JPS6036810A - 固体燃料のガス化のためのバーナー - 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ガス化のためのバー
ナーと、そのようなバーナーを使用するガス化方法に関
する。

固体燃料のガス化は、−酸化炭素および水素とから主と
して構成される生成ガスを生成するために、準化学量論
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
、固体燃料を部分燃焼させる方法として定義され得る。

燃焼媒体の構成物に依存して、生成゛ガスは、有益とな
り得るかまたは汚染物として考えられ得るその他の物質
を更に含む。

本発明は、主として微粉炭について参照しつつ記載され
るであろうけれども、本発明に関するバーナーおよび方
法は、亜炭、木材、ビチューメン、すすおよび石油コー
クスのような、ガス化出来るその他のタイプの固体燃料
に対しても更に好適であることに注意すべきである。

良く知られたガス化方法に従えば、微細分されれた状態
の固体燃料は、担体ガスと共にバーナーを介して反応器
区域に向かって通過し、その間燃焼媒体は、バーナー内
部で固体燃料流に伺加されるか、あるいは前記反応器区
域内へ別個に導入される。反応体が互いに効果的に混合
されることに、多大な注意が払われなければならない。

もし反応体が互いに密接な接触を生じなければ、酸素お
よび固体燃料は、少なくとも部分的に独立した流れ径路
を辿って反応器内部に流れるであろう。反応器区域は、
主として高温の一酸化炭素および水素で満たされている
ので、酸素は固体燃料の代りにこれ等のガスと急速に反
応するであろう。そのように反応して形成された非常に
高温の燃焼は！酸化炭素と水蒸気とを生成し、その２酸
化炭素と水蒸気もまた、比較的に低温の固体燃料流とわ
ずかな接触しか有しない独立した流れ径路を辿るであろ
う。酸素のこのような作用は、反応器内に局部的な高温
地点を生ずるであろうし、それにより反応器の耐火性内
張に対して損傷を生じ、そして適用されたバーナーに対
する熱流束（ｈｅａｔ　ｆｌｗｘ　）か増加する可能性
がある。

固体燃料と酸素との十分な混合は、バーナーそれ自体の
中で酸素を固体燃料に付加することにより達成出来る。

この方法の欠点は、然しなから−特に高圧のガス化にお
いては−、バーナーの設計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。この原因は、混合
の瞬間と燃料／酸素混合物が反応器区域に入り込む瞬間
との間の経過時間が、混合物の燃焼誘導時間よりもいつ
も短くなければならないことである。その」二、フラッ
シュバンク現象を避けるために、バーナー内の混合物の
速度は火炎伝播速度よりも速くなければならない。然し
なから、ガス化圧力の上昇に際して、燃焼誘導時間は短
縮されそして火炎伝播速度は増加する。更に、もしバー
ナーが低燃料負荷で作動される場合、換言すると、もし
バーナー内の燃料／酸素混合物の速度が低い場合、燃焼
誘導時間またはフラッシュバック状態は、バーナーそれ
自体内に容易に達し、その結果バーナーに対して過熱を
生じそしてバーナーに対して激しい損傷を与える可能性
がある。

早期燃焼についての上記の問題は、燃料と酸素がバーナ
ーの外側の反応器区域内で混合される場合には生じない
。この場合、上述したように、燃料の効果的なガス化の
ために必要な十分な混合を保証するために特別な措置が
講じられるべきである。燃料および酸素の反応器区域内
のバーナーの外側での混合の欠点は、反応器区域内に存
在する生成ガス、ずなわぢ−酸化炭素および水素、と酸
素との早期接触により発生する高温の火炎のため、バー
ナー前面が過熱することである。燃料と酸素との密接な
混合を促進するために、酸素を高速度ジェットとして燃
料流内に加えることが既に提案されている。そのような
高速度ジェットは、然しなから、反応ガスの容易な混入
を、反応器空間におりる過熱区域形成の危険性と共に生
じさせる。

既に上述したように、そのような過熱区域は、反応器の
耐火性内張およびバーナーの前方部分に対する損傷の原
因に容易になり得る。

本発明の７つの目的は、固体燃料のガス化のための改良
されたバーナーであって、既知のバーナーを使用した場
合における燃料／酸素の混合に伴う上記の欠点を翁する
ことなく、バーナー外側で燃料と酸素との適当な混合が
達成出来るようなバーナーを提供することである。

