WO2014097812A1 - 噴霧ノズル、噴霧ノズルを備えたバーナ及びバーナを備えた燃焼装置 - Google Patents

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spray nozzle
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medium
combustion
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折井　明仁
洋文 岡▲崎▼
健一 越智
倉増　公治
英雄 沖本
祐樹 近藤
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バブコック日立株式会社
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    • F23D11/10—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour

Definitions

  • the present invention relates to a spray nozzle, a burner equipped with a spray nozzle, and a combustion apparatus equipped with a burner, and in particular, a spray nozzle that atomizes a spray fluid (liquid) using a spray medium (gas), and the spray.
  • the present invention relates to a burner including a nozzle and a combustion apparatus including the burner.
  • a floating combustion method in which fuel is horizontally burned in a furnace space (hereinafter referred to as a furnace) provided in the combustion apparatus is often used.
  • the fuel When burning liquid fuel, the fuel is atomized with a spray nozzle and floated in the furnace for combustion.
  • the above-described spray nozzle is often installed at the time of start-up or auxiliary combustion, and the liquid fuel is atomized and floated in the furnace for burning.
  • a two-fluid spray system in which air or steam is supplied as a spray medium for atomization in addition to a spray fluid (liquid fuel) and mixed with the spray fluid is common.
  • the spray medium since the spray medium is used, the amount of energy used is increased by using the spray medium if the same pressure is applied as compared with the one-fluid spray system in which spray is performed with the pressure of only the spray fluid.
  • the said technique sprays in fan shape from the exit hole of a spray nozzle, it is called a fan spray type spray nozzle.
  • a spray medium is mixed with a spray fluid such as liquid fuel in a flow path upstream of the outlet hole, and the mixed fluid is near the outlet hole. It is configured to collide with.
  • the liquid fuel is atomized by mixing with the spraying medium and by collision in the vicinity of the outlet hole. It has been disclosed that even when the amount of spray medium used is reduced by this two-stage atomization, the spray particle diameter is prevented from becoming coarse.
  • the two-fluid spray nozzle disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-239299 has a spray fluid (liquid) flow path inside the spray nozzle and a spray medium (gas) flow path at the outer peripheral position thereof. .
  • the flow paths of the spray fluid and the spray medium are changed by the partition wall surrounding the outlet hole at the tip of the spray nozzle, and both flow paths intersect and mix, and the mixed fluid flow path faces in the vicinity of the outlet hole. It is the structure provided.
  • a spray nozzle is generally called a fan spray type spray nozzle because of the shape of the spray formed.
  • the mixed fluid that flows oppositely is atomized by colliding in the vicinity of the outlet hole, and at this time, the mixed fluid ejected from the outlet hole by the collision is in the flow direction before the collision. It becomes a fan-shaped spray that spreads along an orthogonal plane.
  • the fan-shaped spray of the spray fluid ejected from the outlet hole of the spray nozzle has a high flow rate at the central portion of the spray and a low flow rate at the outer edge portion of the spray.
  • the particle size of the spray with the fan spray type spray nozzle is relatively large at the central portion of the spray and is small at the outer edge portion of the spray.
  • the central part of the atomized fan-shaped spray of the sprayed fluid has a higher flow rate than the outer edge of the spray, and therefore mixing with the combustion air is difficult to proceed. Furthermore, since the spray particle size is large in the central portion of the spray, there is a problem that the combustion reaction is slow, and combustion emissions are easily generated.
  • fan spray type spray nozzles often have a two-layer structure due to the structure of the flow path. Processing and maintenance can be facilitated by dividing the flow path portion through which the mixed fluid flows and the partition wall portion including the outlet hole (groove). In this case, it is desirable that the joint portion of the two layers is in close contact, but in some cases, a small amount of sprayed fluid (liquid fuel) may leak out.
  • the spray fluid leaking from this joint may adhere to the structure and scatter as large particles with a particle size of 300 ⁇ m or more. Since this large-particle liquid fuel has a low combustion rate, it causes dust, carbon monoxide and the like, so it is desirable to remove it.
  • An object of the present invention is to promote atomization of the central part of the spray where the particle diameter of the spray fluid is relatively large to promote atomization of the entire spray fluid and to use the atomizing medium used for atomization of the spray fluid
  • An object is to provide a spray nozzle, a burner equipped with a spray nozzle, and a combustion device equipped with a burner that achieve both a reduction in pressure and a reduction in applied pressure.
  • the spray nozzle of the present invention is a spray nozzle that sprays a mixed fluid that is atomized by mixing a spray fluid with a spray medium
  • the spray nozzle includes a partition that forms an outer surface of the spray nozzle, and an inside of the partition.
  • a plurality of grooves on the outer surface of the structure on the inlet side of the spray nozzle, and the inner wall of the partition wall and the grooves provided in the structure A plurality of spray fluid passages for supplying a spray medium, and a plurality of spray medium passages for supplying a spray medium to the inside of the structure on the inlet side of the spray nozzle.
  • the plurality of spray fluid flow paths are connected to the spray medium flow path in the middle of the spray fluid flow paths so that the spray fluid and the spray medium supplied from the spray medium flow path are joined together.
  • the plurality of spray fluid passages on the downstream side of the first merging portion have mixed fluid passages communicating with the spray fluid passages so that the mixed fluids flowing down the spray fluid passages face each other.
  • An outlet hole for spraying the mixed fluid from the spray nozzle to the outside is provided in the partition wall at the tip of the spray nozzle facing the second confluence portion formed in the mixed fluid flow path.
  • a second spraying medium flow path for supplying another spraying medium is formed, and the second spraying medium flow path is arranged to communicate with the mixed fluid flow path through which the mixed fluid flows down. It is characterized by.
  • the burner provided with the spray nozzle of the present invention is a burner provided with a spray nozzle that uses liquid fuel as fuel, using the spray nozzle of the present invention described above as a spray nozzle, and using the liquid fuel as the spray fluid. It supplies to a spray nozzle, and vapor
  • the burner provided with the spray nozzle of the present invention includes a fuel nozzle that ejects solid fuel and a carrier gas thereof, a spray nozzle that sprays liquid fuel, and a combustion that ejects a combustion gas that burns the solid fuel and liquid fuel.
  • a combustion apparatus including a burner according to the present invention is a combustion apparatus including a burner for burning fossil fuel, a combustion furnace for burning fossil fuel, a fuel supply system for supplying fossil fuel to the combustion furnace, A combustion gas supply system for supplying a combustion gas to a combustion furnace, a burner for connecting the fuel supply system and the combustion gas supply system to burn fossil fuel provided on a furnace wall of the combustion furnace, and the combustion A heat exchanger that recovers heat from the combustion exhaust gas generated in the furnace, and a flue that supplies the heat recovered combustion exhaust gas to the outside of the combustion furnace, and a liquid fuel of fossil fuel is used as the burner.
  • the burner of the present invention described above is used.
  • the combustion apparatus provided with the burner of the present invention is a combustion apparatus provided with a burner for burning solid fuel and liquid fuel, a combustion furnace for burning the fuel, and a solid fuel supply for supplying the solid fuel to the combustion furnace
  • a system a liquid fuel supply system for supplying liquid fuel to the combustion furnace, a combustion gas supply system for supplying combustion gas to the combustion furnace, the fuel supply system and the combustion gas supply system are connected to each other, and A plurality of burners provided on the furnace wall of the combustion furnace for burning the solid fuel and liquid fuel, a heat exchanger for recovering heat from the combustion exhaust gas generated in the combustion furnace, and the combustion of the heat recovered combustion exhaust gas for the combustion A flue for supplying to the outside of the furnace is provided, and the burner of the present invention described above is used as the burner.
  • atomization of the central part of the spray where the particle diameter of the spray fluid is relatively large is promoted to promote atomization of the entire spray fluid, and the amount of spray medium used for atomization of the spray fluid is used.
  • a spray nozzle that achieves both a reduction in pressure or a reduction in applied pressure, a burner equipped with a spray nozzle, and a combustion device equipped with a burner can be realized.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the spray nozzle tip portion showing the structure of the spray nozzle tip portion according to the first embodiment of the present invention, which is a cross-sectional view in the direction AA of FIG. 3.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the spray nozzle tip portion according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 as seen from another direction, and is a cross-sectional view in the BB direction of FIG. 3.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the tip of the spray nozzle showing the structure of the spray nozzle according to the second embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view in the AA direction of FIG.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the spray nozzle tip portion showing the spray nozzle tip portion according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 5, and is a cross-sectional view in the BB direction of FIG. 7.
  • the schematic block diagram which shows the structure of the burner which is the 3rd Example of this invention provided with the spray nozzle of 1st Example shown in FIG. 1, or the spray nozzle of 2nd Example shown in FIG.
  • the schematic block diagram which shows the structure of the combustion apparatus which is the 4th Example of this invention provided with the burner of 3rd Example shown in FIG.
  • the spray nozzle 1 of the present embodiment joins a spray fluid 2 that is liquid fuel and a spray medium 3 that is used to refine the spray fluid 2 at a first junction 91 of the spray fluid flow path 4.
  • the mixed fluid 8 obtained by mixing and mixing the spray fluid 2 and the spray medium 3 in the mixed fluid flow paths 9 and 10 between the first joining portion 91 and the outlet hole 11 of the spray nozzle 1 is the outlet hole 11. It collides in the vicinity and is configured to spray from the outlet hole 11 to the outside of the spray nozzle 1.
  • FIGS. 1 to 3 show the tip of the spray nozzle 1 of the present embodiment.
  • FIG. 1 shows the supply system (not shown) for the spray fluid 2 (liquid fuel) and the spray fluid 2 on the upstream side.
  • 3 is a cross-sectional view of the tip portion of the spray nozzle 1 connected to a supply system (not shown) of a spray medium 3 (such as steam or compressed air) used for the purpose, and shows a cross-sectional view in the AA direction of FIG. 2 is a cross-sectional view of the tip of the spray nozzle 1 as seen from another direction of the spray nozzle tip of the present embodiment shown in FIG. 1, showing a cross-sectional view in the BB direction of FIG. 3 is a plan view of the tip of the spray nozzle of this embodiment shown in FIG. 1 as viewed from the outlet hole.
  • the X direction indicates the direction of spraying from the spray nozzle 1.
  • the tip of the spray nozzle 1 of this embodiment includes a cylindrical partition 15 that forms the outer surface of the tip of the spray nozzle 1 and a circle that is accommodated inside the cylindrical partition 15.
  • a columnar structure 16 is provided.
  • grooves serving as a plurality of spray fluid flow paths 4 and 5 for supplying the spray fluid 2 as liquid fuel are provided on the outer peripheral side of the structure 16, and grooves provided on the inner peripheral wall of the cylindrical partition wall 15 and the structure 16 are provided.
  • the spray fluid flow paths 4 and 5 are formed between the spray fluid flow paths 4 and 5, and an even number (two or four) of these spray fluid flow paths 4 and 5 are disposed at symmetrical positions in the circumferential direction, for example.
  • a plurality of spray fluid flow paths 6, 7 for supplying a spray medium 3 used for refining the spray fluid 2 flowing down through the spray fluid flow paths 4, 5 are described above.
  • the spray fluid channels 4 and 5 are disposed independently.
  • the spray medium 3 supplied through the spray fluid channels 6 and 7 communicates with the spray fluid channels 4 and 5 provided on the outer surface of the structure 16, respectively.
  • the spray fluid 2 flowing through the spray fluid channels 4 and 5 and the spray medium 3 flowing through the spray fluid channels 6 and 7 merge at the first junction 91 in the spray fluid channels 4 and 5.
  • the mixed fluid 8 is mixed and flows down toward the downstream side of the spray fluid flow paths 4 and 5.
