JP5818550B2 - Gasification burner - Google Patents
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Description
本発明はガス化用バーナに係り、特に、石炭等の微粉炭原料及び酸素や空気等のガス化剤をガス化炉内に供給するガス化用バーナの構造に関する。 The present invention relates to a gasification burner, and more particularly to a structure of a gasification burner that supplies a pulverized coal raw material such as coal and a gasifying agent such as oxygen or air into a gasification furnace.
石炭をガス化する方法としては、高温に保持されたガス化炉内に石炭等の微粉固体燃料と酸素や空気等のガス化剤をバーナから供給し、燃料中の可燃分を燃焼させることで一酸化炭素や水素などの可燃性ガスを生じさせ、灰分を有害成分の含まないスラグに変換して回収する気流層石炭ガス化法が知られている。この方法によれば、燃料ガスが高い効率で得られるとともに、環境保全性も優れ、しかも適用可能な原料種が多いため、石炭ガス化複合発電システムや石炭ガス化燃料電池複合発電システム等の次世代火力発電システム、石炭液化用、化学原料用等に用いる水素製造システム等への利用が期待されている。 As a method for gasifying coal, a fine solid fuel such as coal and a gasifying agent such as oxygen or air are supplied from a burner into a gasification furnace maintained at a high temperature, and combustible components in the fuel are burned. An air-bed coal gasification method is known in which combustible gases such as carbon monoxide and hydrogen are generated, and ash is converted to slag containing no harmful components and recovered. According to this method, fuel gas can be obtained with high efficiency, environmental conservation is excellent, and there are many applicable raw material types. Therefore, there are many types of coal gasification combined power generation systems, coal gasification combined fuel cell combined power generation systems, etc. It is expected to be used for generation thermal power generation systems, hydrogen production systems used for coal liquefaction, chemical raw materials, and the like.
この種のガス化プラントに使用されるガス化炉には、微粉固体燃料を噴射するためのガス化用バーナ(以下、バーナと略す。)が設けられている。このバーナは一般に炉外から炉壁の貫通孔を通じて挿入され、その先端部が炉内に突き出た状態で炉壁に装着されている。炉内へ挿入されたバーナの先端部は、灰の溶融温度以上の高温に曝されるだけでなく、溶融スラグの付着、剥離等により、大きな熱負荷を受けることがある。このようにバーナ先端部が大きな熱負荷を受けた場合、先端部の溶損、き裂の発生、高温腐食による減肉等が発生し、バーナの寿命が著しく低下する。 A gasification furnace used in this type of gasification plant is provided with a gasification burner (hereinafter abbreviated as “burner”) for injecting fine solid fuel. This burner is generally inserted from the outside of the furnace through a through hole in the furnace wall, and is attached to the furnace wall with its tip protruding into the furnace. The tip of the burner inserted into the furnace is not only exposed to a high temperature higher than the melting temperature of ash, but may be subjected to a large heat load due to adhesion or peeling of molten slag. When the tip of the burner is subjected to a large heat load in this way, melting of the tip, cracking, thinning due to high temperature corrosion, etc. occur, and the life of the burner is significantly reduced.
そのため、この種のバーナには何らかの冷却手段が設けられている。例えば、燃料ノズルの外周を円筒状の酸化剤供給管路で包囲するとともに、その酸化剤供給管路の外周を冷却水が流れる冷却水管路でさらに包囲するようにした多重管構造のバーナが開示されている(例えば、特許文献1参照。)。 Therefore, this kind of burner is provided with some cooling means. For example, a burner having a multi-tube structure in which the outer periphery of a fuel nozzle is surrounded by a cylindrical oxidant supply pipe and the outer periphery of the oxidant supply pipe is further surrounded by a cooling water pipe through which cooling water flows is disclosed. (For example, refer to Patent Document 1).
