JP2527922B2 - 微粉炭の酸素燃焼バ―ナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、高温・還元雰囲気で
微粉炭を純酸素又は高濃度酸素によってガス化し、ガス
化炉・反応塔ならびにボイラの燃焼室等に高温の還元ガ
スとして供給するための、微粉炭の酸素燃焼バーナを提
供することを目的としている。

【０００２】

【従来の技術】図７は第１の従来技術の例を示す図で、
特開昭６４−４６５１４号公報に記載された微粉炭燃焼
用バーナの側断面図である。図７において、１０１はバ
ーナノズル本体、１０２は外筒、１０３は内筒、１０４
は微粉炭供給管、１０５は混合流噴出口、１０６は燃焼
室、１０７は火炎噴出口、１０８は支燃性ガス供給路、
１０９は第１次支燃性ガス供給路、１１０は第２次支燃
性ガス供給路、１１１は円筒状のスリット又は複数の
孔、１１１ａは第２次支燃性ガス供給用の室、１１２は
燃焼室に通じる第２次支燃性ガス供給用の複数の孔であ
る。

【０００３】該従来の技術におけるバーナノズル本体１
０１は、図７に示すように外筒１０２の内側に、内筒１
０３を同軸的に嵌合させ、内筒１０３の内部には上流側
の微粉炭供給管１０４から微粉炭と支燃性ガス（酸素あ
るいは酸素含有ガス）との混合流の噴出口１０５、更に
は断面が下流側に向かって順次拡開する燃焼室１０６が
連設されている。

【０００４】微粉炭供給管１０４を通じて送入された微
粉炭は、第１次支燃性ガスと混合されて燃焼室１０６内
に入り、バーナの軸方向に複数段に分けて送入される第
２次支燃性ガスと混合しながら燃焼する。その際、第１
次支燃性ガスの流入角度、燃焼室１０６の拡がり角度或
いは第２次支燃性ガス供給口角度等をそれぞれ的確に選
定することによって、微粉炭の良好な着火および安定し
た燃焼を行って、高い燃焼効率のもとで高い燃焼温度
（約２０００℃）を得ることができるとするものであ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このほか、微粉化した
固体燃料を酸素含有率の高い気体で燃焼するバーナとし
て、特開昭５９−８９９０７号公報（第２の従来技
術）、同じく特開昭５９−５６６０６号公報（第３の従
来技術）に記載されたバーナ等があり、これら従来の技
術によっても、微粉炭等微粒化した固体燃料に対しての
良好な着火或いは燃焼を行うことが可能であった。しか
しながら上記従来の技術は、バーナ内において燃料と支
燃性ガスとを的確に混合した状態で火炉内へ供給する
（前記第２、第３の従来技術）か、或いはバーナ内にお
いて燃料と支燃性ガスとを的確に混合し確実に着火した
状態で火炉内に供給（第１の従来技術）してガス化、燃
焼させるものであった。

【０００６】しかしながら上記従来の技術においては、
未燃焼状態の微粉炭或いは着火して燃焼を完結していな
い状態の微粉炭をバーナから噴出させるものであるため
に、反応時間が多く必要となり、ガス化ゾーン又は燃焼
ゾーンの大きな設備が必要となるという課題があった。

【０００７】本願発明はこのような現状に鑑みてなされ
たもので、簡潔な構成によって微粉炭をガス化し、高温
の還元ガスとして供給し得るバーナを提供することを目
的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的は前記特許請
求の範囲に記載された微粉炭の酸素燃焼バーナによって
達成される。すなわち、 (1) 微粉炭ノズルと、酸素ノズルと、点火および予熱バ
ーナと、覗き窓とを軸方向に貫通させた水冷ジャケット
構造のバーナ本体と、上記バーナ本体を嵌入させ、外面
を水冷壁構造にした予燃焼室とからなる微粉炭の酸素燃
焼バーナ。 (2) 微粉炭ノズルが単数または複数の管からなる(1) 記
載の微粉炭の酸素燃焼バーナ。 (3) 微粉炭ノズルがバーナの軸と垂直方向断面が円環状
のスリットからなる(1) 記載の微粉炭の酸素燃焼バー
ナ。 (4) バーナ本体の中央部に覗き窓と点火および予熱バー
ナと微粉炭ノズルを配設し、酸素ノズルを上記微粉炭ノ
ズルの外側周方向に複数個ほぼ均等に配設した(1) また
は(2) 記載の微粉炭の酸素燃焼バーナ。 (5) バーナ本体の中央部に覗き窓と点火および予熱バー
ナを配設し、その外側に微粉炭ノズルを配設し、微粉炭
ノズルよりバーナ中心側およびバーナ外周側に複数個の
酸素吹き込みノズルを周方向にほぼ均等に配設した(1)
または(2) または(3) 記載の微粉炭の酸素燃焼バーナ。 (6) 微粉炭ノズルと酸素ノズルの内少なくとも一方が、
バーナの周方向の流体旋回手段を有する(1) または(2)
または(3) または(4) または(5) 記載の微粉炭の酸素燃
焼バーナ。 (7) 点火および予熱バーナがオイルおよびスラリー状燃
料を燃焼し得るものである(1) または(2) または(3) ま
たは(4) または(5) または(6) 記載の微粉炭の酸素燃焼
バーナ。 (8) 予燃焼室の内面に耐火物を設け、溶融スラグによる
セルフコーティング構造とした(1) または(2) または
(3) または(4) または(5) または(6) または(7)記載の
微粉炭の酸素燃焼バーナである。 以下、本発明の作用等について実施例に基づいて説明す
る。

