JPS60211216A - Method of burning coal/water slurry - Google Patents

Method of burning coal/water slurry

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JPS60211216A
JPS60211216A JP4095985A JP4095985A JPS60211216A JP S60211216 A JPS60211216 A JP S60211216A JP 4095985 A JP4095985 A JP 4095985A JP 4095985 A JP4095985 A JP 4095985A JP S60211216 A JPS60211216 A JP S60211216A
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JP
Japan
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coal
combustion
air
oxygen
water slurry
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JP4095985A
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Japanese (ja)
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ユージン.ジヨセフ.グレスコビツチ
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Air Products and Chemicals Inc
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Air Products and Chemicals Inc
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Publication date
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、石炭/水スラリの燃焼方法に関し具体的に
は、炉の火室内において石炭/水スラリの燃焼工程に関
し、酸素濃縮−次空気流と二次空気流と共に炉の火室内
に送給される石炭/水スラリの燃焼に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to a method of burning a coal/water slurry, and more particularly to a process of burning a coal/water slurry in a fire chamber of a furnace, in which an oxygen-enriched - next air relates to the combustion of a coal/water slurry that is fed into the firebox of a furnace together with a flow of air and a secondary air flow.

換言すれば、この発明は、石炭/水スラQ (、燃焼さ
せるがイラの蒸気発生率を増加させる方法を提供し、?
イン稼動の全体的安定性を改善するものである。
In other words, this invention provides a method for increasing the steam generation rate of coal/water slurry Q(,?).
This improves the overall stability of the in-line operation.

(従来の技術) 水性媒体中の石炭の微粒子の懸濁液(以下、石炭/水ス
ラリと称す)は、種々の燃焼目的のために推薦されてい
る比較的新しい燃料である。特に、この燃料は、蒸気エ
ネルギーの要求をみたすために直接または間接に使用で
きる熱を発生させるために、〔マーネル(Marnel
l )とクリシュナ(Kr−1ahna )が1982
年2月16〜18日にコロンビア特別区’7シント/て
開催された第9回エネルギー技術会議および展示会(9
th Energy TechnologyConfe
rence and EXpO,)で述べたように〕、
?イラ用に使用されてきた。この蒸気は、その後、熱の
供給のための産業用ボイラと発電のための公益事業用が
イラで利用されている。これらの研究において、マーネ
ル(Marnell )とクリシュナ(Kr −1sh
na )の結論は、この燃料は、成功的に燃焼し、ボイ
ラ内で他の燃料、特に液体燃料を燃焼させるための実際
に使用可能な代替物であるということであった。
BACKGROUND OF THE INVENTION A suspension of fine particles of coal in an aqueous medium (hereinafter referred to as coal/water slurry) is a relatively new fuel that has been recommended for a variety of combustion purposes. In particular, this fuel is used to generate heat that can be used directly or indirectly to meet steam energy requirements.
l) and Krishna (Kr-1ahna) in 1982.
The 9th Energy Technology Conference and Exhibition was held February 16-18, 2017 in the District of Columbia
th Energy Technology Confe
As stated in Rence and EXpO,)
? It has been used for irritation. This steam is then used in Ira for industrial boilers to provide heat and utilities to generate electricity. In these studies, Marnell and Krishna
The conclusion was that this fuel burns successfully and is a practically usable alternative for burning other fuels, especially liquid fuels, in boilers.

新設の燃焼設備で石炭/水スラリを使用することは、石
油燃料と天然ガスの入手可能性が少なくなっているので
、過去におけるよりも一層真剣に考えられている。さら
に、これらのスラリの使用は、ボイラ内の石油を基剤と
する液体燃料の代替物として非常に積極的に考慮中であ
る。解決すべき重要問題の1つは、どのようにして石炭
/水ス2す火炎を液体によって発生する火炎のように挙
動させるかということである。この問題は、新設ボイラ
の設計によって取扱うことができるが、土製な障害とな
るのは、石油燃料用に設計された既存のボイラ内で、す
なわち、石炭/水ス2す用に改装されたボイラ内で、石
炭/水スラリを用いる場合である。
The use of coal/water slurries in new combustion facilities is being considered more seriously than in the past because of the reduced availability of petroleum fuels and natural gas. Furthermore, the use of these slurries is under very active consideration as a replacement for petroleum-based liquid fuels in boilers. One of the key problems to be solved is how to make a coal/water gas flame behave like a flame generated by a liquid. Although this problem can be addressed by new boiler design, the earthen bottleneck may occur in existing boilers designed for oil fuels, i.e. in boilers retrofitted for coal/water boilers. In this case, a coal/water slurry is used.

1つの特別な変数であって、ボイラの稼動に影Vt−与
える多分最も重要なものは、点火時間である。ウェスト
、アール、ジエー、tIか(West R。
One particular variable, and perhaps the most important that affects boiler operation, is the ignition time. West R.

J、 et、 al、 )の固体燃料への転換について
のARCシンポジウムでの論文82−9.1−15ペー
ジ(1982年)での最近の研究に示されているのは、
微粉砕炭の点火がボイラの始動中には困難であるという
ことである。石炭/水スラリは、点火作業を始動中によ
シ一層困難にするであろう。さらに、石炭/水スラリの
より一層長い点火時間のために、火炎は定常状態と低負
荷レベルでの燃焼中に不安定となシ、めらめらと走るよ
うな形になる。火炎が一旦消えると、貴重な時間全消費
するボイラの再始動作業を実行しなければならない。石
炭/水ス2す、特に低揮発性炭についての安定性問題の
報告は、1982年2月にコロンビア特別区ワシントン
で開催の第9回エネルギー技術会議および展示会(9t
h Energy Technology Confe
rence andExpo、)でのジュー。エイ、バ
ージン(J、 A、 Barsin )のような文献で
見られる。
A recent study in a paper at the ARC Symposium on Conversion to Solid Fuels, pages 82-9.1-15 (1982) of J. et al.
The ignition of pulverized coal is difficult during boiler startup. The coal/water slurry will make the ignition process more difficult during startup. Furthermore, due to the longer ignition time of the coal/water slurry, the flame becomes unstable and flickering during combustion at steady state and low load levels. Once the flame is extinguished, a boiler restart operation must be performed that consumes all valuable time. Reports of stability problems with coal/water baths, particularly low-volatile coals, were reported at the 9th Energy Technology Conference and Exhibition (9T) held in February 1982 in Washington, District of Columbia.
h Energy Technology Confe
Rence and Expo,). found in literature such as A. Barsin (J. A. Barsin).

それより以前の非常に多くの石炭/水スラリ燃焼試験で
は、次の基準のいづれか、または、すべてを必要とした
。すなわち、イー、ティー、マツクヘールほか()!、
、 T、 McHale、 et、 al、)が燃焼と
火炎(Combustion and Flame )
+ 45+ 121 (1982)に、ジー、ファーシ
ングアジュニア、ほか(G、Far−thing、 J
r、、 et、 al、 )が報告4 (KPRI R
eportas −2286) (1982)に記述し
た炉の1650@F (899℃)までの予熱、ジュー
。バージン(J、Barsin)が80年代のフェニッ
クス、ハリファックス、ノバスコシア(Phoenix
 of the ’ 8084 Halifax。
Many earlier coal/water slurry combustion tests required one or all of the following criteria: Namely, E., T., Matsukher et al. ()! ,
, T., McHale, et, al.) Combustion and Flame
+ 45 + 121 (1982), G., Farthing, J. et al.
r,, et, al, ) reported 4 (KPRI R
(1982), preheating the furnace to 1650 F (899 C), joule. Virgin (J, Barsin) Phoenix, Halifax, Nova Scotia (Phoenix) in the 1980s
of the' 8084 Halifax.

N−ova 5cot1a (1981)の石灰の会報
(Procee−clings of Coal)に、
ソイ。ニス、パンほか(Y、S。
In the Procee-clings of Coal of N-ova 5cot1a (1981),
Soi. Varnish, bread, etc. (Y, S.