ところで、ガス化炉内には、微粉固体燃料とガス化剤との反応によって生成した高温の可燃性ガスが充満している。このため、バーナから炉内に噴射されたガス化剤が可燃性ガスと混合、反応することにより、燃焼反応を引き起こし、高温領域が発生することがある。このような高温領域がバーナ先端部の近傍に発生した場合、バーナ先端部が大きな熱負荷を受けるおそれがある。 By the way, the gasification furnace is filled with high temperature combustible gas produced | generated by reaction of a fine solid fuel and a gasifying agent. For this reason, the gasifying agent injected from the burner into the furnace mixes and reacts with the combustible gas, thereby causing a combustion reaction and generating a high temperature region. When such a high temperature region occurs in the vicinity of the burner tip, the burner tip may be subjected to a large heat load.
このような炉内における高温領域の発生を抑制する構造として、例えば、中心にガス化剤供給管路を備え、その外周側を円筒状の燃料供給管路で包囲したバーナ構造が開示されている(例えば、特許文献2参照)。これによれば、ガス化剤を取り囲むようにして搬送用ガスに同伴された微粉固体燃料が噴き出されるため、ガス化剤と炉内の可燃性ガスとの接触による燃焼が抑制され、バーナ先端部の近傍における高温領域の発生を抑制することができる。 As a structure for suppressing the generation of a high temperature region in the furnace, for example, a burner structure is disclosed in which a gasifying agent supply pipe is provided at the center and the outer peripheral side thereof is surrounded by a cylindrical fuel supply pipe. (For example, refer to Patent Document 2). According to this, since the pulverized solid fuel entrained in the carrier gas so as to surround the gasifying agent is ejected, combustion due to contact between the gasifying agent and the combustible gas in the furnace is suppressed, and the burner tip Generation of a high temperature region in the vicinity of the portion can be suppressed.
また、特許文献2のバーナでは、酸化剤供給管路から噴出されるガス化剤がその外周側から供給される微粉固体燃料の噴流を貫くように直進し、ガス化剤と微粉固体原料との混合が遅くなるため、バーナによる火炎形成領域がバーナの先端部よりも遠方に形成され、バーナ先端部における熱負荷の影響が少なくなる。 In the burner of Patent Document 2, the gasifying agent jetted from the oxidant supply pipe goes straight through the jet of finely divided solid fuel supplied from the outer peripheral side, and the gasifying agent and the finely divided solid raw material Since the mixing is slow, the flame formation region by the burner is formed farther than the tip of the burner, and the influence of the heat load at the tip of the burner is reduced.
しかしながら、特許文献2のバーナは、例えば、環状に形成された微粉固体燃料の噴出口の面積と微粉固体燃料を搬送する搬送用ガスの供給量との関係で、バーナ先端から噴き出される搬送用ガスと微粉固体燃料は、バーナの先端に付着するスラグを吹き飛ばす程度の噴出速度を得られないことがある。このため、バーナの先端に付着したスラグは次第に成長し、その結果、バーナの火炎が偏向して炉壁に焼損が生じ、或いは、微粉固体燃料の噴出口が閉塞してガス化炉の安全運転に支障が出るおそれがある。 However, the burner disclosed in Patent Document 2 is, for example, a transfer device that is ejected from the tip of the burner due to the relationship between the area of the injection port of the finely divided solid fuel formed in an annular shape and the supply amount of the transfer gas that conveys the finely divided solid fuel. The gas and finely divided solid fuel may not be able to obtain an ejection speed sufficient to blow off slag adhering to the tip of the burner. For this reason, the slag adhering to the tip of the burner gradually grows, and as a result, the flame of the burner is deflected and the furnace wall is burned out, or the jet outlet of the pulverized solid fuel is closed and the gasifier is operated safely. May be disturbed.
本発明は、炉内から受ける熱負荷の影響を少なくし、しかもバーナ先端部のスラグの付着、成長を抑制して安定なガス化炉の運転を可能とするガス化用バーナを提供することを課題とする。 It is an object of the present invention to provide a gasification burner that reduces the influence of the thermal load received from the inside of the furnace, and suppresses the adhesion and growth of the slag at the tip of the burner and enables a stable operation of the gasification furnace. Let it be an issue.
