(57)【要約】【課題】  噴霧ノズルの近傍に微粒子を集め着火を促進するとともに、噴霧角度を狭くすることが可能な噴霧ノズルとこの噴霧ノズルを備えたバーナ及び燃焼装置を提供する。【解決手段】  噴霧流体と噴霧用媒体を混合した流体が流れる混合流体流路１８，１９（２０，２１）を噴出孔２（３）の近くで対向するように配置して、混合流体を衝突させて噴出孔２（３）から混合流体を微細化して噴霧するようにした噴霧ノズルであって、噴霧用媒体を噴出する噴霧用媒体噴出口６１aを混合流体の噴出孔２（３）の近傍に設ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴霧流体と噴霧用媒体を混合した混合流体を噴霧する噴出孔が設けられた噴霧ノズル先端部を有する噴霧ノズルであって、
前記噴霧ノズル先端部は、前記噴出孔の内側で前記混合流体が衝突するように対向して配置された複数の混合流体流路と、前記噴出孔とは別に設けられた噴霧用媒体を噴出する噴霧用媒体噴出口とを有することを特徴とする噴霧ノズル。
【請求項２】
請求項１において、
前記噴霧ノズル先端部は、前記噴霧流体が流れる噴霧流体流路と、前記噴霧流体流路に対して傾きをもって接続された前記噴霧用媒体が流れる噴霧用媒体流路と、前記噴霧用媒体噴出口に接続する噴霧用媒体流路と有することを特徴とする噴霧ノズル。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記噴出孔から前記噴霧用媒体噴出口までの距離は、前記噴出孔の直径または直径の相当径に対し３０倍以内とすることを特徴とする噴霧ノズル。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかにおいて、
前記噴霧ノズル先端部の表面に凹部が形成されており、
前記噴出孔は前記凹部の底面に設けられていることを特徴とする噴霧ノズル。
【請求項５】
請求項１〜３の何れかにおいて、
前記噴霧ノズル先端部の表面に、前記混合流体流路と直角方向に延びる凹部が形成されており、
前記噴出孔は前記凹部の底面に設けられ、
前記噴霧用媒体噴出口は前記凹部の長手方向の両端近傍に設けられていることを特徴とする噴霧ノズル。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかにおいて、
前記噴霧用媒体噴出口に接続する噴霧用媒体流路は、前記噴出孔中央の延長線に向かって傾斜して設けられていることを特徴とする噴霧ノズル。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかにおいて、
前記噴霧ノズル先端部に設けられた前記噴霧用媒体噴出口は、前記噴出孔よりも外周側に位置することを特徴とするとする噴霧ノズル。
【請求項８】
液体燃料を燃料として利用するバーナであって、
請求項１〜７の何れかに記載の噴霧ノズルを用い、前記液体燃料を前記噴霧流体として前記噴霧ノズル先端部に供給し、蒸気または圧縮空気を前記噴霧用媒体として前記噴霧ノズル先端部に供給することを特徴とするバーナ。
【請求項９】
化石燃料を燃焼させる燃焼装置であって、
化石燃料を燃焼させる燃焼炉と、前記燃焼炉に化石燃料を供給する燃料供給系統と、前記燃焼炉に燃焼用気体を供給する燃焼用気体供給系統と、前記燃料供給系統と前記燃焼用気体供給系統が接続し前記燃焼炉の炉壁に設けられた化石燃料を燃焼させるバーナと、前記燃焼炉で発生した燃焼排ガスから熱回収する熱交換器と、前記熱回収された燃焼排ガスを前記燃焼炉の外部へ供給する煙道とを有し、
前記バーナとして、化石燃料として液体燃料を用いた請求項８記載のバーナを用いたことを特徴とする燃焼装置。
【請求項１０】
化石燃料を燃焼させる燃焼装置であって、
化石燃料を燃焼させる燃焼炉と、前記燃焼炉に化石燃料を供給する燃料供給系統と、前記燃焼炉に燃焼用気体を供給する燃焼用気体供給系統と、前記燃料供給系統と前記燃焼用気体供給系統が接続し前記燃焼炉の炉壁に設けられた化石燃料を燃焼させる複数のバーナと、前記燃焼炉で発生した燃焼排ガスから熱回収する熱交換器と、前記熱回収された燃焼排ガスを前記燃焼炉の外部へ供給する煙道とを有し、
