ガス化燃焼装置
【課題】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。
【解決手段】一端側にバーナー装着部１１と、排気流を取り込み旋回流に変換する排気流取り込み口１８ａ、１８ｂとが、他端側に排出口１３がそれぞれ形成された管体で、この管体の管軸方向の断面積は中央部１２が最大で、この中央部１２から両端部に向かって傾斜面によって断面が縮小された燃焼室１０の内部で、燃料噴射ノズル２ａから噴射燃料の旋回流を形成して噴射燃料を燃焼させる。
【解決手段】一端側にバーナー装着部１１と、排気流を取り込み旋回流に変換する排気流取り込み口１８ａ、１８ｂとが、他端側に排出口１３がそれぞれ形成された管体で、この管体の管軸方向の断面積は中央部１２が最大で、この中央部１２から両端部に向かって傾斜面によって断面が縮小された燃焼室１０の内部で、燃料噴射ノズル２ａから噴射燃料の旋回流を形成して噴射燃料を燃焼させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、低公害燃料として用いる安定性の高いエマルジョン燃料等の燃料を燃焼させ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、水の蒸発によって火炎温度が低下するので、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；Ｗ／Ｏ型）の場合、数ミクロンの水の粒子を多数含んでいる。このようなエマルジョン燃料においては、油滴が高温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。また火炎中に水が存在することから水の蒸発潜熱により火炎温度が低下し窒素酸化物の発生を抑えることができる。また火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知られている（非特許文献１参照）。
【０００５】
また、灯油と廃液水を１：１で混合したエマルジョン燃料を、火炎温度９６０℃の条件下で燃焼し、ミクロ爆発による微粒化および水性ガス化反応による酸素供給により理論空気量以下で均一完全燃焼が可能な装置が報告されている（特許文献１参照）。この装置では均一完全燃焼が可能なため、窒素酸化物および一酸化炭素等の有害排気ガスを低減できる。更に過剰空気が不要なため火炎温度の低下が防止され燃費を低減できることが開示されている。
【０００６】
また、Ａ重油に各種廃液水を混合したエマルジョン燃料を、炉温９００〜１０００℃の条件下で燃焼することで、ダイオキシン類の発生を防止する廃液の焼却処理方法が知られている（特許文献２参照）。この処理方法では同時に窒素酸化物や煤塵量を抑制することも可能であることが開示されている。
【０００７】
また、エマルジョン燃料の燃焼装置として、円管状の燃焼室を用いた装置が知られている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−３１９６７３号公報
【特許文献２】特開２００３−２４０２２０号公報
【特許文献３】特開２００６−１１２６６６号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】熊倉孝尚、「エマルジョン燃焼」、エネルギー・資源、 ｖｏｌ．２（ＮＯ．５）、ｐ．４４４−４４９（１９８１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のように、エマルジョン燃料はガス化燃焼による完全燃焼状態が生成できるので、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、大気汚染の防止要請に応えることが可能である。
【００１１】
しかし、上記従来の燃焼装置の円筒型の燃焼室は、その形状が燃焼効率の観点からは、最適とは言い難い。
【００１２】
すなわち、エマルジョン燃料の水蒸気爆発の際に生じる衝撃波は、できるだけ長く燃焼室内に閉じ込めることが燃焼効率上から好ましいことが実験的に確認されている。したがって、水蒸気爆発の際に生じる衝撃波を燃焼室の内部にできるだけ長く閉じ込めるためにも、燃焼室は形状的にも工夫する必要がある。
【００１３】
本発明はこれらの事情に基づいてなされたもので、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を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のガス化燃焼装置は、燃料が導入される入り口部、この入り口部より大きな直径を有する燃焼部およびこの燃焼部よりも小さな直径を有し、この燃焼部において発生した燃焼排気流が排出される出口部からなる管状燃焼室と、この管状燃焼室の前記入り口部に装着されたバーナーと、前記管状燃焼室の出口部から排出される排気流を前記管状燃焼室の入り口部に設けられた排気流を取り込み口に還流するように設けられた排気流還流管と、を備え、前記バーナーは、供給された燃料を前記燃焼室内の燃焼部に空気とともに旋回流として噴射することにより、前記燃焼部内に火炎旋回流を形成する噴射ノズルを有することを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明のガス化燃焼装置においては、前記管状燃焼室は、管軸に沿った断面図において、前記入り口部から前記燃焼部に向かって形成されている傾斜角度は、前記排出口から前記燃焼部に向かって形成されている傾斜角度よりも大きくなるように形成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明のガス化燃焼装置においては、前記燃焼室の排出口の直径は前記入り口部の直径より小さい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、前記バーナーに設けられている前記燃料噴射ノズルは、前記燃焼室の管軸方向に移動自在に設けられてい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、前記燃料噴射ノズルが形成する旋回流と、前記排気流取り込み口から取り込まれた排気流が形成する旋回流とは旋回方向が同じであ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、前記燃料噴射ノズルへ供給される燃料はエマルジョン燃料であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
