JPH028603A

JPH028603A - スパイラルフロー冷却面付き部分燃焼用バーナ

Info

Publication number: JPH028603A
Application number: JP29977288A
Authority: JP
Inventors: Henricus J A Hasenack; ヘンリカス・ヨハネス・アントニウス・ハーセナツク; Ian Poll; イアン・ポール
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1988-02-17
Filing date: 1988-11-29
Publication date: 1990-01-12
Anticipated expiration: 2012-07-09
Also published as: JP2627552B2; AU605388B2; CN1011617B; EP0328794B1; CN1035172A; EP0328794A1; CA1308306C; AU2637388A; DE3862757D1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、炭素質燃料の部分燃焼に用いるバーナ、さら
に詳しく述べると、加圧された合成ガス、燃料ガス、ま
たは還元ガスを造るため、１００バールまでの圧力下で
作動する反応器空間内に、酸素含有ガスと共に導入され
る、微粉炭のような微粉固体燃料の部分燃焼に用いるバ
ーナに関するものである。

〔従来の技術〕部分燃焼は、また固体炭素質燃料のガス化として知られ
、酸素と上記燃料の反応によって得られる。上記燃料は
可燃性成分として、主に炭素と水素を含有し、これらは
供給された酸素と−また、−酸化炭素と水素を形成する
ように、−多分任意の蒸気と二酸化炭素と反応する。あ
る温度においては、メタンを形成することもできる。

固体燃料の部分燃焼に対しては、一般原則として２つの
異なる方法がある。第１の方法では、微粒形式の固体燃
料が、約１０００°Ｃ以下の温度の固定床または流動床
に、反応器内で酸素含有ガスと接触される。この方法の
欠点は、固体燃料の全形式のものがこのようにして部分
燃焼されるものではない０例えば、高膨潤度の石炭形式
の粒子は、容易に焼結して、反応器の目詰りの危険があ
るので、高膨潤度石炭は不適当である。

さらに−層有益な方法は、比較的高速度で反応器内に、
窒素または合成ガスのようなキャリヤーガス内で上記微
粉固体燃料を移動させるものである０反応器内では、１
０００°Ｃ以上の温度で上記燃料と酸素含有ガスとが反
応するように、炎が維持される。上記炭素質燃料は、通
常バーナを経て反応器内に移動し、さらに酸素含有ガス
もバーナを経て反応器内に移動する。若干の方法では、
蒸気または二酸化炭素のような調節ガスがまたバーナを
経て反応器に移動し；このような調節ガスは、酸素と反
応器ガスとの早期接触を減少または予防するのに、しば
しば有益であり、上記早期接触は、反応器ガスの望まし
くない完全転化に終るものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明のバーナは、従来型の耐火物で内張りをした部分
燃焼ガス発生器の反応帯域内に、所望の様式で、すなわ
ち、垂直にまたは水平に反応体を導入するのに非常に便
利になっており、そして特に、燃焼帯域の事実上両側面
に配置された反応体のための複数のバーナを有する固体
燃料ガス化装置内での使用に適しており、これによって
反応体は水平に導入された後、バーナ噴流は相互にぶつ
かり、部分燃焼工程を促進しかつ耐火壁の浸蝕を最小に
するものである。

焔の温度は２０００°Ｃまたはそれ以上に達することも
あるので、上記バーナの重要な問題は、ガス化工程中高
熱束によって生しるバーナ前面、またバーナ面とも呼ば
れる面の破損を防止することである。バーナ前面を過熱
から保護するため、バーナ前面壁の外面を耐火物で被覆
し、および／または高速で冷却流体が循環する内部冷却
通路のある中空壁部材を設けることが示唆された。

（問題点を解決するための手段）従って、本発明の一目的は、長期間使用中にバーナの劣
化および均一な破損を生じる熱応力を最小にするため、
冷却流体が特定の様式で流されてバーナ前面の均一な冷
却を確保するバーナを捉供することにある。

本発明は、従って燃焼帯域内で微粉固体炭素質燃料を酸
素含有ガスで部分燃焼させるバーナを提供するもので、
上記部分燃焼用バーナは：燃焼帯域に燃料を供給する中
央チャネルおよび吐出口；と上記中央チャネルと同軸に配置され、かつ酸化体ガス流
を燃焼帯域に供給する出口を有する、少なくとも１個の
事実上環状の第１環状チ＋ネル；と上記バーナの排出端部に配置され、かつその縦軸線に直
角に設けられた前面；とからなり、該前面が、上記燃焼
帯域へ流れる少なくとも上記燃料と酸化体ガス流が通る
中央間口を有し、上記前面は中空壁部材を含み、該中空
壁部材が（ａ）該中空壁部材の通路の最初端部に近接配
置され、冷却流体を供給するようにした供給導管；と（
ｂ）上記通路の最終端部に近接配置され、冷却流体を通
すようにした戻り導管；とに作動結合され、さらに上記
前面が、（ｃ）上記中空壁部材内に配置され、上記供給
導管から上記中空壁部材内に流入する冷却流体を、バー
ナの縦軸線の周りにらせん方向に流動させる通路を形成
するスパイラルフロー手段を含むことを特徴とするもの
である。

