JPS6298111A - バ−ナ装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、バーナ装置に係り、特に微粉固体が液中に懸
濁するスラリ燃料の高効率・低公害燃焼を実現するのに
好適なバーナ装置に関するものである。

（従来の技術） 第１０図に、Ｃ重浦焚の実機ボイラにおいて実績の最も
多い、いわゆるＹジェット式アトマイザの軸方向断面図
を示す。図に示すように、このアトマイザチップ１は、
中央の微粒化媒体３の通路の先端部に設けられた微粒化
媒体供給孔５およびこれに連結された混合通路６と、該
混合通路６に燃料を流入させるための燃料供給孔４とか
らなる。

しかしこのアトマイザは、噴出速度が太き（着火が不安
定になり易（、また混合噴出孔内部に液膜が偏って生し
、それが出口端面（エツジ）で分裂して粗大な液滴とな
るために長炎化し、燃焼全般にわたり燃え切りがかなり
遅れてしまう。またバーナにおいて、エアレジスタの調
整によって低ＮＯｘ　’１ｐ−４焼を行なおうとしても
、火炎がリフトし安定な還元ゾーンができず、ＮＯｘの
排出量が増大するという欠点がある。したがって、この
Ｙジェット式ア１−マイザは、実質的にこのままの構造
ではＣＷＭ　（高濃度石炭・水スラリ）の燃焼に利用す
ることはできない。

第１１図には、−ト記Ｙジェット式アトマイザの欠点を
補うために噴出孔の出口に衝突板（セラミック製ターゲ
ソＩ−）７を設けたアトマイザの軸方向断面図を示す。

このアトマイザは、粗大な液滴を衝突によって再微粒化
させ、また噴霧を広角化してバーナ軸方向の噴出速度を
低減させ、保炎性を向上させることを期待したものであ
るが、実際に燃焼テスト（５００ｋｇ／ｂ）をおこなっ
てみると、噴霧角が大きくなりすぎることが指摘された
。

なお、図中、８は金屈製覆い、９は止めねじである。す
なわち、噴霧液滴がハーナヅーン半径方向の外側まで貫
通してしまい、旋回の強いバーナでは３次空気との混合
域ではしめて着火し、はじめの思惑とは逆にＮＯｘが増
加してしまうことがわかった。また同じように噴霧角が
大きずぎたことが原因であるが、バーナスロートに未燃
の噴霧が衝突するという１−ラブルも経験した。このよ
うなターゲット構造のまま噴霧のひろがり角度を小さく
しようとすると、つまりクーゲットの頂角を小さくして
いくと、ターゲットの表面積すなわち気液の衝突面積が
小さくなって噴霧粒径が太き（るという欠点を生じる。

いずれにせよ、このままの衝突方式では、ＣＷＭの燃焼
改善に供し得ないのが現状である。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな（し、特
に微粉固体を媒体液中に高濃度で懸濁したスラリ燃料の
燃焼に対して着火性を改善し、かつ保炎性能を向上させ
るとともに、灰中未燃分を低減させ、かつ排出ＮｏＸ１
度も減少させる直効−ド・低公害のバーナ装置を提供す
ることにある。

（問題点を解決するための手段） 要するに本発明は、中心軸から半径方向にゆるやかな拡
がりを有するロート状のターゲットを外側からアトマイ
ザチップに固着させ、そこへ気液混合物を衝突させて再
微粒化による微粒化の促進をはかると同時に、噴霧をあ
まりひろがり角度の大きくないホローコーン状になるよ
うにしたものである。すなわち、本発明は、各流路から
供給される微粒化媒体と燃料を混合流路で混合した後、
噴出孔から炉内に噴射させる二流体アトマイザを有する
バーナ装置において、前記噴出孔出口にロート状の衝突
板（ターゲソ］−）を設け、かつ該衝突板の衝突面をバ
ーナ中心軸となす角度が少なくとも１０°以上になる傾
斜面で構成したことを特徴とする。

本発明においては、前記衝突板の外周に、バーナの中心
軸に対し０°以上とし、かつ衝突板の傾斜よりも小さい
角度を有するふちを設けることが好ましい。

また混合噴出孔と同軸の円周上で、各混合噴出孔の間に
少なくとも１つ以上の微粒化媒体のみを噴射する孔を、
前記衝突板表面に対する入射角度が少なくともＯ″以上
なるように設けることが好ましい。この微粒化媒体のみ
を噴射する孔は、微粒化媒体流路よりも内径の小さなオ
リフィス状のしぼりを経て設けられた微粒化媒体室に連
結させたものが好ましい。さらにこの微粒化媒体供給孔
の径は、混合噴出孔の径より小さくすることが好ましい
。