前記バーナの一つは、主化石燃料として微粉炭を用いたバーナであり、前記バーナの他の一つは、補助化石燃料として液体燃料を用いた請求項８記載のバーナであることを特徴とする燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、噴霧ノズル、バーナ及び燃焼装置に係り、特に、液体燃料などの噴霧流体に空気や蒸気などの噴霧用媒体を供給して噴霧流体を微粒化させる噴霧ノズルとこの噴霧ノズルを備えたバーナ及び燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電用のボイラのように高出力，高負荷の燃焼装置では、燃料を水平燃焼させる浮遊燃焼方式が多く採用される。燃料として燃料油のように液体燃料を用いる場合、燃料を噴霧ノズルで微粒化して燃焼装置の火炉内を浮遊させ燃焼させる。このような噴霧ノズルは、液体燃料を主燃料とする燃焼装置の他、微粉炭のように固体燃料を主燃料として使用する燃焼装置において、起動や火炎安定化用の補助燃料（液体燃料）の燃焼用に設置されることが多い。
【０００３】
噴霧ノズルの形式として、一般に噴霧流体（液体燃料など）を加圧し、その圧力エネルギーを微粒化に利用する圧力噴霧方式と、噴霧流体の他に、微粒化用の噴霧媒体として空気や蒸気を供給し、噴霧流体と混合することで微粒化する２流体噴霧方式がある。これらの方式は、加圧した噴霧流体の噴出方法や噴霧媒体の混合方法により細分化される。２流体噴霧方式を用いた噴霧ノズルとしては、例えば、特許文献１や２に記載のものがある。
【０００４】
特許文献１では、液体燃料と噴霧媒体をＹ字状の流路で混合し、噴出させる。液体燃料は、噴霧媒体との混合や、噴出時に高速の流れとなることにより微細化される。
【０００５】
特許文献２では、液体流出穴より噴出する液体に対して交差するように気体を衝突させて混合し、噴射口近傍で対向させた気液混合物を衝突させる。液体は、気体との衝突混合や気液混合物として衝突することにより微細化される。気液混合物とすることで衝突力は液体単独の場合よりも強まり、液体はより微細化される。なお、噴射口から扇状に噴霧されるため、ファンスプレイ式とも呼ばれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2010-127518号公報
【特許文献２】特開平9-239299号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
液体燃料の燃焼では、噴霧粒子径が大きいと燃焼反応が遅れ、燃焼効率の低下や煤塵，一酸化炭素が発生し易くなる。また、噴霧粒子径が小さい場合でも燃焼用空気との混合が悪く、噴霧粒子の周囲の燃焼用空気が不足すると、煤塵や一酸化炭素が発生し易くなる。このため、液体燃料の燃焼では、微粒化と共に噴霧粒子と燃焼用空気との混合に留意する必要がある。
【０００８】
そして、本発明者等の検討によれば、液体燃料を噴霧させて燃焼させる場合、噴霧粒子の粒子径と運動量が、火炎の安定化（噴霧の着火の促進）および燃焼用空気との混合促進（燃焼用空気との混合促進による未燃分の低減，煤塵抑制）に重要である。
【０００９】
例えば、直径で100μｍ未満、出来れば50μｍ以下に微粒化させた粒子（以下、微粒子と記す）は体積に占める表面積が大きく、炉内からの熱放射により昇温し、燃焼し易い。このため、これらの微粒子を噴霧ノズル近傍に滞留させると、噴霧の着火が早まり、火炎の安定化や燃焼反応の促進に寄与する。
【００１０】
また、例えば、直径で100μｍ以上から300μｍ未満の粒子（以下、大粒子と記す）は粒子径が比較的大きいため、運動量が大きく、噴霧ノズルの周囲の気体の影響を受けにくい。このため、噴霧は通常約１ｍ以上離れた位置まで到達し、噴霧ノズルから離れた位置から供給される燃焼用空気との混合が容易である。このため、燃焼反応が進み、未燃分や煤塵の発生を抑制できる。
【００１１】
