JPH0451725B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、微細分された固体燃料のガス化のた
めのバーナーに関する。

固体燃料のガス化は、一酸化炭素および水素と
から主として構成される生成ガスを生成するため
に、準化学量論量の純粋な酸素または空気のよう
な酸素含有ガスと共に、固体燃料を部分燃焼させ
る方法として定義され得る。燃焼媒体の構成物に
依存して、生成ガスは、有益となり得るかまたは
汚染物として考えられ得るその他の物質を更に含
む。

本発明は、主として微粉炭について参照しつつ
記載されるであろうけども、本発明に関するバー
ナーおよび方法は、亜炭、木材、ビチユーメン、
すすおよび石油コークスのような、ガス化出来る
その他のタイプの固体燃料に対しても更に好適で
あることに注意すべきである。

良く知られたガス化方法に従えば、微細分され
た状態の固体燃料は、担体ガスと共にバーナーを
介して反応器区域に向かつて通過し、その間燃焼
媒体は、バーナー内部で固体燃料流に付加される
か、あるいは前記反応器区域内へ別個に導入され
る。反応体が互いに効果的に混合されることに、
多大な注意が払われなければならない。もし反応
体が互いに密接な接触を生じなければ、酸素およ
び固体燃料は、少なくとも部分的に独立した流れ
径路を辿つて反応器内部に流れるであろう。反応
器区域は、主として高温の一酸化炭素および水素
で満たされているので、酸素は固体燃料の代りに
これ等のガスと急速に反応するであろう。そのよ
うに反応して形成された非常に高温の燃焼は２酸
化炭素と水蒸気とを生成し、その２酸化炭素と水
蒸気もまた、比較的に低温の固体燃料流とわずか
な接触しか有しない独立した流れ径路を辿るであ
ろう。酸素のこのような作用は、反応器内に局部
的な高温地点を生ずるであろうし、それにより反
応器の耐火性内張に対して損傷を生じ、そして適
用させたバーナーに対する熱流束（heat flwx）
が増加する可能性がある。

固体燃料と酸素との十分な混合は、バーナーそ
れ自体の中で酸素を固体燃料に付加することによ
り達成出来る。この方法の欠点は、然しながら−
特に高圧のガス化においては−、バーナーの設計
および作動が高度に限界的なものであるという点
より構成される。この原因は、混合の瞬間と燃
料／酸素混合物が反応器区域に入り込む瞬間との
間の経過時間が、混合物の燃焼誘導時間よりもい
つも短くなければならないことである。その上、
フラツシユバツク現象を避けるために、バーナー
内の混合物の速度は火炎伝播速度よりも速くなけ
ればならない。然しながら、ガス化圧力の上昇に
際して、燃焼誘導時間は短縮されそして火炎伝播
速度は増加する。更に、もしバーナーが低燃料負
荷で作動される場合、換言すると、もしバーナー
内の燃料／酸素混合物の速度が低い場合、燃焼誘
導時間またはフラツシユバツク状態は、バーナー
それ自体内に容易に達し、その結果バーナーに対
して過熱を生じそしてバーナーに対して激しい損
傷を与える可能性がある。

早期燃焼についての上記の問題は、燃焼と酸素
がバーナーの外側の反応器区域内で混合される場
合には生じない。この場合、上述したように、燃
料の効果的なガス化のために必要な十分な混合を
保証するために特別な措置が講じられるべきであ
る。燃料および酸素の反応器区域内のバーナーの
外側での混合の欠点は、反応器区域内に存在する
生成ガス、すなわち一酸化炭素および水素、と酸
素との早期接触により発生する高温の火炎のた
め、バーナー前面が過熱することである。燃料と
酸素との密接な混合を促進するために、酸素を高
速度ジエツトとして燃料流内に加えることが既に
提案されている。そのような高速度ジエツトは、
然しながら、反応ガスの容易な混入を、反応器空
間における過熱区域形成の危険性と共に生じさせ
る。既に上述したように、そのような過熱区域
は、反応器の耐火性内張およびバーナーの前方部
分に対する損傷の原因に容易になり得る。

本発明の１つの目的は、固体燃料のガス化のた
めの改良されたバーナーであつて、既知のバーナ
ーを使用した場合における燃料／酸素の混合に伴
う上記の欠点を有することなく、バーナー外側で
燃料と酸素との適当な混合が達成出来るようなバ
ーナーを提供することである。

