JP3702060B2 - 重質油エマルジョン燃料燃焼装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、事業用、産業用の重質油エマルジョン燃料燃焼ボイラや、重質油エマルジョン燃料中の水分を脱水したあとガス化する重質油ガス化コンバインドプラント等の重質油エマルジョン燃料燃焼装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図5に従来の重質油エマルジョン燃料燃焼ボイラの構成を示す。図5に示したボイラにおいて、重質油エマルジョン燃料101は、燃料タンク100からボイラ本体10のバーナに直接供給される。バーナには重質油エマルジョン燃料101の噴霧用蒸気9が供給され、燃焼し易い粒径まで重質油エマルジョン燃料101を霧化する。この後、燃料101はボイラ本体10内で燃焼される。
【0003】
一方、ボイラ本体10内の伝熱管等に付着する灰分等を吹き飛ばすために、別の水蒸気8がボイラ本体10内に供給される。ボイラ本体10で燃焼後の排ガス11は、脱硝装置20、脱塵装置30および湿式脱硫装置40を経て、煙突50から大気へ放出される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術は、このように常温で重質油エマルジョン燃料101をボイラ本体10に供給するが、重質油エマルジョン燃料101中には、約20%〜30%の水分が含まれ、これがボイラ本体10内で蒸発するための熱が必要でありボイラ効率が低下する。
【0005】
本発明は、重質油エマルジョン燃料を用いるボイラ等の重質油エマルジョン燃料燃焼装置において、燃料中の水分による燃焼効率の低下を防ぐとともに排ガス中に含まれる水分による酸露点の上昇を防いだ重質油エマルジョン燃料燃焼装置を提供することを課題としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、重質油エマルジョン燃料燃焼装置における前記課題を解決するため、重質油エマルジョン燃料を加熱して脱水し、脱水後の燃料を燃焼炉の燃料とする。一方、脱水した水分は少なくとも一部を燃焼装置の水分利用系へ送給し、従来は他から供給していた水分の代替として利用する。
【0007】
そして本発明による重質油エマルジョン燃料燃焼装置は重質油エマルジョン燃料を加熱して蒸発させて脱水する蒸発器を備え、その蒸発器は、加熱すべき重質油エマルジョン燃料が管内を流され加熱蒸気が管外を流される管束を有する蒸発器部分と、前記管束の上端が伸びていて前記蒸発器部分で加熱されて流出する重質油エマルジョン燃料から蒸発した蒸気と脱水したエマルジョン燃料とを分離するための水室構造とを一体にした構造を有している。
【0008】
本発明による燃焼装置において重質油エマルジョン燃料から脱水した水分を送給する燃焼装置の水分利用系としては、バーナアトマイズ蒸気系、スートブロワ蒸気系、または脱硫装置冷却水系などとすることができる。
【0009】
さらに、本発明による重質油エマルジョン燃料燃焼装置において、重質油エマルジョン燃料を脱水のため加熱して発生した水蒸気と軽質分可燃性ガスは、冷却して凝縮させることにより、水分と油分を分離して取り出すのが好ましい。
【0010】
この場合、重質油エマルジョン燃料を加熱した際に発生する水蒸気および軽質分可燃性ガスを加熱前の重質油エマルジョン燃料と熱交換させて冷却することにより、重質油エマルジョン燃料を脱水のために加熱した熱を回収することが好ましい。
【0011】
また、本発明による重質油エマルジョン燃料燃焼装置において重質油エマルジョン燃料を脱水のために加熱するのには、蒸気タービンの抽気蒸気またはスチームコンバータ生成蒸気を熱源として利用することができる。
【0012】
以上のように、本発明による重質油エマルジョン燃料燃焼装置では、重質油エマルジョン燃料中の水分を脱水し、脱水後の燃料のみを燃焼炉用燃料とすることにより、燃焼炉への多量水分投入による燃焼炉の効率低下を防止できる。また、脱水した水分も他から供給必要な水分の代替として利用するので燃焼装置全体の効率が向上することとなる。
【0013】
