(57)【要約】  主バーナ（１）を備えるガス化バーナであって、主バーナの内側にＮ段の副バーナ（２）が提供され、Ｎは１以上の整数であり、主バーナ（１）および副バーナ（２）の各段が、独立した燃料流路および酸化剤流路をそれぞれ有し、主バーナ（１）および副バーナ（２）の各段が、外側から内側へ順に同軸のスリーブ内に配置され、主バーナ（１）の内径が、副バーナの第１段の外径よりも大きく、副バーナの各段の内径が、副バーナのその次の段の外径よりも大きい。このガスバーナにより、限られた反応空間および滞留時間の中で燃料と酸化剤が充分かつ均一に混合されることが保証され、燃焼反応速度が加速し、これにより、燃料変換率およびガス化性能が改善する。それと同時に、主バーナおよび副バーナの各段の負荷を調節することによって、ガス化炉の負荷を減少させることなく火炎形状を柔軟に調節することができ、それにより、ガス化炉の過熱を効果的に防止して、作業現場の様々な製造負荷要件を満たすことができる。【選択図】図１
2020525751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主バーナを備えるガス化バーナであって、Ｎ段の副バーナが前記主バーナの内側に配置され、Ｎは１以上の整数であり、前記主バーナおよび前記副バーナの各段が、独立した燃料流路および酸化剤流路をそれぞれ有し、前記主バーナおよび前記副バーナの各段が、外側から内側へ同軸のスリーブ内に配置され、前記主バーナの内径が、前記副バーナの第１段の外径よりも大きく、前記副バーナの各段の内径が、前記副バーナのその次の段の外径よりも大きいことを特徴とするガス化バーナ。
【請求項２】
前記主バーナが、外側から内側へ同軸に配置された主外管および主内管を含み、前記主外管および前記主内管が、主カバープレートによって接続され、前記主外管の内壁と前記主内管の外壁との間の環状空間が、主燃料流路を構成し、前記主内管の内壁と前記副バーナの前記第１段の外壁との間の環状空間が、主酸化剤流路を構成し、主燃料入口が、前記主カバープレートまたは前記主外管の側壁に配置され、主酸化剤入口が、前記主内管の側壁に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のガス化バーナ。
【請求項３】
前記主バーナの本体には、ガス化炉本体に接続された主本体取付けフランジが設けられ、前記主バーナ１の端部には、前記副バーナの前記第１段に接続された主端部取付けフランジが設けられていることを特徴とする請求項２に記載のガス化バーナ。
【請求項４】
前記副バーナの各段が、外側から内側へ同軸に配置された副外管および副内管をそれぞれ含み、前記副外管および前記副内管が、副カバープレートによって接続され、前記副外管の内壁と前記副内管の外壁との間の環状空間が、副燃料流路を構成し、前記副内管の内壁と前記副バーナのその次の段の外壁との間の環状空間、または前記副内管の最終段の内壁の内部空間が、副酸化剤流路を構成し、副燃料入口が、前記副カバープレートまたは前記副外管の側壁に配置され、副酸化剤入口が、前記副内管の側壁に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のガス化バーナ。
【請求項５】
前記副バーナの本体には、前記主バーナに接続された副本体取付けフランジが設けられ、前記副バーナの端部には、前記副バーナのその次の段に接続された副端部取付けフランジが設けられ、または前記副バーナの最終段の端部には、外部接続機器（例えば、閉止フランジ、点火デバイス、および／または火炎監視デバイス）および前記外部接続機器に接続された副端部取付けフランジが設けられていることを特徴とする請求項４に記載のガス化バーナ。
【請求項６】
前記主バーナおよび前記副バーナの各段が、それぞれの取付けフランジによって一体として接続されていることを特徴とする請求項５に記載のガス化バーナ。
【請求項７】
前記主外管、前記主内管、前記副外管および前記副内管には、すべてに冷却剤ジャケットが設けられ、前記冷却剤ジャケットには、それぞれ冷却剤入口および冷却剤出口が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のガス化バーナ。
【請求項８】
燃料移送管が、前記主燃料流路および前記副燃料流路にそれぞれ配置され、好ましくは、１〜６本の燃料移送管を単一の燃料流路に配置されうることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のガス化バーナ。
【請求項９】
前記燃料移送管の出口が旋回構造であり、好ましくは、前記燃料移送管が、接線方向または円周方向に均等に分布され、単一の燃料移送管が、水平な接線方向の直線管または垂直の螺旋管であることを特徴とする請求項８に記載のガス化バーナ。
【請求項１０】
ガス旋回デバイスが、前記主酸化剤流路および前記副酸化剤流路の出口に配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のガス化バーナ。