本発明に関する微細分された固体燃料のガス化のための
バーナーは、酸素供給通路と、該酸素供給通路の内側で
同軸線上に配置された固体燃料供給通路を含み、該酸素
供給通路は、中央の高速度酸素出口通路へ合流しかつく
びれだ通路を介して別体の環状の低速度酸素出口通路へ
合流しており、前記くびれだ通路は、中央の高速度酸素
出口通路の上流側端部またはその下流側にて配置されて
おり、該固体燃料供給通路は、該中央の高速度酸素出口
通路と環状の低速度酸素出口通路との間に配置された固
体燃料出口通路へ合流している。

中央の酸素供給通路と環状の低速度酸素出口通路との間
のくびれだ通路は、異なった棲数の態様で形成され得る
。酸素の一様な流出を促進するために、このくびれか通
路は好ましくは、環状の低速度酸素出口通路上に一様に
分布された級数の通路、または環状の低速度酸素出口通
路と同軸線に配置された環、のいずれかにより形成され
る。

低速度酸素出口通路からの酸素の流出速度を更に減少さ
せるため、環状の低速度酸素出口通路は好ましくは下流
側方向に徐々に拡大されている。

この態様において中央の酸素供給通路内の酸素速度は、
本発明に関するバーナーの作動中に低速度酸素出口通路
より流出する低速度酸素のシールド作用に影響を及ぼす
ことなく、比較的高速度に選択されることが出来る。

作動中、低速度酸素出口通路より流出する低速度酸素は
、高速度酸素および固体燃料流の周囲にシールドを形成
し、それにより高速度酸素流による高温反応ガスの過度
の吸い込みを防止する。高温の反応ガスをバーナー表面
に沿って吸い込むことは、過熱を生じ得そしてバーナー
それ自体にまでも損傷を与え得る。バーナー前面の過熱
を防止する保護シールドを形成することは別として、該
低速度酸素流は、固体燃料のガス化を完全にするため酸
素を付加的に供給するのに更に役立つ。

ガス化されるべき固体燃料の質は、純粋な酸素または自
灸素含有ガスにより形成されたガス化媒体と固体燃料と
の適当な接触に必要な混合度に対する必要条件を設定す
る。所要の混合度に応して、固体燃料出口通路は中央の
高速度酸素出口通路に対して平行に、または下流側方向
に前記高速度酸素出口通路に向かうテーパーを有する位
置に配置され得る。

低速度酸素シールドの最適な効果を達成するために、該
シーツシトは好ましくは、固体燃料流の周囲を密封する
ように形成されるへきである。このことは、環状の低速
度酸素出口通路と固体燃料出口通路とは、平行な径路を
辿るように配置されるべきことを意味し、また換言すれ
ば、両通路は中央の高速度酸素出口通路に対して平行で
あるか、または下流側方向にテーパーを有するかのいず
れかであるべきことを意味する。

もし提案されたバーナーが固体燃料の比較的低い処理量
を目的としている場合には、固体燃料出口通路は、中央
の高速度酸素出口通路を環状の低速度酸素出口通路から
分離している環状の導管により都合良く形成され得る。

該環状の導管は、総ての固体燃料の粒子が酸素と接触出
来るようにするため、寧ろ限定された厚さを有する。

比較的大きな処理量を完了するためには、環状の出口通
路の適用をやめるこ七が得策である。そのような環状の
ものでは寧ろ大きな厚さを有する必要があるので、総て
の固体燃料粒子を酸素と接触させるのに適当ではないか
らである。

もし提案されたバーナーが大きな処理量を目的としてい
る場合には、固体燃料出口通路を間隔をおいてμ８１れ
た比較的小さな複数の出口導管により形成することは、
それ故に得策である。この具体例の７つの利点は、各々
が酸素により十分に包囲される比較的細い複数の固体燃
料流を発生させることが出来るという点より構成される
。これ等の導管は好適には、中央の高速度酸素出口通路
を環状の低速度酸素出口通路から分離している管状要素
上に、一様に分布される。該固体燃料出口導管は該管状
要素の外側またはその内側表面にて配置され得る。

