JPH0694201A - 循環流動層を有する反応炉 - Google Patents

循環流動層を有する反応炉

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JPH0694201A
JPH0694201A JP5099547A JP9954793A JPH0694201A JP H0694201 A JPH0694201 A JP H0694201A JP 5099547 A JP5099547 A JP 5099547A JP 9954793 A JP9954793 A JP 9954793A JP H0694201 A JPH0694201 A JP H0694201A
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JP
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reactor
fluidized bed
solids
external heat
heat exchangers
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JP5099547A
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Jean Vidal
ジヤン・ビダル
Jean Xavier Morin
ジヤン−グザビエ・モラン
Jean-Paul Tessier
ジヤン−ポール・テスイエ
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Original Assignee
Stein Industrie SA
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 単純な構造を有し、従来の下部構造を保ちつ
つ外部の稠密な流動層という利点を有する反応炉を提供
する。 【構成】 流動化の格子（11）と一次空気と二次空気の
注入手段（12，13）と燃料導入手段(10)と有する下部
（３）と、上部（２）と、下部の上方部分に内部の稠密
な流動層（22，23）とを含む。循環する流動層を有する
反応炉であり、前記流動層は反応炉の内部再循環から固
形物を採取するとともに、内部流動層（22，23）のレベ
ルで反応炉の壁に接する、稠密な流動層を有する外部熱
交換器内に固形物を搬送する。これらの外部熱交換器
は、外部の流体と熱交換後、固形物を下部（３）に再投
下する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】循環す
る流動層を有する反応炉(reactor) は、今日、火力発電
所や、ますます増大する出力を得るために一般に使用さ
れている。稼動中の最大出力のものは 150メガワットで
ある。
【０００２】３つの型の循環する流動層があり、蒸気(f
um′ee) を効率よく脱硫するための、 850℃近い一定値
に維持すべき反応炉の温度の調整によって分類される。
【０００３】− 第１の型は、反応炉内に設置された熱
交換板（フランス特許METALLGESELLSCHAFT No. 2,323,1
01 ）を特徴とし、この温度を維持するために、一次空
気と二次空気の容量の調節か、あるいは燃焼ガスの再循
環量を変化させるかによって、固体濃度を調整する。し
かし、前記装置の出力が増大すると、腐食(erosion)の
危険の高まりと相関して、これらの熱交換器板の設置
を、炉内のますます低い位置に下げる必要がある。
【０００４】− 第２の型は、分離器によって反応炉の
出口で採取された固形物の外部再循環手段上に配置され
た外部熱交換器を特徴とする。（フランス特許METALLGE
SELLSCHAFT No. 2,353,332 ）これらの外部熱交換器は
反応炉から離れて設置されているが、この配置のために
は、サイクロンと外部熱交換器との間に接続ダクト(gai
ne de liaison)が必要であり、外部熱交換器と反応炉と
の間には、勾配と伸縮継手が必要である。反応炉の出力
が増大しても、その管状の壁の熱交換力は、高さの制限
をつけるために、一般的には比例して上昇することはな
いために、外部熱交換器の出力の方が、その数と大きさ
