JPWO2007105335A1 - 火炉内への気体噴出ポート - Google Patents
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Abstract
火炉34内への気体噴出ポート31の三次ノズル3は、気体流れがポート31の外周側から中心軸Cに向かう速度成分と中心軸C沿いに火炉内に向かう速度成分を持つように気体流れの上流側から中心軸Cに向かって斜めに形成された縮流生成用流路と該縮流生成用流路の出口部に設けた火炉壁開口部で気体流路が拡大する拡管状のスロート壁26の壁面に沿って気体が流れるように導くために設けられたルーバ32とを有する。こうして、ポートから噴出させる気体の流量等の条件によらず、装置構成の複雑化や、コストの増加を招くことなく、火炉のスロート拡管部の壁面に灰が付着溶融してクリンカが塊状に成長するのを防止可能な気体噴出ポートを提供することができる。
Description
本発明は、ボイラなどの火炉内へ気体を噴出させるポートに係わり、特に火炉開口部の灰付着を防止するのに好適なボイラなどの火炉内への気体噴出ポートに関する。
ボイラなどの火炉壁には、空気や燃焼排ガス等の気体を炉内に噴出させる各種のポートが設けられている。例えば、燃焼装置として燃料と燃焼用空気とを噴出させるバーナや、二段燃焼用空気を投入するためのアフターエアポート(AAP、オーバーエアポー卜、またはOFAとも称される。)等が該当する。このように本明細書でいう気体噴出ポートは、気体を火炉内に噴出させるポートであれば、アフターエアポートに限らず、燃焼排ガスの投入用ポート、燃料を燃焼させるためのバーナ用のポートなどをいう。また、該ポートが設けられる火炉に開口した拡管状の壁面をスロート壁又はスロート拡管部(火炉出口側に向けて開口部の径が順次大きくなる火炉壁面部分)ということにする。
このようなポートにおいて、気体噴流を火炉中央部まで到達させつつ、火炉壁近傍の気体混合を促進するように、ポートの外周側から中心軸方向に向けた気体噴流の流れを強めてスロート壁を通過させ、該噴流がポートの中心軸に集中しつつスロート壁の周辺の気体を巻き込むような流れ、いわゆる縮流を形成するのに適した構造を採用したものがある。
下記特許文献1及び2には、前記縮流を伴う二段燃焼用空気を火炉に投入するためのアフターエアポートの発明が開示されている。
このような気体噴流の縮流をポート開口部付近に形成するのに適した気体噴出ポートの構造において、火炉のスロート壁には灰が付着溶融してクリンカが塊状に成長し、また塊状クリンカが該壁面から剥離脱落することにより、ポートの機能・性能を阻害する可能性がある。
また、火炉に開口したスロート壁に灰が付着溶融してクリンカが塊状に成長することを防止する技術として、スロート壁におけるクリンカの付着を防止する微粉炭バーナ(特許文献3)、バーナスロート壁(特許文献4)、オーバエアポート(特許文献5)等の発明がある。
また、従来の燃焼排ガス中の窒素酸化物(NOx)濃度を低く抑える低NOx燃焼技術として、二段燃焼技法が用いられているが、本発明者らはバーナで還元燃焼された燃焼ガスを完全燃焼させるための不足分の燃焼用空気を供給するアフターエアポート(AAP)の開発を実施してきた。
従来のAAPの開発は、火炉内におけるバーナ燃焼域からの未燃焼ガスのすり抜けを防止することができる構造にすることを主目的にするものであった。図13に従来型の旋回型AAPの構造図を示す。
図13に示すAAPは、一次空気9が一次ノズル1を通って火炉34に供給される。一次ノズル1の外周には二次ノズル2を設けて二次空気10が供給される。
上記構造のAAPを火炉34へ適正に配置することが必要であるが、AAPの設置台数に限界があることからAAPの近傍と火炉34の中央部分における空気と未燃焼ガスとの混合を強化する目的で、前記二次ノズル2には旋回器7を設けた構造を採用し、AAP近傍の火炉34での空気と未燃焼ガスとの混合用には前記旋回器7によって得られる旋回二次空気流を使用し、さらに一次ノズル1から火炉34の中央部に達する強い空気噴流により空気と未燃焼ガスとを混合させる構造を採用している(特許文献6)。
また、旋回器7を用いる旋回二次空気流では旋回空気流の拡がりが十分でなく、火炉34の内壁34aに沿った領域では未燃焼ガスと燃焼用空気との混合が十分でない場合がある。このような問題点に対処する方法として、旋回器7を有する二次ノズル2の外周部に火炉34の内壁34aに沿った方向に燃焼用空気を供給できる偏流器を有する三次空気用の三次ノズルを備えたAAPを本出願人は提案している(特許文献7)。
特開2006−132811号公報
特開2006−132798号公報
実開平6−6909号公報
特許第3668989号号公報
特開平10−122546号公報
特開昭62−138607号公報
特開平9−112816号公報
このようなポートにおいて、気体噴流を火炉中央部まで到達させつつ、火炉壁近傍の気体混合を促進するように、ポートの外周側から中心軸方向に向けた気体噴流の流れを強めてスロート壁を通過させ、該噴流がポートの中心軸に集中しつつスロート壁の周辺の気体を巻き込むような流れ、いわゆる縮流を形成するのに適した構造を採用したものがある。
下記特許文献1及び2には、前記縮流を伴う二段燃焼用空気を火炉に投入するためのアフターエアポートの発明が開示されている。
このような気体噴流の縮流をポート開口部付近に形成するのに適した気体噴出ポートの構造において、火炉のスロート壁には灰が付着溶融してクリンカが塊状に成長し、また塊状クリンカが該壁面から剥離脱落することにより、ポートの機能・性能を阻害する可能性がある。
また、火炉に開口したスロート壁に灰が付着溶融してクリンカが塊状に成長することを防止する技術として、スロート壁におけるクリンカの付着を防止する微粉炭バーナ(特許文献3)、バーナスロート壁(特許文献4)、オーバエアポート(特許文献5)等の発明がある。
また、従来の燃焼排ガス中の窒素酸化物(NOx)濃度を低く抑える低NOx燃焼技術として、二段燃焼技法が用いられているが、本発明者らはバーナで還元燃焼された燃焼ガスを完全燃焼させるための不足分の燃焼用空気を供給するアフターエアポート(AAP)の開発を実施してきた。
従来のAAPの開発は、火炉内におけるバーナ燃焼域からの未燃焼ガスのすり抜けを防止することができる構造にすることを主目的にするものであった。図13に従来型の旋回型AAPの構造図を示す。
図13に示すAAPは、一次空気9が一次ノズル1を通って火炉34に供給される。一次ノズル1の外周には二次ノズル2を設けて二次空気10が供給される。
上記構造のAAPを火炉34へ適正に配置することが必要であるが、AAPの設置台数に限界があることからAAPの近傍と火炉34の中央部分における空気と未燃焼ガスとの混合を強化する目的で、前記二次ノズル2には旋回器7を設けた構造を採用し、AAP近傍の火炉34での空気と未燃焼ガスとの混合用には前記旋回器7によって得られる旋回二次空気流を使用し、さらに一次ノズル1から火炉34の中央部に達する強い空気噴流により空気と未燃焼ガスとを混合させる構造を採用している(特許文献6)。
また、旋回器7を用いる旋回二次空気流では旋回空気流の拡がりが十分でなく、火炉34の内壁34aに沿った領域では未燃焼ガスと燃焼用空気との混合が十分でない場合がある。このような問題点に対処する方法として、旋回器7を有する二次ノズル2の外周部に火炉34の内壁34aに沿った方向に燃焼用空気を供給できる偏流器を有する三次空気用の三次ノズルを備えたAAPを本出願人は提案している(特許文献7)。
前記したポートの外周側から中心軸方向に向けて集中させる空気などの気体噴流、いわゆる縮流の効果を強めていくと、該ポートの開口部近傍の火炉内において縮流は周囲の気体を強力に巻き込むため、特に石炭焚ボイラでは気体に同伴された燃焼灰がスロート拡管部の壁面に接触する機会が増大する。従来技術では、前記気体噴流の縮流の効果を強めた場合に、特にバーナ用ポートの火炉スロート壁で灰付着・クリンカの成長を防止する効果が十分ではなかった。
特許文献4に記載の発明では、経時的なスロート部の壁面への灰の部分付着の抑制などのための高圧のアスピレート用の噴出空気を用いるため、装置構成が複雑化したり、コストや重量の増加につながる可能性がある。また、特許文献3に記載の発明では、バーナ用ポートの火炉スロート壁の外周側から中心軸方向へ向かう気体流れを強めて縮流効果を強くすると、スロート拡管部の壁面での灰付着防止効果が弱まる可能性がある。
さらに、特許文献5に記載の発明においても、エアポートの外周側からポート中心軸方向へ向けた気体流れを強めて縮流効果を強くすると、火炉のスロート壁での灰付着防止効果が弱まる可能性がある。
また、所定の空気比を保つために、火炉のスロート壁での灰付着防止用の空気などの気体流量を絞らなければならない場合にも同様に灰付着防止効果が十分に得られない可能性がある。
また、前記特許文献6等に開示された従来型AAPでは、強い空気噴流で貫通力を維持したまま、旋回空気流でAAP周囲の未燃焼ガスを同伴することが難しかった。
また、前記特許文献7等に開示された旋回型AAPに替わる簡易構造を有するAAPでは火炉34の内壁34aに沿った領域の未燃焼ガスのすり抜けの防止と炉壁面への灰付着を防止できるが、火炉34の中央部分へ到達する燃焼用空気噴流が不足気味になり、未燃焼ガスと空気との急速な混合が行われないおそれがある。
本発明の課題は、噴出気体の流量等の条件によらず、装置構成の複雑化やコストの増加を招くことなく、火炉スロート拡管部の壁面に灰が付着溶融してクリンカが塊状に成長することを防止し、気体として空気を用いる場合には、火炉壁近傍における燃焼用空気と未燃焼ガスとが安定的に混合し、炉内中央部へ燃焼用空気が確実に到達し、燃焼ガス中のNOx濃度の低減を図ることができる気体噴出ポートを提供することである。
上記課題は次の解決手段により解決される。
請求項1記載の発明は、火炉の炉壁に設けられ、該炉壁に垂直な気体流れの中心軸に向って流れる速度成分と前記中心軸に沿って流れる速度成分を有し、気体流れの上流側から前記中心軸に向かって斜めに形成された縮流生成用流路と、前記縮流生成用流路の後流側の火炉壁開口部に形成された気体流路が気体流れ方向に順次に拡大するスロート拡管部と、前記縮流生成用流路を流れる気体を前記スロート拡管部の壁面に沿って流れるように誘導するために縮流生成用流路に設けられたルーバ(案内板)とを備えた火炉内への気体噴出ポートである。
請求項1記載の発明の構成からなるルーバに誘導された気体がスロート拡管部の壁面近傍に効果的に流れ、前記拡管部の壁面近傍の負圧を除去できることから、前記縮流生成用流路の外周側壁面(該流路を構成するノズル隔壁)に沿って流れてきた気体を効果的にスロート拡管部の壁面側へ誘導できるため、灰の巻き込みによるスロート拡管部及びその近傍の壁面における灰付着が生じ難くなる。さらに、従来はルーバを用いる代わりに空気等の冷却体を噴出する噴出口を気体噴出ポートに別途に設けていたが、これに比べて、請求項1記載の発明では、ルーバを用いることで気体噴出流の圧力損失を低減できるとともに構造が簡素化され、灰付着抑制シール空気用調整器を設置する必要もなく、重量低減および鉄鋼材の削減ができる。
また、請求項1記載の発明の縮流生成用流路から噴出する気体の流れは、火炉内の中央部まで到達する気体の流れと火炉壁の近傍の気体混合を加速する気体の流れとなるので、該気体噴出ポートを二段燃焼用バーナのAAPとして使用すると、信頼性の高い、低NOx、低CO燃焼が可能な燃料の燃焼ができる。
請求項2記載の発明は、前記ルーバの気体流れ上流側の先端部は、前記縮流生成用流路の外周側壁面を前記中心軸方向へ延長した面または該延長した面よりも気体流れ上流側に位置し、前記ルーバの気体流れ下流側部分には、前記スロート拡管部の壁面に沿うように気体流れ方向に順次拡大した拡管部を有する請求項1記載の火炉内への気体噴出ポートである。