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】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態を示すガス化燃焼装置の平面一部断面模式図。
【図２ａ】は、図１に示すガス化燃焼装置に用いられているバーナーの正面図。
【図２ｂ】は、図２ａに示すバーナーの変形例を示す正面図。
【図３】図１の燃料供給部の構成を示す模式図。
【図４】図１に示すガス化燃焼装置における水蒸気爆発の際に生じた燃焼室内での衝撃波の進行状態を示する説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
エマルジョン燃料は、水粒子の周りに油が積み囲まれる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。水を取り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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
これらの背景を基に、発明者は、（イ）燃焼室内で燃焼の際に火炎の旋回流を形成すること、（ロ）燃焼室内に排気熱流を旋回流として還流させること、（ハ）燃焼室内に水蒸気爆発によって生じる衝撃波をできるだけ長く閉じ込めておくこと、がガス化燃焼には好ましいとの知見を得、それらを満足するガス化燃焼装置について種々の実験を重ねた結果、以下のガス化燃焼装置の構造に達した。
【００２７】
図１は、本発明の実施の形態に係るガス化燃焼装置の縦断面図である。
【００２８】
ガス化燃焼装置３０の燃焼室１０は、直径が管軸方向で変化する管状体であり、燃料が供給される入り口部１１と、これに連結される燃焼部１２と、これに連結され燃焼部１２で発生する燃焼ガスを排出する排出口１３から構成されている。入り口部１１の後端部から直径が急激に増加し、燃焼部１２で最大になる。燃焼部１２は燃焼室１０の管軸方向のほぼ中央部まで一定の直径を有し、その後、排出口１３に向かって徐々に縮小する。排出口１３は、入り口部１１より小さな半径の管状体により形成されている。燃焼室１０の入り口部１１にはバーナー１が装着されている。
【００２９】
なお、燃焼室１０の管軸に平行な断面形状は、バーナー装着部１１から燃焼部１２への傾斜角度αは４５度程度であり、排出口１３から燃焼部１２へ向かう傾斜角度βは３０度程度である。なお、入り口部１１のバーナー装着部の後部には、排出口１３から排出された排気流を取り込むための排気流取り込み口１４が設けられている。
【００３０】
燃焼室１０の入り口部１１には、燃焼室１０の内部に開口を向けてバーナー１が装着されている。このバーナー１には、図２ａに示されるようにノズル支持部２の後端面中央部には燃料噴射ノズル２ａが配置され、その両側に空気供給ノズル２ｂと予熱用ノズル２ｃとが列設されている。ノズル支持部２は、燃焼室１０の入り口部１１に嵌合する円柱体であり、その後端部はテーパー状のコーナー部２ｄが形成されている。ノズル支持部２は、例えば、スライド機構（図示せず）により、その位置が入り口部１１の管軸に沿って移動可能に支持されている。燃料噴射ノズル２ａはノズル支持部２の中心を貫通して先端部が燃焼室１０の入り口部１１内に突出するとともに、先端部の位置が同様に入り口部１１の管軸に沿って移動可能に支持されている。
【００３１】
なお、バーナー１の変形例として図２ｂに示すように、空気供給ノズル２ｂと燃料噴射ノズル２ａとは、導管が途中で合流して、一体に形成されていてもよい。
【００３２】
燃料噴射ノズル２ａは渦流式噴射ノズルを備えている。渦流式噴射ノズルは、例えば、ノズル筒の直径方向の対向位置において、それぞれ接線方向に高圧ガスを流入させることによりノズル筒内で旋回流（または、回転流）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２ａからの燃料の噴射により、燃焼室１０の内部に燃焼時に燃料の火炎による旋回流が形成される。
【００３３】
空気供給ノズル２ｂは、図示しない高圧送風手段に接続されており、燃焼室１０の内部に空気を供給する。また、予熱用ノズル２ｃは、燃焼室１０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（図示せず）を開いて導入し、圧電素子で着火して燃焼室１０の内部で燃焼させる。なお、燃焼室１０の内部で、予熱が終了して燃料噴射ノズル２ａからの噴射燃料による燃焼に移行すると、開閉バルブは閉じて、燃焼室１０の内部の燃焼は、燃料噴射ノズル２ａからの噴射燃料のみによるガス化燃焼になる。
【００３４】
また、燃焼室１０の排出口１３には、管継ぎ手１５を介して分岐管１６が接続されている。分岐管１６の一方の分岐管路１６ａは、燃焼室１０の排気流を大気側に排気する管路であり、他方の管路１６ｂは流量調整バルブＶ１を介して戻り排熱管１７に接続されている。戻り排熱管１７は、燃焼室１０から排出した排気流の一部を再び燃焼室１０に還流するように、その末端は２分岐され、それぞれ燃焼室１０の入り口部１１に設けられた排気流取り込み口１８ａ、１８ｂに接続されている。排気流取り込み口１８ａ、１８ｂは燃焼室１０の管軸方向に対して傾斜して設けられている。戻り排熱管１７は流量調整バルブＶ１の下流においてさらに２分岐され、一方は前記燃焼室１０の入り口部１１に向かい、他方の分岐路には送風用のブロアーＢが接続されている。
【００３５】
また、排気流取り込み口１８ａ、１８ｂの下流の燃焼室１０の入り口部１１内にはガイド板１９ａ、１９ｂが設けられている。
【００３６】
戻り排熱管１７から還流されてくる戻りの排気流は、燃焼室１０の対称位置に形成された排気流取り込み口１８ａ、１８ｂから取り込まれる。この排気流取り込み口１８ａ、１８ｂは、燃焼部１２の方向へ傾斜して設けられているので、排気流は燃焼室１０の燃焼部１２の方へ導かれる。その際、排気流はガイド板１９ａ、１９ｂに案内されてスパイラル状の旋回流を形成する。この旋回流と燃料噴射ノズル２aによって形成される火炎の旋回流とは、旋回方向が一致しているので互いに合流し、燃焼室１０内の火炎は強力な旋回流となり、燃焼室１０の燃焼部１２へ進行する。
【００３７】
しかも、バーナー１の燃焼室１０に対しての装着位置は、スライド機構により調整可能な構造になっているため、ノズル支持部２のコーナー２dの位置によって、燃焼室１０への戻りの排気流路の断面積を変更して燃焼室１０へ流入する戻りの排気流の流量を調整することができる。これにより燃焼室１０内の燃焼状態を、燃料の供給量等に対応して制御することができる。
【００３８】
バーナー１には、燃焼室１０の反対側において、燃料供給管路３が接続されている。この燃料供給管路３には定量噴射ポンプＰと燃料供給バルブＶ４とを介して燃料供給部４が接続されている。したがって、燃料供給管路３から供給される燃料は、定量噴射ポンプＰにより定量ずつ噴射された燃料がバーナー１に供給される。
