JPH1054546A - 重質油エマルジョン燃料燃焼装置 - Google Patents

重質油エマルジョン燃料燃焼装置

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JPH1054546A
JPH1054546A JP8240515A JP24051596A JPH1054546A JP H1054546 A JPH1054546 A JP H1054546A JP 8240515 A JP8240515 A JP 8240515A JP 24051596 A JP24051596 A JP 24051596A JP H1054546 A JPH1054546 A JP H1054546A
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寛 緒方
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山田  明
Satoshi Uchida
聡 内田
Kimiyo Tokuda
君代 徳田
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祥三 金子
Toshimitsu Ichinose
利光 一ノ瀬
Hiroshi Kikuchi
洋 菊地
Yasuo Hayata
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 重質油エマルジョン燃料を用いる燃焼装置に
おいて燃料中の水分による燃焼効率の低下を防ぐととも
に排ガス中に含まれる水分による酸露点の上昇を防いだ
重質油エマルジョン燃料燃焼装置を提供する。 【解決手段】 燃料タンク100からの重質油エマルジ
ョン燃料101を加熱器110に導いて加熱し、加熱し
た重質油エマルジョン燃料102を水分蒸発器120へ
導く。水分蒸発器120では蒸気タービン設備160の
抽気蒸気またはスチームコンバータ166を介した蒸気
で重質油エマルジョン燃料102を加熱し、気水分離器
140へ導く。気水分離器140では、燃料111を水
蒸気および軽質油可燃ガス蒸気121と重質油分122
に分離し、重質油分はボイラ燃料131として用いられ
る。水蒸気および軽質油可燃ガス蒸気121は加熱器1
10の熱源として用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、事業用、産業用の
重質油エマルジョン燃料燃焼ボイラおよび燃料中の水分
を脱水した後ガス化する重質油ガス化コンバインドプラ
ント等の重質油エマルジョン燃料燃焼装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図4に従来の重質油エマルジョン燃料燃
焼ボイラの構成を示す。図4に示したボイラにおいて、
重質油エマルジョン燃料101は、燃料タンク100か
らボイラ本体10のバーナに直接供給される。バーナに
は重質油エマルジョン燃料101の噴霧用蒸気9が供給
され、燃焼し易い粒径まで重質油エマルジョン燃料10
1を霧化する。
【0003】この後、燃料101はボイラ本体10内で
燃焼される。一方、ボイラ本体10内の伝熱管等に付着
する灰分等を吹き飛ばすために、別の水蒸気8がボイラ
本体10内に供給される。ボイラ本体10で燃焼後の排
ガス11は、脱硝装置20、脱塵装置30および湿式脱
硫装置40を経て、煙突50から大気へ放出される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、前記
のように常温で重質油エマルジョン燃料101をボイラ
本体10まで供給できるが、重質油エマルジョン燃料1
01中には、約20%〜30%の水分が含まれ、これが
ボイラ本体10内で蒸発するための熱が必要でありボイ
ラ効率が低下する。
【0005】本発明は、重質油エマルジョン燃料を用い
るボイラやガス化コンバインドプラント等の重質油燃料
燃焼装置において燃料中の水分による燃焼効率の低下を
防ぐとともに排ガス中に含まれる水分による酸露点の上
昇を防いだ重質油エマルジョン燃料燃焼装置を提供する
