JP3702402B2

JP3702402B2 - Emulsion fuel reforming combustion method and apparatus

Info

Publication number: JP3702402B2
Application number: JP2000050755A
Authority: JP
Inventors: 悟野本; 聡百々
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-02-28
Filing date: 2000-02-28
Publication date: 2005-10-05
Anticipated expiration: 2020-02-28
Also published as: JP2001241644A

Description

【０００１】
本発明は、エマルジョン燃料改質燃焼方法およびその装置に係り、特に、燃焼器で重質油を燃焼させるに好適なエマルジョン燃料改質燃焼方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガスタービン発電システム、廃棄物発電システム、ごみ焼却排ガス浄化システムの燃焼器においては、燃料の搬送、燃焼安定性、システムを構成する装置のメンテナンス性を考慮して、燃料として、メタン、天然ガスといった気体燃料や、灯油、Ａ重油といった比較的沸点温度の低い（３００℃以下）軽質な液体燃料が用いられている。
【０００３】
一方、ボイラなどのシステムの燃焼器においては、燃料として、重質油、残渣油といった性状が不均一で沸点温度が高く（５００℃以上）粘性が大きい液体燃料が用いられている。これら重質油、残渣油は灯油やＡ重油に比べて沸点温度が高く粘性が大きいので搬送（配管内の搬送）が困難であるとともに燃焼安定性に乏しいが、コストが安いので、重質油、残渣油の粘性を下げて搬送を容易にし、かつ燃焼性を向上させるために、石油系液体燃料と水および乳化剤を混合したエマルジョン燃料を用いた燃焼装置が提案されている。
【０００４】
エマルジョン燃料を用いた燃焼装置としては、例えば、特開平１０−２５１４号公報や特開平１１−１６６７０５号公報に記載されているものがある。これらの公報に開示されているエマルジョン燃料燃焼装置は、エマルジョン燃料を安定した状態で燃焼させるために、エマルジョン燃料を燃焼させるバーナの他に、外部燃料（ＬＰＧ）を燃焼させるバーナを設け、エマルジョン燃料による火炎を保持することが行なわれている。
【０００５】
一方、エマルジョン燃料そのものの燃焼性を向上させたエマルジョン燃料燃焼装置としては、例えば、特開平１０−２８１４４４号公報に記載されているものがある。この公報に記載されているエマルジョン燃料燃焼装置は、エマルジョン燃料をボイラで燃焼させるために、エマルジョン燃料を加熱器で加熱してフラッシャで脱水することにより、エマルジョン燃料中の水分濃度を低減することで、燃焼性を向上させるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術のうち前者のものは、エマルジョン燃料の燃焼のために、保炎用バーナを備えているだけで、エマルジョン燃料そのものの燃焼性の向上を図ることはできない。また後者のものは、エマルジョン燃料そのものの燃焼性を向上させるために、エマルジョン燃料中の水分濃度を低減させているので、エマルジョン燃料を生成する装置に加えて、脱水する装置が必要となり、システムが複雑になる。
【０００７】
本発明の目的は、エマルジョン燃料を改質してエマルジョン燃料の燃焼性を高めることができるエマルジョン燃料改質燃焼方法およびその装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、石油系液体燃料と水および乳化剤を主成分とするエマルジョン燃料の一部をバーナによって燃焼させて反応熱を発生させ、前記反応熱の熱エネルギーを用いて前記バーナとは別のノズルから噴霧された残りのエマルジョン燃料中の石油系液体燃料と水とを反応させて、前記残りのエマルジョン燃料を水素と一酸化炭素を含む燃料に改質し、改質した燃料を燃焼させるエマルジョン燃料改質燃焼方法を採用したものである。
【０００９】
前記エマルジョン燃料改質燃焼方法を採用するに際しては、以下の要素を付加することができる。
【００１０】
（１）前記反応熱の熱エネルギーを用いて残りのエマルジョン燃料中の石油系液体燃料と水とを反応させるときに、前記残りのエマルジョン燃料以外に水蒸気を加えて改質する。
【００１１】
（２）前記エマルジョン燃料中の水と前記水蒸気の合計は、前記エマルジョン燃料中の石油系液体燃料に対して、スチーム・カーボン比（モル比）で１．５以上となる流量である。
【００１２】
（３）前記エマルジョン燃料の改質を行うときに、前記一部のエマルジョン燃料に空気を加えて燃焼し、この燃焼による反応熱の熱エネルギーを利用して前記残りのエマルジョン燃料を改質する。
【００１３】
（４）前記エマルジョン燃料の改質を行うときに、前記一部のエマルジョン燃料に酸素または酸素を富化させた空気を加えて燃焼し、この燃焼による反応熱の熱エネルギーを利用して前記残りのエマルジョン燃料を改質する。
【００１４】
（５）熱源として前記一部のエマルジョン燃料を用いる代わりに、前記エマルジョン以外の燃料を用いてこの燃料を燃焼させて反応熱を発生させ、前記反応熱の熱エネルギーにより全てのエマルジョン燃料を改質する。
【００１５】
（６）改質した燃料を燃焼させるときに、前記改質した燃料の流れと交差する方向にガスを注入して前記改質した燃料の流れの中に複数の燃焼領域を形成し、各燃焼領域で前記改質した燃料を燃焼させる。
【００１６】
（７）石油系液体燃料と乳化剤に水蒸気を噴霧して撹拌し、この撹拌により前記石油系液体燃料と乳化剤および水を主成分とするエマルジョン燃料を生成する。
【００１７】
また、前記目的を達成するために、本発明は、石油系液体燃料と乳化剤および水を主成分とするエマルジョン燃料を搬送する燃料搬送手段と、前記燃料搬送手段により搬送されたエマルジョン燃料を気化させた後改質するための改質室と、前記燃料搬送手段により搬送されたエマルジョン燃料の一部を導入して前記改質室内で燃焼させるバーナと、前記バーナに前記エマルジョン燃料を燃焼させるための燃焼用ガスを供給する第１のガス供給手段と、前記燃料搬送手段により搬送されたエマルジョン燃料のうち残りのエマルジョン燃料を導入して前記改質室内に噴霧するノズルと、前記改質室で改質された燃料を導入して燃焼させるための燃焼室と、前記燃焼室内に前記改質された燃料を燃焼させるための燃焼用ガスを供給する第２のガス供給手段とを備えてなるエマルジョン燃料改質燃焼装置を構成したものである。
【００１８】
前記エマルジョン燃料改質燃焼装置を構成するに際しては、前記改質室内に蒸気を供給する蒸気供給手段を設けることもできる。
【００１９】
また、前記目的を達成するために本発明は、石油系液体燃料と乳化剤および水を主成分とするエマルジョン燃料を搬送する燃料搬送手段と、前記燃料搬送手段により搬送されたエマルジョン燃料を気化させた後改質するための改質室と、前記燃料搬送手段により搬送されたエマルジョン燃料以外の燃料を導入して前記改質室内で燃焼させるバーナと、前記バーナに前記エマルジョン燃料以外の燃料を燃焼させるための燃焼用ガスを供給する第１のガス供給手段と、前記燃料搬送手段により搬送されたエマルジョン燃料を導入して前記改質室内に噴霧するノズルと、前記改質室で改質された燃料を導入して燃焼させるための燃焼室と、前記燃焼室内に前記改質された燃料を燃焼させるための燃焼用ガスを供給する第２のガス供給手段とを備えてなるエマルジョン燃料改質燃焼装置を構成したものである。
【００２０】
前記各エマルジョン燃料改質燃焼装置を構成するに際しては、以下の要素を付加することができる。
【００２１】
（１）前記第２のガス供給手段は、前記燃焼室内の改質された燃料の流れに対して交差する方向に燃焼用ガスを供給するとともに前記燃焼用ガスが前記燃焼室の中央部まで到達する流速で前記燃焼用ガスを供給し、前記燃焼室内の燃料の流れの中に複数の燃焼領域を形成してなる。
【００２２】
（２）石油系液体燃料と乳化剤および水を主成分とするエマルジョン燃料を生成するためのエマルジョン燃料生成室と、前記エマルジョン燃料生成室内に石油系液体燃料を供給する燃料供給手段と、前記エマルジョン燃料生成室内に前記石油系液体燃料をエマルジョン化するための乳化剤を供給する乳化剤供給手段と、前記エマルジョン燃料生成室内に水蒸気を噴射して前記エマルジョン燃料生成室内の石油系液体燃料と乳化剤を撹拌させる水蒸気供給手段とを備え、前記エマルジョン燃料生成室内で生成されたエマルジョン燃料が前記燃料搬送手段により前記改質室に搬送されてなる。
【００２３】
前記した手段によれば、エマルジョン燃料の一部を燃焼させるかエマルジョン燃料以外の燃料を燃焼させて反応熱を発生させ、この反応熱のエネルギーを用いて残りのエマルジョン燃料あるいは全てのエマルジョン燃料中の石油系液体燃料と水とを反応させて気化し、気化した後、エマルジョン燃料を燃焼速度の速い水素や一酸化炭素を含む燃料に改質し、改質した燃料を燃焼させるようにしたため、配管内の搬送（ポンプ動力）を容易にするのに、重質油、残渣油の粘性を下げて得られたエマルジョン燃料であっても、保炎用バーナを設けたり、エマルジョン燃料中の水分を脱水したりすることなく、エマルジョン燃料を安定に燃焼させることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示すエマルジョン燃料改質燃焼装置の全体構成を示す模式図である。図１において、エマルジョン燃料改質燃焼装置は、改質室１０、燃焼室１２を備えており、改質室１０と燃焼室１２とが一体となって形成されている。改質室１０と燃焼室１２は流体通路を構成するようになっており、燃焼室１２の出口側が発電システムに接続されるようになっている。
【００２５】
