JP3072491B2 - 蒸気発生装置用の境界層式石炭ノズル装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、微粉炭を石炭燃焼式蒸気発生器に供給する
石炭供給システムに関し、より詳細には、石炭を供給す
るノズルの構造に関する。石炭燃焼炉には、典型的に、
複数のダクト又はパイプが設けられ、これらのパイプを
通して微粉炭が複数の燃料−空気導入アセンブリに向け
られ、これらの燃料−空気導入アセンブリはそれぞれの
垂直に延びている風箱内に配列されている。これらの風
箱は炉のひとつ又はそれ以上の壁に設けられ、各々の風
箱は石炭及び空気を炉内に導入せしめる。このようなノ
ズルの設計は、ノズルが1500゜F（820℃）以上の温度に
さらされることを考慮しなければならない。

従来例は、また、例えばロナルド ジェー・テネロー
ウィック（Ronald J.Tenerowicz）に対して特許が付与
されかつ本出願と同じ譲受人に譲渡されている「蒸気発
生装置用のモジュール式石炭ノズルアセンブリ」と題す
る米国特許第5,435,492号に示されている装置を包含す
る。

公知のノズル構造は、長時間にわたって作動が停止さ
れたときに輻射熱から生じる構造的ゆがみを受けやす
い。例えば、もし炉が最大容量よりも少ない状態で作動
する場合、ノズルのすべてが機能するものではない。作
動していないノズルは、炉からの輻射熱により生じるゆ
がみを受けやすいものである。公知のノズル構造は、ま
た、石炭の着火が石炭ノズルのチップの内部において生
じるときにも構造的ゆがみを受けやすい。このような構
造的ゆがみは、典型的に、ノズル内の燃焼により発生す
る熱の輻射により生じるノズルの部分の温度差から生じ
る。

文献US−Ａ−2,895,435には、このような公知のノズ
ル構造の一例が開示されている。より詳細には、この文
献US−Ａ−2,895,435は、関連する蒸気発生装置と一緒
に使用されるノズル装置を開示している。このノズル装
置は、細長いほぼ円筒形の本体と、ノズルチップと、シ
ール板とを包含する。前記本体は、その一方の軸方向部
分にノズルを有する。前記ノズルチップは、ほぼスリー
ブ状とされていると共に前記本体の末端にオーバラップ
するような寸法とされ、また前記本体の前記末端まわり
を枢動するように取付けられ、更に第１の表面及び第２
の表面を包含して、これらの表面が前記本体からの流れ
のすべてをこれらの表面間に受け入れるような寸法と形
状とされている。前記シール板は、ほぼスリーブ状とさ
れていると共に前記本体の前記末端と前記ノズルチップ
との間の密封を形成するような寸法と形成とされ、また
前記本体の前記末端まわりを枢動するように取付けら
れ、更に前記ノズルチップと前記シール板との間の相対
的枢動を制限する停止部を包含している。

ノズルまわりの温度に関連する問題は、火炎をノズル
の近くに意図的に維持せしめる火炎付着ノズルと称され
ているノズルの場合に最も重大である。高温度により生
じる問題は、また、高硫黄及び／又は高鉄含有燃料を燃
焼せしめるときにも一層重大である。より詳細には、1.
5％又はそれ以上の硫黄成分及び／又は10％又はそれ以
上の鉄を含有する燃料は、特に問題である。問題は、ま
た、限界供給状態の下でも顕著である。このような状態
は、例えば、高温空気ファンが非常に小さいとき、テン
パリング空気ダクトが非常に小さいとき、ミルが十分に
大きくないとき、又はシステムが高い高さで作動すると
きに生じる。

限界供給状態の下で高硫黄成分及び／又は高鉄成分を
燃焼するときには、低圧区域がチップ領域に生じ、その
結果燃料及び灰が蓄積する平面が保持される。より詳細
には、“プレーティングアウト（plating out）”とし
て知られている現象が発生して、温度が石炭の軟化温度
以上に増大する。したがって、このような状態の下にお
いて作動を続けることはチップのゆがみを導く。そし
て、このゆがみはノズル性能及び適用寿命に影響を及ぼ
す。

発明の目的及び概要 本発明の目的は、従来のノズル構造で生じるノズルチ
ップのゆがみを除去する装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、たとえ多くの硫黄及び／又は鉄
酸化物成分を含有する石炭の場合であっても、十分満足
に機能する装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、ノズルチップをこのノズル
チップのところの温度の影響から遮へいする装置を影響
することにある。

