JPH05501080A - エンクロージャ内で気体と粉粒体を反応させる装置 - 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】 エンクロージャ内で気体と粉粒体を反応させる装置本発明は、エンクロージャ（ 以下「反応器」という）の内部で、少なくとも１種類の気体と少なくとも１種類 の粉粒体との間で、発熱反応または吸熱反応を実施する装置に関するものであり 、この装置は、粉粒体と流動化ガスのそれぞれの導入流速を、高速循環流動床帯 域内でガスと粉粒体の高速上昇流が達成できるような速度として、粉粒体を導入 する少なくとも１つの手段と、反応流動化ガスを導入する少なくとも１つの手段 と、反応器の頂部に到達した反応ガスと粉粒体の混合体を分離器に導く手段と、 反応によって発生した気体を排出する手段と、粉粒体を分離器から反応器の底部 へ再循環する手段とから成る、ことを特徴とする。

流動床で化学反応を実施する同様の既知の技術には、基本的に２つのグループが ある。

第１のグループは、反応器内部にはっきりと異なる粒子濃度を持つ２つの帯域の 存在を特徴とする濃厚流動床［［沸騰床（ｂａｂｂｌｉＢ　ｂｅｄ）　Ｊともい う］を使用するものテアリ、第１帯域の粒子濃度は高く、例えば燃焼流動床の場 合には１．０００ｋｇ／ｍ３であり、第１帯域の上にあって第１帯域から比較的 明確に画定される表面によって分離された第２帯域は１ｋｇ／ｍ３未満である。

ガスと固体粒子の間の速度差は大きくない。燃焼反応器の場合、燃焼効率は例え ば８５％から９５％と低（、また硫黄酸化物や窒素酸化物の排出率が大きいので 、この技術は小規模プラントに限定される。

この第１グループの技術に属する提案として、濃厚流動床燃焼反応器を環状仕切 り壁によって分割する方法が、英国特許ＧＢ−Ａ−１４１２０３３に記載されて いる。これは仕切り壁の下縁部を流動化グリッドから離して配置し、それによっ て、燃焼が行われる中央濃厚床領域と、反応器の周囲のジャケットと熱交換を行 うことだけのために粒子が下向きに流れる環状濃厚床領域とが得られる。中央濃 厚床領域の固体粒子は、環状仕切り壁の頂部から逸出し、環状濃厚床領域内を下 降移動して、環状仕切り壁の下縁部の下にある中央燃焼帯域に戻る。このタイプ の装置は、主として濃厚床の上部に粒子濃度が非常に低い反応帯域が存在するた めに、上述のような濃厚流動床反応器の欠点がある。また、次に述べるタイプの 循環流動床の出口にサイクロンを配置した場合と同様の方法で、濃厚流動帯域の 上部からだけ捕集した粒状物質を再循環する。

第２グループの既知の技術は、Ｃｈｅｍｉｃｚｌ　ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｒ ｏｇｒｅ稟Ｓ誌の１９７１年２月号に発表されたＲＥＨによる記事に記載された タイプの「循環」流動床を利用するものである。これは、フランス特許第２３２ ３１０１号および第２３５３３３２号（メタルゲゼルシャフト社）に詳しく記載 されている〔米国特許第４，１６５．７ＬＴ号に該当する］。第１グループとの 相違点は、２つの帯域間に分割面が無いこと、および反応器全体の反応温度が一 様であることである。粉粒体の濃度は反応器本体の底部から頂部まで実質的に連 続的に変化し、ガスの速度と固体粒子の速度の差がずっと大きい。燃焼反応器の 場合、燃焼効率は向上し、硫黄酸化物や窒素酸化物の排出率は低くなる。この技 術は大規模プラントへの使用に適しているが、それでもまだ欠点がある。

