JPH04297705A - 粉状固形燃料の微粒子燃焼用バーナ - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は粉状固形燃料の微粒子燃
焼用、特に溶融銑鉄又は粗鋼（ｓｔｅｅｌｐｒｅ−ｐｒ
ｏｄｕｃｔｓ）を製造するための溶融ガス化装置用のバ
ーナに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のバーナは、固形燃料を供給する
中央内部チューブと、該中央内部チューブを包囲し、か
つ、外部冷却チューブによって区画された酸素又は酸素
含有ガスを供給する環状ギャップとを含んでおり、その
環状ギャップは、バーナの長手軸に関して傾斜した方向
に向けられて中央内部チューブの端部の周辺を包囲する
排気ポートで、あるいはバーナの長手軸の回りに環状に
配置された多数の排気ポートで外方に終了している。こ
の種のバーナはＥＰ−Ａ−０３４７００２号で公知であ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このバーナを使用する
と、酸素はバーナの軸方向に中心に吹き出される固形燃
料に対して２０°から６０°の間の角度で供給される。 この結果、乱流が生じ、酸素と微粒子固形材料とが深く
混合する。このことは、バーナ又はバーナジェットの外
部を包囲する可燃性ガスの燃焼率が粉状燃料の微粒子の
燃焼率と比較して実質的に迅速であるために、供給され
た粉状燃料の微粒子が不完全燃焼するという問題がある
。さらに、公知のバーナは、微粒子燃料が中央内部チュ
ーブから吹き出た瞬間、酸素とともに回転して、直ちに
燃焼点がバーナ口で生成されるという問題がある。この
ようにバーナ口に及ぼされる高い熱負荷は、バーナ口の
水冷にもかかわらず、バーナ自身の寿命が短くなるよう
な激しい摩耗を伴う。

【０００４】本発明は、これらの問題や困難性を回避す
ることを課題とし、供給される粉状固形燃料の微粒子の
完全燃焼を許容するだけでなく、長寿命を有する上述の
種類のバーナを提供することを目的とする。特に、溶融
ガス化装置の中で溶融銑鉄又は粗鋼を製造する間、溶融
ガス化装置から発生する還元ガスに含まれ、そこから分
離される石炭粒子を溶融ガス化装置に還流し、そこでそ
れを燃焼することは、このバーナにとって実現可能でな
ければならない。そのような石炭粒子を還流する装置は
例えばＡＴ−Ｂ−３８１．１１６号に記載されている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、前記目
的は以下の構成手段によって達成される。すなわち、特
に溶融銑鉄又は粗鋼を製造するための溶融ガス化装置に
使用されるバーナであって、固形燃料を供給する中央内
部チューブと、該中央内部チューブを包囲し、かつ、外
部冷却チューブによって区画された酸素又は酸素含有ガ
スを供給する環状ギャップとを含み、その環状ギャップ
は、バーナの長手軸に関して傾斜した方向に向けられて
中央内部チューブの端部の周辺を包囲する排気ポートで
、あるいはバーナの長手軸の回りに環状に配置された多
数の排気ポートで外方に終了している粉状固形燃料の微
粒子燃焼用バーナにおいて、バーナの長手軸に関する排
気ポートの傾斜は２０°以下であり、排気ポートはバー
ナの長手軸に対して横切るように、かつ、中央内部チュ
ーブの内壁からバーナの半径方向に５〜３０ｍｍ離れて
配置され、そこでバーナの長手軸に関する排気ポートの
傾斜と、中央内部チューブの内壁に関する排気ポートの
半径方向距離とは、排気ポートのバーナ外方への延長線
と内部チューブの内壁のバーナ外方への延長線との交点
が、バーナ口の前方へ２０から８０ｍｍ、好ましくは３
０から６０ｍｍ離れた所に位置するように、調整されて
いる。

【０００６】酸素噴流の中に乱流がわずかに形成される
ことのみにより、この種のバーナに対しては、酸素噴流
の外部を包囲するイナート燃焼ガスからなる保護ジャケ
ットが形成され、粉状固形燃料の微粒子の完全燃焼に酸
素が利用可能となる。さらに、酸素がバーナ口から離れ
た地点で燃料と合流する結果、バーナ口の熱負荷が高く
なくなり、バーナ口に損傷を起こすことなく、あるいは
、バーナ口の激しい摩耗を伴うことなく、受けた熱が外
部チューブの冷却手段を通って撤退する。