ことを課題としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、重質油エマル
ジョン燃料燃焼装置における前記課題を解決するため、
重質油エマルジョン燃料を加熱して脱水し、脱水後の燃
料を燃焼炉の燃料とする。一方、脱水した水分は少なく
とも一部は燃焼炉の水分利用系へ送給し、従来は他から
供給していた水分の代替として利用する。
【0007】そして、本発明においては、重質油エマル
ジョン燃料を脱水のために加熱するのに、蒸気タービン
の抽気蒸気またはスチームコンバータを介した蒸気を熱
源として利用する。
【0008】本発明において重質油エマルジョン燃料か
ら脱水した水分を送給する燃焼炉の水分利用系として
は、バーナアトマイズ用蒸気系、スートブロワ用蒸気
系、及び脱硫装置冷却水系などの少くともいづれか一つ
とすることができる。
【0009】更に、本発明による重質油エマルジョン燃
料燃焼装置においては、重質油エマルジョン燃料を脱水
のため加熱して発生した水蒸気と軽質油分可燃性ガス
は、冷却して凝縮させることにより水分と油分を分離し
て取り出すようにするのが好ましい。
【0010】更に、この場合、重質油エマルジョン燃料
を加熱した際発生する水蒸気および軽質油分可燃性ガス
を加熱前の重質油エマルジョン燃料と熱交換をさせて冷
却することにより、重質油エマルジョン燃料を脱水のた
めに加熱した熱を回収することが好ましい。
【0011】また、本発明による重質油エマルジョン燃
料燃焼装置においては、重質油エマルジョン燃料を前記
したように蒸気で加熱し脱水蒸発させる水分蒸発器の後
流に脱水後の重質油分を貯える燃料貯蔵タンクを備え、
同タンクと前記水分蒸発器をつなぐ配管に圧力調整弁、
前記タンクの入口部に減圧用ノズルを設けた構成とする
のが好ましい。
【0012】この圧力調整弁及び減圧用ノズルの設置に
代えて前記燃料貯蔵タンクと水分蒸発器をつなぐ配管に
フラッシュタンクを設置した構成としてもよい。
【0013】このように構成した重質油エマルジョン燃
料燃焼装置によれば、水分蒸発器から燃料貯蔵タンクへ
導かれる燃料は減圧されてフラッシュ(等エンタルプ変
化による蒸発)作用により水分蒸発が行なわれるので、
その分、水分蒸発器での蒸発量を減少させることができ
る。従って、水分蒸発器へ蒸気タービン設備から供給す
る蒸気量を減ずることが可能となる。なお、フラッシュ
により発生した水蒸気は凝縮器で凝縮して回収する。
【0014】以上のように、本発明による重質油エマル
ジョン燃料燃焼装置では、重質油エマルジョン燃料中の
水分を脱水し、脱水後の燃料のみを燃焼炉用燃料とする
ことにより、燃焼炉への多量水分投入による燃焼効率低
下を防止できる。また、脱水した水分も他から供給必要
な燃焼炉の水分利用系への水分の代替として利用するの
で燃焼装置全体の効率が向上することとなる。
【0015】しかも本発明による重質油エマルジョン燃
料燃焼装置では重質油エマルジョン燃料の脱水用熱源と
して蒸気タービンの再熱用抽気蒸気またはスチームコン
バータを介した蒸気を使用するため、燃焼炉での排ガス
顕熱により蒸気を発生させるための熱交換器が不要とな
るとともに、構成機器の簡素化が可能であり、その結果
システムの運転・制御性が向上する。さらに、燃焼炉排
ガスの顕熱を利用せず一度蒸気タービンの出力に用いら
れた蒸気を使用するためプラント効率が向上する。
【0016】また、従来の重質油エマルジョン燃料燃焼
装置では、多量の水分投入により出口排ガスの酸露点が
高く、燃焼炉の後流機器や配管内での結露による材料腐
食あるいは煤塵の付着、堆積、ひどい場合は閉塞という
トラブルを発生していたが、本発明の重質油エマルジョ
ン燃料燃焼装置では、前記手段で燃焼炉への水分投入量
が減少するので、これらのトラブルが解決できる。
【0017】更に、本発明による重質油エマルジョン燃
料燃焼装置では、低沸点成分(水および一部の軽質油
分)が分離された重質油が燃焼炉のバーナへ供給される
ので、重質油の霧化温度条件(200℃前後)でのベー
パロックが解消され、燃焼炉での重質油の安定燃焼が維
持される。
【0018】以上のように、本発明による重質油エマル
