JP6041664B2

JP6041664B2 - 油焚きボイラ及び燃料油の噴霧化方法

Info

Publication number: JP6041664B2
Application number: JP2012280285A
Authority: JP
Inventors: 和明橋口
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2016-12-14
Anticipated expiration: 2032-12-21
Also published as: JP2014122775A

Description

本発明は、重質油と軽質油が混合された燃料油及び蒸気を炉内へ供給するバーナを備えた油焚きボイラ及び燃料油の噴霧化方法に関するものである。

油焚きボイラのバーナには、蒸気や空気等の噴霧媒体と燃料油とを混合するためのバーナチップが装着されている。
バーナチップに供給された噴霧媒体及び燃料油は、バーナチップの混合室内で混合され、その後、油焚きボイラの炉内へ噴霧される（例えば、特許文献１参照）。
噴霧媒体と燃料油とを混合させて、燃料油を噴霧媒体によって微粒化することにより、効率良く着火及び燃焼を確立させることができる。

ところで、油焚きボイラの燃料油として一般的に用いられている重質油は粘度が高いため、バーナに供給する際のハンドリングが困難である。そこで、重質油を油過熱器で加熱して低粘度化し、バーナに供給している。しかしながら、油加熱器を用いるとランニングコストがかかるため、近年は高粘度の重質油と低粘度の軽質油とを混合することにより、全体としての燃料油の粘度を低下させてバーナに供給する方法が用いられている。

特開平８−６１６０９号公報

しかしながら、高粘度の重質油に低粘度の軽質油を混合して燃料油の粘度を低下させる方法では、図９に示すように、高粘度の重質油の沸点範囲と低粘度の軽質油の沸点範囲とが異なっているため、高粘度の重質油の一部が燃焼されずに固体化して排ガス中に含まれてしまい、燃焼排ガス中の煤塵濃度が増加するという問題点があった。

そこで本発明は、上述したような従来技術の状況の下になされた発明であって、高粘度の重質油と低粘度の軽質油とを混合させた燃料油を燃焼させた場合に、燃焼排ガス中の煤塵濃度を低下させることが可能な油焚きボイラ及び燃料油の噴霧化方法を提供することを目的としている。

本発明は、上述したような従来技術における課題を解決するために発明されたものであって、本発明の油焚きボイラは、重質油及び軽質油を含む燃料油と蒸気とを混合して炉内へ供給するバーナを備えた油焚きボイラであって、
前記軽質油の沸点範囲のうち最も高い温度以上に前記蒸気を加熱する加熱手段と、
前記バーナの前記炉内側先端に設けられ、前記加熱手段により加熱された前記蒸気と前記燃料油とを混合して前記炉内へ噴霧するバーナチップと、を備えることを特徴とする。

本発明の油焚きボイラによれば、軽質油の沸点範囲のうち最も高い温度以上に加熱された蒸気と燃料油とをバーナチップ内で混合することで、燃料油に含まれる軽質油を揮発させることができる。これにより、揮発した軽質油の気泡が液体状の重質油内に混入される。そして、液体状の重質油内に混入された軽質油の気泡は、バーナチップから炉内に噴射される際に急激に膨張する。軽質油の気泡の膨張によって重質油は微粒化されて重質油の揮発が促進される。したがって、重質油の燃焼性を向上させることができる。これにより、残留炭素分が減少して煤塵の発生を低減することができる。
なお、本明細書中では、重質油とは原油の減圧蒸留残渣物（例えば、ビチューメン等）とし、軽質油とは原油の蒸留物等（例えば、ガソリン基材、灯油、軽油等）又は常圧蒸留残渣物等（例えば、ヘビーオイル）とする。

また、前記燃料油に対する前記重質油の比率は、重量％で７５％以上９５％以下であり、前記燃料油に対する前記軽質油の比率は、重量％で５％以上２５％以下であることとしてもよい。