【００３９】
なお、燃焼室１０には室内の温度を測定する温度センサＳが設けられており、温度センサＳによって燃焼室１０の燃焼状態が検知でき、燃焼がガス化燃焼状態になったか否かも判断することができる。
【００４０】
また、燃焼室１０の外側には、必要に応じて貯水室２０を配置することができる。
【００４１】
図３は、燃料にＣ重油と水とによるエマルジョン燃料を用いた場合における燃料供給部の構成を示す模式図である。
【００４２】
燃料供給部４は、機能水用タンクＴ１およびＣ重油を収納する重油用タンクＴ２が設けられている。これらのタンクＴ１およびＴ２の出口は、それぞれバルブＶａ、Ｖｂを介して導管５ａ、５ｂを介して混合・攪拌機６に接続されている。また、両タンクＴ１、Ｔ２にはそれぞれ、加熱用のヒータＨ１、Ｈ２と温度計７が設置され、重油用タンクＴ２には攪拌用のプロペラ８が設けられている。
【００４３】
混合・攪拌機６の出口は、導管６ａを介してヒータＨ３を有する保温用の保温タンクＴ３に接続されている。そして、保温タンクＴ３の出口は、導管Ｔ３ｐを介して燃料供給バルブＶ４および定量噴射ポンプＰを介してガス化燃焼装置３０に接続されている。
【００４４】
なお、上述のガス化燃焼装置３０および燃料供給部４の各バルブ、ポンプおよびブロワー等は、燃焼室１０に設けられている温度センサＳ等からの信号により、図示しない制御部の制御の下で作動する。
【００４５】
燃料供給部４の機能水用タンクＴ１には、予め、エマルジョン製造装置（図示せず）を用いて生成した機能水が貯蔵されている。この機能水は、例えば、井戸水など自然界に存在する水を、前述したエマルジョン製造装置に供給し、７，５００Ｇ〜８，５００Ｇの加速度の下で遠心分離し、超微粒子化することにより生成される。なお、上記エマルジョン製造装置を用いて加圧水を生成する方法については、本出願人の出願に係る特願２００７−０１６３９に詳細に説明されている。また、機能水用タンクＴ１には、消石灰と尿素が加えられる。このように、消石灰と尿素が加えられた機能水を以下ではＺ液と呼ぶこととする。
【００４６】
一方、重油用タンクＴ２には、Ｃ重油が注入され、所定の流動性を維持するために所定の温度でプロペラ８により攪拌される。
【００４７】
機能水用タンクＴ１の出口に設けられたバルブＶａと、重油用タンクＴ２の出口に設けられたバルブＶｂとを開いて、重量比で燃料油６０％に対してＺ液４０％の割合で、混合・攪拌機６に注入する。
【００４８】
混合・攪拌機６においては、注入された燃料油とＺ液が攪拌翼で所定時間攪拌され、十分に分散される。この結果、平均粒径が１μｍ〜５０μｍのエマルジョン燃料が生成される。
【００４９】
生成されたエマルジョン燃料は、導管6ａを介して保温タンクＴ３に注入されて、保温タンクＴ３の内部に貯留される。
【００５０】
このように生成されたエマルジョン燃料は、ガス化燃焼装置３０で燃焼させる際に、従来のエマルジョン燃料のように、燃焼装置に専用の排ガス対応の処理装置を付加しなくても、燃焼させた際の排ガスのＮＯｘ濃度やＳＯｘ濃度を減少させることができる。
【００５１】
次に、上述した構成のガス化燃焼装置の動作について図１乃至図３を参照して説明する。
まず、予熱工程として、バーナー１の空気供給ノズル２ｂから空気が送り込まれた状態で、予熱用ノズル２ｃから点火されたプロパンガス等の予熱用ガスが燃焼室１０の内部に噴射されて燃焼室１０の内部で燃焼し、燃焼室１０の内部を予熱する。
【００５２】
この結果、燃焼室１０の内部が８００℃程度の予熱温度に上昇する。燃焼室１０に設けられている温度センサＳが所定の予熱温度に達したことを検知すると、燃料供給バルブＶ１が開かれる共に、燃料供給部４に接続された定量噴射ポンプＰが作動し、単位時間当たり定量の噴射燃料が燃料噴射ノズル２ａに送り込まれる。
【００５３】
それにより燃焼行程が開始される。すなわち、燃料噴射ノズル２ａが作動して送り込まれてきた噴射燃料を旋回流として燃焼室１０の内部に送り込み燃焼室１０の内部で、噴射燃料を着火させて火炎の旋回流を形成する。火炎の旋回流は燃焼室１０の内部で、スパイラル状になって旋回しながら排出口１３の方へ進行する。それにより、燃焼室１０の内部での滞留時間は、火炎が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。
【００５４】
なお、噴射燃料の着火により予熱ノズル２ｃは予熱ガスの噴射を停止し、燃焼室１０の内部では噴射燃料の燃焼が継続する。
【００５５】
例えば、供給される燃料がエマルジョン燃料の場合は、高温の燃焼室１０の内部に噴霧されたとき、燃料液滴中の水が瞬時に沸騰し、いわゆる水蒸気爆発によりガス化する。
【００５６】
燃焼室１０の内部において、水蒸気爆発がどの位置で生ずるのが最適かについては燃料により異なる。したがって、水蒸気爆発の最適位置は、実際に燃焼室１０の内部で燃焼させて求めるのが一般である。そのため、燃料噴射ノズル２ａの先端の位置は、スライド機構により調整され、最適位置が決定される。
【００５７】
図４は、水蒸気爆発の際に生じた燃焼室１０内での衝撃波の進行状態を示す説明図である。燃焼室１０の内部の燃料噴射ノズル２ａの前方で水蒸気爆発が生成されると、水蒸気爆発による衝撃波ＳＷ（Ｓｈｏｃｋ Ｗａｖｅ）は、燃焼室１０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す。上述の燃焼室１０の場合、図１で説明したように、燃焼部１２への傾斜角度αは４５度程度であり、燃焼部１２から排出口１３への傾斜角度βは３０度程度に形成されているので、水蒸気爆発した位置よりも後方に向かって進行した衝撃波ＳＷも、傾斜角度αの壁面に反射して燃焼室１０の燃焼部１２側へ進行するようになる。したがって、水蒸気爆発により生成された衝撃波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１０の内部を進行する。しかも、燃焼室１０の燃焼部１２は直径が最大であるため、衝撃波ＳＷは燃焼室１０の内部に留まりやすくなり、燃焼室１０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。
【００５８】
さらに、燃焼室１０は燃焼部１２の直径が大きいため、燃料噴射ノズル２ａから噴射された火炎の旋回流は、その半径が拡大されるため、燃焼部１２の内部において火炎の拡大された旋回流を形成する。しかも旋回流であるので、直進流に比べて燃焼室１０の内部に長時間滞留して高効率にガス化燃焼する。したがって、燃焼室１０内では、ほぼ完全燃焼の状態が継続される。
【００５９】