改質室１０の入口側には配管１４、１６、バーナ１８、ノズル２０、２２が設けられている。配管１４は、エマルジョン燃料生成室（図示省略）に接続されており、エマルジョン燃料生成室で生成されたエマルジョン燃料、すなわち石油系液体燃料と水および乳化剤を主成分とするエマルジョン燃料をエマルジョン燃料生成室から導入し、導入したエマルジョン燃料を改質室１０に搬送する燃料搬送手段として構成されている。そして、本実施形態において、この配管１４は、その端部が３つの流路に分岐されており、１つの流路がバーナ１８に接続され、残りの２つの流路がそれぞれ各ノズル２０、２２に接続されている。このため、配管１４内のエマルジョン燃料の一部がバーナ１８に供給され、残りのエマルジョン燃料が各ノズル２０、２２に供給されるようになっている。配管１６は空気や酸素などの燃焼用ガスをバーナ１８に供給する第１のガス供給手段として構成されているとともに、燃焼用ガスの一部をノズル２０、２２に供給するようになっている。バーナ１８は、配管１４から一部のエマルジョン燃料を導入するとともに配管１６から燃焼用ガスを導入して一部のエマルジョン燃料を燃焼させるようになっている。ノズル２０、２２は、配管１４から残りのエマルジョン燃料を導入し、導入したエマルジョン燃料を配管１６からの燃焼用ガスによって改質室１０内に噴霧するようになっている。
【００２６】
改質室１０内でエマルジョン燃料の一部がバーナ１８によって燃焼するときに、残りのエマルジョン燃料がノズル２０、２２から改質室１０内に噴霧されると、一部のエマルジョン燃料の燃焼によって反応熱が発生し、この反応熱の熱エネルギーにしたがって残りのエマルジョン燃料中の石油系液体燃料と水とが反応するとともに気化し、残りのエマルジョン燃料が水素と一酸化炭素を含む燃料に改質される。
【００２７】
具体的には、改質室１０内において、バーナ１８によって作られた火炎の燃焼熱により、次の（化１）に示す反応が起り、エマルジョン燃料中の石油系液体燃料と水が水素や一酸化炭素を含む燃料に改質されることによって、改質された燃料（改質燃料）が生成される。
【００２８】
【化１】
Ｃ_ｍＨ_ｎ＋αＨ_２Ｏ→βＨ_２＋γＣＯ＋Ｃ_ｍ’Ｈ_ｎ’−ΔＱ
ここで、Ｃ_ｍＨ_ｎは石油系液体燃料中の炭化水素類、Ｃ_ｍ’Ｈ_ｎ’は改質後の炭化水素類、α、β、γは係数、ΔＱは反応熱である。
【００２９】
なお、エマルジョン燃料と燃焼用ガスの流量比は、（化１）に示される反応を促進させるために、バーナ１８で作られる火炎の温度が、例えば１３００℃以上になるような流量比で、かつ、燃焼用ガスの流量はバーナ１８でエマルジョン燃料が燃焼を維持するのに必要な酸素量を確保する流量以上であれば良い。
【００３０】
またバーナ１８で燃焼させるエマルジョン燃料と改質させるための残りのエマルジョン燃料との流量分配比率は、改質室１０において、残りのエマルジョン燃料が全て蒸発する温度以上となる流量分配比率である。
【００３１】
エマルジョン燃料が改質室１０で改質されると、改質された燃料は燃焼室１２に導入され、燃焼室１２内で燃焼される。燃焼室１２の側壁には複数の配管２４、２６、２８、３０が相対向して配設されており、各配管２４〜３０は、空気、酸素あるいはごみ焼却排ガス（例えば、酸素を１２％含む排ガス）を燃焼用ガスとして燃焼室１２内に供給する第２の供給手段として構成されている。各配管２４〜３０から燃焼室１２内に燃焼用ガスを供給するに際して、本実施形態においては、改質された燃料（改質燃料）の流れに対して交差する方向、例えば、直交する方向に燃焼用ガスを供給するとともに、燃焼用ガスが燃焼室１２の中央部まで到達する流速で燃焼用ガスを供給し、燃焼室１２内の燃料（改質燃料）の流れの中に渦による複数の燃焼領域３２〜４６を形成することとしている。この場合、燃焼ガスの供給は数段階に分けてもよく、また段階ごとに供給（注入）する燃焼用ガスの組成を変えてもよい。
【００３２】
改質された燃料の流れの中に複数の燃焼領域３２〜４６を形成すると、改質された燃料が渦によって堰き止められるため、改質された燃料を燃焼するに際して、燃焼領域を複数に区切って保炎することができ、改質された燃料をより安定に燃焼させることができる。
【００３３】
このように、本実施形態によれば、エマルジョン燃料の一部を燃焼させて反応熱を発生させ、この反応熱の熱エネルギーを用いて残りのエマルジョン燃料中の石油系液体燃料と水とを反応させて気化し、気化した後、単位発熱量の低いエマルジョン燃料を燃焼速度の速い水素を含む燃料に改質し、改質した燃料を燃焼させるようにしたため、保炎用バーナを設けたり、エマルジョン燃料を脱水するための装置を設けたりすることなく、エマルジョン燃料を安定に燃焼させることができる。さらに燃焼領域を複数の燃焼領域に区切って保炎することで、エマルジョン燃料をより安定に燃焼させることができる。
【００３４】
なお、燃焼室１２内で燃料が燃焼したことによる熱エネルギーは、燃焼室１２の出口側に接続された発電システムの熱交換器に供給され、熱交換器で熱交換された蒸気が蒸気タービンに供給されて発電が行なわれるようになっている。
【００３５】
次に、本発明の第２実施形態を図２にしたがって説明する。本実施形態は、改質室１０の入口側に、配管４８、５０を設けるとともに噴霧ノズル５２、５４を設け、配管４８、５０から導入された蒸気を噴霧ノズル５２、５４から改質室１０内に噴霧するようにしたものであり、他の構成は図１のものと同様である。
【００３６】
すなわち、本実施形態においては、改質室１０内に蒸気を供給する蒸気供給手段として、配管４８、５０、噴霧ノズル５２、５４を設けたことを特徴としている。
【００３７】
本実施形態においては、改質室１０内に注入されたエマルジョン燃料が蒸発した後、噴霧ノズル５２、５４から蒸気が噴霧されてエマルジョン燃料と混合させることによって、石油系液体燃料と蒸気との比率であるスチーム・カーボン比を調節することができる。この場合、エマルジョン燃料の含水率に関わらず、スチーム・カーボン比を、例えば１．５以上に調整することができる。したがって、エマルジョン燃料の改質率を比較的に簡単に調整することができる。
【００３８】
また、本実施形態においては、エマルジョン燃料の含水率をバーナ１８の燃焼性に合わせて調整することができ、バーナ１８の燃焼性を向上させることができる。
【００３９】
次に、本発明の第３実施形態を図３にしたがって説明する。本実施形態は、図１に示すバーナ１８の代わりに、バーナ５６を設け、このバーナ５６に配管５８を接続し、配管５８からエマルジョン燃料以外の燃料をバーナ５６に供給し、エマルジョン燃料以外の燃料をバーナ５６によって改質室１０内で燃焼させるとともに、配管１４から導入されたエマルジョン燃料をノズル２０、２２にのみ供給し、さらに、配管１６から導入された燃焼用ガスをノズル２０、２２にのみ供給し、配管１４から導入された全てのエマルジョン燃料をノズル２０、２２から改質室１０内に燃焼用ガスにしたがって噴霧させるようにしたものであり、他の構成は図１のものと同様である。
【００４０】
本実施形態においては、配管１４から導入された全てのエマルジョン燃料がノズル２０、２２から改質室１０内に噴霧される過程で、バーナ５６による燃焼が行なわれると、燃焼室１０内において、ノズル２０、２２から噴射されたエマルジョン燃料は、（化学１）に示す反応が起り、エマルジョン燃料中の石油系液体燃料と水が水素と一酸化炭素を含む燃料に改質され、改質された燃料が生成される。そして改質された燃料は燃焼室１２に供給されて燃焼される。
【００４１】
本実施形態においては、エマルジョン燃料を安定に燃焼されることができるとともに改質用のエマルジョン燃料以外の燃料を用いてバーナ５６で燃焼させることで、エマルジョン燃料と燃焼用ガスの種類や流量を調整することにより、バーナ５６の燃焼性を向上させることができるとともに、エマルジョン燃料の改質率を調整することができる。
【００４２】
次に、本発明の第４実施形態を図４にしたがって説明する。本実施形態は、改質室１０を、配管１４を介してエマルジョン燃料生成室６０に接続するようにしたものであり、他の構成は図１のものと同様である。
【００４３】
エマルジョン燃料生成室６０は、箱型の容器として構成されており、エマルジョン燃料生成室６０の上部側には配管６２、６４が設けられ、エマルジョン燃料生成室６０の底部側には配管６６と複数のノズル６８が設けられ、各ノズルが配管６６に接続されている。また、エマルジョン燃料生成室６６の側面側には配管１４が接続されており、この配管１４の管の途中にはポンプ７０が設けられている。配管６２は、エマルジョン燃料生成室６０内に石油系液体燃料を供給する燃料供給手段として構成されており、配管６４はエマルジョン燃料生成室６０内に石油系液体燃料をエマルジョン化するための乳化剤を供給する乳化剤供給手段として構成されている。配管６６は蒸気発生器（図示省略）から蒸気を導入し、導入した蒸気を各ノズル６８に供給するようになっており、各ノズル６８はエマルジョン燃料生成室６０の底部側から蒸気を噴射してエマルジョン燃料生成室６０内の石油系液体燃料と乳化剤とを撹拌させるようになっている。すなわち、配管６６と各ノズル６８は水蒸気供給手段として構成されている。
【００４４】
エマルジョン燃料生成室６０内に石油系液体燃料と乳化剤が導入されて水蒸気によって撹拌されると、エマルジョン燃料生成室６０内には石油系液体燃料と乳化剤および水を主成分とするエマルジョン燃料が生成され、生成されたエマルジョン燃料６０がポンプ７０の作動によって配管１４を介してバーナ１８およびノズル２０、２２に送給される。
【００４５】
なお、配管６６に導入する蒸気は飽和蒸気であっても良く、また過熱蒸気であっても良い。また、配管６２、エマルジョン燃料生成室６０、配管１４はヒータ類によって加熱することもできる。さらに、配管６６によって導入される蒸気の一部または全部を配管６２とエマルジョン燃料生成室６０および配管１４の周りに流すことによって、これらを加熱することもできる。
【００４６】
本実施形態によれば、エマルジョン燃料を生成するために必要な水を高速噴流の蒸気の形で供給することによって、エマルジョン燃料を製造するための撹拌を行なうことができるとともに、エマルジョン燃料の加熱も行なうことができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、エマルジョン燃料の一部を燃焼させるかエマルジョン燃料以外の燃料を燃焼させて反応熱を発生させ、この反応熱のエネルギーを用いて残りのエマルジョン燃料あるいは全てのエマルジョン燃料中の石油系液体燃料と水とを反応させて気化し、気化した後、エマルジョン燃料を燃焼速度の速い水素や一酸化炭素を含む燃料に改質し、改質した燃料を燃焼させるようにしたため、エマルジョン燃料を安定に燃焼させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示すエマルジョン燃料改質燃焼装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示すエマルジョン燃料改質燃焼装置の全体構成を示す模式図である。
