(57)【要約】  エマルジョン燃料が燃焼室内で安定した状態で効率よく燃焼し、かつ、排気ガスのＮＯｘ（窒素酸化物）濃度やＳＯｘ（硫黄酸化物）濃度や煤塵濃度を減少させることのできるガス化燃焼装置を提供すること。管体のガス化燃焼装置３０の燃焼室２０で、燃焼室２０の中央部５に燃焼したエマルジョン燃料の燃焼炎を通過可能な温度保持体１４を設ける。
2010073710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部でエマルジョン燃料を燃焼させる管状の燃焼室と、この燃焼室の入口側に配置され前記エマルジョン燃料を噴射する燃料噴射ノズルと、この燃料噴射ノズルの先端部近傍の前記燃焼室内に該燃焼室の排気口側から取り込んだ排気熱風を供給する戻り排気管と、前記燃焼室内の中央部に配設され前記燃焼したエマルジョン燃料の燃焼炎を複数の通風路により通過させる温度保持体とを有していることを特徴とするガス化燃焼装置。
【請求項２】
前記燃焼室の内部に配設された前記温度保持体の該燃焼室内での配設位置は、前記燃焼室内で前記燃料噴射ノズルより噴射された前記エマルジョン燃料が水蒸気爆発を生成する位置よりも前記燃焼室の前記排気口側の位置であることを特徴とする請求項１記載のガス化燃焼装置。
【請求項３】
前記燃焼室の前記温度保持体は、前記管状の燃焼室の軸に対して同心的に配置された複数個の外径の異なる管体を含み、前記複数の通風路は前記複数個の管体相互間の間隙により形成されることを特徴とする請求項２記載のガス化燃焼装置。
【請求項４】
前記管体の管壁には複数の貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項３記載のガス化燃焼装置。
【請求項５】
前記燃焼室の前記温度保持体は、前記管状の燃焼室の軸方向に移動自在であることを特徴とする請求項３記載のガス化燃焼装置。
【請求項６】
前記燃焼室は、前記燃料噴射ノズルが配置される一定の直径を有する燃料導入部と、この燃料導入部に連結され、直径が前記燃料導入部の直径に対して徐々に増加する拡大部と、この拡大部に連結され、直径が前記拡大部の最大直径に等しい一定の直径を有する中央部と、この中央部に連結され、直径が前記中央部の直径に対して前記燃料導入部の直径とほぼ等しい直径まで徐々に減少する縮小部と、からなることを特徴とする請求項１記載のガス化燃焼装置。
【請求項７】
前記温度保持体は、前記燃焼室の中央部内に、前記燃焼室の軸方向に移動可能に設置されていることを特徴とする請求項６記載のガス化燃焼装置。
【請求項８】
前記戻り排気管は、２分岐され、前記燃焼室の燃料導入部の管壁に形成されたに結合されていることを特徴とする請求項７記載のガス化燃焼装置。
【請求項９】
前記排気熱風送風口は、前記燃料導入部の直径方向の対向する位置の管壁に設けられていることを特徴とする請求項８記載のガス化燃焼装置。
【請求項１０】
前記２分岐された戻り排気管は、前記排気熱風を前記燃焼室内の中央部方向に噴出するように、前記燃料導入部に形成された送風口に傾斜して結合されていることを特徴とする請求項９記載のガス化燃焼装置。
【請求項１１】
前記２分岐された戻り排気管は、排気熱風を前記燃焼室内に旋回流を生ずるように、前記燃料導入部内に噴出することを特徴とする請求項１０記載のガス化燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低公害燃料として用いられている安定性の高いエマルジョン燃料等の燃料を、燃焼室で効率よく安定して燃焼させることのできるガス化燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラ等の各種燃焼装置では、燃焼効率の向上と同時に大気汚染を防止するために、排気ガスのＮＯｘ（窒素酸化物）濃度やＳＯｘ（硫黄酸化物）濃度や煤塵濃度を減少させることへの要請が強まっている。【０００３】