また、従来の重質油エマルジョン燃料燃焼装置では、多量の水分投入により出口排ガスの酸露点が高く、燃焼炉後流機器、配管内での結露による材料腐食あるいは煤塵の付着、堆積、ひどい場合は閉塞というトラブルを発生していたが、本発明の重質油エマルジョン燃料燃焼装置では、前記手段で燃焼炉への水分投入量が減少するので、これらのトラブルが解決できる。
【0014】
更に、本発明による重質油エマルジョン燃料燃焼装置では、脱水時の加熱により低沸点成分(水および一部の軽質油)が分離された重質油が燃焼炉のバーナへ供給されるので、重質油の霧化温度条件(200℃前後)でのベーパロックが解消され、燃焼炉の重質油の安定燃焼が維持される。
【0015】
重質油エマルジョン燃料は、常温で高粘性流体あるいは固体である重質油の輸送性とハンドリング性とを改善の為に、重質油発生元で水分(例えば30%)と混ぜてエマルジョン化し常温で流体として取り扱えるようするものであって、これを燃焼炉用燃料にそのまま使用する必要はなく、本発明の燃焼装置のように再度脱水して使用できるようにすれば燃焼装置の効率上有利になる。
【0016】
また、本発明による重質油エマルジョン燃料燃焼装置においては、重質油エマルジョン燃料を加熱、脱水蒸発させる蒸発器が、加熱すべき重質油エマルジョン燃料が管内を流され加熱蒸気が管外を流される管束を有する蒸発器部分と、前記管束の上端が伸びていて前記蒸発器部分で加熱されて流出する重質油エマルジョン燃料から蒸発した蒸気と脱水したエマルジョン燃料とを分離するための水室構造とを一体にした構造としていることにより、機器、配管を減らし、設置スペースを削減することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態による重質油エマルジョン燃料燃焼ボイラについて図1に基づいて具体的に説明する。尚、以下の実施形態において、図5に示した従来の装置と同じ構成の部分には説明を簡単にするため同じ符号を付してある。
【0018】
図1に示した重質油エマルジョン燃料燃焼ボイラでは、図5に示したボイラと同様、ボイラ本体10と排ガス処理系の脱硝装置20、脱塵装置30、湿式脱硫装置40および煙突50等から構成される重質油エマルジョン燃料燃焼ボイラにおける燃料供給系に対し、重質油エマルジョン燃料中水分の脱水システムが配備されている。160は蒸気タービン設備を示している。
【0019】
図1に示した燃焼ボイラにおける脱水システムは、重質油エマルジョン燃料タンク100、重質油エマルジョン燃料加熱器110、燃料中の水分蒸発器120、脱水後の燃料貯蔵タンク130および油水分離器150等から構成される。
【0020】
重質油エマルジョン燃料製造元から送られてきた燃料は燃料タンク100に貯蔵される。このタンク100から図示していないポンプを介して送られる重質油エマルジョン燃料101は、後述する重質油エマルジョン燃料加熱器110で水蒸気および軽質油可燃ガスからなる蒸気121の潜熱および顕熱を吸収し温度上昇する。
【0021】
加熱器110を出た重質油エマルジョン燃料102は、水分蒸発器120に供給される。水分蒸発器120の加熱源は図2に示す蒸気タービン設備160の高圧・中圧蒸気タービン161の再熱用抽気蒸気の一部あるいはスチームコンバータ166の蒸気顕熱及び潜熱を利用する。
【0022】
蒸気タービン設備の具体的な構成を図2に示している。蒸気タービン設備は、高圧・中圧蒸気タービン161、低圧蒸気タービン162、復水器163、給水加熱器164、脱気器165ならびにスチームコンバータ166等により構成されている。
【0023】
ここで、脱水設備の水分蒸発器120で重質油エマルジョン燃料中の水分を蒸発させるための蒸気として、高圧・中圧タービンの再熱用抽気蒸気167もしくはスチームコンバータ166からのボイラスートブロワ用蒸気168を利用し、その水分蒸発器凝縮水169は、脱気器165もしくはスチームコンバータ166へ再び戻される。
【0024】
高圧蒸気タービンの再熱用抽気蒸気167の一部は例えば260℃の過熱蒸気であり、水分蒸発器120を出たあと蒸気タービン系統の脱気器165へ戻される。水分蒸発器120の構造を図3に示してある。
水分蒸発器120に供給されて高温になった重質油エマルジョン燃料は、蒸発器上部の水室172で重質油分122と水蒸気および軽質可燃性ガスからなる蒸気121に分離する。
【0025】
