JPS59170611A - スラリ−状の燃料の噴霧方法と装置 - 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】 この発明は、石炭粉を水および／またはオイルに分散さ
せたようなスラリー状の燃料を霧化させて燃焼させるた
めの噴霧方法と噴霧装置に関するものである。

石油価格の」１昇と石油資源の減少という理由により、
ボイラの燃焼に残香燃料油（重油）を用いることは、最
早経済的なものではなくなってきている。石炭のような
固形燃料は、この上うな残香燃料油よりも入手しやすく
、コスト的にも有利になっている。しかしながら、固形
燃料を残香燃料油の代替としてボイラの熱源に用いるこ
とは、ボイラが油だきとして構成されていることか紙工
可能であり、燃焼構造を変えるには、費用がががりすぎ
て実用的でない。

このような点か呟石炭またはリグナイトを油、水または
これらの混合体などの連続液相体に分散させた固形燃料
粉末ハイドロカーボンからなる液体燃料が開発され、こ
れが残香燃料油に代替されている。このような液体燃料
は、スラリー状であ４− リ、ポンプにより前記残香燃料油と同じようにボイラの
バーナへ加圧供給される。しかし、このスラリー状の燃
料は、多用の粉末を含むため、粘度が高く、さらに燃焼
室へ燃料を供給する噴霧ノズルがつまりやすく、このた
め、霧化させて燃焼させる点で問題が多い。

この発ｌｌｌ１ｌよ、燃料の燃焼がすみやかに行われ、
餡が炉壁に当らないよな燃焼作用が望ましい工業用ボイ
ラおよび焔が長くのびて被処理物に燃焼焔からの燃焼熱
が効果的に伝わることが望ましいキルンの両者の熱源と
して、スラリー状の燃料を霧化燃焼させるための噴霧方
法と装置とを提供することを目的とする。

このような目的において、この発明は、スラリー状の燃
料の導通路である第１導通路と霧化用流体の導通路であ
る第２導通路とを備えたノズル本体の先端にノズルが着
脱自由に連結されており、該ノズルの内部には、回転体
、混合室および前記第２導通路と連通する霧化用流体の
流路が設けられており、前記７ス゛ルの先端には、霧化
された前記燃料を噴霧するオリ゛フイスが設けてあり、
前記回転体には、前記第１導通路と連通し、前記スラリ
ー状の燃料を前記混合室へ供給するボートが軸方向に貫
通し、前記回転体の周側面には、前記第２導通路と連通
して霧化用流体を前記混合室へ導入する複数条の溝が設
けられていることを特徴とするスラリー状の燃料の噴霧
装置を提供する。

前記の溝は、霧化用流体を渦巻流となるように案内する
ものである。

また、前記溝は、霧化用流体が混合室内壁に正接するよ
うな方向で混合室へ流入するように作用することが望ま
しい。

前記ノズルは、ノズル本体に着脱自由に連結されている
。

ノズルの内壁は、円すい形（逆円すい形）で、前記回転
体の面も円すい形で、両者により混合室が形成される。

また、この発明は、固体および液体の混合物からなるス
ラリー状の燃料を混合室の軸方向にそって混合室へ導入
すると共に霧化用流体を混合室の内壁に肘（２正接゛１
ろよ）に導入１−１混合室内を渦答流状態で・通過さぜ
なから前記燃料を霧化し、前記混合室の軸方向にそって
設けであるオリフィスから霧化されたスラリー状の燃料
を燕燃料と霧化用流木との供給圧か合わされた圧力によ
り噴霧することを特徴とするスラリー状の燃料の噴霧Ｈ
法４・提供するｔ、のである。

さら１八この発明は、固体および液体の混合物からなる
スラリー状の燃料を円すい形の内壁を有する混合室へ、
その軸方向にそって加圧しながら　・本のロッド′状の
態様で混合室へ導入すると共に霧化用流木を混合室の内
壁に対し正接するように加圧しながら導入し、混合室内
を渦巻流状部で通過させながら前記混合室の頂点に向か
わせて前記燃料を霧化し、Ｍ？７記混合室の軸方向にそ
って前記混合室の頂点に設けである！ｉｔ−のオリフィ
スから霧化されたスラリー状の燃料を該燃料と霧化用流
体との供給圧か合わされた圧力により噴霧し、かつスラ
リー状の燃料を混合室へ供給する圧力と、霧化用流体を
混合室へ供給する圧力との圧力差を変７− えることによりスラリー状の燃料の霧化程度を調節する
工程を含むスラリー状の燃料の噴霧方法を提供すること
を目的とする。

