JPH03233206A - 原料噴出バーナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、燃焼炉又はガス化炉等に使用される原料噴出
バーナに係わり、特に、該バーナの先端部付着物の除去
に有効な構造をもつ原料噴出バーナに関する。

〔従来の技術〕

従来、石油代替エネルギーとしては種々知られているが
、その中でも石炭は埋蔵量が最大であり、最も注目され
ている物質である。

石炭は、固体で取り扱いが不便な上、灰分、硫黄及び窒
素等を含有しており、これを有効利用するためには、液
化、ガス化等によりクリーンなエネルギー源に変換し、
利用することが望まれる。

現在、石炭のクリーン燃料化の有力な方法として、石炭
ガス化が注目されている。その中でも、水素製造を目的
とした石炭ガス化水素製造方式が注目されている。この
方式を支える重要技術の一つは石炭ガス化技術であり、
ガス化炉としては高いガス化効率、運転性、信頼性及び
幅広い炭種に対する適応性等が要求される。これらを満
足させるためには、微粉炭を高温の気流中でガス化剤（
酸素及び水蒸気）と反応させる噴流層ガス化方式が有望
である。

その噴流層ガス化炉を用いた公知のガス化装置の概略図
を第６図に示す。本装置は、石炭供給系、ガス化剤供給
系、ガス化炉、集じん系及び脱硫系から成る。

石炭供給系は、粉砕機で粉砕、分級された粉末固体燃料
３６を原料搬送ライン３４から常圧ホッパ内３５に搬送
した後、加圧ホッパ３７へ充填し、その後、外壁に重量
測定用のロードセル４２を設置した供給ホッパ３８へ供
給する。粉末固体燃料３６の供給時は、供給ホッパ３８
の圧力をガス化炉４５の圧力よりも数ｋｇ高くした後、
粉末固体燃料３６をフィーダ３９で定量し、エダクタ４
１内に供給し、搬送ガス４０　（窒素及び不活性ガス）
で原料輸送ライン１９内を流通させ、ガス化炉４５に供
給する。途中数本のバーナ４７に均等分配できる分配器
１７を介して、分岐管１６．５６内に流通してガス化炉
４５内に供給している。

ガス化剤供給系は、酸素調節弁５０、水蒸気調節弁５１
を有し、ガス死刑供給ライン５２．５３を流通させ、途
中二分割しガス死刑供給ライン５４．５５を通り、バー
ナ４７に至り、ガス化炉４５に供給する。粉末固体燃料
３６とガス化剤は、バーナ先端出口もしくは内部で接触
する。

ガス化炉４５は、耐火レンガで内張すした構造のもので
ある。ガス化炉内部は高温のため、石炭中の灰分が溶融
したスラグ等が析出する。そのため、それを回収するス
ラグ流通ライン４８、スラグホッパ４９を有している。

ガス化炉４５から生成したガスは、ガス化炉出口ライン
５７から集じん装置５８、脱硫装置５９を経て、生成ガ
ス中のダストや硫化水素等を除去した後、クリーンガス
として６０を経て取り出され、原料ガスあるいは燃料ガ
スとして使用される。

これらの装置に設置しているガス化炉４５には、前記の
ように粉末固体燃料（石炭、液化残渣等）３６を供給す
る供給系とガス化炉４５側にはバーナ４７を有している
。

バーナ４７は、粉末固体燃料３６とガス化剤とをバーナ
先端内、外で接触させて、反応させることにより水素、
−酸化炭素等に富んだガスを発生させる重要な機器の一
つである。該バーナは、粉末固体燃料を連続供給中に何
等かの原因により、バーナ先端部で閉塞する場合がある
。このような現象は、搬送用窒素量が低減し、流速が低
下した時や、ガス化炉や供給ホッパの圧力の変動及び粉
末固体燃料中に木屑、粗粒子の含有等が原因で、バーナ
先端部粉末固体燃料供給ラインに粉末固体燃料が堆積し
閉塞することが多々生じる。また、炭種によっては、バ
ーナ出口は高温なためスラグがバーナ先端部に付着し、
閉塞する場合も考えられる。

