JP5575221B2 - 燃焼バーナ及び加圧型ガス化炉 - Google Patents

Description

本発明は、加圧型ガス化炉などの火炉に用いられる燃焼バーナ、並びに、この燃焼バーナを有する加圧型ガス化炉に関するものである。

例えば、石炭ガス化炉等のガス化炉にて、起動用バーナは、近傍にこの起動用バーナに点火するための点火トーチが設けられている。

従来の点火トーチとしては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１の点火トーチは、ガス化炉の一端から燃料と燃焼用空気が送り込まれ、このガス化炉の他端へ火炎が送り出されるように、ガス化炉の外側から内側にわたって延在して構成し、ガス化炉外に位置する一端側に着火部を設けたものである。

特開２０１１−１１７７１３号公報

上述した従来の点火トーチにあっては、ガス化炉外に位置する基端部側に着火部が設けられている。そのため、点火トーチを用いて起動用バーナに点火するとき、着火部により形成された火炎は、配管内を通って先端部側に伝播し、起動用バーナの先端部から吐出される燃料ガスに対して点火する。このとき、点火トーチの配管は、所定長さを有することから、火炎の伝播時に熱伸びが発生する。すると、点火トーチの先端部が起動用バーナの先端部より前方に突出し、点火時に熱負荷を受けやすい。点火トーチは、先端部に保炎部が形成されていることから、点火時の熱負荷により保炎部が焼損してしまうおそれがある。

本発明は上述した課題を解決するものであり、点火トーチの先端部における熱負荷を軽減することで耐久性を向上可能とする燃焼バーナ及び加圧型ガス化炉を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の燃焼バーナは、燃料と空気を混合した燃料ガスを吹き込み可能なバーナ本体と、前記バーナ本体の内側に配置されて基端部から火炎を伝播して先端部から送り出す点火トーチと、を有し、前記バーナ本体の先端部に対して前記点火トーチの先端部が基端部側に配置される、ことを特徴とするものである。

従って、バーナ本体から吹き込まれた燃料ガスが点火されて火炎を形成しているとき、点火トーチの先端部がバーナ本体の先端部に対して基端部側に位置しているので、バーナ本体の火炎に対して点火トーチの先端部における熱負荷を軽減することができ、耐久性を向上して寿命を延長することができる。

本発明の燃焼バーナでは、前記点火トーチの非作動時に、前記点火トーチの先端部が前記バーナ本体の先端部よりも基端部側に配置されることを特徴としている。

従って、点火トーチは、非作動時に先端部が後退位置に位置することから、バーナ本体の火炎に対して点火トーチの先端部における熱負荷を軽減することができる。

本発明の燃焼バーナでは、前記点火トーチの非作動時とは、前記点火トーチの基端部から先端部に火炎を伝播する前、または、前記バーナ本体からの燃料ガスに点火後に前記点火トーチによる火炎の伝播を停止した後を有することを特徴としている。

従って、点火トーチの基端部から先端部に火炎を伝播する前、または、バーナ本体からの燃料ガスに点火後に点火トーチによる火炎の伝播を停止した後に、点火トーチの先端部が後退位置に位置することから、バーナ本体の火炎に対して点火トーチの先端部における熱負荷を軽減することができる。

本発明の燃焼バーナでは、前記点火トーチの作動時に、前記点火トーチの先端部が前記バーナ本体の先端部とほぼ同位置に配置されることを特徴としている。

従って、点火トーチは、作動時に先端部がバーナ本体の先端部とほぼ同位置に位置することから、このとき、基端部から伝播して先端部から送り出した火炎により、バーナ本体から吹き込まれた燃料ガスに対して適性に点火することができる。

本発明の燃焼バーナでは、前記点火トーチの作動時とは、前記点火トーチの基端部から先端部に火炎を伝播するときを有することを特徴としている。

従って、点火トーチの基端部から先端部に火炎を伝播するとき、点火トーチの先端部がバーナ本体の先端部とほぼ同位置に位置することから、点火トーチによりバーナ本体から吹き込まれた燃料ガスに対して適性に点火することができる。

