JP5030038B2 - Emulsion fuel production apparatus not containing emulsifier and operation method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、エマルジョン燃料製造装置およびその運転方法に関するものである。 The present invention relates to an emulsion fuel production apparatus and an operation method thereof.
エマルジョン燃料は、重油などの燃料油に水を混合することによって燃料の使用量を減らしながら煤塵や窒素酸化物(NOX)の発生を抑えることができる燃料として注目されている。 Emulsion fuel is attracting attention as a fuel that can suppress the generation of soot and nitrogen oxides (NOX) while reducing the amount of fuel used by mixing water with fuel oil such as heavy oil.
「エマルジョン(emulsion)」とは、溶質溶媒が共に液体である分散系溶液を指し、油中水滴型エマルジョン(W/Oエマルジョン)と水中油滴(O/W型)エマルジョンとに大別される。いずれの場合も溶媒(油又は水)中に粒径が0.1〜10μm程度の微粒子(水滴或いは油滴)が浮遊している。この微粒子が可視光を乱反射するため牛乳のように白く濁って見えることから、エマルジョンは乳濁液とよばれる。 “Emulsion” refers to a dispersion solution in which both solute solvents are liquid, and is roughly classified into a water-in-oil emulsion (W / O emulsion) and an oil-in-water emulsion (O / W type). . In either case, fine particles (water droplets or oil droplets) having a particle size of about 0.1 to 10 μm are suspended in the solvent (oil or water). Since these fine particles diffusely reflect visible light and appear white and turbid like milk, the emulsion is called an emulsion.
油と水に「乳化剤」を添加して攪拌すると、長時間にわたり安定して分散状態を保持できる「水−油系エマルジョン」が形成される。乳化剤は界面活性剤の一種であり、化学的作用によって燃料油中に水分子を分散させる。従来から知られるエマルジョン燃料の多くは「乳化剤」を用いた化学的なメカニズムによって形成されることが一般的であった(特許文献1、2等参照)。 When an “emulsifier” is added to oil and water and stirred, a “water-oil emulsion” is formed which can stably maintain a dispersed state for a long time. An emulsifier is a kind of surfactant that disperses water molecules in fuel oil by chemical action. Many of the conventionally known emulsion fuels are generally formed by a chemical mechanism using an “emulsifier” (see Patent Documents 1 and 2, etc.).
また、特許文献3乃至4には、乳化剤を用いずに燃料油と水とを一つのミキサーに供給して混合し、得られたエマルジョン燃料をただちにポンプを用いて燃焼装置に供給する方法が記載されている。しかし、乳化剤を添加しない従来の方式(特許文献3、4等)の場合、微細化した水が燃料油中に均一に分散したエマルジョン燃料を製造するのは困難であり、たとえ微細水滴を均一に分散したエマルジョン燃料が得られたとしても、乳化剤を用いていないため、水滴同士が凝集して水滴径の分散が不均一となり、燃焼装置に供給して燃焼させると、燃焼効率が悪化してすすや黒煙が発生してしまうことが問題点として指摘されている(特許文献2、第3段落)。すなわち、乳化剤を含まない高品質のエマルジョン燃料の製造方法が切望されていたが、これを実現する製造方法は未だ知られていないのが実情である。結局、特許文献2においても、乳化剤を混合する方式を採用している。 Patent Documents 3 to 4 describe a method in which fuel oil and water are supplied to a mixer without using an emulsifier and mixed, and the obtained emulsion fuel is immediately supplied to a combustion apparatus using a pump. Has been. However, in the case of the conventional method without adding an emulsifier (Patent Documents 3, 4, etc.), it is difficult to produce an emulsion fuel in which fine water is uniformly dispersed in fuel oil, even if fine water droplets are uniformly distributed. Even if a dispersed emulsion fuel is obtained, since no emulsifier is used, the water droplets aggregate and the water droplet diameter becomes non-uniform, and if supplied to the combustion device and burned, the combustion efficiency will deteriorate. It has been pointed out as a problem that black smoke is generated (Patent Document 2, third paragraph). That is, a method for producing a high-quality emulsion fuel that does not contain an emulsifier has been eagerly desired, but a production method that realizes this is not yet known. Eventually, Patent Document 2 also adopts a method of mixing emulsifiers.
しかしながら、乳化剤を添加するほどエマルジョン燃料の価格が高くなるだけでなく、乳化剤自体が燃焼に深刻な悪影響を及ぼすといった問題も指摘されている(例えば、特許文献1、第4段落等)。さらに、乳化剤を含むエマルジョン燃料を長期間燃焼装置に使用し続けると乳化剤の成分が燃焼装置内部にフロッグとよばれる付着物や水垢がたまり易いという問題もある。 However, not only does the price of the emulsion fuel increase as the emulsifier is added, but it has also been pointed out that the emulsifier itself has a serious adverse effect on combustion (for example, Patent Document 1, paragraph 4). Furthermore, if the emulsion fuel containing the emulsifier is continuously used in the combustion apparatus for a long period of time, there is a problem that the components of the emulsifier tend to accumulate deposits and scales called frogs inside the combustion apparatus.
