JPH03102105A - 一体型湾曲腕分離器を利用する循環流動床反応器 - Google Patents

一体型湾曲腕分離器を利用する循環流動床反応器

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JPH03102105A
JPH03102105A JP2132752A JP13275290A JPH03102105A JP H03102105 A JPH03102105 A JP H03102105A JP 2132752 A JP2132752 A JP 2132752A JP 13275290 A JP13275290 A JP 13275290A JP H03102105 A JPH03102105 A JP H03102105A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は流動床反応器、更に詳細には流動床内の燃料の
燃焼によって熱が発生するかような反応器に関する。
〈従来の技術〉 流動床反応器、燃焼器あるいは気化器は良く知られてい
る。これらの装置において、空気は石炭などの化石燃料
や石炭の燃焼の結果生ずるイオウの吸着剤を含む粒子状
材料の床を通過し、床を流動化し、比較的低い温度で化
石燃料の燃焼を促進する。流動床によって生じた熱が例
えば蒸気発生器内で水を蒸気に転化するのに利用される
場合、流動床装置は高い熱放出、イオウの高吸収、低い
窒素酸化物類の放出及び燃料の融通性の魅力的な組合せ
を提供する。
もっとも典型的な流動床燃焼装置は普通、バブリング流
動床を意味し、この流動床では粒子状材料の床は空気分
配板によって支持され、その板の多数の穿孔を通して燃
焼維持空気は導入され、粒子状材料を膨脹させ、懸濁す
なわち流動化された状態とする。反応器が蒸気発生器の
場合には、反応器の壁が複数の熱伝達管にて形成される
。流動床内での燃焼によって生ずる熱は、管を通して循
環する熱交換媒体、例えば水に伝達される。この熱伝達
管は、蒸気ドラムを含む水自然循環回路に接続され、か
ようにして形成された蒸気から水を分離し，電気を発生
するためタービンまたは蒸気使用者へ送られる。
燃焼効率、公害排出規制及びパブリング流動床による操
作ターンダウンの改善をするために，速やかなすなわち
循環流動床を利用する流動床反応炉が開発された。この
技術によれば，固体の容積２０％までの範囲にある流動
床密度が達成され，パブリング流動床において代表的な
固体の容積３０％より充分低い。低い密度の循環流動床
の形成はより小さな粒子寸度及びより速い流動化速度の
結果から生ずる．材料バランスにとっては速い固体再循
環が要求される。循環流動床の速度範囲は固体終端自由
落下速度とスループットの関数の速度であり、かつその
速度を越えると床が空気圧搬送ラインに転化される速度
との間である。
循環流動床によって要求される速い固体＠環は、熱放出
パターンに関係なく燃料を加えることができるので、従
って燃焼器又は気化器内での温度の変動を最少限におさ
え、それゆえ窒素酸化物の形成を減少させる。また、高
い固体負荷は固体再循環のための固体からガスを分離す
るために使用される機械器具の効率を改善する．結果と
してイオウ吸着剤及び燃料の滞留時間の増大は所要の吸
着剤の添加を軽減する。さらに、循環流動沫は本質的に
パブリング流動沫より大きなターンダウンを有する。
しかしながら，循環流動床反応器は比較的大きなサイク
ロン分離器を必要とするので、分割化し容易に輸送し、
建設し得るコンパクトな設計は不可能である。このこと
は、流動床を蒸気発生器として利用した場合、特に大き
な欠点となる。また、循環流動床工程において使用され
る粒状燃料及び吸着材料が比較的小さな寸度でなければ
ならずそれゆえに原材料をさらに粉砕し、乾燥させるた
めに費用高となる。さらに循環流動床装置においてイオ
ウの適切な吸着のために床高さは慣用されているパブリ
ング流動床装置の高さよりも高くなり、これによりさら
に設備費用及び運転コストが高くつく。
く発明が解決しようとする課題〉 従って、本発明の目的は比較的寸度がコンパクトであり