本発明の更に他の目的は、ノズルが作動を停止されて
いるときにノズルの内部に堆積したスラグ又は灰の堆積
物を掃除する装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、従来の構造よりも製作費用
を安くする装置を提供することにある。

本発明の以上述べた目的及び他の目的は、次に述べる
ような蒸気発生装置によって達成されることがわかるで
あろう。すなわち、本発明による蒸気発生装置は微粉炭
及び空気用ノズルを包含し、このノズルは細長くてほぼ
円筒形の本体を包含し、この本体はその一方の軸方向部
分にノズルを有する。本装置は、また、ほぼスリーブ状
とされていると共に本体の末端にオーバーラップするよ
うな寸法とされているノズルチップを包含する。このノ
ズルチップは、本体の末端まわりを枢動するように取付
けられ、また第１及び第２の表面を包含して、これらの
表面が本体からの流れのすべてをこれらの表面間に受け
入れるような寸法と形状とされている。本装置は、更
に、シール板を包含し、このシール板もまたほぼスリー
ブ状とされていると共に本体の末端とノズルチップとの
間の密封を形成するような寸法と形状とされている。シ
ール板は、本体の末端まわりを枢動するように取付けら
れ、またシール板及びノズルチップの可能なすべての枢
動位置にわたって第１及び第２の表面にそれぞれ接近し
て間隔を置いた関係で設けられている第３及び第４の表
面を有するような寸法と形状とされている。この接近し
て間隔を置いた関係は、空気の通路のための細長いスロ
ットを画成する。シール板は、ノズルチップとシール板
との間の相対的枢動を制限する停止部を包含する。

更に、シール板は第３の表面及び第４の表面により結
合されている第１及び第２の平らな対向する側部を包含
し、停止部がこれら第１及び第２の平らな対向する側部
の一部分である。

本発明の一形態において、停止部は第１及び第２の側
部の各々の上の少なくともひとつの耳部を包含する。ま
た他の形態において、停止部は第１及び第２の側部の各
々の上の第２の耳部を包含する。これら耳部のすべて
は、ほぼ平らであり、また耳部の各々は第１及び第２の
側部のひとつと同一平面である。

図面の簡単な説明 本発明は、添付図面を参照することにより、より一層
理解されるであろう。

図１は、本発明の適用される型式の蒸気発生装置の垂
直断面図である。

図２は、従来のシール板の正面図である。

図３は、図２に示される従来のシール板の平面図であ
る。

図４は、図２に示される従来のシール板の側面図であ
る。

図５は、本発明の一実施例によるシール板の正面図で
ある。

図６は、図５に示されるシール板の平面図である。

図７は、図５に示されるシール板の側面図である。

図８は、ノズルが最大上方位置に動かされたときにお
けるノズルの部品の関係を示す垂直断面図である。

図９は、ノズルが最大下方位置に動かされたときにお
けるノズルの部品の関係を示す垂直断面図である。

好適な実施例の説明 図１を参照するに、図１には本発明が実施される型式
の炉10が示されている。この炉10は、垂直に設置され、
その上方端には燃焼ガスのための出口を有する。この出
口からは横ガスパス12が延びており、この横ガスパス12
は垂直に延びているガスパス14の上方端及び煙突（図示
せず）に接続している。ここに例示した炉10には、バー
ナ16が設けられている。炉10は、前壁22及び後壁24を有
する。両側壁（図示せず）は、間隔を置いて設置されて
いると共に前壁22及び後壁24に結合されている。

図８及び図９に最も良く見られるように、石炭ノズル
は、ピン36のまわりに回転運動可能に装架されている可
動チップ34を担持する細長い本体30を有しているのが普
通である。典型的に、チップ34は、チップ34と本体30と
が整列した、すなわち同軸関係である状態から上下にプ
ラスマイナス25段階動くことができる。チップ34と本体
30との中間には、シール板50が設けられている。本発明
の一実施例によるシール板50が、図５〜図９に示されて
いる。このシール板50は、ノズルチップ34が図８及び図
９に示されているような動き可能範囲の全体にわたって
動くときに、ノズル本体30をノズルチップ34に関して密
封するものである。

