JPS62258924A

JPS62258924A - 燃焼炉用ノズル装置

Info

Publication number: JPS62258924A
Application number: JP10197986A
Authority: JP
Inventors: Kiyoyuki Horii; 清之堀井; Shigeru Matsui; 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: 1987-11-11
Anticipated expiration: 2012-09-24
Also published as: JP2655555B2

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）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。ざらに詳しくは、コアンダスバクラルフロ一方
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、代呂エネルギ
一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／ν
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；【１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かある。

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
大ぎな改善はなかった。特に、石炭の利用、ＣＯＭ、Ｃ
ＷＭ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一方式
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ｔプられなかった。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＝１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Ｊ、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
計などの計測器類にとっても必要とされていた。

またさらに、乱流混合による場合には圧ノコ損失が大き
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冑なかった
。

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
一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体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１′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
設り、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
供給づ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ｔ１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）の開隔については、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、は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ｌヘルと外部からの燃
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Ｊる流体流が形成される。

流体流は、次第に径をゼばめられ、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
ベクトルに転換し、直進ベクトルと合せてスパイラルモ
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）
側から直らに円筒管（２）がコーン状に形成されたもの
だけではなく、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０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１／２〜１１５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にあたっては、燃焼炉の
形式、ｌｊｌ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。燃焼炉の形状冑　　　　　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、これら燃料流体が相互に衝突
するＪ、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０．１＃１Ｉ１１以下の細かい粉体にまで
粉砕された石炭と石油との混合物である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なも
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
、Ｌ　Ｎ　Ｇ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
ってもらがってくるが、ファ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、
固体粒子と流体との混合比は１０以下とするのが好まし
い。

ノズル装置の加圧流体の圧ノＪとしては、２〜１０に３
／ｃｔ／ｌＧ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抑制す
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。

Claims

【特許請求の範囲】

（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
料流体をコアンダー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。
（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。
（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。
（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
料流体をコアンダー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。
（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。
（６）複数のノズル装置のノズル部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。
（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）項記載の燃焼炉。
（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）項記載の燃焼炉。
（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）項ないし第（８）項記載の燃焼炉。
（１０）加圧流体として空気を用いる特許請求の範囲第
（７）項ないし第（８）項記載の燃焼炉。