JPS6233214A - 石炭水スラリアトマイザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は石炭水スラリを噴霧するアトマイザに係り、特
に、高圧の空気又は蒸気等の噴霧媒体によって石炭水ス
ラリを霧化する方式の石炭水スラリアトマイザに関する
。

（発明の背景〕 微粉炭燃焼に代わる新しい石炭の燃焼方法として、微粉
炭と水を混合した石炭水スラリの燃焼が石炭ボイラに利
用されている。石炭水スラリは。

石炭を従来の石油系燃料と同様に、ポンプでバーナまで
供給することができるために、微粉炭の空気搬送と比較
して、流量制御の簡便さと燃料配管径の縮少などの輸送
面の利点がある。また、ボイラ用の燃料として石炭水ス
ラリを考えると、燃料の発熱量を高くする必要性から、
石炭水スラリに含まれる石炭の濃度を６２〜７０％にま
で高くした高濃度石炭水スラリがボイラ用燃料として用
いられている。

さて、このような流体として取扱える石炭水スラリを燃
焼するには、液体状の石炭水スラリを微小な噴霧粒子に
まで小さくするアトマイザが必要となる。アトマイザに
は空気又は蒸気を噴−媒体として用いて、気体の運動エ
ネルギで石炭水スラリを微小粒子にまで噴霧する二流体
噴射弁がある。

二流体噴射弁による噴霧の平均粒径は、一般に、２００
〜３００μｍと微粉炭の平均粒径４０〜７０μｍと比較
して大幅に増加するとともに、噴霧粒子の粒子速度が微
粉炭の数倍から数十倍となるために、ＮＯｘの増加及び
着火の不安定化等の問題点がある。このような問題点を
解決するアトマイザとして、噴霧の平均粒径を低減する
とともに、噴霧粒子の粒子速度をＹジェットアトマイザ
等の従来のアトマイザに比べて大幅に低減する試みがな
された。二流体のアトマイザとして、例えば、特開昭５
８−１７９７１４号公報に示されるように、直線状に延
びる石炭水スラリ流路の内壁接線方向に開口する霧化媒
体供給孔を設けたアトマイザが知られている。このアト
マイザは、噴霧媒体の旋回力によって噴霧を形成する方
法である。この方法は、噴霧粒子の粒子速度を大幅に低
減する点ではすぐれている。しかし、アトマイザの噴出
口がら石炭水スラリか微粒化されずに吐出する問題があ
る。これは、高速の噴霧媒体と石炭水スラリか接触して
噴霧粒子を形成するにもかかわらず、ノズル内で噴霧粒
子が再び合体して粗粒を形成することによる０重油等の
石油系燃料では粗粒を形成しても、単滴の燃焼時間は石
炭水スラリに比べて一般に短いために、火炉出口の未燃
分が増加することは少ない、しかし、石炭水スラリの噴
霧粒子は、水と石炭粒子の複合体であり、石油系燃料の
燃焼過程に比べ水の蒸発過程と石炭粒子中のチャーの燃
焼過程が加わるため、粗粒の生成は未燃分の増加となる
。従って、石炭水スラリ噴霧粒子を良好に燃焼するには
、粗粒の生成は解決しなければならない重要な課題とな
っている。