上記課題を解決するため、本発明のガス化用バーナは、ガス化剤が流れる第1のガス化剤供給管路と、この第1のガス化剤供給管路の外周を同軸に包囲して設けられ、搬送用気体により搬送される微粉固体燃料が流れる燃料供給管路と、この燃料供給管路の外周を同軸に包囲して設けられたガス化剤が流れる第2のガス化剤供給管路と、この第2のガス化剤供給管路の外周を包囲して設けられた冷却媒体が通流する冷却媒体通流管路とを備え、第1のガス化剤供給管路を流れるガス化剤は第1の噴出孔から噴出され、第2のガス化剤供給管路を流れるガス化剤は燃料供給管路の外側に同心状に設けられた複数の第2の噴出孔から噴出されてなり、第2の噴出孔から噴出されるガス化剤の噴出速度は、燃料供給管路から噴出される微粉固体燃料の噴出速度よりも大きくなるように形成されてなることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a gasification burner according to the present invention coaxially surrounds a first gasifying agent supply pipe through which a gasifying agent flows and an outer periphery of the first gasifying agent supply pipe. A fuel supply line through which finely divided solid fuel conveyed by a carrier gas flows and a second gasifying agent supply pipe through which a gasifying agent provided coaxially surrounding the outer periphery of the fuel supply line flows A gas flowing in the first gasifying agent supply line, and a cooling medium flow line through which the cooling medium provided surrounding the outer periphery of the second gasifying agent supply line flows The gasifying agent is ejected from the first ejection hole, and the gasifying agent flowing through the second gasifying agent supply conduit is ejected from a plurality of second ejection holes provided concentrically outside the fuel supply conduit. The ejection speed of the gasifying agent ejected from the second ejection hole is determined by the fine solid fuel ejected from the fuel supply line Characterized by comprising formed to be larger than the ejection speed.
このようにガス化剤の噴出口を第1の噴出孔と第2の噴出孔に分けることで、微粉固体燃料の噴出口の内周側と外周側からそれぞれ噴き出されるガス化剤の噴出速度や噴出量等の調整が可能となる。ここで、第2の噴出孔から噴出されるガス化剤が、微粉固体燃料の噴出速度よりも大きな所定の速度で噴出されるように調整することで、バーナ先端部に付着する溶融スラグを第2の噴出孔から噴出されるガス化剤によって吹き飛ばすことが可能となる。このため、バーナ先端部への溶融スラグの付着及び成長を抑制することができる。 Thus, by dividing the gasifying agent outlet into the first outlet hole and the second outlet hole, the jetting speed of the gasifying agent jetted from the inner peripheral side and the outer peripheral side of the fine solid fuel outlet, respectively. And the amount of ejection can be adjusted. Here, by adjusting the gasifying agent ejected from the second ejection hole at a predetermined speed larger than the ejection speed of the finely divided solid fuel, the molten slag adhering to the burner tip is first adjusted. It becomes possible to blow away by the gasifying agent ejected from the two ejection holes. For this reason, adhesion and growth of the molten slag to the burner tip can be suppressed.
また、第1の噴出孔から噴出されたガス化剤は、搬送用ガスと同伴する微粉固体燃料の噴流中を貫通するように直進して火炎を形成するために、バーナ先端部の近傍ではガス化剤と炉内の可燃性ガスとの接触が抑制されるとともに、バーナ先端部から遠い位置に火炎が形成される。このため、バーナ先端部が炉内から受ける熱負荷を小さくすることができる。また、第2の噴出孔から噴出されるガス化剤は、溶融スラグを吹き飛ばすことができればよいため、第2の噴出孔から噴出されるガス化剤の噴出量(単位時間あたりの噴出量)は、溶融スラグを吹き飛ばすことが可能な必要量となるように調整することで、バーナ先端部の近傍における高温領域の発生を抑制することができる。 In addition, the gasifying agent ejected from the first ejection hole goes straight through the jet of finely divided solid fuel accompanying the carrier gas to form a flame. Contact between the agent and the combustible gas in the furnace is suppressed, and a flame is formed at a position far from the burner tip. For this reason, the thermal load which a burner front-end | tip part receives from the inside of a furnace can be made small. Moreover, since the gasifying agent ejected from the second ejection hole only needs to be able to blow off the molten slag, the ejection amount (ejection amount per unit time) of the gasifying agent ejected from the second ejection hole is By adjusting the amount so that the molten slag can be blown away, the generation of a high temperature region in the vicinity of the burner tip can be suppressed.
