(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナ中心部に火炎検知用パージ空気流出管を配置し、その外周に旋回羽根を内蔵した着火用気体燃料噴出管を設け、該着火用気体燃料噴出管の外周に微粉コークスと搬送用気体との混合流体噴出管を設け、混合流体噴出管の外周に旋回羽根を内蔵した燃焼用空気噴出管を設け、前記混合流体の炉内への噴出速度を15〜35m/secとしたことを特徴とする微粉コークス燃焼用バーナ。
【請求項２】
微粉コークスと搬送用気体との混合流体がバーナへ流入衝突する部位近傍の着火用気体燃料噴出管の外周にセラミックス管を設置し、該セラミックス管取付部周囲の微粉コークス搬送速度がセラミックス管取付前よりも速くならないように、前記セラミックス管設置部の混合流体噴出管の外径と肉厚を大きくすると共に、混合流体噴出管内に設けるセンター出しリブをセラミックス丸棒としたことを特徴とする微粉コークス燃焼用バーナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、微粉コークスと空気などの搬送用気体との混合流体を炉内に搬送し、燃焼せしめる微粉コークス燃焼用バーナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
微粉炭は、搬送用気体との混合流体として炉内に噴出されると、炉内の高温雰囲気によって温度が上昇し、揮発成分が可燃性ガスとして放出され、この可燃性ガスが着火燃焼したのち、残ったコークス状の残留炭素(チヤー)が燃焼するという経過を辿って燃焼する。しかしながら、微粉コークスは、揮発分を殆ど有しないため、従来の微粉炭燃焼用バーナでは良好に燃焼させることはできなかった。
【０００３】
微粉コークスを良好な状態で燃焼させる方法および燃焼用バーナとしては、点火助燃バーナノズルの外周に旋回羽根を有する環状の燃料バーナノズルを同心的に設け、微粉コークスに旋回を付与すると共に、微粉コークス噴出管出口付近の内周に内方向に絞るテーパ部を設けたバーナを使用し、燃料バーナノズルに供給した微粉コークス混入高速気流が燃料バーナノズルから噴出する際に、微粉コークスを主体とする気流がバーナの軸心方向へ集束する加勢と点火助燃バーナノズルの火炎とによって合成される螺旋状の旋回流Bを形成し、空気を主体とする気流が旋回流Bの外周を包むようにして螺旋状の旋回流Aを形成し、点火助燃バーナノズルよりの火炎によって微粉コークスを加熱着火させ、空気を主体とする気流中の酸素によって微粉コークスを燃焼させる方法および燃焼用バーナ(特開昭59-29905号公報)が提案されている。
【０００４】
しかし、特開昭59-29905号公報に開示の燃焼用バーナは、環状の燃料バーナノズルの旋回羽根を通過する微粉コークスの流速を60〜80m/secとする必要があるため、数十時間で旋回羽根が摩耗損傷して燃焼状態が悪化する。
【０００５】
微粉と搬送用気体との混合流体供給管内に設ける旋回羽根の摩耗対策としては、旋回羽根の混合流体流れ方向上流側端面の全面をセラミックス体で覆い、該セラミックス体の上端面にセラミックス体の幅方向に延びる係合溝を形成し、係合爪を有する押さえ部材の係合爪を前記係合溝に挿入して、押さえ部材を旋回羽根の上端面に取付けたバーナ(特許第2746917号)が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許第2746917号に開示の旋回羽根の摩耗対策は、旋回羽根の混合流体流れ方向上流側端面形状に合致したセラミックス体を製作する必要があり、極めて高価となるばかりでなく、小容量バーナの場合は、旋回羽根の混合流体流れ方向上流側端面形状に合致したセラミックス体を製作することが困難である。
【０００７】
本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解消し、長寿命で燃焼性の良好な微粉コークス燃焼用バーナを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、バーナ中心部より火炎検知用パージ空気を流出させ、その外周より旋回を付与した着火用気体燃料を噴出し、さらにその外周より微粉コークスと搬送用気体との混合流体を15〜35m/secの範囲で噴出すると、旋回を付与した着火用気体燃料が旋回の遠心力により外周方向に広がりつつ、火炎検知用パージ空気と搬送用気体により燃焼して高温雰囲気を形成し、該高温雰囲気に巻込まれた微粉コークスが加熱されて着火し、混合流体噴出管の外周から旋回を付与されて噴出する燃焼用空気によって容易に燃焼することを見い出した。
