JPH08503541A - 循環式流動床反応装置の作動方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 循環式流動床（ＣＦＢ）装置およびその作動方法は、主に清浄な流動化ガスを含む伝熱領域を形成し、過熱に関して有利な条件を与える一方、高負荷状態および低負荷状態の両方において熱交換室に固体物質の十分に多量な流れを与えて、所望される伝熱容量を得られるようにする。熱交換室（３８）は循環式流動床装置の粒子分離器（１４）と燃焼室（１２）との間を連結する戻しダクト（１６）の底部近くに構成され、燃焼室と熱交換室とを分離する共通壁（２２ａ）を有している。粒子は共通壁の固体粒子入口（４２）を通して燃焼室に再導入され、また粒子は固体粒子入口よりも高い位置の共通壁の通路（５２）を通して燃焼室から熱交換室へ直接に流れることができる。ガス入口（５６）もこの通路より高い位置で共通壁に形成され、熱交換室からの流動化ガスが熱交換室から燃焼室へ流入できるようにする。固体粒子入口（４２）は複数の狭い実質的に水平な細長い垂直方向に重ねられたスロット（４４）を含むことができる。

Description

【発明の詳細な説明】 循環式流動床反応装置の作動方法および装置 本発明は循環式流動床（ＣＦＢ）装置の新規な作動方法および装置に関する。 循環式流動床装置、例えば循環式流動床燃焼器は、ガス速度が例えば２ｍ／秒 を超える高速の粒子流動床を内部に形成している。粒子分離器が燃焼室上部の排 出開口に連結され、また戻しダクトが粒子分離器に連結されて、粒子分離器で分 離された粒子を固体粒子入口に通して燃焼室下部へ再循環させるようになされて いる。装置から熱を回収するために熱交換器が再循環装置に連結されている。 典型的に、熱は燃焼室内の伝熱面および高温煙道ガス通路に位置される対流伝 熱部内の伝熱面で、流動床ボイラーから回収される。過熱器のような付加的な伝 熱面が、蒸気を過熱するために燃焼室上部内に配置され得る。 燃焼室内の高温且つ高流動速度の環境のもとで腐食および侵食が問題となり、 伝熱面は高価な耐熱材で作られねばならない。 従来の循環式流動床装置では低負荷状態で蒸気の所望される過熱を達成するこ とは困難である。燃焼室出口のガス温度は負荷が低下するにつれて降下する傾向 を示し、対流伝熱部における過熱器で所望の結果を得るには特別な構造に作られ ねばならない。燃焼室内に配置される付加的な過熱器は、受け入れることのでき る解決策とはならない。何故なら、それらはボイラーのコストを上昇し、問題を 増大するからである。 したがって、特に加圧される応用例に関しては、圧力容器の寸法増大をもたら すことになる燃焼室の寸法の増大をせずに、装置に伝熱面を付加する新たな方法 を見い出すことが必要である。 過熱能力を増大するために外部熱交換器（ＥＨＥ）を使用することが提案され てきた。外部熱交換器は一般に過大な空間を占拠する。各種の、例えば変動負荷 状態のもとでこれらの伝熱を制御することは、困難である。 流動床反応装置の循環装置に伝熱面を含めることが米国特許第４７１６８５６ 号にて提供された。伝熱面は、戻しダクト底部に形成される熱交換室に集積した 循環固体物質で構成される流動床の中に配置される。したがって循環する固体物 質は、別の外部熱交換器の配置を必要とせずに、例えば過熱などに必要とされる 付加的な熱を与える。 しかしながらこの装置は、煙道ガスに含まれ且つ熱交換室に再循環される高温 固体粒子によって成り立つ。低負荷状態では、したがって流動化ガスが低流速で あるときは、ガス流に存在する高温粒子は過熱に必要とされる伝熱を保持するに はあまりにも少なすぎる。 発明の概要 本発明の目的は、上述の欠点を最小限に抑えた循環式流動床装置の作動方法お よび装置を提供することである。 本発明の特徴はまた、循環式流動床装置において各種の負荷のもとでの熱回収 の改良した方法および装置を提供することである。 この目的は、添付する請求の範囲に記載の方法および循環式流動床反応装置で 達成される。 