JPS61130721A - 石炭水スラリの噴霧方法 - 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】 行う、石炭水スラリの噴霧方法に関する。

〔発明の背景〕

微粉炭燃焼に代わる新しい石炭の燃焼方法として、微粉
炭と水を混合した石炭水スラリの燃焼が石炭ボイラに利
用されている。石炭水スラリは、石炭を従来の石油系燃
料と同様に、ポンプでバーナまで供給することができる
ために、微粉炭の空気搬送と比較して、流量制御の簡便
さと燃料配管径の縮少などの輸送面の利点がある。また
、ボイラ用の燃料として石炭水スラリを考えると、燃料
の発熱量を高くする必要性から、石炭水スラリに含まれ
る石炭の濃度を６２〜７０％にまで高くした高濃度石炭
水スラリがボイラ用燃料として用いられている。

さて、このような流体として取扱い可能な石炭水スラリ
を燃焼する際には、液体状の石炭水スラリを微小な噴霧
粒子にまで小さくするアトマイザが必要となる。アトマ
イザには空気又は蒸気を噴霧媒体として用いて、気体の
運動エネルギで石炭水スラリを微小粒子にまで噴霧する
二流体噴射弁がある。二流体噴射弁による噴霧の平均粒
径は１００〜２００μｍと微粉炭の平均粒径４０〜７０
μｍと比較して大幅に増加するとともに、噴霧粒子の粒
子速度が微粉炭の数倍から数１０倍となるために、ＮＯ
ｘの増加及び着火の不安定化等の問題点がある。このよ
うな問題点を解決する噴霧方法として、気体の運動エネ
ルギーを使わずに、石炭水スラリにもたせ良熱エネルギ
ーを利用した霧化方法を提供するものである。熱エネル
ギーを利用して微粒化するアトマイザとして、例えば特
公昭５５−１４３２５号公報に示されるように、燃料金
微粒化される場所の圧力以上に燃料を加圧し、かつ、微
粒化される場所のその燃料の沸点以上の温度に加熱して
、ノズルから噴出し、圧力の急変くよる減圧沸騰により
微粒化を行なうものが知られている。この方法は、減圧
沸騰に二って燃料の一部を液相から気相へ相変化せしめ
、この相変化によって引き起こされる体積膨脹によって
燃料を微粒化する方法である。しかしながら、この方法
をそのまま、石炭水スラリ、特に高濃度石炭水スラリに
適用すると、圧力の急変に伴ないノズル部で水が蒸発し
、石炭水スラリの石炭濃度は高くなる結果、石炭水スラ
リの粘度は急激に増加してノズル部で石炭水スラリか閉
塞するという問題が生ずる。さらにまた、石炭水スラリ
を加圧すると、石炭水スラリに含まれている水は微粉炭
粒子の細孔に吸収される結果、微粉炭粒子間の間隙水は
減少して石炭水スラリの流動性が低下し、ノズル等の絞
り部の閉塞を助長するという問題が生ずる。

〔発明の目的〕

本発明は上記欠点を改善しようとしてなされたもので、
その目゛的とするところは、石炭水スラリ０減圧沸騰現
像を利用した微粒化と、この微粒化に伴なうノズル等の
絞シ部の閉塞を防止する噴霧を行なうことにある。

〔発明の概要〕

即ち、本発明の特徴とするところは、石炭水スラリを１
５００ＣＰ以下の粘度に調整し、この粘度調整された石
炭水スラリの供給圧力をその噴霧場所の圧力以上となし
、しかも石炭水スラリの温度を噴霧場所の水の沸点以上
で、かつ、噴霧前は石炭水スラリか有する圧力下での水
の沸点以下とし、この石炭水スラリをノズル等の絞り部
から絞り膨脹させつつ上記噴霧場所に噴霧し、との噴霧
の際の圧力の急変により石炭水スラリに含まれている水
の蒸発または沸騰を引き起し、しかして石炭水スラリに
含まれている微粉炭粒子を分散させて噴霧する石炭水ス
ラリの噴霧方法にある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図によシ説明する。石炭
水スラリＬ１は燃料供給管５に設けたポンプ１、開閉弁
２および圧力制御弁３を経て予熱器４に供給される。予
熱器４で加熱され死石炭水スラリはノズル１１の混合室
１０に供給される。

