JPH07151308A - 流動化用空気噴射器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 流動床ボイラ等に使用される流動化用空気噴
射器に流動材が逆流して閉塞するのを防止すること。 【構成】 燃焼用空気(21a）の流れ方向を最初の導入管
路（２２）では鉛直上向き、その後反転して下向きとす
るとともに、その下向き流路（２５）内に多孔板（２
６），（２７），（２８）のような抵抗体を設け、更に
下向き流路（２５）の下端で噴出孔(25a）を側方に開口
させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は流動床加熱炉，流動床ボ
イラ，流動床反応装置などに使用される流動化用空気噴
射器の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】流動床を用いて例えば燃焼を行なわせる
に当っては、所定の粒子（流動材と呼ぶ）を流動床燃焼
装置（垂直塔内）に所定量投入して蓄え、その下方から
気体を通気してその流量を増加してゆくと、粒子が吹き
上げられ粒子間の空間が大きくなって再び落下する。更
に通気量を増加させると粒子の上下運動が激しくなり、
多数の気泡の周りに粒子が気泡の跡を埋めるように流下
して流動床を形成する。

【０００３】この流動床は内部の温度が均一でかつ熱伝
達率が大きいので、床内に各種反応管など加熱体を挿入
装着すれば、局所的な熱損失のない均一加熱方法として
有効である。

【０００４】図７は流動床を用いた従来の燃焼炉の一例
を示す概念図である。この図において、燃焼炉（９１）
内には流動材（９２）が予め投入されており、この流動
材（９２）の内部には加熱媒体が流れている伝熱管（９
３）などが挿入装着されている。送風機（９４）からは
燃焼用空気が送気管（９５）、プレナムチャンバー（９
６）および多孔板（９７）を経て燃焼炉（９１）内に送
気され、流動床を形成する。

【０００５】一方高温ガス発生炉（９８）で油燃料等を
燃焼させ、発生した高温ガスを前記プレナムチャンバー
（９６）経由または直接流動床内へ投入することによっ
て、流動材（９２）を石炭等の燃料の発火温度以上に加
熱した後、燃料貯蔵ホッパ(99a）内の石炭等の固体燃料
を供給機(99b），供給管(99c）を経て流動材（９２）内
に供給する。そうすると自然燃焼が始まりその燃焼熱に
より流動材（９２）が更に加熱されるので、高温ガス発
生炉（９８）からの高温ガスの送気を停止する。

【０００６】この状態で燃料の発熱量と伝熱管（９３）
の吸熱量を調節することによって、流動床内に残存する
燃焼灰や流動材の溶融などが発生しない流動床適正温度
を維持する。また燃焼排ガスはフリーボード(91a）、排
ガスダクト(100）およびダスト捕集器(101）を経て系外
へ排出される。

【０００７】なお、プレナムチャンバー（９６）から流
動床へ燃焼用空気を送気する多孔板（９７）は、燃焼炉
（９１）の直径が大きい場合には、強度，製作コスト，
あるいはメンテナンス上から限界があるので、その場合
には多孔板（９７）が配置される位置にプレナムチャン
バー天井板を設け、この天井板に複数個の空気噴射器を
適宜配置し、多孔板（９７）と同様の機能を持たせる。
図８はそのような空気噴射器の一例を示す縦断側面図で
あって、送気機（９４）から送気された燃焼用空気(21
a）は空気導入管（２２）および噴出孔（２４）をへて
流動材（９２）内へ噴出され、流動床を形成する。（２
３）はプレナムチャンバー天井板である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記のとおり、多孔板
または空気噴射器から流動材内へ送気される燃焼用空気
により、流動材は上下運動を含む複雑な動きをしながら
流動化している。ここで簡単なモデルとして、平均Ｈの
高さの流動材内に気泡が発生し流動床がΔＨだけ高くな
ったとすると、流動材の重さおよび多孔板または空気噴
射器上にかかる圧力は高くなる。この状態から気泡が上
部で破れると、気泡中の気体はフリーボードに放出さ
れ、フリーボードの圧力はわずかに上昇する。一方、流
動材中の気泡の天井部が破れ気泡内の圧力が抜けると、
この気泡があった位置から下方にかかる圧力（力）は減
少する。更に気泡が抜けた跡へは周辺の流動材が流入し
てこれを埋め、再び流動材内の圧力が上昇し始める。こ
の時流動床の高さは減少し、圧力がやや下る。

