JP2014137194A - バーナ - Google Patents

Abstract

【課題】バーナの寿命を延長すること。
【解決手段】燃料流体を噴出させる燃料噴射口２５と、酸化剤を噴出させる酸化剤噴射口２４と、水蒸気含有ガスを噴出させる水蒸気含有ガス噴射口２３とを備えている。このとき、酸化剤噴射口２４は、燃料流体噴射口２５と水蒸気含有ガス噴射口２３との間に配置されている。このようなバーナ１１は、その酸化剤が流れる酸化剤供給流路１９が、その燃料流体が流れる燃料供給流路２０と、その水蒸気含有ガスが流れる水蒸気含有ガス流路１８との間に配置されることにより、水蒸気含有ガス流路１８がその燃料流体により冷却され難く、その燃料流体を加熱することなく、その水蒸気含有ガスに含まれる水蒸気が水蒸気含有ガス流路１８で凝縮することをより確実に防止することができる。その結果、このようなバーナ１１は、その蒸発・凝縮の繰返しを低減することにより、疲労破壊を防止し、寿命を延長することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、バーナに関し、特に、石炭から形成される微粉炭をガス化することに利用されるバーナに関する。

石炭ガス化複合発電設備が知られている。その石炭ガス化複合発電設備は、石炭ガス化炉とチャー回収装置とガス精製設備とガスタービン設備と排熱回収ボイラと蒸気タービン設備とその発電機とを備えている。その石炭ガス化炉は、微粉炭をガス化することにより、可燃性を有する生成ガスを生成する。その生成ガスは、可燃性ガスにチャー等が混合されている。

そのチャー回収装置は、その生成ガスからそのチャーを除去することにより、チャー除去済生成ガスを生成する。そのガス精製設備は、そのチャー除去済生成ガスを精製することにより、精製済生成ガスを生成する。そのガスタービン設備は、その精製済生成ガスを燃焼させることにより高温・高圧の燃焼ガスを生成し、回転動力を生成する。その排熱回収ボイラは、その燃焼ガスから熱エネルギを回収し、高圧の蒸気を生成する。その蒸気タービン設備は、その蒸気を用いて回転動力を生成する。その発電機は、そのガスタービン設備とその蒸気タービン設備とにより生成された回転動力を電力に変換する。

その石炭ガス化炉は、石炭ガス化炉本体とバーナとを備えている。その石炭ガス化炉本体は、微粉炭をガス化するための雰囲気を環境から隔離する容器を形成している。そのバーナは、多重管構造を有し、燃料と酸化剤を別々に噴射し、その燃料と酸化剤とを石炭ガス化炉本体の内部で化学反応させることにより、その生成ガスを生成する（特開平８−３５６１５号公報参照）。

このようなバーナは、微粉炭を燃焼またはガス化する際に、窒素または窒素化合物を生成する。バーナは、その酸化剤として、純酸素または酸素富化空気を用いることにより、酸化剤中の窒素量を低減することができる。しかしながら、酸化剤の酸素濃度が高いときに火炎の温度が上昇するために、バーナは、熱負荷が高くなり、バーナ管の変形、焼損を招くことがある。

酸化剤に水蒸気を混合して酸素濃度を低下させ、さらに水蒸気と炭素の吸熱反応を促進させることにより、火炎の温度を低減させることができる（特開２００２−１３９２０３号公報参照）。

特開平８−３５６１５号公報 特開２００２−１３９２０３号公報

しかしながら、燃料を搬送する内管の温度が低いとときに、外管を通る酸化剤中の蒸気が内管表面で凝縮してしまうことがある。その凝縮により生成された水滴は、バーナ先端で蒸発するが、その凝縮と蒸発とが断続的に繰り返すことにより、バーナ先端のメタルが膨張・収縮を繰り返し疲労破壊してしまう恐れがある。そのバーナの寿命を延長することが望まれ、そのバーナの変形・焼損、疲労破壊を防止することが望まれている。

本発明の課題は、寿命が長いバーナを提供することにある。

本発明によるバーナは、燃料噴射口と酸化剤噴射口と水蒸気含有ガス噴射口とを備えている。その燃料噴射口は、燃料流体を噴出させる。その酸化剤噴射口は、その燃料流体を燃焼させる酸化剤を噴出させる。その水蒸気含有ガス噴射口は、水蒸気を含む水蒸気含有ガスを噴出させることにより、その燃料流体が燃焼することにより生成される火炎にその水蒸気含有ガスを供給する。その酸化剤噴射口は、その燃料流体噴射口とその水蒸気含有ガス噴射口との間に配置されている。