ジョン燃料燃焼装置では重質油エマルジョン燃料を燃料
と水分に分けて利用するものであるが、重質油エマルジ
ョン燃料は、常温で高粘性流体あるいは固体の重質油の
輸送性とハンドリング性とを改善の為に、重質油発生元
で水分(例えば30%)と混ぜてエマルジョン化し常温
で流体として取り扱えるようするものであって、これを
燃焼炉用燃料にそのまま使用する必要はなく、本発明の
燃焼装置のように再度脱水して使用できるようにすれば
燃焼装置の効率上有利となる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明による重質油エマル
ジョン燃料燃焼装置について、本発明をボイラに適用し
た実施の形態を示す図1、図2に基づいて具体的に説明
する。尚、以下の実施形態において、図4に示した従来
の装置と同じ構成の部分には説明を簡単にするため同じ
符号を付してある。
【0020】(実施の第1形態)まず図1に示した実施
の第1形態による重質油エマルジョン燃料燃焼ボイラに
ついて説明する。このボイラでは、図4に示したボイラ
と同様、ボイラ本体10と排ガス処理系の脱硝装置2
0、脱塵装置30、湿式脱硫装置40および煙突50等
から構成される重質油エマルジョン燃料燃焼ボイラにお
ける燃料供給系に対し、重質油エマルジョン燃料中水分
の脱水システムが配備されている。160は蒸気タービ
ン設備を示している。
【0021】図1に示した燃焼ボイラにおける脱水シス
テムは、重質油エマルジョン燃料タンク100、重質油
エマルジョン燃料加熱器110、燃料中の水分蒸発器1
20、脱水後の燃料貯蔵タンク130、気水分離器14
0および油水分離器150等から構成される。
【0022】重質油エマルジョン燃料製造元から送られ
てきた燃料は燃料タンク100に貯蔵される。このタン
ク100から図示していないポンプを介して送られる重
質油エマルジョン燃料101は、後述する重質油エマル
ジョン燃料加熱器110で水蒸気および軽質油可燃ガス
からなる蒸気121の潜熱および顕熱を吸収し温度上昇
する。
【0023】重質油エマルジョン燃料加熱器110を出
た重質油エマルジョン燃料102は、水分蒸発器120
に供給される。水分蒸発器120の加熱源は図3に示す
蒸気タービン設備160の高圧・中圧蒸気タービン16
1の再熱用抽気蒸気の一部あるいはスチームコンバータ
166の蒸気顕熱を利用する。
【0024】蒸気タービン設備160の具体的な構成を
図3に示している。蒸気タービン設備160は、高圧・
中圧蒸気タービン161、低圧蒸気タービン162、復
水器163、給水加熱器164、脱気器165ならびに
スチームコンバータ166等により構成されている。
【0025】脱水設備で水分蒸発器120で重質油エマ
ルジョン中の水分を蒸発させるための蒸気として、高圧
・中圧蒸気タービン161の再熱用抽気蒸気167もし
くはスチームコンバータ166からのボイラスートブロ
ワ用蒸気168を利用し、水分蒸発器120における凝
縮水169は、脱気器165へ再び戻される。
【0026】高圧・中圧蒸気タービン161の再熱用抽
気蒸気167の一部は例えば260℃の過熱蒸気であ
り、水分蒸発器120を出たあと蒸気タービン系統の脱
気器165へ戻される。
【0027】水分蒸発器120に供給されて前記したよ
うに蒸気による加熱で高温になった燃料111は、気水
分離器140で重質油分122と水蒸気および軽質油可
燃性ガスからなる蒸気121に分離し、重質油分122
は一旦燃料貯蔵タンク130に貯蔵後、ボイラ燃料13
1としてボイラ本体10のバーナ口へ供給される。
【0028】ボイラ本体10のバーナ口へ供給されるこ
の重質油分122は低沸点成分(水および一部の軽質
油)が分離された重質油なので、重質油の霧化温度条件
(200℃前後)でのベーパロックが解消され、ボイラ
での重質油の安定燃焼が維持される。
【0029】尚、重質油分122は、水蒸気および軽質
油可燃性ガスからなる蒸気121が蒸発した時点で常温
では流動性がなくなる為、燃料貯蔵タンク130および
バーナ口までの配管を加熱し流動性を保持する必要があ
る。
【0030】水分蒸発器120で蒸発した蒸気121