これらは特に、反応が燃焼反応である場合に観察される。循環流動床型反応器は 、次のように説明することができる。

ａ）容積が大きい上部帯域は、固体粒子の濃度が変化し、その幅は限定されるが 、まだ充分ではない。この上部帯域で熱交換が行われ、一般に該上部帯域には、 反応器の中空部を占める管があるか、あるいは反応器に、反応器の冷却流体が流 れる管が内張すされている壁がある。粒子の濃度はこの帯域の底部カラ頂部＊テ 、例えば約５０　ｋ　ｇ　／　ｍ　３から約１０ｋｇ／ｍ３まで変化し、これら の数字はときにはもっと低くなることもある。実際上は、粒子の濃度が、壁に内 張すされた管との熱交換を行う。全負荷状態の気体の速度は一般に、浸食の危険 性を回避するために、４ｍ／ｓから６　ｍ　／　ｓの範囲の値に制限される。

ｂン容積が小さい下部帯域は、粒子濃度はずっと高く、底部から頂部まで、例え ば５００ｋｇ／ｍ　から５０ｋｇ／ｍ３まで、つまり−０：１の比率で変化する 。反応器を半負荷の状態で作動する場合、つまり流動化ガスを半分の速度で流す 場合、この比率は２０：１を越えることもある。この下部帯域は、燃焼が行われ る場所である。燃焼に必要な気体の一部は、一般に「−次」ガスと呼ばれ、反応 器の底部に位置する流動化グリッドからここへ吹き込まれる。燃焼ガスの残部の 大半は、「二次」ガスと呼ばれ、前記グリッドより上にある様々な高さから注入 される。これらの高さの使用は、反応器の負荷によって変化させることができる （反応器が部分負荷状態のときは、幾つかの高さを使用しない）。

反応器のこの下部帯域における燃焼煙道ガスの速度は、その断面積の変化によっ て、および二次ガスの段階的付加によって決まるが、実際問題として、望ましい 速度は上部帯域と同じ速度である。このために燃焼帯域内部に濃度の大きな変化 が生じ、次のような幾つかの問題点の原因とな、っている。

不完全燃焼：　未燃焼粒子と一酸化炭素の、７濃度は、反応器の出口で高くなり 、燃えにくい燃料の場合は特にその傾向が大きい。

脱硫効率が低すぎるので、注入しなければならない大量の脱硫剤を必要とする。

反応器の負荷の変化に応答する柔軟性に限度がある。これは、適切な流動化条件 を維持するために最小ガス速度、例えば約３ｍ／ｓの速度を持つ必要のためであ る。

したがって、温度と燃焼の均一性を改善するために、しばしば反応器内の粉粒体 を増量することが必要になり、それにより流動化に必要なエネルギ量が増加する 。

これらの問題点を緩和するために、様々な、高さにおける二次ガスの注入がしば しば使用され、−次ガスの流速に対、する二次ガスの流速の比率は、反応器の負 荷状態によって変化する。しかし、次のようなその他の判断基準を考慮しなけれ ばならないので、この比率はある限度までしか変化できず、柔軟性が制約される 。

燃焼率（ｂｏ＋ｎｏｕｔ　ｒｕｅ）。このために、−次ガスの流速は最小値以上 に維持しなければならない。

窒素酸化物の発生を最小限に抑制し続けるために、反応器の燃焼帯域の下部に還 元雰囲ネを維持しなければならないという要件。

反応器の負荷が低下するときは、粒子濃度の不均一性が大きくなりすぎないよう にするために、一方で窒素酸化物の生成をできるだけ抑制し、かつ設備の熱効率 の著しい低下を回避する。

ように注意しながら、燃焼に必要な余剰ガスの量を増加しなければな、らないと いう要件。

広い範囲は欠点で弗り、反応器の様々な高さの間で、より一様な濃度を達成する ことは、燃焼効率を改善するだけでなく、流動化のエネルギ消！量を減少するこ とにもつながる長所となるに、この要件を満たすことができない。