このようなバーナは、その火炎にその水蒸気含有ガスを供給することにより、その酸化剤の濃度を低下させ、かつ、その燃料流体と水蒸気との吸熱反応を促進させることにより、その火炎の温度を低減させることができ、その燃料噴射口とその酸化剤噴射口とに印加される熱負荷を低減し、その燃料噴射口とその酸化剤噴射口とが変形・焼損することを防止することができる。このようなバーナは、その酸化剤が流れる酸化剤供給流路が、その燃料流体が流れる燃料供給流路と、その水蒸気含有ガスが流れる水蒸気含有ガス流路との間に配置される。このため、このようなバーナは、その水蒸気含有ガス流路がその燃料流体により冷却され難く、その燃料流体を加熱することなく、その水蒸気含有ガスに含まれる水蒸気がその水蒸気含有ガス流路で凝縮することをより確実に防止することができる。その結果、このようなバーナは、寿命を延長することができる。

本発明によるバーナは、その酸化剤を加熱するヒータをさらに備えている。このようなバーナは、その水蒸気含有ガス流路の温度がその水蒸気含有ガスの露点以上になるようにその酸化剤を加熱することにより、その水蒸気含有ガス流路が結露することをより確実に防止することができる。そのヒータとしては、外部から供給される電力を利用してその酸化剤を加熱する電気加熱ヒータ、その火炎により加熱された排ガスとその酸化剤とを熱交換することによりその酸化剤を加熱する熱交換器、深冷分離装置の排熱を利用してその酸化剤を加熱する熱交換器が例示される。その熱交換器が適用されたバーナは、その電気加熱ヒータが適用されたバーナに比較して、ランニングコストをより低減することができる。

その酸化剤とその水蒸気含有ガスとが混合された混合ガスの旋回流がその火炎に供給されるように、その混合ガスを旋回させる旋回翼をさらに備えている。このとき、その酸化剤噴射口とその水蒸気含有ガス噴射口とは、その酸化剤噴射口またはその水蒸気含有ガス噴射口からその火炎までの距離が、その燃料噴射口からその火炎までの距離より長くなるように、配置されている。

このようなバーナは、その混合ガスをその燃料流体とより適切に混合させることができ、その旋回翼を備えていない他のバーナに比較して、その燃焼ガスの燃焼性を向上させることができる。このようなバーナは、さらに、その火炎からその旋回翼までの距離がその火炎からその燃料噴射口までの距離より長くなるように、その旋回翼を配置することができる。このため、このようなバーナは、小型化が可能であり、その酸化剤が流れる流路が狭い場合でも、その旋回翼をより容易に形成させることができる。

本発明によるバーナは、その燃料噴射口とその酸化剤噴射口とその水蒸気含有ガス噴射口とを冷却する冷却外管をさらに備えている。その冷却外管は、その燃料噴射口とその酸化剤噴射口とその水蒸気含有ガス噴射口とを囲むように配置されている。その冷却外管は、その冷却外管からその火炎までの距離がその燃料噴射口からその火炎までの距離より短くなるように、配置されている。

このようなバーナは、その火炎からその燃料噴射口に届く輻射を低減することができ、その燃料噴射口とその酸化剤噴射口とその水蒸気含有ガス噴射口とを形成するノズルが焼損することを防止することができる。

本発明による石炭ガス化炉は、本発明によるバーナと、炭素を含有する炭素含有燃料をガス化するガス化炉本体とを備えている。このような石炭ガス化炉は、そのバーナの寿命が延長されることにより、そのバーナを交換する頻度を低減することができ、ランニングコストを低減することができる。

本発明によるバーナは、酸化剤が流れる酸化剤供給流路が、燃料流体が流れる燃料供給流路と、水蒸気含有ガスが流れる水蒸気含有ガス流路との間に配置されることにより、その水蒸気含有ガス流路が冷却され難く、その水蒸気含有ガスが凝縮しにくい。このため、本発明によるバーナは、その水蒸気含有ガス流路が結露することをより確実に防止することができ、疲労破壊を防止し、寿命を延長することができる。

図１は、本発明によるバーナが適用される石炭ガス化複合発電設備を示す概略構成図である。 図２は、バーナを示す正面図である。 図３は、バーナを示す縦断面図である。 図４は、他のバーナを示す縦断面図である。 図５は、旋回翼を示す縦正面図である。 図６は、さらに他のバーナを示す縦断面図である。

図面を参照して、本発明によるバーナの実施の形態を記載する。そのバーナは、石炭ガス化複合発電設備に適用されている。その石炭ガス化複合発電設備１０は、図１に示されているように、石炭ガス化炉１とチャー回収装置２とガス精製設備３とそのガスタービン設備と排熱回収ボイラ６と蒸気タービン設備７と発電機８とを備えている。石炭ガス化炉１は、微粉炭をガス化することにより、可燃性を有する生成ガスを生成する。その生成ガスは、可燃性ガスにチャー等が混合されている。

