(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重質油エマルジョン燃料を加熱して脱水したあと燃焼炉へ送給するとともに、脱水した水分の少なくとも一部を燃焼炉の水分利用系へ送給するように構成された重質油エマルジョン燃料燃焼装置において、重質油エマルジョン燃料を加熱、蒸発させて脱水する蒸発器を備え、同蒸発器は、加熱すべき重質油エマルジョン燃料が管内を流され加熱蒸気が管外を流される管束を有する蒸発器部分と、前記管束の上端が伸びていて前記蒸発器部分で加熱されて流出する重質油エマルジョン燃料から蒸発した蒸気と脱水したエマルジョン燃料とを分離するための水室構造とを一体にした構造を有することを特徴とする重質油エマルジョン燃料燃焼装置。
【請求項２】
上記水分利用系が、バーナアトマイズ用蒸気系、スートブロワ用蒸気系、および脱硫装置冷却水系の少なくともいづれか一つであることを特徴とする請求項１に記載の重質油エマルジョン燃料燃焼装置。
【請求項３】
重質油エマルジョン燃料を加熱した際発生する水蒸気および軽質分可燃ガスを冷却して凝縮させ、水分と油分とを分離し取り出すことを特徴とする請求項１に記載の重質油エマルジョン燃料燃焼装置。
【請求項４】
重質油エマルジョン燃料を加熱した際発生する水蒸気および軽質分可燃ガスを加熱前の重質油エマルジョン燃料と熱交換させて冷却することを特徴とする請求項３に記載の重質油エマルジョン燃料燃焼装置。
【請求項５】
重質油エマルジョン燃料の加熱を蒸気タービンの抽気蒸気またはスチームコンバータ生成蒸気で行うことを特徴とする請求項１〜４の一つに記載の重質油エマルジョン燃料燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、事業用、産業用の重質油エマルジョン燃料燃焼ボイラや、重質油エマルジョン燃料中の水分を脱水したあとガス化する重質油ガス化コンバインドプラント等の重質油エマルジョン燃料燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に従来の重質油エマルジョン燃料燃焼ボイラの構成を示す。図５に示したボイラにおいて、重質油エマルジョン燃料１０１は、燃料タンク１００からボイラ本体１０のバーナに直接供給される。バーナには重質油エマルジョン燃料１０１の噴霧用蒸気９が供給され、燃焼し易い粒径まで重質油エマルジョン燃料１０１を霧化する。この後、燃料１０１はボイラ本体１０内で燃焼される。
【０００３】
一方、ボイラ本体１０内の伝熱管等に付着する灰分等を吹き飛ばすために、別の水蒸気８がボイラ本体１０内に供給される。ボイラ本体１０で燃焼後の排ガス１１は、脱硝装置２０、脱塵装置３０および湿式脱硫装置４０を経て、煙突５０から大気へ放出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術は、このように常温で重質油エマルジョン燃料１０１をボイラ本体１０に供給するが、重質油エマルジョン燃料１０１中には、約２０％〜３０％の水分が含まれ、これがボイラ本体１０内で蒸発するための熱が必要でありボイラ効率が低下する。
【０００５】
本発明は、重質油エマルジョン燃料を用いるボイラ等の重質油エマルジョン燃料燃焼装置において、燃料中の水分による燃焼効率の低下を防ぐとともに排ガス中に含まれる水分による酸露点の上昇を防いだ重質油エマルジョン燃料燃焼装置を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、重質油エマルジョン燃料燃焼装置における前記課題を解決するため、重質油エマルジョン燃料を加熱して脱水し、脱水後の燃料を燃焼炉の燃料とする。一方、脱水した水分は少なくとも一部を燃焼装置の水分利用系へ送給し、従来は他から供給していた水分の代替として利用する。
【０００７】
そして本発明による重質油エマルジョン燃料燃焼装置は重質油エマルジョン燃料を加熱して蒸発させて脱水する蒸発器を備え、その蒸発器は、加熱すべき重質油エマルジョン燃料が管内を流され加熱蒸気が管外を流される管束を有する蒸発器部分と、前記管束の上端が伸びていて前記蒸発器部分で加熱されて流出する重質油エマルジョン燃料から蒸発した蒸気と脱水したエマルジョン燃料とを分離するための水室構造とを一体にした構造を有している。
【０００８】
本発明による燃焼装置において重質油エマルジョン燃料から脱水した水分を送給する燃焼装置の水分利用系としては、バーナアトマイズ蒸気系、スートブロワ蒸気系、または脱硫装置冷却水系などとすることができる。