ａ）燃焼帯域における流動化ガスの速度は、熱交換が行われる上部帯域で選択さ れた速度に関係がある。

ｂ）概略的な図゛１に示すように固体粒子が上下両方に移動しており、小サイズ の多くの固体粒子は流動化グリッド付近まで下降しないので、反応器の内部に粒 子の大きさによる垂直方向に層が形成され、反応器の下部帯域はより大きいサイ ズの粒子で作動するようになる。例えば、流動化グリッドより上の最初の１メー トルの部分は固体粒子濃度が濃厚床の濃度に近くなり、エネルギのコストが高く なり、しかもこれは燃焼には役に立たない。

このグループの技術では、その他にも、循環流動床の作動に対する様々な改善を 提供した特許がある。

米国特許第４．５９４．９６７号、および欧州特許第０３３２３６０号は、循環 流動床の出口で材料を捕獲するために濃厚流動床の装置を提供し、この方法で捕 獲した材料は、濃厚床の上に配置したクリアランスゾーンを構成する膨張室の下 流に配置した従来のサイクロンに捕集される材料の量を減らす。

これらの特許には、次のような特徴がある。

濃厚流動床を、循環流動床の一側部（米国特許第４．５９４，９６７号および欧 州特許第０３’３２３６０号の水平断面が長方形の反応器の場合）、またはその 真上（欧州特許０３３２３６０号の水平断面が円形の反応器の場合）にある循環 流動床から出口に配置する。

サイクロンを、膨張室のすぐ下流（欧州特許０３３２３６０れたものであって、 特許の循環流動床の一部を構成しない管状エンクロージャの下流（米国特許第４ ，５９４．９６７号）に配置する。これらはどれも、材料を濃厚流動床で捕獲す ることにより、サイクロンに捕集される材料の量を減少しており、循環流動床に 再循環される材料の最大量は変わらない。

これらの特許はどちらも、循環流動床の基本的特性（均一温度、上昇ガス速度、 固体粒子濃度）を全部備えているわけではない濃厚流動床を含む帯域の下流に膨 張室を配置することにより、前記帯域が、化学反応を包含するのに適した均一な 温度および気体一固体混合物を維持しながら、気体一固体混合物から壁に熱を伝 達することができるようにしている。

別の特許、米国特許第４．７８８，９１９号は、単独のチャンバ内を３つ、２つ 、または１つに仕切り、これらの仕切り間の境界部に膨張室を設けるというもの である。その断面積は反応器の４倍とすることができるので、その中のガス速度 はもはや循環流動床型反応器内のガス速度と同じではなくなる。この速度の低下 により、材料を濃厚流動床で捕獲することが可能になり、したがって、そのチャ ンバまたは他の上部の両チャンバの材料濃度が大幅に低下し、循環流動床の作動 は一番底のチャンバでしか行われなくなり、他の２つのチャンバおよびその延長 部は、さらに少量の材料を捕獲し、追加冷却を行うために役立つ。つまり、この 特許権者はチャンバが１つしかない設計に便宜を与えていることになり、したが ってこの特許は、米国特許第４．５９４．９６７号および欧州特許第０３３２３ ６０号と同様の配置構成、つまり循環流動床型反応器の出口に濃厚流動床を設置 する構成に落着く。いずれの場合も、多数のチャンバを含む設計の場合、そこで は同一のガス速度が維持される。

要するに、これらの特許は、上述の欠点を有する循環流動床型の先行技術を変化 させたものである。

前記の技術に比較して、これらはサイクロンまたは分離器によって捕獲される固 体材料の量の減少を特徴とするが、先行技術の「循環流動床」における圧力およ び濃度変化特性は変わらない。

本発明の目的は、エンクロージャ内で気体と粒状物質とを反応させる装置であっ て、下部帯域における固体粒子の濃度の均一性を向上したこと、任意選択的に燃 焼帯を構成するこの下部帯域の固体粒子の濃度が中程度であること、およびこの 帯域内の流動化ガス流速が比較的高いことを特徴とする、新規の流動床配置構成 を有する装置を提供することである。

本発明の装置における反応器は、次の３つの帯域に分割される。

ａ）空の条件下および全負荷時の流動化ガスの平均上昇速度が４．３ｍ／ｓから １２ｍ／ＩＩの範囲である高速流動床条件下で作動する下部帯域。また下部帯域 の高さは、この帯域内のガスの滞留時間が０．２５秒から４秒の範囲内にあるよ うな高さとする。

