(57)【要約】【課題】噴霧ノズルの近傍に微粒子を集めて着火を促進し、噴霧の運動量を高めて噴霧粒子と燃焼用空気との混合を促進してばいじんの発生量を低減する噴霧ノズルの提供。【解決手段】液体燃料を噴霧流体として圧力を加えて噴霧させ、別の流体を噴霧用媒体として圧力を加えて噴霧流体と混合して噴出させる噴霧ノズルにおいて、噴霧ノズルの先端部に噴霧流体を噴出させる噴出孔を複数個備え、複数個備えた一方の噴出孔から噴霧流体のみが噴出するように、噴霧流体を流下させて一方の噴出孔に連通する噴霧流体流路を噴霧ノズルの先端部の内部に設け、複数個備えた他方の噴出孔から噴霧流体と噴霧用媒体の混合流体が噴出するように、噴霧流体を流下させる別の噴霧流体流路と、噴霧用媒体を流下させる噴霧用媒体流路と、これらの噴霧流体流路と噴霧用媒体流路とが合流した合流流路を噴霧ノズルの先端部の内部に設けると共に、合流流路を他方の噴出孔に連通させた構成。【選択図】図２
2013160470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料を噴霧流体とし圧力を加えて噴霧させ、別の流体を噴霧用媒体として圧力を加え前記噴霧流体と混合して噴出させる噴霧ノズルにおいて、
前記噴霧ノズルの先端部に噴霧流体を噴出させる噴出孔を複数個備え、
前記複数個備えた一方の噴出孔から噴霧流体のみが噴出するように、噴霧流体を流下させて一方の噴出孔に連通する噴霧流体流路を前記噴霧ノズルの先端部の内部に設け、
前記複数個備えた他方の噴出孔から噴霧流体と噴霧用媒体の混合流体が噴出するように、噴霧流体を流下させる別の噴霧流体流路と、噴霧用媒体を流下させる噴霧用媒体流路と、これらの噴霧流体流路と噴霧用媒体流路とが合流した合流流路を前記噴霧ノズルの先端部の内部にそれぞれ設けると共に、前記合流流路をこの他方の噴出孔に連通させたことを特徴とする噴霧ノズル。
【請求項２】
液体燃料を噴霧流体として圧力を加えて噴霧させ、別の流体を噴霧用媒体として圧力を加えて前記噴霧流体と混合して噴出させる噴霧ノズルにおいて、
前記噴霧ノズルの先端部に噴霧流体を噴出させる噴出孔を複数個備え、
前記複数個備えた一方の噴出孔から噴霧流体のみが噴出するように、噴霧流体を流下させる複数の噴霧流体流路と、これらの複数の噴霧流体流路を流れる噴霧流体が対向して流れる結合流路を前記噴霧ノズルの先端部の内部に設けると共に、前記結合流路をこの一方の噴出孔に連通させて該結合流路内で交差した噴霧流体を前記一方の噴出孔から噴出させ、
前記複数個備えた他方の噴出孔から噴霧流体と噴霧用媒体の混合流体が噴出するように、噴霧流体を流下させる別の噴霧流体流路と、噴霧用媒体を流下させる噴霧用媒体流路と、これらの噴霧流体流路と噴霧用媒体流路とが合流した合流流路を前記噴霧ノズルの先端部の内部にそれぞれ設けると共に、前記合流流路をこの他方の噴出孔に連通させて噴霧流体と噴霧用媒体の混合流体を前記他方の噴出孔から噴出させるように構成したことを特徴とする噴霧ノズル。
【請求項３】
液体燃料を噴霧流体として圧力を加えて噴霧させ別の流体を噴霧用媒体として圧力を加えて前記噴霧流体と混合して噴出させる噴霧ノズルにおいて、
前記噴霧ノズルの先端部に噴霧流体を噴出させる噴出孔を複数個備え、
前記複数個備えた一方の噴出孔から噴霧流体と噴霧用媒体とを混合させて噴出するように、噴霧流体を流下させる複数の噴霧流体流路と、噴霧用媒体を流下させる複数の噴霧用媒体流路と、これらの複数の噴霧流体流路を流れる噴霧流体が対向して流れる結合流路を前記噴霧ノズルの先端部の内部に設け、前記結合流路に複数の前記噴霧用媒体流路を接続すると共に、前記結合流路をこの一方の噴出孔に連通させ、
前記複数個備えた他方の噴出孔から別の噴霧流体と別の噴霧用媒体の混合流体が噴出するように、該噴霧流体を流下させる別の噴霧流体流路と、該噴霧用媒体を流下させる別の噴霧用媒体流路と、これらの噴霧流体流路と噴霧用媒体流路とが合流した合流流路を前記噴霧ノズルの先端部の内部にそれぞれ設けると共に、前記合流流路をこの他方の噴出孔に連通させて噴霧流体と噴霧用媒体の混合流体を前記他方の噴出孔から噴出させるように構成したことを特徴とする噴霧ノズル。
【請求項４】
液体燃料を噴霧流体とし圧力を加えて噴霧させ、別の流体を噴霧用媒体として圧力を加え前記噴霧流体と混合して噴出させる噴霧ノズルにおいて、
前記噴霧ノズルの先端部に噴霧流体を噴出させる噴出孔を複数個備え、
前記複数個備えた一方の噴出孔から噴霧流体と噴霧用媒体の混合流体が噴出するように、噴霧流体を流下させる第１の噴霧流体流路と、噴霧用媒体を流下させる噴霧用媒体流路と、これらの噴霧流体流路と噴霧用媒体流路とが合流した合流流路を前記噴霧ノズルの先端部の内部にそれぞれ設けると共に、前記合流流路をこの一方の噴出孔に連通させて噴霧流体と噴霧用媒体の混合流体を前記一方の噴出孔から噴出させ、
前記複数個備えた他方の噴出孔から別の噴霧流体と別の噴霧用媒体の混合流体が噴出するように、この別の噴霧流体を流下させる第２の噴霧流体流路と、この別の噴霧用媒体を流下させる第２の噴霧用媒体流路と、これらの噴霧流体流路と噴霧用媒体流路とが合流した第２の合流流路を前記噴霧ノズルの先端部の内部にそれぞれ設けると共に、前記第２の合流流路をこの他方の噴出孔に連通させてこれらの噴霧流体と噴霧用媒体の混合流体を前記他方の噴出孔から噴出させ、
更に第１の噴霧流体流路の面積は前記第２の噴霧流体流路の面積よりも小さく形成させて構成したことを特徴とする噴霧ノズル。
