JPH0663628B2 - ピツチ水スラリ−の効率的燃焼方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明はピッチ水スラリーの効率的燃焼方法に関するも
のである。

〔従来技術〕 最近、軽質油の需要は増大しているのに対し、供給され
る原油の方はより重質なものに移行し、しかもその一部
は石炭によって代替されるようになっている。このよう
な社会的背景から、石油精製工場においては、重質原油
や重質残油を、溶剤脱歴、熱分解、接触分解等により軽
質化する各種の設備が設置されるようになってきてい
る。このような軽質化用の設備において副生するピッチ
（又はピッチ状物）は、非常に重質で、融点が高いため
に、直接燃焼しようとすると、その配管での輸送やノズ
ルからの噴霧に著しい困難が伴い、そのままの形で燃料
として利用することは極めて困難である。しかしなが
ら、ピッチは石炭に比べて灰分が微量で、その高位発熱
量は約8500Kcal／kgと大きく、燃料として有利な特性を
備えているため、従来の燃焼設備に対する供給燃料とし
て利用し得れば非常に有利であることは明らかである。

このようなことから、固体ピッチを微粉砕し、水中に分
散させて、固体ピッチ水スラリーの形で用いることが検
討されている。このようなピッチ水スラリーは、固体ピ
ッチとは異なり、輸送や貯蔵等のハンドリングが容易で
ある上、バーナ用燃料として用いることができるという
利点を備えている。

ところで、このようなピッチ水スラリーの燃焼は、噴霧
装置に導入して噴霧用ガス状媒体と混合し、この噴霧装
置から燃焼室内へ霧状で噴出燃焼させることによって実
施されるが、この場合、火炎、バーナタイル、及び火炉
から受ける輻射熱によってピッチ水スラー中の水分が蒸
発した後、固体ピッチの加熱、着火、燃焼が行われるこ
とから、水分の蒸発する時間だけ着火の遅れが生じ、こ
のために、燃焼室に形成される火炎が不安定になるとい
う欠点があった。

従来、この着火遅れを改善するために、高温燃焼用空気
を供給してピッチ水スラリー中の水分を早く蒸発させよ
うとしたり、噴霧装置と火炉との間に特殊な機器を配置
し、その中にピッチ水スラリーを噴霧させると共に、こ
の噴霧の中に高温の燃焼用空気や燃焼排ガスを吹込むこ
とにより、水分を蒸発させること等が試みられている。
しかしながら、これらの方法では、大きな空気予熱器を
必要としたり、燃焼装置を大きく改造する必要がある等
の問題があり、未だ満足し得るものではなかった。

〔目 的〕

本発明、従来技術に見られる前記着火遅れによる火炎の
不安定化の問題を解決することを目的とする。

〔構 成〕

本発明によれば、ピッチ水スラリーをバーナを介して燃
焼室内へ霧状で噴出燃焼させるに際し、バーナ周囲から
燃焼室内に導入する燃焼用空気の一部を環状旋回流とし
て導入すると共に、該燃焼室内に導入する燃焼用空気の
残部を該旋回流の周囲を流れる環状直進流として導入す
ることを特徴とするピッチ水スラリーの効率的燃焼方法
が提供される。

一般に、バーナ周囲から燃焼用空気を燃焼室内に向けて
噴出させながら、バーナを介して燃料を噴霧燃焼させる
場合、その火炎安定化のために、バーナ口元に陣笠状の
保炎板や旋回羽根を有する旋回器等の保炎器を配設する
ことが行われている。これは、バーナ着火領域を負圧に
することにより、噴霧燃料と噴出空気流との混合を促進
させ、燃料の燃焼室における一定の滞在時間を確保し、
火炎を安定化させようとするものである。このような従
来の保炎器を用いる場合、燃料が重油等の着火性の良い
ものであれば、その保炎器の構造には特に制約を受け
ず、安定性の良好な火炎を形成させることができる。し
かしながら、本発明者らの研究によれば、ピッチ水スラ
リーの場合、前記のように、水分の蒸発に時間がかかる
ことによる着火遅れの問題があるため、前記した如き従
来の保炎器では充分な火炎の安定化が得られないことが
判明した。そこで、本発明者らは、この点の改良に種々
研究を行った結果、燃焼室内へ導入する燃焼用空気の一
部を環状旋回流として導入すると共に、その残部を、環
状旋回流の周囲を流れる環状直進流として導入すること
により、火炎の安定化が達成されることを見出し、本発
明を完成するに到ったものである。