は、一部はボイラバーナのアトマイズ用蒸気9として使
用される。それ以外の蒸気は、それの持つ潜熱および顕
熱を加熱器110で回収され蒸気121は凝縮後、水お
よび軽質油分の混入した液体141となる。
【0031】アトマイズ用蒸気9は、ボイラ本体10に
不可欠なものであり、前記したように燃料中水分を利用
しなければ他から供給必要であるものが、燃料中の水分
でこれを補うことが出来るため、ボイラに供給する水分
が減少でき、ボイラの効率向上と後流機器の信頼性の向
上を達成することができる。
【0032】この水分および油分を各々同システム内で
有効に利用するため、油水分離器150で油分151と
水分152に分離し、油分151はボイラの点火トーチ
用等の燃料に、水分152は湿式脱硫装置40の冷却水
41に使用される。
【0033】また、アトマイズ用蒸気同様、脱硫装置4
0用の冷却水41は、ボイラに不可欠なものであり、前
記したように分離した水分を利用することによってプラ
ントの使用水量を減少させることが出来る。
【0034】また、本実施形態では重質油エマルジョン
燃料の脱水用熱源として蒸気タービンの再熱用抽気蒸気
167を使用するため、ボイラでの排ガス顕熱により蒸
気を発生させるための熱交換器が不要となるとともに、
構成機器の簡素化が可能であり、その結果、システムの
運転・制御性が向上する。さらに、ボイラ排ガスの顕熱
を利用せず一度蒸気タービンの出力に用いられた蒸気を
使用するため、プラント効率の向上が考えられる。
【0035】また、加熱器110を出た軽質油分の混入
した液体(または一部蒸気)141は、その顕熱を蒸気
タービン設備160の復水器163から脱気器165ま
での給水加熱ラインで回収することが望ましい。
【0036】(実施の第2形態)次に図2に示した実施
の第2形態による重質油エマルジョン燃料燃焼ボイラに
ついて説明する。このボイラでは、図1に示したボイラ
と同様、ボイラ本体10と排ガス処理系の脱硝装置2
0、脱塵装置30、湿式脱硫装置40および煙突50等
から構成される重質油エマルジョン燃料燃焼ボイラにお
ける燃料供給系と、重質油エマルジョン燃料中水分の脱
水システムが配備されている。160は蒸気タービン設
備を示している。
【0037】図2に示した燃焼ボイラにおける脱水シス
テムは、図1と同様の機器で構成され脱水系統も同一で
ある。ただし、図2の実施形態では、蒸発した蒸気12
1の一部をボイラバーナのアトマイズ用蒸気として使用
せず、全量を加熱器110へ流し、それの持つ潜熱およ
び顕熱を回収し、蒸気121は凝縮後、水および軽質油
分の混入した液体141となる。
【0038】この水分および油分を各々同システム内で
有効に利用するため、油水分離器150で油分151と
水分152に分離し、油分151はボイラの点火トーチ
用等の燃料に、水分152は全量脱硫装置40の冷却水
41に使用される。
【0039】本実施形態ではアトマイズ用蒸気として重
質油エマルジョン燃料からの脱水蒸気を使用しないた
め、図1の実施形態に対し若干の効率低下と利用水量の
増加が生じるものの、脱水水分の全量を重質油エマルジ
ョン燃料加熱器110へ流すため、脱水蒸気と重質油エ
マルジョン燃料の温度差が大きくなり、加熱器110の
コンパクト化が可能となる。
【0040】更に、アトマイズ用蒸気は燃料供給系なら
びに脱水設備と別系統(例えば従来通り蒸気タービン系
統のスチームコンバータ166)から供給するため、ボ
イラの負荷変動、トリップに対し脱水設備を含めた運転
・制御性の向上が可能となる。
【0041】(実施の第3形態)次に、図3に示した実
施の第3形態による重質油エマルジョン燃料燃焼ボイラ
について説明する。図3に示したボイラでは、気水分離
器140と燃料貯蔵タンク130をつなぐ配管中に圧力
調整弁145を設けている。また、燃料貯蔵タンク13
0の入口に減圧用ノズル146を設けている。
【0042】更に、気水分離器140にはレベルコント
ローラ173と液面調整弁172が設置され気水分離器
140の液面レベルが最高位に制御されるように構成し
てある。171は凝縮器である。その他の構成は図1に
示したボイラと実質同じであり、その説明を省略する。