ところで、本発明の縮流生成用流路を流れる気体噴流が気体噴出ポートの中心軸に向かって流れる、いわゆる縮流を比較的強めた場合、該ポートが設置される火炉のポート開口部に設けられるスロート拡管部の壁面近傍は負圧となって、前記スロート拡管部の壁面に灰が付着しやすくなる。ここで、気体の前記縮流を強めた場合とは、例えば、火炉壁面に設置される前記ポートの気体流れの上流側における気体流路が縮流生成用流路のみからなる場合、あるいは、他の流路がある場合に縮流生成用流路の流量比が30%以上であるような場合、火炉壁のスロート部の半径(図10の長さDs)が縮流生成用流路の内周側下流端(図10の部位b)における半径(図10の長さDb)の1.1倍以下である場合、又は縮流生成用流路のポート中心軸に対する傾斜角度が30°〜70°である場合等をいう。
請求項2記載の発明によれば、ルーバの気体流れ上流側の先端部は、縮流生成用流路の外周側壁面を前記中心軸方向へ延長した面または該延長した面よりも気体流れ上流側に位置しているので、ルーバに誘導された気体がスロート拡管部の壁面近傍に効果的に流れ、前記拡管部の壁面近傍の負圧を除去できる。そのため、前記縮流生成用流路の外周側壁面(該流路を構成するノズル隔壁)に沿って流れてきた気体を効果的にスロート拡管部の壁面側へ誘導できるため、灰の巻き込みによるスロート拡管部の近傍の壁面における灰付着が生じにくくなる。
このように請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の発明の効果に加えて、ルーバに気体が誘導され、スロート拡管部への灰付着をさらに防止することができる。
請求項3記載の発明は、前記縮流生成用流路を流れる空気流の前記中心軸方向に沿って流れる速度成分と前記中心軸方向に向かって流れる速度成分の比率を変える機構を備えた請求項1または2記載の火炉内への気体噴出ポートである。
請求項3記載の発明によれば、中心軸方向に沿って流れる速度成分と前記中心軸方向に向かって流れる速度成分の比率を変えることで、火炉内での各速度成分の合流後の気体噴出流の方向を調整することができ、気体が空気である場合は、火炉内に偏在する空気不足の未燃ガス領域と燃焼用空気とが好適に混合して燃料の未燃分を低減できる。さらに、前記二つの速度成分の旋回強さを調整することで合流後の気体の混合状態を調整可能である。
請求項4記載の発明は、前記縮流生成用流路の外周側壁面に沿って気体が流れるように前記外周壁面側から開き始める前記縮流生成用流路の開度を調整可能なダンパを設けた請求項3に記載の火炉内への気体噴出ポートである。
請求項4記載の発明によれば、ダンパで縮流生成用流路を閉じた状態から開く方向に動かして該流路の開度を調整する場合に縮流生成用流路の外周壁面側からダンパを開き始めると、縮流生成用流路を流れる気体流量を絞った状態(ダンパが閉に近い状態)でも縮流生成用流路のうちで、前記スロート拡管部に近い部分に空気が流れるため、ルーバに気体が誘導され、前記スロート拡管部への灰付着を防止することができる。
請求項5記載の発明は、前記ルーバと前記スロート拡管部の壁面との間に気体を旋回させる旋回部材を設けた請求項1ないし4のいずれかに記載の火炉内への気体噴出ポートである。なお、熱伸び差を吸収するためにルーバを気体噴出ポートの周方向に複数個に分割して設けても良い。
請求項5記載の発明によれば、ルーバとスロート拡管部の壁面との間を流れる気体を旋回部材で旋回させながら火炉内へ噴出できるので、ルーバとスロート拡管部の壁面との間に縮流生成用流路から縮流の一部が流れ込み易くなり、火炉の内壁面をシールする気体流がスロート拡管部の壁面近傍に効果的に流れ、前記スロート拡管部の壁面近傍の負圧を除去できるため灰の巻き込みによるスロート拡管部の火炉壁面近傍における灰付着を防ぐことができる。
請求項6記載の発明は、前記ルーバの下流側端部に形成されるスロート拡管部の気体流れ方向の長さが、前記スロート拡管部の気体流れ方向の壁面長さの1/2以下である請求項1ないし5のいずれかに記載の火炉内への気体噴出ポートである。
請求項6記載の発明によれば、前記ルーバの下流側端部に形成されるスロート拡管部の気体流れ方向の長さが、該拡管部の気体流れ方向の壁面長さの1/2以下であると、前記ルーバの拡管部の内側への露出面(図12のe部とf部の間の面)に灰が付着しにくくなる。
請求項7記載の発明は、前記縮流生成用流路は三次ノズルとし、該三次ノズルより内側に、前記中心軸に沿ってそれぞれ気体が流れる一次ノズル及び該一次ノズルの外側に二次ノズルを設けた請求項1〜6のいずれかに記載の火炉内への気体噴出ポートである。
請求項7記載の発明によれば、気体噴出ポートを二段燃焼用バーナの下流部の火炉壁に設置するAAPとして使用すれば火炉壁に灰付着がなく、信頼性の高い、低NOx、低CO燃焼が可能な燃料の燃焼に利用できる。
特許文献4に記載の発明では、経時的なスロート部の壁面への灰の部分付着の抑制などのための高圧のアスピレート用の噴出空気を用いるため、装置構成が複雑化したり、コストや重量の増加につながる可能性がある。また、特許文献3に記載の発明では、バーナ用ポートの火炉スロート壁の外周側から中心軸方向へ向かう気体流れを強めて縮流効果を強くすると、スロート拡管部の壁面での灰付着防止効果が弱まる可能性がある。
さらに、特許文献5に記載の発明においても、エアポートの外周側からポート中心軸方向へ向けた気体流れを強めて縮流効果を強くすると、火炉のスロート壁での灰付着防止効果が弱まる可能性がある。
また、所定の空気比を保つために、火炉のスロート壁での灰付着防止用の空気などの気体流量を絞らなければならない場合にも同様に灰付着防止効果が十分に得られない可能性がある。
また、前記特許文献6等に開示された従来型AAPでは、強い空気噴流で貫通力を維持したまま、旋回空気流でAAP周囲の未燃焼ガスを同伴することが難しかった。
また、前記特許文献7等に開示された旋回型AAPに替わる簡易構造を有するAAPでは火炉34の内壁34aに沿った領域の未燃焼ガスのすり抜けの防止と炉壁面への灰付着を防止できるが、火炉34の中央部分へ到達する燃焼用空気噴流が不足気味になり、未燃焼ガスと空気との急速な混合が行われないおそれがある。
本発明の課題は、噴出気体の流量等の条件によらず、装置構成の複雑化やコストの増加を招くことなく、火炉スロート拡管部の壁面に灰が付着溶融してクリンカが塊状に成長することを防止し、気体として空気を用いる場合には、火炉壁近傍における燃焼用空気と未燃焼ガスとが安定的に混合し、炉内中央部へ燃焼用空気が確実に到達し、燃焼ガス中のNOx濃度の低減を図ることができる気体噴出ポートを提供することである。
上記課題は次の解決手段により解決される。
請求項1記載の発明は、火炉の炉壁に設けられ、該炉壁に垂直な気体流れの中心軸に向って流れる速度成分と前記中心軸に沿って流れる速度成分を有し、気体流れの上流側から前記中心軸に向かって斜めに形成された縮流生成用流路と、前記縮流生成用流路の後流側の火炉壁開口部に形成された気体流路が気体流れ方向に順次に拡大するスロート拡管部と、前記縮流生成用流路を流れる気体を前記スロート拡管部の壁面に沿って流れるように誘導するために縮流生成用流路に設けられたルーバ(案内板)とを備えた火炉内への気体噴出ポートである。
請求項1記載の発明の構成からなるルーバに誘導された気体がスロート拡管部の壁面近傍に効果的に流れ、前記拡管部の壁面近傍の負圧を除去できることから、前記縮流生成用流路の外周側壁面(該流路を構成するノズル隔壁)に沿って流れてきた気体を効果的にスロート拡管部の壁面側へ誘導できるため、灰の巻き込みによるスロート拡管部及びその近傍の壁面における灰付着が生じ難くなる。さらに、従来はルーバを用いる代わりに空気等の冷却体を噴出する噴出口を気体噴出ポートに別途に設けていたが、これに比べて、請求項1記載の発明では、ルーバを用いることで気体噴出流の圧力損失を低減できるとともに構造が簡素化され、灰付着抑制シール空気用調整器を設置する必要もなく、重量低減および鉄鋼材の削減ができる。
また、請求項1記載の発明の縮流生成用流路から噴出する気体の流れは、火炉内の中央部まで到達する気体の流れと火炉壁の近傍の気体混合を加速する気体の流れとなるので、該気体噴出ポートを二段燃焼用バーナのAAPとして使用すると、信頼性の高い、低NOx、低CO燃焼が可能な燃料の燃焼ができる。
請求項2記載の発明は、前記ルーバの気体流れ上流側の先端部は、前記縮流生成用流路の外周側壁面を前記中心軸方向へ延長した面または該延長した面よりも気体流れ上流側に位置し、前記ルーバの気体流れ下流側部分には、前記スロート拡管部の壁面に沿うように気体流れ方向に順次拡大した拡管部を有する請求項1記載の火炉内への気体噴出ポートである。
ところで、本発明の縮流生成用流路を流れる気体噴流が気体噴出ポートの中心軸に向かって流れる、いわゆる縮流を比較的強めた場合、該ポートが設置される火炉のポート開口部に設けられるスロート拡管部の壁面近傍は負圧となって、前記スロート拡管部の壁面に灰が付着しやすくなる。ここで、気体の前記縮流を強めた場合とは、例えば、火炉壁面に設置される前記ポートの気体流れの上流側における気体流路が縮流生成用流路のみからなる場合、あるいは、他の流路がある場合に縮流生成用流路の流量比が30%以上であるような場合、火炉壁のスロート部の半径(図10の長さDs)が縮流生成用流路の内周側下流端(図10の部位b)における半径(図10の長さDb)の1.1倍以下である場合、又は縮流生成用流路のポート中心軸に対する傾斜角度が30°〜70°である場合等をいう。
請求項2記載の発明によれば、ルーバの気体流れ上流側の先端部は、縮流生成用流路の外周側壁面を前記中心軸方向へ延長した面または該延長した面よりも気体流れ上流側に位置しているので、ルーバに誘導された気体がスロート拡管部の壁面近傍に効果的に流れ、前記拡管部の壁面近傍の負圧を除去できる。そのため、前記縮流生成用流路の外周側壁面(該流路を構成するノズル隔壁)に沿って流れてきた気体を効果的にスロート拡管部の壁面側へ誘導できるため、灰の巻き込みによるスロート拡管部の近傍の壁面における灰付着が生じにくくなる。
このように請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の発明の効果に加えて、ルーバに気体が誘導され、スロート拡管部への灰付着をさらに防止することができる。
請求項3記載の発明は、前記縮流生成用流路を流れる空気流の前記中心軸方向に沿って流れる速度成分と前記中心軸方向に向かって流れる速度成分の比率を変える機構を備えた請求項1または2記載の火炉内への気体噴出ポートである。
請求項3記載の発明によれば、中心軸方向に沿って流れる速度成分と前記中心軸方向に向かって流れる速度成分の比率を変えることで、火炉内での各速度成分の合流後の気体噴出流の方向を調整することができ、気体が空気である場合は、火炉内に偏在する空気不足の未燃ガス領域と燃焼用空気とが好適に混合して燃料の未燃分を低減できる。さらに、前記二つの速度成分の旋回強さを調整することで合流後の気体の混合状態を調整可能である。
請求項4記載の発明は、前記縮流生成用流路の外周側壁面に沿って気体が流れるように前記外周壁面側から開き始める前記縮流生成用流路の開度を調整可能なダンパを設けた請求項3に記載の火炉内への気体噴出ポートである。
請求項4記載の発明によれば、ダンパで縮流生成用流路を閉じた状態から開く方向に動かして該流路の開度を調整する場合に縮流生成用流路の外周壁面側からダンパを開き始めると、縮流生成用流路を流れる気体流量を絞った状態(ダンパが閉に近い状態)でも縮流生成用流路のうちで、前記スロート拡管部に近い部分に空気が流れるため、ルーバに気体が誘導され、前記スロート拡管部への灰付着を防止することができる。
請求項5記載の発明は、前記ルーバと前記スロート拡管部の壁面との間に気体を旋回させる旋回部材を設けた請求項1ないし4のいずれかに記載の火炉内への気体噴出ポートである。なお、熱伸び差を吸収するためにルーバを気体噴出ポートの周方向に複数個に分割して設けても良い。
請求項5記載の発明によれば、ルーバとスロート拡管部の壁面との間を流れる気体を旋回部材で旋回させながら火炉内へ噴出できるので、ルーバとスロート拡管部の壁面との間に縮流生成用流路から縮流の一部が流れ込み易くなり、火炉の内壁面をシールする気体流がスロート拡管部の壁面近傍に効果的に流れ、前記スロート拡管部の壁面近傍の負圧を除去できるため灰の巻き込みによるスロート拡管部の火炉壁面近傍における灰付着を防ぐことができる。
請求項6記載の発明は、前記ルーバの下流側端部に形成されるスロート拡管部の気体流れ方向の長さが、前記スロート拡管部の気体流れ方向の壁面長さの1/2以下である請求項1ないし5のいずれかに記載の火炉内への気体噴出ポートである。
