JPS6078212A - 燃焼法及びバ−ナ− - 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】 本発明は燃焼法及び燃料バーナーに関する。更に詳しく
は水性担体媒体中の粒状燃料、特に微粉砕石炭の燃焼に
関する。

水性担体媒体中の微粉砕石炭を、該石炭の燃焼を助ける
ために空気を使用しつつ燃焼させることが知られている
。たとえ大量の過剰空気が使用される場合でも、該空気
が、か々シの程度予熱される場合を除いては、該石炭を
充分に燃焼させるためには、該微粉細石炭と水性担体媒
体との混合物中に約７５重量パーセントの石炭を使用す
る必要（３） があることがわかっている。石炭の濃度がこれだけ高く
なると、石炭と水性担体媒体との混合物をバーナーまで
運搬する際に種々の困難が生じるため、特別な高圧ポン
プ設備又は特別な細砕設備が通常必要とされる。或いは
この代わりに、水性担体中に懸濁した石炭の運搬を容易
にするために乳化剤及び安定剤等の様々な添加剤が該水
性担体媒体中に添加される。これらの手段のどれを用い
るにしろ、相当額の追加コストが生じる。例えば空気を
予熱するとなると、燃焼ガス生成物と空気とを熱交換す
るために、通常、大型の熱交換機が必要となる。

水中に懸濁した微粉砕石炭の燃焼を助けるために、本発
明者は空気の代わりに工業用の粉砕酸素を用いて実験を
行った。その結果、２つの驚くべきことが明らかになっ
た。

第１に、本発明者は水中に懸濁した一般に市販されてい
る粒子サイズの微粉砕石炭からなる組成物で、しかも、
わずか６０重量パーセントの石炭しか含まない組成物を
燃焼させることに成功した。

（４） こうして、該組成物のポンプ輸送を容易にするために、
組成物に乳化剤を添加したり、又は特別に高圧のポンプ
設備を用いたシする必要がないことがわかった。

第２に、該水性担体媒体をアトマイズ化することにより
、通常の燃料油と酸素からなる火炎に似た火炎即ち、比
較的炎が短いため、比較的強い火力を有する火炎を得る
ことができた。

これらの結果はいずれも、実質上純粋な酸素又は濃縮酸
素を予熱することなしに達成できる。

本発明の第１の側面により、粒状燃料の燃焼法が提供さ
れる。すなわちこの燃焼法によれば、５０重量％〜７０
重量％の粒状燃料と、３０重量％〜５０重量％の水性担
体から成シ、乳化剤や潤滑剤を添加することなしに容易
にポンプ輸送できる組成物を燃焼域に供給して、微粒化
し、更に該粒状燃料の燃焼を助けるためにほぼ純粋な酸
素又は濃縮酸素を該燃焼域に供給する。

該組成物は微粒化することが好ましい。即ち、少なくと
も、該粒状燃料を燃焼させることによシ、（５） 熱せられている閉鎖容器の内部が、所定の温度まで上が
るまでは、更に好ましくは、連続的に、該組成物をアト
マイズ化し、これによシ、酸素と油とから生ずる火炎に
類似の温度分布を有する火炎が得られる。該アトマイズ
化は好ましくは、燃焼域の上流で行う。

該粒状燃料は、好ましくは、微粉砕石炭である。

ここで石炭という用語には、鉱物炭無煙炭、亜瀝青炭、
及び亜炭が含まれる。

該酸素又は濃縮酸素を相当の温度まで予熱することは行
わない。即ち、酸素又は濃縮酸素と燃焼によるガス生成
物との熱交換によシ前者の温度を上げるための熱交換機
を用いることは不必要である。通常、酸素又は濃縮酸素
は、周囲温度で、燃焼域に供給され、前記組成物も同様
である。

該組成物中の石炭の割合は該組成物中に乳化剤その他の
化学薬剤又は潤滑剤を添加しなくても容易にポンプ輸送
が出来るような割合にする。一般的に、５５重量％〜６
５重量％の石炭を含有する組成物、特に、約６０重量饅
の石炭とその残りは（６） 水を含有する組成物であれば、この基準を満たす。

