JPS6017612A - 固体燃料の部分酸化方法、および該方法に使用されるバーナー - 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】 本発明は微細分された固体燃料のカス化のための方法と
、そのような方法の実施のためのハーリーとに関する。

固体燃料のガス化は、−酸化炭素と水素とから主として
構成される生成カスを生成するために、固体燃料を準什
多は論量の純粋な酸素または空気のような酸素含有ガス
と共に部分燃焼させる方法ど１〜で、定義され得る。燃
焼媒体の組成により、生成ガスは、有益となり得るかあ
るいは汚染物と考えられ得るその他の物質を、史（・二
包含する。

本発明は主として微粉炭に関して述・＼らねることとな
るが、本発明に関するバーナーおよび方法は、その他の
タイプの固体燃料てあって、！Ｌ［（炭、木材、ビチュ
ーメン、ずずおよび石油コークスのような気化されるこ
とか出来るものに対しても、さらに好適である。

良く知られたガス化方法によれば、微細分さ才ｌた状態
の固体燃料はキャリヤガスと共Ｇこ反応器へ向かってバ
ーナーを介して通過し４、−力、燃焼媒体もまたバーナ
ー・内の固体燃料流に加えらり、あるいは前記反応炉型
域内に別個に加えられる。反応体が互いに有効に混同さ
れるのに多大な注意が払われるべきである。もし反応体
か互いに密接な接触にもたらさなければ、酸素および固
体燃ネ１の流れは反応器内で少なくとも部分的に独立し
た流れ径路をたどるであろう。反応器区域は主として高
温の一酸化炭素と水素で充満しているので、酸素は固体
燃料の代りにこれらのガスと早急に反Ｊ心してしまう。

このように反応して形成された高温の燃焼は２酸化炭素
と蒸気を生産し、これらもまた比較的冷い固体燃料流と
は僅かしか接触しなし）独立した流れ径路をたどる。酸
素のこの様な作用は反応器内に局部的な高温地点を結果
としてもたらし、それにより反応器の耐火性ライニング
の損傷および適用された（複数の）ノく−ナーの熱溶Ｉ
ＩＪ’＃の増加を生ずる可能性かある〜 固体燃料と酸素との十分な混合は、ノ（−ナーそれ自体
の中で酸素を固体燃料流へ加えることによって達成出来
る。［７かしながら、この方法の欠点は、特に高圧の寿
ス化において、バーナーの設語および作動が高度に限界
的なものであるという点より構成される。ごのμｍ１山
は、混合の耐量と燃料／／酸素の混合物が反応器区域内
に入る瞬間との間の経過時間は、混合物の燃焼誘導時間
（ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ
　）よりも常に短くあるべきことによる。その上、バー
ナー内の混合物の速度Ｃコ、フラッシュバンクを避ける
ため大炎の広部速度よりも速くあるべきである。しかし
ｔＩ゛から、カス化圧力の十Ｈにおいては、燃か１・、
誘導時間はａ、ｉ縮され、そして火炎伝播速度は増加す
る。更に、もしバージ−が低燃料負荷において作動され
る場合、または、換１；ずれば、もしバーナー内の燃料
／′酸素混合物の速度か低い場合、燃ハ゛ｌ　ｉ７Ａ７
時間シ１−たけフラッシュバンク状態かバーナーそわ自
体内ζ、−容易＋、ＪＸ達し、その結果バー　ノー　の
過熱およびバーナーへのびとい損傷のｌＩＪ’　ｉｌｌ
性を生゛４°るかも知れない。