また、例えば、直径300μm以上の粒子（以下、粗大粒子と記す）は運動量が大きいものの、体積に占める表面積は大粒子に比べて小さいため、燃焼反応は大粒子に比べて遅れる。このため、粗大粒子の生成は未燃分や煤塵の発生源となり易い。
【００１２】
このようなことから、本発明者等の検討によれば、火炎の安定化と未燃分の低減，煤塵抑制には、一部の噴霧粒子を微粒子として噴霧ノズル近傍に滞留させることで火炎の安定性を維持し、他の噴霧粒子は運動量の大きい大粒子として燃焼用空気との混合を促進させ、さらに粗大粒子の生成を低減することが望ましい。
【００１３】
上述の特許文献１に示されるバーナチップ（噴霧ノズル）では、液体燃料と噴霧媒体の混合体を噴出孔から高速で噴出するので、混合体の運動量が高く、噴霧粒子中の比較的大きな噴霧粒子（大粒子）と微細化された噴霧粒子（微粒子）は同じ方向に噴出される。このため、微粒子が大粒子に同伴され易く、噴霧ノズル近傍に滞留する微粒子が少ない。
【００１４】
また、上述の特許文献２に示される二流体ノズル（噴霧ノズル）では、扇型噴霧の外周側は運動量が低下し、噴霧ノズル近傍に滞留する微粒子が特許文献１に比べて多くなる。しかし、扇型噴霧の場合、噴霧角度が広く、ノズルを構成する部材や周囲に設置されている火炎安定用の障害物に微粒子が接触し、合体粒子となった粗大粒子が飛散し、煤塵の発生源となる可能性がある。
【００１５】
このように、従来の噴霧ノズルでは、噴霧ノズルの近傍に微粒子を集め着火を促進する（火炎を安定化する）ことと、噴霧角度を狭くする（粗大粒子の発生を抑制する）ことの両立が難しい。
【００１６】
本発明の目的は、噴霧ノズルの近傍に微粒子を集め着火を促進するとともに、噴霧角度を狭くすることが可能な噴霧ノズルとこの噴霧ノズルを備えたバーナ及び燃焼装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明の噴霧ノズル並びに本発明のバーナ及び燃焼装置における噴霧ノズルは、噴霧流体と噴霧用媒体を混合した混合流体を噴出孔の近くで対向させて衝突させ、噴出孔から混合流体を微細化して噴霧するようにした噴霧ノズルであって、噴霧ノズル先端部に噴霧用媒体を噴出する噴霧用媒体噴出口を混合流体の噴出孔とは別に設けたものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、噴霧ノズル近傍に滞留する微粒子を多くすることが可能な、所謂、ファンスプレイ式の噴霧ノズルにおいても、噴霧角度を狭くすることが可能となり、ノズルを構成する部材や周囲に設置されている火炎安定用の障害物への微粒子の接触を抑制して粗大粒子が飛散することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施例に係る噴霧ノズル先端部の断面図。
【図２】本発明の第１の実施例に係る噴霧ノズル先端部の平面図。
【図３】本発明の第１の実施例に係る噴霧ノズル先端部の噴出孔周辺を示す説明図。
【図４】本発明の第１の実施例の変形例に係る噴霧ノズル先端部の噴出孔周辺を示す説明図。
【図５】本発明の第１の実施例の他の変形例に係る噴霧ノズル先端部の噴出孔周辺を示す説明図。
【図６】本発明の第１の実施例の他の変形例に係る噴霧ノズル先端部の噴出孔周辺を示す説明図。
【図７】本発明の第１の実施例に係る噴霧ノズルの断面の要部（噴出孔周辺）を示す説明図。
【図８】本発明の第１の実施例に係る噴霧ノズルの断面の要部（噴出孔周辺）を示す説明図。
【図９】本発明の第１の実施例に係る噴霧ノズル先端部の変形例の平面図。
【図１０】本発明のバーナの一例を示す説明図。
【図１１】本発明の燃焼装置の一例を示す説明図である。
【図１２】本発明の第２の実施例に係る噴霧ノズル先端部の断面図。
【図１３】本発明の第２の実施例に係る噴霧ノズル先端部の噴出孔周辺を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１〜３を用いて本発明の一実施例である噴霧ノズル（先端部）を説明する。図１は上流側が噴霧流体（液体燃料）の供給系統（図示せず）と噴霧用媒体（蒸気または圧縮空気など）の供給系統（図示せず）に接続する噴霧ノズル先端部１の断面図を示す。図２は噴出ノズル先端部１の平面図であり、図３は図１に示す噴霧ノズル先端部１のA-A矢視における噴出孔周辺を拡大して示す説明図である（但し、噴霧ノズル先端部の輪郭線の図示は省略している。図４〜６及び１３においても同じ。）。