以下、本発明を図面に示す実施例により詳細に説明する
。

（実施例） 第１図は、本発明によるバーナ装置（衝突二流体アトマ
イザ）の正面図、第２図は、第１図のＡ方向およびＢ方
向の断面図を示したものである。

このバーナ装置において、アトマイザチップ１は、その
中心軸に設けられた微粒化媒体３の通路１８と、該媒体
通路１８の外周側に環状に設けられた燃料２の通路２人
と、その先端に設けられた燃料供給孔４と、前記微粒化
媒体と燃料が流入混合する混合噴出孔６と、混合噴出孔
６の間に交互に設けられた微粒化媒体噴射孔１５とから
なる。混合噴出孔６は、その出口をアトマイザチップの
火炉側外表面円周上で等間隔になるよう配置される。

なお、混合噴出孔のバーナ中心軸に対するひろがり角（
片振り）をθｉとする。

微粒化媒体通路１８の先端には微粒化媒体用のオリフィ
ス１３が設けられ、またその先（下流側）には微粒化媒
体室１４が設けられ、さらにその側壁からターゲソ）１
０の方向へ微粒化媒体孔１５が設置されている。この微
粒化媒体孔１５は、微粒化媒体のみをターゲット１０に
噴射して、ターゲット上で扇状にひろがる噴霧外縁量子
の干渉部をとり払う目的で設けられている。微粒化媒体
室１４は、アトマイザチップ１と同一体で加工するのが
実質的に不可部であるため、火炉側から同径の孔をあけ
、めくらふた１４Ａを挿入して溶接によりシールして設
けるとよい。オリフィス１３の径は、微粒化媒体供給孔
５の合計断面積に一致するように決定される。また微粒
化媒体噴出孔１５の径は、混合噴出孔径より小さく、例
えば１／２にすると、微粒化媒体室１４内の圧力が高く
なり、微粒化媒体が必要以上に微粒化媒体孔１５の方へ
流れてしまうことはなくなる。微粒化媒体孔１５は、ア
トマイザチップ１の火炉側表面の円周上で混合噴出孔６
の間にその出口がくるように配置される。

ターゲット１０は、耐摩耗性のセラミックスで成形され
、バーナ中心軸に対しゆるやかなひろがり角度θｔを有
する末広がりロート状のリングからなり、キャンプナツ
ト１２によってターゲット固定管１１に固定されている
。キャンプナツト１２は、万一、ターゲット１０が破損
してもその破片が落下しないようにするためのものであ
る。噴霧角度は、はぼθｔで規定されるため、必要に応
じてθｔを変化させたターゲットが使用される。

これまでの実験結果からは、θｔ＝２５〜４０″程度が
ＣＷＭの燃焼に適するものであることがわかった。θｔ
は、バーナ中心軸に対する混合噴出孔の角度θｉよりも
小さく　（θｔ〈θｉ）する必要がある。△θ＝θｉ−
θｔが、ターゲツト面に対する気液混合物（微粒化媒体
と燃料）の衝突角（いわゆる入射角）になるわけである
。ターゲットの外周端には突起状のぶちＩＯＡを設ける
ことが好ましい。このぶちＩＯＡは、ターゲ・ノド上で
ひろがる燃料液膜を剥ぎとる目的のために設けられたも
のであるが、燃料がクーゲット周端に固着（デボシト）
するのを防止する効果もある。バーナ中心に対するぶち
ＩＯＡの角度θｅは、θｅ〉０°にする必要がある。θ
６＜０”になると、フローパターンがくずれて不均質な
噴霧流になり易くなる。混合噴出孔６とクーゲット１０
の位置関係は、混合噴出孔６の中心軸の延長線がターゲ
ット１０の表面かまたはふち１０Ａに到達するようにす
ればよい。

第１図および第２図の装置において、微粒化媒体（例え
ば蒸気、圧縮空気等）３は、微粒化媒体流路１８から供
給され、アトマイザチップ１の微粒化媒体供給孔５でし
ぼられたあと混合噴出孔６へ入る。燃料２は、バーナガ
ン内筒の外周を環状に流れ、混合噴出孔６の側壁に出口
を有する燃料供給孔４より混合噴出孔６へ供給され、微
粒化媒体と混合した後に火炉内へ噴射される。このとき
、燃料２は、第３図に示すように、微粒化媒体供給孔５
より供給される微粒化媒体３によって噴出孔６の片側へ
押しやられ、噴出孔内壁面上で液膜となる。その液膜表
面は、微粒化媒体によって気体力学的に型肌され、表面
から微細な：／＆、滴が分裂する。一方、液膜は噴出孔
６の出口端面で分裂し粗大な液滴となり、さらにターゲ
ット１０の表面へｉ（ｉ突し再微粒化する。このように
して、本７１−マイザでは微粒化が著しく促進される。