【０００９】
さらに、本発明による重質油エマルジョン燃料燃焼装置において、重質油エマルジョン燃料を脱水のため加熱して発生した水蒸気と軽質分可燃性ガスは、冷却して凝縮させることにより、水分と油分を分離して取り出すのが好ましい。
【００１０】
この場合、重質油エマルジョン燃料を加熱した際に発生する水蒸気および軽質分可燃性ガスを加熱前の重質油エマルジョン燃料と熱交換させて冷却することにより、重質油エマルジョン燃料を脱水のために加熱した熱を回収することが好ましい。
【００１１】
また、本発明による重質油エマルジョン燃料燃焼装置において重質油エマルジョン燃料を脱水のために加熱するのには、蒸気タービンの抽気蒸気またはスチームコンバータ生成蒸気を熱源として利用することができる。
【００１２】
以上のように、本発明による重質油エマルジョン燃料燃焼装置では、重質油エマルジョン燃料中の水分を脱水し、脱水後の燃料のみを燃焼炉用燃料とすることにより、燃焼炉への多量水分投入による燃焼炉の効率低下を防止できる。また、脱水した水分も他から供給必要な水分の代替として利用するので燃焼装置全体の効率が向上することとなる。
【００１３】
また、従来の重質油エマルジョン燃料燃焼装置では、多量の水分投入により出口排ガスの酸露点が高く、燃焼炉後流機器、配管内での結露による材料腐食あるいは煤塵の付着、堆積、ひどい場合は閉塞というトラブルを発生していたが、本発明の重質油エマルジョン燃料燃焼装置では、前記手段で燃焼炉への水分投入量が減少するので、これらのトラブルが解決できる。
【００１４】
更に、本発明による重質油エマルジョン燃料燃焼装置では、脱水時の加熱により低沸点成分（水および一部の軽質油）が分離された重質油が燃焼炉のバーナへ供給されるので、重質油の霧化温度条件（２００℃前後）でのベーパロックが解消され、燃焼炉の重質油の安定燃焼が維持される。
【００１５】
重質油エマルジョン燃料は、常温で高粘性流体あるいは固体である重質油の輸送性とハンドリング性とを改善の為に、重質油発生元で水分（例えば３０％）と混ぜてエマルジョン化し常温で流体として取り扱えるようするものであって、これを燃焼炉用燃料にそのまま使用する必要はなく、本発明の燃焼装置のように再度脱水して使用できるようにすれば燃焼装置の効率上有利になる。
【００１６】
また、本発明による重質油エマルジョン燃料燃焼装置においては、重質油エマルジョン燃料を加熱、脱水蒸発させる蒸発器が、加熱すべき重質油エマルジョン燃料が管内を流され加熱蒸気が管外を流される管束を有する蒸発器部分と、前記管束の上端が伸びていて前記蒸発器部分で加熱されて流出する重質油エマルジョン燃料から蒸発した蒸気と脱水したエマルジョン燃料とを分離するための水室構造とを一体にした構造としていることにより、機器、配管を減らし、設置スペースを削減することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態による重質油エマルジョン燃料燃焼ボイラについて図１に基づいて具体的に説明する。尚、以下の実施形態において、図５に示した従来の装置と同じ構成の部分には説明を簡単にするため同じ符号を付してある。
【００１８】
図１に示した重質油エマルジョン燃料燃焼ボイラでは、図５に示したボイラと同様、ボイラ本体１０と排ガス処理系の脱硝装置２０、脱塵装置３０、湿式脱硫装置４０および煙突５０等から構成される重質油エマルジョン燃料燃焼ボイラにおける燃料供給系に対し、重質油エマルジョン燃料中水分の脱水システムが配備されている。１６０は蒸気タービン設備を示している。
【００１９】
図１に示した燃焼ボイラにおける脱水システムは、重質油エマルジョン燃料タンク１００、重質油エマルジョン燃料加熱器１１０、燃料中の水分蒸発器１２０、脱水後の燃料貯蔵タンク１３０および油水分離器１５０等から構成される。
【００２０】
重質油エマルジョン燃料製造元から送られてきた燃料は燃料タンク１００に貯蔵される。このタンク１００から図示していないポンプを介して送られる重質油エマルジョン燃料１０１は、後述する重質油エマルジョン燃料加熱器１１０で水蒸気および軽質油可燃ガスからなる蒸気１２１の潜熱および顕熱を吸収し温度上昇する。
【００２１】
加熱器１１０を出た重質油エマルジョン燃料１０２は、水分蒸発器１２０に供給される。水分蒸発器１２０の加熱源は図２に示す蒸気タービン設備１６０の高圧・中圧蒸気タービン１６１の再熱用抽気蒸気の一部あるいはスチームコンバータ１６６の蒸気顕熱及び潜熱を利用する。