チャー回収装置２は、その生成ガスからそのチャーを除去することにより、チャー除去済生成ガスを生成する。ガス精製設備３は、そのチャー除去済生成ガスを精製することにより、精製済生成ガスを生成する。そのガスタービン設備は、その精製済生成ガスを燃焼させることにより高温・高圧の燃焼ガスを生成し、回転動力を生成する。排熱回収ボイラ６は、その燃焼ガスから熱エネルギを回収し、高圧の蒸気を生成する。蒸気タービン設備７は、その蒸気を用いて回転動力を生成する。発電機８は、そのガスタービン設備と蒸気タービン設備７とにより生成された回転動力を電力に変換する。

石炭ガス化炉１は、石炭ガス化炉本体とバーナとを備えている。その石炭ガス化炉本体は、微粉炭をガス化するための雰囲気を環境から隔離する容器を形成している。

そのバーナ１１は、その雰囲気に配置され、図２に示されるように、第１ノズル１４と第２ノズル１５と第３ノズル１６とを備えている。第１ノズル１４は、金属から形成されている。第１ノズル１４は、管に形成され、中心軸１７の周りに回転することにより得られる回転体に形成されている。第２ノズル１５は、金属から形成されている。第２ノズル１５は、第１ノズル１４より細い管に形成されている。第２ノズル１５は、第１ノズル１４の内側に配置され、中心軸１７の周りに回転することにより得られる回転体に形成されるように配置されている。第３ノズル１６は、金属から形成されている。第３ノズル１６は、第２ノズル１５より細い管に形成されている。第３ノズル１６は、第２ノズル１５の内側に配置され、中心軸１７の周りに回転することにより得られる回転体に形成されるように配置されている。

バーナ１１は、さらに、第１流路１８と第２流路１９と第３流路２０とを形成している。第１流路１８は、第１ノズル１４と第２ノズル１５との間に形成されている。第２流路１９は、第２ノズル１５と第３ノズル１６との間に形成されている。第３流路２０は、第３ノズル１６の内側に形成されている。

第１ノズル１４は、図３に示されるように、一端が第２ノズル１５に接合されることにより、第２ノズル１５に固定され、第１流路１８の一端を閉鎖している。第２ノズル１５は、一端が第３ノズル１６に接合されることにより、第３ノズル１６に固定され、第２流路１９の一端を閉鎖している。

バーナ１１は、さらに、第１噴射口２３と第２噴射口２４と第３噴射口２５とを形成している。第１噴射口２３は、第１ノズル１４と第２ノズル１５との間に形成され、第１流路１８の閉鎖されている端の反対側の端に形成されている。第２噴射口２４は、第２ノズル１５と第３ノズル１６との間に形成され、第２流路１９の閉鎖されている端の反対側の端に形成され、第１噴射口２３に囲まれるように形成されている。第３噴射口２５は、第３ノズル１６の内側に形成され、第３流路２０の端に形成され、第２噴射口２４に囲まれるように形成されている。

バーナ１１は、さらに、第１ノズル１４と第２ノズル１５と第３ノズル１６とのそれぞれの先端の位置が中心軸１７の方向に一致している。すなわち、バーナ１１は、第１ノズル１４の第１噴射口２３に近い側の端を中心軸１７に正射影した点が、第２ノズル１５の第１噴射口２３に近い側の端を中心軸１７に正射影した点に一致するように、形成されている。バーナ１１は、さらに、第２ノズル１５の第２噴射口２４に近い側の端を中心軸１７に正射影した点が、第３ノズル１６の第２噴射口２４に近い側の端を中心軸１７に正射影した点に一致するように、形成されている。

バーナ１１は、さらに、水蒸気供給流路２６と酸化剤ヒータ２７と酸化剤供給流路２８と燃料供給流路２９とを備えている。水蒸気供給流路２６は、第１流路１８に接続され、図示されない水蒸気供給装置から第１流路１８に水蒸気含有ガスを供給する。その水蒸気含有ガスは、水蒸気を含有している。その水蒸気含有ガスとしては、水蒸気そのもの、水蒸気と空気との混合ガス、水蒸気と酸化剤との混合ガスが例示される。

酸化剤ヒータ２７は、石炭ガス化炉１が生成する排ガスと図示されない酸化剤供給装置から供給される酸化剤ガスとを熱交換することにより、その酸化剤ガスの温度がその水蒸気含有ガスの露点より高くなるように、その酸化剤ガスを加熱する。その酸化剤ガスは、その微粉炭を酸化させ、その微粉炭から可燃性ガスを生成する酸化剤を含んでいる。その酸化剤ガスとしては、酸素、酸素富化空気が例示される。酸化剤供給流路２８は、酸化剤ヒータ２７により加熱された酸化剤ガスを第２流路１９に供給する。

燃料供給流路２９は、第３流路２０に接続され、図示されない微粉炭供給装置から第３流路２０に燃料流体を供給する。その燃料流体は、微粉炭と搬送ガスとの混合物である。その搬送ガスとしては、窒素が例示される。その燃料流体の温度は、その水蒸気含有ガスの露点より低いことがある。

