JPS6354971B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高粘度重質油類の燃焼装置に関するも
のである。

石油資源の枯渇傾向とともに原油は次第に重質
化し、軽質留分の生産量低下に対し重質留分が大
量に副産されている。このような重質留分のうち
これまで燃料油として使用されているのは粘度の
点などでＣ重油までであり、それ以外のアスフア
ルト、ピツチなどのいわゆる釜残油はその生産量
の約95％以上が道路舗装材として利用されている
に止まつている。

しかして前記の釜残油は熱量が9000〜
10000Kcal／Kgの高発熱量物質であり、これをう
まく燃料化し産業用燃料として利用できれば省資
源、省エネルギーの上で好都合であるが、釜残油
はその粘度が高いことから、軽質油などの場合と
同様に微少孔径の噴射ノズルから直接あるいは圧
縮空気と共に噴霧させて燃焼させるようにしただ
けではすぐに噴孔の閉塞が生じて噴射が不能にな
つたり、噴射ができても霧化ができず、不完全燃
焼や不連続燃焼を起しやすく、また炭素分が多い
ため粒状カーボンにより、黒煙が発生する。その
ほか表面燃焼や流動層燃焼方式が研究されていた
が、燃焼効率が悪く残渣処理にも問題が残り、い
まだ実用的な燃焼方法とはいえなかつた。

本発明はさきの事情から研究を重ねて創案され
たもので、その目的とするところは、高粘度重質
油類を連続して効率よく噴霧燃焼させ、重質留分
の適切な燃料化を図ることができ、しかも構造が
簡単で、既設のボイラや乾燥炉、加熱炉その他の
設備のバーナ口に組込むことが容易な燃焼装置を
提供することにある。

上記目的を達成するため本発明は、重質油分を
単に燃焼筒中に流し込みあるいはノズルから噴射
するのでなく、重質油分に流動性を与えた状態で
これを孔径の大きい噴口から射出すると同時に高
圧空気を作用させてチヨツプ効果により滴ないし
粒にして筒中に送り込み、それと共に筒中に加熱
空気をらせん状および射出方向と直角方向から直
線状に吹き込み、この異方向吹き込み気流による
撹拌作用で射出油滴と燃焼用空気との十分な接触
混合を図ると共に、大粒油粒の高温筒壁への付着
蒸発を促して微粒化させ、筒の出口から連続拡散
燃焼させるようにしたものである。

すなわち本発明は、ボイラーなどの加熱設備に
取り付けられる耐火物製の前筒と該前筒の後端に
挿設される射出ノズルを備え、射出ノズルは、先
端に孔径の大きな噴口を有し後端が高粘度重質油
類を収容するメルタータンクとポンプを介して接
続した油射出管と、前記噴口を含め油射出管を同
心状に外囲し、噴口から流出する高粘度重質油類
にチヨツプを与えて滴または粒を形成するための
エア噴出管を備え、前筒は、前記射出ノズルに比
較的近い位置で接線方向に開口する第１の空気吹
き込み口と、該第１の空気吹き込み口よりも先方
にあつて前筒の求心方向に開口する第２の空気吹
き込みを備え、前記前筒の外周には、外部がブロ
ワと接続したエアジヤケツトを囲繞している構成
としたものである。

なお、前筒は、円筒体とこれに対し開閉自在な
蓋体を有し、円筒体の先端部に取付け用フランジ
が設けられ、蓋体に射出ノズルが取付けられ、取
付け用フランジにより加熱設備のバーナ取付け孔
に装備されるようになつているものを含む。

また、メルタータンクは、すくなくとも高粘度
重質油類を軟化溶融する熱源と撹拌手段を備え、
さらに好ましくは石灰および水の供給系と接続さ
れ、含有硫黄分が多い場合に、高粘度重質油類と
石灰および水の混合スラリー状物を前記射出ノズ
ルに供給するようになつている。

