JPH065392Y2 - 石炭ガス化炉用バーナノズル - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、石炭ガス化炉用バーナノズルに係り、特に、
耐摩耗性と耐熱衝撃性とに優れたバーナノズルの構造に
関するものである。

〔従来の技術〕

石炭ガス化炉は、大別して、固定床、流動床、および噴
流床の３方式に分類される。この中でも高効率大容量
化、広範囲端種適合性、環境保全性、信頼性等の総合的
観点から、現状では、石炭または液化残渣からＨ_２，Ｃ
Ｏを効率的に製造できる噴流床方式が最も有望視され、
その研究開発が急ピッチで進められている。

その噴流床方式の石炭ガス化炉の一例として、石炭バー
ナ２０，２１を組込んだ石炭ガス化炉の概略構造を第７
図に示す。ガス化炉本体は、大別すると、下部からスラ
グ冷却部１２、ガス化部１１、熱回収部１３の三つに分
けられる。石炭バーナ２０，２１からガス化部１１の内
部に微粉炭、酸素、および水蒸気を供給し、石炭を高温
度で、短時間にガス化させ、Ｈ_２，ＣＯを生成ガス１４
としてガス化炉上部から得るようになっている。

〔考案が解決しようとする課題〕

ガス化炉の温度は、石炭灰を溶融し、炉底部のスラグタ
ップ１８から溶融状態でしかも安定にスラグ冷却部１２
へ流す温度でなければならない。したがって、噴流床方
式のガス化温度は、固定床での４００〜１４００℃、流
動床での８００〜１１００℃に対して、最も高温度の１
５００〜１７００℃とする必要がある。このため、ガス
化炉は極めて過酷なプロセス環境を安定かつ高信頼性の
もとに維持し得る装置でなければならない。特に、本発
明の石炭バーナ２０，２１は、粉砕された石炭をガス化
炉に供給する機能を果たし、石炭バーナ２０，２１の先
端は炉内雰囲気温度にさらされて加熱されるために、炉
壁用耐火物と同等の耐熱性、耐ガス浸食性、および耐ス
ラグ浸食性も要求される。一方、バーナノズル孔から
は、第８図に示すように、石炭粒子１が酸素２とともに
高速噴射されるので、過酷な摩耗にも耐えることが必要
となる。

第８図は、従来技術の一例としてＳＵＳ３０４ステンレ
ス鋼製のバーナノズルの断面を示したものである。石炭
燃料１と酸素２の衝突域２４の近傍には、著しい摩耗損
傷２６が生ずる。すなわち、上記従来技術では、石炭ガ
ス化炉用バーナノズルに特に重要な材料面での信頼性に
対する配慮がなく、摩耗損傷により燃料の制御が不能と
なり、ガス化炉の信頼性が低いという重大な問題があっ
た。

この問題を解決するために、例えば特公昭６２−６０６
０９号等において、耐摩耗性に優れたセラミックを金属
製ノズルの内面に嵌め込んだ構造が提案されている。し
かし、セラミックは耐熱衝撃性に劣るという欠点があ
る。

本考案の目的は、耐摩耗性と耐熱衝撃性に優れガス化炉
の信頼性を向上させることが可能な石炭ガス化炉用バー
ナノズルを提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本考案は、上記目的を達成するために、石炭と酸素とを
混合して噴霧する金属製ノズル内に耐摩耗性セラミック
チップを挿入して形成される石炭ガス化炉用バーナノズ
ルとして、前記セラミックチップの肉厚内部に軸方向貫
通孔を複数設け、当該貫通孔から前記セラミックチップ
放射方向に切欠溝を形成した石炭ガス化炉用バーナノズ
ルを提案するものである。

前記セラミックチップは、前記切欠溝を互い違いに配列
した複数個のドーナツ状セラミックチップとすることが
望ましい。

〔作用〕

セラミックチップ内外面の温度差による熱応力が原因で
発生するおそれのある亀裂の進展は、セラミックチップ
の軸方向内部に貫通孔を設け、この貫通孔からセラミッ
クチップの放射方向に切欠溝を形成したことにより阻止
される。

また、熱衝撃および外筒金属との熱膨張差に起因する外
力による割れは、ドーナツ状の複数個のチップの組合せ
構造により解決される。

〔実施例〕

次に、第１図〜第３図および第７図を参照して、本考案
による石炭ガス化炉用バーナノズルの一実施例を説明す
る。

第１図は本考案によるセラミックチップを嵌め込んだバ
ーナノズルの構造を示す断面図、第２図はバーナノズル
の外観を示す斜視図、第３図は軸に直角に切った断面
図、第７図は石炭ガス化炉の全体構造の概略を示す図で
ある。

石炭ガス化炉は、石炭バーナ２０，２１から投入された
石炭、酸素、および水蒸気をガス化部１１内において１
５００〜１７００℃の高温度でガス化反応させ、Ｈ_２，
ＣＯに富んだ生成ガス１４を熱回収部１３から回収する
ものである。一方、問題となる石炭バーナ２０，２１
は、粉砕された石炭をガス化炉に供給するものであり、
その先端のバーナノズルからは石炭粒子が酸素とともに
高速で噴射される。

