JP2002249786A - 原料噴出バーナ - Google Patents

原料噴出バーナ

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JP2002249786A
JP2002249786A JP2001051956A JP2001051956A JP2002249786A JP 2002249786 A JP2002249786 A JP 2002249786A JP 2001051956 A JP2001051956 A JP 2001051956A JP 2001051956 A JP2001051956 A JP 2001051956A JP 2002249786 A JP2002249786 A JP 2002249786A
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burner
cooling fluid
tube
oxidant
tip
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English (en)
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Naoki Kamata
直紀 鎌田
Masanori Santo
正徳 山藤
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Mitsubishi Power Ltd
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Babcock Hitachi KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 原料噴出バーナにおいて、外筒をできるだけ
小径化し、バーナ先端部からの受熱量を減少させて熱膨
張量を押え、熱変形を防止する。 【解決手段】 原料噴出バーナ3において、微粉固体燃
料と輸送用気体と(矢印a)は内筒管7内を経て吐出口
12からガス化炉内に供給される。酸素を含む酸化剤
(矢印b)は、酸化剤バッファ19で均等分配され、外
筒管6内側の冷却流体流通路内で、かつ内筒管7と同心
の同一円上に配置した供給管9を経て先端の吐出口13
から供給する。冷却流体(矢印c)は、供給管10を酸
化剤供給管9と同一円上に交互に配置し、冷却流体流通
路内に先端内壁近傍まで布設する。これにより、バーナ
外径が小さくなり、火炉内からの高熱束に対して受熱面
を最小限にでき、バーナ先端部の受熱量を押え、熱変形
および破損が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は原料噴出バーナに係
り、特に、石炭に代表される微粉固体炭素質原料の気流
層方式のガス化装置等に使用される原料噴出バーナに関
する。
【0002】
【従来の技術】従来の微粉炭を原料とする気流層ガス化
炉は、ガス化反応を行うガス化部と、ガス化部で生成す
る高温のガスから熱を回収しガス温度を下げる熱回収部
とを水管壁で構築し、この構築物を耐圧容器の中に内蔵
している。
【0003】このガス化部に取付けられたバーナは、ガ
ス化部壁に生成ガスに旋回を与えるように炉の中心より
ずらした方向に取付けられており、微粉固体原料の石炭
と酸素ガスを含む酸化剤を投入し、石炭の可燃分をガス
化反応させ、火炎温度は2000℃以上の高温になるこ
ともある。
【0004】このため、ガス化部は水管壁およびその内
面に耐火材の内張りを施した構造がとられている。ま
た、圧力も20気圧から30気圧の高圧で操作されるた
め、耐圧容器により圧力保持がなされている。
【0005】したがって、バーナにとって重要なこと
は、ガス化部からの高熱束によって生じるバーナ先端部
の過熱を防止するため、従来技術では、微粉固体原料と
輸送用気体を供給する流通路を一番内側の内筒内に配置
し、その周囲に円筒を複数組合わせている。
【0006】つまり、一番外側の外筒の内側に冷却流体
を供給する流通路、該外筒と前記一番内側の内筒との中
間円筒の内側に、バーナ先端部に規則的に配置された酸
化剤吐出口から酸化剤を均等に分配供給できるように、