【００２２】
蒸気タービン設備の具体的な構成を図２に示している。蒸気タービン設備は、高圧・中圧蒸気タービン１６１、低圧蒸気タービン１６２、復水器１６３、給水加熱器１６４、脱気器１６５ならびにスチームコンバータ１６６等により構成されている。
【００２３】
ここで、脱水設備の水分蒸発器１２０で重質油エマルジョン燃料中の水分を蒸発させるための蒸気として、高圧・中圧タービンの再熱用抽気蒸気１６７もしくはスチームコンバータ１６６からのボイラスートブロワ用蒸気１６８を利用し、その水分蒸発器凝縮水１６９は、脱気器１６５もしくはスチームコンバータ１６６へ再び戻される。
【００２４】
高圧蒸気タービンの再熱用抽気蒸気１６７の一部は例えば２６０℃の過熱蒸気であり、水分蒸発器１２０を出たあと蒸気タービン系統の脱気器１６５へ戻される。水分蒸発器１２０の構造を図３に示してある。
水分蒸発器１２０に供給されて高温になった重質油エマルジョン燃料は、蒸発器上部の水室１７２で重質油分１２２と水蒸気および軽質可燃性ガスからなる蒸気１２１に分離する。
【００２５】
従来、水分蒸発器１２０は、図４に示すように気液分離器１４０と別置きにされていた。この場合、燃料１１１を水分蒸発器１２０から気液分離器１４０へ送る配管は、蒸発した水分の流速が速くならないように大口径の配管が必要となり、気液分離器１４０でも蒸気１２１が重質油分１２２に混入しないように、また重質油分１２２が蒸気１２１に同伴されないように流速を遅くする必要があり内径の大きい気液分離器１４０を必要としていた。
【００２６】
図３に水分蒸発器１２０と気液分離器１４０を一体にした構造を示す。蒸発器は胴１７０と管束Ａ１７１ａを固定した管板Ａ１７３ａと管板Ｂ１７３ｂが一体となった構造で、胴１７０の上部側面に再熱用抽気蒸気１６７またはボイラースートブロア用蒸気１６８の流入管１７７、下部側面に排出管１７８が接続されている。
【００２７】
胴１７０の下部には、燃料室１７４が設置してあり重質油エマルジョン燃料１０２の流入管１７９が接続されている。また、上部には水室１７２が設置してあり、水室１７２の側面には重質油分１２２が流出するノズル１７５、蒸気１２１が流出するノズル１７６が設置してある。また、水室１７２の内部には、管束Ｂ１７１ｂが設置されている。管束Ｂ１７１ｂは管板Ａ１７３ａにボルトで固定されるか、あるいは胴１７０と水室１７２のフランジと共締めされる構造である。
【００２８】
重質油エマルジョン燃料１０２は燃料室１７４下部の流入管１７９より供給され、管束Ａ１７１ａの管内を通過し上部の管束Ｂ１７１ｂへと移動される。その間に胴１７０の側面より流入してきた再熱用抽気蒸気１６７またはボイラースートブロア用蒸気１６８によって加熱され、重質油エマルジョン燃料１０２中の水分は蒸発する。
【００２９】
管束Ｂ１７１ｂの上部から流出する蒸気１２１と重質油分１２２は、水室１７２内で分離され気液分離器の効果を果たす。この場合、水室１７２は、水室１７２内部の蒸気１２１および重質油分１２２の各々の流速を低く保つように、通常別置きで設けた場合の気液分離器１４０より胴内径が大きくなっている。
【００３０】
蒸発器上部で分離された重質油分１２２は、フラッシャー１４７で大気圧付近まで減圧した後、燃料貯蔵タンク１３０に一旦貯蔵され、ボイラ燃料１３１としてボイラ本体１０のバーナ口へ供給される。
【００３１】
ボイラ本体１０のバーナ口へ供給されるこのボイラ燃料１３１は低沸点成分（水および一部の軽質油）が分離された重質油なので、重質油の霧化温度条件（２００℃前後）でのベーパロックが解消され、ボイラでの重質油の安定燃焼が維持される。
【００３２】
尚、重質油分１２２は水蒸気および軽質可燃性ガスからなる蒸気１２１が蒸発した時点で常温では流動性がなくなる為、燃料貯蔵タンク１３０およびバーナ口までの配管は加熱し流動性を保持する必要がある。
【００３３】
蒸発した蒸気１２１は、一部はボイラバーナのアトマイズ用蒸気９として使用される。それ以外の蒸気は、それの持つ潜熱および顕熱を加熱器１１０で回収され蒸気１２１は凝縮後、水および軽質油分の混入した液体１４１となる。
【００３４】
アトマイズ用蒸気９は、ボイラ本体１０に不可欠なものであり、前記したように燃料中水分を利用しなければ他から供給必要であるものが、燃料中の水分でこれを補うことが出来るため、ボイラ本体１０に他から供給する水分が減少でき、ボイラ本体１０の効率向上と後流機器の信頼性の向上を達成することができる。