本発明に関する上記バーナーの変更例においては、筒状
部側の壁部には固体燃料の通路のための水力’ｉＩジけ
られている。

固体燃料供給通路は好ましくは円筒形状を有する通路に
より形成され、該通路はバーナー内部で対称的な配置を
得るために酸素供給通路の内側の中央に配置されており
、該対称的な配置は作動中振動を減少するのに都合が良
い。当該技術において知られているように、固体燃料出
口通路の横断面積は固体燃料通路中のよどみ区域形成の
危険を防止するために、好ましくは固体燃料用［１通路
の横断面積と等しく選択される。

中央の出口通路における酸素の速度は、固体燃料流の容
易な分散が出来るため十分に高速に選択されるべきであ
る。中央の酸素の好適な速度（Ｊ・少なくとも乙Ｏｍ／
ｓｅｃに選択され、更により好適には酸素の速度は少な
くともｑ（１７ｍ／ｓｅｅである。酸素供給通路内の酸
素流速度を、中央出口通路内の酸素の要求される最小速
度に影響を与えることなく許容され得るレベルに維持す
る為に、中央の高速度酸素出口通路とくびれだ通路との
全横断面積は、好ましくは酸素供給通路の横断面積と実
質的に等しく、更により好ましくは酸素供給通路の横断
面積よりも小さい。

更に本発明は微細分された固体燃料のガス化のための方
法に関し、該方法は本発明に関し上述したタイプの７つ
またはそれ以上のバーナーを使用することにより構成さ
れる。そのようなバーナーを使用する場合、ガス化され
るへき固体燃料は高速度酸素の流れを囲む環としてバー
ナー下流側の反応器空間内に導入され、一方固体燃料の
環状流それ自体は、低速度酸素の保護シールドにより包
囲される。

固体燃料のまわりの環および中央の酸素通路より出る酸
素は、他にも役立つが、固体燃料のガス化を完全にする
だめのより以」二の燃焼媒体として役立つ。既に上述し
たように、環状の低速度酸素流は、固体燃料流および中
央の高速度酸素流の周囲にシールドを形成するという更
に別の機能を有し、それにより高速度酸素流に向かって
高温の反応ガスがバーナー前面に沿って吸い込まれるこ
とを抑）Ｕυしている。低速度酸素のシールドは更に固
体燃料の逃出しを抑制し、それにより交換速度、すなわ
ち供給された固体燃料の量に対する有益な製造ガスに変
換される固体燃料の量、に都合良く影響する。

バーナー前面に沿って高温の反応カスか吸い込まれるの
を十分抑制することを達成するために、環状の低速度酸
素流の速度は好ましくは大きくても！；Ｏｍ／ｓｅｃて
あり、より以上に好ましくは大きくても３０ｒｒｊ／ｓ
ｅｃである。

ガス化の目的は別として、中央の酸素流は固体燃料流の
分散に役立つという主要な機能を有する。

中央の酸素の速度は、固体燃料流を分散するのに十分な
運動量を提供するため、好ましくは少なくとも約６Ｏｍ
／ｓｅｃの大きさ程度にあるへきである。更により好適
には、中央の酸素流は少なくとも９０ｍ／ｓｅｃの速度
を有する。

反応器温度を許容されるレベルにおいて維持するために
、酸素供給通路を介して通過する酸素に対して調節ガス
（ｍｏｄｅｒａｔｏｒ　ｇａｓ　）が伺加され得る。該
調節ガスは、例えば水蒸気、２酸化炭素、窒素および冷
却反応ガスにより形成され得る。

本発明は、介添付図面を参照してより一層説明されるで
あろう。

本発明は、これ等の図面に基づいた記載によって何ら限
定されるものではないことに注意すべきである。

図面の第１図および第２図は本発明に関する）＜−ナー
の第１の実施例を表わし、全体を参照番号／で示された
該バーナーは、微粉炭のような微細分された固体燃料の
カス化を目的とするものである。前記バーナー／は、実
質的に円筒形をしており内側が冷却された中空壁部材ｉ
を構成し、該壁部材はバーナー前面３を形成している拡
大した端部を有しており、該バーナー前面はバーナーの
縦方向軸ＤＡ　’ｌに対して実質的に垂直に延びている
。