Pan+ et、al、 )が石炭/水ス2り燃焼につ
いての第4回国際り/ポシウムの会報、第2巻、第3会
議(1982年) (Proceedings of 
the 4 th Inter −national 
Sympo8ium on Coal / 5lurr
y Combust −1on、 Vol、■+ 5e
ssion III (1982)に記述した天然ガス
の連続点火炎(熱入力のカロリーlO〜15チヲ提供す
る)、ま念は、上記の著者たちがみとめる工業規格によ
る過度の燃焼空気予熱(400〜500’F ) (2
04〜260℃)である。技術状態が進むにつれて、こ
れら3種類の熱支持の必要性は少なくなったが、空気予
熱は、依然として必要なのであり、燃料化学リプリント
のAC3部(Ac5Divisionof Fuel 
Chemistry Reprints ) 28.2
+ 36 (1983)−1’7−ル、ケイ、マンフレ
ッドほか(R,に、Man−fred、 ’ et、a
l、 )が認めているように、約250°F(121℃
)のレベルである。これは、容易に点火し得る高揮発性
の歴青炭を石炭/水スラリに装入した場合でも同じであ
る。
Pan+ et, al.) Proceedings of the 4th International Conference on Coal/Water-Solution Combustion, Volume 2, 3rd Conference (1982) (Proceedings of
the 4th inter-national
Sympo8ium on Coal / 5lurr
y Combust -1on, Vol,■+5e
The continuous ignition flame of natural gas (providing 10 to 15 calories of heat input) described in the above-mentioned authors (1982) is based on excessive combustion air preheating (400 to 500' F ) (2
04-260°C). As the state of technology has advanced, the need for these three types of thermal support has decreased, but air preheating is still necessary and is described in the AC5 Division of Fuel Chemistry Reprint.
28.2
+ 36 (1983) -1'7-L, Kay, Manfred et al.
1, ), about 250° F.
) level. This is true even when highly volatile bituminous coal, which can be easily ignited, is charged to the coal/water slurry.

一旦、点火すると、石炭/水スラリは、比較的狭い範囲
の動作条件にわたって燃焼できるだけで套る。たいてい
、石炭/水スラリは、比較的高い炭素転換効率(90+
%)に到達するためには、過剰空気と共に燃焼できるだ
けである。副計算理論面、または燃料の豊富な効率的燃
焼は、うまく達成されていないのでおる。この事実は、
石炭/水スラリの燃焼に対してNOx制御のための段階
的燃焼の有利点全否定するであろう。
Once ignited, the coal/water slurry can only burn over a relatively narrow range of operating conditions. Coal/water slurries often have relatively high carbon conversion efficiencies (90+
%), it can only be burned with excess air. Sub-computational aspects, or efficient combustion of abundant fuel, have not been successfully achieved. This fact is
This would negate all of the advantages of staged combustion for NOx control over combustion of coal/water slurries.

石炭/水ス2りの比較的劣っている点火と安定特性のた
めに、バーナの拒絶比率(点火率)は、1:1乃至2:
1のむしろ低い範囲であった。石油燃料に代わるための
スラリについては、最適拒絶比率は、約4二1でなけれ
ばならないであろう。
Due to the relatively poor ignition and stability properties of the coal/water solution, the rejection ratio (ignition rate) of the burner is between 1:1 and 2:1.
It was in the rather low range of 1. For slurries to replace petroleum fuels, the optimal rejection ratio would have to be about 421.

ジー、77−’/7グ、ジュニア(G、Farthin
gJr、 )が上記の引用例でみとめているように゛、
点火と安定性は、良好であるが拒絶比率は、依然として
劣っている。最近、アール、クー。マンフレッドほか(
R,K、 Manfred、 et、 al、) (上
記に引用)が認めているように、バーナの拒絶比率の改
善への進歩がなされたが、依然として、過剰空気の高レ
ベルにおいてのみでおることは明らかである。
G, 77-'/7g, Jr. (G, Farthin
As gJr, ) recognizes in the above quotation,
Ignition and stability are good but rejection ratio is still poor. Earl, coo lately. Manfred et al.
As acknowledged by R. K. Manfred, et. it is obvious.

もう1つの重畳な変数であって石炭/水スラリの使用中
にボイラの効率に影響を与えるものは、炭素転換効率で
るる。炭素転換は、石炭粒子の燃焼が児了する程度を飼
るものである。炭素転換効率が100チのとき、炭素は
、副産物としての灰で終ってしまう。微粉炭だきボイラ
での炭素転換効率は、一般的に、95+俤であって、ボ
イラと石炭に特定のものでるる。より一層古いか、また
は劣稼動のがイラと低揮発性で高級石炭は、炭素転換効
率がより一層低く、これらのパーセンテージと100%
との間の差異が費用が割高で空費される燃料を表わすも
のである。石炭/水スラリの炭素転換効率は、一般的に
、微粉砕炭よりも低く、約92係乃至95%の範囲であ
る。
Another overlapping variable that affects boiler efficiency during the use of coal/water slurries is carbon conversion efficiency. Carbon conversion controls the extent to which the combustion of coal particles ends. When the carbon conversion efficiency is 100 cm, the carbon ends up as ash as a by-product. Carbon conversion efficiency in pulverized coal-fired boilers is typically 95+, and is boiler and coal specific. Older or under-performing coals with lower volatility and higher carbon conversion efficiency are lower than these percentages and 100%.
The difference between the two represents the higher cost and wasted fuel. The carbon conversion efficiency of coal/water slurries is generally lower than that of pulverized coal, ranging from about 92% to 95%.

他の問題がボイラの稼動で経験されているが、これは、
木材、塵芥、廃水スラッジなどのような在来的でない粒
状燃料を比較的乾燥した形、または、水および/または
油ならびにそれらの組合せを含有するスラリで使用する
ときであって、これらの問題は、酸素濃縮空気を用いて
軽減できる。
Other problems have been experienced with boiler operation, including:
These problems arise when non-conventional granular fuels such as wood, dust, wastewater sludge, etc. are used in relatively dry form or in slurries containing water and/or oil and combinations thereof. , can be alleviated using oxygen-enriched air.

すなわち、この明細書に記述する石炭/水スラリの点火
時間および炭素転換改善の利益恩典は、これらの在来的
でない固体燃料またはそれからつくったスラリを用いる
ときにも得ることができる。
That is, the coal/water slurry ignition time and carbon conversion improvement benefits described herein can also be obtained when using these non-conventional solid fuels or slurries made therefrom.

(発明が解決しようとする問題点) 酸素を濃縮し、るるいは濃縮しないで石炭/水ス2りを
燃焼させることについての直接の特許文献は、非常に少
ないが、いくつかの関連する特許の引用例がある。米国
特許第4,394,137号および第4,326,85
6号には、石炭の部分酸化によって生じる合成ガスの発
生と精製について述べられている。これらの場合、石炭
/水混合物を酸素濃縮空気と共に反応領域に給送し、C
OとH2で主として構成されている高BTU合成ガスを
生成する。合成ガスへの転換を最大限にするのに必要な
条件は、燃焼と比較したとき、非常な高圧とより一層低
い温度でるる。さらに、酸素濃縮は、本質的に反応動力
学を用いないで生成物ガスのBTU値を最大限にするた
めに生成物ガス′の窒素含有量を減少させるのに主とし
て用いられる。酸素を用いるための反応機構、条件およ
び理論的根拠は、これらのpox稼111Jでは、ボイ
ラ稼動のための石炭燃焼と比較すると、全く異なってい
る。
(Problem to be Solved by the Invention) There are very few direct patent documents about burning coal/water with or without concentrating oxygen, but there are some related patents. There are examples of citations. U.S. Patent Nos. 4,394,137 and 4,326,85
No. 6 describes the generation and purification of synthesis gas produced by partial oxidation of coal. In these cases, the coal/water mixture is fed into the reaction zone with oxygen-enriched air and the C
A high BTU syngas is produced that is primarily composed of O and H2. The conditions necessary to maximize conversion to synthesis gas include very high pressures and much lower temperatures when compared to combustion. Furthermore, oxygen enrichment is primarily used to reduce the nitrogen content of the product gas' in order to maximize the BTU value of the product gas with essentially no reaction kinetics. The reaction mechanism, conditions and rationale for using oxygen are completely different in these pox 111J compared to coal combustion for boiler operation.

