(57)【要約】【課題】バーナチップ本体の形状を大型化することなく噴霧媒体を流す混合区間流路に十分な混合距離を確保し、蒸気等の噴霧媒体消費量を増加させることができるバーナチップ構造を提供する。【解決手段】バーナチップ本体１０内で燃料油を蒸気により微粒化して炉内へ投入する２流体式のバーナチップ構造において、蒸気主流路１１の内部が下流側端部傾斜面１１ａ及び段差部傾斜面１１ｂを形成した２段構造とされ、蒸気主流路１１の下流側端部傾斜面１１ａに連通して形成された混合区間流路１２Ａの出口開口を狭角噴出孔１５Ａとし、段差部傾斜面１１ｂに連通して形成された混合区間流路１２Ｂの出口開口を広角噴出孔１５Ｂとした。【選択図】図１
2010133664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナチップ本体内で燃料油を噴霧媒体により微粒化して炉内へ投入する２流体式のバーナチップ構造において、
前記バーナチップ本体の軸中心位置上流側に形成された噴霧媒体主流路と、該噴霧媒体主流路から放射状外向きに分岐して形成された複数の混合区間流路と、前記噴霧媒体主流路の外周に形成され、前記混合区間流路の入口近傍側面に合流するとともに入口開口が周方向へ等ピッチに配置されている複数の燃料油流路とを備え、
前記噴霧媒体主流路の内部が下流側端部傾斜面及び段差部傾斜面を形成した２段構造とされ、前記噴霧媒体流路の下流側端部傾斜面に連通して形成された前記混合区間流路の出口開口を狭角噴出孔とし、かつ、前記噴霧媒体流路の段差部傾斜面に連通して形成された前記混合区間流路の出口開口を広角噴出孔としたことを特徴とするバーナチップ構造。
【請求項２】
バーナチップ本体内で燃料油を噴霧媒体により微粒化して炉内へ投入する２流体式のバーナチップ構造において、
前記バーナチップ本体の軸中心位置上流側に形成された噴霧媒体主流路と、該噴霧媒体主流路から放射状外向きに分岐して形成された複数の混合区間流路と、前記噴霧媒体主流路の外周に形成され、前記混合区間流路の入口近傍側面に合流するとともに入口開口が周方向へ等ピッチに配置されている複数の燃料油流路とを備え、
前記噴霧媒体主流路の内部が下流側端部傾斜面及び段差部傾斜面を形成した２段構造とされ、前記噴霧媒体流路の下流側端部傾斜面に連通して形成された前記混合区間流路の出口開口を広角噴出孔とし、かつ、前記噴霧媒体流路の段差部傾斜面に連通して形成された前記混合区間流路の出口開口を狭角噴出孔としたことを特徴とするバーナチップ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油焚きボイラ等に適用されるバーナチップ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、油焚きボイラにおいては、バーナチップ構造として２流体式チップが用いられている。
２流体式のバーナチップ構造は、噴霧媒体として空気や蒸気を用い、燃料である油（アスファルトやＶＲ等の粗悪燃料を含む）を微粒化することにより、着火及び燃焼を確立させる方法がよく知られている。このような２流体式のバーナチップ構造においては、燃料油と蒸気はチップ内の混合区間で混合され、微粒化されながら炉内へ投入される。
【０００３】
図３及び図４に示すバーナチップ構造は、燃焼性を向上させるため、微粒化燃料の噴出方向を広角及び狭角にアンバランスさせた複数（図示の構成例では８個）の噴出孔を備えたものである。