  • the spray fluid passages 4 and 5 communicate with the mixed fluid passages 9 and 10 disposed on the downstream side of the spray fluid passages 4 and 5 respectively so as to face the outer surface of the structure 16 on the inner peripheral side of the partition wall 15.
  • the mixed fluid 8 of the spray fluid 2 and the spray medium 3 further flows down through the spray fluid flow paths 4 and 5 and the mixed fluid flow paths 9 and 10, but flows through the mixed fluid flow path 9 that is disposed to face the mixed fluid 8.
  • the mixed fluid 8 and the mixed fluid 8 flowing through the mixed fluid flow path 10 arranged to face each other flow so as to face each other and collide with each other at the second junction 92.
  • the mixed fluid 8 that has flowed down through the mixed fluid flow paths 9 and 10 arranged to face each other is formed at the tip of the spray nozzle 1 and in the vicinity of the outlet hole 11 that communicates with the mixed fluid flow paths 9 and 10.
  • the mixed fluid 8 is externally fan-shaped from the outlet hole 11 formed in the partition wall 15 which collides with each other at the second merging portion 92 and becomes the tip of the spray nozzle 1 facing the second merging portion 92.
  • the spray is formed and sprayed.
  • the mixed fluid flow passages 9 and 10 are formed with bent portions 13 and 14 on the upstream side of the mixed fluid flow passages 9 and 10 communicating with the spray fluid flow passages 4 and 5, respectively. Is changed 90 degrees to promote atomization of the mixed fluid 8 by mixing the spray fluid 2 and the spray medium 3 in the mixed fluid channels 9 and 10.
  • the mixed fluid 8 flowing down through the mixed fluid flow paths 9 and 10 arranged opposite to each other collides with each other at the second junction 92 in the vicinity of the outlet hole 11 to form an outlet hole formed at the tip of the spray nozzle 1.
  • the atomized mixed fluid 8 is perpendicular to the flow direction of the mixed fluid channels 9 and 10 (the direction in which the mixed fluid channels 9 and 10 are disposed) (FIG. 3). 2 in the direction of the BB line of FIG. 2 is formed and ejected to the outside.
  • a groove portion 12 is formed in the partition wall 15 at the tip of the spray nozzle 1 in which the outlet hole 11 of the spray nozzle 1 for spraying the mixed fluid 8 to the outside is formed in the same direction as the fan-shaped spray formation direction.
  • the groove portion 12 is provided in a direction perpendicular to the flow direction of the mixed fluid 8 flowing down to the second merging portion 92 through the mixed fluid flow paths 9 and 10 arranged to face each other, and the groove portion 12 and the mixed fluid flow
  • the intersection with the passages 9 and 10 is configured to be an outlet hole 11 for spraying the mixed fluid 8 to the outside.
  • the tip of the spray nozzle 1 has a structure in which an outer partition wall 15 and a structure 16 inside the partition wall 15 are combined.
  • the spray nozzle as described above is generally called a fan spray spray nozzle.
  • the spray generated by the fan spray type spray nozzle generally has a large flow rate in the fan-shaped spray central portion 23A and a small flow rate in the fan-shaped spray outer edge portion 23B.
  • the particle size of the spray is relatively large at the fan-shaped spray central portion 23A and is small at the fan-shaped spray outer edge portion 23B.
  • the spray In the fan-shaped spray outer edge portion 23B, the spray easily spreads and a thin liquid film is formed, so that fine particles (less than 100 ⁇ m in diameter) increase. Further, since the momentum is low, the fine particles tend to stay in the vicinity of the spray nozzle 1.
  • Particles atomized to a diameter of less than 100 ⁇ m, preferably 50 ⁇ m or less have a large surface area in the volume, and are easily combusted by heating due to heat radiation from the furnace as a combustion apparatus.
  • the degree of atomization can be adjusted by the pressure of the mixed fluid and the amount of spraying medium (ratio of the spraying medium to the spraying fluid).
  • the central portion 23A of the spray has a larger flow rate than the outer peripheral portion 23B, and it is difficult for the spray to spread, so that a thick liquid film is formed as compared with the outer peripheral portion. For this reason, there are many large particles (diameter 100 to 300 ⁇ m).
  • ⁇ Large particles have higher momentum than fine particles and are easy to mix with combustion air flowing in a distant position, but the combustion reaction is delayed compared to fine particles.
  • the mixed fluid 8 is provided in the vicinity of the outlet hole 11 in the flow path configuration installed on the inner wall of the outer partition wall 15 and the outer surface of the structure 16 installed inside the partition wall 15.
  • the shape is formed in a rectangular shape as shown in FIG.
  • the second spray medium flow path 17 having a rectangular shape for ejecting another spray medium 18 is disposed in the structure 16 so as to communicate with the portion.
  • the fan-shaped spray which is the mixed fluid 8 that flows down the mixed fluid flow paths 9 and 10 and is sprayed from the outlet hole 11 to the outside of the spray nozzle 1, is separated from the second spray medium flow path 17.
  • a fan-shaped fan is formed from the outlet hole 11 to the outside of the spray nozzle 1. It sprays out as the central part 23A of spraying. Therefore, the particle diameter of the central portion 23A of the fan-shaped spray becomes smaller as the gas-liquid ratio increases.
  • the second spray medium flow path 17 for supplying another spray medium 18 disposed in the structure 16 constituting the spray nozzle 1 is provided.
  • the cross-sectional area of the second spray medium flow path 17 for supplying another spray medium 18 is formed so as to be narrower than the cross-sectional area of the outlet hole 11 provided in the partition wall 15 at the tip of the spray nozzle 1.
  • the gas-liquid ratio of the central portion 23A of the fan-shaped spray that is the spray of the mixed fluid 8 can be increased and the atomization can be promoted while suppressing the amount of the spray medium 18 to be used.
  • one second spray medium flow path 17 for supplying another spray medium 18 disposed in the structure 16 constituting the spray nozzle 1 is provided.
  • the second spray medium flow path for supplying another spray medium 18 disposed in the structure 16 is shown. It is also possible to provide a plurality (for example, two) 17.
  • the shape is formed to be two circular shapes as shown in FIG.
  • the number of second spray medium flow paths 17 for supplying another spray medium 18 connected to the central portion of the mixed fluid flow paths 9 and 10. Is increased, the fan-shaped spray central portion 23A of the mixed fluid 8 sprayed to the outside of the spray nozzle 1 from the outlet hole 11, and the fan-shaped spray that becomes the peripheral portion of the fan-shaped spray central portion 23A.
  • the gas-liquid ratio of the outer edge portion 23B can be selectively increased.
  • a spray medium 18 different from the spray medium 3 mixed with the spray fluid 2 is used as another spray medium supplied to the second spray medium flow path 17.
  • this another spraying medium 18 the same spraying medium 2 as the spraying medium 3 used in order to form the mixed fluid 8 may be used.
  • the same effect can be obtained by supplying a mixed fluid having a higher spray medium ratio (gas-liquid ratio) than the mixed fluid 8 to the spray medium flow path 17 instead of the spray medium 18.
  • the ratio of the spray medium to the spray fluid in the mixed fluid is the mixing fluid. It is preferable to set the ratio higher than the ratio of the spray medium 3 to the spray fluid 2 in the mixed fluid 8 flowing down the flow paths 9 and 10.
  • the atomization of the central part of the spray in which the particle diameter of the spray fluid is relatively large is promoted to promote atomization of the entire spray fluid, and the use of the spray medium used for atomization of the spray fluid It is possible to realize a spray nozzle that achieves both reduction in amount or reduction in pressure.
  • the spray nozzle 61 of the present embodiment shown in FIGS. 5 to 7 has the same basic configuration as the spray nozzle 1 of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 4, and thus is common to both embodiments. The description of the configuration is omitted.
  • FIG. 5 to FIG. 7 show the tip of the spray nozzle 61 of this embodiment.
  • FIG. 5 shows that the upstream side refines the spray fluid 2 (liquid fuel) supply system (not shown) and the spray fluid 2.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the tip of the spray nozzle 1 connected to a supply system (not shown) of a spray medium 3 (such as steam or compressed air) used for the purpose, and shows a cross-sectional view in the AA direction of FIG. 6 is a cross-sectional view of the tip of the spray nozzle 1 as seen from a different direction from the tip of the spray nozzle 1 of the present embodiment shown in FIG. 7, and shows a cross-sectional view in the BB direction of FIG.
  • FIG. 7 is a plan view of the tip of the spray nozzle 1 of the present embodiment shown in FIG. 5 as viewed from the outlet hole.
  • the X direction indicates the direction of spraying from the spray nozzle 1.
  • the spray nozzle 61 of the present embodiment shown in FIGS. 5 to 7 is a fan spray type spray nozzle similar to the spray nozzle 1 of the first embodiment described above.
  • the spray nozzle 61 of the present embodiment has a flow path configuration common to the spray nozzle 1 of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 4 described above, and the mixed fluid flow paths 9 and 10 disposed to face each other.
  • the mixed fluid 8 is sprayed to the outside from the outlet hole 11 facing the second joining portion 92 that joins.
  • the second spray medium flow path 17 for supplying another spray medium 18 disposed in the structure 16 constituting the spray nozzle 1. Is the center of the mixed fluid flow paths 9, 10 facing the outlet hole 11, which becomes the second joining portion 92 where the mixed fluid 8 flowing down the mixed fluid flow paths 9, 10 disposed opposite each other collides with each other. It is connected to communicate with the part.
  • the shape is formed in a circular shape as shown in FIG.
  • the mixed fluid 8 atomized by being sprayed to the outside from the outlet hole 11 formed at the tip of the fluid flow direction of the mixed fluid channels 9 and 10 (direction in which the mixed fluid channels 9 and 10 are disposed)
  • the fan-shaped spray shown in FIG. 8 which is perpendicular to the direction (the direction of line BB in FIG. 7) is formed and ejected to the outside.
  • a groove portion 12 is formed in the partition wall 15 at the tip of the spray nozzle 61 serving as the outlet hole 11 of the spray nozzle 61 that sprays the mixed fluid 8 to the outside in the same direction as the fan spray formation direction. And the mixed fluid passages 9 and 10 become outlet holes 11 for spraying the mixed fluid 8 to the outside.
  • the spray nozzle 61 of the present embodiment has a combined structure of the partition wall 15 forming the outer surface of the spray nozzle 61 and the structure 16 accommodated in the partition wall 15, but the spray nozzle of the first embodiment. 1 is that a gaseous atomizing medium 64 used for refining the atomizing fluid 2 is supplied through atomizing fluid channels 6 and 7 formed inside the structure 16.
  • the atomizing medium 64 supplied through the atomizing fluid channels 6 and 7 is in communication with the atomizing fluid channels 4 and 5 through which the atomizing fluid channels 6 and 7 supply the atomizing fluid 2, respectively.
  • the gas spray medium 64 supplied through the flow paths 6 and 7 merges with the spray fluid 2 at the first merge portion 91 formed in the middle of the spray fluid flow paths 4 and 5, and the spray fluid 2 and the spray medium 64. Is formed, the spray medium 64 is a gas and has a lower viscosity than the spray fluid 2.
  • the gas spray medium 64 is more likely to permeate the joint portion 62 between the inner wall surface of the partition wall 15 and the outer wall surface of the structure 16 than the spray fluid 2 or the mixed fluid 8.
  • Liquid fuel enters the joint portion 62 between the inner wall surface of the partition wall 15 and the outer wall surface of the structure 16, and the outer surface of the structure 16 and the inner wall surface of the partition wall 15 facing the joint portion 62.
  • the liquid fuel can enter the joint portion 62. It can be prevented.
  • a spray medium 64 to be supplied through the spray fluid flow paths 6 and 7 a spray of a gas that is a fluid different from the spray medium 3 in the spray nozzle 1 of the first embodiment.