バーナ１１は、その燃料流体が第３流路２０に供給されているときに、第３噴射口２５からその燃料流体をその石炭ガス化炉本体の内部に噴射する。バーナ１１は、その酸化剤ガスが第２流路１９に供給されているときに、第２噴射口２４からその酸化剤ガスをその石炭ガス化炉本体の内部に噴射する。バーナ１１は、水蒸気含有ガスが第１流路１８に供給されているときに、第１噴射口２３からその水蒸気含有ガスをその石炭ガス化炉本体の内部に噴射する。バーナ１１は、その燃料流体とその酸化剤ガスとその水蒸気含有ガスとを並行して噴射することにより、その燃料流体とその酸化剤ガスとその水蒸気含有ガスとが混合された混合ガスを生成する。バーナ１１は、さらに、その石炭ガス化炉本体の内部でその燃料流体とその酸化剤ガスとその水蒸気含有ガスとを化学反応させることにより、その石炭ガス化炉本体の内部のうちの第３噴射口２５からその燃料流体が噴射される領域に火炎３０を生成させ、生成ガスを生成する。

火炎３０は、熱線を輻射し、その熱線により第１ノズル１４と第２ノズル１５と第３ノズル１６とを加熱する。バーナ１１は、火炎３０にその水蒸気含有ガスが供給することにより、その酸化剤の濃度を低下させ、かつ、石炭をガス化させる化学反応のうちの吸熱反応を促進させ、火炎３０の温度を低減させることができる。このため、バーナ１１は、第１ノズル１４と第２ノズル１５と第３ノズル１６との温度を低減することができ、第１ノズル１４と第２ノズル１５と第３ノズル１６とが変形・焼損することを防止することができる。

バーナ１１は、第１流路１８と第３流路２０との間に第２流路１９が配置されることにより、その燃料流体に第２ノズル１５が直接に接触しないで、その燃料流体により第２ノズル１５が冷却され難く、第２ノズル１５の温度がその水蒸気含有ガスの露点より低くなることを防止することができる。このため、バーナ１１は、その水蒸気含有ガスが第１流路１８を流れるときに、その水蒸気含有ガスに含有される水蒸気が第２ノズル１５に接触することにより凝縮することが防止される。

もし仮に、第２ノズル１５が結露すると、その凝縮した水滴は、火炎３０の熱により蒸発する。第２ノズル１５は、その凝縮と蒸発とが断続的に繰り返すことにより、膨張・収縮を繰り返す。その膨張・収縮は、第２ノズル１５が疲労破壊するまでの期間を短縮することがある。バーナ１１は、第２ノズル１５が結露することを防止することにより、第２ノズル１５の膨張・収縮を低減することができ、第２ノズル１５が疲労破壊するまでの期間を延長することができる。このため、石炭ガス化炉１は、バーナ１１の寿命が延長されることにより、バーナ１１を交換する頻度を低減することができ、ランニングコストを低減することができる。

図４は、本発明によるバーナの実施の他の形態を示している。そのバーナ３１は、第１ノズル３４と第２ノズル３５と第３ノズル３６とを備えている。第１ノズル３４は、金属から形成されている。第１ノズル３４は、管に形成され、中心軸３７の周りに回転することにより得られる回転体に形成されている。第２ノズル３５は、金属から形成されている。第２ノズル３５は、第１ノズル３４より細い管に形成されている。第２ノズル３５は、第１ノズル３４の内側に配置され、中心軸３７の周りに回転することにより得られる回転体に形成されるように配置されている。第３ノズル３６は、金属から形成されている。第３ノズル３６は、第２ノズル３５より細い管に形成されている。第３ノズル３６は、第２ノズル３５の内側に配置され、中心軸３７の周りに回転することにより得られる回転体に形成されるように配置されている。

バーナ３１は、さらに、第１流路３８と第２流路３９と第３流路４０とを形成している。第１流路３８は、第１ノズル３４と第２ノズル３５との間に形成されている。第２流路３９は、第２ノズル３５と第３ノズル３６との間に形成されている。第３流路４０は、第３ノズル３６の内側に形成されている。

第１ノズル３４は、一端が第２ノズル３５に接合されることにより、第２ノズル３５に固定され、第１流路３８の一端を閉鎖している。第２ノズル３５は、一端が第３ノズル３６に接合されることにより、第３ノズル３６に固定され、第２流路３９の一端を閉鎖している。

バーナ３１は、さらに、第１噴射口４３と第２噴射口４４と第３噴射口４５とを形成している。第１噴射口４３は、第１ノズル３４と第２ノズル３５との間に形成され、第１流路３８の閉鎖されている端の反対側の端に形成されている。第２噴射口４４は、第２ノズル３５と第３ノズル３６との間に形成され、第２流路３９の閉鎖されている端の反対側の端に形成され、第１噴射口４３に囲まれるように形成されている。第３噴射口４５は、第３ノズル３６の内側に形成され、第３流路４０の端に形成され、第２噴射口４４に囲まれるように形成されている。

