JPH0311203A - 流動層用固体粒子供給装置 - Google Patents

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） この発明は、流動媒体と呼ばれる固体の粒子を充填した
ベツドの下から流体を流入し、流動媒体を流体の流れで
浮遊させた状態の中に固体粒子を均一に分散させて供給
する流動層用固体粒子供給装置に関する。

（従来の技術） 多数の粒子からなる粉体が充たされた容器の底部から流
体を供給すると、その粉体の層はある流体速度以上で固
定層から流動化状態に変化する。

これは流動層として広く知られている現象で、粒子と流
体の極めて効率的接触方法として、石炭燃焼用の流動層
ボイラや廃棄物焼却炉等の多くの工業装置に利用されて
いる。

流動層ボイラは、第８図に示すように、流動層と呼ばれ
る燃焼室１０１がベツドｍ遣となっており、流動媒体１
０２と呼ばれる砂や石灰石（ＣａＣＯ３）などで流動層
を構成し、空気を分散板１０３と呼ばれる空気穴から送
り込み、流動媒体１０２を流動化させその中に石炭粒径
１０１１１ｍ以下（４〜６市）のものを投入することに
よって石炭を自然に燃焼させるようにしたものである。

そして蒸気を発生ずる蒸気管１０４は、流動媒体１０２
内に設置して燃焼エネルギーを直接吸収させるように工
夫されている。この流動層ボイラにおいて、石炭粒子は
多数の給炭管１０５を通して、搬送用空気によって流動
層１０１内に供給されている。給炭管１０５は水平方向
に石炭粒子を噴出する第７図（Ａ）ないしくＢ）に示す
ような給炭ノズル１０６を有し、′石炭粒子を三方ない
し四方に噴出して流動媒体１０２中に拡散供給するよう
にしている。流動層１０１内において固体粒子・石炭粒
子を均一に分散させるためには、現状では炉層面積約１
ｄ当たりに１本の給炭ノズル１０６が配置されている。

したがって、１００は程度の炉Ｍｍ積の場合、約１００
本の給炭ノズルが配置されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、近年炉の大型化による効率向上が考慮さ
れており、例えば従来のものの５倍の５００ばの炉層面
積を有する流動層燃焼炉を設計するとした場合、従来の
固体燃焼供給装置によると、約５００本の給炭ノズルが
必要となる。しかし、この給炭管特にエルボ部分１０７
は搬送固体粒子（石炭及び石灰石）によるエロージョン
が早いなめ、５００本もの数になるとその保守管理が困
難となる問題がある。このことは、石炭以外の固体粒子
例えば乾熱汚泥のような可燃物の含有量が低い固体粒子
を流動層に拡散供給する場合においても同様である。そ
こで、固体燃料の流動層内への拡散性を劣化させずに給
炭管本数を可能な限り削減することが望まれている。

本発明は、流動層内に固体粒子を拡散供給する供給ノズ
ルを従来のものより大幅に削減できる流動層用固体粒子
供給装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） かかる目的を達成するため、本発明者が流動層内の流動
状況について種々研究した結果、流動層中に固体壁に囲
まれた非流動部を形成することによって、層内空塔速度
に比べ遥かに高速の粉体噴流を任意の位置に、なおかつ
任意の方向に発生せしめることが可能であることが判明
した。

即ち、流動層内に非流動部が固体壁に囲まれかつその断
面積が底部ｚ１でＡｃ、上部Ｚ２でＡｃよりも小さいか
あるいは等しい断面積Ａ。を持つ場合、その内部の圧力
は固体面によって周囲流動部圧力と遮断されているので
、圧力バランスはベルヌーイの定理に従う、第３図及び
第４図に固１氷壁による絞り部を持つ非流動部の記号に
ついての定義図を示す０図中、符号Ｐ１は固体壁に囲ま
れた非流動部の入口近傍の外の圧力、Ｐ２は同非流動部
の出口近傍の外の圧力、εＰは流動部即ち流動状態にあ
る流動４ａ体によって形成される流動層（流動床）全体
の空間率、ε。は非流動部の空間率、Ｕ、は流動部の流
体の流れの速度、Ｕｃは非流動部内での流体速度、Ｕｏ
は非流動部の出口近傍の流体の噴出速度、ＡＴは流動層
全体の断面積である。