【図３】本発明の第３実施形態を示すエマルジョン燃料改質燃焼装置の全体構成を示す模式図である。
【図４】本発明の第４実施形態を示すエマルジョン燃料改質燃焼装置の全体構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１０改質室
１２燃焼室
１４、１６配管
１８バーナ
２０、２２ノズル
２４、２６、２８、３０配管
３２〜４６燃焼領域
４８、５０配管
５２、５４噴霧ノズル
５６バーナ
５８配管
６０エマルジョン燃料生成室
６２、６４、６６配管
６８ノズル
７０ポンプ[0001]
The present invention relates to an emulsion fuel reforming combustion method and apparatus, and more particularly, to an emulsion fuel reforming combustion method and apparatus suitable for burning heavy oil in a combustor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a combustor of a gas turbine power generation system, a waste power generation system, and a waste incineration exhaust gas purification system, methane, natural as a fuel are considered in consideration of fuel transportation, combustion stability, and maintainability of the devices constituting the system. Gas fuels such as gas, and light liquid fuels having a relatively low boiling point temperature ( 300 ° C. or less) such as kerosene and A heavy oil are used.
[0003]
On the other hand, in a combustor of a system such as a boiler, liquid fuel such as heavy oil and residual oil is used as a fuel, which has non-uniform properties, high boiling point temperature (500 ° C. or higher), and high viscosity. These heavy oils and residual oils have a higher boiling point temperature and higher viscosity than kerosene and A heavy oil, so they are difficult to transport (transport in pipes) and have poor combustion stability, but they are less expensive. In order to reduce the viscosity of residual oil to facilitate transportation and improve combustibility, a combustion apparatus using an emulsion fuel in which petroleum liquid fuel, water and an emulsifier are mixed has been proposed.
[0004]
As a combustion apparatus using an emulsion fuel, for example, there are those described in JP-A-10-2514 and JP-A-11-166705. The emulsion fuel combustion apparatus disclosed in these publications is provided with a burner that burns external fuel (LPG) in addition to a burner that burns emulsion fuel in order to burn emulsion fuel in a stable state. It is done to hold the flame by.
[0005]
On the other hand, as an emulsion fuel combustion apparatus in which the combustibility of the emulsion fuel itself is improved, for example, there is one described in JP-A-10-281444. The emulsion fuel combustion apparatus described in this publication reduces the water concentration in the emulsion fuel by heating the emulsion fuel with a heater and dehydrating with a flasher in order to burn the emulsion fuel with a boiler. , Is designed to improve combustibility.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Among the prior arts, the former is merely provided with a flame-holding burner for combustion of the emulsion fuel, and cannot improve the combustibility of the emulsion fuel itself. In the latter case, in order to improve the combustibility of the emulsion fuel itself, the water concentration in the emulsion fuel is reduced. Therefore, in addition to the device for generating the emulsion fuel, a device for dehydration is required. It becomes complicated.
[0007]
An object of the present invention is to provide an emulsion fuel reforming combustion method and apparatus capable of improving the combustibility of the emulsion fuel by reforming the emulsion fuel.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention generates a reaction heat by burning a part of an emulsion fuel mainly composed of petroleum liquid fuel and water and an emulsifier with a burner, and uses the heat energy of the reaction heat. The remaining petroleum fuel in the remaining emulsion fuel sprayed from a nozzle different from the burner is reacted with water to reform the remaining emulsion fuel into a fuel containing hydrogen and carbon monoxide. It employs an emulsion fuel reforming combustion method that burns quality fuel.
[0009]
In adopting the emulsion fuel reforming combustion method, the following elements can be added.
[0010]
(1) When the petroleum-based liquid fuel in the remaining emulsion fuel is reacted with water using the heat energy of the reaction heat, steam is added to the remaining emulsion fuel for reforming.
[0011]
(2) The sum of the water in the emulsion fuel and the water vapor is a flow rate at which the steam-carbon ratio (molar ratio) is 1.5 or more with respect to the petroleum-based liquid fuel in the emulsion fuel.
[0012]
