JPS60191118A - 石炭−水スラリの燃焼 - 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】 〔発明の背景〕 現在、石油及び天然ガスに優先して産業目的の石炭の利
用度を増加せんとする政策が現在おし進められつつある
。この政策は海外の石油に対する依存度を低減し、合わ
せて家庭用天然ガスを保饅することを図ったものである
。代替燃料をめての研究における最近の開発成果は、水
中に６５乃至８５乾燥重量％の石炭を懸濁状態で含有し
得る石炭−水スラリを生みだす事に成功したことであっ
た。これらスラリの驚くべき性質は運搬及び貯蔵のいす
わに於ても巾好な流動ｆ１と安定性を持つことであり、
しかもそれらは、一般に効率的な粒子充填の為の特定の
粒子寸法分布の微粉炭を良好な流動性と安定性を捺供す
る為のある種の化学添加剤の使用と併せて用いることに
よって達成される。加うるに、スラリは、生産過程に於
て、石炭の灰及びイオウ成分を減、少させることにより
品位の向上を図りつる。本来石炭燃ジ′↓Ｖ：用に設計
されはしたが石油燃焼用に切替えられた蒸気ボイラ、及
び本来石油燃焼用として設計された蒸気ボイラに於て、
石油を石炭−水スラリと変更する事は上記政策実現への
一つの解決策を与える。

１９８０年代初頭、本件出願人は代替燃料としての石炭
−水スラリの適合性を確認する為の燃焼実験を行った。

主要Ｂ」画には高揮発性のアメリカ東部歴青炭から生成
された６６固体ｌ量％を含有するスラリな、噴霧流体と
した圧縮空気を使用しての実験が含まれた。実験の主要
目的は、スラリか４．　ＯＸ　１０’　Ｂｔｕ／ｈｒの
公称絆力の試験装置においてそれを現在の石油取扱い装
置及び燃焼装置を僅かに改変するだけで燃焼出来る■を
証明する事であった。

計画は全体的に我々の考えを裏付けろものであったが、
幾つかのやや好ましからざる結果が生じ、それらを以下
に要約する。

１、　安定着火は６９乃至４．４　Ｘ　１０’　ＢＬｕ
／ｈｒの限定燃焼範囲だけに於て維持される。

２、　６００’Ｆ（３１５°Ｃ）の燃焼空気温度が必要
である。

３、；ｉｆ＜転温度迄の炉の予備加熱が／ｌｉ４足すべ
き着火なイ！）る為に必要である。

４　スラリ態位中の火炎温度は相当する本来の石炭火炎
の温度より２００°ｌ：乃至４００　’［’（１１１℃
乃至２２２６Ｃ）低かった。

５、　実験装置を通過したガスの流量はスラリの多煽の
水分の為に、通常の粉炭を用いた場合の流量よりも高か
った。

以上から明らかなように、ｌ侍にある話四の石炭性状に
わたっての安定した着火に関して固形分の多い石炭−水
スラリの燃焼に於て、可変負荷要求量に対応しての６ａ
整能力に於てまだ尚改良への要求が有る。

〔発明の（肝要〕

酸素富化は冶金工業に於て回転キルン産出物の牛産搦の
」１．・、Ｉ加の為に行われて来た。然し乍ら、本・発
明の開示する装置行での石炭−水スラリの噴繕及び燃焼
（で於て、酸素、酸素富化空気或いは酸素−水素混合物
を使用する事は新規であり、発明者の知る限りの従来秒
術によってＯＬ想到されるものではブｔい。

本発明は石油或いはガス焚き工業及び公共設（１ｔ！ｊ
水蒸気ボイラを改修したものにおいて或いは新規装楢゛
において石炭−水スラリを２流体八す、　ｕ（ｄ密器（
ｄｕａｌ−ｆｌｕｉｄ　ａｔｏｍｉｚｂ　）　Ｋおける
噴霧流体として実質的に純な酸素、酸素富化空気或いは
酸素−水素混合物を使用して、燃焼する方法を含んでい
る。酸素富化空気に必要な酸素の割合は、石炭−水スラ
リに含まれろ水分量、石炭の粒寸分布、石炭の揮発成分
含、ボ及び放熱率、熱吸収及び狗荷の如き幾つかの運転
υ旧に依イｒしている。

