JPH0788936B2

JPH0788936B2 - 微粉炭燃焼用バ−ナノズル

Info

Publication number: JPH0788936B2
Application number: JP19937687A
Authority: JP
Inventors: 伸明小林; 博之三宅
Original assignee: 日本酸素株式会社
Priority date: 1987-08-10
Filing date: 1987-08-10
Publication date: 1995-09-27
Anticipated expiration: 2010-09-27
Also published as: JPS6446514A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、微粉炭等の燃焼速度の遅い粉体燃料を効率的
に燃焼させる場合に用いる微粉炭燃焼用バーナノズルに
関するものである。

［従来の技術およびその問題点］加熱用燃料とされる微粉炭は、重油等の液体燃料に比べ
てエネルギーコストが低いという利点があるが、燃焼速
度が非常に遅いため、この微粉炭を燃料とするこれまで
の微粉炭燃焼用バーナノズルは、通常スチーム発生用ボ
イラ等の低温（1500℃以下）の熱源に用いられている。
そして、これより高温（2000℃以上）で高い伝熱特性を
必要とする金属溶解炉においては、その大部分に重油等
の液体燃料を用いたバーナノズルが用いられている。

また、石炭のガス化プロセス等においては、反応炉内に
微粉炭−酸素を熱源としてこれらの吹き込みが行なわれ
ているが、これは反応炉内が高温雰囲気の場合に限り使
用が可能であり、低温雰囲気においても火炎が維持され
るような微粉炭燃焼用バーナノズルはなかった。

そこで、微粉炭のみを燃料として火炎温度が高い（2000
℃以上）熱源が得られる微粉炭燃焼用バーナノズルの開
発が要請されている。

［問題点を解決するための手段］本発明は上記問題点を解決するために、液体燃料−酸素
バーナと同等な火炎特性、火炎温度2000℃以上を有し、
微粉炭専焼で金属を溶解可能な微粉炭燃焼用バーナノズ
ルの提供を目的とし、そのバーナノズルは、先端が火炎
噴出口として開口する円筒状のバーナノズル本体の後端
側内部に粉体燃料供給管が設けられ、この粉体燃料供給
管の先端開口から前記火炎噴出口にわたって混合流噴出
口、および火炎噴出口に向かって拡開する円錐状よりな
る燃焼室が連設され、前記粉体燃料供給管の周囲に前記
混合流噴出口に連通する第１次支燃性ガス供給路と前記
燃焼室に連通する第２次支燃性ガス供給路が形成され、
さらに、前記第１次支燃性ガス供給路の混合流噴出口へ
の入口が、この混合流噴出口に向かうにしたがい漸次小
径となる円錐状のスリットに形成され、前記第２次支燃
性ガス供給路の燃焼室への入口は、前記火炎噴出口方向
に延び、かつバーナノズル本体の軸線に収れんする穿孔
あるいは円錐状のスリットとされ、かつこの入口は前記
燃焼室の前後方向に少なくとも１段形成されていること
を特徴としている。

また、上記に加え、前記円錐状のスリットからなる第１
次支燃性ガス供給路の混合流噴出口への入口が、バーナ
ノズル本体の軸線に対して、15゜〜45゜の角度に形成さ
れること、また、前記穿孔あるいは円錐状のスリットか
らなる第２次支燃性ガス供給路の燃焼室への入口が、バ
ーナノズル本体の軸線に対して10゜〜45゜の角度に形成
されていること、また、前記円錐状の燃焼室が、広がり
角度が20゜〜90゜に形成されていることを特徴としてい
る。

［作用］微粉炭等の粉体燃料は、粉体燃料供給管から、また第１
次支燃性ガスは、第１次支燃性ガス供給路からそれぞれ
混合流噴出口に供給される。ここで、第１次支燃性ガス
供給路の混合流噴出口への入口が円錐状のスリットとな
っているために、第１次支燃性ガスはスムーズに混合流
噴出口の中心に向けて供給されるとともに、粉体と十分
に混合する。そして、この混合流噴出口から、粉体燃料
と第１次支燃性ガスとの混合流が燃焼室に向けて噴出さ
れる。

一方、第２次支燃性ガスは、第２次支燃性ガス供給路か
ら燃焼室に供給されるが、第２次支燃性ガス供給路の燃
焼室への入口は、火炎噴出口の方向に延び、かつバーナ
ノズル本体の軸線に収れんしているので、前記混合流の
流れとスムーズに混合するように燃焼室の中心軸に向け
て供給される。