、分割化可能であり、建造することが比較的容易である
流動床反応器を提供することにある。
本発明の別の目的は、燃料及び吸着剤の粒子寸度が幅広
い範囲で利用可能である上記型式の反応器を提供するこ
とにある。
本発明の更に別の目的は、適切な吸着が軽減された床高
さで達或される上記型式の反応器を提供することにある
． 本発明の更に別の目的は、ガスコラムが粒子状材料で飽
和されている流動床ボイラー内にてガスコラムが形成さ
れる上記型式の反応器を提供することにある。
本発明の更に別の目的は、ガスコラム内の粒子状材料が
収集され、本質的に同量のものが飽和されたガスコラム
を維持するために流動床へ戻る上記型式の反応器を提供
することにある。
本発明の更に別の目的は、ボイラー炉内に含まれる固体
の容積が，パブリング流動床と比べると比較的低い上記
型式の反応器を提供することにある。
本発明の更に別の目的は、流動床の温度が流動床に導入
される空気の量を変えることにより変動する上記型式の
反応器を提供することにある。
本発明の更に別の目的は，冷却面が流動床及びガスコラ
ムに接触して備えられている上記型式の反応器を提供す
ることにある。
本発明の更に別の目的は、パブリング流動床及び高速流
動床の両方の操作原理及び利点を組み込んだ上記型式の
反応器を提供することにある。
本発明の更に別の目的は，慣用のサイクロン分離器が炉
と一体となっている湾曲腕分離装置によって代用される
上記型式の反応器を提供することにある。
本発明の更に別の目的は、蒸気を発生するのに利用され
る上記型式の反応器を提供することにある。
く課題を解決するための手段〉 これら及び他の目的を達或するために、本発明の流動床
反応器は炉及び熱回収区を含む。前記炉の上部は、殻内
で離隔関係において同軸に伸びる．燃料を含む固体粒子
状材料の床は炉内に支持され，床を流動化し、前記燃料
の燃焼又は気化に十分な速度で空気を床内に導入する。
空気、前記燃焼のガス状生成物及び前記燃焼の空気とガ
ス状生戊物とによって同伴される粒子状材料の混合物は
、前記炉の上部に配設された複数の弓形腕を通して、同
軸の殻の内壁に放出され、前記混合物から粒子状材料を
分離させる。いくらかの微粒子材料と共に前記燃焼のガ
ス状生成物の残りは上方に上昇し、熱回収区へ向けられ
る．分離された粒子状材料は同軸の殻から複数の再循環
管に向けられる。この複数の再循環管は、流動床へ分離
された粒子状材料を戻すために炉の下部へ接続される。
〈実施例〉 以下本発明を添付図面に基づいて説明する。
第１図の参照番号１０は、本発明の流動床反応器を示し
、蒸気発生器の一部を構或し、供給管１４から水を受け
入れ、複数の蒸気管１６を通って発生する蒸気を放出す
る蒸気ドラム１２を含む。
反応器１０は蒸気ドラム１２の下に配置され、水管壁炉
１８と熱回収区２０で冷却された蒸気とを含む。炉１８
は断面円形状を有し，その壁は、複数の平行かつ垂直に
間隔をおいて配置された水管１８ａによって形成され、
この水管１８ａは第２図に示されるよう互いに隣接して
気密構造を形成するように直径方向に対向する部分から
伸びる連続フィンにおいて互いに接続される。炉の上部
は管殻２２内に離隔して同軸上に延びる。熱回収区２０
は前壁２４とこれに平行に間隔をおいて配された後壁２
６とによって規定される。間隔をおいて隣接した２個の
側壁（図示せず）は前後壁に垂直に伸び、実質的に長方
形の容器を形成することがわかる。
頂板２８は炉１８の上縁部分を越えて伸び、炉の水管壁
の延長部を形成する。第２図に示すように、複数の溝３
０は炉１８の壁上部に形成される。
複数の弓状の腕３２各々は、炉工８に連結され溝３０に
合致して炉工８から外側に伸びる。この腕３２の自由端
は後述する同伴された粒子及びガスの混合物を管殻２２
の内壁に対して実質的に接線方向に溝３０から放出する
ことができるように開口している。好ましい実施態様に
おいて、弓状の腕３２と溝３０とは．管殻２２の内壁に
向って、外側に炉１８の壁を切断し曲げることによって
形成される。支持構造（図示せず）は管殻２２内に設け
られ、図示の同軸位置において管殻２２内の炉１８の上
