JPS61202005A - 燃焼またはガス化する方法およびバ−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】 この発明は、燃料を、ノズルの中で、環状に閉じた薄い
層で、微細化媒体流の中に導入し、これによって微細化
する、高粘性で懸濁質のまたはそのいずれかの燃料を、
バーナ炎の中で燃焼またはガス化する方法に関する。

このような方法は、［石炭スラリの燃焼および技術に関
する第５回国際シンポジュウム、タンパ龜フロリダ、１
９８３年を月（Ｆｉｆｔｈ　工ｎｔｅｒｎａｔｉ−ｏｎ
ａｌ　８ｙｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｎ　Ｃｏａｌ　８１ｕｒ
ｒ）ｒ　Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ａｎｄ〒ｅｃｈｎｏｌ
ｏｇｙ　、　Ｔａｍｐａ　、　Ｆｌｏｒｉｄａ　、　Ａ
ｐｒｉｌ　／９ｇ３）」の６λＳ頁以下、特に６３６頁
の第弘図に開示されている。この開示された方法では、
環状の層で出る燃料は、２つの同じく環状の微細化空気
流によって包囲され、これと共に、その層の厚さを低減
させながら環状間隙から出る。この環状間隙の内縁の境
界をなす熱遮蔽部材は、特別の冷却を必要とする。ざら
に、不安定の結果として、薄い環状看が、環状間隙の境
界となる壁面部分に衝突して、ここに著しい摩耗を生じ
させる、というおそれが存する。さらに、微細化物は、
比較的遅い速度で、円錐形に形成された環状間隙から送
出されるけれども、微細化空気は、臨界以上の高い速度
で流出し、故に、比較的遅い速度は、剪断応力の結果と
してノズルの中で微細化を生じさせる程度には小さくで
きない、この方法によれば、ガス化および燃焼罠対する
微細化の質は比較的悪く、特に、低カロリー燃料に対す
る炎の安定化が困難である。さらに、臨界的な流出が必
要なので、圧力ガス化を採用する場合に、微細化媒体に
対して極めて高いノズル予圧が選択されなければならな
い。

この発明の課題は、ノズル構成物質の摩耗が小さく、微
細化が比較的低いノズル予圧によって達成されるような
、高粘性で懸濁質のまたはそのいずれかの流動性燃料を
ガス化しまたは燃焼する方法、を提供することにある。

この課題は、燃料を閉じたフィルムとして、摩耗作用に
関して低い速度で、ノズルの内壁面に導き、これの刃形
状に形成された端部分で、微細化し、その際に、燃料と
、環状フィルムの内側を流れる微細化媒体流とを、ｉ界
以下の速度で流出させることによって、解決される。

燃料のフィルムが、摩耗作用に関して低い速度で壁面に
よって導かれ、微細化が最初に、刃形状に形成された端
部分の緑で行なわれるから、高度の摩耗は生じない、微
細化媒体流が、完全に円形の横断面を有する流れとして
、ノズルから出るから、摩耗の基礎となるかも知れない
特別の熱遮蔽部材は、必要でない。

望ましくは、燃料を越えて流れる以前の微細化媒体が、
微細化に望ましい速度の印加のため、ベンチュリ装置に
通される。

配置場所に存する微細化媒体のための供給系の利用に関
して、この発明の方法は、フィルムを越えて流れる以前
の高圧の微細化媒体を、微細化に十分な低い予圧に膨脹
させるように、変型できる。

このようにして、存在する製造および分配またはそのい
ずれかの系からの微細化媒体−例えば水蒸気、酸素など
−は、高圧の場合にも、分配系における圧力がバーナ炎
の燃焼する空間よ）何倍も大きい場合にも、引出し士き
る。

この発明による方法で炎の安定性をさらに改善するため
には、フィルムを越えて流れる以前の微細化媒体を旋回
させるようにすれば″、有利である。

これによれば、１述した文献の部分の６３５頁・第３図
に開示されている再循環が生じるばかルでなく、炎気体
の内部再循環がノズルの口の中まで生じ、これによって
改善された安定化が達成される。

高粘性燃料の燃焼またはガス化の際には、望ましくは、
加熱された微細化媒体が、フィルムを越えるように導か
れる。水蒸気または他の予熱された微細化媒体の使用に
よって、フィルムを越える流れによれば、燃料は微細化
に有利な温度に予熱される。この際に、ノズル壁におけ
る越える流れの長きは、必要な予熱に対応するように設
計できる。

方法の装置技術的な設計に関して、大気圧または僅かな
過圧の空気で、燃料を燃焼またはガス化する際に、加圧
される燃焼用空気の一部分を、微細化媒体として使用す
ることが、望ましい。