このように、予熱ノズル２ｃからの余熱用ガスの噴射が停止された後においては、燃料噴射ノズル２ａから燃焼室１０の内部に噴出されたエマルジョン燃料は、燃焼室１０内の高熱によって着火すると同時に、空気供給ノズル２ｂから供給される空気によって、燃焼室１０の内部で火炎旋回流を発生して激しく燃焼し、１５００℃以上の高熱を発生する。
【００６０】
なお、燃焼室１０の内部の温度を予め８００℃以上に加熱しておくのは、エマルジョン燃料自体に着火するためである。なお、この着火温度は少なくとも４００℃であればよい。従って、エマルジョン燃料の燃焼が開始された後は、その燃焼熱によって燃焼室１０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単独での連続燃焼が行われる。
【００６１】
しかも、燃焼の際の排気流は、燃焼室１０の排出口１３に分岐管１６を介して接続された戻り排熱管１７により再び燃焼室１０に還流され、ガイド板１９ａ、１９ｂにより燃焼室１０内に火炎旋回流を形成する。この旋回流は、燃料噴射ノズル２ａによって形成される火炎の旋回流と合流され、燃焼室１０内に強力な火炎旋回流を形成する。さらに、燃焼室１０の内部での衝撃波ＳＷの効果も加わり、完全燃焼が継続する。
【００６２】
したがって、上述した本発明の実施例にかかるガス化燃焼装置によれば、ＮＯｘ（窒素酸化物）あるいはＳＯｘ（硫黄酸化物）などの有害ガスの発生を極めて少なくすることができる。特に、このエマルジョン燃料に消石灰や尿素を混入させておけば、一層効果的である。
【００６３】
また、本発明の実施例にかかるガス化燃焼装置によれば、燃焼排気流も有効に再利用することができ、特に、エマルジョン燃料を効果的に燃焼させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
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。
【００６５】
したがって、上述のガス化燃焼装置は、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。
【００６６】
なお、本発明は上記の実施例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、上記の実施例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、実施例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、異なる実施例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１…バーナー、２…ノズル固定部、２ａ…燃料噴射ノズル、２ｂ…空気供給ノズル２ｃ…予熱用ノズル、３…燃料供給管路、４…燃料供給部、５ａ、５ｂ…管路、６…混合・攪拌機、７…温度計、８…プロペラ、１０…燃焼室、１１…バーナー装着部、１２…中央部、１３…排出口、１４…空気取り込み口、１５…管継ぎ手、１６…分岐管、１７…戻り排熱管、１８ａ、１８ｂ…排気流取り込み口、１９ａ、１９ｂ…ガイド板、３０…ガス化燃焼装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、低公害燃料として用いる安定性の高いエマルジョン燃料等の燃料を燃焼させ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、水の蒸発によって火炎温度が低下するので、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；Ｗ／Ｏ型）の場合、数ミクロンの水の粒子を多数含んでいる。このようなエマルジョン燃料においては、油滴が高温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。また火炎中に水が存在することから水の蒸発潜熱により火炎温度が低下し窒素酸化物の発生を抑えることができる。また火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知られている（非特許文献１参照）。
【０００５】
また、灯油と廃液水を１：１で混合したエマルジョン燃料を、火炎温度９６０℃の条件下で燃焼し、ミクロ爆発による微粒化および水性ガス化反応による酸素供給により理論空気量以下で均一完全燃焼が可能な装置が報告されている（特許文献１参照）。この装置では均一完全燃焼が可能なため、窒素酸化物および一酸化炭素等の有害排気ガスを低減できる。更に過剰空気が不要なため火炎温度の低下が防止され燃費を低減できることが開示されている。
【０００６】
また、Ａ重油に各種廃液水を混合したエマルジョン燃料を、炉温９００〜１０００℃の条件下で燃焼することで、ダイオキシン類の発生を防止する廃液の焼却処理方法が知られている（特許文献２参照）。この処理方法では同時に窒素酸化物や煤塵量を抑制することも可能であることが開示されている。
【０００７】
また、エマルジョン燃料の燃焼装置として、円管状の燃焼室を用いた装置が知られている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−３１９６７３号公報
【特許文献２】特開２００３−２４０２２０号公報
【特許文献３】特開２００６−１１２６６６号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】熊倉孝尚、「エマルジョン燃焼」、エネルギー・資源、 ｖｏｌ．２（ＮＯ．５）、ｐ．４４４−４４９（１９８１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のように、エマルジョン燃料はガス化燃焼による完全燃焼状態が生成できるので、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、大気汚染の防止要請に応えることが可能である。
【００１１】
しかし、上記従来の燃焼装置の円筒型の燃焼室は、その形状が燃焼効率の観点からは、最適とは言い難い。
【００１２】
すなわち、エマルジョン燃料の水蒸気爆発の際に生じる衝撃波は、できるだけ長く燃焼室内に閉じ込めることが燃焼効率上から好ましいことが実験的に確認されている。したがって、水蒸気爆発の際に生じる衝撃波を燃焼室の内部にできるだけ長く閉じ込めるためにも、燃焼室は形状的にも工夫する必要がある。
【００１３】