請求項6記載の発明によれば、前記ルーバの下流側端部に形成されるスロート拡管部の気体流れ方向の長さが、該拡管部の気体流れ方向の壁面長さの1/2以下であると、前記ルーバの拡管部の内側への露出面(図12のe部とf部の間の面)に灰が付着しにくくなる。
請求項7記載の発明は、前記縮流生成用流路は三次ノズルとし、該三次ノズルより内側に、前記中心軸に沿ってそれぞれ気体が流れる一次ノズル及び該一次ノズルの外側に二次ノズルを設けた請求項1〜6のいずれかに記載の火炉内への気体噴出ポートである。
請求項7記載の発明によれば、気体噴出ポートを二段燃焼用バーナの下流部の火炉壁に設置するAAPとして使用すれば火炉壁に灰付着がなく、信頼性の高い、低NOx、低CO燃焼が可能な燃料の燃焼に利用できる。
図1は、本発明のアフターエアポートまたはバーナが使用されるボイラの概略図である。
図2は、本発明の実施例1のアフターエアポートの概略断面図である。
図3は、実施例1のアフターエアポートの一部を省略した斜視図である。
図4は、実施例1の火炉内からエアポートを見た図である。
図5は、図2のAAPモデルを使用して行ったAAP出口部分における空気流の流速分布図である。
図6は、図2のAAPモデルを使用して行ったAAP出口部分における空気流の流速分布図である。
図7は、図2のAAPモデルを使用して行ったAAP出口部分における空気流の流速分布図である。
図8は、本発明の実施例2のアフターエアポートの概略断面図である。
図9は、本発明の実施例2と対比させるための比較例のルーバを火炉スロート拡管部に沿って配置したアフターエアポートの概略断面図である。
図10は、本発明の実施例2と対比させるための比較例のルーバを三次ノズルに配置したアフターエアポートの概略断面図である。
図11は、本発明の実施例3のアフターエアポートの概略断面図である。
図12は、本発明の実施例3のルーバとスロート拡管部とをアフターエアポート内に配置した場合の寸法関係を説明する一部アフターエアポートの概略断面図である。
図13は、本発明の実施例4のアフターエアポートの概略断面図である。
図14は、従来技術のAAP構造の縦断面図である。
図15は、従来技術のAAP構造の縦断面図である。
図2は、本発明の実施例1のアフターエアポートの概略断面図である。
図3は、実施例1のアフターエアポートの一部を省略した斜視図である。
図4は、実施例1の火炉内からエアポートを見た図である。
図5は、図2のAAPモデルを使用して行ったAAP出口部分における空気流の流速分布図である。
図6は、図2のAAPモデルを使用して行ったAAP出口部分における空気流の流速分布図である。
図7は、図2のAAPモデルを使用して行ったAAP出口部分における空気流の流速分布図である。
図8は、本発明の実施例2のアフターエアポートの概略断面図である。
図9は、本発明の実施例2と対比させるための比較例のルーバを火炉スロート拡管部に沿って配置したアフターエアポートの概略断面図である。
図10は、本発明の実施例2と対比させるための比較例のルーバを三次ノズルに配置したアフターエアポートの概略断面図である。
図11は、本発明の実施例3のアフターエアポートの概略断面図である。
図12は、本発明の実施例3のルーバとスロート拡管部とをアフターエアポート内に配置した場合の寸法関係を説明する一部アフターエアポートの概略断面図である。
図13は、本発明の実施例4のアフターエアポートの概略断面図である。
図14は、従来技術のAAP構造の縦断面図である。
図15は、従来技術のAAP構造の縦断面図である。
以下、図面を用いて、本発明のエアポート及びその使用方法について説明する。
まず、本発明のアフターエアポートを用いる二段燃焼方式のボイラについて図1のボイラの全体構造を用いて説明する。
ボイラの火炉34の一対の対向する炉壁に複数のバーナ30が対向配置され、バーナ設置場所の上方にアフターエアポート31が対向配置される。バーナ30から理論空気比以下(例えば0.8)の混合気を火炉34の内部の火炎領域に噴射し、炉内に不完全燃焼領域(図示せず)を形成する。アフターエアポート31は不完全燃焼領域の可燃ガスに燃焼不足分の空気を供給し、燃焼を促進する。
本実施例ではバーナ30に供給される燃料は、バンカ29内の石炭をミル35で粉砕して微粉として微粉炭供給ライン33からバーナ30に供給される。また、石炭燃焼用の全空気量は、空気供給系により管理され、その空気量はバーナ30とアフターエアポート31に分配される。具体的にはブロア36から供給された空気は、バーナ30側の空気供給ライン37aとアフターエアポート31側の空気供給ライン37bとに分岐し、それぞれ風箱39a、39bからバーナ30とアフターエアポート31に導かれる。ライン37aとライン37bへの空気流量の配分はバーナ30側のダンパ40aとアフターエアポート31側のダンパ40bにより調整される。ブロア36の出力は全空気流量が排ガスの酸素濃度を指定した値となるように制御される。
バーナ30には空気供給ライン37aから理論空気比以下の空気が供給され、かつ微粉炭供給ライン33から微粉炭が気流搬送される。バーナ30から火炉34の内部に噴出する混合気は完全燃焼に必要な空気量よりも少ないために不完全燃焼となり、この時にNOxを還元することができる。燃料が不完全燃焼するので、バーナ30の下流に可燃ガスの流れが形成される。
空気供給ライン37bを経てアフターエアポート31の風箱39bに入った空気は、後述するエアポート31の一次ノズル1、二次ノズル2及び三次ノズル3に分配されて炉内の可燃ガスの流れ(不完全燃焼領域)に供給される。この空気は可燃ガスの流れと混合して完全燃焼して燃焼ガスとなり火炉34内に設置された過熱器、蒸発器、節炭器、再熱器などの熱交換器42で水・蒸気を加熱して蒸気を生成させた後、火炉34の出口に流れる。また、ボイラ火炉壁面にはボイラ水管(図示せず)が配置され、火炉34内の燃料の燃焼により熱せられて蒸気を生成する。
まず、本発明のアフターエアポートを用いる二段燃焼方式のボイラについて図1のボイラの全体構造を用いて説明する。
ボイラの火炉34の一対の対向する炉壁に複数のバーナ30が対向配置され、バーナ設置場所の上方にアフターエアポート31が対向配置される。バーナ30から理論空気比以下(例えば0.8)の混合気を火炉34の内部の火炎領域に噴射し、炉内に不完全燃焼領域(図示せず)を形成する。アフターエアポート31は不完全燃焼領域の可燃ガスに燃焼不足分の空気を供給し、燃焼を促進する。
本実施例ではバーナ30に供給される燃料は、バンカ29内の石炭をミル35で粉砕して微粉として微粉炭供給ライン33からバーナ30に供給される。また、石炭燃焼用の全空気量は、空気供給系により管理され、その空気量はバーナ30とアフターエアポート31に分配される。具体的にはブロア36から供給された空気は、バーナ30側の空気供給ライン37aとアフターエアポート31側の空気供給ライン37bとに分岐し、それぞれ風箱39a、39bからバーナ30とアフターエアポート31に導かれる。ライン37aとライン37bへの空気流量の配分はバーナ30側のダンパ40aとアフターエアポート31側のダンパ40bにより調整される。ブロア36の出力は全空気流量が排ガスの酸素濃度を指定した値となるように制御される。
バーナ30には空気供給ライン37aから理論空気比以下の空気が供給され、かつ微粉炭供給ライン33から微粉炭が気流搬送される。バーナ30から火炉34の内部に噴出する混合気は完全燃焼に必要な空気量よりも少ないために不完全燃焼となり、この時にNOxを還元することができる。燃料が不完全燃焼するので、バーナ30の下流に可燃ガスの流れが形成される。
空気供給ライン37bを経てアフターエアポート31の風箱39bに入った空気は、後述するエアポート31の一次ノズル1、二次ノズル2及び三次ノズル3に分配されて炉内の可燃ガスの流れ(不完全燃焼領域)に供給される。この空気は可燃ガスの流れと混合して完全燃焼して燃焼ガスとなり火炉34内に設置された過熱器、蒸発器、節炭器、再熱器などの熱交換器42で水・蒸気を加熱して蒸気を生成させた後、火炉34の出口に流れる。また、ボイラ火炉壁面にはボイラ水管(図示せず)が配置され、火炉34内の燃料の燃焼により熱せられて蒸気を生成する。
次に上記ボイラ火炉34に適用されるアフターエアポート(以下、「ポート」又は「AAP」という。)31の態様を以下の実施例により説明する。
図2は本実施例によるポート31の断面図(図4のA−A’線断面図)、図3はその一部を省略した斜視図、図4は火炉34側からポート31を見た図をそれぞれ示す。
ポート31は風箱39b内に配置され、その空気ノズル機構は一次ノズル1と、一次ノズル1の外周に沿った旋回流の空気を二次空気10として噴き出す二次ノズル2と、一次ノズル1の外側からポート31の中心軸Cに向けた流れの空気を三次空気11として吹き出す三次ノズル3とを有する。
一次ノズル1、二次ノズル2及び三次ノズル3は同軸のノズル構造であり、中心部に一次ノズル1、その外側に二次ノズル2、さらにその外側に三次ノズル3を配置している。一次ノズル1はストレートな管状をなし、前端に空気噴き出し口1A(図3)を有し、後端に空気取り入れ口1Bを有する。一次ダンパ5は空気取り入れ口1Bの開口面積を調整することで一次空気流量を調整する。一次ノズル1はポート31の中心軸Cに平行な直進流の空気を一次空気9として噴き出す。空気取り入れ口1Bの開口面積は、一次ダンパ5に連結して風箱39bの外側に取っ手を備えた調整レバー15により、一次ダンパ5を一次ノズル1の外周上でスライドさせることにより変えられる。
二次ノズル2は、その後端側に環状の空気取り入れ口2B(図3)を有し、二次ノズル2の内周と一次ノズル1の外周との間に管状の二次空気通路が形成される。空気取り入れ口2Bから流入する二次空気10は、二次空気レジスタ(偏向板)7により旋回力が与えられ、一次ノズル1の外周に沿った旋回流を伴って二次ノズル出口(前端)2Aから噴き出す。二次ノズル2の空気取り入れ口2Bの開口面積は、円筒状の二次ダンパ6に連結して風箱39bの外側に取っ手を備えた調整レバー16により二次ダンパ6をポート31の中心軸C方向にスライドさせることにより変えることができ、それによって二次空気流量が調整される。複数の二次空気レジスタ7は、レジスタドライブ13を操作して図示しない連携機構により支軸7aを介してその偏向角を同じように変えることができるように二次空気取り入れ口2Bに取付けられ、二次空気取り入れ口2Bの円周方向に複数配置される。二次空気レジスタ7の偏向角を変えることによって、二次空気10に付与される旋回力を変えることができる。
三次ノズル3は、円錐形の前壁301と該前壁301に対向配置される円錐形の後壁302とを有し、この前壁301と後壁302との間に三次ノズル3の円錐形の空気流路が形成される。三次ノズル3の空気取り入れ口3B(図3)は環状をなし、その開口面積は、円筒状の三次ダンパ8に連結して風箱39bの外側に取っ手を備えた調整レバー17により三次ダンパ8をポート31の中心軸C方向に沿ってスライドさせることにより変えることができ、それによって三次空気流量が調整される。前壁301と後壁302は、空気取り入れ口3Bに配置した複数の連結板4を介して接合される。三次ノズル3の出口3Aは、二次ノズル2の先端に接続され、三次空気11と二次空気10が合流して空気流12として火炉34の内部に噴出するように形成されている。
ここで、二次ノズル2に流入した二次空気10は、ポート31の中心軸Cに平行な方向に火炉34内に向かって流れ、さらに二次空気レジスタ7により旋回力を与えられて火炉34内に噴出する。一方、三次ノズル3はポート31の中心軸C方向に向かって内向きの傾きを持っているため、三次ノズル3に流入する三次空気11はポート31の中心軸C方向に集中する縮流を形成するのに好適な構造である。二次空気10と三次空気11の流量比を変化させることで、二次空気10と三次空気11の合流後の空気流12の噴出方向を調整することができる。