【０００９】

【実施例】石炭のガス化炉内又は微粉炭ボイラの火炉に
入る前に微粉炭を極力ガス化させ、ガス化炉本体又はボ
イラ火炉での反応時間・燃焼時間を最小限にし、設備の
コンパクト化とコスト低減を図るための酸素燃焼バーナ
を提供しようとするものである。

【００１０】その手段として微粉炭を炉に送入する以前
に、出来る限り高温かつ還元性の雰囲気中に微粉炭と酸
素等の支燃性ガスを送入して極めて短かい時間内に出来
るだけガス化させ、ガス化したガスとチャーとを混在さ
せた状態で炉内に送入する方法が開発されている。

【００１１】上記の微粉炭のガス化を行わせるのに、一
般の燃焼炉においては炉の容積が大きく炉内における雰
囲気温度を高く保持することが困難であるから、出来る
だけ小さい空間で急激に微粉炭と酸素とを接触、反応さ
せてガス化し、その一方で微粉炭が十分にガス化する時
間を保持し得る大きさの炉をうることが必要になる。

【００１２】図１〜図６は、上記の目的を達成するため
になされた本願発明の実施例を示す図で、図１は第１の
実施例における微粉炭の酸素燃焼バーナの軸方向断面
図、図２は図１におけるａ・ａ線矢視断面図、図３は同
じく図１におけるｂ・ｂ線矢視図、図４は第２の実施例
における予燃焼室側から見たバーナ本体の図、図５は第
３の実施例におけるバーナ本体の構成を示す図、図６は
図５におけるｃ・ｃ線矢視図である。

【００１３】図１〜６において、１はバーナ本体、２は
微粉炭ノズル、３は酸素ノズル、４は酸素ヘッダ、５は
点火および予熱バーナ、６は覗き窓、７は冷却水管、８
は冷却水入口ヘッダ、９は冷却水出口管、１０は水冷ジ
ャケット、１１は予燃焼室、１２は水冷ジャケット、１
３は耐火物、１４は冷却水入口管、１５は冷却水出口
管、１８は接続フランジ、２０は旋回羽根である。

【００１４】先ず第１の実施例における微粉炭の酸素燃
焼バーナについて説明する。図１〜３に示すように、バ
ーナ本体１を微粉炭ノズル２、複数の酸素ノズル３、点
火および予熱バーナ５、覗き窓６、冷却水管７および水
冷ジャケット１０等によって構成する。

【００１５】バーナ本体１のほぼ中央部に微粉炭ノズル
２を配設し、その外側周方向に環状の酸素ヘッダ４に連
通する複数の酸素ノズル３を均等に配設する。またバー
ナ本体１の中央部には微粉炭ノズル２と並設するように
点火および予熱バーナ５と燃焼状態を監視する覗き窓６
を配設し、上記の微粉炭ノズル２、酸素ノズル３、点火
および予熱バーナ５および覗き窓６を水冷ジャケット１
０の炉外側管板と炉内側鏡板を挿通して溶接等により取
り付ける。

【００１６】水冷ジャケット１０には外側に配置した環
状の冷却水入口ヘッダ８に連通した複数の冷却水管７を
周方向に均等に挿入し、各冷却水管７はそれぞれバーナ
本体１の炉内側に位置する微粉炭及び酸素の噴出側端部
内壁に近接する位置まで水冷ジャケット１０内を挿通し
て配設している。また水冷ジャケット１０の炉外側端部
に近い位置には冷却水出口管９を配設している。

【００１７】バーナ本体１の下流側に予燃焼室１１を配
設し、バーナ本体１の一部を嵌入させて接続フランジ１
８によってバーナ本体１と一体に結合させる。予燃焼室
１１は外側を水冷ジャケット１２によって構成し、内側
を耐火物によって構成している。

