JPH0610525B2 - 流動床反応器及びその操作方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、流動床反応器及びその操作方法に関し、より
詳しくは、反応器の炉部中に固形物の再循環封止系統が
設けられている流動床反応器及びその操作方法に関す
る。

〈従来の技術〉 燃焼器、ガス化装置、蒸気発生器等のような流動床反応
器は、広く知られている。これらの装置において、空気
は、化石燃料例えば石炭及び石炭の燃焼の結果として発
生する硫黄の吸収剤を含む粒状材料の床を経て導かれ、
床を流動化させると共に、比較的低温においての燃料の
燃焼を促進する。同伴された粒状の固形物は、床の外部
において分離され、床に再循環されて返却される。流動
床によって発生した熱は、水蒸気の発生等の種々の用途
に利用され、その結果として、多量の熱の放出、硫黄の
高捕集、窒素酸化物の低放出及び燃料の変通性等の種々
の利点が組合せとして得られる。

最も典型的な流動床反応器は、「バブリング」流動床と
して知られるもの、即ち、粒状材料の床が、比較的高密
度で、明確に定まった上面又は不連続の上面をもってい
る流動床である。

その他の形式の流動床反応器は、「循環」流動床を利用
する。これらの過程によると、流動床の密度は、典型的
なバブリング流動床の密度よりも相当に低く、空気の速
度は、バブリング流動床のそれよりも高速であり、床を
通過する煙道ガスは、実質的な量の粒状固形物を同伴
し、それにより実質的に飽和されている。循環流動床の
別の特徴は、固形物の再循環量が比較的多いことであ
り、それによって燃料の熱放出パターンに対する感度が
低くなり、温度の変動が最小となるので、放出量が低レ
ベルにおいて安定される。固形物の再循環量が多いた
め、固形物の再循環のためにガスを固形物から分離させ
るために用いられる機械的装置の効率が改善され、その
結果としての硫黄の集収量及び燃料の滞留時間の増大に
よって、吸収材及び燃料の消費量が減少する。

しかし、これらの形式の流動床反応器に関連していくつ
かの問題が発生する。一例として、反応器の高圧の炉部
から分離器の出口へのガス及び固形物の逆流を防止する
ために、分離器の低圧の出口と反応器の高圧の炉部との
間に、シールポット、Ｊ形弁、サイフォンシール、ルー
プシール、Ｌ形弁又は同種の装置のような封止装置を設
けることが必要となる。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明の１つの目的は、前述した従来の技術の欠陥を克
服した流動床反応器及びその操作方法を提供することに
ある。

本発明の第２の目的は、反応器の炉部と分離器との間の
封止装置を不要とした流動床反応器及びその操作方法を
提供することにある。

〈課題を解決するための手段〉 これらの目的を達成するために、本発明による流動床反
応器は、反応器の炉部内に配された封止部を含み、この
封止部は、流動床を収容し、炉部の下方部分と１つの壁
部を共有する。炉部の流動床からの煙道ガス及び同伴さ
れた粒状材料は、相互から分離され、分離された粒状材
料は、封止部に移行される。封止部の床材料は、封止部
中の床材料の容積が或る所定値を超過した時に、炉部中
の流動床に移行される。

次に本発明の好ましい実施例を図面に基づいて一層詳細
に説明する。

〈実施例〉 図面を参照して説明すると、符号１０は、一般に４つの
壁部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄによって画定され
た直立外囲い１２によって形成された炉部を含む流動床
反応器を部分的に表わしている。外部の供給源から空気
を受けるための空気プレナム１４は、外囲い１２の下端
部に配設されている。炉格子床１６は、外囲い１２の下
端部と空気プレナム１４との間の界面に配設してあり、
複数の流動化ノズル１７は、空気プレナム１４からの与
圧された空気を後述する理由のために外囲い１０中に上
向きに移動させるために、炉格子床１６上に配設されて
いる。

炉格子床１６上には、周知のように、石炭と、石炭の燃
焼の際に発生する硫黄を集収するための比較的微細な粒
状の吸収性材料、例えば石灰とから成る粒状材料の床１
８が支持されている。なお、１以上の入口（図示しな
い）が、粒状材料を炉格子床１６上に導くために、外囲
い１２の１つの壁に形成してあり、また炉格子床１８か
ら費消した粒状材料を排出するための図示しないドレン
パイプを、炉格子床１６の開口を経て延在させることが
できる。プレナム１４から外囲い１２中に流入する空気
の速度は、その空気によって粒状材料の床１８中の粒状
材料が流動化されてバブリング流動床又は循環流動床が
形成されるように制御される。