以下本発明の実施例を添付図面に基いて説明す
る。

第１図ないし第３図は本発明による高粘度重質
油類の燃焼装置の使用状態を概略的に示し、第４
図ないし第７図はその詳細を示すもので、１はボ
イラなどの任意の加熱用設備、２は本発明で使用
する燃焼装置で、加熱用設備１の入熱部に取付け
られる所要長さの前筒３と、この前筒３の筒芯後
端部に挿設された射出ノズル４とを備えている。

前記射出ノズル４は高粘度重質油分が詰りを起
さないよう孔径を大きくした噴口を備え、配管５
によりポンプ６を介してメルタータンク７と接続
されており、また配管８によりロータリーブロワ
９と接続され、高圧空気を噴口のまわりから環状
に噴射するようになつている。このような射出ノ
ズル４に対し前筒３は耐火物で作られ、射出ノズ
ル４の挿込み位置から比較的近い位置に接線方向
に開口した第１の空気吹き込み口１０を有すると
共に、この空気吹き込み口よりも前方位置に筒芯
に対し直角方向に開口する第２の空気吹き込み口
１０′を有し、しかも前筒の外周にはエアジヤケ
ツト１１が囲繞形成され、その一部が前記第１と
第２の空気吹き込み口１０，１０′に通じ、他部
が燃焼空気用ブロワ１２に接続されている。

そして、前記メルタータンク７には、投入した
高粘度重質油類を軟化溶融する熱源１３と、収容
された高粘度重質油類に所定量の石灰分（石灰石
粉、消石灰）および水（石灰乳でもよい以下同
じ）を添加する供給系１４，１５と、前記燃料用
物質を混合する撹拌手段１６とを備えている。前
記熱源１３は電熱ヒータでもよいし、加熱設備か
らの癈熱を利用したものであつてもよい。

前筒３は突状リング３２を有する円筒体３０と
前記突状リング３２を外嵌する嵌合部３３を備え
た蓋体３１とを有し、前記円筒体３０に対し蓋体
３１はブラケツト２８，２８′と枢ピン２９によ
り開閉自在となつており、前筒３の清掃や点検補
修に便ならしめている。また円筒体３０の先端付
近には取付け用フランジ２０が設けられており、
この取付け用フランジ２０により既設の加熱設備
１のバーナ取付け孔にアタツチメント式に装備さ
せるようにしている。

前記円筒体３０の外周には前述のように耐熱鋼
板製のエアジヤケツト１１が囲繞しているが、こ
のエアジヤケツト１１には円筒体外周壁とのあい
だにらせん状の仕切板２５が内設され、この仕切
板２５により先端が第１の空気吹き出し口１０に
到る流路が形成され、この流路の途中に第２の空
気吹き出し口１０へ熱風の一部を導入するための
ガイド板２５′が設けられている。

一方、射出ノズル４は、第４図と第６図および
第７図に示すように、先端に10〜20mmφの如く孔
径の大きい噴口２１１を形成し後部にポンプ６へ
の接続部２６を設けた油射出管２１と、この油射
出管２１を同心状に外囲したエア噴射管２２とを
具備し、このエア噴射管２２にロータリーブロワ
９の配管に対する接続部２３が設けられると共
に、先端には前記油射出管２１の噴口２１１の外
周位置で高圧空気をリング状に噴射するためのエ
ア噴出孔２４が設けられている。

次に本発明装置の運転状況と作用を説明する。

高粘度重質油類を燃焼するにあたつては、目的
とする高粘度重質油類Ａたとえばアスフアルト、
ピツチあるいはこれらとＣ重油などの混合物をメ
ルタータンク７に収容し、これを熱源１３により
加熱して流動性を与え、また含有硫黄分が多い混
合物の場合には供給系１４，１５により石灰分Ｃ
と水Ｗを添加し撹拌手段１６によりそれらを高粘
度重質油類と混合してスラリー状の物質A′を作
つておく。これと併行してロータリーブロワ９お
よび燃焼用空気用ブロワ１２を駆動して前筒３に
燃焼用空気を供給し、着火用バーナ３４により始
業用燃料を前筒中で燃焼させ前筒を加熱する。

