JPH035485B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の分野） 本発明は燃料燃焼装置に関し、更に詳しくは濃
縮された石炭−水スラリ或いは燃料油を公共設備
或いは工業用ボイラに於て燃焼させる為のバーナ
に関する。

エネルギー自立への願望、そして更には外国の
油燃料源に対する依存からの脱却への願望によつ
て、石炭が、油焚き用に設計された公共施設或い
は工業用ボイラの使用の為に適した、経済的な所
謂代替油燃料として再評価されている。燃料開発
調査は石炭−油混合物に関して重点的に為されて
いるが、石炭−水スラリは経済的により魅力的な
燃料である。石炭−水スラリは、例えば報告によ
ればNo.６燃料油と比較して20から50％安価である
のに対し、石炭−油混合物とNo.６燃料油とのコス
ト差はおよそ５％（Chemical Engineering、
June27、1983，p16）である。

濃縮された石炭−水スラリは、無水基準で65か
ら80重量％の、微粉炭或いは他の炭素質燃料が安
定用の化学添加剤を少量％含有する水に含まれた
濃縮懸濁液から成立つている。その様な濃縮スラ
リは少量％の石炭しか含まない石炭−水スラリと
は異り、直接、即ち脱水無しに焚くことが出来
る。ボイラ燃料としての石炭−水スラリの利点
は、液体状燃料としての取扱い、移送及び貯蔵の
容易さ、単位エネルギー当りの低コスト性、外国
産油からの独立、石炭−水スラリパイプラインシ
ステムに組込むことが出来ること、そして油焚き
用に設計されたボイラを石炭−水スラリ焚き用に
改造する技術上及び経済上の実施可能性が充分に
あることを含んでいる。実際、石炭−水スラリの
主要市場はとりあえずは本来油焚き用に設計され
た現用のボイラの為の燃料としてのものとなろ
う。油焚きボイラを濃縮石炭−水スラリを使用す
る為に改造する為には、微粉炭及び水或いは燃料
油のスラリを確実に且つ効率的に燃焼し得るバー
ナの開発が欠かせ無い。

石炭−水スラリは液体燃料と同様の挙動を示す
為、燃料油と同様に燃焼させ得る。従つて、石炭
−水スラリは燃焼用空気で噴霧されそしてそれと
混合されて、バーナ前方若しくは近くで安定した
火炎フロントを形成する。火炎を安定させる為の
手段としてはバーナに強い渦巻を誘起させるのが
最も望ましい。強い渦巻は加熱燃焼生成物を着火
域に逆流入させる強力な際循環作用を生み出し、
ここで供給される石炭−水スラリ液滴に含まれる
石炭粒子の乾燥と着火が行われる。

（従来技術の説明） 従来幾つかの提案が示されている。例えば米国
特許第3124086号を参照されたい。これは高濃度
に濃縮されない石炭−水スラリを焚く為のもので
ある。前記特許に開示される如く、燃焼用空気は
比較的高い圧力に於て供給されねばならず、これ
がバーナを通過するに際しての望ましからざる、
高い圧力損失を招いている。加うるに、燃焼用空
気は全体的に比較的高温に加熱されねばならな
い。

（発明の概要） 円形レジスタバーナが、公共施設及び工業型ボ
イラに於て油を焚く為にしばしば使用されてい
る。円形レジスタバーナは、燃料と空気とを混合
しそして短い、コンパクトな火炎を生み出す為に
必要な乱流を提供する為円筒状ケーシングの周辺
に沿つて接線方向に配置された扉を組込んでい
る。バーナは、空気の方向及び速度、それに燃料
の分布が、燃料を燃料用空気と十分且つ完全に混
合する様設計されている。

円形のエアレジスタバーナを用いての石炭−水
スラリ燃焼試験の結果、エアレジスタ扉をほとん
どピンチ閉めすれば、火炎の安定性を確立し且つ
それを維持するための所要の乱流及び空気渦が補
助的な天然ガスの燃焼無しに生み出されることを
見出した。

石炭−水スラリ火炎の安定性を、風箱から炉に
至る圧力低下の小さい状態で維持する為に必要な
強い渦及び再循環を実現する為にそれによつて、
周回方向に一部重畳したレジスタ扉形状が空気力
学的に設計され開発された。