米国特許第4.211,174号は、石炭が水のような
スラリ媒体中で熱と硫黄含有灰副産物を回収するために
酸化され得ることを示している。開示されているのは、
酸素濃縮空気を所望の酸化結果をよシ良く達成するため
に用いることができるということである。この方法にお
いて、温度は燃焼に比較して非常に低く(−400〜7
00″F対3000〜4000’F)(−240°C〜
371℃対1649〜2204°c)、石炭内での酸素
の反応は、気体/液体反応装置内で長い面質時111」
において被酸化性および酸化成分の略々平衡組成物全発
生させるための触媒で、おこる。温度、圧力および極端
に長い滞流時間が、この方法を石炭の直接燃焼と非常に
異なったものとしている。
U.S. Pat. No. 4,211,174 shows that coal can be oxidized in a slurry medium such as water to recover heat and sulfur-containing ash byproducts. What is disclosed is
This means that oxygen-enriched air can be used to better achieve the desired oxidation results. In this method, the temperature is very low compared to combustion (-400 to 7
00"F vs. 3000~4000'F) (-240°C ~
371 °C vs. 1649-2204 °C), the reaction of oxygen within the coal is 111 during the long surface phase in the gas/liquid reactor.
This occurs with a catalyst for the total generation of an approximately equilibrium composition of oxidizable and oxidizable components. Temperature, pressure and extremely long residence times make this process very different from direct combustion of coal.

米国特許第3,941.552号は、石炭/水/油の混
合物を炉内で燃焼させる方法を述べている。この引用例
は、微粉砕固体および/またはスラリ媒質の多くの変化
が商用燃焼用に考えられ、それが酸素濃縮から利益を得
ることができることを示している。
US Pat. No. 3,941.552 describes a method of burning a coal/water/oil mixture in a furnace. This reference demonstrates that many variations of finely ground solids and/or slurry media are contemplated for commercial combustion, which can benefit from oxygen enrichment.

この発明は、上記の従来技術の問題点を解決するために
なされたもので、炉の火室内において酸素濃縮空気を用
いて石炭/水ス2りを燃焼させる方法を提供するもので
ある。
The present invention was made to solve the problems of the prior art described above, and provides a method for burning coal/water slag using oxygen-enriched air in the fire chamber of a furnace.

(問題を解決するための手段) この炉はその火室内に石炭/水スラリ、−次空気流およ
び二次空気流を供給する機構を具備している。燃焼方法
は、 (イ)燃焼火炎金主せしめ石炭を実質的に完全燃焼させ
てCO2とH2Oにするために石炭/水スラリヲー次空
気流と二次空気流と共に炉の火室内に送給することと、 (ロ)−次空気流と二次空気流が石炭と収束するとき炎
領域における空気の酸素濃度が21容量バ一セント以上
であ容t バーセント以下またはあ容量パーセントとな
るように一次空気流内に十分な量の酸素を添加すること
と、 から成るものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The furnace includes a mechanism for supplying a coal/water slurry, a secondary air flow, and a secondary air flow within its firebox. The combustion method is: (a) A combustion flame is used to feed the coal/water slurry into the furnace firebox along with a secondary air stream and a secondary air stream for substantially complete combustion of the coal to CO2 and H2O. (b) When the primary air flow and the secondary air flow converge with the coal, the oxygen concentration of the air in the flame region is greater than or equal to 21% by volume and less than or equal to % by volume of the primary air. adding a sufficient amount of oxygen into the stream; and

以下、添付図面を参照して、この発明の実施例について
詳述する。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

粒度間乃至70ミクロンの微粉砕した石炭のスジIJ 
t、水と選択された化学碓加剤全組み合わせて調製した
。この石炭/水スラリは、代表的には犯乃至75i斌%
の石炭であった。これらの添加剤は、スラリの安定性を
提供するために、ともに混合した。この燃料を第1図に
示す1つまたはそれ以上の噴射ノズルlOヲ介して第2
図に示す炉の火室燃焼領域Z内に噴霧した。石炭/水ス
ラリは、ダクト48内のノズルを介して、−次輪状通路
犯と二次輪状通路52内の燃焼を持続させるに十分な使
気と共に、所定の率で、運ばれる。通常、この量以上の
追加の空気が最適燃焼状態を維持するために必要であっ
て、この追加の空気は、一般に、過剰空気と称せられる
Finely pulverized coal streaks IJ with particle size to 70 microns
All combinations of water and selected chemical additives were prepared. This coal/water slurry is typically between 75% and 75%
coal. These additives were mixed together to provide slurry stability. This fuel is passed through one or more injection nozzles lO as shown in FIG.
The mixture was sprayed into the firebox combustion zone Z of the furnace shown in the figure. The coal/water slurry is conveyed through a nozzle in duct 48 at a predetermined rate along with sufficient air to sustain combustion in the secondary toroid and secondary toroid 52. Typically, additional air above this amount is required to maintain optimal combustion conditions, and this additional air is commonly referred to as excess air.

第1図で分かるように、通路関門で供給される空気は一
次空気と称せられ、通路52内の空気は二次空気と称せ
られる。この明細書で説明する実験において社、−次空
気流と二次空気流の両方が、産業用およびたいていの公
益事業用に使用されている従来の同心微粉砕炭バーナ・
ノズルを模擬するように、使用された。従って、−次空
気流は微粉砕炭を運ぶように石炭/水スラリを運ばない
が、噴霧された石炭/水スラリと最初に接触する1番目
の空気流であって、この流れを一次空気流と称し、同様
に、通路52内の空気を二次空気流と称する。輪状通路
内の1つの空気流だけで石炭/水スラリを適切に燃焼さ
せること、および/または、種々の制御のための他の機
構によって追加の空気を領域Zに添加することが可能で
あるが、この発明の目的のためには、ダクト50および
52内の2つの空気流を使用する有利性が明らかとなる
であろう。
As can be seen in FIG. 1, the air supplied at the passageway barrier is referred to as primary air and the air within passageway 52 is referred to as secondary air. In the experiments described in this specification, both the secondary air flow and the secondary air flow were used in conventional concentric pulverized coal burners, which are used in industrial and most utility applications.
It was used to simulate a nozzle. Therefore, the -secondary air stream does not carry the coal/water slurry as it carries the pulverized coal, but is the first air stream that first contacts the atomized coal/water slurry, and carries this stream as the primary air stream. Similarly, the air within the passageway 52 is referred to as the secondary air flow. Although it is possible to properly burn the coal/water slurry with only one air flow in the annular passage and/or to add additional air to zone Z by other mechanisms for various controls. , for purposes of this invention, the advantage of using two air flows in ducts 50 and 52 will become apparent.

第2図に示すように、燃料と空気は燃焼領域Z内で燃焼
し、領域Z内では、安定火炎が効率的な熱伝達目的のた
めに存在しなければならない。代表的に、単一火炎を第
3図のように示すことができるが、燃料とを気(−次と
二次の両方)は、ノズルIOから噴出する。火炎12は
、燃料の性質によつで特徴付けられるが、燃料の性質に
は、揮発性と表面積、酸化体特性、すなわち酸素の分圧
、および、温度と酸素対燃料比を含む。燃料/空気混合
物は、第3図に示すノズルの末日からの離れている距離
として知られているある距離で点火できる。この長さを
流速で割ったとき、その答えは点火時間と称せられる。
As shown in FIG. 2, fuel and air combust within a combustion zone Z, within which a stable flame must exist for efficient heat transfer purposes. Typically, a single flame may be shown as in FIG. 3, with fuel and air (both secondary and secondary) ejected from the nozzle IO. Flame 12 is characterized by fuel properties, including volatility and surface area, oxidant properties, ie, partial pressure of oxygen, and temperature and oxygen-to-fuel ratio. The fuel/air mixture can be ignited at a distance known as the distance from the end of the nozzle shown in FIG. When this length is divided by the flow rate, the answer is called the ignition time.