たとえば、三次空気11の流量を0とすれば、二次空気10と三次空気11の合流後の空気流12の内向きの速度成分(空気流12の中心に向かう速度成分)は0となる。また、二次空気10の流量を0とすれば、空気流12は三次空気11が占めるため内向きの速度成分が増して三次ノズル3の傾斜方向(斜め内向き)に噴出する。空気流12の噴出方向を調整することにより、火炉34内に偏在する空気不足の未燃ガス領域と燃焼用空気とが好適に混合して燃料の未燃分を低減できる。さらに、二次空気10の旋回の強さによっても、混合状態を調整可能である。
ポート31の一次空気9、二次空気10及び三次空気11の空気流量比を調整するために、一次ダンパ5、二次ダンパ6及び三次ダンパ8が使用される。
石炭、重油などのように燃料中に灰を含むものがあるが、このような燃料を用いる場合には、三次空気11の流量を増加し、空気流12をポート31の中心軸C方向に集中させ、いわゆる縮流にすると、該縮流の周囲の乱れが大きくなり、周囲の燃焼ガスを縮流が同伴し易くなるため、火炉34内を上昇する高温の燃焼ガス25中で溶融した灰も同伴され、ポート31の出口の水管23付近に付着して灰付着層18を生成することがある。この状態を図14のポート31の断面図に模式的に示す。
前記灰付着層18が成長してクリンカを形成すると、空気流動を妨げたり、クリンカの落下による水管23の損傷を生じたりする可能性がある。このような場合は、ポート31の出口部分における、灰付着ポテンシャルの低減が必要である。
前記灰付着のメカニズムと防止策を、それぞれ図5〜図7に示す。
図5〜図7には、ポート31の出口の流速分布(実計測データ)を示す。縦軸にAAPの中心軸Cからの距離をCを原点として−100〜2300mmの範囲で示し、横軸に火炉34内のAAPからの距離を0〜5000mmの範囲で示している。流速分布図の色は、茶色は25〜30m/s、赤色は20〜25m/s、桃色は15〜20m/s、黄色は10〜15m/s、緑色は5〜10m/s、青色は0〜5m/s、紺色は−5〜0m/s、濃紺色は−10〜−5m/sを示している。なお、紺色と濃紺色のマイナス符号は逆流域を表す。また、使用したAAPモデルは、実機大(1000MWボイラへ適用するサイズのAAP)であり、空気流量も実機相当で試験を実施した。ただし、空気温度は常温であることから、流速の絶対値は低くなっている。設定条件は、三次空気11の縮流流量は一定として二次空気10の旋回空気と一次空気9の流量を変えて流れ計測を実施した。
図5は、旋回が無い直進一次空気9が全体の14%で流入し、二次空気10が62%、三次空気11が24%でそれぞれ流入した場合の火炉34の流速分布図であり、火炉34の中心部分には逆流領域の形成が少ないことが分かる。
図6は、一次空気9が0%で、二次空気10の弱い旋回流が70%で、三次空気11が30%の場合である。また、図7は、一次空気9が0%で、二次空気10が強い旋回流の63%で、三次空気11が37%の場合である。図6と図7には火炉34内での空気噴流の広がりには差異が少なく、火炉34内の中央部分の流速分布に差が見られる。なお、図5〜図7の下辺はAAPの中心軸Cに対応している。
図5〜図7の高速空気噴流の広がりに着目してみると、計測位置がAAPの先端部分から少し離れているため分かりづらいが、火炉スロート壁26の出口の広がり部分に沿っておらず、いずれの噴流も縮流の影響が見られる。すなわち、空気噴流は、図2に示す火炉スロート壁26から剥離しているため、微小な領域ではあるが、逆流が発生し、この流れに同伴される灰の粒子が壁に付着成長するポテンシャルを有している。
こうして図14に示す従来技術のAAPのように、空気流12(二次空気10+三次空気11の合流)が火炉スロート壁26から剥離して縮流化した状況を示している。このため、図14に示す灰付着層18が火炉スロート壁26に形成される。
そこで、本実施例では図2に示すように、三次ノズル3の出口から火炉スロート壁26に沿うルーバ32を設置して、該ルーバ32と三次ノズル3の出口から火炉スロート壁26との間に三次空気11の一部の流れ11’が流れる間隔を設けた。この構造によって、三次空気11の一部の流れ11’がスロート壁26の表面をシールするように流れるため、三次空気11の縮流に同伴される燃焼灰がスロート壁26の表面に付着するのを最小限度に抑えることができる。
図2には灰付着層18が火炉スロート壁26の傾斜部分に形成された状況を図示しているが、この領域の灰除去は本実施例では不可能である。しかしながら、この領域の灰付着は、AAPの性能に影響せず、またボイラ性能にも影響しないので、無視してかまわない。しかし、図14に示す灰付着層18は、ボイラ停止時にAAP内部へ剥離脱落するので、AAP性能に影響があるので除去しなければならない。
図2は本実施例によるポート31の断面図(図4のA−A’線断面図)、図3はその一部を省略した斜視図、図4は火炉34側からポート31を見た図をそれぞれ示す。
ポート31は風箱39b内に配置され、その空気ノズル機構は一次ノズル1と、一次ノズル1の外周に沿った旋回流の空気を二次空気10として噴き出す二次ノズル2と、一次ノズル1の外側からポート31の中心軸Cに向けた流れの空気を三次空気11として吹き出す三次ノズル3とを有する。
一次ノズル1、二次ノズル2及び三次ノズル3は同軸のノズル構造であり、中心部に一次ノズル1、その外側に二次ノズル2、さらにその外側に三次ノズル3を配置している。一次ノズル1はストレートな管状をなし、前端に空気噴き出し口1A(図3)を有し、後端に空気取り入れ口1Bを有する。一次ダンパ5は空気取り入れ口1Bの開口面積を調整することで一次空気流量を調整する。一次ノズル1はポート31の中心軸Cに平行な直進流の空気を一次空気9として噴き出す。空気取り入れ口1Bの開口面積は、一次ダンパ5に連結して風箱39bの外側に取っ手を備えた調整レバー15により、一次ダンパ5を一次ノズル1の外周上でスライドさせることにより変えられる。
二次ノズル2は、その後端側に環状の空気取り入れ口2B(図3)を有し、二次ノズル2の内周と一次ノズル1の外周との間に管状の二次空気通路が形成される。空気取り入れ口2Bから流入する二次空気10は、二次空気レジスタ(偏向板)7により旋回力が与えられ、一次ノズル1の外周に沿った旋回流を伴って二次ノズル出口(前端)2Aから噴き出す。二次ノズル2の空気取り入れ口2Bの開口面積は、円筒状の二次ダンパ6に連結して風箱39bの外側に取っ手を備えた調整レバー16により二次ダンパ6をポート31の中心軸C方向にスライドさせることにより変えることができ、それによって二次空気流量が調整される。複数の二次空気レジスタ7は、レジスタドライブ13を操作して図示しない連携機構により支軸7aを介してその偏向角を同じように変えることができるように二次空気取り入れ口2Bに取付けられ、二次空気取り入れ口2Bの円周方向に複数配置される。二次空気レジスタ7の偏向角を変えることによって、二次空気10に付与される旋回力を変えることができる。
三次ノズル3は、円錐形の前壁301と該前壁301に対向配置される円錐形の後壁302とを有し、この前壁301と後壁302との間に三次ノズル3の円錐形の空気流路が形成される。三次ノズル3の空気取り入れ口3B(図3)は環状をなし、その開口面積は、円筒状の三次ダンパ8に連結して風箱39bの外側に取っ手を備えた調整レバー17により三次ダンパ8をポート31の中心軸C方向に沿ってスライドさせることにより変えることができ、それによって三次空気流量が調整される。前壁301と後壁302は、空気取り入れ口3Bに配置した複数の連結板4を介して接合される。三次ノズル3の出口3Aは、二次ノズル2の先端に接続され、三次空気11と二次空気10が合流して空気流12として火炉34の内部に噴出するように形成されている。
ここで、二次ノズル2に流入した二次空気10は、ポート31の中心軸Cに平行な方向に火炉34内に向かって流れ、さらに二次空気レジスタ7により旋回力を与えられて火炉34内に噴出する。一方、三次ノズル3はポート31の中心軸C方向に向かって内向きの傾きを持っているため、三次ノズル3に流入する三次空気11はポート31の中心軸C方向に集中する縮流を形成するのに好適な構造である。二次空気10と三次空気11の流量比を変化させることで、二次空気10と三次空気11の合流後の空気流12の噴出方向を調整することができる。
たとえば、三次空気11の流量を0とすれば、二次空気10と三次空気11の合流後の空気流12の内向きの速度成分(空気流12の中心に向かう速度成分)は0となる。また、二次空気10の流量を0とすれば、空気流12は三次空気11が占めるため内向きの速度成分が増して三次ノズル3の傾斜方向(斜め内向き)に噴出する。空気流12の噴出方向を調整することにより、火炉34内に偏在する空気不足の未燃ガス領域と燃焼用空気とが好適に混合して燃料の未燃分を低減できる。さらに、二次空気10の旋回の強さによっても、混合状態を調整可能である。
ポート31の一次空気9、二次空気10及び三次空気11の空気流量比を調整するために、一次ダンパ5、二次ダンパ6及び三次ダンパ8が使用される。
石炭、重油などのように燃料中に灰を含むものがあるが、このような燃料を用いる場合には、三次空気11の流量を増加し、空気流12をポート31の中心軸C方向に集中させ、いわゆる縮流にすると、該縮流の周囲の乱れが大きくなり、周囲の燃焼ガスを縮流が同伴し易くなるため、火炉34内を上昇する高温の燃焼ガス25中で溶融した灰も同伴され、ポート31の出口の水管23付近に付着して灰付着層18を生成することがある。この状態を図14のポート31の断面図に模式的に示す。
前記灰付着層18が成長してクリンカを形成すると、空気流動を妨げたり、クリンカの落下による水管23の損傷を生じたりする可能性がある。このような場合は、ポート31の出口部分における、灰付着ポテンシャルの低減が必要である。
前記灰付着のメカニズムと防止策を、それぞれ図5〜図7に示す。
図5〜図7には、ポート31の出口の流速分布(実計測データ)を示す。縦軸にAAPの中心軸Cからの距離をCを原点として−100〜2300mmの範囲で示し、横軸に火炉34内のAAPからの距離を0〜5000mmの範囲で示している。流速分布図の色は、茶色は25〜30m/s、赤色は20〜25m/s、桃色は15〜20m/s、黄色は10〜15m/s、緑色は5〜10m/s、青色は0〜5m/s、紺色は−5〜0m/s、濃紺色は−10〜−5m/sを示している。なお、紺色と濃紺色のマイナス符号は逆流域を表す。また、使用したAAPモデルは、実機大(1000MWボイラへ適用するサイズのAAP)であり、空気流量も実機相当で試験を実施した。ただし、空気温度は常温であることから、流速の絶対値は低くなっている。設定条件は、三次空気11の縮流流量は一定として二次空気10の旋回空気と一次空気9の流量を変えて流れ計測を実施した。
図5は、旋回が無い直進一次空気9が全体の14%で流入し、二次空気10が62%、三次空気11が24%でそれぞれ流入した場合の火炉34の流速分布図であり、火炉34の中心部分には逆流領域の形成が少ないことが分かる。
図6は、一次空気9が0%で、二次空気10の弱い旋回流が70%で、三次空気11が30%の場合である。また、図7は、一次空気9が0%で、二次空気10が強い旋回流の63%で、三次空気11が37%の場合である。図6と図7には火炉34内での空気噴流の広がりには差異が少なく、火炉34内の中央部分の流速分布に差が見られる。なお、図5〜図7の下辺はAAPの中心軸Cに対応している。
図5〜図7の高速空気噴流の広がりに着目してみると、計測位置がAAPの先端部分から少し離れているため分かりづらいが、火炉スロート壁26の出口の広がり部分に沿っておらず、いずれの噴流も縮流の影響が見られる。すなわち、空気噴流は、図2に示す火炉スロート壁26から剥離しているため、微小な領域ではあるが、逆流が発生し、この流れに同伴される灰の粒子が壁に付着成長するポテンシャルを有している。
こうして図14に示す従来技術のAAPのように、空気流12(二次空気10+三次空気11の合流)が火炉スロート壁26から剥離して縮流化した状況を示している。このため、図14に示す灰付着層18が火炉スロート壁26に形成される。
そこで、本実施例では図2に示すように、三次ノズル3の出口から火炉スロート壁26に沿うルーバ32を設置して、該ルーバ32と三次ノズル3の出口から火炉スロート壁26との間に三次空気11の一部の流れ11’が流れる間隔を設けた。この構造によって、三次空気11の一部の流れ11’がスロート壁26の表面をシールするように流れるため、三次空気11の縮流に同伴される燃焼灰がスロート壁26の表面に付着するのを最小限度に抑えることができる。