本発明はこれらの事情に基づいてなされたもので、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を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のガス化燃焼装置は、燃料が導入される入り口部、この入り口部より大きな直径を有する燃焼部およびこの燃焼部よりも小さな直径を有し、この燃焼部において発生した燃焼排気流が排出される出口部からなる管状燃焼室と、この管状燃焼室の前記入り口部に装着されたバーナーと、前記管状燃焼室の出口部から排出される排気流を前記管状燃焼室の入り口部に設けられた排気流を取り込み口に還流するように設けられた排気流還流管と、を備え、前記バーナーは、供給された燃料を前記燃焼室内の燃焼部に空気とともに旋回流として噴射することにより、前記燃焼部内に火炎旋回流を形成する噴射ノズルを有することを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明のガス化燃焼装置においては、前記管状燃焼室は、管軸に沿った断面図において、前記入り口部から前記燃焼部に向かって形成されている傾斜角度は、前記排出口から前記燃焼部に向かって形成されている傾斜角度よりも大きくなるように形成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明のガス化燃焼装置においては、前記燃焼室の排出口の直径は前記入り口部の直径より小さい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、前記バーナーに設けられている前記燃料噴射ノズルは、前記燃焼室の管軸方向に移動自在に設けられてい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、前記燃料噴射ノズルが形成する旋回流と、前記排気流取り込み口から取り込まれた排気流が形成する旋回流とは旋回方向が同じであ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、前記燃料噴射ノズルへ供給される燃料はエマルジョン燃料であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
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】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態を示すガス化燃焼装置の平面一部断面模式図。
【図２ａ】は、図１に示すガス化燃焼装置に用いられているバーナーの正面図。
【図２ｂ】は、図２ａに示すバーナーの変形例を示す正面図。
【図３】図１の燃料供給部の構成を示す模式図。
【図４】図１に示すガス化燃焼装置における水蒸気爆発の際に生じた燃焼室内での衝撃波の進行状態を示する説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
エマルジョン燃料は、水粒子の周りに油が積み囲まれる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。水を取り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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
これらの背景を基に、発明者は、（イ）燃焼室内で燃焼の際に火炎の旋回流を形成すること、（ロ）燃焼室内に排気熱流を旋回流として還流させること、（ハ）燃焼室内に水蒸気爆発によって生じる衝撃波をできるだけ長く閉じ込めておくこと、がガス化燃焼には好ましいとの知見を得、それらを満足するガス化燃焼装置について種々の実験を重ねた結果、以下のガス化燃焼装置の構造に達した。
【００２７】
図１は、本発明の実施の形態に係るガス化燃焼装置の縦断面図である。
【００２８】
ガス化燃焼装置３０の燃焼室１０は、直径が管軸方向で変化する管状体であり、燃料が供給される入り口部１１と、これに連結される燃焼部１２と、これに連結され燃焼部１２で発生する燃焼ガスを排出する排出口１３から構成されている。入り口部１１の後端部から直径が急激に増加し、燃焼部１２で最大になる。燃焼部１２は燃焼室１０の管軸方向のほぼ中央部まで一定の直径を有し、その後、排出口１３に向かって徐々に縮小する。排出口１３は、入り口部１１より小さな半径の管状体により形成されている。燃焼室１０の入り口部１１にはバーナー１が装着されている。
【００２９】
なお、燃焼室１０の管軸に平行な断面形状は、バーナー装着部１１から燃焼部１２への傾斜角度αは４５度程度であり、排出口１３から燃焼部１２へ向かう傾斜角度βは３０度程度である。なお、入り口部１１のバーナー装着部の後部には、排出口１３から排出された排気流を取り込むための排気流取り込み口１４が設けられている。
【００３０】
燃焼室１０の入り口部１１には、燃焼室１０の内部に開口を向けてバーナー１が装着されている。このバーナー１には、図２ａに示されるようにノズル支持部２の後端面中央部には燃料噴射ノズル２ａが配置され、その両側に空気供給ノズル２ｂと予熱用ノズル２ｃとが列設されている。ノズル支持部２は、燃焼室１０の入り口部１１に嵌合する円柱体であり、その後端部はテーパー状のコーナー部２ｄが形成されている。ノズル支持部２は、例えば、スライド機構（図示せず）により、その位置が入り口部１１の管軸に沿って移動可能に支持されている。燃料噴射ノズル２ａはノズル支持部２の中心を貫通して先端部が燃焼室１０の入り口部１１内に突出するとともに、先端部の位置が同様に入り口部１１の管軸に沿って移動可能に支持されている。
【００３１】
なお、バーナー１の変形例として図２ｂに示すように、空気供給ノズル２ｂと燃料噴射ノズル２ａとは、導管が途中で合流して、一体に形成されていてもよい。
【００３２】
燃料噴射ノズル２ａは渦流式噴射ノズルを備えている。渦流式噴射ノズルは、例えば、ノズル筒の直径方向の対向位置において、それぞれ接線方向に高圧ガスを流入させることによりノズル筒内で旋回流（または、回転流）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２ａからの燃料の噴射により、燃焼室１０の内部に燃焼時に燃料の火炎による旋回流が形成される。
【００３３】
空気供給ノズル２ｂは、図示しない高圧送風手段に接続されており、燃焼室１０の内部に空気を供給する。また、予熱用ノズル２ｃは、燃焼室１０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（図示せず）を開いて導入し、圧電素子で着火して燃焼室１０の内部で燃焼させる。なお、燃焼室１０の内部で、予熱が終了して燃料噴射ノズル２ａからの噴射燃料による燃焼に移行すると、開閉バルブは閉じて、燃焼室１０の内部の燃焼は、燃料噴射ノズル２ａからの噴射燃料のみによるガス化燃焼になる。