種々の燃料をこの明細署で説明する方法で燃焼させたと
き、種々に変化している点火時間全圧しるか、または、
約O乃至加ミリ秒の点火時間遅れを生じる。遅れが短か
ければ短い程、それだけ一層、火炎は安定する。点火時
間が長くなるにつれて、火炎は、消えることがある程、
不安定となる。一般的には、天然ガスおよび高品質液体
石油ガスは、殆んど点火時間遅れを生じない。微粉砕炭
、特に歴青炭は、気体燃料および液体燃料よりも点火時
間遅れが長く、これらの遅れは、主として石炭粒子の作
用、揮発性物質含有量およびバーナのうず巻きによるの
である。
When various fuels are combusted in the manner described in this specification, the ignition time may vary, or
This results in an ignition time delay of approximately 0 to + milliseconds. The shorter the delay, the more stable the flame will be. As the ignition time increases, the flame may even extinguish.
Becomes unstable. Generally, natural gas and high quality liquid petroleum gas have little ignition time delay. Finely ground coal, especially bituminous coal, has longer ignition time delays than gaseous and liquid fuels, and these delays are primarily due to coal particle action, volatile matter content, and burner swirl.

約30 M 虚%の水音含有する石炭/水スラリについ
ては、点火時間は、微粉砕された原石炭の点火時間よシ
も非常に長いのである。多くの場合、高揮発主歴青炭に
ついては、微粉砕された原石炭は、殆んど点火時間遅れ
を生じないのでおるが、石炭l水ス2りは、4乃至8ミ
リ秒の点火時間遅れを生じるのである。この問題を克服
するために、燃焼領域Z内で点火の際に点火時間を短か
くするように、ノズルto f:Hなれるに先立って空
気および/または石炭/水スラリの温度を上昇させるこ
とか、または、固体または液体の揮発性を筒めることの
いづれかが提案されている。
For a coal/water slurry containing approximately 30 M% water, the ignition time is much longer than that of pulverized raw coal. In most cases, for highly volatile bituminous coals, finely ground raw coal will have little to no ignition time delay, whereas coal-water-sulfur coal will have an ignition time of 4 to 8 milliseconds. This causes delays. To overcome this problem, it is possible to increase the temperature of the air and/or coal/water slurry prior to entering the nozzle to reduce the ignition time during ignition in the combustion zone Z. It has been proposed to either contain solid or liquid volatiles.

石炭/水スラリのボイラ内の領域2に送給される炭素の
童に基づく燃焼効率は、灰のなかに残る炭素の量によっ
て測定される。一定量の灰のなかの残留炭素量が減少す
るにつれて、炭素転換効率が増加する。気体燃料および
液石油燃料については、炭素転換効率が非常に高く、1
00 qbに近い。
The combustion efficiency based on the amount of carbon delivered to zone 2 in the coal/water slurry boiler is measured by the amount of carbon remaining in the ash. As the amount of residual carbon in a given amount of ash decreases, the carbon conversion efficiency increases. For gaseous fuels and liquid petroleum fuels, the carbon conversion efficiency is very high;
Close to 00 qb.

微粉砕歴青炭については、炭素転換効率は、石炭の品質
に従って約95 %に減少することがおる。石炭/水ス
ラリは微粉砕された原石炭といくらか同様な値を生じる
ことが期待されている。
For finely ground bituminous coal, carbon conversion efficiency can decrease to about 95% depending on the quality of the coal. The coal/water slurry is expected to yield values somewhat similar to pulverized raw coal.

(作 用) この発明によれば、石炭/水スラ17−j、火室の燃焼
領域Z内に唄射し、該スラリは、約45乃至70ミクロ
ンの粒度の石炭を約印乃至75 N k %含有してい
る。ノズル10の輪状シリンダ犯と52ヲ通過する空気
景は、安全燃焼に理論的に必要とされる量を超えるよう
に調節される。代表的な例として、毎時1カロンのスラ
リか火室の燃焼領域Z内に送給された場合、合計空気流
量は毎時約965立方ンイ−トであって、これは、輪状
スペース5of:介しての一次空気流の毎時145立方
フイートと輪状スペース52ヲ介しての二次を気流の毎
時820立方フイートの比率である。このことは、約2
0%の過剰空気となる。これらの値は1石炭と想定され
る石炭/水スラリの種類によることは明らかである。
(Function) According to the invention, a coal/water slurry 17-j is injected into the combustion zone Z of the firebox, and the slurry contains coal having a particle size of about 45 to 70 microns at a rate of about 100 to 75 Nk. Contains %. The airscape passing through the annular cylinder of nozzle 10 and 52 is adjusted to exceed that theoretically required for safe combustion. As a typical example, if one gallon per hour of slurry is delivered into the combustion zone Z of the firebox, the total air flow rate is approximately 965 cubic meters per hour, which is equal to The ratio is 145 cubic feet per hour of primary airflow and 820 cubic feet per hour of secondary airflow through the annular space 52. This means that approximately 2
0% excess air. It is clear that these values depend on the coal and the type of coal/water slurry assumed.

0以上乃至約7容量饅の濃縮酸素、好ましくは市販の純
酸素を空気に添加するが、この添加は、火室の燃焼領域
に噴射される全部の空気の酸素分圧が約0.21乃至約
0.28気圧、すなわち、0.21以上l/AJ0.2
8気圧までとなるように行なわれる。濃縮酸素の添加は
、全体的に一次空気に行なうことができるが、めるいに
、全体の空気の少なくとも0.15容量チの酸素濃縮が
一次空気の濃縮を通じて達成される場合には、−次空気
と二次空気の両方に行なうこともできる。7容量チ以上
の酸素濃縮は、追加の利益があるとしても、殆んど提案
されないのであって、その理由は、炉内温度が望ましく
ない程高くなることと、そのような高温が灰をスラグ化
して炉の内部に影響を及ばすからである。
From 0 to about 7 volumes of concentrated oxygen, preferably commercially available pure oxygen, is added to the air such that the oxygen partial pressure of the total air injected into the combustion zone of the firebox is from about 0.21 to about 7. Approximately 0.28 atm, that is, 0.21 or more l/AJ0.2
This is done so that the pressure is up to 8 atmospheres. The addition of concentrated oxygen can be carried out entirely to the primary air, but especially if an oxygen enrichment of at least 0.15 volumes of the total air is achieved through the concentration of the primary air - It can also be applied to both air and secondary air. Oxygen enrichment above 7 volumes is rarely proposed, even though it has additional benefits, because the furnace temperature becomes undesirably high and such high temperatures cause the ash to sludge. This is because the temperature changes and affects the inside of the furnace.

そのような酸素濃縮は、歴青炭を燃焼させたとき、石炭
/水ス2りの火炎の特性を顕著に変化させた。これらの
条件下で、火炎が、点火時間の顕著な短縮によって、予
想外によシ一層安定した。
Such oxygen enrichment significantly changed the characteristics of the coal/water sinter flame when bituminous coal was burned. Under these conditions, the flame unexpectedly became more stable due to a significant reduction in ignition time.

このことが、より一層高い炭素転換効率とな9、全体的
に、石炭/水スラリ混合物をすぐれた燃料源とした。こ
れらの発見を、下記の諸物によってより一層詳細に説明
する。
This resulted in higher carbon conversion efficiency9, making the coal/water slurry mixture an excellent fuel source overall. These discoveries are explained in more detail by the following.

