JPH04163B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は石炭粉といつた微細に分割された固体
燃料を酸素または酸素含有気体と一緒にバーナー
を経て反応器空間へ導入する、該微細に分割され
た固体燃料の部分燃焼方法に使用するためのバー
ナーに関する。

固体燃料の、ガス化としても知られている部分
燃焼は、固体燃料の酸素との反応により得られ
る。該燃料は有用な成分として主として炭素およ
び水素を含み、それらは供給された酸素−および
ことによるとスチームおよび二酸化炭素−と反応
して一酸化炭素および水素を生ずる。温度に依つ
てはメタンの生成も可能である。本発明は主とし
て石炭粉に関して記載されているが本発明のバー
ナーは亜炭、微粉砕された木材、ビチユーメン、
すすおよび石油コークスといつた部分的に燃焼し
うる他の微細に分割された固体燃料にも適する。
該ガス化法において純酸素または空気または空気
と酸素の混合物といつた酸素含有気体を使用しう
る。

固体燃料の部分燃焼には一般に２つの異なる方
法がある。第１の方法においては粒状の固体燃料
を酸素または酸素含有気体と反応器中で固定また
は流動床中で1000℃より低い温度で接触させる。
この方法の欠点は、すべての型の固体燃料がこの
方法で部分燃焼しうるわけではなく、これがこの
方法の融通性を制限するということである。例え
ば高膨潤性石炭は不適当である。というのはその
ような型の石炭の粒子は容易に焼結して反応器の
閉塞の危険があるからである。域場合にはこの型
の方法で得られるメタンの高収量は欠点となる。

より有利な方法においては微細に分割された固
体燃料を比較的高速度で反応器中に通す。反応器
中に炎を維持しその中で燃料が酸素または酸素含
有気体と1000℃より高い温度で反応する。第１の
ガス化法とは反対に反応器中の燃料の滞留時間は
この方法では比較的短かく、いずれにしても固体
燃料の焼結を防ぐに充分な短かさである。従つて
最後に述べた方法は比較的広範囲の固体燃料のガ
ス化に適する。

後者の方法では固体燃料は通常キヤリア気体中
でバーナーを経て反応器に通され、一方酸素また
は酸素含有気体もバーナーを経て反応器に通され
る。固体燃料は、微細に分割されている場合で
も、通常噴霧化された液体燃料または気体燃料よ
りも反応性が低いので、燃料と酸素の混合の仕方
には大いに注意を払わなければならない。混合が
不充分だと、固体燃料の或部分は充分な酸素を受
取らず燃料の他の部分は多すぎる酸素を受取ると
いう事実によつて惹起される過熱域の隣りに熱不
足域が反応器中に発生する。熱不足域では燃料は
完全にはガス化せず、一方過熱域では燃料はあま
り価値のない生成物即ち二酸化炭素および水蒸気
に完全に転化される。反応器内の局部的高温度は
更に通常反応器壁の内面に配置される耐火物ライ
ニングに損傷を生ずるという欠点を有する。

ガス化プロセスを通じての固体燃料と酸素の充
分な混合を得るための主な要件は、バーナー燃料
出口への固体燃料の安定な供給である。酸素と固
体燃料の緊密且均一な接触を生じさせるには、固
体燃料の供給は更に燃料出口全体にわたり均一に
分配されるべきであり、一方酸素または酸素含有
気体は固体燃料の流れに均一に供給されるべきで
ある。

ガス化プロセス中の熱負荷により惹起されるバ
ーナー前部の損傷を防ぐために更に注意が払われ
るべきである。バーナー前部を過熱から保護する
ために、バーナー前部付近での供給酸素と反応器
中に既に生成した一酸化炭素および水素の早期接
触この接触はバーナー前部に熱炎前面に生ずるで
あろう−を防ぐ必要がある。