そこで、こうしたバーナ先端部での閉塞をいかに早く、
解体もせずに復帰させることができるかが、運転操作性
の向上を図る上で不可欠になってく　る。

従来、バーナの先端部における閉塞復帰手段を有するバ
ーナに関し、代表的なものを以下に述べる。

（１）　　粉末固体燃料供給ラインにある圧端バージ部
及びブローパイプ内に供給している搬送用ガス（窒素）
を多量に供給し逆圧をかける方法（特開昭６１１５９０
１１号公報）、 （２）　　粉末固体燃料の供給を一旦停止してバーナ手
前のバルブを開にしガス化炉側から大気中にガスを抜き
出す方法（ガス化炉側の圧力が高い場合）、（３）　　
バーナ内を堆積物除去棒で刺激する方法、（４）　　ノ
ズル先端部に振動部材を取付け、ノズル先端部に振動を
与える方法（特開昭５９−７６５６６号公報）、 発明が解決しようとする課題〕 前記（１）の方法では、バーナ先端部にスラグや粉末固
体燃料が付着堆積固化している場合は、ガスを多大に流
通しただけでは中々解除することは困難である。また、
他の流通ラインに影響を及ぼし閉塞していないバーナま
でも閉塞させる危険がある（同一分配器から原料が各バ
ーナに搬送供給している場合、窒素パージの繰り返し操
作により搬送管内に圧力変動がおきるため）。

前記（２）の方法では、粉末固体燃料がバーナ先端部に
堆積している場合には解除できるが、スラグが付着して
いる場合には非常に困難である。また、この方法は原料
を一旦停止しなければならない欠点がある。

前記（３）の方法では、（１）、（２）の方法と比較す
ると一番効果があると考えられる。しかし、原料供給管
内に除去棒等を挿入することはノズル内での抵抗が増大
し、さらに悪化させる危険がある。また、高圧装置に使
用される場合は、除去棒作動部のシール部でガス漏れが
発生する危険があり、このシールの構造に注意をようす
るとともに複雑化が考えられる。前記（２）同様、最悪
の場合には、その閉塞部のノズルラインだけバルブ等に
より一旦停止しなければならない欠点がある。

前記（４）の方法では、原料がセメントのように反応し
ない原料に対しては、振動を与えることにより垂れ落ち
や噴霧及び閉塞等に効果があると考えられるが、原料が
石炭または液化残渣のように反応してガス、タール及び
チャーを生成するものに対しては、ノズル先端の振動部
材に付着し、作動出来なくなり効果がなくなると同時に
炉内が１４００度以上と高温なため振動部材が耐えられ
ないことが予想される。

以上（１）から（４）の方法に関しては、いずれも効果
が薄く、一長一短がある。

本発明は、上記のような問題点のない、スラグ等の付着
物に対しても有効で、簡単な操作で自動的に閉塞部分が
復帰できる原料噴出バーナを提供することを目的とする
。

〔課題を解決するだめの手段〕

上記目的は、バーナ手前入口部の粉末固体燃料ライン及
びバーナ内内筒管出口部に、不燃性固体微粒子を瞬間的
に供給させる装置を設置することによって達成される。

すなわち、本発明は、同軸上に円管を複数個重ね合わせ
て、その一番外側の外筒管内に冷却水を供給する流通路
、一番外側の外筒管内と一番内側の内筒管内の中間にあ
る中間筒管内に酸化分解剤を供給する流通路、一番内側
の中心流路を有する内筒管内に粉末固体燃料及び搬送用
気体を供給する流通路を有し、その先端部出口で粉末固
体燃料と酸化分解剤とを接触させる該粉末固体燃料の酸
化分解用バーナにおいて、数ミクロンの不燃性の固体微
粒子を前記内筒管内に瞬間的に供給する手段を有するこ
とを特徴とする原料噴出バーナである。

本発明において、中間筒管内に流通する酸化分解剤とし
ては、酸素、空気又は水蒸気が使用でき、中心流路に供
給する粉末固体燃料としては、石炭又は石炭の液化残渣
を粉末にして使用でき、また、これらの粉末固体燃料の
搬送用気体としては、窒素等の不活性気体又は生成ガス
が使用できる。