【００３４】
また、燃焼室１０の排出口１３には、管継ぎ手１５を介して分岐管１６が接続されている。分岐管１６の一方の分岐管路１６ａは、燃焼室１０の排気流を大気側に排気する管路であり、他方の管路１６ｂは流量調整バルブＶ１を介して戻り排熱管１７に接続されている。戻り排熱管１７は、燃焼室１０から排出した排気流の一部を再び燃焼室１０に還流するように、その末端は２分岐され、それぞれ燃焼室１０の入り口部１１に設けられた排気流取り込み口１８ａ、１８ｂに接続されている。排気流取り込み口１８ａ、１８ｂは燃焼室１０の管軸方向に対して傾斜して設けられている。戻り排熱管１７は流量調整バルブＶ１の下流においてさらに２分岐され、一方は前記燃焼室１０の入り口部１１に向かい、他方の分岐路には送風用のブロアーＢが接続されている。
【００３５】
また、排気流取り込み口１８ａ、１８ｂの下流の燃焼室１０の入り口部１１内にはガイド板１９ａ、１９ｂが設けられている。
【００３６】
戻り排熱管１７から還流されてくる戻りの排気流は、燃焼室１０の対称位置に形成された排気流取り込み口１８ａ、１８ｂから取り込まれる。この排気流取り込み口１８ａ、１８ｂは、燃焼部１２の方向へ傾斜して設けられているので、排気流は燃焼室１０の燃焼部１２の方へ導かれる。その際、排気流はガイド板１９ａ、１９ｂに案内されてスパイラル状の旋回流を形成する。この旋回流と燃料噴射ノズル２aによって形成される火炎の旋回流とは、旋回方向が一致しているので互いに合流し、燃焼室１０内の火炎は強力な旋回流となり、燃焼室１０の燃焼部１２へ進行する。
【００３７】
しかも、バーナー１の燃焼室１０に対しての装着位置は、スライド機構により調整可能な構造になっているため、ノズル支持部２のコーナー２dの位置によって、燃焼室１０への戻りの排気流路の断面積を変更して燃焼室１０へ流入する戻りの排気流の流量を調整することができる。これにより燃焼室１０内の燃焼状態を、燃料の供給量等に対応して制御することができる。
【００３８】
バーナー１には、燃焼室１０の反対側において、燃料供給管路３が接続されている。この燃料供給管路３には定量噴射ポンプＰと燃料供給バルブＶ４とを介して燃料供給部４が接続されている。したがって、燃料供給管路３から供給される燃料は、定量噴射ポンプＰにより定量ずつ噴射された燃料がバーナー１に供給される。
【００３９】
なお、燃焼室１０には室内の温度を測定する温度センサＳが設けられており、温度センサＳによって燃焼室１０の燃焼状態が検知でき、燃焼がガス化燃焼状態になったか否かも判断することができる。
【００４０】
また、燃焼室１０の外側には、必要に応じて貯水室２０を配置することができる。
【００４１】
図３は、燃料にＣ重油と水とによるエマルジョン燃料を用いた場合における燃料供給部の構成を示す模式図である。
【００４２】
燃料供給部４は、機能水用タンクＴ１およびＣ重油を収納する重油用タンクＴ２が設けられている。これらのタンクＴ１およびＴ２の出口は、それぞれバルブＶａ、Ｖｂを介して導管５ａ、５ｂを介して混合・攪拌機６に接続されている。また、両タンクＴ１、Ｔ２にはそれぞれ、加熱用のヒータＨ１、Ｈ２と温度計７が設置され、重油用タンクＴ２には攪拌用のプロペラ８が設けられている。
【００４３】
混合・攪拌機６の出口は、導管６ａを介してヒータＨ３を有する保温用の保温タンクＴ３に接続されている。そして、保温タンクＴ３の出口は、導管Ｔ３ｐを介して燃料供給バルブＶ４および定量噴射ポンプＰを介してガス化燃焼装置３０に接続されている。
【００４４】
なお、上述のガス化燃焼装置３０および燃料供給部４の各バルブ、ポンプおよびブロワー等は、燃焼室１０に設けられている温度センサＳ等からの信号により、図示しない制御部の制御の下で作動する。
【００４５】
燃料供給部４の機能水用タンクＴ１には、予め、エマルジョン製造装置（図示せず）を用いて生成した機能水が貯蔵されている。この機能水は、例えば、井戸水など自然界に存在する水を、前述したエマルジョン製造装置に供給し、７，５００Ｇ〜８，５００Ｇの加速度の下で遠心分離し、超微粒子化することにより生成される。なお、上記エマルジョン製造装置を用いて加圧水を生成する方法については、本出願人の出願に係る特願２００７−０１６３９に詳細に説明されている。また、機能水用タンクＴ１には、消石灰と尿素が加えられる。このように、消石灰と尿素が加えられた機能水を以下ではＺ液と呼ぶこととする。
【００４６】
一方、重油用タンクＴ２には、Ｃ重油が注入され、所定の流動性を維持するために所定の温度でプロペラ８により攪拌される。
【００４７】
機能水用タンクＴ１の出口に設けられたバルブＶａと、重油用タンクＴ２の出口に設けられたバルブＶｂとを開いて、重量比で燃料油６０％に対してＺ液４０％の割合で、混合・攪拌機６に注入する。
【００４８】
混合・攪拌機６においては、注入された燃料油とＺ液が攪拌翼で所定時間攪拌され、十分に分散される。この結果、平均粒径が１μｍ〜５０μｍのエマルジョン燃料が生成される。
【００４９】
生成されたエマルジョン燃料は、導管6ａを介して保温タンクＴ３に注入されて、保温タンクＴ３の内部に貯留される。
【００５０】
このように生成されたエマルジョン燃料は、ガス化燃焼装置３０で燃焼させる際に、従来のエマルジョン燃料のように、燃焼装置に専用の排ガス対応の処理装置を付加しなくても、燃焼させた際の排ガスのＮＯｘ濃度やＳＯｘ濃度を減少させることができる。
【００５１】
次に、上述した構成のガス化燃焼装置の動作について図１乃至図３を参照して説明する。
まず、予熱工程として、バーナー１の空気供給ノズル２ｂから空気が送り込まれた状態で、予熱用ノズル２ｃから点火されたプロパンガス等の予熱用ガスが燃焼室１０の内部に噴射されて燃焼室１０の内部で燃焼し、燃焼室１０の内部を予熱する。
【００５２】
この結果、燃焼室１０の内部が８００℃程度の予熱温度に上昇する。燃焼室１０に設けられている温度センサＳが所定の予熱温度に達したことを検知すると、燃料供給バルブＶ１が開かれる共に、燃料供給部４に接続された定量噴射ポンプＰが作動し、単位時間当たり定量の噴射燃料が燃料噴射ノズル２ａに送り込まれる。
【００５３】
それにより燃焼行程が開始される。すなわち、燃料噴射ノズル２ａが作動して送り込まれてきた噴射燃料を旋回流として燃焼室１０の内部に送り込み燃焼室１０の内部で、噴射燃料を着火させて火炎の旋回流を形成する。火炎の旋回流は燃焼室１０の内部で、スパイラル状になって旋回しながら排出口１３の方へ進行する。それにより、燃焼室１０の内部での滞留時間は、火炎が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。
【００５４】
なお、噴射燃料の着火により予熱ノズル２ｃは予熱ガスの噴射を停止し、燃焼室１０の内部では噴射燃料の燃焼が継続する。