図2には灰付着層18が火炉スロート壁26の傾斜部分に形成された状況を図示しているが、この領域の灰除去は本実施例では不可能である。しかしながら、この領域の灰付着は、AAPの性能に影響せず、またボイラ性能にも影響しないので、無視してかまわない。しかし、図14に示す灰付着層18は、ボイラ停止時にAAP内部へ剥離脱落するので、AAP性能に影響があるので除去しなければならない。
図8は実施例2のポート31の断面図を示す。また、図9、図10は図8に示す実施例2のポート31と対比するために示した比較例のポート31の概略図である。
図8に示すポート31として、同心状に一次空気、二次空気、三次空気をそれぞれ流す一次ノズル1、二次ノズル2及び三次ノズル3を示しているが、少なくとも本実施例における三次ノズル3の外周側からポート中心軸Cの方向に向けた流れを強めて火炉34のポート開口部(スロート壁26)を通過させ、空気噴流が、いわゆる縮流を形成するのに適した構造を採るものであれば良い。即ち、いわゆる縮流の形成には、一次ノズル1及び二次ノズル2は必須ではない。
ポート31の中心空気ノズルである一次ノズル1を流れる空気は直進流を形成し、二次ノズル2の入口部には旋回機能を有する二次空気レジスタ7を備え、二次ノズル2の火炉34側の端部(二次ノズル出口)を含めて主要部はポート中心軸Cを中心とする直管である。従って、図8で二次ノズル2の管入口端部の半径Daは該管出口端部の半径Dbと等しい。
さらに三次ノズル3は一次ノズル1及び二次ノズル2と異なり、ポート中心軸Cに対して30°〜70°の傾斜角度を有する噴出流を形成し、縮流効果が得られる構成としている。
前記縮流効果とは、火炉壁のポート開口部に形成された気体流路が拡大するスロート壁26の近傍において火炉34内の周囲ガスの強い同伴ガス20が発生する効果である。
一次ノズル1の空気流量の調整は一次ノズル1の空気取り入れ口1Bに設けたダンパ5を風箱39bの外側から調整レバー15を操作して一次ノズル1の空気取り入れ口1Bの開度を調整して行い、二次ノズル2の空気流量の調整は二次ノズル2の空気取り入れ口2Bに設けたダンパ6を風箱39bの外側から調整レバー16を操作して二次ノズル2の空気取り入れ口2Bの開度を調整して行い、同時に二次ノズル2の空気取り入れ口2Bに設けたレジスタ7を二次空気レジスタドライブ13で回転させることにより、空気旋回強度の調整を行う。また、三次ノズル3の空気流量の調整は三次ノズル3の空気取り入れ口3Bに設けたダンパ8を風箱39bの外側から調整レバー17を操作して三次ノズル3の空気取り入れ口3Bの開度を調整して行う。
三次ノズル3の出口部側(火炉34内へ向かう側)の火炉壁のスロート部26は、気体流れ下流側に向けて順次ポート31の中心軸Cに対して径が下流側ほど拡大している。また、三次ダンパ8の全閉時には拡管状のスロート壁26と二次ノズル2からの旋回流がポート中心軸Cの半径方向に拡がる空気流を形成する。
また、三次ノズル3の出口部側の拡管状のスロート壁26への灰付着を防止するために、三次空気11の一部の流れ11’をスロート壁26の外周方向に誘導する、断面積が火炉34側に行くに従って拡大するリング状のルーバ32を設けている。ルーバ32の気体流れ上流側(空気ノズル3の入口側)の先端は三次ノズル3の外周側隔壁の延長線E上または該延長線E上よりも気体流れ上流側(空気ノズル入口側;炉内から離れた方向)に位置するように設けている。
本実施例の特徴について、図9、図10との対比で説明する。
図8に示す本実施例のポート31は三次ノズル3の出口部側(火炉34内へ向かう側)の拡管状のスロート壁26の火炉壁面と平行になるように該スロート壁26の火炉34の内部に近い側に向けて断面積が拡大するリング状のルーバ32を設けている。
一方、図9及び図10には図8とほぼ同一の構成からなるポート31の断面図を示すが、図8のポート31と異なる構成は、図9ではルーバ32’の気体流れ上流側の先端が三次ノズル3の外周側隔壁の延長線Eより気体流れ下流側に位置するように設けられ、図10ではルーバ32”が全て三次ノズル3からの気体流れのポート中心軸Cに向かう縮流内に位置するように設けられていることである。
上記図8に示す本実施例のルーバ32の気体流れ上流側端部は三次ノズル3の一部を塞ぐように突き出して設けられているので、三次ノズル3を流れる三次空気11の縮流に対してルーバ32の上流側先端部が障害物となり、ルーバ32の外周側(スロート壁26側)には三次空気11により動圧が発生し、ルーバ32と拡管状のスロート壁26の間を三次空気11の一部の流れ11’が流れる。このルーバ32とスロート壁26の間を流れるシール空気となる流れ11’は、ルーバ32により誘導されることで、火炉34内でスロート壁26の近傍を流れる火炉壁面内側の同伴ガス流(壁面シール空気流れ)20がポート31のスロート壁26の近傍の火炉34の内側壁面に沿って効果的に流れ、スロート壁26の壁面近傍の負圧を除去できる。
一方、図9、図10で示す構成では、ルーバ32’、32”と三次ノズル3との配置関係から火炉開口部であるスロート壁26付近に生じる三次空気11の一部の流れ11’の影響を受けて火炉34の側壁面付近の同伴ガス流20が循環流となるために、火炉34のスロート壁26に灰付着層18ができる。
このように、図8に示す本実施例の構成では、図9、図10で示す構成で懸念される灰の巻き込みによる三次ノズル3の出口の拡管状のスロート壁26を構成する壁面への灰付着が生じにくくなる。
また、前記ルーバ32の気体流れ下流側(火炉側)の先端の半径(Dg)は三次ノズル3の拡管状のスロート壁26の最小半径(Ds)(以下、「スロート径」ということがある。図12参照)の1倍未満、特に望ましくは0.95倍未満とする。
ルーバ32の気体流れ下流側(火炉側)の先端の半径を前記拡管状のスロート壁26の半径の1倍未満とすることで、ルーバ32が一体物(分割出来ない構成)であっても、火炉34の外側からルーバ32を設置すること又は火炉34の外側に引き抜くことが容易になる。また、製作公差を考慮し0.95倍未満とした方が、さらに容易となる。なお、ルーバ32は一体物としないで火炉34の外側に取り出し易くなるように周方向に分割可能な構成にしても良い。
但し、ルーバ32の気体流れ下流側に向かうほど径が拡大する平面の長さ(図12のe部(周方向)とf部(周方向)を結ぶ線の長さ)は、該平面に灰が付着しにくいように、拡管状のスロート壁26の気体流れ方向の壁面長さ(図12のh部(周方向)とi部(周方向)を結ぶ線の長さ)の1/2以下とすることが望ましい。このことは、本実施例に限らず、本発明全般において該当する。
また、前記ルーバ32の気体流れ方向の広がり角度がポート31の拡管状のスロート壁26の広がり角度と同じ角度以上になれば、灰付着防止に効果的な空気量を誘導することが可能である。
さらに三次ノズル3の入口部のダンパ8は、前記ノズル3の入口部の火炉34から離れた側に配置しておき、ダンパ8で三次ノズル3の空気取り入れ口3Bを閉じるときに、ダンパ8を火炉34に近づける方向にスライドさせることが望ましい。これは前記ノズル3の入口部を閉じたときの空気流量を絞った状態(ダンパ8が閉に近い状態)でも、三次ノズル3内のポート31の拡管状のスロート壁26に近い部分に空気が流れるため、ルーバ32に空気が誘導され、拡管状のスロート壁26への灰付着を防止することができるからである。
なお、ダンパ8は、円筒状の部材がポート中心軸Cと略平行にスライドする形式のものを図示したが、複数のバタフライ状のバルブまたはフラップをその回転軸がポート31の中心軸Cに平行な位置にある周方向に並ぶように配置してもよい。このことは本実施例に限らず、以下の各実施例にも適用できる構成例である。
図8に示す本実施例では、ポート31は3重構造としたが、一次ノズル1や二次ノズル2を持たず、縮流構造である三次ノズル3のみで構成されるポート31であっても上記の効果を得られる。なお、他の実施例においても三次ノズル3のみで構成されるポート31としても良い。
図8に示す三次ノズル3の内側に二次ノズル2などの空気ノズルを設ける場合には、二次ノズル2を構成する隔壁の気体流れ下流側の端部(図12(a)の点b)を含む仮想の気体直進用の円筒のなす線F(図12(a)の点bを含むポート中心軸Cに平行な線)に対して、前記端部(図12(a)の点b)とルーバ32の気体流れ上流側端部(図12(a)の点c)とを結ぶ線Gのなす角度θが15度より小さい角度の範囲内に前記ルーバ32の上流側端部(図12(a)の点c)が配置されるように設けることが望ましい(図12(a)参照)。
これは、三次ノズル3の入口部にあるダンパ8を全閉とし、前記二次ノズル2から空気を流した場合、二次ノズル2から噴出する空気はポート31の内部で広がりながら噴出するが、該噴出流の広がり角が、通常15度程度であるためである。このため、ルーバ32の上流側端部を前記線Fと線Gで挟まれる領域内に設置することで、二次空気に旋回がかかってない場合にも、ルーバ32の外周側流路を気体が流れ、スロート壁26の壁面近傍において気体流れを外周方向に誘導することができる。すなわち、従来の空気等の冷却体を噴出する噴出口を別途に設けたことを特徴とするものに比べて、本実施例の構成ではポート31のいかなる運転条件においてもスロート壁26又はその近傍の壁面に灰が付着することを防止できるとともにポート31から火炉34に供給する気体の供給時の圧力損失を低減でき、ポート31の構造が簡素化され、灰付着抑制シール空気用調整器を設置する必要もなくなり、全体として火炉34の付属物の重量低減および鉄鋼材の削減ができる。
また、前記ルーバ32は前記縮流を構成する三次ノズル3の外側流路壁により固定用リブ27(図11参照)で支持した構造とする。通常、ボイラ火炉34では熱膨張が火炉34の各部位で相違することにより、最外周空気ノズル(図8の場合は三次ノズル3)の外周部を形成する火炉34の壁面とポート中心軸Cとの距離が運転負荷により変化する。ルーバ32などをポート31の内部から固定することで、ポート31の拡管状のスロート壁26とルーバ32の間隔を−定に保つことができる。
図8に示すポート31として、同心状に一次空気、二次空気、三次空気をそれぞれ流す一次ノズル1、二次ノズル2及び三次ノズル3を示しているが、少なくとも本実施例における三次ノズル3の外周側からポート中心軸Cの方向に向けた流れを強めて火炉34のポート開口部(スロート壁26)を通過させ、空気噴流が、いわゆる縮流を形成するのに適した構造を採るものであれば良い。即ち、いわゆる縮流の形成には、一次ノズル1及び二次ノズル2は必須ではない。
ポート31の中心空気ノズルである一次ノズル1を流れる空気は直進流を形成し、二次ノズル2の入口部には旋回機能を有する二次空気レジスタ7を備え、二次ノズル2の火炉34側の端部(二次ノズル出口)を含めて主要部はポート中心軸Cを中心とする直管である。従って、図8で二次ノズル2の管入口端部の半径Daは該管出口端部の半径Dbと等しい。
さらに三次ノズル3は一次ノズル1及び二次ノズル2と異なり、ポート中心軸Cに対して30°〜70°の傾斜角度を有する噴出流を形成し、縮流効果が得られる構成としている。
前記縮流効果とは、火炉壁のポート開口部に形成された気体流路が拡大するスロート壁26の近傍において火炉34内の周囲ガスの強い同伴ガス20が発生する効果である。
一次ノズル1の空気流量の調整は一次ノズル1の空気取り入れ口1Bに設けたダンパ5を風箱39bの外側から調整レバー15を操作して一次ノズル1の空気取り入れ口1Bの開度を調整して行い、二次ノズル2の空気流量の調整は二次ノズル2の空気取り入れ口2Bに設けたダンパ6を風箱39bの外側から調整レバー16を操作して二次ノズル2の空気取り入れ口2Bの開度を調整して行い、同時に二次ノズル2の空気取り入れ口2Bに設けたレジスタ7を二次空気レジスタドライブ13で回転させることにより、空気旋回強度の調整を行う。また、三次ノズル3の空気流量の調整は三次ノズル3の空気取り入れ口3Bに設けたダンパ8を風箱39bの外側から調整レバー17を操作して三次ノズル3の空気取り入れ口3Bの開度を調整して行う。