事実状環状の第２環状チャネルが、第１環状チャネルと
同軸に配置され、かつ第２のガス流を上記燃焼帯域に供
給する出口を有することが好都合である。

このようにして、本発明は前面および他のバーナの構成
要素を過剰応力にさらすことなく、長期間にわたって操
作ができるバーナを提供するものである。

〔実　施　例］本発明は添付図面を参照しながら、実施例により詳細に
説明しよう。

第１図および第２図について説明すると、全体を参照番
号１０で示される、微粉炭のような炭素質燃料の部分燃
焼用バーナは、縦軸線１４に沿って配置され、かつキャ
リヤーガス、例えば、窒素、二酸化炭素または合成ガス
内の微粉固体燃料（矢印Ａ）を燃焼帯域に供給する吐出
口１６を有する中央チャネル１２を含む、この中央チャ
ネル１２の周りに同軸配置されるものに、上記燃焼帯域
内へ上記酸化体ガス流の自由端部に形成された出口２０
を有する、酸化体ガス（矢印Ｂ）用の事実上環状の第１
チャネル１８がある。好都合に、上記自由端部の出口２
０は、上記縦軸線１４に対して約１５°から約６０°ま
での角度に配置されるので、酸素含有ガスの噴射流が、
吐出口１６から下流燃焼帯域へ噴射される固体燃料の流
れと交差しかつ混合する。上記酸化体ガスは、酸素含有
ガスであり、または任意に酸素含有ガスと、例えば、水
蒸気または二酸化炭素等のｊＡ節ガスとの混合物である
。従来型の分離器は、チャネルを半径方向に間隔をおく
ように用いられ、例えば整列ピン、フィン、中心質、間
座その他従来手段が、相互に対してチャネルを対称的に
一定間隔保つのに用いられ、かつ酸化棒体の自由流に対
して最小の障害を有する安定した整列となるように上記
の手段を保持するのに用いられる。

上記バーナ１０はさらに、バーナの縦軸線１４に垂直な
前面２８を形成する、拡大端部を有する円筒状の中空壁
部材２６を含む。この円筒状の中空壁部材は内部にスパ
イラルフロー手段２９が設けられ、多少流体を１８ｉ３
Ｌでもよいが、スパイラルチャネル３０を形成する流体
不滲透遮断壁が好都合であり、上記スパイラルチャネル
は、一端部が供給導管３４に作動結合されて冷却流体（
矢印Ｃ）を上記スパイラルチャネルに供給し、またスパ
イラルチャネルの他端部が、戻り導管３２に作動結合さ
れ上記スパイラルチャネル３０（矢印Ｄ）からの冷却流
体を通らせるようになっている。上記供給導管はスパイ
ラルチャネルのどちらか一方の端部に作動結合され、そ
して戻り導管は必要に応じ上記の他端部に作動結合され
る。しかし、供給導管は冷却流体、特に温度調節された
水のような冷却液をスパイラルチャネル３０の外端部に
供給するのが好都合である。

中空壁部材内の冷却流体の沸騰をほぼまたは全（避けな
がら、バーナ面の燃焼下流部から、対流と放射熱に変換
できることを、本発明の一利点としている。上記スパイ
ラルチャネルを通る高速の冷却液を使用することが、バ
ーナ面内の均一で、低い金ｉ温度を保証し、これにより
バーナの長寿命を可能としている。

水が冷却液として用いられる時には、上記バーナの最大
熱出力において、戻り導管に入る水は、上昇しても約５
°Ｃ前後にすぎず、特に３°Ｃ未満であるような、充分
に高い流量で上記中空壁部材に供給される。約２１０”
Ｃ未満の範囲内の温度を有する温度！１Ｍ節された水を
冷却液として用いることが有利である。