該石炭は通常粒子サイズの範囲内で該組成物中に存在す
る。適当な瀝青炭組成物の１例を挙げると、この中には
網目の太ききが１０６ミクロンの篩を通過する粒子を７
３．６重量％富有し、網目の太き式が７５ミクロン（２
００メツシユ）ノ篩ヲ通過する粒子は５７，８重量％、
網目の大きさ４０ミクロンの篩を通過する粒子は４０．
７重量多含有していた。１９６１年に、ロンドンＷＣ２
、トラフアルガースフェア、グランドビルディング２０
１号で開催された世界エネルギー会議で発表され、英国
委員会により、１９６１年に出版された「燃料ＫＩ’Ａ
ｆるスパイアーズ・テクニカル・データ」の第６版の３
００頁には、微粉砕瀝青炭組成物の通常のものは、網目
の大きさ７５ミクロン（２００メツシユ）の篩を通過す
る瀝青炭粒子を７０重量％の割合で含有すると、引用さ
れている。即ち、通常用いられる組成物は、本発明によ
る使用に適するとされ網目の大きさ７５ミクロンの篩を
通過する粒子を６０重量係以下しか官有しない前記組（
７） 放物よりはかなり微細である。本発明の組成物は比較的
粗く細砕した組成物である。このような粒子サイズの範
囲にある石炭は、本発明による方法を行うために用いる
１個又はそれ以上のバーナーと連動して現場で使用され
うる従来の設計の単純な水細砕設備により作ることがで
きる。

該組成物は好ましくはその中にアトマイズ化剤を導入し
て、アトマイズ化する。該アトマイズ化剤は、好ましく
は、加圧非濃縮液である。アトマイズ化剤としては例え
ば圧縮空気を用い、該組成物を燃焼させるために、用い
るバーナーの上流で、前記組成物中に導入してよい。こ
の代わりに、アトマイズ化剤として、はぼ純粋な酸素又
は濃縮酸素を使用してもよく、燃焼域に供給される酸素
又は濃縮酸素の１部をこの目的のために使用する。

本発明において用いられるバーナーは、比較的単純な構
造であってよい。バーナーは通常、外部シェル（これは
冷却ジャケットを有していてよい）及び、該シェルの出
口先端又はその附近に、位置するヘッド又はノズルを有
する。該ヘッド又はノ（８） ズルは好ましくは、前記組成物のための１個又はそれ以
上の内部通路を画定し、かつ、酸素又は濃縮酸素のため
の通路を別個に１個又はそれ以上画定してよいし、又は
その代わりに、該シェルと一体に１個又はそれ以上の酸
素又は濃縮酸素用の通路を画定してもよい。該ヘッド又
はノズルの先端部は、シェルの先端部と同一平面上にあ
ってもよく、又は、シェルの内部に設けられてもよい。

必要であれば安定した火炎を容易に生成するために、バ
ーナーの始動時に燃焼させる補助的液体燃料のための通
路を、バーナーに設けてもよい。

前記補助燃料としてはプロパンを用いてよい。該補助燃
料のための通路はバーナーのヘッド又はノズルの中を通
って形成してもよい。

好ましいバーナーにおいては、ヘッド又はノズルは、一
方の先端では酸素又は濃縮酸素のための通路と連結しく
もしくは、酸素又は濃縮酸素のための通路が２個以上設
けられる場合はそのうちの１個と連結し）、他方の先端
では、前記組成物のための通路と連結する通路を有する
。すなわちと（９） れにより、酸素又は濃縮酸素の１部を前記組成物のため
の通路内にそらせて、組成物水溶液をアトマイズ化でき
るようにする。通常、酸素又は濃縮酸素の５容量％〜１
０容量係をこのようにしてそらせる。