酸素供給通路と、該酸素供給通路の内側で同軸
線上に配置された固体燃料供給通路を含み、該固
体燃料供給通路は、中央の酸素出口通路と環状の
酸素出口通路との間に配置された固体燃料出口通
路へ合流している微細分された固体燃料のガス化
のためのバーナーにおいて、該酸素供給通路は中
央の高速度酸素出口通路に合流し、かつくびれた
通路を介して別体の環状の低速度酸素出口通路へ
合流しており、前記くびれた通路は、前記の中央
の高速度酸素出口通路の上流側端部またはその下
流側に配置されている、ことを特徴とする固体燃
料ガス化のためのバーナーに関するものである。

中央の酸素供給通路と管状の低速度酸素出口通
路との間のくびれた通路は、異なつた複数の態様
で形成され得る。酸素の一様な流出を促進するた
めに、このくびれた通路は好ましくは、管状の低
速度酸素出口通路上に一様に分布された複数の通
路、または環状の低速度酸素出口通路と同軸線に
配置された環、のいずれかにより形成される。

低速度酸素出口通路からの酸素の流出速度を更
に減少させるため、環状の低速度酸素出口通路は
好ましくは下流側方向に徐々に拡大されている。
この態様において中央の酸素供給通路内の酸素速
度は、本発明に関するバーナーの作動中に低速度
酸素出口通路より流出する低速度酸素のシールド
作用に影響を及ぼすことなく、比較的高速度に選
択されることが出来る。

作動中、低速度酸素出口通路より流出する低速
度酸素は、高速度酸素および固体燃料流の周囲に
シールドを形成し、それにより高速度酸素流によ
る高温反応ガスの過度の吸い込みを防止する。高
温の反応ガスをバーナー表面に沿つて吸い込むこ
とは、過熱を生じ得そしてバーナーそれ自体にま
でも損傷を与え得る。バーナー前面の過熱を防止
する保護シールドを形成することは別として、該
低速度酸素流は、固体燃料のガス化を完全にする
ため酸素を付加的に供給するのに更に役立つ。

ガス化されるべき固体燃料の質は、純粋な酸素
または酸素含有ガスにより形成されたガス化媒体
と固体燃料との適当な接触に必要な混合度に対す
る必要条件を設定する。所要の混合度に応じて、
固体燃料出口通路は中央の高速度酸素出口通路に
対して平行に、または下流側方向に前記高速度酸
素出口通路に向かうテーパーを有する位置に配置
され得る。

低速度酸素シールドの最適な効果を達成するた
めに、該シールドは好ましくは、固体燃料流の周
囲を密封するように形成されるべきである。この
ことは、環状の低速度酸素出口通路と固体燃料出
口通路とは、平行な径路を辿るように配置される
べきことを意味し、また換言すれば、両通路は中
央の高速度酸素出口通路に対する平行であるか、
または下流側方向にテーパーを有するかのいずれ
かであるべきことを意味する。

もし提案されたバーナーが固体燃料の比較的低
い処理量を目的としている場合には、固体燃料出
口通路は、中央の高速度酸素出口通路を環状の低
速度酸素出口通路から分離している環状の導管に
より都合良く形成され得る。該環状の導管は、総
ての固体燃料の粒子が酸素と接触出来るようにす
るため、寧ろ限定された厚さを有する。

比較的大きな処理量を完了するためには、環状
の出口通路の適用をやめることが得策である。そ
のような環状のものでは寧ろ大きな厚さを有する
必要があるので、総ての固体燃料粒子を酸素と接
触させるのに適当ではないからである。

もし提案されたバーナーが大きな処理量を目的
としている場合には、固体燃料出口通路を間隔を
おいて離れた比較的小さな複数の出口導管により
形成することは、それ故に得策である。この具体
例の１つの利点は、各々が酸素により十分に包囲
される比較的細い複数の固体燃料流を発生させる
ことが出来るという点より構成される。これ等の
導管は好適には、中央の高速度酸素出口通路を環
状の低速度酸素出口通路から分離している管状要
素上に、一様に分布される。該固体燃料出口導管
は該管状要素の外側またはその内側表面にて配置
され得る。