  • the spray medium 64 may be the same as the spray medium 3 used for the mixed fluid 8.
  • the spray medium flow paths 6 and 7 for supplying the spray medium 64 and the mixed fluid flow paths 9 and 10 for flowing the mixed fluid 8 toward the outlet hole 11 are provided.
  • the spray medium flow paths 6 and 7 are located upstream of the mixed fluid flow paths 9 and 10.
  • the spray medium 64 flowing down the spray medium flow paths 6 and 7 since the flow rate of the spray medium 64 flowing down the spray medium flow paths 6 and 7 is low, the spray medium 64 flowing down the spray medium flow paths 6 and 7 is more suitable for the mixed fluid flow paths 9 and 10. The pressure becomes higher than the pressure of the mixed fluid 8 flowing down.
  • the mixed fluid 8 is less likely to leak to the outside of the spray nozzle 61 through the joint portion 62 between the inner wall surface of the partition wall 15 constituting the spray nozzle 61 and the outer wall surface of the structure 16. It is possible to suppress the spray fluid from leaking to the outside of the spray nozzle 61 through the joining portion 62 and adhering to the structure of the spray nozzle 61 and scattering as large particles having a particle diameter of 300 ⁇ m or more.
  • the spraying medium passages 6 and 7 for supplying the spraying medium 64 are communicated with the spraying fluid flow paths 4 and 5 for supplying the spraying fluid 2 and the first junction 91 to form the mixed fluid 8.
  • the spray medium paths 6 and 7 are configured to be connected to a joint portion 62 between the inner wall surface of the partition wall 15 and the outer wall surface of the structure 16 constituting the spray nozzle 61, thereby Part of the spray medium 64 supplied through the medium paths 6 and 7 passes through the joint portion 62 and flows into the furnace 31 from the groove 12 provided in the partition wall 15 at the tip of the spray nozzle 61.
  • the flow of the spray medium 64 is formed near the peripheral wall of the groove portion 12 provided in the partition wall 15 at the tip of the spray nozzle 61 facing the outlet hole 11 of the spray nozzle 61 according to the present embodiment.
  • the spray of the mixed fluid 8 sprayed to the outside of the spray nozzle 61 from the outlet hole 11 of the spray nozzle 61 adheres to the peripheral wall of the groove portion 12 provided in the partition wall 15, and the generation of large particles due to re-scattering can be suppressed.
  • the surface area per unit weight of the liquid fuel increases due to the atomization of the mixed fluid.
  • unburned matter, dust and carbon monoxide at the outlet of the combustion apparatus are reduced, and combustion efficiency can be increased.
  • the consumption of oxygen proceeds and the generation of nitrogen oxides can be suppressed. Furthermore, the amount of unburned matter, soot, and carbon monoxide can be reduced, so that excess air that is put into the combustion apparatus can be reduced.
  • energy consumption required for each supply and pressurization can be reduced by reducing the amount of spray medium used and reducing the pressure.
  • steam when steam is used as a spraying medium, the thermal efficiency of the combustion device due to the steam introduced into the combustion device is reduced.
  • the spray nozzle of the present invention when used, atomization can be achieved even if the amount of steam used is reduced. Since it can maintain, the fall of thermal efficiency can be prevented.
  • the inner wall of the outer partition wall 15 and the inner side of the partition wall 15 in the spray nozzle 61 of the present embodiment as in the spray nozzle 1 of the first embodiment of FIGS.
  • the second portion is the central portion of the mixed fluid flow paths 9, 10 disposed to face each other and the mixed fluid 8 collides with each other.
  • the flow path 17 is disposed inside the structure 16 so that the flow path 17 for ejecting the spray medium 18 communicates with the merging portion 92.
  • the spray nozzle 61 of the present embodiment is provided with the flow path 17 for ejecting the spray medium 18, so that the fine particles of the mixed fluid 8 by the flow path 17 in the spray nozzle 1 of the first embodiment.
  • the spray nozzle 61 of the present embodiment is provided with the flow path 17 for ejecting the spray medium 18, so that the fine particles of the mixed fluid 8 by the flow path 17 in the spray nozzle 1 of the first embodiment.
  • the spray nozzle 61 of the present embodiment the case where the outlet hole 11 is single is shown. However, even when a plurality of the outlet holes 11 are provided, the central portion of the mixed fluid flow paths 9 and 10 of the present embodiment in the flow path width direction. The effect of atomization of the mixed fluid 8 can be obtained by providing the contracted flow portion 17 whose cross section is narrowed.
  • the amount of the mixed fluid 8 sprayed from the spray nozzle 1 is increased without increasing the amount of the mixed fluid 8 sprayed from one outlet hole 11. Can be increased. That is, it is possible to increase the capacity of the spray nozzle 1 while maintaining the atomization performance by making the outlet hole 11 porous.
  • the atomization of the central part of the spray in which the particle diameter of the spray fluid is relatively large is promoted to promote atomization of the entire spray fluid, and the use of the spray medium used for atomization of the spray fluid It is possible to realize a spray nozzle that achieves both reduction in amount or reduction in pressure.
  • the spray nozzles 1 and 61 used in the burner provided with the spray nozzle of the present embodiment shown in FIG. 8 are the spray nozzle 1 of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 4 and those shown in FIGS. Therefore, the description of the configuration common to the spray nozzles 1 and 61 of both embodiments is omitted.
  • FIG. 8 shows an example of a burner equipped with the spray nozzle of this embodiment.
  • the spray fluid shown in FIGS. The spray nozzle 1 for spraying the mixed fluid 8 with the spray medium, or the spray nozzle 61 for spraying the mixed fluid 8 with the spray fluid and the spray medium shown in FIGS.
  • An obstacle 22 for stabilizing the flame is provided nearby.
  • the obstacle 22 provided on the central shaft 21 is generally a swirl blade for generating swirl flow or a baffle plate having a slit. From the spray nozzle 1 or 61, the mixed fluid 8 obtained by mixing the spray fluid 2 and the spray medium 3 is sprayed, and the spray nozzles 1 or 61 of the first and second embodiments shown in FIGS. As in the case of, a fan-shaped spray 23 is formed.
  • the combustion air of the burner 20 is supplied from the wind box 24 in three flow paths.
  • the primary flow path 25, the secondary flow path 26, and the tertiary flow path 27 are arranged from the center near the spray nozzle 1.
  • the primary air 25, the secondary air 29, and the tertiary air 30 are supplied from the primary flow channel 25, the secondary flow channel 26, and the tertiary flow channel 27, respectively, and are ejected into the furnace 31.
  • combustion air flows between the swirl flow generators 32 and 33 installed in the secondary flow path 26 and the tertiary flow path 27 of the wind box 24, and between the secondary flow path 26 and the tertiary flow path 27.
  • the guide plate 34 installed on the outlet side changes the jet direction of the combustion air and supplies it to the furnace 31 to suppress the generation of dust and NOx.
  • the burner 20 is installed on the furnace wall 35 of the furnace 31, and a heat transfer tube 36 is provided on the furnace wall 35 to recover heat.
  • the combustion air supplied to the burner 20 provided with the spray nozzle 1 or 61 of this embodiment is a combustion air supply as shown in a combustion apparatus having a burner according to a fourth embodiment of FIG.
  • the system 41 is branched into pipes 45 and 46, and is supplied by being jetted into the furnace 31 from the burner 20 and the air supply port 44, respectively.
  • the combustion air is divided into the burner 20 and the air supply port 44 and supplied into the furnace 31, thereby reducing the temperature of the flame formed by the burner 20.
  • the NOx concentration at the outlet of the furnace 31 can be reduced as compared with the case where all the combustion air is supplied from the burner 20.
  • combustion air is supplied from the air supply port 44 into the furnace 31 to completely burn the fuel, thereby reducing unburned components.
  • the combustion gas 47 mixed with the combustion air supplied from the air supply port 44 is heat-exchanged by the heat exchanger 48 at the upper part of the furnace 31, passes through the flue 49, and is discharged from the chimney 50 to the atmosphere.
  • the spray nozzle 1 provided in the burner 20 of the present embodiment includes the spray nozzle 1 of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 4 or the spray nozzle 61 of the second embodiment shown in FIGS. Because it is used, the atomized fluid that is fuel liquid is atomized and the surface area per unit weight of the liquid fuel increases, so the combustion reaction proceeds, reducing unburned matter, dust and carbon monoxide at the outlet of the combustion device In addition, the combustion efficiency of the combustion device can be increased.
  • the consumption of oxygen proceeds and the generation of nitrogen oxides can be suppressed. Furthermore, the amount of unburned matter, soot, and carbon monoxide can be reduced, so that excess air that is put into the combustion apparatus can be reduced.
  • the thermal efficiency of the combustion apparatus can be increased.
  • the energy consumption used for the supply of the spray medium and the pressurizing force can be reduced by suppressing the use amount of the spray medium supplied to the burner 20 and reducing the pressure. .
  • the burner 20 provided with the spray nozzle of the present embodiment the case where liquid fuel is used as the fuel is shown.
  • solid fuel such as pulverized coal
  • liquid fuel is used as the auxiliary fuel. Is also applicable.
  • the above-described effect can be obtained when the liquid fuel is sprayed from the spray nozzle 1 or 61 into the furnace.
  • the atomization of the central part of the spray in which the particle diameter of the spray fluid is relatively large is promoted to promote atomization of the entire spray fluid, and the use of the spray medium used for atomization of the spray fluid
  • a burner having a spray nozzle that achieves both reduction in amount or reduction in pressure can be realized.
  • the spray nozzle 1 or 61 used in the combustion apparatus 60 having the burner 20 of the present embodiment shown in FIG. 9 is the spray nozzle 1 of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 4 or FIGS. Since the burner 20 provided with the spray nozzle 1 or 61 is the same as the burner 20 of the second embodiment shown in FIG. The description of the configuration common to the embodiments is omitted.
  • FIG. 9 shows an example of a combustion apparatus equipped with the burner of the present embodiment.
  • the burner 20 provided with the spray nozzle 1 or 61 is the furnace wall of the furnace 31 as shown in FIG. A plurality are installed in 35.
  • a combustion air supply system 41, a liquid fuel supply system 42, and a spray medium supply system 43 are connected to the burner 20 provided with the spray nozzle 1 or 61, respectively.
  • a solid fuel supply system (not shown) is further arranged.
  • the burner 20 installed in the combustion apparatus 60 provided with the burner 20 of this embodiment is the spray nozzle 1 of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 4 or the second embodiment shown in FIGS.
  • a spray nozzle 61 is provided.
  • a pipe 46 connected to an air supply port 44 provided at 35 is branched.
  • the pipe 45 and the pipe 46 branched from the combustion air supply system 41 are provided with flow rate adjusting valves (not shown) for adjusting the flow rate of the supplied air.
  • liquid fuel supply system 42 and the spray medium supply system 43 are connected to a supply device (not shown) for adjusting the pressure and flow rate of the liquid fuel and the spray medium on the upstream side thereof.
  • a supply device not shown
  • the spray nozzle 1 of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 4 or the spray nozzle of the second embodiment shown in FIGS. 5 to 7 at the downstream ends of the liquid fuel supply system 42 and the spray medium supply system 43. 61 is installed.
  • the supplied combustion air is branched from the combustion air supply system 41 into a pipe 45 and a pipe 46, and the furnace 31 is supplied from the burner 20 and the air supply port 44, respectively. Will erupt inside.
  • Combustion air is branched and supplied from the combustion air supply system 41 to the pipe 45 and the pipe 46 to reduce the temperature of the flame sprayed from the burner 20 and formed in the furnace 31.
  • the combustion apparatus 60 provided with the burner 20 of the present embodiment, a part of the nitrogen content contained in the fuel is burned by burning the fuel spray fluid in the furnace 31 near the burner 20 due to air shortage.