かくして、本発明に従えば、燃料油或いは少く
とも65重量％の微粉炭を含む濃縮石炭−水スラリ
燃料を、ボイラの風箱と炉室とを隔てている壁を
貫通して外向きにテーパ付けされた切頭円錐形バ
ーナ口と組み合わせて燃焼させる為の装置が提供
される。該装置はバーナ口内部に同心状に配列さ
れた噴霧器を有している。噴霧器は壁に取付けら
れた同心状の円筒形ケーシング内部に配置された
バーナバレルに結合されている。円形のスリーブ
が、バレルを含む燃料供給手段を包囲し、その間
部分に内側環状部が画成される。摺動レジスタが
スリーブに装着され、空気をスリーブの開口を介
して風箱から内側環状部へ通過させるべく摺動し
て調節し得る様にされる。円形ハウジングが、ス
リーブとケーシングの中間にスリーブを取巻いて
同心的に配置され、夫々の間部分に中間及び外側
環状部が画成される。スリーブとハウジングとは
バーナ口に接近し且つ軸方向に隔設された、半径
方向に整列した開口端部を有している。ケーシン
グはハウジングと半径方向に整列するその周辺に
おいて周囲方向に間隔を置いた一連の開口を有し
ている複数の、実質上同一の湾曲羽根が開口部に
取付けられる。羽根は隣接する羽根の対向端部を
円周状に重畳する、段付き端部を有している。燃
焼用空気が、隣接する羽根の重畳部の縁部と湾曲
終端部との間の半径方向空間を接線方向に通過
し、外側環状部及びバーナ口に渦巻いて流入す
る。

（実施例の説明） 第１図に示す如く、今後説明されるバーナ支持
体及びエアレジスタを備える円筒状ケーシング１
０が、燃料油だけで無く濃縮石炭−水スラリ燃料
も焚く様適合されたボイラの風箱４０と炉室５０
とを隔てる、耐火壁１２を裏打ちする外側シエル
プレート１１から成る壁手段に取付けられてい
る。

石炭−水スラリは、バーナバレル１３を経て、
バレル１３の端部に取付けられた噴霧器１４を備
えるノズルを通りそしてボイラの壁１２に形成さ
れた切頭円錐形のバーナ口即ちスロート１５に噴
出される。バレル１３の反対側端部はデイスタン
スピース即ち隔離管８を通つて伸延する。デイス
タンスピース８は円筒状スリーブ９内部に於て支
持され、円筒状スリーブ９は風箱４０の外側壁４
１によつて支持されている。旋回器１６は噴霧器
１４の直ぐ上流においてデイスタンスピース８に
同軸に取付けられるデイスタンスピース８は円筒
状スリーブ９内部に於て軸方向移動するべく摺動
自在に収容されている。バレル１３はスリーブ９
とデイスタンスピース８とを軸方向に貫いて伸延
している。

バレル１３はデイスタンスピース８の内部に於
て部分的に点線で例示される。バレル１３、デイ
スタンスピース８及び円筒状スリーブ９とは本発
明の装置において重要なものでは無い。従つて、
バレル１３、デイスタンスピース８及び円筒状ス
リーブ９は一まとめにして燃料供給手段と称され
る。

円筒状ケーシング１０はバレル１３と同心状に
取付けられ且つ半径方向に隔設される。円筒状ケ
ーシング１０は、一端がバーナスロート１５と同
軸状に外側シエルプレート１１に取付けられ、風
箱４０内に位置づけられる。ケーシング１０は、
第２図に概略示される湾曲羽根３０を装着する枢
ピン１９を支持する、半径方向に伸延する一対の
フランジ１７及び１８を有している。フランジ１
７は圧力損失を最小化する為、45゜の継ぎ部材２
８を介してケーシング１０の前方円筒部分に結合
される。円筒状ハウジング２０は、フランジ１８
の半径方向内側端部に固着される。円筒状ハウジ
ング２０はスリーブ２５の周囲に同心状に取付け
られ且つスリーブ２５とケーシング１０の中間に
それらから半径方向に離間して設けられる。ハウ
ジング２０はバーナスロート１５のすぐ近くに開
口し且つバーナスロート１５から軸方向に隔設さ
れた第１の端部と、バーナスロート１５から遠い
方の第２の端部とを有する。第２の端部は半径方
向プレート４２によつて閉鎖されている。

スリーブ２５はハウジング２０の内部で燃料供
給手段を同心状に取巻いて嵌合され、その間部分
に内側環状部２１を画成し且つスリーブ２５とハ
ウジング２０との間に中間環状部２２を形成す
る。外側環状部２３がフランジ１７と１８、スリ
ーブ２５とエアレジスタ扉、即ち第２図に示す羽
根３０との間に位置づけられる。従来のスパイダ
２４がスリーブ２５内部でデイスタンスピース８
を支持する。