炭素質燃料、例えば微粉炭の酸素含有ガスによるガス化
のための上記バーナ１０の操作中、例えば窒素、合成ガ
スまたは二酸化炭素等のキャリヤ流体内に浮遊している
上記微粉炭は、バーナの下流に配置された反応体の燃焼
帯域内へ微粉炭を投入するための中央チャネル１２から
吐出口１６へと通される。同時に、酸素含有ガスが環状
チャネル１８を通り自由端部の出口２０まで通されるの
で、上記微粉炭と酸素含有ガス反応体は、反応器の空間
内で集中的に混合される０反応体の混合は、適当なチャ
ネルのじゃま板の渦巻き本体（図示せず）により一方ま
たは両方の流れに与えられる渦運動によってさらに促進
される。微粉炭の安定した流出を促進するため、微粉炭
の流れに役立つ断面積は、出口付近のバーナの少なくと
も中央チャネル１２の部分−面に、一定に保たれるべき
７であ微粉炭燃料のガス化用のバーナの操作中、酸素含
有ガスと調節ガスの混合物は、必要に応じて温度を制御
し、かつ酸素の量を制限するため出口２０の環状チャネ
ル１８を通して送られるように、水蒸気、二酸化炭素ま
たは窒素等温度調節ガスもまた環状チャネルの供給路内
へ導入することもできる。微粉炭燃料および温度調節ガ
スと任意に混合された酸素含有ガスの流量は、バーナの
上流の各供給路内の流量制御弁（図示せず）によって制
御ｎされる。バーナの燃焼速度、すなわちバーナの強化
または弱化は、固体燃料内の炭素に対する原子酸素の事
実上一定比を保持しながら、各法れに対する流量を変え
ることによって生じる。

−最に、水分と無灰炭（ａｓｈ−ｆｒｅｅ　ｃｏａｌ）
のトン当り０．９−１）ンの酸素要求量が、無煙炭を正
常に代表するものであり；低級炭に対してはトン当り０
．７トンの酸素要求量が一層よく代表するものである。

第３図および第４図について説明すると、上記第１環状
チャネル１８の周りに同軸配置されたバーナが示され、
これが第２のガス用の事実上環状の第２環状チャネル２
２で、上記第２のガスは、酸素含有ガス、例えば水蒸気
または二酸化炭素等の温度調節ガス、または酸素含有ガ
スと上記ｉｌ１節ガスとの混合物でもよく、さらに上記
チャネル２２は第２のガスが燃焼帯域に流入するための
自由端部に形成された出口２４を有する。この出口２４
は縦軸線１４に対してほぼ同一角度に配置されるが、第
２環状チャネルが燃焼帯域に温度３Ｎ＋節すなわち遮蔽
ガスを供給するために用いられる時には、さらに発散し
た、すなわちさらに鋭角にするのが好都合である。第２
環状チャネルの断面積を第１環状チャネルの断面積で割
った比は、約０．５から２まで、例えば０．７５〜１．
５、の範囲内にある。

微粉炭固体燃料のガス化のため、このバーナの操作中、
酸素含有ガスでもよい第２のガス、水蒸気、二酸化炭素
または窒素のような温度調節ガス、または酸素含有ガス
と温度７Ａ節ガスとの混合物は、必要に応じて付加酸素
を供給するため、環状チャネル２２を通り出口２４に送
られ、さらに上記第２のガス流が多量の［ｌｆｆガスを
含有している時には、微粉炭と酸素を噴射する噴流の周
りに遮蔽を形成する。！Ｊ！１節ガスの遮蔽は酸素と反
応ガスの早期接触を防止する利点があり、もし早期接触
すると反応ガスの望ましくない完全な転化に終わる。

両チャネルを通して酸素含有ガスを、約３５〜約Ｌｏｏ
ｍ／秒の範囲内の平均速度で供給することにより操作す
るのが好ましく、上記酸素含有ガスは、第２環状チャネ
ル出口を通り燃焼帯域に供給されたガスの速度よりも幾
分低い速度で上記第１環杖チャネル出口（真中）を通っ
て供給される。

微粉炭固体燃料、酸素含有ガスの各法れ、および第２の
ガスの各法れに対する流量は、バーナへの各供給管内の
流量制御弁によって制御される。

上記バーナの燃焼速度、すなわちバーナの強化または弱
化は、固体燃料内の炭素に対する原子酸素の事実上一定
比を保持しながら、各法れに対する流量を変えることに
よって生じる。一般に、水分と無灰炭のトン当り０．９
−１）ンの酸素要求量が、無煙炭の正常な代表であり：
低級炭に対してはトン当り０．７トンの酸素が一層代表
的なものである。

その耐久性に加えて本発明のバーナの利点は、広範な作
業要求下で反応体を供給する大きな融通性を与える、燃
焼帯域に第２のガスを入れるためのチャネルを有するこ
とである。