  • a reaction occurs in which NOx produced as a reducing agent and NOx generated by combustion is reduced to nitrogen.
  • the NOx concentration at the outlet of the furnace 31 can be reduced as compared with the case where all the combustion air is supplied from the burner 20 into the furnace 31.
  • the remaining combustion air is supplied from the air supply port 44 into the furnace 31 through the pipe 46 branched from the combustion air supply system 41, and the fuel spray fluid is completely burned to reduce the unburned portion.
  • the combustion gas 47 mixed with the combustion air supplied from the air supply port 44 is heat-exchanged by a heat exchanger 48 installed in the upper part of the furnace 31, passes through a flue 49, and is discharged from the chimney 50 to the atmosphere. Is done.
  • the spray nozzle 1 of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 4 or the spray nozzle of the second embodiment shown in FIGS. 5 to 7 is applied to the burner 20 provided in the combustion apparatus 60 of the present embodiment.
  • the combustion reaction proceeds, the unburned portion at the outlet of the combustion device 60, Dust and carbon monoxide are reduced, and the combustion efficiency of the combustion apparatus can be increased.
  • the consumption of oxygen proceeds and the generation of nitrogen oxides can be suppressed.
  • the amount of unburned matter, dust, and carbon monoxide can be reduced, so that excess air to be input to the combustion device can be reduced.
  • the excess air is reduced, the amount of combustion exhaust gas is also reduced, and the sensible heat released to the outside of the combustion apparatus together with the combustion exhaust gas is reduced, so that the thermal efficiency of the combustion apparatus can be increased.
  • the combustion air is branched from the combustion air supply system 41 to the pipe 45 and the pipe 46 and from both the burner 20 and the air supply port 44.
  • the example which supplies in the furnace 31 was shown, also when supplying combustion air only into the furnace 31 from the burner 20, the burner 20 provided with the spray nozzle 1 or 61 of 3rd Example shown in FIG. Can be applied.
  • the case where the burner 20 of the second embodiment shown in FIG. 8 is provided on one furnace wall 35 constituting the furnace 31 is shown.
  • the present invention can also be applied to a case where the burner 20 is provided on a plurality of furnace walls 31 constituting the furnace 31 or a case where the burner 20 is provided at a corner of the furnace wall 31 constituting the furnace 31.
  • the atomization of the central part of the spray in which the particle diameter of the spray fluid is relatively large is promoted to promote atomization of the entire spray fluid, and the use of the spray medium used for atomization of the spray fluid
  • a combustion apparatus equipped with a burner that achieves both reduction in amount or reduction in pressure can be realized.

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Abstract

　本発明の目的は、噴霧流体の粒子径が比較的大きくなる噴霧の中央部の微粒化を促進して噴霧流体全体の微粒化の促進と、噴霧流体の微細化に用いる噴霧用媒体の使用量の低減または加圧力の低減とを両立させた噴霧ノズルを提供することにある。噴霧ノズル１を外面の隔壁１５と、内部に収容される構造物１６とで構成し、この噴霧ノズルに噴霧流体２を流す噴霧流体流路４と、噴霧用媒体３を流す噴霧用媒体流路６と、両流路が連通して混合流体８を形成する第１の合流部９１を設け、この混合流体８を流下する混合流体流路９、１０を対向して配設し、出口孔１１近傍の第２の合流部で対向した混合流体８の流れを衝突させてこの混合流体８を出口孔１１から外部に噴霧させる。そして、この噴霧ノズル１に別の噴霧用媒体１８を流す第２の噴霧用媒体流路１７を前記混合流体流路９，１０に連通するように配設した構成の噴霧ノズル。

Description

噴霧ノズル、噴霧ノズルを備えたバーナ及びバーナを備えた燃焼装置
　本発明は、噴霧ノズル、噴霧ノズルを備えたバーナ、及びバーナを備えた燃焼装置に係り、特に噴霧用媒体（気体）を利用して噴霧流体（液体）を微粒化する噴霧ノズルと、この噴霧ノズルを備えたバーナ及びこのバーナを備えた燃焼装置に関する。
　一般に発電用のボイラのように高出力、高負荷の燃焼装置では、燃料を燃焼装置に設けた火炉空間（以下、火炉と記す）で水平燃焼させる浮遊燃焼方式が多く採用される。
　液体燃料を燃焼させる場合、燃料を噴霧ノズルで微粒化して火炉内に浮遊させ燃焼させる。
　固体燃料を主燃料とする燃焼装置でも、起動や助燃時には上記の噴霧ノズルを設置し、液体燃料を微粒化して火炉内に浮遊させて燃焼させることが多い。
　液体燃料の燃焼では、ばいじん、一酸化炭素や窒素酸化物に代表される燃焼排出物の低減と、燃焼装置の大型化に伴う、噴霧ノズルの大容量化が求められる。
　大容量の噴霧ノズルとしては、一般に、噴霧流体（液体燃料）の他に微粒化用の噴霧用媒体として空気や蒸気を供給し、噴霧流体と混合する二流体噴霧方式が一般的である。
　この二流体噴霧方式では噴霧流体の圧力のみで噴霧する一流体噴霧方式に比べて大容量の噴霧でも微粒化が良好である。
　しかし、噴霧用媒体を使用することから噴霧流体のみの圧力で噴霧する一流体噴霧方式に比べて同じ加圧力ならば噴霧用媒体を使用する分、エネルギー使用量は高くなる。
　また、噴霧用媒体として蒸気を用いる場合、燃焼装置内に投入された蒸気は燃焼排ガス中の水分となる。水分により排ガス量が増加すると、燃焼装置での燃焼効率が低下する。
　上記の課題に対し、二流体噴霧方式の噴霧ノズルでは液体燃料の微粒化を妨げない範囲で蒸気の使用量を低減することが望ましい。また、噴霧の際に噴霧流体や噴霧用媒体を加圧するが、その加圧量を減らすと加圧に使用するエネルギー消費量を低減できる。
　そこで上記の課題を解決するため、二流体噴霧方式の噴霧ノズルにおいて、噴霧用媒体の混合方法や流路構造等が検討されてきた。
　このうち、噴霧流体と噴霧用媒体を混合後の混合流体を噴霧ノズルの出口孔近傍で対向させて供給し、対向した混合流体の流れを衝突させることで微粒化を促進させる技術の一例が、例えば特開平９－２３９２９９号公報に開示されている。
　なお、前記技術は噴霧ノズルの出口孔から扇状に噴霧されるため、ファンスプレー式噴霧ノズルと呼ばれる。
　特開平９－２３９２９９号公報に開示されたファンスプレー式噴霧ノズルの技術では、噴霧用媒体を出口孔の上流側の流路にて液体燃料等の噴霧流体と混合させ、混合流体を出口孔近傍で衝突させるように構成している。
　そして、液体燃料は噴霧用媒体との混合と、出口孔近傍での衝突により微粒化される。
この２段階の微粒化により、噴霧用媒体の使用量を減らしても、噴霧の粒子径の粗大化を防止することが開示されている。
特開平９－２３９２９９号公報
　前記特開平９－２３９２９９号公報に開示された二流体噴霧ノズルは、噴霧ノズルの内部に噴霧流体（液体）の流路と、その外周位置に噴霧用媒体（気体）の流路を設けている。
　噴霧流体と噴霧用媒体の流路はそれぞれ噴霧ノズル先端の出口孔を囲む隔壁により流れ方向が変わり、両方の流路が交差して混合し、この混合流体の流路が出口孔近傍で対向して設けられる構成となっている。このような噴霧ノズルは形成される噴霧の形状から一般にファンスプレー式噴霧ノズルと呼ばれる。