【００１８】予燃焼室１１の水冷ジャケット１２内には
予燃焼室１１の周方向に配設された複数の冷却水入口管
１４を接続しており、各冷却水入口管１４は水冷ジャケ
ット１２内を予燃焼室１１の先端部付近まで挿通して開
口しており、また水冷ジャケット１２の冷却水入口管１
４の冷却水入口部付近には冷却水出口管１５を配設して
いる。

【００１９】上記のような構成からなる微粉炭の酸素燃
焼バーナを使用して微粉炭のガス化を行う場合、まず各
冷却水入口管７，１４を通じて冷却水を供給し、各水冷
ジャケット１０および１２内に冷却水を流通させる。つ
ぎに点火および予熱バーナ５によって油あるいはＬＰＧ
等を燃焼し、予燃焼室１１内の温度を十分に上昇させた
のち、微粉炭ノズル２から微粉炭を、また酸素ノズル３
から酸素を供給して着火し燃焼させる。

【００２０】予燃焼室１１内は、予め点火および予熱バ
ーナによって十分に昇温されており、また予燃焼室１１
の炉内容積が小さいことにより、供給された微粉炭は酸
素によって短時間に燃焼し炉内は非常な高温となる。そ
れに伴って微粉炭を燃焼した際に発生する燃焼灰は溶融
状態で炉内を燃焼ガス中に浮遊した状態で流れる。一
方、予燃焼室１１の炉内面には予めスタッドが水冷ジャ
ケット１２の炉内側全面にわたって植設されており、各
スタッドは水冷ジャケット１２によって一端を冷却され
ていることにより、炉内を流れる溶融状態の燃焼灰は各
スタッドに接触した際冷却されて付着、固化し、それが
次第に成長して、ついには予燃焼室１１の内面全面をラ
イニングした（スラグによるセルフコーティング）状態
にする。

【００２１】酸素ノズル３から噴出される酸素の量を、
供給された微粉炭を完全燃焼させるのに必要な量よりも
少ない値に保持させることにより、予燃焼室１１内は還
元雰囲気に保たれ、供給された微粉炭はガス化したガス
とチャーとに分離した高温の状態で先端部から送出され
る。

【００２２】図４は第２の実施例におけるバーナ本体１
の構成を示す図である。該実施例においては、バーナ本
体１の中央部に点火および予熱バーナ５および覗き窓６
を配設し、その外側にバーナの軸と垂直方向の断面が円
環状のスリット状の微粉炭ノズル２を配設し、該円環状
微粉炭ノズル２の炉中心側および外側に、複数の酸素ノ
ズル３を円周方向にそれぞれ均等に配設している。

【００２３】図５〜６は第３の実施例に置けるバーナ本
体１の構成を示す図である。該実施例におけるバーナ本
体１は、中央部に点火および予熱バーナ５を配設し、そ
の外側にバーナの軸と垂直方向の断面が円環状のスリッ
ト状の微粉炭ノズル２を配設し、円環状のスリット状の
微粉炭ノズル２の内側と外側の双方に、複数の酸素ノズ
ル３を円周方向にそれぞれ均等に配設している。

【００２４】該第３の実施例における第１の特徴は、外
側の円環状のスリット状の微粉炭ノズル２の中に複数の
旋回羽根２０を挿設して微粉炭を予燃焼室１１内におい
て旋回させ、それによって予燃焼室１１内を浮遊しなが
ら移動する微粉炭の飛距離を高めて微粉炭燃焼のより活
性化を図るものである。

【００２５】該第３の実施例におけるもう１つの特徴
は、点火および予熱バーナ５と微粉炭ノズル２との間に
酸素ノズルを配設することにより、点火および予熱バー
ナ５の燃料として最初は油あるいはＬＰＧ等のガスを使
用し、炉内温度が上昇した段階で、点火および予熱バー
ナから噴射する燃料を油からＣＷＭ等のスラリー状燃料
に切り換えても、安定した燃焼を期待し得ることであ
る。

【００２６】上記第３の実施例においては、微粉炭ノズ
ル２の形状を円環状スリット形状とし、その噴出部に旋
回羽根を設けた場合を説明したが、これは第１および第
２の実施例におけるがごとく管状の微粉炭ノズル２に対
して、ノズル内に旋回羽根を設けても、或いは管状の微
粉炭ノズル２自体をバーナ本体１の軸に対して傾斜させ
て取り付けることによって、微粉炭ノズル２から噴出す
る微粉炭を予燃焼室１１内において旋回させても同様の
効果を得ることは勿論である。

【００２７】また、単に微粉炭のみに旋回力を付与する
のみでなく、酸素ノズル３にも予燃焼室１１内において
旋回し得るように旋回羽根を挿設し、或いは酸素ノズル
３自体をバーナ本体１の軸に対して傾斜させて取り付け
て、酸素ノズル３から噴出する酸素を予燃焼室１１内に
おいて旋回させることによって更にその作用を増すこと
が期待し得るほか、微粉炭と酸素の旋回方向あるいは旋
回速度等を変化させるとによって一層その作用効果を高
め得る。

