JP4406495B2

JP4406495B2 - 一酸化炭素、水素生成用燃焼装置

Info

Publication number: JP4406495B2
Application number: JP2000137041A
Authority: JP
Inventors: 公夫飯野; 新一三宅; 尊矢嶋; 伸吾村上
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2000-05-10
Filing date: 2000-05-10
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2020-05-10
Also published as: JP2001322802A

Description

【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１４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１９ａ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２２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１５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、４５〜１２０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１３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１１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１８ｍｍで、開き角度βは６０度とした。燃焼用酸素噴出孔１７の母線に対する角度γは９０度とし、同一円周上に９０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、１３…ノズル、１４…水冷ジャケット、１５…混合室、１６…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

Claims

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。
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。
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。