JPH0463286B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、流動可燃性媒体、特に流体中に懸濁
された粉状または粒状固形燃料、例えば水中に懸
濁された石炭のような流動可燃性媒体の燃焼用の
霧化ノズルに関する。

点火もしくは燃焼が困難な媒体の燃焼用のこの
種の既知の装置は、その困難さが該媒体の点火性
及び火焔の安定性に起因し、かつさらに媒体の完
全燃焼が得られず、しかもこれらの媒体を霧化す
るノズルの使用命数が比較的短いという理由か
ら、種々の要求事項を満たしていない。

従つて、本発明の目的は、既知の装置に個有の
欠点を避けることができる。例えば水中に懸濁さ
れた石炭のような特に点火または燃焼困難な媒体
の燃焼装置に用いられる霧化ノズルを提供するに
ある。本発明により上記目的は達成でき、すなわ
ち本発明による装置において、ノズルが燃焼室内
へ進入形成された予燃焼室内に配設され、燃焼空
気の小部分が予燃焼室内へのノズルオリフイスの
区域内に導入されかつ燃焼空気の大部分が燃焼室
への予燃焼室からの遷移区域内に給送されるよう
に構成される。

予燃焼室は、例えばその直径のほぼ1.5〜４倍
に等しい長さをもつことが好適である。本発明の
他の好適な態様によれば、予燃焼室から燃焼室内
への遷移区域内を末端とする交差ダクトが発生し
ている環状ダクトが予燃焼室の壁または壁の外側
に形成される。このような装置によつて、流動可
燃性媒体は霧化ノズルを通つて予燃焼室内へ噴霧
され、これによつて媒体が加熱され、媒体の燃焼
に必要とする空気のうちの小部分のみが予燃焼室
内に導入されるという事実の結果として、理論燃
焼より低い燃焼が予燃焼室内で行なわれる。さら
に、可燃性媒体は、予燃焼室内で、空気及び燃焼
室から逆流する燃焼ガス、さらに部分燃焼した燃
料粒子と混合され、それにより容易に燃焼可能な
酸化生成物が形成され、この生成物は予燃焼室か
ら燃焼室内へ通過した後に、燃焼に必要な空気が
給送されると最適な燃焼作用を保証する。

燃焼作用の最適化は、完全燃焼に必要な高温度
及び可燃性媒体と燃焼に必要な空気との良好な混
合によつて保証される。理論的な火焔は霧化ノズ
ル上では形成されずに予燃焼室から燃焼室内への
遷移部分においてのみ形成され、酸化に起因する
高い熱応力及び種々の応力がバーナノズル上に生
ずることが避けられ、それによつてノズルの寿命
（使用命数）が可成り延長される。そのうえ、窒
素酸化物を生成させるピーク温度の発生はこのよ
うな予燃焼及びそれに続く主燃焼によつて避けら
れるので、それに加えて窒素酸化物の生成が少な
い燃焼が得られる。

予燃焼室内の種々の燃料に必要な媒体の提供は
予燃焼室内及び／または燃焼室に給送される燃焼
用空気を制御すること、及びそれに加えて予燃焼
室のサイズを選定することによつて調節される。

石炭・水懸濁物のような水を含んだ材料の場
合、水は予燃焼室内で蒸発するので、それによる
冷却効果は予燃焼室内で生じるが燃焼室内では起
こらない。その結果、従来必要としたように燃焼
目的のために付加燃料の給送を必要とせずに普通
の燃焼ボイラ内でもこのような燃料を燃焼するこ
とができる。