乳化剤を添加しないエマルジョン燃料製造技術が持つ課題の一つは、界面活性剤による化学的な作用の助けを借りることなく、燃料油成分中に水の粒子を均一に分散させることである。 One of the problems of emulsion fuel production technology without adding an emulsifier is to uniformly disperse the water particles in the fuel oil component without the aid of chemical action by the surfactant.
この問題を解決するため、本件発明者らはすでに、2つの高圧ポンプによって水供給ラインおよびオイル(燃料油)供給ラインをそれぞれ独立して加圧しながら、特殊な内部構造を持つエジェクターで水と燃料油とを合流させ、さらにラインミキサーを通過させることによって、新規なエマルジョン燃料製造装置(ユニット)の開発に成功している。この装置によると、乳化剤を一切添加しなくても燃料油中に均一に水分子が分散した高品質のエマルジョン燃料を製造することができる。 In order to solve this problem, the present inventors have already applied water and fuel with an ejector having a special internal structure while independently pressurizing the water supply line and the oil (fuel oil) supply line by two high-pressure pumps. A new emulsion fuel production device (unit) has been successfully developed by combining oil and passing through a line mixer. According to this apparatus, it is possible to produce a high quality emulsion fuel in which water molecules are uniformly dispersed in the fuel oil without adding any emulsifier.
ところが、この装置で製造されるエマルジョン燃料は分散時間が数十秒程度であるため、燃料油と水の分離が始まる前に燃焼装置に送られる必要がある。そのような理由から、上記のエマルジョン燃料製造装置は燃焼装置の燃料供給部の前段に設けられる構造となっている。これは、1つのユニットを多数の燃焼装置に接続すると燃焼装置が一斉に始動した場合など、急激な負荷の増大に対してエマルジョン燃料の供給が追随できなくなるという問題があるためである。 However, since the emulsion fuel produced by this apparatus has a dispersion time of about several tens of seconds, it must be sent to the combustion apparatus before separation of fuel oil and water begins. For this reason, the above-described emulsion fuel production apparatus has a structure that is provided upstream of the fuel supply unit of the combustion apparatus. This is because when one unit is connected to many combustion devices, there is a problem that the supply of emulsion fuel cannot follow the sudden increase in load, such as when the combustion devices are started all at once.
すなわち、燃焼装置1基に対し燃料製造装置(ユニット)が1つ取り付けられるように設計されているために、複数の燃焼装置を稼働させるためには燃焼装置と同数の燃料製造装置(ユニット)が必要となるのである。 That is, since one fuel production device (unit) is designed to be attached to one combustion device, in order to operate a plurality of combustion devices, the same number of fuel production devices (units) as the combustion devices are required. It is necessary.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、1台の燃料製造装置で複数の燃焼装置に乳化剤無添加のエマルジョン燃料の供給をすることができる新規なエマルジョン燃料の製造装置を提供することを主たる技術的課題とする。 The present invention has been made in view of the above, and provides a novel emulsion fuel production apparatus capable of supplying emulsion fuel without adding an emulsifier to a plurality of combustion apparatuses with a single fuel production apparatus. Is the main technical issue.
本発明に係るエマルジョン燃料製造装置は、オイルポンプにより燃料油を加圧供給するオイル供給ラインと、水ポンプにより水を加圧供給する水供給ラインと、前記オイル供給ライン及び水供給ラインを合流させる第1のエジェクターと、前記第1のエジェクターの噴出口に接続される第2のエジェクターと、前記第2のエジェクターの噴出口の後段に接続される第1のミキサーとを含むエマルジョン燃料製造部と、
前記第1のミキサーの後段に接続されエマルジョン燃料を一時的に貯留するクッションタンクと、前記クッションタンクの後段に設けられるエマルジョン燃料加圧ポンプを経由し、燃焼装置及び前記エマルジョン燃料製造部を経由しないで、前記クッションタンクから前記クッションタンク自身に還流するように接続されるバイパスライン、前記バイパスラインに接続され前記第2のエジェクターに接続されるリターンライン並びに前記クッションタンクから前記燃焼装置の燃料供給部に接続されるエマルジョン燃料供給ラインとを含んでいることを特徴とする。
An emulsion fuel production apparatus according to the present invention joins an oil supply line that pressurizes and supplies fuel oil by an oil pump, a water supply line that pressurizes and supplies water by a water pump, and the oil supply line and the water supply line. An emulsion fuel production unit including a first ejector, a second ejector connected to the ejection port of the first ejector, and a first mixer connected to a subsequent stage of the ejection port of the second ejector; ,
A cushion tank that is connected to the subsequent stage of the first mixer and temporarily stores the emulsion fuel, and an emulsion fuel pressurization pump that is provided in the subsequent stage of the cushion tank, does not pass through the combustion device and the emulsion fuel production unit. in the bypass line which is connected to the cushion tank flows back to the cushion tank itself, which is connected to the bypass line fuel supply unit of the combustion device from the return line and the cushion tank being connected to said second ejector And an emulsion fuel supply line connected to the tank.