縁部を支えることを理解され度い。好ましい実施態様で
は４本の再循環管３４は、管殻２２の下部周辺に配置さ
れ，管殻２２と炉１８の壁との間の管状空間下端部と連
通する。各再循環管３４は管殻２２の下部から炉１８の
壁下部へ延設する。好ましい実施態様では各再循環管３
４の上部は管殻２２の最下部に粒子が堆積するのを軽減
するため内方に曲げてある。各再循環管３４はバルブ３
６、好ましくはＪ字形のバルブを通って炉１８の下部に
連通しており、慣用の態様にて炉１８から再循環管３４
への逆流を防止する。
屋根３９は炉１８の上部、管殻２２及び壁２４，２６と
隣接する側壁の上端部を越えて伸びており、壁２４．２
６と共に屋根３９と，隣接する側壁とは、連続フィンに
よって互いに接続される複数の平行かつ垂直に間隔をお
いて配置した水管によって形成され，Ｗ４接する気密構
造を形成する。このタイプの構造は慣用なので、詳細な
説明は省略する。
屋根３９は管殻２２の延長した上部であり、壁２４と煙
道ガスプレナム室４０を形成し、壁２４内の開口２４ａ
を通して管殻２２の上部と熱回収区２０とに連通ずる。
複数の管群４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄ，４２Ｅ及
び４２Ｆは熱回収区２０に配置される。
各管群は、ガスから熱を取出すために蒸気または水をこ
の管中に通過するための流れ回路内で接続される複数の
管よりなる。好ましい実施態様において、管群４２Ａ，
４２Ｂは最終過熱器、管群４２Ｃ，４２Ｄはｌ次過熱器
、管群４２Ｅ，４２Ｆは節炭器回路よりなる。これらの
管群とそれらの連関する回路は慣用なので、詳細な説明
は省略する。
ホッパ−４４は、粒子状材料を収集するため熱回収区２
０の下部に配置される。煙道ガス出口４６は煙道ガスを
下流に向け、本実施態様では示されていない外部装置に
向かわせる。
図示していないが、水流れ回路は供給管１４を含み、プ
レナム室４０及び管群４２Ａ乃至４２Ｆと同様、水と蒸
気ドラム１２からの蒸気との流れ回路、炉工８の壁、熱
回収区２０及び管殻２２を形戊するために備えられるこ
とを理解され度い。
このことは慣用技術なので、詳述しない。
プレナム室４８は炉１８の下部に配置され適切な供給源
５ｏからの加圧空気が慣用手段、例えば押込通気ブロア
等によってその中へ導かれる。
穿孔された空気分配板５２は、炉１８の下部においてプ
レナム室４８の上方に適宜支持される。
プレナム室４８を通って導かれる空気は空気分配板５２
を通して上方向に通過するが必要に応じて空気予熱器（
図示せず）によって予熱され空気制御ダンパーによって
適宜調整されてもよい。空気分配板５２は粒子状材料の
床に支持されるようになっており、一般に粒子状材料は
粉砕炭及び粉砕炭の燃焼中に生ずるイオウを吸収するた
めの石灰又はドロマイトからなる。
管５４は、粒子状吸着材料及び／又は粒子状燃料材料を
炉１８内へ導入するためのバルブ３６の頂部の高さのと
ころで各再循環管３４に備えられ、必要に応じて他の管
も炉１８へ粒子状吸着材料及び／又は粒子状燃料材料を
分配するため再循環管３４と炉１８とに連関され得るこ
とも理解されたい。また、２本の空気入口管５６は各々
再循環管３４に後述する理由により流動化空気を導入す
るために備えることができる。
入口管５８からの過燃焼空気は空気分配板５２より上の
どの高さからでも炉工８内へ導くことができる。排出管
６０は炉１８から外部装置へ使い果した燃料及び吸着材
料を放出するために配備される。
炉１８、管殻２２、再循環管３４、煙道ガスプレナム４
０及び熱回収区２０の外側ケーシングは慣用の態様によ
って適切な絶縁材料にて保護される。
操作時には，石炭を含む床の粒子状材料は空気分配板５
２の上に供給され、空気がプレナム室４８に導入される
間燃焼する。燃料及び／又は吸着材料は必要に応じて管
５４を通して再循環管３４及び／又は、炉１８の内部に
追加導入され，石炭は床内に配置されたバーナー（図示
せず）によって点火される。石炭が燃焼するにつれて、
実質的に完全燃焼を達成するために十分な量の空気をプ