この発明によれば、スラリー状の燃料は、混合室内で霧
化されるので、装置内におけるスラリー状の燃料と、霧
化用流体との両者の必要な混合室内の操作圧は減少され
る。二の点は、従来の装置が燃料をノズルまたはノズル
外で霧化し、高い操作圧が必要で霧化効率に劣ることに
比し、すぐれている。

さらに、この発明によれば、混合室内の圧力は、調節さ
れることができるから、スラリー状の燃料および霧化用
流体の供給圧との差を変えることにより霧化の程度を調
節できる。さらに、前記霧化用流体の供給圧とスラリー
状の燃料の供給圧との間における差を調節することによ
って霧化または噴霧の度合を調節することができる。

また、この発明によれば、スラリー状の燃料を円すい形
の内壁を有する混合室へ、その軸方向にそって加圧しな
がら一本のロッド状の態様で混合室へ一８＝ 導入すると共に霧化用流体を混合室の内壁に対し正接す
るように加ｒＥ　Ｌながら導入し、混合室内な渦巻流状
部で通過させながら前記混合室の頂点に向かわせて前記
燃料を霧化し、前記混合室の軸方向にそって１育記混合
室の頂点に設けである単一・のオリフィスから霧化され
たスラリー状の燃料を該燃料と霧化用流体との供給圧が
合わされた圧力により噴霧し、かつスラリー状の燃料を
混合室へ供給する圧力と、霧化用流体を混合室へ供給す
る圧力との圧力差を変えることによりスラリー状の燃料
の霧化程度を調節することができる。

さらに、この発明の方法と装置によれば、スラリー状の
燃料を円滑に供給でき、供給路におけるつまり現象など
、ボイラやキルンなどの故障原因となるような現象の発
生を防ぎ、ボイラ、キルンの運転をを修理などで中断さ
せることもなくなる。

つぎに、この発明を図示の実施例により詳細に説明する
。

第１図において、この発明による噴霧装置１０（アトマ
イザ）は、ノズル本体１２と、その先端に開口している
ねじ口部１８に着脱自由にねしこまれている端部１６を
もったノズル１４と、ノズル１４に内蔵された回転体２
０とを備えている。回転体２０と７ズル１４の内壁３０
との間には、混合室２８が形成されている。

前記内壁３ｏは、図示のように逆円すい形、ンしており
、ノズル本体１２、ノズル１４、回転体２０は、金属そ
の他の適当な素材から形成されている。

ノズル本体１２には、入口３８がノズル本体１２に対し
放射方向に設けられている第１導通路３６を有し、第１
導通路３６の下流には、スラリー状燃料をノズル１４と
回転体２０へ送る流路４０が接続し、この流路は、ノズ
ル本体１２の軸方向にそって設けられている。

霧化用流体、例えば空気またはスチームを第２図に示す
ように、回転体２０を経て混合室２８へ送る第２導通路
４８が前記霧化用流体入口４６の下流側に接続し、この
第２導通路４８１こけ、回転体２０１こ隣位してマニホ
ールドが設けられている。

第２図に示すように、ノズル１４には、キャビティ５２
が設けてあり、このキャビティの下流部側には、前記し
た逆円すい形の内壁３０が位置し、回転体２０との開に
混合室２８が構成されている。

逆円すい形をした内壁３０の頂点には、第一のオリフィ
ス６２かノズル１４の長さ方向軸６４に一致して開口し
ており、混合室２８と連通していて、混合室内のスラリ
ー状の燃料は、前記オリフィスから第２図に示すような
噴射パターン６６で噴ｎされる。

回転体２０は、軸部７２とヘッド７４とからなり、ヘッ
ド７４は、円すい壁面７６を有し、この円すい壁面は、
前記内壁３０と対面し、これと係合するようになってい
る。回転体２０の軸方向全長にわたりボート８２が貫通
していて、前記第１導通路３６と連通し、スラリー状の
燃料は、このボート８２を通り、混合室２８へ供給され
る。したがって、スラリー状の燃料は、前記ボートを通
り、／ガル１４の軸６４にそってロッド状の形で混合室
２８へ送られる。