【００２８】

【発明の効果】本願発明によれば、上記実施例において
説明したように下記に示す効果を奏する。 極めて簡潔かつコンパクトな構成からなるバーナに
よって、微粉炭を短時間に的確にガス化し、高温かつ強
還元雰囲気のガスとチャーの状態で連続してボイラ火炉
および石炭ガス化炉等各種の炉に供給することが可能と
なる。 バーナ本体および予燃焼室が鋼製の水冷ジャケット
構造であることにより、炉内の圧力を高めて、ガス化し
たガスおよびチャーを非常な高速で排出させ得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明に基づく第１の実施例における微粉炭
の酸素燃焼バーナの軸方向断面図である。

【図２】図１におけるａ・ａ線矢視断面図である。

【図３】図１におけるｂ・ｂ線矢視図である。

【図４】本願発明に基づく第２の実施例における予燃焼
室側から見たバーナ本体の図である。

【図５】本願発明に基づく第３の実施例におけるバーナ
本体の構成を示す図である。

【図６】図５におけるｃ・ｃ線矢視図である。

【図７】従来技術における微粉炭燃焼用バーナの側断面
図である。

【符号の説明】

１ バーナ本体 ２ 微粉炭ノズル ３ 酸素ノズル ４ 酸素ヘッダ ５ 点火および予熱バーナ ６ 覗き窓 ７ 冷却水管 ８ 冷却水入口ヘッダ ９ 冷却水出口管 １０ 水冷ジャケット １１ 予燃焼室 １２ 水冷ジャケット １３ 耐火物 １４ 冷却水入口管 １５ 冷却水出口管 １８ 接続フランジ ２０ 旋回羽根 １０１ バーナノズル本体 １０２ 外筒 １０３ 内筒 １０４ 微粉炭供給管 １０５ 混合流噴出管 １０６ 燃焼室 １０７ 火炎噴出口 １０８ 支燃性ガス供給路 １０９ 第１次支燃性ガス供給路 １１０ 第２次支燃性ガス供給路 １１１ 円筒状のスリット １１１ａ 第２次支燃性ガス供給用の室 １１２ 燃焼室に通じる第２次支燃性ガス供給用の複数
個の孔

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微粉炭ノズルと、酸素ノズルと、点火お
   よび予熱バーナと、覗き窓とを軸方向に貫通させた水冷
   ジャケット構造のバーナ本体と、 上記バーナ本体を嵌入させ、外面を水冷壁構造にした予
   燃焼室とからなることを特徴とする微粉炭の酸素燃焼バ
   ーナ。
2. 【請求項２】 微粉炭ノズルが単数または複数の管から
   なることを特徴とする請求項１記載の微粉炭の酸素燃焼
   バーナ。
3. 【請求項３】 微粉炭ノズルがバーナの軸と垂直方向断
   面が円環状のスリットからなることを特徴とする請求項
   １記載の微粉炭の酸素燃焼バーナ。
4. 【請求項４】 バーナ本体の中央部に覗き窓と点火およ
   び予熱バーナと微粉炭ノズルを配設し、酸素ノズルを上
   記微粉炭ノズルの外側周方向に複数個ほぼ均等に配設し
   たことを特徴とする請求項１または請求項２記載の微粉
   炭の酸素燃焼バーナ。
5. 【請求項５】 バーナ本体の中央部に覗き窓と点火およ
   び予熱バーナを配設し、その外側に微粉炭ノズルを配設
   し、微粉炭ノズルよりバーナ中心側およびバーナ外周側
   に複数個の酸素吹き込みノズルを周方向にほぼ均等に配
   設したことを特徴とする請求項１または請求項２または
   請求項３記載の微粉炭の酸素燃焼バーナ。
6. 【請求項６】 微粉炭ノズルと酸素ノズルの内少なくと
   も一方が、バーナの周方向の流体旋回手段を有すること
   を特徴とする請求項１または請求項２または請求項３ま
   たは請求項４または請求項５記載の微粉炭の酸素燃焼バ
   ーナ。
7. 【請求項７】 点火および予熱バーナがオイルおよびス
   ラリー状燃料を燃焼し得るものであることを特徴とする
   請求項１または請求項２または請求項３または請求項４
   または請求項５または請求項６記載の微粉炭の酸素燃焼
   バーナ。
8. 【請求項８】 予燃焼室の内面に耐火物を設け、溶融ス
   ラグによるセルフコーティング構造としたことを特徴と
   する請求項１または請求項２または請求項３または請求
   項４または請求項５または請求項６または請求項７記載
   の微粉炭の酸素燃焼バーナ。