同様、速く上がる。このため前記熱交換器の設置は一層
難しく、不可能とさえなり、本業界で現在予想しうる電
力を制限することになる。
【０００５】− 第３の型は、STEIN INDUSTRIE のヨー
ロッパ特許出願No. 91,401,041.8の中に記載されてお
り、反応炉内の、中間位置に設置された稠密な流動層を
通過する時に流動化される気体の速度の減少を特徴とす
る。
【０００６】反応炉の断面を量子化（比率1.2 以上２以
下）し、大きく変化させた結果得られたこの速度減少
は、反応炉の下部における固形物の再循環を増大させて
燃焼を改善することを目的とする。この第３の型は、内
部の稠密な流動層の中に熱交換器が存在するために、第
１の型の循環する流動層である内部熱交換板、又は、第
２の型の循環する流動層である外部熱交換器の熱交換力
を減少させうるが、一般的に大出力の装置であるため
に、前記内部熱交換板と前記外部熱交換器を取り除くこ
とはできない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、循環流動層を
有する反応炉に関するものであり、前記反応炉は、流動
化格子板と格子板の下にある一次空気注入手段と格子板
の上にある二次空気注入手段とを備えており、冷却管を
備えた壁に包囲された、高速循環流動層を有する下部
と、冷却管を備えた壁に囲まれた、高速循環流動層を有
する上部と、下部への燃料導入手段と、炉壁の取り付け
られた稠密な流動層を有する少なくとも１つの外部熱交
換器とを備えており、前記稠密な流動層は反応炉から来
る燃料を供給され、加熱すべき外部流体と熱交換後にこ
の燃料を下部へ送り出す。
【０００８】反応炉に取り付けられた熱交換器の配置
は、欧州特許公開ＥＰ−Ａ−444926に記載されており、
第２の型の反応炉の異形に対応する。
【０００９】この異形による反応炉においては、外部熱
交換器は炉の上部の上方に排出する固形物を分別するサ
イクロンに先立つサイフォンから燃料を供給される。サ
イクロンとサイフォンの下に位置するこの外部熱交換器
は、下部の下方に取り付けられているが、これにより反
応炉の主要な面の一つへの二次空気の注入が妨害される
という欠点が生じ、反応炉の正面と背面との距離が制限
され、最終的に、背面の所与の長さに対する力は制限さ
れる。
【００１０】この欠点を持たない本発明の反応炉は内部
の稠密な流動層を少なくとも１つを含み、前記流動層は
下部の上方の反応炉の１つないし複数の壁上に設けら
れ、一方では、上部の壁に沿って降下する固形物を採取
し、他方では、流動化した気体がこの（１つないし複数
の）流動層を通過する時に減速することによって生ずる
固形物を採取することを可能にし、前記（１つないし複
数の）内部の流動層のレベルにおける上部の右断面と下
部の右断面との比は1.05以上２以下であり、その結果、
前記（１つないし複数の）外部熱交換器が、二次空気注
入手段の上に位置し、前記（１つないし複数の）内部の
稠密な流動層によって固形物を供給され、前記（１つな
いし複数の）流動層の過剰固形物が下部に流出されるこ
とを特徴とする。
【００１１】さらに、このように構想された本発明の反
応炉はその高さを抑えて設訂することが容易である。
【００１２】
【実施例】添付図面に示す非限定的実施例に基いて本発
明をより詳細に以下に説明する。
【００１３】本発明の目的であり、炭素燃料の燃焼に使
用される、流動層を有する反応炉は、図１〜６に示され
る。
【００１４】この反応炉は、まず、伝統的に以下を含
む。
【００１５】− 管４が内部でむき出しになっており、
固形物と気体とを冷却する上部２と、摩滅を防ぐために
管４が耐火物５に被われている下部３との２つの部分に
分かれた管状容器１。
【００１６】− 固形物が付加された気体を、分離を実
施するサイクロン７に導く、反応炉上部の上に位置する
導管６で、前記採取された固形物は、サイフォン８を通
過後に導管９によって反応炉の下部３に再循環される。
【００１７】− 一つないし複数の燃料導入手段10。
【００１８】− 注入手段12から導入された一次空気が
注入される流動化格子11。
【００１９】− 反応炉の下部３内の１ないし複数のレ
ベルにある、複数の二次空気注入手段13。
【００２０】− サイクロン７からのガスが通過する容
器14にある、回収熱交換器（echangeur de ieurpiratio