本発明に関する上記バーナーの変更例において
は、筒状部材の壁部には固体燃料の通路のための
穴が設けられている。

固体燃料供給通路は好ましくは円筒形状を有す
る通路により形成され、該通路はバーナー内部で
対称的な配置を得るために酸素供給通路の内側の
中央に配置されており、該対称的な配置は作動中
振動を減少するのに都合が良い。当該技術におい
て知られているように、固体燃料出口通路の横断
面積は固体燃料通路中のよどみ区域形成の危険を
防止するために、好ましくは固体燃料出口通路の
横断面積と等しく選択される。

中央の出口通路における酸素の速度は、固体燃
料流の容易な分散が出来るため十分に高速に選択
されるべきである。中央の酸素の好適な速度は、
少なくとも60ｍ／secに選択され、更により好適
には酸素の速度は少なくとも90ｍ／secである。
酸素供給通路内の酸素流速度を、中央出口通路内
の酸素の要求される最小速度に影響を与えること
なく許容され得るレベルに維持する為に、中央の
高速度酸素出口通路とくびれた通路との全横断面
積は、好ましくは酸素供給通路の横断面積と実質
的に等しく、更により好ましくは酸素供給通路の
横断面積よりも小さい。

更に本発明は微細分された固体燃料のガス化の
ための方法に関し、該方法は本発明に関し上述し
たタイプの１つまたはそれ以上のバーナーを使用
することにより構成される。そのようなバーナー
を使用する場合、ガス化されるべき固体燃料は高
速度酸素の流れを囲む環としてバーナー下流側の
反応器空間内に導入され、一方固体燃料の環状流
それ自体は、低速度酸素の保護シールドにより包
囲される。

固体燃料のまわりの環および中央の酸素通路よ
り出る酸素は、他にも役立つが、固体燃料のガス
化を完全にするためにより以上の燃焼媒体として
役立つ。既に上述したように、環状の低速度酸素
流は、固体燃料流および中央の高速度酸素流の周
囲にシールドを形成するという更に別の機能を有
し、それにより高速度酸素流に向かつて高温の反
応ガスがバーナー前面に沿つて吸い込まれること
を抑制している。低速度酸素のシールドは更に固
体燃料の逃出しを抑制し、それにより交換速度、
すなわち供給された固体燃料の量に対する有益な
製造ガスに変換される固体燃料の量、に都合良く
影響する。

バーナー前面に沿つて高温の反応ガスが吸い込
まれるのを十分抑制することを達成するために、
環状の低速度酸素流の速度は好ましくは大きくて
も50ｍ／secであり、より以上に好ましくは大き
くても30ｍ／secである。

ガス化の目的は別として、中央の酸素流は固体
燃料流の分散に役立つという主要な機能を有す
る。中央の酸素の速度は、固体燃料流を分散する
のに十分な運動量を提供するため、好ましくは少
なくとも約60ｍ／secの大きさ程度にあるべきで
ある。更により好適には、中央の酸素流は少なく
とも90ｍ／secの速度を有する。

反応器温度を許容されるレベルにおいて維持す
るために、酸素供給通路を介して通過する酸素に
対して調節ガス（moderator gas）が付加され得
る。該調節ガスは、例えば水蒸気、２酸化炭素、
窒素および冷却反応ガスにより形成され得る。

本発明は、今添付図面を参照しており一層説明
されるであろう。

本発明は、これ等の図面に基づいた記載によつ
て何ら限定されるものではないことに注意すべき
である。

図面の第１図および第２図は本発明に関するバ
ーナーの第１の実施例を表わし、全体を参照番号
１で示された該バーナーは、微粉炭のような微細
分された固体燃料のガス化を目的とするものであ
る。前記バーナー１は、実質的に円筒形をしてお
り内側が冷却された中空壁部材２を構成し、該壁
部材はバーナー前面３を形成している拡大した端
部を有しており、該バーナー前面はバーナーの縦
方向軸線４に対して実質的に垂直に延びている。
該中空壁部材２の内側には同心の仕切り壁５が設
けられており、該仕切り壁はバーナー前面３近傍
に配置された拡大端部６を有している。該仕切り
壁５は中空壁部材２の内部を通路７と８とに分離
し、冷却流体がその内部を通つて循環するように
している。中空壁部材２は、実質的に中央に配置
された酸素供給通路９を包囲しており、該酸素供
給通路は、固体燃料供給通路が位置していると実
質的に同心的に配置されている。この固体燃料供
給通路１０は、実質的に円筒形の壁部１１によつ
て酸素供給通路９より分離されている。