高さＺｌ、Ｚｔでの非流動部通過流体の全圧保存を式で
示すと次の通りである。

Ｐ１モ（ρＦ／２＞ＵＰ ＝ｐｃ　＋（ρ、　／２）　ＵＣ２＋ΔＰｃ（Ｕｃ）■
ｐｃ＋（ρ、／２）ＵＣ２ ＝ｐ２＋（ρＦ　／２）　ＵＮ　２＋ΔＰｓ（ＵＮ）■
ここで、ρｒは流動化流体密度である。

ただし、固定層（固体壁に囲まれた非流動部）通過時、
及び絞り部の圧損はそれぞれ Δｐｃ（ｕｃ　）＝ζｃ　　（ρｐ　／２）　　ＵＣ／
Ｐｓ（Ｕｓ）＝ζＮ　（ρＦ／２）Ｕ。

ζｃ　　＝３．５　　（１−ｅ。）　　Ｌｃ　／　φｅ
　　ｄｐ　　（εＣ）’ζＮ　；ζＮ（Ａｃ／ＡＮ） ここで、ζＮは圧力損失係数である。

連続の式と面積の大小関係はそれぞれ （ＪｃＡｃ＝ＵＮ　Ａｎ Ａア＞　＞　Ａ　ｃ＞　Ａ　ｓ となる。

以上から、その周囲を固体壁等によって流動層内の圧力
と隔離されている非流動部絞り部出口がらの噴出速度Ｕ
Ｎは次式で表される。

・・・■ Ｕ、とＬｃの関係についてＡ　Ｎ／　Ａ　ｃとε。をパ
ラメータとして第５図に示す、但し次の諸数値を用いた
試算結果である。

ｇ　＝　９．８ｒｅ／Ｓ’　　　　ε、＝０．１　　　
ρｐ　　＝１５４０Ｋｇ／ｒａ’ζ、＝０．６４　　　
　　ε、、＝０．４　　　ρ、＝１．２９にｇ／ｎ’ｄ
、　　＝０．００１０４１１　　φ、　　＝１．０　　
　ＵＰ　　＝０．７ｒｔ／ｓこの関係より、Ａ　Ｍ／　
Ａｃの値が大きな時、Ｕｌはし。に対してあまり変化し
ないが、Ａ、／Ａｃの値が減少するにつれてＬＣの影響
が大きくなることが理解できる。まなε。は大きいほど
速度は増加する。

そこで、本発明の流動層用固体粒子供給装置は、搬送用
空気で空気輸送される固体粒子の流動層内における供給
ノズル設置位置からある距離だけ離れた周囲空間に、流
動層全体の空間率よりも大きな空間率を持ち、かつ底部
開口面積Ａｃと上部開口面積ＡＮとの比がＡ　Ｍ　／　
Ａ　ｃ≦１の関係にあると共に上部開口が搬送固体粒子
を拡散させたい方向に向いた流動制御素子を設置するよ
うにしている。

（作用） したがって、流動層内に固体壁に囲まれた非流動部を形
成する流動制御素子によって、固体粒子を噴出する供給
ノズル設置位置からある距離だけ離れた周囲空間に層内
空塔速度に比べ遥かに高速の粉体噴流を拡散させたい方
向に向けて発生させ、供給ノズルから層内に供給された
固体粒子を誘引し、拡散させたい方向に素早く拡散させ
る。

（実施Ｓ） 以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて詳細
に説明する。

第１図に本発明の流動層用固体粒子供給装置を流動層ボ
イラの給炭装置に応用しな一実施例を概略説明図で示す
、この流動層ボイラに適用される固体粒子供給装置即ち
給炭装置は、流動層１内に石炭粒子のような固体粒子】
１を供給する給炭ノズルと呼ばれる供給ノズル４の近傍
に流動層１全体の空間率ε２よりも小さな空間率ε。を
有しかつ底部開口６より流体・空気を導入して上部間ロ
アより噴出する流動制御素子２を配置して成る。