石炭−水スラリがノΦ々の工業装訪“の為の燃料油の為
の代替物として開発されつつある以」二、満足すべき、
信頼性のある着火の方法の確立が不可決である。本発明
は空気及び炉の予備加熱を最小限としつつ冷たい炉に於
て、石炭−水スラリの安定着火を実現する為の実用的手
段を提供する。現在、従来からの手段によって石炭−水
スラリを危火するには、天然ガス或いは燃ネ・１油ｉの
補助燃料を使用して、炉及び燃焼空気を共に加熱する必
謂がある。スラリか低４°１１ｆ発性の石炭から５１６
１製された場合には実験装置に於て燃焼空気の温［イ゛
を８００　’ｌ’（４２６°Ｇ）以上どする必要がル）
つたが、これは殆どの既存の装置の幇５力を上回るもの
である。

酸素を噴霧媒体として使用することにより、石炭−水ス
ラリの燃焼中に蒸気発生器を通過する全ガス流を減少さ
せ得る。例えば、スラリ中のｉ　ｌｂ（４ｓ　３．６．
９　）の石炭を噴属するのに０．２　Ａｂ（９０，７９
）の酸素を使用すると、蒸気発生器を通過する全ガス流
ば１看霧媒体として空気を用いた場合に比較して９０％
〃ｖ少しだ。同一のスチーム産出州に対するガス流量の
減少は以下に述べる有益ｔ「効果を有している。

ａ、対流路を通過するガス遇・度の低下が伝熱面の腐食
を減少させる。

ｂ、装置からの少（・ガス流がボイラ効率を向−ヒせし
める。

Ｃ１強制及び吸出し送Ｊ虱機の必要性を低下させる。

ｄ、火炎温度が高まってスラリの水分の多さによる温度
の低下を補償する。

〔実施例の１ｉＳｉ、明〕 燃料油の噴霧化は一般的に蒸気或いは圧縮空気によって
達成されている。安定着火或いは燃焼特性に関し、前記
２つの噴霧液の間には重大な差異は存在しない。これば
部分的に前記燃料油の高い品質に基くものである。特に
冷たい炉で燃料を着火するということは、伝播式に熱効
果が持続するよう燃料流れに充分の熱を供給するという
ことである。詳しくは、電気スパークが通常、天然ガス
の如きｊｊｉ：ｉ単に着火しイａる二次燃料を着火する
為に使用される。この火炎が次いで主燃料あ一部を着火
させる。もし￥燃料の第３大部分の熱放散率が十分であ
ると、主燃料油の流れの前記着火部分に隣接する部分が
続いて着火され、それが全体の着火へと拡大される。

従来型式の燃料油バーす型において石炭−水スラリを着
火することは困翻である事が分つＴこ。この困難性は部
分的に列発する水分の熱抑止効果に因るものである。こ
の問題はもし着火が冷たい炉で行われた場合、特に悪化
する。なぜなら、主燃料流の蒸発水分の為のＩＩ＾１１
射エネルギーがほとんど得られないからである。こうし
た状態の為、石炭と水との混合物の、電気スパーク或い
はガス火炎のいずれかから直接的に接／１１＋１＋熱を
受取る部分の放熱率は、必をな熱伝播効果を生ぜしめる
には不十分な熱しか生じない傾向を有し、全着火を起こ
すことが出来ない。

従って、前述の問題に対する一つの解決策は、初期殖火
時期中の石炭−水混合物の熱放散率を増大せしめる事で
ある。これを達成する為の一つの方法は、燃料を噴霧す
る為に実質的に純な酸素を用いて局部的な高酸素−燃料
濃度部分を設けることである。酸素−石炭火炎の断熱火
炎温度は、代表的な空気−石炭の断熱火炎温度である４
００００Ｆ（２２０４°Ｃ）Ｋ比ＭＬ、て；＋　ｏ　ｏ
　ｏｏＦ（３８７１℃）を越え得る。このより高い火炎
温度は熱消失体として作用する窒素が存在しないことに
よって生じる。・林焼強度もまた酸素−石炭火炎に於て
は大いに高まる。それは石炭粒子に対する気相拡散が、
より高い酸素分圧及びより短い移行通路長さとによって
大寸に高められるからである。第１図及び第２図はこれ
らを良く表わしている。

第１図は、噴霧流体として水蒸気（スチーム）或いは圧
縮空気１４を用いる噴霧器１２に於て、燃焼する石炭−
水スラリに対する従来の着火状況を示している。外部熱
源によって生じた領域１８は、石炭、蒸気及び空気から
成る主流２０の着火を維持するには不十分な放熱しか与
えない、着火が不安定な場所である。主流２０を取囲む
部分２２は周知の手段によって導入される二次空気の乱
流部である。