更に本発明は、水と粒状燃料とから成る組成物を燃焼さ
せるための粒状燃料バーナーを提供する。

すなわち、このバーナーは、ヘッド又はノズル、このヘ
ッド又はノズルの中を通る前記組成物のための少なくと
も１個の通路、はぼ純粋な酸素又は濃縮酸素のための少
なくとも１個の通路、及び、酸素用通路と組成物用通路
との間を連結する補助通路を含み、この補助通路によシ
、バーナーの作動時に、酸素又は濃縮酸素が、前記組成
物用通路内に導入され、前記組成物をアトマイズ化する
ことができる。

本発明による方法及びバーナーを、添付の図面を具体例
として参照しつつ以下に説明する：第１図は微粉砕石炭
と水とから成る組成物の燃焼用の本発明によるバーナー
の、１部切断した、「］ｎ） 倒立面図の略図である。

第２図は第１図に示すバーナーの端面図である。

第３図は本発明で用いられる石炭と水との組成物を形成
する工場を示す略図である。

第４図は、本発明による方法により得られる石炭と水と
の組成物の火炎の分布を示すグラフである。

これらの図面の縮尺率は一定でない。

添付図面を参照すると、バーナー２は外部シェル４と内
部ヘッド又はノズル６とを有する。該ヘッド又はノズル
６は該シェル４と同軸で、一体式の本体の形状をしてい
る。すなわちこの一体式の本体は、バーナー先端部１４
の方へと末広がシになる円錐台形の最内奥部８、中央右
側の円筒形部分１０及び、バーナー先端部１４の方へと
先細シになる最も外側の円錐台形部分１２を有する。

ヘッド又はノズル６とシェル４との間にはほぼ純粋な酸
素又は濃縮酸素のため概ね環状の通路１６が画定される
。ヘッド又はノズル６の中を通って、水と微粉砕石炭と
の組成物のための中央部（１１） に位置する比較的広い軸方向の通路１８が設けられる。

通路１８内には導管２０が差込１れ、この導管はバーナ
ー２のヘッド又はノズル６と、後板２２との間に延びる
。後板２２には連結手段２４が設けられ、これにより、
図示されない手段によシ、導管２０へ、ここより更にヘ
ッド又はノズル６の通路１８へと、石炭と水とのスラリ
又は組成物がポンプ供給される。シェル４にもこれと同
様に、連結手段２６が設けられ、これにより、酸素又は
濃縮酸素をバーナーの外部からシェル４の内部へと、更
にここより通路１６へと通すことができる。

ヘッド又はノズル６は比較的狭い通路２８を有する。即
ちこの狭い通路２８はヘッド又はノズル６の中を通って
、中央通路１８と平行に延び、この中にプロパン又はそ
の他の可燃流体供給用の導管３０が差込まれる。導管３
０は、後板２２内に差込凍れ、この後板２２には、連結
手段３２が設けられ、これにより導管３０は、プロパン
供給源（図示せず）に連結される。

（１２） ヘッド又はノズル６は、更に、補助通路３４を有する。

即ち、この補助通路８４は通路１６と通路１８との間に
延びかつこれら２通路間を連結し、これによシ、通路１
６から通路１８内へと、酸素が流入し、微粉砕石炭と共
に通路１８へ供給される水をアトマイズ化することがで
きる。

ヘッド又はノズル６は通常銅で形成され、シェル４との
間の熱伝導が良い。ヘッド又はノズル６と不可分に、シ
ェル４の内側表面に係合する右側の円筒形部分１０の円
周上に、等間隔の３個のラグが設けられる。シェル４に
は通常、ジャケット（図示せず）が設けられこのジャケ
ットの中を通って空気或いは水のような冷却剤が循環し
、これによシ、バーナーの使用時にバーナーが熱くなり
すぎることを防ぐ。

ヘッド又はノズル６の露出先端部はシェル４の先端部と
同一平面上であってよく、或いはヘッド又はノズル６は
シェル４の内部に設けられてもよい。

バーナー２は通常、バーナー２の始動時に燃料（１３） に着火するための手段（図示せず）を備える。このよう
な手段はこの燃焼技術においてはよく知られているため
、本明細書ではこれ以上詳しく説明はしない。