バーナ１１は、さらに、第１ノズル３４と第３ノズル３６とのそれぞれの先端の位置が中心軸３７の方向に一致し、第２ノズル３５の先端が第３ノズル３６の先端より奥に配置されている。すなわち、バーナ３１は、さらに、第１ノズル３４の第１噴射口４３に近い側の端を中心軸３７に正射影した点が、第３ノズル３６の第１噴射口４３に近い側の端を中心軸３７に正射影した点に一致するように、形成されている。バーナ３１は、さらに、第２ノズル３５の第２噴射口４４に近い側の端を中心軸３７に正射影した点が、第３ノズル３６の第２噴射口４４に近い側の端を中心軸３７に正射影した点より、第２流路３９の閉鎖されている端に近くなるように、形成されている。

バーナ３１は、さらに、水蒸気供給流路４６と酸化剤ヒータ４７と酸化剤供給流路４８と燃料供給流路４９とを備えている。水蒸気供給流路４６は、第１流路３８に接続され、図示されない水蒸気供給装置から第１流路３８に水蒸気含有ガスを供給する。その水蒸気含有ガスは、水蒸気を含有している。その水蒸気含有ガスとしては、水蒸気そのもの、水蒸気と空気との混合ガス、水蒸気と酸化剤との混合ガスが例示される。

酸化剤ヒータ４７は、バーナ３１が適用された石炭ガス化炉が生成する排ガスと図示されない酸化剤供給装置から供給される酸化剤ガスとを熱交換することにより、その酸化剤ガスの温度がその水蒸気含有ガスの露点より高くなるように、その酸化剤ガスを加熱する。その酸化剤ガスは、その微粉炭を酸化させ、その微粉炭から可燃性ガスを生成する酸化剤を含んでいる。その酸化剤ガスとしては、酸素、酸素富化空気が例示される。酸化剤供給流路４８は、酸化剤ヒータ４７により加熱された酸化剤ガスを第２流路３９に供給する。

燃料供給流路４９は、第３流路４０に接続され、図示されない微粉炭供給装置から第３流路４０に燃料流体を供給する。その燃料流体は、微粉炭と搬送ガスとの混合物である。その搬送ガスとしては、窒素が例示される。その燃料流体の温度は、その水蒸気含有ガスの露点より低いことがある。

バーナ３１は、さらに、複数の旋回翼４１−１〜４１−ｎ（ｎ＝２，３，４，…）を備えている。複数の旋回翼４１−１〜４１−ｎの任意の旋回翼４１−ｉ（ｉ＝１，２，３，…，ｎ）は、図５に示されているように、第１ノズル３４と第３ノズル３６との間に配置され、溶接により第３ノズル３６に固定されている。旋回翼４１−ｉは、さらに、第１噴射口４３から噴射される流体と第２噴射口４４噴射される流体とが複数の旋回翼４１−１〜４１−ｎにより混合されるように、かつ、第１噴射口４３と第２噴射口４４とから噴射される流体が複数の旋回翼４１−１〜４１−ｎにより旋回流に形成されるように、翼に形成されている。

バーナ３１は、既述の実施の形態におけるバーナ１１と同様にして、第３噴射口４５からその燃料流体を噴射し、第２噴射口４４からその酸化剤ガスを噴射し、第１噴射口４３からその水蒸気含有ガスを噴射する。バーナ３１は、その酸化剤ガスとその水蒸気含有ガスとを並行して噴射することにより、その酸化剤ガスとその水蒸気含有ガスとを混合し、その酸化剤ガスとその水蒸気含有ガスとが混合された混合ガスの旋回流をその石炭ガス化炉本体の内部に噴射する。バーナ３１は、さらに、その石炭ガス化炉本体の内部でその燃料流体とその混合ガスとを化学反応させることにより、その石炭ガス化炉本体の内部のうちの第３噴射口４５からその燃料流体が噴射される領域に火炎５０を生成させ、生成ガスを生成する。

バーナ３１は、既述の実施の形態におけるバーナ１１と同様にして、火炎５０の温度を低減させることができ、第１ノズル３４と第２ノズル３５と第３ノズル３６とが変形・焼損することを防止することができる。バーナ３１は、さらに、第１流路３８と第３流路４０との間に第２流路３９が配置されることにより、その水蒸気含有ガスに含有される水蒸気が第２ノズル３５に接触することにより凝縮することが防止され、第２ノズル３５が疲労破壊するまでの期間を延長することができる。このため、バーナ３１が適用された石炭ガス化炉は、ランニングコストを低減することができる。

バーナ３１は、さらに、その旋回流を生成することにより、既述の実施の形態におけるバーナ１１に比較して、その燃料流体とその混合ガスとをより適切に混合させることができ、その燃料流体をより適切に燃焼させることができる。