微細化の質に対する特に有利な方法では、広い負荷範囲
において、微細化媒体と燃料の間の質量流比を、値＜ｔ
ｔｔｃ調節することが望ましい。

この発明による方法の実施に利用される装置の設計に関
して、バーナ炎の中が大気圧の際に、燃料フィルムを越
えて流れる際の微細化媒体の相対速度を、１ｓＯ−１５
０ｍ７秒の区域に調節するようにすれば、有利である。

バーナ炎の中が高い圧力の場合には、ｐを微細化媒体の
密度をしたときに、微細化媒体の相対速度が、比ｔ／Ｊ
’ｐ−に調節される。微細化をさらに改善するためＫは
、特に刃形状の部分の外？ＩＫおける逆渦動を回避する
ためには、外部から刃の緑を越えるように、別の微細化
媒体流を−望ましくは傾けて−導くようにすれば、望ま
しい、この際にさらに１望ましくは、燃料のフィルムを
越えて流れる微細化媒体を利用することができる。

最ＩＫ、この発明の方法では、個個の流れの量調節が互
に独立に達成できる。

゛この方法は、フィルムを形成する摩耗性の微細化物と
して、鉱油の加工処理および精製処理の懸濁質流動性残
渣、石油化学の懸濁質流動性の残渣および中間製品、並
びに水または油との石炭の懸濁物を使用するときに、特
に有利な方法として応用される。

微細化媒体として、燃焼の場合には、燃焼用空気および
戻される煙道ガスまたは水蒸気、若しくはそのいずれか
が使用でき、ガス化の場合には、ガス化媒体例えば空気
、酸素および水蒸気またはそのいずれかが使用できる。

この発明はまた、バーナ室と、バーナ室の端部に配置さ
れる燃料微細化装置とを有し、燃料微細化装置が、燃料
導入部と少くとも１つの微細化媒体路とく連結され、燃
料微細化装置が、燃料の送出のための環状間隙と、環状
間隙を包囲する回転対称のノズルとを備える、この発明
の方法を遂行するためのバーナに向けられる。

この発明によれば、燃料導入部が、少くとも１つの燃料
送入通路を介して環状通路に連結され、この環状通路が
、ノズルの一端を包囲しかつ環状間隙を介してノズルに
連結され、環状間隙が、ノズルの内壁面を境界とし、ノ
ズルの他端が、ノズルの内壁面に続く環状刃を備え、微
細化媒体路が、ノズルの−、端に淳結する前室と連結す
る。

ドイツ連邦共和国特許公開ｔｉＪ、　、３．０２０．３
　？　ｇ号明細畳には、流動性の燃料すなわち油を刃に
導くような、バーナが開示されている。しかしながらと
れては、特別の構成部分として、ノズルの中ＶＣ同心に
配置された平刃が採用され、これの縁はノズルの開口の
中に位置する。このバーナは、釉に細長い焼結材料体が
配備されることから判るように、高粘性の燃料［４懸濁
質の燃料にも適するものではない、さらにこれでも、フ
ィルム、は、この発明の前述し几出発点の場合のように
、これと共にノズル開口から出る部分流によって包囲さ
れる。

この発明のノズルでは、上記の連結がノズルと同心のベ
ンチュリ部材で達成されることが、好都合である。

この場合に、ベンチュリ送入部材が、その出口部分でノ
ズルの端部に突入し、この出口部分とノズルの内壁面と
の間に形成される環状空間が、その前端で環状通路に連
結されるようにすれば、特にコン／セクトな構成がなさ
れる。この際にさらに、環状空間を直円筒状に形成する
ことが望ましい。

微細化された噴射を拡げるための望ましい構成では、ベ
ンチュリ送入部材の出口部分の内壁面と、少くとも環状
刃の内壁面とが、流れ方向く見て実質的に或る角度で円
錐形に拡がる。改善された点火の安定化の、旋回によっ
て達成できる利点を得るためには、前室が円筒状に形成
され、微細化媒体路が、少くとも接線成分を有するよう
に、前室に連結される。逆渦動を回避するためには、ノ
ズルが、その他端で、流れ手段特に微細化媒体を印加さ
れる環状通路によって包囲され、この環状通路が、環状
刃の緑を包囲する環状間隙を介して外向きに開く。

微細化に必要な圧力よシ大きい微細化媒体圧力を低減す
るためには、微細化媒体路が、前室に対する臨界的出口
横断面を備えた段階状開口とじて形成される。

最後に、バーナの特に簡単な構成を達成するためには、
ベンチュリ送入部材が、前室を収容する第１円筒状構成
部分に固定され、これが、第１構成部分の端面およびベ
ンチュリ送入部材とこれに向けられたノズルの端面との
間に、燃料を印加される環状通路を形成し、ノズルの他
の端面に、ノズルと＠コ環状通路を構成するノズル頭部
が固定される。