本発明によると、戻しダクトの下部に形成された熱交換室を含み、この熱交換 室が燃焼室と共通の１つの壁部分を有してなる循環式流動床装置の改良した作動 方法が提供される。この方法は、 （ａ）煙道ガスおよびそれに含まれる固体粒子で構成された粒子懸濁流体が燃 焼室内を上方へ向かって流れ、排出開口を通して排出されるように、燃焼室の中 に固体粒子で構成される高速流動床を形成し、 （ｂ）粒子分離器で粒子懸濁流体から固体粒子を分離し、 （ｃ）捕集した固体粒子を、下部に熱交換室を有する戻しダクトへ導き、 （ｄ）熱交換室内に固体粒子床を形成し、 （ｅ）共通壁部に配置された固体粒子入口を通して熱交換室から燃焼室へ固体 粒子を再導入し、そして （ｆ）燃焼室から戻しダクト下部へ付加の固体粒子を直接に導入する、 諸段階を含む。 高負荷状態時は、大きな固体粒子の流れが煙道ガスにのって分離器、戻しダク トおよび熱交換室を通って燃焼室へ再循環され、所望の伝熱容量を与える。 低負荷状態時は、固体粒子は燃焼室から共通壁に設けた通路を通って熱交換室 へ至る直接的な流れを生じ、この直接的な固体粒子の流れが伝熱容量を所望レベ ルに達するように高める。 固体粒子は、両室間の共通壁に配置された１つまたは複数の固体粒子入口を通 して、熱交換室から燃焼室へ再導入されることができる。１つまたは複数の固体 粒子入口が熱交換室内の固体粒子床の表面よりも低い位置で熱交換室底部に配置 され、または固体粒子入口（単数または複数）は戻しダクトから燃焼室へガスが 流れるようにする熱交換室の高い位置に配置されたオーバーフロー開口を構成し 得る。多くの応用例で、両方の形式の固体粒子入口が使用されている。固体粒子 床の表面より下方に配置された入口は、本発明の好適例によると、その入口を通 る制御されない固体粒子の流れを防止するために、共通壁に重ねて配置された２ つ以上の狭い（垂直方向の寸法が小さい）水平なスロットで形成された固体粒子 流動シールを構成する。このスロットは、壁に作られるフレーム状構造部に予め 形成されておくことができる。 スロットを通る固体粒子の直接的な制御されない流れを防止するために、スロ ットは高さ（ｈ）の長さ（ｌ）に対する比（ｈ／ｌ）が０．５より小さくなけれ ばならない。約２００ｍｍ〜３００ｍｍの長さ、例えばスロットが形成される共 通壁の横断面の長さを有するスロットは、１００ｍｍ〜１５０ｍｍよりも小さい 高さを有して、それを通る制御されない固体粒子の流れを防止できなければなら ない。このようなスロット内では固体粒子が堆積してシールプラグを形成し、重 力による流動を防止する傾向を示す。スロットを通る固体粒子の所望の流動は、 移送用ガスがスロットの付近の固体粒子床の中に導入されることで達成される。 したがって、入口を通る固体粒子の流動、および熱交換床内の伝熱面を通過する 固体粒子の流動を制御することは可能となる。 入口における実質的に水平なスロットは完全な水平である必要はなく、戻しダ クトの入口端部よりも高い位置に燃焼室内の出口端部を有するように傾斜される ことができ、このようにしてスロットの長さ（１）は同じ断面を有する水平スロ ットに較べて更に短くされることができる。傾斜スロットは、そのスロットの入 口端部に粗大物質が堆積することも防止する。 仮想される１つの大きな開口に必要な垂方向の全高ｈ_totは、本発明の１つの 重要な見解によると、数個の垂直方向の高さｈ₁，ｈ₂，ｈ₃，・・・に分けることが でき、分けられた各高さ部分は必要な全高ｈ_totのほんの一部とされる。したが って、各スロットの長さ（ｌ）は垂直方向の高さの低下につれて同じ比率で減少 されるが、固体粒子の流動のシール効果は低下しない。 本発明の好適例によると、熱交換室と燃焼室との間の共通の（通常は耐火材を ）内張りされた板状壁を通過するのに十分なだけの長さとされる短いスロットが 、適当な固体粒子流動シールを形成する一方で固体粒子を移送するために使用で きる。 このスロットは、２つの室間の共通壁の全幅（ｗ）にほぼ等しい長さ（ｌ）を 有しており、この壁の幅はチューブおよび耐火材の内張りを含めたものである。 