【請求項５】
液体燃料を噴霧流体とし圧力を加えて噴霧させ、別の流体を噴霧用媒体として圧力を加え前記噴霧流体と混合して噴出させる噴霧ノズルにおいて、
前記噴霧ノズルの先端部に噴霧流体を噴出させる噴出孔を複数個備え、
前記複数個備えた一方の噴出孔から噴霧流体と噴霧用媒体の混合流体が噴出するように、噴霧流体を流下させる第１の噴霧流体流路と、噴霧用媒体を流下させる噴霧用媒体流路と、これらの噴霧流体流路と噴霧用媒体流路とが合流した合流流路を前記噴霧ノズルの先端部の内部にそれぞれ設けると共に、前記合流流路をこの一方の噴出孔に連通させて噴霧流体と噴霧用媒体の混合流体を前記一方の噴出孔から噴出させ、
前記複数個備えた他方の噴出孔から別の噴霧流体と別の噴霧用媒体の混合流体が噴出するように、この別の噴霧流体を流下させる第２の噴霧流体流路と、該噴霧用媒体を流下させる第２の噴霧用媒体流路と、これらの噴霧流体流路と噴霧用媒体流路とが合流した第２の合流流路を前記噴霧ノズルの先端部の内部にそれぞれ設けると共に、前記第２の合流流路をこの他方の噴出孔に連通させてこの噴霧流体と噴霧用媒体の混合流体を前記他方の噴出孔から噴出させ、
更に前記一方の噴出孔から混合流体として噴出される前記第１の噴霧流体流路を流下する噴霧流体の流量に対する前記噴霧用媒体流路を流下する噴霧用媒体の流量の比よりも、前記他方の噴出孔から混合流体として噴出される前記第２の噴霧流体流路を流下する別の噴霧流体の流量に対する前記別の噴霧用媒体流路を流下する別の噴霧用媒体の流量の比の方が大きくなるように構成したことを特徴とする噴霧ノズル。
【請求項６】
燃料を燃焼させる燃焼炉と、前記燃焼炉に燃料と該燃料を搬送する搬送気体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燃焼用気体供給系統が接続されており前記燃焼炉の炉壁に設けられた燃料を燃焼させるバーナと、前記燃焼炉に設けたバーナによって燃料を燃焼して発生した燃焼排ガスから外部に熱交換させる熱交換器と、前記燃焼炉の前記熱交換器と熱交換した後の燃焼排ガスを前記燃焼炉の外部に流下させる煙道とを有する燃焼装置であって、
前記燃焼装置に使用する噴霧ノズルとして燃料の少なくとも一部に液体燃料を使用する  前記請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の噴霧ノズルを用いたことを特徴とする噴霧ノズルを備えた燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体燃料を微粒化させる噴霧ノズル及び噴霧ノズルを備えた燃焼装置に関する。
【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に浮遊させ燃焼させる。
【０００３】
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でも、起動や火炎安定化用の補助燃料の燃焼用に用いられることが多い。
【０００４】
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。
【０００５】
噴霧ノズルの形式として、一般に下記の２つの方式が用いられる。その１つは液体燃料（噴霧流体）を通常０．５〜５ＭＰａに加圧し、圧力を微粒化に利用する、圧力噴霧方式である。この方式の噴霧ノズルの一例は特開２００４−９２９５２号公報（特許文献１）に開示されている。もう１つは、微粒化用の噴霧媒体として空気や蒸気を供給し、噴霧流体と混合して微粒化する２流体噴霧方式である。この方式の噴霧ノズルの一例は、特開２０１０−１２７５１８号公報（特許文献２）及び特開平８−６１６０９号公報（特許文献３）にそれぞれ開示されている。特許文献２及び３では、１つの噴霧ノズルに複数の噴出孔を有し、個々の噴出孔から独立した噴霧を形成するノズルの例が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−９２９５２号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２７５１８号公報
【特許文献３】特開平８−６１６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
液体燃料を噴霧させて燃焼させる場合、最初の着火源として最近では電気火花式のイグナイタを使用することがある。このイグナイタは外部に電気火花を発生させる回路が必要なものの、燃焼室内には火花を発生させるイグナイタロッドを挿入するのみの簡便な機構で構成できる。このとき、イグナイタロッドは噴霧ノズルの側に設けると、噴霧ノズルと組みで扱うことができ、操作性が良くなる。また、噴霧ノズルからの距離が短いほど、燃焼室内に露出するイグナイタロッドの長さが短くなり、耐久性の点で望ましい。
【０００８】
イグナイタを用いて液体燃料を着火するには、イグナイタや噴霧ノズルの近傍に微粒子を多く滞留させることが望ましい。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。一旦、微粒子が燃焼し始めると、その燃焼熱でそばの粒子に着火し、火炎が拡がり、液体燃料の火炎を形成できる。
【０００９】