次に、本発明を図面により説明する。第１図は、本発明
の燃焼方法を実施する場合の燃焼炉のバーナ近傍の説明
断面図である。図中、１はバーナ、２はバーナタイル、
３は旋回器、４は空気供給ライン、５は空気室、６はピ
ッチ水スラリー供給ライン、11は旋回器の燃焼用空気の
直進用環状空隙部、10は旋回器の燃焼用空気の旋回用旋
回羽根部を示す。

第１図において、ピッチ水スラリーは、噴霧用混合媒
体、例えばスチームと共に、ライン６を通ってバーナ１
に入り、その先端から燃焼室Ａ内に噴霧され、一方、燃
焼用空気はライン４を通って空気室５に入り、ここか
ら、旋回器３を通って燃焼室Ａ内に噴出され、燃焼され
る。この場合、燃焼用空気の一部は、旋回器３の旋回羽
根部10を通って環状旋回流として燃焼室Ａ内に噴出さ
れ、その残部は、旋回器３の直進用環状空隙部11を通っ
て環状直進流として燃焼室Ａ内に噴出される。このよう
にして燃焼用空気を燃焼室Ａ内に噴出させることにより
燃焼室Ａ内には、ピッチ水スラリーの燃焼により形成さ
れた安定性の高められた火炎が形成される。燃焼用空気
の環状旋回流と環状直進流との流量比は、6:4〜8:2の範
囲に規定するのが好ましい。

第２図に、本発明で用いる旋回器３の構造例を示す。第
２図は、旋回器の説明平面図である。この旋回器は、円
筒体を適当長さに輪切りした形状の環状体20の内側に直
径がそれより順次小さくなった同様の環状体21及び22を
配置すると共に、その環状体20と21との間を整流板23で
連結して両者を固定し、また環状体21と22との間を旋回
羽根24で連結して両者を固定した構造を有する。そし
て、前記構造の旋回器において、中心部に配設された環
状体22の内部の空孔部25は、バーナ軸と嵌合する部分で
あり、環状体21と22との間に形成された旋回羽根部10
は、燃焼用空気の流れに旋回を与えて環状旋回流とする
部分であり、環状体20と21との間に形成された空隙部11
は、燃焼用空気の流れを直進させ、環状直進流とする部
分である。

本発明で用いる旋回器においては、旋回羽根のひねり角
度は、約35〜45度の範囲に規定するのが好ましい。

また、本発明において、燃焼室内Ａに形成される火炎を
さらに安定化させるには、ピッチ水スラリーの燃焼に必
要とされる全空気量の一部を、前記したバーナ周囲から
導入するものとは別に、燃焼室内の火炎部の位置に供給
するのが有利である。

ピッチ水スラリーは、通常、全空気比1.0〜1.5の条件で
燃焼されるが、この場合、バーナ周囲から、燃焼室の燃
焼初期領域に供給される空気量が多くなる程燃焼性は良
好となると考えられるが、一方、空気量が多くなるに従
って燃焼ガス温度が低下するようになる。本発明者らの
研究によれば、重油等の着火性の良い燃料の場合は空気
量を多くすれば燃焼性が改善され、また燃焼ガス温度の
低下による火炎の不安定化の問題は起らないが、ピッチ
水スラリーの場合は、水の蒸発過程が存在するため、空
気量の増大による燃焼ガス温度の低下が問題になり、空
気量を多くすると安定な火炎の持続が困難になることが
見出されると共に、燃焼用空気の一部を燃焼室内の火炎
部の位置に供給することによって、安定な火炎の持続を
達成し得ることが見出された。