【００２２】
本実施例の噴霧ノズルは、上流側から、噴霧流体と噴霧用媒体を供給するそれぞれの流路を有し、噴霧流体流路と噴霧用媒体流路は途中で接続し混合流体を形成している。そして、本実施例の噴霧ノズルは、混合流体の流路は複数有し、噴霧ノズル先端部の噴出孔の内部（上流）側に対向して設けられた混合流体の流路を接続することで、混合流体を衝突させて噴出孔から混合流体を噴出させる。さらに、本実施例の噴霧ノズルは、噴出孔近傍に噴霧用媒体のみが流出する噴霧用媒体噴出口を設けている。
【００２３】
本実施例の噴霧ノズル先端部は、具体的には、次のように構成されている。図１に示すように、噴霧ノズル先端部１は外側部材１aと内側部材１ｂとにより構成されている。噴霧ノズル先端部１において噴霧流体は噴霧流体流路１０〜１３に分かれて流れる。噴霧流体流路１０，１２は外側部材１aと内側部材１ｂとの間に形成され、噴霧流体流路１１，１３は内側部材１ｂ内に形成されている。本実施例では、噴霧流体流路１０，１２を外側部材１aと内側部材１ｂとの間に形成しているが、噴霧流体流路１１，１３と同様に内側部材１ｂ内に形成しても良い。噴霧用媒体は噴霧用媒体流路１４〜１７に分かれて流れ、噴出孔２，３の上流側でそれぞれ噴霧流体流路１０〜１３と接続する。噴霧用媒体流路１４〜１７は内側部材１ｂ内に形成されている。噴霧流体と噴霧用媒体とが混合するように（平行な流れとならないように）、噴霧用媒体流路は噴霧流体流路に対し傾きを持って接続している。噴霧流体と噴霧用媒体は接続部にて混合し、混合流体流路１８〜２１を通り噴出孔２，３からそれぞれ噴出する。即ち、混合流体流路１８と１９，混合流体流路２０と２１は、それぞれ、噴出孔２，３の内部（上流）側で対向流路を形成している。混合流体流路１８〜２１は外側部材１aと内側部材１ｂとの間に形成されている。
【００２４】
噴出孔２，３から噴出する混合流体は混合流体流路１８，１９と混合流体流路２０，２１の流れ方向（混合流体流路が延びる／存在する方向）に対し直角方向に拡がる扇型の噴霧を形成する。噴霧流体は噴霧用媒体との流路内での混合により微細化する他、噴出孔２，３出口では衝突力により薄い液膜を形成し、噴出後に周囲の気体とのせん断力により分裂し、微粒化する。このように流体の衝突力により微粒化する噴霧方式を一般にファンスプレイ式噴霧という。
【００２５】
なお、図２に示すように、噴出ノズル先端部１の表面には、扇型噴霧の形成方向である、噴出孔２，３に接続する混合流体流路２０，２１の流れ方向と直角方向に延びる凹部４が形成され、凹部４の底面に噴出孔２，３の開口部が形成されている。凹部４を設けることで、噴出孔２，３から噴霧が扇型に拡がり易くなる。なお、本実施例では、凹部４は直方体形状となっているが、噴霧が拡がり易くするという観点では、凹部は円柱形状や楕円柱形状でも良い。
【００２６】
ファンスプレイ式噴霧では、噴出孔２，３において混合流体が衝突し，直角方向に拡がることで、噴霧の運動量は低下する。特に、噴霧の外周部分では噴霧の運動量は低く、微粒子（例えば、直径100μｍ未満）が多くなる。運動量が低いため微粒子は噴霧ノズル近傍に留まりやすくなる。直径で100μｍ未満、出来れば50μｍ以下に微粒化させた粒子（以下、微粒子と記す）は体積に占める表面積が大きく、炉内からの熱放射により昇温して燃焼し易い。このため、これらの微粒子を噴霧ノズル近傍に滞留させることで、噴霧の着火が早まり、火炎の安定化や燃焼反応の促進に寄与する。なお、微粒化の程度は、混合流体の圧力や噴霧用媒体量（噴霧流体に対する噴霧用媒体の割合）により調整することができる。
【００２７】