　前記したファンスプレー式噴霧ノズルでは、対向して流れる混合流体が出口孔近傍で衝突することによる微粒化されるが、このとき、衝突により出口孔から噴出する混合流体は、衝突前の流れ方向と直交する平面に沿って拡がる扇型の噴霧となる。
　噴霧ノズルの出口孔から噴出される噴霧流体の扇型の噴霧は一般に噴霧の中央部は流量が多く、噴霧の外縁部は流量が少ない。さらに、発明者の測定によると、ファンスプレー式噴霧ノズルでの噴霧の粒子径は、噴霧の中央部で比較的に大きく、噴霧の外縁部で小さくなる。
　噴霧された噴霧流体の扇型の噴霧の中央部は噴霧の外縁部に比べて流量が多いために燃焼用空気との混合が進み難い。さらに、噴霧の中央部は噴霧の粒子径が大きいために燃焼反応が遅く、燃焼排出物が生成し易くなる課題がある。
　この場合、噴霧流体の微粒化を促進するには噴霧用媒体の使用量を増加、または加圧力を高める必要が生じるが、噴霧用媒体の使用量を増加、または加圧力を高めた場合には、噴霧用媒体の供給や加圧力に使用なエネルギー消費量が増大して燃焼装置の燃焼効率が低下するという課題がある。
　また、ファンスプレー式噴霧ノズルでは、流路の構造から２層構造となることが多い。
混合流体が流れる流路部分と、出口孔（溝）を含む隔壁部分とを分割することで加工や保守を容易にすることができる。この場合、２層の接合部分は密着することが望ましいが、場合により噴霧流体（液体燃料）が微量漏れ出す可能性がある。
　この接合部分から漏れ出した噴霧流体は構造物に付着し、粒子径で３００μｍ以上の大粒子として飛散することがある。この大粒子の液体燃料は燃焼速度が遅いため、ばいじんや一酸化炭素等の要因となるので除去することが望ましい。
　本発明の目的は、噴霧流体の粒子径が比較的大きくなる噴霧の中央部の微粒化を促進して噴霧流体全体の微粒化の促進と、噴霧流体の微細化に用いる噴霧用媒体の使用量の低減または加圧力の低減とを両立させた噴霧ノズル、噴霧ノズルを備えたバーナ及びバーナを備えた燃焼装置を提示することにある。
　本発明の噴霧ノズルは、噴霧流体を噴霧用媒体と混合して微粒化した混合流体を噴霧する噴霧ノズルであって、前記噴霧ノズルは噴霧ノズルの外面を形成する隔壁と、この隔壁の内部に収容される構造物とから構成されており、前記噴霧ノズルの入口側となる前記構造物の外面に複数の溝部を設けて前記隔壁の内壁と前記構造物に設けたこれらの溝部とで噴霧流体を供給する複数の噴霧流体流路を形成し、前記噴霧ノズルの入口側となる前記構造物の内部に噴霧用媒体を供給する複数の噴霧用媒体流路を形成し、噴霧流体を供給する前記複数の噴霧流体流路には、その噴霧流体流路の途中に、前記噴霧用媒体流路が連通して前記噴霧流体と該噴霧用媒体流路から供給された噴霧用媒体とが合流して混合流体となる第１の合流部を形成し、前記第１の合流部の下流側となる前記複数の噴霧流体流路には、この噴霧流体流路を流下した混合流体が互いに対向して流れるように該噴霧流体流路と連通した混合流体流路を対向して配設し、前記混合流体流路には、前記噴霧ノズル先端部の近傍に、対向して配設した前記混合流体流路を流下した混合流体が互いに衝突する第２の合流部を形成し、前記混合流体流路に形成した第２の合流部に面した噴霧ノズル先端部の前記隔壁に、混合流体を噴霧ノズルから外部に噴霧する出口孔を設け、前記構造物の内部に別の噴霧用媒体を供給する第２の噴霧用媒体流路を形成すると共に、この第２の噴霧用媒体流路を混合流体が流下する前記混合流体流路に連通するように配設したことを特徴とする。
　本発明の噴霧ノズルを備えたバーナは、液体燃料を燃料として利用する噴霧ノズルを備えたバーナであって、噴霧ノズルとして上記した本発明の噴霧ノズルを用い、前記液体燃料を前記噴霧流体として前記噴霧ノズルに供給し、蒸気または圧縮空気を前記噴霧用媒体として前記噴霧ノズルに供給することを特徴とする。
　また本発明の噴霧ノズルを備えたバーナは、固体燃料とその搬送気体を噴出する燃料ノズルと、液体燃料を噴霧する噴霧ノズルと、前記固体燃料及び液体燃料を燃焼させる燃焼用気体を噴出する燃焼用気体ノズルを備えたバーナであって、前記噴霧ノズルとして、上記した本発明の噴霧ノズルを用い、前記液体燃料を前記噴霧流体として前記噴霧ノズルに供給し、蒸気または圧縮空気を前記噴霧用媒体として前記噴霧ノズルに供給することを特徴とする。
　本発明のバーナを備えた燃焼装置は、化石燃料を燃焼させるバーナを備えた燃焼装置であって、化石燃料を燃焼させる燃焼炉と、前記燃焼炉に化石燃料を供給する燃料供給系統と、前記燃焼炉に燃焼用気体を供給する燃焼用気体供給系統と、前記燃料供給系統と前記燃焼用気体供給系統が接続し前記燃焼炉の炉壁に設けられた化石燃料を燃焼させるバーナと、前記燃焼炉で発生した燃焼排ガスから熱回収する熱交換器と、前記熱回収された燃焼排ガスを前記燃焼炉の外部へ供給する煙道とを有し、前記バーナとして、化石燃料の液体燃料を使用した上記した本発明のバーナを用いていることを特徴とする。
　また本発明のバーナを備えた燃焼装置は、固体燃料と液体燃料を燃焼させるバーナを備えた燃焼装置であって、燃料を燃焼させる燃焼炉と、前記燃焼炉に固体燃料を供給する固体燃料供給系統と、前記燃焼炉に液体燃料を供給する液体燃料供給系統と、前記燃焼炉に燃焼用気体を供給する燃焼用気体供給系統と、前記燃料供給系統と前記燃焼用気体供給系統が接続し前記燃焼炉の炉壁に設けられた前記固体燃料や液体燃料を燃焼させる複数のバーナと、前記燃焼炉で発生した燃焼排ガスから熱回収する熱交換器と、前記熱回収された燃焼排ガスを前記燃焼炉の外部へ供給する煙道を備えており、前記バーナとして、上記した本発明のバーナを用いていることを特徴とする。
　本発明によれば、噴霧流体の粒子径が比較的大きくなる噴霧の中央部の微粒化を促進して噴霧流体全体の微粒化の促進と、噴霧流体の微細化に用いる噴霧用媒体の使用量の低減または加圧力の低減とを両立させた噴霧ノズル、噴霧ノズルを備えたバーナ及びバーナを備えた燃焼装置が実現できる。
本発明の第１実施例である噴霧ノズル先端部の構造を示す噴霧ノズル先端部の断面図の断面であって図３のＡ－Ａ方向の断面図。 図１に示した本発明の第１実施例に係る噴霧ノズル先端部を別の方向から見た噴霧ノズル先端部の断面図であって図３のＢ－Ｂ方向の断面図。 図１に示した本発明の第１実施例に係る噴霧ノズル先端部を出口孔から見た平面図。 図１に示した本発明の第１実施例の変形例に係る噴霧ノズル先端部を出口孔から見た平面図。 本発明の第２実施例である噴霧ノズルの構造を示す噴霧ノズル先端部の断面図であって図７のＡ－Ａ方向の断面図。 図５に示した本発明の第２実施例に係る噴霧ノズル先端部を示す噴霧ノズル先端部の断面図であって図７のＢ－Ｂ方向の断面図。 図５に示した本発明の第２実施例に係る噴霧ノズル先端部を出口孔から見た平面図。 図１に示した第１実施例の噴霧ノズル、または図５に示した第２実施例の噴霧ノズルを備えた本発明の第３の実施例であるバーナの構造を示す概略構成図。 図８に示した第３実施例のバーナを備えた本発明の第４の実施例である燃焼装置の構造を示す概略構成図。
　本発明の実施例である噴霧ノズル、噴霧ノズルを備えたバーナ及びバーナを備えた燃焼装置について図面を参照して説明する。
　本発明の第１実施例である噴霧ノズルの構造について、図１～図４を用いて説明する。
本実施例の噴霧ノズル１は、液体燃料である噴霧流体２と、この噴霧流体２を微細化するために使用する噴霧用媒体３とを噴霧流体流路４の第１の合流部９１で合流させ混合し、この第１の合流部９１から噴霧ノズル１の出口孔１１の間の混合流体流路９、１０で噴霧流体２と噴霧用媒体３とを混合させた混合流体８を出口孔１１近傍で衝突させ、前記出口孔１１から噴霧ノズル１の外部に噴霧させるように構成している。
　図１～図３は本実施例の噴霧ノズル１の先端部を示しており、図１は上流側が噴霧流体２（液体燃料）の供給系統（図示せず）と前記噴霧流体２を微細化するために使用する噴霧用媒体３（蒸気または圧縮空気など）の供給系統（図示せず）に接続する噴霧ノズル１の先端部の断面図であって図３のＡ－Ａ方向の断面図を示し、図２は図１に示した本実施例の噴霧ノズル先端部を別の方向から見た噴霧ノズル１の先端部の断面図であって図３のＢ－Ｂ方向の断面図を示し、図３は図１に示した本実施例の噴霧ノズル先端部を出口孔から見た平面図をそれぞれ示している。尚、Ｘ方向は噴霧ノズル１から噴霧する噴出方向を示している。
　図１に示すように、本実施例の噴霧ノズル１の先端部は、噴霧ノズル１の先端部の外面を形成する円筒状の隔壁１５と、前記円筒状の隔壁１５の内部に収容される円柱状の構造物１６を備えている。
　更に前記構造物１６の外周側に液体燃料である噴霧流体２を供給する複数の噴霧流体流路４、５となる溝を設け、円筒状の隔壁１５の内周壁と構造物１６に設けた溝との間で該噴霧流体流路４、５を形成し、これらの噴霧流体流路４、５を例えば周方向の対称な位置に偶数個（２個又は４個）配設されている。
　また前記構造物１６の内部には、該噴霧流体流路４、５を通じて流下する噴霧流体２を微細化するために使用する噴霧用媒体３を供給する複数の噴霧流体流路６、７が前記噴霧流体流路４、５と独立して配設されている。
　これらの噴霧流体流路６、７を通じて供給された噴霧用媒体３は、前記噴霧流体流路６、７が構造物１６の外面に設けた前記噴霧流体流路４、５とそれぞれ連通することで、該噴霧流体流路４、５を流れる噴霧流体２と噴霧流体流路６、７を流れる噴霧用媒体３とが前記噴霧流体流路４、５内の第１の合流部９１で合流して混合し、混合流体８となって該噴霧流体流路４、５の下流側に向けて流下する。
　前記噴霧流体流路４、５はその下流側で、隔壁１５の内周側となる前記構造物１６の外面にそれぞれ対向して配置された混合流体流路９、１０とそれぞれ連通している。
　この噴霧流体２と噴霧用媒体３との混合流体８は、前記噴霧流体流路４、５及び混合流体流路９、１０を通じて更に流下するが、対向配置された前記混合流体流路９を流れる混合流体８と対向配置された前記混合流体流路１０を流れる混合流体８とがお互いに対向して流れて第２の合流部９２で衝突するように形成されている。
　そして、互いに対向配置された混合流体流路９、１０を通って流下した混合流体８は、噴霧ノズル１の先端部に形成され、混合流体流路９、１０と連通した出口孔１１の近傍となる第２の合流部９２にて相互に衝突し、第２の合流部９２に面した噴霧ノズル１の先端部となる隔壁１５に形成された前記出口孔１１から混合流体８を外部に扇型の噴霧を形成させて噴霧する。
　この場合、前記混合流体流路９、１０は前記噴霧流体流路４、５と連通する混合流体流路９、１０の上流側で屈曲部１３、１４をそれぞれ形成して混合流体８の流れ方向を９０度変えることで、前記混合流体流路９、１０の流路内での噴霧流体２と噴霧用媒体３との混合による混合流体８の微粒化を促進させている。
　そして、対向配置された混合流体流路９、１０を流下した混合流体８は出口孔１１の近傍の第２の合流部９２にて相互に衝突して噴霧ノズル１の先端部に形成した出口孔１１から外部に噴霧されることで、微粒化した混合流体８は混合流体流路９、１０の流れ方向（混合流体流路９、１０が配設された方向）に対して直角方向（図３のＢ－Ｂ線の方向）となる図２に示す扇型の噴霧を形成して外部に噴出される。
　混合流体８を外部に噴霧する噴霧ノズル１の出口孔１１を形成した噴霧ノズル１の先端部の隔壁１５には、扇型噴霧の形成方向と同じ方向に溝部１２が形成されており、
