(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、噴霧の運動量を高め噴霧粒子と燃焼用空気との混合を促進する。  【解決手段】  噴霧流体と噴霧用媒体の混合流体が流れる混合流体流路１８，１９を噴出孔２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、例えば、噴霧流体流路１０，１１への噴霧用媒体流路１４，１５の接続開口部を噴霧流体の流れ方向に対し幅方向の両端側に位置するよう設ける。【選択図】  図３
2013190161.tif 000002
【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を有し、
前記噴霧ノズル先端部を噴霧方向から見たときの前記混合流体の流れの幅方向において、衝突前の前記混合流体における前記噴霧用媒体の比率を異ならせて、前記混合流体を衝突させるようにした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、
前記衝突前の前記混合流体における前記噴霧用媒体の比率は、前記混合流体の流れの幅方向の両端側で高くしたことを特徴とする噴霧ノズル
【請求項３】
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、
前記噴霧流体が流れる複数の噴霧流体流路と、
前記噴霧用媒体が流れる複数の噴霧用媒体流路と、
前記噴霧流体流路と前記噴霧用媒体流路の接続箇所の下流に形成された混合流体流路であって、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を有し、
前記噴霧流体流路又は前記噴霧用媒体流路に対する前記噴霧用媒体流路又は前記噴霧流体流路の接続を、接続先の前記噴霧流体流路又は前記噴霧用媒体流路に対し偏らせて接続したことを特徴とする噴霧ノズル。
【請求項４】
請求項３において、
前記噴霧用媒体流路は、前記噴霧流体流路に対して傾きをもって接続され、かつ、前記噴霧流体流路の流れの幅方向における両端側に接続されていることを特徴とする噴霧ノズル。
【請求項５】
請求項３において、
前記噴霧流体流路は、前記噴霧用媒体流路に対して傾きをもって接続され、かつ、前記噴霧用媒体流路の流れの幅方向における中央側に接続されていることを特徴とする噴霧ノズル。
【請求項６】
請求項５において、
前記噴霧用媒体流路は、流れの幅方向における中央側かつ前記噴霧流体流路の接続部の上流に、流れに対する障害物が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３において、
前記噴霧流体流路は、前記噴霧用媒体流路に対して傾きをもって接続され、前記噴霧用媒体流路は、流れの幅方向における中央側かつ前記噴霧流体流路の接続部の上流に、流れに対する障害物が設けられていることを特徴とする噴霧ノズル。
【請求項８】
請求項１〜７の何れかにおいて、
前記混合流体流路は、流れ方向に流路を区分けする仕切りもしくは流路深さが変わる段差が設けられていることを特徴とする噴霧ノズル。
【請求項９】
液体燃料を燃料として利用するバーナであって、
請求項１〜８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９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１１】
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９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以下の粒子（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】
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ることが望ましい。
【００１２】
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。
【００１３】
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。噴霧ノズル近傍に滞留する微粒子を多くして火炎の安定化を図るために、気液混合物中の気体量を多くすると、扇形噴霧の外周側の微粒子量は増えるものの、扇形噴霧の中央部は粒子径が小さくなることにより運動量が低下し、燃焼用空気との混合が悪化する可能性がある。一方、気液混合物中の気体量を少なくすると、扇形噴霧の中央部は運動量が高くなるものの、扇形噴霧の外周側の微粒子量が減り、火炎の安定化が損なわれる可能性がある。
【００１４】
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、噴霧の運動量を高め噴霧粒子と燃焼用空気との混合を促進することの両立が難しい。
【００１５】
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、噴霧の運動量を高め噴霧粒子と燃焼用空気との混合を促進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】
【００１６】
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、噴霧ノズル先端部を噴霧方向から見たときの混合流体の流れの幅方向において、衝突前の混合流体における噴霧用媒体の比率を異ならせて、混合流体を衝突させるようにしたものである。