本発明は、ガスまたは空気のような混合ガスに
よつて、特に水のような流体中に懸濁された粉炭
のような流動可燃性媒体を霧化するノズルに関
し、該ノズルはほぼ中空円筒形ハウジングの端面
に互いに同軸関係で配置された２つの環状ノズル
と、前者と同様なほぼ中空円筒形挿入体と、前記
挿入体内部に配設された軸方向に整合する中心軸
とを有し、該中心軸はノズルハウジングの外側に
位置するその自由端に当接板を取付け、ノズルハ
ウジング内でかつその内側面に第１流動媒体用の
環状断面形の外側第１流動通路、及び軸の外側に
おいて前記外側流動通路の内側に形成された第２
流動媒体用の同様に環状断面の第２流動通路をも
つ。

ドイツ公開公報第1964040号は、２つの流動媒
体を混合しかつ霧化するため、特に流動媒体の燃
焼混合物を提供するためのノズルの数種の実施例
を示す。該公開公報の第４図による実施例は上述
で表記した態様を示す。しかし、この既知のノズ
ルは、例えば水中に懸濁された粉炭を用いたよう
な場合に、霧化される混合気が常にほとんど困難
なく点火できるという要求を満足できない。注釈
に述べるように、粉炭の燃焼に対する種々の技法
はそれ自身よく知られている。しかし、粉炭を燃
焼する場合特に困難なことは、高度の爆発の危険
が粉炭の乾燥貯蔵によつて起こることである。こ
の危険を避けるために、粉炭を水中に懸濁するこ
とが提案されている。しかし、水中に懸濁された
粉炭の燃焼は、その混合物が上述のように極めて
点火しにくいので問題を提起する。

ゆえに、本発明の目的は、従来既知のノズルに
個有の欠点が避けられる、特に水のような流体中
に懸濁された粉炭などの流動可燃性媒体を霧化す
るノズルを提供するにある。上記目的は本発明に
より、それ自身既知の方法で、外側流動通路の終
端をそれ自身公知の溝内に位置させ、該溝を挿入
体の自由端の区域内に設けかつノズルハウジング
の縦軸線と１つの角をもつて外方へ開口させかつ
振動発生器として作用させかつ第１ノズルに隣接
配置し、及び第２挿入体を前記挿入体と軸間に配
置し、第１環状空所を第１挿入体の内側面と第２
挿入体の外側面間に形成させ、前記環状空所を軸
線と接線方向に整合した通路を介して、軸を囲み
かつ第２環状空所として形成された流動通路に接
続するように構成されたノズルによつて達成され
る。

第２挿入体は、第１挿入体の内側面に形成され
た第１環状肩面と、軸の外側面に形成された第２
環状肩面間に保持されることが好適である。さら
に、軸はノズルハウジングの自由端から遠い方に
面するその末端区域に可成り大きい断面部分をも
ち、この末端区域内に中心内孔が設けられ、この
中心内孔から少なくとも１つの傾斜して外方へ延
びる通路が放射し、該通路は軸を囲む内側流動通
路内に通じる。

本発明によれば、第２挿入体は少なくとも１群
の、あるいは軸方向に間隔を保つて配置された複
数群の通路をもち、これらの通路は軸線に対して
横断方向でかつ第１環状空所から始まり、軸を囲
んでその外壁と接線方向に延びる内側流動通路内
に終る。さらに、ノズルオリフイスの表面を越え
て突出する円筒形環状面をもつ軸方向に調節可能
なスリーブがノズルハウジングの外壁に、それ自
身既知の方法で配置される。軸の自由端に位置す
る当接板が軸に取外し可能に固定される。