そして、本発明における不燃性固体微粒子としては、砂
、アルミナ系微粒子等の不燃性でしかも高温で融解しな
いものを微粉砕して数ミクロンにしたものが使用できる
。この不燃性固体微粒子は、酸化分解剤とか固体燃料の
流通路とは別に、流通路を設けるのがよく、その供給速
度は１００　ｍ／ｓ以上とするのがよい。

また、原料噴出バーナには、不燃性固体微粒子の供給装
置を設置し、粉末固体燃料供給ラインの差圧を検知する
差圧発振器と前記固体微粒子供給装置を連動させる自動
制御機構を設けるのがよく、更に、不燃性の固体微粒子
は、粉末固体燃料の供給を停止しないで供給し、閉塞部
分を自動的に除去してバーナ機能を復帰させることがで
きる。

本発明の原料噴出バーナは、主にガス化炉用として説明
するが、粉末固体燃料の燃焼炉用としても使用できる。

〔作　用〕

本発明の不燃性固体微粒子の供給装置を原料噴出バーナ
に設置することにより、粉末固体燃料搬送ラインに設置
している差圧発振器の値がある設定値以上の値になると
、バーナ先端部が閉鎖しだしたものと感知し、不燃性固
体微粒子を充填したホッパ下のバルブとフィーダが同時
に作動し、少量の固体微粒子を加圧投入すると同時に、
不燃性固体微粒子搬送用ガス量を増大させ、パルス投入
することにより、バーナに付着した堆積物が摩擦、衝撃
の作用により除去できる。更に、これらの装置を自動制
御できる自動制御装置を設置することにより、前記の操
作を自動的になし、粉末固体燃料の供給を停止すること
なく、閉塞部を復帰させることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面により説明するが、本発
明はこれら実施例に限定されない。

実施例１ 本実施例は、粉末固体燃料をバーナを介してガス化炉内
へ供給する際に、バーナ先端部で原料等が堆積し閉塞し
だした時、原料を停止せずに復帰させる場合に本発明を
適用したものである。

まず、第７図に本発明を用いた時のガス化炉の概略図を
示す。ガス化炉は噴流層型のガス化炉４５を用い、内部
を耐火レンガで内張すした構造で、スラグ冷却ライン４
８、反応部４６及び生成ガス流通部５７から成る。外部
混合型のバーナ４７をガス化炉反応部４６下部にガス化
炉内で旋回流が形成されるように接線方向に２本設置し
た。本バーナには冷却水入口、出口４．５、酸化分解剤
供給ライン６及び石炭分岐管ライン１６が接続されてい
る。ガス化炉４６内は１４００度以上の高温となるため
石炭中の灰が溶融したスラグを生成し、このスラグを自
由落下させ、水を充填したスラググ冷却部４９に供給し
、急冷固化せしめ回収した。

石炭供給系の石炭分岐管ライン１６に差圧検出ライン２
０、差圧発振器２１を取り付け、ラインの差圧を測定す
るとともにバーナ内粉末固体燃料ラインのすぐ外側通路
に不燃性固体微粒子供給ラインを設け、該ラインに連結
して不燃性固体微粒子を充填したホッパ及びその供給系
１１．１２．２２を設置した。

次に、本発明のバーナの一実施例を示した第１図によっ
て説明する。

全体の構成は、バーナ本体２５、石炭供給系１６．１７
．１８．１９．２０．２１、不燃性固体微粒子供給系７
．８．９．１０．１１．１２．２２、自動制御機構部１
３．１４．１５より成る。

バーナ本体は、一番外側の外筒部を冷却水入口、出口ラ
イン４．５から冷却水、一番内側の内筒管中心流路１を
粉末固化燃料と搬送用ガス、外筒管と内筒管の中間筒管
内の酸化分解剤供給ライン６から酸化分解剤（酸素、水
蒸気等）がそれぞれ流通するとともにその酸化分解剤供
給ライン６の内側に不燃性固体微粒子９が流通する不燃
性固体微粒子流通ライン２４を設けた四重管構造である
。