従来、水分蒸発器120は、図4に示すように気液分離器140と別置きにされていた。この場合、燃料111を水分蒸発器120から気液分離器140へ送る配管は、蒸発した水分の流速が速くならないように大口径の配管が必要となり、気液分離器140でも蒸気121が重質油分122に混入しないように、また重質油分122が蒸気121に同伴されないように流速を遅くする必要があり内径の大きい気液分離器140を必要としていた。
【0026】
図3に水分蒸発器120と気液分離器140を一体にした構造を示す。蒸発器は胴170と管束A171aを固定した管板A173aと管板B173bが一体となった構造で、胴170の上部側面に再熱用抽気蒸気167またはボイラースートブロア用蒸気168の流入管177、下部側面に排出管178が接続されている。
【0027】
胴170の下部には、燃料室174が設置してあり重質油エマルジョン燃料102の流入管179が接続されている。また、上部には水室172が設置してあり、水室172の側面には重質油分122が流出するノズル175、蒸気121が流出するノズル176が設置してある。また、水室172の内部には、管束B171bが設置されている。管束B171bは管板A173aにボルトで固定されるか、あるいは胴170と水室172のフランジと共締めされる構造である。
【0028】
重質油エマルジョン燃料102は燃料室174下部の流入管179より供給され、管束A171aの管内を通過し上部の管束B171bへと移動される。その間に胴170の側面より流入してきた再熱用抽気蒸気167またはボイラースートブロア用蒸気168によって加熱され、重質油エマルジョン燃料102中の水分は蒸発する。
【0029】
管束B171bの上部から流出する蒸気121と重質油分122は、水室172内で分離され気液分離器の効果を果たす。この場合、水室172は、水室172内部の蒸気121および重質油分122の各々の流速を低く保つように、通常別置きで設けた場合の気液分離器140より胴内径が大きくなっている。
【0030】
蒸発器上部で分離された重質油分122は、フラッシャー147で大気圧付近まで減圧した後、燃料貯蔵タンク130に一旦貯蔵され、ボイラ燃料131としてボイラ本体10のバーナ口へ供給される。
【0031】
ボイラ本体10のバーナ口へ供給されるこのボイラ燃料131は低沸点成分(水および一部の軽質油)が分離された重質油なので、重質油の霧化温度条件(200℃前後)でのベーパロックが解消され、ボイラでの重質油の安定燃焼が維持される。
【0032】
尚、重質油分122は水蒸気および軽質可燃性ガスからなる蒸気121が蒸発した時点で常温では流動性がなくなる為、燃料貯蔵タンク130およびバーナ口までの配管は加熱し流動性を保持する必要がある。
【0033】
蒸発した蒸気121は、一部はボイラバーナのアトマイズ用蒸気9として使用される。それ以外の蒸気は、それの持つ潜熱および顕熱を加熱器110で回収され蒸気121は凝縮後、水および軽質油分の混入した液体141となる。
【0034】
アトマイズ用蒸気9は、ボイラ本体10に不可欠なものであり、前記したように燃料中水分を利用しなければ他から供給必要であるものが、燃料中の水分でこれを補うことが出来るため、ボイラ本体10に他から供給する水分が減少でき、ボイラ本体10の効率向上と後流機器の信頼性の向上を達成することができる。
【0035】
この水分および油分を各々同システム内で有効に利用するため、油水分離器150で油分151と水分152に分離し、油分151はボイラの点火トーチ用等の燃料に、水分152は脱硫装置40の冷却水41に使用される。
【0036】
また、アトマイズ用蒸気同様、脱硝装置用冷却水は、ボイラ本体10に不可欠なものであり、プラントの使用水量を本発明によって減少させることが出来る。
【0037】
また、本実施形態では重質油エマルジョン燃料の脱水用熱源として蒸気タービン160の再熱用抽気蒸気167を使用するため、ボイラ本体10での排ガス顕熱により蒸気を発生させるための熱交換器が不要となるとともに、構成機器の簡素化が可能であり、その結果、システムの運転・信頼性が向上する。さらに、ボイラ排ガスの顕熱を利用せず一度蒸気タービンの出力に用いられた蒸気を使用するため、プラント効率の向上が考えられる。
【0038】
また、加熱器110を出た軽質油分の混入した液体(または一部蒸気)は、その顕熱を蒸気タービン設備160の復水器163から脱気器165までの給水加熱ラインで回収することが望ましい。