【0043】図3に示した重質油エマルジョン燃料燃焼
ボイラは以上の構成を有しているので、気水分離器14
0で分離された重質油分122は、圧力調整弁145で
圧力を調整された後、燃料貯蔵タンク130の入口に配
した減圧用ノズル146で大気圧〜2ataまで減圧さ
れ、一旦燃料貯蔵タンク130に貯蔵され、ボイラ燃料
131としてボイラ10のバーナ口へ供給される。
【0044】ここで、圧力調整弁145は、系統圧力の
微調整としての機能を有しており、減圧用ノズル146
により重質油分122を減圧することにより、フラッシ
ュ(等エンタルピ変化による蒸発)作用で蒸発を起こ
す。従って、その分、水分蒸発器120での蒸発量の減
少、すなわち、蒸気タービン設備160からの供給蒸気
量を減ずることが可能となる。試算によれば、供給蒸気
量を約10%減ずることが可能となる。
【0045】更に、水分蒸発器120での蒸発蒸気量が
減少するため、重質油エマルジョン燃料加熱器110出
口の水および軽質油分の混入した液体141の温度が低
下し、油水分離器150の間に設置される熱回収用また
は冷却用の熱交換器(図示していない)を小さくするこ
とが可能となる。なお、フラッシュにより発生した水蒸
気170は、凝縮器171にて凝縮される。
【0046】(実施の第4形態)次に、図4に示した実
施の第4形態による重質油エマルジョン燃料燃焼ボイラ
について説明する。図4に示したボイラにおいて、14
7はフラッシュタンクを示しており、そのフラッシュタ
ンク147に減圧用ノズル146を設置している。
【0047】このように、図4のボイラでは、気水分離
器140と燃料貯蔵タンク130の間に、圧力調整弁1
45と燃料貯蔵タンク130に設置されるノズル146
の代わりに、フラッシュタンク147を配したことを除
き、図3に示したボイラの構成と実質同じである。
【0048】図3の重質油エマルジョン燃料燃焼ボイラ
では、燃料貯蔵タンク130で減圧(フラッシュ)させ
るのに対し、図4に示したボイラではフラッシュタンク
147を設置し、フラッシュタンク147のレベル調整
により、フラッシュによる蒸発量を制御する。
【0049】なお、図4に示したボイラでは、圧力調整
弁145を有していないため、フラッシュタンク147
に設置されたノズル146の孔径や流量のコントロール
により圧力調整を行うが、これ以外に圧力調整弁あるい
は圧力調整オリフィスを設置することにより系統圧力、
燃料貯蔵タンク130の圧力を調整することが可能であ
る。
【0050】
【発明の効果】以上のように本発明による重質油エマル
ジョン燃料燃焼装置では、燃料の重質油エマルジョン燃
料を加熱して脱水したのち燃焼炉へ送給すると共に、前
記したように脱水した水分の少なくとも一部を燃焼炉の
水分利用系へ送給するように構成しており、この構成に
よれば、重質油エマルジョン燃料燃焼装置に送給する水
分が大幅に減少でき、燃焼効率向上と後流機器の酸露点
上昇にともなう煤塵付着、堆積、閉塞等のトラブルが解
消でき信頼性向上が達成できる。
【0051】その上、本発明による重質油エマルジョン
燃料燃焼装置では重質油エマルジョン燃料の脱水用熱源
として蒸気タービンの再熱用抽気蒸気またはスチームコ
ンバータを介した蒸気を使用するため、燃焼炉での排ガ
ス顕熱により蒸気を発生させるための熱交換器が不要と
なるとともに、構成機器の簡素化が可能であり、その結
果、システムの運転・制御性が向上する。さらに、燃焼
炉排ガスの顕熱を利用せず一度蒸気タービンの出力に用
いられた蒸気を使用するため、プラント効率が向上す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の第1形態による重質油エマルジ
ョン燃料燃焼装置の系統図。
【図2】本発明の実施の第2形態による重質油エマルジ
ョン燃料燃焼装置の系統図。
【図3】本発明の実施の第3形態による重質油エマルジ
ョン燃料燃焼装置の系統図。
【図4】本発明の実施の第4形態による重質油エマルジ
ョン燃料燃焼装置の系統図。
【図5】図1,2における蒸気タービンの系統を示す説
明図。
【図6】従来の重質油エマルジョン燃料燃焼ボイラの系
統図。
