JPH0788940B2

JPH0788940B2 - 予混合式アトマイザ

Info

Publication number: JPH0788940B2
Application number: JP19237086A
Authority: JP
Inventors: 一教佐藤; 邦夫沖浦; 彰馬場
Original assignee: バブコツク日立株式会社
Priority date: 1986-08-18
Filing date: 1986-08-18
Publication date: 1995-09-27
Anticipated expiration: 2010-09-27
Also published as: JPS6349614A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は予混合式アトマイザに係り、特に微粉固体を含
有するスラリ状燃料の高効率、低公害燃焼化を図るに好
適な予混合式アトマイザに関する。

〔従来の技術〕

CWM（高濃度石炭・水スラリ）は流体化した燃料であ
り、従来の油と同じようにアトマイザを用いて噴霧燃焼
させることができるが、微粉炭と比較した場合の問題点
として着火保炎性の悪さと未燃分が増大してしまうこと
が知られている。着火性の悪さの原因は水の蒸発に熱が
費やされるためであり、微粉炭と比較してかなり着火距
離が長くなる。また、未燃分の増加を招く原因としては
未解明な部分が少なくないが、液滴内で微小な石炭粒子
が凝集しているため微粉炭のように個々の粒子のまま燃
え切らないことと、水分によって燃焼が低下するためで
ある。さらに石炭燃焼の特徴として、保炎性が悪く火炎
がリフトした状態では安定な還元域を形成しにくく（し
かも高温にならない）NOxを抑制するのが難しい（この
事実は微粉炭燃焼にもあてはまる）ことが挙げられる。
したがって、CWMの燃焼効率を微粉炭並みまで上昇させ
るには、噴霧性能にすぐれCWMの燃焼に適したアトマイ
ザを開発することが必要である。

第６図及び第７図は従来型の代表的な二流体アトマイザ
の構造の２例を示す断面図である。

第６図は内部混合式の一例を示し、CWMを噴出孔８より
噴出させるアトマイザチツプ本体１の底部には、燃料２
を導入する燃料ノズル４、微粒化媒体３を導入する微流
下媒体供給孔５、及び燃料２と微粒化媒体３を混合する
気液衝突孔６の各々を備え、混合体を本体１の混合室７
へ供給するインタメディエイトプレート10が配設され、
このプレート10に対し本体１がキャップナット９によっ
て一体的に結合されている。

第６図の構成では、インタメディエイトプレート10の中
心に開口する気液衝突孔６で燃料２と微粒化媒体３を合
流混合させて１次微粒化を行わせ、次いで、混合室７で
滞留させた後に噴出孔８より噴射微粒化している。

第７図はＹジェット式と称される中間混合式アトマイザ
であり、燃料供給孔11、入口部に微粒化媒体孔12を有し
中間部に燃料供給孔11が連結された混合噴出孔13の各々
が設けられたアトマイザチツプ本体14と、導入した微粒
化媒体３を微粒化媒体孔12に供給するバーナガン内筒15
と、この内筒15に対し同心円状に配設さて導入された燃
料２を燃料供給孔11に供給するバーナガン外筒16と、こ
の外筒16の上端と本体14との接触面及び内筒15と本体14
の接触面の各々に配設されるパッキン17a、17bと本体14
とバーナガン外筒16を一体的に結合するキャップナット
18とをもって構成されている。

第７図の構成では、燃料２と微粒化媒体３の各々を個別
にバーナガンを介してアトマイザチツプ本体14に供給
し、この本体14内の混合噴出孔13内で両者を衝突合流さ
せ、この混合液を混合噴出孔13から直接噴射する。

第６図及び第７図に示したいずれのアトマイザも、事業
用産業用を問わず油焚ボイラでの使用実績はきわめて多
い。しかし、燃料がCWMとなると比較的大きな液滴を多
量に発生するなど微粒化に関しては不十分であり、この
まま適用することはきわめて難しい。