【０００７】もし、燃焼される粉状固形燃料の微粒子が
温度上昇する場合は、内部チューブに都合よく内部冷却
手段が設けられる。内部チューブの外側が銅又は銅合金
で形成され、内側が耐摩耗性鋼で形成されている場合、
さらに、水冷外部チューブの外側が銅又は銅合金で形成
され、内側が耐摩耗性鋼で形成されている場合は、バー
ナの寿命の付加的増加が得られる。実際には、バーナの
長手軸に関する排気ポートの傾斜が約１２．５°に相当
する実施例が特に成功を収めていることが証明されてい
る。

【０００８】他の好ましい実施例は、スピンピースが内
部チューブの口に設けられ、そのスピンピースは内部チ
ューブに挿入されたチューブの断片によって都合よく形
成され、その内壁には螺旋溝が設けられていることを特
徴としている。これにより、酸素噴流の外側を包囲して
いるＣＯ２保護ジャケットを依然として破壊又は排除す
ることなく、環状の酸素噴流の内側に存在する酸素と、
遠心力によって中央に供給された粉状固形燃料の微粒子
との激しい混合が起こる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を図示された二つの実施例によ
ってさらに詳細に説明する。図１に示すバーナは、内部
冷却水を備えた二重壁の外部チューブ１を含み、その中
には円形リング形状の断面を有する環状ギャップ２を隔
てて、内部チューブ３が挿入されて、その内部チューブ
３も二重壁で内部冷却水を備えている。

【００１０】内部チューブ３によって取り囲まれた円形
断面を有するチャンネル４は粉状固形燃料の微粒子を供
給するのに使用されるのに対し、外部チューブ１と内部
チューブ３の間に存在する環状ギャップ２は酸素又は酸
素含有ガスを供給するのに使用される。外部チューブ１
及び内部チューブ３の両者は外側が銅管５，６によって
それぞれ形成されている。外部チューブ１と内部チュー
ブ３の両者の内側には、耐摩耗性鋼、例えばばね鋼によ
って形成されたジャケットチューブ７，８が設けられて
いる。銅管５（又は銅合金）によって形成された外部チ
ューブ１の外部ジャケットは、同様に銅又は銅合金から
なるＵ形状に屈曲されたマウスピース５′に接合されて
いる。このマウスピース５′は、その外部チューブ１の
内側において、外部チューブ１と内部チューブ３の間に
設けられた環状ギャップ２の中にまで達し、そこで耐摩
耗性鋼で形成された外部チューブ１の内部ジャケットチ
ューブ７が続いている。

【００１１】外部チューブ１の内部９には、管状の挿入
物１０が冷却水を案内し変流するために設けられ、スペ
ーサ１１によってその位置に保持されている。内部チュ
ーブ３の内部１２には、冷却水を変流するための他のチ
ューブ１３が配設され、その正しい位置に保持されるよ
うに、スペーサ１４を介して内部チューブ１３に支持さ
れている。スペーサ１５は、外部チューブ１に関する内
部チューブ３の中心位置を調整するために、内部チュー
ブ３と外部チューブ１の間の環状ギャップ２の中に配置
されている。バーナ口１６、特に内部チューブ３と外部
チューブ１の間の環状ギャップ２の口１７の外方に向か
う形状は、特有の適切性を有している。図１によれば、
口１７は、バーナの長手軸１９に関する排気口１７の傾
斜１８、すなわち排気ポート１７によって形成される円
錐の開き角度の半分が２０°以下で５°以上、好ましく
は図１に示すように１２．５°になるように設計されて
いる。この環状ギャップ形状の排気ポート１７の代わり
に、バーナの長手軸１９の回りに環状に配置された数個
の排気ポートが設けられてもよい。