（発明の効果）上記バーナは通常耐熱性材料、特に耐熱性金属と合金で
作られ、かつ上記材料に従来用いられた溶接および／ま
たはろう付けの技術によって作られる。高能力操作のた
めに、酸素含有ガスのチャネルと出口は、通常Ｚ「０７
、またはセラミック等の酸化コーチングで内部を被覆さ
れた金属で作られ、酸素による金属燃焼のおそれなく酸
素含有ガスを高速であてることができる。

本発明で用いる用語「固体炭素質燃料ｊとは、石炭、石
炭のコークス、石炭液化残留分、石油コークス、オイル
シェールから誘出したすすと粒状固体、タールサンドと
ピッチからなる群からの各種材料とそれらの混合物を含
ませようとするものである０石炭は任意の等級のもので
よく、亜炭、亜瀝青炭、瀝青炭および無煙炭を含む、上
記固体炭素質燃料は、材料の少なくとも約９０重量％が
９０ミクロン未満で含水量が約５重量％以下となるよう
な粒径まで好都合に粉砕される。

本発明で用いる用語「酸素含有ガス」とは、遊離酸素す
なわち未結合酸素を含有するガスのことを呼び、また、
空気、酸素濃縮空気すなわち２１モル％以上の酸素、さ
らにまた事実上純酸素すなわち約９５モル％以上の酸素
と、通常空気中に存在する窒素および稀ガス等のガスか
らなる残部を含ませようとするものである。

上記記載および添付図面から、本発明の各種変型が作ら
れることは当業者には明白であろう、上記変型は特許請
求の範囲内に含ませようとするものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるバーナの前部の縦断面図であり；第２図は第１図の線■−■による断面図を示し；第３図
は本発明による他の一バーナの前部の縦断面図であり；
そして第４図は第３図の線■−■による断面図を示す。ｌＯ・・・部分燃焼用バーナ、１２・・・中央チャネル
、１４・・・縦軸線、　　　　　　１６・・・吐出口、
１８・・・第１環状チャネル、２０・・・出口、２２・
・・第２環状チャネル、２４・・・出口、２６・・・中
空壁部材、　　　２８・・・前面、２９・・・スパイラ
ルフロー手段、３０・・・スパイラルチャネル、３２・・・戻り導管、　　　　３４・・・供給導管、Ａ
・・・微粉固体燃料、　　　Ｂ・・・酸化体ガス、Ｃ・
・・冷却流体。代理人の氏名　　　川原１）−穂一２；ＣＮＪ ■ 一く〇

Claims

【特許請求の範囲】

（１）燃焼帯域内で、微粉固体炭素質燃料を酸素含有ガ
スで部分燃焼させるためのバーナで、この部分燃焼用バ
ーナは：燃焼帯域に燃料を供給する中央チャネルおよび吐出口；
と上記中央チャネルと同軸に配置され、かつ酸化体ガス流
を燃焼帯域に供給する出口を有する、少なくとも１個の
事実上環状の第１環状チャネル；と上記バーナの排出端部に配置され、かつその縦軸線に直
角に設けられた前面；とからなり、該前面が、上記燃焼
帯域へ流れる少なくとも上記燃料と酸化体ガス流が通る
中央開口を有し；上記前面は中空壁部材を含み、該中空
壁部材が、（ａ）該中空壁部材の通路の最初端部に近接配置され、
冷却流体を供給するようにした供給導管；と（ｂ）上記通路の最終端部に近接配置され、冷却流体を
通すようにした戻り導管；とに作動結合され、さらに上
記前面が、（ｃ）上記中空壁部材内に配置され、上記供給導管から
上記中空壁部材内に流入する冷却流体を、バーナの縦軸
線の周りにらせん方向に流動させるようにした通路を形
成するスパイラルフロー手段を含むことを特徴とする部
分燃焼用バーナ。
（２）事実上環状の第２環状チャネルが、上記第１環状
チャネルと同軸に配置され、かつ第２のガス流を上記燃
焼帯域に供給する出口を有し、第２のガス流が上記前面
の中央開口を通り燃焼帯域に流動することを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の部分燃焼用バーナ。
（３）上記スパイラルフロー手段が、上記中空壁部材内
にスパイラルチャネルを形成する、連続的な不滲透遮断
壁を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第
２項記載の部分燃焼用バーナ。
（４）上記中空壁部材は、冷却流体の通路の最終端部が
、上記中央開口に隣接配置されたことを特徴とする特許
請求の範囲第１項又は第２項記載。部分燃焼用バーナ。
（５）上記第１環状チャネルおよび第２環状チャネルが
、圧力と流量に関し独立して制御される酸素含有ガス源
に、おのおの別々に接続されることを特徴とする特許請
求の範囲第２項記載の部分燃焼用バーナ。