上記、先行技術文献２及び３は、いずれも液体燃料と噴霧用媒体を噴出孔の途中で合流させ、その混合流体を噴霧する２流体式噴霧ノズルに関するものである。この噴霧ノズルでは、噴出孔から噴出する流速が速く、噴霧の運動量が大きい。このため、噴霧の到達位置は長い。また、運動量が大きいため、周囲の空気を巻き込んで燃焼し、ばいじん発生量が少ない。
【００１０】
しかし、微粒子の形成が少なく、また、微粒子は噴霧の運動量が大きいため、噴霧ノズル近傍から離れた位置に移動する。
【００１１】
また、２流体噴霧ノズルでは微粒子を多くするためには噴霧用媒体の量を増やす必要がある。噴霧用媒体の量を増やすと圧力の関係で噴霧流体の噴出量が減り、燃焼量が減る。また、噴霧用媒体の量を増やすと、エネルギー効率が低下する。
【００１２】
一方、先行技術文献１の圧力噴霧式噴霧ノズルでは、旋回流による液膜を形成し、周囲の気体とのせん断力により、微粒化される。このため、２流体式噴霧ノズルに比べて、噴霧の運動量は小さくなる。
【００１３】
しかし、噴霧の広がり角が大きく、複数の噴霧孔を設けると、個々の噴霧が干渉し、ばいじんが発生し易い等、燃焼性能が悪化することがある。
【００１４】
このため、前記した従来技術では、噴霧ノズルの近傍に微粒子を集めて着火を促進することと、噴霧の運動量を高めて噴霧粒子と燃焼用空気との混合を促進することとの両立が難しいという課題があった。
【００１５】
本発明の目的は、噴霧ノズルの近傍に微粒子を集めて着火を促進すると共に、噴霧の運動量を高めて噴霧粒子と燃焼用空気との混合を促進してばいじんの発生量を低減した燃焼性能の良い噴霧ノズル、及びこの噴霧ノズルを有する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】
【００１６】
本発明の噴霧ノズルは、液体燃料を噴霧流体として圧力を加え噴霧させ、別の流体を噴霧用媒体として圧力を加えて前記噴霧流体と混合して噴出させる噴霧ノズルにおいて、前記噴霧ノズルの先端部に噴霧流体を噴出させる噴出孔を複数個備え、前記複数個備えた一方の噴出孔から噴霧流体のみが噴出するように、噴霧流体を流下させてこの一方の噴出孔に連通する噴霧流体流路を前記噴霧ノズルの先端部の内部に設け、前記複数個備えた他方の噴出孔から噴霧流体と噴霧用媒体の混合流体が噴出するように、噴霧流体を流下させる別の噴霧流体流路と、噴霧用媒体を流下させる噴霧用媒体流路と、これらの噴霧流体流路と噴霧用媒体流路とが合流した合流流路を前記噴霧ノズルの先端部の内部にそれぞれ設けると共に、前記合流流路をこの他方の噴出孔に連通させたことを特徴とする。
【００１７】
また本発明の噴霧ノズルは、液体燃料を噴霧流体として圧力を加えて噴霧させ、別の流体を噴霧用媒体として圧力を加えて前記噴霧流体と混合して噴出させる噴霧ノズルにおいて、  前記噴霧ノズルの先端部に噴霧流体を噴出させる噴出孔を複数個備え、前記複数個備えた一方の噴出孔から噴霧流体のみが噴出するように、噴霧流体を流下させる複数の噴霧流体流路と、これらの複数の噴霧流体流路を流れる噴霧流体が対向して流れる結合流路を前記噴霧ノズルの先端部の内部に設けると共に、前記結合流路をこの一方の噴出孔に連通させて該結合流路内で交差した噴霧流体を前記一方の噴出孔から噴出させ、前記複数個備えた他方の噴出孔から噴霧流体と噴霧用媒体の混合流体が噴出するように、噴霧流体を流下させる別の噴霧流体流路と、噴霧用媒体を流下させる噴霧用媒体流路と、これらの噴霧流体流路と噴霧用媒体流路とが合流した合流流路を前記噴霧ノズルの先端部の内部にそれぞれ設けると共に、前記合流流路をこの他方の噴出孔に連通させて噴霧流体と噴霧用媒体の混合流体を前記他方の噴出孔から噴出させるように構成したことを特徴とする。
【００１８】
また本発明の噴霧ノズルは、液体燃料を噴霧流体として圧力を加えて噴霧させ、別の流体を噴霧用媒体として圧力を加えて前記噴霧流体と混合して噴出させる噴霧ノズルにおいて、  前記噴霧ノズルの先端部に噴霧流体を噴出させる噴出孔を複数個備え、前記複数個備えた一方の噴出孔から噴霧流体と噴霧用媒体とを混合させて噴出するように、噴霧流体を流下させる複数の噴霧流体流路と、噴霧用媒体を流下させる複数の噴霧用媒体流路と、これらの複数の噴霧流体流路を流れる噴霧流体が対向して流れる結合流路を前記噴霧ノズルの先端部の内部に設け、前記結合流路に複数の前記噴霧用媒体流路を接続すると共に、前記結合流路をこの一方の噴出孔に連通させ、前記複数個備えた他方の噴出孔から別の噴霧流体と別の噴霧用媒体の混合流体が噴出するように、該噴霧流体を流下させる別の噴霧流体流路と、該噴霧用媒体を流下させる別の噴霧用媒体流路と、これらの噴霧流体流路と噴霧用媒体流路とが合流した合流流路を前記噴霧ノズルの先端部の内部にそれぞれ設けると共に、前記合流流路をこの他方の噴出孔に連通させて噴霧流体と噴霧用媒体の混合流体を前記他方の噴出孔から噴出させるように構成したことを特徴とする。
【００１９】