n ）。
【００２１】− 空気の加熱器15と除塵器16と煙突17。
【００２２】この反応炉の新しい特徴は、気体中を移動
する流動化した固形物の冷却に関わる外部熱交換器にあ
り、この熱交換器は以下の条件で機能する。
【００２３】a) これらの外部熱交換器18，19，20，21
を通過する固形物は、下部の上方の、反応炉の中間位置
において、内部再循環から採取されるものであり、反応
炉の出口に設置された分離器７により取られた固形物の
外部再循環から採取されるものではない。
【００２４】b) これらの固形物を反応炉の中間位置に
おいて採取するためには、図４に示されているように、
２つの内部の稠密な流動層22と23が、下部３の上方に設
置されており、これによって反応炉は、２つの部分、即
ち断面積Ｓを有する上部２と、可変断面積を有する下部
３に分けられるが、前記可変断面積のうち、前記内部の
稠密な流動層22と23のレベルの最大値Ｓ′は断面積Ｓよ
りも小さい。採取される固形物の量は、以下の２つの要
素により決定されるであろう。
【００２５】− ２つの内部の稠密な流動層22と23が設
置されている炉壁の長さ、即ち、図１，２，３と４に示
される実例中の側面24と25の長さ。
【００２６】− 反応炉の断面Ｓ′と断面Ｓとの比に応
じて生ずる、流動化する気体の急激な減速。これらの２
つの断面ＳとＳ′における流動化する気体の速度は、循
環する流動層に対して用いられ範囲である 2.5以上12ｍ
／秒以下の中に、常にとどまる。内部の稠密な流動層22
と23のレベル26と27は、固形物をこの流動層22と23の内
壁28と29の全長から反応炉の下部３に溢出し排出するこ
とによって、自然に調整される。
【００２７】c) 内部の稠密な流動層22，23から固形物
の供給を受けるために、同じように稠密な流動層であ
る、４つの外部熱交換器18，19，20，21（図２）が反応
炉の正面34と背面35に外接されている。これらは、流動
化の格子36，37を備え、流動化の空気の供給手段38，39
を備えている。これらの熱交換器を通過する固形物のレ
ベル40，41は、また、熱交換器18と19あるいは20と21を
分ける垂直面に隣接する42，43，44，45（図２と５）に
よって、反応炉の下部３へ溢出・排出することによって
も調整され、内部の稠密な流動層22，23と外部熱交換器
18，19，20，21と反応炉の下部３との間の固形物の循環
を保証するように、内部の稠密な流動層22，23のレベル
26，27の値より低い値に調整される。
【００２８】内部の稠密な流動層22と外部の熱交換器18
と反応炉の内部との相対的な配置は図５と６に示されて
いる。
【００２９】− 内部の稠密な流動層22は、上部が反応
炉の内部と通じており、その上部は反応炉の上部２から
降下する固形物を受けとり、その一部を排出壁28(paroi
deoleversement) の全長から下部３へ溢出させること
によって放出する。
【００３０】− 反応炉の背面の壁35に外接する熱交換
器18は、窓42を除いては、この壁によって反応炉と分け
られているが、この窓42の下位レベル40は前記熱交換器
18中の流動層の高さを調節する。熱交換器18が機能する
ために必要な固形物は、導管46を通して、内部の稠密な
流動層22から来て、溢出によって、窓口42の下部を通
り、反応炉の下部３へ戻る。
【００３１】窓42の断面の寸法は、外部熱交換器18を通
しての換気を保証するように定められている。この熱交
換器の中には、管状の熱交換器50（図６）が沈潜してお
り、反応炉の冷却の一部を保証する。
【００３２】内部の稠密な流動層と、外部の熱交換器と
の間の、固形物の循環に必要な原動力は、２つの流動層
22と18のレベル26と40との高低差Ｈである（図５と
６）。内部稠密な流動層22，23から外部熱交換器18への
流れる容量の固形物が、機械的調節手段（ニードル弁
型）を備えるか、あるいは、空気注入手段を備える流動
化の導管46を通過する。（後者の場合、固形物の流量
は、注入される空気の量によって調整される。）この導
管46は、２つの稠密な流動層の外側の通路を利用するか
或いは２つの稠密な流動層に共通な壁面の開口部を利用
する。
【００３３】− 前記の相対的配置は、内部の稠密な流
動層22と外部熱交換器20と反応炉内部との間、或いは、