ノズル本体30には上方水平フランジ30A及び下方水平
フランジ30Bが設けられ、これらのフランジはそれぞれ
本体30から上向きに及び下向きに延びている。より詳細
には、フランジ30A及び30Bは、本体30を２等分する水平
板（図示せず）の両側から間隔を置いて離れている末広
がりのほぼ平らな表面である。シール板50は、第１の円
筒形表面52及び第２の円筒形表面54を包含する。これら
の表面は、それぞれフランジ30A及び30Bの自由縁30C、3
0Dに係合して密封を形成する。

本体30に取付けたブラケット（図示せず）により支持
されているピン36は、ノズルチップ34とシール板50との
両方を枢動せしめるために担持している。より詳細に
は、図８及び図９に最も良く見られるように、ノズルチ
ップ34は、ほぼ矩形状である。しかし、他の実施例で
は、チップ34は円筒形又は正方形とすることができるも
のである。ノズルチップ34内には２つのほぼ平らな板5
8、59が設けられ、これらの板は円筒形表面52、54のそ
れぞれの外面に接近して間隔を置きかつ実質的に接線関
係で設けられている。より詳細には、板58、59は円筒形
表面52、54からそれぞれ約２インチ（約5cm）間隔を置
かれている。この間隔は、本体30を通して流れる微粉炭
が板58、59と円筒形表面52、54とのそれぞれの間を通過
するのを実質的に防止するのに十分なものである。した
がって、本体30を通しての流体流れは、板58と59との中
間であるチップ34の部分のみを通してチップ34を出るよ
うに向けられる。追加の平行な板62、64が、チップ34の
幾何学的軸線のまわりに平行に間隔を置いた関係で設け
られている。これらの板62、64は、流れをチップ34を通
すように向ける働きをし、層流を増進せしめる。

作用において、ノズルチップ34は従来の機構（図示せ
ず）によりその可能移動範囲の50段階にわたって複数の
角度位置に動かされる。この位置の選択は、最適な燃焼
による要求により決定される。一次空気及び石炭は、本
体30、シール板50の中央部及び板58と59との中間である
ノズルチップ34の部分を通して押し進められる。二次空
気は、本体30の外面に沿って、（１）板58、59の外側で
あるノズルチップ34の部分に、及び（２）板58、59とシ
ール板50との中間である２インチ（5cm）高さのスロッ
トにさし向けられる。２インチ（5cm）高さのスロット
の各々は、ノズルチップ34の幅を延びていることを理解
されよう。多くの適用のために、本体30を通過する一次
空気よりも高い速度で、二次空気をさし向けることが望
まれるものである。この速度関係は、二次空気が火炎伝
播速度よりも大きい速度で流れるときの保炎を防止する
のを助ける。二次空気のスロットへの方向は、板58、59
の内面に空気の境界層を生じさせ、この境界層がこれら
の板58、59を、ノズルチップ34を通してさし向けられる
大量の微粉炭から生じるエロージョンから保護する。

好適な実施例において、シール板50は円筒形表面52の
軸方向末端に第１及び第２の耳部が設けられている。ま
た、シール板50は円筒形表面54の軸方向末端にも第１及
び第２の耳部が設けられている。ここに例示した実施例
は、ほぼ平らな耳部、すなわち耳状の停止部材56を包含
する。当業者であれば、本発明の他の実施例では、これ
らの停止部材をＵ形片、丸ペグ、正方形ブロック又は他
の種々の形状の部材にすることができることを認識され
よう。

図８は、ノズルチップ34が最大上方位置に動かされて
流れを指向せしめている状態を示す。本体30の外面に沿
って軸方向に向けられている二次流れが、ノズルチップ
34の内部に設けられている板58、59のそれぞれの内側を
通過することが見られるであろう。間隔を置かれている
耳部56は、二次空気が（１）板58、59の外側であるノズ
ルチップ34の部分に流れること、及び（２）板58、59と
シール板50との中間の２インチ（5cm）の高さのスロッ
トに流れることに対して本質的に障害とはならない。

図８から明らかなように、ノズルチップ34が最大上方
位置に回転させられたとき、耳部56、56は円筒形表面52
の軸方向末端で板58の縁に当接する。したがって、シー
ル板50の縁が本体30のスロット部に到達するまで、ノズ
ルチップ34の回転を生じさせる機構（図示せず）がシー
ル板50をフランジ30Aに沿って動かすことが見られるで
あろう。シール板50の動きは、勿論、ピン36まわりの回
転であり、ピン36はシール板50の両側壁66、66の各々の
整列穴60、60に係合している。

