(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粉炭を搬送して流れる一次空気をバーナ外筒内部の外側へ迂回させて前記微粉炭を外側へ濃縮し得るようバーナ内筒に外嵌された微粉炭バーナの濃度調整リングであって、
微粉炭の流れ方向に向け徐々に直径が増加するよう上流側に形成された流路収縮斜面と、微粉炭の流れ方向に向け徐々に直径が減少するよう下流側に形成された流路拡張斜面とを備え、
前記流路収縮斜面を、バーナ内筒の外周面に対し少くとも２０゜以下の小さな第一の傾斜角で立ち上げ且つ途中から緩やかに反らせながら前記第一の傾斜角より大きな第二の傾斜角で立ち上げ、その頂部の外形が緩やかな曲線を描いて一次空気の流れ方向に沿うよう形成し、
更に、前記流路拡張斜面を、迂回する一次空気の乱流化や渦形成が起こらないよう前記流路収縮斜面の頂部に連続する流線形状としたことを特徴とする微粉炭バーナの濃度調整リング。
【請求項２】
バーナ内筒の外周面に対する流路収縮斜面頂部の最大高さ寸法を、バーナ内筒の外周面からバーナ外筒の内周面までの距離の略二分の一としたことを特徴とする請求項１に記載の微粉炭バーナの濃度調整リング。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微粉炭を燃焼する時の微粉炭濃度を調整する為に設けてある微粉炭バーナの濃度調整リングに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ミルで粉砕した石炭の微粉を一次空気と混合して微粉炭バーナへ供給し該微粉炭バーナから噴出させて浮遊燃焼させる微粉炭燃焼は、従来から広く一般に用いられている石炭の燃焼方式である。
【０００３】
微粉炭燃焼方式の火炉に使用されている微粉炭バーナの一例を図３によって説明すると、火炉１の側壁の所定位置にはスロート２が形成されており、スロート２付近の火炉１の外部にはウインドボックス３が配置されていて、ウインドボックス３から火炉１へ燃焼用の二次空気４を供給するようになっている。
【０００４】
スロート２の中心にはウインドボックス３を貫通する微粉炭バーナ５が設けられていて、微粉炭バーナ５の中心部には、略円筒状で先端開口部に先端に向かって直径が急減する絞り部を有するバーナ内筒６が配置され、バーナ内筒６の軸心位置にはオイルバーナ７が挿入されている。
【０００５】
バーナ内筒６の外側にはバーナ外筒８がバーナ内筒６と同心状に配設されていて、バーナ外筒８は後端部分が略円筒状で、中間部分から先端に向かって直径が漸減する中空円筒状になっている。
【０００６】
バーナ外筒８の先端開口部には、先端に向かって直径が急減するバーナノズル９が取り付けられていて、バーナノズル９の内部には、微粉炭１０と一次空気１１との濃度を変化させる分離筒１２が設けられている。
【０００７】
バーナ外筒８の後端部には接線方向へ向けて微粉炭入口１３が設けられていて、図示しないミルから一次空気１１と共に供給される微粉炭１０をバーナ外筒８内へ導くようにされている。
【０００８】
前記バーナ内筒６の長手方向適宜位置には濃度調整リング１４が外嵌されており、バーナ外筒８の内部を一次空気１１に搬送されて流動する微粉炭１０が前記濃度調整リング１４を迂回して流動するようにしてある。
【０００９】
更に、二次空気４の旋回力を調整する為に、前記のスロート２とウインドボックス３との間に形成された空間にスロート２の周りを円形に囲うようにエアレジスタ１５を配設し、二次空気４を内側と外側とに分離する為に、エアレジスタ１５の内側の周方向に複数のインナベーン１６を配設し、三次空気１７をバーナ内筒６へ導く為に、ウインドボックス３とバーナ内筒６の後端部とを三次空気管１８によって連通している。
【００１０】
而して、微粉炭入口１３からバーナ外筒８の内部へ一次空気１１と共に供給される微粉炭１０は、バーナ外筒８の後端部において周回して周方向に均等化された後にバーナ外筒８の先端側へ流動し、濃度調整リング１４を乗り越えて迂回する。
【００１１】
このとき、微粉炭１０は濃度調整リング１４の外周面に沿ってバーナ外筒８内部の外側へ導かれ、流路断面積を狭められることにより流速を高められて濃度調整リング１４の位置する部分を通過する。
【００１２】