一方、水Ｌ２はポンプ１４によシ供給管６に設けた流量
制御弁７および開閉弁８を経て、燃料供給管５と同心円
状に配置された液体供給管９に水を供給する。液体供給
管９に続く部分は円筒状の混合室１０ｔ−形成し、混合
室１０は燃料供給管５のスタ側の先端にノズル１１を有
する。圧力・温度検出器１２は、混合室１０の中の石炭
水スラリと水の混合物の圧力と温度を検出信号として監
視器１３へ送る。監視器１３は適過な制御係数を持つ制
御系ａｔ　、Ｒ−＊　、Ｒ３を介して圧力制御弁３及び
水の流量制御弁７の開腹、さらに石炭水スラリの加熱器
４の加熱度を連動して自動的に、あるいは個々に手動で
最適量に制御する。

次に第１図の石炭水スラリ噴霧装置の作用を説明する。

石炭水スラＩＪＬＩは燃料供給管５から開閉弁２および
圧力制御弁３を経て予熱器４を通過するがこのとき、石
炭水スラリＬＩの温度は混合室１０の圧力における水の
沸点の温度以下でおり、かつ、混合室１００石炭水スラ
リと液体供給管９から供給される水Ｌ２との混合物の温
度が設定温度に等しくなるように加熱される。加熱され
死石炭水スラリＬｌは混合室１０で液体供給管９から供
給される水Ｌ２と混合する。石炭水スラリＬ１と水Ｌ２
の混合で混合室１０内の流れに生ずる乱流は、加圧供給
されるために石炭水スラリＬｌ中の微粉炭粒子の細孔内
に吸収されていた水を微粉炭粒子の表面に吐出させ、石
炭水スラ！ｊＬｌ＋ｏ流動性を良好にする。さらに水Ｌ
！は石炭水スラリＬｌの粘度を１５００ＣＰ以下に下げ
て、流動性をより一層良好くする。混合室１０で流動性
を良好にされた石炭水スラリはノズル１１ｔ−通過する
がこのとき、石炭水スラリの圧力の急激な減少によって
水は相変化して水蒸気となる。このときの水の体積膨脹
によって、石炭水スラリは噴霧されて微小粒子となる。

水Ｌ２は、石炭水スラリか噴霧される時にノズル１１内
で生ずる水蒸気の重量と等しい流量が混合室１０内に供
給され、石炭水スラリの石炭濃度の上昇を抑制しノズル
１１内の閉塞を防止する。

第２図は本実施例の石炭水スラリアトマイザで石炭水ス
ラリ金噴霧した際の噴霧粒子の顕微鏡写真の一例である
。噴霧粒子の顕微鏡写真は、噴霧粒子をアクリル板に塗
付したシリコンオルに受止めて顕微鏡及び写真焼付けに
よる受止法によって得られたものである。

第３図は、本実施例の石炭水スラリアトマイザで噴霧し
た石炭水スラリ噴霧の平均粒径と石炭水スラリの粘度の
関係を示したものである。第３図の横軸はノズル１゛１
を通過する際の石炭水スラリの粘度を示す。第３図の縦
軸は平均粒径であるが平均粒径は１２０倍に拡大した第
２図のような写真から計測した噴霧粒子の長径の３乗の
和と長径の２乗の和の比であるザウタ平均粒径である。

測定条件は、圧力・温度検出器からの出力が圧力３Ｋｇ
／ｃｍ”　　（ゲージ圧）テ温［１２０Ｃ−’（ある。

ノズル１１を通過する石炭水スラリの粘度が増加してい
くと、微粒化が抑制される結果平均粒径は増大し、石炭
水スラリの粒度が１５００ＣＰ以上ではノズル１１内で
閉塞することがわかる。また、ノズル１１を通過する石
炭水スラリの粘度が低下すると平均粒径は減少するが、
石炭水スラリの粘度が１００ＯＣＰ以下では平均粒径は
ほぼ一定値に近入 づくことがわかる。