酸化分解剤は酸化分解剤供給ライン６からバーナ内中間
筒管内へ供給し、バーナ先端部ガス化剤吹き出し孔３か
ら噴出する。

粉末固体燃料は原料輸送ライン１９を流通し分配器１７
に供給され均等に分配される。その後、分岐管搬送ライ
ン１６を経て、バーナ内の内筒管中心流路１に供給され
、原料噴出孔２から噴出する。途中、分岐管搬送ライン
１６に差圧を検知する差圧取り出しロライン２０と差圧
発信器２１を設置した。これらの２０．２１機構部によ
りバーナ先端部での閉塞状態を感知する。

不燃性固体微粒子供給系は、固体微粒子供給ホッパ１０
、バルブ１１、フィーダ１２、固体微粒子搬送用ガス供
給口２２、加圧用ガス供給ロア及び圧力調節用調節弁８
から成る。

これら各部の作動はまず、固体微粒子供給ホッパ１０内
をあらかじめ、ホッパ加圧用供給ロアから窒素または不
活性ガスにより、ガス化炉側よりも数ｋｇ高めに圧力調
節弁８により調節しておく。

また、固体微粒子搬送用ガス供給口２２からは少量のガ
スを常時流通しておく。これはこのラインの閉塞防止の
ためである。

自動制御機構部は各作動機構部１３、自動制御装置１４
及び差圧発信器２１からの信号１５からなる。

そして、原料噴出孔２が何等かの原因で閉塞した場合、
すぐ分岐管搬送ライン１６に設置した差圧発信器２１の
指示値が上昇し、ある設定値以上になると自動制御装置
１４が感知し、各作動機構部１３が信号を送り、ホッパ
１ｏ下バルブ１１、フィーダ１２の作動及び搬送用供給
口２２からガスを同時に供給、作動させることにより、
ホッパ内に充填した固体微粒子９は瞬間的にパルス投入
され、バーナ先端部に付着した堆積物を自動的に除去す
る操作を行うものである。

この作動を図に示したのが第８図である。第８図は、横
軸に経過時間Δｔ、縦軸にガス化炉内と原料供給管との
差圧Δｐを示す作動図である。原料をガス化炉内へ定常
供給している時のΔｐは、通常原料供給量が２０ｋｇ／
ｈ程度で２００　ｍｍＡｑでであるが、これがｔ。から
原料噴出バーナの先端部が徐々に閉塞ぎみになるとΔｐ
も徐々に上昇する。Δｐ　＝　８００　ｍｍＡｑ時にな
ると差圧発信器２１の指示により、当初より設定してい
た値Δｐ８００　ｍｍＡｑを自動制御装置１４が感知し
く１＋）各作動機構部１３が信号を送り、ホッパ１０下
バルブ１１、フィーダ１２及び搬送用供給口２２がｔ２
ｔ＋の遅れをもって作動すると図のように急激にΔｐが
減少し、定常時の２００　ｍｍＡｑに復帰する。

したがって、Δｐの差圧が上昇すると上記動作を繰返す
ことにより、原料の供給を停止することもなく自動的に
制御するものである。

また、固体微粒子投入時は、瞬間的に数ｇを加圧投入し
、搬送用ガスの噴出速度をＬｏｏｍ／ｓ以上とし、その
噴出口の位置をバーナ先端部から数ｍｍ奥まったところ
に設置することにより、バーナ先端部に付着した堆積物
を除去するものである。