【０００９】このように流動床内には圧力の増減による
圧力変動が発生し、多孔板または空気噴射器から送気さ
れる空気の圧力（動圧）よりも上記圧力変動幅の方が大
きい時には、流動材が多孔板または空気噴射器の噴孔を
経由して短時間内とはいえ繰返し逆流して、プレナムチ
ャンバーに流入堆積し、最終的には閉塞にいたる。した
がって送気される燃焼用空気量が減少して最終的には停
止する。そしてこれに伴って流動材の流動化が劣化・停
止し、流動床燃焼装置は運転不能となる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記従来の課
題を解決するために、固体粒子と気体とで形成される流
動床装置に使用される流動化用空気噴射器において、鉛
直上向きに空気が流れる導入管路と、同導入管路の上端
で反転して鉛直下向きに上記空気が流れる下向き流路
と、同下向き流路の下端で側方に開口する噴出孔と、上
記下向き流路内に設けられた抵抗体とを具えたことを特
徴とする流動化用空気噴射器を提案するものである。

【００１１】

【作用】本発明の流動化用空気噴射器においては、鉛直
上向きに空気が流れる導入管路と、同導入管路の上端で
反転して鉛直下向きに上記空気が流れる下向き流路と、
同下向き流路の下端で側方に開口する噴出孔とを具えて
いるので、流動床内の圧力変動に伴って流動材が空気流
路内に流入したとしても、上記下向き流路を逆向き（上
向き）に流れることになり、しかも同流路内には抵抗体
が設けられているので、それらを流動材を通過する際の
圧力損失により上記変動圧力が消費される。したがっ
て、流動材が同下向き流路の上端の反転位置まで達して
上記導入管路へ侵入するようなことはない。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の第１実施例を示す縦断側面
図、図２は図１のII−II水平断面図である。これらの図
において、前記図８により説明した従来のものと同様な
部分については、冗長になるのを避けるため、同一の符
号を付けてその説明を省略する。

【００１３】燃焼用空気(21a）は導入管（２２）内を鉛
直上向きに流れ、同導入管（２２）の上端周辺に設けら
れた複数個の小孔(22a）を経て外筒（２５）と導入管
（２２）との間の環状断面流路に入る。一方この環状断
面流路には複数段の多孔板（２６），（２７），（２
８）が配置されており、それら多孔板の小孔(26a),(27
a),(28a）は互いに千鳥配置となっている。燃焼用空気
は上記小孔(26a),(26b),(27a）を経由しつつ環状断面流
路を下向きに流れ、更にその環状断面流路の下端で外筒
（２５）の周辺に設けられた複数個の噴出孔(25a）を経
て側方の流動材（９２）内へ噴出され、流動床を形成す
る。

【００１４】本実施例においては、燃焼用空気(21a）が
噴出孔(25a）から噴出されているかぎり、周囲の流動材
が噴出孔(25a）を経て流入することはなく、たとえ流入
したとしても図中符号（２９）で示される部分に流動材
の安息角に対応した形状として堆積するのみである。

