JP2001322802A - 一酸化炭素、水素生成用燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液状燃料を酸素ガスで均質に部分酸化するこ
とができ、低級炭化水素やすすの発生を抑制し、効率よ
く一酸化炭素及び水素を生成することができる一酸化炭
素、水素生成用燃焼装置を提供する。 【解決手段】 燃焼炉側が拡開した円錐台状予備燃焼室
１２の反燃焼炉側端面中央に、予備燃焼室より小径で予
備燃焼室側が拡開した円錐台状の混合室１５を設け、該
混合室の周面に円錐台の母線に対して所定の角度で接線
方向から燃焼用酸化剤を噴出する燃焼用酸素噴出孔１７
を設けるとともに、混合室の反予備燃焼室側端面部に、
燃料供給用の通路１９から供給される液状燃料と燃料微
粒化用噴霧流体供給用の通路２０から供給される燃料微
粒化用噴霧流体とを混合して燃料を微粒化する内部混合
室２１と、該内部混合室で微粒化した燃料を前記混合室
に噴出する燃料噴出孔２２とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一酸化炭素、水素
生成用燃焼装置に関し、詳しくは、液状燃料を酸素で直
接部分酸化することにより、一酸化炭素及び水素を効率
よく生成することができる一酸化炭素、水素生成用燃焼
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】一酸化
炭素や水素を生成する方法として、炭素質あるいは炭化
水素質燃料を、酸素比が１．０未満の酸素で燃焼させる
ことにより、一酸化炭素や水素を含む燃焼ガスを得る方
法が知られている。この場合、特に液状燃料を用いる場
合は、燃料の微粒化をコントロールし、燃料と酸素との
均質な反応を制御することが必要となる。微粒化が不十
分であると、メタンやアセチレン等の低級炭化水素やす
すといった不純物が多量に生成されてしまう。

【０００３】一方、微粒化を促進しすぎると、局部的に
反応が促進され、燃焼生成物である二酸化炭素及び水蒸
気の比率が高くなり、必要とされる一酸化炭素及び水素
の収率が低下する。また、局部的なホットスポットが発
生し、バーナの破損の原因となることがある。

【０００４】これらの問題を解決するため、特公平６−
９４３６１号公報には、燃料の微粒化をコントロールす
る噴霧流体として水蒸気及び二酸化炭素を使用すること
が開示されている。しかし、この方法では、酸化剤と接
触する前の見かけの燃料濃度が低下し、所望の一酸化炭
素及び水素の収率が低下してしまうとい問題があった。

【０００５】そこで本発明は、液状燃料を酸素ガスで均
質に部分酸化することができ、低級炭化水素やすすの発
生を抑制し、効率よく一酸化炭素及び水素を生成するこ
とができる一酸化炭素、水素生成用燃焼装置を提供する
ことを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の一酸化炭素、水素生成用燃焼装置は、燃料
に対する酸素比を１．０未満として燃焼させることによ
り、一酸化炭素、水素を生成する燃焼装置において、燃
焼炉側が拡開した円錐台状予備燃焼室の反燃焼炉側端面
中央に、予備燃焼室より小径で予備燃焼室側が拡開した
円錐台状の混合室を設け、該混合室の周面に円錐台の母
線に対して所定の角度で接線方向から燃焼用酸化剤を噴
出する燃焼用酸素噴出孔を設けるとともに、混合室の反
予備燃焼室側端面部に、燃料供給用の通路から供給され
る液状燃料と燃料微粒化用噴霧流体供給用の通路から供
給される燃料微粒化用噴霧流体とを混合して燃料を微粒
化する内部混合室と、該内部混合室で微粒化した燃料を
前記混合室に噴出する燃料噴出孔とを設けたことを特徴
としている。

【０００７】さらに、前記内部混合室は、燃料噴出孔側
の壁面がドーム状に形成されていること、また、前記燃
料微粒化用噴霧流体が酸素であることを特徴としてい
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一酸化炭素、水素
生成用燃焼装置の一形態例を示す要部の断面図、図２は
燃焼炉への取付け状態を示す概略断面図である。まず、
一酸化炭素、水素生成用の燃焼装置１０は、耐火物等に
より形成された燃焼炉１１の壁面一端部に設けられるも
のであって、燃焼炉１１側が開き角度αで拡開した円錐
台状の予備燃焼室１２と、該予備燃焼室１２の反燃焼炉
側端面中央に設けられたノズル１３とにより形成されて
いる。

【０００９】ノズル１３は、最外周に水冷ジャケット１
４を設けた多重管構造を有するものであって、その先端
部中央には、予備燃焼室１２の軸線を中心線とし、予備
燃焼室１２より小径で予備燃焼室側が開き角度βで拡開
した円錐台状の混合室１５が設けられている。この混合
室１５の周面には、酸化剤通路１６から供給される燃焼
用酸化剤を噴出するための燃焼用酸素噴出孔１７が、混
合室１５を形成する円錐台の母線に対して所定の角度γ
で接線方向から混合室１５内に酸化剤を噴出するように
設けられている。