図示のバーナチップ構造において、バーナチップ本体１の内部には、噴霧媒体となる蒸気を供給する蒸気主流路２が上流側の中心部に形成されている。この蒸気主流路２は、バーナチップ本体１の軸方向において略中間位置まで形成され、その先端部２ａ及び流路途中から分岐して、複数の分割蒸気流路３Ａ，３Ｂが放射状外向きに形成されている。この分割蒸気流路３Ａ，３Ｂは、それぞれがバーナチップ本体１の先端部１ａまたは側面部１ｂに開口するよう設けられた複数の混合区間流路４Ａ，４Ｂに連通している。この混合区間流路４Ａ，４Ｂは分割蒸気流路３Ａ，３Ｂと同数設けられ、同一軸線上において分割蒸気流路３Ａ，３Ｂから流路断面積を拡径して設けられている。
【０００４】
蒸気主流路２の外周側には、混合区間流路４Ａ，４Ｂと同数（複数）の燃料油流路５Ａ，５Ｂが形成されており、バーナチップ本体１の周方向において等ピッチとなるように配置されている。この燃料油流路５Ａ，５Ｂは、油焚きボイラの燃料となる燃料油を供給するものであり、バーナチップ本体１の内部において、混合区間流路４Ａ，４Ｂが分割蒸気流路３Ａ，３Ｂと連通する入口近傍側面に対して、側面または斜め方向から合流するようになっている。
なお、バーナチップ本体１の上流側には、蒸気及び燃料油の整流や流路切替を行うバックプレート（不図示）が連結されている。
【０００５】
このように構成された２流体式のバーナチップ構造においては、蒸気主流路２から分流して分割蒸気流路３Ａ，３Ｂを流れる噴霧媒体の蒸気と、燃料油流路５Ａ，５Ｂを通って供給された燃料油とが混合区間流路４Ａ，４Ｂ内で合流することにより、合流時の衝突や混合区間４Ａ，４Ｂ内を流れる際の撹拌・混合により燃料油が微粒化される。そして、混合区間流路４Ａ，４Ｂを通過して微粒化された燃料油は、バーナチップ本体１に開口する混合区間４Ａ，４Ｂの出口開口から微粒化燃料として蒸気とともに炉内へ投入される。
【０００６】
この場合の出口開口は、バーナチップ本体１の先端部１ａに開口する混合区間流路４Ａの出口開口が、炉内へ向けた微粒化燃料の投入角度を小さくした狭角噴出孔６Ａであり、バーナチップ本体１の側面部１ｂに開口する混合区間流路４Ｂの出口開口が、炉内へ向けた微粒化燃料の投入角度を大きくした広角噴出孔６Ｂである。なお、微粒化燃料の投入角度は、バーナチップ本体１の軸線が基準の０度となる。
【０００７】
２流体式のバーナチップ構造に関する他の従来技術としては、バーナチップの先端部に開口する蒸気流路を追設することにより、燃料の微粒化を促進して噴霧性能を向上させ、窒素酸化物並びに煤煙の発生を抑制できるバーナが提案されている。（たとえば、特許文献１参照）
また、２流体式のバーナチップ構造に関する他の従来技術としては、ボイラ装置用ＣＷＭ（高濃度石炭・水スラリ）等のスラリ燃料を良好に微粒化（噴霧）させるスラリ燃料用アトマイザ構造が提案されている。この従来技術は、微粒化媒体供給環状流路を先端側で収束させて微粒化媒体を加速してからスラリ燃料と合流させるものである。（たとえば、特許文献２参照）
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１６８４１３号公報
【特許文献２】特開平９−２８７７１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上述した２流体式のバーナチップ構造は、良好な微粒化及び燃焼性を確保するため、混合区間流路４Ａ，４Ｂの流路長さに十分な混合距離Ｌ１，Ｌ２を確保する必要がある。一般的な混合区間流路４Ａ，４Ｂの混合距離Ｌ１，Ｌ２については、混合区間流路４Ａ，４Ｂ及びその出口開口の流路径をＤ１，Ｄ２とした場合、流路径Ｄ１，Ｄ２の２〜３倍以上（Ｌ１／Ｄ１＞２〜３，Ｌ２／Ｄ２＞２〜３）を確保する必要がある。なお、混合距離Ｌ１，Ｌ２は、燃料油と蒸気とが合流した位置から流路出口までの流路長さとなる。
【００１０】
しかし、上述した狭角噴出孔６Ａ及び広角噴出孔６Ｂのように、微粒化燃料の噴出方向をアンバランスさせて燃焼性の向上を図る場合には、噴出角度が広い広角噴出孔６Ｂ側の混合距離Ｌ２が短くなる傾向にある。