ｂ）空の条件下および全負菊時の流動化ガスの上昇速度Ｖは、４ｍ／ｓからｌｏ ｍ／ｓの範囲である高速流動床条件下で作動する断面積Ｓ２の上部帯域。下部帯 域における流動化ガス速度に対する上部帯域の前記速度の比は、１／２から１／ １．２の範囲内にある。上部帯域の高さは、この帯域における全負荷時の流動化 ガスの滞留時間が２秒から１０秒の範囲内となるような高さとする。また、反応 器の上部帯域の頂部の濃度Ｐは２ｋｇ／ｍ３以上である。

Ｃ）空の条件下および全負荷時に０．３ｍ／ｓから２．５ｍ／ｓの範囲内の速度 でガスが上方に流れる濃厚流動床条件下で作動する帯域。この帯域は、高速流動 床条件下で作動する前記下部帯域の頂部に隣接し、その間を仕切り壁で分離され る。

この帯域は、隣接する前記下部帯域の頂部から上昇してくる粉粒体と、前記上部 帯域からその壁の少なくとも１つに沿って下降してくる粉粒体との両方を受容す るように配置する。

本発明の装置はさらに、前記濃厚流動床帯域から、高速流動床条件下で作動する 前記下部帯域の底部に、粉粒体を再注入する少なくとも１つの手段を含む。粉粒 体が濃厚流動床条件下で作動する前記帯域から再注入される割合は、ｑ＝Ｐｘｖ ｘＳ２ で計算される量以上とする。

こうした装置における循環流動床帯域（上部帯域および下部帯域）の高さによる 圧力変化は、図７のグラフに示す通りである。グラフの任意の点の傾斜から演鐸 される粒子濃度は、濃厚流動床からの逸流の両側に不連続領域を育しており、こ れはこの装置の特徴である。

この配置により、次の利点が得られる。

固体粒子が集塊する恐れなく、反応器内部の温度分布の均一性が高まる。

燃焼反応器では、−酸化炭素および未燃焼粒子の形成の減少により、例えば揮発 性物質の含有率が低い石炭や無煙炭など、燃えにくい燃料の場合に燃焼が改善さ れる。

最小許容負荷を低下することによって反応器の柔軟性が向上される。これは、下 部帯域の全負荷時のガス速度と、充分な流動化状態を維持するために必要な最小 速度との間の高い比率によって可能になる。

本発明はまた、上述の装置の適用分野を、炭素が含まれる物質の燃焼まで拡張す る。

以下に、本発明の微粉炭燃焼装置について、添付図面の概略図を例に取り、図を 参照しながら説明する。

図１は、先行技術タイプの循環流動床型反応器の粉粒体の流れを示す概略図であ る。

図２は、循環流動床および中間濃厚流動床を有する本発明の装置を示す。

図３Ａと図３Ｂは、２つの側部の濃厚流動床を有する反応器の下部帯域を相互に 直交する方向に切断した２つ縦断面図であり、図３Ｂは図３Ａの線ＭＩＢ−ＩＭ Ｂにおける断面図である。

図４Ａと図４Ｂは、３つの濃厚流動床を有する反応器の下部帯域を相互に直交す る方向に切断した２つの縦断面図であり、図４Ｂは図４Ａの線ｒ　ＶＢ−Ｉ　Ｖ Ｂにおける断面図である。

図５Ａと図５Ｂは、４つの濃厚流動床を有する反応器の下部帯域を相互に直交す る方向に切断した２つの縦断面図であり、図５Ｂは図５Ａの線ＶＢ−ＶＢにおけ る断薗図である。

図６Ａ、図６Ｂ、および図６０は、反応器の２つの濃厚床の熱交換面の配置を示 しており、図６Ｂと図６０は、図６Ａの線Ｖ　ｒ　Ｂ−Ｖ　Ｉ　Ｂにおける断面 の２つの変形例である。