第１図に関する実施例においては、該固体燃料
供給通路は、バーナー前面近傍にて４本に間隔を
おいて離された固体燃料出口通路１２に分けられ
ており、該出口通路は互いに間隔をあけて位置し
ている。固体燃料供給通路１０より固体燃料出口
通路１２内への固体燃料のなめらかな流出を保証
するため、固体燃料出口通路の上流部分は、外方
へ向かつてわずかに傾斜している。第１図中に示
すように、固体燃料出口通路１２の上流部分は固
体ブロツク１３内に設けられた穴により形成さ
れ、該ブロツクは複数のスペーサー要素１４を介
して酸素供給通路９内の実質的に中央に取り付け
られている。固体燃料出口通路１２の大部分は、
固体ブロツク１３にしつかりと固着された管状要
素１５により形成されている。固体燃料通路内の
よどみ区域の発生を更に防止する為に、固体燃料
出口通路１２の全横断面積は、固体燃料供給通路
１０の横断面積と実質的に等しく選択される。

酸素供給通路９は、バーナー全面３の近傍で、
中央の高速酸素出口通路１６に合流し、かつ実質
的に環状のくびれた通路１７を介して実質的に環
状の低速度出口通路１８に合流する。第１図中に
明瞭に示されているように、該通路１７と１８
は、ベンチユリ管形状をした実質的に環状の開口
の部分を事実上形成する。低速度酸素出口通路１
８の拡大の比率は、前記通路より流出する酸素の
所望の速度に依存する。

環状の低速度酸素出口通路は、実質的に同心に
配置された中空管状要素１９の装置により中央の
高速度酸素出口通路１６から離隔され、該中空管
状要素１９は、固体燃料の通路のための管状要素
１５を囲つている。

既述のごとく、第１図および第２図に記載の実
施例１では、酸素供給通路９および固体燃料供給
通路１０が同心的に配置されている。さらに、第
１図および第２図には、固体燃料供給通路１０
は、固体ブロツク１３および管状要素１５を介し
て４本の固体燃料出口通路１２に分かれることが
示されている。

通路９を通じて供給された酸素は、前記の同心
的配置のために固体燃料供給通路１０の周囲の場
所を自由に流動できるから、酸素供給通路９が中
央の高速度酸素出口通路１６に合流できることは
全く明らかであろう。この構造は第１図および第
２図（実施例１）に明瞭に示されている。

今、本発明に関するバーナーの別の実施例を示
している第３図および第４図を参照する。

図示された２つのバーナーの同一の部品は、同
じ参照符号で示されていることに注意すべきであ
る。

この別の実施例においては、酸素供給通路９は
複数の分離した通路２０を介して、下流側方向に
向かつて拡大する環状の低速度酸素出口通路２１
に合流する。第３図から明らかなように、通路２
０は、それに隣接する酸素供給通路９および環状
の低速度酸素出口通路２１よりも寸法が小さく、
すなわち一層狭い通路であり、したがつて通路２
０は、第１図および第２図に記載の“くびれた通
路１７”に相当するものである。通路２０は、縦
方向のバーナー軸線４の周囲を実質的に一様に分
布している。参照番号２２で示された固体燃料出
口通路は、この別の実施例においては、管状要素
２３の壁部中に配置された穴により形成される。
前記通路は、第１に上流部分は外側に向かつて傾
斜し、中間部分は縦方向のバーナー軸線４に実質
的に平行に、そして下流部分は内側に向かつて傾
斜することにより、それぞれ形成されている。固
体燃料出口通路の下流部分が内側に向かつて傾斜
していることは、作動中固体燃料が中央の高速度
酸素出口通路１６から流出する高速度酸素に向つ
て流れる原因となり、これにより燃料と酸素との
激しい混合が促進される。固体燃料と高速度酸素
とを低速度酸素の保護シールドで密接に囲むた
め、環状の低速度出口通路２１と固体燃料出口通
路の端部とは実質的に平行な流れ径路を辿る。