バッファ機能を備えた流通路を有している。
【0007】そして、バーナ先端部の冷却流体は、外筒
と中間円筒の中間に仕切り円筒の内側流通路より冷却水
を供給し、バーナ先端部の原料噴出ノズルまで供給さ
れ、円筒出口付近の外壁冷却水流通路を通り、内筒出口
付近を冷却する。
【0008】さらに、その後、該冷却流体が、バーナ先
端部内壁を経て、外筒内側の冷却水戻り流通路に合流す
るように、冷却水循環系を配設して、バーナ先端部の温
度の上昇防止を図っている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、バー
ナ先端部へのガス化部からの高熱束に対する冷却構造を
考慮した構造としているが、しかしながら、ガス化設備
の大型化に伴い、バーナの大容量化が不可欠となる。
【0010】これは、ガス化炉へ供給する原料と酸化剤
との供給比および速度が、ある範囲内に限定されている
ことから、微粉固体原料と輸送用気体とを供給する流通
路を、供給量に応じて拡大せねばならず、また、同時に
酸化剤の供給量も原料量に比例して増加させるため、こ
の流通路も拡大させている。
【0011】このことは、流通路を構成している外筒管
および円筒管を大きくさせることになる。外筒管の外径
が大きくなることは、ガス化部からバーナ先端部への高
熱束にたいする受熱面が大きくなり、受熱量が増大す
る。この受熱量に相当する冷却効果をもたせるため、冷
却流体量を増し流通路を拡げなければならず、さらにバ
ーナ外径を大きくする。
【0012】すなわち、径が大きくなれば受熱量が増
え、冷却効果を増やすため、また径を大きくするという
悪循環に陥る。また径が大きくなることは、構成部品の
温度が異なっているため、バーナ先端部が炉内に張出し
たような変形に至るという問題も生じる。
【0013】本発明の目的は、外筒の径をできるだけ小
さくし、バーナ先端部からの受熱量を減少させることに
より、バーナ先端部の熱膨張量を最小に押え、変形が生
じない原料噴出バーナを提供することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記目的は、気流層ガス
化炉の圧力容器内にバーナ先端部が配置され、微粉固体
原料および輸送用気体を供給する内筒管と、前記内筒管
の外周に配置した外筒管とが同軸の2重管構造を有し、
前記内筒管と前記外筒管との間の間隔に、複数の酸化剤
供給管と複数の冷却液体供給管とが、前記内筒管の中心
軸と同心のほぼ同一の円上に配設されていることを特徴
とする原料噴出バーナによって達成される。
【0015】また、酸化剤を炉内に均等に供給するため
のバッファ機能を、圧力容器のバーナ取付部より外部へ
配置し、酸化剤を均等に分配される複数の酸化剤供給管
を、内筒管と外筒管との間の冷却流体流通路内に配置す
ることにより、酸化剤供給管と冷却液体供給管とを同一
の円上に一列に配列できる。そのため、さらに外側の同
心円上の酸化剤流通路を省略でき、バーナ径を小径化で
きる。
【0016】すなわち、軸心を同一にして内筒管と外筒
管の2つの円筒管を組合わせ、外筒管の内側で内筒管の
外側の間隔を冷却流体の流通路とし、この冷却流体流通
路内に、圧力容器外部で均等に分配された酸化剤を供給
する複数の管を、規則的に配置することにより、従来技
術に比べ、外筒管の径を約65%小さくすることがで
き、受熱量は33%まで減少させることができる。
【0017】また、外筒管と内筒管の間隔の冷却流体流
通路内に、冷却流体供給管と酸化剤供給管とを交互に配
置し、冷却流体供給管の最終開口端面は、バーナ先端部
内壁の近接位置に配置し、その開口をバーナ先端部内壁
に向けて配置することにより、バーナ先端部内壁に衝突
した冷却流体は、方向を反転して冷却流体流通路より冷
却水戻り系統へ接続される。そのため、さらにバーナ外
筒の径を小さくできる。
【0018】ここで、本発明が適用される気流層ガス化
炉について、図面を用いて説明する。図3は気流層ガス
化炉の一例を示す概略図、図4は図3のC−C矢視図で
バーナ取付部の横断面を示す。
【0019】石炭ガス化炉はガス化反応を行うガス化部
4と、ガス化部4で生成する高温のガスから熱を回収