(3) When reforming the emulsion fuel, air is added to the part of the emulsion fuel and burned, and the remaining emulsion fuel is reformed using the heat energy of reaction heat generated by the combustion.
[0013]
(4) When reforming the emulsion fuel, the part of the emulsion fuel is burned by adding oxygen or oxygen-enriched air, and the remaining energy is utilized by utilizing the heat energy of reaction heat generated by the combustion. Reforms the emulsion fuel.
[0014]
(5) Instead of using part of the emulsion fuel as a heat source, this fuel is burned using a fuel other than the emulsion to generate reaction heat, and all the emulsion fuel is reformed by the heat energy of the reaction heat. To do.
[0015]
(6) When the reformed fuel is burned, a gas is injected in a direction crossing the reformed fuel flow to form a plurality of combustion regions in the reformed fuel flow, and each combustion The reformed fuel is burned in the region.
[0016]
(7) Water vapor is sprayed on the petroleum liquid fuel and the emulsifier and agitated, and this agitation produces an emulsion fuel mainly composed of the petroleum liquid fuel, the emulsifier and water.
[0017]
In order to achieve the above object, the present invention provides a fuel conveying means for conveying an emulsion fuel mainly composed of petroleum liquid fuel, an emulsifier and water, and vaporizes the emulsion fuel conveyed by the fuel conveying means. A reforming chamber for subsequent reforming, a burner for introducing a part of the emulsion fuel conveyed by the fuel conveying means and burning it in the reforming chamber, and for burning the emulsion fuel in the burner A first gas supply means for supplying combustion gas; a nozzle for introducing the remaining emulsion fuel out of the emulsion fuel transported by the fuel transport means and spraying it into the reforming chamber; A combustion chamber for introducing and burning the refined fuel, and a second gas supply for supplying a combustion gas for burning the reformed fuel into the combustion chamber. It is obtained by constituting the emulsion fuel reformer combustion apparatus comprising a means.
[0018]
When configuring the emulsion fuel reforming combustion apparatus, steam supply means for supplying steam into the reforming chamber may be provided.
[0019]
In order to achieve the above object, the present invention vaporizes the fuel transport means for transporting the petroleum-based liquid fuel, the emulsion fuel mainly composed of an emulsifier and water, and the emulsion fuel transported by the fuel transport means. A reforming chamber for post-reforming, a burner that introduces fuel other than emulsion fuel conveyed by the fuel conveying means and burns in the reforming chamber, and burns fuel other than the emulsion fuel into the burner First gas supply means for supplying a combustion gas for use, a nozzle for introducing the emulsion fuel conveyed by the fuel conveyance means and spraying it into the reforming chamber, and fuel reformed in the reforming chamber And a second gas supply means for supplying a combustion gas for burning the reformed fuel into the combustion chamber. It is obtained by constituting the emulsion fuel reformer combustion device that.
[0020]
When configuring each of the emulsion fuel reforming combustion apparatuses, the following elements can be added.
[0021]
(1) The second gas supply means supplies the combustion gas in a direction crossing the flow of the reformed fuel in the combustion chamber, and the combustion gas reaches the center of the combustion chamber. The combustion gas is supplied at a flow velocity to form a plurality of combustion regions in the fuel flow in the combustion chamber.
[0022]
(2) An emulsion fuel generation chamber for generating an emulsion fuel mainly composed of petroleum liquid fuel, emulsifier and water, fuel supply means for supplying petroleum liquid fuel into the emulsion fuel generation chamber, and the emulsion fuel An emulsifier supply means for supplying an emulsifier for emulsifying the petroleum liquid fuel into the production chamber; And an emulsion fuel produced in the emulsion fuel production chamber is conveyed to the reforming chamber by the fuel conveyance unit.
[0023]
