JP6959828B2 - 石油残渣燃焼システム - Google Patents

Description

本発明は、オイルコークスやアスファルトピッチなどの石油残渣を燃焼する石油残渣燃焼炉を備えた石油残渣燃焼システムに関し、より詳細には、石油残渣燃焼炉から燃焼灰を排出する技術に関する。

近年、化石燃料の高効率活用が求められる中、石油資源の開発技術の進歩により、採掘原油残渣はますます重質化している。そこで、原油から軽質油を抽出した後に出る石油残渣を発電用や熱エネルギー回収用の燃料として効果的に活用する技術が提案されている。

例えば、特許文献１の燃焼システムは、石油残渣を燃焼し、その燃焼ガスから熱エネルギーを回収するボイラを備えている。このボイラは、縦型の燃焼室を有し、燃焼室の上部に設けられたバーナから燃料である石油残渣が搬送用空気と共に燃焼室へ供給され、燃焼室で燃料が燃焼される。燃料の燃焼灰は、燃焼室の底部に設けられた灰排出口から、燃焼室外へ排出される。

特開２０１６−１１４２６８号公報

石油残渣の燃焼灰は、比重が水よりも重いが、表面に油分を含むことから、水に浮くという性質がある。そのため、燃焼室の底部から排出される石油残渣の燃焼灰は、従来は、乾式コンベヤによって冷却されながら外部へ搬出されている。

乾式コンベヤでは、コンベヤ搬送中の自然放熱によって燃焼灰を冷却することから、十分なコンベヤ搬送路長が必要となる。このことから、燃焼灰の搬出手段として乾式コンベヤを利用する場合、その小型化は難しい。コンベヤ搬送路長を短縮するためには、燃焼灰の搬出手段として水封式コンベヤの採用が好適であるが、水封式コンベヤでは、石油残渣の燃焼灰は自然沈降せずに水面に堆積するため、石油残渣の燃焼灰を搬送することが困難である。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、石油残渣を燃焼する石油残渣燃焼炉を備えた石油残渣燃焼システムにおいて、水封式コンベヤによる石油残渣燃焼炉からの燃焼灰の搬出を実現することにある。

本発明の一態様に係る石油残渣燃焼システムは、
石油残渣を燃焼させる燃焼炉と、
前記燃焼炉から落下する燃焼灰が投入される冷却水を貯えたケーシングと、前記ケーシングに収容されたコンベヤとを有する水封式コンベヤと、
前記冷却水の水面において前記燃焼灰が落下する範囲と平面視において重複する灰落下範囲において、前記冷却水の水面より低く且つ前記灰落下範囲の前記コンベヤの搬送面より高い位置に配置された複数の吹出口と、前記複数の吹出口へ圧縮空気を供給する圧縮空気源とを有する気泡発生装置と、を備え、前記複数の吹出口は、前記灰落下範囲の内側へ向けて斜め上方に開口していることを特徴としている。

上記構成の石油残渣燃焼システムでは、複数の吹出口から冷却水中に吹き出した圧縮空気によって、冷却水中で気泡が発生する。発生した気泡が、冷却水を上昇して、水面に浮遊している燃焼灰と衝突したり、水面で弾けたり、水面及びその近傍を撹拌したりすることによって、水面に浮遊している燃焼灰と冷却水との積極的な接触が促され、燃焼灰の吸水量が増加する。吸水量が増加した燃焼灰は、冷却水中を自然沈降して、コンベヤの搬送面上に堆積する。

このようにして、冷却水の水面に浮遊している燃焼灰を沈降させることによって、燃焼灰をコンベヤで搬送可能となる。つまり、水封式コンベヤによる石油残渣燃焼炉からの燃焼灰の搬出を実現することができる。

上記石油残渣燃焼システムにおいて、前記燃焼炉の炉底部に灰排出シュートが設けられており、前記灰排出シュートの下端は前記冷却水中に浸漬されており、前記灰落下範囲が前記灰排出シュートの下端の開口範囲と平面視で重複する範囲であってよい。