【請求項１１】
前記主燃料流路と前記主酸化剤流路との空間的位置が相互交換可能であり、前記副燃料流路と前記副酸化剤流路との空間的位置が相互交換可能であり、好ましくは、前記主燃料流路および前記副燃料流路、並びに前記主酸化剤流路および前記副酸化剤流路を、前記バーナの半径方向に沿って交互に連続的に配置することができることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のガス化バーナ。
【請求項１２】
前記主バーナおよび前記副バーナの各段が、互いに独立しており、互いに連通されておらず、独立して動作される、または、前記主バーナおよび前記副バーナの各段が、全体として一緒に動作されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のガス化バーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭用の高温および高圧ガス化機器（gasification equipment）の技術分野に関し、特にガス化バーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、高温および高圧の石炭ガス化の分野において、産業用プロセスにおける石炭ガス化プラントは、一般に、ガス化室またはバーナの加熱される側の局所過熱さらにはアブレーション、低い燃料変換率などの問題があり、これらの問題は、ガス化プラントの動作の安全性、安定性、経済性に重大な影響を及ぼす。上記問題の主な理由の１つは、ガス化室内の反応空間が小さく、ガス化室内での燃料粒子および酸化剤の滞留時間が短いため、限られた空間および時間の中で燃料粒子と酸化剤とが適切にブレンドされないことまたは均一に混合されないことであり、これは、局所的に過大な酸素対石炭の比率をもたらし、それによって、ガス化室もしくはバーナの加熱される側の局所過熱さらにはアブレーションを引き起こす。燃料の一部が酸化剤と完全には接触せず、したがってガス化反応に効果的に関与することができず、低い燃料変換率をもたらす。さらに、ガス化室またはバーナの加熱される側の局所過熱を軽減するために、操作者は、ガス化プラントの動作負荷を低減して、火炎形状を調節しなければならず、これは、ガス化装置の温度と圧力の低下につながり、ガス化反応の進行を妨げ、それによって燃料の変換率をさらに低下させる。
【０００３】
既存の石炭ガス化技術では、一般に使用されるＴｅｘａｃｏおよびＧＳＰガス化バーナは、一方向の燃料流路（one-way fuel channels）であり、したがってバーナのノズルでの燃料と酸化剤との接触領域が小さく、燃料と酸化剤との混合が変わらず不十分となり、それによって、過熱、アブレーション、および低い燃料変換率といった上記の問題を容易に招いてしまう。さらに、バーナは、バーナに導入される燃料および酸化剤の量を減少する手段以外には、火炎形状を調節するための他の効果的な手段を有さない。また、４つの独立したバーナが、燃焼室の特定の平面内で円周方向に沿って均等に配置されて、向流接線火炎構造（counterflow tangential flame structure）を形成する。この構造は、燃料と酸化剤との混合度をいくぶん改良するが、バーナを高精度で取り付ける必要性や動作の複雑化などの問題もあり、この構造によって火炎形状を調節する手段および方法は非常に限定的である。
【０００４】
したがって、先行技術における上記の問題を解決するためのガス化バーナが必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、例えば、限られた反応空間および滞留時間の中で燃料と酸化剤が均一にブレンドされないこと、加熱される側の局所過熱さらにはアブレーション、低い燃料変換率など、ガス化プラントの動作の安全性、安定性、経済性へ重大な影響を及ぼす既存の石炭ガス化プラントにおいて一般的な問題を解決するためのガス化バーナを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を実現するために、本発明は、主バーナ（main burner）と、主バーナの内側に配置されたＮ段の副バーナ（N-stage sub-burners）とを備えるガス化バーナであって、Ｎは１以上の整数であり、主バーナおよび副バーナの各段が、独立した燃料流路および酸化剤流路をそれぞれ有し、主バーナおよび副バーナの各段が外側から内側へ同軸のスリーブ（coaxial sleeves）内に配置され、主バーナの内径が副バーナの第１段の外径よりも大きく、副バーナの各段の内径が副バーナのその次の段の外径よりも大きい、ガス化バーナを提供する。
【０００７】