純燃料油に水を混合してエマルジョン化（乳化）したエマルジョン燃料は、石油系燃料の使用量を減少させると共に煤煙スラッグ等を減少させることができる。また、水の蒸発によって燃焼炎温度が低下する。しかも、排気ガス中のＮＯｘの低減効果もあるので低公害燃料として用いることができる。【０００４】
すなわち、エマルジョン燃料は油中水滴型（ｗａｔｅｒ  ｉｎ  ｏｉｌ  型またはＷ／Ｏ型）の場合、数ミクロンの水の粒子を多数含んでおり、この油滴が高温雰囲気で加熱されると表面から蒸発して燃焼を始めるとともに、内部の水が加熱され熱水または過熱蒸気の状態で急激に吹き出し、水粒子を取り巻く油を吹き飛ばして油滴を微粒化する。これは油単体の燃焼では見られない現象でミクロ爆発（ｍｉｃｒｏ  ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ；水蒸気爆発）といわれるものである。油滴が再微粒化すると空気との接触面積が増加し、かつ空気との混合がよくなるため、燃焼が促進する。また、燃焼炎中に水が存在することから水の蒸発潜熱により燃焼炎温度が低下し窒素酸化物の発生を抑える。また、燃焼炎中の遊離炭素と水蒸気との水性ガス反応（Ｃ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ２）、および、水蒸気の触媒作用によるＣＯの燃焼促進などの効果があることが一般に知られている。【０００５】
また、エマルジョン燃料の一形態として微粉炭を用いた石炭水スラリー（ＣＷＭ）も知られている。つまり基本構成が微粉炭と水によるもので、例えば、微粉炭に微粉炭の２０〜４０重量％の水を計量して供給し、微粉炭と水とを攪拌機等によって攪拌することにより均一に混合し、微粉炭をスラリー状にして石炭水スラリー（ＣＷＭ）を生成されることが開示されている。（特許文献１参照）。【０００６】
また、エマルジョン燃料の燃焼装置としては、形状的には円筒状の装置が用いられている。例えば、燃焼室は、使用するエマルジョン燃料の水分添加率に応じて、その有効長さが所定長さに設定されている。エマルジョン燃料は、その水分添加率に応じて燃焼速度が異なる。水分添加率が多くなると、燃焼速度が遅くなる。そのため、燃焼室は燃焼が完了までの時間を確保するために、燃焼室の長さをエマルジョン燃料の水分添加率との関係で設定することが望ましいことが開示されている。（特許文献２参照）
上述のように、エマルジョン燃料の典型例は、水粒子の周りを油が囲む形態で油と水を微細混合（１０μｍ程度）させてエマルジョン状態、即ち油か脂肪などを水に溶かした燃料油である。水を囲む油の燃焼によって得られる熱の伝導により水粒子は気化される。気化された水蒸気はその体積が膨大し、この水蒸気が油層を拡散させ、霧化現象を引き起こして油の完全燃焼に役立つ。【０００７】
霧化された霧状粒子は８００℃程度に予熱された燃焼室の内部に噴霧されたとき、燃料液滴中の水は瞬時に沸騰し、１２４０倍程度に急膨張して水蒸気爆発を起こす。この水蒸気爆発では、衝撃波が発生し、１０−３〜１０−４秒の間に急激に数千〜一万℃の高温度に達するが、この温度においては、エマルジョン燃料中の水はＨ２Ｏ→２Ｈ＋Ｏ（４０００℃以上）に分解し、また可燃性材料の油も原子状に分解しガス化する。【０００８】