本発明の目的は、微細に分割された固体燃料の
部分燃焼方法のためのバーナーであつて、固体燃
料の最適な部分燃焼を保証するために固体燃料と
酸素の充分な混合が得られるようなやり方で固体
燃料がバーナーを経て反応器に供給され、そして
酸素と反応器中に既に生成した気体混合物の早期
混合によるバーナー前部の過熱が防止される前記
バーナーを提供することである。

微細に分割された固体燃料の部分燃焼方法は本
発明によれば、微細に分割された固体燃料のコア
を反応器空間中に導入し、酸素または酸素含有気
体を該コアのまわりに供給しそして微細に分割さ
れた固体燃料の環を固体燃料のコアおよび酸素ま
たは酸素含有気体のまわりに供給することを含
み、微細に分割された固体燃料および酸素または
酸素含有気体はバーナーを経て反応器空間中に導
入し、この場合微細に分割された固体燃料をバー
ナーの中心路に導入し、そして酸素または酸素含
有気体を別個に中心路の外側でバーナー中に導入
し、そして固体燃料のコアと固体燃料の環の間の
反応器空間中に酸素または酸素含有気体を供給す
るために、バーナー中で酸素または酸素含有気体
を該路の外側から固体燃料流に関して少なくとも
部分的に傾斜した方向で中心路中に流れさせる。

前記目的をかなえるために本発明による微細に
分割された固体燃料の部分燃焼用バーナーは、燃
料出口、微細に分割された固体燃料を燃料出口へ
供給するための中心燃料路、複数のオキシダント
出口を含むオキシダント出口系、および中心燃料
路の外側に配置された酸素または酸素含有気体
（オキシダント）の供給のためのオキシダント路
を含む微細に分割された固体燃料の部分燃焼用バ
ーナーであつて、オキシダント路は中心燃料路中
の流れ方向に関して少なくとも部分的に傾斜した
少なくとも１つの連結路を経てオキシダント出口
に連通し、そしてオキシダント出口系全体はオキ
シダント出口が燃料出口を、中心に配置された域
と実質的に同心の環状域とに分けるように燃料出
口内に配置される。

本発明による方法およびバーナーにおいて、バ
ーナーを通る固体燃料流は酸素または酸素含有気
体流によつて殆んど撹乱されず、従つて反応器空
間へ入る固体燃料のコアおよび環は実質的に均一
である。酸素または酸素含有気体のまわりの固体
燃料の環は、酸素または酸素含有気体と反応器空
間中に既に生成した気体混合物との早期混合を防
ぐシールドを形成し、それによりバーナー前部を
過熱から防ぐ。

本発明を添付の図面を参照して例としてのみ更
に詳細に説明する。

図中に示した同一の要素は同じ参照番号で示さ
れることに留意されるべきである。

第１，２および３図について述べると、石炭粉
の如き微細に分割された固体燃料の部分燃焼のた
めの、参照番号１で一般に示されるバーナーは、
バーナーの縦軸４に直角の前面３を形成する拡大
された端部を有する円筒状中空壁員２を含む。中
空壁員２はバーナー前面３に近接して配置された
拡大された端部６を有する同心壁５を内部に備え
る。同心壁５は中空壁員２の内部を、図示されて
いない導管手段を経て壁員２の内部へ供給されそ
して該内部から排出される冷却流体用の通路７お
よび８および遷移通路９に分けるに役立つ。中空
壁員２は固体燃料用の出口を形成する自由端１１
を有する微細に分割された固体燃料用の中心路１
０を囲む。

バーナー１は更に酸素または酸素含有気体用の
出口を形成する自由端１３を有する酸素または酸
素含有気体用の導管手段１２を含む。導管手段１
２は中心路１０のまわりに円心的に配置された環
状路１４および環状路１４と出口１３の間の流体
連絡を形成する複数の連結部１５から構成され
る。環状路１４に関して均一に分配された連結路
１５はそれぞれ中心路１０の外側の或位置から該
中心路の内側の或位置へ延びる傾斜部１６を有す
る。連結部１５の傾斜部１６の傾斜角は中心路１
０を通る固体流が該部１６の存在により殆んど撹
乱されないように選択されるべきである。