対向して配置された前記混合流体流路９、１０を通じて前記第２の合流部９２に流下する混合流体８の流れ方向と直交する方向に前記溝部１２を設けて、この溝部１２と混合流体流路９、１０との交差部が混合流体８を外部に噴霧する出口孔１１となるように構成している。
　なお、図１に示す本実施例の噴霧ノズル１では、噴霧ノズル１の先端部は外側の隔壁１５と、この隔壁１５の内側の構造物１６とが組み合わされた構造となっている。
　噴霧ノズル１を構成する外側の隔壁１５と、前記流体流路及び噴霧用媒体流路を備えた内側の構造物１６を組み合わせ構造にすることで、流体流路等の加工が容易となる利点がある。
　本実施例の噴霧ノズル１の出口孔１１から噴出する混合流体８が図２に示した扇型の噴霧を形成することから、上述のような噴霧ノズルを一般にファンスプレー式噴霧ノズルと呼ぶ。
　ファンスプレー式噴霧ノズルで生成する噴霧は、一般に扇型の噴霧中央部２３Ａは流量が多く、扇型の噴霧外縁部２３Ｂは流量が少ない。
　さらに、発明者の測定によると、扇型の噴霧中央部２３Ａで噴霧の粒子径は比較的に大きく、扇型の噴霧外縁部２３Ｂで小さくなる。
　そして、扇型の噴霧外縁部２３Ｂでは噴霧が拡がり易く、薄い液膜が形成されるので、微粒子（直径１００μｍ未満）が多くなる。また、運動量が低いため微粒子は噴霧ノズル１の近傍に留まりやすくなる。
　直径で１００μｍ未満、出来れば５０μｍ以下に微粒化させた粒子（以下、微粒子と記す）は体積に占める表面積が大きく、燃焼装置である炉内からの熱放射により昇温して燃焼し易い。
　このため、微粒子が多いと噴霧の着火が早まり、火炎の安定化や燃焼反応の促進に寄与する。なお、微粒化の程度は、混合流体の圧力や噴霧用媒体量（噴霧流体に対する噴霧用媒体の割合）により調整することができる。
　一方、噴霧の中央部２３Ａは外周部２３Ｂに対して流量が多く、噴霧が拡がり難いため外周部に比べて厚い液膜が形成される。このため、大粒子（直径１００～３００μｍ）が多い。
　大粒子は微粒子に比べて運動量が高く、離れた位置を流れる燃焼用空気と混合し易いものの、微粒子に比べて燃焼反応は遅れる。
　燃焼反応を促進するには、扇型の噴霧中央部２３Ａの流量を減らして噴霧の粒子径を小さくすることが望ましい。
　ところで、微粒化を進めるために噴霧流体や噴霧用媒体の加圧力を高め、噴霧用媒体の使用量を増加させると、エネルギー使用量が増えてしまう。
　また、混合流体の衝突速度を高めて微粒化を進める場合も、流路の圧力損失が高くなり、噴霧流体や噴霧用媒体の加圧に必要なエネルギーが増加する課題がある。さらに、微粒化を進めると噴霧粒子は周囲の気体により減速し易くなるため、噴霧ノズルから離れて流れる燃焼用空気との混合が遅れることとなる。
　そこで本実施例の噴霧ノズル１においては、外側の隔壁１５の内壁と、該隔壁１５の内側に設置した構造物１６の外面に設置の前記流路構成において、出口孔１１の近傍で混合流体８を相互に衝突させる対向して配設した混合流体流路９、１０の中央部となる第２の合流部９２に、別の噴霧用媒体１８を噴出する第２の噴霧用媒体流路１７が連通するように構造物１６に配設している。
　本実施例の噴霧ノズル１の場合、混合流体流路９、１０の中央部となる第２の合流部９２に、別の噴霧用媒体１８を噴出する第２の噴霧用媒体流路１７の断面形状は、図３に示したように矩形形状となるように形成されている。
　また、この別の噴霧用媒体１８には前記噴霧用媒体３と同じ蒸気または圧縮空気を使用している。
　本実施例の噴霧ノズル１では、対向して配設した混合流体流路９、１０の中央部となる第２の合流部９２に面した出口孔１１近傍の混合流体流路９、１０の中央部に、別の噴霧用媒体１８を噴出する矩形形状を有する前記第２の噴霧用媒体流路１７が連通するように構造物１６に配設されている。
　このため混合流体流路９、１０を流下して出口孔１１から噴霧ノズル１の外部に噴霧される混合流体８である扇型の噴霧は、第２の噴霧用媒体流路１７を流れる別の噴霧用媒体１８と第２の合流部９２に面した混合流体流路９、１０の中央部で混合して気液比が増加した上で、出口孔１１から噴霧ノズル１の外部に扇型の噴霧の中央部２３Ａとして噴出する。よって、扇型の噴霧の中央部２３Ａは気液比が増加することで粒子径が小さくなる。
　また、第２の噴霧用媒体流路１７を流れる別の噴霧用媒体１８は噴出方向の速度成分を有するために、噴霧の噴出速度が上昇する。このため、混合流体８の噴霧粒子の噴出流速が上昇することで、噴霧ノズル１から離れて流れる燃焼用空気との混合が促進される。
　なお、図３に示すように本実施例の噴霧ノズル１においては、噴霧ノズル１を構成する構造物１６に配設した別の噴霧用媒体１８を供給する第２の噴霧用媒体流路１７は、対向して配設された混合流体流路９、１０を流下する混合流体８が相互に衝突する第２の合流部９２となる出口孔１１に面した混合流体流路９、１０の中央部に連通するように接続することが望ましい。
　また、別の噴霧用媒体１８を供給する第２の噴霧用媒体流路１７の断面積を噴霧ノズル１の先端の隔壁１５に設けた出口孔１１の断面積に対して狭めるように形成することで、別の噴霧用媒体１８の使用量を抑制しながら、混合流体８の噴霧である扇型の噴霧の中央部２３Ａの気液比を高め、微粒化を進めることができる。
　なお、図３に示した本実施例の噴霧ノズル１では、噴霧ノズル１を構成する構造物１６に配設した別の噴霧用媒体１８を供給する第２の噴霧用媒体流路１７を１つ設けた場合を示すが、図４に示した本実施例の変形例である噴霧ノズル１では、構造物１６に配設した別の噴霧用媒体１８を供給する前記第２の噴霧用媒体流路１７を複数個（例えば２個）設けることも可能である。
　この変形例の噴霧ノズル１の場合、混合流体流路９、１０の中央部となる第２の合流部９２に、別の噴霧用媒体１８を噴出する第２の噴霧用媒体流路１７の断面形状は、図４に示したように２個の円形形状となるように形成されている。
　上記した本実施例の変形例である噴霧ノズル１の場合でも、混合流体流路９、１０の中央部に接続する別の噴霧用媒体１８を供給する第２の噴霧用媒体流路１７の数を多くすることで、出口孔１１から噴霧ノズル１の外部に噴霧する混合流体８の扇型の噴霧の中央部２３Ａと、この扇型の噴霧の中央部２３Ａの周辺部となる扇型の噴霧の外縁部２３Ｂの気液比を選択的に高めることができる。
　また、本実施例の噴霧ノズル１では、前記第２の噴霧用媒体流路１７に供給する別の噴霧用媒体として噴霧流体２と混合される噴霧用媒体３とは別の噴霧用媒体１８を使用した場合を示したが、この別の噴霧用媒体１８は混合流体８を形成するために使用する噴霧用媒体３と同じ噴霧用媒体２を使用しても良い。
　また、混合流体８よりも噴霧用媒体の比率（気液比）の高い混合流体を噴霧用媒体１８に代えて前記噴霧用媒体流路１７に供給するようにしても同様の効果が得られる。
　即ち、前記別の噴霧用媒体１８として噴霧流体と噴霧用媒体とが混合した気液比が高い混合流体を使用する場合には、この混合流体における噴霧流体に対する噴霧用媒体の比率が、前記混合流路９、１０を流下する前記混合流体８における噴霧流体２に対する噴霧用媒体３の比率よりも高く設定しておくと良い。
　一方、混合流体８よりも噴霧用媒体の比率（気液比）が低い混合流体を噴霧用媒体１８に代えて前記噴霧用媒体流路１７に供給する場合は、気液比が低下しないものの、噴霧粒子の噴出速度を高める効果が得られる。
　即ち、前記別の噴霧用媒体１８として噴霧流体と噴霧用媒体とが混合した気液比が低い混合流体を使用する場合には、この混合流体における噴霧流体に対する噴霧用媒体の比率が、前記混合流路９、１０を流下する前記混合流体８における噴霧流体２に対する噴霧用媒体３の比率よりも低いものを使用したとしても、噴霧粒子の噴出速度を高める効果が得られる。
　本実施例によれば、噴霧流体の粒子径が比較的大きくなる噴霧の中央部の微粒化を促進して噴霧流体全体の微粒化の促進と、噴霧流体の微細化に用いる噴霧用媒体の使用量の低減または加圧力の低減とを両立させた噴霧ノズルが実現できる。
　本発明の第２実施例である噴霧ノズルの構造について、図５～図７を用いて説明する。
　図５～図７に示した本実施例の噴霧ノズル６１は、図１～図４に示した第１実施例の噴霧ノズル１と基本的な構成は共通しており、よって両実施例に共通した構成の説明は省略する。
　図５～図７に本実施例の噴霧ノズル６１の先端部を示しており、図５は上流側が噴霧流体２（液体燃料）の供給系統（図示せず）と前記噴霧流体２を微細化するために使用する噴霧用媒体３（蒸気または圧縮空気など）の供給系統（図示せず）に接続する噴霧ノズル１の先端部の断面図であって図７のＡ－Ａ方向の断面図を示し、図６は図７に示した本実施例の噴霧ノズル１の先端部を別の方向から見た噴霧ノズル１の先端部の断面図であって図７のＢ－Ｂ方向の断面図を示し、図７は図５に示した本実施例の噴霧ノズル１の先端部を出口孔から見た平面図をそれぞれ示している。尚、Ｘ方向は噴霧ノズル１から噴霧する噴出方向を示している。
　図５～図７に示した本実施例の噴霧ノズル６１は、先に示した第１実施例の噴霧ノズル１と同様にファンスプレー式の噴霧ノズルである。
　本実施例の噴霧ノズル６１は、前述の図１～図４に示した第１実施例の噴霧ノズル１と共通した流路構成であり、対向して配設した混合流体流路９、１０が合流する第２の合流部９２に面した出口孔１１から混合流体８を外部に噴霧するように構成されている。
　図５～図７に示すように本実施例の噴霧ノズル１においては、噴霧ノズル１を構成する構造物１６に配設した別の噴霧用媒体１８を供給する第２の噴霧用媒体流路１７は、対向して配設された混合流体流路９、１０を流下する混合流体８が相互に衝突する第２の合流部９２となる出口孔１１に面した混合流体流路９、１０の中央部に連通するように接続されている。
　本実施例の噴霧ノズル１の場合、混合流体流路９、１０の中央部となる第２の合流部９２に、別の噴霧用媒体１８を噴出する第２の噴霧用媒体流路１７の断面形状は、図７に示したように円形形状となるように形成されている。
　そして、本実施例の噴霧ノズル６１で対向配置された混合流体流路９、１０を流下した混合流体８は出口孔１１の近傍の第２の合流部９２にて相互に衝突して噴霧ノズル６１の先端部に形成した出口孔１１から外部に噴霧されることで、微粒化した混合流体８は混合流体流路９、１０の流れ方向（混合流体流路９、１０が配設された方向）に対して直角方向（図７のＢ－Ｂ線の方向）となる図８に示す扇型の噴霧を形成して外部に噴出される。
　混合流体８を外部に噴霧する噴霧ノズル６１の出口孔１１となる噴霧ノズル６１の先端部の隔壁１５には、扇型噴霧の形成方向と同じ方向に溝部１２が形成されており、この溝部１２と混合流体流路９、１０との交差部が混合流体８を外部に噴霧する出口孔１１となる。
　本実施例の噴霧ノズル６１では、噴霧ノズル６１の外面を形成する隔壁１５と、この隔壁１５の内部に収容される構造物１６との組合せ構造となっているが、第１実施例の噴霧ノズル１と相違するのは、噴霧流体２を微細化するために使用する気体の噴霧用媒体６４が構造物１６の内部に形成した噴霧流体流路６、７を通じて供給されていることである。
　噴霧流体流路６、７を通じて供給される気体の噴霧用媒体６４は、噴霧流体流路６、７が噴霧流体２を供給する噴霧流体流路４、５とそれぞれ連通しているので、噴霧流体流路６、７を通じて供給される気体の噴霧用媒体６４が噴霧流体流路４、５の途中に形成した第１の合流部９１で噴霧流体２と合流して噴霧流体２と噴霧用媒体６４とが混合した混合流体８を形成することになるが、前記噴霧用媒体６４は気体であり粘性が噴霧流体２に比べて低い。