本発明の燃焼バーナでは、前記点火トーチの非作動時における先端部の位置は、火炎が伝播する配管の長さを考慮して設定されることを特徴としている。

従って、点火トーチにおける非作動時の位置と非作動時の位置を適正に設定することができる。

本発明の燃焼バーナでは、前記点火トーチの基端部に着火部が設けられ、前記着火部の燃料流れ方向の下流側に開閉弁が設けられることを特徴としている。

従って、点火トーチの基端部に着火部を設けることで、先端部側の状態に依存することなく、容易に着火部の点検を行うことができる。また、着火部の燃料流れ方向の下流側に開閉弁を設けることで、この開閉弁を閉じることにより、基端部側と先端部側とを分離することができ、点検を要する場合であっても、開閉弁を閉じることにより着火部側を火炎から分離でき、容易に点検することができる。

また、本発明の加圧型ガス化炉は、火炉壁に固定されて燃料と空気を混合した燃料ガスを火炉内に吹き込み可能なバーナ本体と、前記バーナ本体の内側に配置されるように前記火炉壁に固定されて基端部から火炎を伝播して先端部から送り出す点火トーチと、を有し、前記バーナ本体の先端部に対して前記点火トーチの先端部が基端部側に配置される、ことを特徴とするものである。

従って、バーナ本体から吹き込まれた燃料ガスが点火されて火炎を形成しているとき、点火トーチの先端部がバーナ本体の先端部に対して基端部側に位置しているので、バーナ本体の火炎に対して点火トーチの先端部における熱負荷を軽減することができ、耐久性を向上して寿命を延長することができる。

本発明の燃焼バーナ及び加圧型ガス化炉によれば、バーナ本体の先端部に対して点火トーチの先端部を基端部側に配置するので、バーナ本体の火炎に対して点火トーチの先端部における熱負荷を軽減することができ、耐久性を向上して寿命を延長することができる。

図１は、本発明の一実施例に係る燃焼バーナを表す概略図である。 図２は、本実施例の燃焼バーナの作用を表す概略図である。 図３は、本実施例の石炭ガス化炉容器の縦断面図である。 図４は、本実施例の石炭ガス化炉容器の横断面図を表す図３のＡ−Ａ断面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る燃焼バーナの好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。

図１は、本発明の一実施例に係る燃焼バーナを表す概略図、図２は、本実施例の燃焼バーナの作用を表す概略図、図３は、本実施例の石炭ガス化炉容器の縦断面図、図４は、本実施例の石炭ガス化炉容器の横断面図を表す図３のＡ−Ａ断面図である。

本実施例において、図３及び図４に示すように、ガス化炉（加圧型ガス化炉）１は、下から順に、軽燃室３、コンバスタ部５、リダクタ部７を有している。軽燃室３は、起動用バーナ（燃焼バーナ）１２が設けられている。起動用バーナ１２は、後述するが、バーナ本体４１の内側に点火トーチ４２が配置されて構成されている。

コンバスタ部５は、微粉炭バーナ１４及びチャーバーナ１６が設けられている。リダクタ部７は、ガス化バーナ１８が設けられている。軽燃室３は、起動用バーナ１２により投入噴霧された軽油が燃焼し、その発生した燃焼ガスが、上部のコンバスタ部５を加熱する。そして、石炭着火温度以上になったコンバスタ部５は、このコンバスタ部５のみに投入されるガス化剤となる空気と石炭が燃焼して高温となり、石炭中の灰は溶けて流れ落ち、コンバスタ部５で燃焼して生成した高温のガスは上昇する。リダクタ部７は、コンバスタ部５から上昇した高温のガスと新たに投入された石炭とが反応し、効率良く石炭をガスに転換することができる。

本実施例にて、起動用バーナ１２は、ガス化炉１内に旋回流を形成することができるように複数対向して配置されている。この起動用バーナ１２は、図１に示すように、バーナ本体４１と点火トーチ４２とから構成されている。バーナ本体４１は、燃料と空気を混合した燃料ガスを吹き込み可能である。点火トーチ４２は、バーナ本体４１の内側に配置されて基端部から火炎を伝播して先端部から送り出し可能である。そして、バーナ本体４１は、点火トーチ４２の火炎により点火し、起動用バーナ１２として火炎を形成することができる。

バーナ本体４１は、外筒５１と内筒５２との間に形成された燃料ガス通路５３が設けられており、先端部に燃料ガスをガス化炉１内に吹き込み可能なノズル５４が形成されている。この外筒５１及び内筒５２は、円筒形状をなし、火炉壁１ａに固定され、基端部に図示しないガス燃料供給部と燃焼用空気供給部が設けられている。