バーナ３１は、その燃料流体をより適切に燃焼させるために、その酸化剤ガスの流速を速くすることが望まれている。このとき、バーナ３１は、第２ノズル３５と第３ノズル３６との隙間を小さくすることにより、その酸化剤ガスの流速を向上させることがある。バーナ３１は、さらに、その酸化剤ガスとその水蒸気含有ガスとの両方が噴射される領域に複数の旋回翼４１−１〜４１−ｎを配置することにより、第２ノズル３５と第３ノズル３６との間に旋回翼を備える他のバーナに比較して、第２ノズル３５と第３ノズル３６との隙間が小さい場合でも、複数の旋回翼４１−１〜４１−ｎがより容易に第３ノズル３６に溶接されることができ、より容易に作製されることができる。

図６は、本発明によるバーナの実施のさらに他の形態を示している。そのバーナ５１は、水冷ジャケット５２と第１ノズル５４と第２ノズル５５と第３ノズル５６とを備えている。水冷ジャケット５２は、金属から形成されている。水冷ジャケット５２は、管状に形成され、中心軸５７の周りに回転することにより得られる回転体に形成されている。水冷ジャケット５２は、さらに、冷媒流路５３が内部に形成されている。

第１ノズル５４は、金属から形成されている。第１ノズル５４は、水冷ジャケット５２より細い管に形成され、中心軸５７の周りに回転することにより得られる回転体に形成されている。第２ノズル５５は、金属から形成されている。第２ノズル５５は、第１ノズル５４より細い管に形成されている。第２ノズル５５は、第１ノズル５４の内側に配置され、中心軸５７の周りに回転することにより得られる回転体に形成されるように配置されている。第３ノズル５６は、金属から形成されている。第３ノズル５６は、第２ノズル５５より細い管に形成されている。第３ノズル５６は、第２ノズル５５の内側に配置され、中心軸５７の周りに回転することにより得られる回転体に形成されるように配置されている。

バーナ５１は、さらに、第１流路５８と第２流路５９と第３流路６０とを形成している。第１流路５８は、第１ノズル５４と第２ノズル５５との間に形成されている。第２流路５９は、第２ノズル５５と第３ノズル５６との間に形成されている。第３流路６０は、第３ノズル５６の内側に形成されている。

第１ノズル５４は、一端が第２ノズル５５に接合されることにより、第２ノズル５５に固定され、第１流路５８の一端を閉鎖している。第２ノズル５５は、一端が第３ノズル５６に接合されることにより、第３ノズル５６に固定され、第２流路５９の一端を閉鎖している。

バーナ５１は、さらに、第１噴射口６３と第２噴射口６４と第３噴射口６５とが形成されている。第１噴射口６３は、第１ノズル５４と第２ノズル５５との間に形成され、第１流路５８の閉鎖されている端の反対側の端に形成されている。第２噴射口６４は、第２ノズル５５と第３ノズル５６との間に形成され、第２流路５９の閉鎖されている端の反対側の端に形成され、第１噴射口６３に囲まれるように形成されている。第３噴射口６５は、第３ノズル５６に内側に形成され、第３流路６０の端に形成され、第２噴射口６４に囲まれるように形成されている。

バーナ５１は、さらに、第１ノズル５４の第１噴射口６３に近い側の端を中心軸５７に正射影した点が、第３ノズル５６の第１噴射口６３に近い側の端を中心軸５７に正射影した点に一致するように、形成されている。バーナ５１は、さらに、第２ノズル５５の第２噴射口６４に近い側の端を中心軸５７に正射影した点が、第３ノズル５６の第２噴射口６４に近い側の端を中心軸５７に正射影した点より、第２流路５９の閉鎖されている端に近くなるように、形成されている。バーナ５１は、さらに、水冷ジャケット５２の第１噴射口６３の側の端を中心軸５７に正射影した点が、第３ノズル５６の第１噴射口６３に近い側の端を中心軸５７に正射影した点より、第２流路５９の閉鎖されている端から遠くなるように、形成されている。

バーナ５１は、さらに、水蒸気供給流路６６と酸化剤ヒータ６７と酸化剤供給流路６８と燃料供給流路６９と冷媒供給流路７１と冷媒排水流路７２とを備えている。水蒸気供給流路６６は、第１流路５８に接続され、図示されない水蒸気供給装置から第１流路５８に水蒸気含有ガスを供給する。その水蒸気含有ガスは、水蒸気を含有している。その水蒸気含有ガスとしては、水蒸気そのもの、水蒸気と空気との混合ガス、水蒸気と酸化剤との混合ガスが例示される。