一方、第2の噴出孔から噴出されるガス化剤の噴出量を必要以上に増やしていくと、炉内に充満する可燃性ガスとガス化剤の接触による燃焼反応が進み、バーナ先端部が炉内から受ける熱負荷が増大することになる。 On the other hand, if the ejection amount of the gasifying agent ejected from the second ejection hole is increased more than necessary, the combustion reaction due to the contact between the combustible gas filling the furnace and the gasifying agent proceeds, and the burner tip portion is The heat load received from the inside of the furnace will increase.
ここで、本発明者らが、微粉固体燃料の噴出口の外周側から噴出するガス化剤の噴出量と、バーナ先端部が炉内から受ける熱負荷との関係を、熱流動解析により検討した結果を図5に示す。図5はバーナから噴出される全ガス化剤量に対する外周側から噴出されるガス化剤の噴出量の比率(%)を横軸とし、バーナ先端部が炉内から受ける熱流束の比(%)を縦軸としている。図において、横軸の数値が0%の場合は、外周側から全くガス化剤を供給しない場合で、特許文献2に開示された構造のガス化用バーナに相当する。また、横軸の数値が100%の場合は逆に、ガス化剤の全量を外周側から供給する場合で、特許文献1に開示された構造のガス化用バーナに相当する。
Here, the present inventors examined the relationship between the amount of gasification agent jetted from the outer peripheral side of the fine powder solid fuel jet outlet and the thermal load received from the furnace by the burner tip from the furnace. The results are shown in FIG. FIG. 5 shows the ratio (%) of the amount of gasification agent ejected from the outer peripheral side to the total amount of gasification agent ejected from the burner as a horizontal axis, and the ratio of heat flux (%) that the burner tip receives from the furnace. ) Is the vertical axis. In the figure, a numerical value on the horizontal axis of 0% corresponds to a gasification burner having a structure disclosed in Patent Document 2 when no gasifying agent is supplied from the outer peripheral side. On the contrary, when the numerical value on the horizontal axis is 100%, the entire amount of the gasifying agent is supplied from the outer peripheral side, which corresponds to the gasification burner having the structure disclosed in
この結果によれば、微粉固体燃料の噴出口の外周側から全ガス化剤の噴出量の50%、つまり半分の量を噴出した場合でも、バーナ先端部が受ける熱負荷の増加は10%以下に抑えられるが、それ以上のガス化剤を外周側から供給すると熱負荷が急激に増加することが判明した。 According to this result, even when 50% of the ejection amount of the total gasifying agent is ejected from the outer peripheral side of the pulverized solid fuel ejection port, that is, when half the amount is ejected, the increase in the thermal load applied to the burner tip is 10% or less. However, it has been found that the thermal load increases rapidly when more gasifying agent is supplied from the outer peripheral side.
このことから、第2の噴出孔から噴出されるガス化剤の噴出量は、第1の噴出孔から噴出されるガス化剤と第2の噴出孔から噴出されるガス化剤を合計した全ガス化剤噴出量の半分以下となるように形成されてなるものとする。このようにすることで、バーナ先端部への熱負荷の影響を少なくすることができる。 Therefore, the amount of gasification agent ejected from the second ejection hole is the sum of the gasification agent ejected from the first ejection hole and the gasification agent ejected from the second ejection hole. It shall be formed so that it may become less than half of the gasifying agent ejection amount. By doing in this way, the influence of the thermal load to a burner front-end | tip part can be decreased.
また、第2の噴出孔は、この第2の噴出孔から噴射されるガス化剤が、第1のガス化剤供給管路の軸芯と平行な方向に噴射されるように形成されてもよい。このような方向でガス化剤を噴射できるようにすることで、ガス化剤がバーナ先端面に付着する溶融スラグを吹き飛ばす作用を最も高めることができる。 Further, the second ejection hole may be formed so that the gasifying agent injected from the second ejection hole is injected in a direction parallel to the axial center of the first gasifying agent supply conduit. Good. By allowing the gasifying agent to be injected in such a direction, the effect of the gasifying agent blowing off the molten slag adhering to the burner tip surface can be enhanced most.