酸素または酸素含有気体用の出口を形成する導
管手段１２の自由端１３はバーナー縦軸４上に中
心を有する円の周上に均一に分配され、それによ
り固体燃料用の出口１１を第１の中心域１７と第
２の同心的に配置された環状域１８に分ける。

石炭の空気でのガス化のための上記バーナーの
操作の間、キヤリヤ流体に浮遊させた石炭粉はバ
ーナーの下流に配置された反応器空間に入るため
に中心路１０中を出口１１へ通される。同時に空
気が反応器空間中で固体燃料と接触するために環
状路１４を通りそして連結路１５を経て出口１３
へ通される。出口１１の環状域１８を経て反応器
空間へ入る固体燃料の環はバーナー前面３を過熱
から防ぐシールドを形成する。連結路１４の傾斜
部１６の下流の中心路１０の長さは、該傾斜部１
６を通つた時に撹乱が起つた場合の固体燃料の安
定化のために充分大きく選ばれるべきである。傾
斜部１６は固体流のほんの少しの部分を横切るだ
けなので、石炭流中の撹乱はほんの少しであろ
う。域１８を経てバーナー１を離れる固体燃料の
環は酸素含有気体と環中のすべての固体燃料との
接触を許容するに充分な狭さであるべきである。
しかし環の幅は固体燃料の安定流を維持するに充
分な大きさであるよう注意が払われるべきであ
る。固体燃料の環の適当な幅は３ないし20mmの範
囲内で選ばれる。さらにもつと適当な幅は３ない
し10mmの範囲である。

固体燃料の流れ安定性は、例えば中心路中に配
置される図示されてないそらせ板により、中心路
１０の環状部に渦巻き運動を発生させることによ
り更に改善されうるであろう。

上記バーナーの本発明による第１の代替物を示
す第４−６図について述べる。

本発明の該第２の実施態様において、参照番号
２０で一般的に示されるバーナーの固体燃料用の
中心路１０は比較的狭い部分２１、切頭円錐台形
遷移部分２２およびバーナー前面３における拡大
された部分２３を有する。

中心部１０中で固体流を方向づけるために、ブ
ラツフボデイ２４が複数のスペーサ２５によつて
遷移部分２２内の中心に配置される。酸素または
酸素含有気体用の導管手段は、固体燃料用の中心
路の比較的狭い部分２１を取囲む第１の環状路２
６、および固体燃料路の拡大された部２３内に配
置された第２の環状路２７により形成される。第
２の環状路２７は、固体燃料用の出口１１内に酸
素または酸素含有気体用の環状出口２８を形成す
る開放端を備える。環状路２６と２７の間の流体
連絡は、中心路１０内の固体燃料の流れ方向に関
し傾斜した複数の連結路２９を経て達成される。
遷移部分２２の位置で連結路２９は固体燃料用の
中心路に入る。

第４−６図に示すバーナーの運転中、中心路１
０の部分２１を経て遷移部分２２に入る石炭粉は
拡大された部分２３へ向かつて横外方向へ流れる
ことを強制される。ブラツフブデイ２４は石炭用
の中心路の拡大された部分２３にあまねく石炭を
分配するのを促進する。同時に空気が環状路２６
および連結部２９を経て環状路２７および出口２
８へ運ばれる。石炭流の速度および密度が中心路
を通して実質的に一定となるように、固体燃料の
ために利用しうる拡大された部分２３の断面積
は、固体燃料用の中心路の部分２１の断面積と実
質的に等しく選択するのが適当である。連結部２
９が中心路１０にその遷移部分２２で入るように
連結路２９を配置することにより、連結路２９を
通過時若干撹乱されうるであろう石炭流は拡大さ
れた部分２３の断面にわたり容易に再分配されう
る。