また本発明の噴霧ノズルは、液体燃料を噴霧流体とし圧力を加えて噴霧させ、別の流体を噴霧用媒体として圧力を加え前記噴霧流体と混合して噴出させる噴霧ノズルにおいて、前記噴霧ノズルの先端部に噴霧流体を噴出させる噴出孔を複数個備え、前記複数個備えた一方の噴出孔から噴霧流体と噴霧用媒体の混合流体が噴出するように、噴霧流体を流下させる第１の噴霧流体流路と、噴霧用媒体を流下させる噴霧用媒体流路と、これらの噴霧流体流路と噴霧用媒体流路とが合流した合流流路を前記噴霧ノズルの先端部の内部にそれぞれ設けると共に、前記合流流路をこの一方の噴出孔に連通させて噴霧流体と噴霧用媒体の混合流体を前記一方の噴出孔から噴出させ、前記複数個備えた他方の噴出孔から別の噴霧流体と別の噴霧用媒体の混合流体が噴出するように、この別の噴霧流体を流下させる第２の噴霧流体流路と、この別の噴霧用媒体を流下させる第２の噴霧用媒体流路と、これらの噴霧流体流路と噴霧用媒体流路とが合流した第２の合流流路を前記噴霧ノズルの先端部の内部にそれぞれ設けると共に、前記第２の合流流路をこの他方の噴出孔に連通させてこれらの噴霧流体と噴霧用媒体の混合流体を前記他方の噴出孔から噴出させ、更に第１の噴霧流体流路の面積は前記第２の噴霧流体流路の面積よりも小さく形成させて構成したことを特徴とする。
【００２０】
また本発明の噴霧ノズルは、液体燃料を噴霧流体とし圧力を加えて噴霧させ、別の流体を噴霧用媒体として圧力を加え前記噴霧流体と混合して噴出させる噴霧ノズルにおいて、前記噴霧ノズルの先端部に噴霧流体を噴出させる噴出孔を複数個備え、前記複数個備えた一方の噴出孔から噴霧流体と噴霧用媒体の混合流体が噴出するように、噴霧流体を流下させる第１の噴霧流体流路と、噴霧用媒体を流下させる噴霧用媒体流路と、これらの噴霧流体流路と噴霧用媒体流路とが合流した合流流路を前記噴霧ノズルの先端部の内部にそれぞれ設けると共に、前記合流流路をこの一方の噴出孔に連通させて噴霧流体と噴霧用媒体の混合流体を前記一方の噴出孔から噴出させ、前記複数個備えた他方の噴出孔から別の噴霧流体と別の噴霧用媒体の混合流体が噴出するように、この別の噴霧流体を流下させる第２の噴霧流体流路と、該噴霧用媒体を流下させる第２の噴霧用媒体流路と、これらの噴霧流体流路と噴霧用媒体流路とが合流した第２の合流流路を前記噴霧ノズルの先端部の内部にそれぞれ設けると共に、前記第２の合流流路をこの他方の噴出孔に連通させてこの噴霧流体と噴霧用媒体の混合流体を前記他方の噴出孔から噴出させ、更に前記一方の噴出孔から混合流体として噴出される前記第１の噴霧流体流路を流下する噴霧流体の流量に対する前記噴霧用媒体流路を流下する噴霧用媒体の流量の比よりも、前記他方の噴出孔から混合流体として噴出される前記第２の噴霧流体流路を流下する別の噴霧流体の流量に対する前記別の噴霧用媒体流路を流下する別の噴霧用媒体の流量の比の方が大きくなるように構成したことを特徴とする。
【００２１】
本発明の噴霧ノズルを備えた燃焼装置は、燃料を燃焼させる燃焼炉と、前記燃焼炉に燃料と該燃料を搬送する搬送気体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燃焼用気体供給系統が接続されており前記燃焼炉の炉壁に設けられた燃料を燃焼させるバーナと、前記燃焼炉に設けたバーナによって燃料を燃焼して発生した燃焼排ガスから外部に熱交換させる熱交換器と、前記燃焼炉の前記熱交換器と熱交換した後の燃焼排ガスを前記燃焼炉の外部に流下させる煙道とを有する燃焼装置であって、前記燃焼装置に使用する噴霧ノズルとして燃料の少なくとも一部に液体燃料を使用する前記したいずれかの噴霧ノズルを用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、噴霧ノズルの近傍に微粒子を集めて着火を促進すると共に、噴霧の運動量を高めて噴霧粒子と燃焼用空気との混合を促進してばいじんの発生量を低減した燃焼性能の良い噴霧ノズル、及びこの噴霧ノズルを有する燃焼装置を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例である噴霧ノズルを備えた燃焼装置の一例を示した概略構成図。
【図２】本発明の第１実施例に係る噴霧ノズルの先端部の構造を示す部分断面図。
【図３】本発明の第１実施例に係る噴霧ノズルを用いたバーナを示した概略構成図。
【図４】本発明の第１実施例に係るバーナの噴霧ノズル近傍を燃焼装置の火炉内から見た部分図。
【図５】本発明の第２実施例に係る噴霧ノズルの先端部の構造を示す部分断面図。
【図６】本発明の第２実施例の変形例に係る噴霧ノズルの先端部の構造を示す部分断面図。
【図７】本発明の第３実施例に係る噴霧ノズルの先端部の構造を示す部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施例である噴霧ノズル及びこの噴霧ノズルを備えた燃焼装置について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２５】
本発明の実施例である噴霧ノズルを備えた燃焼装置の一例を図１に示す。図１に示した本発明の実施例である噴霧ノズルを備えた燃焼装置のボイラにおいては、ボイラを構成する火炉１の壁面に、燃料と燃焼用空気とを供給する複数個のバーナ２が設置されている。バーナ２には燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給系統３と、液体燃焼を供給する液体燃料供給系統４と、噴霧用媒体を供給する噴霧用媒体供給系統５がそれぞれ配設されている。
【００２６】
本実施例のボイラにおいては、燃焼用空気供給系統３は、火炉１の壁面に設置したバーナ２に接続する配管６と、火炉１の壁面で前記バーナ２の下流側の位置に設置された空気供給口８に接続する配管７に分岐して、前記バーナ２と前記空気供給口８にそれぞれ接続している。
【００２７】
前記配管６及び配管７には、バーナ２に供給する燃焼用空気の流量、及び空気供給口８に供給する空気の流量をそれぞれ調節する流量調節弁（図示せず）が設置されている。