これは、燃焼室から外方へ離れた位置に達して空間使用が非常に大きくなる従来 技術のＬバルブシールより遥かに優れた改良である。本発明は、固体粒子流動シ ールを壁構造に一体的に備えることのできる非常に小型の構造を提供する。 固体粒子流動シール通路は、板構造壁にチューブを結合するフィンに容易に形 成できる。多くの場合、チューブが互いに広く離れて屈曲されて通路を形成する のに必要な空間を与える箇所で、壁部に通路が形成される。これらの通路は互い に重ねられて、例えばアフルストロム（Ａｈｌｓｔｒｏｍ）の「ギル（ｇｉｌｌ ）シール」の固体粒子流動シール連結を形成し、予め製造されたフレームに組み 付けられる。 固体粒子は、特に高負荷状態では、上述した固体粒子入口よりも高い位置にて 共通壁に形成された１つ以上のオーバーフロー開口を通してオーバーフローさせ ることにより、燃焼室へ再導入される。特に高負荷状態では、両形式の固体粒子 入口が使用できる。 熱交換室から燃焼室へ固体粒子を再導入するために小さなオーバーフロー開口 を使用することにより、大きな粒子が他の方向、すなわち燃焼室から熱交換室へ 流れることは防止される。高負荷状態時には、大きな粒子は寧ろ燃焼室下部内で 流動化される。これらの大きな粒子が熱交換室へ移動することは望ましくない。 低負荷状態では、固体粒子をオーバーフロー開口に通して燃焼室へ再導入する 必要性はなくなる。熱交換室の固体粒子床の表面の高さ位置はオーバーフロー開 口よりも低く保持され、オーバーフロー開口は寧ろ燃焼室から熱交換室へ固体粒 子を導入する通路として使用される。低負荷状態では、固体粒子の再導入はオー バーフロー開口だけを通して、または両方の形式の固体粒子入口を通して行われ ることができる。 固体粒子を燃焼室に再導入するオーバーフロー開口は、同時または交互に固体 粒子を燃焼室から戻しダクトヘ、また戻しダクトから燃焼室へ導入するように構 成できる。一方、固体粒子を戻しダクトへ導入し、また固体粒子を燃焼室へ導入 するために、各種形式の開口が使用できる。様々な粒子導入開口が水平に並べて または上下に重ねて配置できる。オーバーフロー開口の中またはその付近へガス 流を噴射するガスノズルが開口を通る固体粒子の流動を制御するため、例えば固 体粒子が燃焼室から戻しダクトへ流入するのを防止するために、使用できる。開 口を通るガス流は、燃焼室内の二次的または同様な空気として使用できる。戻し ダクトから燃焼室へ主としてガスを導入するために、付加的な開口が戻しダクト と燃焼室との間の共通壁の高い位置に形成できる。 粒子と固体粒子床内に配置された伝熱面との間の伝熱を可能にするために、熱 交換器における固体粒子床は流動化される。この流動化ガスが粒子分離器に流入 するのを防止するために、ガスシールが戻しダクトと粒子分離器との間に配置で きる。このガスシールは分離器の底部ダクト内に配置される固体粒子床を構成し 得る。底部ダクトは固体粒子流動シールによって戻しダクトに連結されることが 好ましい。固体粒子流動シールは、底部ダクトと戻しダクトとの間の共通壁に形 成された重ねられた２つ以上の垂直方向に狭い水平なスロット状開口を含んで構 成され、底部ダクトから戻しダクトへ至る制御されない固体粒子の流動を防止す ることが好ましい。 本発明の好適例によると、固体粒子から伝熱面例えば過熱面への伝熱は、流動 化ガスで制御される。流動化ガス流量が増加され、伝熱面のまわりの粒子の運動 が増大されると、伝熱量が増大される。空気や不活性ガスのような伝熱制御のた めのガスは、数個の別々のノズルを通して導入できる。 本発明の他の好適例によると、固体粒子床を通して流れる、すなわち固体粒子 床表面から固体粒子床底部に配置された固体粒子入口へ向けて下方へ流れる固体 粒子の流動を制御することにより、伝熱は制御できる。これは、固体粒子入口を 通る粒子の再導入を制御する移送用ガスの流量を制御することで、達成できる。 戻しダクトに再導入されて伝熱には必要とされない過剰な固体粒子の量は、オー バーフローによって燃焼室へ再導入される。 