また、ファンスプレイ式噴霧では、噴霧の中央部分は外周部分に対して噴霧量が多く、運動量が高い。さらに大粒子（直径100〜300μｍ）が多い。運動量が高く、粒子径が比較的大きいため、噴霧は噴霧ノズル周囲の気体の影響を微粒子よりも受けにくい。このため、噴霧は通常１ｍ以上離れた位置まで到達し、噴霧ノズルから離れた位置から供給される燃焼用空気との混合が容易である。燃焼用空気と混合することで、燃焼反応が進み、未燃分や煤塵の発生を抑制できる。
【００２８】
また、本実施例では、噴霧ノズル先端部に噴出孔を複数個設け、各々の噴出孔から異なった方向に噴霧を形成することで、火炎を複数個に分割するようにしている。分割火炎を形成すると、火炎の表面積は大きくなり、火炎からの放射冷却の効果が高まる。このため、高温で生成しやすい窒素酸化物（NOｘ）を低減することができる。また、分割火炎により燃焼用空気が火炎の周囲から混合しやすくなるため、未燃分や煤塵の発生を低減できる。本実施例では、図２に示すように４個の噴出孔を設けているが、２つでも３つでも良い。また、５個以上設けても良い。多数の噴出孔を備えることで分割火炎の効果が高まるほか、液体燃料の噴出量を増やし燃焼量を増やすことができる。但し、本発明は、分割火炎を必須とするものではなく、分割火炎の効果は得られないが、噴出孔が一つの場合でも良い。
【００２９】
火炎の安定性と未燃分や煤塵、窒素酸化物の低減には、上述のように噴霧の一部を微粒子として噴霧ノズル近傍に滞留させ、他の粒子は運動量の大きい大粒子として、燃焼用空気との混合を促進させることが望ましい。ファンスプレイ式では、噴霧の一部を微粒子として噴霧ノズル近傍に滞留させ、また、他の粒子は運動量の大きい大粒子として、燃焼用空気との混合を促進させることがある程度可能であるが、扇型噴霧の場合、噴霧角度が広く、ノズルを構成する部材や周囲に設置されている火炎安定用の障害物に微粒子が接触し、合体粒子となった粗大粒子が飛散する可能性がある。
【００３０】
粒子径が300μm以上の粗大粒子は体積に占める表面積が小さく、炉内からの熱放射により昇温しにくく、燃焼反応も微粒子や大粒子に比べて遅い。このため粗大粒子の生成は未燃分や煤塵の発生源となりやすいので、噴霧においては粗大粒子を低減する必要がある。
【００３１】
本実施例では、図１〜図３に示すように、噴出ノズル先端部１に、噴霧用媒体を噴出する噴霧用媒体噴出口６１a，６２aを混合流体の噴出孔２，３の近傍に設けている。本実施例では、図２〜図３に示すように、噴霧用媒体噴出口６１a，６２aを、噴出孔２，３の噴霧拡がり方向（本実施例では混合流体流路１８，１９と混合流体流路２０，２１の流れ方向に対し直角方向）の両端に設けている。なお、ここで、噴出孔近傍とは、噴出する噴霧用媒体により噴霧角度を狭くすることができる程度の範囲を意味する。具体的には、噴霧ノズル先端部１に噴霧用媒体噴出口を設けられる範囲と、噴出孔２，３の噴霧の拡散を考慮すると、噴出孔２，３の直径（または直径の相当径）の３０倍以内に噴霧用媒体噴出口を設けることが望ましい。
【００３２】
噴霧用媒体噴出口６１a，６２aにはそれぞれ噴霧用媒体流路６１，６２が接続されている。言い換えれば、噴霧用媒体流路６１，６２の先端が噴霧用媒体噴出口６１a，６２aとなっている。噴霧用媒体噴出口６１a，６２aから噴出する噴霧用媒体により、噴出孔２，３から噴出する噴霧粒子の噴出方向が噴霧ノズル先端部１から離れる方向に変化する。このため扇型噴霧の噴霧角度が狭くなり，噴霧がノズルを構成する部材や障害物などに衝突し難くなるため、粗大粒子が発生しない。また、噴出孔２，３からの噴流は噴霧用媒体噴出口６１a，６２aから噴出する噴霧用媒体と接触し、せん断力により分裂し微粒子化が進み、これによって、火炎保持、安定性が向上するというメリットもある。本実施例では噴出孔２，３のそれぞれの両端に噴霧用媒体噴出口を設けているが、片側だけに設けても良い。噴霧がノズルを構成する部材や障害物などとの接触が特に懸念される側がある場合、その側に設けるようにする。例えば、噴霧ノズル先端部１を中心軸とし、その周囲に燃焼用空気を供給するノズル隔壁を設ける場合、外周部に噴霧用媒体噴出口６１aを設けると、ノズル隔壁への噴霧粒子の付着を抑制できる。
【００３３】