該中空壁部材２の内側には同心の仕切り壁Ｓが設けられ
ており、該仕切り壁はバーナー前面３近傍に配置された
拡大端部乙を有している。該仕切り壁Ｓは中空壁部材！
の内部を通路７とｇとに分離し、冷却流体がその内部を
通って循環するようにし−Ｃいる。中空壁部材２は、実
質的に中央に配置された酸素供給通路９を包囲しており
、該酸素供給通路は、固体燃料供給通路が位置している
のと実質的に同心的に配置されている。この固体燃料供
給通路１０は、実質的に円筒形の壁部／／によって酸素
供給通路ワより分離されている。

第１図に関する実施例においては、該固体燃料供給通路
は、バーナー前面近傍にてグ本に間隔をおいて離された
固体燃料出口通路７．２に分けられており、該出口通路
は互いに間隔をありで位置している。固体燃料供給通路
１０より固体燃料出口通路／２内への固体燃料のなめら
かな流出を保証するため、固体燃料出口通路の」上流部
分は、外方へ向かってわずかに傾斜している。第１図中
Ｇこ示すように、固体燃料出口通路／２の」上流部分は
固体ブロック／３内に設けられた穴により形成され、該
ブロックは複数のスペーサー要素／ｌを介して酸素供給
通路９内の実質的に中央に取り伺けられている。固体燃
料出口通路／２の大部分は、固体ブロック／３にしっか
りと固着された管状要素１５により形成されている。固
体燃料通路内のよどみ区域の発生を更に防止する為に、
固体燃料出口通路／２の全横断面積は、固体燃料供給通
路１０の横断面積と実質的に等しく選択される。

酸素供給通路ヲは、バーナー前面３の近傍で、中央の高
速度酸素出口通路／乙に合流し、かつ実質的に環状のく
びれだ通路／７を介して実質的に環状の低速度出口通路
／ｇに合流する。第１図中に明瞭に示されているように
、該通路／７と７ｇは、ヘンチュリ管形状をした実質的
に環状の開口の部分を事実上形成する。低速度酸素出口
通路／ｇの拡大の比率は、前記通路より流出する酸素の
所望の速度に依存する。

環状の低速度酸素出口通路は、実質的に同心に配置され
た中空管状要素／９の装置により中央の高速度酸素出口
通路／乙から離隔され、該中空管状要素／ｑは、固体燃
料の通路のための管状要素／３−を囲っている。

今、本発明に関するバーナーの別の実施例を示している
第３図および第４図を参照する。

図示された２つのバーナーの同一の部品は、同じ参照符
号で示されていることに注意す−＼きである。

この別の実施例においては、酸素供給通路９は複数の分
離した通路２０を介して、下流側方向Ｇこ向かって拡大
する環状の低速度酸素出口通路２／に合流する。通路２
０は、縦方向のノく−ナー輔線ｔの周囲を実質的に一様
に分布している。参照番号２２で示された固体燃料出口
通路は、この別の実施例においては、管状要素、２３の
壁部中Ｇこ配置された穴により形成される。前記通路は
、第１に上流部分は外側に向かって傾斜し、中間部分ｉ
ｔ縦方向のバーナー軸線グに実質的に平行Ｇこ、そして
下流部分は内側に向かって傾斜すること心こより、それ
ぞれ形成されている。固体燃料出口通路の下流部分が内
側に向かって傾斜していることは、作動中固体燃料が中
央の高速度酸素出口通路／イカ）ら流出する高速度酸素
に向かって流れるｊ車内となり、これにより燃料と酸素
との激しい混合が促進される。固体燃料と高速度酸素と
を低速度酸素σ〕保護シールドで密接に囲むため、環状
の低速度出目通路、２／と固体燃料出口通路の端部とは
実質的に平行な流れ径路を辿る。

中央の高速度酸素出口／乙は、複数の通路、２ケを介し
て酸素供給通路と流体的に接続しており、該通路２ｔは
、管状要素２３の壁部内で隣り合う固体燃料出口通路２
．２の間に形成されている。バーナーの作動中に酸素の
一様な高速度流出を促進するために、複数の流路、２１
１の全横断面積は、好ましくは高速度酸素出口通路／乙
の横断面積と少なくとも等しいことに注意すべきである
。