また、バーナチップ本体１は、バーナ燃焼量の増大に伴い、蒸気消費率を高めるために流路径Ｄ１，Ｄ２を大きくする設計が一般的である。従って、バーナチップ本体１が受ける寸法形状の制約から十分な混合距離Ｌ１，Ｌ２を確保できなくなり、良好な微粒化を得られない２流体式のバーナチップ構造となることが懸念される。さらに、バーナチップ本体１の外形寸法を増して流路径Ｄ１，Ｄ２を拡大すると、バーナ保炎器などバーナ全体の構造が大きくなるため好ましくない。
【００１１】
このような背景から、微粒化燃料の噴出方向をアンバランスさせて燃焼性の向上を図るバーナチップ構造においては、バーナ燃焼量の増大に伴い噴霧媒体消費率を高める場合、バーナチップ本体の形状を大型化することなく十分な混合距離を確保できるバーナチップ構造の開発が望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、特に微粒化燃料の噴出方向をアンバランスさせて燃焼性の向上を図るバーナチップ構造において、バーナチップ本体の形状を大型化することなく噴霧媒体を流す混合区間流路に十分な混合距離を確保し、蒸気等の噴霧媒体消費量を増加させることができるバーナチップ構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係るバーナチップ構造は、バーナチップ本体内で燃料油を噴霧媒体により微粒化して炉内へ投入する２流体式のバーナチップ構造において、前記バーナチップ本体の軸中心位置上流側に形成された噴霧媒体主流路と、該噴霧媒体主流路から放射状外向きに分岐して形成された複数の混合区間流路と、前記噴霧媒体主流路の外周に形成され、前記混合区間流路の入口近傍側面に合流するとともに入口開口が周方向へ等ピッチに配置されている複数の燃料油流路とを備え、前記噴霧媒体主流路の内部が下流側端部傾斜面及び段差部傾斜面を形成した２段構造とされ、前記噴霧媒体流路の下流側端部傾斜面に連通して形成された前記混合区間流路の出口開口を狭角噴出孔とし、かつ、前記噴霧媒体流路の段差部傾斜面に連通して形成された前記混合区間流路の出口開口を広角噴出孔としたことを特徴とするものである。
【００１３】
このようなバーナチップ構造によれば、バーナチップ本体の軸中心位置上流側に形成された噴霧媒体主流路と、該噴霧媒体主流路から放射状外向きに分岐して形成された複数の混合区間流路と、噴霧媒体主流路の外周に形成され、混合区間流路の入口近傍側面に合流するとともに入口開口が周方向へ等ピッチに配置されている複数の燃料油流路とを備え、噴霧媒体主流路の内部が下流側端部傾斜面及び段差部傾斜面を形成した２段構造とされ、前記噴霧媒体流路の下流側端部傾斜面に連通して形成された前記混合区間流路の出口開口を狭角噴出孔とし、かつ、前記噴霧媒体流路の段差部傾斜面に連通して形成された前記混合区間流路の出口開口を広角噴出孔としたので、バーナチップ本体の寸法形状を大型化することなく混合距離を十分に確保することができる。
【００１４】
本発明のバーナチップ構造は、バーナチップ本体内で燃料油を噴霧媒体により微粒化して炉内へ投入する２流体式のバーナチップ構造において、前記バーナチップ本体の軸中心位置上流側に形成された噴霧媒体主流路と、該噴霧媒体主流路から放射状外向きに分岐して形成された複数の混合区間流路と、前記噴霧媒体主流路の外周に形成され、前記混合区間流路の入口近傍側面に合流するとともに入口開口が周方向へ等ピッチに配置されている複数の燃料油流路とを備え、前記噴霧媒体主流路の内部が下流側端部傾斜面及び段差部傾斜面を形成した２段構造とされ、前記噴霧媒体流路の下流側端部傾斜面に連通して形成された前記混合区間流路の出口開口を広角噴出孔とし、かつ、前記噴霧媒体流路の段差部傾斜面に連通して形成された前記混合区間流路の出口開口を狭角噴出孔としたことを特徴とするものである。
