JP2001355815A - 固形燃料用燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 固形燃料を均一に分散させて燃焼効率の向上
が図れ、また、酸素比を調節することによって効率よく
一酸化炭素及び水素を生成することもできる固形燃料用
燃焼装置を提供する。 【解決手段】 固形燃料を搬送するためのスクリュー型
搬送手段１２のスクリュー軸１３を、内部に酸素バーナ
ー１４又は酸素ノズルを挿入可能な中空軸で形成すると
ともに、前記スクリュー型搬送手段のスクリューケーシ
ング１５の外周に固形燃料燃焼用酸素ノズル１６を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固形燃料用燃焼装
置に関し、詳しくは、固形燃料を効率よく均一な状態で
搬送供給して燃焼させることができる固形燃料用燃焼装
置に関するとともに、固形燃料を酸素で直接部分酸化し
て一酸化炭素及び水素を効率よく生成することができる
固形燃料用燃焼装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】固形燃
料を燃焼装置に供給して燃焼させる場合、気流搬送が可
能なものについては、空気、窒素、炭酸ガス等で燃焼装
置の燃焼領域まで定量的に搬送するようにしている。し
かし、気流搬送を行うためには、固形燃料の粒度を所定
範囲に略均一に調整することが必要である。例えば、数
ｍｍオーダーのものは気流搬送が困難なため、ミル等で
あらかじめ粉砕処理するか、あるいはスクリーニングを
行って搬送不可能な粒度のものは除去するなどの工程が
必要で、コスト的な問題があった。

【０００３】また、固形燃料をスクリューフィーダーで
燃焼装置に供給して燃焼させる場合は、粒度調整が気流
搬送ほど厳密ではなく、粒度の許容範囲を広くとれる
が、固形燃料を効率よく分散させて支燃性ガス（酸素）
との混合を均一に行わなければならず、燃焼効率の向上
に限界があった。

【０００４】一方、一酸化炭素や水素を生成する方法と
して、炭素質あるいは炭化水素質燃料を、酸素比が１．
０未満の酸素で燃焼させることにより、一酸化炭素や水
素を含む燃焼ガスを得る方法が知られている。この方法
において、固形燃料を用いる場合は、固形燃料の分散を
コントロールし、固形燃料と酸素との均質な反応を制御
することが必要である。

【０００５】これらが不十分であると、メタンやアセチ
レン等の低級炭化水素やすすといった不純物が多量に生
成され、また、固形燃料中の炭素分が残留してしまう。
逆に、これらを促進しすぎると、局部的に反応が促進さ
れ、燃焼生成物である二酸化炭素及び水蒸気の比率が高
くなり、必要とされる一酸化炭素及び水素の収率が低下
する。また、局部的なホットスポットが発生し、バーナ
の破損の原因となることがある。

【０００６】そこで本発明は、固形燃料を酸素中に均一
に分散させることができ、燃焼効率の向上が可能な固形
燃料用燃焼装置を提供するとともに、酸素量を制御する
ことによって固形燃料を均質に部分酸化することがで
き、低級炭化水素やすすの発生を抑制し、効率よく一酸
化炭素及び水素を生成することもできる固形燃料用部分
燃焼装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の固形燃料用燃焼装置は、固形燃料を搬送す
るためのスクリュー型搬送手段のスクリュー軸を、内部
に酸素バーナー又は酸素ノズルを挿入可能な中空軸で形
成するとともに、前記スクリュー型搬送手段のスクリュ
ーケーシングの外周に固形燃料燃焼用酸素ノズルを設け
たことを特徴としている。

【０００８】このとき、前記酸素バーナー又は酸素ノズ
ルからの酸素量と、前記固形燃料燃焼用酸素ノズルから
の酸素量との合計酸素量を、燃料に対する酸素比が１．
０未満となるようにして燃焼させることにより、固形燃
料を部分燃焼させて一酸化炭素、水素を生成するための
固形燃料用部分燃焼装置となる。

