JP2655555B2

JP2655555B2 - 燃焼炉用ノズル装置

Info

Publication number: JP2655555B2
Application number: JP61101979A
Authority: JP
Inventors: 清之堀井; 滋松井
Original assignee: Sumitomo Coal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Coal Mining Co Ltd
Priority date: 1986-05-06
Filing date: 1986-05-06
Publication date: 1997-09-24
Anticipated expiration: 2012-09-24
Also published as: JPS62258924A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、燃焼炉用ノズル装置と燃焼炉に関するも
のである。さらに詳しくは、コアンダスパイラルフロー
方式による高効率燃焼炉用ノズルとそれを用いた燃焼炉
に関するものである。

（従来技術とその課題）石油危機以来、省エネルギー、代替エネルギーへの関
心が高まり、産業の広範囲な分野で効率的、低コストの
エネルギーの利用についての検討が進められている。

すでに多くの分野で様々な省エネルギー、代替エネル
ギー手段が採用されており、加熱炉、燃焼炉をはじめと
して、熱エネルギーを利用する装置、設備の改善が進ん
でいる。

また、近年、石炭の利用についても関心が高まり、CO
M（石炭・石油混合燃料）、CWM（石炭・水混合燃料）、
あるいは微粒状石炭などの利用が始められている。

このような省エネルギー、代替エネルギーの開発と利
用が進むに従って、燃料の熱エネルギーへの変換とその
熱エネルギーの有効利用のための燃焼炉の構造について
の改善も様々に行われている。たとえば、熱エネルギー
の損失を防止する燃焼炉の炉壁構造の改良、燃料とバー
ナー火炎との接触効率の改善のためのノズル先端部の改
良などがある。

しかしながら、これらの従来の技術においては、燃料
を燃焼炉内に送入するためのノズル装置についてはあま
り大きな改善はなかった。特に、石炭の利用、COM、CWM
などの新燃料の使用という新しい状況に対応したノズル
装置は、これまでの技術では大きな問題があった。

すなわち、石炭、コークスなどの固体状の燃料粒子、
あるいはCOM、CWMなどの固体粒子含有の流体を燃料とし
て用いる場合、従来は、いわゆるエジェクター方式など
の乱流混合輸送法が採用されていた。この方法において
は、高速の空気、あるいは液状流体が固体粒子とともに
乱流混合の状態にあるため、粒子はノズル先端の出口か
ら放出されるまでに管路の内面壁と激しく衝突し、この
内面壁の摩耗は避けられなかった。しかも、この摩耗は
管路の破壊にまで急速に進む。

このため、この摩耗を抑制し、しかも燃料の燃焼炉内
への供給を適切にコントロールするためには、管路材料
を耐衝撃性、耐久性の大きな特殊材料とするか、セラミ
ックによる内面コーティングなどの手段によって管内壁
を強化する必要があった。また、同様のことは、管路だ
けでなく、バルブ類、管接手類、流量計あるいは圧力計
などの計器測類にとっても必要とされていた。

またさらに、乱入混合による場合には圧力損失が大き
く、燃料の供給と燃焼炉の効率を上げる場合には、燃料
供給のための圧力装置などを大型化せざるを得なかっ
た。

このため、このような問題のない効率性、経済性に優
れた燃焼炉用ノズル装置とそのノズル装置を用いた燃焼
炉の実現が強く望まれていた。

（発明の目的）この発明は、このような事情を鑑みてなされたもので
あり、従来法における問題点を解決した、燃焼炉用ノズ
ル装置とこのノズル装置を用いた燃焼炉を提供すること
を目的としている。

（発明の構成と効果）この発明の燃焼炉用ノズル装置は、燃料、特に固体粒
子を含有する燃料流体を効率的に、かつ管等の内壁の摩
耗を抑制しつつ燃焼炉内に供給するために、従来の乱流
混合による燃料供給法に変えて、コアンダスパイラルフ
ロー方式を採用することを特徴としている。

このコアンダスパイラルフローとその産業的利用のは
この発明の発明者によってはじめて見出されたもので、
管路方向の流体のベクトルに管半径方向のベクトルを加
えると流体が旋回し、この旋回流に基ずき管内壁近傍に
動的境界層が形成されるとともに、流体はスパイラル
（螺旋）を描きつつ管路方向に高速で進行するという事
実に基づいている。