この結果、高い温度の火炎温度を得ることができ、もっ
て金属を溶解せしめることができる。

また、前記円錐状のスリットからなる第１次支燃性ガス
供給路の混合流噴出口への入口が、バーナノズル本体の
軸線に対して15゜〜45゜の角度に形成されていることに
より、混合流が十分に混合され、かつ不燃分が発生する
ことが解消される。また、前記穿孔あるいは円錐状のス
リットからなる第２次支燃性ガス供給路の燃焼室への入
口が、バーナノズル本体の軸線に対して10゜〜45゜の角
度に形成されていることにより、第２次支燃性ガスは混
合流に対し、よりスムーズに供給される。また、前記円
錐状の燃焼室の広がり角度が20゜〜90゜に形成されてい
ることにより、灰分が燃焼室の内面に付着して火炎噴出
口が閉塞することが防がれる。

したがって、上記条件が少なくとも３つ備えられること
により、燃焼効率が大幅に向上し、より高い火炎温度を
得ることが可能となる。

［実施例］以下、本発明を、微粉炭燃焼用バーナノズルに適用した
第１〜第３実施例について図面を参照して説明する。こ
れら各図において共通の構成要素については同一の符号
を付してある。

（１）まず、第１図を参照して第１実施例を説明する。

図中１は本発明に係る円筒状のバーナノズルの本体を示
している。このバーナノズル本体１は、外筒２の内側
に、この外筒２より短い内筒３が先端（図において左
端）を一致されて同軸的に嵌合されてなるものである。
内筒３の後端（図では右端）部には、微粉炭供給管（粉
体供給管）４が嵌入されており、内筒３の内部には、微
粉炭供給管４から内筒３の先端部にわたって、微粉炭供
給管４に連通する混合流噴出口５、および燃焼室６が連
設されている。これら混合流噴出口５および燃焼室６
は、バーナノズル本体１と同軸的に形成されている。

前記混合流噴出口５は円柱状の空洞からなり、前記燃焼
室６は、混合流噴出口５の先端から内筒３の先端部に向
かって、その断面が漸次拡開する円錐状の空洞からなっ
ている。この燃焼室６の広がり角度Ｂは、20゜〜90゜の
範囲に設定されるのが好ましい。またこの燃焼室６の先
端は、火炎噴出口７として開口している。

バーナノズル本体１後端の微粉炭供給管４と外筒２の内
面との間に空けられた空間は、支燃性ガス（酸素あるい
は酸素含有ガス）供給口８となっている。そして、内筒
３の内部には、支燃性ガス供給口８と混合流噴出口５お
よび燃焼室６とを連通する第１次支燃性ガス供給路９お
よび第２次支燃性ガス供給路10が形成されている。

第１次ガス供給路９は、微粉炭供給管４の周囲に形成さ
れた円筒状のスリットあるいは複数個の孔からなってお
り、その先端部の混合流噴出口５への入口9aは、混合流
噴出口５に向かうにしたがい小径となる円錐状に形成さ
れている。この入口9aは、バーナノズル本体１と同軸的
に形成されており、バーナノズル本体１の軸線ｌに対す
る角度Ａは、15゜〜45゜の範囲が適切とされる。

これにより、微粉炭供給管４から供給される微粉炭と、
第１次支燃性ガス供給路９より供給される第１次支燃性
ガスが、混合流噴出口５で混合し、この混合流が燃焼室
６に導入されて火炎噴出口７から噴出する。ここで、こ
のように噴出される微粉炭の噴出速度が70〜210m/secの
範囲となるよう、前記混合流噴出口５の径は適宜のサイ
ズに設定されている。

一方、第２次ガス供給路10は、内筒３の外周面に沿って
形成された円筒状のスリット11あるいは複数個の孔11′
およびこのスリット11あるいは孔11′から燃焼室６に通
じる複数の孔（入口）12a、12b、12cとからなってい
る。スリット11あるいは孔11′の火炎噴出口７側は、支
燃性ガス供給口10側より広くされた室11aが形成されて
おり、この室11aから燃焼室６にわたる円周等分複数箇
所に、火炎噴出口７方向に延び、かつバーナノズル本体
１の軸線ｌに向かって収れんするよう、互いに平行で前
後方向３段に前記孔12a、12b、12cが穿設されている。
これら各孔12a、12b、12cのバーナノズル本体１の軸線
ｌに対する角度Ｃは、10゜〜45゜の範囲が適切とされ
る。