この発明によるバーナの２つの実施例について、図面を
参照しながら以下に説明する。

第１図に図示される回転対称の微細化装＠ｌでは、前室
構成部分コの中に、円筒状のノズル１室３が形成され、
これは、端面に向って開き、かつ導入路弘を介して、図
示なしの微細化媒体源に連結される。特に第２図から明
らかなように、導入路ダは、ノズル前室３に対して接線
的に配置され、従って、室の中にはいる微細化媒体は旋
回する。

端面の開口には、ベンチュリ送入部材Ｓかねじ止めされ
、これは、本来のベンチュリ部分Ｓ’　ａと出目部分ｓ
ｂとからなる０円錐形に広がる内面と、直円筒状の外壁
面とを有する出口部分ｊｌ）は、ノズル６のノズル通路
６ａの中に突入し、出′口部分の外壁面とノズルとの間
には、環状空間りが存在する。

前室構成部分−の端面およびベンチュリ送入部材５と、
ノズル乙の端面６ｂとの間には、−第７図および第３図
から明らかなように一実質的に半径方向に広がる環状室
ｔが構成され、これは、その半径方向内端で環状室（環
状通路）りに連通する。対称軸線に平行に前室構成部分
λの中を延長する燃料送入通路９は、環状室ｇＫ連通す
る。

ノズル壁面の先端は、刃６ｃによって構成され、その際
にノズル壁面は、出口部分Ｓ′ｂと同じ角度で広がる。

ノズル乙の自由端面には、環状通路１０が形成されるよ
うに、ノズル頭部ｌｌがねじ止めされ、環状通路１０Ｋ
は、半径方向に延長する送入通路ｌ−を介して、微細化
媒体が印加でき、これは、刃縁とノズル頭部との間に設
けられる環状間隙／（７ａを通って、微細化噴射の中に
はいることができる。第１図および第２図による実施例
では、前室（ノズル室］３も環状通路ｉｏも、その微細
化媒体が印加される。

第３図および第４図による実施例では、前述した実施例
とは異って、直円筒状の導入路弘の代）に、前室３に向
って狭くなる段階状開孔の形の導入路（送入通路）１３
が、前室への臨界的な出口横断面を備える。この微細化
装置では、前室３への通路１３の移行の際に圧力低下が
達成されるから、微細化に必要な圧力として高い圧力が
印加できる。

微細化装置の作動の際に、環状通路ｇに、流体の燃料が
印加され、この燃料は、環状室りにはいル、閉じたフィ
ルムとして、ノズル６の内壁面に沿って刃縁まで流れ、
ここで、ノズル１室からベンチュリ送入部材を通ってノ
ズルに流入する微細化媒体流の導入によって、微細化さ
れる６両材料流が出る速度は、臨界以下の速度である。

ノズルにはいる噴射化媒体流の旋回の結果として、これ
Ｋは、ノズル出口開口１４Ａにおい工、第Ｓ図に示され
るような速度分布（Ｖ）が与えられる。この分布から明
らかなように、□ノズル開口の中央区域で内部還流が生
じ、・これはバーナ炎を安定化する。