According to the means described above, a part of the emulsion fuel is combusted or a fuel other than the emulsion fuel is combusted to generate reaction heat, and the energy of this reaction heat is used for the remaining emulsion fuel or all the emulsion fuels. After the petroleum liquid fuel and water were reacted and vaporized, and vaporized, the emulsion fuel was reformed to a fuel containing hydrogen and carbon monoxide with a high combustion rate, and the reformed fuel was combusted. Even in the case of emulsion fuel obtained by lowering the viscosity of heavy oil and residual oil to facilitate internal transportation (pump power), a flame-holding burner is provided, and water in the emulsion fuel is dehydrated. The emulsion fuel can be combusted stably without having to do so.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of an emulsion fuel reforming combustion apparatus showing an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the emulsion fuel reforming combustion apparatus includes a reforming chamber 10 and a combustion chamber 12, and the reforming chamber 10 and the combustion chamber 12 are integrally formed. The reforming chamber 10 and the combustion chamber 12 constitute a fluid passage, and the outlet side of the combustion chamber 12 is connected to the power generation system.
[0025]
Pipes 14 and 16, a burner 18, and nozzles 20 and 22 are provided on the inlet side of the reforming chamber 10. The pipe 14 is connected to an emulsion fuel generation chamber (not shown), and emulsion fuel generated in the emulsion fuel generation chamber, that is, emulsion fuel mainly composed of petroleum liquid fuel, water, and an emulsifier is used as the emulsion fuel generation chamber. It is configured as a fuel transfer means for transferring the introduced emulsion fuel to the reforming chamber 10. In this embodiment, the end of the pipe 14 is branched into three flow paths, one flow path is connected to the burner 18, and the remaining two flow paths are connected to the nozzles 20, 22, respectively. It is connected to the. For this reason, a part of the emulsion fuel in the pipe 14 is supplied to the burner 18 and the remaining emulsion fuel is supplied to the nozzles 20 and 22. The pipe 16 is configured as a first gas supply means for supplying a combustion gas such as air or oxygen to the burner 18, and supplies a part of the combustion gas to the nozzles 20 and 22. The burner 18 introduces a part of the emulsion fuel from the pipe 14 and introduces a combustion gas from the pipe 16 to burn a part of the emulsion fuel. The nozzles 20 and 22 introduce the remaining emulsion fuel from the pipe 14 and spray the introduced emulsion fuel into the reforming chamber 10 by the combustion gas from the pipe 16.
[0026]
When a part of the emulsion fuel is burned by the burner 18 in the reforming chamber 10, if the remaining emulsion fuel is sprayed into the reforming chamber 10 from the nozzles 20 and 22, a reaction is caused by the combustion of a part of the emulsion fuel. Heat is generated, and the petroleum-based liquid fuel and water in the remaining emulsion fuel react and vaporize according to the heat energy of this reaction heat, and the remaining emulsion fuel is reformed into a fuel containing hydrogen and carbon monoxide. The
[0027]
Specifically, in the reforming chamber 10, the reaction shown in the following (Chemical Formula 1) occurs due to the combustion heat of the flame created by the burner 18, and the petroleum-based liquid fuel and water in the emulsion fuel are separated from each other by hydrogen. By reforming to a fuel containing carbon oxide, a reformed fuel (reformed fuel) is generated.
[0028]
[Chemical 1]
C _m H _n + αH ₂ O → βH ₂ + γCO + C _{m ′} H _{n ′} −ΔQ
Here, C _m H _n is hydrocarbons in petroleum-based liquid fuel, C _{m ′} H _{n ′} is hydrocarbons after reforming, α, β, γ are coefficients, and ΔQ is heat of reaction.
[0029]
The flow rate ratio between the emulsion fuel and the combustion gas is such that the temperature of the flame produced by the burner 18 is, for example, 1300 ° C. or higher in order to promote the reaction shown in (Chemical Formula 1), and The flow rate of the combustion gas may be equal to or higher than the flow rate that ensures the amount of oxygen necessary for the emulsion fuel to maintain combustion in the burner 18.
[0030]
The flow rate distribution ratio between the emulsion fuel burned by the burner 18 and the remaining emulsion fuel to be reformed is a flow rate distribution ratio that is equal to or higher than the temperature at which all the remaining emulsion fuel evaporates in the reforming chamber 10.
[0031]