【００１５】
このようなバーナチップ構造によれば、バーナチップ本体の軸中心位置上流側に形成された噴霧媒体主流路と、該噴霧媒体主流路から放射状外向きに分岐して形成された複数の混合区間流路と、噴霧媒体主流路の外周に形成され、混合区間流路の入口近傍側面に合流するとともに入口開口が周方向へ等ピッチに配置されている複数の燃料油流路とを備え、噴霧媒体主流路の内部が下流側端部傾斜面及び段差部傾斜面を形成した２段構造とされ、前記噴霧媒体流路の下流側端部傾斜面に連通して形成された前記混合区間流路の出口開口を広角噴出孔とし、かつ、前記噴霧媒体流路の段差部傾斜面に連通して形成された前記混合区間流路の出口開口を狭角噴出孔としたので、バーナチップ本体の寸法形状を大型化することなく混合距離を十分に確保することができる。
【発明の効果】
【００１６】
上述した本発明のバーナチップ構造によれば、特に微粒化燃料の噴出方向をアンバランスさせて燃焼性の向上を図るバーナチップ構造において、バーナチップ本体の形状を大型化することなく噴霧媒体を流す混合区間流路に十分な混合距離を確保し、蒸気等の噴霧媒体消費量を増加させることができる。このような蒸気消費量の増加が可能になると、燃料油としてアスファルトやＶＲ等の粗悪燃料を含む重質油等を使用する油焚きボイラにおいても、燃料油の微粒化を促進して煤塵やＮＯx の排出量を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係るバーナチップ構造の一実施形態を図面に基づいて説明する。
＜第１の実施形態＞
図１に示す実施形態のバーナチップ構造は、燃料油を燃焼させる油焚きボイラに適用されるものであり、蒸気や空気を噴霧媒体として燃料油を微粒化した後、微粒化燃料を炉内へ投入する２流体式である。この場合の燃料油は、重油等の一般的な油種はもちろんのこと、たとえばアスファルトやＶＲ等のように、低燃焼性及び高粘度の重質化した粗悪燃料を含むものとする。
【００１８】
図１のバーナチップ構造は、バーナチップ本体１０内で燃料油を噴霧媒体の蒸気により微粒化して炉内へ投入する２流体式である。なお、以下の説明では、噴霧媒体として蒸気を使用するものとする。
図示のバーナチップ本体１０は、軸中心位置上流側に形成された蒸気主流路１１と、蒸気主流路１１から放射状外向きに分岐して形成された複数の混合区間流路１２Ａ，１２Ｂと、蒸気主流路１１の外周に形成され、混合区間流路１２Ａ，１２Ｂの入口近傍側面に合流するとともに入口開口１３ａが周方向へ等ピッチに配置されている複数の燃料油流路１３Ａ，１３Ｂとを備えている。なお、蒸気主流路１１と混合区間流路１２Ａ，１２Ｂとの間には、それぞれ蒸気連通路１４が設けられている。
【００１９】
上述した蒸気主流路１１の内部は、下流側端部傾斜面１１ａ及び段差部傾斜面１１ｂを形成した２段構造とされる。そして、蒸気主流路１１の下流側端部傾斜面１１ａに蒸気連通路１４を介して連通するよう形成された混合区間流路１２Ａの出口開口を狭角噴出孔１５Ａとし、かつ、蒸気主流路１１の段差部傾斜面１１ｂに蒸気流路１４を介して連通するよう形成された混合区間流路１２Ｂの出口開口を広角噴出孔１５Ｂとする。
この場合の狭角噴出孔１５Ａ及び広角噴出孔１５Ｂは、バーナチップ本体１０の軸中心を基準とする微粒化燃料の炉内への投入角度について、広角噴出孔１５Ｂが狭角噴出孔１５Ａより外向きに広がる大きな（広い）角度となるように設定されている。
【００２０】
蒸気主流路１１から狭角噴出孔１５Ａに至る蒸気及び燃料油は、下記の経路及び経過を経て微粒化燃料となる。