【００２８】
また、液体燃料供給系統４と噴霧用媒体供給系統５には、それぞれの上流側に液体燃料及び噴霧用媒体の圧力や流量を調整する供給器（図示せず）が設置されており、それぞれの下流端に噴霧ノズル９が設置されている。
【００２９】
本実施例のボイラでは、燃焼用空気供給系統３を通じて供給された燃焼用空気は配管６と７に分岐され、それぞれバーナ２と空気供給口８から火炉１内に噴出する。このように燃焼用空気を分けて供給することで、バーナ２によって液体燃料を燃焼させて形成される火炎の温度を低減している。
【００３０】
さらに、火炉１内のバーナ２の近傍にて燃料を空気不足で燃焼させ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を生じさせることができる。
【００３１】
このため、火炉１出口でのＮＯｘ濃度はバーナ２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。なお、空気供給口８から残りの燃焼用空気を火炉１内に供給して、燃料を完全燃焼させることで未燃焼分を低減させることができる。
【００３２】
火炉１内でバーナ２によって燃料を燃焼して生じた燃焼ガス１０は、空気供給口７から供給された燃焼用空気と混合して燃焼ガスの流れ１１となり、火炉１の上部に配設した熱交換器１２で熱交換した後に、煙道１３を通って流下して、煙突１４から大気に放出される。
【００３３】
次に図２を用いて本発明の第１実施例である噴霧ノズルの構造について詳細に説明する。
【００３４】
図２は本実施例の噴霧ノズル９の先端部２０である部分断面図を示している。この図２では上流側が液体燃料（噴霧流体）２１の供給系統（図示せず）と、噴霧用媒体２２の供給系統（図示せず）にそれぞれ接続した構成の噴霧ノズル９の先端部２０が示されている。
【００３５】
図２に示した本実施例の噴霧ノズル９のノズルの先端部２０では、噴出孔２３と噴出孔２４を有する複数個の噴出口を備えた噴霧ノズル９のノズルの先端部２０を示しているが、噴出孔はこの２つ以外にも多数備えることも可能である。多数の噴出孔を噴霧ノズル９のノズルの先端部２０に備えることで、噴霧ノズル９から噴出する液体燃料の噴出量を増加させることができる。
【００３６】
噴霧ノズル９の先端部２０に備えた複数個の噴出孔のうち、一方の噴出孔である噴出孔２３は噴霧流体２１のみを該噴出孔２３から噴出させるものである。
【００３７】
前記噴出孔２３の上流側から導かれた噴霧流体２１は、噴霧ノズル９のノズルの先端部２０の内部に形成した噴霧流体２１を流下させる噴霧流体流路２５と、噴霧流体２１に旋回をかける旋回流発生器２６を順次流下して噴出孔２３に供給され、噴霧流体２１が自身の持つ圧力により前記旋回流発生器２６で旋回流となって前記噴出孔２３から噴出する。
【００３８】
圧力噴霧式による噴霧流体２１の噴霧は、噴霧流体２１と周囲の気体とのせん断力により、微粒化される。噴霧流体２１のみの運動量のため、噴霧の運動量は２流体式の噴霧に比べて小さくなる。このため、微粒子が噴霧ノズル９の近傍に留まり易い。
【００３９】
噴霧ノズルの先端部２０の近くにイグナイタを設置して着火させる場合、噴出孔２３からの噴霧により、噴霧流体２１の微粒子を噴霧ノズル９の近傍に滞留させることで、大粒子よりも少ないエネルギーの電気火花で噴霧流体２１の微粒子を蒸発、燃焼させることができる。
【００４０】
一旦、噴霧流体２１の微粒子が燃焼し始めると、その燃焼熱でそばの粒子に着火し、火炎が拡がり、液体燃料の火炎を形成できる。このため、小容量のイグナイタにて確実に着火し易くなる。
【００４１】
本実施例の噴霧ノズル９においては、噴霧ノズル９のノズルの先端部２０に備えた複数個の噴出孔のうち、他方の噴出孔である噴出孔２４は噴霧流体２１と噴霧用媒体２２を流路内にて混合させて該噴出孔２４から噴出させている。
【００４２】
前記噴出孔２４の上流側から導かれた噴霧用媒体２２は、噴霧ノズル９のノズルの先端部２０内部に形成した噴霧用媒体２２を流下させる噴霧用媒体流路２７と、噴霧流体２１を流下させる噴霧流体流路２８とが、合流流路２９にて合流することで混合して、この合流流路２９を流下した噴霧用媒体２２と噴霧流体２１との混合流体が噴出孔２４に供給され、前記噴出孔２４から噴出する。
【００４３】
このような２流体噴霧式による噴霧は噴霧流体２１と噴霧用媒体２２との混合により噴霧流体２１が微粒化される。噴霧流体２１と噴霧用媒体２２とはそれぞれ運動量を有するため、噴霧の運動量は圧力噴霧式の噴霧に比べて大きくなる。このため、噴霧粒子は燃料ノズル９から離れた位置まで到達する。また、運動量が大きいため、周囲の空気を巻き込んで燃焼し、ばいじんの発生量を少なくすることができる。
【００４４】
なお、噴霧用媒体としては蒸気または空気に圧力を与えて噴出させることが一般的であるが、他の気体、例えば燃焼排ガスを利用することもできる。
【００４５】
本実施例の噴霧ノズル９においては、上記のように一方の噴出孔２３から噴霧する噴霧流体２１のみの噴霧と、他方の噴出孔２４から噴霧する噴霧流体２１と噴霧用媒体２２との混合流体の噴霧との２種類の噴霧を形成することで、着火の促進と、ばいじん発生量の低減との両立を図ることができる。
【００４６】
上記したように、本実施例によれば噴霧ノズルの近傍に微粒子を集めて着火を促進すると共に、噴霧の運動量を高めて噴霧粒子と燃焼用空気との混合を促進してばいじんの発生量を低減した燃焼性能の良い噴霧ノズルの実現、及びこの噴霧ノズルを有する燃焼装置を実現することが可能となる。