複数本の溝９０が回転体２０のヘッド７４の側面に紬６
４に対し角度をもって設けられており、これらの溝は、
霧化用流体のマニホールドと連通しでいる。

そして、スチームまたは空気が第２導通路４８とマニホ
ールドを通り、溝９０に達すると、スチームまた１１− は空気は混合室２８の周辺にそって正接方向に流れで混
合室２８内へ入り、渦巻状態となる。

スラリー状の燃料は、最大粒径が５０メツシユ（約０．
３ｃｎ＋）以下の固体粒子を含むものであす、シたがっ
て、ノズルにおける第１導通路は、スラリー粒子によっ
て閉そくされないような構造になっている。

第１導通路３６の内径および回転体２０のボート８２の
内径は、約２．３ｍｍ（０，０９インチ）となっていて
、前記粒径の粒子に適合するようになっている。このよ
うな内径は、例示的なもので、スラリー状の燃料に含１
れる粒子の粒径分布によって前記した第１導通路および
ボートの内径は、適宜変えられる。

この発明によるノズル装置は、燃焼レートが３ＭＭＢｔ
ｕ／ｈｒ（３１６５ＭＪ／ｈｒ）の場合、全長が約５Ｏ
ｎ＋ｍ（２インチ）で、外径は、約２０ｍｍ（０，８０
インチ）となっており、回転体のヘッドは、直径が約６
ｍｍ（０，２４インチ）となっており、混合室２８にお
けるヘツｌ’フ４の前面１００と第１７フイス６２どの
間の間隔は、約２０ｍｍ（０，８０インチ）となってい
る。オリフィス６２と対向する混合室２８の最大幅寸法
は、約４ｍｍ（０，１６インチ）であり、オリ１２− フイス６２の口径は、約２．２＋ａｍ（０，０８５イン
チ）である。

これらの寸法は、一つの例であり、燃焼率の１−下に対
応して、前記寸法は変えられる。

スラリー状の燃料は、混合室２８内のスチームまたは空
電の渦巻流によって噴ｎ（噴射）される点が特に重要な
点であり、燃料は、渦巻流となってボイラなどの燃焼室
へ噴ｎされる。

スラリー状の燃料は、混合室内で霧化されるので、必要
な操作圧は減少される。さらに、混合室内の圧力は、調
節されることができるか呟スラリー状の燃料および霧化
用流体の供給圧の差を変えることにより霧化の程度を調
節できる。さらに、前記霧化用流体の供給圧とスラリー
状の燃料の供給圧との間における差を調節することによ
って霧化または噴霧の度合を調節することができる。

−例をあげれば、粒子サイズが５０メツシユスクリーン
（０，３−を通る固形石炭粒子と１９．５八ＰＩ“比重
燃料オイルとからなるスラリー状の燃料を用いる場合、
スラリー状の燃料の供給圧は、１４５ｐｓ　ｉ　（１０
００ｋｔＪ＋＋＋−２）であり、霧化用流体の供給圧は
、１３０ｐｓｉ（９００ｋＮｍ　　”）となっており、
両者のｊ王力差が１５ｐｓｉ（１００ｋＮτｏ−２）と
なるようになっている。

前記燃料と霧化用流体とは、共通の単一オリフィスから
放出されるようになっているが呟霧化流体の放出ごとに
おけるオリフィスの表面域は、複数のボートまたはオリ
フィスを用いる場合よりもかなり小さくなっており、こ
の結果、噴霧装置の腐食は、ぎわめて減少される。

この発明による噴霧装置と噴霧方法は、装置のフイナー
チェンンによって繰作状態を種々変えることができる利
点を有する。霧化の度合（霧滴分布）および装置内の内
壁３０の傾斜角度は、容易に変えることができ、これに
よって霧化状態を種々変えることができる。例えば、っ
ぎの点を変えることにより、きわめてこまがい霧化状態
が得られる。

（１）オリフィス６２の内径を細くすること；（２）溝
９０の設置本数を増やすこと；（３）溝９０の断面積を
減らし、高圧霧滴が溝を通るようにしで、噴霧用の流体
の放出速度を速めること。