ただし、温度上昇は、１０−３〜１０−４秒という極めて短時間であるため、燃焼雰囲気中の温度はすぐに７００〜８００℃に戻る。従って、燃焼室の内部の平均温度はそれほど上昇しない。また、水蒸気爆発も１０〜３０μｍという微粒子の微爆発であり、しかも燃焼室の排気口の側が開口しているので燃焼室の壁面には圧力がかからず、高圧によって燃焼室が破壊される危険性はない。【０００９】
図３は、本出願人が先に出願した特願２００８−２１６０７７号に記載された、エマルジョン燃料を燃焼室５０の内部で燃焼させた際の燃焼状態の模式説明図である。燃焼室５０の内部は、予めエマルジョン燃料自体を燃焼させるために最低４００℃以上の着火温度を要するので、予熱手段により予め８００℃以上に予熱されている。予熱されている燃焼室５０の内部に燃料噴射ノズル５１からエマルジョン燃料が噴射されると水蒸気爆発（ＰＥ）が生成され、噴射されたエマルジョン燃料が燃焼する。【００１０】
エマルジョン燃料の燃焼が始まった後は、その燃焼熱によって燃焼室５０の内部が高い温度に維持されるため、着火後はエマルジョン燃料の噴射により単独で連続燃焼が行われることになる。【００１１】
なお、水蒸気爆発による衝撃波ＳＷ（Ｓｈｏｃｋ  Ｗａｖｅ）は、燃焼室５０の壁面に向かってあらゆる方向に進行して壁面に衝突して反射を繰り返し進行する。しかも、生成された衝撃波ＳＷはそれぞれの反射する壁面に応じて時間差をもって燃焼室５０の内部を進行するので衝撃波をより長い間、燃焼室５０の内部に留めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１１−６１１６１号公報
【特許文献２】特開２００６−１１２６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述のように、燃焼室内でのエマルジョン燃料の燃焼の基本形は、燃焼室は、内部が予めエマルジョン燃料自体を燃焼させるためには、最低４００℃以上の着火温度を要するので、予め８００℃以上に加熱されている。加熱されている燃焼室の内部に燃料噴射ノズルからエマルジョン燃料が噴射されると、水蒸気爆発が生成され燃焼する。エマルジョン燃料の燃焼が始まった後は、その燃焼熱によって燃焼室内が高い温度に維持されるため、着火後はエマルジョン燃料単独で連続燃焼が行われることになる。【００１４】
しかしながら、エマルジョン燃料の燃焼が始まった以降でも、燃料噴射ノズルからエマルジョン燃料の噴射圧力や噴射量等の影響と考えられる要因により、燃焼室内の温度が部分的には８００℃以上に保たれていない個所が存在することがある。そのような個所では、エマルジョン燃料の燃焼が不完全になり燃焼装置として好ましくない。【００１５】
本発明はこれらの事情に基づいてなされたもので、エマルジョン燃料が燃焼室内で安定した状態で効率よく燃焼し、かつ、排気ガスのＮＯｘ（窒素酸化物）濃度やＳＯｘ（硫黄酸化物）濃度や煤塵濃度を減少させることのできるガス化燃焼装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明のガス化燃焼装置は、内部でエマルジョン燃料を燃焼させる管状の燃焼室と、この燃焼室の入口側に配置され前記エマルジョン燃料を噴射する燃料噴射ノズルと、この燃料噴射ノズルの先端部近傍の前記燃焼室内に該燃焼室の排気口側から取り込んだ排気熱風を供給する戻り排気管と、前記燃焼室内の中央部に配設され前記燃焼したエマルジョン燃料の燃焼炎を複数の通風路により通過させる温度保持体とを有していることを特徴とするものである。【００１７】
