JPH09159113A

JPH09159113A - 重質油燃焼方法

Info

Publication number: JPH09159113A
Application number: JP32412595A
Authority: JP
Inventors: Yukiya Ito; 征矢伊藤; Chikatoshi Kurata; 親利蔵田; Hiroyuki Koike; 啓之小池; Koji Taniguchi; 孝二谷口
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1995-12-13
Filing date: 1995-12-13
Publication date: 1997-06-20
Anticipated expiration: 2015-12-13
Also published as: JP2968712B2

Abstract

(57)【要約】【課題】パッケージボイラ等の小型ボイラでは一般に
蒸気温度が低く、自己蒸気では必要な温度まで加熱する
ことができないため、重質油が小型のボイラで使用され
なかった。【解決手段】 (1) 通常１８０℃〜１９０℃程度まで加
熱し、粘度を３０ｃＳｔ以下にしなければ良好に燃焼さ
せることが困難な粘度の高い重質油を、温度１５０℃，
粘度６５ｃＳｔ〜温度１２０℃，粘度２００ｃＳｔ程度
で噴霧・微粒化して燃焼を行うボイラ、加熱炉等の燃焼
設備であって、水性ガス化反応や微小水滴爆裂効果等の
燃焼促進効果を有する水エマルジョン燃焼法と、燃料を
微粒化する二段混合型噴霧ノズルとを備える。 (2) (1) について更にバーナチップ先端に形成する複数
の燃料吹き出しノズルをバーナチップの円周方向に不均
等になる位置に配置し、火炎の形状を分割火炎とする分
割火炎ノズルを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、ボイラ、加熱炉
等の燃焼設備における重質油燃焼方法に関するものであ
る。

【０００２】

【発明が解決しようする課題】近年、燃料油の白油化指
向により残炭分を多く含んだ粘度の高い重質油が増加し
ている。また粘度の高いアスファルトもボイラ、加熱炉
の燃料として利用しようとする試みがなされている。し
かし、これらの油は粘度が高く、良好な噴霧燃焼をさせ
るためには高温に加熱して粘度を低下させる必要があ
る。

【０００３】大型のボイラでは、自己蒸気の温度が高
く、油の高温加熱が可能であるが、パッケージボイラ等
の小型ボイラでは一般に蒸気温度が低く、自己蒸気では
必要な温度まで加熱することができない。このことが、
重質油が小型のボイラで使用されない主な原因である。
本発明は、より低い温度でも良好に噴霧燃焼可能な手段
を提供することによって問題の解決を図るものである。

【０００４】粘度の高い燃料をボイラ等で燃焼させるに
は、良好な微粒化を行えるように燃料を加熱して粘度を
下げる必要があり、加熱温度が低いと微粒化が悪く火炎
が伸びて炉壁を傷めたり、過大なすす（煤）が発生する
などの問題が生ずる。微粒化を良好に行うためには、一
般に燃料油の粘度を３０ｃＳｔ以下となるように加熱す
ることが必要であり、例えば、図２のカーブ１で示され
ているＣ重油では８０〜９０℃まで加熱されてバーナに
供給される。

【０００５】一方、図２のカーブ３で示されているアス
ファルト等の超高粘度油は２５０℃程度までの加熱が必
要であり、オイルヒータの容量、加熱熱源の温度レベル
等困難な問題がある。従って、アスファルト程度の高粘
度油のボイラでの使用は、国内では精油所における高温
のプロセスアスファルトの利用か、高温高圧の自己蒸気
を保有する数例の大容量ボイラに限られている。

【０００６】本発明の目的は、図２でカーブ２で示され
ているＲＥＳＩＤＵＥと呼ばれている製油過程の残渣油
を、小型ボイラで燃料油として実用化する手段を提供す
ることにある。

【０００７】ＲＥＳＩＤＵＥ（以下、残渣油ということ
もある。）は精油所における精製過程で灯油、軽油等の
軽質分を分離する減圧蒸留装置のボトム残渣として取り
出されるもので、燃料以外に使い道がないが粘度が高く
使いにくいため、一旦分離された高価な軽質分をブレン
ドして粘度調整を行うという不合理さがある。

【０００８】残渣油並みの粘度をもつ燃料油をパッケー
ジクラスの低温蒸気による加熱のみで燃焼可能とするこ
とで、重質燃料の直接利用の可能性が広まり、石油製品
を効率的に使用することができる。