【００４７】
上記した図２に示す本実施例の噴霧ノズル９を用いることで、１つの噴霧ノズル９にて２種類の噴霧を形成できる。即ち、複数の噴霧孔２３、２４のうち、一方の噴出孔２３からは圧力噴霧方式にて噴霧を形成し、他方の噴出孔２４からは２流体噴霧方式にて噴霧を形成する。
【００４８】
図３は、図１の燃焼装置のボイラに設置したバーナ２の部分の拡大図であって、図２に示した本実施例の噴霧ノズル９を先端に設置したバーナ２の一例を示している。また，図４は，図３に示すバーナ２の噴霧ノズル９の近傍を火炉１内から見た部分図である。
【００４９】
図３に示した燃焼装置のバーナ２においては、前述した実施例の噴霧ノズル９がバーナの中心軸に設置されており、噴霧流体と噴霧用媒体を流下する流路３４が配設され、噴霧ノズル９の先端近くに火炎安定用の障害物４６が設けられている。
【００５０】
障害物４６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である。噴霧ノズル９からは２種類の噴霧５０と噴霧５１が火炉１内に噴霧される。
【００５１】
燃焼用空気はウインドボックス３７から３つの流路に分かれて供給されている。中心の噴霧ノズル９に近い方から、１次流路３１、２次流路３２、３次流路３３である。前記１次流路３１、２次流路３２、３次流路３３からそれぞれ１次空気４３、２次空気４４、３次空気４５として火炉１内に噴出する。
【００５２】
３次流路３３はその外周が火炉壁４０に接続している。また、火炉壁４０には伝熱管４１を設けている。また、旋回流発生器３８、３９やガイド板４２により燃焼用空気の噴出方向を変えて、ばいじんやＮＯｘの発生を抑制している。なお、１次流路３１から３次流路３３はそれぞれダンパ（図示せず）にてその流量を制御するように構成されている。
【００５３】
噴霧ノズル９の近くにイグナイタ３６を設置する。図４に示すように，噴霧ノズル９の先端部に設置した圧力噴霧式による噴霧を生成する噴出孔２３をイグナイタ３６に近づけることで，イグナイタ３６の先端近傍には液体燃料である噴霧流体２１の微粒子が滞留する。このため，イグナイタ３６は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ので、小容量のイグナイタにて確実に着火し易くなる。
噴霧ノズル９の先端部に圧力噴霧式の噴出孔２３や２流体噴霧式の噴出孔２４を設ける場合，微粒子を噴出する圧力噴霧式の噴出孔２３は１または２孔とし，残りの多数は２流体噴霧式の噴出孔２４とすることが望ましい。図４では噴霧ノズル９の先端部に噴出孔２３を１個，噴出孔２４を３個設けた場合を示す。このとき，圧力噴霧式の噴出孔２３は微粒子を生成することで着火や火炎の安定化を担う。また，２流体噴霧式の噴出孔２４は噴出孔２３に比べて大容量の液体燃料を噴霧し，この噴霧は前述の通り運動量が高く，燃焼空気と混合し易い。このため噴出孔２４を噴出孔２３に比べて増やすことで，噴霧ノズル９で噴霧可能な液体燃料を多くして燃焼量を増やすことができる。
【００５４】
また，図１や図３では２流体噴霧式の噴出孔２４を火炉１の上流側となる下向きに多く設け，下向きの噴霧の運動量が多い場合を示す。噴出孔２４は液体燃料の噴出量が多い。この噴出孔を下向きに増やすことで，噴霧粒子のうち，下向きに噴霧される割合が増える。このため噴霧粒子が火炉１内に滞留し，燃焼反応の時間が増えるため，未燃焼分が減り，火炉１出口でのばいじんの排出量を抑制できる。
【００５５】
本実施例では、燃焼装置として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９から液体燃料を火炉１内に噴霧する場合に上記の効果が得られる。
【００５６】
上記した本実施例によれば、噴霧ノズルの近傍に微粒子を集めて着火を促進すると共に、噴霧の運動量を高めて噴霧粒子と燃焼用空気との混合を促進してばいじんの発生量を低減した燃焼性能の良い噴霧ノズル、及びこの噴霧ノズルを有する燃焼装置を実現することが可能となる。
【実施例２】
【００５７】
図５に本発明の第２実施例である噴霧ノズル９の先端部２０の一例を示す。図５に示した本実施例の噴霧ノズル９の先端部２０と、図２に示した第１実施例の噴霧ノズル９の先端部２０との違いは、噴出孔２３の流路構造である。このため、両者に共通した構成の説明は省略して、この噴出孔２３に係る部分についてのみ以下に説明する。
【００５８】
本実施例の噴霧ノズル９の先端部２０において、噴出孔２３からは噴霧流体２１のみが噴出する。前記噴出孔２３の上流側から導かれた噴霧流体２１は、噴霧ノズル９のノズルの先端部２０の内部に形成した２つの噴霧流体流路２５を夫々流下するが、前記２つの噴霧流体流路２５を結合する結合流路６０が配設されており、更に前記結合流路６０と直交して設けられた流路６１が前記噴出孔２３に連通されていることによって、前記噴出孔２３の上流側から導かれた噴霧流体２１は、噴霧流体流路２５、結合流路６０、及び流路６１を通じて噴出孔２３から噴出する。このため、噴出孔２３は結合流路６０と流路６１との交差部分に位置している。
【００５９】
本実施例の噴霧ノズル９の先端部２０においては、２つの噴霧流体流路２５からそれぞれ流下した２つの噴霧流体２１は前記結合流路６０にて流路６１との交差部分に向かって対向して流れる。このため、流路６１との交差部分において対向した２つの噴霧流体２１が衝突し、その衝突力により前記噴出孔２３から噴出される噴霧流体２１の噴霧は、上流側の結合流路６０と直角方向に扇型の噴霧を形成する。