このように構成された微粉炭溶射用バーナノズルによれ
ば、微粉炭が微粉炭供給管４から、また第１次支燃性ガ
スが第１次支燃性ガス供給路９から、それぞれ混合流噴
出口５に供給されて混合流となり、70〜210m/secの流速
で燃焼室６に噴出される。また、第２次支燃性ガスは、
第２次支燃性ガス供給路10のスリット11あるいは孔1
1′、室11aを経た後、各孔12a、12b、12cから燃焼室６
に噴出される。その結果、微粉炭と第１次支燃性ガスと
の混合流および第２次支燃性ガスが、燃焼室６において
完全に混合され、着火、燃焼が可能となる。

第１次支燃性ガス供給路９の円錐状の入口9aにおいて
は、前記角度Ａが、15゜より小であると混合流噴出口５
における微粉炭と第１次支燃性ガスの混合が不十分とな
って燃焼室６での着火が困難となり、45゜より大である
と微粉炭の不燃分である灰が燃焼室６の内面に付着し燃
焼を悪化させることになる。また、微粉炭と第１次支燃
性ガスの混合流の流速が前述のように70〜210m/secの範
囲外であると、燃焼室６で着火することが困難になり、
また閉塞を起こすことがある。さらに、燃焼室６の広が
り角度Ｃが、20゜より小であると微粉炭の不燃分である
灰が燃焼室６の内面に付着して火炎噴出口７が閉塞する
おそれが生じ、90゜より大であると燃焼室６内で着火せ
ず火炎の吹き飛びが生じる。

したがって、第１次支燃性ガス供給路９の入口9aの角度
Ａが15゜〜45゜に設定され、混合流の噴出速度が70〜21
0m/secになるよう混合流噴出口５の径が設定され、さら
に、燃焼室６の広がり角度Ｃが20゜〜90゜に設定されて
いることにより、燃焼室６内において微粉炭の着火が容
易に可能となり、安定した燃焼状態が維持される。

さらに、混合流に対する第２次支燃性ガスの混合は、第
２次支燃性ガス供給路10の各孔12a、12b、12cから順次
なされ、この際、各孔12a、12b、12cは、火炎噴出口７
方向に延び、かつバーナノズル本体１の軸線ｌに向かっ
て収れんするよう穿設されているため、混合流の流れを
妨げることなく第２次支燃性ガスは混合流に対してスム
ーズに混合する。

したがって、本実施例の微粉炭燃焼用バーナノズルによ
れば、微粉炭に対して第１次および第２次支燃性ガスの
混合が完全になされ、しかも混合流が中心軸に集中する
ように形成されて燃焼するので、火炎密度が高く、ま
た、高い温度の火炎温度を得ることができ、もって金属
を溶解せしめることができる。

（２）次に、第２図および第３図を参照して本発明の第
２実施例を説明する。

この第２実施例は、微粉炭供給管４の周囲に、支燃性ガ
ス（酸素あるいは酸素含有ガス）供給口８から混合流噴
出口５にわたって設けられる第１次支燃性ガス供給路20
が、先の第１実施例とは異なっている。

すなわち、この第１次支燃性ガス供給路20は、微粉炭供
給管４の周囲に、バーナノズル本体１と同軸的に形成さ
れたスリット20aあるいは複数個の孔20a′と、このスリ
ット20aあるいは複数個の孔20a′の先端に連設された室
20bと、先の第１実施例と同様に円錐状に形成された混
合流噴出口５への入口20cと、この入口20cの後端部と前
記室20bを連通する孔20dとからなっている。そして、こ
の孔20dは、第３図に示すように、入口20cの後端部の内
周面に対して円周等分複数箇所に開口し、しかも、この
内周面の接線方向に沿って穿設されている。

この第２実施例のバーナノズルによれば、第１次支燃性
ガス供給路20の各孔20dを通る第１次支燃性ガスは旋回
流となって入口20cから混合流噴出口５に入っていき、
これによって混合流噴出口５における微粉炭供給管４か
ら供給された微粉炭と第１次支燃性ガスとの混合が十分
になされ、燃焼効率がさらに向上する。

以下、上記第２実施例にもとづいて具体的に実施した３
つの例を示す。

第１次支燃性ガス供給路20の混合流噴出口５への入口
20aの角度Ａを30゜、燃焼室６の広がり角度Ｂを30゜、
第２次支燃性ガス供給路10の室11aから燃焼室６への入
口となる各孔12a、12b、12cを第２図と同様に３段で、
その角度Ｃを30゜とした。