例 1 衣Iに示す多くの微粉砕した乾燥歴青炭を、固体、液体
およびスラリ形状の燃料をたくことのできる多目的水平
バーナで燃焼させた。微粉砕炭は、第1図に示すタリト
50内を一次空気流で運んだ。
Example 1 A quantity of finely ground dry bituminous coal as shown in Clothing I was burned in a multi-purpose horizontal burner capable of storing fuel in solid, liquid and slurry form. The pulverized coal was conveyed in a primary air stream through the tallite 50 shown in FIG.

タクト48は、これらの実験中には使用しなかつ7′c
Tact 48 was not used during these experiments and was
.

衣 I ] 39.6 5.0 53.8 3.0 13,77
02 36.0 13.2 48.5 2.3 12.
5003 35.0 6.2 58.8 2.(114
,100429,23,966,92,815,125
524,2J4.7 61.1 5.0 12.920
6 17.4 17.8 64゜8 6.0 12.5
907 6.5 8.6 B4.9 0.8 13,4
808 29.9 18.1 5]、9 0.8 −−
これらの試験は、その後のスラリの研究の基準と実験指
導を定めるのに必要であった。原石炭】、2、および3
は晶揮発分を含有していて、空気中で、20俤の過剰空
気を用いて、毎時約4ボンドの割合で、燃焼し、探知し
得る点火時間遅れがなかった。原石炭4と5は、同様に
燃焼したとき、点火時間が、それぞれ3ミリ秒と7ミリ
秒であった。
Clothes I] 39.6 5.0 53.8 3.0 13,77
02 36.0 13.2 48.5 2.3 12.
5003 35.0 6.2 58.8 2. (114
,100429,23,966,92,815,125
524,2J4.7 61.1 5.0 12.920
6 17.4 17.8 64°8 6.0 12.5
907 6.5 8.6 B4.9 0.8 13,4
808 29.9 18.1 5], 9 0.8 --
These tests were necessary to establish standards and experimental guidance for subsequent slurry research. raw coal], 2, and 3
contained crystalline volatiles and burned in air at a rate of about 4 bonds per hour with 20 tons of excess air, with no detectable ignition time delay. Raw coals 4 and 5 had ignition times of 3 milliseconds and 7 milliseconds, respectively, when burned similarly.

しかし、2容量係の濃縮空気を一次を気(これは、総燃
焼壁気の15%であったが)に添加したとき、点火時r
ll!1はOに減じた。原石炭6と7だけが、引続いて
点火時間遅れを生じた。
However, when adding 2 volumes of concentrated air to the primary air (which was 15% of the total combustion wall air), at ignition
ll! 1 was reduced to O. Only raw coals 6 and 7 continued to experience delayed ignition times.

追加の酸素濃縮を石炭6に行ったとき、酸素添加場所が
#I¥来に顕著な影響を及はしたことが予想外に分かっ
た。例えば、酸素濃縮を一次空気内にさらに増加して4
容愈係としたとき(21,6容量係の酸素の総燃焼空気
を生じた)、石炭6の点火時間は0に減じた。しかし、
濃縮酸素を二次空気流に添加したとき、結果は、予想外
に劣ったものであった。二次空気内の1.1容に%の酸
素濃縮レベル(22,08童チの酸素の総燃mを気を生
じたンでも、−次空気流に添加の場合の0への減少に比
較して、点火時間は12.1ミ17秒から10.6ミ1
7秒に減少しただけであった。これを基準にして、さら
にすべての酸素濃縮試験を点火時間遅れについて、最大
の利益ft達成するために、−次空気流に酸素を添加し
て行った。
When additional oxygen enrichment was applied to Coal 6, it was unexpectedly found that the location of oxygen addition had a significant effect on the #I rate. For example, increasing oxygen enrichment further into the primary air
The ignition time for coal 6 was reduced to 0 when the volume was reduced to 21.6 volume (resulting in a total combustion air of 21.6 volume oxygen). but,
When concentrated oxygen was added to the secondary air stream, the results were unexpectedly poor. Oxygen enrichment level of 1.1% by volume in the secondary air (22,08 m) produced a total combustion of oxygen in the secondary air, compared to a decrease to 0 when added to the secondary air flow. So, the ignition time is from 12.1 mm 17 seconds to 10.6 mm 1
It only decreased to 7 seconds. On this basis, all oxygen enrichment tests were also conducted with oxygen added to the secondary air stream to achieve maximum benefit ft for ignition time delay.

微粉砕炭燃焼のもう1つの興味のある結果と一次空気濃
縮の予想外の結果に、酸素濃縮のスラグ発色に及ぼす影
響であった。スラグの発生は、水冷プローブを燃焼器の
排気部の前に挿入して測定した。スラグの発生は、プロ
ーブ上の灰の付着で測定したように、濃縮酸素を二次空
気に添加したとき、るるいは、予備混合して一次空気と
二次空気の両方に添加したときに、増加した5、シかし
、濃縮酸素を一次空気だけに添加したときには、スラグ
の溶着は顕著に減少した。例えば、原石炭8のような異
常に高灰分石炭を燃焼させたとき、プローブ上のスラグ
溶着は、酸素濃縮を4容訊%に増加したとき、約45%
減少した。この予想外の結果は、−次空気だけを濃縮す
ることを濃縮の好ましい利用であるとすることをさらに
支持するものである。
Another interesting and unexpected result of pulverized coal combustion and primary air enrichment was the effect of oxygen enrichment on slag coloration. Slag generation was measured by inserting a water-cooled probe in front of the combustor exhaust. Slag generation occurs when enriched oxygen is added to the secondary air, as measured by ash buildup on the probe, or when premixed and added to both the primary and secondary air. Slag welding was significantly reduced when increased 5,000 ml of concentrated oxygen was added to the primary air only. For example, when burning an abnormally high ash coal such as Raw Coal 8, slag welding on the probe increases by approximately 45% when the oxygen enrichment is increased to 4%.
Diminished. This unexpected result further supports concentrating only sub-air as the preferred use of condensation.

例1で説明した多目的水平バーナを石炭/水スラリの燃
焼に使用した。最初に明らかであったのは、点火とそれ
に続く石炭/水スラリの火炎の安定化が困難であったと
いうことであった。しかし、非常に不安定であっても、
一旦、火炎が点火されると、濃縮酸素の導入は、火炎の
空気力学に顕著な影響を及はし、ある特定の場合には、
火炎をなめるようにさせた。特に、二次空気内への酸素
添加にもかかわらず、火炎がなめるか、または点火しな
いということが分かった。ところが、酸素を一次空気に
添加したときには、火炎が点火するのみならず、よシ一
層短かい遅れで点火し、しかも全体的により一層安定し
た火炎t’Eじる。結論としては、−次空気内への酸素
濃縮は、石炭/水スラリについての点火#開の遅れと火
炎の安定性を、空気だけのなかでの燃焼または二次空気
内への酸素添加の場合と比較して、驚く程、教官した。
The multi-purpose horizontal burner described in Example 1 was used to burn a coal/water slurry. It was initially apparent that ignition and subsequent stabilization of the coal/water slurry flame was difficult. However, even if it is very unstable,
Once the flame is ignited, the introduction of concentrated oxygen has a significant effect on the aerodynamics of the flame, and in certain cases
I made him lick the flames. In particular, it has been found that the flame licks or does not ignite despite the addition of oxygen into the secondary air. However, when oxygen is added to the primary air, the flame not only ignites, but ignites with a much shorter delay, and produces an overall more stable flame. In conclusion, oxygen enrichment in secondary air improves ignition delay and flame stability for coal/water slurries, combustion in air alone or oxygen addition in secondary air. The instructor was surprisingly good in comparison.

例 2 衣「に示す特性を有する種々の石炭/水スラリを、例1
で説明したバーナで燃焼させた。
Example 2 Various coal/water slurries having the properties shown in Example 1
It was combusted with the burner described in .