このスパイラルフローに固定粒子を混入すると粒子は
スパイラルを招きつつ管路方向に進行し、しかも粒子と
管内壁との接触は著しく抑制されるのである。

この発明は、このようなコアンダ効果を利用するもの
である。

図面に沿って、この発明のノズル装置とこれを用いた
燃焼炉について説明する。

第１図は、この発明のノズル装置の一例を断面図とし
て示したものである。この第１図に例示したこの発明の
ノズル装置は、管路（１）の端面に管路径と等しくなる
ように接続され、該接続面と反対方向に次第に径が大き
くなっていく円筒管（２）に、加圧流体を該円筒管内に
送入するための環状の細隙（３）を形成し、該細隙
（３）から管路（１）に向って滑らかに湾曲した壁面
（４）を設け、円筒管の管路（１）の反対の端面には燃
料流体の流入口（５）を設け、さらに、細隙（３）に加
圧流体を供給する手段と、燃料流体の流入口（５）に燃
料流体を供給する手段とを設けたコアンダスパイラルフ
ロー生成部と；燃料流体をコアンダスパイラルフローに
よってノズル出口に移送する管路部と；燃料流体を燃焼
炉内に放出するノズル部とからなっている。

細隙（３）の壁面（４）と反対の側には、補助筒
（８）を接続するか、もしくは、この補助筒に相当する
部分を円筒管（２）と一体のものとしてもよい。ただ、
細隙（３）の間隔については、燃焼炉の状態をみながら
燃料供給をコントロールするためにも、調整自在とする
のまが好ましい。また、細隙（３）において湾曲面
（４）と対向する壁面（９）は、ほぼ直角状または鋭角
状に折り曲げる。

環状の細隙（３）に加圧流体を供給する手段（７）と
しては適宜のなものが採用できるが、円筒管（２）を囲
むように分配室（６）を設け、この分配室と細隙（３）
とを連通させることができる。

この構造においては、加圧流体、たとえば空気、水な
ど、を高速で細隙（３）から円筒管（２）内に送入す
る。細隙（３）の出口で流体はコアンダ効果により円筒
管から管路（１）側に傾いた流線（α）を描き、その結
果、反対側には負圧域を生じる。その負圧域に外部から
燃料流体が流入する（矢印β）。

細隙（３）からの流体の運動ベクトルと外部からの燃
料流体の運動ベクトルとは合成されて円筒管内を管路
（１）側へ進行する流体流が形成される。

流体流は、次第に径をせばめられ、その際に半径方向
のベクトルが与えられる。この半径方向のベクトルが旋
回方向のベクトルに転換し、直進ベクトルと合わせてス
パイラルモーションを生ずるに至る。

もちろん、この第１図の例に、この発明が限定される
ものではない。コアンダスパイラルフローを生成させる
ことができ、それを維持する限り、構造上に特段の限定
はない。また、この発明のノズル装置においては、加圧
流体と固体燃料粒子とは乱流混合しないので、管内壁と
の衝突も抑制される。このため、燃焼炉用に用いること
のできる耐熱性があれば、管およびその内壁に格別硬質
な材料を使用する必要はない。

この発明のノズル装置のコアンダスパイラルフローの
生成部としては、第１図に示したような環状の細隙
（３）側から直ちに円筒管（２）がコーン状に形成され
たものだけでなく、たとえば第２図および第３図に示す
ように環状の細隙側から円筒部分（10）を経てコーン状
に形成されたものでもよい。

また、固体燃料粒子を第３図に示したように、導入管
（11）から、流線βに沿って流入する流体とは別に送入
してもよい。

この発明に用いるノズル装置においては（第１図参
照）、たとえば、円筒管（２）の傾斜角θは、tanθが1
/4〜1/8程度になるようにするのが好ましい。また管路
と円筒管との内径の比率は1/2〜1/5程度とするのが好ま
しい。

この発明のノズル装置を用いるのにあたっては、燃焼
炉の形式、構造に格別の限定はない。

垂直型または水平型のバーナー火炎方式のいずれのも
のにも用いることができる。燃焼炉の形状についても、
円筒型、立方型、その他様々なものにこの発明のノズル
装置を用いることができる。

ノズル装置は、適宜な、反射板やガス循環手段等の附
属手段とともに燃焼炉に単数または複数設置することが
できる。たとえば、円筒型の燃焼炉、もしくは加熱炉に
おいて底部よりバーナー火炎を放射し、円筒の中心線か
ら放射状に設置された複数のノズル装置より燃料流体を
円筒中心に向って放出させ、これら燃料流体が交互に衝
突するようにすることもできる。こうすることにより、
スパイラルモーションによって供給された燃料は、燃焼
域に拡散し、燃焼効率を向上させることができる。