また、本発明のガス化燃焼装置においては、前記燃焼室の内部に配設された前記温度保持体の該燃焼室内での配設位置は、前記燃焼室内で前記燃料噴射ノズルより噴射された前記エマルジョン燃料が水蒸気爆発を生成する位置よりも前記燃焼室の前記排気口側の位置であることを特徴とするものである。【００１８】
また、本発明のガス化燃焼装置においては、前記燃焼室の前記温度保持体は、前記管状の燃焼室の軸に対して同心的に配置された複数個の外径の異なる管体を含み、前記複数の通風路は前記複数個の管体相互間の間隙により形成されることを特徴とするものである。【００１９】
また、本発明のガス化燃焼装置においては、前記管体の管壁には複数の貫通孔が形成されていることを特徴とするものである。【００２０】
また、本発明のガス化燃焼装置においては、前記燃焼室の前記温度保持体は、前記管状の燃焼室の軸方向に移動自在であることを特徴とするものである。【００２１】
また、本発明のガス化燃焼装置においては、前記燃焼室は、前記燃料噴射ノズルが配置される一定の直径を有する燃料導入部と、この燃料導入部に連結され、直径が前記燃料導入部の直径に対して徐々に増加する拡大部と、この拡大部に連結され、直径が前記拡大部の最大直径に等しい一定の直径を有する中央部と、この中央部に連結され、直径が前記中央部の直径に対して前記燃料導入部の直径とほぼ等しい直径まで徐々に減少する縮小部と、からなることを特徴とするものである。【００２２】
また、本発明のガス化燃焼装置においては、前記温度保持体は、前記燃焼室の中央部内に、前記燃焼室の軸方向に移動可能に設置されていることを特徴とするものである。【００２３】
また、本発明のガス化燃焼装置においては、前記戻り排気管は、２分岐され、前記燃焼室の燃料導入部の管壁に形成されたに結合されていることを特徴とするものである。【００２４】
また、本発明のガス化燃焼装置においては、前記排気熱風送風口は、前記燃料導入部の直径方向の対向する位置の管壁に設けられていることを特徴とするものである。【００２５】
また、本発明のガス化燃焼装置においては、前記２分岐された戻り排気管は、前記排気熱風を前記燃焼室内の中央部方向に噴出するように、前記燃料導入部に形成された送風口に傾斜して結合されていることを特徴とするものである。【００２６】
また、本発明のガス化燃焼装置においては、前記２分岐された戻り排気管は、排気熱風を前記燃焼室内に旋回流を生ずるように、前記燃料導入部内に噴出することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、燃焼効率がよく、かつ、排気ガスのＮＯｘ（窒素酸化物）濃度やＳＯｘ（硫黄酸化物）濃度や煤塵濃度を減少させることのできるガス化燃焼装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施例であるガス化燃焼装置の縦断面図である。
【図２】図１に示すガス化燃焼装置に用いられる温度保持体の斜視図。
【図３】図１に示すガス化燃焼装置の燃焼室内でエマルジョン燃料を燃焼させた際の燃焼状態を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明のガス化燃焼装置についての実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。
【００３０】
図１は、本発明の実施例であるガス化燃焼装置の縦断面図である。
【００３１】