【００１０】また、混合室１５の反予備燃焼室側端面部
の中央には、微粒化した液状燃料を噴出するための燃料
ノズル１８が設けられている。この燃料ノズル１８は、
燃料供給用通路１９から供給される液状燃料と、燃料微
粒化用噴霧流体供給用通路２０から供給される燃料微粒
化用噴霧流体とを混合して燃料を微粒化する内部混合室
２１と、該内部混合室２１で微粒化した燃料を前記混合
室１５に噴出する複数の燃料噴出孔２２とにより形成さ
れている。

【００１１】液状燃料は、前記通路１９先端の小通孔１
９ａから内部混合室２１の中心に軸線方向に噴出し、燃
料微粒化用噴霧流体は、前記通路２０の先端に形成され
た円環状のスリット２０ａを通り、液状燃料を包み込む
ようにして内部混合室２１内に噴出する。燃料噴出孔２
２は、軸線を中心とした所定の開き角度δで微粒化した
燃料を噴出するように形成されており、見掛け上、中心
が抜けたホロコーン状に燃料を噴出（スプレー）する。

【００１２】このように、液状燃料と燃料微粒化用噴霧
流体とを内部混合室２１内に噴出させて混合状態にした
後、前記燃料噴出孔２２から混合室１５に噴出させるこ
とにより、液状燃料の微粒化を効果的にかつ確実に行う
ことができる。このとき、内部混合室２１の燃料噴出孔
２２側の壁面をドーム状に形成しておくことにより、燃
料の微粒化を促進することができるとともに、燃料噴出
孔２２をドームの法線方向に向けて各燃料噴出孔２２か
らの燃料噴出量を均一化することができる。

【００１３】燃料噴出孔２２からホロコーン状に噴出し
た微粒状の燃料は、燃焼用酸素噴出孔１７から混合室１
５の内周面に沿うように噴出した酸化剤と混合した状態
で、渦巻きを形成しながら予備燃焼室１２に噴出し、燃
焼反応を開始しながら燃焼炉１１内に進んで燃料と酸素
との酸化反応が行われる。このように、内部混合室２１
で液状燃料を燃料微粒化用噴霧流体によって十分に微粒
化させてから混合室１５に噴出させるとともに、酸化剤
を混合室１５に渦巻き状に噴出させて燃料と酸素とを混
合接触させるので、燃料と酸素とを十分に均一に混合で
き、これによって燃料と酸素との均質な反応が得られ
る。したがって、酸素比を１．０未満として燃焼させる
ことにより、液状燃料を均質に部分酸化することがで
き、局部的なホットスポットの発生が抑制され、すすや
二酸化炭素の発生を抑制して効果的に一酸化炭素と水素
とを生成させることができる。

【００１４】燃料としては、Ａ重油、Ｃ重油、廃油、タ
ール、灯油、エマルジョン等の各種液状燃料を使用する
ことができ、酸化剤としては、酸素ガスが最適である
が、酸素濃度８０％程度の酸素富化ガスを用いてもよ
く、条件によっては空気を用いることも可能である。ま
た、燃料微粒化用噴霧流体は、酸化剤と同じもの、特に
酸素ガスを使用することが好ましいが、酸化剤と異なる
酸素富化ガスや空気を用いることもできる。

【００１５】各部の形状や寸法、例えば、前記予備燃焼
室１２の開き角度α、混合室１５の開き角度β、燃焼用
酸素噴出孔１７の母線に対する角度γ、燃料噴出孔２２
の開き角度δは、燃料の種類や供給量、酸素の供給量、
燃料微粒化用噴霧流体の種類や供給量等の各種運転条
件、燃焼炉１１の形状や寸法等によって異なり、所望の
燃焼ガス組成に応じて適宜に設定することができる。一
般的な条件では、前記角度α、β、δのそれぞれは、４
５〜１２０度の範囲で同一角度が好ましく、特に、６０
度程度が最適である。これらの角度が小さいと、噴霧パ
ターンがホローコーン状ではなくなり、酸化剤と燃料と
の混合状態が悪化して収率が低下し、角度が大きいと火
炎の保炎性能が低下し、結果として収率が低下する。ま
た、前記角度γは４５〜９０度の範囲が適当であり、角
度αが４５度より小さいと保炎性能が低下して収率が低
下し、大きいと酸化剤と燃料との急激な混合が生じてこ
の場合も収率が低下する。