図に示す実施例を参照して以下に本発明の要旨
を詳細に説明する。

第１図において、本発明のノズルが使用されう
る特に水のような流体中に懸濁された粉状または
粒状の固形燃料の流動可燃性媒体の燃焼に適用さ
れる装置が示される。本装置は燃焼空所２を囲む
燃焼室１から成る。従来技術とは異なり、バーナ
ノズル２０は、燃焼空所２内には突出せずに、予
燃焼空所５を囲む付加的な予燃焼室４が設けら
れ、バーナノズル２０がこの予燃焼空所５内に突
出する。第１空気ダクト７によつて、燃焼用空気
の第１部分がノズル２０のオリフイスの区域内へ
予燃焼室４に給送される。燃焼用空気の第２部分
は、第２空気ダクト８から環状ダクト１０へ、さ
らに交差ダクト１１を経てノズル１２に至り、該
ノズルは予燃焼室４から燃焼室１への遷移区域に
終る。適正な燃焼に必要なはるかに多量の燃焼用
空気が第２空気ダクト８から給送される。２つの
空気ダクト７及び８を分派する主ダクト６、及び
空気ダクト７及び８内にはフラツプ９が配設さ
れ、これらのフラツプは所要に応じて空気の給送
を制御する。又予燃焼室４はその直径のほぼ1.5
〜４倍に等しい長さとするのが好適である。この
燃焼装置の機能の態様はつぎのとおりである。

例えば水のような流体中に懸濁された石炭など
の流動可燃性媒体がバーナノズルを通つて極めて
微細な霧化状態で予燃焼室４内に導入される。燃
焼に必要な燃焼用空気の一部分が第１空気ダクト
７からノズル２０のオリフイスの区域内に予燃焼
空所５内へ導入される。

可燃性媒体の準備、すなわちその混合、点火及
び加熱を実施する予燃焼室内において、導入され
た可燃性媒体が加熱されるが、利用できる燃焼用
空気量が不十分なために理論燃焼よりも低い燃焼
が起こる。これに続いて、これらの可燃性媒体は
次にノズル２０に流入する空気と、燃焼室２から
逆流する煙道ガスと、部分的に燃焼した燃料流体
と強力に混合される。これによつて燃焼室内での
燃焼作用を最適化する可燃性媒体の準備ができた
ことになる。このように状態づけられたこの燃料
の燃焼空所２内への遷移に際し、完全かつ適正燃
焼に必要な量の燃焼用空気が第２空気ダクト８、
環状ダクト１０、交差ダクト１１を通りノズル１
２から給送される。その結果、可燃性媒体の完全
燃焼をその目的のために必要な温度を発生させな
がら行なわせる安定した火焔１５が燃焼空所５内
に形成される。

予燃焼室及び燃焼室１それぞれに給送される空
気量の割当て比率は５％：95％から30％：70％の
間の範囲で、ほぼ10％：90％から40％：60％の範
囲が好適である。

第２図は、本発明による霧化ノズルの側断面図
を示し、スクリユー結合によつて合体された２つ
のハウジング部分２１ａ及び２１ｂによつて構成
された本質的に中空円筒形ノズルハウジング２１
から成り、ノズルオリフイスと組合わされたハウ
ジング部分２１ａはその自由端に内向きフランジ
２２をもつ。実質的に類似の中空円筒形挿入体３
０がノズルハウジング２１に挿入される。挿入体
３０内に、軸４０が配設され、該軸はその自由端
に当接板４１を付設する。軸４０と挿入体３０の
内側面間に形成された環状空所内に、第２挿入体
３６が挿入され、該挿入体によつて前記環状空所
は２つの同軸環状空所３７及び３８に分割され
る。第２挿入体３６は、第１挿入体３０の内璧に
形成された第１肩部と軸４０の大径基部４０ａに
形成された第２肩部との間に保持される。さら
に、第１挿入体３０は、ノズルハウジング２１の
前方区域内に溝３１を有し、該溝はノズル軸線と
１つの角をなして前方に向いて開口し、該開口内
に環状フランジ２２が突出する。

ノズルハウジング２１の内璧と第１挿入体３０
の外壁との間に、環状断面の第１流動通路２６が
形成され、該流動通路は環状フランジ２２よつて
内方へ偏向されて第１挿入体３０に構成された溝
３１内に連続する。フランジ２２と第１挿入体３
０の外壁との間に第１環状ノズル２８が形成され
る。第１挿入体３０の内壁と第２挿入体３６の外
壁との間には、第１環状空所３７が形成され、該
環状空所は第２挿入体３６に形成されかつ横方向
に延びる通路３９を介して、軸４０を囲む第２環
状空所３８に接続される。第２環状空所３８は第
２環状ノズル２９に連続する。