本発明に係るエマルジョン燃料製造装置は複数基の燃焼装置を備える既設のボイラー設備に簡単に取付けることができる利点があり、1台で複数基のボイラーに接続することができる。 The emulsion fuel production apparatus according to the present invention has an advantage that it can be easily attached to an existing boiler facility equipped with a plurality of combustion apparatuses, and one unit can be connected to a plurality of boilers.
前記リターンライン、前記第2のエジェクターから前記クッションタンクを結ぶ環状の配管径路上に第1のヒーターを備えていても良い。例えば、
前記第2のエジェクターの噴出口と前記第1のラインミキサーとの間或いは前記水ポンプと前記第1のエジェクターの間などに設ける方法が考えられる。燃料油の種類(特に粘度など)によってこの第1のヒーターを適切な温度に設定することにより、ミキシング効率を高めることができるためである。
The return line may before Symbol second ejector be provided with a first heater on the pipe path of the annular connecting the cushion tank. For example,
It is conceivable to provide a method between the jet port of the second ejector and the first line mixer or between the water pump and the first ejector. This is because the mixing efficiency can be increased by setting the first heater to an appropriate temperature depending on the type of fuel oil (particularly viscosity).
前記クッションタンクは内部に貯留するエマルジョン燃料を保温するための第2のヒーターを備えていても良い。エマルジョン燃料を貯留するクッションタンク内の温度を所定の温度に保持することでエマルジョン燃料の分離を抑えることができるためである。 The cushion tank may include a second heater for keeping the emulsion fuel stored therein. This is because the separation of the emulsion fuel can be suppressed by maintaining the temperature in the cushion tank storing the emulsion fuel at a predetermined temperature.
前記エマルジョン燃料加圧ポンプの後段に第2のラインミキサーを備えていても良い。このようにすると、燃焼装置に送られる直前に再度ミキシングが行われるため、高品質のエマルジョン燃料が確実に燃焼装置内に送られるようにすることができるからである。 You may provide the 2nd line mixer in the back | latter stage of the said emulsion fuel pressurization pump. This is because mixing is performed again immediately before being sent to the combustion device, so that high-quality emulsion fuel can be reliably sent into the combustion device.
上記エマルジョン燃料製造装置の運転方法は、前記クッションタンクのエマルジョン燃料の液面の位置が第1の設定値以下であるときは、第2の設定値に達するまでは前記バイパスラインを経由して前記クッションタンクから前記クッションタンク自身に還流させながら前記エマルジョン燃料製造部においてエマルジョン燃料を製造し、前記液面の位置が第2の設定値以上となったときは、前記エマルジョン燃料製造部におけるエマルジョン燃料の製造を停止すると共に前記リターンラインを経由して前記クッションタンク内のエマルジョン燃料が前記第2のエジェクターに還流するように制御してもよい。 When the position of the emulsion fuel level in the cushion tank is equal to or lower than the first set value, the operation method of the emulsion fuel production apparatus is configured to pass through the bypass line until the second set value is reached. Emulsion fuel is produced in the emulsion fuel production section while refluxing from the cushion tank to the cushion tank itself, and when the liquid level is equal to or higher than a second set value, the emulsion fuel production section in the emulsion fuel production section The production may be stopped and the emulsion fuel in the cushion tank may be controlled to return to the second ejector via the return line.
このようにすると、クッションタンク内には常に新鮮なエマルジョン燃料が一定量以上確保されることになり、燃焼装置の急激な負荷の増大に対しても安定してエマルジョン燃料を供給することができるようになる。 In this way, a certain amount or more of fresh emulsion fuel is always secured in the cushion tank, so that the emulsion fuel can be stably supplied even when the combustion apparatus suddenly increases its load. become.
本発明に係るエマルジョン燃料製造装置によると、乳化剤を含まない新鮮なエマルジョン燃料が装置内で常時循環することによってエマルジョン燃料を常時クッションタンク内に保持するため、1台で複数基の燃焼装置に接続しても、負荷の変動に対してクッションタンクがエマルジョン燃料の供給を確保するため安定して各燃焼装置にエマルジョン燃料を供給することができる。また、本発明に係るエマルジョン燃料製造装置は既設の燃焼装置を重油燃料等からエマルジョン燃料に変更することができる。これによって、燃料コストと共に地球環境への負荷を軽減することができる。 According to the emulsion fuel production apparatus of the present invention, fresh emulsion fuel that does not contain an emulsifier is constantly circulated in the apparatus so that the emulsion fuel is always held in the cushion tank, so that one unit is connected to a plurality of combustion apparatuses. Even so, since the cushion tank ensures the supply of the emulsion fuel against the fluctuation of the load, the emulsion fuel can be stably supplied to each combustion device. Further, the emulsion fuel production apparatus according to the present invention can change the existing combustion apparatus from heavy oil fuel or the like to emulsion fuel. This can reduce the burden on the global environment as well as the fuel cost.