蒸気主流路１１に導入された蒸気は、複数の蒸気連通路１４に分流して一部が混合区間流路１２Ａに流入する。一方、燃料油流路１３Ａから導入された燃料油は、混合区間流路１２Ａの入口側近傍において、すなわち蒸気連通路１４から混合区間流路１２Ａに流入した直後の蒸気の流れに対して、流路側面の斜め後方から流入する。こうして混合区間流路１２Ａの上流側で蒸気及び燃料油が合流することにより、合流時の衝突や撹拌により燃料油が微粒化されて微粒化燃料となり、この微粒化燃料が混合区間流路１２Ａの下流側に開口する狭角噴出孔１５Ａから炉内へ向けて広角に投入される。
【００２１】
蒸気主流路１１から広角噴出孔１５Ｂに至る蒸気及び燃料油は、下記の経路及び経過を経て微粒化燃料となる。
蒸気主流路１１に導入された蒸気は、複数の蒸気連通路１４に分流して一部が混合区間流路１２Ｂに流入する。一方、燃料油流路１３Ｂから導入された燃料油は、混合区間流路１２Ｂの入口側近傍において、すなわち蒸気連通路１４から混合区間流路１２Ｂに流入した直後の蒸気の流れに対して、流路側面の略側面から流入する。こうして混合区間流路１２Ｂの上流側で蒸気及び燃料油が合流することにより、合流時の衝突や撹拌により燃料油が微粒化されて微粒化燃料となり、この微粒化燃料が混合区間流路１２Ｂの下流側に開口する狭角噴出孔１５Ｂから炉内へ向けて広角に投入される。
【００２２】
ここで、段差部傾斜面１１ｂは、下流側端部傾斜面１１ａの一部を蒸気主流路１１の入口側へ後退させたものである。すなわち、段差部傾斜面１１ｂは、広角噴出孔１５Ｂを備えた混合区間流路１２Ｂに連通する蒸気連通路１４が開口する蒸気主流路１１の下流側先端部を凸状に後退させて傾斜面を形成したものである。従って、蒸気主流路１１内の下流側先端部は、下流側端部傾斜面１１ａが形成された凹部と、段差部傾斜面１１ｂが形成された凸部とが凹凸を形成する２段構造となっている。
また、下流側端部傾斜面１１ａ及び段差部傾斜面１１ｂの傾斜角度については、それぞれの傾斜面が蒸気連通路１４の軸線と直交するか、あるいはできるだけ直交に近づけることが望ましい。このような傾斜角度の設定により、蒸気主流路１１から複数の蒸気連通路１４へ分岐して流れる蒸気量を略均一化することができる。
【００２３】
そして、広角噴出孔１５Ｂを凸部の段差部傾斜面１１ｂ側に形成したので、傾斜面の後退分だけ混合区間流路１２Ｂの流路長さが延長される。この結果、混合区間流路１２Ｂの入口側近傍に燃料油流路１３Ｂを連通させることで、従来構造では広角噴出孔側の混合距離Ｌ２を確保しにくいという問題が解消され、十分な長さの混合距離Ｌ２を確保することができる。この場合、バーナチップ本体１０の改良点は、蒸気主流路１１の空間内であるから、バーナチップ本体１０の外径については寸法形状を大型化する必要はない。
【００２４】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明に係るバーナチップ構造について、第２の実施形態を図２に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図２のバーナチップ構造は、バーナチップ本体１０Ａ内で燃料油を噴霧媒体の蒸気により微粒化して炉内へ投入する２流体式であり、噴霧媒体としては、蒸気を使用するものとする。
【００２５】
図示のバーナチップ本体１０Ａは、軸中心位置上流側に形成された蒸気主流路１１と、蒸気主流路１１から放射状外向きに分岐して形成された複数の混合区間流路１２Ｃ，１２Ｄと、蒸気主流路１１の外周に形成され、混合区間流路１２Ｃ，１２Ｄの入口近傍側面に合流するとともに入口開口１３ａが周方向へ等ピッチに配置されている複数の燃料油流路１３Ａ，１３Ｂとを備えている。なお、蒸気主流路１１と混合区間流路１２Ａ，１２Ｂとの間には、それぞれ蒸気連通路１４が設けられている。
【００２６】