このように、噴出孔の噴霧拡がり方向の近傍に噴霧用媒体噴出口を設けることで噴霧角度を抑制でき、噴霧ノズルを構成する部材やノズル近傍に配置している障害物などに噴霧が衝突しないため粗大粒子が発生しない。また、噴霧用媒体によるせん段力で噴霧流体の微粒子化が促進でき、外周部の微粒子が増大し、燃焼反応の促進と火炎の安定性の寄与を両立させる噴霧を形成することができる。
【００３４】
本実施例では、噴霧用媒体噴出口６１a，６２aを凹部４の外側に位置するように設けているが、図４に示すように、凹部４の内側に位置するように設けても良い。凹部４は噴出孔２，３から最も近いため、この端面に噴霧が衝突し易い。凹部４の内側に噴霧用媒体噴出口を設けることで、凹部４の端面への噴霧の衝突や、凹部に付着した噴霧液滴による粗大粒子の生成を抑制できる。
【００３５】
また、噴霧用媒体噴出口６１a，６２aの形状は、四角形（長方形）の他、図５に示すように円形としても同じ効果が得られる。
【００３６】
また、図６に示すように、混合流体の噴出孔２の近傍に噴霧用媒体噴出口を複数個配置しても良い。即ち、噴霧用媒体噴出口６１aの他に、噴霧用媒体噴出口６１ｂを配置している。特に、噴出孔２のコーナ部に配置した噴霧用媒体噴出口６１ｂによりコーナ部から発生する大粒子を効率よく噴霧用媒体によるせん断力で微粒子化でき、さらに微粒子を増大できるメリットがある。
【００３７】
図７及び図８に図３のＢＢ断面図を示す。尚、図５及び図６の断面も同様な断面となる。図７には、噴出孔２と平行に噴霧用媒体噴出口６１aを形成した場合を示す。図８には、噴出孔２から噴出された噴霧の中心部（噴出孔中央の延長線）に向かうように傾斜をつけて噴霧用媒体噴出口６１aを形成した場合を示す。図７に示す噴霧用媒体噴出口６１aでも、噴霧角度を抑制できるが、図８に示す傾斜した噴霧用媒体噴出口６１aによれば噴霧用媒体の流れ６５が噴出孔２からの噴流を抑え、噴霧角度をさらに抑制でき、障害物への衝突がより回避できるというメリットがある。
【００３８】
上述の実施例では、扇型噴霧の形成方向を噴霧ノズル先端部１の半径方向と直角な方向に形成されるように構成しているが、図９に示すように、扇型噴霧の形成方向を噴霧ノズル先端部１の半径方向と同じ方向に形成するようにしても良い。この場合、混合流体流路１８と１９，混合流体流路２０と２１は、噴霧ノズル先端部１の半径方向と直角な方向に延びるように形成されている。また、噴霧用媒体噴出口６１aは、噴霧ノズルを構成する部材や障害物などに噴霧が接触する可能性が高い外周側にだけ設けるようにしても良い。
【００３９】
また、上述の実施例では、個々の混合流体流路は専用の噴霧流体流路と噴霧用媒体流路を備えているが、噴霧流体流路に噴霧用媒体流路を接続して混合流体流路を構成した後に複数の混合流体流路に分岐させて、それらの混合流体流路を対向配置するようにしても良い。この場合、噴霧ノズルが大型化するが、混合流体流路が長くなるので流路内での噴霧流体の微細化が進むというメリットがある。
【００４０】
図１０に上述の噴霧ノズル（噴霧ノズル先端部１）を用いたバーナの一例を、図１１にバーナを備えた燃焼装置の一例を示す。
【００４１】
図１０に示すように、バーナは、中心軸に噴霧ノズルを有する。噴霧ノズルは、中心軸に位置する噴霧ノズル先端部１及び噴霧流体と噴霧用媒体が流れる同軸流路構成部材３０と、噴霧ノズル先端部１の近くに設けられた火炎安定用の障害物３１及びイグナイタ４８から構成されている。障害物３１としては旋回流発生器やスリットを有する邪魔板などが一般的に用いられる。
【００４２】
噴霧ノズル先端部１からは扇型の噴霧が火炉４２内に形成される。扇形の噴霧は中央部分３３と外周部分３４a、３４ｂとに分かれる。噴霧の中央部分３３は外周部分３４a、３４ｂに対して噴霧量が多く、運動量が高く、大粒子（直径100〜300μｍ）が多い。運動量が高く、粒子径が比較的大きいため、噴霧は通常１ｍ以上離れた位置まで到達する。噴霧の外周部分３４a、３４ｂでは噴霧の運動量は低く、微粒子（直径100μｍ以下）が多い。運動量が低いため微粒子は噴霧ノズル近傍に留まりやすくなる。
