JP4976357B2 - 含酸素燃料バーナー用途のためのエマルジョン噴霧器ノズル、バーナー及び方法 - Google Patents
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Description
a)圧力噴霧器であって、比較的高圧の液体燃料を用いて流れを小オリフィスに通し、液体を液滴に分散させる圧力噴霧器。これらの噴霧器は比較的単純である。しかしながら、それらのターンダウン比は制限され、流れの要件において幅広い変化を有する系についてはノズルの交換が必要である。
b)二流体噴霧器であって、噴霧用ガスを用いて液体の噴霧化を促進させる二流体噴霧器。通常、噴霧用ガスは高圧で導入され、液体燃料は低圧で供給することができる。このグループのノズルは、さらに以下に区分することができる。
1)外部混合であって、高速の噴霧用ガスが低速の液体燃料と外部で接触し、液体ジェットの分散、即ち、噴霧化が起こる外部混合。通常、これらのノズルは非常に耐久性があるが、火炎の形状及び噴霧化の品質は、特に含酸素燃料バーナーの用途においてほとんどの場合が最適には及ばない。火炎は短く窮屈であり、不均一な熱供給と局部過熱をもたらす。
2)内部混合又はエマルジョンであって、噴霧用ガスと液体燃料が内部チャンバー内で混合され、次いで、二相の混合物が出口オリフィスを介して噴射され、その結果、混合されたガス相が減圧されて液体の分散が起こる内部混合又はエマルジョン。これらのノズルは、優れた制御可能な噴霧、優れた火炎形状、及び均一な伝熱を作り出す。
1)高いノズル温度によって炉に導入する前に液体燃料の化学的な劣化が生じる可能性がある。より具体的には、燃料油、例えば、硫黄含有量の高い重油、及び残留炭素分(CCR)の高い油(例えば、アスファルテン分の高い油)について、ノズル温度が高いと内部のコークスの堆積やノズルの詰まりが生じる可能性がある。このことは、使用される噴霧用ガスに関係なく問題である。
2)さらに、酸素が噴霧用ガスとして用いられる場合には、高いノズル温度と不適切なノズルデザインによって、火炎の逆火や破滅的なノズルの破損又はメルトダウンが生じる可能性がある。
[エマルジョン速度が12m/sを超える噴霧器ノズル]
エマルジョン速度が13〜14.7m/sであり、滞留時間が800μsを超える通常の噴霧器ノズルを、流量が50〜200リットル/hである第6の燃料油について試験した。ノズルは、図4に示すようにバーナーブロックの高温面付近に配置した。ノズル上に蓄積する炭素は、1日に1回から1週間に2回の洗浄が必要であった。ノズルを洗浄する必要性は、火炎の特性、液体燃料及び/又は噴霧用ガスの圧力上昇により決定した。火炎は燃料油の偏在のために変形した。
[エマルジョン速度が12m/s未満の噴霧器ノズル]
エマルジョン速度が8〜12m/sであり、滞留時間が500〜800μsである本発明に従った噴霧器ノズルを、流量が50〜200リットル/hである第6の燃料油について試験した。ノズルは、図4に示すように高温面付近に配置した。ノズルを洗浄する必要性は1月に1回未満まで減少した。
10 エマルジョンチャンバー
11 オリフィス
20 液体燃料
21 噴霧用ガス
31 導管
41 主酸化剤
Claims (19)
- 含酸素燃料の燃焼のための方法であって、
液体燃料を有効直径を有する液体燃料用導管を通してエマルジョンチャンバーに導入する工程;
噴霧用ガスを少なくとも1つの噴霧用ガス用導管を通して該エマルジョンチャンバーに導入する工程;
該液体燃料と該噴霧用ガスを該エマルジョンチャンバー内で混合し、該エマルジョンチャンバー内の平均滞留時間が500〜800μsであり、その速度が12m/s以下であるエマルジョン混合物を生成する工程;及び
該エマルジョン混合物を一般に長方形のオリフィスを通して酸素富化酸化剤流に放出する工程
を含む、含酸素燃料の燃焼のための方法。 - 前記酸素富化酸化剤流が50vol%を超える酸素を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記平均滞留時間が550〜780μsである、請求項1に記載の方法。
- 前記液体燃料の導入工程が10〜250リットル/hの流量であり、前記噴霧用ガスの導入工程が1〜20Nm3/hの流量である、請求項1に記載の方法。
- 有効直径を有する液体燃料用導管と;
該有効直径の2倍以下の長さを有するエマルジョンチャンバーであって、該液体燃料用導管が該エマルジョンチャンバーに液体燃料を導入するよう配置されたエマルジョンチャンバーとを含み;
該エマルジョンチャンバーが一般に長方形の放出用オリフィスを含む含酸素燃料の燃焼のためのノズルであって、
該有効直径が1.27〜12.7mmであることを特徴とする、含酸素燃料の燃焼のためのノズル。 - 前記エマルジョンチャンバーの長さが、前記液体燃料用導管の前記有効直径の0.5〜2倍である、請求項5に記載のノズル。
- 前記オリフィスが、3mm〜25.4mmの幅と、0.75mm〜7.62mmの高さとを含む、請求項5に記載のノズル。
- 前記液体燃料用導管が1つの出口面積を含み、前記オリフィスが1つの面積を含み、該出口面積/該オリフィス面積が0.1〜2である、請求項5に記載のノズル。
- 前記液体燃料用導管が1つの出口面積を含み、前記オリフィスが1つの面積を含み、該出口面積/該オリフィス面積が0.1〜1.6である、請求項5に記載のノズル。
- 前記オリフィスが、4mm〜20mmの幅と、0.75mm〜4.5mmの高さとを含む、請求項5に記載のノズル。
- 前記エマルジョンチャンバーがテーパー部分を含む、請求項5に記載のノズル。
- 前記エマルジョンチャンバーがテーパー部分を含む、請求項8に記載のノズル。
- 前記エマルジョンチャンバーがその長さにわたって次第に細くなっている、請求項5に記載のノズル。
- 請求項5〜13のいずれか1項に記載の含酸素燃料の燃焼のためのノズルと、酸素富化酸化剤流を提供するための手段とを含む、含酸素燃料の燃焼のためのバーナー。
- 前記酸素富化酸化剤流を提供するための手段がバーナーブロックであり、該バーナーブロックが、前記酸素富化酸化剤流が前記ノズルの周りを流れる流路を画定する流路壁を備えた、請求項14に記載のバーナー。
- 前記バーナーブロックが酸化剤の段階化のための導管をさらに備えた、請求項15に記載のバーナー。
- 前記オリフィスが前記バーナーブロックの高温面の近くに配置された、請求項15又は16に記載のバーナー。
- 前記液体燃料と前記噴霧用ガスが、ノズル内のコークスの蓄積を減少させるのに十分に前記エマルジョンチャンバー内で混合される、請求項1に記載の方法。
- 前記エマルジョンの速度が、コークスの堆積及びノズルの詰まりが生じる速度未満である、請求項1に記載の方法。
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