このように、灰排出シュートが冷却水中に浸漬されることで、灰落下範囲が制限され、燃焼灰が流れることによる灰落下範囲の拡張を防ぐことができる。

上記石油残渣燃焼システムにおいて、前記灰排出シュートの下端より低く且つ前記灰落下範囲の前記コンベヤの搬送面より高い位置に、前記複数の吹出口が配置されていてよい。

これにより、灰排出シュート内の冷却水中を気泡が水平方向へ拡散しながら上昇するので、より広い範囲の水面に気泡を作用させることできる。

上記石油残渣燃焼システムにおいて、前記複数の吹出口が、平面視において、前記灰落下範囲の長手方向に沿って千鳥状に配置されていてよい。

これにより、発生した気泡が灰落下範囲に亘って分散するので、より少ない数の吹出口で効率的に広い範囲の水面に気泡を作用させることできる。

本発明によれば、石油残渣を燃焼する石油残渣燃焼炉を備えた石油残渣燃焼システムにおいて、水封式コンベヤによる石油残渣燃焼炉からの燃焼灰の搬出を実現することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る石油残渣燃焼システム（石油残渣焚きボイラ）の概略構成を示す断面図である。 図２は、燃焼灰搬出構造を示す、図１の石油残渣焚きボイラのII‐II矢視断面図である。 図３は、燃焼灰搬出構造を示す、図１の石油残渣焚きボイラの拡大断面図である。 図４は、気泡発生装置の吹出口のレイアウトを示す燃焼灰搬出構造の平面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。本実施形態に係る石油残渣燃焼システムは、オイルコークスやアスファルトピッチなどの難燃性の石油残渣を燃料として使用する。ここでは、石油残渣燃焼システムの一例として、石油残渣の燃焼ガスを熱エネルギーとして回収する石油残渣焚きボイラを挙げて説明する。

〔石油残渣焚きボイラ１の概略構成〕
先ず、石油残渣焚きボイラ１（石油残渣燃焼システムの一例）の概略構成から説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る石油残渣焚きボイラ１の概略構成を示す断面図である。石油残渣焚きボイラ１は、石油残渣を燃料として燃焼する石油残渣燃焼炉（以下、単に「燃焼炉２」と称する）と、石油残渣の燃焼灰Ａを燃焼炉２の炉底から搬出する燃焼灰搬出構造４と、燃焼炉２の煙道１６を通過する燃焼ガスの熱エネルギーを回収する過熱器１７及びエコノマイザ１８とを備えている。

燃焼炉２は、縦型の燃焼室１０を有する。燃焼室１０の上部の対向する２壁面には、複数のバーナ１１が設けられている。各バーナ１１からは、燃料である石油残渣が、燃焼用及び搬送用の空気と共に燃焼室１０内へ向けて吹き出す。燃焼室１０の底部は、テーパ状に狭搾しており、テーパ底部に灰排出口１９が設けられている。

燃焼室１０の下部側面にガス流出口１５が設けられ、ガス流出口１５を介して燃焼室１０の下部と煙道１６とが接続されている。燃焼ガスの通路である煙道１６は、燃焼ガスが下方から上方へ流れる第１ガス通路１６ａと、燃焼ガスが上方から下方へ流れる第２ガス通路１６ｂとを有する。燃焼室１０から第１ガス通路１６ａへ流れ込んだ燃焼ガスは、第１ガス通路１６ａを通過したあと、その流れの向きを逆転させて、第２ガス通路１６ｂを通過する。

煙道１６の第２ガス通路１６ｂ内には、過熱器１７を構成する伝熱管１７ａが設けられている。伝熱管１７ａを流れる水又は水蒸気は、煙道１６を通過する燃焼ガスの熱によって過熱される。

また、煙道１６の第２ガス通路１６ｂ内であって、過熱器１７よりも燃焼ガスの流れの下流側には、エコノマイザ１８を構成する伝熱管１８ａが設けられている。伝熱管１８ａを流れる水は、燃焼ガスの余熱によって加熱される。