また衝突によって噴霧がひろがるために減速し、噴霧の
フローパターンは丸みをおびたつり鐘状になる。噴霧液
滴は半径方向への貫通力が衰えて火炎外周部まで飛行し
ない。そのため火炎の外縁では０□過剰燃焼となり、Ｎ
Ｏｘを低減させることができる。

第４図は、第３図において微粒化媒体噴射孔１５から微
粒化媒体３を噴射し、扇形にひろがる噴霧の外縁同士の
干渉を防ぐ作用を模式的に示す図である。このようにす
れば、第３図の場合の効果に加えて噴霧液滴の合体を防
ぎ微粒化を良好に保ことができる。

築５図および第６図は、それぞれ混合噴出孔６と微粒化
媒体孔１５の位置関係の実施例を示す正面図である。第
５図は、アトマイザチップの火炉側表面の円周上に混合
噴出孔６と微粒化媒体孔１５を交互に、かつ等間隔に配
置したもの、第６図は、混合噴出孔６を２つの微粒化媒
体孔１５ではさみつけるように配置したものであり、噴
霧同士の干渉を第５図の場合よりもさらにおさえるよう
に配慮したものである。このように、微粒化媒体孔の数
を増やした場合には、第６図におけるその径は、第５図
の場合の径よりも小さくする必要がある。

第７〜９図は、本発明を利用した場合の実験データを従
来型の２種頬のアトマイザ（第１０図および第１１図）
と比較して示したものである。いずれも、アトマイザの
性能を知ろうとしたため、気液比以外の条件は変化させ
なかった。

第７図は、気液比に対する噴霧平均粒径１３２．の変化
を示したものである。従来型のＹジェソ］・アトマイザ
（第１Ｏ図）に対し、コーン形状のターゲノ（・を有す
る従来型の衝突二流体アトマイザ（第１１図）では、衝
突による再微粒化の効果によって丁３λが小さくなるが
、本発明になるアトマイザ（第１図および第２図）を利
用するとさらにＪｘｚが減少し微粒化が促進する。これ
ば、同じ衝突面（ターゲット）であっても、本発明アト
マイザの方が気液衝突面積が大きいために、再微粒化作
用が効率よく行なわれたものと考えられる。

次に第８図は、各アト？イザにおける気液比に対するＮ
Ｏｘの変化を示したものである。図から、本発明のアト
マイザが最もＮＯｘが低いことがわかる。これは、微粒
化が良好になり着火が促進されたため、バーナの近傍に
安定な還元雰囲気がっくり出されたためである。本発明
では、従来型の衝突二流体７１−マイザ（第１１図）を
改良し噴霧角を小さくできるようにしたため、噴霧がつ
り鐘状になる。したがって、バーナの外周まで噴霧液滴
が前進することなく、２次燃焼域で０２過剰燃焼となっ
てＮＯｘを低減させることができる。このようにしてシ
ングルバーナで、ＮＯｘを例えば１５Ｑｐｐｍ以下まで
低減することができる。これは本発明の最大の成果であ
るといえる。

第９図は、各アトマイザについて気液比に対する灰中未
燃分率の変化を示したものである。ここまで述べてきた
ように、本発明のアトマイザは、微粒化が良好であるた
め着火か著しく促進され、噴霧液層内の石炭粒子の燃え
切りもかなり速やかになる。したがって、灰中未燃分率
が低下し、燃焼効率が上昇する。

なお、衝突面（ターゲット）は、耐摩耗性にすぐれるセ
ラミックで成形されているため、長時間にわたる燃焼テ
ストを行なっても噴霧燃焼特性が劣化することなく、信
頼性も高いことが確認された。

本発明になるアトマイザは、被燃焼物としてＣＷＭにと
どまらず、他の殆んど全ての液体燃料に通用可能であり
、同様な効果を有する。すなわち、通常のボイラ燃料で
あるＣ重油はもとより、Ｎ燃性といわれる他のスラリ系
燃料（石炭・メタノールスラリ、オイルコークス・水ス
ラリ、ピッチ・水スラリ、ＣＯＭ、高燃料比炭（燃料比
＝固定炭素／揮発分）を用いたスラリ）や劣質残渣（ア
スファルト等）に対しても、微粒化がきわめて良好にな
ることから、燃焼性（着火性や燃え切り性）が若しく改
善され、燃焼効率が向上する。またこのような含有Ｎ分
の多い燃料に対しても、前記のように、バーナ近傍に安
定な還元ゾーンができ、かつ火炎外周が０□過剰燃焼と
なり、ＮＯｘを低、減させることができる。