内部の稠密な流動層23と外部熱交換器19ないし21と反応
炉内部との間でも同様であり、外部の熱交換器19，20，
21は、内部の稠密な流動層22，23から出る導管47，48，
49によって燃料を補給される。
【００３４】d) 内部の稠密な流動層22，23の寸法は、
複数のパラメーターを考慮して定められる。
【００３５】− 前記流動層の幅は、反応炉の内部の２
つの断面の比Ｓ／Ｓ′の選定に対応する。実際には、内
部の稠密な流動層22，23に降下される固形物の流量が、
外部の熱交換器18，19，20，21内で利用される量より多
くなるように、この比は定められている。これらの状況
の下では、溢出によって、内部の稠密な流動層22，23か
ら壁28と29を越えて反応炉の下部３へ再び降下する、あ
る流量の固形物が常に存在するであろう。本発明の反応
炉におけるこの比は、1.05以上２以下である。
【００３６】− 流動層22，23の高さは、これらと結合
している外部熱交換器18，19，20，21が機能するのに必
要な固形物の流量に応じるとともに、内部の稠密な流動
層22，23の上位レベルと外部熱交換器18，19，20，21の
稠密な流動層との間の高低差Ｈとに応じて算定される。
【００３７】− 内部の稠密な層22，23の流動化する気
体は、不活性化されなければならない。というのも、前
記流動層には熱交換器が備えられておらず、焼結(agglo
meration) を引き起こす可能性のある炭素性物質が燃焼
する危険性全てを回避しなければならないからである。
結果的に、流動化する気体は、除塵器16の出口で採取さ
れた燃焼蒸気であり、再循環される気体の極めて少量に
あたる。
【００３８】e) 反応炉の正面34と背面35に結合してい
る外部熱交換器18，19，20，21の寸法は、可能なかぎり
最良の脱流を達成するために、通常は 850℃に選択され
ている所与の温度で反応炉が機能するように行なわれな
ければならない熱交換に応じて定められるであろう。こ
れにより、これらの外部熱交換器18，19，20，21は、内
部の稠密な流動層22，23より明らかに大きな幅と高さを
持つ。
【００３９】従って、前述の反応炉は２つの型の冷却面
を持つ。
【００４０】− 反応炉の上部２の管状の壁であり、そ
の熱交換は、燃焼パラメーター（一次空気と二次空気）
の最適化によって生ずる固形物濃度の関数であり、従っ
て、個別の調整の対象とはならない。
【００４１】− ４つの外部熱交換器18，19，20，21で
あり、その熱交換は46，47，48，49によってこれら４つ
の熱交換器に供給される固形物の流量を操作することに
よって個別に調整できるために、この４つの熱交換器
は、全過程を通じて反応炉の稼動温度を調整し、結果と
して、１つないし２つの外部流体との熱交換を平行して
調整しうる。
【００４２】同様に、図１から６に示された、内部の稠
密な流動層22，23と外部熱交換器18，19，20，21との配
置は変化しうるものと理解しなければいけない。
【００４３】これらの装置の数と相対的位置とを考慮し
た、非限定的な他の実施例が、図７，８，９に示されて
いる。
【００４４】図７においては、内部の稠密な流動層22，
23と、外部熱交換器18，19，20，21とが同じ面の上にあ
る。図８では、外部熱交換器18，19が１つの側面上に設
置されており、内部の稠密な流動層22，23は、常に、正
面と背面に設置されている。図９においては、１つの側
面に設置された外部熱交換器18と正面に設置された内部
の稠密な層22のみが存在する。
【００４５】循環する流動層を持つ、この新規な反応炉
の主要な利点は、結合を簡略化したことによって、反応
炉の下部３が外部熱交換器18，19，20，21及び、これら
熱交換器と反応炉との結合との双方から解放され、その
結果として（一次空気と二次空気との）燃焼及び反応炉
の出口に設置されたサイクロン７からの固形物の回収に
関わる回路を設訂及び設置するために自由に使用できる
ようになったレベルに、外部熱交換器18，19，20，21を
設置することを可能にしたことである。この特性によっ
て以下の例に述べられるような大出力の装置を構想しう
る。
【００４６】循環する流動層を有する、大出力の反応炉
（300MWe）が、図10，11，12，13に示されている。
【００４７】熱交換される火力は、約750MW であり、そ