同様に、コーン状の噴霧角度は、霧化燃料の輸に対する
噴霧用の流体の正接角度を増加させることにより増大で
ざる。したがって、より大きな噴霧角度１．ｔ、つぎの
要素の変更によってイ（１られる：（１）溝９０の正接
角度を増やす； （２）混合室２８の高さく１．）を低くする；（３）混
合室の径（Ｄ）を細くする； （４）オリフィス６２のに１径を太くする；または（５
）オリフィス６２の長さく」−）を短くする。

前記した石炭粒子の径が５０メツシユ（０，３ｍｍ）以
下のもので、１９．５ＡＩ’ｌ比重オイルを用いたスラ
リー状の燃料を噴霧する場合、第２図の装置におけるＩ
ｌ、Ｄ、−鼾の寸法は、１．＝約２ｍｍ（０，０８イン
チ）；Ｄ−約４ｍ＋ｎ（０，１６インチ）；１−約１　
、２５ｍｍ（０，０５インチ）である。

回転体２０および／またはノズル１４を変えることによ
り、スラリー状の燃料の噴霧状態と噴霧度合とを簡単に
変えることができる。これらの部分の変更は、装置本体
を変えることなく簡単に行える。

この点は、燃焼能力が種々変えることかできる点１５− で重要な特長点となる。例えば、工業用ボイラに、この
噴霧装置を用いる場合、噴ｎされた燃料は燃焼焔が太く
て短かく燃え、炉壁をなめず、短時間で完全燃焼するこ
とが望ましい。このためには、回転体２０とノズル１４
は、燃料の微細霧化が可能で、噴霧角度も最大に広がる
構造のものが選ばれ、炉内において、ｊｔ料と燃焼用空
気とがよりよく混合されるようにすればよい。

また、キルン操作に噴霧装置を用いるときには、燃焼焔
が長くのびる状態の燃焼がよく、これによって焔の燃焼
が長く、焔から被処理材料への熱伝ばが広がるようにす
ることが望ましい。このような熱伝導の要求を満たすた
めには、比較的せまい角度で前記燃料を噴霧し、霧化の
状態をあらくシ、装置の軸方向にそっで燃料を噴霧させ
、ノズルから離れた位置で燃焼させるような構造の回転
体２０と７ズル１４とを選べばよい。

さらに、この発明による噴霧装置は、スラリー状の燃料
を小規模の状態でも完全燃焼させることができる利点を
有する。現在市販されている小形の１６− 噴霧装置は、スラリー状の燃料に用いることができない
。これは、これら噴霧装置の燃料導通路が複数本に分れ
ていて、しかも細く、スラリー状の燃料を流すと、すぐ
つまってしまうからである。しかし、この発明の噴霧装
置は、オリフィスが１個であるから、装置が小形であっ
てもこれに通ずる燃料導通路も　・本で、しかも太くて
ト、スラリー状の燃料か流れてもつまるおそれは全くな
い。また、１個のオリフィスを用いる二とにより、硬質
金属インサートの装着も１個のオリフィスに対するだけ
でよく、その分製造が部用でコストも安くなる。また、
硬質金属インサートは、オリフィス６２のライナとして
装着され、固形粒子成分によるオリフィス内面の腐食、
摩耗を防ぎ、噴霧装置の耐用年数をのばすことができる
。

前記の実施例は、この発明を説明するためのもので、こ
の発明は、これに限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す断面図で、ノズル
本体、該本体と着脱自由に連結している７１８− ズル、該ノズルに内蔵の回転体の構造を示し、第２図は
、スラリー状の燃料が空気またはスチームと混合され、
霧化されて噴霧される状態を示すノズルおよび回転体か
ら構成される部分を拡大した一部断面斜視図である。 １０・・・噴霧装置　１２・・・ノズル本体１４・・・
ノズル　　２０・・・回転体２８・・・混合室　　３０
・・・ノズルの内壁３６・・・第１導通路４０・・・流
路 ４８・・・第２導通路６２・・・オリフィス７４・・・
ヘッド　　８２・惨・ボート９０・・・溝 １９− ５８