図７は、本発明の装置の高さの関数としての圧力を示すグラフである。

慣用の循珊床あ動作を示す図１では、反応器１がフレア形下部帯域２と、長方形 の断面を持つ上方帯域３とを有する。固体粒子は、矢印５で示すように、流動化 グリッド４から反応器の頂部に向かって上昇する。これらの粒子は、壁の方に移 動し、再び下降する傾向がある。しかし、より微細な粒子の一部は、数字６で示 すような乱流動作によって上方に再同伴される。他の粒子は壁に向かって移動し 、数字７で示すように壁に沿って下降する。

図２に示す本発明の装置では、流動化グリッド４の上部のフレア形下部帯域２に 高流速流動床が形成される。ダクト８で送り込んだ一次流動化ガスは、このグリ ッドを通して注入される。

この−次流動化ガスは、できる限り煙道ガスを混合した空気で構成される。粉末 の形態の燃料、例えば、空気中に浮遊する炭塵もまた、グリッドのすぐ上の部分 から注入される。煙道ガスを含むか、あるいは含まない空気で主に構成される二 次ガスは、連続する３つの高さ１０，１１．１２の位置で、反応器の下部帯域に 注入される。空の条件下および全負荷時の流動化ガス速度は、約４．８ｍ／３か ら約１２ｍ／ｓの範囲で変化し、全負荷時のガスの滞留時間は、０．２５秒から ４秒の範囲で変化する。

二次ガスは、下部帯域２の底部の雰囲気が確寒に還元雰囲気となるように注入さ れる。

この下部より高い位置に、第２の高速循環流動床が形成され、空の条件下および 全負荷時の流動化ガスの速度は、４　ｍ　／　ｓから１０　ｍ　／　ｓの範′囲 で変化し、その対流時間は２秒から１０秒の範囲で変化する。

反応器の出口から捕集された固体粒子と混合した煙道ガスは、慣用の方法で、分 離サイクロンＩＡに入り、無塵煙道ガスはダクトＩＢによってそこから除去され 、捕獲された固体粒子はダクトＩＣを介して反応器の底部に再循環される。

さらに、断面尾翼型帯域Ｓ１を有する燃焼帯の出口部分およびそれを介して補助 流動化ガスがダクト１５から注入される流動化グリッド１４の上部に、濃厚流動 床１３（斜線で表した部分）が形成される。空の条件下および全負荷時のこの濃 厚床におけるガスの速度は、０．３ｍ／ｓから２．５ｍ／ｓの範囲で変化する。

多くの場合、この部分は高速循環床の燃焼帯の出口に位置し、粒子の残留炭素含 有量がすでに非常に低くなっているので、この濃厚床では残留燃焼はほとんど起 こらない。例えば燃料の品質が悪いために、この濃厚流動床でかなりの燃焼が起 こった場合には、この濃厚床のグリッドの下の注入ノズルに煙道ガスを注入して 床内の酸素量を低下するか、あるいは反対に、この帯域内の酸素量を増加して燃 焼を高めることができる。

後者の場合には、床内に熱交換用の配管が必要になる。

本発明によると、こうした濃厚流動床の高さは、比較的低くし、一般的に１．５ ｍ未満とすることが望ましい。しかし、熱交換器を内部に設置することが望まし い場合には、高さを約３ｍないし約４ｍに増すことができる。

この濃厚流動床の基本的役割は、この濃厚流動床の上にある熱交換帯から落下す る固体粒子の一部分を捕獲すること（矢印７）、およびこの濃厚床より低い位置 にある反応器の下部帯域から上昇してくる固体粒子の一部分を捕獲すること（矢 印１６）である。反応器の下部帯域から上昇してくる粒子の捕獲は、反応器の上 部帯域に流入していくガスの速度の低下によるものである。にもかかわらず、他 の方法とは異なり、濃厚流動床内部以外では、反応器内部のどの部分でも、ガス 速度が循環流動床条件下での作動に対応する値より低い値まで低下することはな い。