【００４３】
なお、図６や図７では、噴霧の中央部分３３と外周部分３４a、３４ｂを対比して示すために、これらを区分した記載としているが、実際には両者は連続的に変化する。
【００４４】
燃焼用空気はウインドボックス３５から３つの流路に分かれて供給される。中心の噴霧ノズル先端部１に近い方から、１次流路３６、２次流路３７、３次流路３８である。それぞれ１次空気３９、２次空気４０、３次空気４１として火炉４２内に噴出する。３次流路３８はその外周が火炉壁４３に接続する。また、火炉壁４３には伝熱管４４を設けている。また、旋回流発生器４５、４６やガイド板４７により燃焼用空気の噴出方向を変えて、煤塵やＮＯｘの発生を抑制する。なお、１次流路３６から３次流路３８はそれぞれダンパ（図示せず）にてその流量を制御する。これらは従来のバーナと同様な構造であり詳細な説明を省略する。
【００４５】
噴霧ノズル先端部１の近くに設置されたイグナイタ４８を、上述の噴霧ノズル先端部１の噴出孔２，３から噴出される噴霧に近づけることで、イグナイタ４８の先端近傍には微粒子が滞留する。さらに障害物３１の下流に１次流路３６から噴出する１次空気３９の流速の遅い部分が形成するため、微粒子の滞留が増える。
【００４６】
また、本発明の実施例の噴霧ノズルでは、噴霧用媒体噴出口から噴出される噴霧用媒体により、噴霧の外周部分３４a，３４ｂの噴霧角度が狭くなり、火炎安定用の障害物などに噴霧が衝突しないようになっている。
【００４７】
本実施例の燃焼装置は、燃料を燃焼させる火炉（燃焼炉）と、火炉に液体燃料を供給する液体燃料供給系統と、火炉に酸化剤を含む燃焼用気体を供給する燃焼用気体供給系統と、燃料供給系統と燃焼用気体供給系統が接続し火炉の炉壁に設けられた燃料を燃焼させるバーナと、火炉で発生した燃焼ガスを火炉の外部へ供給する煙道とを有する。
【００４８】
具体的には、図１１に示すように、本実施例の燃焼装置は、ボイラを構成する火炉４２の火炉壁４３に、燃料と燃焼用空気とを供給する複数個のバーナ２２を設置している。バーナ２２には燃焼用空気供給系統５１と液体燃料供給系統５２，噴霧用媒体供給系統５３が接続する。本実施例では燃焼用空気供給系統はバーナに接続する配管５５とその下流側の空気供給口５４に接続する配管５６に分岐する。各々の配管には流量調節弁（図示せず）が設けられている。また、液体燃料供給系統５２と噴霧用媒体供給系統５３はそれぞれの上流側に圧力や流量を調整する供給器（図示せず）が接続し、下流端に噴霧ノズル先端部１が設置される。
【００４９】
本実施例では燃焼用空気は配管５５と配管５６に分岐され、それぞれバーナ２２と空気供給口５４から火炉４２内に噴出する。燃焼用空気を分けて供給することで、バーナ２２で形成される火炎の温度を低減する。さらに、バーナ２２近傍にて空気不足で燃焼することで燃料中に含まれる窒素分の一部が還元剤として生成し、燃焼で発生するＮＯｘを窒素に還元する反応が生じる。このため、火炉出口でのＮＯｘ濃度はバーナ２２から全ての燃焼用空気を供給する場合に比べて低減する。また、空気供給口５４から残りの燃焼用空気を供給し、燃料を完全燃焼させることで未燃焼分を低減する。空気供給口５４からの燃焼用空気と混合した燃焼ガス５７は、火炉の上部の熱交換器５８で熱回収され、煙道５９を通り、煙突６０から大気に放出される。
【００５０】
本発明の実施例の噴霧ノズルの採用したバーナ及び燃焼装置では、噴霧の外周部分３４a，３４ｂの噴霧角度が狭くなり、火炎安定用の障害物などに噴霧が衝突せず、さらに微粒子化が進み、微粒子が増大しているため、保炎性が向上する。特に扇型噴霧の３４a側の噴霧角度を抑制すると障害物などへの衝突が回避できる。
【００５１】
また、上述したように、本実施例のバーナでは、イグナイタ４８の先端近傍に滞留する微粒子が増える。微粒子を滞留させることで、大粒子よりも少ないエネルギーの電気火花で微粒子を蒸発，燃焼させることができる。さらに微粒子の滞留を増やすことで、火炎が拡がりやすくなる。このため、本実施例のバーナ及び燃焼装置では、小容量のイグナイタにて確実に着火し易くなる。