このように、重質油及び軽質油の比率をそれぞれ重量％で７５％以上９５％以下、５％以上２５％以下とすることで、煤塵の発生を低減しつつ、燃料油のコストを低減することができる。
例えば、軽質油の比率を５％未満とすると、バーナチップ内での揮発量が少なくなり、重質油を十分に微粒化することができなくなるため、煤塵の発生を低減できなくなる。また、軽質油の比率を２５％よりも多くすると、燃料油のコストが高くなってしまう。このため、軽質油の配合を５％以上２５％以下とすることが好ましい。

また、本発明の燃料油の噴霧化方法は、重質油及び軽質油を含む燃料油と蒸気とを油焚きボイラのバーナ内で混合して噴霧化させる燃料油の噴霧化方法であって、
前記軽質油の沸点範囲のうち最も高い温度以上に前記蒸気を加熱する加熱工程と、
前記加熱工程により加熱された前記蒸気と前記燃料油とを、前記バーナの前記油焚きボイラ側先端に設けられたバーナチップ内で混合して噴霧化する噴霧化工程と、を備えることを特徴とする。

本発明の燃料油の噴霧化方法によれば、軽質油の沸点範囲のうち最も高い温度以上に加熱された蒸気と燃料油とをバーナチップ内で混合することで、燃料油に含まれる軽質油を揮発させることができる。これにより、揮発した軽質油の気泡が液体状の重質油内に混入される。そして、液体状の重質油内に混入された軽質油の気泡は、バーナチップから炉内に噴射される際に急激に膨張する。軽質油の気泡の膨張によって重質油は微粒化されて重質油の揮発が促進される。したがって、重質油の燃焼性を向上させることができる。したがって、残留炭素分が減少して煤塵の発生を低減することができる。

本発明によれば、高粘度の重質油と低粘度の軽質油とを混合させた燃料油を燃焼させた場合に、燃焼排ガス中の煤塵濃度を低下させることが可能な油焚きボイラ及び燃料油の噴霧化方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係るバーナの構造を示す側断面図である。本発明の実施形態に係るバーナの構造を示す正面図である。本実施形態に係る油焚きボイラの概略構成図である。ガソリン基材とビチューメンとを混合した燃料油の揮発特性を示す図である。軽油とビチューメンとを混合した燃料油の揮発特性を示す図である。ヘビーオイルとビチューメンとを混合した燃料油の揮発特性を示す図である。図１のＡ部を拡大して、バーナチップから燃料油を油焚きボイラ内に噴霧する状態を示す概念図である。所定温度以上に加熱された蒸気を用いた場合における煤塵の低減効果を示す図である。高粘度の重質油と低粘度の燃料油とを混合した燃料油の沸点分布を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいてより詳細に説明する。
ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限り、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１及び図２は、それぞれ本発明の実施形態に係るバーナの構造を示す側断面図、正面図である。

図１及び図２に示すように、バーナ１は、バーナ本体１０と、バックプレート２０と、バーナチップ３０とを備えている。バーナ本体１０の先端側にバックプレート２０及びバーナチップ３０が先端に向けて順に配設され、締付部材４０によって固定されている。

バーナ本体１０は、内管１２と外管１４とから構成され、内管１２の内部は蒸気通路１６となり、内管１２と外管１４との間の環状空間は燃料油通路１８となっている。

バックプレート２０は、バーナ本体１０とバーナチップ３０を連結するものである。このバックプレート２０には、その中央部を貫通した蒸気用孔２２が穿孔されており、当該蒸気用孔２２は蒸気通路１６に連通している。また、蒸気用孔２２の外方の円周に沿って複数の燃料用孔２４が貫通して穿孔されている。

バーナチップ３０の中央には蒸気室３１が形成され、当該蒸気室３１のバーナ本体１０側は蒸気用孔２２に連通している。
また、この蒸気室３１から放射状に複数の蒸気噴出孔３２が延出している。当該蒸気噴出孔３２の先端延長線上には、混合孔３４が設けられており、当該混合孔３４はバーナチップ３０の前側面に開口している。

さらに、蒸気室３１の外方の円周に沿って複数の燃料室３６が設けられ、当該燃料室３６のバーナ本体１０側は燃料用孔２４に連通している。
そして、これらの燃料室３６からそれぞれ複数の燃料噴出孔３８が延出しており、当該燃料噴出孔３８の先端側は、それぞれ混合孔３４の側部に開口している。
上記構成からなるバーナ１を有する油焚きボイラについて以下で説明する。