(エマルジョン燃料の燃焼原理について)
初めに、本発明において言及されるエマルジョン燃料の燃焼原理について図面を参照して簡単に説明する。本発明では、ボイラーなどの燃焼装置に適用されるエマルジョン燃料製造装置を想定しているものであるため、A重油などの燃料油と不純物を除去した軟水を出発原料とするものであるが、その他設備等から発生した排水を利用することもある。その配合比率は概ね70〜95%:5〜30%前後である。この比率は出発原料の比重や粘度などによっても変わるが基本的には油分の方が多いため、油中水滴型エマルジョン(W/Oエマルジョン)である。
(Emulsion fuel combustion principle)
First, the combustion principle of the emulsion fuel mentioned in the present invention will be briefly described with reference to the drawings. In the present invention, since an emulsion fuel production apparatus applied to a combustion apparatus such as a boiler is assumed, fuel oil such as A heavy oil and soft water from which impurities are removed are used as starting materials. Wastewater generated from equipment may be used. The blending ratio is approximately 70 to 95%: around 5 to 30%. This ratio varies depending on the specific gravity and viscosity of the starting material, but is basically a water-in-oil emulsion (W / O emulsion) because it contains more oil.
図6(a)〜図6(d)は、油中水滴型エマルジョンが燃焼する様子を時間の経過と共に模式的に表した遷移図である。ノズルより噴霧されたエマルジョンは、燃料油100中に微細な水滴101を含んでいる(図6(a))。この状態でエマルジョンが燃焼装置内に送られると、まず外側の燃料油成分が燃焼し始める(図6(b))。すると、内部の水が加熱、膨張をはじめる(図6(c))。そしてついに、二次微粒子化(これを「ミクロ爆発」という。)し、油滴微粒子は空気との接触面積が増大して急速に燃焼する(図6(d))。
FIGS. 6 (a) to 6 (d) are transition diagrams schematically showing how the water-in-oil emulsion burns over time. The emulsion sprayed from the nozzle contains
燃料中に含まれる水分の蒸発熱により燃焼温度が低下し、このため窒素酸化物生成量が減少する。さらに、微粒子化した燃料は急速に完全燃焼するために黒鉛や未燃焼炭素などからなる排気微粒子(PM)の発生が抑制される。 The combustion temperature is lowered by the heat of vaporization of the water contained in the fuel, and thus the amount of nitrogen oxide produced is reduced. Furthermore, since the finely divided fuel is rapidly burned completely, generation of exhaust particulates (PM) made of graphite, unburned carbon, or the like is suppressed.
(第1の実施形態)
−システム構成について−
図1は、本発明の第1の実施形態に係るエマルジョン燃料製造装置の使用態様を示す概念図である。同図の破線(図中のA点とB点とを結ぶ線)は、A重油などの燃料を保存するオイルタンク10が複数基のバーナー20(20a〜20d)に接続される既設配管を示している。この既設配管をA点で切り離して、本発明に係るエマルジョン燃料製造装置30に接続する。また、このエマルジョン燃料製造装置30にはエマルジョン燃料の第2の原料である水を供給するための水タンク40が接続されている。
(First embodiment)
-System configuration-
FIG. 1 is a conceptual diagram showing how the emulsion fuel production apparatus according to the first embodiment of the present invention is used. A broken line (a line connecting points A and B in the figure) indicates an existing pipe in which an
このように、上記エマルジョン燃料製造装置は、複数基の燃焼装置を備える比較的大型の既設重油燃料ボイラー設備に大規模な改造を施すことなく、据え付けることができる利点がある。なお、複数基の燃焼装置とは、1基の燃焼装置に複数のバーナーチップが設けられているということではなく、独立に制御される複数基の燃焼装置が接続されているという意味である。 As described above, the emulsion fuel production apparatus has an advantage that it can be installed on a relatively large existing heavy oil fuel boiler facility equipped with a plurality of combustion apparatuses without undergoing extensive modification. The plurality of combustion devices does not mean that a plurality of burner chips are provided in one combustion device, but means that a plurality of combustion devices controlled independently are connected.