本実施例では、従来技術の問題点を解決するために、ま
ず、第１図に示すように、耐摩耗性に優れたセラミック
（Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＣ，ＳｉＮ_４等）チップ３を、石炭
１と酸素２の衝突域であり摩耗損傷の著しい金属製ノズ
ル内面に嵌め込み押え金具４により固定する構造とし
た。

ところで、セラミックチップ３は耐摩耗性には優れてい
るものの、熱応力に対しては非常にもろい欠点がある。
特に、石炭ガス化炉の炉内は１６００〜１７００℃とい
う高温度になるところから、セラミックチップ３を組込
んだバーナノズル全体の断面構造を示す第６図から明ら
かなように、セラミックチップ３外周近傍部は冷却水入
口８から冷却水出口９に循環する冷却水による水冷構造
になっている。

そこで、運転時に円筒状セラミックチップ３の内面は火
炎の輻射熱により加熱され、外面は冷却水により冷却さ
れるために、内外面の温度差による熱応力が生ずる。こ
の熱応力により内表面または外表面に発生した微細な割
れは、運転中の起動−停止またはその繰返し熱サイクル
を受けて、さらには金属外筒との熱膨張差に起因する外
力により増大、進展して内外面を貫通し、破断に至って
いた。

本考案では、第２図および第３図に示すように、セラミ
ックチップ３の肉厚内部に軸方向貫通孔６を設けてある
ので、内表面に発生し内表面から外表面にかけて進展す
る微細割れも、また逆に外表面から内表面にかけて進展
する微細割れも、貫通孔６で一旦阻止されることから、
内外面を貫通する割れによる破壊がなくなる。

さらに、前記貫通孔６からセラミックチップ放射方向に
切欠溝７を形成してあるから、セラミックチップ３の内
周面と外周面との伸びの差はこの切欠溝７で吸収でき、
温度差による割れもなくなる。

本考案の他の実施例を第４図および第５図に示す。いず
れの例も、第２図実施例を輪切りにしてドーナツ状と
し、円筒長さａと外径ｂの比ａ／ｂを０．５〜１．０程
度にしたものである。この比はそれ以外の値にしても良
いことは勿論である。第５図実施例はさらに、前記貫通
孔６と切欠溝７とを形成し、貫通孔６の位置が互い違い
になるように配列したものである。

これらの実施例においては、いずれも応力を局所的に吸
収するので、ガス化炉の急激な起動−停止さらにはその
繰返しが主原因と考えられる熱衝撃による破損を防止で
き、水冷構造の内外面の温度差による熱応力に起因する
割れの発生（飛散）防止に著しい効果がある。

〔考案の効果〕

本考案によれば、肉厚内部に軸方向貫通孔を設けその貫
通孔から放射方向に切欠溝を形成したセラミックチップ
が提供され、さらに、軸方向に輪切りにして複数個のド
ーナツ状としその外周に形成した切欠溝の位置を互い違
いに配列したセラミックチップが得られるので、耐摩耗
性は勿論のこと耐熱衝撃性および耐割れ性に優れたバー
ナノズルを実現でき、石炭ガス化炉の信頼性が大幅に向
上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案によるセラミックチップを嵌め込んだ石
炭ガス化炉用バーナノズルの構造を示す断面図、第２図
はバーナノズルの外観を示す斜視図、第３図は軸に直角
に切った断面図、第４図および第５図はドーナツ状のチ
ップを組合せた実施例を示す斜視図、第６図はバーナノ
ズル全体の断面構造を示す図、第７図は石炭ガス化炉の
全体構造の概略を示す図、第８図は従来のバーナノズル
の断面図である。 １……石炭燃料、２……酸素、 ３……セラミックチップ、４……押え金具、 ５……溶接部、６……貫通孔、７……切欠溝、 ８……冷却水入口、９……冷却水出口、 １１……ガス化部、１２……スラグ冷却部、 １３……熱回収部、１４……生成ガス、１５……炉壁、 １６……固相スラグ、１７……液相スラグ、 １８……スラグタップ、１９……ガスタップ、 ２０，２１……石炭バーナ、２２……炉床板、 ２３……冷却槽、２５……衝突域、２６……摩耗部、 ａ……長さ、ｂ……外径。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】石炭と酸素とを混合して噴霧する金属製ノ
   ズル内に耐摩耗性セラミックチップを挿入して形成され
   る石炭ガス化炉用バーナノズルにおいて、 前記セラミックチップの肉厚内部に軸方向貫通孔を複数
   設け、当該貫通孔から前記セラミックチップ放射方向に
   切欠溝を形成したことを特徴とする石炭ガス化炉用バー
   ナノズル。
2. 【請求項２】請求項１記載の石炭ガス化炉用バーナノズ
   ルにおいて、 前記セラミックチップが、前記切欠溝を互い違いに配列
   した複数個のドーナツ状セラミックッチップからなるこ
   とを特徴とする石炭ガス化炉用バーナノズル。