ガス化燃焼装置３０の燃焼室２０は、直径が管軸方向で変化する管体である。燃焼室２０の一端である入り口２０ａはバーナー装着用の支持板２により密閉されている。この支持板２には、後述するように、バーナーユニット１が固定支持される。また、燃焼室２０の他端である出口２０ｂは開放され燃焼排気ガスの排出口３として機能する。燃焼室２０は、入り口２０ａ側は直径が一定の燃料導入部４を形成し、この燃料導入部４に燃焼部５が連結されている。この燃焼部５は燃料導入部４の連結部から徐々に直径が拡大する拡大部５ａと、一定の最大直径を有する中央部５ｃと、中央部５ｃから排出口３に向かって直径が徐々に縮小する縮小部５ｂから構成されている。排出口３の直径は燃料導入部４の直径とほぼ等しくなる。
【００３２】
ここで、燃焼部５の燃料導入部４との連結部から最大直径となる中央部５ｃに至る拡大部５ａの傾斜角度αは４５度程度であり、中央部５ｃから排出口３へ向かう傾斜角度βは３０度程度である。
【００３３】
なお、燃焼室２０の横断面形状は、円筒状あるいは多角形状等その他必要に応じて任意の形状に設計することができる。
【００３４】
また、燃料導入部４の管軸方向のほぼ中央部には、燃焼室２０内に旋回流を取り込むための熱風送風口７ａ、７ｂが設けられている。なお、この熱風送風口７ａ、７ｂは、エマルジョン燃料の種類や噴射条件等に対応できるように、特に図示はしないが、燃焼室２０に対して絞り体が設けられ開度の調整が可能に形成されている。
【００３５】
バーナーユニット１は、中央に燃料噴射ノズル８が配置され、燃料噴射ノズル８の下方には予熱用ノズル９が配置されている。燃料噴射ノズル８の上方には空気供給ノズル１１が配置されている。この空気供給ノズル１１は、その先端部が燃料噴射ノズル８の先端部に結合されている。
【００３６】
これらの各ノズル８、９、１１は、バーナー装着用の支持板２を貫通して配置され、この貫通部分で支持板２に固定されている。
【００３７】
燃料噴射ノズル８は、渦流式噴射ノズルを備えている。渦流式噴射ノズル８は、円筒状のノズルの横断面において、その直径方向の対向位置において、接線方向に高圧ガスを流入させることにより、ノズル内に旋回流が形成される。この渦流式噴射ノズルを用いた燃料噴射ノズル８からの燃料の噴射により、燃焼室２０の内部に燃焼炎の旋回流が形成される。
【００３８】
空気供給ノズル１１は、燃料・空気供給部１３内の高圧送風手段（図示せず。）に接続されており、燃焼室２０の内部に空気を供給する。
【００３９】
また、予熱用ノズル９は、燃焼室２０の内部を予熱するもので、高圧ボンベに貯蔵されているプロパン等の予熱用ガスを、開閉バルブ（不図示）を開いて導入し、圧電素子で着火して燃焼室２０の内部で燃焼させる。なお、燃焼室２０の内部で、予熱が終了して燃料噴射ノズル８からの噴射燃料による燃焼に移行すると、開閉バルブは閉止して、燃焼室２０の内部の燃焼は、燃料噴射ノズル８からの噴射燃料のみによるガス化燃焼に移行する。
【００４０】
なお、バーナーユニット１を形成している空気供給ノズル１１、燃料噴射ノズル８および予熱用ノズル９は、それぞれ管路１３ａ、１３ｂ、１３ｃを経由して燃料・空気供給部１３にそれぞれ接続されている。燃料・空気供給部１３内には、図示しないが燃焼に必要な燃料ガス、空気を供給するための定量ポンプ、バルプあるいは高圧送風手段等を備えている。
【００４１】
燃焼室２０の中央部５ｃ内には、温度保持体１４が配置されている。
【００４２】
図２は温度保持体１４の構造を示す斜視図である。温度保持体１４は、同図に示すように、外径の異なる複数個の管状体１５ａ〜１５ｄが、燃焼室２０の中心軸に対して同心的に配置されている。複数個の管状体１５ａ〜１５ｄの端面１４ａ及び１４ｂは、それぞれ燃焼室２０の入り口２０ａ及び出口２０ｂに面している。各管状体１５ａ〜１５ｄは、互いにほぼ等間隔で多重に配置され、隣接する円筒体間の間隙は、端面１４ａから１４ｂ間で通風可能な通風路ｐを形成している。これらの通風路ｐは、燃焼室２０内の燃焼火炎あるいは燃焼ガス流を燃焼室２０の入り口２０ａ側から出口２０ｂ側に導出する。