点火トーチ４２は、バーナ本体４１の内側に配置され、円筒形状をなして火炉壁１ａに固定されている。この点火トーチ４２は、ガス化炉１外の基端部から順に、燃料と燃焼用空気が混合される混合室２０と、着火部２２と、開閉弁２４と、燃焼管２６と、保炎部２８とが主要部として設けられている。

混合室２０は、燃料供給口３０と、燃焼用空気供給口３１が設けられている。そのため、燃料と燃焼用空気は、この混合室２０内にて十分に混合され、燃料流れの下流側に設けられた着火部２２により着火される。着火部２２としては、グロープラグやイグナイタなどによる着火が好適に用いられる。

混合室２０と着火部２２は、ガス化炉１の外に配置されている。そして、混合室２０とガス化炉１内にわたって延在する燃焼管２６との間には、開閉弁２４が設けられている。開閉弁２４は、ガス化炉１の外に設けられている。この開閉弁２４は、通路を開閉することで、着火部２２側とガス化炉１側との間の流体を流通または遮断することができる。燃焼管２６は、先端部にこの燃焼管２６よりも内径が大きくされた保炎部２８が設けられ、保炎部２８の内部に保炎板２８ａが固定されている。

また、アシスト燃料が流通するアシスト燃料管３２は、炉外から炉内へと挿入され、燃焼管２６の側方を通過して保炎部２８へと延在している。このアシスト燃料管３２によりアシスト燃料を保炎部２８へ供給することができる。

以上説明した本実施例の起動用バーナ１２は、以下のように作動する。

点火トーチ４２は、着火前に、先ず、燃焼用空気のみを燃焼用空気供給口３１から供給し、着火部２２を赤熱させる。着火部２２が着火温度まで温度上昇した後、燃料供給口３０から混合室２０内へ燃料が供給され、燃料と燃焼用空気が混合される。このときの空気比（実際の投入空気量／理論的に必要な空気量）は、０．４〜０．７程度である。

混合された燃料ガスは、着火部２２で着火して火炎を形成する。火炎は、開放された開閉弁２４を通過し、燃焼管２６の中を伝播する。そして、燃焼管２６から保炎部２８に至った火炎は、保炎部２８内で主火炎となり燃焼する。このとき、保炎部２８に対してアシスト燃料管３２からアシスト燃料が供給される。これにより、保炎部２８で成長した主火災が安定して燃焼する。

一方、バーナ本体４１は、空気と燃料とが混合した燃料ガスがノズル５４からガス化炉１内に吹き込まれている。点火トーチ４２は、保炎部２８の主火炎が安定すると、この保炎部２８から外部へ流出することから、バーナ本体４１からガス化炉１内に吹き込まれた燃料ガスは、点火トーチ４２からの火炎により点火され、起動用バーナ１２が着火される。

次に、開閉弁２４の使用方法について説明する。

ガス化炉１は、主に、チャーの燃焼ガス化反応を促進するため、炉内は高温条件の他、高圧状態として、恒常的に維持されている。従って、点火トーチ４２を点検する場合、加圧運転中のガス化炉の全設備を常圧まで減圧する時間を要し、点検後の再加圧時の各種動力の稼動に大幅なコストとエネルギーを負担することになる。

このように点火トーチ４２の点検を要する場合、ガス化炉１外に設けられた着火部２２の燃料流れの下流側に設けられた開閉弁２４を用いる。即ち、トーチ点火時や起動バーナ運転中に、点火トーチ４２にトラブルが発生し点検を要する場合には、その状態で開閉弁２４を閉じる。これにより、ガス化炉１内と着火部２２側とが遮断されるので、着火部２２側を大気に解放し、点検作業を実施する。

このように構成された本実施例の起動用バーナ１２にて、バーナ本体４１の先端部４１ａに対して点火トーチ４２の先端部４２ａが基端部側（炉外側）に配置されている。

具体的に、点火トーチ４２の非作動時に、点火トーチ４２の先端部４２ａがバーナ本体４１の先端部４１ａよりも基端部側に配置されている。点火トーチ４２の非作動時とは、点火トーチ４２の基端部から先端部に火炎を伝播する前、または、バーナ本体４１からの燃料ガスに点火後に点火トーチ４２による火炎の伝播を停止した後である。

また、点火トーチ４２の作動時に、点火トーチ４２の先端部４２ａがバーナ本体４１の先端部４１ａとほぼ同位置に配置されている。点火トーチ４２の作動時とは、点火トーチ４２の基端部から先端部に火炎を伝播するときである。