【０００９】本発明はこのような現状に鑑みてなされた
もので、簡潔な構成によって従来困難であった重質油を
比較的低い加熱温度で良好に燃焼させる方法を提供する
ことを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、前記特許
請求の範囲に記載された重質油燃焼方法によって達成さ
れる。すなわち、 (1) 通常１８０℃〜１９０℃程度まで加熱し、粘度を３
０ｃＳｔ以下にしなければ良好に燃焼させることが困難
な粘度の高い重質油を、温度１５０℃，粘度６５ｃＳｔ
〜温度１２０℃，粘度２００ｃＳｔ程度で噴霧・微粒化
して燃焼を行うボイラ、加熱炉等の燃焼設備であって、
水性ガス化反応や微小水滴爆裂効果等の燃焼促進効果を
有する水エマルジョン燃焼法と、燃料を微粒化する二段
混合型噴霧ノズルとを備えた重質油燃焼方法。

【００１１】(2) バーナチップ先端に形成する複数の燃
料吹き出しノズルをバーナチップの円周方向に不均等に
なる位置に配置し、火炎の形状を分割火炎とする分割火
炎型チップを備えたことを特徴とする(1) 記載の重質油
燃焼方法である。

【００１２】図２に示すように、残渣油を従来技術で燃
焼させるためには、１８０〜１９０℃への加熱が必要で
あるが、パッケージボイラの自己蒸気（例えば、１０ａ
ｔａ．のボイラでは蒸気温度は１８０℃）では加熱は難
しく、蒸気温度よりも３０〜４０℃低い温度までしか昇
温できない。

【００１３】本発明は、このような残渣油の場合でも１
５０℃以下、望ましくは１２０℃程度までの加熱で良好
な燃焼をさせる手段を提供することにある。図２のカー
ブ２によれば、１２０℃で２００ｃＳｔ，１５０℃で６
５ｃＳｔであり、従来技術では良好な燃焼のできない粘
度である。

【００１４】このような高い粘度の燃料を、図１（ａ）
に示すように水エマルジョン法と二段混合型噴霧ノズル
とを組み合わせるか、あるいは図１（ｂ）に示すように
エマルジョン法、二段混合型噴霧ノズルおよび分割火炎
型チップを組み合わせることによって良好に燃焼させる
ことが初めて可能となった。表１に、重質油燃焼量１．
５ｔ／ｈの試験炉による燃焼試験結果を示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】表１において、Ｃａｓｅ１（従来法）で
は、設備限度の１６０℃まで加熱したが、燃料の微粒化
が悪いため、火の粉が発生する、火炎が大きい等実用に
供する燃焼状況ではなく、従来技術では１８０℃程度の
加熱を要することが確認された。

【００１７】二段混合ノズル、分割火炎型チップ、水エ
マルジョン法を用いた場合の例をＣａｓｅ２〜Ｃａｓｅ
５に示す。これらの手段を採用することにより、良好に
燃焼する油予熱温度を低く抑えることが可能になった。
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明す
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】図３に、二段混合型噴霧ノズルの
構造を示す。第１段階の混合部では、中心の配管を流れ
る燃料４をバックプレート５で複数の小ノズル６に分割
し、それぞれの小ノズル６に対になるように設けられた
噴霧媒体である蒸気３のノズル７に会合させることによ
り、燃料と蒸気を効率よく混合させる。

【００１９】この混合体は、第２段階の混合部である先
端のスプレープレート８に設けられた混合室９に入り、
ここで激しく渦巻きつつ更に燃料を微細に分割し、最後
に噴射穴１０から高速で噴出される。この時、外気との
速度差に基づくせん断力で更に微粒化が促進される。

【００２０】このような構造の第１、第２段階の混合、
微粒化過程を経ることで、良好な噴霧を達成するとが可
能である。このノズルを用いることで、図２中のカーブ
２で示した残渣油を表１に示したように１４０℃程度、
すなわち１００ｃＳｔ程度でも良好に燃焼させることが
可能であった。

【００２１】図４に、水エマルジョン法の系統図を示
す。重質油１は、ポンプ１１で所定の圧力に昇圧され蒸
気式等の油加熱器１２で所定の温度まで加熱されるが、
パッケージボイラ等の低圧ボイラではその加熱温度には
限界がある。

【００２２】エマルジョン用の水２は、重質油１と同様
にポンプ１５、加熱器１６を経て昇温昇圧され注水スプ
レーノズル１９で油に混入され、ラインミキサ２０で緻
密な水・油エマルジョンが生成される。このエマルジョ
ンは、バーナ２１に供給され蒸気２２で噴霧される。図
４において、１３，１７はフィルタ、１４，１８は流量
計である。

【００２３】噴霧されたエマルジョンは、図５に示すよ
うに微小水滴２３を含む油滴２４であり、火炎内で加熱
され微小水滴２３が微小爆発を起こし油滴２４を破裂さ
せ燃焼しやすい微小油滴２５となる。