【００４３】
また、各管状体１５ａ〜１５ｄを形成する管壁には複数の貫通孔１６ａ、１６ｂ、１６ｃ・・・が形成されている。各管状体１５ａ〜１５ｄの端面１４ａは、燃料噴射ノズル８から噴出された燃焼炎が通風路ｐに入りやすいように面取りが施されている。
【００４４】
また、温度保持体１４は、スライド機構１８により、燃焼室２０の中央部５ａの壁面に管軸方向に移動可能に装着されている。
【００４５】
温度保持体１４は、燃焼室２０の燃料導入部４内に設けられた燃料噴射ノズル８から噴射されたエマルジョン燃料が水蒸気爆発ＰＥを生成する位置よりもさらに燃焼室２０の排気口３側の位置に配置されている。このため、燃料噴射ノズル８から噴射されたエマルジョン燃料が燃焼して形成された燃焼炎は、温度保持体１４の円筒体１５ａ〜１５ｄ相互間の通風路ｐを通過して燃焼室２０の排気口３側に進行する。燃焼室２０内での温度保持体１４が配置される空間は、前述したように、エマルジョン燃料が燃料噴射ノズル８から噴射されて水蒸気爆発ＰＥを起こす位置である。この位置に温度保持体１４が配置されていると、その通風路ｐにより排気口３が制限されるため、燃焼炎が燃焼室２０空間内に閉じ込められるため、この空間内の温度は常に、１，０００℃〜１，１００℃に維持することができる。
【００４６】
なお、温度保持体１４は、４重の管体１５ａ〜１５ｄにより構成する実施例を示したが、４層に限らず、燃焼室２０の大きさ等により任意層数で構成する。また、その断面が円筒状の多重構造に限らず、燃焼室２０の断面形状に合わせた筒状体や多角柱体等の形状でもよい。また、４重の管体１５ａ〜１５ｄには、それらの管軸に多数の貫通孔１６ａ、１６ｂ、１６ｃ・・・を設けたが、これらの貫通孔は必ずしも設けなくてもよい。
【００４７】
さらに、温度保持体１４は、必ずしも複数の管体を多重に配置したものに限らず、１個の管体の内部を管軸方向の隔壁により仕切り、管軸方向に形成された複数の通風路を形成してもよい。その場合、温度保持体１４の横断面は、格子状あるいはハニカム構造等種々の形状とすることができる。
【００４８】
次に、燃焼室２０の中央部５ｃの外側には送風機１２が配設されている。送風機１２の吸入側は燃焼室２０の縮小部６の外壁に形成された吸入孔６ａに連通しており、また送風機１２の吐出側は戻り排熱管１７の一端に連通している。戻り排熱管１７は途中で分岐管１７ａ、１７ｂに分岐され、それぞれ燃焼室２０の燃料導入部４に形成された２つの排気熱風送風口７ａ、７ｂに連結されている。排気熱風送風口７ａ、７ｂは燃焼室２０の燃料導入部４の外周面に対して、互いに対向する位置に形成されている。燃焼室２０の縮小部６から排熱管１７に送り込まれた燃焼排気は、燃料導入部４の外側から燃料導入部４の内側に向かって１８０度の位相で供給される。また、これらの排気熱風送風口７ａ、７ｂは、排気熱風を燃焼室２０の中央部５の方向へ供給するように傾斜して設けられている。このため、燃料導入部４の内部には１５０℃程度の熱風による旋回流が形成される。
【００４９】
排気熱風送風口７ａ、７ｂから燃焼室２０の燃料導入部４に供給された排気熱風は、燃焼室２０の中央部５の方へ導かれる。その際、導かれた排気熱風は排気熱風送風口７ａ、７ｂ近傍に設けられたガイド板（不図示）に流量が規制され、かつ、燃料噴射ノズル８によって形成される燃焼炎の旋回流と同じ回転方向の旋回流を形成する。この排気熱風の旋回流と燃料噴射ノズル８によって形成される燃焼炎の旋回流とは、旋回方向が一致しているので燃焼室２０内部の燃焼炎は合流した強力な旋回流となり、燃焼室２０の中央部５ｃ内へ進行する。
