JP2003221584A - ガスタービン、ボイラおよびプラズマ溶融炉用エマルジョン燃料 - Google Patents

ガスタービン、ボイラおよびプラズマ溶融炉用エマルジョン燃料

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JP2003221584A
JP2003221584A JP2002022853A JP2002022853A JP2003221584A JP 2003221584 A JP2003221584 A JP 2003221584A JP 2002022853 A JP2002022853 A JP 2002022853A JP 2002022853 A JP2002022853 A JP 2002022853A JP 2003221584 A JP2003221584 A JP 2003221584A
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water
emulsion fuel
surfactant
emulsion
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Shigemi Sawada
重美 澤田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】排気ガス中のNOx 、SOx 、CO等の有害物
質を効果的に削減できるガスタービン、ボイラおよびプ
ラズマ溶融炉用燃料を提供する。 【構成】30重量%から50重量%の水と界面活性剤と
燃料の混合体であるエマルジョン燃料をガスタービン、
ボイラおよびプラズマ溶融炉用の燃料とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はガスタービン、ボイ
ラおよびプラズマ溶融炉用燃料に関わり、特に、環境保
全に有効なエマルジョン燃料に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ガスタービンおよびボイラ用の燃
料として重油、軽油等の液体燃料が用いられていた。こ
れらの液体燃料を燃焼させると、排気ガス中にNOx
SOx、CO等の有害物質が含まれて環境を汚染すると
いう問題があった。
【0003】ボイラ用の燃料として10重量%未満の水
を含む、水と燃料の混合体であるエマルジョン燃料が用
いられていたが、排気ガス中の有害物質を十分に除去で
きていなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題を
解決するためになされたもので、その目的とするところ
は、排気ガス中のNOx 、SOx 、CO等の有害物質を
効果的に削減できるガスタービン、ボイラおよびプラズ
マ溶融炉用燃料用燃料を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明のガスタービン用
燃料は30重量%から50重量%の水と界面活性剤と燃
料の混合体であるエマルジョン燃料である。
【0006】また、本発明のボイラ用燃料は、30重量
%から50重量%の水と界面活性剤と燃料の混合体であ
るエマルジョン燃料である。
【0007】また、本発明のプラズマ溶融炉用燃料は、
30重量%から50重量%の水と界面活性剤と燃料の混
合体であるエマルジョン燃料である。
【0008】また、前記各エマルジョン燃料に前記界面
活性剤として植物性界面活性剤が用いられるものであ
る。
【0009】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を図面に基づ
いて説明する。図1は本発明の第1の実施例に用いられ
る改質水製造装置9を示す概略正面図、図2は同改質水
製造装置を示す流れ図である。図1に示すごとく、実施
例の改質水の製造装置は、共通架台8に載置された貯水
タンク1と貯水タンク1の水をバルブを介して循環させ
る高圧循環ポンプ2および循環水に微細渦流を発生させ
る微細渦流発生装置3、さらに磁力とクオーツ作用によ
り、循環水に電荷を付加する磁場印加装置4と、図示し
ていない圧力検出装置の出力に基きポンプ吐出圧を調整
するポンプ圧力調整用インバータ内蔵制御盤6により構
成される。
【0010】このように構成された改質水の製造装置を
用いて、改質水を製造する場合、処理されるべき原水を
貯水タンク1に入れ循環ポンプ2を駆動すると、原水は
微細渦流発生装置3および磁場印加装置4を通過して再
び貯水タンク1に戻る。
【0011】微細渦流発生装置3は図5に示すように微
細な孔(直径0.5〜1mm程度)を多数保有する1枚
または複数の微細孔穿孔板20より構成されており、水
がこの微細孔穿孔板20を通過することにより微細な渦