上述したパーサ・−イれ自体内での早ＪすＪ燃炉、の問
題は、もし燃料と酸素がバーナー外側で反応器空間それ
自体の中において混合されるならば発生しない。この場
合は、しかしながら、上で論じたような燃料の効果的な
ガス化に必要とされる十分な混合を保証するため、特別
な措置を講じるべきである。燃料と酸素の密接な混合を
促進するために、酸素を高速度ジェットとして燃料流内
に導入することがすでに提案されてきている。本出願人
の同時出願中の英国特許出願第に２．２９ざ７７号はそ
のような固体燃料のガス化のためのシステムに関し、該
システムでは固体燃料のコアが反応器内の空間に導入さ
れ、そして高速度ジェットの形態をした酸素は、総ての
燃料粒がガス化の目的のために酸素と接触出来るように
、固体燃料流を分散するため固体燃料のコアに向かって
直進する。すでに提案された固体燃料と酸素との接触の
ためのこの方法は、もし固体燃料のコアが寧ろ小さく保
たれることが出来る場合、換言すれば、もし寧ろ低い能
力のガス化方法が目的とされる場合においては好ましい
ものであろう。しかし高処理量の固体燃料が処理される
場合は、問題が生じ得る。後者の高処理量の場合は、固
体燃料は比較的厚いコアとして、反応器空間に供給され
るべきである。コアの厚さの増加は、しかしながら、固
体燃料流の分散の実現性に悪影響を与える。それから、
固体燃料流に充分貫入するために、酸素を非常に高い速
度で固体燃料内へ供給するべきである。そのような高速
度ジェットは、バーナー前面の過熱の危険性を伴う、既
に形成された反応ガスのバーナー前面に沿った吸い込み
を容易に生じさせる。上述した先の特許出願においては
、それ故、諸反応気体の吸い込みを抑制するために、高
速度酸素ジェットヲ比較的低い速度の蒸気のシールドに
よって囲むことを提案している。

本発明の目的は、特に大量の固体燃料のガス化のための
方法であって、比較的穏やかな速度を有する酸素ジェッ
トにより固体燃料流が適当に分散出来ることを特徴とす
る方法を提供することである。

本発明に従えば、微細分された固体燃料のガス化のため
の方法は、微細分された固体燃料の反応器空間内への環
状での供給と、前記反応器空間内への酸素または酸素含
有ガスの導入および、微細分された固体燃料のガス化の
ため酸素または酸素含有ガスが微細分された固体燃料と
反応させることから構成される方法であって、酸素また
は酸素−含有ガスの少なくとも一部が、環状の微細分さ
れた固体燃料の流れに交差するように配置された複数の
高速度ジェットとして反応器空間内に導入されることを
特徴とする。

上記方法において固体燃料は環状にて反応器空間に供給
されるので、固体°燃料流の厚さは高燃料処理量におい
てさえも寧ろ減少した状態に保つことが出卒る。固体燃
料は、酸素ジェットによって容易に貫入されることが出
来、燃料流を適当に分散する。

酸素ジェットは、固体燃料流を一様に分散することを保
証するために、好ましくは固体燃料流について一様に分
布される。適用さるべき酸素ジェットの数はとりわけ固
体燃料の環状体の直径、環の巾、固体燃料それ自身の挙
動に依存する。もし固体燃料流が比較的密集した状態で
ある場合、該固体燃料流の適当な分散の達成のため、比
較的大量の酸素ジエ″ットが要求される。しかしながら
、複数の酸素ジェット間の干渉のために酸素ジェット相
互の運動量が減少することを防止するために、酸素ジェ
ットは相互に十分間隔を隔てて配置することに注意すべ
きである。

本発明の好適な一実施例においては、酸素ジェットが微
細分された固体燃料の環と、その外側から交わるように
配置される。未反応の固体か逃出することを実質的に排
除するため、酸素ジェットを環状燃料流の周囲に閉鎖シ
ールドを実質的に形成し、しかしながら、互いに干渉す
ることがないような態様で配置することは好都合となり
得る。

シールドをおこなう手段を固体燃料流の分散のための酸
素ジェットとは別個に適用することにより、上述の目的
を達成することか更に可能である。固体燃料流と分散の
ための酸素ジェットとの配列の周囲に前記シールドを形
成するために、酸素または酸素含イｊ″ガスの低速度流
を適用〒１−る（−とがＱイ゛まし２　い　。