【００１５】一方流動床内に圧力変動が発生し変動幅に
よる負圧が大きい場合は、短時間とは言え流動材が噴出
孔(25a）を経て逆流することとなる。この場合、流動材
粒子の侵入個所では容積および通路面積が大きくなって
いるので、逆流時の流速が急激する。また流入した流動
材粒子は上向流となって多孔板（２８），（２７），
（２６）の小孔(28a),(27b),(26a）を通過することとな
るが、多孔板の段数、小孔の形状，個数は、上記変動圧
が小孔(26a),(27a),(28a）を流動材が通過する際の抵抗
すなわち圧力損失に消費されるように選ばれており、流
動材自体が導入管（２２）上端周辺の複数個の小孔(22
a）の高さまで移動しその小孔(22a）を経て導入管（２
２）内に流入するようなことはないので、導入管（２
２）下部の流動材による閉塞を防止し得るものである。

【００１６】なお小孔(28a),(27a),(26a）から上向きに
流入した流動材は、多孔板（２８），（２７），（２
６）上に安息角に対応した安定な一定形状で、小孔をふ
さぐことなく一定量だけ堆積する。その一定量を超える
場合は、小孔(28a),(27a),(26a）から下方へ流下して小
孔を塞ぐこととなるので、下方からの流動材の流入を防
ぐ粉体シール効果を生じ、その部分の圧力損失を増大さ
せる相乗効果を促進して、小孔(22a）部へ流動材を到達
させたい。

【００１７】また圧力変動による加圧が解消した時点で
は、本来噴射器へ送られる空気が流れるから、侵入した
粒子はこの空気流とともに噴射器外へ放出される。した
がって、流動材粒子がノズル内へ逆流する時間は瞬時で
あり、噴射器内に堆積する粒子は僅少に制限されるの
で、流動材粒子による外筒（２５）内の閉塞も回避され
る。その結果、定常な流動床状況が確立される。

【００１８】次に図３は本発明の第２実施例を示す縦断
側面図、図４は図３のIV−IV水平断面図である。また図
５は本発明の第３実施例を示す縦断側面図、図６は図５
のVI−VI水平断面図である。これらの図においても、前
記と同様な部分については同一の符号を付け、詳しい説
明を省く。

【００１９】

【発明の効果】本発明においては、燃焼用空気の流れ方
向を導入管路では鉛直上向き、その後反転して下向きと
し、更にその流路内に抵抗体を設けたので、流動床内の
圧力変動に伴う負圧により逆流する流動材の量と到達位
置を制限し、流動材の逆流を抑止する。したがって噴射
器の完全閉塞を防止して安定な流動床燃焼を継続するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の第１実施例を示す縦断側面図で
ある。

【図２】図２は図１のII−II矢視水平断面図である。

【図３】図３は本発明の第２実施例を示す縦断側面図で
ある。

【図４】図４は図３のIV−IV矢視水平断面図である。

【図５】図５は本発明の第３実施例を示す縦断側面図で
ある。

【図６】図６は図５のVI−VI矢視水平断面図である。

【図７】図７は従来の流動床燃焼法の一例を示す概念図
である。

【図８】図８は従来の流動化用空気噴射器の一例を示す
縦断側面図である。

【符号の説明】

（21a) 燃焼用空気 （２２） 導入管 （22a) 小孔 （２３） プレナムチャンバー天井板 （２４） 噴出孔 （２５） 外筒 （25a) 噴出孔 （26),(27),(28) 多孔板 （26a),(27b),(28a) 小孔 （２９） 堆積部 （９１） 燃焼炉 （91a) フリーボート （９２） 流動材 （９３） 伝熱管 （９４） 送風機 （９５） 送気管 （９６） プレナムチャンバー （９７） 多孔板 （９８） 高温ガス発生炉 （99a) 燃料貯蔵ホッパ （99b) 供給機 （99c) 供給管 （100) 排ガスダクト （101) ダスト捕集器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体粒子と気体とで形成される流動床装
   置に使用される流動化用空気噴射器において、鉛直上向
   きに空気が流れる導入管路と、同導入管路の上端で反転
   して鉛直下向きに上記空気が流れる下向き流路と、同下
   向き流路の下端で側方に開口する噴出孔と、上記下向き
   流路内に設けられた抵抗体とを具えたことを特徴とする
   流動化用空気噴射器。