【００５５】
例えば、供給される燃料がエマルジョン燃料の場合は、高温の燃焼室１０の内部に噴霧されたとき、燃料液滴中の水が瞬時に沸騰し、いわゆる水蒸気爆発によりガス化する。
【００５６】
燃焼室１０の内部において、水蒸気爆発がどの位置で生ずるのが最適かについては燃料により異なる。したがって、水蒸気爆発の最適位置は、実際に燃焼室１０の内部で燃焼させて求めるのが一般である。そのため、燃料噴射ノズル２ａの先端の位置は、スライド機構により調整され、最適位置が決定される。
【００５７】
図４は、水蒸気爆発の際に生じた燃焼室１０内での衝撃波の進行状態を示す説明図である。燃焼室１０の内部の燃料噴射ノズル２ａの前方で水蒸気爆発が生成されると、水蒸気爆発による衝撃波ＳＷ（Ｓｈｏｃｋ Ｗａｖｅ）は、燃焼室１０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す。上述の燃焼室１０の場合、図１で説明したように、燃焼部１２への傾斜角度αは４５度程度であり、燃焼部１２から排出口１３への傾斜角度βは３０度程度に形成されているので、水蒸気爆発した位置よりも後方に向かって進行した衝撃波ＳＷも、傾斜角度αの壁面に反射して燃焼室１０の燃焼部１２側へ進行するようになる。したがって、水蒸気爆発により生成された衝撃波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１０の内部を進行する。しかも、燃焼室１０の燃焼部１２は直径が最大であるため、衝撃波ＳＷは燃焼室１０の内部に留まりやすくなり、燃焼室１０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。
【００５８】
さらに、燃焼室１０は燃焼部１２の直径が大きいため、燃料噴射ノズル２ａから噴射された火炎の旋回流は、その半径が拡大されるため、燃焼部１２の内部において火炎の拡大された旋回流を形成する。しかも旋回流であるので、直進流に比べて燃焼室１０の内部に長時間滞留して高効率にガス化燃焼する。したがって、燃焼室１０内では、ほぼ完全燃焼の状態が継続される。
【００５９】
このように、予熱ノズル２ｃからの余熱用ガスの噴射が停止された後においては、燃料噴射ノズル２ａから燃焼室１０の内部に噴出されたエマルジョン燃料は、燃焼室１０内の高熱によって着火すると同時に、空気供給ノズル２ｂから供給される空気によって、燃焼室１０の内部で火炎旋回流を発生して激しく燃焼し、１５００℃以上の高熱を発生する。
【００６０】
なお、燃焼室１０の内部の温度を予め８００℃以上に加熱しておくのは、エマルジョン燃料自体に着火するためである。なお、この着火温度は少なくとも４００℃であればよい。従って、エマルジョン燃料の燃焼が開始された後は、その燃焼熱によって燃焼室１０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単独での連続燃焼が行われる。
【００６１】
しかも、燃焼の際の排気流は、燃焼室１０の排出口１３に分岐管１６を介して接続された戻り排熱管１７により再び燃焼室１０に還流され、ガイド板１９ａ、１９ｂにより燃焼室１０内に火炎旋回流を形成する。この旋回流は、燃料噴射ノズル２ａによって形成される火炎の旋回流と合流され、燃焼室１０内に強力な火炎旋回流を形成する。さらに、燃焼室１０の内部での衝撃波ＳＷの効果も加わり、完全燃焼が継続する。
【００６２】
したがって、上述した本発明の実施例にかかるガス化燃焼装置によれば、ＮＯｘ（窒素酸化物）あるいはＳＯｘ（硫黄酸化物）などの有害ガスの発生を極めて少なくすることができる。特に、このエマルジョン燃料に消石灰や尿素を混入させておけば、一層効果的である。
【００６３】
また、本発明の実施例にかかるガス化燃焼装置によれば、燃焼排気流も有効に再利用することができ、特に、エマルジョン燃料を効果的に燃焼させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
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。
【００６５】
したがって、上述のガス化燃焼装置は、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。
【００６６】
なお、本発明は上記の実施例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、上記の実施例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、実施例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、異なる実施例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１…バーナー、２…ノズル固定部、２ａ…燃料噴射ノズル、２ｂ…空気供給ノズル２ｃ…予熱用ノズル、３…燃料供給管路、４…燃料供給部、５ａ、５ｂ…管路、６…混合・攪拌機、７…温度計、８…プロペラ、１０…燃焼室、１１…バーナー装着部、１２…中央部、１３…排出口、１４…空気取り込み口、１５…管継ぎ手、１６…分岐管、１７…戻り排熱管、１８ａ、１８ｂ…排気流取り込み口、１９ａ、１９ｂ…ガイド板、３０…ガス化燃焼装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料が導入される入り口部、この入り口部より大きな直径を有する燃焼部およびこの燃焼部よりも小さな直径を有し、この燃焼部において発生した燃焼排気流が排出される出口部からなる管状燃焼室と、この管状燃焼室の前記入り口部に装着されたバーナーと、前記管状燃焼室の出口部から排出される排気流を前記管状燃焼室の入り口部に設けられた排気流取り込み口に還流するように設けられた排気流還流管と、を備え、前記バーナーは、供給された燃料を前記燃焼室内の燃焼部に空気とともに旋回流として噴射することにより、前記燃焼部内に火炎旋回流を形成する噴射ノズルを有することを特徴とするガス化燃焼装置。
【請求項２】
前記管状燃焼室は、管軸に沿った断面図において、前記入り口部から前記燃焼部に向かって形成されている傾斜角度は、前記排出口から前記燃焼部に向かって形成されている傾斜角度よりも大きくなるように形成されてい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】
前記燃焼室の排出口の直径は前記入り口部の直径より小さい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】