図９は、ノズルチップ34が最大下方位置に動かされて
流れを指向せしめているときにおける、板59の縁と円筒
形表面54の軸方向末端に設けられている耳部56との対応
する係合を示す。

本発明は、見たところ、図２〜図４に示されている従
来例の小さな変更である。しかしながら、この変更は非
常に重要な利益をもたらすものである。すなわち、従来
のシール板40は、耳部56を包含していない点で本発明の
シール板50とは異なる。従来のシール板40の構造は、そ
の代わりに、それぞれの円筒形表面52及び円筒形表面54
の一方の縁に沿って延びる横延長リップ42を有してい
る。これらのリップ42、42は本体30の外面に沿う二次空
気の流れを妨害し、したがって本発明による装置で成し
遂げられる効果を生じせしめるものではないことが判っ
ている。有益的に、本発明による装置は図２〜図４に示
されている従来の装置よりも一層安価に製作することが
できる。これは、本発明の構造はより少ない材料を必要
とするだけ及びより少ない製作時間及び費用を必要とす
るだけであるからである。

本発明の格別の利点は、本発明の有益な効果を成し遂
げるために従来のノズルチップ34に変更を加える必要が
ないということである。したがって、本発明は既存の装
置を容易に改装することができ、更に製作も容易に変更
することができる。本発明は、有益的には、ノズル構体
を熱、及び大量の微粉炭が装置を通過することにより生
じるエロージョンの両方から守る境界層を生じせしめる
ものである。

以上本発明をその例示した好適な実施例を参照にして
詳述した。しかしながら、この種装置の当業者であれ
ば、本発明の開示によって、ここに述べた技術に他の変
形を思いつくであろう。このような変形は本発明の開示
に包含されるものであり、本発明は次の請求の範囲によ
ってのみ限定されるものである。

フロントページの続き (56)参考文献 米国特許2895435（ＵＳ，Ａ) 米国特許5215259（ＵＳ，Ａ) 米国特許5435492（ＵＳ，Ａ) 欧州特許出願公開650013（ＥＰ，Ａ １) 欧州特許出願公開144504（ＥＰ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23D 1/00 F23K 3/02 301

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】関連する蒸気発生装置（10）と一緒に使用
   されるノズル装置であって、細長いほぼ円筒形の本体
   （30）と、ノズルチップ（34）と、シール板（50）とを
   包含し、前記本体（30）がその一方の軸方向部分にノズ
   ルを有し、前記ノズルチップ（34）が、ほぼスリーブ状
   とされていると共に前記本体（30）の末端（30A,30B）
   にオーバーラップするような寸法とされ、また前記本体
   （30）の前記末端（30A,30B）まわりを枢動（36）する
   ように取付けられ、更に第１の表面（58）及び第２の表
   面（59）を包含して、これらの表面が前記本体（30）か
   らの流れのすべてをこれらの表面間に受け入れるような
   寸法と形状とされ、前記シール板（50）が、ほぼスリー
   ブ状とされていると共に前記本体（30）の前記末端（30
   A,30B）と前記ノズルチップ（34）との間の密封を形成
   するような寸法と形状とされ、また前記本体（30）の前
   記末端（30A,30B）まわりを枢動（36）するように取付
   けられ、更に前記ノズルチップ（34）と前記シール板
   （50）との間の相対的枢動を制限する停止部（56）を包
   含しているノズル装置において、 ａ 前記シール板（50）が、前記シール板（50）及び前
   記ノズルチップ（34）の可能なすべての枢動位置にわた
   って前記第１の表面（58）及び第２の表面（59）にそれ
   ぞれ接近して間隔を置いた関係で設けられている第３の
   表面（52）及び第４の表面（54）を有するような寸法と
   形状とされ、 ｂ 前記シール板（50）が前記第３の表面（52）及び第
   ４の表面（54）により結合されている第１及び第２の平
   らな対向する側部（66）を包含し、 ｃ 前記停止部（56）が前記第１及び第２の平らな対向
   する側部（66）の一部分である、 ことを特徴とするノズル装置。
2. 【請求項２】前記停止部（56）が前記第１及び第２の側
   部（66）の各々の上の少なくともひとつの耳部を包含す
   ることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】前記停止部（56）が前記第１及び第２の側
   部（66）の各々の上の第２の耳部を包含することを特徴
   とする請求項２記載の装置。