また、冷却媒体通流管路は、冷却媒体が流れる環状の空間が仕切壁を隔てて外周側と内周側とで画成され、この冷却媒体通流管路の先端部分は、半球状に突出して環状に形成され、その先端部分の内側は冷却媒体を折り返す構造をなしているものであってもよい。 The cooling medium flow conduit has an annular space through which the cooling medium flows and is defined by an outer peripheral side and an inner peripheral side with a partition wall therebetween. The tip of the cooling medium flow conduit has a hemispherical shape. The protrusion may be formed in an annular shape, and the inside of the tip portion may have a structure in which the cooling medium is folded back.
また、冷却媒体通流管路は、第2の酸化剤供給管路の外周面に沿って冷却媒体が流れる冷却管路が螺旋状に巻き回されて構成され、この冷却管は第2の酸化剤供給管路の先端側から巻き回しが開始されてなるものであってもよい。 Further, the cooling medium flow pipe is configured by spirally winding a cooling pipe through which the cooling medium flows along the outer peripheral surface of the second oxidant supply pipe. The winding may be started from the distal end side of the agent supply conduit.
本発明のガス化用バーナによれば、炉内から受ける熱負荷の影響を少なくすることができる。また、バーナ先端部のスラグの付着、成長を抑制して安定なガス化炉の運転を実現できる。 According to the gasification burner of the present invention, it is possible to reduce the influence of the thermal load received from the inside of the furnace. In addition, it is possible to suppress the adhesion and growth of the slag at the tip of the burner and realize a stable operation of the gasifier.
(第1の実施形態)
以下、本発明を適用してなるガス化用バーナの第1の実施形態について、図1及び図2を参照して説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of a gasification burner to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
本実施形態のバーナは、微粉固体燃料である微粉炭をガス化するガス化炉の炉壁に設けられるものとして説明するが、燃料とガス化剤を噴出するバーナであれば、この例に限られるものではない。また、本実施形態では、ガス化剤として酸素や空気等の酸化剤ガスを用いるが、これに限られるものではない。 The burner of this embodiment will be described as being provided on the furnace wall of a gasification furnace that gasifies pulverized coal, which is a pulverized solid fuel. However, the burner is not limited to this example as long as it burns fuel and a gasifying agent. It is not something that can be done. In the present embodiment, an oxidant gas such as oxygen or air is used as the gasifying agent, but is not limited thereto.
本実施形態のバーナ1は、図示しないガス化装置の炉壁の貫通孔に挿入され、先端側を炉壁から炉内側に突き出した状態で炉壁に装着されている。このバーナ1は、中心に位置する円筒状のガス化剤供給管3と、ガス化剤供給管3の外周を同軸に包囲して設けられる円筒状の燃料供給管5と、燃料供給管5の外周を同軸で包囲して設けられる円環状の冷却水供給管7を備えて構成される。
The
ガス化剤供給管3の内側は、ガス化剤が流れる第1のガス化剤供給管路9となっている。ガス化剤供給管3の外周面と燃料供給管5の内周面に挟まれて形成される環状の空間は、搬送用気体に搬送された微粉炭が流れる燃料供給管路11となっている。燃料供給管5の外周面と冷却水供給管7の内周面に挟まれて形成される環状の空間は、ガス化剤が流れる第2のガス化剤供給管路13となっている。燃料供給管路11を流れる搬送用ガスとしては、燃焼反応に対して不活性な窒素等の不活性ガスが用いられる。
Inside the gasifying