When the emulsion fuel is reformed in the reforming chamber 10, the reformed fuel is introduced into the combustion chamber 12 and burned in the combustion chamber 12. A plurality of pipes 24, 26, 28, 30 are arranged opposite to each other on the side wall of the combustion chamber 12, and each pipe 24-30 contains air, oxygen, or waste incineration exhaust gas (for example, contains 12% oxygen). The exhaust gas is configured as second supply means for supplying the exhaust gas) into the combustion chamber 12 as combustion gas. When supplying the combustion gas from the respective pipes 24 to 30 into the combustion chamber 12, in the present embodiment, in a direction intersecting with the flow of the reformed fuel (reformed fuel), for example, in a direction orthogonal thereto. In addition to supplying the combustion gas, the combustion gas is supplied at a flow velocity at which the combustion gas reaches the center of the combustion chamber 12. The combustion regions 32 to 46 are formed. In this case, the supply of the combustion gas may be divided into several stages, and the composition of the combustion gas supplied (injected) may be changed for each stage.
[0032]
When the plurality of combustion regions 32 to 46 are formed in the reformed fuel flow, the reformed fuel is blocked by the vortex. Therefore, when the reformed fuel is burned, the combustion region is divided into a plurality of regions. And the reformed fuel can be burned more stably.
[0033]
Thus, according to this embodiment, a part of the emulsion fuel is burned to generate reaction heat, and the thermal energy of this reaction heat is used to react the petroleum liquid fuel and water in the remaining emulsion fuel. After evaporating and evaporating, the emulsion fuel with a low unit calorific value was reformed to a fuel containing hydrogen with a high combustion rate, and the reformed fuel was burned. The emulsion fuel can be stably burned without providing a device for dehydrating the fuel. Furthermore, by dividing the combustion region into a plurality of combustion regions and holding the flame, the emulsion fuel can be burned more stably.
[0034]
The heat energy generated by the combustion of fuel in the combustion chamber 12 is supplied to the heat exchanger of the power generation system connected to the outlet side of the combustion chamber 12, and the steam heat-exchanged by the heat exchanger is supplied to the steam turbine. It is supplied to generate electricity.
[0035]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, pipes 48 and 50 are provided on the inlet side of the reforming chamber 10 and spray nozzles 52 and 54 are provided. Steam introduced from the pipes 48 and 50 is introduced into the reforming chamber 10 from the spray nozzles 52 and 54. The other structure is the same as that of FIG.
[0036]
That is, the present embodiment is characterized in that pipes 48 and 50 and spray nozzles 52 and 54 are provided as steam supply means for supplying steam into the reforming chamber 10.
[0037]
In the present embodiment, after the emulsion fuel injected into the reforming chamber 10 evaporates, the vapor is sprayed from the spray nozzles 52 and 54 and mixed with the emulsion fuel, whereby the ratio of the petroleum-based liquid fuel to the steam is obtained. The steam carbon ratio can be adjusted. In this case, regardless of the water content of the emulsion fuel, the steam-carbon ratio can be adjusted to, for example, 1.5 or more. Therefore, the reforming rate of the emulsion fuel can be adjusted relatively easily.
[0038]
In the present embodiment, the moisture content of the emulsion fuel can be adjusted according to the combustibility of the burner 18, and the combustibility of the burner 18 can be improved.
[0039]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a burner 56 is provided instead of the burner 18 shown in FIG. 1, a pipe 58 is connected to the burner 56, fuel other than emulsion fuel is supplied from the pipe 58 to the burner 56, and fuel other than emulsion fuel is supplied. Is burned in the reforming chamber 10 by the burner 56, the emulsion fuel introduced from the pipe 14 is supplied only to the nozzles 20 and 22, and the combustion gas introduced from the pipe 16 is supplied only to the nozzles 20 and 22. All the emulsion fuel supplied and introduced from the pipe 14 is sprayed from the nozzles 20 and 22 into the reforming chamber 10 according to the combustion gas, and the other configurations are the same as those in FIG. is there.
[0040]