　このため、隔壁１５の内壁面と構造物１６の外壁面との間の両者の接合部分６２には、噴霧流体２や混合流体８よりも気体の噴霧用媒体６４の方が浸透しやすくなる。
　隔壁１５の内壁面と構造物１６の外壁面との間の前記接合部分６２に液体燃料（噴霧流体２）が侵入して該接合部分６２に面した隔壁１５の内壁面と構造物１６の外壁面に固着するのを避けるために、噴霧用媒体６４を噴霧流体流路６、７を通じて前記接合部分６２に供給することによって、液体燃料（噴霧流体２）が前記接合部分６２に侵入することを防止できる。
　本実施例の噴霧ノズル６１では、噴霧流体流路６、７と通じて供給する噴霧用媒体６４として、第１実施例の噴霧ノズル１における噴霧用媒体３とは別の流体となる気体の噴霧用媒体６４を使用した場合を示したが、この噴霧用媒体６４は混合流体８に使用する噴霧用媒体３と同じでも良い。
　この場合、本実施例の噴霧ノズル６１においては、噴霧用媒体６４を供給する噴霧用媒体流路６、７と、混合流体８を出口孔１１に向けて流下させる混合流体流路９、１０を比べると、噴霧用媒体流路６、７が混合流体流路９、１０よりも上流側に位置している。
　また、噴霧用媒体流路６、７を流下する噴霧用媒体６４の流速は低いことから、噴霧用媒体流路６、７を流下する噴霧用媒体６４の方が混合流体流路９、１０を流下する混合流体８の圧力よりも圧力が高くなる。
　このため、混合流体８は、噴霧ノズル６１を構成する隔壁１５の内壁面と構造物１６の外壁面との間の接合部分６２を通って噴霧ノズル６１の外側に漏れにくくなり、混合流体８の噴霧流体が接合部分６２を通って噴霧ノズル６１の外側に漏れ、噴霧ノズル６１の構造物に付着して粒子径で３００μｍ以上の大粒子として飛散することを抑制できる。
　さらに、噴霧用媒体６４を供給する前記噴霧用媒体路６、７を、噴霧流体２を供給する噴霧流体流路４、５と第１の合流部９１で連通させて混合流体８を形成することに加えて、前記噴霧用媒体路６、７を噴霧ノズル６１を構成する隔壁１５の内壁面と構造物１６の外壁面との間の接合部分６２に接続するように構成することで、前記噴霧用媒体路６、７を通じて供給された噴霧用媒体６４の一部が接合部分６２を通り、噴霧ノズル６１の先端部の隔壁１５に設けた溝部１２から火炉３１内に流れるようにしている。
　このため、本実施例である噴霧ノズル６１の出口孔１１に面した噴霧ノズル６１の先端部の隔壁１５に設けた溝部１２の周囲壁近くに噴霧用媒体６４の流れが形成されることで、噴霧ノズル６１の出口孔１１から噴霧ノズル６１の外部に噴霧される混合流体８の噴霧が隔壁１５に設けた溝部１２の周囲壁に付着し、再飛散による大粒子の生成を抑制できる。
　大粒子は体積に対する表面積の割合が微粒子よりも小さく、燃焼反応は遅い。このため大粒子が飛散すると、ばいじんや一酸化炭素等の要因となる。大粒子の飛散を抑制することで、ばいじんや一酸化炭素の低減が可能となる。
　本実施例に示す噴霧ノズル６１を設置したバーナや、このバーナを備えた燃焼装置では、前述の通り、混合流体の微粒化により、液体燃料の単位重量当たりの表面積が増加するので、燃焼反応が進み、燃焼装置出口での未燃焼分やばいじん、一酸化炭素が低減し、燃焼効率を高くできる。
　また、燃焼反応を早く進めることで、酸素の消費が進み、窒素酸化物の発生を抑えることができる。さらに、未燃焼分やばいじん、一酸化炭素が低減することで、燃焼装置に投入する余剰な空気を削減できる。
　余剰な空気が減ると、燃焼排ガス量も低下し、燃焼排ガスとともに燃焼装置外に放出される顕熱を低下させ、熱効率を高めることができる。
　また、噴霧用媒体の使用量の抑制や圧力の低減により、各々の供給や加圧力に使用なエネルギー消費量を低減できる。また、噴霧用媒体として蒸気を用いる場合、燃焼装置内に投入された蒸気による燃焼装置での熱効率が低下するが、本発明の噴霧ノズルを用いると、蒸気の使用量を減らしても微粒化を維持できるため、熱効率の低下を防ぐことができる。
　本実施例に示す噴霧ノズル６１においても、図１～図４の第１実施例の噴霧ノズル１と同様に、本実施例の噴霧ノズル６１における外側の隔壁１５の内壁と、該隔壁１５の内側に設置した構造物１６とで構成される噴霧ノズル６１の出口孔１１の近傍で、混合流体８を相互に衝突させる対向して配設した混合流体流路９、１０の中央部となる第２の合流部９２に、噴霧用媒体１８を噴出する流路１７が連通するように構造物１６の内部に前記流路１７を配設している。
　したがって、本実施例の噴霧ノズル６１では、噴霧用媒体１８を噴出する流路１７を設けた構成を備えたことによって、第１実施例の噴霧ノズル１における前記流路１７による混合流体８の微粒化の効果に加えて、第２実施例の噴霧ノズル６１における噴霧流体流路６、７を通じて気体の噴霧用媒体６４を供給するように構成したことによる大粒子の抑制の効果が得ることができる。
　本実施例の噴霧ノズル６１では出口孔１１が単一の場合を示したが、出口孔１１を複数設けた場合にも本実施例の混合流体流路９、１０の流路幅方向の中央部で断面が狭まる縮流部１７を設けることで混合流体８の微粒化効果は得られる。
　また、噴霧ノズル６１の出口孔１１を増やす、いわゆる多孔化により、ひとつの出口孔１１から噴霧する混合流体８の噴出量を多くせずに、噴霧ノズル１から噴霧する混合流体８の噴出量を増やすことができる。すなわち、出口孔１１の多孔化により微粒化性能を維持しながら噴霧ノズル１の大容量化が可能となる。
　本実施例によれば、噴霧流体の粒子径が比較的大きくなる噴霧の中央部の微粒化を促進して噴霧流体全体の微粒化の促進と、噴霧流体の微細化に用いる噴霧用媒体の使用量の低減または加圧力の低減とを両立させた噴霧ノズルが実現できる。
　次に本発明の第３実施例である噴霧ノズルを備えたバーナについて図８を用いて説明する。
　図８に示した本実施例の噴霧ノズルを備えたバーナに用いられる噴霧ノズル１及び６１は、図１～図４に示した第１実施例の噴霧ノズル１、並びに図５～図７に示した第２実施例の噴霧ノズル６１であり、よって両実施例の噴霧ノズル１、６１と共通した構成の説明は省略する。
　図８に本実施例の噴霧ノズルを備えたバーナの一例を示す。図８に示した本実施例の噴霧ノズル１または６１を備えたバーナ２０において、本実施例のバーナ２０ではバーナ２０の中心軸２１の先端には、図１～図３に示した噴霧流体と噴霧用媒体との混合流体８を噴霧する噴霧ノズル１、または図５～図７に示した噴霧流体と噴霧用媒体との混合流体８を噴霧する噴霧ノズル６１を備え、この中心軸２１の先端近くに火炎安定用の障害物２２を備えている。
　中心軸２１に備えた前記障害物２２としては旋回流発生用の旋回羽根やスリットを有する邪魔板などが一般的である。噴霧ノズル１または６１からは噴霧流体２と噴霧用媒体３とを混合した混合流体８を噴霧して、図２及び図６に示した第１実施例及び第２実施例の噴霧ノズル１または６１の場合と同様に、扇型の噴霧２３が形成される。
　バーナ２０の燃焼用空気はウインドボックス２４から３つの流路に分かれて供給される。中心の噴霧ノズル１に近い方から、１次流路２５、２次流路２６、３次流路２７である。１次流路２５、２次流路２６、３次流路２７からそれぞれ１次空気２８、２次空気２９、３次空気３０として供給されて火炉内３１に噴出する。
　これらの燃焼用空気はウインドボックス２４の２次流路２６及び３次流路２７内にそれぞれ設置した旋回流発生器３２、３３や、２次流路２６と３次流路２７との間の出口側に設置したガイド板３４によって燃焼用空気の噴出方向を変えて火炉内３１に供給され、ばいじんやＮＯｘの発生を抑制する。
　なお、これらの燃焼用空気は前記各流路１５、２６、２７にそれぞれ設けたダンパ（図示せず）によってその流量を制御する。
　バーナ２０は火炉３１の火炉壁３５に設置されおり、火炉壁３５には伝熱管３６を設けて熱回収を行っている。
　本実施例の噴霧ノズル１または６１を備えたバーナ２０に供給される燃焼用空気は、後述する図９の第４実施例であるバーナを備えた燃焼装置に示したように、燃焼用空気供給系統４１から配管４５と４６に分岐され、それぞれバーナ２０と空気供給口４４から火炉３１内に噴出させて供給する。燃焼用空気をバーナ２０と空気供給口４４とに分けて火炉３１内に供給することで、バーナ２０で形成される火炎の温度を低減する。
　さらに、バーナ２０の近傍の火炉３１内にて空気不足で燃焼することで燃料中に含まれる窒素分の一部が還元剤として生成し、燃焼で発生するＮＯｘを窒素に還元する反応が生じる。このため、火炉３１の出口でのＮＯｘ濃度はバーナ２０から全ての燃焼用空気を供給する場合に比べて低減させることができる。
　また、空気供給口４４から残りの燃焼用空気を火炉３１内に供給し、燃料を完全燃焼させることで未燃焼分を低減する。空気供給口４４から供給された燃焼用空気と混合した燃焼ガス４７は、火炉３１の上部の熱交換器４８で熱交換された後に、煙道４９を通り、煙突５０から大気に放出される。
　本実施例のバーナ２０に備えられた噴霧ノズル１は、図１～図４に示した第１実施例の噴霧ノズル１、または図５～図７に示した第２実施例の噴霧ノズル６１を採用しているので、燃料液体である噴霧流体を微粒化し、液体燃料の単位重量当たりの表面積が増加するので、燃焼反応が進み、燃焼装置出口での未燃焼分やばいじん、一酸化炭素が低減し、燃焼装置の燃焼効率を高くできる。
　また、燃焼反応を早く進めることで、酸素の消費が進み、窒素酸化物の発生を抑えることができる。さらに、未燃焼分やばいじん、一酸化炭素が低減することで、燃焼装置に投入する余剰な空気を削減できる。
　そして余剰な空気を減少させることによって燃焼排ガス量も低下し、燃焼排ガスとともに燃焼装置外に放出される顕熱を低下させ、燃焼装置の熱効率を高めることができる。
　本実施例の噴霧ノズルを備えたバーナ２０では、前記バーナ２０に供給する噴霧用媒体の使用量の抑制や圧力の低減により、噴霧用媒体の供給や加圧力に使用なエネルギー消費量を低減できる。
　また、噴霧用媒体として蒸気を用いる場合、燃焼装置内に投入された蒸気による燃焼装置での熱効率が低下するが、本発明の噴霧ノズルを用いると、蒸気の使用量を減らしても微粒化を従来と同等に維持できるため、熱効率の低下を防ぐことができる。
　また、本実施例の噴霧ノズルを備えたバーナ２０では、燃料として液体燃料を使用する場合を示したが、主燃料として微粉炭等の固体燃料を使用し、補助燃料として液体燃料を使用する場合も適用可能である。この場合、噴霧ノズル１または６１から液体燃料を火炉内に噴霧する場合に上記の効果が得られる。
　本実施例によれば、噴霧流体の粒子径が比較的大きくなる噴霧の中央部の微粒化を促進して噴霧流体全体の微粒化の促進と、噴霧流体の微細化に用いる噴霧用媒体の使用量の低減または加圧力の低減とを両立させた噴霧ノズルを備えたバーナが実現できる。
　次に本発明の第４実施例であるバーナを備えた燃焼装置について図９を用いて説明する。
　図９に示した本実施例のバーナ２０を備えた燃焼装置６０に用いられる噴霧ノズル１または６１は、図１～図４に示した第１実施例の噴霧ノズル１、または図５～図７に示した第２実施例の噴霧ノズル６１と同じものであり、噴霧ノズル１または６１を備えたバーナ２０は図８に示した第２実施例のバーナ２０と同じものであることから、これらの実施例に共通した構成の説明は省略する。
　図９に本実施例のバーナを備えた燃焼装置の一例を示す。図９に示した本実施例のバーナ２０を備えた燃焼装置６０において、本実施例の燃焼装置６０では噴霧ノズル１または６１を備えたバーナ２０は図９に示されるように火炉３１の火炉壁３５に複数個設置される。