【０００９】
また、微粉コークスの硬度は、微粉炭に比べて著しく高いため、微粉炭では1年以上の寿命があっても、微粉コークスでは1週間以内で摩耗損傷する部位がある。すなわち、従来の微粉炭バーナでは問題とならなかった部位への特別な耐摩耗対策が必要となること、微粉コークスによる摩耗は、搬送速度が大きくなるほど著しく進行すること、微粉コークスは気体に比較して直進性が強く、衝突する部位近傍の摩耗が特に著しいことを見い出し、この発明に到達した。
【００１０】
この発明の請求項1の微粉コークス燃焼用バーナは、バーナ中心部に火炎検知用パージ空気流出管を配置し、その外周に旋回羽根を内蔵した着火用気体燃料噴出管を設け、該着火用気体燃料噴出管の外周に微粉コークスと搬送用気体との混合流体噴出管を設け、混合流体噴出管の外周に旋回羽根を内蔵した燃焼用空気噴出管を設け、前記混合流体の炉内への噴出速度を15〜35m/secとしたことを特徴とする。
【００１１】
また、この発明の請求項2の微粉コークス燃焼用バーナは、微粉コークスと搬送用気体との混合流体がバーナへ流入衝突する部位近傍の着火用気体燃料噴出管の外周にセラミックス管を設置し、該セラミックス管取付部周囲の微粉コークス搬送速度がセラミックス管取付前よりも速くならないように、前記セラミックス管設置部の混合流体噴出管の外径と肉厚を大きくすると共に、混合流体噴出管内に設けるセンター出しリブをセラミックス丸棒としたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明において混合流体の炉内への噴出速度を15〜35m/secとしたのは、混合流体の噴出速度が15m/sec未満では、微粉コークスの噴出状態が不安定で火炎が安定せず、35m/secを超えると高温雰囲気での微粉コークスの滞留時間が短くなり、加熱着火が不十分となるばかりでなく、微粉コークスによる摩耗の進行が著しく大となるためである。
【００１３】
微粉コークスによる摩耗防止対策としては、▲１▼微粉コークスが直接衝突する部位の材質をセラミックスとする。▲２▼微粉コークスがバーナへ流入衝突し、混合流体の乱れが大きく摩耗し易い部位の微粉コークス搬送速度が大きくならないように、この近傍の混合流体噴出管の外径、肉厚を大きくするのが効果的である。
【００１４】
具体的には、微粉コークスと搬送用気体との混合流体がバーナへ流入衝突する部位近傍の着火用気体燃料噴出管の外周にセラミックス管を設置し、該セラミックス管取付部周囲の微粉コークス搬送速度がセラミックス管取付前よりも速くならないように、前記セラミックス管設置部の混合流体噴出管の外径と肉厚を大きくすると共に、混合流体噴出管内に設けるセンター出しリブをセラミックス丸棒とすることによって耐摩耗性に優れたバーナとなる。
【００１５】
セラミックスとしては、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、スピンネル(MgO・Al2O3)、ムライト(3Al2O3・2SiO2)、炭化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化チタンなどが使用できるが、窒化ケイ素、炭化ケイ素ならびに酸化アルミニウムが特に好ましい。
【００１６】
この発明における微粉コークスの搬送用気体としては、バーナ中心部に火炎検知用パージ空気流出管を配置したため、空気、窒素ガス、酸素あるいは酸素富化空気を使用することができる。また、燃焼用空気としては、空気、酸素富化空気、純酸素を用いることができる。
【００１７】
この発明における微粉コークス燃焼用バーナは、燃焼用空気噴出管を内側の混合流体噴出管、着火用気体燃料噴出管等より距離Lだけ炉内側へ延長した構造としている。この距離Lは、燃焼用空気噴出管の内径をDとしたとき、L=D〜3Dの範囲とするのが好ましい。L＜Dでは、火炎の着火安定性が不十分であり、L＞3Dでは、微粉コークスが燃焼用空気噴出管に接触して摩耗損傷させる。