【００５２】
また、本実施例の燃焼装置では、液体燃料を使用する場合を示したが、主燃料として微粉炭等の固体燃料を使用し、補助燃料として液体燃料を使用する場合も適用可能である。この場合、噴霧ノズル先端部１から液体燃料を火炉４２内に噴霧する場合に上記の効果が得られる。
【００５３】
また、図１１に示す燃焼装置の例では、燃焼用空気を配管５５及び５６に分岐した例を示すが、燃焼用空気をバーナ２２からのみ供給する場合も本発明の噴霧ノズルを適用することができる。
【００５４】
また、図１１に示す燃焼装置の例では、バーナ２２を火炉の１つの壁面に上下に設けた場合を示すが、複数の壁面に設ける場合や、壁面の角部に設ける場合にも本発明の噴霧ノズルを適用できる。
【実施例２】
【００５５】
図１２及び図１３に本発明の他の実施例に係る噴霧ノズル先端部１を示す。図１２は上流側が噴霧流体（液体燃料）の供給系統（図示せず）と噴霧用媒体（蒸気または圧縮空気など）の供給系統（図示せず）に接続する噴霧ノズル先端部１の断面図を示す。図１３は図１２に示す噴霧ノズル先端部１のA-A矢視における噴出孔周辺を拡大して示す説明図である。
【００５６】
本実施例と第１の実施例との違いは、噴出孔２，３の上流側の流路構造である。このため、流路構造に関る部分のみを以下説明する。
【００５７】
本実施例の噴霧ノズル（先端部）は、噴霧流体流路１０〜１３を、噴出孔２，３の上流側で噴霧用媒体流路１４〜１７にそれぞれ接続するようにしている。即ち、図１２及び図１３に示すように、噴出孔２，３から遠い側に噴霧用媒体流路１４〜１７を配置し、その内側（噴出孔２，３に近い側）に噴霧流体流路１０〜１３を配置している。噴霧流体と噴霧用媒体とが混合するように（平行な流れとならないように）、噴霧流体流路は噴霧用媒体流路に対し傾きを持って接続している。噴霧流体と噴霧用媒体は接続部にて混合し、混合流体流路１８〜２１を通り噴出孔２，３からそれぞれ噴出する。噴出孔２，３から噴出する混合流体は衝突し、混合流体流路１８，１９と混合流体流路２０，２１の流れ方向に対し直角方向に扇型の噴霧を形成する。
【００５８】
なお、噴霧用媒体噴出口６１a，６２aを、噴出孔２，３の噴霧拡がり方向の両端に設けることなどは、第１の実施例と同様である。
【００５９】
本実施例においても第１の実施例と同様の効果を奏することができる。また、本実施例においても、第１の実施例の変形例が同様に適用でき、そして、本実施例の噴霧ノズルを用いて上述したバーナ及び燃焼装置を構成することができる。
【００６０】
また、噴霧流体を噴出口２,３に近い位置で噴霧用媒体に合流させると、噴出口２，３の中央に噴霧流体、噴霧流体を囲うように外周部に噴霧用媒体が流出する。よって、噴出孔から噴出する扇型噴霧の外周端部では噴霧用媒体が多く、噴霧流体が少ない。みかけ上、噴霧角度が抑制された噴霧形状となり、噴霧角度をさらに抑制できるとういうメリットがある。
【符号の説明】
【００６１】
1：噴霧ノズル先端部
1a：外側部材
1b：内側部材
2，3：噴出孔
4：凹部
10〜13：噴霧流体流路
14〜17：噴霧用媒体流路
18〜21：混合流体流路
22：バーナ
30：同軸流路構成部材
31：障害物
33：噴霧の中央部分
34a，34b：噴霧の外周部分
35：ウインドボックス
36：１次流路
37：２次流路
38：３次流路
39：1次空気の流れ
40：2次空気の流れ
41：3次空気の流れ
42：火炉
43：火炉壁
44：伝熱管
45，46：旋回流発生器
47：ガイド板
48：イグナイタ
51：燃焼用空気供給系統
52：液体燃料供給系統
53：噴霧用媒体供給系統
54：空気供給口
55，56：配管
57：燃焼ガスの流れ
58：熱交換器
59：煙道
60：煙突
61,62：噴霧用媒体流路
61a,61b,62a,62b：噴霧用媒体噴出口
65：噴霧用媒体流れ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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