そして、微粉炭を20kg/hrで微粉炭供給管４から、ま
た、常温の酸素を１次支燃性ガス供給路20から供給し、
これらの混合流を110m/secで混合流噴出口５から燃焼室
６に噴出させるとともに、第２次支燃性ガス供給路10か
ら酸素を燃焼室６に供給した。この状態を保持して900
℃の炉内で燃焼すると、燃焼室６で着火し、2000℃以上
の火炎が安定して得られた。

第１次支燃性ガス供給路20の混合流噴出口５への入口
20aの角度Ａを15゜、燃焼室６の広がり角度Ｂを60゜、
各孔12a、12b、12cの条件は上記と同様とした。

そして、微粉炭を30kg/hrで微粉炭供給管４から、ま
た、常温の酸素を第１次支燃性ガス供給路20から供給
し、これらの混合流を147m/secで混合流噴出口５から噴
出させるとともに、第２次支燃性ガス供給路10から、酸
素を燃焼室６に供給した。この状態を保持して900℃の
炉内で燃焼すると、燃焼室６で着火し、2000℃以上の火
炎が安定して得られた。

第１次支燃性ガス供給路20の混合流噴出口５への入口
20aの角度Ａを30゜、燃焼室６の広がり角度Ｂを45゜、
第２次支燃性ガス供給路11の燃焼室６への入口となる孔
を４段とし、これらの角度Ｃを30゜とした。

そして微粉炭を150kg/hrで微粉炭供給管４から、また、
300℃に予熱した酸素を第１次支燃性ガス供給路20から
供給し、これらの混合流を163m/secで混合流噴出口５か
ら噴出させるとともに、第２次支燃性ガス供給路10か
ら、酸素を燃焼室６に供給した。この状態を保持して炉
内で燃焼すると、燃焼室６で着火し、2200℃以上の火炎
が安定して得られた。

（３）次に第４図を参照して本発明の第３実施例を説明
する。

この第３実施例においては、支燃性ガス供給口８から燃
焼室６にわたって設けられる第２次支燃性ガス供給路30
が、上記第２実施例と異なっている。

すなわち、この第２次支燃性ガス供給路30は、内筒３の
外周面に沿って形成された円筒状のスリット30aあるい
は孔30a′と、このスリット30aあるいは孔30a′の先端
に連設された室30bと、円錐状のスリットからなる燃焼
室６への入口30cと、この入口30cと室30bを連通する孔3
0dからなっている。

入口30cは、火炎噴出口７方向に延び、かつバーナノズ
ル本体１の軸線ｌに向かって収れんするよう円錐状を呈
しており、軸線ｌに対す角度Ｄは、第１実施例の各孔12
a、12b、12cと同様に、10゜〜45゜に設定されるのが適
切とされる。そして、前記孔30dは、入口30cの後端部の
内周面に対して円周等分複数箇所に開口し、しかも、こ
の内周面の接線方向に向けられている。これによって、
この孔30dを通過して入口30cに入っていく際に第２次支
燃性ガスは旋回流となり、さらに燃焼室６に旋回流とな
って供給される。なお、円錐状スリットからなる入口30
cは、前記室30bから燃焼室６の前後方向に複数段形成さ
れていてもよい。

この第３実施例のバーナノズルによれば、第２次支燃性
ガス供給路30の燃焼室６への入口30cから燃焼室６に供
給される第２次支燃性ガスは、微粉炭と第１次支燃性ガ
スの混合流の流れを妨げることなく、かつ旋回流が与え
られることにより、混合流に対し、径方向に偏りが生じ
ることなくスムーズに燃焼室６の中心で混合し、かつ、
混合流が火炎の中心に集中する。

以下、上記第２実施例にもとづいて具体的に実施した例
を示す。

第１次支燃性ガス供給路20の混合流噴出口５の入口20a
の角度Ａを30゜、燃焼室６の広がり角度Ｂを30゜、第２
次支燃性ガス供給路30のスリットからなる入口30cの角
度Ｄを15゜とした。