構造を持つ乱流噴流として放出される。この時、水分子
の巨大なクラスタは乱流作用によりこまかく砕かれ小さ
なクラスタとなる。これと同様な効果は、超音波を用い
て流体を加振することによっても得られる。
【0012】また、微細渦流発生装置3を図6(a)に
示すように、ケーシング21内にねじれを有する回転羽
根23a、あるいは回転羽根23aを設置した円筒部材
22aを収納した構成としてもよい。回転羽根23aは
ねじれの向きが同方向のものが複数個配置される。
【0013】または、微細渦流発生装置3として図6
(b)に示すように、ケーシング21内に表面にねじれ
を有する固定羽根23b、あるいは固定羽根23bを植
設した円筒部材22bを収納した構成としてもよい。固
定羽根23bはねじれの向きが逆の向ものが交互に配置
される。水がこの回転羽根23aあるいは固定羽根23
bを通過することにより、微細な渦構造を持つ乱流噴流
として放出される。
【0014】磁場印加装置4は、図3に示すように循環
水の流路を形成するパイプ4aに近接して磁石4c(電
磁石でもよい)が配設されており磁力線が循環水の流れ
に交差するような磁場が発生する。水がこの磁場中を通
過すると、流れの方向と磁力線の方向に対して垂直方向
に電場が発生する。水分子クラスタは、この電場により
帯電し、電場方向の運動エネルギーが付与されるため、
水分子クラスタ聞の衝突が活発になり、さらにこまかな
微細クラスタとなる。パイプ4aおよび磁石4cの周囲
は非磁性体の磁気遮蔽材4d(閉回路コイル)で覆われ
ている。
【0015】このように、磁場印加装置4では、帯電し
た極めて微細な水分子クラスタが生成される。磁場印加
装置4の効果をさらに高めるためにクオーツ(水晶粒)
を利用することが有効である。パイプ4aの循環水の入
り口が拡開されており、そこに直径5mm程度の水晶球
4bを珠数状につなぎ合わせたものを設置することによ
り、水分子クラスタの微細化効率がさらに向上する。こ
れは、水晶の持つ固有振動数がクラスタの微細化に寄与
するものと考えられる。
【0016】また、図4に示すように磁場印加装置4は
メッシュ容器4eの中に多数の水晶粒子4bを詰め込ん
だものを磁石4cの磁界中に設置しても同様の効果が得
られる。
【0017】このように、処理されるべき原水は、貯水
循環タンクを出て微細渦流発生装置、さらに磁場印加装
置を通過することにより、再び貯水循環タンクに戻る。
この水循環回路を維続的に運転すると、水分子クラスタ
は極微細化され、水中の電荷密度は飛躍的に増大する。
その結果、貯水タンク内の水のPH値は徐々に上昇し、
最終的にはPH値9程度の値に落ち着く。
【0018】このPH値に達するまでの運転時間は5分
程度であり、極めて短時間で安定したアルカリイオン水
を製造することが可能である。貯水タンク1内の水のP
H値は貯水タンク1に設けられた酸化還元電位計7によ
り測定される。
【0019】このアルカリイオン水は放置しておくと、
徐々に中性化していくが、長期間アルカリ特性を維持す
る方法として微量の活性補助剤(界面活性剤)を添加す
ることが有効である。例えば、原水に植物系活性補助剤
(数種の食品添加剤により構成されている)を0.1容積
%程度添加し、本装置を用いてアルカリイオン水を製造
すると、1年以上の長期にわたりPH値の維持が可能で
ある。
【0020】この際、界面活性剤は多量の電荷供給源と
して働き、アルカリイオン水中の電荷密度を大幅に高め
る働きをする。界面活性剤はバルブを介して循環水流路
に接続された界面活性剤タンク5より供給される。
【0021】このようにして製造された改質水は、ポン
プ10によりアルカリイオン水貯水タンク11に送られ
て貯蔵される。この改質水を利用して石油系燃料と水の
混合燃料(エマルジョン燃料)が製造される。
【0022】エマルジョン燃料を作る従来方法は、燃料
と水それに少量の界面活性剤を混合し、物理的な撹拌に
よって製造する方法が主流である。しかし、この方法で
製造したエマルジョンは、短時間のうちに水と燃料の分
離が起こる問題が生じる。これは、水分子のクラスタが
巨大な状態のまま存在し微細化されていないため、エマ
ルジョン中の電荷密度も極めて希薄な状態にあり、短時
間のうちに再結合が進行するためと考えられる。また、
従来技術により製造されたエマルジョン燃料を燃焼した
場合、燃料の水混入率が20%以上では5%以上の蒸発
熱損失があり、燃焼効率の点で問題があった。
【0023】本発明は上記問題を解決したエマルジョン
燃料が用いられる。本発明の第1の実施例であるエマル
ジョン燃料製造方法を図7により説明する。水タンク1
2と燃料タンク13から夫々バルブを介して予備混合タ
ンク14に燃料および水が供給され、その混合物がポン