　噴霧ノズル１または６１を備えた前記バーナ２０には燃焼用空気供給系統４１、液体燃料供給系統４２、及び噴霧用媒体供給系統４３がそれぞれ接続されている。
　また、燃料として前記バーナ２０に固体燃料を供給する場合には、固体燃料供給系統（図示せず）が更に配設されるように構成している。
　本実施例のバーナ２０を備えた燃焼装置６０に設置したバーナ２０は、図１～図４に示した第１実施例の噴霧ノズル１、または図５～図７に示した第２実施例の噴霧ノズル６１が備えられており、このバーナ２０に燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給系統４１から、前記バーナ２０に接続する配管４５と、前記バーナ２０の下流側となる火炉３１の火炉壁３５に設けられた空気供給口４４に接続する配管４６とが分岐して配設されている。
　前記燃焼用空気供給系統４１から分岐した配管４５と配管４６には、供給する空気の流量を調節する流量調節弁（図示せず）が設置されている。
　また、前記液体燃料供給系統４２と噴霧用媒体供給系統４３には、それぞれの上流側に液体燃料や噴霧用媒体の圧力及び流量を調整する供給器（図示せず）が接続されており、これらの液体燃料供給系統４２と噴霧用媒体供給系統４３の下流端に図１～図４に示した第１実施例の噴霧ノズル１、または図５～図７に示した第２実施例の噴霧ノズル６１が設置されている。
　本実施例の燃焼装置６０に備えられたバーナ２０には、供給される燃焼用空気は燃焼用空気供給系統４１から配管４５と配管４６に分岐され、バーナ２０と空気供給口４４からそれぞれ火炉３１内に噴出することになる。
　燃焼用空気を燃焼用空気供給系統４１から配管４５と配管４６に分岐して供給することで、前記バーナ２０から噴霧されて火炉３１内に形成される火炎の温度を低減させる。
　さらに、本実施例のバーナ２０を備えた燃焼装置６０においては、バーナ２０の近傍の火炉３１内にて空気不足で燃料の噴霧流体を燃焼させることで燃料中に含まれる窒素分の一部が還元剤として生成し、燃焼で発生するＮＯｘを窒素に還元する反応が生じる。
　このため、火炉３１の出口でのＮＯｘ濃度はバーナ２０から全ての燃焼用空気を火炉３１内に供給する場合に比べて低減させることができる。
　また、燃焼用空気供給系統４１から分岐した配管４６を通じて空気供給口４４から残りの燃焼用空気を火炉３１内に供給し、燃料の噴霧流体を完全燃焼させることで未燃焼分を低減する。
　前記空気供給口４４から供給された燃焼用空気と混合した燃焼ガス４７は、火炉３１の上部に設置された熱交換器４８で熱交換した後に、煙道４９を通り、煙突５０から大気に放出される。
　また、本実施例の燃焼装置６０に備えられたバーナ２０に図１～図４に示した第１実施例１の噴霧ノズル１、または図５～図７に示した第２実施例の噴霧ノズル６１を採用することによって、液体燃料の燃料流体を微粒化して噴霧することにより液体燃料の単位重量当たりの表面積が増加するので、燃焼反応が進み、燃焼装置６０の出口での未燃焼分や、ばいじん、一酸化炭素が低減し、燃焼装置の燃焼効率を高くすることができる。
　また、燃焼反応を早く進めることで、酸素の消費が進み、窒素酸化物の発生を抑えることができる。さらに、未燃焼分や、ばいじん、一酸化炭素が低減することで、燃焼装置に投入する余剰な空気を削減できる。余剰な空気が減ると、燃焼排ガス量も低下し、燃焼排ガスとともに燃焼装置外に放出される顕熱を低下させ、燃焼装置の熱効率を高めることができる。
　噴霧用媒体の使用量の抑制や圧力の低減により、各々の供給や加圧力に使用なエネルギー消費量を低減できる。また、噴霧用媒体として蒸気を用いる場合、燃焼装置内に投入された蒸気による燃焼装置での熱効率が低下するが、前記した第１実施例の噴霧ノズル１または第２実施例の噴霧ノズル６１を前記バーナ２０に用いることで、蒸気の使用量を減らしても微粒化を維持できるため、燃焼装置の熱効率の低下を防ぐことができる。
　図９に示す本実施例のバーナ２０を備えた燃焼装置６０においては、燃焼用空気を燃焼用空気供給系統４１から配管４５及び配管４６に分岐してバーナ２０及び空気供給口４４との双方から火炉３１内に供給する例を示したが、燃焼用空気をバーナ２０からのみ火炉３１内に供給する場合にも図８に示した第３実施例の噴霧ノズル１または６１を備えたバーナ２０を適用することができる。
　また、図９に示す本実施例のバーナを備えた燃焼装置では、火炉３１を構成する１つの火炉壁３５に図８に示した第２実施例のバーナ２０を設けた場合を示したが、火炉３１を構成する複数の火炉壁３１に前記バーナ２０を設けた場合や、火炉３１を構成する火炉壁３１の角部に前記バーナ２０を設けた場合にも適用できる。
　本実施例によれば、噴霧流体の粒子径が比較的大きくなる噴霧の中央部の微粒化を促進して噴霧流体全体の微粒化の促進と、噴霧流体の微細化に用いる噴霧用媒体の使用量の低減または加圧力の低減とを両立させたバーナを備えた燃焼装置が実現できる。
　１：噴霧ノズル、２：噴霧流体、３：噴霧用媒体、４、５：噴霧流体流路、６、７：噴霧用媒体流路、８：混合流体、９、１０：混合流体流路、１１：出口孔、１２：溝部、１３、１４：屈曲部、１５：隔壁、１６：構造物、１７：第２の噴霧用媒体流路、１８：別の噴霧用媒体、２０：バーナ、２１：同軸流路構成部材、２２：障害物、２３、２３Ａ、２３Ｂ：噴霧、２４：ウインドボックス、２５：１次流路、２６：２次流路、２７：３次流路、２８：１次空気の流れ、２９：２次空気の流れ、３０：３次空気の流れ、３１：火炉、３２、３３：旋回流発生器、３４：ガイド板、３５：火炉壁、３６：伝熱管、４１：燃焼用空気供給系統、４２：液体燃料供給系統、４３：噴霧用媒体供給系統、４４：空気供給口、４５、４６：配管、４７：燃焼ガスの流れ、４８：熱交換器、４９：煙道、５０：煙突、６１：噴霧ノズル、６２：接合部分、６４：気体の噴霧用媒体、９１：第１の合流部、９２：第２の合流部。

Claims (9)

  1. 　噴霧流体を噴霧用媒体と混合して微粒化した混合流体を噴霧する噴霧ノズルであって、前記噴霧ノズルは噴霧ノズルの外面を形成する隔壁と、この隔壁の内部に収容される構造物とから構成されており、
    　前記噴霧ノズルの入口側となる前記構造物の外面に複数の溝部を設けて前記隔壁の内壁と前記構造物に設けたこれらの溝部とで噴霧流体を供給する複数の噴霧流体流路を形成し、
    　前記噴霧ノズルの入口側となる前記構造物の内部に噴霧用媒体を供給する複数の噴霧用媒体流路を形成し、
    　噴霧流体を供給する前記複数の噴霧流体流路には、その噴霧流体流路の途中に、前記噴霧用媒体流路が連通して前記噴霧流体と該噴霧用媒体流路から供給された噴霧用媒体とが合流して混合流体となる第１の合流部を形成し、
    　前記第１の合流部の下流側となる前記複数の噴霧流体流路には、この噴霧流体流路を流下した混合流体が互いに対向して流れるように該噴霧流体流路と連通した混合流体流路を対向して配設し、
    　前記混合流体流路には、前記噴霧ノズル先端部の近傍に、対向して配設した前記混合流体流路を流下した混合流体が互いに衝突する第２の合流部を形成し、
    　前記混合流体流路に形成した第２の合流部に面した噴霧ノズル先端部の前記隔壁に、混合流体を噴霧ノズルから外部に噴霧する出口孔を設け、
    　前記構造物の内部に別の噴霧用媒体を供給する第２の噴霧用媒体流路を形成すると共に、この第２の噴霧用媒体流路を混合流体が流下する前記混合流体流路に連通するように配設したことを特徴とする噴霧ノズル。
  2. 　請求項１に記載の噴霧ノズルにおいて、
    　前記第２の合流部に面した前記出口孔と反対側となる前記隔壁に開口させた別の噴霧用媒体を供給する第２の噴霧用媒体流路は、対向して配設した前記混合流体流路を流れる混合流体が衝突する前記第２の合流部に連通するように配設したことを特徴とする噴霧ノズル。
  3. 　請求項１または２に記載の噴霧ノズルにおいて、
    　前記別の噴霧用媒体として噴霧流体と噴霧用媒体とが混合した混合流体を使用する場合には、この混合流体における噴霧流体に対する噴霧用媒体の比率が、前記混合流路を流下する前記混合流体における噴霧流体に対する噴霧用媒体の比率よりも高く設定したものを使用していることを特徴とする噴霧ノズル。
  4. 　請求項１乃至３のいずれか１項に記載の噴霧ノズルにおいて、
    　前記噴霧ノズルを構成する噴霧ノズルの外面を形成する隔壁と、この隔壁の内部に収容される構造物との接合部分に、噴霧用媒体を供給する噴霧用媒体流路を接続させたことを特徴とする噴霧ノズル。
  5. 　請求項１乃至４のいずれか１項に記載の噴霧ノズルにおいて、
    　混合流体を流下させる前記混合流体流路には、該混合流体流路が前記噴霧流体流路と連通する連通部に混合流体の流れ方向を変える屈曲部が形成されていることを特徴とする噴霧ノズル。
  6. 　液体燃料を燃料として利用する噴霧ノズルを備えたバーナであって、
    　噴霧ノズルとして請求項１乃至５のいずれか１項に記載の噴霧ノズルを用い、前記液体燃料を前記噴霧流体として前記噴霧ノズルに供給し、蒸気または圧縮空気を前記噴霧用媒体として前記噴霧ノズルに供給することを特徴とする噴霧ノズルを備えたバーナ。
  7. 　固体燃料とその搬送気体を噴出する燃料ノズルと、液体燃料を噴霧する噴霧ノズルと、前記固体燃料や液体燃料を燃焼させる燃焼用気体を噴出する燃焼用気体ノズルを有するバーナであって、
    　前記噴霧ノズルとして、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の噴霧ノズルを用い、前記液体燃料を前記噴霧流体として前記噴霧ノズルに供給し、蒸気または圧縮空気を前記噴霧用媒体として前記噴霧ノズルに供給することを特徴とする噴霧ノズルを備えたバーナ。
  8. 　化石燃料を燃焼させるバーナを備えた燃焼装置であって、
    　化石燃料を燃焼させる燃焼炉と、前記燃焼炉に化石燃料を供給する燃料供給系統と、前記燃焼炉に燃焼用気体を供給する燃焼用気体供給系統と、前記燃料供給系統と前記燃焼用気体供給系統が接続し前記燃焼炉の炉壁に設けられた化石燃料を燃焼させるバーナと、前記燃焼炉で発生した燃焼排ガスから熱回収する熱交換器と、前記熱回収された燃焼排ガスを前記燃焼炉の外部へ供給する煙道とを有し、
    　前記バーナとして、化石燃料として液体燃料を用いた請求項６または７に記載のバーナを用いていることを特徴とするバーナを備えた燃焼装置。
  9. 　固体燃料と液体燃料を燃焼させるバーナを備えた燃焼装置であって、
    　燃料を燃焼させる燃焼炉と、前記燃焼炉に固体燃料を供給する固体燃料供給系統と、前記燃焼炉に液体燃料を供給する液体燃料供給系統と、前記燃焼炉に燃焼用気体を供給する燃焼用気体供給系統と、前記燃料供給系統と前記燃焼用気体供給系統が接続し前記燃焼炉の炉壁に設けられた前記固体燃料や液体燃料を燃焼させる複数のバーナと、前記燃焼炉で発生した燃焼排ガスから熱回収する熱交換器と、前記熱回収された燃焼排ガスを前記燃焼炉の外部へ供給する煙道とを有し、
    　前記バーナの一つは、請求項６または７に記載のバーナを用いていることを特徴とするバーナを備えた燃焼装置。
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