固体粒子床の表面より低い位置の固体粒子入口（単数または複数）を通して移 送される固体物質量を減少させ、相応に燃焼室への粒子のオーバーフローを増大 することにより、燃焼室に再導入される前に固体粒子床の表面と同じ高さ位置に 達する固体粒子の量が増大される。したがって、伝熱面と接触して固体粒子床を 通して流動する固体粒子の量は減少する。したがって、固体粒子床の温度は降下 し、また粒子と伝熱面との温度差が小さくなるために伝熱量も低下する。 固体粒子入口（単数または複数）を通して移送される固体物質の量を増加する ことで、固体粒子床を通して連続的に移送される新たな高温の固体物質の量が増 大されて温度が上昇され、したがって固体粒子床における伝熱量が増大される。 戻しダクト底部では、固体粒子床は固体物質が燃焼室に再導入されて新たな物 質が連続的に固体粒子床上に追加されるにつれて、ゆっくりと下方へ移動する。 したがって、本発明の第３の好適例によると、オーバーフロー開口を有さない熱 交換室においては固体物質を燃焼室へ再導入させる移送用ガスを制御することに よって固体粒子床の高さが制御される。したがって固体粒子床の高さは、ある場 合には伝熱量の制御に使用できる。 固体粒子で作られるバリヤ床は、固体粒子床の表面よりも低い位置の固体粒子 入口付近の移送用ガス入口と、熱交換室の伝熱部の流動化ガス入口との間に保持 されることができる。移送用ガス入口に近いバリヤ床は、移送用ガスが所望の伝 熱に干渉するのを防止する一方、伝熱部に保持された固体物質で構成されるバリ ヤ床部分は、固体粒子床を通る固体物質の移送に流動化ガスが干渉するのを防止 する。殆どの場合、これらの目標は１つのバリヤ床部分を使用して達成できる。 熱交換室は、移送用ガス入口と流動化ガス入口との間に適当なバリヤ床を容易 に形成できるようにするために、傾斜または段階を付された底部を有することが できる。伝熱部と粒子移送部との間にて傾斜底部に隔壁を配置できる。流動化ガ スは傾斜底部の上側部分を通して伝熱部に導入される。移送用ガスは傾斜底部の 下側部分を通して導入される。例えばほんの僅かに流動化された粒子で構成され るバリヤ床が、傾斜底部の下側部分に保持されることが好ましい。 本発明は、バリヤ床が底部の一部に形成されて移送用ガスまたは流動化ガスが 互いに干渉することを防止されるように考慮されるならば、水平底部を備えた反 応装置にも応用できる。 熱交換室は、本発明の他の見解によると、段付き底部を有し、伝熱部および固 体粒子入口が異なる高さ位置に配置されるようにできる。伝熱部は固体粒子の排 出位置よりも高い位置に配置される。固体粒子入口は熱交換室の下方へ向かうダ クトすなわちチャンネル部分に開口され、このチャンネル部分は燃焼室に連結さ れる。 固体粒子は熱交換室から燃焼室へ直接的に再導入されることが好ましいが、必 要ならば燃焼室に連結された中間室を通して導入されることができる。 本発明は高負荷および低負荷の両方において伝熱を制御する上で重要な利益を 与える。高負荷時および低負荷時に所望される伝熱容量を達成するために、固体 物質の大きな流れが熱交換室内に保持される。 伝熱領域のガス空間は、アルカリ性物質、塩素または他の腐食ガス成分を含有 しない主に清浄な流動化ガスを収容し、したがって過熱に関して非常に有利な利 点を与える。したがってこの領域内で過熱器は、燃焼室内部の腐食環境が優勢な 中で可能とされるよりも遥かに高い温度にまで加熱できる。腐食性のガス成分を 含有する燃料を燃焼させる場合にも、５００゜Ｃを超え、５５０゜Ｃすら超える 蒸気を発生できる。 各種の腐食発生成分を含有する不浄排気ガスを生じることから、過熱のための 加熱を使用することは特に廃物／ＲＤＦ燃焼ボイラーにおける問題であった。本 発明は、過熱面が安全なガス環境の中で高温循環物質と接触する装置を提供する ことで、この問題を解決する。熱交換室内に（１ｍ／秒より遅いガス速度を有す る）緩やかに吹き上げ（ｂｕｂｌｉｎｇ）られる固体粒子床を使用することで、 侵食もまた最小限に抑えられる。伝熱面に衝突する粒子は、衝突速度が非常に遅 い更に、戻しダクトの固体粒子床における侵食は、固体粒子床をなす物質の粒径 が小さいので、比較的小さい。 