対に、第５図に示すよ
うに噴霧媒体の流れの流速とそれによる慣性力が燃料の
それより大きいと、燃料は噴霧媒体と充分に混合されず
、混合孔の合流個所で曲がり、壁８ｂに沿って液膜のま
ま噴出してしまう。両方の場合とも全体的にみて燃料の
微粒化が充分には行なわれず、粗大粒子が生成されてし
まうことが判明した。粗大粒子の燃料は炉内で完全には
燃焼されず、燃焼排ガス中の未燃分やばいじんを増加す
る原因となる。

本発明の目的は、燃料と噴霧媒体が均一に混合し、燃料
の微粒化を促進し得る流体燃料燃焼用バーナの燃料噴霧
ノズル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） 本発明は上記した問題点を解決するため、噴霧ノズル内
に、燃料と噴霧媒体を混合させる混合孔を２個以上設け
、ここで混合され噴流となった混合流体を、混合孔の後
流部に設けた混合室内で互いに衝突させ微粒化を促進す
るとともに、混合室内で混合流体の微粒化の均一化を行
なったのち、ノズル出口端に設けた噴射孔を通して、燃
焼炉内に噴射し微粒化の仕上げを従なうごとく構成した
ルズル装置を提供するものである。

すなわち、本発明は、流体燃料燃焼用バーナの燃料噴霧
ノズルにおいて、燃料を供給する燃料通路と、該燃料を
微細粒に粉砕する媒体を供給する媒体通路とを交差させ
た交差部を有し、かつ内部で燃料を媒体で粉砕するごと
くなした混合孔を少なくとも２個以上設け、上記混合孔
はそれぞれの孔を流出した燃料と媒体の混合流体が、互
いに衝突するごとき関係位置に設置するとともに、上記
混合流体の衝突位置には、衝突による燃料微細粒の均一
化を計る内混合室を設け、かつ内混合室よりノズル先端
部に向け複数個の出口噴出孔を設けて、内混合室で均一
化された燃料と媒体の混合流体を外部に噴射するごとく
構成したことを特徴とする。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示す燃料噴霧ノズル装置の
断面図である。内筒１および外筒２の同心軸１９上の二
重管先端にスプレヤヘッド１８およびスプレヤプレート
５が取り付けられている。

内筒内燃料通路３２を流体燃料３が通り、内筒と外筒の
間の環状通路３３を霧化媒体（通常、蒸気または空気が
用いられるが、以下、霧化媒体を略して単に媒体という
）が通る。つぎに燃料および媒体はそれぞれスプレヤヘ
ッド１８に設けられた燃料人口孔７および媒体人口孔６
を通り円筒上の孔で構成されている混合室８にて衝突混
合した後、スプレヤヘッド１８とスプレヤプレート５に
て構成される内混合室９内に入り、スプレヤプレート５
に設けられた先端拡大形のテーバ状の噴出孔１７から燃
焼炉内へ噴射される。出口噴出孔１７の入口部は、内混
合室９の先端内面３４に対して、孔１７の軸心を直角と
せず外開きに傾斜させるため、ノズル軸心１９に対して
外側に位置する部分１１は、鋭角のエツジ部を形成して
いる。

第２図は第１図におけるノズルをＡ方向から見た正面図
であり、噴出孔１７はノズル軸心１９に対し放射状にか
つ面３５上で円周方向６等分の位置に６個配置されてい
る。

さて、二流体噴霧における燃料の微粒化は、尊気あるい
は空気の媒体のもつエネルギを、流体燃料やスラリ燃料
の粉砕と微粒化に、いかに効率よく用いるか、すなわち
、運動量の交換がどれだけ効率よ（行なわれているかに
かかっている。

第１図において燃料３は、まずスプレヤヘッド１８の入
口において、多数の燃料入口孔７に分けられるが、この
場合ノズル中心軸１９に対しそれぞれ約４５度の拡がり
角度をもつように構成される。このとき、固体粒子と液
体からなるスラリ燃料においては固体粒子が孔７に詰ま
り易いのであるが、孔７の角度を直角に近い急角度をと
らせることな（、上述したように約４５度のなだらかな
角度としたので、燃料が流路３２から孔７に分岐する部
分でのスラリ中の固体粒子の滞留が防止でき、スムーズ
に燃料を通すことができる。また、燃料バーナの起動、
停止時において燃料をパージする場合にも燃料を滞留さ
せず排出することができる。