図３は、本実施形態に係る油焚きボイラの概略構成図である。
図３に示すように、燃料油は燃料タンク４内に貯留されている。燃料油は、高粘度の重質油と低粘度の軽質油とを混合したものである。
重質油と軽質油との配合は、燃料油に対する軽質油の比率を重量％で５％以上２５％以下とする。また、燃料油に対する重質油の比率を重量％で７５％以上９５％以下とする。
例えば、軽質油の比率を５％未満とすると、詳細は後述するが、バーナチップ３０内での揮発量が少なくなり、重質油を十分に微粒化することができなくなるため、煤塵の発生を低減できなくなる。また、軽質油の比率を２５％よりも多くすると、燃料油のコストが高くなってしまう。このため、軽質油の配合を５％以上２５％以下とすることが好ましい。
特に、燃料油に対する重質油及び軽質油の比率をそれぞれ８０％、２０％とした場合に、煤塵の発生を効率良く低減し、且つ燃料油のコストを最も低減することができる。さらに、燃料油のハンドリングが容易となり、ポンプ等の燃料圧送装置６によって燃料油を供給することが可能となる。

燃料タンク４内の燃料油は、燃料圧送装置６によりバーナ１へ供給される。そして、バーナ１へ供給された燃料油は、図１に示すように、バーナ本体１０の燃料油通路１８、バックプレート２０の燃料用孔２４及びバーナチップ３０の燃料噴出孔３８を通過して、バーナチップ３０内の混合孔３４へ達する。

また、図３に示すように、蒸気を加熱する加熱手段８が設けられている。油焚きボイラ２内のボイラ水を加熱して生じた蒸気のうち、燃料油を微粒化するために必要な最小限の蒸気量が油焚きボイラ２から供給される。

加熱手段８は、供給された蒸気を、軽質油の沸点範囲のうち最も高い所定温度以上に加熱する。所定温度は、燃料油に含まれる軽質油によって異なるため、軽質油の揮発特性を予め分析し、当該結果に基づいて設定される。

例えば、軽質油、重質油としてそれぞれガソリン基材、ビチューメンを用いた場合には、図４に示すように、ガソリン基材の沸点温度のうち最も高い温度である２２０℃以上に設定する。

また、軽質油、重質油としてそれぞれ軽油（ガスオイル）、ビチューメンを用いた場合には、図５に示すように、軽油の沸点温度のうち最も高い温度である３７０℃以上に設定する。

さらに、軽質油、重質油としてそれぞれヘビーオイル、ビチューメンを用いた場合には、図６に示すように、ヘビーオイルの沸点温度のうち最も高い所定温度である４５０℃以上に設定する。

加熱手段８により加熱された蒸気は、バーナ１へ供給され、図１に示すように、バーナ本体１０の蒸気通路１６、バックプレート２０の蒸気用孔２２及びバーナチップ３０の蒸気室３１へ達する。
蒸気室３１内の蒸気は、蒸気噴出孔３２を通って混合孔３４へ噴出する。当該混合孔３４へ噴出した蒸気は、混合孔３４へ噴出した燃料油と混合される。

図７は、図１のＡ部を拡大して、バーナチップ３０から燃料油を油焚きボイラ２内に噴霧する状態を示す概念図である。
図７に示すように、混合孔３４内で蒸気と燃料油とが混合すると、蒸気の温度は軽質油の沸点以上なので、軽質油が揮発する。そして、混合孔３４内は、揮発した軽質油の気泡が液体の重質油内に混入して、気液二相状態となる。
続いて、燃料油が混合孔３４の開口部より噴出する。その際、蒸気及び揮発された軽質油は、急激に体積が膨張し、この膨張力によって重質油が微粒化され、図示しない着火源によって着火し、火炎を形成する。
重質油が微粒化されることで、重質油の燃焼性を向上させることができる。これにより、残留炭素分が減少して煤塵の発生を低減することができる。