第３図に、ピッチ水スラリーを、全空気比1.1及び1.4の
条件において、通常の燃焼法に従って燃焼初期領域に供
給する空気量（バーナ周囲から供給する空気量）と、火
炎部の位置に供給する空気量との割合を変化させて燃焼
させるに際し、燃焼初期領域に供給する空気比と燃焼ガ
ス中の媒塵量及び火炎状況との関係を示す。Ａは火炎の
安定領域、Ｂは空気不足による火炎不安定領域、Ｃは温
度低下による火炎不安定領域を示す。曲線１は全空気比
が1.1及び曲線２は全空気比が1.4の場合の結果を示す。
第３図からわかるように、全空気比が異っても、燃焼初
期領域へ供給する空気比、即ち、理論空気量に対する比
が0.65〜1.0の範囲では、火炎の安定性は良好で、この
範囲を逸脱すると火炎が不安定になる。

次にこの場合の実施態様について図面によりさらに詳細
に説明する。

第４図（ａ）は火炎部の位置に燃焼用空気を導入する燃
焼方法を実施する場合の横型円筒水冷燃焼炉の説明縦断
面図であり、第４図（ｂ）はその説明横断面図である。
図中、31はバーナ、32はバーナ周囲から初期燃焼領域に
空気を供給する空気配管、33はバーナタイル外側から燃
焼室内の火炎部の位置に空気を供給する空気配管、34は
燃焼室、35は耐火レンガ、36は水冷ジャケット、37は火
炎部、Ｓは旋回器を示す。配管３の先端は燃焼室内の火
炎部の位置にあり、その先端には開口部38が配設される
が、この開口部38は第４図（ｂ）に示すように、噴出空
気が火炎中心方向に向わずに、火炎の外周と並行、例え
ば矢印方向に向うように位置させるのが好ましい。40
は、火炎部の下流側の内壁に配設された、空気と未然物
質との混合燃焼を促進させるためのバッフル部である。

第５図は、燃焼用空気の一部を火炎部の位置に供給する
他の実施例を示すもので、この燃焼用空気の供給は、第
５図（ａ）及び第５図（ｂ）で示されるように、火炎を
包囲するリング状ヘッダー39を介して行われ、燃焼用空
気はそのリング状ヘッダーに設けた開口部38から火炎の
外周と並行に噴出される。この場合、燃焼用空気の噴出
は、図面とは逆に、バーナ方向へ向けて行うこともでき
る。

〔効 果〕

本発明の燃焼方法によれば、ピッチ水スラリーの着火遅
れの問題はなく、燃焼により形成される火炎は安定性の
著しく高められたもので、ピッチ水スラリーを効率的に
燃焼させることができる。また、本発明では、燃焼室内
は導入する空気を環状旋回直進流としたことから、前記
のように、火炎の安定化が著しく高められる上、ピッチ
水スラリーのバーナタイルへの付着コーキング化が防止
される。

〔実施例〕

次に本発明を図面によりさらに詳細に説明する。

実施例 第１図に示した如きバーナ部構造を有する横型円筒水冷
燃焼炉を用いてピッチ水スラリーの燃焼を行った。この
場合、炉内径は1400mm、炉の長さは5000mmであり、燃料
としてはピッチ濃度約70％のピッチ水スラリーを用い
た。ピッチ水スラリーは60℃に予熱し、150kg／hrの流
量で炉内に噴霧燃焼させた。燃焼用空気は150℃に予熱
し、全空気比1.4の条件で空気室から第２図に示した構
造の旋回器を通して燃焼室内に噴出させた。その際の燃
焼結果を次表に示す。