本発明によると、固体粒子床室における固体粒子床を、傾斜底部（または戻し ダクトの別個の下側出口チャンネル部分）によって伝熱部と固体粒子入口に近い 粒子排出部とに分ける場合に、重要な利点を得られる。すなわち、 大きな粒子（例えば灰粒子、固体粒子床に形成された塊、または戻しダクト壁 から剥がれた耐火材）は、重力によって流動化ガス入口の高さ位置よりも下方へ 戻しダクト内部を落下して、それらが機械的損傷および他の問題（例えば伝熱量 の低下）を引き起こしかねない伝熱領域から離される。 本発明は非常に簡単且つ小型の循環式流動床ボイラー構造を提供する。分離器 および戻しダクトを含めて再循環装置全体は、主として２つの少なくとも部分的 に平行な垂直な水チューブ壁パネルで構成され、これらのパネルは互いの間に実 質的に垂直なチャンネルを形成する。このチャンネルは１つの少なくとも部分的 に燃焼室と共通される壁を有することが好ましい。このチャンネルはその上部に 分離器を有し、中間部分に戻しダクトを有し、そして最下部に固体粒子床室を有 する。戻しダクトを燃焼室に連結する固体粒子入口、オーバーフロー開口および 他のガスおよび固体物質の通路が、例えばフレーム状構造として共通壁に予め製 造され得る。このようなフレーム状構造は現場で板状壁に容易に連結できる。 本発明は、付加的な伝熱面が通常は空の圧力容器空間内に配置できるならば、 また付加的な伝熱が比較的少量のガス流、したがって比較的小さい装置で制御で きるならば、加圧される流動床装置、すなわち大気圧よりかなり高い圧力、例え ば大気圧の２倍の圧力で作動される装置に特に有利となる。本発明は容易に圧力 容器として組み立てることのできる小型の燃焼装置を提供する。 図面の簡単な説明 本発明は例として添付図面を参照して更に説明される。添付図面において、 第１図は、本発明の１つの例示実施例の循環式流動床装置を通る概略垂直断面 を示し：および 第２図は、本発明の第２の例示実施例の循環式流動床装置を通る垂直断面図を 示す。 図面の詳細な説明 第１図は、高速の固体粒子流動床を有する燃焼室１２を備えた循環式流動床燃 焼器１０を示しており、流動化ガスおよび（または）燃焼ガス（空気）は１１の 位置で導入されている。粒子分離器１４は、燃焼室１２から排出される煙道ガス と固体物質との混合流体に含まれた粒子を分離するために、燃焼室１２の上部に 連結されている。戻しダクト１６は、分離した固体物質を分離器１４から燃焼室 １２の下部へ再循環させるために備えられている。排出開口１８が粒子分離器１ ４を燃焼室１２に連結している。ガス出口２０は粒子分離器１４に配置されてい る。 燃焼室１２の壁２２，２４、分離器１４の壁２２，２６，２８および戻しダク ト１６の壁３０，２２は主に水チューブまたは板状パネルで作られている。燃焼 室１２および戻しダクト１６の壁２２，２４，３０の下部（例えば２２ａ，２４ ａ）は、耐火材の内張り３２で保護されることができる。 粒子分離器１４および戻しダクト１６は燃焼室１２の一方の側壁２２に連結さ れ、これにより一体構造を形成している。粒子分離器１４および戻しダクト１６ は側壁２２とそれに平行に配置された垂直チューブパネル２３との間の空間内に 形成される。したがって側壁２２は粒子分離器１４の１つの側壁および戻しダク ト１６の１つの側壁を形成する。側壁２２の下方へ傾斜した下部は、戻しダクト １６と燃焼室１２との間の共通壁２２ａを形成し、側壁２２の上部は粒子分離器 １４と燃焼室１２との間の２重壁構造２２ｂの一部を形成している。垂直チュー ブパネル２３は粒子分離器１４および戻しダクト１６の（壁２２と）反対側の壁 を形成している。垂直チューブパネル２３の上部は粒子分離器１４の外壁を形成 し、チューブパネル２２の下部は戻しダクト１６の外壁３０を形成している。垂 直チューブパネル２３は側壁２２から所望距離を隔てて配置され、導入されたガ ス／固体懸濁流体に含まれるガスおよび固体物質を分離するためのサイクロン効 果を与えるようになされている。