の内わけは、反応炉の内側の管状の壁との熱交換（125M
W ）と外部熱交換器との熱交換（325MW ）とのために45
0MWと、被覆14内の熱交換器と空気の加熱器15のために3
00MW である。
【００４８】下部３は２つの部分３Ａと３Ｂに分けら
れ、それによって、側面24と25との間の幅を２つに分け
ることができる。ところで、前記の幅は、良好な燃焼の
実現に必要な、二次空気13の噴出の浸透を限定する要因
である。
【００４９】前述の段落で表明した原則に基づいて、反
応炉の左右の側面（24，25）に内接する、２つの内部の
稠密な流動層22，23と、正面と背面において反応炉に結
びつくとともに、流動化の導管46，47，48，49から固形
物の供給を受ける外部の熱交換器18，19，20，21とを設
置することによって、一次空気12と二次空気13の回路と
サイクロン７による固形物の回収とが、下部３Ａと３Ｂ
のまわりに最良の形で配置される。
【００５０】４つの外部熱交換器18，19，20，21の各々
は、溢出によって下流側から(la partie aval)固形物の
供給を受けうるように上部が開いている、中央仕切板5
0，51，52，53によって、２つの部分（18Ａ，18Ｂ……e
tc …）に分けられる。
【００５１】このようにして、図11と13に示されるよう
に、熱交換器18は２つの部分18Ａと18Ｂに分けられ、18
Ａは内部の稠密な流動層22から導管46を通して燃料を供
給され、18Ｂは、上面のレベルが40Ａ（図13）に対応す
る垂直な仕切板50の上から溢出によって燃料を供給さ
れ、前記の固形物は、窓42を通り、反応炉の下部３Ａへ
再び降下するが、前記窓42の下位レベルは、18Ｂの流動
層の高さを設定する。
【００５２】内部な稠密な流動層22，23は流動化の格子
板30，31を備えており、これらの格子板を通して、流動
化の不活性ガスが手段32，33によって吹きこまれる。18
Ａ，18Ｂ，20Ａ，20Ｂのような外部熱交換器には、36
Ａ，36Ｂ，37Ａ，37Ｂのような、流動化の格子板を備え
ており、これらの格子板を通して、流動化の空気が、38
Ａ，38Ｂ，39Ａ，39Ｂのような手段によって吹きこまれ
る。
【００５３】例えば、循環する流動層を有する300MWeの
反応炉は臨界未満の蒸気火力発電所に応用され、そこの
水蒸気の流れ図が図14に示されている。
【００５４】− 機械室には、高圧（ＨＰ）と中圧（Ｍ
Ｐ）と低圧（ＢＰ）の３室つきの、タービンと、ＢＰか
ら低圧蒸気を受けとるコンデンサーＣと、排出ポンプＥ
とポンプＥから排出された水を受けとる低圧加熱器ＲＢ
Ｐと、ガス除去装置Ｄと燃料供給ポンプＰＡと高圧加熱
器ＲＨＰとを備えている。
【００５５】− 循環する流動層を有するボイラは、高
圧加熱器ＲＨＰから水を供給されるエコノマイザ55と、
平行して作動する２つの蒸発器56，57と、低温の過熱器
58と、中温の過熱器59と、高温の過熱器60と、低温の再
過熱器61と高温の再過熱器62とを含む。高温の過熱器60
は、高圧の蒸気をＨＰ室へ与える。ＨＰ室は蒸気を再過
熱器61と62へ蒸気を送り、後者が中圧の蒸気をＭＰ室へ
送る。
【００５６】図10は、図１に示すように配置された管４
によって構成される蒸発器56が、反応炉と、高温の過熱
器60と、低温の再過熱器61と、被覆14内のエコノマイザ
ーとの内壁上に配置されている様子を示す。
【００５７】図11は、反応炉の中間の高さに結びつけら
れた外部熱交換器18，19，20，21内の装置の配置を示し
ている。中温の過熱器59と蒸発器57は各々、外部熱交換
器20Ａと21Ａ，20Ｂと21Ｂの中にあり、高温の再過熱器
62と低温の過熱器58は各々、外部熱交換器18Ａと19Ａ，
18Ｂと19Ｂの中にある。
【００５８】外部熱交換器20と21内における、固形物と
蒸気との熱交換によって反応炉の温度を約 850℃に調整
することができる。外部熱交換器18と19内における、固
形物と蒸気との熱交換によって、再過熱した蒸気の温度
を選択された目標値、例えば565℃に調整することがで
きる。
【００５９】図10においては、反応炉の下部全体が２つ
の部分に分けられ、その各部分は、外部熱交換器からい
かなる拘束も受けることなく、それぞれの燃焼回路を備
え、特に８つの面には２つないし複数のレベルの二次空