任意選択で、主バーナは、外側から内側へ同軸に配置された主外管（main outer tube）および主内管（main inner tube）を備え、主外管および主内管は主カバープレートによって接続され、主外管の内壁と主内管の外壁との間の環状空間が主燃料流路（main fuel channel）を構成し、主内管の内壁と副バーナの第１段の外壁との間の環状空間が主酸化剤流路（main oxidant channel）を構成し、主燃料入口が、主カバープレートまたは主外管の側壁に配置され、主酸化剤入口が、主内管の側壁に配置される。
【０００８】
任意選択で、主バーナの本体には、ガス化炉本体に接続された主本体取付けフランジ（main body mounting flange）が設けられ、主バーナの端部には、副バーナの第１段に接続された主端部取付けフランジ（main end portion mounting flange）が設けられている。
【０００９】
任意選択で、副バーナの各段は、外側から内側へ同軸に配置された副外管（sub-outer tube）および副内管（sub-inner tube）をそれぞれ含み、副外管および副内管は副カバープレートによって接続され、副外管の内壁と副内管の外壁との間の環状空間が、副燃料流路（sub-fuel channel）を構成し、副内管の内壁と副バーナのその次の段の外壁との間の環状空間、または副内管の最終段の内壁の内部空間が副酸化剤流路（sub-oxidant channel）を構成し、副燃料入口が副カバープレートまたは副外管の側壁に配置され、副酸化剤入口が副内管の側壁に配置される。
【００１０】
任意選択で、副バーナの本体には、主バーナに接続された副本体取付けフランジ（sub-body mounting flange）が設けられ、副バーナの端部には、副バーナのその次の段に接続された副端部取付けフランジ（sub-end portion mounting flange）が設けられ、または、副バーナの最終段の端部には、外部接続機器（例えば、閉止フランジ（blind flange）、点火デバイス（ignition device）、および／または火炎監視デバイス（flame monitoring device））およびこの外部接続機器に接続された副端部取付けフランジが設けられる。このようにして、ガス化バーナの全自動点火および火炎監視制御機能を実現することができる。
【００１１】
任意選択で、主バーナおよび副バーナの各段は、それぞれの取付けフランジによって一体として接続される。
【００１２】
任意選択で、主外管、主内管、副外管、および副内管のすべてに冷却剤ジャケット（coolant jackets）が設けられ、この冷却剤ジャケットには、それぞれ冷却剤入口および冷却剤出口が設けられる。このようにして、バーナのヘッドの炉側表面のアブレーション耐性を向上させることができ、バーナの寿命を延ばすことができる。
【００１３】
任意選択で、主燃料流路および副燃料流路には、燃料移送管（fuel transfer tube）がそれぞれ設けられる。好ましくは、１〜６本の燃料移送管を単一の燃料流路に同時に配置することができる。
【００１４】
任意選択で、燃料移送管の出口は旋回構造（swirl structure）である。好ましくは、燃料移送管は、接線方向または円周方向に均等に分布され、個々の燃料移送管は、水平な接線方向の直線管または垂直な螺旋管である。
【００１５】
具体的には、１〜６本の燃料移送管が、主燃料流路および副燃料流路のそれぞれに配置される。燃料移送管は、水平な接線方向の直線管であり、燃料移送管はすべて、主燃料流路および副燃料流路の接線方向に沿って配置され、複数の燃料移送管が、主燃料流路および副燃料流路の接線方向に沿って均等に分布されている。或いは、燃料移送管はすべて、垂直な螺旋管であり、燃料移送管は、主燃料流路および副燃料流路の円周方向に沿って配置され、複数の燃料移送管が、主燃料流路および副燃料流路の円周に沿って均等に分布されている。
【００１６】
このようにして、旋回構造は、燃料の接線速度を増加し、燃料と酸化剤とのブレンドを促進することができる。
【００１７】
任意選択で、ガス旋回デバイス（gas swirling device）が、主酸化剤流路および副酸化剤流路の出口にそれぞれ配置される。このようにして、酸化剤の接線速度を増加することができ、酸化剤と燃料とのブレンドを促進することができる。
【００１８】
任意選択で、主燃料流路と主酸化剤流路との空間的位置が相互交換可能であり、副燃料流路および副酸化剤流路の空間的位置が相互交換可能である。好ましくは、主燃料流路および副燃料流路、並びに主酸化剤流路および副酸化剤流路を、バーナの半径方向に沿って外側から内側へ交互に連続的に、例えば燃料−酸化剤−燃料−酸化剤…、または酸化剤−燃料−酸化剤−燃料…のように配置することができる。このようにして、ガス化室の温度場および流れ場の設計要件に従って、燃料および酸化剤の適合された空間的配置を実現することができる。さらに、特定の段のバーナの燃料流路から噴霧された燃料は、同じ段のバーナの酸化剤流路から噴霧された酸化剤と、隣接するバーナの酸化剤流路から噴霧された酸化剤とのどちらにも接触することができ、燃料と酸化剤との接触領域をさらに増大し、燃料と酸化剤の充分かつ均一な混合を保証し、燃焼反応速度を加速し、燃料の変換率およびガス化性能を改善する。