前記バーナーに設けられている前記燃料噴射ノズルは、前記燃焼室の管軸方向に移動自在に設けら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】
前記ノズル支持部は、その位置が前記燃焼室の管軸に沿って移動可能に支持されていることを特徴とする請求項４記載のガス化燃焼装置。
【請求項６】
前記燃料噴射ノズルが形成する旋回流と、前記排気流取り込み口が排気流を取り込み形
成した旋回流とは旋回方向が同じであることを特徴とする請求項５記載のガス化燃焼装置。
【請求項７】
前記燃料噴射ノズルへ供給される燃料はエマルジョン燃料であ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】
前記燃料噴射ノズルは、前記燃焼室内に空気を供給する空気供給ノズルおよび前記燃焼室
内で予熱を行う予熱用ノズルをさらに備えていることを特徴とする請求項５記載のガス化燃焼装置。
【請求項９】
前記管状燃焼室の入り口部に設けられた排気流取り込み口は、前記燃焼室の管軸に対して対称の位置に設けられており、前記排気流還流管の末端は分岐され、それぞれ前記排気流取り込み口に接続さ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】
前記排気流取り込み口の近傍には、これらの排気流取り込み口から前記管状燃焼室内に還流された排気流を前記管状燃焼室の管軸の周りに旋回させるように案内する案内板が設けら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】
前記エマルジョン燃料は、機能水用タンク、重油用タンク、これらのタンクに貯蔵された機能水および重油が供給される混合・攪拌機、この混合・攪拌機からなる燃料供給部から前記燃料噴射ノズルに供給されることを特徴とする請求項１０記載のガス化燃焼装置。
【請求項１２】
前記機能水は、自然水を７，５００Ｇ〜８，５００Ｇの加速度の下で遠心分離し、超微粒子化された加圧水であることを特徴とする請求項１１記載のガス化燃焼装置。
【請求項１３】
前記機能水には、消石灰と尿素が加えられることを特徴とする請求項１２記載のガス化燃焼装置。
【請求項１】
燃料が導入される入り口部、この入り口部より大きな直径を有する燃焼部およびこの燃焼部よりも小さな直径を有し、この燃焼部において発生した燃焼排気流が排出される出口部からなる管状燃焼室と、この管状燃焼室の前記入り口部に装着されたバーナーと、前記管状燃焼室の出口部から排出される排気流を前記管状燃焼室の入り口部に設けられた排気流取り込み口に還流するように設けられた排気流還流管と、を備え、前記バーナーは、供給された燃料を前記燃焼室内の燃焼部に空気とともに旋回流として噴射することにより、前記燃焼部内に火炎旋回流を形成する噴射ノズルを有することを特徴とするガス化燃焼装置。
【請求項２】
前記管状燃焼室は、管軸に沿った断面図において、前記入り口部から前記燃焼部に向かって形成されている傾斜角度は、前記排出口から前記燃焼部に向かって形成されている傾斜角度よりも大きくなるように形成されてい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】
前記燃焼室の排出口の直径は前記入り口部の直径より小さい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】
前記バーナーに設けられている前記燃料噴射ノズルは、前記燃焼室の管軸方向に移動自在に設けら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】
前記ノズル支持部は、その位置が前記燃焼室の管軸に沿って移動可能に支持されていることを特徴とする請求項４記載のガス化燃焼装置。
【請求項６】
前記燃料噴射ノズルが形成する旋回流と、前記排気流取り込み口が排気流を取り込み形
成した旋回流とは旋回方向が同じであることを特徴とする請求項５記載のガス化燃焼装置。
【請求項７】
前記燃料噴射ノズルへ供給される燃料はエマルジョン燃料であ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】
前記燃料噴射ノズルは、前記燃焼室内に空気を供給する空気供給ノズルおよび前記燃焼室
内で予熱を行う予熱用ノズルをさらに備えていることを特徴とする請求項５記載のガス化燃焼装置。
【請求項９】
前記管状燃焼室の入り口部に設けられた排気流取り込み口は、前記燃焼室の管軸に対して対称の位置に設けられており、前記排気流還流管の末端は分岐され、それぞれ前記排気流取り込み口に接続さ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】
前記排気流取り込み口の近傍には、これらの排気流取り込み口から前記管状燃焼室内に還流された排気流を前記管状燃焼室の管軸の周りに旋回させるように案内する案内板が設けら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】
前記エマルジョン燃料は、機能水用タンク、重油用タンク、これらのタンクに貯蔵された機能水および重油が供給される混合・攪拌機、この混合・攪拌機からなる燃料供給部から前記燃料噴射ノズルに供給されることを特徴とする請求項１０記載のガス化燃焼装置。
【請求項１２】
前記機能水は、自然水を７，５００Ｇ〜８，５００Ｇの加速度の下で遠心分離し、超微粒子化された加圧水であることを特徴とする請求項１１記載のガス化燃焼装置。
【請求項１３】
前記機能水には、消石灰と尿素が加えられることを特徴とする請求項１２記載のガス化燃焼装置。
【図１】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３】
【図４】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−７８３１３（Ｐ２０１０−７８３１３Ａ）
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９５９１４（Ｐ２００９−１９５９１４）
【出願日】平成２１年８月２６日（２００９．８．２６）
【出願人】（５０３４６５４８７）株式会社ブイエスディー (7)
【出願人】（５０７０２８９４１）株式会社フジミプラント (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２６日（２００９．８．２６）
【出願人】（５０３４６５４８７）株式会社ブイエスディー (7)
【出願人】（５０７０２８９４１）株式会社フジミプラント (5)
【Ｆターム（参考）】
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