図2は、上記エマルジョン燃料製造装置の内部のシステム構成について説明するためのシステム構成図である。図中に示すポンプの出力はインバーターの周波数によって変更することができ、これによって、運転時の出力を変化させることができる。また、破線は電気信号線を示し、操作盤による集中制御によって定量制御など各種の運転制御を行ったり、データの記録・監視等をすることができる。 FIG. 2 is a system configuration diagram for explaining an internal system configuration of the emulsion fuel production apparatus. The output of the pump shown in the figure can be changed according to the frequency of the inverter, whereby the output during operation can be changed. A broken line indicates an electric signal line, and various operation controls such as quantitative control can be performed by centralized control using an operation panel, and data can be recorded and monitored.
同図に示すように、本実施形態に係る燃焼装置は、大きく分けて、エマルジョン燃料製造部とエマルジョン燃料を貯留するクッションタンクとから構成される。 As shown in the figure, the combustion apparatus according to the present embodiment is roughly composed of an emulsion fuel production part and a cushion tank for storing the emulsion fuel.
このうち、エマルジョン燃料製造部は以下のような構成を備え、この部分で燃料油と水を出発原料として、エマルジョン燃料が製造される。
図2に示すように、オイルタンク10に接続され燃料油を供給する配管と燃料油を加圧するオイルポンプ(P1)11を含むオイル供給ライン12、水タンクに接続され水を供給する配管と水を加圧する水ポンプ(P2)41を含む水供給ライン42、第1および第2のエジェクター50、60、第1のヒーター70、第1のスタティックミキサー80などが配管を通じて接続されている。
Among these, the emulsion fuel production part has the following configuration, and in this part, emulsion fuel is produced using fuel oil and water as starting materials.
As shown in FIG. 2, a pipe connected to the
エジェクターとは、二流体を高速で衝突させて混合するための部材であり、内部で連通する3つの開口部を備えた略T字状の部材であって、2つの流入口と1つの噴出口とを備えている。この実施形態で示す第1および第2のエジェクター50、60は、内部で配管径(空間径)が急激に変化するように構成されたものである。
The ejector is a member for colliding and mixing two fluids at high speed, and is a substantially T-shaped member having three openings communicating with each other, and has two inflow ports and one jet port. And. The first and
第1および第2のエジェクター50、60における、内部の空間径はいずれも、2つの流入部近傍では広く、内部では急に狭く、合流部で再び広くなり、噴出部(出口側)で更に広くなるように構成されている。内径が大きい部分を腹、内径が細い部分を節とすれば、複数の腹と節とが連続して設けられている。このような配管径の急激な変化はエマルジョン燃料の均質化に貢献していると考えられる。例えば、内径の最も細い節の部分は0.5mm以上で3mm以下であるのに対し、太い部分は約2.1mm乃至約7.6mm程度としている。
The internal space diameters of the first and
このような極めて大きい圧力で加圧することと、上述のような腹と節とが連続するエジェクターとラインミキサーとを通過することが相俟って、実質的に乳化剤を用いることなく均一なエマルジョン燃料を製造することができる。 Combined with pressurization at such an extremely high pressure and passing through the ejector and the line mixer in which the belly and the node are continuous as described above, a uniform emulsion fuel substantially without using an emulsifier. Can be manufactured.
第1のエジェクター50の2つの流入口には燃料油を供給するためのオイル供給ライン12と水を供給するための水供給ライン42とが逆止弁C4、C2を介して接続されている。第2のエジェクター60の2つの流入口の一方には第1のエジェクター50の噴出口が直接接続され、他の流出口には後述するリターンライン100が逆止弁C5を介して接続されている。
An
なお、この実施形態では、スタティックミキサー80の前段に第1の電気式ヒーター70が設けられているが、他の部分(例えば、リターンライン100、第1および第2のエジェクター50、60から後述のクッションタンク90を結ぶ配管径路上、或いはオイル供給ライン、水供給ライン上など)に設けられていても良い。この電気式のヒーター70は、サイリスタなどのスイッチによって恒温制御が可能であり、ここで約40℃〜80℃の温度に加熱される。なお、加熱温度はオイルの種類(特に粘度など)によって決定されるので上記の範囲には限定されない。
In this embodiment, the first
図3は、図2におけるスタティックミキサー80の一例を示す構造断面図を示している。このスタティックミキサー80は筒状の円管の内部に多数のエレメント(80A、80B)が設けられたラインミキサーの一種であり、エレメントを通過するごとに燃料油と水とが分断されながら混合される。
FIG. 3 is a structural sectional view showing an example of the
スタティックミキサー80の後段には制御バルブ(SV3)を介してクッションタンク90が接続されている。クッションタンク90とは、エマルジョン燃料製造を貯留することができる容器である。さらに、クッションタンク90の後段には、エマルジョン燃料加圧ポンプ(P3)111を介してクッションタンク90内のエマルジョン燃料を第2のエジェクター60に還流させることができるリターンライン100およびクッションタンク90内のエマルジョン燃料が燃焼装置20(20a、20b、・・・)の燃料供給部へ送られるエマルジョン燃料供給ライン120とを備えている。さらに、この実施形態のように、エマルジョン燃料供給ライン120の後段に第2のラインミキサーを備えている。このようにすると、燃焼装置に送られる直前に再度ミキシングが行われるため、時間の経過とともに分離する乳化剤無添加のエマルジョン燃料が確実に燃焼装置内に送られるようにすることができる。
A
また、配管上には各種の計器類や弁が設けられ、配管内を流れる流体の圧力や温度、流速といった各種のデータを収集したり、操作盤からの指令によって各種の弁の開閉したりやポンプのインバーター周波数等を調節したりすることができる。 Also, various instruments and valves are provided on the piping, collecting various data such as the pressure, temperature and flow velocity of the fluid flowing in the piping, opening and closing various valves according to commands from the operation panel, and pumps The inverter frequency can be adjusted.