この発明によるバーナの場合には、流動性の高粘性で懸
濁質のまたはそのいずれかの燃料の燃焼またはガス化の
際は、ノズル材料の摩耗は僅かである。良好な炎安定化
は、すてに％環状刃の内面に付着するフィルムの微細化
過程だけＫよって達成される。この安定化は、旋回によ
ってなお改良される。この発明による方法およびバーナ
では、良好な部分負荷抑制が達成され、燃焼室（燃焼空
間またはガス化反応器）の中が高圧の場合にも、微細化
物および微細化媒体のノズル前圧は、ノズル出口におけ
る臨界圧力比に依存しない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、微細化装置の長手断面図である。第２図は、
■−■線に沿う、第１図の微細化装置の横断面図である
。第３図は、別の実施例の、第１図と比較できる長手断
面図である。第４図は、第３図の■−■線に沿う横ｉ面
図である。第Ｓ図は、内部逆循環区域を説明するための
、第１図および第３図に示されるノズル出口開口におけ
る速度分布を表わす。 図面において、３は前室、ダは微細化媒体路、５はベン
チュリ送入部材、Ｓｂは出口部分、６はノズル、６ａは
ノズル内壁面、６ａは環状刃、りは環状間隙、Ｓは環状
通路、デは燃料送入通路、ｉｏは環状通路、１３は微細
化媒体路を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃料を、ノズルの中で、環状に閉じた薄い層で、微
   細化媒体流の中に導入し、これによつて微細化する、高
   粘性で懸濁質のまたはそのいずれかの燃料を、バーナ炎
   の中で燃焼またはガス化する方法において、燃料を、閉
   じたフィルムとして、摩耗作用に関して低い速度で、ノ
   ズルの内壁面に導き、これの刃形状に形成された端部分
   で、微細化し、その際に、燃料と、環状フィルムの内側
   を流れる微細化媒体流とを、臨界以下の速度で流出させ
   ることを特徴とする方法。 ２、燃料を越えて流れる以前の微細化媒体を、微細化に
   望ましい速度の印加のため、ベンチユリ装置に通す、特
   許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３、フィルムを越えて流れる以前の高圧の微細化媒体を
   、微細化に十分な低い予圧に膨脹させる、特許請求の範
   囲第１項または第２項に記載の方法。 ４、フィルムを越えて流れる以前の微細化媒体を旋回さ
   せる、特許請求の範囲第１項から第３項のいずれか１項
   に記載の方法。 ５、高粘性燃料の燃焼またはガス化の際に、加熱された
   微細化媒体を、フィルムを越えるように導く、特許請求
   の範囲第１項から第４項のいずれか１項に記載の方法。 ６、大気圧または僅かな過圧の空気で、燃料を燃焼また
   はガス化する際に、加圧されている燃焼用空気の一部分
   を、微細化媒体として使用する、特許請求の範囲第１項
   から第５項のいずれか１項に記載の方法。 ７、微細化媒体と燃料の間の質量流比を、値≦１に調節
   する、特許請求の範囲第１項から第６項のいずれか１項
   に記載の方法。 ８、バーナ炎の中が大気圧の際に、燃料フィルムを越え
   て流れる際の微細化媒体の相対速度を、６０−１５０ｍ
   ／秒の区域に調節する、特許請求の範囲第１項から第７
   項のいずれか１項に記載の方法。 ９、バーナ炎の中が高い圧力の場合に、ρを微細化媒体
   の密度をしたときに、微細化媒体の相対速度を、比１／
   √ρに調節する、特許請求の範囲第１項から第７項のい
   ずれか１項に記載の方法。 １０、外部から刃の縁を越えるように、別の微細化媒体
   流を−望ましくは傾けて−導く、特許請求の範囲第１項
   から第９項のいずれか１項に記載の方法。 １１、個個の流れの量調節を互に独立に達成する、特許
   請求の範囲第１項から第１０項のいずれか１項に記載の
   方法。 １２、バーナ室と、バーナ室の端部に配置される燃料微
   細化装置とを有し、燃料微細化装置が、燃料導入部と少
   くとも１つの微細化媒体路とに連結され、燃料微細化装
   置が、燃料の送出のための環状間隙と、環状間隙を包囲
   する回転対称のノズルとを備える、バーナ炎の中で燃料
   を燃焼またはガス化するバーナにおいて、燃料導入部が
   、少くとも１つの燃料送入通路（９）を介して環状通路
   （８）に連結され、この環状通路が、ノズル（６）の一
   端を包囲しかつ環状間隙（７）を介してノズルに連結さ
   れ、環状間隙（７）が、ノズル（６）の内壁面（６ａ）
   を境界とし、ノズルの他端が、ノズルの内壁面（６ａ）
   に続く環状刃（６ｃ）を備え、微細化媒体路（４）が、
   ノズル（６）の一端に連結する前室（３）と連結する、
   ことを特徴とするバーナ。 １３、連結が、ノズルと同心のベンチユリ送入部材（５
   ）によつて達成される、特許請求の範囲第１２項に記載
   のノズル。 １４、ベンチユリ送入部材（５）が、その出口部分（５
   ｂ）でノズル（６）の端部に突入し、この出口部分とノ
   ズルの内壁面との間に形成される環状空間（７）が、そ
   の前端で環状通路（８）に連結される、特許請求の範囲
   第１３項に記載のノズル。 １５、環状空間が直円筒状に形成される、特許請求の範
   囲第１４項に記載のノズル。 １６、ベンチユリ送入部材（５）の出口部分（５ｂ）の
   内壁面と、少くとも環状刃（６ｃ）の内壁面とが、流れ
   方向に見て実質的に或る角度で円錐形に拡がる、特許請
   求の範囲第１２項から第１３項のいずれか１項に記載の
   ノズル。 １７、前室（３）が円筒状に形成され、微細化媒体路（
   ４、１３）が、少くとも接線成分を有するように、前室
   （３）に連結される、特許請求の範囲第１２項から第１
   ５項のいずれか１項に記載のノズル。 １８、ノズル（６）が、その他端で、流れ手段特に微細
   化媒体を印加される環状通路（１０）によつて包囲され
   、この環状通路が、環状刃（６ｃ）の縁を包囲する環状
   間隙（１０ａ）を介して外向きに開く、特許請求の範囲
   第１３項から第１６項のいずれか１項に記載のノズル。 １９、微細化媒体路が、前室（３）に対する臨界的出口
   横断面を備えた段階状開口（１３）として形成される、
   特許請求の範囲第１３項から第１７項のいずれか１項に
   記載のノズル。