【０００９】また、本発明は、前記スクリュー軸内に酸
素バーナーを挿入したことを特徴とし、該酸素バーナー
の酸素比を調節する手段を備えていること、該酸素バー
ナーの燃料がガス燃料又は液体燃料であることを特徴と
している。また、本発明は、前記スクリュー軸内に、前
記酸素バーナーに代えて、予熱した酸素を供給する酸素
ノズルを挿入したことを特徴としている。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１及び図２は、本発明の固形燃
料用燃焼装置の一形態例を示すもので、図１は一部を省
略した断面正面図、図２は外観を示す正面図である。こ
の固形燃料用燃焼装置１１は、固形燃料を搬送するスク
リュー型搬送手段（以下、スクリューという）１２と、
中空軸で形成されたスクリュー軸１３内に挿入された酸
素バーナー１４と、スクリューケーシング１５の外周に
設けられた固形燃料燃焼用酸素ノズル１６と、該固形燃
料燃焼用酸素ノズル１６の外周に設けた水冷ジャケット
１７と、スクリュー１２の基端部に設けられた固形燃料
供給手段装着部１８と、スクリュー軸１３を駆動する駆
動部１９とにより形成されている。

【００１１】酸素バーナー１４及びスクリューケーシン
グ１５は、適宜な保持部材等により固定されており、ス
クリュー軸１３が、駆動部１９のモーター２０及びスプ
ロケット２１，２１、チェーン２２により駆動されて回
転し、スクリュー羽根２３によって固形燃料を先端方向
に搬送するように形成されている。なお、スクリュー軸
１３内周と酸素バーナー１４外周との間には、適宜な間
隔で軸受部２４が設けられており、スクリュー軸１３と
酸素バーナー１４との位置関係を維持するとともに、ス
クリュー軸１３が円滑に回転できるようにしている。

【００１２】酸素バーナー１４は、内管２５と外管２６
との二重管構造を有するものであって、内管２５内が燃
料流路となって先端の燃料噴出口２７に連通し、内管２
５と外管２６との間が酸素流路となって燃料噴出口２７
の外周に形成された酸素噴出口２８に連通している。ま
た、内管２５の基端部２５ａには燃料供給管が接続さ
れ、外管２６の基端部に設けた側管２６ａには酸素供給
管が接続される。

【００１３】さらに、固形燃料燃焼用酸素ノズル１６に
固形燃料燃焼用酸素を供給する燃焼用酸素流路２９及び
前記水冷ジャケット１７は、スクリューケーシング１５
の外周に三重に筒体を配置した同心多重管構造で形成さ
れており、基部側には、燃焼用酸素供給管接続部２９ａ
及び冷却水導入導出管接続部１７ａがそれぞれ設けられ
ている。また、固形燃料燃焼用酸素ノズル１６は、燃焼
装置端面材に設けた多数の小通孔により形成されてい
る。さらに、燃焼装置外周には、燃焼炉取付け用や装置
組付け用等に用いるフランジ３０がそれぞれ所定位置に
設けられている。

【００１４】このように形成した固形燃料用部分燃焼装
置１１は、通常のバーナー等と同様にして燃焼炉に装着
され、各供給管等を接続した状態で用いられる。すなわ
ち、酸素バーナー１４の燃料流路に酸素バーナー用燃料
を、酸素流路に酸素バーナー燃焼用酸素を、固形燃料燃
焼用酸素流路２９に固形燃料燃焼用酸素を、水冷ジャケ
ット１７に冷却水を、それぞれ供給するとともに、固形
燃料供給手段装着部１８に装着したスクリューフィーダ
等の固形燃料供給手段からスクリュー１２部分に固形燃
料を供給して先端方向に搬送させ、これらを燃焼装置端
面から送り出して燃焼させる。

【００１５】酸素バーナー１４は、固形燃料の着火性を
確保可能な温度の燃焼火炎を形成するとともに、燃焼ガ
ス流でスクリュー１２の端面から吐出される固形燃料を
十分に分散させるためのものであり、通常の酸素バーナ
ーと同様に、メタンやプロパンのようなガス燃料や、灯
油や重油のような液体燃料を、酸素比１．０程度の酸素
で燃焼させればよい。この酸素バーナー１４における燃
料及び酸素の流量は任意であるが、この固形燃料用燃焼
装置１１を一酸化炭素及び水素を生成する目的で使用す
る場合は、燃料及び酸素の流量を多くし過ぎると、この
燃焼反応で生成する二酸化炭素及び水蒸気が多くなって
目的の一酸化炭素及び水素の濃度が相対的に減少するの
で、必要な火炎温度と固形燃料の分散性を考慮して設定
する。また、微粉炭等の固形燃料を使用することも可能
であるが、流量安定性の良好なガス燃料又は液体燃料を
使用することが好ましい。

