(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温反応容器と該反応容器の内側に設けられた水冷壁とからなる高温反応装置に前記高温反応容器と水冷壁との二点により支持されるように具備され、該高温反応装置内に燃料及び酸化剤を供給する高温反応装置用バーナにおいて、
前記高温反応容器と水冷壁の間の断熱用空間部を挟んで前記高温反応容器と水冷壁で二点支持されたバーナ管であって、該バーナ管の断熱用空間部に位置する部位を、前記二点支持された部位のバーナ管より少なくとも重力方向に管径が小である応力吸収管部としたことを特徴とする高温反応装置用バーナ。
【請求項２】
前記応力吸収管部を、断面が重力方向に偏平形状でかつ短径部直径が二点支持された部位のバーナ管の直径より小とし、更に前記応力吸収管部の断面積を二点支持された部位のバーナ管断面積と略等しくなるように形成したことを特徴とする請求項１記載の高温反応装置用バーナ。
【請求項３】
前記応力吸収管部を、断面が円形状でかつ直径が二点支持された部位のバーナ管の直径より小となるように形成したことを特徴とする請求項１記載の高温反応装置用バーナ。
【請求項４】
前記応力吸収管部の重力方向の直径を、二点支持された部位のバーナ管の直径の約０．７〜０．９倍としたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の高温反応装置用バーナ。
【請求項５】
前記高温反応装置が、石炭ガス化炉であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の高温反応装置用バーナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭ガス化炉に代表される高温反応装置とその内部に設けられた冷却用水冷壁とにより支持されたバーナ管を有する高温反応装置用バーナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、石炭ガス化炉に代表される高温反応装置においては炉内の熱負荷が非常に高く、該反応装置の炉内側に水冷壁や耐火構造物を設けた構造が採られている。
高温反応装置の一例として、図３に石炭ガス化炉の全体概略構成図を示す。かかる石炭ガス化炉は微粉炭をガス化反応させてガス化するもので、全体が鉄皮からなる高温反応容器２０により囲繞されるとともに、その内側に水管で構成された水冷壁２１を有する二重構造となっている。
【０００３】
かかる石炭ガス化炉３０では、その下部に位置するコンバスタ２４で微粉炭及びチャーの完全溶融を行い高温ガスを発生させ、ガス化炉上部のリダクタ２３で、該高温ガスをリダクタバーナ１５から噴出される微粉炭と混合しながら加熱し熱分解させてガス化している。前記コンバスタ２４にはチャーバーナ１６やコンバスタバーナ１７等のバーナが水平方向に複数本配設されており、該チャーバーナ１６からチャーの供給が行われるとともにコンバスタバーナ１７から酸素が付加された空気からなるガス化剤が供給され、コンバスタ２４内で高温、高負荷燃焼が行われる。
【０００４】
このように石炭ガス化炉３０では、石炭ガス化効率を高めるために高温、高負荷燃焼が行われており、前記リダクタ２３及びコンバスタ２４内の炉内温度は常に約１５００から２０００℃の高温雰囲気を維持しなければならない。さらにかかる高温雰囲気から炉壁を保護するために、前記したように複数の水管群からなる水冷壁を配設して炉の耐久性の改善に努めている。
【０００５】
しかし、石炭ガス化炉３０の運転中には前記水冷壁２１と高温反応容器２０との間に温度差が生じ、それに伴いこれらに熱伸び差が生じてしまう。そして、かかる熱伸び差により前記バーナに応力がかかりバーナ及びバーナ取り付け部が損傷してしまう惧れがある。
つまり、前記高温反応装置と水冷壁とを貫通して配設されるバーナはこれらの２点間によって支持される構造となっているため、温度差による熱伸び差、特に該反応装置と水冷壁とが異なる材料で形成されている場合においてはこれらの熱伸び差を吸収できなくなり亀裂が生じてしまうという問題を抱えている。
【０００６】
そこで、従来、図４及び図５に示すようにバーナ管を形成することでかかる問題を回避してきた。図４は、炉内２４に向かって燃料及びガス化剤１４を供給するバーナ管１０の水冷壁２１と高温反応容器２０との間の空間部２２に位置する部分を薄肉のベローズ管２７で形成し、該ベローズ管２７により熱伸び差による応力を緩和するように構成している。
また、図５では、前記高温反応容器２０側のバーナ管挿入口１５を伸長して支持点間の長さを大とし、熱伸び差による応力を十分に吸収可能なように構成している。
【０００７】
さらにまた、特開平９−９５６８６号ではバーナを水管壁に直接取り付け、熱伸び差の生じる水管壁と耐圧容器間を径の小さい原材料供給配管、酸化剤配管、冷却水配管で連結することで伸びによる応力を吸収している。これらの配管は単独では比較的小径で長さ方向も自由に選定できるため容易に応力を吸収でき、またバーナの長さも水管壁と耐圧容器間の分短くなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記高温反応容器内のガスは一般に腐食性ガスであり、前記ベローズ管２７を用いる構造では該ベローズ管２７が薄肉で形成されているため腐食性、耐久性等の面で問題が生じる。また、前記バーナ管を伸長して応力緩和する方法ではバーナ管を長くしなければならないことによる設計、保守の困難性により実現は難しい。