第1のガス化剤供給管路9を流れるガス化剤は、噴出孔15から炉内に噴出され、燃料供給管路11を流れる微粉炭及び搬送用気体は、環状の噴出口17から炉内に噴出されるようになっている。第2のガス化剤供給管路13を流れるガス化剤は、燃料供給管路11の外側に同心状に設けられた複数の噴出孔19から炉内に噴出されるようになっている。
The gasifying agent flowing through the first gasifying
噴出孔19は、燃料供給管5の先端部分の外周面を拡径させた拡径部21を貫いて形成され、噴出孔19から噴射されるガス化剤がガス化剤供給管3の軸芯方向に向かうように斜めに形成されている。噴出孔19は、正面から見て周方向に渡り等間隔に形成されている(図1)。拡径部21の外周面は、冷却水供給管7の内周面と接するようになっている。
The
冷却水供給管7は、その内部の冷却水管路が仕切壁23により内側流路25と外側流路27に区画された2重構造となっている。冷却水供給管7の炉内側に突き出した先端部分29は、炉内側に半球状に張り出して形成され、その内側を冷却水が折り返す構造となっている。図示しない冷却水供給口から供給された冷却水は、内側流路25を流れて炉内の先端部分29で折り返し、外側流路27を流れた後に図示しない冷却水排出口から排出されるようになっている。
The cooling water supply pipe 7 has a double structure in which an internal cooling water pipe is partitioned into an
第1のガス化剤供給管路9と第2のガス化剤供給管路13に供給されるガス化剤は、図示しないガス化剤供給口から供給されたガス化剤が途中で分岐されて第1のガス化剤供給管路9と第2のガス化剤供給管路13に供給されるようになっている。また、燃料供給管路11に供給される微粉炭は、図示しない燃料供給口から搬送用ガスに同伴されて供給されるようになっている。
The gasifying agent supplied to the first gasifying
本実施形態のバーナ1は、噴出口17から噴出される微粉炭が、搬送用ガスに同伴されて例えば毎秒10〜20mの速度で噴出されるのに対し、噴出孔15及び噴出孔19からそれぞれ噴出されるガス化剤が、噴出口17から噴出される微粉炭の噴出速度よりも速い速度で噴出されるように形成されている。例えば、噴出孔19から噴出されるガス化剤は、例えば毎秒40〜100mの速度で噴出されるようになっている。
In the
一方、噴出孔19から噴出されるガス化剤の噴出量は、噴出孔15から噴出されるガス化剤と噴出孔19から噴出されるガス化剤とを合計した全ガス化剤噴出量の半分、つまり50%以下となるように噴出孔19の開口面積、つまり噴出孔19の孔径や噴出孔19の孔数などが設定されている。ここで、噴出量とは、単位時間当たりのガス化剤の噴出量を意味する。
On the other hand, the ejection amount of the gasifying agent ejected from the
このように構成されるバーナ1は、ガス化剤が噴出孔15,19より炉内に噴出されるとともに、搬送用ガスに同伴された微粉炭が噴出口17より炉内に噴出される。そして、炉内に噴出された微粉炭とガス化剤が接触することで燃焼反応が開始され、この発熱によりガス化反応が進行し、一酸化炭素や水素等の可燃性ガスが生成される。
In the
本実施形態のバーナ1は、微粉炭の噴出口17の外側に複数の噴出孔19を設け、この噴出孔19から噴出されるガス化剤が、噴出口17から噴出される微粉炭の噴出速度よりも速い所定の速度で噴出されるように形成されるため、噴出孔19から高速で噴出されたガス化剤によって、バーナ1の先端面の周縁部などに付着する溶融スラグを容易に吹き飛ばすことができる。このため、バーナ1の先端面への溶融スラグの付着及び成長を抑制することができる。
The
また、噴出孔15から噴出されるガス化剤は、炉内において、搬送用ガスと同伴する微粉炭の噴流中を貫通するように直進するため、バーナ1の火炎がバーナ1の先端部から遠方に形成される一方、バーナ1の先端部の近傍では、噴出孔15から噴出されたガス化剤が微粉炭の搬送用ガスによって包囲されるため、ガス化剤と炉内の燃焼性ガスとの接触が抑制される。このため、バーナ1の先端部が炉内から受ける熱負荷を少なくすることができる。
Further, since the gasifying agent ejected from the
さらに、噴出孔19から噴出されるガス化剤は、バーナ1の先端部に付着する溶融スラグを吹き飛ばすことができる程度の噴出量、つまり、バーナ1から噴出される全ガス化剤噴出量の50%以下に調整されるため、炉内の可燃性ガスと必要以上に混合されて燃焼することがない。このため、バーナ1の先端部の近傍における高温領域の発生を抑制することができる。
Further, the gasifying agent ejected from the
(第2の実施形態)
以下、本発明を適用してなるガス化用バーナの第2の実施形態について、図3及び図4を参照して説明する。なお、本実施形態では、第1の実施形態と同一の構成には、同じ符号を付して説明を省略し、第1の実施形態と異なる構成や特徴部について説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of a gasification burner to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS. 3 and 4. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and configurations and features that are different from those in the first embodiment will be described.