ｊまた、直線状に延びた石炭水スラリ流路の途中に噴霧
媒体の噴出孔を設け、この噴出孔は石炭水スラリの流路
の中心軸とある角度をなし、かつ。

噴出孔と石炭水スラリ流路の中心軸とが同一平面上にあ
ることを特徴とするアトマイザが知られている。この種
のアトマイザは、噴霧媒体の噴出速度を増加することに
よって前述の粗粒の生成を防止することができる。しか
し、この方法では噴霧粒子がＬｏｏｍ／ｓ〜３００ｍ／
ｓで噴出するという問題が生じる。高速の噴霧粒子は火
炎を不安定にする。従って、この種のアトマイザをバー
ナに取付けた燃焼装置では、燃焼用空気の強力な旋回、
又は、保炎板によって、火炎を安定に保持することが必
要不可欠となる。しかし、この種の火炎の安定化は、バ
ーナ近傍での石炭水スラリ噴霧と燃焼用空気の混合を促
進するため、バーナ近傍での空気比分布の制御は回置と
なってＮＯｘの濃度が増加するという問題がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、石炭水スラリの霧化する際に生じる粗
粒を効果的に減少し、噴霧の平均粒径を低減し、石炭水
スラリ噴霧粒子の粒子速度を低減し、火炎の安定性と低
ＮＯｘ化を図るアトマイザを提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、アトマイザの中心に石炭水スラリを供
給する供給管を配し、供給管の下流に設けた噴霧混合室
の内壁接線方向、かつ、噴霧混合室の内壁とアトマイザ
の噴霧を放出する場所側の面の交点であるアトマイザの
端面をねらう角度に噴霧媒体の噴出孔を設け、噴霧媒体
のもつ旋回力とアトマイザの端面に衝突する際の衝突力
によつて石炭水スラリを良好に微粒化するアトマイザの
構造にある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図は本発明によるアトマイザの一例の断面図である。本
実施例のアトマイザは、ノズルチップ１１と、セラミッ
クス体１２、及び、セラミックスカバー１３から成る。

ノズルチップ１１は、中心部に石炭水スラリ供給管１６
をもつ。石炭水スラリ供給管の下流側に、石炭水スラリ
と噴霧媒体を混合する噴霧混合室１４がある。噴霧混合
室の内径は４ｍ〜１６ｍ＋が適当である。噴霧混合室の
内壁は、内壁の接線方向、かつ、噴霧混合室の内壁とア
トマイザの噴霧を放出する場所に面した側面との交点の
アトマイザ端面をねらう角度に開けた、噴霧媒体流路１
５をもつ、噴霧媒体流路１５の径は０．８〜３閣が適当
である。さらに、噴霧混合室の先端は、高速で衝突する
石炭水スラリ噴霧粒子によってノズルチップが摩耗する
のを防止するため、セラミックス体１２がセラミックス
カバー１３によってノズルチップに取り付けられている
。セラミックス体は、チツ化ケイ素、チッ化炭素、アル
ミナなどの耐摩耗性に秀れた材料であって、連続玉子時
間の使用下でも性能の劣化が認められないことが必要で
ある。また、セラミ　　　　−ツクス力バー１３は、セ
ラミックス体の脱落や火炎の放射等から保護する目的で
取り付けられている。

第２図は第１図の■−■矢視図である。第２図に示した
ように、噴−媒体流路１５は混合室１４の内壁の円形に
接する方向に設けられている。

さて、噴霧媒体Ｇはノズルチップ１１に設けられた噴霧
媒体流路１５を通り、高速気流となって噴霧混合室１４
へ噴出される０石炭水スラリは石炭水スラリ供給管１６
によって混合室１４へ供給される。混合室へ供給された
石炭水スラリは、高速の噴霧媒体Ｇと良好に混合する。

この時、噴霧媒体は旋回エネルギとアトマイザの端面に
衝突する衝突エネルギをもつ。従って、石炭水スラリは
、最初に高速の旋回力で微細化され高速の噴霧粒子とな
ってアトマイザの端面に衝突する。このとき、衝突力に
よって、主として噴霧粒子の中の粗粒子を再微粒化し、
噴霧粒子を微細化する。

噴霧粒子は、噴霧媒体のもつ旋回力を受得る結果、旋回
速度をもち、かつ、分散されて噴出する。

分散した噴霧粒子の流れの代表的な部分は、第１図に示
すような流れである０部分Ａ１はノズルエツジに衝突し
て分散した流れであり、噴霧粒子の大多数はこの流れに
従う、この流れに従う分散は。

一般に、ホロコーンと呼ばれている。第１図中のαで定
義される噴霧角は本実施例の場合、約８０”であった、
旋回流をなす噴霧粒子の流れの中心部は圧力が低下する
ので、部分Ａ１の一部Ａ２は内側へ巻き込まれる１部分
Ａ２は、燃焼ガス再循環効果によって、アトマイザから
の後続微粒子の加熱、分解、を捉進することができ、分
散した噴霧の流れのアトマイザ噴出直後からの燃焼を安
定に行なわせることができる。