上述の通り、本発明におけるエマルジョン燃料は、圧力と温度という物理的な作用によって燃料油と水とを分散させるものであり、乳化剤という界面活性剤による化学的な安定化手段を含まないことから、分散安定時間が比較的短いという特徴がある。 As described above, the emulsion fuel in the present invention disperses fuel oil and water by the physical action of pressure and temperature, and does not include chemical stabilization means using a surfactant called an emulsifier. The dispersion stabilization time is relatively short.
そのため、エマルジョン燃料がクッションタンク内で減少しないとき、換言すると燃焼装置でエマルジョン燃料が消費しない状態が続いたとき、保存容器内で長時間エマルジョン燃料を滞留させてしまうと、時間の経過と共に燃料油と水とが分離を始めるという問題が生じる。そこで、分散状態を維持するために、リターンライン100を経由して製造後一定時間使用されないエマルジョン燃料は第2のエジェクター60に還流するようになっている。
Therefore, when the emulsion fuel does not decrease in the cushion tank, in other words, when the state where the emulsion fuel is not consumed in the combustion device continues, if the emulsion fuel stays in the storage container for a long time, the fuel oil will increase with time. The problem arises that water and water begin to separate. Therefore, in order to maintain the dispersed state, the emulsion fuel that has not been used for a certain period of time after manufacture is returned to the
すなわち、燃焼装置に送られないときはエマルジョン燃料が常時循環することにより新たにクッションタンクから減少した分だけ新たに製造されながら所定量だけ常にクッションタンク内に貯留されている状態となる。 In other words, when the fuel is not sent to the combustion device, the emulsion fuel is constantly circulated, so that it is newly stored in the cushion tank by a predetermined amount while being newly produced from the cushion tank.
このような仕組みにより、複数基の燃焼装置が一斉に始動しても、クッションタンク内の新鮮なエマルジョン燃料が直ちに供給される。 With such a mechanism, fresh emulsion fuel in the cushion tank is immediately supplied even when a plurality of combustion devices are started simultaneously.
また、クッションタンク内にレベルメーター(液面計)を設け、所定量以下となったときはエマルジョン燃料製造部より新たに原料を投入してクッションタンク内のエマルジョン燃料の貯留量を増大させるように構成する。その際、バイパスライン101を経由してクッションタンクからクッションタンク自身に還流するように弁SV4、SV8を制御する。
In addition, a level meter (liquid level gauge) is provided in the cushion tank, and when the amount falls below a predetermined amount, a new raw material is introduced from the emulsion fuel production department to increase the amount of emulsion fuel stored in the cushion tank. Constitute. At that time, the valves SV4 and SV8 are controlled so as to return from the cushion tank to the cushion tank itself via the
図2におけるクッションタンク90に示されるHH/H/L/LLは、クッションタンク内の液面計の状態を示している。HHは警報接点(満水)、Hは制御接点(高位)、Lは制御接点(低位)、LLは警報接点(渇水)を表す信号を発生させる。
HH / H / L / LL shown in the
エマルジョン燃料の温度低下を抑えるため、クッションタンクに第2のヒーターを設けたり、断熱材等を用いて保温性を高めたりすることが好ましい。 In order to suppress the temperature drop of the emulsion fuel, it is preferable to provide a second heater in the cushion tank or to increase the heat retention by using a heat insulating material or the like.
なお、図2ではスタティックミキサーを例示したが、ラインミキサーであれば他の構成でもよい。また、ラインミキサーのすぐ後段に、ナノメートルオーダーの微細な空孔を備えたナノフィルターを設けるように構成してもよい。これによってさらに均一に燃料油と水とが混ざり合うからである。空孔の大きさは製造するエマルジョン燃料の種類等に依存するが、数十nmから数μmのオーダーであることが好ましい。 In addition, although the static mixer was illustrated in FIG. 2, if it is a line mixer, another structure may be sufficient. Moreover, you may comprise so that the nano filter provided with the fine hole of a nanometer order may be provided in the back | latter stage of a line mixer. This is because the fuel oil and water are mixed more uniformly. The size of the pores depends on the type of emulsion fuel to be produced, but is preferably on the order of several tens of nm to several μm.