三次ノズル3の出口部側(火炉34内へ向かう側)の火炉壁のスロート部26は、気体流れ下流側に向けて順次ポート31の中心軸Cに対して径が下流側ほど拡大している。また、三次ダンパ8の全閉時には拡管状のスロート壁26と二次ノズル2からの旋回流がポート中心軸Cの半径方向に拡がる空気流を形成する。
また、三次ノズル3の出口部側の拡管状のスロート壁26への灰付着を防止するために、三次空気11の一部の流れ11’をスロート壁26の外周方向に誘導する、断面積が火炉34側に行くに従って拡大するリング状のルーバ32を設けている。ルーバ32の気体流れ上流側(空気ノズル3の入口側)の先端は三次ノズル3の外周側隔壁の延長線E上または該延長線E上よりも気体流れ上流側(空気ノズル入口側;炉内から離れた方向)に位置するように設けている。
本実施例の特徴について、図9、図10との対比で説明する。
図8に示す本実施例のポート31は三次ノズル3の出口部側(火炉34内へ向かう側)の拡管状のスロート壁26の火炉壁面と平行になるように該スロート壁26の火炉34の内部に近い側に向けて断面積が拡大するリング状のルーバ32を設けている。
一方、図9及び図10には図8とほぼ同一の構成からなるポート31の断面図を示すが、図8のポート31と異なる構成は、図9ではルーバ32’の気体流れ上流側の先端が三次ノズル3の外周側隔壁の延長線Eより気体流れ下流側に位置するように設けられ、図10ではルーバ32”が全て三次ノズル3からの気体流れのポート中心軸Cに向かう縮流内に位置するように設けられていることである。
上記図8に示す本実施例のルーバ32の気体流れ上流側端部は三次ノズル3の一部を塞ぐように突き出して設けられているので、三次ノズル3を流れる三次空気11の縮流に対してルーバ32の上流側先端部が障害物となり、ルーバ32の外周側(スロート壁26側)には三次空気11により動圧が発生し、ルーバ32と拡管状のスロート壁26の間を三次空気11の一部の流れ11’が流れる。このルーバ32とスロート壁26の間を流れるシール空気となる流れ11’は、ルーバ32により誘導されることで、火炉34内でスロート壁26の近傍を流れる火炉壁面内側の同伴ガス流(壁面シール空気流れ)20がポート31のスロート壁26の近傍の火炉34の内側壁面に沿って効果的に流れ、スロート壁26の壁面近傍の負圧を除去できる。
一方、図9、図10で示す構成では、ルーバ32’、32”と三次ノズル3との配置関係から火炉開口部であるスロート壁26付近に生じる三次空気11の一部の流れ11’の影響を受けて火炉34の側壁面付近の同伴ガス流20が循環流となるために、火炉34のスロート壁26に灰付着層18ができる。
このように、図8に示す本実施例の構成では、図9、図10で示す構成で懸念される灰の巻き込みによる三次ノズル3の出口の拡管状のスロート壁26を構成する壁面への灰付着が生じにくくなる。
また、前記ルーバ32の気体流れ下流側(火炉側)の先端の半径(Dg)は三次ノズル3の拡管状のスロート壁26の最小半径(Ds)(以下、「スロート径」ということがある。図12参照)の1倍未満、特に望ましくは0.95倍未満とする。
ルーバ32の気体流れ下流側(火炉側)の先端の半径を前記拡管状のスロート壁26の半径の1倍未満とすることで、ルーバ32が一体物(分割出来ない構成)であっても、火炉34の外側からルーバ32を設置すること又は火炉34の外側に引き抜くことが容易になる。また、製作公差を考慮し0.95倍未満とした方が、さらに容易となる。なお、ルーバ32は一体物としないで火炉34の外側に取り出し易くなるように周方向に分割可能な構成にしても良い。
但し、ルーバ32の気体流れ下流側に向かうほど径が拡大する平面の長さ(図12のe部(周方向)とf部(周方向)を結ぶ線の長さ)は、該平面に灰が付着しにくいように、拡管状のスロート壁26の気体流れ方向の壁面長さ(図12のh部(周方向)とi部(周方向)を結ぶ線の長さ)の1/2以下とすることが望ましい。このことは、本実施例に限らず、本発明全般において該当する。
また、前記ルーバ32の気体流れ方向の広がり角度がポート31の拡管状のスロート壁26の広がり角度と同じ角度以上になれば、灰付着防止に効果的な空気量を誘導することが可能である。
さらに三次ノズル3の入口部のダンパ8は、前記ノズル3の入口部の火炉34から離れた側に配置しておき、ダンパ8で三次ノズル3の空気取り入れ口3Bを閉じるときに、ダンパ8を火炉34に近づける方向にスライドさせることが望ましい。これは前記ノズル3の入口部を閉じたときの空気流量を絞った状態(ダンパ8が閉に近い状態)でも、三次ノズル3内のポート31の拡管状のスロート壁26に近い部分に空気が流れるため、ルーバ32に空気が誘導され、拡管状のスロート壁26への灰付着を防止することができるからである。
なお、ダンパ8は、円筒状の部材がポート中心軸Cと略平行にスライドする形式のものを図示したが、複数のバタフライ状のバルブまたはフラップをその回転軸がポート31の中心軸Cに平行な位置にある周方向に並ぶように配置してもよい。このことは本実施例に限らず、以下の各実施例にも適用できる構成例である。
図8に示す本実施例では、ポート31は3重構造としたが、一次ノズル1や二次ノズル2を持たず、縮流構造である三次ノズル3のみで構成されるポート31であっても上記の効果を得られる。なお、他の実施例においても三次ノズル3のみで構成されるポート31としても良い。
図8に示す三次ノズル3の内側に二次ノズル2などの空気ノズルを設ける場合には、二次ノズル2を構成する隔壁の気体流れ下流側の端部(図12(a)の点b)を含む仮想の気体直進用の円筒のなす線F(図12(a)の点bを含むポート中心軸Cに平行な線)に対して、前記端部(図12(a)の点b)とルーバ32の気体流れ上流側端部(図12(a)の点c)とを結ぶ線Gのなす角度θが15度より小さい角度の範囲内に前記ルーバ32の上流側端部(図12(a)の点c)が配置されるように設けることが望ましい(図12(a)参照)。
これは、三次ノズル3の入口部にあるダンパ8を全閉とし、前記二次ノズル2から空気を流した場合、二次ノズル2から噴出する空気はポート31の内部で広がりながら噴出するが、該噴出流の広がり角が、通常15度程度であるためである。このため、ルーバ32の上流側端部を前記線Fと線Gで挟まれる領域内に設置することで、二次空気に旋回がかかってない場合にも、ルーバ32の外周側流路を気体が流れ、スロート壁26の壁面近傍において気体流れを外周方向に誘導することができる。すなわち、従来の空気等の冷却体を噴出する噴出口を別途に設けたことを特徴とするものに比べて、本実施例の構成ではポート31のいかなる運転条件においてもスロート壁26又はその近傍の壁面に灰が付着することを防止できるとともにポート31から火炉34に供給する気体の供給時の圧力損失を低減でき、ポート31の構造が簡素化され、灰付着抑制シール空気用調整器を設置する必要もなくなり、全体として火炉34の付属物の重量低減および鉄鋼材の削減ができる。
また、前記ルーバ32は前記縮流を構成する三次ノズル3の外側流路壁により固定用リブ27(図11参照)で支持した構造とする。通常、ボイラ火炉34では熱膨張が火炉34の各部位で相違することにより、最外周空気ノズル(図8の場合は三次ノズル3)の外周部を形成する火炉34の壁面とポート中心軸Cとの距離が運転負荷により変化する。ルーバ32などをポート31の内部から固定することで、ポート31の拡管状のスロート壁26とルーバ32の間隔を−定に保つことができる。
図11は本実施例3を示すポート31の概略図である。図11に示す構成で図8に示す構成と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。
本実施例では、ポート31の拡管状のスロート壁26に流路断面積が一定の中心軸Cに平行な平行部26aを有している。さらにルーバ32にも平行部26aに沿った円筒部32aを設けている。また、ルーバ32と拡管状のスロート壁26の間に三次ノズル3からの縮流の一部が流れ込み、火炉34のスロート壁26の表面をシールする三次空気11の一部の流れ11’がスロート壁26の壁面近傍に効果的に流れ、スロート壁26の壁面近傍の負圧を除去できることから、灰の巻き込みによるスロート壁26の近傍における灰付着が生じにくくなる。
図12(a)は図11のポート31の出口部の拡大図であり、ルーバ32の気体流れ上流側の先端部(点c)は前記縮流を形成する三次ノズル3の外周側壁面(前壁)301の延長線E上または延長線E上よりも気体流れ上流側(炉内から離れた方向)に位置するように設けている。また、風箱39b側からルーバ32を挿入できるようにルーバ32の火炉34側先端の半径Dgはスロート壁26の半径Dsの1倍未満とする。より詳細には、ルーバ32の最大径部分の半径Dgより拡管状のスロート壁26の平行部26aの半径Dsを大きくする(半径Dg<半径Ds)。実際には製作公差を考慮してルーバ32の最大径部分の半径Dgより拡管状のスロート壁26の平行部26aの半径Dsを0.95倍未満(Ds<0.95Dg)とすることが望ましい。
前記ルーバ32の平行部32aの半径Dpがスロート壁26の平行部26aの半径Dsの20%以下(1.0Ds>Dp≧0.8Ds;ただし長さDpはルーバ32の円筒部32a(ポート中心軸Cに平行な部分)の半径である)になり、また前記ルーバ32の広がり角度をポート31のスロート壁26の広がり角度と同じ角度以上にすれば、スロート壁26への灰付着防止に効果的な空気量を誘導することが可能である。しかし、三次ノズル3を流れる気体による縮流効果の持続性を考えると、半径Dsに対する半径Dpは10%程度(1.0Ds>Dp≧0.9Ds)小さくすることが望ましい。即ち、火炉34のスロート壁26への灰付着防止のためにあまり大量の空気を割り当てると、本来の燃焼制御用の空気噴流を火炉34内の中央部まで到達させつつ、火炉壁近傍の気体混合を促進するという縮流形成の目的が阻害されるためである。ポート31の外周側から中心軸Cの方向に向けた空気噴流の流れを強めてスロート部26を通過させ、空気噴流がポート31の中心軸Cに集中しつつスロート部26の周辺の火炉34内の気体を巻き込むような流れが維持できなくなるのは望ましくない。
なお、図12(a)は、ポートの半径Da(点a;二次ノズル2の導入部における半径)及びDb(点b;二次ノズル2を構成する隔壁の気体流れ下流側の端部)とスロート壁26の半径(スロート壁26の平行部の半径)Dsとがほぼ同一である例を示しているが、二次ノズル2の半径Da及び半径Dbよりスロート壁26の半径Dsが大きい場合又は小さい場合も同様である。
例えば、図12(b)に示すように、二次ノズル2の半径Da及び半径Dbよりスロート壁26の半径Dsが大きい場合も、二次ノズル2を構成する隔壁の気体流れ下流側の端部(図12(b)の点b)を含む仮想の気体直進用の円筒のなす線F(図12(b)の点bを含むポート中心軸Cに平行な線)に対して、前記端部(図12(b)の点b)とルーバ32の上流側端部(図12の点c)とを結ぶ線Gのなす角度θの絶対値が15度より小さい角度の範囲内に前記ルーバ32の気体流れ上流側端部が配置されるように設けることが望ましい。
但し、ルーバ32は、気体流れ下流側に向かうほど径が拡大する平面の長さ(図12のe部(周方向)とf部(周方向)を結ぶ線の長さ)は、該平面に灰が付着しにくいように、スロート壁26の気体流れ方向の壁面長さ(図12のh部(周方向)とi部(周方向)で囲まれる面の気体流れ方向の長さ)の1/2以下とすることが望ましい。
なお、図12(b)ではスロート壁26の半径Dsはルーバ32の半径Dgより大きくしているので、ルーバ32を火炉壁外部に抜き取り易い。
本実施例では、ポート31の拡管状のスロート壁26に流路断面積が一定の中心軸Cに平行な平行部26aを有している。さらにルーバ32にも平行部26aに沿った円筒部32aを設けている。また、ルーバ32と拡管状のスロート壁26の間に三次ノズル3からの縮流の一部が流れ込み、火炉34のスロート壁26の表面をシールする三次空気11の一部の流れ11’がスロート壁26の壁面近傍に効果的に流れ、スロート壁26の壁面近傍の負圧を除去できることから、灰の巻き込みによるスロート壁26の近傍における灰付着が生じにくくなる。