さらに、前記特開平９−９５６８６号のように、バーナを水管壁に直接取り付ける方法ではバーナが実質水管壁でのみ支持されている構成であるためバーナの安定性が悪く、また夫々の供給配管を高温反応容器内の腐食性ガス雰囲気下で連結しているためこれによる不具合が生じ易い。さらにまた、前記高温反応容器に夫々の供給管を配設するための挿入口を複数設けなければならず、シール機構が複雑となってしまう。
【０００９】
従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、簡単な構造で以って高温反応容器と水冷壁との熱伸び差を吸収することができる高温反応装置用バーナを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明はかかる課題を解決するために、請求項１記載の発明は、
高温反応容器と該反応容器の内側に設けられた水冷壁とからなる高温反応装置に前記高温反応容器と水冷壁との二点により支持されるように具備され、該高温反応装置内に燃料及び酸化剤を供給する高温反応装置用バーナにおいて、
前記高温反応容器と水冷壁の間の断熱用空間部を挟んで前記高温反応容器と水冷壁で二点支持されたバーナ管であって、該バーナ管の断熱用空間部に位置する部位を、前記二点支持された部位のバーナ管より少なくとも重力方向に管径が小である応力吸収管部としたことを特徴とする。
【００１１】
かかる発明によれば、前記高温反応容器と水冷壁との間に位置してこれらの熱伸び差による応力を最も受けやすいバーナ管の一部を、他部位、つまり前記反応容器挿入部及び水冷壁挿入部に位置するバーナ管の管径より小とした応力吸収管部を設けることで、バーナ管の曲げ剛性を小さくし、き裂等の損傷を防止することが可能となる。また、かかる発明では前記高温反応容器側及び前記水冷壁側のバーナ管径を従来と同様とすることができるため、バーナから噴出される流体の流速が適正化され安定した燃焼が可能となる。
尚、前記バーナ管の断面形状は、円形、楕円形、長円形、長方形等特に限定されない。
【００１２】
また請求項２記載の発明は、前記応力吸収管部を、断面が重力方向に偏平形状でかつ短径部直径が二点支持された部位のバーナ管の直径より小とし、更に前記応力吸収管部の断面積を二点支持された部位のバーナ管断面積と略等しくなるように形成したことを特徴としている。
かかる発明によれば、最も熱伸び差が著しい上下方向の管径を小とし他方向の径をそれより大とした楕円形若しくは長円形等の偏平形状とした応力吸収管部を設けているため十分な応力吸収機能を有しながらも断面積を大幅に小さくすることなく流速変化による圧力損失を最小限に抑えることができ、安定した燃焼を行うことが可能となる。
特に、請求項５記載のように、前記応力吸収管部の断面積を他部位のバーナ管断面積と略等しくすることにより最も安定した運転が可能となり好適である。
【００１３】
また、請求項３記載の発明のように、前記応力吸収管部を、断面が円形状でかつ直径が他部位のバーナ管の直径より小となるように形成してもよく、これにより、上下方向のみならずあらゆる方向からの撓みにも曲げ剛性が高くなり損傷が最小限に抑えられる。
また、請求項４記載の発明のように、前記応力吸収管部の重力方向の直径を、二点支持された部位のバーナ管の直径の約０．７〜０．９倍とすることにより、バーナ管の剛性を最も好適に維持することができ強度が保障される。
さらに、これらの発明において、前記高温反応装置が、石炭ガス化炉であることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。本実施形態では一例として石炭ガス化炉に具備されたバーナにつき説明しているが、水冷壁を設けた高温反応装置であれば何れにも適用可能である。
【００１５】
図１は本発明の実施形態にかかる高温反応装置用バーナの縦断面図、図２は図１におけるＡ−Ａ線断面図で、（ａ）は長円形応力吸収管部の断面図、（ｂ）は小円形応力吸収管部の断面図、（ｃ）はバーナ管部の断面図である。
まず、本発明が適用される石炭ガス化炉について図３に基づき全体構成を説明する。図３において、石炭ガス化炉３０は、高温反応容器２０とその内側に設けられた水冷壁２１とからなり、これらによりチャーの溶融と高温ガスの生成を行うコンバスタ２４と、炉内に供給される微粉炭のガス化を行うリダクタ２３とが形成されている。
【００１６】
前記高温反応容器２０と水冷壁２１の間には断熱用の空間部２２が設けられ、前記石炭ガス化炉３０には、前記高温反応容器２０及び水冷壁２１を貫通するように複数のバーナが二点支持されて配設されており、本実施形態では、前記コンバスタ２４に不図示の微粉炭供給装置からの微粉炭噴出用のコンバスタバーナ１７及び不図示のチャー供給装置からのチャー噴出用のチャーバーナ１６、及び前記リダクタ２３にガス化用微粉炭噴出用のリダクタバーナ１５が設けられている。