煙道１６の第２ガス通路１６ｂの側部には、過熱器１７及びエコノマイザ１８を通過した燃焼ガスを排出する排気口２１が設けられている。排気口２１は、集塵機や排気ファンなどを含む後処理系統と接続されており、排気口２１から排出された燃焼ガスは、集塵などの後処理が為されたあと、大気へ放出される。

上記構成の燃焼炉２では、バーナ１１から燃焼室１０内へ燃料と空気とを導入して、燃料を燃焼させる。燃料の燃焼により生じた燃焼ガスは、燃焼室１０内を降下してガス流出口１５から煙道１６に流出する。煙道１６を通過する燃焼ガスは、過熱器１７及びエコノマイザ１８において熱交換を行い、後処理系統に流出する。また、燃料の燃焼により生じた燃焼灰Ａは、燃焼室１０内を降下して、灰排出口１９へ落下する。灰排出口１９から排出された燃焼灰Ａは、燃焼灰搬出構造４によって燃焼炉２の炉底から搬出される。

〔燃焼灰搬出構造４〕
次に、水封式コンベヤ装置８を利用した、燃焼灰搬出構造４について詳細に説明する。図２は、燃焼灰搬出構造４を示す、図１の石油残渣焚きボイラ１のII‐II矢視断面図、図３は、燃焼灰搬出構造４を示す、図１の石油残渣焚きボイラ１の拡大断面図、図４は、気泡発生装置６の吹出口６３のレイアウトを示す燃焼灰搬出構造４の平面図である。

図２及び図３に示すように、燃焼炉２の灰排出口１９から排出される燃焼灰Ａを搬出する燃焼灰搬出構造４は、水封式コンベヤ装置８と、気泡発生装置６とにより実現される。

水封式コンベヤ装置８は、ケーシング７と、ケーシング７に収容されたコンベヤ５とを含む。但し、水封式コンベヤ装置８は本実施形態の構造のものに限定されず、公知の水封式コンベヤを採用することができる。

ケーシング７は、燃焼炉２の灰排出口１９と上下方向に重複する位置に設けられた水槽部７１と、水槽部７１と連結された脱水通路部７２とを一体的に備えている。水槽部７１には、燃焼炉２の灰排出口１９と上下方向に重複する位置に、上向きの入口７３が設けられている。脱水通路部７２には、水槽部７１の水位ＷＬよりも高く且つ入口７３から水平方向に離れた位置に、下向きの出口７４が設けられている。脱水通路部７２は、水槽部７１の底部から出口７４に向けて上る勾配を有する。

水槽部７１には、燃焼灰Ａを冷却するための冷却水７５が貯えられている。水槽部７１には、給水管７６と、オーバーフロー管７７と、水位計７８とが設けられており、これらによって水槽部７１の冷却水７５の水位ＷＬが所定水位に維持されている。

水槽部７１の入口７３には、燃焼炉２の灰排出口１９を形成する灰排出シュート２２の下部が挿入されている。この灰排出シュート２２の下端は冷却水７５の水位ＷＬより下方に位置し、灰排出シュート２２の下端により規定される灰排出口１９は冷却水７５中に開口している。このようにして、灰排出口１９は水封されている。灰排出シュート２２を落下する石油残渣の燃焼灰Ａは、比重は水よりも重いが、表面に油分を含むことから、水に浮くという性質がある。そのため、灰排出シュート２２を通じて落下してきた燃焼灰の大部分は、灰排出シュート２２内において冷却水７５の水面に浮遊する。

コンベヤ５は、いわゆる、スクレーパ付きチェーンコンベヤであって、ガイド板５１と、スクレーパ付きチェーン５２と、駆動装置５３とを含む。

ガイド板５１は、ケーシング７内において燃焼灰Ａの搬出路を形成しており、ガイド板５１の上面がコンベヤ５の搬送面となる。ガイド板５１は、水槽部７１内において水位ＷＬより低い位置に水平な搬出路を形成する水平搬送部５１１と、脱水通路部７２内において水平から傾いた搬出路を形成する傾斜搬送部５１２とを有する。ガイド板５１の水平搬送部５１１と傾斜搬送部５１２との間は、滑らかに接続されている。