本実施形態のバーナ31は、燃料供給管5の先端部分に形成される拡径部21の外周面が筒状の封止管33の内周面と当接するように連結して形成され、燃料供給管5の外周面と封止管33の内周面に挟まれて形成される環状の空間は、ガス化剤が流れる第2のガス化剤供給管路13となっている。拡径部21には、ガス化剤を噴出する噴出孔35が貫通して形成されるが、この噴出孔35は、噴出孔35から噴射されるガス化剤がガス化剤供給管3の軸芯と平行な方向に向かうように形成されている。
The
封止管33の外周面には、冷却用コイル37が巻き回されている。この冷却用コイル37は、炉外から炉壁を貫通させて炉内に導入され、封止管33の先端側へ向けて延在してから屈曲する冷却水導入管39と一端が連通され、封止管33の先端側から基端側へ向かって螺旋状に巻き回されている。これにより、炉外側から供給された冷却水は、冷却水導入管39を経由した後、封止管33に巻き回された冷却用コイル37をガス化剤供給管3の軸芯に対してほぼ接線方向に流れ、炉外側に戻される。
A cooling
本実施形態のバーナ31は、亜れき青炭や褐炭等の燃焼性又はガス化反応性が比較的高い石炭種をガス化する場合に好適である。このような石炭種をガス化する場合は、第1の実施形態のように、噴出孔19から噴出するガス化剤をガス化剤供給管3の軸芯に向けて噴出させ、微粉炭との混合を促進させる必要がなく、噴出孔19から噴出されるガス化剤を微粉炭の噴流方向と平行に噴出させることにより、噴流の貫通力を一層強め、バーナ1の先端部に付着する溶融スラグを吹き飛ばす作用を高めることができる。これにより、バーナ1の先端面への溶融スラグの付着及び成長を効果的に抑制することができる。
The
また、本実施形態のバーナ31においても、噴出孔15から噴出されるガス化剤は、搬送用ガスと同伴する微粉炭の噴流中を貫通するように直進するため、火炎の形成領域はバーナ1の先端から遠方に形成される一方、バーナ1の先端部の近傍では、噴出孔15から噴出されたガス化剤が微粉炭の搬送用ガスで包囲されるため、ガス化剤と炉内の燃焼性ガスとの接触が抑制される。このため、バーナ1の先端部が炉内から受ける熱負荷を少なくすることができる。
Also in the
さらに、噴出孔35から噴出されるガス化剤は、バーナ1の先端部に付着する溶融スラグを吹き飛ばすことができる程度の噴出量、つまり、バーナ1から噴出される全ガス化剤噴出量の50%以下に調整することで、バーナ1の先端部の近傍における高温領域の発生を抑制することができる。
Further, the gasifying agent ejected from the
以上述べたように、上記の実施形態によれば、炉内からの過大な熱負荷からバーナ先端部を保護することができるため、バーナ先端部の熱疲労に起因する割れや高温酸化・硫化腐食による減肉の発生を抑制することができ、バーナの寿命を向上させることができる。また、バーナ先端部への溶融スラグの付着及び成長を抑制することができるため、スラグの付着や成長によるバーナの火炎の偏向或いは微粉炭の噴出口17の閉塞等を生じることがなく、安定なガス化炉の運転を実現することができる。
As described above, according to the above-described embodiment, the burner tip can be protected from an excessive heat load from the inside of the furnace, so cracks and high temperature oxidation / sulfurization corrosion caused by thermal fatigue of the burner tip It is possible to suppress the occurrence of thinning due to, and to improve the life of the burner. Further, since adhesion and growth of the molten slag to the tip of the burner can be suppressed, there is no occurrence of deflection of the flame of the burner due to the adhesion or growth of the slag or clogging of the pulverized
第1の実施形態と第2の実施形態では、冷却構造に加えて、第2のガス化剤供給管路13や噴出孔19、35の構成が異なる例を説明したが、これらの構造に限定されるものではなく、例えば、両実施形態の冷却構造だけを交換してもよいし、噴出孔19、35の構造だけを交換してもよい。要は、第1のガス化剤供給管路9の外周側に燃料供給管路11が配置され、燃料供給管路11の外周側に第2のガス化剤供給管路13が配置され、第2のガス化剤供給管路13の外周側に冷却構造が配置され、噴出口17から噴出される微粉炭の噴出速度よりも噴出孔19,35から噴出されるガス化剤の噴出速度が大きくなるように形成されていればよい。
In 1st Embodiment and 2nd Embodiment, in addition to the cooling structure, the example from which the structure of the 2nd gasifying agent
なお、特開平9−243028号公報には、1次酸素流路の外周側に燃料ガス流路を形成し、さらにその外周側に2次酸素流路を形成する多重構造のバーナが開示されているが、これは、2次酸素の噴出速度を燃料ガスの噴出速度よりも低くすることで、安定な火炎長の長い低輝度火炎を形成させるものである。これに対し、本発明が適用されるバーナ1は、微粉炭の保炎性には問題がなく、むしろバーナ先端部に付着又は成長する溶融スラグを吹き飛ばすために、微粉炭の噴出口17の外周側から、微粉炭の噴出速度よりも速い速度でガス化剤を噴出させることを必須としている。このため、上記公報の技術では、バーナ先端部に付着する溶融スラグを吹き飛ばすことができない。