第２図は噴霧流体として実質的に純な酸素２６を使用し
て燃焼する石炭−水スラリ１６に対しての向上した着火
状況２４を示している。外部熱源によって生じた領域２
８は、石炭、蒸気及び酸素から成る主流５００紫゛火を
促す高発熱部分である。

主流３０を取囲む部分６２は、先と同じく二次空気及び
高温の炉ガスの訪起循回流である。

第３図は噴霧流体として酸素を用いる酸素噴霧装置系５
４を概、略画に表わしている。酸素はタンク３６に於て
加圧されて低温貯戯される。使用に於て、酸素流は炉４
８での着火及び燃焼の為、導管３７を通って気化器６８
へ流入し、次いで三叉弁４０を介して噴鋸器４２に到る
。着火装領°４４は二次燃料（図示なし）を着火する為
の電気スパークを提供し、それが１４を終曲に主燃料流
を着火させる。二次空気は導管５０を経由して空間４６
及び石炭−水スラリを通して導入される。単一の貯蔵タ
ンク６６は７１ｉ径およそ１ｏｆｔ（約ｓｍ）、高さ５
９ｆｔ（約１２ｍ）であり、装置全角荷時に毎時８００
ＭＷの蒸気発Ｊ＝器を始動するに必要な量を供給する。

炉が全餉荷運転状態に暖められた後、系３４は導管５２
を通しての蒸気或いは圧縮空気を用いる常態の噴霧の方
法に切換えられる。

第４図は酸素な化空気を噴霧流体として使用する、本発
明の別態様の概略を例示している。装置の配ｔｈ”は混
合室４１が三叉弁４０の上流に位置している律以外、’
ｇ”、’　３図と同一である。酸素富化空気中のハｆ望
の社・素割合を維持する為に、混合室４１への酸素及び
空気を制御する為、制御弁５３及び５５が導管３７及び
５７に夫々追加される。

＠５図は水素−酸素混合物を噴霧流体として用いる、本
発明のまた別の態様６１の概略を例示している。水素及
び酸素ガスはタンク６２及び６４の夫々にて加圧下で貯
蔵される。電気分解によって水素及び酸素を発生させる
為、電源５４が水素及び酸素電ｊ’ｌ！Ｉ！槽５６と、
図示しない水源の列とに接続されてＬ・る。水素及び酸
素ガスはそれから圧縮機５８及び６０によって圧縮され
でタンク６２及び６４にて貯蔵されろ。！ｌハ霧ｂＷ、
体中の酸素に対する水素の所望の割合を糸１イ持櫨゛ろ
為、’Ａ１１ｌイａｕｔ６６及び６８が、導管７１及び
７２を介して噴霧器１２へ流入する水素及び酸素の流れ
を：ｔｉ１１仰する。

第５図に示される他の装置は第６図に略示され、ｈ９明
さねたものと同一である。水素及び酸素の混合′吻は０
．１！発付を有している為、安全上これらガスは導管７
１及び７２に於て分ｊ訃さ第１、石炭−水スラリ１６を
噴澤する為に（１α？？；器１２に於てプごけ混合さす
１．る。第５Ａ図は前述の構成の噴霧器１２の概略図で
あって、水素及び酵素夫々の為の別々の１１／ｌ出孔２
５及び２６か示さねている。噴霧ガスとしての可燃性混
合物を使用すると、主燃料流れ内部でこれらガスの着火
による主燃不Ｉのオへ火が増進さえＩるので、石炭−水
の１１ｉ“（管・！み料流内部に広範、囲の、且つ良く
混合された九火が生！７ｉ：　Ｌ、、その結果着火に続
く安定燃焼の為の高温放熱をもたらす。

市販の水素及び酸素電解槽は３］１！論値に近いガスの
収率で機能する。水素及び酸素火炎は５３８５下（２９
７５°Ｃ）の断劫、福１度を生み出し、−目つ３　Ｄ　
６　ｉｈ　Ａｔｙ′）波長のＩｊｉｌ：射を放射−４パ
ろ。前証波長は粉砕さえ１．た石炭１１こよって容易に
吸収される。市販（７’）　Ｎ　Ｗｌ槽は、Ｉ　ＫＶｖ
ｂ当す７．６　”Ｓ’／’方ｆｔ（２，５立方ｍ）のオ
ーダの水素（及び相当する６８立方１ｔ（１１立方ｍ）
の酸素）を部用する。水素のＰ暁は１へ′１方ｆｔ（０
，３立方ｍ）当り２７５　Ｂｔｕの熱騎をＰ′Ｆ出ｔ７
、゛燃焼熱に対する電気的７’：ｃ　’Ａ換の効率はお
よそ６１％である。