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）固体および液体の混合物からなるスラリー状の燃
   料を混合室の軸方向にそって混合室へ導入すると共に霧
   化用流体を混合室の内壁に対し正接するように導入し混
   合室内を渦巻流状態で通過させながら前記燃料を霧化し
   、前記混合室の軸方向にそって設けであるオリフィスか
   ら霧化された又ラリ−状の燃料を該燃料と霧化用流体と
   の供給圧が合わされた圧力により噴霧することを特徴と
   するスラリー状の燃料の噴霧方法。
2. （２）スラリー状の燃料は、一本のロンド状になって混
   合室へ導入される特許請求の範囲第１項記載のスラリー
   状の燃料の噴霧方法。
3. （３）スラリー状の燃料を混合室へ供給する圧力と、霧
   化用流体を混合室へ供給する圧力との圧力差を変えるこ
   とによりスラリー状の燃料の霧化程度を調節する工程を
   含む特許請求の範囲第１項または第２頂のいずれかに記
   載のスラリー状の燃料の噴霧力法。
4. （４）固体および液体の混合物からなるスラリー状の燃
   料を円すい形の内壁を有する混合室へ、その軸方向にそ
   っで加圧しなから一本のロンド状の態様で混合室へ導入
   すると共に霧化用流体を混合室の内壁に対し正接するよ
   うに加圧しながら導入し、混合室内を渦巻流状態で通過
   させながら前記混合室の頂点に向かわせて前記燃料を霧
   化し、前記混合室の軸方向にそって前記混合室の頂点に
   設けである＋ｉｔ−のオリフィスから霧化されたスラリ
   ー状の燃料を該燃料と霧化用流体との供給圧が合わされ
   た圧力により噴霧し、かつスラリー状の燃料を混合室へ
   供給する圧力と、霧化用流体を混合室へ供給する圧力と
   の圧力差を変えることによりスラリー状の燃料の霧化程
   度を調節する工程を含むスラリー状の燃料の噴霧方法。
5. （５）スラリー状の燃料の導通路である第１導通路と霧
   化用流体の導通路である第２導通路とを備えたノズル本
   体の先端にノズルが着脱自由に連結されでおＩ）、該ノ
   ズルの内部（こは、回転体、混合室および直配１２導通
   路と連通する霧化用流体の流路が設けられており、前記
   ノズルの先端には、霧化された前記燃料を噴霧するオリ
   フィスが設けであり、１１１ｊ記回転体には、前記！Ｒ
   １導通路と連通し、前記スラリー状の燃料を前記混合室
   へ供給するボートが軸方向に貫通し、前記回転体の周側
   面には、１ｉｉｆ記第２導通路と連通して霧化用流体を
   前記混合室へ導入する複数条の溝が設けられていること
   を特徴とする入ラリー状の燃料の噴霧装置。
6. （６）前記ノズルは、ノズル本体に着脱ｒＩ山に連結さ
   れている特許請求の範囲ｆＰＪｓ項記載のスラリー状の
   燃料の噴霧装置。
7. （７）前記ノズルのボートは、軸方向に設けられており
   、前記スラリー状の燃料を単一・流の状態で直配混合室
   へ供給する特許請求の範囲第５項または第６項いずれか
   に記載のスラリー状の燃料の噴霧装置。
8. （８）前記溝は、前記混合室の内側壁に対し正接方向に
   霧化用流体を導入するように構成されているのスラリー
   状の燃料の噴霧装置。
9. （９）前記溝は、ノズル本体の軸方向にそって霧化用流
   体を濱、令室内で流すよう（τ構成されている特許請求
   の範囲第８項記載のスラリー状の燃料の噴霧装置。
10. （１０）前記第１導通路と前記ボー）・とは、５０メン
    シユ以下の粒径の固体粒イを含むスラリー状の燃料が自
    由に通る［二１径をもつ特許請求の範囲第５項から第９
    項いずれかに記載のスラリー状の燃！１の噴霧装置。
11. （１１）前記ノズルの内壁は、円すい形であり、前記回
    転体の而も円すい形になっていて、両者の間に混合室が
    形成されている特許請求の範囲第５項から第１０項のい
    ずれかに記載のスラリー状の燃料の噴霧装置。
12. （１２）前記オリフィスは、ノズルの１（さ方向の紬と
    一致する位置に設けである特許請求の範囲第５項から第
    １１項のいずれかに記載のスラリー状の燃料の噴霧装置
    。 一５＝