一方、CWMは、見掛けの粘度や濃度あるいは石炭粒度分
布が同一であってもレオロジー特性が異なると微粒化特
性が大きく変化する。この特徴は上記したいずれのタイ
プのアトマイザでも観察される。擬塑性あるいはニュー
トニアンのCWMと比較して、ダイラタント性を示すCWMは
せん断力の上昇に対して粘度が増加するためさらに微粒
化が不良になる。石炭種によっては、製造したCWMがダ
イラタント性を示すことが少なくない。使用するCWMが
たとえばダイラタント性を示すものであっても、アトマ
イザの構造を選定することによって、少なくとも他のレ
オジー特性のCWMと同等程度の微粒化特性が得られれば
極めて有利になると考えられる。

尚、この種装置に関するものとして、日本機械学会講演
論文集No.865−１（昭61/8）109頁、三菱重工技報Vol.2
2,No.5（1985−９）664頁、石川島播磨重工技報Vol.25,
No.5（1985−９）308頁に記載のものがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、従来のアトマイザにあっては、CWMに適用した
場合、十分な微粒化が出来ないために着火保炎状態が極
めて不安定になり、未燃分ばかりかNOxの排出量も増大
する。また炉出口にも燃え残りが多いため灰処理にも支
障をきたすことになる。

一方、石炭種が変われば製造されたCWMは、見かけ粘度
のみならずレオロジー特性も大きく変化する。レオロジ
ー特性は微粒化特性に多くの影響を及ぼすにもかかわら
ず、従来技術ではこのようなCWMの広範な物性変化への
対応策がほどこされていない。

本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解消し、
微粒化の向上を図り、保炎を強化した安定な火炎を作り
出すことのできる予混合式アトマイザを提供することに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、内径に差異のあ
る形状を有する燃料供給部を混合室の上流側に設け、該
混合室に隣接して少なくとも１つの第２の混合室を設
け、この混合室に微粒化媒体及び燃料供給部よりの燃料
を供給して、二種類の濃度のCWMが得られるように構成
したものである。

〔作用〕

中心部に設けられた混合室は高濃度化した擬塑性のCWM
を生成し、周辺部に設けられた混合室は低濃度化したニ
ュートアンなCWMを生成し、共に微粒化が促進される。
各々の混合室より噴霧された噴霧流は全体に噴霧粒径が
小さくなり、着火保炎性が向上し、未燃分を低減する。

〔発明の実施例〕

以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。

第１図及び第２図は本発明の一実施例を示す断面図及び
平面図である。なお、第６図と同一であるものには同一
の引用数字を用いている。

本発明になるアトマイザは、燃料２及び微粒化媒体３が
導入されるインタメディエイトプレート19と、このプレ
ート19に結合されてCWMを噴射するアトマイザチツプ本
体20とよりなり、両者はキヤップナット９によって固定
される。

インタメディエイトプレート19は、燃料２が導入される
と共にセラミックス等の耐摩耗性材料により燃料供給ノ
ズル21、このノズル21に連結させて設けられる燃料分離
室22、この燃料分離室22の周囲に配設されて微粒化媒体
３が導入される第１の微粒化媒体供給孔23及び第２の微
粒化媒体供給孔24の各々を備えて構成される。

また、アトマイザチツプ本体20は、燃料分離室22に連通
する燃料分離室25、この燃料分離室25に連通する燃料ノ
ズル26、該燃料ノズル26に連通する第１の気液混合室2
7、第２の微粒化媒体供給孔24に連通する第２の気液混
合室28、第１の気液混合室27の内周部に設けられる耐摩
耗材による衝突板（ターゲット）29、燃料分離室25と気
液混合室28を連通する燃料分離ノズル30、気液混合室27
の気液噴出面に形成される噴出孔31、気液混合室28の気
液噴出面に形成される噴出孔32、微粒化媒体供給孔23と
気液混合室27の底部を連通する微粒化媒体ノズル33の各
々を備えて構成される。