【００１８】
この発明における微粉コークス燃焼用バーナは、微粉コークスと搬送用気体との混合流体がバーナへ流入衝突する部位近傍の着火用気体燃料噴出管の外周に設置したセラミックス管の炉内側に、該セラミックス管と着火用気体燃料噴出管との段差により混合流体に乱れが生じないよう、段差が4mm以下、好ましくは3mm以下となるよう耐摩耗鋼製の接続管を設ける。
【００１９】
この発明における微粉コークス燃焼用バーナは、着火用気体燃料噴出管に設けたセラミックス丸棒からなるセンター出しリブより炉内側の着火用気体燃料噴出管を、耐摩耗鋼管とし、セラミックス丸棒と着火用気体燃料噴出管との間に隙間ができ、この部分の着火用気体燃料噴出管が部分的に磨耗するのを防止している。
【００２０】
この発明における微粉コークス燃焼用バーナは、着火用気体燃料噴出管に設けたセラミックス丸棒からなるセンター出しリブ近傍の炉内側に、耐摩耗鋼製の補強リブを設け、バーナの運搬、設置時等の衝撃によるセラミックス丸棒の破損防止対策としている。
【００２１】
耐摩耗鋼としては、耐摩耗強度に優れたものであればよく、特に限定されないが、Cr、Wを多く含有するMORE2(Cr:35%、W:15%、Ni:50%)を使用するのが好ましい。
【００２２】
この発明の微粉コークス燃焼用バーナは、硬度が高く難燃性の微粉コークス以外にも、気体で搬送可能な可燃性の微粉体であれば適用可能であり、例えば、オイルコークス粉、カーボン粉、微粉炭、廃プラスチック粉、可燃性の有機物粉等を良好に燃焼させることができる。
【００２３】
【実施例】
実施例1
以下にこの発明の微粉コークス燃焼用バーナの詳細を実施の一例を示す図1に基づいて説明する。図1はこの発明の微粉コークス燃焼用バーナの詳細断面図である。
【００２４】
図1において、バーナ中心部に配置する火炎検知用パージ空気流出管1は、後端に石英ガラス2を組込んだシールアダプター3が連結され、該シールアダプター3に火炎検知器(ウルトラビジョン)4が取り付けられ、火炎検知用パージ空気流出管1を介して火炎検知器4により火炎検知が行われる。石英ガラス2の炉内側の火炎検知用パージ空気流出管1には、パージ空気供給管5が連結され、パージ用空気を供給してパージ空気供給管5の炉内側先端より常に流出させ、石英ガラス2に水滴や粉塵等が付着し、火炎検知の障害になるのを防止している。
【００２５】
火炎検知用パージ空気流出管1の外周には、着火用気体燃料噴出管11を配置し、着火用気体燃料噴出管11の後部には図示しない着火用気体燃料供給管との接続部12が設けられ、着火用気体燃料噴出管11の炉内側の先部には旋回羽根13を設置し、旋回羽根13により着火用気体燃料に旋回を付与して噴出するよう構成している。着火用気体燃料噴出管11の旋回羽根13より後部側には、気体燃料噴出孔14が開孔され、より多くの気体燃料が供給される。
【００２６】
着火用気体燃料噴出管11の外周には、微粉コークスと搬送用空気との混合流体噴出管21を配置し、該混合流体噴出管21の後部に微粉コークスと搬送用空気との混合流体流入管22を連結すると共に、混合流体噴出管21のセンター出しリブとしてセラミックス丸棒23が設けられている。セラミックス丸棒23は、混合流体噴出管21をセンター出してソケット24と止めねじ25により固定される。また、セラミックス丸棒23近傍の炉内側の着火用気体燃料噴出管11の外周には、耐摩耗鋼製の補強リブ26が設けられ、バーナの運搬、設置時等の衝撃によるセラミックス丸棒23の破損を防止している。
【００２７】
セラミックス丸棒23近傍より炉内側の着火用気体燃料噴出管は、セラミックス丸棒23と着火用気体燃料噴出管との間に隙間が生じ、この部分の着火用気体燃料噴出管が部分的に磨耗する場合があるため、耐摩耗鋼管15となっている。また、前記混合流体流入管22近傍の微粉コークスと搬送用空気との混合流体が衝突する部位の着火用気体燃料噴出管11の外周には、セラミックス管16が設けられている。該セラミックス管16の炉内側には、微粉コークスと搬送用空気との混合流体流に乱れが生じないように、セラミックス管16と着火用気体燃料噴出管11との段差を段階的に4mm以下、好ましくは3mm以下とするため、耐摩耗鋼製の接続管17が連設されている。