図4(a)は、ラインミキサーの他の例を模式的に示す構造断面図である。同図に示すように、断面が円筒状のミキシングユニットを内径が細い配管で1つ又は複数連続して設ける形態でもよい。このような構造でも、実質的に、エジェクター50で生成されたエマルジョンとリターンライン100から還流したエマルジョンとがエジェクター60で混合されてミキサーによってミキシングされる点において、図2に示す構成(60+80)によるものと同等の効果が得られるからである。
FIG. 4A is a structural sectional view schematically showing another example of the line mixer. As shown in the figure, a configuration in which one or a plurality of mixing units having a cylindrical cross section are continuously provided with a pipe having a small inner diameter may be employed. Even in such a structure, the emulsion (50 + 80) shown in FIG. 2 is substantially used in that the emulsion produced by the
なお、エジェクターとスタティックミキサーは必ずしも図2に例示するように別体で構成されている必要はない。
図4(b)は、エジェクターとスタティックミキサーを接続して一体構造とした構成例を示す構造断面図である。同図に示すように、2つの流入口のそれぞれに対し、内径の異なる2種類の配管が連続して2段設けられ、さらに、エジェクターの噴出口とスタティックミキサーの流入口を連結した一体の部材61としている。このような場合も、実質的にエジェクターとミキサーとを備えているものとみなすことができる。
The ejector and the static mixer do not necessarily have to be configured separately as illustrated in FIG.
FIG. 4B is a structural cross-sectional view showing a configuration example in which an ejector and a static mixer are connected to form an integrated structure. As shown in the figure, for each of the two inlets, two types of pipes having different inner diameters are continuously provided in two stages, and an integral member that connects the ejector outlet and the static mixer inlet. 61. Even in such a case, it can be considered that an ejector and a mixer are substantially provided.
(第2の実施形態)
−運転方法について−
次に、第1の実施形態におけるエマルジョン燃料製造装置を既設ボイラーに接続した場合の運転方法の例について説明する。ここで説明する制御方式は、「定量制御方式」と呼ばれるものであるが、あくまで一例でありこの方法に限定されるものではない。
(Second Embodiment)
-About driving method-
Next, an example of an operation method when the emulsion fuel production apparatus according to the first embodiment is connected to an existing boiler will be described. The control method described here is called a “quantitative control method”, but is merely an example and is not limited to this method.
図5は、定量制御方式による始動及び運転時の動作手順を説明するためのシーケンス図である。 FIG. 5 is a sequence diagram for explaining an operation procedure during start-up and operation by the quantitative control method.
[1]始動及び運転時
1.初めに、クッションタンク90の液面計がL以下の位置に来たこと示す信号を起動トリガとして、オイルポンプ11を始動する。
2.次に、燃料油供給流量をトリガとし、水ポンプ41を始動する。
3.次に、水/燃料油の混合温度をヒーター70によって40℃〜80℃に加温し、ミキシング効率を向上させる。製造中はポンプ111によりバイパスライン101を経由してクッションタンク90内を常時循環し、分散液の滞留を防止する。
[2]終了時
4.クッションタンク90の液面計がH以上の位置に来たことを示す信号を停止トリガとし、オイルポンプ11を停止する。
5.オイルポンプ11を停止した後、水ポンプ41を停止して待機状態に入る。なお、エマルジョン燃料製造停止中はポンプ111よりリターンライン100を経由してエマルジョン製造配管内を常時循環し、分散液の滞留を防止する。
[1] During start-up and operation First, the oil pump 11 is started with a signal indicating that the liquid level gauge of the
2. Next, the
3. Next, the mixing temperature of water / fuel oil is heated to 40 ° C. to 80 ° C. by the
[2] At the end The oil pump 11 is stopped using a signal indicating that the liquid level gauge of the
5. After stopping the oil pump 11, the
(補助機能)
各種流量計、温度計、圧力計などの計器類201〜212によって配管内を流れる流体の1分間あたりの流量や温度、圧力等を監視し、瞬時値や積算値、割合などの表示や記録を行ってもよい。例えば、制御PLC内部のフラッシュROM内に30分ごとの1週間分の各種データを保存することで初期流量調整やメンテナンスの際に役立つからである。具体的には、燃料油の流量、水流量、エマルジョン燃料製造流量、ボイラー供給流量、オイルポンプインバーター周波数、水ポンプインバーター周波数、エマルジョン燃料製造圧力などである。また、燃料油や水供給流量を監視して異常時に警報を発信したり安全弁を動作させるなどの制御を行うように構成しても良い。
(Auxiliary function)
The flow rate, temperature, pressure, etc. of the fluid flowing in the pipes are monitored by meters 201-212 such as various flow meters, thermometers, pressure gauges, etc., and instantaneous values, integrated values, ratios, etc. are displayed and recorded. You may go. For example, it is useful for initial flow rate adjustment and maintenance by storing various data for one week every 30 minutes in the flash ROM inside the control PLC. Specifically, the fuel oil flow rate, water flow rate, emulsion fuel production flow rate, boiler supply flow rate, oil pump inverter frequency, water pump inverter frequency, emulsion fuel production pressure, and the like. In addition, the fuel oil or water supply flow rate may be monitored and an alarm may be issued in the event of an abnormality or a safety valve may be operated.