【符号の説明】
8 水蒸気 9 噴霧用蒸気 10 ボイラ本体 11 排ガス 20 脱硝装置 30 脱塵装置 40 湿式脱硫装置 41 脱硫装置用の冷却水 50 煙突 100 燃料タンク 101 重質油エマルジョン燃料 102 重質油エマルジョン燃料 110 重質油エマルジョン燃料加熱器 111 燃料 120 水分蒸発器 121 水蒸気および軽質油可燃ガスからなる蒸気 122 重質油分 130 燃料貯蔵タンク 131 ボイラ燃料 140 気水分離器 141 水および軽質油分の混入した液体 145 圧力調整弁 146 減圧用ノズル 147 フラッシュタンク 150 油水分離器 151 油分 152 水分 160 蒸気タービン設備 161 高圧・中圧蒸気タービン 162 低圧蒸気タービン 163 復水器 164 給水加熱器 165 脱気器 166 スチームコンバータ 167 再熱用抽気蒸気 168 ボイラスートブロワ用蒸気 169 重質油エマルジョン燃料蒸発器の凝縮水 170 フラッシュにより発生した水蒸気 171 凝縮器 172 液面調整弁 173 レベルコントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 徳田 君代 長崎市深堀町五丁目717番1号 三菱重工 業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 金子 祥三 東京都千代田区丸の内二丁目5番1号 三 菱重工業株式会社内 (72)発明者 一ノ瀬 利光 長崎市深堀町五丁目717番1号 三菱重工 業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 菊地 洋 長崎市深堀町五丁目717番1号 三菱重工 業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 早田 泰雄 長崎市深堀町五丁目717番1号 三菱重工 業株式会社長崎研究所内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重質油エマルジョン燃料を加熱して脱水
    した後燃焼炉へ送給し、脱水した水分の少なくとも一部
    を燃焼炉の水分利用系へ送給する燃焼装置であって、重
    質油エマルジョン燃料の前記加熱を蒸気タービンの抽気
    蒸気またはスチームコンバータを介した蒸気で行うよう
    に構成したことを特徴とする重質油エマルジョン燃料燃
    焼装置。
  2. 【請求項2】 上記水分利用系が、バーナアトマイズ用
    蒸気系、スートブロワ用蒸気系、及び、脱硫装置冷却水
    系の少くともいづれか1つである、請求項1に記載の重
    質油エマルジョン燃料燃焼装置。
  3. 【請求項3】 重質油エマルジョン燃料を加熱した際発
    生する水蒸気および軽質油分可燃ガスを冷却して凝縮さ
    せ、水分と油分を分離して取り出すよう構成した、請求
    項1に記載の重質油エマルジョン燃料燃焼装置。
  4. 【請求項4】 重質油エマルジョン燃料を加熱した際発
    生する水蒸気および軽質油分可燃ガスの一部または全量
    を加熱前の重質油エマルジョン燃料と熱交換させて冷却
    するよう構成した、請求項3に記載の重質油エマルジョ
    ン燃料燃焼装置。
  5. 【請求項5】 重質油エマルジョン燃料を前記蒸気で加
    熱し脱水蒸発させる水分蒸発器の後流に脱水後の重質油
    分を貯える燃料貯蔵タンクを備え、同タンクと前記水分
    蒸発器をつなぐ配管に圧力調整弁、前記タンクの入口部
    に減圧用ノズルを設けた、請求項1に記載の重質油エマ
    ルジョン燃料燃焼装置。
  6. 【請求項6】 重質油エマルジョン燃料を前記蒸気で加
    熱し脱水蒸発させる水分蒸発器の後流に脱水後の重質油
    分を貯える燃料貯蔵タンクを備え、同タンクと前記水分
    蒸発器をつなぐ配管にフラッシュタンクを設けた、請求
    項1に記載の重質油エマルジョン燃料燃焼装置。
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