酸化剤ヒータ６７は、バーナ５１が適用された石炭ガス化炉が生成する排ガスと図示されない酸化剤供給装置から供給される酸化剤ガスとを熱交換することにより、その酸化剤ガスの温度がその水蒸気含有ガスの露点より高くなるように、その酸化剤ガスを加熱する。その酸化剤ガスは、その微粉炭を酸化させ、その微粉炭から可燃性ガスを生成する酸化剤を含んでいる。その酸化剤ガスとしては、酸素、酸素富化空気が例示される。酸化剤供給流路６８は、酸化剤ヒータ６７により加熱された酸化剤ガスを第２流路５９に供給する。

燃料供給流路６９は、第３流路６０に接続され、図示されない微粉炭供給装置から第３流路６０に燃料流体を供給する。その燃料流体は、微粉炭と搬送ガスとの混合物である。その搬送ガスとしては、窒素が例示される。その燃料流体の温度は、その水蒸気含有ガスの露点より低いことがある。

冷媒供給流路７１は、水冷ジャケット５２の冷媒流路５３に接続され、図示されない冷媒供給装置から冷媒流路５３に冷却水を供給する。その冷却水は、水から形成され、その酸化剤ガスの温度がその水蒸気含有ガスの露点より温度が高い。冷媒排水流路７２は、冷媒流路５３に接続され、水冷ジャケット５２により温められた冷却水を冷媒流路５３から排水する。

バーナ５１は、さらに、複数の旋回翼６１−１〜６１−ｎを備えている。複数の旋回翼６１−１〜６１−ｎの任意の旋回翼６１−ｉは、第１ノズル５４と第３ノズル５６との間に配置され、溶接により第３ノズル５６に固定されている。旋回翼６１−ｉは、さらに、第１噴射口６３から噴射される流体と第２噴射口６４噴射される流体とが複数の旋回翼６１−１〜６１−ｎにより混合されるように、かつ、第１噴射口６３と第２噴射口６４とから噴射される流体が複数の旋回翼６１−１〜６１−ｎにより旋回流に形成されるように、翼に形成されている。

バーナ５１は、冷却水が冷媒流路５３に供給されることにより、水冷ジャケット５２が第１ノズル５４と第２ノズル５５と第３ノズル５６とを冷却する。バーナ５１は、さらに、既述の実施の形態におけるバーナ１１と同様にして、第３噴射口６５からその燃料流体を噴射し、第２噴射口６４からその酸化剤ガスを噴射し、第１噴射口６３からその水蒸気含有ガスを噴射する。バーナ５１は、その酸化剤ガスとその水蒸気含有ガスとを並行して噴射することにより、その酸化剤ガスとその水蒸気含有ガスとを混合し、その酸化剤ガスとその水蒸気含有ガスとが混合された混合ガスの旋回流をその石炭ガス化炉本体の内部に噴射する。バーナ５１は、さらに、その石炭ガス化炉本体の内部でその燃料流体とその混合ガスとを化学反応させることにより、その石炭ガス化炉本体の内部のうちの第３噴射口６５からその燃料流体が噴射される領域に火炎７０を生成させ、生成ガスを生成する。

バーナ５１は、既述の実施の形態におけるバーナ１１と同様にして、火炎７０の温度を低減させることができ、第１ノズル５４と第２ノズル５５と第３ノズル５６とが変形・焼損することを防止することができる。バーナ５１は、さらに、第１流路５８と第３流路６０との間に第２流路５９が配置されることにより、その水蒸気含有ガスに含有される水蒸気が第２ノズル５５に接触することにより凝縮することが防止され、第２ノズル５５が疲労破壊するまでの期間を延長することができる。このため、バーナ５１が適用される石炭ガス化炉は、バーナ５１の寿命が延長されることにより、バーナ５１を交換する頻度を低減することができ、ランニングコストを低減することができる。

バーナ５１は、さらに、既述の実施の形態におけるバーナ３１と同様にして、その酸化剤ガスとその水蒸気含有ガスとが混合された混合ガスの旋回流を生成することにより、その燃料流体をより適切に燃焼させることができる。バーナ５１は、さらに、その酸化剤ガスとその水蒸気含有ガスとの両方が噴射される領域に複数の旋回翼６１−１〜６１−ｎを配置することにより、より容易に作製されることができる。

バーナ５１は、冷却ジャケット５２の端が第３ノズルの端より火炎７０の側に突出していることにより、既述の実施の形態における第３ノズル３６から見た火炎５０の立体角に比較して、第３ノズル５６から見た火炎７０の立体角がより小さい。このため、バーナ５１は、既述の実施の形態におけるバーナ３１に比較して、火炎７０から第３ノズル５６に届く熱線の量を低減することができ、第３ノズル５６の温度を低減することができ、第３ノズル５６の焼損を防止することができる。

なお、本発明によるバーナは、第１噴射口２３、４３、６３から燃料流体が噴射されるように、かつ、第３噴射口２５、４５、６５から水蒸気含有ガスが噴射されるように、形成されることもできる。このようなバーナは、第１流路１８、３８、５８と第３流路２０、４０、６０との間に第２流路１９、３９、５９が配置されることにより、第１流路１８、３８、５８を流れる燃料流体により第３流路２０、４０、６０が冷却され難く、第３流路２０、４０、６０が結露されることが防止される。