つぎに、外筒２内を通ってきた媒体４が燃料入口孔７と
相対応して設けられた媒体入口孔６から混合孔８に導か
れ、ここで孔７からの燃料と角度δでもって衝突する。

角度δは８０〜１００度程度が好ましいが、とくに約９
０度とするのが好ましい。ここで重要なのは、媒体孔６
を衝突直前で絞っていることと、衝突角度δを上記角度
にすることである。直前の絞りは媒体の整流と加速を行
ない、燃料への衝突をムラなく大きな力となして燃料の
微粒化を良好に行なうためであり、また衝突角度δを上
記としたのは、媒体および燃料の運動エネルギを有効に
衝突粉砕に変換するためである。なお、衝突角度δを１
００度以上とする方が衝突エネルギは大きくなるが、そ
の場合は、媒体工 と燃料の両方の流れを違いに妨げる働きが大きくなるた
め、むやみに圧力が上昇したり、一方の圧力の影響を他
方の流体が受は易くなって流量制御が難しくなる。この
ため、δは８０〜１００度程度がよく、特にδ＝約９０
度とすることがもっとも好ましい。

つぎに、混合孔８にて分散された燃料はさらに内混合室
９内に流入する。このとき、各混合孔８の軸心を、ノズ
ルの中心軸１９上の一点Ｂに角度αでもって交差するよ
うにすることが好ましい。

これによって、各混合孔８にて十分に分散微粒化できな
かった燃料が再度相互に衝突されるため、全体的に均一
に分散され微粒化される。このときの衝突角αは、その
衝突によりそれぞれの速度エネルギを有効に粉砕に活用
するため３０度以上とすることが好ましく、１８０度の
ときがもっともその衝突効果は大きい。ただし、前記し
た第１の衝突部と同様の理由により、約９０度とするこ
とが運用上は好ましい。

第３の特徴としては、内混合室９を設けている点で、こ
れによって衝突後の分散・微粒化に必要な滞留時間を確
保し、スラリ混合体の均一化を計ることができ、粗粒や
燃料の液膜が残ることを防止することができる。

最後の仕上げともいえる構造上の特徴としては、スプレ
ヤプレート５に設けられた出口噴出孔１７を先拡がりの
切頭円錐状とし、かつ、ノズル中心軸に対して孔１７の
取付角βを９０度以上１８０度以下とした点である。噴
出孔１７の拡がり角γは、通常二流体噴霧時の液体拡が
り角が約２０度である結果を得たので、孔１７の内壁面
での混合流体位の接触再凝集を防止するために、少なく
ともこの角度以上とすることが好ましい。

噴出孔１７を先拡がりの切頭円錐状（したがって孔１７
の中心軸を含む面での切断面は先拡がりのテーパ状とな
る）とすることと、拡がり角βを前記した値にすること
によって、図に示すように内混合室の先端内壁面３４と
出口噴出孔１７の入口部とは、鋭角の横形エツジ部１１
をノズル中心軸１９からもっとも遠い個所に形成し、角
噴出孔１７の１１部と反対側すなわちノズル中心軸に近
い個所では鈍角部３６を形成する。

エツジ部１１は内混合室から燃焼路内経噴出する際の燃
料粒子を、媒体の大気圧への圧力降下による高速エネル
ギによって超微細粒に砕（効果ををし、一方鈍角部は媒
体と燃料の混合流体１０が直進して外部の炉内に出よう
とする際に衝突する壁の役目を果たし、ここで燃料はさ
らに微細な粒となる。このため、出口噴出孔の孔はある
程度の長さが必要であるとともに、孔の拡がり角Ｔはあ
まり大きくない方が効果を発揮し易い。またエツジ部１
１は鋭角が小さいほど燃料の細粒化には効果があるが、
欠損や摩耗の面を考慮すると極端に小さくはできない。

このため、孔１７の拡がり角Ｔは２５〜６０度程度にと
るのが実用的である。

噴出孔１７の軸心の拡がり角βは、第４図に示すように
バーナ装置を構成するスロート１２やエアレジスタ１３
との関係において、ノズル５０の位置関係をみると、エ
アレジスタを経て炉内に入る燃焼用空気１４と混合を促
進する上で、できるだけ大きくとることが好ましいが、
燃焼用空気の流れ１４によって燃料の噴出流が曲げられ
ない場合は、バーナ、スロート１２の壁面に燃料が付着
して都合が悪い。したがって、噴出孔１７の拡がり角β
は、空気流１４のノズル軸方向の速度ベクトルとノズル
のスプレヤプレート５からの燃料噴出流の速度ベクトル
との相対関係にて決定され、燃料の種類やノズルの噴射
容量などの条件によって異なるが、β＝９０〜１８０度
とするのが、着火と安定燃焼の点から好ましい。