【００１７】
好ましくは、混合流体の流れの幅方向における両端側の噴霧用媒体の比率を高くして、混合流体を衝突させる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、混合流体中の噴霧用媒体の比率が低いところと高いところが作られるので、この混合流体を衝突させて噴霧することにより、噴霧用媒体の比率が高い部分の混合流体で生成される噴霧は微粒化が進み、噴霧用媒体の比率が低い部分の混合流体で生成される噴霧は比較的に粒子径が大きい噴霧となる。このため、火炎安定化に寄与する微粒子を多くすることができるとともに、噴霧ノズルから離れた位置を流れる燃焼用空気まで到達する運動量が高い噴霧も一緒に形成することができる。従って、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、噴霧の運動量を高め噴霧粒子と燃焼用空気との混合を促進することが可能となる。
【００１９】
また、本発明によれば、両端側の噴霧用媒体の比率を高くするようにしているので、噴霧の外周側での微粒子を効果的に増やすことができ、また、噴霧のうち微粒化が必要な部分に噴霧用媒体が用いられることになり、その結果、噴霧用媒体の使用量を低減することができ、燃焼装置のエネルギー効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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近傍の噴霧流体/噴霧用媒体/混合流体の各流路を示す説明図。
【図４】本発明の第１の実施例に係る噴霧ノズル先端部の混合流体流路の流路断面を示す説明図。
【図５】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平面図。
【図６】本発明のバーナの一例を示す説明図。
【図７】本発明の燃焼装置の一例を示す説明図である。
【図８】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９】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近傍の噴霧流体/噴霧用媒体/混合流体の各流路を示す説明図。
【図１０】本発明の第２の実施例の変形例に係る噴霧ノズル先端部の噴出孔近傍の噴霧流体/噴霧用媒体/混合流体の各流路を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施例における噴霧ノズルは、液体燃料を噴霧流体とし圧力を加えて供給し、別の流体（蒸気や圧縮空気）を噴霧用媒体とし圧力を加えて供給し、噴霧流体と噴霧用媒体の混合流体同士を、噴出孔の近く（内部/上流）で衝突させて噴出させるようにしたノズルにおいて、混合流体の流れの幅方向において、例えば、噴霧流体と噴霧用媒体の接続する部分において、噴霧流体もしくは噴霧用媒体を接続先の流路に対し偏らせて接続することにより、衝突前の混合流体中の噴霧用媒体の比率を局所的に変えるようにしたものである。
【００２２】
混合流体中の噴霧用媒体の比率を局所的に変えることにより、噴出孔（噴霧ノズル出口）から噴出する混合流体のうち、噴霧用媒体の比率が高い部分は、微粒化が進む。このため微粒子が多くなり、燃焼反応が進むため、火炎を安定に保持し易くなる。一方、噴霧用媒体の比率が低い部分は比較的に粒子径が大きくなる。このため、噴霧の運動量が高く、噴霧ノズルから離れた位置を流れる燃焼用空気まで到達し、燃焼反応が進み、未燃分や煤塵を抑制できる。
【００２３】
以下、図面を用いて本発明の各実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２４】
本実施例は、噴出孔を中心として、外側に噴霧流体流路を対向させて設け、噴霧用媒体流路を噴出孔より上流側の噴霧流体流路に接続するようにしたもので、そして、噴霧流体流路と噴霧用媒体流路の接続を噴霧流体の流れ方向に対して幅方向の両端側としたものである。
【００２５】
図１〜４に本実施例の噴霧ノズル（先端部）を示す。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近傍の流路の状況を示す説明図である（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９及び１０においても同じ。）。図４は図３のB-B矢視における混合流体流路の断面形状を示す説明図である。
【００２６】
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。噴霧流体と噴霧用媒体は独立した流路を通り接続部にて混合し、混合流体流路を流れる。即ち、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（但し、本実施例では後述のように噴霧流体流路の幅方向の中央側と両端側では混合度合いが異なる。）。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。なお、混合流体流路１８〜２１は噴霧流体流路１１，１３と同様に内側部材１ｂ内に形成しても良い。
【００２７】