尚、図中符号３は分散板、５は給炭管、１０は流動用を
兼ねた燃焼用空気を供給する風箱である。

前記流動制御素子２は、流動層１全体の空間率ε、より
も大きな空間率ε。を有し、かつ底部開口面積Ａｃと上
部開口面積ＡＮのとの比がＡＮ／Ａｃ≦１の関係にある
６例えば第２図（Ａ＞に示すように全体形状が円筒形を
成し、側壁上部に底部開口６より小径の上部間ロアが設
けられている。

更に図示していないが底部開口６と上部間ロアとを等し
く形成しても良い、そして、上部間ロアは流動層１内に
供給される固体粒子１工を拡散させたい方向に向けて開
口されている１例えば、第２図（Ａ）及びその横断面図
である第２図（Ｃ）に示すように、水平方向でかつ放射
方向に、あるいは第２図（Ｂ）に示すように水平よりや
や上向き方向若しくは図示していないが水平よりやや下
向き方向に開口されている。勿論、上部間ロアは放射方
向に広げて２〜３本配置する場合に限定されるものでは
なく、１本あるいは多数本設けても良いし、水平面に対
して全ての上部間ロアが同じ角度を成すことも必要ない
。

この流動制御素子２は、給炭ノズル４の設置位置からあ
る距離だけ離れた周囲空間、好ましくは給炭ノズル４の
噴射軸上あるいはその近傍、最も好ましくは流動制御素
子２の噴流に因る誘引効果で供給固体粒子の拡散現象（
符号９で示される部分）が効果的に起り得る範囲で可能
なだけ給炭ノズル４から離れた位置に設置されている１
例えば、四方供給時の配置組合せ例を示す第６図（Ｃ）
のように、給炭ノズル４の噴射軸上に噴射方向に上部間
ロアを向けて配置し、あるいは従来の給炭ノズル４の設
置位置において隣る給炭ノズル４と流動制御素子２とを
置換する。また、給炭ノズル４の噴射方向と流動制御素
子２の上部間ロアの向きとは必ずしも一致させることは
なく、給炭ノズル４から噴出された石炭粒子１１を更に
幅広く拡散させる方向に配置しても良い、また、流動制
御素子２の設置高さは、給炭ノズル４と同じかあるいは
流動の影響を考慮した高さ例えば給炭ノズル高さＨの約
２倍以内に設置されている。この流動制御素子２は設置
数に限定されるものではなく、必要に応じて配置し、好
ましくは従来の例によって配置された給炭ノズルの一部
と置換することが好ましい、流動制御素子２の流動層１
への取付けは、例えばステー（ｓｔａｙ）　１２を使用
して固定することによって行なわれている。この流動層
１の断面積と流動制御素子２の底部断面積との比は特に
限定はないが、流動層面積に比べて十分に小さいことが
好ましい０例えば、本実施例の場合、断面積６０ｄ程度
の流動層１において、直径３０〜４０市、高さ５０〜１
００ｍｍの流動制御素子２が多数配置されている。この
流動ＯＮ御素子２は流動媒体あるいは流動Ｉ−に吹き込
まれる流体と反応しないものあるいはこれらに悪影響を
与えないもので構成されており、例えばセラミックスの
採用が好ましい。

また、流動制御素子２の底部開口６には、本実施例の場
合、空間率εＣを大きくするため網８が設けられている
。この＃！８により粒子の素子内への侵入を防ぎ空間率
ε。を大きく維持するように設けられている。ここで空
間率とは容器の体積から粒子の体積を差引いたものを容
器の体積で徐したもので“１”に近づくほど容器内が空
っぽとなり“０°“に近づくほど容器内が粒子で埋め尽
くされることとなる。

流動制御素子２の底部開口６は流動媒体（粒子）との関
係において適宜決定され、例えば粒子径が１關φの場合
、底部開口６がＬｏａｎφ以上とされている。第５図に
示すように、流動Ｍ御素子２の高さ即ち非流動部遮蔽高
さＬｃと絞り部噴出流速Ａｓとの関係はＡ　ｓ　／　Ａ
　ｃ比を０．１にする場合１００１ＩＩ１以上にするこ
とはあまり意味がないがＡ　Ｎ　／　Ａ　ｃ比が非常に
小さくなれば、例えば０゜０１程度になれば遮蔽高さＬ
ｃが増すほど噴出流速Ａ１−も増大する。即ち、流動制
御素子２の充填率が小さいほどそこから噴出される流速
は増大する。尚、図示していないが流動制御素子２の底
部開口６には網８を張るばかりでなく、粒径の大きな粒
子を流動制御素子２内に充填して空間率ε。