濃度調整リング１４の位置する部分を通過した直後において、一次空気１１は再びバーナ外筒８の内部全体に拡散するが、空気に比べて比重の大きな微粉炭１０の粒子は慣性力によってそのままバーナ外筒８の外側を流動し、微粉炭１０の大部分は分離筒１２の外側を濃縮された状態で通り、主としてウインドボックス３から供給される二次空気４と混合して燃焼することになるので、図示しないミルの低負荷時においても安定燃焼を確保することができる。
【００１３】
従来から使用されている濃度調整リング１４は、図４に拡大して示すように、微粉炭１０の流れ方向に向け徐々に直径が増加するよう上流側に形成された流路収縮斜面１９と、該流路収縮斜面１９の終端部から微粉炭１０の流れ方向に向け略同等の直径のまま所要長さ延びる整流面２０と、該整流面２０の終端部から微粉炭１０の流れ方向に向け徐々に直径が減少するよう下流側に形成された流路拡張斜面２１とを備えており、斯かる濃度調整リング１４の断面形状は略台形となっていた。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように断面形状を略台形とした従来の濃度調整リング１４においては、流路収縮斜面１９と整流面２０との境界部、及び該整流面２０と流路拡張斜面２１との境界部の夫々にエッジ２２，２３が形成されていた為、該各エッジ２２，２３の直後で渦ｘが発生して気流の乱れが生じ、微粉炭１０のうちの慣性力の小さな微粒子がバーナ内筒６側に移動してしまう現象が起こり、バーナ外筒８内部の外側への微粉炭濃縮効果が悪化するという不具合があった。
【００１５】
また、バーナ内筒６の外周面に対する流路収縮斜面１９の傾斜角αが略４５゜程度の比較的大きな角度となっていた為、一次空気１１の流れが急激に屈曲されることになり、微粉炭１０のうちの慣性力の大きな粗粒子が、図４中に二点鎖線で示す如く流路収縮斜面１９に激しく衝突して該流路収縮斜面１９を摩耗し、しかも、前記流路収縮斜面１９に衝突して跳ね返った微粉炭１０の粗粒子がバーナ外筒８の内周面にも再び衝突して該バーナ外筒８の内周面も摩耗し、更には、バーナ外筒８の内周面に衝突して跳ね返った微粉炭１０の粗粒子がバーナ内筒６側に移動してしまい、バーナ外筒８内部の外側への微粉炭濃縮効果が悪化するという不具合もあった。
【００１６】
更に、前述した如く、バーナ内筒６の外周面に対する流路収縮斜面１９の傾斜角αが略４５゜程度の比較的大きな角度となっており、また、これと同様にバーナ内筒６の外周面に対する流路拡張斜面２１の傾斜角βも略４５゜程度の比較的大きな角度となっていた為、前記流路収縮斜面１９及び流路拡張斜面２１の夫々の下側部分で一次空気１１の流れが淀んでしまい、ここに微粉炭堆積層２４，２５が形成されてしまうという不具合もあった。
【００１７】
即ち、このような微粉炭堆積層２４，２５が形成されると、輻射熱等により微粉炭堆積層２４，２５が自然発火する虞れがある為、バーナ内筒６を二重管構造として、その外側流路に冷却空気を供給する等の手段を講じなければならなかった。
【００１８】
本発明は、上述の実情に鑑みて成したもので、バーナ外筒内部の外側への微粉炭濃縮効果を従来より向上すると共に、濃度調整リング自体及びバーナ外筒の内周面における摩耗を防止し、且つ微粉炭堆積層の形成を防止することを目的とするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、微粉炭を搬送して流れる一次空気をバーナ外筒内部の外側へ迂回させて前記微粉炭を外側へ濃縮し得るようバーナ内筒に外嵌された微粉炭バーナの濃度調整リングであって、
微粉炭の流れ方向に向け徐々に直径が増加するよう上流側に形成された流路収縮斜面と、微粉炭の流れ方向に向け徐々に直径が減少するよう下流側に形成された流路拡張斜面とを備え、
前記流路収縮斜面を、バーナ内筒の外周面に対し少くとも２０゜以下の小さな第一の傾斜角で立ち上げ且つ途中から緩やかに反らせながら前記第一の傾斜角より大きな第二の傾斜角で立ち上げ、その頂部の外形が緩やかな曲線を描いて一次空気の流れ方向に沿うよう形成し、
更に、前記流路拡張斜面を、迂回する一次空気の乱流化や渦形成が起こらないよう前記流路収縮斜面の頂部に連続する流線形状としたことを特徴とするものである。
【００２０】
従って、本発明では、濃度調整リングの表面に従来の如きエッジが形成されず、一次空気が前記濃度調整リングの表面に沿って滑らかに迂回し、一次空気の乱流化や渦の形成が防止されるので、微粉炭のうちの慣性力の小さな微粒子がバーナ内筒側に移動してしまう現象が大幅に低減される。