濃厚流動床によって捕獲された固体粒子は、ダクト１７によって、反応器の底部 のグリッド４のすぐ上の位置まで運ばれる。

これらのダクトは、底部に流動化ガスを供給するそれぞれのサイホンシールを含 めることができる。その結果、多くの小さいサイズの固体粒子を、これまでの装 置では下降させることのできなかった反応器の底部まで還流させることが可能に なる。反応器の燃焼帯におけるこの大きさの粒子の濃度はこうして非常に高くな り、濃厚床の高さに近い上部領域では特にそうである。

また、濃厚床の存在による断面の変化のためだけに、反応器の下部帯域２のガス 速度は、濃厚床の高さより上の上部帯域３のガス速度より高くなる。

この高速化のために当然、反応器の下部帯域における固体粒子の濃度の均一性が 向上し、それによりより好ましい燃焼が確保される。燃焼帯におけるガス速度の 所望値は、断面積Ｓ１とＳ２の値を、濃厚流動床の断面積が両方の差（Ｓ２−８ ．）に等しくなるように選択することによってめることができる（Ｓ　は、濃厚 流動床の高さの燃焼帯の断面積であり、Ｓ２は反応器の上部帯域の断面積である ）。燃焼帯における速度が大きければ大きいほど、燃焼帯の出口からの固体粒子 の流速は大きくなり、また濃厚床より上に位置する帯域の底部に落下する粒子の 量は実質的に断面積Ｓ２に依存するために、濃厚流動床によって捕獲される粉粒 体の流速も大きくなるので、ダクト１７によって再循環する固体粒子の流速もま たこれらの断面積の比によって変化する。

したがって、濃厚床１３に対し選択した断面積（Ｓ２−９１）は、本発明による 装置の反応器を設計する上で重要な基準である。燃焼帯におけるガスの速度およ び粉粒体の濃度を上げることによって、先行技術の流動床の濃度に比較して、燃 焼帯の固体濃度の均一性にかなりの改善が得られることが分かる。

実際に、断面積比Ｓ１／Ｓ２を１．２０から２の範囲内で選択することによって 、微粉炭を燃焼する装置に、優れた結果が得られる。

図３Ａと図３Ｂは、中間の高さに２つの濃厚流動床１４Ａと１４Ｂを具備した反 応器の底部を示す。両方の濃厚流動床は、それぞれの再循環ダクト１７Ａと１７ Ｂを介して、燃焼帯の底部の流動化グリッドのすぐ上の位置に接続されている。

この例で、１７Ｂは、サイホンシールの底部に流動化ガスが供給されるサイホン シールを含む粒子再注入ダクトとして概略的に示されている。こうして、差（Ｓ 　２　Ｓ　ｔ　）が２つの濃厚流動床の断面積の和に等しくなるようにして、５ ２７Ｓｌの高い比率を容易に得ることができる。この反応器は、３Ａの断面に直 交する断面（線１１１Ｂ−Ｉ　Ｉ　ＩＢ）に示す、第一の表面に直交する側部の 表面１８と１９に近接した濃厚流動床を含まない。

図４Ａと図４Ｂは、３つの濃厚流動床を有する反応器の底部を示し、そのうちの ２つ、１４Ａと１４Ｂは、図４Ａの壁２０と２１の下にあり、３つ目の１４Ｃは 、図４Ａの断面に直交する断面（図４Ａの線ＩＶＢ−Ｉ　ＶＢ）の第一の壁に直 交する壁２２の下にある。

図５Ａと図５Ｂは、４つの濃厚流動床を有する反応器の底部を示し、そのうちの ２つ、１４Ａと１４Ｂは、壁２０と２１の下にあり、残りの２つ、１４Ｃと１４ Ｄは、直交する壁２２と２３の下にある。