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）に対し直角方向に扇型の噴霧を形成する。噴出ノズル先端部１には、扇型噴霧の形成方向と同じ方向の凹部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。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。
【００２８】
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（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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、火炎の安定化と未燃分や煤塵の発生を抑制の効果をより確実なもとのするためには、噴霧ノズル近傍に滞留する微粒子を多くするとともに、噴霧の運動量を高め噴霧粒子と燃焼用空気との混合を促進すること必要である。
【００３２】
本実施例では、図３に示すように、噴霧流体流路１０，１１への噴霧用媒体流路１４，１５の接続を、噴霧用媒体流路１４，１５の開口部が噴霧流体の流れ方向に対し幅方向の両端側に位置するように行い、噴霧ノズル近傍に滞留する微粒子を多くするとともに、噴霧の運動量を高め噴霧粒子と燃焼用空気との混合を促進している。なお、図３において、噴出孔２と凹部４については、流路との位置関係を示すために破線で図示している（図９及び１０においても同様である。）。
【００３３】
このように、噴霧用媒体流路を噴霧流体流路に接続すれば、混合流体に占める噴霧用媒体の割合は、幅方向の中央部分が低く、両端側で高くなる。混合流体流路１８〜２１の下流側の噴出孔２，３から扇状に形成される混合流体は、中央部分の噴霧用媒体の割合が低く、外周部分で高くなる。
【００３４】
噴霧の中央部分は噴霧用媒体の割合が低いため、従来の噴霧用媒体と噴霧流体が均一に混合する場合に比べて、粒子径が比較的大きく、運動量の高い噴霧となる。この大粒子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く、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。
【００３５】
一方、噴霧の外周部分は噴霧用媒体の割合が高いため、従来の噴霧用媒体と噴霧流体が均一に混合する場合に比べて、粒子径が比較的小さく、運動量の低い噴霧となる。この微粒子は噴霧ノズル周囲の気体の影響を大粒子よりも受けやすく、噴霧ノズル近傍に留まり、速やかに反応することで火炎の安定性に寄与する。
【００３６】
このように、混合流体中の噴霧流体と噴霧用媒体の比率を噴出孔の上流側流路において幅方向に変えることで、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（言い換えれば、２種類の噴霧を一緒に形成することができる。）。さらに、噴霧のうち、微粒化が必要な部分のみ噴霧用媒体を用いることで、噴霧用媒体の使用量を多くすることなく、噴霧ノズル近傍の微粒子を多くすることができ、その結果、噴霧用媒体の使用量を低減することができる。このため、噴霧用媒体の圧力増加に必要な動力を削減し、また、噴霧用媒体に蒸気を使用する場合に燃焼装置内への蒸気の供給量が減り、燃焼排ガス中の水蒸気の顕熱損失を低減出来る等、燃焼装置のエネルギー効率を高める（ボイラ効率の低下等のエネルギー損失を抑える）ことができる。
【００３７】
本実施例の噴霧ノズルにおいては、混合流体流路１８〜２１の流路断面は矩形や半円形を基本とするが、図４に示すように、混合流体流路１８の流路断面を、噴霧流体流路１０と噴霧用流体流路１４の混合部の下流で区分けすると、噴出孔の上流側流路においても混合流体中の噴霧流体と噴霧用媒体の比率を幅方向に変えたまま噴出孔２から噴出させやすくなる。流路断面における区分けは、図４に示すように流路深さを変える他、仕切りなどを用いて行うことができる。
【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５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。
【００３９】
図６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７にバーナを備えた燃焼装置の一例を示す。
【００４０】
図６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。
【００４１】
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。
【００４２】
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、そ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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
また、本実施例のバーナの噴霧ノズル（先端部）では、噴霧流体流路への噴霧用媒体流路の接続を、図３に示すように噴霧用媒体流路の開口部が噴霧流体の流れ方向に対し幅方向の両端側に位置するように行っている。
【００４６】
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。
【００４７】
具体的には、図７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。
【００４８】