【００２４】また、水を供給するため火炎中の水蒸気２
６の濃度が増し、水性ガス化反応２８を促進するためす
す（煤）２７の減少に寄与する。

【００２５】図６に、分割火炎型チップ２９の１例を示
す。（ａ）はその断面図、（ｂ）は正面図である。燃料
を噴き出す１０箇のノズル３０を５グループに分けるこ
とにより火炎中心部へ空気が入り易くなり、すす（煤）
の減少と火炎形成のコンパクト化に寄与する。

【００２６】

【発明の効果】従来、二段混合型噴霧ノズルに関して
は、例えば特開昭６０−３６８１１号公報に、燃料を蒸
気で噴霧する「液体燃料バーナの噴霧器」として、燃料
と蒸気の混合、微粒化のために第１ミキサ、第２ミキサ
を備えた構造が示されている。

【００２７】この構造は、一般に内部混合型噴霧器とし
て多くのボイラ、工業炉等のバーナとして現に実用に供
されているものである。上記公報記載の二段混合型噴霧
ノズルにおいては、第１ミキサ部の構造が中央の燃料ノ
ズルの周囲に複数の蒸気混合ノズルを設けたものである
のに対し、本願発明の第１段混合部では中央の燃料通路
を複数のノズルに分割し、それぞれのノズルに対になる
ように蒸気ノズルを設け、燃料と蒸気の混合をより効率
的に行わせている点で両者は異なっている。

【００２８】また、燃料油と水をバーナ前で混合し油と
水のエマルジョンを作り、噴霧燃焼後のＮＯx 発生量の
低減および煤塵量の抑制を図る水エマルジョン法は既に
知られている。

【００２９】しかし、この技術は灯軽油に対するＮＯx
低減、Ｃ重油に対する煤塵量の低減ということで個別に
目的を達成しているが、本願発明が目的とする中小型ボ
イラにおいて比較的低温予熱の重質油を用いて問題なく
運転するためには、水エマルジョンだけでは不十分であ
り、二段混合型噴霧ノズル、更には分割火炎チップと併
せて用いることにより始めて目的を達成することが可能
となる。

【００３０】更に、分割火炎型チップは、ＮＯx 低減手
段として一般に用いられている技術であるが、分割火炎
にすることで空気と燃料の混合比を最適にし煤塵量の抑
制を行うことが可能であり、重質油をより低い温度で噴
霧燃焼させるという目的に大きく寄与し得るものであ
る。

【００３１】このように本発明によれば、従来の技術で
は不可能であった高粘度油の比較的低温度（油粘度１０
０〜２００ｃＳｔ）での、良好な燃焼が可能となり、パ
ッケージボイラ等においても、低温・低圧の自己蒸気の
みでの燃料予熱が可能となり、安価な高粘度油の燃料と
しての利用範囲を広げ得るという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図である。

【図２】各種油の温度と粘度との関係を示す図である。

【図３】二段混合型噴霧ノズルの構造を示す図である。

【図４】水エマルジョン法の系統図である。

【図５】水エマルジョン法の作用を説明する図である。

【図６】分割火炎型チップの例を示す図である。

【符号の説明】

１重質油２水３蒸気４燃料５バックプレート６小ノズル７ノズル８スプレープレート９混合室１０噴射穴１１，１５ポンプ１２油加熱器１３，１７フィルタ１４，１８流量計１６加熱器１９注水スプレーノズル２０ラインミキサ２１バーナ２３微小水滴２４油滴２５微小油滴２６水蒸気２７すす（煤）２８水性ガス化反応式２９分割火炎チップ３０ノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小池啓之東京都江東区南砂２丁目11番１号川崎重工業株式会社東京設計事務所内 (72)発明者谷口孝二東京都江東区南砂２丁目11番１号川崎重工業株式会社東京設計事務所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】通常１８０℃〜１９０℃程度まで加熱
し、粘度を３０ｃＳｔ以下にしなければ良好に燃焼させ
ることが困難な粘度の高い重質油を、温度１５０℃，粘
度６５ｃＳｔ〜温度１２０℃，粘度２００ｃＳｔ程度で
噴霧・微粒化して燃焼を行うボイラ、加熱炉等の燃焼設
備であって、水性ガス化反応や微小水滴爆裂効果等の燃焼促進効果を
有する水エマルジョン燃焼法と、燃料を微粒化する二段混合型噴霧ノズルとを備えたこと
を特徴とする重質油燃焼方法。
【請求項２】バーナチップ先端に形成する複数の燃料
吹き出しノズルをバーナチップの円周方向に不均等にな
る位置に配置し、火炎の形状を分割火炎とする分割火炎
型チップを備えたことを特徴とする請求項１記載の重質
油燃焼方法。