第４図に本発明の実施例の石炭水スラリアトマイザをバ
ーナに取り付けて燃焼した時のＮ　Ｏｘ発生量と未燃分
を示す。第４図の横軸は石炭水スラリを完全燃焼するに
必要な最低空気量によってバーナから噴出される空気量
の和を割った値である空気比λを示し、縦軸は燃焼排ガ
ス中のＮ　Ｏｘ濃度及び未燃分を示す。使用した石炭水
スラリは、太平洋炭を７４μｍ以下の石炭粒子の重量が
７１チ、３７μｍ以下の石炭粒子の重量が３３チとなる
粒径分布で、ノズル１１ｔ″通過する際の石炭の重量濃
［６３，５％、濃度１０００ＣＰ（０４性を有する。石
炭水スラリの供給量は４７ＫＩｉ／ｈであり、燃焼器の
大きさは６００■Ｘ６００ｍの正方形の断面形状で、長
さ３ｍである。図中曲線４１は本実施例の石炭水スラリ
アトマイザを用いた条件で得られたものでおる。また図
中曲線４２は石炭水スラリ會空気によって噴霧する二流
体アトマイザの条件で得られたものである。曲線４１と
４２とを比較すれば明らかなように、同一空気比におい
て、太きくＮＯｘ低減を図れ、かつ、また、未燃分を低
減することができる。この原因は以下の理由による。本
実施例の石炭水スラリアトマイザは二流体アトマイザの
場合に比べて、石炭水スラリ噴霧が着火に要するバーナ
からの距離は短く、石炭水スラリ噴霧粒子速度は小さく
、かつまた石炭水スラリ噴霧粒子に含まれる水の蒸発速
度が高い。

このことから、本実施例のアトマイザの石炭水スラリの
噴霧はバーナから噴出する燃焼用空気と十分に混合する
前に着火するため、火炎内に還元性雰囲気金形成し、Ｎ
Ｏｘ還元反応を進め、ＮＯｘを低減することが可能とな
る。さらに、燃焼器内の石炭水スラリ噴霧粒子の滞留時
間が長くなり、未燃分を低減することが可能となる。

この発明の実施例において、石炭水スラリと水収 を混合する場合に関して作用を説明したが、水侭外の液
体として、石炭水スラリの粘度低減剤を用いても同等の
性能を示すことができる。さらに、また、水以外の液体
として、アルコール等の石炭水スラリの燃焼促進剤、又
は、微粒化促進剤を混合すると、Ｎｏｘｆｌｋ度及び未
燃分は水を用いた場合に比べて、同一空気比でより一層
低減される。

〔発明の効果〕

本発明によれば、アトマイザ内で水等の液体と石炭水ス
ラリを混合して、石炭水スラリを１５００ＣＰ以下の粘
度に！！１４整することＫよシ、ノズル内での石炭水ス
ラリの閉塞を防止するとともに、平均粒径の小さな良好
な噴霧を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の石炭水スラリ噴霧方法の一実施例を
一部断面図で他を配管配線系統図で示す説明図、第２図
は第１図の装置で霧化した噴霧粒子を光学顕微鏡で撮影
した石炭水スラリ滴分散状態図、第３図は石炭水スラリ
噴霧平均粒径と石炭水スラリの粘度の関係を示した図、
第４図は第１図の装置を燃焼器に取付けた際のＮ　Ｏｘ
　６１度と未燃分の空気比による影響を示した図である
。 １・・・ポンプ、２・・・開閉弁、３・・・圧力制御弁
、４・・・予熱器、５・・・燃料供給管、６・・・供給
管、７・・・流量制御弁、８・・・開閉弁、９・・・液
体供給管、１０・・・混合室、１１・・・ノズル、１２
・・・圧力・温度検出器、１３・・・監視器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、石炭水スラリを１５００ＣＰ以下の粘度に調整し、
   この粘度調整された石炭水スラリの供給圧力をその噴霧
   場所の圧力以上となし、しかも石炭水スラリの温度を噴
   霧場所の水の沸点以上で、かつ、噴霧前は石炭水スラリ
   が有する圧力下での水の沸点以下とし、この石炭水スラ
   リをノズル等の絞り部から絞り膨脹させつつ上記噴霧場
   所に噴霧し、この噴霧の際の圧力の急変により石炭水ス
   ラリに含まれている水の蒸発または沸騰を引き起し、し
   かして石炭水スラリに含まれている微粉炭粒子を分散さ
   せて噴霧することを特徴とする石炭水スラリの噴霧方法
   。