あるいはまた、この発明のノズル装置は燃焼炉に対し
て垂直方向に複数設けてもよい。

以上のようなこの発明装置とそれを用いた燃焼炉に
は、たとえば直径0.1mm以下の細かい粉体にまで粉砕さ
れた石炭と石油の混合物であるCOMや石油に代えて水を
用いたCWMをはじめ、石炭、あるいはコークスなどの固
体燃料粒子を含有した燃料流体の適宜ものを用いること
ができる。加圧流体としても、石油、水などの液体、あ
るいは空気、燃焼炉循環ガス、天然ガス、LNGなどの気
体の適宜なものを用いることができる。

燃料に用いる固体の粒子径は、燃焼炉の能力、構造に
よってもちがってくるが、コアンダスパイラルフローの
形成の上からは、ノズル装置の管路径の1/3以下とし、
固体粒子と流体の混合比は10以下とするのが好ましい。

ノズル装置の加圧流体の圧力としては、２〜10kg/cm²
G程度とするのが好ましい。

このようなノズル装置を用いることにより、燃料流体
を高速で効率的に供給することができるばかりか、燃料
固体粒子と管路等の装置内壁面との衝突を効果的に制御
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、および第３図は、この発明のノズル装
置の一例の要部を断面図として示したものである。図中の番号は次のものを示している。１……管路、６……分配室２……円筒管、７……加圧流体供給手段３……細隙、８……補助筒４……湾曲壁面、９……壁面５……燃料流入口、10……ノズル装置

フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−83817（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−275599（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−71000（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−58100（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−121625（ＪＰ，Ａ) 実開昭60−61500（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】管路（１）の端面に管路径と等しくなるよ
うに接続され、該接続面と反対方向に次第に径が大きく
なっていく円筒管（２）に、加圧流体を該円筒内に送入
するための環状の細隙（３）を形成し、該細隙（３）か
ら管路（１）に向って滑らかに湾曲した壁面（４）を設
け、円筒管の管路（１）の反対の端面には燃料流体の流
入口（５）を設け、さらに、細隙（３）に加圧流体を供
給する手段と、燃料流体の流入口（５）に燃料流体を供
給する手段とを設けたコアンダスパイラルフロー生成部
と；燃料流体をコアンダスパイラルフローによってノズ
ル出口に移送する管路部と；燃料流体を燃焼炉内に放出
するノズル部とからなることを特徴とする燃焼炉用ノズ
ル装置。
【請求項２】細隙（３）の間隔が調整自在である特許請
求の範囲第（１）項記載の燃焼炉用ノズル装置。
【請求項３】細隙（３）と加圧流体の供給手段との間に
加圧流体の分配室を設けた特許請求の範囲第（１）項記
載の燃焼炉用ノズル装置。
【請求項４】管路（１）の端面に管路径と等しくなるよ
うに接続され、該接続面と反対方向に次第に径が大きく
なっていく円筒管（２）に、加圧流体を該円筒内に送入
するための環状の細隙（３）を形成し、該細隙（３）か
ら管路（１）に向って滑らかに湾曲した壁面（４）を設
け、円筒管の管路（１）の反対の端面には燃料流体の流
入口（５）を設け、さらに、細隙（３）に加圧流体を供
給する手段と、燃料流体の流入口（５）に燃料流体を供
給する手段とを設けたコアンダスパイラルフロー生成部
と；燃料流体をコアンダスパイラルフローによってノズ
ル出口に移送する管路部と；燃料流体を燃焼炉内に放出
するノズル部とからなるノズル装置を用いたことを特徴
とする燃焼炉。
【請求項５】ノズル装置を燃焼炉に複数設けた特許請求
の範囲第（４）項記載の燃焼炉。
【請求項６】複数のノズル装置のノズル部により放出さ
れた燃料流体が相互に衝突するようにノズル装置を設け
た特許請求の範囲第（５）項記載の燃焼炉。
【請求項７】燃料としてCOMまたはCWMを用いる特許請求
の範囲第（４）項ないし第（６）項のいずれかに記載の
燃焼炉。
【請求項８】燃料として石炭、コークスを用いる特許請
求の範囲第（４）項ないし第（６）項のいずれかに記載
の燃焼炉。
【請求項９】加圧流体として重油または水を用いる特許
請求の範囲第（７）項または第（８）項に記載の燃焼
炉。
【請求項１０】加圧流体として空気を用いる特許請求の
範囲第（７）項または第（８）項に記載の燃焼炉。