【００２１】
また、一次空気の流れが急激に屈曲されることなく滑らかに濃度調整リングに乗り上がるので、微粉炭のうちの慣性力の大きな粗粒子が流路収縮斜面に激しく衝突することがなくなり、しかも、前記流路収縮斜面に衝突して跳ね返った微粉炭の粗粒子は、バーナ外筒の内周面に衝突することなくバーナ外筒側へと導かれるので、バーナ外筒の内周面に衝突してバーナ内筒側に跳ね返るといった現象が大幅に低減される。
【００２２】
更に、一次空気が流路収縮斜面により滑らかに濃度調整リングに乗り上がり、該流路収縮斜面の頂部を迂回した一次空気が、流路拡張斜面の流線形状により乱流化や渦形成を防止されて円滑に拡散されるので、流路収縮斜面及び流路拡張斜面の何れの下側部分にも一次空気の流れが淀むことがなくなる。
【００２３】
尚、バーナ内筒の外周面に対する流路収縮斜面頂部の最大高さ寸法は、バーナ内筒の外周面からバーナ外筒の内周面までの距離の略二分の一とすれば良く、このようにすれば、圧力損失を極端に増加させることなく、良好なバーナ外筒内部の外側への微粉炭濃縮効果を得られる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照しつつ説明する。
【００２５】
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図中２６は従来と同様にバーナ内筒６の長手方向適宜位置に外嵌された濃度調整リングを示し、該濃度調整リング２６は、微粉炭１０の流れ方向に向け徐々に直径が増加するよう上流側に形成された流路収縮斜面２７と、微粉炭１０の流れ方向に向け徐々に直径が減少するよう下流側に形成された流路拡張斜面２８とを備えている。
【００２６】
前記流路収縮斜面２７は、バーナ内筒６の外周面に対し少くとも２０゜以下の小さな第一の傾斜角α1（図示する例では約１２゜）で立ち上がり且つ途中から緩やかに反りながら前記第一の傾斜角α1より大きな第二の傾斜角α2（図示する例では約３４゜）で立ち上がり、その頂部の外形が緩やかな曲線を描いて一次空気１１の流れ方向に沿うよう形成されている。
【００２７】
更に、前記流路拡張斜面２８は、迂回する一次空気１１の乱流化や渦形成が起こらないよう前記流路収縮斜面２７の頂部に連続する流線形状に形成されている。
【００２８】
また、本形態例においては、バーナ内筒６の外周面に対する流路収縮斜面２７頂部の最大高さ寸法Ｈが、バーナ内筒６の外周面からバーナ外筒８の内周面までの距離Ｌの略二分の一としている。
【００２９】
而して、このような断面形状とした濃度調整リング２６によれば、該濃度調整リング２６の表面に従来の如きエッジが形成されず、一次空気１１が前記濃度調整リング２６の表面に沿って滑らかに迂回し、一次空気１１の乱流化や渦の形成が防止されるので、微粉炭１０のうちの慣性力の小さな微粒子がバーナ内筒６側に移動してしまう現象が大幅に低減される。
【００３０】
また、一次空気１１の流れが急激に屈曲されることなく滑らかに濃度調整リング２６に乗り上がるので、微粉炭１０のうちの慣性力の大きな粗粒子が流路収縮斜面２７に激しく衝突することがなくなり、しかも、前記流路収縮斜面２７に衝突して跳ね返った微粉炭１０の粗粒子は、図１に二点鎖線で示す如くバーナ外筒８の内周面に衝突することなくバーナ外筒８側へと導かれるので、バーナ内筒６側に跳ね返るといった現象が大幅に低減される。
【００３１】
従って、微粉炭１０のうちの微粒子及び粗粒子の何れについてもバーナ内筒６側に移動してしまう現象を大幅に低減することができるので、バーナ外筒８内部の外側への微粉炭濃縮効果を従来より大幅に向上することができる。
【００３２】
事実、バーナ外筒８内部の外側における微粉炭濃度に関し、濃度調整リング２６下流の濃縮後の微粉炭濃度を、濃度調整リング２６上流の濃縮前の微粉炭濃度で除した濃縮率を数値解析により求めたところ、図２に示す如く、本形態例の濃度調整リング２６の濃縮率（図２中における曲線Ａ）の方が、従来の濃度調整リング１４（図４参照）の濃縮率（図２中における曲線Ｂ）よりも良好となるという結果が得られ、しかも、実際にコールドフロー試験を行ってみても、本形態例の濃度調整リング２６の濃縮率（図２中における曲線Ａ’）の方が、従来の濃度調整リング１４（図４参照）の濃縮率（図２中における曲線Ｂ’）よりも良好となるという結果が得られた。