【００６０】
交差部（噴出孔）２３で形成される液膜は交差部から噴出後、周囲の気体とのせん断力により分裂し、微粒化する。このような圧力噴霧方式を一般にファンスプレ式噴霧という。
【００６１】
ファンスプレ式噴霧では、交差部（噴出孔）２３において噴霧流体２１が衝突し、直角方向に拡がることで、噴出孔２３の軸方向の運動量は低下する。このため、噴霧流体２１の噴霧粒子が噴霧ノズル９の近傍に留まり易い。噴霧ノズル９の近傍の噴霧粒子の濃度が高くなることで、噴霧粒子間の火炎伝播速度が高くなり、火炎の形成が容易となる。
【００６２】
また、ファンスプレ式噴霧では、圧力噴霧で一般的な旋回流を用いた噴霧方式と比べて、扇型の噴霧のために、個々の噴出孔からの噴霧が干渉し難くなる。このため、噴霧の干渉により発生した大粒子によるばいじんの発生や、燃焼が遅れるなどの燃焼不良が抑制されるという利点がある。
【００６３】
図５に示した上記した本実施例の噴霧ノズル９では、噴霧流体２１のみが噴出する噴出孔２３では、噴出孔２３の上流側の噴霧流体流路２５を液体燃料（噴霧流体）２１が交差部分に向かい対向して流れる。このため、交差部分において対向した噴霧流体２１が衝突し、その衝突力により交差部分では噴出孔２３の上流側の噴霧流体流路２５と直角方向に扇型の噴霧を形成する。交差部で形成される液膜は交差部から噴出後、周囲の気体とのせん断力により分裂し、噴霧流体２１を微粒化する。このような圧力噴霧方式を一般にファンスプレ式噴霧という。
【００６４】
ファンスプレ式噴霧では、交差部において噴霧流体２１が衝突し、直角方向に拡がることで、噴出孔２３の軸方向の運動量は低下する。このため、噴霧流体２１の噴霧粒子が噴霧ノズル９の近傍に留まり易い。噴霧ノズル９の近傍の噴霧粒子の濃度が高くなることで、噴霧粒子間の火炎伝播速度が高くなり、火炎の形成が容易となる。
【００６５】
また、ファンスプレ式噴霧では、圧力噴霧で一般的な旋回流を用いた噴霧方式と比べて、扇型の噴霧のために、個々の噴出孔からの噴霧が干渉し難くなる。このため、噴霧の干渉で生じる大粒子によるばいじんの発生を抑制し、燃焼が遅れるなどの燃焼不良を抑制する利点がある。
【００６６】
本実施例によれば、噴霧ノズルの近傍に微粒子を集めて着火を促進すると共に、噴霧の運動量を高めて噴霧粒子と燃焼用空気との混合を促進してばいじんの発生量を低減した燃焼性能の良い噴霧ノズル、及びこの噴霧ノズルを有する燃焼装置を実現することが可能となる。
【００６７】
図６に本発明の第２実施例である噴霧ノズル９の変形例を示す。この図６に示した第２実施例の変形例の噴霧ノズル９の先端部２０と、図５に示した第２実施例の噴霧ノズル９の先端部２０との違いは、噴出孔２３の流路構造である。このため、両者に共通した構成の説明は省略して、この噴出孔２３に係る部分についてのみ以下に説明する。
【００６８】
本変形例の噴霧ノズル９の先端部２０において、噴出孔２３からは噴霧流体２１と噴霧用媒体２２が混合して噴出する。前記噴出孔２３の上流側から導かれた噴霧流体２１は、噴霧ノズル９のノズルの先端部２０の内部に形成した２つの噴霧流体流路２５を夫々流下する。
【００６９】
更に、前記噴出孔２３の上流側から導かれた噴霧用媒体２２は、噴霧ノズル９のノズルの先端部２０の内部に形成した２つの噴霧用媒体流路６２を夫々流下する。
【００７０】
そして前記２つの噴霧流体流路２５と前記２つの噴霧用媒体流路６２を結合する結合流路６０が配設されており、更に前記結合流路６０と直交して設けられた流路６１が前記噴出孔２３に連通されていることによって、前記噴出孔２３の上流側から導かれた噴霧流体２１と噴霧用媒体２２とが前記結合流路６０で合流し、流路６１を通じて噴出孔２３から噴出する。
【００７１】
本変形例の噴霧ノズル９の先端部２０においては、２つの噴霧流体流路２５からそれぞれ流下した２つの噴霧流体２１は前記結合流路６０にて流路６１との交差部分に向かって対向して流れる。また、その途中で２つの噴霧用媒体流路６２からそれぞれ流下した２つの噴霧用媒体２２が合流する。このため、噴霧用媒体２２の合流により噴霧流体２１の第１の微粒化が進み、また、交差部分における衝突力が大きくなる。このため、噴霧用媒体２２を用いないファンスプレ式噴霧に比べて、噴霧流体２１の微粒化が促進される。
【００７２】
さらに、上述の通り、微粒化が進む。このため、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、小容量のイグナイタにて確実に着火し易くなる。
【００７３】
本変形例によっても、噴霧ノズルの近傍に微粒子を集めて着火を促進すると共に、噴霧の運動量を高めて噴霧粒子と燃焼用空気との混合を促進してばいじんの発生量を低減した燃焼性能の良い噴霧ノズル、及びこの噴霧ノズルを有する燃焼装置を実現することが可能となる。
【実施例３】
【００７４】
次に本発明の第３の実施例に係る噴霧ノズル９の先端部２０の一例を図７に示す。図７に示した本実施例の噴霧ノズル９の先端部２０と、図２に示した第１実施例の噴霧ノズル９の先端部２０との違いは、噴出孔２３の流路構造である。このため、両者に共通した構成の説明は省略して、この噴出孔２３に係る部分についてのみ以下に説明する。
【００７５】