摺動レジスタ組立体２６がスリーブ２５に取付
けられ、風箱４０から内側環状部２１へ空気流を
提供するべく作動可能とされる。摺動レジスタ組
立体２６は斯界では周知の型式の従来ユニツトで
ある。着火器２７が半径方向プレート４２と中間
環状部２２とを貫いてバーナスロート１５内に伸
延される。着火器２７は通常はボイラ始動時に使
用される。従来の油若しくはガス着火器である。

第２図に概略示される如く、円形レジスタ組立
体は第１図に示された枢ピン１９に枢動支持さる
べく設計された複数の弧状に湾曲したレジスタ
扉、即ち羽根３０から成立つ。羽根３０は段付け
された端部３１を形成すべく半径方向に段が付け
られ、該端部３１は各々の羽根３０の向い合う端
部を円周方向に重畳し且つ該向い合う端部から離
間し、以つてその間部分に方向矢印で示される様
な流れ通路を形成している。段の付いた、重畳す
る端部３１は、隣りの羽根３０の段の付いていな
い湾曲端部から半径方向に隔設されている。羽根
の端部は隣りの羽根の段の付けられる地点より前
の羽根本体部分と円周方向に整列し且つ離間され
る。即ち両端部は共通の円周上に載る。

運転に際し、バーナは燃焼用空気の流れを風箱
４０から炉室５０へと導通し、必要な流れ模様を
確立する。外側環状部２３には羽根３０の重畳部
分同志間の湾曲した空隙を通して接線方向の空気
の流れが供給される。重畳する羽根形状は設計上
の主要な独創的部分ではあるが、これだけでは所
望の流れ模様を確立する事は出来ない。円形レジ
スタ組立体は、粘性エネルギー消失を少くして、
即ちバーナ圧力損失を少くして望ましい強い渦巻
模様を提供するべく空気力学的に設計されてい
る。

中間環状部２２は比較的不活発な空気領域を提
供し、ここに油、ガス或いは他の着火源を位置づ
け得る。こうした位置づけは、比較的不活発な領
域を使用する事で他の領域によつて確立される流
れ模様を妨害しないと言う点に於て機能上望まし
いものである。中間環状部分には、中間環状部２
２を通して、石炭或いは灰粒子の堆積を防止する
に充分の空気を循環せしめる為の穴が半径方向の
壁４２に設けられる。

内側環状部２１には摺動レジスタ組立体２６か
ら空気が供給される。バーナバレル１３は石炭−
水スラリ或いは燃料油を供給する為に選択的に使
用出来る。羽根付旋回器１６が小循環領域を作り
出しそして炉内の渦巻流れを安定させる。

バーナのバーナスロート１５は標準的型式のバ
ーナのものと類似のものである。その形は燃焼炉
に向つて拡開する切頭円錐形である。

石炭−水スラリ燃焼の予備試験の為に使用され
た噴霧器１４は、バーナ空気流れに合つた噴霧を
提供するに必要とされる射出角度及び噴口の数を
有する、Babcock ＆ Wilcox製改変Ｔ−ジエ
ツト噴霧器である。空気或いは蒸気噴霧された噴
霧体の相互作用が渦巻状態のトロイド型流れ模様
を提供する。

直径24インチ（約61センチ）のスロートを使用
しての4000万Btu／時の運転条件用の石炭−水ス
ラリバーナ寸法の為の計算によれば、バーナ装置
を以下の近似パラメータを備える構造とすると風
箱から炉にかけての圧力低下が好適に小さくなる
事が示された。特に、外側環状部２３、中間環状
部２２及び内側環状部２１の軸方向速度の、スロ
ート内の合計軸速度に対する以下に示す近似比率
が重要なパラメータである事が分つた：1.72、
0.24及び0.47が夫々の値である。外側環状部２３
では接線方向速度対軸方向速度の比率は、およそ
1.26であることが重要であると計算され、この時
の合成速度ベクトルの角度は、およそ52゜である。
羽根の重畳部分の長さ対内側羽根の先端と外側羽
根本体との間の半径方向距離の比率は、その比率
が1.0以上でなければならないという限りにおい
て重要である；上述した計算によれば比率1.135
が重要であると判断された。