噴霧媒体供給路１５とアトマイザの中心軸とのなす角θ
に関して実験した結果が第３図である。

実験は、噴霧媒体と噴霧媒質の比で定義される気液流量
比が０．１、噴霧媒質の石炭水スラリの供給量が１００
ｋｇ／ｈの条件で行なった。このときの噴霧媒体流路の
径は１ｍである。噴霧粒径の測定は、アトマイザの下流
１．３　ｍの所の噴霧粒子をプレパラート上に塗付した
シリコンオイルで捕集する受止め法によって行なった。

受止め法を行なう際に生じる噴霧粒子の合体を回避する
ために、噴霧粒子の捕集には回転シャッタを使用した１
粒径の測定は、写真と顕微鏡を組み合わせて粒子を百倍
に拡大して行なった。また、平均粒径は、粒径の二乗和
と二乗和の比で定義される体表面積平均粒径ｄ３ｍを使
用した。第３図の結果から明らかなように、噴霧媒体流
路の角度θが３０°〜６０゜で良好に低減されているこ
とがわかる。一般に、噴霧の最大粒子径は噴霧の平均粒
径の二、二倍であると言われている。また、噴霧粒子径
５００μｍ以上の石炭水スラリ噴霧粒子は、滞留時間約
３秒の火炉内で燃焼しきれずに排出されることが知られ
ている。従って、灰中未燃分を低減するためには、噴霧
の平均粒径は１７０〜２５０μｍである必要がある。燃
焼に適した噴霧を形成するためにも、噴霧媒体流路の角
度０は３０〜６０°であることが適している。

本実施例のアトマイザは、効果的に石炭水スラリを微粒
噴霧にすることが可能であり、噴霧媒体流路の角度θが
３０〜６０°の時に燃焼に最適の噴霧を得られることが
わかる。

第二の実施例を第４図により説明する。第４図は本発明
の第二の実施例のアトマイザの断面図である。第二の実
施例のアトマイザはノズルチップ１１とセラミックス体
４３，４４、セラミックスカバー１３からなる。ノズル
チップ１１は、中心部に石炭水スラリ供給管１６をもつ
。石炭水スラリ供給管１６の下流には、石炭水スラリと
噴霧媒体Ｇ１を混合する噴霧混合室４１がある。噴霧混
合室４１の下流には、石炭水スラリと噴霧媒体Ｇ２を混
合する噴霧混合室４２がある。噴霧混合室４２の内径は
、噴霧混合室４１の内径より大きい、噴霧混合室４１は
、噴霧媒体Ｇ１を放出する噴霧媒体流路４５をもつ。噴
霧媒体流路４５は噴霧混合室４１の内壁の接線方向、か
つ、噴霧混合室４１の下流側の端面４７をねらう角度で
設けられている。さらに、噴霧混合室４１の内壁は、高
速で衝突する石炭水スラリ噴霧粒子でノズルチップが摩
耗するのを防止する目的でセラミックス体４３を取り付
けられている。噴霧混合室４２は噴霧媒体Ｇ、を放出す
る噴霧媒体流路４６をもつ。

噴霧媒体流路４６は噴霧混合室４２の内壁の接線方向、
かつ、噴霧混合室４２の下流側の端面４８をねらう角度
で設けられている。さらに、噴霧混合室４２の内壁は、
高速で衝突する石炭水スラリ噴霧粒子でノズルチップが
摩耗するのを防止する目的でセラミックス体４４を取り
付けている。セラミックス体４４は、火炎の放射を防止
するのを兼用したセラミックスカバー１３でノズルチッ
プに取り付けられている。

第５図は第４図の■−■矢視図である。噴霧媒体流路４
６は噴霧混合室４２の内壁に接する方向に開けられてい
る。第６図は第４図のＶＩ−ＶＩ矢視図である。噴霧媒
体流路４５は噴霧混合室４１内壁に接する方向に開けら
れている。

さて、噴霧媒体Ｇ２は噴霧媒体流路４５を通り、高速気
流となって噴霧混合室４１へ噴出される。

このとき、噴霧媒体Ｇ１は旋回力と端面４７に衝突する
際の運動エネルギで石炭水スラリを一次微粒化する。微
粒化された石炭水スラリは、噴霧混合室４２へ導びかれ
、噴霧媒体Ｇ２　と混合する。