本発明に関する好ましい実施例においては、燃焼媒体は
環状固体燃料流を外側から交差する高速度ジェットを介
し２て供給さねるののならず、該環状固体燃料流の内側
の実質的に中央に配置された供給源を介して更＋＝供給
される。酸素または酸素含有ガスより形成されたこの附
加的燃焼媒体は、燃焼の問題とは別個の複数の目的に役
立つ。この中央のガス流は、固体燃料と酸素の可燃性混
合物の発火後に形成された火炎がバーナー前面から錐れ
た状態を保ち４、それにより該バーナーの過熱の危険性
を減少する。中央のガス流は、酸素ジェットにさらすこ
とにより燃料流かつぶれることを防止する、環状固体燃
料流の支持として更に役立つ。

本発明の更に好適な実施例においては、複数の酸素ジェ
ットが対をなしてグループとされ、各グループの対のジ
ェットは環状固体燃料の内側と外側に向き合って配置さ
れ、これらのジコ゛ットは実質的に固体燃料の環の内部
で相互に交差するようＧ・−な“つ−（゛いる。醸・素
ジエツＩ・の配列は、固（４り燃料の環が寧ろ大きな幅
を有することか必要とされるべき、高い能力の操作に対
しＣ１イ（・、二好適である３、酸素ジェットはグルー
プをなして位１ｉ′Ｖさせることに」゛す、固体粒を燃
料の環の中６．τととめておくこと、および環状固体撚
ＳεＩの内側から作用する酸素ジェットによって固体粒
が所望の流れ径路より押し出されないことを保証する。

本発明に門１−７で前述した方法は、固体燃料の環をさ
らに支持するために該環内に、好」ニジ＜はその中央に
、低速度ガスを供給することにより更に有利となり得る
。酸素ジェットか総て環の外側に位置している方法に関
して、すでに示したよう？、Ｔ、　、該低速度ガスは好
ましくは酸素または酸素含有ガスから構成され、環状燃
料の支持体として役＼ｒつのみならず、燃料の適当なガ
ス化のために必要とされる酸素の１銭を満たす附加的燃
料媒体としても役立つ。

酸素ジェットの集合は、確実な作動と犬ｈｔのガス化生
産をもたらす固体燃料と酸素との実質的に均一・な混合
を得るため、好ましくは微細分された固体燃料の環に関
して実質的に一様に分布（７ている。後者の方法におり
る好適な実施例においては、環状燃料流およびグループ
状に配置された酸素ジェットは低速度のガス、好ましく
は酸素または酸素含有ガス、のシールドによって取り囲
まれている。該シールドをするガスの速度は、好適には
ｊ；　ｍ　／　ｓｅｅから２０ｍ／ｓｅｃの範囲内Ｇコ
選択さオする。

すでに」−述したように本発明の重要な特徴は、受容し
得る酸素ジェットの速度において、ガス化の質を減損す
ることなく、固体燃料の高処理量を達成することを可能
にすることからなる。酸素ジェットの速度は通常乙Ｑ　
ｍ　／　ＳｅＣから１００ｍ、／Ｓｅｃの範囲で選択さ
れ得る。これらの速度はバーナー壁の損傷を伴なうこと
なく、利用し得るバーナー内にて容易に達成出来る。

本発明は更に微細分された固体燃料のガス化のためのバ
ーナーに関し、該バーナーは微細分された固体燃料のた
めの環状出口通路と、＠叱または酸素含有ガスのための
複数の出口路とを設け、前記出口路の軸線は該環状出口
通路の延長線と下流方向において交差するように配置さ
れている。

酸素出口部分は、好ましくは環状出口通路＋Ｊｉ関して
実質的に一様に分布している。　、」−記のバーナーの
第一の好適な実施例ＧこおＧ）では、出口路６Ｊ環状出
口通路の周囲に配置さ１１てＩ、ｚる。更に好適な変形
例において、複数の出［Ｊ路Ｇま対をなしてグループと
され、各グル−ソ°σ〕対の出口路は環状出口通路の内
側と外側とて向かｌ／Ａ合′って配置され、そして実質
的に環状出口通路の延長線内で互いに交差するように配
置された軸線を有する。

環状用［］通路から噴出する環状固体燃料流の内側に酸
素または酸素含有カスを供給するため、該バーナーは環
状用］二１通路内に実Ｔｊ的０、−同ＩＩｑｌＩＧこ配
置されている中央酸素出［１通路を任意的に設は得る。