また、比較のために、前記旋回器に代えて、従来一般に
用いられている陣笠形状の保炎板を、そに凹部面を燃焼
室方向に向けて使用した。その結果もあわせて次表に示
す。

火炎の安定性については、比較例の場合、直径150mmの
保炎板の使用の時に最も安定化され、一方、本発明の場
合、旋回流／直進流の流量比が８／２の時に最も安定化
された。両者を比較すると、その燃焼ガス中媒塵濃度の
測定結果からわかるように、本発明の方が火炎がより安
定化されて、良好な燃焼が行われていることは明らかで
ある。また、前記燃焼試験において、第４図に示すよう
に、全燃焼用空気の一部を、前記バーナ部周囲からとは
別に、火炎部に導入することによって、より一層安定化
された火炎が得られることが確認された。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施する場合の燃焼炉のバーナ
近傍の説明断面図である。 １……バーナ、２……バーナタイル、３……旋回器、４
……空気供給ライン、５……空気室、６……ピッチ水ス
ラリー供給ライン、10……旋回羽根部、11……環状空隙
部。 第２図は旋回器の説明平面図を示す。 20,21,22……環状体、23……整流体、24……旋回羽根。 第３図はピッチ水スラリーの燃焼を行うに際し、バーナ
周囲から供給する空気比と媒塵量及び火炎状況との関係
を示す。 第４図〜第５図は燃焼炉の説明図である。第４図は火炎
部の位置に対する燃焼用空気の供給を、バーナタイル外
側から燃焼室内に突出させた配管を用いて行う例を示
し、第４図（ａ）はその説明縦断面図、第４図（ｂ）は
その説明横断面図である。第５図は、火炎部の位置に対
する燃焼用空気の供給を、リング状ヘッダーにより行う
例を示し、第５図（ａ）はその説明縦断面図、第５図
（ｂ）はその説明横断面図である。 31……バーナ、32……バーナ周囲から燃焼初期領域に空
気を供給する空気配管、33……バーナタイル外側から燃
焼室内火炎部位置に空気を供給する空気配管、34……燃
焼室、35……耐火レンガ、36……水冷ジャケット、37…
…火炎、38……開口部、39……リング状空気ヘッダ、40
……バッフル部。

フロントページの続き (72)発明者 小山 時彦 神奈川県横浜市鶴見区北寺尾７の１の19 鶴見社宅 (72)発明者 川上 広宣 神奈川県川崎市高津区新作325 新城寮 (56)参考文献 特開 昭62−87710（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−133829（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ピッチ水スラリーをバーナを介して燃焼室
   内へ霧状で噴出燃焼させるに際し、バーナ周囲から燃焼
   室内に導入する燃焼用空気の一部を環状旋回流として導
   入すると共に、該燃焼室内に導入する燃焼用空気の残部
   を該旋回流の周囲を流れる環状直進流として導入するこ
   とを特徴とするピッチ水スラリーの効率的燃焼方法。
2. 【請求項２】該燃焼用空気の燃焼室内への導入を、周辺
   部に燃焼空気の直進用環状空隙部を有する旋回器を用い
   て行う特許請求の範囲第１項の方法。
3. 【請求項３】該旋回器の旋回羽根角度が、35〜45度の範
   囲にある特許請求の範囲第２項の方法。
4. 【請求項４】該燃焼用空気の環状旋回流と環状直進流と
   の流量比が、6:4〜8:2の範囲にある特許請求の範囲第１
   項〜第３項のいずれかの方法。
5. 【請求項５】ピッチ水スラリーをバーナを介して燃焼室
   内へ霧状で噴出燃焼させるに際し、 （ｉ）バーナ周囲から燃焼室内に導入する燃焼用空気の
   一部を環状旋回流として導入すると共に、該燃焼室内に
   導入する燃焼用空気の残部を該旋回流の周囲を流れる環
   状直進流として導入すること、 （ii）前記バーナ周囲から導入される燃焼用空気とは別
   の燃焼用空気を、該燃焼室内の火炎部の位置に導入する
   こと、 を特徴とするピッチ水スラリーの効率的燃焼方法。