In this embodiment, when combustion is performed by the burner 56 in the process in which all the emulsion fuel introduced from the pipe 14 is sprayed into the reforming chamber 10 from the nozzles 20 and 22, The emulsion fuel injected from 20 and 22 undergoes the reaction shown in (Chemical 1), the petroleum liquid fuel and water in the emulsion fuel are reformed into a fuel containing hydrogen and carbon monoxide, and the reformed fuel Is generated. The reformed fuel is supplied to the combustion chamber 12 and burned.
[0041]
In the present embodiment, the emulsion fuel can be stably combusted, and the type and flow rate of the emulsion fuel and the combustion gas are adjusted by burning with the burner 56 using a fuel other than the reforming emulsion fuel. By doing so, the combustibility of the burner 56 can be improved, and the reforming rate of the emulsion fuel can be adjusted.
[0042]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the reforming chamber 10 is connected to the emulsion fuel generation chamber 60 via the pipe 14, and the other configurations are the same as those in FIG.
[0043]
The emulsion fuel generation chamber 60 is configured as a box-shaped container, and pipes 62 and 64 are provided on the upper side of the emulsion fuel generation chamber 60, and a pipe 66 and a plurality of pipes are provided on the bottom side of the emulsion fuel generation chamber 60. Nozzles 68 are provided, and each nozzle is connected to a pipe 66. A pipe 14 is connected to the side of the emulsion fuel generation chamber 66, and a pump 70 is provided in the middle of the pipe 14. The pipe 62 is configured as a fuel supply means for supplying petroleum liquid fuel into the emulsion fuel generation chamber 60, and the pipe 64 supplies an emulsifier for emulsifying the petroleum liquid fuel into the emulsion fuel generation chamber 60. It is comprised as an emulsifier supply means. The pipe 66 introduces steam from a steam generator (not shown), and supplies the introduced steam to each nozzle 68. Each nozzle 68 injects steam from the bottom side of the emulsion fuel generation chamber 60. The petroleum-based liquid fuel and the emulsifier in the emulsion fuel generation chamber 60 are agitated. That is, the pipe 66 and each nozzle 68 are configured as water vapor supply means.
[0044]
When the petroleum liquid fuel and the emulsifier are introduced into the emulsion fuel generation chamber 60 and stirred by water vapor, the emulsion fuel generation chamber 60 generates an emulsion fuel mainly composed of the petroleum liquid fuel, the emulsifier and water. The generated emulsion fuel 60 is fed to the burner 18 and the nozzles 20 and 22 through the pipe 14 by the operation of the pump 70.
[0045]
Note that the steam introduced into the pipe 66 may be saturated steam or superheated steam. Further, the pipe 62, the emulsion fuel generation chamber 60, and the pipe 14 can be heated by heaters. Further, a part or all of the steam introduced by the pipe 66 can be heated by flowing around the pipe 62, the emulsion fuel generation chamber 60 and the pipe 14.
[0046]
According to this embodiment, by supplying water necessary for producing emulsion fuel in the form of high-speed jet steam, stirring for producing emulsion fuel can be performed, and heating of emulsion fuel can also be performed. Can be done.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a part of the emulsion fuel is combusted or a fuel other than the emulsion fuel is combusted to generate reaction heat, and the remaining emulsion fuel or all is used by using the energy of the reaction heat. The liquid petroleum fuel in the emulsion fuel reacts with water to vaporize and vaporize, and then the emulsion fuel is reformed into a fuel containing hydrogen or carbon monoxide with a high combustion rate, and the reformed fuel is burned. As a result, the emulsion fuel can be combusted stably.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of an emulsion fuel reforming combustion apparatus showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing an overall configuration of an emulsion fuel reforming combustion apparatus showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing the overall configuration of an emulsion fuel reforming combustion apparatus showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram showing an overall configuration of an emulsion fuel reforming combustion apparatus showing a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 reforming chamber 12 combustion chamber 14, 16 piping 18 burner 20, 22 nozzle 24, 26, 28, 30 piping 32-46 combustion region 48, 50 piping 52, 54 spray nozzle 56 burner 58 piping 60 emulsion fuel generation chamber 62, 64, 66 Piping 68 Nozzle 70 Pump