外側の第１流動通路２６は第１環状通路２７を
介して給送される。第１環状空所３７は第１環状
通路２７内に同心的に形成された第２環状通路４
５から給送され、及び第２環状空所３８は中心通
路４４から、軸４０の大径断面の軸基部４０ａを
貫通する傾斜穴４３を通つて給送される。スリー
ブ２４がハウジング部分２１ａの前方に配設さ
れ、該スリーブはノズルオリフイスの平面を囲む
円筒形縁部２４ａをもつ。ハウジング部分２１ａ
に対するスリーブ２４の位置はスペーサリング２
５によつて調節される。軸４０の自由端に配設さ
れる当接板４１は、軸４０から隔たりかつ例えば
ねじ付きスリーブ４２によつて軸４０に固定され
た１つの構成部品を意味する。

通路３９の部分の断面図である第３図から分か
るように、第２挿入体３６は軸線と垂直な１つの
平面内に、横断通路３９をもち、該通路はその外
璧と接線方向に第２環状空所３８内に通じる。

このノズルの作用態様は下記の通りである。

このノズルの作用について述べれば、軸４０の
内側に形成された中心通路４４が石炭／水懸濁物
のような可燃性媒体で満たされ、この媒体は傾斜
穴４３を通つて軸４０を囲む第２環状空所３８に
流入する。第２環状通路旅４５が第２流動媒体と
しての圧縮空気のような圧縮ガスの圧力媒体で満
たされる。この圧力媒体は第１環状空所３７に流
入し、横断通路３９を通過して第２環状空所３８
に流通し、ここにおいて、圧力媒体の接線方向の
送出流動によつてその中に存在する流動媒体の強
い擾乱と混合が行なわれる。

第２環状空所３８内に生ずる圧力によつて、上
記混合流は軸方向前方へ送出され、内側の第２環
状ノズル２９を通過して当接板４１の内側に至
り、ここにおいて旋転運動を保ちながら半径方向
外方へ送出される。

半径方向最外方の第１環状通路２７及びこれと
隣接する第１流動通路を通り、第１流動媒体が送
出され、該媒体は流動通路２６の前端において溝
３１に入り、それにより、溝３１は共振振動発生
手段として作用するので、振動領域が発生され、
それにより内側の第２環状ノズル２９を通り半径
方向内側の第２環状空所３８から出射する混合物
は、極めて細かく霧化されて円錐形態でノズルか
ら排出される。ノズル円錐体の形状付けは、スリ
ーブ２４の位置、または円筒形内側面２４のサイ
ズによつて影響される。