表 ■ 石炭(重量層、CWS) 69.3 75.4 69.
4 69.9揮発分(重量も原石炭) 32.4 17
.1 35.7 32.7揮発分(重量層、CWS) 
24.7 13.1 24.8 22.9灰(重量層、
CWS) 4,9 13.4 5.9 6.9硫黄(重
量%、CWS) 0.66 ’1.93 0,81 0
.77窒素(重量%、CWS) 1.22 0.83 
1.12 1.41加熱値(Btu/ボンド) 11.
041 9,47Q 10,180 10.180塊平
均直径(ミクロンン 44 48 67 48種々の市
販業者が調製した4つの異なった石炭l水スジIJ i
試験プログラムで使用した。石炭/水ス2す燃料は毎時
0.10ガロンの割合でたき(カロリー、10,000
 BTU 7時)、約100ミクロンの平均液滴寸法で
噴霧した。スラリは第1図のダクト48として示す中心
通路を介し炉の丁度噴射点でポンプでくみ上げ、超音波
I!Jt霧した。これらの燃料をたくに際して、−次空
気は総燃焼空気の15係で、全体の過剰空気は20%で
あった。これらの燃焼試験において、濃縮空気全−次空
気に添加した。これらの結果を表■に示す。
Table ■ Coal (heavy layer, CWS) 69.3 75.4 69.
4 69.9 Volatile matter (weight also raw coal) 32.4 17
.. 1 35.7 32.7 Volatile content (heavy layer, CWS)
24.7 13.1 24.8 22.9 ash (heavy layer,
CWS) 4,9 13.4 5.9 6.9 Sulfur (wt%, CWS) 0.66 '1.93 0,81 0
.. 77 Nitrogen (wt%, CWS) 1.22 0.83
1.12 1.41 Heating value (Btu/bond) 11.
041 9,47Q 10,180 10.180 Lump average diameter (microns) 44 48 67 48 Four different coal l water streaks IJ i prepared by various commercial vendors
Used in test program. Coal/water gas burns at a rate of 0.10 gallons per hour (calories, 10,000
BTU 7 hours) and was sprayed with an average droplet size of approximately 100 microns. The slurry is pumped through a central passage, shown as duct 48 in FIG. Jt foggy. In preparing these fuels, the secondary air was 15 parts of the total combustion air, and the total excess air was 20%. In these combustion tests, enriched air was added to the total primary air. These results are shown in Table ■.

表 nI 石炭/水スラリの点火時tuft −次空気(15%) 濃 縮 (容量係酸素) 石炭燃料 21係 22% 23% 2E%スラリA3
.6000 スラリB 00 (X) 10.5 4.5スラリC8
400 スラリD4.1000 注二点火時間fiミIJ秒で表示。
Table nI Tuft during ignition of coal/water slurry - Next air (15%) Concentration (oxygen by volume) Coal fuel 21st 22% 23% 2E% slurry A3
.. 6000 Slurry B 00 (X) 10.5 4.5 Slurry C8
400 Slurry D4.1000 Note 2 Ignition time is displayed in IJ seconds.

濃縮空気を添加しなかったとき、すなわち、−次空気が
21容量係の酸素を含有していた場合、非常に長い点火
時間の遅れが測定されたことが分かった。点火した火炎
は、全く不安定であって、維持するのが困離であった。
It was found that when no enriched air was added, ie when the secondary air contained 21 volumes of oxygen, a very long ignition time delay was measured. The flame that ignited was quite unstable and difficult to maintain.

酸素を一次空気にn容に%添加したとき、点火時間の遅
れは減少したが、微粉砕炭を用いた燃焼試験からの点火
時間の遅れ、または従来技術のものよりも予想外に長い
濁れであった。スラリAとDについては、点火時間はO
に減少し、点火時間の遅れを示さなかった。濃縮空気を
さらに増加して一次空気’(i−23容i%で生じさせ
たとき、スジIJ、Cの点火時間も0に減少した。
When oxygen was added to the primary air at % n volume, the ignition time delay was reduced, but the ignition time delay from combustion tests with pulverized coal or turbidity was unexpectedly longer than that of the prior art. Met. For slurries A and D, the ignition time is O.
showed no delay in ignition time. When the concentrated air was further increased to produce primary air' (i-23 volume i%), the ignition time of streaks IJ and C also decreased to 0.

スジ17 Bは、依然として、点火時間がかなp遅れた
が、B以外のすべての火炎に、すぐれた安定性を示した
Streak 17 B still had a slight delay in ignition time, but showed excellent stability for all flames except B.

これらの結果全解釈すると、点火時間は、原石炭の揮発
分の顯著な影響を受けている。すなわち、揮発分の含有
率が高ければ高い程、他のものはすべて一定であっても
、それだけ一層、点火時間が短かいのである。ス2すB
の場合、揮発分含有率が非常に低かったので一次空気の
酸素濃縮を6容量チにした後でも、相当な点火時間の遅
れを経験したが、酸素濃縮が、低揮発性石炭と高揮発性
石炭のいづれにも点火時間の遅れを減少させるのに非常
に有利でめったことが分かった。
When all these results are interpreted, the ignition time is significantly influenced by the volatile content of the raw coal. That is, the higher the volatile content, all else being constant, the shorter the ignition time. S2S B
The volatile content was so low that even after oxygen enrichment of the primary air was reduced to 6 volumes, considerable ignition time delays were experienced; It has been found to be very advantageous and rare to reduce the ignition time delay for either coal.

種々の乾燥微粉砕炭を、例1で示した装置で、酸素濃縮
空気を用いて、別の実験で燃焼させた。
Various dry pulverized coals were combusted in separate experiments in the apparatus described in Example 1 using oxygen-enriched air.

これらの石炭の点火時間をスラリと比較したとき、スラ
リの点火時間は、同じ同等の原石炭の揮発分におけると
きよ′シも常に非常に長かったことが分かった。例えば
、石炭の揮発分が約32乃至あ重量%のとき、微粉砕炭
は、空気中で燃焼させたときでも、明らかな点火時間の
遅れを示さなかったが、スラリA、CおよびDは、かな
りの遅れを示した。
When comparing the ignition times of these coals to slurries, it was found that the ignition times of slurries were always much longer than those of the same comparable raw coal volatile content. For example, when the volatile content of the coal was about 32 to 10% by weight, the pulverized coal showed no obvious ignition time delay even when burned in air, whereas slurries A, C, and D It showed a considerable delay.

したがって、点火時間の遅れは、石炭/水スラリについ
ては、微粉酔態石炭データからは、遅れは測定されてい
ないので、予言できない。スヘに、酸素碌縮の予想外の
役割も、同じ理由で従来技グから予言できない。
Therefore, ignition time delays cannot be predicted for coal/water slurries from pulverized inebriated coal data since no delays have been measured. The unexpected role of oxygen depletion in Suhae cannot be predicted from conventional techniques for the same reason.

例3 例1と例2で説明した同じ水平燃焼器内で、同じ石炭と
石炭/水スジIJ t−燃焼させて炭素転換効率を測定
した。これらの試験において、−次空気は総燃焼空気の
15係に、再度、制御し、20%の過剰空気の全部全燃
焼器へ送給する状態とした。これらのすべての試験にお
いて、総燃焼空気の酸素濃縮を約1容量%まで増加させ
た。すなわち、−次空気に酸素を添加した実験では、酸
素含有率は27.7容量%までであり、二次を気に酸素
を添加した実験では、酸素含有率は22.1容量%まで
であった。炉全冷壁(室温)でたいた例1と2に説明し
た実験とはちがって、これらの実験は、炉を約900℃
に予熱して行った。先立噴射は、約1時間にわたる各実
験の全期間中、続けた。したがって、例2に比較して、
点火時間の遅れは、よシ一層短かく、火炎は、より一層
安定したが、これは、主として温度が高かったことによ
るものである。このようにして、二次空気流に酸素を濃
縮した状態での燃焼が可能であったので、炭素転換効率
の研究を行うことができた。
Example 3 In the same horizontal combustor as described in Examples 1 and 2, the same coal and coal/water streak IJ t-combustion were performed to measure carbon conversion efficiency. In these tests, secondary air was again controlled at 15% of the total combustion air, with 20% excess air being delivered to the entire combustor. In all of these tests, the oxygen enrichment of the total combustion air was increased to about 1% by volume. That is, in experiments in which oxygen was added to secondary air, the oxygen content was up to 27.7% by volume, and in experiments in which oxygen was added with secondary air in mind, the oxygen content was up to 22.1% by volume. Ta. Unlike the experiments described in Examples 1 and 2, in which the furnace was heated entirely at cold walls (room temperature), these experiments heated the furnace at approximately 900°C.
I preheated it. The pre-injection continued for the entire duration of each experiment, which lasted approximately 1 hour. Therefore, compared to example 2,
The ignition time delay was much shorter and the flame was more stable, primarily due to the higher temperature. In this way, combustion was possible with oxygen enriched in the secondary air stream, allowing studies of carbon conversion efficiency to be carried out.