この状態で次にポンプ６を駆動し、高粘度重質
油類Ａ又はこれと石灰分・水との混合スラリーの
A′を射出ノズル４に圧送する。圧送された物質
Ａ，A′は射出ノズル４の中を通り、先端の大き
な孔径の噴口２１１から流出するが、このとき噴
口２１１の外周に同心にエア噴出孔２４が設けら
れているため、高圧空気が環状に噴出し、前記物
質Ａ，A′は噴口２１１から流れ出る瞬間に前記
高圧空気に接し、これによるチヨツプ効果で滴な
いし粒状になり、高圧空気の軸線方向への拡散に
より射出ノズル４から前筒３に適度に分散されつ
つ吹き込まれる。

一方このような物質Ａ，A′の射出と併行して、
前筒内にはこれを取り囲むエアジヤケツト１１を
通つた燃焼用空気が第１・第２の空気吹込み口１
０，１０′から吹き込まれている。この燃焼用空
気は加熱昇温された耐火物のまわりを通つている
ことから熱交換により熱風となつており、それら
熱風は第１の空気吹込み口１０から吹き込まれる
ことで前筒内をらせん状に旋回する気流を構成す
ると共に、第２の空気吹込み口１０′から吹き込
まれることで前筒芯線と直角方向から芯線に向う
直線状気流を構成する。前記高圧空気の供給は油
滴ないし油粒構成を行うものであるから、その量
は燃焼に必要な空気量の１〜10％程度で十分であ
り、残余の空気量を第１・第２の空気吹込み口か
ら供給するものである。第１と第２の空気吹込み
比率は等分〜３対１程度で適当に調整する。

第２図に示すように、射出ノズル４から射出さ
れた滴状物質A₁は高圧空気により略直線状に飛
ばされるのに続いて、前記らせん加熱空気流との
遭遇によりチヨツプ作用が与えて滴粒の分断、分
散が起り、ここですでに細粒化したものは燃焼用
空気と接触混合して比重の減少により速度を上昇
して前筒３の出口に到りここで燃焼する。一方前
記らせん気流との衝突でも細粒化されなかつた残
りの大粒油粒A₁は、前記旋回流による遠心力の
働きで、前筒３の始端部である第１のゾーンの
壁に接近あるいは落下せしめられ、該ゾーンの
600〜700℃の幅射熱によりあるいは直接高温壁に
触れることにより蒸発して拡散縮粒させられる。
この縮粒油滴A₂は再び旋回流に乗つて前送され
るが、この位置には旋回流に対しこれを貫き破る
方向からの直線流が吹き込まれ、激しい乱流が形
成されている。

そのため縮粒油滴A₂はこの第２のゾーンで
再び空気流と衝突し、あるいは向い側の1000〜
1100℃の高温筒壁と衝突して細分化され、同時に
燃焼用空気と撹拌混合させられて急速に前筒出口
に送られ拡散燃焼する。

そしてなおも残る縮粒油滴A₂は、乱気流に乗
つて第３のゾーンで筒壁と衝突あるいは接近を
繰返し、これによる多段の蒸発、熱分解により完
全に粒径の小さい霧粒A₃となつて前筒出口で拡
散燃焼するものである。

ここで、さきに述べたように射出ノズル４に高
粘度重質油類と石灰分・水との混合物A′を供給
したときには、射出ノズル４からそれら混合物
A′が滴ないし粒状となつて射出され、これが旋
回流と直線流の作用により前述したように細粒霧
化されると共に、第２のゾーンの約1000〜1100
℃の熱量により熱分解されて中和無害化され、重
質油中の硫黄分は石こうとなつて火炎から、排気
中に放散される。従つてSOxの発生が防止され、
発生石こうは排気をサイクロンに通すことにより
簡単に集塵除去できる。

なお混合物A′に添加した水はこれにより高粘
度重質油類の粘度を低下させ流動性を良くする効
果があるほか、前記した異方向気流により数段に
わたり霧化がなされ前筒中の高温により油粒と接
触して水性反応を起すため、燃焼が助長されると
共にカーボンの完全燃焼によるクリンカーの発生
防止、NOxの発生防止が図られる。