【００１９】
任意選択で、主バーナおよび副バーナの各段は、互いに独立しており、互いに連通されておらず、独立して動作される。或いは、主バーナおよび副バーナの各段は、組み合わせて一体に動作される。このようにして、ガス化プラントの安全性および安定性を保証するという前提の下で、ガス化プラントの動作の融通性と経済性を高めることができ、動作させる副バーナの数を増加させたり減少させたりすることによってガス化プラントの動作負荷を非常に柔軟に調節して、作業現場の様々な製造要件を満たすことができる。
【００２０】
本発明によるプロセスは、以下の利点を有する。
【００２１】
本発明によるガス化バーナは、既存の石炭ガス化プラントにおいて一般的な問題を解決することができる。そのような問題は、例えば、限られた反応空間および滞留時間の中で燃料と酸化剤が均一にブレンドされないこと、加熱される側の局所過熱さらにはアブレーション、低い燃料変換率などであり、これらは、ガス化プラントの動作の安全性、安定性、経済性に重大な影響を及ぼす。
【００２２】
主バーナおよびＮ段の副バーナは、外側から内側へ同軸のスリーブ内に配置され、独立した燃料ガス流路および酸化剤流路を有し、これらは、同軸の交互の組合せで連続的に配置することができ、主バーナおよびＮ段の副バーナは、個々にまたは組み合わせて動作することができる。上記の複合特性を有するガス化バーナは、同じ総材料投入量の下、限られたガス化室の反応空間および滞留時間の中で、ガス化バーナ内の燃料流路および酸化剤流路の数を増加することによって、燃料と酸化剤の接触領域を効果的に増大することができ、燃料と酸化剤の充分かつ均一な混合を保証し、燃焼反応速度を加速し、燃料変換率およびガス化性能を改善する。第２に、主バーナおよび副バーナの各段の負荷を調節することによって、すなわち主バーナと副バーナの各段との間の材料投入量の比率を適切に調節することによって、総材料投入量が一定であるという前提の下で燃焼火炎形状を柔軟に調節することができ、ガス化室に適合された流れ場および温度場を実現し、ガス化負荷を減少することなくガス化室の局所過熱など不利な動作条件を解決するという目的を達成する。最後に、主バーナおよび副バーナの各段がまとめて一緒に動作されるとき、動作させる副バーナの数を増加または減少することによって、ガス化プラントの動作負荷を大幅に調節して、作業現場の様々な製造要件を満たすことができる。
【００２３】
さらに、ガス化バーナの水冷ジャケット構造の配置は、バーナのヘッドの炉側表面のアブレーション耐性を改善し、バーナの寿命を延ばすことができる。燃料供給ラインおよび酸化剤供給ラインの旋回構造の構成は、燃料および酸化剤の接線速度を増加し、燃料と酸化剤とのブレンド均一性をさらに向上し、限られた反応空間と滞留時間の中でガス化プラントの反応速度、燃料変換率およびガス化性能を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明によるガス化バーナの構造の概略図である。
【図２】本発明によるガス化バーナの構造の断面図である。
【図３】図２に示す本発明によるガス化バーナの部分Ｉの部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図面において、参照番号１は主バーナであり、参照番号２は副バーナであり、参照番号３は主外管であり、参照番号４は主内管であり、参照番号５は主カバープレートであり、参照番号６は主燃料流路であり、参照番号７は主酸化剤流路であり、参照番号８は主燃料入口であり、参照番号９は主酸化剤入口であり、参照番号１０は主本体取付けフランジであり、参照番号１１は主端部取付けフランジであり、参照番号１２は副外管であり、参照番号１３は副内管であり、参照番号１４は副カバープラントであり、参照番号１５は副燃料流路であり、参照番号１６は副酸化剤流路であり、参照番号１７は副燃料入口であり、参照番号１８は副酸化剤入口であり、参照番号１９は副本体取付けフランジであり、参照番号２０は副端部取付けフランジであり、参照番号２１は冷却剤ジャケットであり、参照番号２２は冷却剤入口であり、参照番号２３は冷却剤出口であり、参照番号２４は燃料移送管であり、参照番号２５はガス旋回デバイスであり、参照番号２６は主燃料出口であり、参照番号２７は主酸化剤出口であり、参照番号２８は副燃料出口であり、参照番号２９は副酸化剤出口である。
【実施例】
【００２６】
実施形態
以下の例は、本発明を例示することを意図しており、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。
【００２７】
例１