また、主として軽油を用いる点火トーチのアトマイザと
して利用しても、噴霧粒径が小さくなることや、フロー
パターンがつり鐘状となって燃焼用空気との混合が良好
になるといった効果によって、発煙（すすの発生）を防
止することが可能である。

（発明の効果） 本発明を実施したことによる効果は以下の通りである。

（１）保炎性の良い火炎を形成できるためにバーナ近傍
に安定な還元ゾーンができて、かつつり鐘状の噴霧であ
るため２次燃焼域まで噴霧が貫通しないために、０２過
剰燃焼が達成されて、ＮＯｘの押出を抑制できる。

（２）上記保炎性の向上と関連し、灰中未燃分が低減す
るため高効率燃焼が実現できる。

（３）微粒化媒体の消費量を低減できるため、補助動力
が少なくて済むようになる。

以上のように、本発明を実施することは省エネルギ、環
境保全対策にとって有効であり、非常に大きな燃焼改善
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のバーナ装置の一実施例を示す正面図
、第２図は、第１図の矢印Ａ方向およびＢ方向の断面図
、第３図は、本発明になるバーナ装置の微粒化促進の原
理を示す部分断面図、第４図は、微粒化媒体の噴射によ
って噴霧の干渉部をとり除く効果をそれぞれ模式的に示
した図、第５図および第６図は、それぞれ本発明のバー
ナ装置における混合噴出孔と微粒化媒体噴射孔の配置状
況を示す図、第７図、第８図および第９図は、本発明の
バーナ装置を用いた実験結果を、従来装置と比較して示
す関係図、第１０図は、従来型の中間混合式二流体アト
マイザ（Ｙジェット式アトマイザ）を示す断面図、第１
１図は、第１０図の装置に衝突板（ターゲット）を付設
した従来の衝突式併用二流体アトマイザを示す断面図で
ある。 １・・・アトマイザチップ、２・・・燃料、３・・・微
粒化媒体、４・・・燃料供給孔、５・・・微粒化媒体供
給孔、６・・・混合噴出孔、７・・・セラミック製衝突
板（ターゲット）、１０・・・衝突板（ターゲット）、
１１・・・ターゲット固定管、１２・・・金屈製覆い、
１３・・・微粒化媒体用オリフィス、１４・・・微粒化
媒体室、１５・・・微粒化媒体噴射孔、１６・・・噴霧
流、１７・・・微粒化媒体の流れ、１８・・・微粒化媒
体通路。 代理人　弁理士　　川　北　武　長 第１図 気液比Ｗａ／Ｗ？（−） 第８図 気液比Ｗａ／Ｗ！（−） 気液比Ｗａ／Ｗ！（−） 第１０図 第１Ｉ図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）各流路から供給される微粒化媒体と燃料を混合流
   路で混合した後、噴出孔から炉内に噴射させる二流体ア
   トマイザを有するバーナ装置において、前記噴出孔出口
   にロート状の衝突板（ターゲット）を設け、かつ該衝突
   板の衝突面をバーナ中心軸となす角度が少なくとも１０
   °以上になる傾斜面で構成したことを特徴とするバーナ
   装置。
2. （２）特許請求の範囲（１）において、前記衝突板の外
   周に、バーナの中心軸に対し０°以上とし、かつ衝突板
   の傾斜よりも小さい角度を有するふちを設けたことを特
   徴とするバーナ装置。
3. （３）特許請求の範囲（１）または（２）において、前
   記衝突板を、バーナの半径方向外表面から金属製の覆い
   でアトマイザ本体に固着させたことを特徴とするバーナ
   装置。
4. （４）特許請求の範囲（１）ないし（３）のいずれかに
   おいて、混合噴出孔と同軸の円周上で、各混合噴出孔の
   間に少なくとも１つ以上の微粒化媒体のみを噴射する孔
   を、前記衝突板表面に対する入射角度が少なくとも０°
   以上になるように設けたことを特徴とするバーナ装置。
5. （５）特許請求の範囲（４）において、微粒化媒体のみ
   を噴射する孔は、微粒化媒体流路よりも内径の小さなオ
   リフィス状のしぼりを経て設けられた微粒化媒体室に連
   結されていることを特徴とするバーナ装置。
6. （６）特許請求の範囲（４）または（５）において、微
   粒化媒体供給孔の径を、混合噴出孔の径よりも小さくす
   ることを特徴とするバーナ装置。