バーナーの作動時は、乳化剤等の添加されない水中に懸
濁した微粉砕石炭から成る組成物は導管２０を通シ、通
路１８へとポンプ輸送され、通路１８からバーナーの火
炎（図示せず）内へとアトマイズ化される。工業用純粋
酸素を、周囲温度又はこれに近い温度でミ加圧下でシェ
ル４内へ押入し、通路１６の中を通シ、必ずというわけ
ではないが、通常は超音波速度でこの通路１６を出て、
バーナーの火炎の中へ送シ込まれ、ここで、微粉砕石炭
の燃焼を助ける。シェル４へ供給される酸素の５容量％
〜２５容量チは通路８４内を通り、通路１８内を流れる
水と微粉砕石炭の懸濁液の流れの中へと流れ込む。通路
８４内を通る酸素の運動エネルギーは、前記のように水
をアトマイズ化するに充分である。

本発明による方法を行う際に、アトマイ化媒体１ａ−Ｓ としての酸素の使用は必須ではない。この代わシに、微
粉砕石炭の懸濁水溶液をバーナー２へとポンプ輸送する
際に通常は、周囲温度で圧縮空気をこの懸濁水溶液へと
供給してもよい。その他の圧縮流体で、該水溶液中で凝
縮しないものであれば、圧縮空気の代わりに使用してよ
い。

微粉砕石炭の懸濁水溶液は通常、６０重量％の微粉砕石
炭と４０重量％の水とを含有してよい。

微粉砕石炭の粒子がバーナー２を出て、火炎中に入る際
、つぎの段階が連続して起こる。第１段階では、火炎の
熱のため、周囲の水が、水蒸気に変換される。第２段階
では温度が上がるにつれて、石炭から揮発性物質が発生
し、これらの揮発性物質は通路１６から火炎へと供給き
れる酸素分子の存在下で燃焼する。この酸素の１部を、
通路３４を通って供給することにより、石炭粒子と、こ
の酸素が密接に接触する助けとなり、これにより、該揮
発性物質の燃焼を容易にすると考えられている。第３段
階では、石炭の炭素分が燃焼する。従来の、酸素又は濃
縮酸素でなく空気を用いて燃焼を助ける方式の微粉砕石
炭懸濁水溶液の燃焼法では、燃焼は、燃焼過程の第２段
階（石炭から発生する揮発性蒸気の燃焼）から、第３段
階（炭素の燃焼）へと進む。しかし、空気の代わりに酸
素を用いて、燃焼を助ける場合には、本発明者の仮説と
しては、前記第２及び第３段階は、連続的にではなく多
かれ少なかれ同時に進行すると思われるが、この仮説に
よって、本発明の範囲をいかなる意味でも限定すること
はしない。

微粉砕石炭の粒子が火炎の中を進むにつれて、石炭粒子
の温度は最大限に達し、続いて、比較的炭素官有量の小
感な灰となって火炎から出る前に再び温度が下がる。実
の所、微粉砕石炭の懸濁水溶液の燃料を助けるために空
気を使用する場合よりも、炭素官有量の低い灰を得るこ
とが可能なことがわかった。更に、酸素と重油燃料バー
ナーにより形成される火炎に比較される、割合炎の短い
火炎が得られた。これらの結果は、微粉砕石炭を僅か６
０重量％しか含有しない懸濁水溶液を燃焼させて得られ
たものである。

通常、微粉砕石炭の燃焼にかかわる酸素分子のほぼ全て
が、バーナー２から供給される。酸素又は濃縮酸素は通
常、石炭の完全な化学量論的燃焼に要する量の９０％〜
１１０％の量で供給してよむ）。

微粉砕石炭の燃焼には濃縮酸素よシもほぼ純粋な酸素を
使用することが好ましい。即ち、濃縮酸素中の窒素分が
石炭の完全燃焼に不利な影響を及ぼす傾向があるためで
ある。

バーナーの始動時に、安定な火炎を容易に得ることがで
きるように、導管８ｏを通って、通路２８へと、プロパ
ンを供給してよい。必要であればこの供給は通常、火炎
温度が７００℃程度に達した時点で停止してよい。これ
には例えば５秒〜５００秒かかるだろう。