プ15により図1〜6で説明した改質水製造装置9に供
給される。そして、改質水製造装置9で製造されたマル
ジョン燃料はポンプ16によりエマルジョン燃料タンク
17に貯蔵され、さらに、ポンプ19によりガスタービ
ン18に供給される。水と燃料(軽油)を等量ずつ、本
発明による改質水製造装置9に導き、混合比1:1のエ
マルジョン燃料を製造した。このようにして、本装置の
貯水タンク1内に水と燃料(重油、軽油、灯油、ガソリ
ン等いずれの燃料でも可)および少量の界面活性剤を入
れ、本装置を稼動させると、数分後に乳白色のエマルジ
ョン燃料が生成される。
【0024】水および燃料の分子クラスタは、微細渦流
発生装置さらに磁場印加装置を通過することにより、極
微細化し電荷コロイド状にミセル乳化する。ミセルの形
成には界面活性剤が重要な役割を果たしている。界面活
性剤は分子内に親水性部分と親油性(疎水性)部分とを
合わせ持っており、水に溶けると親水基を外に親油基を
内に向けて、内部に油分子を閉じ込め外部に多数の極微
細水分子クラスタを集合させた会合体(ミセル)を形成
する。この時、ミセルの外側を形成する水分子と他のミ
セルの外側を形成する水分子は互いに同極に帯電するた
め、ミセル同士は互いに反発し合い、極めて長時間(数
千時間)にわたって極微細ミセル構造を維持できるので
ある。この新燃料を燃焼装置で燃焼した場合、中心の燃
料クラスタの燃焼に先立って、水分子クラスタが爆発的
に蒸発するので、燃料クラスタがさらに細分化され、燃
料と空気の混合状態が良くなると共に気化熱を奪うので
燃焼最高温度が下がる。また、水クラスタの爆発的蒸発
に伴い、強力な還元作用を持つ活性水素が形成されるた
め窒素酸化物の発生が抑制される。表1および表2に夫
々A重油100%と混合比1:1のエマルジョン燃料と
をガスタービンに供給して運転したときの各出力での、
燃焼温度、回転数、排ガス温度、排ガス中のO2 、CO
2 、NOx 、SOx 、COの濃度を比較して示す。表
1、表2からこのエマルジョン燃料ではCO2 、N
x 、SOx 、COが殆ど排出されないことが分かる。
【0025】 さらに、本装置を用いて、A重油の比率が夫々70%、
50%のエマルジョン燃料を作り、重油比率100%の
燃料とのバーナによる燃焼比較試験を行った結果を表3
に示す。なお、粒子状物質PM(particle matter)の値
はスモークメータの計測値である。表3からこれらA重
油の比率が夫々70%、50%のエマルジョン燃料は安
定して燃焼し、排ガス中のNOx 、すす等の大気汚染物
質の発生を大幅に低減できることが明らかである。
【0026】 このように、本発明のエマルジョン燃料はバーナにより
燃焼させたときに排ガス中のNOx 、すす等の大気汚染
物質の発生を大幅に低減できるため、ボイラに使用した
場合や重金属を含む焼却灰を電気アークと燃料の燃焼に
より高温として溶融しスラグとするプラズマ溶融炉に用
いたとき環境に悪影響を与えない。
【0027】図8に本発明の第2の実施例であるエマル
ジョン燃料製造装置を示す。この例では水タンク12の
水、燃料タンク13の燃料および界面活性剤タンク5の
界面活性剤が夫々流量計26およびコントロールバルブ
27を通してポンプ15により吸引されて混合される。
【0028】このように混合された混合流体はポンプ1
5によりコントロールバルブ27および流量計26を通
して撹拌槽29に送り込まれ、撹拌機30により撹拌さ
れる。このように撹拌された混合流体はポンプ16によ
り、微細渦流発生装置3および磁場印加装置4を通過す
るように送られエマルジョン燃料となりガスタービン1
8に供給される。微細渦流発生装置3および磁場印加装
置4は第1の実施例で説明したものと同様のものであ
る。
【0029】水タンク12の水、燃料タンク13の燃料
および界面活性剤タンク5の界面活性剤の流量すなわ
ち、混合比率はコントローラ28により制御される。コ
ントローラ28にはガスタービン18の出力信号が入力
され、エマルジョン燃料の供給量および混合比率を制御
する。流量制御において、コントローラ28は各流量計
26から設定した流量を示す信号が出力されるように夫
々のコントロールバルブの開度を制御する。このような
エマルジョン燃料製造装置によっても大気汚染物質の発
生を大幅に低減できるエマルジョン燃料を製造すること
ができる。
【0030】図9に本発明の第3の実施例であるエマル
ジョン燃料製造装置を示す。この例では水タンク12の
水、燃料タンク13の燃料および界面活性剤タンク5の
界面活性剤が夫々流量計26およびコントロールバルブ
27を通してポンプ16により吸引されて混合される。
【0031】このように混合された混合流体はポンプ1
6により流量計26およびコントロールバルブ27を通