本発明に閃するバー１−−１■↓、該環状用［」通路を
実質的に同軸に取り囲め、）・−シー一−の作動中しこ
固体燃料および酸素シェツトの周囲に低速度σ〕酸素Ｕ
ｌ　１１−は酸素金石カスのシールドを供給するための
環状出口通路を、更に好適に設は得る。

本発明は、添付図面を参照して、更に以下において詳述
される。

図面において示された同一の要素は、同じ参照番号で示
されていることに注意すべきである。更に、本発明は、
これらの図面に基づく記載によって限定されるものでは
ないということに注意すべきである。

第１図および第２図を参照すれば、全体が参照番号／で
示された、微粉炭のような微細分された固体燃料のガス
化のためのバーナーの前方部分が示されており、該バー
ナーは、同筒形中空壁部材２と前部表面３を形成する拡
大端部とより構成され、該前部表面３はバーナーの縦方
向軸線ｌに対して実質的に垂直に延びている。中空壁部
材−の内側には、実質的に同心の仕切り壁５が設けられ
ており、該仕切り壁はバーナー前部表面３の近傍に配置
された拡大端部乙を有する。該仕切り壁３゛は、中空壁
部拐！の内部を、冷却流体がそれを通って循環するため
の通路７およびざに分割する。

中空壁部材２は、環状酸素供給通路９を囲み、該環状酸
素供給通路は、その下流端において、複数の内側へ傾斜
した酸素用［」路１０をバーナー前部表面３中の出口部
分／／を有して設けている。第２図中にて明確に示され
ているように、酸素出口部分は縦方向のバーナー軸線９
１を中心とする円周上を均一に分布されている。

環状酸素供給通路９は、固体燃料の供給のために用いら
れるより小さな環状出口通路／２を囲む。

最後に、酸素の供給のための実質的に円筒形の通路／３
がバーナーの中心に配置されている。酸素通路ヲおよび
／３は、共通の供給源を介して酸素を供給され得る。バ
ーナー作動の制御のために、酸素通路９および／３は別
々の供給源に接続されることが好都合である。

例えば微粉炭のガス化のためのバーナーの作動は以下の
ようである。運搬流体中の浮遊微粉炭は、環状出口通路
／２を介してバーナー出口の下流の反応器内空間内へ通
過する。同時に、主として酸素を含有する送風が、環状
酸素供給通路９と出口路１０とを介して通過し、そして
酸素出口／／から噴出する複数の高速度ジェットとして
前記反応器空間内に入り込む。該複数の高速度酸素ジェ
ットの連動量の半径方向分力は、環状石炭流に向かい、
石炭流の分散および石炭と酸素との密接な混合を生じさ
せる。酸素出口路１０の与えられた傾角において、酸素
ジェットの速度は、該酸素が石炭流内を貫通出来、そこ
から実質的に再び出て来ることがないように選ばれるべ
きである。好適な酸素ジェットの速度は例えば乙Ｑ　ｍ
　／　ｓｅｅと９０ｍ／ｓｅｃの間の範囲内である。環
状の石炭流はその内側において、中央酸素通路を介して
供給された酸素によって支持される。この中央酸素流は
、石炭のガス化のための付加的な燃焼媒体源をさらに形
成する。石炭の環が、高速度酸素ジェットが石炭流内に
貫通する箇所において圧縮及び締め固めされることを除
去するため、環状石炭流は好適にはむしろ穏やかな速度
を有する。

第３図および第を図中の本発明の実施例においては、バ
ーナーは、環状石炭通路／、２の周囲の出口を有する酸
素出口路だけではなく、前記通路／２の内方に配置され
た出口２／を有する酸素出口路２０をも設けている。該
出口路２０は、環状石炭通路／２に向かって外側に傾斜
しており、出口路１０と向かい合って配置され、従って
バーナーの作動中向かい合った酸素出口からの酸素ジェ
ットが環状石炭流の中で互いに出合うようになっている
。酸素出口路２０は、環状出口通路／２によって囲まれ
た環状酸素供給通路２２に接続されている。