【００１２】さらに、内部チューブ３はその前端部で平
担になっており、そこに内部チューブ３の内壁２１と排
気ポート１７の間に半径方向の距離２０が設けてある。 この間隔は５から３０ｍｍの間であるのが適当である。 バーナの長手軸１９に関する排気ポート１７の傾斜１８
は、排気ポート１７から内部チューブ３の内壁２１まで
の間隔２０と調整され、排気ポート１７のバーナ口１６
を越えた延長線と内部チューブ３の内壁２１のバーナ口
１６を越えた延長線との交点２２が、バーナ口１６の前
方へ２０から８０ｍｍ、好ましくは３０から６０ｍｍ離
れた所に位置するようになっている。

【００１３】このバーナは次のように作用する。このバ
ーナは溶融銑鉄又は粗鋼の製造のための溶融ガス化装置
に使用されるのが好ましい。そのような溶融ガス化装置
は例えばＡＴ−Ｂ−３８１．１１６号に記載されている
。このバーナによって、溶融ガス化装置より排気される
還元ガスから分離された石炭粒子は、溶融ガス化装置に
還流し、そこで完全燃焼することが可能である。上述の
排気ポートの特有の形状及び内部チューブ３の前端の形
状は、バーナの外側を形成している管状の酸素噴流と燃
料噴流との衝突及び混合をもたらす。それはバーナ口１
６から距離２３の所でのみ生じる結果、バーナ口１６の
みが熱負荷にさらされるので、長期間にわたって耐える
ことができる。

【００１４】バーナの長手軸１９に関する排気ポート１
７のわずかな傾斜１８は、酸素噴流の中で生じるわずか
な乱流運動を引き起こす。この結果、酸素噴流の外側は
、溶融ガス化装置の内側に存在するＣＯと酸素噴流の酸
素とが次式に従って反応して生じるＣＯ２により形成さ
れるＣＯ２保護ジャケットによって取り囲まれる。 ２ＣＯ＋Ｏ２→２ＣＯ２ このＣＯ２保護ジャケットは、ＣＯ２と炭素とがブード
アール反応（Ｂｏｕｄｏ−ｕａｒｄ）すなわち次式に従
って熱消費の下に反応してＣＯを生成する吸熱反応を防
止するのに重要である。 ＣＯ２＋Ｃ→２ＣＯ このような反応は、溶融ガス化装置の内部の熱を消費し
、生成される冷たいＣＯが溶融ガス化装置の中での全て
の必要な反応、すなわち石炭灰の溶融及び燃料噴流に含
まれる固形粒子の溶融を実行するのに十分ではないため
、好ましくない。

【００１５】燃料噴流に含まれる燃料は酸素噴流に含ま
れる酸素と次式に従って反応する。 Ｃ＋Ｏ２→ＣＯ２ この反応は、実際には、溶融ガス化装置の中に存在する
ＣＯと酸素とが反応してＣＯ２を生成する反応よりも本
質的にゆるやかに進行するものであるが、前記ＣＯ２保
護ジャケットのために問題とならない。ＣＯ２保護ジャ
ケットはＣＯが炉内雰囲気からバーナ域に拡散するのを
防止する。これにより、燃料噴流に含まれた燃料の完全
燃焼が確保される。このため、灰粒子は完全に溶融する
。さらに、燃料噴流に存在する海綿鉄粒子及び鉄粉粒子
は溶融温度が上昇して徐々に細滴に変化する。これによ
り、溶融ガス化装置の減速軸の障害物となる溶融ガス化
装置の中のダストの蓄積が確実に防止される。さらに、
燃料噴流の中に存在する海綿鉄粒子及び鉄粉粒子の溶融
は、溶融ガス化装置の特に効率的な運転モードに対して
、溶融銑鉄又は粗鋼の高い歩留まりを与える。

【００１６】図２に示す実施例は、内部チューブ３、外
部チューブ１及び排気ポート１７に関して、図１に示す
実施例と概略一致している。しかし、内部チューブ３の
チャンネル４には、一端が内部チューブ３の前端面と面
一で、他端に鋭角のテーパがつけられている円形リング
形状の筒状のスピンピース２４が挿入されている。この
スピンピースの内側には螺旋溝２５が形成されている。 これらの溝２５はバーナの長手軸１９の回りに燃料噴流
をスピンさせる。そこで生じる遠心力により、このスピ
ンは燃料を酸素噴流の内側に存在する酸素とともに回転
させる一方、酸素噴流の外側は相対的に非回転のままと
なり、これによりＣＯ２保護層の存続が確保される。ス
ピンピースの肉厚によって生じる内部チューブ３の前端
面の拡張は、内部チューブ３を外部チューブ１の前端面
から内方へわずかな距離だけ移動させることによって補
償される。