【００１７】
図１に示されるのは、図３のＺ部拡大図である高温反応炉用バーナの縦断面図であり、高温反応容器２０及び水冷壁２１に貫装されるバーナ管１０は、バーナ噴出口１２側と燃料・ガス化剤供給口１３側の二点支持された支持部位の管径Ｄが略同じであるバーナ管部１０ｂと、前記二点支持された高温反応容器２０及び水冷壁２１の間の空間部２２に位置する応力吸収管部１０ａとからなっている。そして、後述するように前記応力吸収管部１０ａの少なくとも重力方向の管径は前記バーナ管部１０ｂより小さくなるように形成されている。これにより、前記応力吸収管部１０ｂの曲げ剛性が高くなり、高温反応容器２０と水冷壁２１との熱伸び差による応力を吸収し、バーナ管１０のき裂の発生等の損傷を防止することができる。
尚、前記空間部２２には、通常メンテナンス等のために作業員が侵入可能な間隔Ｗがとられており、一般にはＷは約１．０〜３．０ｍである。
【００１８】
前記応力吸収管部１０ａの断面形状は、長円形状とした場合、図２（ａ）に示されるように重力方向の径が短径となる長円形状をしており、（ｃ）に示されるバーナ噴出口１２側と燃料・ガス化剤供給口１３側に位置するバーナ管部１０ｂの直径Ｄより前記短径部直径ｂが小さくなるように形成されている。そして、好ましくは長径部直径ａがバーナ管部１０ｂの直径Ｄより大きくなるように、つまり応力を受ける方向の断面二次モーメントを極力小さくなるような断面形状に形成することが好ましい。これにより十分な応力吸収機能を有しながらも断面積を大幅に小さくすることなく流速変化による圧力損失を最小限に抑えることができ、安定した燃焼を行うことが可能となる。このとき、前記応力吸収管部１０ａ１の断面積を前記バーナ管部１０ｂの断面積と略同じ大きさとすることが好ましい。
【００１９】
また、図２（ｃ）に示されるように、円形状の応力吸収管部１０ａ２としてもよい。かかる応力吸収管部１０ａ２の直径ｄを前記バーナ管部１０ｂの直径Ｄより小さくするように形成することであらゆる方向からの応力を吸収できる。
このとき、管内の流速を所定速度範囲に保持するためにバーナ管を二又以上に分割してもよい。
さらに、長円形状の応力吸収管部１０ａ１の短径ａ若しくは円形状の応力吸収管部１０ａ２の直径ｄを前記バーナ管部１０ｂの直径Ｄの約０．７〜０．９倍の大きさとすることが好ましい。かかる数値に設定すること最も曲げ剛性が高い構造となり熱伸び差による応力を最大限に吸収することができる。
【００２０】
【発明の効果】
かかる発明によれば、高温反応装置に具備されたバーナ管のうち熱伸び差による応力を最も受けやすい部分を、他部位のバーナ管の管径より小とした応力吸収管部を設けることで、簡単な構造で以ってバーナ管の曲げ剛性を小さくし、き裂等の損傷を防止することができる。また、かかる発明では前記高温反応容器側及び前記水冷壁側のバーナ管径を従来と同様とすることができるため、バーナから噴出される流体の流速が適正化され安定した燃焼が可能となる。
また、楕円形若しくは長円形等の偏平形状とした応力吸収管部を設けることにより、十分な応力吸収機能を有しながらも断面積を大幅に小さくすることなく流速変化による圧力損失を最小限に抑えることができ、安定した燃焼を行うことが可能となる。
【００２１】
また、前記応力吸収管部を、断面が円形状でかつ直径が他部位のバーナ管の直径より小となるように形成することにより、上下方向のみならずあらゆる方向からの撓みにも曲げ剛性が高くなり損傷が最小限に抑えられる。
さらに、前記応力吸収管部の重力方向の直径を、他部位のバーナ管の直径の約０．７〜０．９倍とすることにより、バーナ管の剛性を最も好適に維持することができ強度が保たれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態にかかる高温反応炉用バーナの縦断面図である。
【図２】  図１におけるＡ−Ａ線断面図で、（ａ）は長円形応力吸収管部の断面図、（ｂ）は小円形応力吸収管部の断面図、（ｃ）はバーナ管部の断面図である。
【図３】  本発明にかかる高温反応装置用バーナが適用される石炭ガス化炉の全体構成図である。
【図４】  従来の高温反応炉用バーナの縦断面図である。
【図５】  従来の高温反応炉用バーナの縦断面図である。
【符号の説明】
１０    バーナ
１０ａ  応力吸収管部
１０ｂ  バーナ管部
１０ａ１  長円形状応力吸収管部
１０ａ２  円形状応力吸収管部
１１    燃料噴出路
１２    バーナ噴出口
１４    燃料・酸化剤
２０    反応容器
２１    水冷壁
２２    空間部
２３    リダクタ
２４    コンバスタ
３０    石炭ガス化炉
【図１】
0003790495.tif 000002
【図２】
0003790495.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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