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。
【００４９】
本実施例のバーナ及び燃焼装置における噴霧ノズル（先端部）では、噴霧の中央部分３３は噴霧用媒体の割合が低いため、従来の噴霧用媒体と噴霧流体が均一に混合する場合に比べて、粒子径が比較的大きくなる。この大粒子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、噴霧の中央部分３３はバーナの外周側を流れる２次空気４０、３次空気４１の流れ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。
【００５０】
一方、噴霧の外周部分３４a、３４ｂは噴霧用媒体の割合が高いため、従来の噴霧用媒体と噴霧流体が均一に混合する場合に比べて、粒子径が比較的小さくなる。この微粒子は噴霧ノズル周囲の気体の影響を大粒子よりも受けやすく、噴霧ノズル近傍に留まる。噴霧ノズル先端部１の近くにイグナイタ４８が設置されており、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。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。
【００５１】
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。
【００５２】
また、図７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。
【００５３】
また、図７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】
【００５４】
本実施例は、噴出孔を中心として、外側に噴霧用媒体流路を対向させて設け、噴霧用媒体が噴出孔に向かう流路の途中に噴霧流体流路を接続するようにしたもので、そして、接続部の上流側の噴霧用媒体流路に噴霧用媒体の流れを流路の幅方向の両端部分に誘導する障害物（誘導部材）を設けたものである。
【００５５】
図８と図９に本実施例に係る噴霧ノズル先端部１を示す。図８は上流側が液体燃料（噴霧流体）の供給系統（図示せず）と噴霧用媒体の供給系統（図示せず）に接続する噴霧ノズル先端部１を示す。図９は図８に示す噴霧ノズル先端部１のA-A矢視における噴出孔近傍の流路の状況を示す説明図である。
【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を中心に説明する。
【００５７】
本実施例の噴霧ノズル先端部１においては、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８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】
また、図８及び図９に示すように、噴霧流体流路１０〜１３の噴霧用媒体流路１４〜１７への接続部分の上流側に噴霧用媒体の流れに対する障害物６１を設けている。障害物６１は、噴霧用媒体の流れがスムーズになるように、上流側の幅が狭くなっている。
【００５９】
噴霧用媒体は接続部分において、障害物６１により両端側に分かれて流れる。一方、噴霧流体は接続部分の下流側において、障害物６１により中央部を流れやすくなる。このため、混合流体に占める噴霧用媒体の割合は、実施例１の場合と同様に、幅方向の中央部分が低く、両端側で高くなる。混合流体流路１８〜２１の下流側の噴出孔２，３から扇状に形成される噴霧は、中央部分の噴霧用媒体の割合が低く、外周部分で高くなる。従って、本実施例においても、実施例１と同様の効果を奏することができる。
【００６０】
また、図９に示す流路構造では、噴霧用媒体流路１４，１５への噴霧流体流路１０，１１の接続開口部の幅を噴霧用媒体流路１４，１５の流路幅と同じとしているが、噴霧用媒体流路と噴霧流体流路の接続を噴霧用媒体の流れ方向に対して幅方向の中央部分のみとするようにしても良い。即ち、図１０に示す流路構造のように、噴霧流体流路１０，１１の幅を障害物６１の下流側と同じ程度として、噴霧用媒体流路１４，１５の流れ方向に対し幅方向の中央部分に噴霧流体流路１０，１１の接続開口部を設けるようにしても良い。この場合、混合流体に占める噴霧用媒体の割合は、図９に示す流路構造よりも、幅方向の中央部分を低く、両端側を高くしやすい。また、図１０に示す流路構造よりも効果は小さくなるが、図１０に示す流路構造において、障害物６１を省略することでも、混合流体に占める噴霧用媒体の割合を、幅方向の中央部分を低く、両端側を高くすることができる。
【００６１】
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。
【符号の説明】
【００６２】
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：障害物
【図１】
2013190161.tif 000003
【図２】
2013190161.tif 000004
【図３】
2013190161.tif 000005
【図４】
2013190161.tif 000006
【図５】
2013190161.tif 000007
【図６】
2013190161.tif 000008
【図７】
2013190161.tif 000009
【図８】
2013190161.tif 000010
【図９】
2013190161.tif 000011
【図１０】
2013190161.tif 000012