本発明の更に他の実施態様を示す第７−９図に
ついて述べる。

この実施態様において固体燃料用の中心路は第
４−６図に示したバーナーにおける固体燃料路と
同じ形を有する。

この本発明の更に他の実施態様において酸素ま
たは酸素含有気体は環状路２６および各々環状路
２６との間の流体連絡を形成しそして酸素または
酸素含有気体用の出口３１を形作る開放端を有す
る複数の部分的に傾斜した連結路３０を経て運ば
れる。図中に明示されているように、路３０は
各々、路３０を去る酸素または酸素含有気体に固
体燃料のコア１４に対し接線方向の速度成分を供
給するために、バーナーの中心路１０に関しラセ
ン状に配置された端部３２を有する。酸素または
酸素含有気体の渦巻き運動がそのように生じ、こ
れは該気体と微細に分割された固体燃料の混合を
促進する。上記端部３２を有する路３０の配置で
は、固体燃料の環１８は、路３０からの気体と該
環からの固体燃料との充分な接触を可能とするよ
う比較的浅く選ばれるべきであることは理解され
るであろう。

酸素または酸素含有気体の縦方向および切線方
向の速度成分の他に、それぞれ固体燃料のコアお
よび環との混合を促進するために内向または外向
放射方向速度成分を該気体に付与してもよい。

本発明はバーナーの熱負荷を制御するための特
定の手段に限定されるものでないことは留意され
るべきである。内部冷却流体通路を有する中空壁
員の代りに、バーナーは例えばバーナー運転中の
熱負荷に耐えるためのバーナー前壁外面上に適用
された適当な耐火物ライニングを備えていてもよ
い。

更に、高仕事率の運転のためには、通常金属か
らなる酸素のための路および導管は、ZrO₂また
はセラミツクのような酸化物コーチングで内部を
被覆して、酸素による金属燃焼の危険なしに高い
酸素速度の適用を可能にするのが好ましいことが
言及される。

本発明は、酸素路が固体燃料用の中心路に関し
て好ましくは実質的に一様に分配されているとい
う条件で、酸素路の特定の数に限定されるもので
ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるバーナーの前部の縦断面
図；第２図は第１図の−の正面図、第３図は
第１図の−横断面図；第４図は第１図に示し
たバーナーの第１の代替物の前部の縦断面図；第
５図は第４図の−の正面図；第６図は第４図
の−の横断面図；第７図は第１図に示したバ
ーナーの第２の代替物の前部の縦断面図；第８図
は第７図の−の正面図；第９図は第７図の
−の横断面図である。 １，２０…バーナー、１０…固体燃料用中心
路、１２…酸素または酸素含有気体用導管手段、
１３，２８，３１…酸素または酸素含有気体用出
口、１７…固体燃料用出口の中心域、１８…固体
燃料用出口の環状域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃料出口、微細に分割された固体燃料を燃料
   出口へ供給するための中心燃料路、複数のオキシ
   ダント出口を含むオキシダント出口系、および中
   心燃料路の外側に配置された酸素または酸素含有
   気体の供給のためのオキシダント路を含む微細に
   分割された固体燃料の部分燃焼用バーナーであつ
   て、オキシダント路は中心燃料路中の流れ方向に
   関して少なくとも部分的に傾斜した少なくとも１
   つの連結路を経てオキシダント出口に連通し、そ
   してオキシダント出口系全体はオキシダント出口
   が燃料出口を、中心に配置された域と実質的に同
   心の環状域とに分けるように燃料出口内に配置さ
   れる前記バーナー。 ２ オキシダント路と中心燃料路が実質的に一致
   する中心縦軸を有する特許請求の範囲第１項記載
   のバーナー。 ３ オキシダント出口が実質的に環状でありそし
   て燃料出口中に実質的に同心的に配置される特許
   請求の範囲第１または２項記載のバーナー。 ４ 中心燃料路に関して実質的に一様に分配され
   た複数の傾斜した連結部を備えた特許請求の範囲
   第１−３項のいずれか１項に記載のバーナー。