この場合、点火トーチ４２の非作動時における先端部４２ａの位置は、火炎が伝播する配管（燃焼管２６など）の長さを考慮して設定される。即ち、点火トーチ４２は、所定の長さを有することから、基端部から先端部に向けて火炎が伝播するとき、火炉壁１ａの基点として基端部を熱伸びすると共に、先端部へ熱伸びする。そのため、点火トーチ４２は、火炎が伝播する作動時に、点火トーチ４２の先端部４２ａがバーナ本体４１の先端部４１ａとほぼ同位置に位置するように、点火トーチ４２の非作動時における後退距離Ｌが設定される。

以下、本実施例の起動用バーナ１２の作用及び効果について説明する。

起動用バーナ１２は、起動する前、点火トーチ４２の先端部４２ａがバーナ本体４１の先端部４１ａに対して後退距離Ｌだけ基端部側に位置している。ここで、点火トーチ４２を作動すると、火炎が基端部側から先端部側に向けて伝播することから、燃焼管２６が加熱されて高温となり、長手方向に先端部側へ向けて熱伸びが発生する。すると、点火トーチ４２は、図２に示すように、先端部４２ａがバーナ本体４１の先端部４１ａとほぼ同位置に位置する。そのため、バーナ本体４１は、点火トーチ４２からの火炎を受けてガス化炉１内に吹き込まれた燃料ガスが点火し、起動用バーナ１２として火炎を形成することができる。

その後、起動用バーナ１２（バーナ本体４１）の火炎を安定すると、点火トーチ４２による火炎の伝播を停止して燃焼用空気だけを供給する。そのため、点火トーチ４２は、燃焼管２６が冷却されて温度が低下する。すると、点火トーチ４２は、長手方向に基端部側へ向けて収縮し、図１に示すように、先端部４２ａがバーナ本体４１の先端部４１ａから後退した位置に位置する。そのため、点火トーチ４２は、先端部４２ａがバーナ本体４１の先端部４１ａから内部に後退した位置に保持されることから、バーナ本体４１ｋ火炎による熱負荷が軽減されることとなり、焼損が防止される。

このように本実施例の燃焼バーナにあっては、燃料と空気を混合した燃料ガスを吹き込み可能なバーナ本体４１と、バーナ本体４１の内側に配置されて基端部から火炎を伝播して先端部から送り出す点火トーチ４２とを設け、バーナ本体４１の先端部４１ａに対して点火トーチ４２の先端部４２ａを基端部側に配置している。

従って、バーナ本体４１から吹き込まれた燃料ガスが点火されて火炎を形成しているとき、点火トーチ４２の先端部４２ａがバーナ本体４１の先端部４１ａに対して基端部側に位置しているので、バーナ本体４１の火炎に対して点火トーチ４２の先端部４２ａにおける熱負荷を軽減することができ、耐久性を向上して寿命を延長することができる。

本実施例の燃焼バーナでは、点火トーチ４２の非作動時に、点火トーチ４２の先端部４２ａをバーナ本体４１の先端部４１ａよりも基端部側に配置している。従って、点火トーチ４２は、非作動時に先端部が後退位置に位置することから、バーナ本体４１の火炎に対して点火トーチ４２の先端部４２ａにおける熱負荷を軽減することができる。

具体的に、点火トーチ４１の基端部から先端部に火炎を伝播する前、または、バーナ本体４１からの燃料ガスに点火後に点火トーチ４２による火炎の伝播を停止した後に、点火トーチ４２の先端部４２ａが後退位置に位置することから、バーナ本体４１の火炎に対して点火トーチ４２の先端部４２ａにおける熱負荷を軽減することができる。

本実施例の燃焼バーナでは、点火トーチ４２の作動時に、点火トーチ４２の先端部４２ａをバーナ本体４１の先端部４１ａとほぼ同位置に配置している。従って、点火トーチ４２は、作動時に先端部４２ａがバーナ本体４１の先端部４１ａとほぼ同位置に位置することから、このとき、基端部から伝播して先端部から送り出した火炎により、バーナ本体４１から吹き込まれた燃料ガスに対して適性に点火することができる。

具体的に、点火トーチ４２の基端部から先端部に火炎を伝播するとき、点火トーチ４２の先端部４２ａがバーナ本体４１の先端部４１ａとほぼ同位置に位置することから、点火トーチ４２によりバーナ本体４１から吹き込まれた燃料ガスに対して適性に点火することができる。