し、ガス温度を下げる熱回収部5を水管壁で構築し、こ
の構築物を耐圧容器2の中に内蔵している。
【0020】このガス化部に取付けられたバーナ3は、
ガス化部壁に生成ガスに旋回を与えるように炉の中心よ
りずらした方向に取付けられており、微粉固体原料の石
炭と酸素ガスを含む酸化剤とを投入し、石炭の可燃分を
ガス化反応させ、火炎温度は2000℃以上の高温にな
ることもある。
【0021】このため、ガス化部4は、水管壁1および
その内面に耐火材の内張りを施した構造がとられてい
る。また、圧力も20気圧から30気圧の高圧で操作さ
れるため、耐圧容器2により圧力保持がなされている。
【0022】したがって、バーナにとって重要なこと
は、ガス化部からの高熱束によって生じるバーナ先端部
の過熱を防止するため、図5に示したように、内筒の軸
線11上に、複数の円筒を組合わせている。
【0023】そして、その一番外側の外筒14の内側に
冷却流体を供給する流通路を配置し、一番内側の内筒1
5の内側に、微粉固体原料と輸送用気体とを供給する流
通路を有している。
【0024】さらに、外筒14と内筒15との間の中間
円筒16の内側に、バーナ先端部8に規則的に配置され
た酸化剤吐出し口13から酸化剤を均等に分配供給でき
るように、バッファ機能を備えた流通路を配置してい
る。
【0025】バーナ先端部8の冷却流体は、外筒14と
中間円筒16の中間に、仕切り円筒17の内側流通路よ
り冷却水を供給し、バーナ先端部8の冷却水流通路18
まで供給され、円筒15出口付近の外壁冷却水流通路を
通り、内筒15出口付近を冷却する。
【0026】その後、冷却流体が、バーナ先端部8内壁
を経て、外筒14内側の冷却水戻り流通路に合流するよ
うに、冷却水循環系を配設され、バーナ先端部8の温度
の上昇防止を図っている。
【0027】なお、図6はバーナ先端部の熱変形を示す
縦断面図である。バーナの外径が大きくなると、構成部
品によって熱応力が異なるため、図6に示すように、例
えば、バーナ先端部が炉内に張出したような変形を生じ
る恐れがある。
【0028】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施形
態によって制限されるものではない。
【0029】図1は、本発明の原料噴出バーナの一実施
形態を示す縦断面図、図2は、図1のA−A断面図であ
る。なお、図1は、図2のB−B断面図である。
【0030】これらの図に示すように、本実施形態の原
料噴出バーナは、バーナ全体が符号3で示され、外筒管
6および内筒管7が、縦軸線11に沿った2重管構造に
構成され、端部縦軸線11に垂直なバーナ先端部8によ
って形成される。
【0031】微粉固体燃料と輸送用気体と(矢印a)
は、内筒管7内の流通路を経て、バーナ先端部8に設け
られた吐出口12からガス化炉内に供給される。
【0032】酸素を含む酸化剤(矢印b)は、圧力容器
2の取付部より外部側に配置した酸化剤バッファ19に
よって均等分配され、複数の酸化剤供給管9は、外筒管
6と内筒管7との間隔の冷却流体流通路内に、縦軸線1
1と同心の同一円上に配置してある。
【0033】酸化剤供給管9を経た酸化剤は、酸化剤吐
出口13よりガス化炉内に供給される。酸化剤吐出口1
3はバーナ先端部8に取付けられ、縦軸線11に対し1
5〜45°の傾斜に配置されている。
【0034】また、冷却流体(矢印c)を供給する複数
の供給管10は、酸化剤供給管9と同様に、外筒管6と
内筒管7との間の冷却流体流通路内に、縦軸線11と同
心の同一円上に配置してある。本例では、酸化剤供給管
9と冷却流体供給管10とを冷却流体流通路内に交互に
配置した。
【0035】また、冷却流体供給管10は、バーナ先端
部8の内壁近傍まで布設しているので、バーナ先端部8
内壁に衝突させた冷却流体は、方向を反転して、外筒管
6と内筒管7との間で、酸化剤供給管9と冷却流体供給
管10との間隙を還流し、外筒管6、内筒管7および酸
化剤供給管9などを冷却できるようになっている。
【0036】以上のように本実施形態は、原料噴出バー
ナ3において、微粉固体燃料と輸送用気体と(矢印a)
を供給する内筒管7が中心部に配置され、内筒管7の外
周に設けられた冷却流体流通路内に、酸素を含む酸化剤