【００１６】燃焼炉１１の大きさと予備燃焼室１２の燃
焼炉１１側開口径との関係、予備燃焼室１２のノズル１
３側開口径と混合室１５の予備燃焼室１２側開口径との
関係、予備燃焼室１２や混合室１５の軸線長さ、内部混
合室２１の形状や大きさ等も、前記同様に各種運転条件
に応じて適宜最適な状態に設定すればよい。

【００１７】

【実施例】図１に示す構造の燃焼装置を、耐火煉瓦を内
張した内径０．３ｍ、長さ０．６ｍの円筒形の燃焼炉１
１に同軸上に装着した。燃焼炉１１の燃焼装置装着部に
は、燃焼炉１１側開口径が２００ｍｍ、ノズル１３側開
口径（ノズル１３の外径）が８０ｍｍで、開き角度αが
６０度の予備燃焼室１２を有するバーナータイルを設け
た。ノズル１３における混合室１５は、予備燃焼室１２
側開口径が３５ｍｍ、燃料噴出孔２２側開口径が１８ｍ
ｍで、開き角度βは６０度とした。燃焼用酸素噴出孔１
７の母線に対する角度γは９０度とし、同一円周上に９
０度間隔で直径２．１ｍｍのものを４個千鳥配置で２列
に合計８個設けた。内部混合室２１は、直径５ｍｍの半
球状とし、燃料噴出孔２２は、開き角度γを６０度とし
て一つの軸線を中心とした円周上に３０度間隔で直径
０．５ｍｍのものを１２個設けた。

【００１８】液状燃料としては、灯油と水とを重量比で
１：１で混合したエマルジョンを１３Ｌ／ｈで供給し
た。また、酸化剤及び燃料微粒化用噴霧流体には酸素ガ
スを使用し、燃焼用の酸化剤として４．２Ｎｍ^３／ｈ、
燃料微粒化用として２．４Ｎｍ ^３／ｈをそれぞれ供給し
た。このときの燃料に対する酸素比は０．５である。

【００１９】燃焼炉１１内の温度が８００℃以上を維持
するようにして燃焼させたところ、得られた燃焼ガス中
の一酸化炭素と水素の収率は、理論収率の９５％とな
り、低級炭化水素やすすの発生はほとんどなかった。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の一酸化炭
素、水素生成用燃焼装置によれば、液状燃料の微粒化を
効果的に行うことができ、ホットスポットを発生させる
ことなく、燃料と酸素とを均質に部分酸化することがで
きるので、低級炭化水素やすすの発生を抑制して効率よ
く一酸化炭素及び水素を生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一酸化炭素、水素生成用燃焼装置の
一形態例を示す要部の断面図である。

【図２】 燃焼炉への取付け状態を示す概略断面図であ
る。

【符号の説明】

１０…燃焼装置、１１…燃焼炉、１２…予備燃焼室、１
３…ノズル、１４…水冷ジャケット、１５…混合室、１
６…酸化剤通路、１７…燃焼用酸素噴出孔、１８…燃料
ノズル、１９…燃料供給用通路、２０…燃料微粒化用噴
霧流体供給用通路、２１…内部混合室、２２…燃料噴出
孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢嶋 尊 東京都港区西新橋１−16−７ 日本酸素株 式会社内 (72)発明者 村上 伸吾 東京都港区西新橋１−16−７ 日本酸素株 式会社内 Ｆターム(参考） 3K019 AA01 BA02 BA04 BB04 BD01 BD09 3K065 TA14 TB01 TD04 TE06 TH01 4G040 EA03 EA07 EB03 EB46

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料に対する酸素比を１．０未満として
   燃焼させることにより、一酸化炭素、水素を生成する燃
   焼装置において、燃焼炉側が拡開した円錐台状予備燃焼
   室の反燃焼炉側端面中央に、予備燃焼室より小径で予備
   燃焼室側が拡開した円錐台状の混合室を設け、該混合室
   の周面に円錐台の母線に対して接線方向から燃焼用酸化
   剤を噴出する燃焼用酸素噴出孔を設けるとともに、混合
   室の反予備燃焼室側端面部に、燃料供給用の通路から供
   給される液状燃料と燃料微粒化用噴霧流体供給用の通路
   から供給される燃料微粒化用噴霧流体とを混合して燃料
   を微粒化する内部混合室と、該内部混合室で微粒化した
   燃料を前記混合室に噴出する燃料噴出孔とを設けたこと
   を特徴とする一酸化炭素、水素生成用燃焼装置。
2. 【請求項２】 前記内部混合室は、燃料噴出孔側の壁面
   がドーム状に形成されていることを特徴とする請求項１
   記載の一酸化炭素、水素生成用燃焼装置。
3. 【請求項３】 前記燃料微粒化用噴霧流体が酸素である
   ことを特徴とする請求項１記載の一酸化炭素、水素生成
   用燃焼装置。