本発明に従う試作バーナの試験では石炭−水ス
ラリを燃料とする安定火炎が維持される、即ちバ
ーナスロート内に静止火炎フロントが保持され
た。濃縮石炭−水スラリ焚き用の適合性を判断す
る為に、以前試験された現用のバーナ構造に較べ
て匹敵する運転条件下に於て、圧力損失の低下が
実現された。本バーナは比較的簡単な構造であ
り、バレルを通過した燃料油を焚く為にも使用す
る事が可能である。本発明のバーナ装置は石炭−
水スラリ燃料を使用して２−1/2から１のターン
ダウン比を有する。即ちバーナ燃料の供給割合は
作動状態のバーナ数を変更する事無く且つ完全燃
焼状態で2.5から１の範囲にわたつて変える事が
出来る。本発明のバーナ装置は燃焼用空気の温度
が180〓（約82℃）と言う低さでも石炭−水スラ
リを燃焼させ得る。着火器は、主燃焼用空気流を
乱さず然も着火器を消火すること無く、燃料をバ
レルから蒸気或いは空気パージする事を可能とす
るようバレルから十分遠ざけて位置づけられる。

以上具体例に基いて説明したが、本発明の内で
多くの変更を為し得ることを銘記されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は改良バーナ装置の、ボイラのバーナ壁
での断面図。第２図は本発明に従う重畳用端部が
設けられた湾曲羽根の形状を現す概略図である。
図中主な部分の名称は以下の通りである。 １０：円筒状ケーシング、１２：耐火壁、１
３：バーナバレル、１４：噴霧器、２０：円筒状
ハウジング、２１：内側環状部、２２：中間環状
部、２３：外側環状部、３０：羽根。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 風箱を炉室から隔離し、そして風箱から炉室
   を貫いて外側方向に傾斜している切頭円錐状のバ
   ーナ口を備える壁手段を有するボイラに於て少な
   くとも65重量％の微粉炭を含む濃縮石炭−水スラ
   リを燃焼するための、石炭−水スラリ或は燃料油
   のための低圧力損失バーナであつて、 前記切頭円錐状のバーナ口の内側と同中心の石
   炭−水燃料噴霧器と、 風箱内部で前記石炭−水燃料噴霧器と結合され
   た燃料供給手段と、 前記燃料供給手段と同中心で且つ該燃料供給手
   段から半径方向に隔設され、一端が風箱側に於て
   壁手段に取付けられている外側円筒状ケーシング
   と、 燃料供給手段を包囲し且つ該燃料供給手段から
   半径方向に隔設され、その間部分に内側環状部を
   画定する円筒状スリーブにして、前記切頭円錐状
   のバーナ口に接近し且つそこから軸方向に離間し
   て前記外側円筒状ケーシング内に開口する端部を
   有し、空気を風箱から内側環状部へと通入するた
   めの手段を含む円筒状スリーブと、 該円筒状スリーブ及び円筒状ケーシングの中間
   で、両者から半径方向に離間して前記円筒状スリ
   ーブの少なくとも一部分の周囲に同中心的に取付
   けられる円筒状ハウジングにして、円筒状ハウジ
   ングと円筒状ケーシングとの間に外側環状部を画
   定し、前記切頭円錐状のバーナ口に接近し且つ該
   切頭円錐状のバーナ口から軸方向に離間して開口
   する第１の端部、及び前記切頭円錐状のバーナ口
   から遠方に離間された第２の端部、そして該第２
   の端部を閉鎖するプレートを有する前記円筒状ハ
   ウジングと、 前記円筒状ハウジングに半径方向に整列され、
   ケーシングの周縁に円周方向に一定間隔を置いて
   形成された、風箱から外側環状部へ空気を供給す
   るよう適合された列状の開口と、 複数の湾曲羽根にして、その各々が前記列状の
   開口の各一つに、そこを通しての空気通路を調節
   するべく可動的に取付けられ、前記複数の湾曲羽
   根の各々が隣合う一つの羽根の対向端部に円周方
   向に於て１インチ以上重畳し且つ半径方向に離隔
   されている段付端部を有する前記複数の湾曲羽根
   と を包含する前記石炭−水スラリ或は燃料油のため
   の低圧力損失バーナ。 ２ 段付端部は湾曲状であり且つ隣接する羽根の
   端部に対して間隔を置いた平行関係にて伸延する
   特許請求の範囲第１項記載の石炭−水スラリ或は
   燃料油のための低圧力損失バーナ。 ３ 隣接する羽根の端部は、隣接する湾曲羽根の
   一部に円周方向に於て整列し且つそこから隔設さ
   れた端部を有している特許請求の範囲第２項記載
   の石炭−水スラリ或は燃料油のための低圧力損失
   バーナ。 ４ 空気を風箱から内側環状部へと通過させるた
   めの手段は摺動レジスタより成立つ特許請求の範
   囲第３項記載の石炭−水スラリ或は燃料油のため
   の低圧力損失バーナ。