噴霧媒体Ｇ、は微粒化された石炭水スラリ粒子に再び旋
回力と端面４８に衝突する衝突力を加え、粗粒子を効果
的に再微粒化する。

噴霧媒体流路４５の流路の形状は第４図に示した形状に
限るものでなく、第７図の形状でも同等の効果が得られ
る。第７図において、噴霧媒体Ｇ１は端面４８をねらう
角度で開孔されており。

噴霧混合室１４は単純な円筒形をなしている。噴霧媒体
流路４５の総断面積と噴霧媒体流路４６の総断面積の比
と、アトマイザの端面４８から噴霧媒体Ｇ１の投入孔ま
での距離Ｑ１と端面４８から噴霧媒体Ｇ２の投入孔まで
の距＠Ｑ□とを、投入する噴霧媒体の流電が最大になる
ように選べば、噴霧媒体の持つ旋回エネルギと端面に衝
突する際の衝突エネルギを有効に使用して粗粒子の再微
粒化を効果的に行なうことができる。第８図は噴霧粒子
の粒径分布を示し、粗粒子の再微粒化の効果の例を示し
た図である。実験は気液流量比が０．１２４　、石炭水
スラリの供給量が３００ｋｇ／ｈの条件で行なった。噴
霧粒径は受止法で測定した。

曲線８１は調整前の重量分布であり１曲線８２が最適化
した時の噴霧の重量分布である。このときの噴霧媒体流
量４５の総断面積と噴霧媒体４６の総断面積の比は、１
６対７５であり、距離Ｑ□とＱ□を石炭水スラリ供給管
の内径ｄで標準化した比Ｑ１／ａ対Ｄ　ｚ　／　ｄ　　
が１対Ｆであった。第８図かられかるように、最適化さ
れた第二実施例のアトマイザは、効果的に粗粒噴霧粒子
の再微粒化が可能であることがわかる。

第二の実施例のアトマイザは噴霧媒体Ｇ１と０２を種類
の異なる物質を選ぶことで、微粒化性能を一層向上する
ことができる。例えば、噴霧媒体Ｇ工と０２が相互に接
触する発熱反応を生じる物質を選べば、噴霧混合室内で
噴霧媒体Ｇ１とＧ２が良好に混合した際に石炭水スラリ
の加熱を生じ、石炭水スラリの粘度は低減して、噴霧の
平均粒径は減少する。

また、噴霧媒体供給路４５．４６がアトマイザの中心軸
となす角θ１と０２は、種々の実験から３０°〜６０°
が噴霧の平均粒径を低減する効果をもつ。

第三の実施例を第９図により説明する。第９図は本発明
のアトマイザの断面図である。第三の実施例のアトマイ
ザはノズルチップ９１とセラミックス体９６．９８と、
セラミックスカバー９７、噴霧媒体供給管９２からなる
０本アトマイザは、中心部に噴霧媒体Ｇ２を供給する噴
霧媒体供給管９２をもつ、噴霧媒体供給管９２を内管と
し、ノズルチップ９１を中心部に設けた円管を外管とす
る円環状流路は石炭水スラリを供給する石炭水スラリ供
給管９５である。ノズルチップ９５は噴霧媒体Ｇ１を供
給する噴霧媒体流路９３をもつ。噴霧媒体流路９３は、
石炭水スラリ供給管９５の外管の接線方向、かつ、石炭
水スラリ供給管９５の内管の下流側の端面９９をねらう
角度で設けられている６一方、噴霧媒体供給管９２は噴
霧媒体Ｇ２を供給する噴霧媒体流路９４をもつ。噴霧媒
体流路９４は石炭水スラリ供給管９５の外管の下流側の
端面１００をねらう角度で設けられている。

さらに、石炭水スラリ供給管９５の下流の端面９９．１
００は高速で衝突する石炭水スラリ噴霧粒子で摩耗する
のを防止するため、セラミックス体９６．９８が取り付
けられている。セラミックス体９６．９８はセラミック
スカバー９７によって、ノズルチップに取り付けられて
いる。