【００２８】
前記セラミックス管16の外周部の混合流体噴出管は、外径と肉厚の大きい管28とし、炉内側の混合流体噴出管21を管28の中に挿入した形態で連結し、微粉コークスと搬送用空気との混合流体流が乱れ、摩耗の著しい部位の混合流体の流速が他の部位より速くなり、摩耗が著しく進行しないようにすると共に、耐摩耗寿命の延長を図っている。
【００２９】
前記混合流体噴出管21の外周には、内側の混合流体噴出管21、着火用気体燃料噴出管11および火炎検知用パージ空気流出管1より距離Lだけ炉内側へ延長した形態で燃焼用空気噴出管31を設け、後部に燃焼用空気供給管32を連結している。また、燃焼用空気噴出管31の炉内側には、旋回羽根33を設置し、燃焼用空気に旋回を付与して噴出するよう構成している。
【００３０】
上記のように構成したことによって、着火用気体燃料噴出管11から旋回羽根13により旋回を付与した着火用気体燃料を噴出し、その外周の混合流体噴出管21より微粉コークスと搬送用空気との混合流体を15〜35m/secの流速で噴出させ、さらに、その外周の燃焼用空気噴出管31から旋回羽根33により旋回を付与した燃焼用空気を噴出すると、旋回を付与した着火用気体燃料が旋回の遠心力によって外周方向に広がりつつ、火炎検知用パージ空気流出管1から流出するパージ空気および混合流体中の空気と燃焼し、高温雰囲気を形成する。この高温雰囲気中で微粉コークスが加熱、着火されたのち、その外周の燃焼用空気噴出管31からの燃焼用空気によって良好に燃焼する。
【００３１】
また、この微粉コークス燃焼用バーナは、微粉コークスと搬送用空気との混合流体が衝突する部位の着火用気体燃料噴出管11の外周には、セラミックス管16を設置し、該セラミックス管16取付部周囲の混合流体流速がセラミックス管16取付前よりも速くならないように、セラミックス管16の周囲の管28の外径と肉厚を大きくし、炉内側の混合流体噴出管21が管28の中に挿入した形態とし、さらに、混合流体噴出管21に設けたセンター出しリブをセラミックス丸棒23としたから、耐摩耗性に優れ、長期間の操業に対応することができる。
【００３２】
実施例2
実施例1の微粉コークス燃焼用バーナを使用し、下記表1に示す操業条件で微粉コークスの燃焼実験を行った。その結果、バーナ寿命は従来の10倍以上となり、数ヵ月間の連続燃焼が可能で、燃焼状況はバーナ火口より安定した輝炎を形成し、火炎検知器(ウルトラビジョン)の検知電流値も良好であった。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
【発明の効果】
この発明の微粉コークス燃焼用バーナは、旋回を付与した着火用気体燃料が旋回の遠心力によって外周方向に広がりつつ、火炎検知用パージ空気流出管から流出するパージ空気および混合流体中の空気と燃焼して形成した高温雰囲気中で微粉コークスが加熱、着火されたのち、その外周の燃焼用空気噴出管からの燃焼用空気によって良好に燃焼する。
【００３５】
また、この発明の微粉コークス燃焼用バーナは、微粉コークスが直接衝突する部位の材質をセラミックスとすると共に、微粉コークスが直接衝突して混合流体流に乱れが大きく摩耗し易い部位の混合流体流の流速を大きくしないから、耐摩耗性に優れ、長期間の使用に耐えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の微粉コークス燃焼用バーナの詳細断面図である。
【符号の説明】
1  火炎検知用パージ空気流出管
2  石英ガラス
3  シールアダプター
4  火炎検知器
5  パージ空気供給管
11  着火用気体燃料噴出管
12  接続部
13、33  旋回羽根
14  気体燃料噴出孔
15  耐摩耗鋼管
16  セラミックス管
17  接続管
21  混合流体噴出管
22  混合流体流入管
23  セラミックス丸棒
24  ソケット
25  止めねじ
26  補強リブ
28  管
31  燃焼用空気噴出管
32  燃焼用空気供給管
【図１】
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