ところで、外囲い１２の壁部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，
１２ｄは、垂直に延長する関係に配設された複数の水管
を備えており、水を水蒸気に変えるためにこれらの水管
に水を導くための図示しない水流回路が設けられてい
る。この構成形態は既知のものであり、ここでは詳述し
ない。

また、流動床反応器１０は、外囲い１２に隣接して配設
された１以上の分離器を含み、この分離器は、流動化し
た粒状材料の床１８から煙道ガス及び同伴された粒状材
料を受けるように、外囲い１２に連結されている。この
分離器は、慣用型のもので、本発明の範囲に含まれない
ため、図示されていない。

この分離器は、外囲い１２中の流動化した粒状材料の床
１８から煙道ガス及び同伴された粒状材料を受け、分離
器中に発生した遠心力によって煙道ガスから粒状材料を
脱離させるように、慣用される形態で作動される。分離
された煙道ガスは、次に、熱回収域（図示しない）に流
入する。

分離器からの分離された粒子は、分離器の出口に連結さ
れた入口ノズル２０に流入する。入口ノズル２０には、
固形物を所望のように流動化させるためのスパージャー
パイプ（図示しない）又は同様の空気分配装置を配設す
ることができる。入口ノズル２０は、外囲い１２中に配
設した封止部２２に、分離された粒状材料を排出するた
めに、外囲い１２の後部壁の下部に入りこみ、これを通
り抜けるように延在している。

封止部２２は、外囲い１２の壁部１２ｂと、３つの隔壁
２４，２６，２８と、屋根３０とによって形成される。
隔壁２４は、第１図に最も良く示すように、外囲い１２
中において炉格子体１６から所定の高さまで延長してい
る上部区画２４ａと、空気プレナム１４の床部から炉格
子床１６まで延長している下部区画２４ｂとを備えてい
る。図からは明らかでないが、隔壁２６，２８も、同様
に、上部区画及び下部区画を備えている。従って、隔壁
２４の区画２４ａ，２４ｂは、反応器１０の炉部と封止
部２２との間の共通の壁部を画定する。なお、それぞれ
の上部区画及び下部区画を含む隔壁２４，２６，２８並
びに屋根３０は、耐火物、又は適宜ライニングを配設し
た水冷もしくは空冷される材料、又はその組合せからで
きていてもよく、また外囲い１２の壁部に関連して説明
したような仕方で、複数の水管からできていてもよい。

封止部２２は、それぞれ空気プレナム１４及び炉格子床
１６の延長である空気プレナム１４ａ及び炉格子床１６
ａと、炉格子床１６ａの上部に延長する複数の流動化ノ
ズル１７ａとを更に備えている。

入口ノズル２０からの分離のされた粒状材料は、封止部
２２の内部に導かれ、床１６ａ上に集積され、粒状材料
の床３２を形成する。隔壁２４の上部には、後述するよ
うに粒状材料を床３２から床１８に移行させるための開
口が形成されている。

作用について説明すると、粒状の燃料及び吸収材は、必
要に応じて、外囲い１２中に導入される。外部源からの
与圧された空気は、空気プレナム１４に入ってそれを通
過し、更に炉格子床１６を経て、外囲い１２中の粒状材
料の床１８に流入し、粒状材料を流動化させる。空気プ
レナム１４及び炉格子床１６を経て外囲い１２の内部に
導かれる空気の速度は、前述したようにバブリング流動
床又は循環流動床が形成されるように、粒状材料の粒径
に従って設定される。

点火バーナー（図示しない）は、外囲い１２中に配設し
てあり、粒状の燃料を着火させるために燃焼させる。粒
状燃料の温度が比較的高いレベルに到達すると、追加の
燃料が外囲い１２中に排出される。外囲い１２中の粒状
材料は自己燃焼し、空気とガス状燃焼生成物との混合物
（本明細書では煙道ガスと呼ばれる）は、外囲い１２を
通って上方に流れ、外囲い１２中の比較的微細な粒状材
料を同伴する（エルトリエーシヨン）。煙道ガスは、同
伴された粒状材料と共に、外囲い１２の上方部分に移行
し、サイクロン分離器（図示しない）中に排出される。
このサイクロン分離器において、固体の粒状材料は、煙
道ガスから分離され、入口ノズル２０に入り、それを通
過して、封止部２２に入り、床３２を形成する。