スクレーパ付きチェーン５２は、一対の無端状チェーン５２１の間に、複数のスクレーパ（掻き板）５２２が架け渡されたものである。スクレーパ付きチェーン５２は、ガイド板５１の上面をスクレーパ５２２が摺動するように、ケーシング７内を走行する。

駆動装置５３は、スクレーパ付きチェーン５２を走行駆動するものである。駆動装置５３は、例えば、スクレーパ付きチェーン５２が巻き掛けられた複数のスプロケットと、複数のスプロケットのうち駆動スプロケットを回転駆動するモータとを含む。

気泡発生装置６は、水槽部７１の冷却水７５に浮遊している燃焼灰Ａに気泡を衝突させるように、冷却水７５内に気泡を発生させる装置である。気泡の発生位置は、冷却水７５の水面において燃焼灰Ａが落下する範囲と平面視において重複する範囲（以下、「灰落下範囲６６」と称する）において、冷却水７５の水面より低く、且つ、灰落下範囲６６のコンベヤ５の搬送面よりも高い位置である。より望ましくは、気泡の発生位置は、灰落下範囲６６において、冷却水７５の水面より低く、且つ、灰落下範囲６６のコンベヤ５のスクレーパ付きチェーン５２よりも高い位置である。本実施形態において、灰落下範囲６６は、灰排出シュート２２の下端に規定された灰排出口１９の開口範囲と平面視で重複する範囲である。

気泡発生装置６は、圧縮空気源６１と、圧縮空気源６１と接続された給気管６２とで構成されている。本実施形態においては、給気管６２は水封式コンベヤ装置８（より詳しくは水封式コンベヤ装置８のケーシング７）に支持されているが、給気管６２は、灰排出シュート２２に支持されていてもよい。また、給気管６２の吹出口６３には、ノズルが設けられてもよい。圧縮空気源６１から給気管６２に供給された圧縮空気は、各吹出口６３から冷却水７５中に吹き出し、冷却水７５中に気泡を生じさせる。圧縮空気の流量は、例えば、各吹出口６３につき１０^-3ｍ³／秒程度であってよい。

図４に示すように、各吹出口６３は、平面視において灰落下範囲６６内に配置されている。本実施形態においては、より少ない数の吹出口６３で水封式コンベヤ装置８による燃焼灰Ａの搬送方向Ｘと平行に長い灰落下範囲６６に亘って分散して気泡を発生させるために、複数の吹出口６３が搬送方向Ｘに沿って千鳥状に分散して配置されている。また、同様の理由で、各吹出口６３は、鉛直方向ではなく、灰落下範囲６６の内側へ向けて斜め上方に開口している。

各吹出口６３の高さ位置は、冷却水７５の水面より低く、且つ、灰落下範囲６６のコンベヤ５の搬送面よりも高い位置である。より望ましくは、各吹出口６３の高さ位置は、冷却水７５の水面より低く、且つ、灰落下範囲６６のコンベヤ５のスクレーパ付きチェーン５２よりも高い位置である。このように、吹出口６３の高さ位置は、吹出口６３と冷却水７５の水面との間に発生した気泡と干渉する部材が存在しない位置であることが望ましい。

各吹出口６３の高さ位置は、冷却水７５の水面に近い位置であってよい。また、各吹出口６３の高さ位置は、灰排出シュート２２の下端よりも下方であってもよい。これにより、灰排出シュート２２と気泡発生装置６とを独立させることができ、また、灰排出シュート２２の冷却水７５中で気泡を上昇させることによって、気泡を水平方向に拡散させることができる。なお、本実施形態において、複数の吹出口６３の高さ位置は同一であるが、複数の吹出口６３の高さ位置にばらつきがあってもよい。