【００５０】
次に、上述のガス化燃焼装置３０で用いるエマルジョン燃料について説明する。このエマルジョン燃料は、８０００Ｇの加圧水を基本成分とし、この加圧水４０容積％に対して６０容積％の微粉炭や燃料油を加えてエマルジョン化したものである。
【００５１】
なお、８０００Ｇの加圧水の製造は、例えば、本出願人により出願された特願２００７−１６３９号に開示されているエマルジョン製造装置（不図示）を用い、井戸水に対して５００Ｇ〜８，５００Ｇ、例えば、約８，０００Ｇの加速度を付与し、遠心分離して生成される。以下ではこのようにして生成された加圧水をＺ液と呼ぶ。
【００５２】
また、８０００Ｇの加圧水と微粉炭や燃料油とのエマルジョン化は、混合・攪拌機を用いる。燃料油の場合は、さらに消石灰と尿素とが加えられたＺ液を用いて攪拌翼等で所定時間攪拌し、良く分散されて微細化する。それにより、平均粒径φが１μｍ〜５０μｍのエマルジョン燃料を生成する。
【００５３】
次に、上述の構造のガス化燃焼装置３０の動作について説明する。なお、各部については、図１乃至図２に示した名称と符号を援用している。
【００５４】
まず、予熱工程として、バーナーユニット１の空気供給ノズル１１から空気が送り込まれた状態で、予熱用ノズル９から噴射されたプロパンガス等の予熱用ガスに点火される。この予熱用ガスは燃焼室２０の内部に噴射されて燃焼室２０の内部で燃焼し、燃焼室２０の内部を予め定めた予熱時間の間予熱する。この予熱により、燃焼室２０の内部が８００℃程度の温度に上昇する。
【００５５】
予熱時間が経過すると、燃料・空気供給部１３に接続された定量噴射ポンプ（不図示）が作動し、定量ずつのエマルジョン燃料が燃料噴射ノズル８に送り込まれる。
【００５６】
この結果燃焼行程が開始される。すなわち、燃料噴射ノズル８から噴射されたエマルジョン燃料は旋回流として燃焼室２０の内部に送り込まれ、燃焼室２０の内部で着火され燃焼炎の旋回流を形成する。燃焼炎の旋回流は燃焼室２０の内部で、スパイラル状に旋回しながら排出口３の方へ進行する。それにより、燃焼室２０の内部での滞留時間は、燃焼炎が単に直進するよりも長くなり、燃焼効率を上げることができる。
【００５７】
なお、噴射燃料の着火により予熱ノズル９は予熱ガスの噴射を停止し、燃焼室２０の内部では噴射燃料の燃焼により燃焼炎の旋回流が継続して形成され、ガス化燃焼状態が継続する。
【００５８】
すなわち、エマルジョン燃料は高温の燃焼室２０の内部に噴霧されたとき、燃料液滴中の水は瞬時に沸騰し、いわゆる水蒸気爆発ＰＥにより燃料液滴をガス化する。
【００５９】
前述したように、この水蒸気爆発ＰＥが発生する燃焼室２０内には温度保持体１４が配置されている。燃焼室２０内において水蒸気爆発ＰＥが発生する位置は、燃料導入部４から拡大部５ａを経て中央部５ｃに至る部分において生ずる。温度保持体１４は、中央部５ｃの排気口３側に配置されている。このため、水蒸気爆発ＰＥにより生成された燃焼炎は温度保持体１４の通風路ｐを通過して軸方向の排気口３の方向に進行する。このとき、燃焼炎により発生した熱量の多くの部分が温度保持体１４内に閉じ込められる。それにより燃焼室２０内の水蒸気爆発ＰＥが発生する位置近傍は常に１０００℃〜１１００℃に温度が保持される。その結果、噴射されるエマルジョン燃料は、常に、安定した水蒸気爆発ＰＥを生成することができ、エマルジョン燃料は完全燃焼することが可能になる。したがって微粉炭のようにチャー（未燃物質）分の多い可燃物を用いたエマルジョン燃料でも、チャーの発生は抑制される。