入口ノズル２０からの粒状材料は、床３２の高さが隔壁
２４の上部区画２４ａの高さに到達するまで封止部２２
中に蓄積される。封止部２２中の粒状材料の量が更に増
大すると、粒状材料は、上部区画２４ａの上方部分の開
口を経て、反応器１０の炉部の流動化した床１８上に流
下し、そこで、この床１８の粒状材料と混合される。空
気は、下部区画２４ｂの開口又は外部源から、空気プレ
ナム１４ａに入り、ノズル１７ａを通過し、床３２の粒
状材料を流動化する。入口ノズル２０中の粒状材料に組
合された床３２中の粒状材料（どちらも必要に応じて流
動化され、脱流動化される）は、前述した通常の流れの
方向と逆の方向の炉部から粒状材料の分離器に向う煙道
ガスの逆流に対するシールを形成する働きをする。

水は、外囲い１２の壁部を通過し、流動床１８と熱交換
を行ない、水蒸気を発生させる。水蒸気は次に、反応器
の熱回収区画（図示しない）を通過した後、蒸気タービ
ンなどの外部の機器中に排出される。

このように本発明によれば、サイクロン分離器の固形物
の排出口と反応器の炉部との間の高価な封止装置が不要
となるだけでなく、外囲い１２から入口ノズル２０を経
て分離器の出口に向うガスの逆流が防止される。

明らかなように、本発明の範囲内において、いろいろの
変形を行なうことができる。一例として、反応器１０の
内部においての封止部２２の特定の位置は、例えばこの
封止部を反応器内の任意の高さに配するなどして変える
ことができる。また封止部２２は、特定の区画２４ａ，
２６ａ，２８ａ、屋根３０又は床１６ａに配設した排出
ノズルを経て床３２から床１８に固形物を搬送するよう
にしてもよく、更に封止部２２の屋根３０を廃し、また
床３２から床３２に固形物を搬送する系統を反応器１０
の外部に位置させたりしてもよい。更に封止部２２に個
々の隔離域を収納してもよい。

本発明をその特定の実施例について以上に説明したが、
本発明は前述した実施例以外にもいろいろ変更して実施
できるものであり、前述した特定の構成は、単なる例示
にすぎず、本発明を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による流動床反応器の封止部の構成を
示す概略縦断面図、第２図は、第１図の２−２線に沿っ
た概略横断面図である。 １０……流動床反応器、１８，３２……粒状材料床（流
動床）、２２……封止部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】容器と、該容器中に配された炉部と、該炉
   部中に形成された流動床と、該炉部中の該流動床から煙
   道ガスと同伴された粒状材料との混合物を受けて、該同
   伴された粒状材料を該煙道ガスから分離するための分離
   手段とを有する流動床反応器であって、該容器中に配さ
   れた封止部と、該封止部中に形成された流動床と、分離
   された粒状材料を該分離手段から該封止部中の該流動床
   に移行させるための移行手段と、該封止部中の該流動床
   中の分離された粒状材料の容積が所定量を超過した際
   に、該封止部中の該流動床中の粒状材料を該炉部中の該
   流動床に移行させる手段と、を更に有し、該封止部中の
   流動床が該炉部中の該流動床から該分離手段への煙道ガ
   スの逆流を封止することを特徴とする流動床反応器。
2. 【請求項２】容器中に配された炉部中の可燃性材料の床
   を流動化し、該炉部中の流動床から煙道ガスと同伴され
   た粒状材料との混合物を排出し、該同伴された粒状材料
   を該煙道ガスから分離する各工程を含む、流動床反応器
   の操作方法において、該容器中に封止部を形成し、該封
   止部中の粒状材料を流動化し、分離された粒状材料を該
   封止部中の流動床に移行させ、該封止部中の該粒状材料
   の容積が所定量を超過した時に該封止部中の流動床から
   該炉部中の流動床に粒状材料を移行させる各工程を更に
   含むことを特徴とする操作方法。