中央部分にて垂直チューブパネル２３は側壁２ ２へ向けて屈曲されて、（固体物質を流動させるのに望ましい）横断面の小さな 戻しダクトチャンネル６０を形成するようになされている。 第２チューブパネル３４で形成された内壁２８は、側壁２２と外壁２６との間 で粒子分離器１４内に配置され、粒子分離器１４と燃焼室１２との間に２重壁構 造を形成する。下側ヘッダー２８’はチューブパネル３４に備えられてこのパネ ルを流体再循環装置に連結する。内壁２８と側壁２２の上部２２ｂとの間のガス 空間２９は、燃焼室１２、粒子分離器１４および戻しダクト１６におけるガス空 間から隔絶されたガス密空間である。幾つかの応用例では、２重壁構造、したが って内壁２８は不要とされ、この場合は側壁２２の上部が粒子分離器１４と燃焼 室１２との間の共通壁を形成する。 他の代替例（第２図を参照されたい。第２図では第１図の要素と対比される要 素は同じ符号で示されている。）において、粒子分離器１４および戻しダクト１ ６の２重壁構造は、戻しダクト１６の外壁２６を形成するチューブパネルで形成 され、このチューブパネルは流体再循環装置に連結するためのヘッダー２６’を 有している。次ぎに中間の垂直チューブパネル（図示せず）が互いの間に空間を 形成するように側壁２２に平行に備えられ、側壁２２と中間チューブパネルの間 のこの空間は、上部にて粒子分離器の２重壁構造すなわち内壁を形成し、下部に て戻しダクトを形成する。その後、別の第２の２重パネルが第１チューブパネル の上部の外側に連結され、粒子分離器を形成するようになされる。 戻しダクト１６の下部には、第１図に見られるように、固体粒子で構成された 流動床３８を有する熱交換室が備えられている。この熱交換室３６は側壁２２の 傾斜部分２２ａより実質的に下方に形成されており、したがって熱交換室３６は 上方の戻しダクト１６よりも大きな横断面を有する。 固体粒子床３８は、熱交換室３６内で再循環粒子で形成される吹き上げ床３８ （ｂｕｂｂｌｉｎｇ ｂｅｄ）であることが好ましい。このベッドを流動化させ るガスは、流動化ガスノズル３９を通して導入される。伝熱面（例えばチューブ ）４０がこの固体粒子床３８内に配置されている。 第１形式の固体粒子入口４２が共通壁２２の下部に形成され、固体粒子を熱交 換室３６から燃焼室１２へ移送できるようにしている。第１形式の固体粒子入口 ４２は、第１図に見られるように、互いに重ねられた幾つかの狭いスロット状通 路すなわち開口４４を構成している。移送用ガスは、固体粒子を入口４２に通し て移送するように、ガスノズル４５を通して導入される。 戻しダクト１６の底部４６は段付きとされてその上方に伝熱部３６が配置され ており、また段付き底部４６の下側部分には別の底部４８を有して固体粒子を固 体粒子入口４２に通して排出するようになされている。 固体粒子で構成されるバリヤ床５０が固体粒子入口４２と伝熱部３６との間に 保持され、流動化ガスおよび移送用ガスが互いに干渉するのを防止し、したがっ て伝熱量の所望の制御を容易化できるようにしている。 固体粒子を燃焼室１２から戻しダクト１６へ直接に導入する通路５２が共通壁 ２２ａに、固体粒子床３８より上方にて配置されている。燃焼室１２内を循環す る固体物質、特に燃焼室１２の壁に沿って下方へ流動する固体物質は、通路５２ を通して熱交換室３６内へ流れる。例えば成形されたリップ５４のような形状の ガイド手段５４が燃焼室１２内に配置されて、固体物質の流れを通路５２へ向け てガイドするように、すなわち通路５２の横断面よりも広い面積部分から固体粒 子を集めて戻しダクト１６に導くようになされる。通路５２の前部のスクリーン （図示せず）のような手段が、所望粒径より大きい粒子が通路５２に流入するの を防止するために、備えられることができる。 通路５２はまた、特に高負荷状態時に、固体粒子を戻しダクト１６から燃焼室 １２へ再導入するためのオーバーフロー形式の固体粒子入口として使用されるこ とができる。高負荷状態では、燃焼室１２からの固体粒子のオーバーフローは、 燃焼室１２から戻しダクト１６へ流入するのを防止することに使用できる。