中央の高速度酸素出口１６は、複数の通路２４
を介して酸素供給通路と流体的に接続しており、
該通路２４は、管状要素２３の壁部内で隣り合う
固体燃料出口通路２２の間に形成されている。バ
ーナーの作動中に酸素の一様な高速度流出を促進
するために、複数の流路２４の全横断面積は、好
ましくは高速度酸素出口通路１６の横断面積と少
なくとも等しいことに注意すべきである。

第１図および第３図中に示されているように、
環状部１７および通路２０によつてそれぞれ形成
されたくびれた通路は、中央の高速度酸素出口通
路１６の上流端の下流に配置されている。該くび
れた通路は、しかしながら、中央の高速度酸素流
と環状の低速度酸素流とを得るために、中央の酸
素出口通路の上流端においても配置され得る。各
図面において環状の低速度酸素出口通路は環路と
して形成されて示されているけれども、少なくと
も下流端において実質的に環状となるならば、そ
れぞれ別体の複数の流路から形成してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に関する第１のバーナーの前
方部分の縦断面図；第２図は、第１図に示すバー
ナーの正面図；第３図は、本発明に関する第２の
バーナーの前方部分の縦断面図；そして第４図
は、第３図に示すバーナーの−線断面図であ
る。 １……バーナー、２……中空壁部材、３……バ
ーナー前面、４……縦方向軸線、５……仕切り
壁、６……拡大端部、７，８……通路、９……酸
素供給通路、１０……固体燃料供給通路、１１…
…円筒形壁部、１２，２２……固体燃料出口通
路、１３……固体ブロツク、１４……スペーサー
要素、１５，２３……管状要素、１６……高速度
酸素出口通路、１７……環状のくびれた通路、１
８，２１……低速度酸素出口通路、１９……中空
管状要素、２０，２４……通路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 酸素供給通路と、該酸素供給通路の内側で同
   軸線上に配置された固体燃料供給通路を含み、該
   固体燃料供給通路は、中央の酸素出口通路と環状
   の酸素出口通路との間に配置された固体燃料出口
   通路へ合流している微細分された固体燃料のガス
   化のためのバーナーにおいて、該酸素供給通路は
   中央の高速度酸素出口通路に合流し、かつくびれ
   た通路を介して別体の環状の低速度酸素出口通路
   へ合流しており、前記くびれた通路は、前記の中
   央の高速度酸素出口通路の上流側端部またはその
   下流側に配置されている、 ことを特徴とする固体燃料のガス化のためのバー
   ナー。 ２ 該くびれた通路は酸素供給通路と同心的に配
   置される特許請求の範囲第１項記載のバーナー。 ３ 該くびれた通路は一様に間隔をおいて位置す
   る複数の通路にり形成される特許請求の範囲第２
   項記載のバーナー。 ４ 該くびれた通路は環状のスリツトにより形成
   される特許請求の範囲第２項記載のバーナー。 ５ 該環状の低速度酸素出口通路は下流側方向へ
   徐々に拡大されている特許請求の範囲第１項ない
   し第４項のいずれか１つに記載のバーナー。 ６ 該環状の低速度酸素出口通路および固体燃料
   出口通路の各々が円筒形状を有している特許請求
   の範囲第１項ないし第５項のいずれか１つに記載
   のバーナー。 ７ 該環状の低速度酸素出口通路および固体燃料
   出口通路が各々下流側方向にテーパーを有してい
   る特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか
   １つに記載のバーナー。 ８ 該固体燃料出口通路は、環状の低速度酸素出
   口通路から中央の高速度酸素出口通路を分離して
   いる環状の導管より形成されている特許請求の範
   囲第１項ないし第７項のいずれか１つに記載のバ
   ーナー。 ９ 該固体燃料出口通路は、環状の低速度酸素出
   口通路から中央の高速酸素出口通路を分離してい
   る管状要素上で、一定の間隔を置いて離れて一様
   に分布された複数の導管により形成されている特
   許請求の範囲第１項ないし第７項のいずれか１つ
   に記載のバーナー。 １０ 該固体燃料供給通路は、酸素供給通路の内
   側で中央に配置された円筒形の流路により形成さ
   れる特許請求の範囲第１項ないし第９項のいずれ
   か１つに記載のバーナー。