(矢印b)の供給管9と、冷却流体(矢印c)の供給管
10とが交互に、内筒管7と同心の同一円上に配置され
ている。
【0037】そのため、酸化剤供給管9と冷却流体供給
管10とを、同一円上に一列に配置することにより、バ
ーナ外径を小径化でき、火炉内からの高熱束に対して受
熱面を最小限にできるため、バーナ先端部の受熱量を押
え、過熱から保護し、低熱応力下での使用となり、バー
ナ先端部の熱変形および破損が防止され、長期使用が可
能となる。
【0038】また、冷却流体流通路内に、同心に2つの
円筒管を組み合わせて、その間隔に酸化剤および冷却流
体の供給管を配置することにより、バーナ外形がコンパ
クト化されるので、大型化に対しても容易に対応でき
る。
【0039】また、コンパクト化されたことにより、バ
ーナ本体が低価格化され、また、ガス化部へのバーナ取
付け開口部における伝熱管配置の複雑さから開放される
ため、製作工数の低減、および圧力容器取付け部の小型
化による制作費の低減が図られる。
【0040】
【発明の効果】上述のとおり本発明によれば、原料噴出
バーナにおいて、外筒を可能な限り小径化し、バーナ先
端部からの受熱量を減少させることにより、バーナ先端
部の熱膨張量を最小に押えることができる。そのため、
バーナの熱変形を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す縦断面図。
【図2】図1のA−A横断面図。
【図3】本発明が適用される気流層石炭ガス化炉の概略
図。
【図4】図3のC−C横断面図。
【図5】図4におけるバーナ前部を示す縦断面図。
【図6】図5におけるバーナ先端部の変形を示す縦断面
図。
【符号の説明】
2 耐圧容器 3 バーナ 6 外筒管 7 内筒管 8 バーナ先端部 9 酸化剤供給管 10 冷却流体供給管 12 微粉固形燃料と輸送用気体吐出口 13 酸化剤吐出口 19 酸化剤バッファ a 微粉固体燃料と輸送用気体 b 酸素を含む酸化剤 c 冷却流体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C10J 3/46 C10J 3/46 M F23D 1/00 F23D 1/00 A

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 気流層ガス化炉の圧力容器内にバーナ先
    端部が配置され、微粉固体原料および輸送用気体を供給
    する内筒管と、前記内筒管の外周に配置した外筒管とが
    同軸の2重管構造を有し、前記内筒管と前記外筒管との
    間の間隔に、複数の酸化剤供給管と複数の冷却液体供給
    管とが、前記内筒管の中心軸と同心のほぼ同一の円上に
    配設されていることを特徴とする原料噴出バーナ。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のバーナにおいて、前記
    内筒管と前記外筒管との間隔は、前記冷却流体供給管か
    ら供給された冷却流体が還流する流通路であることを特
    徴とする原料噴出バーナ。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載のバーナにおい
    て、前記圧力容器のバーナ取付部より外部に、前記複数
    の酸化剤供給管へほぼ均等に酸化剤を分配するバッファ
    部を備えていることを特徴とする原料噴出バーナ。
  4. 【請求項4】 請求項1、2または3に記載のバーナに
    おいて、前記冷却流体供給管は、先端開口部が前記バー
    ナ先端部の内筒管軸に垂直な内壁に近接し、前記内壁に
    向けて開口していることを特徴とする原料噴出バーナ。
  5. 【請求項5】 請求項1ないし4のうちいずれかに記載
    のバーナにおいて、前記酸化剤供給管と前記冷却流体供
    給管とは、交互に配置されていることを特徴とする原料
    噴出バーナ。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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