第３図および第を図に示すバーナーの作動の間、出口／
／および、２／より噴出する酸素ジェットは、環状通路
７．２からの流れに両側から侵入し、なめらかな比較的
厚い固体燃料流の分散を生じる。内側口は外側酸素出口
に対して向き合って配置されているので、内側の酸素ジ
ェットのエネルギーによって劇体粒が逃げ出ることは外
側の酸素ジェットにより防止される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に関する第１のバーナーの前方）１１．
分の縦旧百ｆｒｉ　ＩＡＩ丘小し１第９２１メ１ζ、Ｌ
第１図中（・−描かオし人−八−ナーσ）庄面図を示し
２゜ 第、ゴ図は本発明に関する第２のバーナー・の前方部分
の紹ＩｊＪｉ面図を示１−７．そり、て第を図は第３図
中に描かれたバーナーの正面図ンｖ　ノｒ′、　ず　１
、 ／・・・バーナー、！・・・中空壁部利、３・・・前部
表面、ｌ・・・縦方向軸線、汐・・・仕切り壁、乙・・
拡大端部、７、ｆ・・・通路、９・・・環状酸素供給通
路、１０、．２０・・・酸素量［−Ｊ路、／／、２／・
・・出（−１部分、〆！・・・環状出口通路。 代理人の氏名　川原口１−　穂

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （］）微細分された固体燃料の反応器空間内への環状で
   の供給と、前記反応器空間内への酸素または酸素含有ガ
   スの導入および、該微細分された固体燃料のガス化のた
   め該酸素または酸素含有ガスを該微細分された固体燃料
   と反応させることからなる微細分された固体燃料のガス
   化のための方法において、酸素または酸素含有ガスの少
   くとも一部が、微細分された固体燃料の環状体と交差す
   るように配置された、複数の高速度ジェットとして反応
   器空間内に導入されることを特徴とするための方法。 （２）該高速度ジェットは微細分された固体燃料の環状
   体に関して一様に分布されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の方法。 （３）該高速度ジェットは微細分された固体燃料の環状
   体を外側から交差するように配置されることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項または第２項記載の方法。 （４）該複数の高速度ジェットは対をなしたグループと
   して構成され、各グループの対をなした該ジェットは微
   細分された固体燃料の環状体の内側と外側とで向かいあ
   って配置され、そして前記環状体の巾で相互に交差する
   ように位置していることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項または第２項記載の方法。 （５）酸素または酸素含有ガスの一部が、微細分された
   固体燃料の環状体内の中央に配置されたコアとして反応
   器空間内に供給されることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項ないし第を項のいずれか７つに記載の方法。 （６）　酸素または酸素含有ガスの一部が、微細分され
   た固体燃料環状体と高速度酸素ジェットとの配列体を取
   り囲む低速度の環状体として、反応器空間内に供給され
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第５項の
   いずれが７つに記載の方法。 （“ｊ）微細分さＪ′１／（−固体燃料のカス什１σ）
   ためのノ・−すであ”つて、微細分さねた固俸燃Ｓ５゛
   １σ）ための環状用［」通ｉｌ！Ｉ′ｉ（／２）と、画
   素または酸素含有ガスのためσ）律数の出１１路（１０
   ）とを、；ψ″は、前記出ｌ−１路の名軸線は該環状用
   ［１通路の延艮線と下流方向においで交差するように配
   置されて゛いることを特徴とする微細分された固体燃料
   のガス化のためのバーナー。 （８）　該酸素または酸素含有ガスのための出回路が、
   該環状出口通路に関１して〜・様に分布してｕ′ＩＺ）
   ことを特徴とする特Ｗ　請求の範囲第７項記載の７・−
   ナー。 （９）　該出口路が該環状出口通路の周囲に配置されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第７項または第ｇ
   項記載のバーナー０ θ０）　該複数の出１」路は複数の対をなすりＡ−−７
   ゜として構成され、各グループの顔出［］］路Ｇ：１環
   状出ロ通の内側と外側とて向かい合って配置さ第１、そ
   して実質的に環状出口通路の延長内で互いに交差するよ
   うに配置さ第１た軸線を翁することを特徴とする特舊晶
   求の範囲第７項ま１．−は第ｇ項記載のバーナー。