図12(a)は図11のポート31の出口部の拡大図であり、ルーバ32の気体流れ上流側の先端部(点c)は前記縮流を形成する三次ノズル3の外周側壁面(前壁)301の延長線E上または延長線E上よりも気体流れ上流側(炉内から離れた方向)に位置するように設けている。また、風箱39b側からルーバ32を挿入できるようにルーバ32の火炉34側先端の半径Dgはスロート壁26の半径Dsの1倍未満とする。より詳細には、ルーバ32の最大径部分の半径Dgより拡管状のスロート壁26の平行部26aの半径Dsを大きくする(半径Dg<半径Ds)。実際には製作公差を考慮してルーバ32の最大径部分の半径Dgより拡管状のスロート壁26の平行部26aの半径Dsを0.95倍未満(Ds<0.95Dg)とすることが望ましい。
前記ルーバ32の平行部32aの半径Dpがスロート壁26の平行部26aの半径Dsの20%以下(1.0Ds>Dp≧0.8Ds;ただし長さDpはルーバ32の円筒部32a(ポート中心軸Cに平行な部分)の半径である)になり、また前記ルーバ32の広がり角度をポート31のスロート壁26の広がり角度と同じ角度以上にすれば、スロート壁26への灰付着防止に効果的な空気量を誘導することが可能である。しかし、三次ノズル3を流れる気体による縮流効果の持続性を考えると、半径Dsに対する半径Dpは10%程度(1.0Ds>Dp≧0.9Ds)小さくすることが望ましい。即ち、火炉34のスロート壁26への灰付着防止のためにあまり大量の空気を割り当てると、本来の燃焼制御用の空気噴流を火炉34内の中央部まで到達させつつ、火炉壁近傍の気体混合を促進するという縮流形成の目的が阻害されるためである。ポート31の外周側から中心軸Cの方向に向けた空気噴流の流れを強めてスロート部26を通過させ、空気噴流がポート31の中心軸Cに集中しつつスロート部26の周辺の火炉34内の気体を巻き込むような流れが維持できなくなるのは望ましくない。
なお、図12(a)は、ポートの半径Da(点a;二次ノズル2の導入部における半径)及びDb(点b;二次ノズル2を構成する隔壁の気体流れ下流側の端部)とスロート壁26の半径(スロート壁26の平行部の半径)Dsとがほぼ同一である例を示しているが、二次ノズル2の半径Da及び半径Dbよりスロート壁26の半径Dsが大きい場合又は小さい場合も同様である。
例えば、図12(b)に示すように、二次ノズル2の半径Da及び半径Dbよりスロート壁26の半径Dsが大きい場合も、二次ノズル2を構成する隔壁の気体流れ下流側の端部(図12(b)の点b)を含む仮想の気体直進用の円筒のなす線F(図12(b)の点bを含むポート中心軸Cに平行な線)に対して、前記端部(図12(b)の点b)とルーバ32の上流側端部(図12の点c)とを結ぶ線Gのなす角度θの絶対値が15度より小さい角度の範囲内に前記ルーバ32の気体流れ上流側端部が配置されるように設けることが望ましい。
但し、ルーバ32は、気体流れ下流側に向かうほど径が拡大する平面の長さ(図12のe部(周方向)とf部(周方向)を結ぶ線の長さ)は、該平面に灰が付着しにくいように、スロート壁26の気体流れ方向の壁面長さ(図12のh部(周方向)とi部(周方向)で囲まれる面の気体流れ方向の長さ)の1/2以下とすることが望ましい。
なお、図12(b)ではスロート壁26の半径Dsはルーバ32の半径Dgより大きくしているので、ルーバ32を火炉壁外部に抜き取り易い。
図13は本実施例4を示すポート31の概略図である。図13に示す構成で図2に示す構成と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。
本実施例では、図11に示す構成と同様にスロート壁26に流路断面積が一定の中心軸Cと平行な平行部26aを設け、さらにルーバ32に円筒部32aを設けている。前記平行部26aとルーバ32の円筒部32aの間にスロート壁26の周方向の流速成分を誘起させる旋回器22を設けた。
これにより、ルーバ32とスロート壁26の間に三次ノズル3からの縮流の一部が流れ込み、火炉34のスロート壁26の表面をシールする空気流11’が拡管状のスロート壁26の壁面近傍に効果的に流れ、スロート壁26の壁面近傍の負圧を除去できることから、灰の巻き込みによるスロート壁26近傍における灰付着が生じにくくなる。
また、ルーバ32の火炉側から見たポート中心軸Cに直交する面の投影面積が低減でき、火炎から受ける放射受熱量を低減できる。このため、ルーバ32の温度が低減でき、熱変形や高温場における腐食などの熱損失が生じにくくなる。
また、前記旋回器22の気体流れ下流側の先端に気体流れをスロート壁26の方向に誘導する断面積の拡大するリング状の前記ルーバ32を設けた場合も灰の巻き込みによるノズル近傍における灰付着を防止できる。
本実施例では、図11に示す構成と同様にスロート壁26に流路断面積が一定の中心軸Cと平行な平行部26aを設け、さらにルーバ32に円筒部32aを設けている。前記平行部26aとルーバ32の円筒部32aの間にスロート壁26の周方向の流速成分を誘起させる旋回器22を設けた。
これにより、ルーバ32とスロート壁26の間に三次ノズル3からの縮流の一部が流れ込み、火炉34のスロート壁26の表面をシールする空気流11’が拡管状のスロート壁26の壁面近傍に効果的に流れ、スロート壁26の壁面近傍の負圧を除去できることから、灰の巻き込みによるスロート壁26近傍における灰付着が生じにくくなる。
また、ルーバ32の火炉側から見たポート中心軸Cに直交する面の投影面積が低減でき、火炎から受ける放射受熱量を低減できる。このため、ルーバ32の温度が低減でき、熱変形や高温場における腐食などの熱損失が生じにくくなる。
また、前記旋回器22の気体流れ下流側の先端に気体流れをスロート壁26の方向に誘導する断面積の拡大するリング状の前記ルーバ32を設けた場合も灰の巻き込みによるノズル近傍における灰付着を防止できる。
本発明はボイラの火炉に限らず、石炭などの燃焼で生成する灰が付着し易い燃焼装置の火炉壁面に適用可能である。
【0004】
また、前記特許文献7等に開示された旋回型AAPに替わる簡易構造を有するAAPでは火炉34の内壁34aに沿った領域の未燃焼ガスのすり抜けの防止と炉壁面への灰付着を防止できるが、火炉34の中央部分へ到達する燃焼用空気噴流が不足気味になり、未燃焼ガスと空気との急速な混合が行われないおそれがある。
本発明の課題は、噴出気体の流量等の条件によらず、装置構成の複雑化やコストの増加を招くことなく、火炉スロート拡管部の壁面に灰が付着溶融してクリンカが塊状に成長することを防止し、気体として空気を用いる場合には、火炉壁近傍における燃焼用空気と未燃焼ガスとが安定的に混合し、炉内中央部へ燃焼用空気が確実に到達し、燃焼ガス中のNOx濃度の低減を図ることができる気体噴出ポートを提供することである。
上記課題は次の解決手段により解決される。
請求項1記載の発明は、火炉の炉壁に設けられ、該炉壁に垂直な気体流れの中心軸に向って流れる速度成分と前記中心軸に沿って流れる速度成分を有し、気体流れの上流側から前記中心軸に向かって斜めに形成された縮流生成用流路と、前記縮流生成用流路の後流側の火炉壁開口部に形成された気体流路が気体流れ方向に順次に拡大するスロート拡管部と、前記縮流生成用流路を流れる気体を前記スロート拡管部の壁面に沿って流れるように誘導するために縮流生成用流路に設けられ、気体流れ上流側の先端部は、前記縮流生成用流路の外周側壁面を前記中心軸方向へ延長した面または該延長した面よりも気体流れ上流側に位置し、気体流れ下流側部分には、前記スロート拡管部の壁面に沿うように気体流れ方向に順次拡大した拡管部を有するルーバ(案内板)とを備えた火炉内への気体噴出ポートである。
請求項1記載の発明の構成からなるルーバに誘導された気体がスロート拡管部の壁面近傍に効果的に流れ、前記拡管部の壁面近傍の負圧を除去できることから、前記縮流生成用流路の外周側壁面(該流路を構成するノズル隔壁)に沿って流れてきた気体を効果的にスロート拡管部の壁面側へ誘導できるため、灰の巻き込みによるスロート拡管部及びその近傍の壁面における灰付着が生じ難くなる。さらに、従来はルーバを用いる代わりに空気等の冷却体を噴出する噴出口を気体噴出ポートに別途に設けていたが、これに比べて、請求項1記載の発明では、ルーバを用いることで気体噴出流の圧力損失を低減できるとともに構造が簡素化され、灰付着抑制シール空気用調整器を設置する必要もなく、重量低減および鉄鋼材の
また、前記特許文献7等に開示された旋回型AAPに替わる簡易構造を有するAAPでは火炉34の内壁34aに沿った領域の未燃焼ガスのすり抜けの防止と炉壁面への灰付着を防止できるが、火炉34の中央部分へ到達する燃焼用空気噴流が不足気味になり、未燃焼ガスと空気との急速な混合が行われないおそれがある。
本発明の課題は、噴出気体の流量等の条件によらず、装置構成の複雑化やコストの増加を招くことなく、火炉スロート拡管部の壁面に灰が付着溶融してクリンカが塊状に成長することを防止し、気体として空気を用いる場合には、火炉壁近傍における燃焼用空気と未燃焼ガスとが安定的に混合し、炉内中央部へ燃焼用空気が確実に到達し、燃焼ガス中のNOx濃度の低減を図ることができる気体噴出ポートを提供することである。
上記課題は次の解決手段により解決される。
請求項1記載の発明は、火炉の炉壁に設けられ、該炉壁に垂直な気体流れの中心軸に向って流れる速度成分と前記中心軸に沿って流れる速度成分を有し、気体流れの上流側から前記中心軸に向かって斜めに形成された縮流生成用流路と、前記縮流生成用流路の後流側の火炉壁開口部に形成された気体流路が気体流れ方向に順次に拡大するスロート拡管部と、前記縮流生成用流路を流れる気体を前記スロート拡管部の壁面に沿って流れるように誘導するために縮流生成用流路に設けられ、気体流れ上流側の先端部は、前記縮流生成用流路の外周側壁面を前記中心軸方向へ延長した面または該延長した面よりも気体流れ上流側に位置し、気体流れ下流側部分には、前記スロート拡管部の壁面に沿うように気体流れ方向に順次拡大した拡管部を有するルーバ(案内板)とを備えた火炉内への気体噴出ポートである。
請求項1記載の発明の構成からなるルーバに誘導された気体がスロート拡管部の壁面近傍に効果的に流れ、前記拡管部の壁面近傍の負圧を除去できることから、前記縮流生成用流路の外周側壁面(該流路を構成するノズル隔壁)に沿って流れてきた気体を効果的にスロート拡管部の壁面側へ誘導できるため、灰の巻き込みによるスロート拡管部及びその近傍の壁面における灰付着が生じ難くなる。さらに、従来はルーバを用いる代わりに空気等の冷却体を噴出する噴出口を気体噴出ポートに別途に設けていたが、これに比べて、請求項1記載の発明では、ルーバを用いることで気体噴出流の圧力損失を低減できるとともに構造が簡素化され、灰付着抑制シール空気用調整器を設置する必要もなく、重量低減および鉄鋼材の
【0005】
削減ができる。
また、請求項1記載の発明の縮流生成用流路から噴出する気体の流れは、火炉内の中央部まで到達する気体の流れと火炉壁の近傍の気体混合を加速する気体の流れとなるので、該気体噴出ポートを二段燃焼用バーナのAAPとして使用すると、信頼性の高い、低NOx、低CO燃焼が可能な燃料の燃焼ができる。
ところで、本発明の縮流生成用流路を流れる気体噴流が気体噴出ポートの中心軸に向かって流れる、いわゆる縮流を比較的強めた場合、該ポートが設置される火炉のポート開口部に設けられるスロート拡管部の壁面近傍は負圧となって、前記スロート拡管部の壁面に灰が付着しやすくなる。ここで、気体の前記縮流を強めた場合とは、例えば、火炉壁面に設置される前記ポートの気体流れの上流側における気体流路が縮流生成用流路のみからなる場合、あるいは、他の流路がある場合に縮流生成用流路の流量比が30%以上であるような場合、火炉壁のスロート部の半径(図12の長さDs)が縮流生成用流路の内周側下流端(図12の部位b)における半径(図12の長さDb)の1.1倍以下である場合、又は縮流生成用流路のポート中心軸に対する傾斜角度が30°〜70°である場合等をいう。
請求項1記載の発明によれば、ルーバの気体流れ上流側の先端部は、縮流生成用流路の外周側壁面を前記中心軸方向へ延長した面または該延長した面よりも気体流れ上流側に位置しているので、ルーバに誘導された気体がスロート拡管部の壁面近傍に効果的に流れ、前記拡管部の壁面近傍の負圧を除去できる。そのため、前記縮流生成用流路の外周側壁面(該流路を構成するノズル隔壁)に沿って流れてきた気体を効果的にスロート拡管部の壁面側へ誘導できるため、灰の巻き込みによるスロート拡管部の近傍の壁面における灰付着が生じにくくなる。