燃料分離室22は、燃料供給ノズル21よりも直径が大きく
設定される。また、微粒化媒体供給孔23と24は円周方向
に交互に形成されている。燃料分離室25の下流側中心部
は、この燃料分離室25内で燃料を加圧するために孔径が
小さくされ（燃料ノズル26）ている。さらに、燃料分離
ノズル30の合計断面積は燃料ノズル26の断面積よりも小
さくなるように設定する。

次に、上記のように構成される予混合式アトマイザの作
用効果について説明する。

燃料２は、バーナガン内筒内を流れて、インタメディエ
イトプレート19の中心に開口する燃料供給ノズル21に加
圧供給される。また内筒と外筒の環状隙間内を微粒化媒
体３である蒸気あるいは圧縮空気が流れ、インタメディ
エイトプレート19に各々複数個開口する微粒化媒体供給
孔23及び24に供給される。

微粒化媒体供給23を介して供給された微粒化媒体３及び
燃料ノズル26を介して供給された燃料２は、共に衝突板
29に衝突して両者が混合（１次微粒化）し、混合室27に
噴射される。混合室27内の気液は、複数の噴出孔31から
噴霧流となって放出される。

一方、燃料分離室25より分岐された燃料は、気液混合室
28で微粒化媒体供給孔24より供給された微粒化媒体３
（蒸気）と混合される。この気液混合室28で生成された
混合体は噴出孔32の各々より噴出されるが、噴出孔31に
よるものとは性状が異なっている。

ここに、燃料としてダイラタント性を示すCWMがアトマ
イザに供給されると仮定する。

燃料２は、燃料供給ノズル21、燃料分離室25で加圧さ
れ、孔径の小さな燃料分離ノズル30では脱水作用が生じ
て気液混合室28へは供給された当初よりも濃度の低下し
た（同時に見掛けの粘度も下がる）CWMが供給される。
一方、、燃料ノズル26からは、当初のものより高濃度化
したCWMが気液混合室27へ供給される。この場合には、
高濃度化しても見掛けの粘度が増加するとは限らない。

低濃度化されたCWMは、レオロジー特性が、ダイラタン
ト（せん断速度の増加に対しせん断力が増加する性質）
からニュートニアン（せん断速度とせん断応力が比例関
係になる性質）に変化し、微粒化し易くなる。一方、高
濃度化したCWMは、ダイラタントから擬塑性（せん断速
度の増加に対しせん断応力が低下する性質）に変化し、
著しく微粒化が良好になる。この作用が本発明の特徴と
するところであり、以下詳細に説明する。

第３図に、従来型アトマイザと本発明になるアトマイザ
の噴霧液滴の粒度分布曲線を比較して示す。本発明アト
マイザの方が微小な液滴が多く、比較的大きな液滴が少
ない。すなわち、微粒化が良好になっていることがわか
る。本発明になるアトマイザにおいて、噴霧流中心と外
周部の粒度分布を比較すると、高濃度で擬塑性を示すCW
Mを微粒化した噴霧流中心部の方が、微小な液滴の量が
多い一方で大きな液滴も相対的にやや多くなっている。
これらの特性変化は、CWMの濃度とレオロジー特性の相
違に起因するものと考えられる。

第４図には、本発明になるアトマイザを利用した条件で
の火炎構造模式図として示す。第４図において、20はア
トマイザチップ本体、32はバーナスロート、33は燃焼用
空気、34は高温還元炎、35は酸化炎である。第４図から
明らかなように、火炎中心は、高濃度化したCWMが微粒
化された噴霧が燃焼する高温還元域となり、下流での再
燃焼（Re−Burning）によって低NOx燃焼が達成される。
従来においては、火炎中心は酸素と温度の不足のため燃
焼が遅れ、未燃分が増大するのではないかという危惧が
あったが、本発明の場合は微粒化を良好にすることでこ
のハンディを補っている。

第５図は、NOxと未燃分の関係で実験データを整理し、
本発明になるアトマイザの効果を実証したものである。
同一未燃分レベルで比較した場合、本発明によるアトマ
イザではNOxについて100〜200ppmの低下がみられる。ま
た、同一NOxレヘルで比ベた場合、著しく未燃分が低下
しており、本発明によるアトマイザの効果がきわめて大
きいことがわかる。