表■は、表■に記載した石炭/水スラリについての実験
的に測定した炭素転換効率を含んでいる。
Table ■ contains experimentally determined carbon conversion efficiencies for the coal/water slurries listed in Table ■.

純石炭についてのデータも比較のために示されている。Data for pure coal is also shown for comparison.

炭素転換効率は、次の2方法で測定した。すなわち、(
1)排気中の気体CO2、COおよび02の濃度を監視
することによって、(2)排気中の微粒子(灰)を捕捉
し残留物中の炭素を測定することによって、行った。完
全燃焼においては、灰中には炭素はなく、cogの深度
は、燃料の最終分析に基づいてその最高可能値に達して
いる。
Carbon conversion efficiency was measured by the following two methods. That is, (
This was done 1) by monitoring the concentration of gases CO2, CO and 02 in the exhaust gas; (2) by capturing particulates (ash) in the exhaust gas and measuring carbon in the residue. At complete combustion, there is no carbon in the ash and the cog depth has reached its highest possible value based on the final analysis of the fuel.

表■のデータが示すように、総燃焼空気の全体にわたる
1容量チの濃縮(−次空気02は、21容餓チから27
.7容量係へ、二次空気o2は、 22.1容iチまで
)で、微粉砕炭の火炎と石炭/水スラリの火炎の炭素転
換効率が驚くほど増加した。特に、酸素を一次空気に導
入したときの1容量チの全体にわたる酸素濃縮では、二
次空気に前記の酸素濃縮を行ったときよシも炭素転換効
率が増加した。さらに、5容食チの酸素の一次空気酸素
濃縮(0,6容量%の総燃焼空気濃縮)は、試験したス
ラリのうちの3つについて、最大可能な炭素転換効率を
もたらすのに十分でめった。純石炭についての結果にも
かかわらず、ス2りについての炭素転換の増加が純石炭
についての炭素転換の増加よりも、スラリ中の水が関連
しても、よ勺一層低い02の濃縮率において、大であろ
うということ全発見したのは予想外であった。
As the data in Table 1 shows, the concentration of 1 volume of air over the total combustion air (02 - 2 volume of starved air varies from 21 volumes of starved air to 27
.. The carbon conversion efficiency of pulverized coal flames and coal/water slurry flames was surprisingly increased with secondary air O2 up to 22.1 volumes. In particular, oxygen enrichment over a single volume when oxygen was introduced into the primary air increased the carbon conversion efficiency compared to when the secondary air was enriched with oxygen. Furthermore, the primary air oxygen enrichment of 5 volumes of oxygen (total combustion air enrichment of 0.6% by volume) was rarely sufficient to yield the maximum possible carbon conversion efficiency for three of the slurries tested. . Despite the results for pure coal, the increase in carbon conversion for slurry is much lower than the increase in carbon conversion for pure coal, even when water in the slurry is involved. What I discovered was unexpected.

表 ■ 石炭および石炭/水ス2り火炎炭素転換効率酸素濃縮お
よび酸素濃縮なし および対酸素濃縮空気導入 炭素転換効率←) 一次空気(15%) 二次望見(85%)ね縮 濃縮 スラリB −−−−8694−941−−−−揮発分(
貰Lk%、原石炭) 29.9灰(N童係、原石炭) 
18.1 固定炭素(重量%、原石炭) 51.2水分(重量%)
0.8 加熱値(Btu/ボンド) 12,032表■に記載の
結果は、酸素濃縮空気の導入の重要なことと少しばかシ
低レベルの酸素濃縮が効果があることを実証している。
Table ■ Coal and coal/water/water flame carbon conversion efficiency Oxygen enrichment, no oxygen enrichment, and oxygen enrichment air introduction carbon conversion efficiency ←) Primary air (15%) Secondary observation (85%) Negative condensation Concentrated slurry B ----8694-941----Volatile content (
Received Lk%, raw coal) 29.9 ash (N child care, raw coal)
18.1 Fixed carbon (wt%, raw coal) 51.2 Moisture (wt%)
0.8 Heating Value (Btu/Bond) 12,032 The results listed in Table 3 demonstrate the importance of introducing oxygen-enriched air and the effectiveness of slightly lower levels of oxygen enrichment.

この現象は、原料石炭粒子が一次空気流との直接の接触
を介してその脱蔵作用が助長される結果である。脱蔵作
用は、点火中および点火直後に一次空気流内で顕著にお
こるので、濃縮空気の有利性は、それを−次空気に添加
したときに最高となる。一定の燃焼率において、(イ)
酸素濃縮空気を間違った位償で導入すると、この改善さ
れた石炭燃焼方法の効果が減少し、しかして、(ロ)−
次空気の酸素分圧を5容量%以上に濃縮すると、炭酸転
換効率をさらに明らかに増加する結果とはならない。炭
素転換効率については、よシ一層高いレベルの酸素濃縮
−次空気の使用が、高い炭素転換効率を維持している間
にょシ一層高い燃焼率がめられる場合に、保証されるで
あろう。この効果は、酸素分圧が2Fl”i %の一次
空気を用いて燃焼させた石炭/水スジIJA、Cおよび
DKついてのデータが説明している。これらの試験にお
いて、炭素転換効率は、これらのスラリを毎時0.1ガ
ロンの割合で燃焼させたとき、スヘて、99+であった
。この濃縮レベルにおいて、石炭/水スラリの流量は、
99%の炭素転換効率を維持しながら毎時0.1が口/
から毎時0.75ガロンに増加できることが決定された
This phenomenon is a result of the devolatilization of raw coal particles being facilitated through direct contact with the primary air stream. Since devolatilization occurs significantly within the primary air stream during and immediately after ignition, the benefits of enriched air are greatest when it is added to the primary air. At a constant combustion rate, (a)
Introducing oxygen-enriched air at the wrong rate will reduce the effectiveness of this improved method of coal combustion, thus reducing the
Concentrating the oxygen partial pressure of the subair to more than 5% by volume does not result in a further significant increase in carbonation conversion efficiency. For carbon conversion efficiency, the use of higher levels of oxygen-enriched subair would be warranted if higher combustion rates were to be achieved while maintaining high carbon conversion efficiency. This effect is illustrated by data on coal/water streaks IJA, C and DK combusted using primary air with an oxygen partial pressure of 2Fl"i%. In these tests, the carbon conversion efficiency of these slurry at a rate of 0.1 gallons per hour, it was 99+. At this concentration level, the flow rate of the coal/water slurry was:
0.1 m/h while maintaining 99% carbon conversion efficiency
It was determined that this could be increased from 0.75 gallons per hour.

(発明の効果) 要約すると、比較的低レベルの酸素を一次空気流に添加
すると、燃焼空気は、炭素転換効率が予想外に改善され
、このことが、石炭を含んでいる燃料の効率的な新しい
利用法を表わしているのである。二次空気流への酸素添
加も、う/スまたは分離した方向のダクトのような他の
機構全弁しての燃焼領域への酸素添加に期待されるよう
に有利であることを示したが、−次空気流の濃縮で分か
った予想以上に大きい改善は、予知できなかったし、ま
た、補外することもできなかった。
EFFECTS OF THE INVENTION In summary, when relatively low levels of oxygen are added to the primary air stream, combustion air has an unexpectedly improved carbon conversion efficiency, which increases the efficiency of coal-containing fuels. It represents a new usage. Oxygen addition to the secondary air stream has also been shown to be advantageous, as would be expected from oxygen addition to the combustion zone via other mechanisms such as ducts or separate directional ducts. The larger-than-expected improvement found in condensing the , -second air stream could not have been predicted or extrapolated.