そして微粉炭を30kg/hrで微粉炭供給管４から、また、8
00℃に予熱した酸素を第１次支燃性ガス供給路20から供
給し、これらの混合流を185m/secで混合流噴出口５から
噴出させるとともに、第２次支燃性ガス供給路30から、
酸素を燃焼室６に供給した。この状態を保持して大気中
で着火源を与えると燃焼し、その後は着火源ないしで燃
焼室６から連続的に燃焼した。この火炎により、ステン
レススチールを溶解することができた。

［発明の効果］以上説明したように本発明の微粉炭燃焼用バーナノズル
によれば、粉体燃料は、粉体燃料供給路から、また第１
次支燃性ガスは、第１次支燃性ガス供給路からそれぞれ
混合流噴出口に供給される。ここで、第１次支燃性ガス
供給路の混合流噴出口への入口が円錐状のスリットとな
っているために、第１次支燃性ガスはスムーズに混合流
噴出口の中心に向けて供給される。そして、この混合流
噴出口から粉体燃料と第１次支燃性ガスの混合流が燃焼
室に向けて噴出される。

一方、第２次支燃性ガスは、第２次支燃性ガス供給路か
ら燃焼室に供給されるが、第２次支燃性ガス供給路の燃
焼室への入口は、火炎噴出口の方向に延び、かつバーナ
ノズル本体の軸線に収れんしているので、前記混合流の
流れを乱すことなく燃焼室の中心に向けてスムーズに供
給される。

また、前記円錐状のスリットからなる第１次支燃性ガス
供給路の混合流噴出口への入口が、バーナノズル本体の
軸線に対して15゜〜45゜の角度に形成されていることに
より、混合流がさらに十分に混合され、かつ不燃分が発
生することが解消される。また、前記穿孔あるいは円錐
状のスリットからなる第２次支燃性ガス供給路の燃焼室
への入口が、バーナノズル本体の軸線に対して、10゜〜
45゜の角度に形成されていることにより、第２次支燃性
ガスは混合流によりスムーズに供給される。また、前記
円錐状の燃焼室の広がり角度が20゜〜90゜に形成されて
いることにより、灰分が燃焼室の内面に付着して火炎噴
出口が閉塞することが防がれる。

したがって、上記条件が少なくとも３つ備えられること
により、燃焼効率が大幅に向上し、より高い火炎温度を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す側断面図、第２図は
本発明の第２実施例を示す側断面図、第３図は第２図の
III−III線に沿う断面図、第４図は本発明の第３実施例
を示す側断面図である。１……バーナノズル本体、４……微粉炭供給管（粉体燃
料供給管）、５……混合流噴出口、６……燃焼室、７…
…火炎噴出口、９、20……第１次支燃性ガス供給路、9
a、20c……第１次支燃性ガス供給路の混合流噴出口への
入口、10、30……第２次支燃性ガス供給路、12a、12b、
12c、30c……第２次支燃性ガス供給路の燃焼室への入
口。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】先端が火炎噴出口として開口する円筒状の
バーナノズル本体の後端側内部に粉体燃料供給管が設け
られ、この粉体燃料供給管の先端開口から前記火炎噴出
口にわたって混合流噴出口、および火炎噴出口に向かっ
て拡開する円錐状よりなる燃焼室が連設され、前記粉体
燃料供給管の周囲に前記混合流噴出口に連通する第１次
支燃性ガス供給路と前記燃焼室に連通する第２次支燃性
ガス供給路が形成され、さらに、前記第１次支燃性ガス
供給路の混合流噴出口への入口は、この混合流噴出口に
向かうにしたがい漸次小径となる円錐状のスリットに形
成され、前記第２次支燃性ガス供給路の燃焼室への入口
は、前記火炎噴出口方向に延び、かつバーナノズル本体
の軸線に収れんする穿孔あるいは円錐状のスリットとさ
れ、かつこの入口は前記燃焼室の前後方向に少なくとも
１段形成されていることを特徴とする微粉炭燃焼用バー
ナノズル。
【請求項２】前記円錐状のスリットからなる第１次支燃
性ガス供給路の混合流噴出口への入口が、バーナノズル
本体の軸線に対して15゜〜45゜の角度に形成されている
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の微粉炭燃
焼用バーナノズル。
【請求項３】前記穿孔あるいは円錐状のスリットからな
る第２次支燃性ガス供給路の燃焼室への入口が、バーナ
ノズル本体の軸線に対して10゜〜45゜の角度に形成され
ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の微
粉炭燃焼用バーナノズル。
【請求項４】前記円錐状の燃焼室が、広がり角度が20゜
〜90゜に形成されていることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の微粉炭燃焼用バーナノズル。