上記発明手段を用いて、ガスの噴出速度と差圧との関係
を示したグラフを第９図に示す。第９図には、従来方式
のａ振動のみの場合（二点鎖線）、ｂ原料供給ラインの
パージガスラインからＮ２ガスパージした場合（−点鎖
線）、ｃ本発明の固体微粒子流通路からＮ２ガスのみを
パージした場合（破線）を合せて示した。図に示すよう
に、ａの場合はほとんど効果がなかった。ｂの場合は、
Ｎ２ガス噴出速度が１００ｍ／ｓまではΔｐは徐々に減
少したが（△ｐは４００　ｍｍＡｑ）　、噴出速度を１
００ｍ／ｓ以上としても△ｐはあまり変化せず、むしろ
、原料供給系に影響を及ぼし、吹出し口でも抵抗が増大
し原料の供給が間欠点になった。また、Ｃの場合、Ｎ２
ガス噴出速度が速くなる程Δｐが減少し効果が現われ、
バーナ先端部に付着した塊状物等がある程度はく離され
るが、噴出速度が１００ｍ／ｓ以上にしても、△ｐが２
５０　＋ｎｍＡｑ一定で当初のΔｐ２００　ｍｍＡｑま
でには復帰しなかった。このことはガスのみの場合、バ
ーナ先端部に付着した付着物はある程度、はく離するが
、供給管内径まで全部除去できず桟付着物があることが
わかった。

本発明の固体微粒子流通路から固体微粒子とＮ。

ガスを流通した場合は、固体微粒子による効果が現われ
、ガスのみの場合に比べ、噴出速度が１００ｒｎ／ｓ付
近で△ｐ＝　２００ｍｍＡｑに復帰させることができた
。よって、搬送ガスに固体微粒子を少量混入させること
は、バーナ先端部に付着した全付着物を除去できる効果
があることがわかった。

第１０図は、差圧△ｐに及ぼす固体微粒子十ガスの噴出
口の位置の影響を示すグラフである。第１０図の条件は
、噴出口径３．Ｏｘ３．Ｏ１３か所、固体微粒子＋ガス
の噴出速度を１００ｍ／ｓ一定として、上記噴出口位置
をバーナ先端部を０として内部に変化させた時の結果で
ある。この図から、噴出口位置が５ｍｍから１２ｍｍの
範囲内でΔｐが２００　ｍｍＡｑに復帰していることが
わかるから、この範囲内に設定すれば効果がある。

第２図は、第１図のものと同等の効果を有する本発明の
他の実施例を示す断面図であり、第２図では、不燃性固
体微粒子供給管は別に設けず、原料の燃料供給管を用い
て供給される。

第３図は、第１図の本発明バーナの先端部の断面詳細図
である。原料中心流路１を有する内筒管先端部３１のテ
ーパ部とバーナ本体先端部ノズルチップ３２の内部テー
パ３３とを接触させる構造とし、この隙間の溝２３を不
燃性固体微粒子と搬送用ガスが流通するものである。こ
のテーパ角度はノズルチップ３２内と３１と同等である
。