前記水としては工業用水のほか工場廃水を使用
してもよい。石灰分と水は実施例のように予めメ
ルタータンク７で重質油と混合しておくことが好
ましいが、場合によつては第１図のように石灰分
と水の混合物を系１７により重質油と別にスブレ
ーノズル１８へ供給し、ここから前筒中心に向け
て噴射してもよい。なお、前筒３の先端部で水ス
プレー管１９から水を噴射するときには、前筒の
溶損をより効果的に防止できるものである。

次に本発明装置の具体例と実施結果を示す。

実施例 １ 既設重油ボイラのバーナを取外しここに第１図
ないし第７図に示す本発明装置を取付けた。前筒
部は長さ1000mm、内径400mmで、円筒体後端直
近および後端からほぼ450mmの位置に、開口がそ
れぞれ80×200mmと40×100mmの第１および第２の
空気吹き出し口を形成した。射出ノズルは、内径
21.6mm、射出角60゜、噴口径10mmの油射出管
と、内径52.9mm、エア噴出孔径22（噴口外周と
のすき間0.2mm）、噴出孔角度120゜の空気噴出管を
組合せたものとした。

高粘度重質油として、成分組成が炭化水素
95.47％、水分０％、硫黄分4.5％、灰分0.03％で、
粘度が350cstのアスフアルトを用い、これをメル
タータンクに1000Kg投入し、熱源により加熱溶融
したのちポンプにて圧送し、射出ノズルから250
Kg／ｈ、圧力0.5Kg／cm²で射出しつつ射出ノズル
に圧力1.0Kg／cm²、空気量0.7Nm³／Kg油の圧縮空
気を供給して溶融アスフアルトを滴状に射出し、
それと共にターボブロワから圧力0.02Kg／cm²、
14Nm³／Kg油の空気をエアジヤケツトに供給し、
約100℃の加熱空気となつたものを、第１の空気
吹き出し口から約9Nm³／Kg油、第２の空気吹き
出し口から約5Nm³／Kg油でそれぞれ筒中に吹き
込み、同時にスプレーノズルから廃水を1.25／
minで噴射した。

その結果ノズルの詰りが生じず筒先端で拡散燃
焼が連続して安定よく行われ、一般燃料の場合と
遜色ない蒸気発生量が得られた。排気には、黒煙
が見られず、排気中のNOxは約80ppmで、普通
燃料の50％に減少できていた。

実施例 ２ 上記諸元の装置を用い、炭化水素75％、水分
17.3％、硫黄分2.5％、灰分5.2％、粘度800cst発
熱量8000Kcal／Kgの機械工場廃油を用い、これ
をメルタータンクに投入して流動性を与え、射出
ノズルから射出量250Kg／ｈ、圧力0.1Kg／cm²で射
出し、同時に圧力1.0Kg／cm²の圧縮空気を0.4N
m³／Kg油供給しつつ、ターボブロワからエアジヤ
ケツトに圧力0.02Kg／cm²、14Nm³／Kg油の空気を
連続供給し、約100℃の加熱空気として第１の空
気吹き込み口から約9Nm³／Kg油、第２の空気吹
き込み口から約5Nm³／Kg油をそれぞれ吹き込み、
スプレーノズルから廃水を1.25／minで噴射し
た。

その結果、通常では燃焼し得ない性状のもので
あるにもかかわらず連続燃焼でき、排気も黒煙が
見られず、排気中のNOxも約50ppmと普通燃料
の約30％に減少できていた。

上記具体例からも明らかなように、本発明装置
は、アスフアルト、ピツチなどの原油の重質留分
の燃焼に好適であるほか、固化、半固化、スラツ
ジ状、流動性の廃油類たとえば洗浄油、機械油、
潤滑油などの廃油、廃グリース、あるいは廃溶
剤、製品生産過程で副産される粘度の高い石油化
学重合物などの燃焼に使用可能である。