図６Ａは、濃厚流動床の熱交換面を示す概略図である。熱交換管はコイル２６と ２７で表している。これらは、濃厚流動床のほぼ全高に伸長する。

図６Ｂは、図６Ａの濃厚流動床の熱交換器の配置の変化例であり、図６Ａの線Ｖ ＴＢ−ｖｒＢにおける断面を示している。

こうした熱交換器は、濃厚流動床の長さの大部分を占める。

図６０は、図６Ａの配列の濃厚流動床の熱交換器の第２の変化例を示しており、 図６０は図６Ａの線ＶＩＢ−ＶＩＢにおける断面図である。この第２変化例では 、２つの濃厚流動床は両方ともそれぞれ３つの分離した区画に分割される。その 両端の区画は２６と２８または２７と２９などの熱交換器で占められ、中央の仕 切り３０．３１は熱交換管で占められない。

区画２６，２７，２８．２９．３０．３１は全部、再注入手段１７によって反応 器の底部に接続される。各区画はそれぞれ独自の再注入手段を具備する。区画３ ０と３１の再注入手段は、流速制御手段を設けられない。

図３ないし図５に示す濃厚流動床は全て、反応器が全負荷状態のときに作動し、 反応器の冷却にあずかる。中間負荷の場合、冷却は様々な方法（流動化の調整や 停止、下部帯域の底部へ再注入する粒子の速度制御など）で制御して、反応器内 を８５０℃に近い最適温度に維持し、より良い脱硫効率を確保することができる 。反応器の負荷が低下した場合、冷却表面積が大きくなるすぎるので、反応器の 温度も低下する。幾つかの濃厚床区画の熱交換器を調節するか停止することによ って、反応器の冷却を少なくシ、そうすることで、より幅広い反応負荷の範囲に わたって最適燃焼温度を維持することができ、それによって脱硫率が高水準に維 持される。

特に図２からよ（分かることであるが、先行技術の循環流動床反応器とは異なり 、２つの要素（粉粒体が反応器の底部に再循環されること、および燃焼帯におけ る流速が高いこと）の効果により、本発明の装置は、壁が熱交換管によって構成 され、熱交換管を浸食することなく適正な熱交換を維持するのに最適なガス速度 が選択される上部帯域と、より高いガス速度が選択され、従来技術の循環流動床 よりも均一な粉粒体の濃度が確保される下部燃焼帯との間を切り離すことが可能 である。例えば、反応器の上部帯域で６　ｍ　／　ｓの速度が必要な場合に、下 部帯域は７．２ｍ／ｓないし１２ｍ／ｓの範囲の速度で作動され得る。

以上、気体と粉粒体を反応させる手段について、上部帯域の壁を熱交換管によっ て構成するかまたは熱交換管を内張すすることによって冷却する反応器を装備し た、炭素含有物質を燃焼する装置に関連する図を参照しながら説明したが、本発 明は燃焼以外の発熱反応に適用され、また反応器の下部帯域の固体濃度の均一性 を向上し、下部帯域では上部帯域に適さない高速度で作動することを望む限り、 例えばアルミナの焼成のような吸熱反応にも適用されることが理解されるだろう 。吸熱反応の場合、上部帯域には当然、粒子と直接接触する熱交換管を設けない 。

ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、３Δ　ＦＩＧ、３Ｂ ＦＩＧ、４△　ＦＩＧ、４Ｂ ＦＩＧ、５Δ　ＦＩＧ、５Ｂ ＦＩＧ、６Δ ＦＩＧ、６Ｂ ＦＩＧ、６Ｃ 要　約　書 反応器は、高速循環流動床を有する下部帯域（Ｉ）と、濃厚流動床（１３）を有 し、下部帯域の頂部に隣接して配置され、仕切壁で分離されており、濃厚床の最 上層は、落下してくる粉粒体を受容し、その底部の層は、これらの材料を下部帯 域（Ａ）に戻す帯域と、高速循環流動床を有する上部帯域とを有する。