【００３３】
尚、コールドフロー試験結果を示す曲線Ａ’，曲線Ｂ’は、濃度調整リング２６，１４の下流側における複数箇所で計測した濃縮率を結んで近似曲線としたものである。
【００３４】
また、微粉炭１０のうちの慣性力の大きな粗粒子が流路収縮斜面２７に激しく衝突することがなくなれば、該流路収縮斜面２７自体及びバーナ外筒８の内周面における摩耗を防止することも可能となる。
【００３５】
更に、一次空気１１が流路収縮斜面２７により滑らかに濃度調整リング２６に乗り上がり、該流路収縮斜面２７の頂部を迂回する一次空気１１は、流路拡張斜面２８の流線形状により乱流化や渦形成を防止されて円滑に拡散されるので、流路収縮斜面２７及び流路拡張斜面２８の何れの下側部分にも一次空気１１の流れが淀むことがなくなり、ここに微粉炭堆積層が形成されてしまう不具合を解消することができ、更には、このような微粉炭堆積層の自然発火を防止する為に、バーナ内筒６を二重管構造として、その外側流路に冷却空気を供給する等の手段を講じる必要がなくなる。
【００３６】
また、本形態例に示した如く、バーナ内筒６の外周面に対する流路収縮斜面２７頂部の最大高さ寸法Ｈを、バーナ内筒６の外周面からバーナ外筒８の内周面までの距離Ｌの略二分の一とすれば、圧力損失を極端に増加させることなく、良好なバーナ外筒８内部の外側への微粉炭濃縮効果を得られる。
【００３７】
尚、本発明の微粉炭バーナの濃度調整リングは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３８】
【発明の効果】
上記した本発明の微粉炭バーナの濃度調整リングによれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００３９】
（Ｉ）微粉炭のうちの慣性力の小さな微粒子がバーナ内筒側に移動してしまう現象を大幅に低減することができると共に、微粉炭のうちの慣性力の大きな粗粒子が流路収縮斜面に激しく衝突した後にバーナ外筒の内周面に衝突してバーナ内筒側に跳ね返るといった現象を大幅に低減することもできるので、バーナ外筒内部の外側への微粉炭濃縮効果を従来より大幅に向上することができる。
【００４０】
（ＩＩ）微粉炭のうちの慣性力の大きな粗粒子が流路収縮斜面に激しく衝突することがなくなり、該流路収縮斜面に衝突して跳ね返った微粉炭の粗粒子がバーナ外筒の内周面に衝突することもなくなるので、該流路収縮斜面自体及びバーナ外筒の内周面における摩耗を防止することができる。
【００４１】
（ＩＩＩ）流路収縮斜面及び流路拡張斜面の何れの下側部分にも一次空気の流れが淀むことがなくなり、ここに微粉炭堆積層が形成されてしまう不具合を解消することができるので、このような微粉炭堆積層の自然発火を防止する為に、バーナ内筒を二重管構造として、その外側流路に冷却空気を供給する等の手段を講じる必要がなくなる。
【００４２】
（ＩＶ）バーナ内筒の外周面に対する流路収縮斜面頂部の最大高さ寸法を、バーナ内筒の外周面からバーナ外筒の内周面までの距離の略二分の一とすれば、圧力損失を極端に増加させることなく、良好なバーナ外筒内部の外側への微粉炭濃縮効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１の濃度調整リングによる微粉炭濃縮効果を説明するグラフである。
【図３】微粉炭バーナの概略を表す断面図である。
【図４】従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
５          微粉炭バーナ
６          バーナ内筒
８          バーナ外筒
１０          微粉炭
１１          一次空気
２６          濃度調整リング
２７          流路収縮斜面
２８          流路拡張斜面
α1          傾斜角
α2          傾斜角
Ｈ          流路収縮斜面頂部の最大高さ寸法
Ｌ          バーナ内筒の外周面からバーナ外筒の内周面までの距離
【図１】
0003758742.tif 000002
【図２】
0003758742.tif 000003
【図３】
0003758742.tif 000004
【図４】
0003758742.tif 000005