図１〜図３に示すガス化バーナは、主バーナ１と、主バーナ１の内側に配置されたＮ段の副バーナ２とを含み、Ｎは１以上の整数であり、主バーナ１および副バーナ２の各段は、独立した燃料流路および酸化剤流路をそれぞれ有する。主バーナ１および副バーナ２の各段は、外側から内側へ同軸のスリーブ内に配置され、主バーナ１の内径は、副バーナ２の第１段の外径よりも大きく、副バーナ２の各段の内径は、副バーナ２のその次の段の外径よりも大きい。
【００２８】
図１は、主バーナ１および１つの副バーナ２から構成された複合ガス化バーナを示し、すなわち副バーナ２の数Ｎが１であることに留意されたい。
【００２９】
見てわかるように、本例におけるガス化バーナ、並びにそのガス化バーナから噴霧される燃料および酸化剤は、同一の総材料投入量の下、同一のガス化室の反応空間および滞留時間の下で、ガス化バーナ内の燃料流路および酸化剤流路の数を増加することによって、燃料と酸化剤との接触領域を効率的に増大することができ、それによって、燃料と酸化剤との充分かつ均一な混合を保証し、燃焼反応速度を加速し、燃料変換率およびガス化性能を改善する。総材料投入量が一定であるという前提の下で、主バーナ１および副バーナ２の各段の装填量を調節することによって、すなわち、主バーナ１と副バーナ２の各段との間の材料投入量の比を適切に調節することによって、ガス化室に適合された流れ場および温度場を組織化して、燃焼火炎形状を柔軟に調節することができ、それによって、ガス化負荷を減少することなく、ガス化炉などのガス化室の局所過熱を避ける。
【００３０】
例２
例１のガス化バーナと同様であるが、以下の点が異なるガス化バーナ。主バーナ１は、外側から内側へ同軸に配置された主外管３および主内管４を含み、主外管３および主内管４は、主カバープレート５によって接続される。主外管３および主内管４は、特定の厚さを有するステンレス鋼管またはニッケル系合金管であり、その内管壁および外管壁に接触する燃料または酸化剤の圧力に耐えることができる。主外管３の内壁と主内管４の外壁との間の環状空間が、主燃料流路６を構成する。主内管４の内壁と第１段の副バーナ２の外壁との間の環状空間が、主酸化剤流路７を構成する。主燃料入口８が、主カバープレート５、または主外管３の側壁に配置される。主酸化剤入口９が、主内管４の側壁に配置される。
【００３１】
好ましくは、副バーナ２の各段は、外側から内側へ同軸に配置された副外管１２および副内管１３をそれぞれ含み、副外管１２および副内管１３は、副カバープレート１４によって接続される。副外管１２および副内管１３は、特定の厚さを有するステンレス鋼管またはニッケル系合金管であり、その内管壁および外管壁に接触する燃料または酸化剤の圧力に耐えることができる。副外管１２の内壁と副内管１３の外壁との間の環状空間が、副燃料流路１５を構成する。副内管１３の内壁とその次の段の副バーナ２の外壁との間の環状空間、または最終段の副内管１３の内壁の内部空間が、副酸化剤流路１６を構成する。副燃料入口１７が、副カバープレート１４、または副外管１２の側壁に配置される。副酸化剤入口１８が、副内管１３の側壁に配置される。
【００３２】
例３
例２のガス化バーナと同様であるが、以下の点が異なるガス化バーナ。主バーナ１の本体には、ガス化炉本体に接続された主本体取付けフランジ１０が設けられている。主バーナ１の端部には、第１段の副バーナ２に接続された主端部取付けフランジ１１が設けられている。
【００３３】
好ましくは、副バーナの本体には、主バーナ１に接続された副本体取付けフランジ１９が設けられている。副バーナ２の端部には、副バーナ２のその次の段に接続された副端部取付けフランジ２０が設けられ、または、副バーナ２の最終段の端部には、外部接続機器に接続された副端部取付けフランジ２０が設けられている。
【００３４】
外部接続機器は、閉止フランジ、点火デバイス、および／または火炎監視デバイスなどでよいことに留意されたい。このようにして、ガス化バーナの全自動の点火および火炎監視制御機能を実現することができる。
【００３５】
好ましくは、主バーナ１および副バーナ２の各段は、それぞれの取付けフランジによって一体に接続される。
【００３６】
主バーナ１および副バーナ２の各段は、外側から内側へ同軸のスリーブ内に配置され、互いに独立しており、互いに連通していないことに留意されたい。主バーナ１および副バーナ２の各段は、取付けフランジによって一体として組み合わせられて一緒に動作する、または個々に分離されて独立して動作することができる。主バーナ１および副バーナ２の各段が一緒に動作されるとき、動作させる副バーナ２の数を増加または減少させることによってガス化負荷および火炎形状を柔軟に調節することができる。
【００３７】
例４
例３のガス化バーナと同様であるが、以下の点が異なるガス化バーナ。主外管３、主内管４、副外チューン１２、および副内管１３には、すべて冷却剤ジャケット２１が設けられ、冷却剤ジャケット２１には、冷却剤入口２２および冷却剤出口２３がそれぞれ設けられている。このようにして、バーナのヘッド（図２および図３に示す部分Ｉ）の炉側表面のアブレーション耐性を向上させることができ、バーナの寿命を延ばすことができる。