石炭−水スラリの・燃焼における一つσ）重要人Ｖ要素
は、噴輯器からｉｌ＃　ｌ’、されて拡１１＋する燃料
−水の流１れに対す、７）夕）部々５蔚の位市゛どりに
し５ｉ係が有る。

石炭−水スラリは独特の着火の間）須を引起こす。

＋’ｌ　管器から１１は出されるに際し、全ての石炭粒
が水に加湿されている限り消火は不可能である。石炭粒
は府火以０１　Ｋ乾・ｉ！ψしていなければならず、そ
れでこそ燃焼が中１ｉシとなるのである。従って、着火
点は然るべき量の石炭粒が乾・操する様、噴霧器の十分
下流でな目“ねばならない。然し乍ら、もし着火点が１
１へ出された石炭−水の流れが太鍍く拡がるようｊＣ”
ｒ’ｔ　管器のずつと下流にあると、逆に富化された酸
鼻′は噴霧器の周囲の燃ツ、Ｉｎ空気を捕捉することに
−よって実Ｊ１？１的に′（ｌｉ′ｌσくさねてしまう
。従って、着９くの向上を起こす為十分な菅１の石炭が
乾燥し、しかもＶＭ囲空気の捕１力１が噴輯器からの酔
紮をそれ程肴薄にしない臨界城が存在する。水素−酸素
混合物が、拡散する燃料流の広１・・１ｊ囲に沢ってタ
カ末的でキ）ろことか明らかである。なぜｔＣら燃焼は
石炭粒子とだけでなく２つの１１５￥Ｘ液との間でも起
こり得るからである。噴霧流体として水の市、気分解に
よって得られた水素−酸素混合物を使用する一トでの更
に有利な点は、これらガスが化学室論の割合で発ｌＡ′
ニジ、そして化学邦論比で燃・焼し得ると言うことであ
る。然し乍ら、酸素成分が安定滑入及び火炎拡大の為に
必要ソを断熱温度を維持するに十分である限り、化学Ｊ
１ト論の割合を維持する必要は無いことを理解さね、た
（・。ｉ１１記混合物はそれ自体の酸化体を持っており
、従って化学量論比条件下での燃焼の為のバーナーから
の空気とは独立している。

以上具体例に基いて説、明したが本発明の内で多くの変
更を為し得ることを銘記されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は蒸気或いは圧縮空気な噴霧流体として使用する
従来の石炭−水の着火状況図、算２図は噴霧流体に酸素
を使用する石炭−水スラリの拡大された着火状況図、第
６図は噴霧流体に酸素を使用する噴霧装暫系の概略図、
第４図は噴霧流体に酸素富化空気を使用するｇｆｉ霧装
置系の混合室の概略図、そして第５図は噴霧流体に水素
−酸素混合物を使Ｊ［］する噴霧装置系の概、略図、第
５Ａ図は第５図の噴窃装置系の為の１１ハ霧器の概略図
である。 図中主な番号の名称は以下の辿りである。 １２：　噴霧器 １６：　石炭−水スラリ １８二　着火不安定領域 ２８：　高熱放散部分 ３４：　酸素噴霧装置系 ３６：　貯蔵タンク ４０：　三叉弁 ４４：　着火装置 ４６：　充気室 図面の１１計（円台に変更なし） ゝ−−−さ 丁続補正書（方式） 昭和６０年４月１７０ 特許庁長官　志　賀　学　殿 事イ／１の表示　昭和５９イｔ　特願第　２５５１６７
号発明の名称　石炭−水スラリの燃焼 補正をする者 事件との関係　特許用Ｉｊハ（人 代理人 商工命令通知の！−１イ・ｊ　昭和６０年３月２６日、
・１市イ１−１−＋寺う１−呼４曽−Ｊ」ｒ＋−４−梼
４グμｃ華を一補正の対象 願書の出願人の欄 図面　１通 安住状及びその訳文　各１通 浦正の内容　別３４（の通り 図面の浄書（内容に変更なし）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　石炭−水スラリを水蒸気ボイラに於て燃焼させる方
   法にして、実質的純酸素、酸素富化空気或いは水素−酸
   素混合物のうちのいずれかを２流体式噴霧器に於て噴霧
   流体として使用１−る事を特徴とする燃焼方法。 ２、水素−酸素混合物＆ｊ水の電気分解によって得られ
   る特許請求の範囲第１項記載の方法。