【００３５】
この水分および油分を各々同システム内で有効に利用するため、油水分離器１５０で油分１５１と水分１５２に分離し、油分１５１はボイラの点火トーチ用等の燃料に、水分１５２は脱硫装置４０の冷却水４１に使用される。
【００３６】
また、アトマイズ用蒸気同様、脱硝装置用冷却水は、ボイラ本体１０に不可欠なものであり、プラントの使用水量を本発明によって減少させることが出来る。
【００３７】
また、本実施形態では重質油エマルジョン燃料の脱水用熱源として蒸気タービン１６０の再熱用抽気蒸気１６７を使用するため、ボイラ本体１０での排ガス顕熱により蒸気を発生させるための熱交換器が不要となるとともに、構成機器の簡素化が可能であり、その結果、システムの運転・信頼性が向上する。さらに、ボイラ排ガスの顕熱を利用せず一度蒸気タービンの出力に用いられた蒸気を使用するため、プラント効率の向上が考えられる。
【００３８】
また、加熱器１１０を出た軽質油分の混入した液体（または一部蒸気）は、その顕熱を蒸気タービン設備１６０の復水器１６３から脱気器１６５までの給水加熱ラインで回収することが望ましい。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように本発明による重質油エマルジョン燃料燃焼装置では、燃料の重質油エマルジョン燃料を加熱して脱水したのち燃焼炉へ送給すると共に、前記したように脱水した水分の少なくとも一部を燃焼装置の水分利用系へ送給するように構成しており、この構成によれば、重質油エマルジョン燃料燃焼装置に送給する水分が大幅に減少でき、燃焼装置の効率向上と後流機器の酸露点上昇にともなう煤塵付着、堆積、閉塞等のトラブルが解消でき信頼性向上が達成できる。
【００４０】
また、本発明による燃焼装置における重質油エマルジョン燃料を加熱、脱水蒸発させる蒸発器は、加熱すべき重質油エマルジョン燃料が管内を流され加熱蒸気が管外を流される管束を有する蒸発器部分と、前記管束の上端が伸びていて前記蒸発器部分で加熱されて流出する重質油エマルジョン燃料から蒸発した蒸気と脱水したエマルジョン燃料とを分離するための水室構造とを一体にした構造を有することにより、機器、配管を減らし、設置スペースを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態による重質油エマルジョン燃料燃焼装置の系統図。
【図２】図１における蒸気タービンの系統を示す説明図。
【図３】図１における蒸発器の構造を示す縦断面図。
【図４】蒸発器と気液分離器を用いた従来の重質油エマルジョン燃料燃焼装置の構成を示す説明図。
【図５】従来の重質油エマルジョン燃料燃焼ボイラの系統図。
【符号の説明】
８        水蒸気
９        噴霧用蒸気
１０      ボイラ本体
１１      排ガス
２０      脱硝装置
３０      脱塵装置
４０      湿式脱硝装置
４１      脱硫装置用冷却水
１００    燃料タンク
１０１    重質油エマルジョン燃料
１０２    重質油エマルジョン燃料
１１０    重質油エマルジョン燃料加熱器
１１１    燃料
１２０    水分蒸発器
１２１    水蒸気および軽質油可燃ガスからなる蒸気
１２２    重質油分
１３０    燃料貯蔵タンク
１３１    ボイラ燃料
１４０    気液分離器
１４１    水および軽質油分の混入した液体
１４７    フラッシャー
１５０    油水分離器
１５１    油分
１５２    水分
１６０    蒸気タービン設備
１６１    高圧・中圧蒸気タービン
１６２    低圧蒸気タービン
１６３    復水器
１６４    給水加熱器
１６５    脱気器
１６６    スチームコンバータ
１６７    再熱用抽気蒸気
１６８    ボイラスートブロア用蒸気
１６９    重質油エマルジョン燃料中の水分蒸発器凝縮水
１７０    胴
１７１ａ  管束Ａ
１７２    水室
１７１ｂ  管束Ｂ
１７３ａ  管板Ａ
１７３ｂ  管板Ｂ
１７４    燃料室
１７５    ノズル
１７６    ノズル
１７７    流入管
１７８    排出管
１７９    流入管
【図１】
0003702060.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003702060.tif 000005
【図５】
0003702060.tif 000006