さて、噴霧媒体Ｇ□は噴霧媒体流路９３を通って高速気
流となって石炭水スラリ供給管９５内に噴出される。こ
のとき、噴霧媒体Ｇ１は旋回エネルギと端面９９へ衝突
する際の衝突エネルギによって石炭水スラリの一部を微
細化し、噴霧状態とする。このとき、霧化された分散流
は、端面９９によって噴出方向を変更され、第９図に示
すＡ１の流れとなる。分散の流れＡ、はセラミックス体
９８の後流側に生じた循環流によって急速に減速される
。一方、噴霧媒体Ｇ２は、端面１００へ衝突する際の衝
突エネルギによって石炭水スラリの一部を微細化し噴霧
状態にする。噴霧状態にされた分散は、第９図に示すＡ
８の流れとなって、分散の流れＡ１の外周を流れる。従
って、第三の実施例のアトマイザは、４０”〜８０”の
広噴霧角、かつ、噴霧の流量分布の最大がアトマイザの
中心軸上に位置するガウシアン型の噴霧をする。また、
アトマイザの中心軸方向に離れた任意の点におけるアト
マイザ中心軸方向の流速分布の最大値が、単孔のＹ−ジ
ェット型アトマイザに比べて１７３〜１／２である特徴
をもつ。この結果、第三の実施例のアトマイザをバーナ
に装着すると、従来のＹ−ジェット型アトマイザの場合
に比べて、大幅に火炎の着火位置をバーナ側へ近付ける
効果を奏する。また、火炎の中心部を容易にＮＯｘ還元
雰囲気に保つことができるため、一層の低ＮＯｘ燃焼を
することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、火炎の着火位置をバーナ側へ近ずけ、
燃焼率を高くし、低ＮＯｘ燃焼をする効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のアトマイザの噴霧の分散の
説明図、第２図は第１図の■−■矢視断面図、第３図は
第１図のアトマイザの噴霧平均粒径に及ぼす噴霧媒体流
路角度の影響を示した特性図、第４図は第二の実施例の
アトマイザの噴霧の分散の説明図、第５図は第４図の■
−■矢視図、第６図は第４図のＶｌ−ＶＩ矢視断面図、
第７図は第二の実施例の変形例のアトマイザの噴霧の説
明図、第８図は第二の実施例のアトマイザの噴霧の粒径
分布を示す特性図、第９図は第三の実施例のアトマイザ
の噴霧の分散の説明図である。 １１・・・ノズルチップ、１２・・・セラミックス体。 １３・・・セラミックスカバー、１４・り噴ＷａＸ合室
、第２図 粥３図 巷妹体歳路ｎ馬准釦 Ｉ 粒外ｄ（μ亀〕・

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、石炭水スラリを蒸気等の噴霧媒体で霧化するアトマ
   イザにおいて、 前記アトマイザの中心に前記石炭スラリを供給する供給
   管を配し、前記供給管の下流側に設けた、噴霧混合室の
   前記アトマイザの中心軸の直交断面に描いたある半径の
   円に接する角度、かつ、前記噴霧混合室の内壁と前記ア
   トマイザの噴霧を放出する場所側の面の交点である前記
   アトマイザの端面をねらう角度で前記噴霧媒体を高速で
   噴出させることを特徴とする石炭水スラリアトマイザ。 ２、特許請求の範囲第１項に記載のアトマイザにおいて
   、 前記噴霧媒体を噴出する噴霧媒体流路を、前記石炭水ス
   ラリの流れ方向に二か所設け、上流側の第一の前記噴霧
   媒体流路から噴出する高速の前記噴霧媒体を混合せしめ
   、前記の第一の噴霧媒体流路の下流側に設けられた第二
   の噴霧媒体流路から前記噴霧媒体を高速に噴出させるこ
   とを特徴とする石炭水スラリアトマイザ。 ３、特許請求の範囲第１項に記載のアトマイザにおいて
   、 石炭水スラリの前記供給管の中心部に前記噴霧媒体を供
   給する噴霧媒体供給管を配し、前記石炭水スラリの供給
   管の外周部に配した前記第一の噴霧媒体流路と、前記噴
   霧媒体供給管において石炭水スラリ供給管内壁とアトマ
   イザの噴霧放出場所側の面との交点の端面をねらう角度
   で配した前記第二の噴霧媒体流路から噴出する高速の前
   記噴霧媒体を特徴とする石炭水スラリアトマイザ。