当接板４１は軸４０に取外し可能に固定される
ので、該当接板は一方において、極めて硬くかつ
抵抗力の大きい材料で造られる。そのうえ、摩耗
したときは交換できる。軸４０はまた、当接板４
１の強い冷却に影響する。この結果、当接板４１
は中心に配置された軸４０によつて担持され、内
側の第２環状ノズル２９が形成され、かつ当接板
４１を保持するためのウエブを設ける必要がなく
なるので、内側環状ノズル２９を通つて出射する
流動媒体の擾乱運動または旋転運動が中断される
ことがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による霧化ノズルを使用する
流動可燃性媒体の燃焼装置の軸方向断面図、第２
図は、本発明によるノズルの軸方向縦断面図、第
３図は、本発明によるノズルの横断通路部分の断
面図を示す。 図中の符号、１……燃焼室、２……燃焼空所、
４……予燃焼室、５……予燃焼空所、６……主ダ
クト、７……第１空気ダクト、８……第２空気ダ
クト、９……フラツプ、１０……環状ダクト、１
１……交差ダクト、１２……ノズル、１５……火
焔、２０……バーナノズル、２１……ノズルハウ
ジング、２１ａ，２１ｂ……ハウジング部分、２
２……フランジ、２４……スリーブ、２５……ス
ペーサリング、２６……第１流動通路、２７……
第１環状通路、２８……第１環状ノズル、２９…
…第２環状ノズル、３０……挿入体、３１……
溝、３６……第２挿入体、３７……第１環状空
所、３８……第２環状空所、３９……横断通路、
４０……軸、４０ａ……軸基部、４１……当接
板、４２……ねじ付きスリーブ、４３……傾斜
穴、４４……中心通路、４５……第２環状通路を
示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流体中に懸濁された粉状又は粒状の固形燃料
   例えば水中に懸濁された石炭のような流動可燃性
   媒体の霧化ノズルにおいて、 ほぼ中空円筒形のノズルハウジング２１の端面
   において互いに同軸関係をもつて配置された２つ
   の環状ノズル２８，２９と、同様にほぼ中空円筒
   形の挿入体３０，３６と、前記挿入体の内部に配
   設されかつその自由端にノズルハウジング２１内
   に配置された当接板４１を有する軸方向に整合さ
   れた中心軸４０とを含み、かつノズルハウジング
   ２１の内側面が第１流動媒体用の環状断面形の外
   側の第１流動通路２６を形成し、及び前記軸４０
   の外側であつて、かつ前記外側の流動通路２６の
   内側において、第２流動媒体用の、同様に環状断
   面形の、流動通路を形成し、 前記外側の第１流動通路２６が環状溝３１内に
   終端をもち、前記環状溝３１が前記挿入体３０の
   自由端区域内に構成されかつノズルハウジング２
   １の縦軸線と１つの角をなして外向きに開口され
   かつ振動発生手段として作用しかつ第１ノズル２
   ９と接続され、及び第２挿入体３６が挿入体３０
   と軸４０との間に配設され、第１環状空所３７が
   第１挿入体３０の内側面と第２挿入体３６の外側
   面との間に形成され、前記第１環状空所３７が軸
   線に対し接線方向に整合された通路３９を経て軸
   ４０を囲みかつ第２環状空所３８として形成され
   た流動通路に接続されることを特徴とする、流体
   中に懸濁された粉状又は粒状の固形燃料例えば水
   中に懸濁された石炭のような流動可燃性媒体の霧
   化ノズル。 ２ 第２挿入体３６が、第１挿入体３０の内側面
   に形成された第１環状肩面と、軸４０の基底部４
   ０ａの外側面に形成された第２環状肩面との間に
   保持されることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の流動可燃性媒体の霧化ノズル。 ３ 軸４０が、自由端から遠い方のその末端区域
   内に実質的に拡大された断面をもち、該末端区域
   内に中心内孔４４が形成され、該内孔から軸４０
   を囲む流動通路３８内に連続する少なくとも１つ
   の傾斜して外向きに延びる通路４３が派出するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
   項記載の流動可燃性媒体の霧化ノズル。 ４ 第２挿入体３６が少なくとも１群の、あるい
   は軸方向に間隔を保つて配置された複数群の横断
   通路３９を有し、前記横断通路３９は、第１環状
   空所３７から始まり軸４０を囲む流動通路として
   の第２環状空所３８の外周壁に接線方向に開口す
   るように構成されることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項から第３項までのいずれか一項記載の
   流動可燃性媒体の霧化ノズル。 ５ ノズルオリフイス２８，２９の表面を越えて
   突出する円筒形の環状面２４ａをもつ軸方向に調
   節可能をスリーブ２４が、それ自身既知の方法で
   ノズルハウジング２１の外壁上に配設されること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項から第４項ま
   でのいずれか一項記載の流動可燃性媒体の霧化ノ
   ズル。 ６ 軸４０の自由端に配設された当接板４１が軸
   ４０に取外し可能に固定されることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項から第５項までのいずれか
   一項記載の流動可燃性媒体の霧化ノズル。