以上、本発明の詳細な説明で述べた特徴点は各々独立し
て採用しても効果があるが、複合して採用すれば少ない
媒体量、媒体圧力にて微細な噴霧燃料が得られる。

本発明を実施することにより得られる微細な噴霧燃料粒
子は、バーナノズル部を出た直後の初期着火性を向上し
、その結果、バーナからの燃料噴霧直後での雰囲気温度
を高くできる。これまでの発明者らによる低ＮＯｘ燃焼
バーナの開発での経験により、低ＮＯｘ燃焼を行なうに
はバーナから火炉に噴射された燃料を、まず高温の還元
火炎として一次燃焼を行ない、ついで燃焼用空気を追加
することにより、第２次の完全燃焼を行なうことが必要
であることがわかった（特願昭５８−１７２１４７参照
）。したがって、本発明は低ＮＯｘ燃焼用バーナに好適
に通用することができる。

なお、第１図にて本発明の実施例において、燃料３は内
筒内の通路３２から燃料入口孔７を経て混合孔８に供給
され、一方、媒体は内筒１と外筒２の間の環状通路３３
を通り、媒体入口孔６を経て混合孔８に供給されること
を示したが、本発明はこの実施例に限定されるものでは
なく、媒体を内筒内通路３２から供給し、燃料を環状通
路３３から供給するようにしても差し支えなく、このよ
うにすることも本発明に含まれる。

第３図は本発明の他の実施例を示すもので、第１図のも
のと異なる点は、内混合室からノズル外部に燃料を噴射
するための出口噴出孔１７の孔中心軸が、ノズル中心軸
と交差せず、第２図と第３図を比較して明らかなように
、ノズル中心軸から出る放射軸ＹＹに対し角θだけ偏心
した構造としたことである。この場合は、スプレヤプレ
ート５に設けた出口噴出孔１７の長さが第２図に示した
ものに比し長くとれるため、内混合室９から出る燃料１
０が確実に出口噴出孔壁面に衝突し微粒化が向上する。

（発明の効果） 本発明を実施すれば、流体の微粒化が十分に行なわれる
結果、 （１）媒体使用量を低減し、かつ噴霧燃料の粗粒子形成
を防止した微細噴霧粒を達成できる。

（２）微細噴霧粒によって燃料の着火と燃焼の安定性が
向上し、未燃分、ばいじん量を低減できる。

（３）微細燃料粒による着火性の向上によってＮＯｘを
低減した燃焼が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すバーナノズルの側断面
図、第２図は第１図のＡ方向からみた正面図、第３図は
他の実施例を示すノズル正面図、第４図は本発明になる
ノズル装置を設置したときのバーナ全体構成説明図、第
５図は従来のパーナ用ノズル装置を示す側断面図である
。 １・・・内筒、２・・・外筒、５・・・スプレヤプレー
ト、６・・・媒体入口孔、７・・・燃料入口孔、８・・
・混合孔、９・・・内混合室、１７・・・出口噴出孔、
１８・・・スブレヤヘッド、１９・・・ノズル中心軸。 代理人　弁理士　　川　北　武　長 鋼１図 第２図　　　　第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）流体燃料燃焼用バーナの燃料噴霧ノズルにおいて
   、燃料を供給する燃料通路と、該燃料を微細粒に粉砕す
   る媒体を供給する媒体通路とを交差させた交差部を有し
   、かつ内部で燃料を媒体で粉砕するごとくなした混合孔
   を少なくとも２個以上設け、上記混合孔はそれぞれの孔
   を流出した燃料と媒体の混合流体が、互いに衝突するご
   とき関係位置に設置するとともに、上記混合流体の衝突
   位置には、衝突による燃料微細粒の均一化を計る内混合
   室を設け、かつ内混合室よりノズル先端部に向け複数個
   の出口噴出孔を設けて、内混合室で均一化された燃料と
   媒体の混合流体を外部に噴射するごとく構成したことを
   特徴とする流体燃料燃焼用バーナの燃料噴霧ノズル装置
   。