【００１６】固形燃料燃焼用酸素ノズル１６から噴出さ
せる固形燃料燃焼用酸素の流量は、一酸化炭素及び水素
を生成するためには、燃料に対する酸素比が１．０未
満、通常は０．５程度になるように設定する。この固形
燃料燃焼用酸素の流量が多いと一酸化炭素及び水素の収
量が低下し、流量が少なすぎると酸素不足により低級炭
化水素やすすが発生してしまう。

【００１７】また、固形燃料燃焼用酸素ノズル１６から
の酸素の噴出方向は、燃焼装置軸線方向でもよいが、軸
線に対して開き方向、収斂方向、ねじれ方向に適当な角
度を持たせるようにしてもよい。さらに、固形燃料燃焼
用酸素を噴出する小通孔の径や設置数さらには形状を適
当に選択することにより、酸素の流速や噴出状態を最適
な状態に設定することができ、固形燃料との混合及び酸
化又は部分酸化を効果的に行うことができる。加えて、
この固形燃料燃焼用酸素を適当な温度、例えば３００℃
程度に予熱しておくことにより、固形燃料との反応性を
向上させることができる。

【００１８】スクリュー１２の先端面から吐出された固
形燃料、例えばチャーや微粉炭は、酸素バーナー１４で
生成した高温の燃焼火炎で加熱されるとともに、その燃
焼ガス流によって分散、拡散し、固形燃料燃焼用酸素ノ
ズル１６から噴出する固形燃料燃焼用酸素と均一に混合
して均質に酸化されて燃焼効率に優れた火炎が得られ、
また、部分酸化された場合は、一酸化炭素及び水素が効
率よく生成する。さらに、酸素燃焼による高温の火炎に
よって灰分の溶融も行うことができる。

【００１９】このように、固形燃料を搬送するスクリュ
ー１２のスクリュー軸１３内に酸素バーナー１４を挿入
することにより、スクリュー１２で搬送された固形燃料
の中心部に酸素バーナー特有の高温の火炎を形成するこ
とができるので、固形燃料を効果的に加熱できるととも
に、燃焼ガス流によって固形燃料を固形燃料燃焼用酸素
中に分散させることができる。

【００２０】しかも、固形燃料をスクリュー１２で搬送
することにより、ガス搬送に比べて安定した搬送状態が
得られ、固形燃料と固形燃料燃焼用酸素とを均質に反応
させることができるので、燃料に対する酸素比を１．０
未満になるように設定しておくことにより、固形燃料を
酸素で直接部分酸化させることができるとともに、低級
炭化水素やすすの生成を抑制し、また、局部的な反応も
抑制して二酸化炭素及び水蒸気の生成やホットスポット
の発生も抑制して一酸化炭素及び水素を高収率で得るこ
とができる。なお、固形燃料としてチャーのような水素
をほとんど含まない炭素質燃料を用いた場合は、部分酸
化によって主として一酸化炭素が生成することになる。

【００２１】さらに、酸素バーナー１４における酸素比
を調節することにより、酸素バーナー用燃料及び固形燃
料からなる燃料と、酸素バーナー用酸素及び固形燃料燃
焼用酸素からなる酸素との全体的な燃焼反応をより安定
させることができる。

【００２２】また、着火性を確保できれば、スクリュー
軸１３内に酸素ノズルを挿入して酸素のみを噴出させて
もよい。この場合の酸素量は、スクリュー軸１３内の酸
素ノズルとスクリューケーシング１５外周の酸素ノズル
とからの合計酸素量を、燃料に対する酸素比が１．０未
満となるように設定する。さらに、このスクリュー軸１
３内の酸素ノズルに供給する酸素もあらかじめ予熱して
おくことにより、固形燃料との部分酸化反応をより確実
に行うことができる。

【００２３】なお、溶融炉やボイラー等の加熱用として
用いる場合は、燃料に対する酸素比を１．０以上にして
燃焼させればよく、この場合も、固形燃料を固形燃料燃
焼用酸素中に均一に分散させることができるので、燃焼
効率の向上が図れる。