本実施例の燃焼バーナでは、点火トーチ４２の非作動時における位置を、火炎が伝播する燃焼管２６の長さを考慮して設定している。従って、点火トーチ４２における非作動時の位置と非作動時の位置を適正に設定することができる。

また、本実施例の燃焼バーナにあっては、点火トーチ４２の基端部４２ａに着火部２２を設け、この着火部２２の燃料流れ方向の下流側に開閉弁２４を設けている。従って、ガス化炉１内の状態に依存することなく、容易に着火部２２の点検を行うことができる。また、開閉弁２４を閉じることにより、ガス化炉１内と着火部２２側とを分離することができ、その結果、種々の不具合によって点検を要する場合であっても、開閉弁２４を閉じることにより着火部２２側をガス化炉１から分離でき、ガス化炉１内の状態に依存することなく、容易に点検することができる。

また、本実施例のガス化炉１にあっては、火炉壁１ａに固定されて燃料と空気を混合した燃料ガスを火炉内に吹き込み可能なバーナ本体４１と、バーナ本体４１の内側に配置されるように火炉壁１ａに固定されて基端部から火炎を伝播して先端部から送り出す点火トーチ４２とを設け、バーナ本体４１の先端部４１ａに対して点火トーチ４２の先端部４２ａを基端部側に配置している。

従って、バーナ本体４１の火炎に対して点火トーチ４２の先端部４２ａにおける熱負荷を軽減することができ、耐久性を向上して寿命を延長することができる。

なお、上述した実施例では、本発明の燃焼バーナをガス化炉１に適用したが、ガス化炉１に限定されるものではない。また、点火トーチ４２を着火部２２と開閉弁２４と燃焼管２６と保炎部２８とから構成したが、この構成及び配置に限定されるものではない。

１ ガス化炉
１ａ 火炉壁
１２ 起動用バーナ（燃焼バーナ）
２０ 混合室
２２ 着火部
２４ 開閉弁
２６ 燃焼管
２８ 保炎部
４１ バーナ本体
４１ａ 先端部
４２ 点火トーチ
４２ａ 先端部

Claims (7)

1. 燃料と空気を混合した燃料ガスを吹き込み可能なバーナ本体と、
   前記バーナ本体の内側に配置されて基端部から火炎を伝播して先端部から送り出す点火トーチと、
   を有し、
   前記バーナ本体の先端部に対して前記点火トーチの先端部が基端部側に配置され、
   前記点火トーチの作動時に、前記点火トーチの先端部が前記バーナ本体の先端部とほぼ同位置に配置される、
   ことを特徴とする燃焼バーナ。
2. 燃料と空気を混合した燃料ガスを吹き込み可能なバーナ本体と、
   前記バーナ本体の内側に配置されて基端部から火炎を伝播して先端部から送り出す点火トーチと、
   を有し、
   前記バーナ本体の先端部に対して前記点火トーチの先端部が基端部側に配置され、
   前記点火トーチの非作動時における先端部の位置は、火炎が伝播する配管の長さを考慮して設定される、
   ことを特徴とする燃焼バーナ。
3. 前記点火トーチの非作動時に、前記点火トーチの先端部が前記バーナ本体の先端部よりも基端部側に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼バーナ。
4. 前記点火トーチの非作動時とは、前記点火トーチの基端部から先端部に火炎を伝播する前、または、前記バーナ本体からの燃料ガスに点火後に前記点火トーチによる火炎の伝播を停止した後を有することを特徴とする請求項３に記載の燃焼バーナ。
5. 前記点火トーチの作動時とは、前記点火トーチの基端部から先端部に火炎を伝播するときを有することを特徴とする請求項１に記載の燃焼バーナ。
6. 前記点火トーチの基端部に着火部が設けられ、前記着火部の燃料流れ方向の下流側に開閉弁が設けられることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の燃焼バーナ。
7. 火炉壁に固定されて燃料と空気を混合した燃料ガスを火炉内に吹き込み可能なバーナ本体と、
   前記バーナ本体の内側に配置されるように前記火炉壁に固定されて基端部から火炎を伝播して先端部から送り出す点火トーチと、
   を有する請求項１から６のいずれか一つの燃焼バーナを備えた、
   ことを特徴とする加圧型ガス化炉。

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