【００３８】
好ましくは、冷却剤ジャケット２１には冷却剤が提供され、この冷却剤は冷却媒体である。冷却剤は、冷却剤入口２２から冷却剤ジャケット２１へ流れ、冷却剤出口２３を通ってバーナから放出される。
【００３９】
好ましくは、冷却媒体は水である。
【００４０】
例５
例４のガス化バーナと同様であるが、以下の点が異なるガス化バーナ。主燃料流路６および副燃料流路１５には、それぞれ燃料移送管２４が設けられている。燃料移送管の出口は旋回構造である。このようにして、旋回構造が、燃料の接線速度を増加し、燃料と酸化剤とのブレンドを促進することができる。
【００４１】
好ましくは、単一の燃料流路に、１〜６本の燃料移送管を、接線方向または円周方向に均等に分布させて配置することができ、単一の燃料移送管２４は、水平な接線方向の直線管または垂直な螺旋管である。
【００４２】
具体的には、１〜６本の燃料移送管２４は、主燃料流路６および副燃料流路１５のそれぞれに配置される。燃料移送管２４は、水平な接線方向の直線管であり、燃料移送管２４はすべて、主燃料流路６および副燃料流路１５の接線方向に沿って配置され、複数の燃料移送管２４が、主燃料流路６および副燃料流路１５の接線方向に沿って均等に分布されている。或いは、燃料移送管２４はすべて、垂直な螺旋管であり、燃料移送管２４は、主燃料流路６および副燃料流路１５の円周方向に沿って配置され、複数の燃料移送管２４が、主燃料流路６および副燃料流路１５の円周に沿って均等に分布されている。
【００４３】
例６
例５のガス化バーナと同様であるが、以下の点が異なるガス化バーナ。ガス旋回デバイス２５は、主酸化剤流路７および副酸化剤流路１６の出口にそれぞれ配置される。このようにして、酸化剤の接線速度を上げることができ、酸化剤と燃料とのブレンドを促進することができる。
【００４４】
例７
例６のガス化バーナと同様であるが、以下の点が異なるガス化バーナ。主燃料流路６と主酸化剤流路７との空間的位置が相互交換可能であり、副燃料流路１５と副酸化剤流路１６との空間的位置が相互交換可能である。
【００４５】
主バーナ１およびＮ段の副バーナ２（Ｎは１以上の整数）を有する複合ガス化バーナは、その各ラインの媒体ごとに、バーナの半径方向に沿って２N+1個の配列を有することに留意されたい。主バーナ１およびＮ段の副バーナ２（Ｎは１以上の整数）を有する複合ガス化バーナに関して、流量を個別に調節することができる燃料および酸化剤のＮ＋１個のグループがある。各ラインの燃料は、主バーナ１および副バーナ２の各段での燃料入口８、１７からそれぞれの燃料流路６および１５に入り、燃料流路の出口２６、２８からガス化室に注入され、出口２６、２８での燃料の速度範囲は１〜３０ｍ／ｓである。各ラインの酸化剤は、主バーナ１および副バーナ２の各段での酸化剤入口９および１８からそれぞれの酸化剤流路７および１６に入り、酸化剤流路の出口２７、２９からガス化室に注入され、出口２７、２９での酸化剤の速度は１０〜３００ｍ／ｓである。バーナの出口では、噴霧された各ラインの燃料が、隣接する酸化剤と完全に接触して混合され、ガス化反応が起こって合成ガスを生成する。ガス化圧力は１〜１０ＭＰａであり、ガス化温度は１２００〜１８００℃である。
【００４６】
好ましくは、主燃料流路６は、主酸化剤流路７の外側または内側に配置することができ、副燃料流路１５は、副酸化剤流路１６の外側または内側に配置することができる。
【００４７】
好ましくは、主燃料流路および副燃料流路、並びに主酸化剤流路および副酸化剤流路が、バーナの半径方向に沿って外側から内側へ交互に配置されるとき、すなわち外側から内側へ燃料−酸化剤−燃料−酸化剤…、または酸化剤−燃料−酸化剤−燃料…のように配置されるとき、特定の段のバーナの燃料流路の出口から噴霧された燃料は、同じ段のバーナの酸化剤流路の出口から噴霧された酸化剤と、隣接するバーナの酸化剤流路から噴霧された酸化剤とのどちらにも接触し、それによって燃料と酸化剤との接触領域をさらに増大することができる。
【００４８】
例８
例７のガス化バーナと同様であるが、以下の点が異なるガス化バーナ。主燃料流路６および副燃料流路１５には、それぞれ燃料が提供される。
【００４９】
好ましくは、燃料は、石炭または石炭スラリ（coal slurry）である。
【００５０】
好ましくは、燃料は、可燃性の固体粒子燃料、液体燃料、および気体燃料の１つまたは複数の混合物である。
【００５１】
例９
例８のガス化バーナと同様であるが、以下の点が異なるガス化バーナ。主酸化剤流路７および副酸化剤流路１６には、それぞれ酸化剤が提供される。
【００５２】
好ましくは、酸化剤は、酸素もしくは空気であり、または、酸素もしくは空気もしくはそれらの混合物と、水蒸気もしくはＣＯ2もしくはそれらの混合物とを混合することによって得られる。