尚、以上の構成においては、噴出孔31、32の個数、孔径
を同一にし、開口位置を各々同じバーナ半径方向軸上に
設定したが、これらの条件に関しては、本発明では特に
規定しない。個数、孔径もしくは開口位置の変化を適宜
組合わせれば、本発明の効果に付随する種々の効果を生
み出すことも可能である。

さらに本発明になる二流体アトマイザは、本文中で特に
例として取り上げたCWMにとどまらず、他の微粉固体を
液中に懸濁するスラリ状燃料に対しても適用可能であ
る。

以下に、該当する燃料を列記する。

（１）COM（石炭・油スラリ）（２）メタコール（石炭・メタノールスラリ）（３）PWM（石油コークス・水スラリ）（４）ピッチ・水スラリ（５）固形残炭分の多い劣質残渣以上説明した本発明の実施例によると、具体的に次に列
挙する如き効果が得られる。

（１）いかなる性状のCWMに対しても微粒化特性が良
好になり着火が安定し、保炎性が向上する。

（２）上記保炎性の向上と関連し、フライアッシュ中
の灰中未燃分が低減するため燃焼効果が向上する。

（３）上記効果（２）、（３）と関連し、A/Hで補足
されるシンターアッシュ（燃えがら、燃え残り灰）や炉
底へ落下するクリンカアッシュの全体量が減少するばか
りでなく、それらの灰中未燃分が低減する。そのため灰
処理が著しく容易になり、灰の利用範囲も拡大される。

（４）短炎化するためボイラ火炉を小さくできる。し
たがって経済性の面から有利になる。

（５）上記した（１）〜（３）の効果により、燃焼性
の劣る高燃料比炭（燃料比＝固定炭素／揮発分）を用い
たスラリ燃料にも有利になる。

（６）（１）の効果により、バーナ近傍に安定な高温
還元域が形成され、NOxを低減できる。

（７）大容量比（スケール・アップ）が可能になる。

（８）微粒化媒体（蒸気）量を低減できる。したがっ
て、ボイラ効率が上昇し補機動力費を削減できる。

（９）低過剰空気燃焼が可能になる。よってＳ（イオ
ウ）分を多く含有する炭種（日本国内へ輸入される石炭
では一般にＳ分が少ないが）を用いても低温腐食を防止
できる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、微粒化特性が良好になる
ため、着火が安定し、保炎性が向上することによって燃
焼性が著しく向上するため、省エネルギー及び環境保全
対策が容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例を示す断面図及び
平面図、第３図は噴霧の粒度分布を示す微粒化特性図、
第４図は本発明における噴霧のフローパターンを示す特
性図、第５図は本発明と従来の燃焼試験結果を示す灰中
未燃分特性図、第６図及び第７図は従来のアトマイザの
２例を示す断面図である。 19……インタメディエイトプレート、20……アトマイザ
チツプ本体、21……燃料供給ノズル、22,25……燃料分
離室、23,24……微粒化媒体供給孔、26……燃料ノズ
ル、27,28……気液混合室、29……衝突板、30……燃料
分離ノズル、31,32……噴出孔。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】個別に供給された燃料及び微粒化媒体を混
合する混合室と、該混合室内の混合流体を外部に噴出さ
せる噴出部とを備えたアトマイザにおいて、内径に差異
のある形状を有して前記混合室の上流側に配設される燃
料供給部と、前記混合室に隣接して配設されて微粒化媒
体が供給されると共に火炉側端に噴出孔が形成された少
なくとも１個の第２の混合室と、該第２の混合室と前記
燃料供給部の内径変化部とを連結する燃料分離ノズルを
設けたことを特徴とする予混合式アトマイザ。
【請求項２】前記混合室がアトマイザの中心軸上に配置
され、前記第２の混合室が前記混合室の周囲に所定の間
隔で環状に配置されていることを特徴とする特許請求の
範囲第（１）項記載の予混合式アトマイザ。