なお、酸化剤ヒータ２７、４７、６７は、熱交換器と異なる他のヒータに置換されることもできる。そのヒータとしては、外部から供給される電力を利用してその酸化剤を加熱する電気加熱ヒータ、深冷分離装置の排熱を利用してその酸化剤を加熱する熱交換器が例示される。このようなヒータが適用されたバーナは、既述の実施の形態におけるバーナと同様にして、水蒸気含有ガスを凝縮することを防止することができる。ここで、その熱交換器が適用されたバーナは、その電気加熱ヒータが適用されたバーナに比較して、ランニングコストをより低減することができる。

さらに、酸化剤ヒータ２７、４７、６７は、水蒸気含有ガスが流れる流路が結露する程度に酸化剤ガスにより冷却されないときに、省略されることもできる。酸化剤ヒータ２７、４７、６７が省略されたバーナも、その酸化剤ガスが流れる流路が、その燃料流体が流れる流路と、その水蒸気含有ガスが流れる流路との間に配置されることにより、その水蒸気含有ガスが流れる流路がその燃料流体により冷却され難く、その水蒸気含有ガス流路が結露することを防止することができる。

１ ：石炭ガス化炉
２ ：チャー回収装置
３ ：ガス精製設備
６ ：排熱回収ボイラ
７ ：蒸気タービン設備
８ ：発電機
１０：石炭ガス化複合発電設備
１１：バーナ
１４：第１ノズル
１５：第２ノズル
１６：第３ノズル
１７：中心軸
１８：第１流路
１９：第２流路
２０：第３流路
２３：第１噴射口
２４：第２噴射口
２５：第３噴射口
２６：水蒸気供給流路
２７：酸化剤ヒータ
２８：酸化剤供給流路
２９：燃料供給流路
３０：火炎
３１：バーナ
３４：第１ノズル
３５：第２ノズル
３６：第３ノズル
３７：中心軸
３８：第１流路
３９：第２流路
４０：第３流路
４１−１〜４１−ｎ：複数の旋回翼
４３：第１噴射口
４４：第２噴射口
４５：第３噴射口
４６：水蒸気供給流路
４７：酸化剤ヒータ
４８：酸化剤供給流路
４９：燃料供給流路
５０：火炎
５１：バーナ
５２：ジャケット
５３：冷媒流路
５４：第１ノズル
５５：第２ノズル
５６：第３ノズル
５７：中心軸
５８：第１流路
５９：第２流路
６０：第３流路
６１−１〜６１−ｎ：複数の旋回翼
６３：第１噴射口
６４：第２噴射口
６５：第３噴射口
６６：水蒸気供給流路
６７：酸化剤ヒータ
６８：酸化剤供給流路
６９：燃料供給流路
７０：火炎
７１：冷媒供給流路
７２：冷媒排水流路

Claims (5)

1. 燃料流体を噴出させる燃料噴射口と、
   前記燃料流体を燃焼させる酸化剤を噴出させる酸化剤噴射口と、
   水蒸気を含む水蒸気含有ガスを噴出させることにより、前記燃料流体が燃焼することにより生成される火炎に前記水蒸気含有ガスを供給する水蒸気含有ガス噴射口とを備え、
   前記酸化剤噴射口は、前記燃料流体噴射口と前記水蒸気含有ガス噴射口との間に配置されるバーナ。
2. 前記酸化剤を加熱するヒータをさらに備える請求項１に記載されるバーナ。
3. 前記酸化剤と前記水蒸気含有ガスとが混合された混合ガスの旋回流が前記火炎に供給されるように、前記混合ガスを旋回させる旋回翼をさらに備え、
   前記酸化剤噴射口と前記水蒸気含有ガス噴射口とは、前記酸化剤噴射口または前記水蒸気含有ガス噴射口から前記火炎までの距離が、前記燃料噴射口から前記火炎までの距離より長くなるように、配置される請求項１〜請求項２のうちのいずれか一項に記載されるバーナ。
4. 前記燃料噴射口と前記酸化剤噴射口と前記水蒸気含有ガス噴射口とを冷却する冷却外管をさらに備え、
   前記冷却外管は、前記燃料噴射口と前記酸化剤噴射口と前記水蒸気含有ガス噴射口とを囲むように配置され、
   前記冷却外管は、前記冷却外管から前記火炎までの距離が前記燃料噴射口から前記火炎までの距離より短くなるように、配置される請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載されるバーナ。
5. 請求項１〜請求項４のうちのいずれか一項に記載されるバーナと、
   炭素を含有する炭素含有燃料をガス化するガス化炉本体とを備える石炭ガス化炉。

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