【００５３】
要約すると、本発明によるガス化バーナに関して、流量を個別に調節することができる燃料および酸化剤の２つのグループがある。主バーナ１用の燃料は、主燃料入口８を通って主燃料流路６に入り、副バーナ２用の燃料は、副燃料入口１７を通って副燃料流路１５に入り、これらの燃料は、それぞれの燃料流路出口２６、２８からガス化室に注入され、出口２６、２８での燃料の速度は１〜３０ｍ／ｓである。それに対応して、主バーナ１用の酸化剤は、主酸化剤入口９を通って主酸化剤流路７に入り、副バーナ２用の酸化剤は、副酸化剤入口１８を通って副酸化剤流路１６に入り、これらの酸化剤は、それぞれの酸化剤流路出口２７、２９からガス化室に注入され、出口２７、２９でのガス化剤（gasifying agent）の速度は１０〜３００ｍ／ｓである。ガス化バーナ出口２６、２７、２８、２９では、主バーナ１用の燃料、主バーナ１用の酸化剤、副バーナ２用の燃料、および副バーナ２用の酸化剤が、外側から内側へ連続的に分配される。各流路の上述した燃料は、隣接する酸化剤と完全に接触して混合され、ガス化反応が起こって合成ガスを生成する。ガス化圧力は１〜１０ＭＰａ、ガス化温度は１２００〜１８００℃である。本発明によるガス化バーナは、単一の燃料流路を有するガス化バーナに比べて、同じ総材料投入量およびガス化室の反応空間の下で、同じガス化室の反応空間内の燃料流路および酸化剤流路の数を増加することによって燃料と酸化剤との接触領域を効率的に増大し、副バーナ２から噴霧された燃料は、主バーナ１および副バーナ２から噴霧された酸化剤と同時に接触させられ、それらの接触領域をさらに増大し、燃料と酸化剤とが完全にかつ均一に混合されることを保証し、燃焼反応速度を加速し、デバイスの燃料変換率およびガス化性能を改善する。さらに、総材料投入量が一定であるという前提の下で、主バーナ１および副バーナ２の各段の装填量を調節することによって、すなわち主バーナ１と副バーナ２の各段との間の材料投入量の比率を適切に調節することによって、ガス化室に適合された流れ場および温度場を組織化して、燃焼火炎の形状を柔軟に調節することができ、それによって、ガス化負荷を減少することなく、ガス化室の局所過熱などの不利な条件を解決するという目的を達成することができる。さらに、主バーナ１および副バーナ２の燃料流路と酸化剤流路との空間的位置は相互交換可能であり、（外側から内側への）バーナの半径方向に沿った各ラインの媒体の配置は、燃料−酸化剤−燃料−酸化剤、酸化剤−燃料−燃料−酸化剤、燃料−酸化剤−酸化剤−燃料、酸化剤−燃料−酸化剤−燃料の４通りになる。図１に示すガス化バーナは、主バーナ１および１つの副バーナ２だけで構成されており、本発明のガス化バーナは、適用中、スリーブ内の次段の副バーナ２の数が適用要件を満たすまで、副バーナ２の端部に副端部取付けフランジを取り付けることによって、第２段の副バーナ２を副バーナ２の内側に同軸に被包し、第３段の副バーナ２を第２段のバーナ２の内側に同軸に被包することができ、以下同様である。スリーブ内の副バーナ２の数が増加すると、バーナの出口での燃料と酸化剤との接触領域は、総材料投入量が一定であるという条件下でさらに増大される。一方、主バーナおよび副バーナの各段が一体として一緒に動作されるとき、動作させる副バーナの数を増加または減少することによって、ガス化プラントの動作負荷を大幅に調節して、作業現場の様々な製造要件を満たすことができる。また、主バーナ１および副バーナ２の任意の段を複合ガス化バーナから分離し、個別に独立して動作させることもできる。ガス化バーナの燃料は微粉炭（pulverized coal）または石炭スラリであり、酸化剤は、酸素もしくは空気、またはそれらと水蒸気や二酸化炭素などとの混合物である。また、そのような複合ガス化バーナは、燃料として他の可燃性固体粒子、液体、可燃性気体材料を使用することもできる。
【００５４】
本発明によるガス化バーナは、上記の改善が主に施されており、述べられていない他の機能、構成要素および構造は、必要時に実施するために先行技術の対応する機能を実現することが可能な構成要素および構造を採用してよいことに留意されたい。
【００５５】
本発明の全般的な記載および実施形態を用いて本発明を詳細に示してきたが、本発明に基づいてそれらに対して修正または改良を行うことができることは当業者には明らかであろう。したがって、本発明の主旨から逸脱することなく行われるそのような修正または改良は、本発明の範囲内にあるものと意図されている。
【図１】
2020525751.tif 000003
【図２】
2020525751.tif 000004
【図３】