レナム室４８へ追加導入する。また、入口管５８から過
燃焼空気を導入してもよい。
プレナム室４８から空気分配板５２を通って導入される
高圧かつ高速な燃焼維持空気の速度は、床内で比較的細
かい粒子の自由落下速度より大きく、比較的粗い粒子の
自由落下速度より低い。従って、細かい粒子の一部は空
気と燃焼ガスとによりその中に同伴され空気圧により搬
送される。同伴された粒子及びガスの混合物は炉１８内
で上方に上昇し、炉１８を通過し且つ溝３０を通して放
出する同伴粒子を含むガスコラムを形成する。弓状の腕
３２は管殻２２の内壁に対して実質的に接線方向に混合
物が向くよう機能する。これは、ガスから粒子の分離を
促進する遠心力を創出する。
その後、粒子の大多数は管殻２２の内壁に衝突し、速度
が失われ、その結果粒子はさらにガスから分離される。
分離された粒子は重力により再循環管３４を下方に滑り
降りバブル３６内へ通される。
一方、分離されたガスは煙道ガスプレナム４ｏ内に上方
に通過し、開口２４ａを通り、熱回収区２０へ通される
。
分離された粒子は、粒子がバルブ３６から炉ｌ８内へあ
ふれ出始める高さをこえるまで、第１図の流れの矢印に
よって示されるように、バルブ３６内に堆積する。これ
により直接再循環管３４内へ炉１８からの高圧ガスの逆
流に対して密封しつつ、再循環された粒子の一定の流れ
を炉１８内へ戻るようになされる。
追加の粒子は、粒子で炉１８の上部でガスを飽和させる
のに十分な量を管５４より加えられる。
すなわち，ガスによって同伴できる最大の量が達戊され
る。飽和の結果、比較的細かい粒子の一部と共に比較的
粗い粒子は、炉工８の下部に保持され、最大能力で作動
すると粒子の比較的高い百分率容積のもの、例えば総容
積の２０％までのものを含むことになる。
細かい粒子の残りの部分はガスコラムを通って上方に向
って通過し、ガスから分離され、上述のように炉１８に
再び戻る。これに加えて管５４から粒子状燃料材料を追
加導入しても炉１８内の飽和されたガスコラムは維持さ
れる。
水は水供給管１４から蒸気ドラム１２へ導入され、上述
のように炉ｌ８の壁に形成される管へ降水管等を通って
下方に導かれる。流動床、ガスコラム及び搬送固体から
の熱は水の一部を蒸気に転化し、水と蒸気との混合物が
管内を上昇し，蒸気ドラム１２に移される。この蒸気と
水とは慣用の態様にて蒸気ドラム１２内で分離され、分
離された蒸気は、蒸気管１６によって蒸気ドラム１２か
ら最初は屋根３９及び壁２４，２６に形成される管に、
そして次にｌ次過熱器の管群４２Ｃ，４２Ｄと、最終過
熱器管群４２Ａ，４２Ｂとに、そして蒸気タービン等に
通される。蒸気ドラム内の分離された水は、節炭器の管
群４２Ｅ，４２Ｆからの供給水と混合され、管ｌ４より
蒸気ドラム１２へ入れられ、以上述べた方法で流れ回路
を再循環する。他の冷却面、好ましくは基本的には垂直
管の仕切り壁の形状の冷却面を炉１８内で利用できる。
管殻２２と炉ｌ８の上部との間の空間から放出する熱い
清浄なガスは熱回収区２０に入り、このガスから熱を取
出し且つ管群４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｇ，４２Ｄ，４２Ｅ
及び４２Ｆの管を流れる蒸気又は水に熱を加えるため管
群を通過させる。
次いでガスは排出口４６に向かい，熱回収区２ｏから排
出されるが空気ヒーター等（図示せず）に向けてもよい
． 蒸気タービンの負荷の変動に応答して、炉１８内の床温
度はプレナム室４８を経由して，炉１８に供給される空
気の量を変化することにより予めセットされた受入れ値
に維持される。
以上のように，本発明の反応器はいくらかの利点を有す
ることがわかるる例えば，溝３０．弓状の腕３２、管殻
２２及び再循環管３４の設置により比較的かさばり、高
価なサイクロンに分離器とこれに連関するダクトとを必
要とせずに、同伴粒子の分離及び炉１８へ戻る同伴粒子
の再循環が許容される。従って、本発明の反応器は比較
的コンパクトであり、容易に輸送し迅速に建造するため
の基本単位に製作されうる． そして、特に蒸気発生器として使用されうる場合，開示
したような利点がある。また、この装置のサイズ補外は