して微細渦流発生装置3および磁場印加装置4を通過す
るように送られエマルジョン燃料となりガスタービン1
8に供給される。微細渦流発生装置3および磁場印加装
置4は第1の実施例で説明したものと同様のものであ
る。
【0032】エマルジョン燃料の供給量および混合比率
の制御がコントローラ28により制御されることは第2
の実施例と同様である。このようなエマルジョン燃料製
造装置によっても大気汚染物質の発生を大幅に低減でき
るエマルジョン燃料を製造することができる。この実施
例のエマルジョン燃料製造装置は撹拌槽がないので装置
をコンパクトに構成でき、小型ガスタービンの燃料供給
用に適している。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のガスター
ビンおよびボイラ用エマルジョン燃料は排気ガス中のN
x 、すす等の大気汚染物質の発生を大幅に低減させ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例であるエマルジョン燃料
に用いられる改質水の製造装置を示す概略正面図であ
る。
【図2】同改質水の製造装置を示す流れ図である。
【図3】図3(a)は同製造装置に用いられる磁場印加
装置を示す横断面図、図3(b)は同磁場印加装置を示
す縦断面図である。
【図4】図4(a)は同製造装置に用いられる磁場印加
装置の他の例を示す斜視図、図4(b)は同磁場印加装
置を示す縦断面図である。
【図5】同製造装置に用いられる微細渦流発生装置の一
部部材を透視して示す斜視図である。
【図6】同製造装置に用いられる微細渦流発生装置の他
の例を示す断面図である。
【図7】本発明の第1の実施例であるエマルジョン燃料
製造装置を示す流れ図である。
【図8】本発明の第2の実施例であるエマルジョン燃料
製造装置を示す流れ図である。
【図9】本発明の第3の実施例であるエマルジョン燃料
製造装置を示す流れ図である。
【符号の説明】
1 貯水タンク 2 高圧循環ポンプ 3 微細渦流発生装置 4 磁場印加装置、4a パイプ、4b 水晶球、4c
磁石、4d 磁気遮蔽材、4e メッシュ容器 5 界面活性剤タンク 6 インバータ内蔵制御盤 7 酸化還元電位計 8 共通架台 9 改質水製造装置 10 ポンプ 11 アルカリイオン水貯水タンク 12 水タンク 13 燃料タンク 14 予備混合タンク 15 ポンプ 16 ポンプ 17 エマルジョン燃料タンク 18 ガスタービン 19 ポンプ 20 微細孔穿孔板 21 ケーシング 22a、22b 円筒部材 23a 回転羽根 23b 固定羽根 26 流量計 27 コントロールバルブ 28 コントローラ 29 撹拌槽 30 撹拌機

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】30重量%から50重量%の水と界面活性
    剤と燃料の混合体であるガスタービン用エマルジョン燃
    料。
  2. 【請求項2】前記界面活性剤が植物性界面活性剤である
    請求項1のガスタービン用エマルジョン燃料。
  3. 【請求項3】30重量%から50重量%の水と界面活性
    剤と燃料の混合体であるボイラ用エマルジョン燃料。
  4. 【請求項4】前記界面活性剤が植物性界面活性剤である
    請求項3のボイラ用エマルジョン燃料。
  5. 【請求項5】30重量%から50重量%の水と界面活性
    剤と燃料の混合体であるプラズマ溶融炉用エマルジョン
    燃料。
  6. 【請求項6】前記界面活性剤が植物性界面活性剤である
    請求項5のプラズマ溶融炉用エマルジョン燃料。
JP2002022853A 2002-01-31 2002-01-31 ガスタービン、ボイラおよびプラズマ溶融炉用エマルジョン燃料 Pending JP2003221584A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010138797A (ja) * 2008-12-11 2010-06-24 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 燃料供給装置及びガスタービン
JP2012229703A (ja) * 2012-08-27 2012-11-22 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 燃料供給装置及びガスタービン
JP2014513806A (ja) * 2011-05-18 2014-06-05 サウジ アラビアン オイル カンパニー 石油流体中の塩分含量の測定のための方法、溶媒配合、および装置

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