2020525751.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】令和2年4月27日(2020.4.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主バーナを備えるガス化バーナであって、Ｎ段の副バーナが前記主バーナの内側に配置され、Ｎは１以上の整数であり、前記主バーナおよび前記副バーナの各段が、独立した燃料流路および酸化剤流路をそれぞれ有し、前記主バーナおよび前記副バーナの各段が、外側から内側へ同軸のスリーブ内に配置され、前記主バーナの内径が、前記副バーナの第１段の外径よりも大きく、前記副バーナの各段の内径が、前記副バーナのその次の段の外径よりも大きく、
前記主バーナが、外側から内側へ同軸に配置された主外管および主内管を含み、前記主外管および前記主内管が、主カバープレートによって接続され、前記主外管の内壁と前記主内管の外壁との間の環状空間が、主燃料流路を構成し、前記主内管の内壁と前記副バーナの第１段の外壁との間の環状空間が、主酸化剤流路を構成し、主燃料入口が、前記主カバープレートまたは前記主外管の側壁に配置され、主酸化剤入口が、前記主内管の側壁に配置されており、
前記副バーナの各段が、外側から内側へ同軸に配置された副外管および副内管をそれぞれ含み、前記副外管および前記副内管が、副カバープレートによって接続され、前記副外管の内壁と前記副内管の外壁との間の環状空間が、副燃料流路を構成し、前記副内管の内壁と前記副バーナのその次の段の外壁との間の環状空間、または前記副内管の最終段の内壁の内部空間が、副酸化剤流路を構成し、副燃料入口が、前記副カバープレートまたは前記副外管の側壁に配置され、副酸化剤入口が、前記副内管の側壁に配置されていることを特徴とするガス化バーナ。
【請求項２】
前記主バーナの本体には、ガス化炉本体に接続された主本体取付けフランジが設けられ、前記主バーナ１の端部には、前記副バーナの前記第１段に接続された主端部取付けフランジが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のガス化バーナ。
【請求項３】
前記副バーナの本体には、前記主バーナに接続された副本体取付けフランジが設けられ、前記副バーナの端部には、前記副バーナのその次の段に接続された副端部取付けフランジが設けられ、または前記副バーナの最終段の端部には、外部接続機器（例えば、閉止フランジ、点火デバイス、および／または火炎監視デバイス）および前記外部接続機器に接続された副端部取付けフランジが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のガス化バーナ。
【請求項４】
前記主バーナおよび前記副バーナの各段が、それぞれの取付けフランジによって一体として接続されていることを特徴とする請求項３に記載のガス化バーナ。
【請求項５】
前記主外管、前記主内管、前記副外管および前記副内管には、すべてに冷却剤ジャケットが設けられ、前記冷却剤ジャケットには、それぞれ冷却剤入口および冷却剤出口が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス化バーナ。
【請求項６】
燃料移送管が、前記主燃料流路および前記副燃料流路にそれぞれ配置され、好ましくは、１〜６本の燃料移送管を単一の燃料流路に配置されうることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス化バーナ。
【請求項７】
前記燃料移送管の出口が旋回構造であり、好ましくは、前記燃料移送管が、接線方向または円周方向に均等に分布され、単一の燃料移送管が、水平な接線方向の直線管または垂直の螺旋管であることを特徴とする請求項６に記載のガス化バーナ。
【請求項８】
ガス旋回デバイスが、前記主酸化剤流路および前記副酸化剤流路の出口に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス化バーナ。
【請求項９】
前記主燃料流路と前記主酸化剤流路との空間的位置が相互交換可能であり、前記副燃料流路と前記副酸化剤流路との空間的位置が相互交換可能であり、好ましくは、前記主燃料流路および前記副燃料流路、並びに前記主酸化剤流路および前記副酸化剤流路を、前記バーナの半径方向に沿って交互に連続的に配置することができることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス化バーナ。
【請求項１０】
前記主バーナおよび前記副バーナの各段が、互いに独立しており、互いに連通されておらず、独立して動作される、または、前記主バーナおよび前記副バーナの各段が、全体として一緒に動作されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス化バーナ。
【国際調査報告】
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2020525751.tif 000007
2020525751.tif 000008
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