本発明による方法の利点としては、例えば添付図面に示
すような比較的単純な設計のバーナーが使用しうるとい
うことがある。特に、通路１８は粒子燃料により閉塞さ
れるのを避けるために、比較的大きな直径のものにして
よい。

（１７） バーナー２は、必要であれば、耐熱性内壁を有する換気
幅内へ又は炉の１部を形成する換気幅内へ向けて燃焼さ
せてもよい。

バーナー２内にプロパン用の通路２８及びこれと連結す
る導管３０と連結手段３２とを設けることは必須ではな
い。必要であれば、始動時に、安定した火炎を得るため
に、プロパンを別に供給してもよいが、この手段も必須
ではない。

添付図面の第８図を参照すると、微粉砕石炭と水とから
なる組成物を製造する工場を示す略図が描かれている。

原炭のストック４０は、選別装置４２手段によシ、選別
される。篩を通過した粒子は直接に木組砕機４４内へ入
る。篩上に残った粒子はショークラッシャー４６内へと
通過し、ここで生成する石炭は木組砕機４４内へと送り
込まれる。ポンプ４８はストック４０から石炭ダストの
懸濁水溶液を吸い上げ、木組砕機へと送シ込む。必要で
あれば、石炭層その他の炭鉱から出る廃棄物をこの懸濁
液に添加してよい。

（１日） 所望の組成のスラリ又は組成物を形成するために、細砕
機４４内に、充分な量の水を給水する。

こうして生成するスラリを、本発明によるスラリを燃焼
するためのバーナー装置５２へと送り込む。

必要であれば、所定の量のスラリを流量測定のために、
ポンプ５０の吸込み側へと再循環させ、更に別の所定量
のスラリを、石炭ダストの粒子を同伴するためにストッ
ク４０へと再循環させてよい。

必要であれば石炭の燃焼により生成する灰の化学組成を
変えるための適当な融剤を、木組砕機の上流又は下流の
スラリに添加してよい。このような添加は、英国特許出
願第２０９９１３２，４号中に記載されている。

本発明による方法をつぎの具体例を参照して、以下に詳
しく説明する。

実施例 ４００重量％水と、６００重量％粒子の粗い方の瀝青炭
とからなる組成物を形成した。該粒子の粗い瀝青炭の粒
子の大きさの範囲は、その７３．６（１９） 重量係が、網目の大きさ１０６の篩を通過し、５７．８
重量％が網目の大きさ７５の篩を通過し、更に、４０．
７重量％が網目の犬きづ４０の篩を通過する大きさであ
った。使用した石炭の分類は７０１瀝青炭で、８２５４
０ＫＪ／ｌｃ９の発熱量、８５．４重量％の揮発分、４
．６重量％の灰分、及び０．８重量％の含水量（ＤＡ、
Ｆ）を有していた。

該組成物を、第１図及び第２図に示すバーナーとほぼ類
似のバーナーを用いて燃焼させた。ただし、このバーナ
ーが図示のものと異なる点として、通路３０のような口
火形成用の内部通路は使用されず、通路８４にあたる通
路は使用でれていなかった。この代わりとして、外部の
プロパン口火と、空気によるアトマイズ化（酸素による
アトマイズ化ではなく）を用いた。バーナーは、直径０
．９１ｍ１長’８８．６６ｍの火炎トンネルの中へ向け
て燃焼させた。バーナーは、水平方向から３０°の角度
で下方へ傾いていた。最大トンネル壁温度が１４８０℃
で得た火炎分布を第４図に示す。火炎分布の形状から、
６００重量％比較的粗く細砕しく２０） た石炭を含有する、石炭と水との混合物を用いて、２０
００℃以上の火炎温度が得られると推論する。

こうして得た火炎は、炎が長く、弱く、明るくないとい
う特徴を有する空気と石油とから生成する火炎、及び空
気と、微粉砕石炭とから生成する火炎と比較して、火が
短く、火力が強く、炎が極めて明るい。