本発明はボイラに適用することができる。

国際調査報告 国際調査報告 ＦＲ９１００３２５ Ｓ＾　４７２４１

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．エンクロージャ内部で少なくとも１つの気体と少なくとも１つの粉粒体との 間で発熱反応または吸熱反応を実施する装置であって、前記装置が、粉粒体と流 動化ガスのそれぞれの導入流速を、ガスと粉粒体の高速上昇流が反応器内部で達 成されるような速度として、粉粒体を導入する少なくとも１つの手段（９）と、 反応流動化ガスを導入する少なくとも１つの手段（８）と、反応器の頂部に到達 した反応ガスと粉粒体の混合物を分離器（１Ａ）に導く手段と、反応器によって 発生した気体を排出する手段（１Ｂ）と、粉粒体を分離器から反応器の底部に再 循環する手段とを含み、前記反応器が次の３つの帯域：ａ）空の条件下および全 負荷時の流動化ガスの平均上昇速度が４．８ｍ／ｓから１２ｍ／ｓの範囲である 高速流動床条件下で作動し、その帯域の高さが、ガスの滞留時間が０．２５秒か ら４秒の範囲内にあるような下部帯域（Ｉ）とｂ）空の条件下および全負荷時の 流動化ガスの上昇速度Ｖは４ｍ／ｓから１０ｍ／ｓの範囲である高速流動床条件 下で作動し、前記速度の前記下部帯域の流動化ガスの速度に対する比率が１／２ から１／１．２の範囲にあり、その帯域の高さが、全負荷時の流動化ガスの滞留 時間が２秒から１０秒の範囲にあるようであり、その帯域の頂部における濃度Ｐ が２ｋｇ／ｍ３以上である断面積Ｓ２の上部帯域と、 ｃ）空の条件下および全負荷時にガスが０．３ｍ／ｓから２．５ｍ／ｓの範囲の 速度で上向きに流れる濃厚流動床条件下で作動し、高速流動床条件下で作動する 前記下部帯域の頂部に隣接しており、該下部帯域から分離しており、前記下部帯 域の隣接頂部から上昇してくる粉粒体とその壁の少なくとも１つに沿って前記上 部帯域から落下してくる粉粒体の両方を受容するように配置された帯域（１３） とに分割され、前記装置がさらに、粉粒体を前記濃厚流動床帯域から高速流動床 条件下で作動する前記下部帯域の底部へ再注入する少なくとも１つの手段（１７ ）を含み、粉粒体が濃厚流動床条件下で作動する前記帯域から再注入される割合 が、ｑ＝Ｐ×Ｖ×Ｓ２ で計算される量以上であることを特徴とする装置。
2. ２．濃厚流動床を含む帯域の高さにおける下部帯域（２）の断面積に対する上部 帯域（３）の断面積の比率（Ｓ２／Ｓ１）が１．２０から２の範囲内にあること を特徴とする、請求項１記載の装置。
3. ３．実質的に同一の高さ位置に配置し、中心部の周囲に角度分布することが望ま しい、濃厚流動床条件下で作動する多数の帯域を含むことを特徴とする、請求項 １または２に記載の装置。
4. ４．蒸発および／または加熱されるべき流体と熱交換を行うために濃厚流動床帯 域に熱交換部材（２６，２７，２８，２９）を含むことを特徴とする、請求項１ から３のいずれか一項に記載の装置。
5. ５．濃厚流動床帯域の１つ以上の区画から調節可能な割合の粉粒体を抜き出す手 段を含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. ６．少なくとも１つの濃厚流動床の少なくとも一部の流動化を制御することによ って反応器の温度を調節する手段を含むことを特徴とする、請求項４に記載の装 置。
7. ７．高速循環流動床条件下で作動する上部帯域の壁に、蒸発および／または加熱 されるべき流体と熱交換を行う手段を含むことを特徴とする、請求項１から６の いずれか一項に記載の装置。
8. ８．高速循環流動床条件下で作動する下部帯域の下のグリッドの下に流動化ガス を注入するノズル、および前記ガスを前記下部帯域の様々な高さ位置から注入す るノズル（１０，１１，１２）を含むことを特徴とする、請求項１から７のいず れか一項に記載の装置。
9. ９．炭素を含む物質の燃焼に対する請求項１から８のいずれか一項に記載の装置 の適用。