全体的に、前記の2例は、−次空気流または二次空気流
への酸素添加が、4種類の石炭/水スラリについて点火
時間と炭素転換効率を改善するということの証拠を提供
しているのである。このデータに基づいて、有利性を最
大限にするためには、−次璧気流に濃縮酸素を添加する
ことが好ましい。
Overall, the two examples above provide evidence that oxygen addition to the primary or secondary air stream improves ignition time and carbon conversion efficiency for four types of coal/water slurries. There is. Based on this data, it is preferred to add enriched oxygen to the -substance air stream for maximum benefit.

点火時間または炭素転換効率の機構は、スラリ相内の炭
素を含んでいる粒状燃料については同じであるから、石
炭についてこの明#1I141:で説明した有利性は、
同様に燃焼させる他の固体について明確に理解できると
いうことが結論として言うことができる。同じ理論的根
拠を用いて、次のことも結論できる。すなわち、特定の
石炭/水スラリについての最適酸素濃縮は、特定のスラ
リの特性に依存するものである。試験した4種類のスラ
リについては、燃焼領域における酸素の最高全体濃度は
、約23.0容fL−4であった。このレベルにおいて
、点火と炭素転換効率は、驚く程、改善された。しかし
、次のことを期待するのが合理的である。すなわち、よ
り一層高度の酸素濃縮が、独特の異なったノズル設計の
より一層大きなバーナ・ノズルについて、また、揮発分
と特性が上記の諸物で用いた石灰と異なっている石炭に
ついて、必要とされるかもしれないのである。約28.
08*’lrまでの範囲の総燃焼空気中の酸素含有率を
この明細書忙説明した有利性を達成するために利用する
ことができるということが考えられている。
Since the mechanism of ignition time or carbon conversion efficiency is the same for granular fuels containing carbon in the slurry phase, the advantages described in this article for coal are:
It can be concluded that we have a clear understanding of other solids that are similarly combusted. Using the same rationale, we can also conclude that: That is, the optimal oxygen enrichment for a particular coal/water slurry will depend on the characteristics of the particular slurry. For the four slurries tested, the maximum overall concentration of oxygen in the combustion zone was approximately 23.0 vol fL-4. At this level, ignition and carbon conversion efficiency were surprisingly improved. However, it is reasonable to expect that: That is, a higher degree of oxygen enrichment is required for larger burner nozzles with uniquely different nozzle designs, and for coals whose volatile content and properties differ from the lime used in the above. It may happen. Approximately 28.
It is believed that oxygen contents in the total combustion air in the range up to 0.08*'lr can be utilized to achieve the advantages discussed throughout this specification.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、燃料と酸化体を炉内に噴射するために使用さ
れる代表的なバーナ、ノズルの略斜視図、第2図は、燃
料が燃焼する火室を備えた従来のボイラの略断面図、第
3図は、点火後ノズルからの燃料と酸化体の流れによっ
てつくられる火炎の説明図である。 10・・・噴射ノズル、12・・・火炎、招・・・ダク
ト、刃・・・−次輪状通路、52・・・二次輪状通路、
2・・・火室燃焼領域。 特許出願人 エアー、プロダクツ、アンド。 ケミカルス、インコーホレーテッド FIG、1 ◆ <)−ヘラ4ンシつ1− FIG、J
Figure 1 is a schematic perspective view of a typical burner and nozzle used to inject fuel and oxidant into the furnace; Figure 2 is a schematic diagram of a conventional boiler with a firebox in which the fuel is combusted; The cross-sectional view, FIG. 3, is an illustration of the flame created by the flow of fuel and oxidant from the nozzle after ignition. 10... Injection nozzle, 12... Flame, invitation... duct, blade... - secondary annular passage, 52... secondary annular passage,
2...Firebox combustion area. Patent Applicant Air, Products, &. Chemicals, Incoholated FIG, 1 ◆ <)-Hera 4 units 1- FIG, J

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)石炭を実質的に完全燃焼させてCO2とHaOに
するために石炭/水スラリと一次空気流および二次空気
流を火室内に供給する機構を具備している炉の火室内に
おいて酸素濃縮空気を使用し、0)燃焼火炎金主せしめ
るために石炭/水ス2りを一次空気流と二次空気流と共
に炉の火室内に送給することと、 (ロ)−次空気流と二次空気流が石炭と収束するとき火
炎領域における空気の酸素濃度が21容披パ一セント以
上羽容鎗パーセントまでとなるように一次空気流内に十
分な量の酸素を添加することと、 から成る石炭/水スラリの燃焼方法。
(1) Oxygen in the firebox of a furnace equipped with a mechanism for supplying a coal/water slurry and primary and secondary air streams into the firebox for substantially complete combustion of the coal to CO2 and HaO. using concentrated air; (0) feeding the coal/water mixture into the furnace firebox along with a primary air flow and a secondary air flow to create a combustion flame; (b) a secondary air flow; adding a sufficient amount of oxygen into the primary air stream such that when the secondary air stream converges with the coal, the oxygen concentration of the air in the flame zone is greater than or equal to 21 percent by weight; A method of combustion of a coal/water slurry consisting of:
(2)前記−次を気は、燃焼のために送給される全体の
空気の約15チでおることを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の石炭/水スラリの燃焼方法。
2. A method for combustion of a coal/water slurry according to claim 1, wherein said air is about 15 inches of the total air delivered for combustion.
(3) 前記燃焼は、火室への20%の全過剰空気で行
なわれることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
石炭/水スラリの燃焼方法。
3. The method of claim 1, wherein the combustion is carried out with a total excess of 20% air into the firebox.
(4)前記石炭/水ス2りは、その揮発分が少なくとも
加重量係であることを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の石炭/水スラリの燃焼方法。
(4) The method for burning a coal/water slurry according to claim 1, wherein the coal/water slurry has a volatile content of at least a weighted amount.
(5)前記空気流は、その全部がn容!俤まで酸素で濃
縮されていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載の石炭/水スラリの燃焼方法。
(5) The entire air flow is n volume! A method for combustion of a coal/water slurry according to claim 1, characterized in that the slurry is enriched with oxygen to a maximum of 50%.
(6) 前記炉の火室は、発電における蒸気を発生させ
るための公益事業用がイラであることを特徴とする特許
請求の範囲第1項記載の石炭/水スラリの燃焼方法。
(6) The method for burning coal/water slurry according to claim 1, wherein the firebox of the furnace is for public utility use to generate steam for power generation.
(7)前記−次空気流は、その酸素濃度が21チ以上2
7.7俤までであることを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の石炭/水スラリの燃焼方法。
(7) The second air flow has an oxygen concentration of 21 or more
The method of burning coal/water slurry according to claim 1, characterized in that the combustion rate is up to 7.7 yen.
(8)前記炉の火室は、作業用に使用されるための蒸気
を発生させるための産業用ボイラであることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の石炭/水スラリの燃焼方
法。
(8) The coal/water slurry combustion method according to claim 1, wherein the firebox of the furnace is an industrial boiler for generating steam for use in work. .
JP4095985A 1984-03-02 1985-03-01 Method of burning coal/water slurry Pending JPS60211216A (en)

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US585796 1984-03-02
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5413489A (en) * 1977-06-30 1979-01-31 Midland Ross Corp Apparatus and method for concentrating oxygen of combustion air
JPS5749725A (en) * 1980-09-10 1982-03-23 Sanwa Kigyo Kk Device and method of burning liquefied coal

Patent Citations (2)

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