【００１７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、酸素がバーナ口から離れた地点で燃料と合流
する結果、バーナ口の熱負荷が高くなくなり、バーナ口
の損傷あるいは摩耗がなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　第１実施例に係るバーナの前端部の軸方向
断面図である。

【図２】　　第２実施例に係るバーナの前端部の軸方向
断面図である。

【図３】　　図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

【符号の説明】

１…外部冷却チューブ、　　２…環状ギャップ、　　３
…中央内部チューブ、１６…バーナ口、　　　　　　　
　１７…排気ポート、　　　　９…バーナ長手軸、２０
…半径方向距離、　　　　２１…中央内部チューブの内
壁、　　２２…交点。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　特に溶融銑鉄又は粗鋼を製造するため
   の溶融ガス化装置に使用されるバーナであって、固形燃
   料を供給する中央内部チューブ（３）と、該中央内部チ
   ューブ（３）を包囲し、かつ、外部冷却チューブ（１）
   によって区画された酸素又は酸素含有ガスを供給する環
   状ギャップ（２）とを含み、その環状ギャップは、バー
   ナの長手軸（１９）に関して傾斜した方向に向けられて
   中央内部チューブ（３）の端部の周辺を包囲する排気ポ
   ート（１７）で、あるいはバーナの長手軸（１９）の回
   りに環状に配置された多数の排気ポート（１７）で外方
   に終了している粉状固形燃料の微粒子燃焼用バーナにお
   いて、バーナの長手軸（１９）に関する排気ポート（１
   ７）の傾斜は２０°以下であり、排気ポートはバーナの
   長手軸に対して横切るように、かつ、中央内部チューブ
   （３）の内壁（２１）からバーナの半径方向に５〜３０
   ｍｍ離れて配置され、そこでバーナの長手軸（１９）に
   関する排気ポート（１７）の傾斜と、中央内部チューブ
   の内壁（２１）に関する排気ポート（１７）の半径方向
   距離（２０）とは、排気ポート（１７）のバーナ外方へ
   の延長線と内部チューブ（３）の内壁（２１）のバーナ
   外方への延長線との交点（２２）が、バーナ口（１６）
   の前方へ２０から８０ｍｍ、好ましくは３０から６０ｍ
   ｍ離れた所に位置するように、調整されていることを特
   徴とする粉状固形燃料の微粒子燃焼用バーナ。
2. 【請求項２】　　内部チューブ（３）は内部冷却手段を
   備えていることを特徴とする請求項１に記載の粉状固形
   燃料の微粒子燃焼用バーナ。
3. 【請求項３】　　内部チューブ（３）はその外側が銅又
   は銅合金で形成され、内側が耐摩耗性鋼で形成されてい
   ることを特徴とする請求項２に記載の粉状固形燃料の微
   粒子燃焼用バーナ。
4. 【請求項４】　　水冷外部チューブ（１）はその外側が
   銅又は銅合金で形成され、内側が耐摩耗性鋼で形成され
   ていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記
   載の粉状固形燃料の微粒子燃焼用バーナ。
5. 【請求項５】　　バーナの長手軸（１９）に関する排気
   ポートの傾斜（１８）は約１２．５°に相当することを
   特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の粉状固形
   燃料の微粒子燃焼用バーナ。
6. 【請求項６】　　スピンピース（２４）は内部チューブ
   （３）の口（１６）に設けられていることを特徴とする
   請求項１から５のいずれかに記載の粉状固形燃料の微粒
   子燃焼用バーナ。
7. 【請求項７】　　スピンピースは内部チューブ（３）に
   挿入されたチューブの断片によって形成され、その内壁
   に螺旋溝（２５）が設けられていることを特徴とする請
   求項６に記載の粉状固形燃料の微粒子燃焼用バーナ。