ここで、上記構成の燃焼灰搬出構造４の動作について説明する。図３に示すように、燃焼炉２から灰排出シュート２２を通って落下してきた石油残渣の燃焼灰Ａは、直ちに冷却水７５中を自然沈降するものもあるが、大部分は、灰排出シュート２２内において冷却水７５の水面に浮遊する。気泡発生装置６で冷却水７５中に発生させた気泡は、冷却水７５中を上昇して、灰排出シュート２２内の水面に浮遊している燃焼灰Ａと衝突して、燃焼灰Ａに衝撃を与える。また、気泡は、冷却水７５の水面で弾けて、燃焼灰Ａに衝撃を与える。更に、冷却水７５中を上昇する気泡によって冷却水７５の水面及びその近傍が撹拌される。これらの現象によって、水面に浮遊している燃焼灰Ａと冷却水７５との積極的な接触が促され、燃焼灰Ａの吸水量が増加する。吸水量が増加した燃焼灰Ａは、冷却水７５中を自然沈降して、ガイド板５１上に堆積する。

上記において、気泡発生装置６で冷却水７５中に発生させる気泡の大きさは、燃焼灰Ａに与える衝撃や、冷却水７５の水面の撹拌効果を高めるために、直径１０ｍｍ程度以下の微細気泡ではなく、それよりも大きな気泡であることが望ましい。そのために、吹出口６３の内径（直径）は、１０ｍｍ以上が望ましい。また、気泡発生装置６による気泡の発生は、石油残渣焚きボイラ１の運転中に連続的に行われることが望ましい。

ガイド板５１上に堆積した燃焼灰Ａは、ガイド板５１上を摺動するスクレーパ５２２によって、水平搬送部５１１、傾斜搬送部５１２の順に通過するように搬送される。燃焼灰Ａは、水平搬送部５１１を移動する間に冷却水７５によって冷却される。また、燃焼灰Ａは、傾斜搬送部５１２を移動する間に、冷却水７５から揚げられ、脱水されて、出口７４へ落下して水封式コンベヤ装置８から排出される。

以上に説明したように、本実施形態に係る石油残渣焚きボイラ１（石油残渣燃焼システムの一例）は、石油残渣を燃焼させる燃焼炉２と、燃焼炉２から落下する燃焼灰Ａが投入される冷却水７５を貯えたケーシング７と、ケーシング７に収容されたコンベヤ５とを有する水封式コンベヤ装置８と、冷却水７５の水面において燃焼灰Ａが落下する範囲と平面視において重複する灰落下範囲６６において、冷却水７５の水面より低く且つ灰落下範囲６６のコンベヤ５の搬送面より高い位置に配置された複数の吹出口６３と、複数の吹出口６３へ圧縮空気を供給する圧縮空気源６１とを有する気泡発生装置６と、を備えるものである。

上記構成の石油残渣焚きボイラ１では、複数の吹出口６３から冷却水７５中に吹き出した圧縮空気によって、冷却水７５中で気泡が発生する。発生した気泡が、冷却水７５を上昇して、水面に浮遊している燃焼灰Ａと衝突したり、水面で弾けたり、水面及びその近傍を撹拌したりすることによって、水面に浮遊している燃焼灰Ａと冷却水７５との積極的な接触が促され、燃焼灰Ａの吸水量が増加する。吸水量が増加した燃焼灰Ａは、冷却水７５中を自然沈降して、コンベヤ５の搬送面上に堆積する。

このようにして、冷却水７５の水面に浮遊している燃焼灰Ａを沈降させることによって、燃焼灰Ａをコンベヤ５で搬送可能となる。つまり、水封式コンベヤ装置８による石油残渣燃焼炉２からの燃焼灰Ａの搬出を実現することができる。

また、本実施形態の石油残渣焚きボイラ１は、燃焼炉２の炉底部に灰排出シュート２２が設けられており、灰排出シュート２２の下端は冷却水７５中に浸漬されている。そして、灰落下範囲６６が灰排出シュート２２の下端（即ち、灰排出口１９）の開口範囲と平面視で重複する範囲となっている。