気管を備え、側面には、４つのサイクロンからの回収管
を備えうることが明確に示されている。
【００６０】実際、下部の各部３Ａ或いは３Ｂは、循環
する流動層を有する150MWeの反応炉に適応する。
【００６１】上述の例は、出力300MWeの反応炉に適応す
るが、本発明の反応炉は、側面の長さと正面と背面に存
在する外部熱交換器の表面積を増大させることによっ
て、より大きな出力、例えば600MWeに対しても実現しう
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の反応炉の正面図を概略的に示す。
【図２】図１の反応炉の上面図を概略的に示す。
【図３】図１の反応炉の側面図を概略的に示す。
【図４】図１の反応炉の、図２のIV−IV方向の垂直面図
を概略的に示す。
【図５】図１の反応炉の、図２のＶ−Ｖ方向の部分的拡
大図を概略的に示す。
【図６】図１の反応炉の、図２のVI−VI方向の部分的垂
直面図を概略的に示す。
【図７】本発明の反応炉の第二の変形例のそれぞれＡは
側面図、Ｂは上面図、Ｃは正面図である。
【図８】本発明の反応炉の第二の変形例のそれぞれＡは
側面図、Ｂは上面図、Ｃは正面図である。
【図９】本発明の反応炉の第三の変形例のそれぞれＡは
側面図、Ｂは上面図、Ｃは正面図である。
【図１０】本発明の反応炉の変形例で、大出力に適用さ
れ、下部が２部に分かれている原子炉の正面図を概略的
に示す。
【図１１】図10の反応炉の上面図を概略的に示す。
【図１２】図10の反応炉の側面図を概略的に示す。
【図１３】図10の反応炉の部分的拡大図を概略的に示
す。
【図１４】図10の反応炉が設置されている施設の水蒸気
の流れ図を示す。
【符号の説明】 ２ 上部 ３ 下部 10 燃料導入手段 11 流動化格子 12，13 空気注入手段 18，19，20，21 外部熱交換器 22，23 流動層
フロントページの続き (72)発明者 ジヤン−ポール・テスイエ フランス国、75015・パリ、リユ・ドウ・ レグリーズ、51

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流動化格子と、前記格子の下の一次空気
    注入手段と、前記格子の上の二次空気注入手段とを備え
    ており、冷却管を備えた反応炉の壁によって包囲され
    た、高速循環流動層を有する下部と、 冷却管を備えた反応炉の壁によって取り囲まれており、
    高速循環流動層を有する上部と、 前記下部への燃料導入手段と、 反応炉の壁に接する稠密な流動層を有する外部熱交換器
    の少なくとも１つとを含み、 前記流動層が反応炉から来る固形物を供給され、加熱す
    べき外部の流体と熱交換後前記下部に前記固形物を送る
    循環流動層を有する反応炉であって、 前記反応炉はさらに、内部の稠密な一つ以上の流動層を
    含み、 前記内部の流動層は、前記下部の上方部分の反応炉の一
    つ以上の壁上に設けられるとともに、 一方では、前記上部の壁面に沿って降下する固形物を採
    取し、他方では、前記一つ以上の内部の稠密な流動層を
    通過する時に流動化した気体が減速することによって生
    じる固形物を採取することができ、 前記内部の稠密な流動層のレベルにおける、前記上部の
    右断面（Ｓ）と前記下部の右断面（Ｓ′）との比（Ｓ／
    Ｓ′）は1.05以上２以下であり、 前記外部熱交換器は前記二次空気注入手段と回収手段と
    の上に存在し、前記１つ以上の内部の稠密な流動層によ
    って固形物を供給され、 前記流動層の過剰な固形物が前記下部へと流出されるこ
    とを特徴とする循環流動層を有する反応炉。
  2. 【請求項２】 前記外部熱交換器のいくつかが、反応炉
    の作動温度の調整に使用されることを特徴とする請求項
    １に記載の反応炉。
  3. 【請求項３】 前記外部熱交換器のいくつかが、火力発
    電所のボイラーの中の再過熱される蒸気の温度の調整に
    使用されることを特徴とする請求項１又は２に記載の反
    応炉。
JP5099547A 1992-04-27 1993-04-26 循環流動層を有する反応炉 Pending JPH0694201A (ja)

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