【００６０】
なお、燃焼室２０の内部での水蒸気爆発ＰＥの位置は、燃料により異なる。したがって、水蒸気爆発ＰＥの生ずる位置は、使用する燃料を実際に燃焼室２０の内部で燃焼させて求めるのが一般である。そのため、温度保持体１４の位置は水蒸気爆発ＰＥの生ずる位置に応じて移動自在に形成されている。
【００６１】
また、水蒸気爆発ＰＥの際に生じた燃焼室２０内での衝撃波ＳＷ（Ｓｈｏｃｋ  Ｗａｖｅ）は、図３の破線で示すように、燃焼室２０の壁面に向かってあらゆる方向に進行し、壁面に衝突して反射を繰り返す。図１で説明したように、燃焼室２０の拡大部５ａの傾斜角度αは４５度程度であり、中央部５ｃから排出口３へかけての縮小部５ｂの傾斜角度βは３０度程度に形成されているので、中央部５ｃ内で生じた水蒸気爆発ＰＥにより発生した衝撃波ＳＷは、拡大部５ａおよび縮小部５ｂの傾斜部の壁面で反射して燃焼室２０の中央部５側へ進行するようになる。
【００６２】
また、燃料導入部４内で生じた水蒸気爆発ＰＥにより生成された衝撃波ＳＷは、直径の小さな燃料導入部４内を中央部５ｃに向かって進行する。そした、最大の直径を有する中央部５ｃ内に滞留する。したがって、衝撃波ＳＷは燃焼室２０の内部に留まりやすくなり、燃焼室２０の内部では衝撃波ＳＷの滞留時間を長くすることができる。
【００６３】
さらに、燃焼室２０は中央部５ｃの直径は拡大され断面積が大きいので、燃料噴射ノズル８から噴射された燃焼炎の旋回流は、その旋回半径が拡大される。しかも旋回流であるので、直進流に比べて燃焼室２０の内部に長時間滞留して高効率にガス化燃焼する。それにより、ほぼ完全燃焼の状態が継続される。
【００６４】
つまり、燃料噴射ノズル８から燃焼室２０の内部に噴出されたエマルジョン燃料は、燃焼室２０の内部の熱によって着火すると同時に、空気供給ノズル１１によって供給される燃焼用空気によって、燃焼室２０の内部で旋回流による燃焼炎を発生して激しく燃焼し始め、１５００℃以上の高い燃焼熱を発生する。
【００６５】
しかも、燃焼室２０から排気熱風の一部が排熱管１７、１７ａ、１７ｂを経由して再び燃焼室２０に送り込まれて旋回流となる。この旋回流は、燃料噴射ノズル８によって形成される燃焼炎の旋回流と、旋回方向が一致しているので燃焼時の燃焼室２０の内部の燃焼炎は合流した強力な旋回流が形成されて燃焼する。さらに、燃焼室２０の内部での衝撃波ＳＷの効果も加わる。
【００６６】
したがって、上述のガス化燃焼装置３０は、エマルジョン燃料を効果的に燃焼させることができ、かつ、その燃焼熱流を有効に再利用することができる。
【００６７】
また、エマルジョン燃料による燃焼の排気ガスは、煤塵やＮＯｘ（窒素酸化物）やＳＯｘ（硫黄酸化物）などが極めて少ない。さらに、このエマルジョン燃料が燃料油の場合には、消石灰や尿素を混入させておけば、一層効果的である。
【００６８】
つまり、従来のボイラ等の燃焼装置のように特別な集塵手段や脱硝・脱硫手段等の排煙処理設備が不要または極めて簡単なもので済むことになる。しかも、排煙処理に要するコストを削減することができる。
【００６９】
したがって、上述のガス化燃焼装置３０は、火力発電所、製紙業界あるいはセメント業界その他燃焼装置を用いる各業界で広く用いることができる。
【００７０】
なお、本発明は上記の実施形態のそのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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