第１図および第３図中に示されているように、環状部／
７および通路２０によってそれぞれ形成されたくびれだ
通路は、中央の高速度酸素出口通路／乙の上流端の下流
に配置されている。該くびれだ通路は、しかしながら、
中央の高速度酸素流と環状の低速度酸素流とを得るため
に、中央の酸素出口通路の上流端においても配置され得
る。各図面において環状の低速度酸素出口通路は環路と
して形成されて示されているけれども、少なくとも下流
端において実質的に環状となるならば、それぞれ別体の
複数の流路から形成してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に関する第１のバーナーの前方部分の
縦断面図； 第２図は、第１図に示すバーナーの正面図。 第３図は、本発明に関する第２のバーナーの前方部分の
縦断面図、そして 第を図は、第３図に示すバーナーのＩＶ　−ＩＶ線断面
図である。 ／・・・バーナー、！・・中空壁部材、３・・・バーナ
ー前面、ｔ・・・縦方向軸線、夕・・・仕切り壁、乙・
・・拡大端部、７．ｆ・・・通路、９・・・酸素供給通
路、１０・・・固体燃料供給通路、／／・・・円筒形壁
部、／２．２，１・・・固体燃料出口通路、／３・・・
固体ブロック、／Ｉｌ・・スペーサー要素、／！；、２
３・・・管状要素、／乙・・高速度酸素出口通路、／７
・・環状のくびれた通路、／１，２／・・・低速度酸素
出口通路、／９・・・中空管状要素、２０．２Ｉｌ・・
・通路 代理人の氏名　川原１）−穂

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）微細分された固体燃料のガス化のためのバーナー
   であって、酸素供給通路（９）と、該酸素供給通路の内
   側で同軸線上に配置された固体燃料供給通路（１０）を
   含み、該酸素供給通路は中央の高速度酸素出口通路（／
   乙）に合流し、かつくびれだ通路（／７）を介して別体
   の環状の低速度酸素出口通路（７ｇ）へ合流しており、
   前記くびれだ通路は、中央の高速度酸素出口通路の上流
   側端部またはその下流側に配置されており、該固体燃料
   供給通路は、該中央の高速度酸素出口通路と環状の低速
   度酸素出口通路との間に配置された固体撚イ：′１出日
   通路（／２）へ合流していることを特徴とする固体燃料
   のガス化のためのバーナー。
2. （２）　該くびれだ通路は酸素供給通路と同中心的に配
   置されたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   バーナー。
3. （３）該くびれだ通路は一様に間隔をおいて位置する複
   数の通路により形成されることを特徴とする特許請求の
   範囲第２項記載のバーナー。
4. （４）該くびれ、た通路は環状のスリットにより形成さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のバー
   ナー。
5. （５）該環状の低速度酸素出口通路は下流側方向へ徐々
   に拡大されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項ないし第１項のいずれか７つに記載のバーナー。
6. （６）　該環状の低速度酸素出口通路および固体燃料出
   口通路の各々が円筒形状を有していることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか７つに記
   載のバーナー。
7. （７）該環状の低速度酸素出口通路および固体燃料供給
   通路が各々下流側方向にテーパーを有していることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか
   １つに記載のバーナー。
8. （８）該固体燃料出口通路は、環状の低速度酸素出口通
   路から中央の高速度酸素出口通路を分離している環状の
   導管より形成されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項ないし第７項のいずれか１つに記載のバーナー
   。
9. （９）　該固体燃料出口通路は、環状の低速度酸素出口
   通路から中央の高速度酸素出口通路を分離している管状
   要素上で、一定の間隔を置いて離れて一様に分布された
   複数の導管により形成されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項ないし第７項のいずれか７つに記載の
   バーナー。
10. （１０）　該固体燃料供給通路は酸素供給通路の内側で
    中央に配置された円筒形の流路により形成されることを
    特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第９項のいずれ
    か７つに記載のバーナー。
11. （１１）微細分された固体燃料のガス化のための方法で
    あって、特許請求の範囲第１項ないし第７０項のいずれ
    か７つに関するバーナーを７つまたはそれ以上使用する
    ことにより構成されることを特徴とする固体燃料のガス
    化のための方法。