本実施例の噴霧ノズル９の先端部２０において、噴出孔２３及び噴出孔２４は噴霧流体２１と噴霧用媒体２２を混合させて前記噴出孔２３及び噴出孔２４からそれぞれ噴出している。
【００７６】
前記噴出孔２３の上流側から導かれた噴霧流体２１は、噴霧ノズル９のノズルの先端部２０の内部に形成した噴霧用媒体２２を流下させる噴霧用媒体流路６４と、噴霧流体２１を流下させる噴霧流体流路６３とが、合流流路６３にて合流することで混合して、この合流流路６５を流下した噴霧用媒体２２と噴霧流体２１との混合流体が噴出孔２３に供給され、前記噴出孔２３から噴出する。
【００７７】
本実施例の噴霧ノズル９の先端部２０においては、噴出孔２３と噴出孔２４はいずれも２流体式噴霧であるが、噴出孔２３の噴霧流体流路６３の断面積が噴出孔２４の噴霧流体流路２８の断面積より小さくなるように形成されている。
【００７８】
このため、前記噴出孔２３に接続する噴霧流体流路６３に対する噴霧用媒体流路６４の断面積の比率は、前記噴出孔２４に接続する噴霧流体流路２８に対する噴霧用媒体流路２７の断面積の比率よりも、小さくなる。
【００７９】
つまり、噴出孔２４に比べて噴出孔２３の方が、噴霧流体２１を流下させる噴霧流体流路６３に対して噴霧用媒体２２を流下する噴霧用媒体流路６４の断面積の比率が大きいため、噴出孔２３の方が、噴出する噴霧流体２１の流体に占める噴霧用媒体２２の流量比率が多くなる。
【００８０】
或いは、別の手段として、噴霧ノズル９の先端部２０に複数個設けた噴出孔２３、２４のうち、噴出孔２３から混合流体として噴出される噴霧流体流路６３を流下する噴霧流体２１の流量に対する噴霧用媒体流路６４を流下する噴霧用媒体２２の流量の比よりも、噴出孔２４から混合流体として噴出される噴霧流体流路２８を流下する噴霧流体２１の流量に対する噴霧用媒体流路２７を流下する噴霧用媒体２２の流量の比の方が大きくなるように、噴霧用媒体２２の流量又は圧力を調節するように設置した調節弁（図示せず）を操作して噴霧流体２１に対して前記噴出孔２４から噴出する噴霧用媒体２２を供給する供給圧力が、前記噴出孔２３から噴出する噴霧用媒体２２を供給する供給圧力よりも増加させて供給するように構成しても良い。
【００８１】
このように、噴霧用媒体２２を多く使用することで、噴霧流体２１の微粒化が進む。このため、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、小容量のイグナイタにて確実に着火し易くなる。
【００８２】
図７に示した本実施例の噴霧ノズル９では、複数の交差部から噴出する噴霧流体（液体燃料）２１は、お互いに異なる角度で噴出し、噴霧流体２１の噴霧粒子が広い範囲（角度）に拡がる。このため、噴霧粒子がお互いに衝突し難く、大粒子の生成を抑制できる。
【００８３】
さらに、本実施例に基づく噴霧ノズル９では、噴出孔２３、２４は何れも２流体式噴霧となるものの、噴霧用媒体２２の比率の大きい噴霧孔２３では、噴霧流体２１の微粒子が多くなる。噴霧流体２１の微粒子は慣性力が小さいので、周囲の気体との速度差により減速し、噴霧ノズル９の近傍に留まり易い。噴霧ノズル９の近傍の、噴霧流体２１の噴霧粒子の濃度が高くなることで、噴霧粒子間の火炎伝播速度が高くなり、火炎の形成が容易となる。
【００８４】
また、噴霧用媒体２２の比率の小さい噴霧孔２４からは運動量の大きい噴霧流体２１の噴霧を形成することで噴霧粒子は燃料ノズル９から離れた位置まで到達する。また、運動量が大きいため、周囲の空気を巻き込んで燃焼し、ばいじん発生量が少ない。
噴霧用媒体２２の比率を変えることで、噴霧流体２１の微粒子を噴霧ノズル９の近傍にとどめ易くなる。このため、微粒化に用いる噴霧用媒体２２の使用量を低減し、燃焼装置のエネルギー効率を高めることができる。
【００８５】
本実施例によれば、噴霧ノズルの近傍に微粒子を集めて着火を促進すると共に、噴霧の運動量を高めて噴霧粒子と燃焼用空気との混合を促進してばいじんの発生量を低減した燃焼性能の良い噴霧ノズル、及びこの噴霧ノズルを有する燃焼装置を実現することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は液体燃料を微粒化させる噴霧ノズル、及びこの噴霧ノズルを備えた燃焼装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００８７】
１：火炉、２：バーナ、３：燃焼用空気供給系統、４：燃料供給系統、５：噴霧用媒体供給系統、６、７：配管、８：空気供給口、９：噴霧ノズル、１０：燃焼ガスの流れ、１２：熱交換器、１３：煙道、１４：煙突、２０：噴霧ノズルの先端部、２１：液体燃料（噴霧流体）、２２：噴霧用媒体、２３、２４：噴出孔、２５：噴霧流体流路、２６：旋回流発生器、２７：噴霧用媒体流路、２８：噴霧流体流路、２９：合流流路、３１：１次流路、３２：２次流路、３３：３次流路、３４：流路、３６：イグナイタ、３７：ウインドボックス、３８、３９：旋回流発生器、４０：火炉壁、４１：伝熱管、４２；ガイド、４３：１次空気の流れ、４４：２次空気の流れ、４５：３次空気の流れ、４６：障害物、５０、５１：噴霧、６０：結合流路、６１：流路、６３：噴霧流体流路、６４：噴霧用媒体流路、６５：流路。
【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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