燃料油に含まれる軽質油の沸点範囲のうち最も高い所定温度以上に加熱した蒸気を燃料油と混合させた効果について検討した結果を以下で示す。

軽油（ガスオイル）及びビチューメンを含む燃料油に温度の異なる蒸気を混合した場合の煤塵濃度をそれぞれ計測し、比較した。
具体的には、軽油（ガスオイル）及びビチューメンを含む燃料油と一般的にボイラから供給される蒸気（温度：１６０℃〜１８０℃）とを混合して燃焼させた場合の煤塵濃度と、軽油（ガスオイル）とビチューメンとを含む燃料油と上記所定温度以上に加熱した蒸気とを混合して燃焼させた場合の煤塵濃度と、を計測し、比較した。なお、煤塵濃度は、節炭器の出口で計測した。

図８は、所定温度以上に加熱された蒸気を用いた場合における煤塵の低減効果を示す図である。
図８に示すように、一般的にボイラから供給される蒸気（温度：１６０℃〜１８０℃）と燃料油とを混合して燃焼させた場合（図中の従来の燃焼に対応）の煤塵濃度を１００とすると、上記所定温度以上の蒸気と燃料油とを混合して燃焼させた場合（図中の本発明の燃焼に対応）の煤塵濃度は８０となった。これにより、上記所定温度以上の蒸気を供給することで、重質油の燃焼性が向上して煤塵の発生を低減できることが確認された。

上述した本実施形態に係る油焚きボイラ２及び燃料油の噴霧方法によれば、軽質油の沸点範囲のうち最も高い所定温度以上に加熱された蒸気と燃料油とをバーナチップ３０内で混合することで、燃料油に含まれる軽質油を揮発させることができる。これにより、揮発した軽質油の気泡が液体状の重質油内に混入される。そして、液体状の重質油内に混入された軽質油の気泡は、バーナチップ３０から油焚きボイラ２の炉内に噴射される際に急激に膨張する。軽質油の気泡の膨張によって重質油は微粒化されて重質油の揮発が促進される。これにより、重質油の燃焼性を向上させることができる。したがって、残留炭素分が減少して煤塵の発生を低減することができる。

また、重質油及び軽質油の比率をそれぞれ重量％で７５％以上９５％以下、５％以上２５％以下とすることで、煤塵の発生を低減しつつ、燃料油のコストを低減することができる。

重質油と軽質油が混合された燃料油及び蒸気を炉内へ供給するバーナを備えた油焚きボイラに適用できる。

１バーナ
２油焚きボイラ
４燃料タンク
６燃料圧送装置
８加熱手段
１０バーナ本体
１２内管
１４外管
１６蒸気通路
１８燃料油通路
２０バックプレート
２２蒸気用孔
２４燃料用孔
３０バーナチップ
３１蒸気室
３２蒸気噴出孔
３４混合孔
３６燃料室
３８燃料噴出孔
４０締付部材

Claims

重質油及び軽質油を含む燃料油と蒸気とを混合して炉内へ供給するバーナを備えた油焚きボイラであって、
前記軽質油の沸点範囲のうち最も高い温度以上に前記蒸気を加熱する加熱手段と、
前記バーナの前記炉内側先端に設けられ、前記加熱手段により加熱された前記蒸気と前記燃料油とを混合して前記炉内へ噴霧するバーナチップと、を備えることを特徴とする油焚きボイラ。
前記燃料油に対する前記重質油の比率は、重量％で７５％以上９５％以下であり、
前記燃料油に対する前記軽質油の比率は、重量％で５％以上２５％以下であることを特徴とする請求項１に記載の油焚きボイラ。
重質油及び軽質油を含む燃料油と蒸気とを油焚きボイラのバーナ内で混合して噴霧化させる燃料油の噴霧化方法であって、
前記軽質油の沸点範囲のうち最も高い温度以上に前記蒸気を加熱する加熱工程と、
前記加熱工程により加熱された前記蒸気と前記燃料油とを、前記バーナの前記油焚きボイラ側先端に設けられたバーナチップ内で混合して噴霧化する噴霧化工程と、を備えることを特徴とする燃料油の噴霧化方法。