本発明に係るエマルジョン燃料製造装置は既存のボイラー設備に簡単に接続できる付加設備として実施できるものであり、かつこの装置により得られるエマルジョン燃料は乳化剤を必要としない点で、燃料費の削減効果が期待される。従って、本発明に係るエマルジョン燃料製造装置は、工場やホテル或いは病院等のようなボイラー設備を導入している施設で広く利用されることが期待されるため、産業上の利用可能性は極めて大きい。 The emulsion fuel production apparatus according to the present invention can be implemented as an additional facility that can be easily connected to an existing boiler facility, and the emulsion fuel obtained by this device does not require an emulsifier, and thus has an effect of reducing fuel costs. Be expected. Therefore, since the emulsion fuel production apparatus according to the present invention is expected to be widely used in facilities such as factories, hotels, hospitals, etc., where boiler facilities are introduced, the industrial applicability is extremely large. .
10 オイルタンク
20(20a〜20d) バーナー
30 エマルジョン燃料製造装置
40 水タンク
11 オイルポンプ(P1)
41 水ポンプ(P2)
50、60 エジェクター
70 ヒーター
80 スタティックミキサー
90 クッションタンク
100 リターンライン
111 エマルジョン燃料加圧ポンプ(P3)
120 エマルジョン燃料供給ライン
DESCRIPTION OF
41 Water pump (P2)
50, 60
120 Emulsion fuel supply line
Claims (5)
前記第1のミキサーの後段に接続されエマルジョン燃料を一時的に貯留するクッションタンクと、前記クッションタンクの後段に設けられるエマルジョン燃料加圧ポンプを経由し、燃焼装置及び前記エマルジョン燃料製造部を経由しないで、前記クッションタンクから前記クッションタンク自身に還流するように接続されるバイパスライン、前記バイパスラインに接続され前記第2のエジェクターに接続されるリターンライン並びに前記クッションタンクから前記燃焼装置の燃料供給部に接続されるエマルジョン燃料供給ラインとを含んでいることを特徴とするエマルジョン燃料製造装置。 An oil supply line that supplies fuel oil under pressure by an oil pump; a water supply line that supplies water under pressure by a water pump; a first ejector that joins the oil supply line and the water supply line; An emulsion fuel production section including a second ejector connected to an ejector outlet of the ejector, and a first mixer connected to a subsequent stage of the ejector outlet of the second ejector;
A cushion tank that is connected to the subsequent stage of the first mixer and temporarily stores the emulsion fuel, and an emulsion fuel pressurization pump that is provided in the subsequent stage of the cushion tank, does not pass through the combustion device and the emulsion fuel production unit. in the bypass line which is connected to the cushion tank flows back to the cushion tank itself, which is connected to the bypass line fuel supply unit of the combustion device from the return line and the cushion tank being connected to said second ejector And an emulsion fuel supply line connected to the emulsion fuel production line.
前記クッションタンクのエマルジョン燃料の液面の位置が第1の設定値以下であるときは、第2の設定値に達するまでは前記バイパスラインを経由して前記クッションタンクから前記クッションタンク自身に還流させながら前記エマルジョン燃料製造部においてエマルジョン燃料を製造し、
前記液面の位置が第2の設定値以上となったときは、前記エマルジョン燃料製造部におけるエマルジョン燃料の製造を停止すると共に前記リターンラインを経由して前記クッションタンク内のエマルジョン燃料が前記第2のエジェクターに還流することを特徴とするエマルジョン燃料製造装置の運転方法。 An operation method of the emulsion fuel production apparatus according to claim 1,
When the level of the emulsion fuel level in the cushion tank is less than or equal to the first set value, the cushion tank returns to the cushion tank itself via the bypass line until the second set value is reached. While producing emulsion fuel in the emulsion fuel production department,
When the position of the liquid level is equal to or higher than a second set value, the production of the emulsion fuel in the emulsion fuel production unit is stopped and the emulsion fuel in the cushion tank is sent to the second tank via the return line. A method of operating an emulsion fuel production apparatus, characterized in that it is returned to an ejector of the above.
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