非常に容易にできる。特に燃焼を含む固体と気体との間
の反応の大部分は過燃焼空気の入口より下方にて起こり
、そのために一酸化炭素と炭化水素との放出を最少限に
する。また、前述の利点に関連して過燃焼空気の一部分
と共に空気の段階導入は窒素酸化物の放出を軽減する。
加えて、耐火性材料、好ましくは、高伝導性の材料が表
面が還元ガスに直面する場所である過燃焼空気の導入口
より低いところ及び浸食してしまうような配置となると
ころでも使用できる。さらに、固体循環は飽和ガスコラ
ムの連続した維持により支配されるので固体循環装置に
よる流れの固体循環割合を積極的に制御する必要がない
。また、流動床の頂部から粒子状の固体を比較的少量抽
出することにより、粗い及び細かい粒子状固体の滞留時
間は装置内にて反応特性に適するように調節可能となる
． 第３図及び第４図の実施態様によれば、各再循環管３４
の下部は参照番号３４ａによって示されるように、拡開
しており、各々は再循環管を通過する水または蒸気から
熱を除去するための曲った管体熱交換器３８を受容する
。その他についての構造は第１図及び第２図の実施態様
の構造と同一である。熱交換器３８は特に、再熱器（図
示せず）がサイクル中に含まれる場合，必要なものとし
て，追加の過熱を供給するのに用いられ得る。この場合
、各バルブ３６は、炉へ粒子の戻り流の要求される割合
を維持するためにそして，この熱交換器３８が密度の高
い粒子の床内に沈められるよう粒子のレベルを維持する
ために入口管５６によってバルブの中へ流動化空気を導
入することになる。
この熱交換器３８は、再循環管３４内の密度の高い粒子
の床からの熱によって追加の過熱を供給するために上述
の水／蒸気の流れ回路に接続されることになろう。
図面には、特別に示されていないが、他の追加装置及び
必要な装置と構造物とが備えられ、しかもこれらと上述
の構造物すべてが完全な作動システムを形成するよう適
宜手段にて配備され支持されることを理解されたい。
また、変形例は本発明において発明の範囲を逸脱するこ
となく実施されうる。例えば，炉１８に供給される燃料
は記述したように粒子の固体以外に液体又は気体でもよ
い。もちろん、他の変形例も、請求の範囲に定義される
ように本発明から逸脱することなく当業者によって実施
され得る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の流動床反応器を描いている略図、第２
図は第１図の２−２線に沿う断面図である。第３図及び
第４図は各々第１図及び第２図と同様な図であるが、本
発明の選択的な実施態様を描いている． １０・・反応器、１８・・炉，２０・・熱回収区、２２
・・管殻、３０・・溝、３２・・弓状の腕、３４・・再
循環管，３９・・屋根。 手続補正書（１、

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 炉と熱回収区とを形成する手段と、燃料を含む固体粒子
    状材料の床を支持するための前記炉内にある手段と、前
    記床を流動化し、前記燃料の燃焼または気化を支持し且
    つ空気と前記燃焼のガス状生成物と前記空気及び燃焼の
    前記ガス状生成物によって同伴される粒子状材料との混
    合物を形成するのに十分な速度で空気を前記床に導入す
    る手段と、前記炉から前記混合物を排出するため前記炉
    を通して形成される少なくとも１個の溝と、前記炉内に
    同軸で間隔をおいた関係において前記炉を囲むしや断手
    段と、前記混合物から前記粒子状材料を分離するために
    前記しや断手段に対して接線方向に前記混合物を向ける
    ための手段と、前記熱回収区へ前記混合物を向ける手段
    と、分離された粒子状材料を受け入れるために前記しや
    断手段と連通する複数の再循環管と、前記床へ分離され
    た粒子状材料を戻すため前記炉への前記複数の再循環管
    を接続する手段とを備える反応器。
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