第４図と第５図は第３図の内筒管先端部３１の固体微粒
子流通溝２３の断面構造図である。第４図は、固体微粒
子９及び搬送用ガスを直線的に投入し、堆積物を除去す
る構造である。第５図は、固体微粒子９及び搬送用ガス
が、旋回しながら吐出するように接線方向に対しである
角度を有し、うす流を形成しながら堆積物を除去する構
造である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、バーナ先端部へ付着したスラグ及び粉
末固体燃料（石炭または液化残渣等）が固化した堆積物
を除去できると同時に、原料の供給を停止せずに自動的
に閉塞部分を復帰せしめることができつる効果を有する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原料噴出バーナを示す断面図、第２図
は第１図と同等の効果を有する原料噴出バーすの断面図
、第３図は第１図の先端部断面の詳細図、第４図は第１
図の内筒管先端部のアルミナ系固体微粒子が流通する流
通溝の構造図、第５図は第４図中の固体微粒子流通溝の
改良構造図、第６図は公知の噴流層ガス化装置の概略図
、第７図は本発明の噴流層ガス化炉及び原料供給系の概
略図、第８図は、自動制御装置作動時のΔｐと時間的経
過の関係を示す作動図、第９図は、本発明バーナを使用
した時の効果確認試験結果を示すグラフ、第１０図は、
分配管途中〜ガス化炉間差圧Δｐに及ぼす固体微粒子＋
ガス噴出口の位置の影響を示すグラフである。 １、内筒管中心流路 ３、ガス化剤吹き出し孔 ５、冷却水出口ライン ７、加圧用ガス供給口 ９、不燃性固体微粒子 ２、原料噴出孔 ４、冷却水入口ライン ６、ガス死刑供給ライン ８、圧力調節弁 １０、固体微粒子供給 ホツノ寸 １２、フィーダ １４、自動制御装置 １１、バルブ １３、各作動機構部 信号 分配器 原料供給ライン 差圧発信器 ２３、固体微粒子流通溝 バーナ本体 冷却水入口流通路 固体微粒子流通路 内筒管先端部 ノズルチップ内 テーパ部 ３５、常圧ホッパ ４１、エダクタ ４３、耐火物 １６、分岐管搬送ライン １８、旋回用ガス供給口 ２０、差圧検出ライン ２２、固体微粒子搬送用 ガス供給口 ２４、固体微粒子供給ラ イン ２６、冷却水出口流通路 ２８、ガス孔側流通路 ３０、原料流通路 ３２、ノズルチップ ３４、原料搬送ライン ３６、粉末固体燃料（石 炭及び液化残渣等） 供給ホッパ 原料盪送用ガス供 給口 ４２、ロードセル ４４、スラグ流下孔 ３７、加圧ホッパ　　　　３８゜ ３９、ロータリフィーダ　４０゜ ガス化炉 石炭バーナ スラグホッパ 水蒸気流量調節弁 ５６、分岐管搬送ライン ５８、集じん装置 ６０　　ライン ４６、ガス化炉反応部 ４８、スラグ流通ライン ５０、酸素流量調節弁 ５２、　５３．　５４．　５５．　　ガス孔側供給ライ
ン ５７、ガス化炉出口ライ ン ５９、脱硫装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、同軸上に円管を複数個重ね合わせて、その一番外側
   の外筒管内に冷却水を供給する流通路、一番外側の外筒
   管内と一番内側の内筒管内の中間にある中間筒管内に酸
   化分解剤を供給する流通路、一番内側の中心流路を有す
   る内筒管内に粉末固体燃料及び搬送用気体を供給する流
   通路を有し、その先端部出口で粉末固体燃料と酸化分解
   剤とを接触させる粉末固体燃料の酸化分解用バーナにお
   いて、数ミクロンの不燃性の固体微粒子を前記内筒管内
   に瞬間的に供給する手段を有することを特徴とする原料
   噴出バーナ。 ２、請求項１記載において、不燃性固体微粒子の流通路
   を有することを特徴とする原料噴出バーナ。 ３、請求項１又は２記載において、不燃性固体微粒子の
   供給速度を１００ｍ／ｓ以上とする手段を有することを
   特徴とする原料噴出バーナ。 ４、請求項１〜３のいずれか１項記載において、不燃性
   固体微粒子の供給装置を有することを特徴とする原料噴
   出バーナ。 ５、請求項４記載において、粉末固体燃料供給ラインの
   差圧を検知する差圧発振器と不燃性固体微粒子供給装置
   を連動させる自動制御機構を有することを特徴とする原
   料噴出バーナ。 ６、請求項１〜５のいずれか１項記載において、不燃性
   固体微粒子の供給を粉末固体燃料の供給を停止しないで
   行い閉塞部分を自動的に除去し復帰させる手段を有する
   ことを特徴とする原料噴出バーナ。 ７、請求項１記載において、不燃性固体微粒子の噴出口
   を、内筒管出口手前に複数個設置することを特徴とする
   原料噴出バーナ。 ８、請求項１記載において、不燃性固体微粒子を噴出口
   から直進または旋回を与えて噴出させる手段を有するこ
   とを特徴とする原料噴出バーナ。 ９、請求項１〜８のいずれか１項記載の原料噴出バーナ
   を、燃焼炉の燃焼部に設置したことを特徴とする燃焼炉
   。 １０、請求項１〜８のいずれか１項記載の原料噴出バー
   ナを、ガス化炉のガス化部に設置したことを特徴とする
   ガス化炉。 １１、請求項１０記載において、ガス化炉の後に生成ガ
   スの精製系を有することを特徴とするガス化試験装置。