このように、灰排出シュート２２が冷却水７５中に浸漬されることで、灰排出口１９が冷却水７５によって水封される。また、灰排出シュート２２が冷却水７５中に浸漬されることで、灰落下範囲６６が制限され、燃焼灰Ａが流れることによる灰落下範囲６６の拡張を防ぐことができる。

また、本実施形態の石油残渣焚きボイラ１は、灰排出シュート２２の下端より低く且つ灰落下範囲６６のコンベヤ５の搬送面より高い位置に、複数の吹出口６３が配置されている。

これにより、灰排出シュート２２内の冷却水７５中を気泡が水平方向へ拡散しながら上昇するので、より広い範囲の水面に気泡を作用させることできる。

また、本実施形態の石油残渣焚きボイラ１は、複数の吹出口６３が、平面視において、灰落下範囲６６の長手方向（本実施形態では、コンベヤ５の搬送方向Ｘ）に沿って千鳥状に配置されているものである。

これにより、発生した気泡が灰落下範囲６６に亘って分散するので、より少ない数の吹出口６３で効率的に広い範囲の水面に気泡を作用させることできる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明の精神を逸脱しない範囲で、上記実施形態の具体的な構造及び／又は機能の詳細を変更したものも本発明に含まれ得る。

１ ：石油残渣焚きボイラ（石油残渣燃焼システムの一例）
２ ：燃焼炉
４ ：燃焼灰搬出構造
５ ：コンベヤ
６ ：気泡発生装置
７ ：ケーシング
８ ：水封式コンベヤ装置
１０ ：燃焼室
１１ ：バーナ
１５ ：ガス流出口
１６ ：煙道
１６ａ ：第１ガス通路
１６ｂ ：第２ガス通路
１７ ：過熱器
１７ａ ：伝熱管
１８ ：エコノマイザ
１８ａ ：伝熱管
１９ ：灰排出口
２１ ：排気口
２２ ：灰排出シュート
５１ ：ガイド板
５２ ：スクレーパ付きチェーン
５３ ：駆動装置
６１ ：圧縮空気源
６２ ：給気管
６３ ：吹出口
６６ ：灰落下範囲
７１ ：水槽部
７２ ：脱水通路部
７３ ：入口
７４ ：出口
７５ ：冷却水
７６ ：給水管
７７ ：オーバーフロー管
７８ ：水位計
５１１ ：水平搬送部
５１２ ：傾斜搬送部
５２１ ：無端状チェーン
５２２ ：スクレーパ

Claims (4)

1. 石油残渣を燃焼させる燃焼炉と、
   前記燃焼炉から落下する燃焼灰が投入される冷却水を貯えたケーシングと、前記ケーシングに収容されたコンベヤとを有する水封式コンベヤと、
   前記冷却水の水面において前記燃焼灰が落下する範囲と平面視において重複する灰落下範囲において、前記冷却水の水面より低く且つ前記灰落下範囲の前記コンベヤの搬送面より高い位置に配置された複数の吹出口と、前記複数の吹出口へ圧縮空気を供給する圧縮空気源とを有する気泡発生装置と、を備え、
   前記複数の吹出口は、前記灰落下範囲の内側へ向けて斜め上方に開口している、
   石油残渣燃焼システム。
2. 前記燃焼炉の炉底部に灰排出シュートが設けられており、前記灰排出シュートの下端は前記冷却水中に浸漬されており、前記灰落下範囲が前記灰排出シュートの下端の開口範囲と平面視で重複する範囲である、
   請求項１に記載の石油残渣燃焼システム。
3. 前記灰排出シュートの下端より低く且つ前記灰落下範囲の前記コンベヤの搬送面より高い位置に、前記複数の吹出口が配置されている、
   請求項２に記載の石油残渣燃焼システム。
4. 前記複数の吹出口が、平面視において、前記灰落下範囲の長手方向に沿って千鳥状に配置されている、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の石油残渣燃焼システム。
   

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