【００２４】

【実施例】実施例１ 図１、図２に示す構造の固形燃料用部分燃焼装置を、耐
火煉瓦を内張した内径０．５ｍ、長さ２．０ｍの円筒形
燃焼炉の軸線上に装着した。固形燃料には、最大粒径が
１０ｍｍで、炭素質：灰分＝３０：７０（重量比）のチ
ャーを使用し、これを１２０ｋｇ／ｈで供給した。固形
燃料燃焼用酸素は、酸素比が１．０となる６０Ｎｍ^３／
ｈで供給した。また、酸素バーナーには、ＬＰＧを０．
７Ｎｍ^３／ｈ、酸素を３．５Ｎｍ^３／ｈ（酸素比１．
０）で供給した。酸素バーナーにおけるＬＰＧの噴出速
度は４０ｍ／ｓ、酸素の噴出速度は２０ｍ／ｓとし、固
形燃料燃焼用酸素の噴出速度は３５ｍ／ｓとした。

【００２５】水冷サンプリングプローブにより可視火炎
の先端部から灰分を採取して残留炭素分を分析した結
果、残留炭素分は分析下限以下であり、燃焼効率は１０
０％であった。また、ガスサンプリングによる燃焼ガス
分析においても、低級炭化水素及び一酸化炭素は検出さ
れず、すすの発生もなかった。

【００２６】実施例２ 実施例１において、固形燃料燃焼用酸素の供給量を、酸
素比０．５に相当する３０Ｎｍ^３／ｈに代えた以外は実
施例１と同じ条件とした。燃焼炉内が所定温度以上を維
持するようにして燃焼させたところ、得られた燃焼ガス
中の一酸化炭素の収率は理論収率の９５％となり、低級
炭化水素やすすの発生は見られなかった。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の固形燃料
用部分燃焼装置によれば、スクリューによって固形燃料
を安定した状態で搬送しながら、中心の酸素バーナーか
らの燃焼ガス又は酸素ノズルからの噴出酸素によって固
形燃料を固形燃料燃焼用酸素中に効果的に分散させるこ
とができるので、固形燃料と酸素とを均一にかつ効率よ
く反応させて燃焼効率に優れた燃焼状態が得られる。

【００２８】さらに、燃料に対する酸素比が１．０未満
となるようにして燃焼させることにより、固形燃料の部
分酸化を均質に行うことができ、ホットスポットを発生
させることなく、低級炭化水素やすすの発生を抑制して
効率よく一酸化炭素及び水素を生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の固形燃料用燃焼装置の一形態例を示
す一部を省略した断面図である。

【図２】 同じく固形燃料用燃焼装置の外観を示す正面
図である。

【符号の説明】

１１…固形燃料用燃焼装置、１２…スクリュー型搬送手
段、１３…スクリュー軸、１４…酸素バーナー、１５…
スクリューケーシング、１６…固形燃料燃焼用酸素ノズ
ル、１７…水冷ジャケット、１８…固形燃料供給手段装
着部、１９…駆動部、２５…内管、２６…外管、２７…
燃料噴出口、２８…酸素噴出口、２９…燃焼用酸素流路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢嶋 尊 東京都港区西新橋１−16−７ 日本酸素株 式会社内 (72)発明者 村上 伸吾 東京都港区西新橋１−16−７ 日本酸素株 式会社内 Ｆターム(参考） 3K065 QB12 QB18 QC03

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固形燃料を搬送するためのスクリュー型
   搬送手段のスクリュー軸を、内部に酸素バーナー又は酸
   素ノズルを挿入可能な中空軸で形成するとともに、前記
   スクリュー型搬送手段のスクリューケーシングの外周に
   固形燃料燃焼用酸素ノズルを設けたことを特徴とする固
   形燃料用燃焼装置。
2. 【請求項２】 前記酸素バーナー又は酸素ノズルからの
   酸素量と、前記固形燃料燃焼用酸素ノズルからの酸素量
   との合計酸素量を、燃料に対する酸素比が１．０未満と
   なるようにして燃焼させることにより、一酸化炭素、水
   素を生成することを特徴とする請求項１記載の固形燃料
   用燃焼装置。
3. 【請求項３】 前記スクリュー軸内に酸素バーナーを挿
   入したことを特徴とする請求項１又は２記載の固形燃料
   用燃焼装置。
4. 【請求項４】 前記酸素バーナーの酸素比を調節する手
   段を備えていることを特徴とする請求項３記載の固形燃
   料用燃焼装置。
5. 【請求項５】 前記酸素バーナーの燃料がガス燃料又は
   液体燃料であることを特徴とする請求項３記載の固形燃
   料用燃焼装置。
6. 【請求項６】 前記スクリュー軸内に、予熱した酸素を
   供給する酸素ノズルを挿入したことを特徴とする請求項
   １記載の固形燃料用燃焼装置。