以上説明した本発明によるときには、耐火物製
の前筒３の後端に射出ノズル４を挿着し、射出ノ
ズル４は、先端に孔径の大きな噴口２１１を有し
後端が高粘度重質油類を収容するメルタータンク
７とポンプ６を介して接続した油射出管２１と、
前記噴口を含め油射出管２１を同心状に外囲し、
噴口２１１から流出する高粘度重質油類にチヨツ
プを与えて滴または粒を形成するためのエア噴出
管２２を備え、前筒３は、前記射出ノズル４に比
較的近い位置で接線方向に開口する第１の空気吹
き込み口１０と、該第１の空気吹き込み口１０よ
りも先方にあつて前筒の求心方向に開口する第２
の空気吹き込み口１０′を備え、前記前筒３の外
周には、外部がブロワと接続したエアジヤケツト
１１を囲繞しているため、高粘度重質油類を異物
や粘度等によりノズルの詰りを起こさせず、うま
く連続噴射できるとともに、２種の異方向気流の
相乗効果により確実な霧化と必要空気量との混合
を行え、連続安定燃焼させることができ、従つて
高粘度重質油類を分解設備の開発や増設を待たず
に普通燃料に代わる燃料として利用でき、しかも
構造が簡単で、既設のボイラなどの設備への適用
も容易であるなどの優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による高粘度重質油類燃焼装置
の一実施例を概略的に示す説明図、第２図と第３
図は同じくその拡大図、第４図は本発明装置の一
実施例を示す部分切欠側面図、第５図は同じくそ
の背面図、第６図は本発明における射出ノズルの
断面図、第７図は第６図―線にそう断面図で
ある。 １…加熱設備、２…燃焼装置、３…前筒、４…
射出ノズル、６…ポンプ、７…メルタータンク、
９…ロータリーブロワ、１０，１０′…空気吹き
込み口、１１…エアジヤケツト、１２…燃焼空気
用ブロワ、１３…熱源、１４，１５…供給系、１
６…撹拌手段、２０…フランジ、２１…油射出
管、２２…エア噴射管、３０…円筒体、３１…蓋
体、２１１…噴口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ボイラーなどの加熱設備に取り付けられる耐
   火物製の前筒３と該前筒３の後端に挿設される射
   出ノズル４を備え、 射出ノズル４は、先端に孔径の大きな噴口２１
   １を有し後端が高粘度重質油類を収容するメルタ
   ータンク７とポンプ６を介して接続した油射出管
   ２１と、前記噴口を含め油射出管２１を同心状に
   外囲し、噴口２１１から流出する高粘度重質油類
   にチヨツプを与えて滴または粒を形成するための
   エア噴出管２２を備え、 前筒３は、前記射出ノズル４に比較的近い位置
   で接線方向に開口する第１の空気吹き込み口１０
   と、該第１の空気吹き込み口１０よりも先方にあ
   つて前筒の求心方向に開口する第２の空気吹き込
   み口１０′を備え、 前記前筒３の外周には、外部がブロワと接続し
   たエアジヤケツト１１を囲繞している ことを特徴とする高粘度重質油類の燃焼装置。 ２ 前筒３が円筒体３０とこれに対し開閉自在な
   蓋体３１を有し、円筒体３０の先端部に取付け用
   フランジ２０が設けられ、蓋体３１に射出ノズル
   ４が取付けられ、取付け用フランジ２０により加
   熱設備のバーナ取付け孔に装備されるようになつ
   ているものを含む特許請求の範囲第１項記載の高
   粘度重質油類の燃焼装置。 ３ メルタータンク７が、高粘度重質油類を軟化
   溶融する熱源１３と撹拌手段１６を備えるととも
   に、石灰および水の供給系１４，１５と接続さ
   れ、高粘度重質油類と石灰および水の混合スラリ
   ー状物を射出ノズル４に供給するようになつてい
   るものを含む特許請求の範囲第１項記載の高粘度
   重質油類の燃焼装置。