上述した蒸気主流路１１の内部は、下流側端部傾斜面１１ａ及び段差部傾斜面１１ｃを形成した２段構造とされる。そして、蒸気主流路１１の下流側端部傾斜面１１ａに蒸気連通路１４を介して連通するよう形成された混合区間流路１２Ｄの出口開口を広角噴出孔１５Ｂとし、かつ、蒸気主流路１１の段差部傾斜面１１ｃに蒸気流路１４を介して連通するよう形成された混合区間流路１２Ｃの出口開口を広角噴出孔１５Ａとする。
この場合の段差部傾斜面１１ｃは、蒸気主流路１１の入口開口を部分的に広げるようにして、すなわち、蒸気主流路１１の側壁面を部分的に除去して形成されており、この段差部傾斜面１１ｃに狭角噴出孔１５Ａを連通させている。
【００２７】
このような段差部傾斜面１１ｃを有する２段構造の蒸気主流路１１とし、かつ、バーナチップ本体１０Ａに対する傾斜角度が小さい狭角噴出孔１５Ａを形成したので、段差部傾斜面１１ｃを後退させた分だけ混合区間流路１２Ｃの流路長さを延長できる。さらに、段差部傾斜面１１ｃ側に形成される混合区間流路１２Ｃが狭角噴出孔１５Ａであるから、傾斜角度が小さい分だけ混合区間流路１２Ｃの流路長さを延長できる。従って、狭角噴出孔１５Ａ側については、十分な混合距離Ｌ１を確保できるようになる。
一方、従来構造では混合距離を確保しにくい広角噴出孔側については、もともと混合距離を確保しやすい下流側端部傾斜面１１ａ側に配置を形成したので、十分な長さの混合距離Ｌ２を確保することができる。
【００２８】
この結果、従来構造では広角側に十分な混合距離確保できないという問題を解消し、狭角側及び広角側の両方で十分な長さの混合距離Ｌ２を確保することができる。この場合、バーナチップ本体１０の改良点は、蒸気主流路１１の空間内であるから、バーナチップ本体１０の外径については寸法形状を大型化する必要はない。
【００２９】
このように、上述した本発明のバーナチップ構造によれば、バーナチップ本体の形状、特に外径寸法を大型化することなく蒸気等の噴霧媒体を流す流路径を拡大し、混合区間流路に十分な混合距離を確保して燃料油の良好な微粒化が可能になる。すなわち、流路径Ｄ１，Ｄ２に対して２〜３倍以上の混合距離Ｌ１，Ｌ２を確保することができる。従って、微粒化燃料の噴射投入方向をアンバランスさせて燃焼性を向上させる場合においても、蒸気消費量の増加が可能となる。そして、このような蒸気消費量の増加が可能になると、燃料油としてアスファルトやＶＲ等の粗悪燃料を含む重質油等を使用する油焚きボイラにおいても、燃料油の微粒化を促進して煤塵やＮＯx の排出量を低減することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係るバーナチップ構造について、第１の実施形態を示す内部構造例の断面図（図３のＡ−Ａ断面図）である。
【図２】本発明に係るバーナチップ構造について、第２の実施形態を示す内部構造例の断面図（図３のＡ−Ａ断面図）である。
【図３】微粒化燃料の噴射投入方向をアンバランスさせた従来のバーナチップ構造を先端部側から見た外形図である。
【図４】図３に示す従来のバーナチップ構造について、内部構造例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０，１０Ａ    バーナチップ本体
１１    蒸気主流路
１１ａ    下流側端部傾斜面
１１ｂ，１１ｃ    段差部傾斜面
１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ    混合区間流路
１３Ａ，１３Ｂ    燃料油流路
１５Ａ    狭角噴出孔
１５Ｂ    広角噴出孔
【図１】
2010133664.tif 000003
【図２】
2010133664.tif 000004
【図３】
2010133664.tif 000005
【図４】
2010133664.tif 000006