Japanese Patent Laid-Open No. 9-243028 discloses a multiple structure burner in which a fuel gas channel is formed on the outer peripheral side of the primary oxygen channel and a secondary oxygen channel is further formed on the outer peripheral side thereof. However, this is to form a low-intensity flame having a long stable flame length by making the ejection speed of the secondary oxygen lower than the ejection speed of the fuel gas. On the other hand, the
1,31 バーナ
3 ガス化剤供給管
5 燃料供給管
7 冷却水供給管
9 第1のガス化剤供給管路
11 燃料供給管路
13 第2のガス化剤供給管路
15,19,35 噴出孔
17 噴出口
21 拡径部
23 仕切壁
25 内側流路
27 外側流路
29 先端部分
33 封止管
37 冷却用コイル
39 冷却水導入管
1,31
Claims (5)
前記第1のガス化剤供給管路を流れるガス化剤は、当該管路の先端全体を開口してなる第1の噴出孔から噴出され、前記第2のガス化剤供給管路を流れるガス化剤は、前記燃料供給管路の外側に同心状に設けられた複数の第2の噴出孔から噴出されてなり、
前記第2の噴出孔から噴出される前記ガス化剤の噴出速度は、前記燃料供給管路から噴出される前記微粉固体燃料の噴出速度よりも大きくなるように形成されてなるガス化用バーナ。 A cylindrical first gasifying agent supply pipe through which the gasifying agent flows, and a finely divided solid fuel which is provided so as to coaxially surround the outer periphery of the first gasifying agent supply pipe and which is carried by the carrier gas Between the first gasifying agent supply line and a cylindrical fuel supply line, and an outer periphery of the fuel supply line coaxially surrounding the fuel supply line. A cylindrical second gasifying agent supply line through which the agent flows, and a cooling medium flow line through which the cooling medium provided surrounding the outer periphery of the second gasifying agent supply line flows With
The gasifying agent flowing through the first gasifying agent supply conduit is ejected from a first ejection hole formed by opening the entire tip of the conduit, and flows through the second gasifying agent supply conduit. The agent is ejected from a plurality of second ejection holes provided concentrically outside the fuel supply pipeline,
A gasification burner formed such that an ejection speed of the gasifying agent ejected from the second ejection hole is larger than an ejection speed of the finely divided solid fuel ejected from the fuel supply pipe.
The cooling medium flow pipe is configured by spirally winding a cooling pipe through which the cooling medium flows along the outer peripheral surface of the second oxidant supply pipe. The gasification burner according to any one of claims 1 to 3, wherein winding is started from the front end side of the oxidant supply pipe.
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