を流動部のそれε、より大きくすることもある。

この流動制御素子２内へ侵入する粒子は大きな空間率を
ｆＩ保するなめできるだけ細かくないほうが好ましく、
１ｆ１８に代えて多孔質な板あるいはスリットを多数人
れた板のように流体は入るが粒子は入り難い構造とする
ことも可能である。

以上のように構成しなので、流動制御素子２内に導入さ
れた流木・空気は流動制御素子２内で増速され、層内空
塔速度に比べはるかに高速の粉体噴流として固体燃料を
拡散させたい方向に向けて噴出され、隣なる供給ノズル
から噴出された固体燃料を拡散する。

尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の一例ではある
がこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱し
ない範囲において種々変形実施可能である０例えば、本
実施例では流動層ボイラについて述べたが、それ自体で
は燃焼することが誼しい難燃性廃棄物（可燃物が１０〜
２０％含まれたもの）を燃焼させる流動層焼却炉等のよ
うな、流動層内に固体の粒子を拡散供給するらのの全て
において実施可能である。この場合、１０〜２０％の可
燃物を含有する乾燥汚泥を供給装置の供給ノズル４から
噴射し、流動制御素子２との棚面によって拡散供給する
。

（発明の効果） 以上の説明より明らかなように、本発明は流動層中に固
木壁に囲まれた非流動部を形成する流動制御素子を配置
し、層内空塔速度に比べ遥かに高速の＠流を供給装置か
ら空気搬入された固体粒子を拡散させない方向に発生さ
せるので、その高速噴流によって固体粒子を誘引させ均
一に拡散させることができる。

したがって、流動層内に固体粒子を供給する供給ノズル
の設置本数を大幅に削減することができ、装置構造の単
純化や運転・保守管理が容易となる。

例えば第６図（Ａ＞に示す四方供給時の配置組合せ例に
よると、従来は給炭ノズル４の間を狭くしてその間に石
炭粒子を噴出させ拡散供給するようにしている［第６図
（Ｂ）＃照］、シかし、本発明の場合、給炭ノズル４の
近傍に流動制御素子２を配置して、流動制御素子２によ
って供給固体粒子の拡散を高速噴流で誘引するので、給
炭ノズル４の配置間隔を従来のらのより広げ、単位面積
当たりの給炭ノズル本数を少なくできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の流動層用固体粒子供給装置を流動層ボ
イラ用給炭装置として実施した例を示す概略説明図、第
２図（Ａ）及び（Ｂ）は流動制御素子の一例をそれぞれ
示す中央縦断面図、第２図（Ｃ）は第２図（Ａ）の■−
■線断面図、第３図及び第４図は流動解析モデルにおけ
る流動制御素子とその周辺の記号定義を示す模式図、第
５図は流動制御素子の噴流増速特性図、第６図は流動層
に配置される給炭ノズル及び流動制御素子との関係を示
す図で、第６図（Ａ）は四方供給時の給炭ノズルの配置
組合せ例を示す説明図、第６図（Ｂ）は従来の給炭ノズ
ル、第６図（Ｃ）は本発明の給炭ノズルと流動制御素子
との配置例を夫々第６図（Ａ）において原線で囲まれた
部分において示す。 第７図（Ａ）及び（Ｂ）は給炭ノズルの斜視図、第８図
は従来の給炭装置を有する流動層ボイラの原理図である
。 ６・・・底部開口、７・・・上部開口、Ａ、・・・上部
開口の開口面積、 Ａｃ・・・底部開口の開口面積。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 搬送用空気で空気輸送される固体粒子の流動層内におけ
   る供給ノズル設置位置からある距離だけ離れた周囲空間
   に、流動層全体の空間率よりも大きな空間率を持ち、か
   つ底部開口面積Ａ＿Ｃと上部開口面積Ａ＿Ｎとの比がＡ
   ＿Ｎ／Ａ＿Ｃ≦１の関係にあると共に上部開口が搬送固
   体粒子を拡散させたい方向に向いた流動制御素子を設置
   したことを特徴とする流動層用固体粒子供給装置。