第４図の火炎分布を得るために、安定状態の作動では、
６００重量％水と４００重量％石炭とからなる組成物を
速度毎分２．０ｋｇ、温度１５℃で、バーナーに供給し
、工業用純粋酸素を、速度毎分２．１６　ｍ３で、更に
、アトマイズ化のための空気を、速度毎分０．８６ｍ３
で供給した。点火用、及び安定した火炎を得るためにプ
ロ・パン点火炎を用いた。当初のプロパンの供給量は全
熱エネルギーの８０％をプロパンが供給するようにした
。４分後に平均壁温度が５３℃に達した時、プロパンの
供給量を半分にし、平均壁温度が７３０℃（約７分後）
に達した時、プロパンの供給を停止し、口火を消した。

（２１）

【図面の簡単な説明】

第１図は微粉砕石炭と水とから成る組成物の燃焼用の本
発明によるバーナーの、１部切断した、倒立面図の略図
である。 第２図は第１図に示すバーナーの端面図でおる。 第８図は本発明で用いられる石炭と水との組成物を形成
する工場を示す略図である。 第４図は、本発明による方法により得られる石炭と水と
の組成物の火炎の分布を示すグラフである。 特許出願人　ザ・ビーオーシー・グループ・ビーエル　
シー （２２） Ｆｌ［ｌ］。４゜ 手続補正書（方式） 昭和５９９年１０月スフ 昭和５９年　特許願第１２３５２６　号燃焼法及びバー
ナー ６、補正をする者 事件との関係　出　願　人 住所 名　称　ザ・ビーオーシー・グループ・ピーエルシー４
、代理人 ５、補正命令の日付　昭和５９年９月２５日（発送日）
６、補正の対象

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．５０重量％〜７０重量％の粒状燃料と、３０重量％
   〜５０重量％の水性担体とからなシ、乳化剤又は潤滑剤
   を添加することなしに、ポンプ輸送することのできる組
   成物を燃焼域に供給して、微粒化し、更に、該粒状燃料
   の燃焼を助けるために実質上純粋な酸素又は濃縮酸素を
   該燃焼域に供給することからなる粒状燃料の燃焼法。 ２、該担体が該燃焼域の上流で微粒化されることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、該酸素又は濃縮酸素が、室温度で該燃焼域に供給さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項
   記載の方法。 ４、該組成物が室温度で該燃焼域に供給されることを特
   徴とする、前記特許請求の範囲の任意の項記載の方法。 ５、該粒状燃料が粒状石炭であることを特徴とす（１） る前記特許請求の範囲の任意の項記載の方法。 ６、該組成物が５０重量％〜７０重量％の石炭と残りの
   パーヒントの水とからなることを特徴とする特許請求の
   範囲第５項記載の方法。 ７、該組成物が６０重量％の石炭と、残りのパーセント
   の水とからなることを特徴とする特許請求の範囲第６項
   記載の方法。 ８、該組成物が比較的粗い粒子状石炭からなることを特
   徴とする特許 載の方法。 ９、該組成物のための石炭粒子が、水細砕によって形成
   されることを特徴とする特許請求の範囲第８項記載の方
   法。 狛．該組成物の中に微粒化剤を導入することによシ該組
   成物が微粒化されることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項〜第９項１での任意の項記載の方法。 ■．水と粒状燃料とからなる組成物の燃焼に用いる粒状
   燃料バーナーであって、前記バーカーはヘッド又はノズ
   ノペ該ヘッド又はノズルの中を前記（２） 組成物が通過するための少なくとも１個の通路、実質上
   純粋な酸素又は濃縮酸素のための、少なくとも１個の通
   路、及び該酸素用通路（０１つ）と該組成物用通路（の
   １つ）との間を連結し、これにより、該バーナーの作動
   時に、実質上純粋な酸素又は濃縮酸素を前記組成物中に
   導入し、前記組成物を微粒化できるようにするための補
   助通路とを含むことを特徴とする、水と粒状燃料とから
   なる組成物の燃焼に用いる、粒状燃料バーナー。