Claims

A part of an emulsion fuel mainly composed of petroleum liquid fuel and water and an emulsifier is burned by a burner to generate reaction heat, and sprayed from a nozzle different from the burner using the heat energy of the reaction heat . An emulsion characterized by reacting a petroleum-based liquid fuel in the remaining emulsion fuel with water, reforming the remaining emulsion fuel into a fuel containing hydrogen and carbon monoxide, and burning the reformed fuel Fuel reforming combustion method.

2. The emulsion fuel reforming combustion method according to claim 1, wherein when the petroleum-based liquid fuel in the remaining emulsion fuel is reacted with water using the thermal energy of the reaction heat, water vapor other than the remaining emulsion fuel is reacted. The emulsion fuel reforming combustion method characterized by adding and reforming.

3. The emulsion fuel reforming combustion method according to claim 2, wherein a total of water and water vapor in the emulsion fuel is 1 in terms of a steam-carbon ratio (molar ratio) with respect to the petroleum-based liquid fuel in the emulsion fuel. An emulsion fuel reforming combustion method characterized in that the flow rate is 5 or more.

3. The emulsion fuel reforming combustion method according to claim 1, wherein when the emulsion fuel is reformed, the part of the emulsion fuel is combusted by adding air, and heat energy of reaction heat generated by the combustion is increased. An emulsion fuel reforming combustion method comprising reforming the remaining emulsion fuel using the method.

3. The emulsion fuel reforming combustion method according to claim 1 or 2, wherein when the emulsion fuel is reformed, the part of the emulsion fuel is combusted by adding oxygen or air enriched with oxygen. An emulsion fuel reforming combustion method comprising reforming the remaining emulsion fuel using thermal energy of reaction heat generated by combustion.

In the emulsion fuel reforming combustion method according to claim 1 or 2, instead of using the part of the emulsion fuel as a heat source, the fuel is burned using a fuel other than the emulsion to generate reaction heat, An emulsion fuel reforming combustion method, wherein all emulsion fuel is reformed by heat energy of reaction heat.

The emulsion fuel reforming combustion method according to any one of claims 1, 2, 3, 4, 5, or 6, wherein when the reformed fuel is burned, the reformed fuel flow intersects. An emulsion fuel reforming combustion method comprising: injecting gas in a direction to form a plurality of combustion regions in the reformed fuel flow, and combusting the reformed fuel in each combustion region.

In the emulsion fuel reforming combustion method according to any one of claims 1, 2, 3, 4, 5, 6, or 7, the petroleum liquid fuel and the emulsifier are sprayed with water vapor and stirred. An emulsion fuel reforming combustion method comprising producing an emulsion fuel mainly comprising the petroleum liquid fuel, an emulsifier and water.

A fuel conveying means for conveying an emulsion fuel mainly composed of petroleum liquid fuel, an emulsifier and water, a reforming chamber for reforming after the emulsion fuel conveyed by the fuel conveying means is vaporized, and the fuel A burner for introducing a part of the emulsion fuel conveyed by the conveying means and combusting it in the reforming chamber; and a first gas supply means for supplying combustion gas for combusting the emulsion fuel to the burner; A nozzle that introduces the remaining emulsion fuel out of the emulsion fuel conveyed by the fuel conveying means and sprays it into the reforming chamber, and a combustion chamber for introducing and burning the fuel reformed in the reforming chamber And a second gas supply means for supplying a combustion gas for burning the reformed fuel into the combustion chamber. Apparatus.

The emulsion fuel reforming and combusting apparatus according to claim 9, further comprising steam supply means for supplying steam into the reforming chamber.

A fuel conveying means for conveying an emulsion fuel mainly composed of petroleum liquid fuel, an emulsifier and water, a reforming chamber for reforming after the emulsion fuel conveyed by the fuel conveying means is vaporized, and the fuel A burner that introduces fuel other than the emulsion fuel conveyed by the conveying means and burns it in the reforming chamber, and a first gas supply that supplies a combustion gas for burning fuel other than the emulsion fuel to the burner Means, a nozzle for introducing the emulsion fuel conveyed by the fuel conveying means and spraying it into the reforming chamber, a combustion chamber for introducing and burning the fuel reformed in the reforming chamber, An emulsion fuel reforming combustion apparatus comprising: a second gas supply means for supplying a combustion gas for burning the reformed fuel into a combustion chamber.

The second gas supply means supplies a combustion gas in a direction crossing the flow of the reformed fuel in the combustion chamber and has a flow rate at which the combustion gas reaches the center of the combustion chamber. 12. The emulsion fuel according to claim 9, wherein the combustion gas is supplied and a plurality of combustion regions are formed in a fuel flow in the combustion chamber. Reforming combustion equipment.

An emulsion fuel generation chamber for generating an emulsion fuel mainly composed of petroleum liquid fuel, emulsifier and water, fuel supply means for supplying petroleum liquid fuel into the emulsion fuel generation chamber, and the emulsion fuel generation chamber An emulsifier supply means for supplying an emulsifier for emulsifying the petroleum liquid fuel; and a steam supply means for injecting water vapor into the emulsion fuel generation chamber to stir the petroleum liquid fuel and the emulsifier in the emulsion fuel generation chamber; The emulsion fuel produced in the emulsion fuel production chamber is transported to the reforming chamber by the fuel transport means, according to any one of claims 9, 10, 11 and 12. The emulsion fuel reforming combustion apparatus as described.