このように請求項1記載の発明によれば、
削減ができる。
また、請求項1記載の発明の縮流生成用流路から噴出する気体の流れは、火炉内の中央部まで到達する気体の流れと火炉壁の近傍の気体混合を加速する気体の流れとなるので、該気体噴出ポートを二段燃焼用バーナのAAPとして使用すると、信頼性の高い、低NOx、低CO燃焼が可能な燃料の燃焼ができる。
ところで、本発明の縮流生成用流路を流れる気体噴流が気体噴出ポートの中心軸に向かって流れる、いわゆる縮流を比較的強めた場合、該ポートが設置される火炉のポート開口部に設けられるスロート拡管部の壁面近傍は負圧となって、前記スロート拡管部の壁面に灰が付着しやすくなる。ここで、気体の前記縮流を強めた場合とは、例えば、火炉壁面に設置される前記ポートの気体流れの上流側における気体流路が縮流生成用流路のみからなる場合、あるいは、他の流路がある場合に縮流生成用流路の流量比が30%以上であるような場合、火炉壁のスロート部の半径(図12の長さDs)が縮流生成用流路の内周側下流端(図12の部位b)における半径(図12の長さDb)の1.1倍以下である場合、又は縮流生成用流路のポート中心軸に対する傾斜角度が30°〜70°である場合等をいう。
請求項1記載の発明によれば、ルーバの気体流れ上流側の先端部は、縮流生成用流路の外周側壁面を前記中心軸方向へ延長した面または該延長した面よりも気体流れ上流側に位置しているので、ルーバに誘導された気体がスロート拡管部の壁面近傍に効果的に流れ、前記拡管部の壁面近傍の負圧を除去できる。そのため、前記縮流生成用流路の外周側壁面(該流路を構成するノズル隔壁)に沿って流れてきた気体を効果的にスロート拡管部の壁面側へ誘導できるため、灰の巻き込みによるスロート拡管部の近傍の壁面における灰付着が生じにくくなる。
このように請求項1記載の発明によれば、
【0006】
ルーバに気体が誘導され、スロート拡管部への灰付着をさらに防止することができる。
請求項3記載の発明は、前記縮流生成用流路を流れる空気流の前記中心軸方向に沿って流れる速度成分と前記中心軸方向に向かって流れる速度成分の比率を変える機構を備えた請求項1記載の火炉内への気体噴出ポートである。
請求項3記載の発明によれば、中心軸方向に沿って流れる速度成分と前記中心軸方向に向かって流れる速度成分の比率を変えることで、火炉内での各速度成分の合流後の気体噴出流の方向を調整することができ、気体が空気である場合は、火炉内に偏在する空気不足の未燃ガス領域と燃焼用空気とが好適に混合して燃料の未燃分を低減できる。さらに、前記二つの速度成分の旋回強さを調整することで合流後の気体の混合状態を調整可能である。
請求項4記載の発明は、前記縮流生成用流路の外周側壁面に沿って気体が流れるように前記外周壁面側から開き始める前記縮流生成用流路の開度を調整可能なダンパを設けた請求項3に記載の火炉内への気体噴出ポートである。
請求項4記載の発明によれば、ダンパで縮流生成用流路を閉じた状態から開く方向に動かして該流路の開度を調整する場合に縮流生成用流路の外周壁面側からダンパを開き始めると、縮流生成用流路を流れる気体流量を絞った状態(ダンパが閉に近い状態)でも縮流生成用流路のうちで、前記スロート拡管部に近い部分に空気が流れるため、ルーバに気体が誘導され、前記スロート拡管部への灰付着を防止することができる。
請求項5記載の発明は、前記ルーバと前記スロート拡管部の壁面との間に気体を旋回させる旋回部材を設けた請求項1、3または4に記載の火炉内への気体噴出ポートである。なお、熱伸び差を吸収するためにルーバを気体噴出ポートの周方向に複数個に分割して設けても良い。
請求項5記載の発明によれば、ルーバとスロート拡管部の壁面との間を流れる気体を旋回部材で旋回させながら火炉内へ噴出できるので、ルーバとスロート拡管部の壁面との間に縮流生成用流路から縮流の一部が流れ込み易くなり、火炉の内壁面をシールする気体流がスロート拡管部の壁面近傍に効果的に流れ、前記スロート拡管部の壁面近傍の負圧を除去できるため灰の巻き込みによるスロート拡
ルーバに気体が誘導され、スロート拡管部への灰付着をさらに防止することができる。
請求項3記載の発明は、前記縮流生成用流路を流れる空気流の前記中心軸方向に沿って流れる速度成分と前記中心軸方向に向かって流れる速度成分の比率を変える機構を備えた請求項1記載の火炉内への気体噴出ポートである。
請求項3記載の発明によれば、中心軸方向に沿って流れる速度成分と前記中心軸方向に向かって流れる速度成分の比率を変えることで、火炉内での各速度成分の合流後の気体噴出流の方向を調整することができ、気体が空気である場合は、火炉内に偏在する空気不足の未燃ガス領域と燃焼用空気とが好適に混合して燃料の未燃分を低減できる。さらに、前記二つの速度成分の旋回強さを調整することで合流後の気体の混合状態を調整可能である。
請求項4記載の発明は、前記縮流生成用流路の外周側壁面に沿って気体が流れるように前記外周壁面側から開き始める前記縮流生成用流路の開度を調整可能なダンパを設けた請求項3に記載の火炉内への気体噴出ポートである。
請求項4記載の発明によれば、ダンパで縮流生成用流路を閉じた状態から開く方向に動かして該流路の開度を調整する場合に縮流生成用流路の外周壁面側からダンパを開き始めると、縮流生成用流路を流れる気体流量を絞った状態(ダンパが閉に近い状態)でも縮流生成用流路のうちで、前記スロート拡管部に近い部分に空気が流れるため、ルーバに気体が誘導され、前記スロート拡管部への灰付着を防止することができる。
請求項5記載の発明は、前記ルーバと前記スロート拡管部の壁面との間に気体を旋回させる旋回部材を設けた請求項1、3または4に記載の火炉内への気体噴出ポートである。なお、熱伸び差を吸収するためにルーバを気体噴出ポートの周方向に複数個に分割して設けても良い。
請求項5記載の発明によれば、ルーバとスロート拡管部の壁面との間を流れる気体を旋回部材で旋回させながら火炉内へ噴出できるので、ルーバとスロート拡管部の壁面との間に縮流生成用流路から縮流の一部が流れ込み易くなり、火炉の内壁面をシールする気体流がスロート拡管部の壁面近傍に効果的に流れ、前記スロート拡管部の壁面近傍の負圧を除去できるため灰の巻き込みによるスロート拡
【0007】
管部の火炉壁面近傍における灰付着を防ぐことができる。
請求項6記載の発明は、前記ルーバの下流側端部に形成される拡管部の気体流れ方向の長さが、前記スロート拡管部の気体流れ方向の壁面長さの1/2以下である請求項1、3、4または5に記載の火炉内への気体噴出ポートである。
請求項6記載の発明によれば、前記ルーバの下流側端部に形成されるスロート拡管部の気体流れ方向の長さが、該拡管部の気体流れ方向の壁面長さの1/2以下であると、前記ルーバの拡管部の内側への露出面(図12のe部とf部の間の面)に灰が付着しにくくなる。
請求項7記載の発明は、前記縮流生成用流路は三次ノズルとし、該三次ノズルより内側に、前記中心軸に沿ってそれぞれ気体が流れる一次ノズル及び該一次ノズルの外側に二次ノズルを設けた請求項1、3、4、5または6に記載の火炉内への気体噴出ポートである。
請求項7記載の発明によれば、気体噴出ポートを二段燃焼用バーナの下流部の火炉壁に設置するAAPとして使用すれば火炉壁に灰付着がなく、信頼性の高い、低NOx、低CO燃焼が可能な燃料の燃焼に利用できる。
図面の簡単な説明
図1は、本発明のアフターエアポートまたはバーナが使用されるボイラの概略図である。
図2は、本発明の実施例1のアフターエアポートの概略断面図である。
図3は、実施例1のアフターエアポートの一部を省略した斜視図である。
図4は、実施例1の火炉内からエアポートを見た図である。
図5は、図2のAAPモデルを使用して行ったAAP出口部分における空気流の流速分布図である。
図6は、図2のAAPモデルを使用して行ったAAP出口部分における空気流の流速分布図である。
図7は、図2のAAPモデルを使用して行ったAAP出口部分における空気流の流速分布図である。
管部の火炉壁面近傍における灰付着を防ぐことができる。
請求項6記載の発明は、前記ルーバの下流側端部に形成される拡管部の気体流れ方向の長さが、前記スロート拡管部の気体流れ方向の壁面長さの1/2以下である請求項1、3、4または5に記載の火炉内への気体噴出ポートである。
請求項6記載の発明によれば、前記ルーバの下流側端部に形成されるスロート拡管部の気体流れ方向の長さが、該拡管部の気体流れ方向の壁面長さの1/2以下であると、前記ルーバの拡管部の内側への露出面(図12のe部とf部の間の面)に灰が付着しにくくなる。
請求項7記載の発明は、前記縮流生成用流路は三次ノズルとし、該三次ノズルより内側に、前記中心軸に沿ってそれぞれ気体が流れる一次ノズル及び該一次ノズルの外側に二次ノズルを設けた請求項1、3、4、5または6に記載の火炉内への気体噴出ポートである。
請求項7記載の発明によれば、気体噴出ポートを二段燃焼用バーナの下流部の火炉壁に設置するAAPとして使用すれば火炉壁に灰付着がなく、信頼性の高い、低NOx、低CO燃焼が可能な燃料の燃焼に利用できる。
図面の簡単な説明
図1は、本発明のアフターエアポートまたはバーナが使用されるボイラの概略図である。
図2は、本発明の実施例1のアフターエアポートの概略断面図である。
図3は、実施例1のアフターエアポートの一部を省略した斜視図である。
図4は、実施例1の火炉内からエアポートを見た図である。
図5は、図2のAAPモデルを使用して行ったAAP出口部分における空気流の流速分布図である。
図6は、図2のAAPモデルを使用して行ったAAP出口部分における空気流の流速分布図である。
図7は、図2のAAPモデルを使用して行ったAAP出口部分における空気流の流速分布図である。
Claims (7)
- 火炉の炉壁に設けられ、該炉壁に垂直な気体流れの中心軸に向って流れる速度成分と前記中心軸に沿って流れる速度成分を有し、気体流れの上流側から前記中心軸に向かって斜めに形成された縮流生成用流路と、
前記縮流生成用流路の後流側の火炉壁開口部に形成された気体流路が気体流れ方向に順次に拡大するスロート拡管部と、
前記縮流生成用流路を流れる気体を前記スロート拡管部の壁面に沿って流れるように誘導するために縮流生成用流路に設けられたルーバと
を備えたことを特徴とする火炉内への気体噴出ポート。 - 前記ルーバの気体流れ上流側の先端部は、縮流生成用流路の外周側壁面を前記中心軸方向へ延長した面または該延長した面よりも気体流れ上流側に位置し、前記ルーバの気体流れ下流側部分には、前記スロート拡管部の壁面に沿うように気体流れ方向に順次拡大した拡管部を有することを特徴とする請求項1記載の火炉内への気体噴出ポート
- 前記縮流生成用流路を流れる空気流の前記中心軸方向に沿って流れる速度成分と前記中心軸方向に向かって流れる速度成分の比率を変える機構を備えたことを特徴とする請求項1または2記載の火炉内への気体噴出ポート。
- 前記縮流生成用流路の外周側壁面に沿って気体が流れるように前記外周壁面側から開き始める前記縮流生成用流路の開度を調整可能なダンパを設けたことを特徴とする請求項3に記載の火炉内への気体噴出ポート。
- 前記ルーバと前記スロート拡管部の壁面との間に気体を旋回させる旋回部材を設けたことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の火炉内への気体噴出ポート。
- 前記ルーバの下流側端部に形成されるスロート拡管部の気体流れ方向の長さが、前記スロート拡管部の気体流れ方向の壁面長さの1/2以下であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の火炉内への気体噴出ポート
- 前記縮流生成用流路は三次ノズルとし、該三次ノズルより内側に、前記中心軸に沿ってそれぞれ気体が流れる一次ノズル及び該一次ノズルの外側に二次ノズルを設けたことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の火炉内への気体噴出ポート。
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