【0039】
【発明の効果】
以上のように本発明による重質油エマルジョン燃料燃焼装置では、燃料の重質油エマルジョン燃料を加熱して脱水したのち燃焼炉へ送給すると共に、前記したように脱水した水分の少なくとも一部を燃焼装置の水分利用系へ送給するように構成しており、この構成によれば、重質油エマルジョン燃料燃焼装置に送給する水分が大幅に減少でき、燃焼装置の効率向上と後流機器の酸露点上昇にともなう煤塵付着、堆積、閉塞等のトラブルが解消でき信頼性向上が達成できる。
【0040】
また、本発明による燃焼装置における重質油エマルジョン燃料を加熱、脱水蒸発させる蒸発器は、加熱すべき重質油エマルジョン燃料が管内を流され加熱蒸気が管外を流される管束を有する蒸発器部分と、前記管束の上端が伸びていて前記蒸発器部分で加熱されて流出する重質油エマルジョン燃料から蒸発した蒸気と脱水したエマルジョン燃料とを分離するための水室構造とを一体にした構造を有することにより、機器、配管を減らし、設置スペースを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態による重質油エマルジョン燃料燃焼装置の系統図。
【図2】図1における蒸気タービンの系統を示す説明図。
【図3】図1における蒸発器の構造を示す縦断面図。
【図4】蒸発器と気液分離器を用いた従来の重質油エマルジョン燃料燃焼装置の構成を示す説明図。
【図5】従来の重質油エマルジョン燃料燃焼ボイラの系統図。
【符号の説明】
8 水蒸気
9 噴霧用蒸気
10 ボイラ本体
11 排ガス
20 脱硝装置
30 脱塵装置
40 湿式脱硝装置
41 脱硫装置用冷却水
100 燃料タンク
101 重質油エマルジョン燃料
102 重質油エマルジョン燃料
110 重質油エマルジョン燃料加熱器
111 燃料
120 水分蒸発器
121 水蒸気および軽質油可燃ガスからなる蒸気
122 重質油分
130 燃料貯蔵タンク
131 ボイラ燃料
140 気液分離器
141 水および軽質油分の混入した液体
147 フラッシャー
150 油水分離器
151 油分
152 水分
160 蒸気タービン設備
161 高圧・中圧蒸気タービン
162 低圧蒸気タービン
163 復水器
164 給水加熱器
165 脱気器
166 スチームコンバータ
167 再熱用抽気蒸気
168 ボイラスートブロア用蒸気
169 重質油エマルジョン燃料中の水分蒸発器凝縮水
170 胴
171a 管束A
172 水室
171b 管束B
173a 管板A
173b 管板B
174 燃料室
175 ノズル
176 ノズル
177 流入管
178 排出管
179 流入管
Claims (5)
- 重質油エマルジョン燃料を加熱して脱水したあと燃焼炉へ送給するとともに、脱水した水分の少なくとも一部を燃焼炉の水分利用系へ送給するように構成された重質油エマルジョン燃料燃焼装置において、重質油エマルジョン燃料を加熱、蒸発させて脱水する蒸発器を備え、同蒸発器は、加熱すべき重質油エマルジョン燃料が管内を流され加熱蒸気が管外を流される管束を有する蒸発器部分と、前記管束の上端が伸びていて前記蒸発器部分で加熱されて流出する重質油エマルジョン燃料から蒸発した蒸気と脱水したエマルジョン燃料とを分離するための水室構造とを一体にした構造を有することを特徴とする重質油エマルジョン燃料燃焼装置。
- 上記水分利用系が、バーナアトマイズ用蒸気系、スートブロワ用蒸気系、および脱硫装置冷却水系の少なくともいづれか一つであることを特徴とする請求項1に記載の重質油エマルジョン燃料燃焼装置。
- 重質油エマルジョン燃料を加熱した際発生する水蒸気および軽質分可燃ガスを冷却して凝縮させ、水分と油分とを分離し取り出すことを特徴とする請求項1に記載の重質油エマルジョン燃料燃焼装置。
- 重質油エマルジョン燃料を加熱した際発生する水蒸気および軽質分可燃ガスを加熱前の重質油エマルジョン燃料と熱交換させて冷却することを特徴とする請求項3に記載の重質油エマルジョン燃料燃焼装置。
- 重質油エマルジョン燃料の加熱を蒸気タービンの抽気蒸気またはスチームコンバータ生成蒸気で行うことを特徴とする請求項1〜4の一つに記載の重質油エマルジョン燃料燃焼装置。
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