高負 荷状態では、通常は十分な量の固体物質が既に粒子分離器１４を通して戻しダク ト１６へ循環されている。通路５２を通る固体物質の流動方向および流速は、ガ ス流により、例えば通路５２の中へ、または周囲空間の所望位置でガスを噴射す ることによって、制御できる。 燃焼室１２から戻しダクト１６へ固体粒子を導入する別の通路、および戻しダ クト１６から燃焼室１２へ固体粒子を再循環させるオーバーフロー開口が代替的 に使用できる。異なる通路およびオーバーフロー開口が使用されるならば、それ らは異なる垂直位置および（または）水平位置に配置され、固体粒子を戻しダク ト１６へ導入する何れかの通路はオーバーフロー開口より上方に配置されること が好ましい。通路またはオーバーフロー開口は戻しダクトから燃焼室１２へガス を排出するためにも使用できる。 第１図の実施例において、戻しダクト１６のガス空間１６’’から燃焼室１２ へガスを排出するために、別のガス入口５６が固体粒子床３８の頂面よりも高い 位置にて共通壁２２に配置されている。 燃焼室１２内の側壁２２，２４の下部２２ａ，２４ａは、例えばその頂部で垂 直面に対しておおよそ１５〜４０゜の角度を形成するように傾斜されて、燃焼室 １２の上部よりも下部において小さな横断面積を形成するようになされることが 好ましい。このことは、燃焼室１２の下部に高流速をもたらし、内部の固体物質 を非常に活発に運動させるようにするのであり、このことが通路５２を通って戻 しダクト１６へ至る固体粒子の直接的な流動を改良する。ある種の応用例では、 ガスは燃焼室１２の下部に噴射されて、燃焼室１２内の所望位置での固体物質の 噴流すなわち吹き出しを形成する。これらの噴流は、固体物質を通路５２へ向け てガイドして、固体物質を戻しダクト１６へ導入するのに使用できる。 ガスシール５８は戻しダクト１６の上部と粒子分離器１４との間に備えられて 、ガスが戻しダクト１６から粒子分離器１４へ流入するのを防止するようになす 。ガスシール５８の構造は、粒子分離器１４の底部に形成されたダクト６０、ダ クト６０と戻しダクト１６の上部との間の入口開口６２、およびダクト６０内の 固体粒子床６４を形成する固体粒子を含んでなる。固体粒子床６４の固体粒子は ノズル３１を通して導入される追加のガスで流動化され、ノズル３１’を通して 導入されるガスによって室１６’’へ移送される。入口開口６２は垂直方向に狭 い水平なスロットであり、これらのスロットがダクト６０と戻しダクト１６との 間に固体粒子流動シールを形成する。この固体粒子流動シールは、粒子分離器１ ４から戻しダクト１６へ制御されない固体粒子が流入するのを防止するのであっ て、これにより所望のガスシールを形成する所望の固体粒子床の高さがダクト６ ０内に保持されて、ダクト１６’’からのガスが粒子分離器１４に流入するのを 防止する。 装置１０の全体が加圧状態に保持される、すなわち大気圧より高い圧力、典型 的には大気圧の２倍の圧力に保持されることが好ましい。 本発明は、最も実用的で好ましいと現在考えられている本発明の実施例に関し て説明してきたが、本発明は開示した実施例に限定されることはなく、逆に各種 の改良および等価構造を網羅することが意図されることは、理解されるべきであ る。 例えば、説明した循環式流動床装置は複数の戻しダクトを含み、その中の１つ だけまたは幾つかが上述した室３６のような熱交換室を含むことができる。 また、複数の伝熱部が戻しダクト下部に、側壁２２に沿って水平に並べて配置 できる。固体物質は伝熱部の間の位置へと戻しダクトヘ導入され、および（また は）固体物質は伝熱部に、または伝熱部の間の位置に配置された固体粒子入口ま たはオーバーフロー開口を通して戻しダクトから排出されることができる。した がって、本発明は全ての等価方法および装置を包含するように、添付の請求の範 囲の最も広義の解釈に従わねばならない。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９４年１１月２４日 【補正内容】 請求の範囲 １．内部に固体粒子で構成される流動床を内部に有する燃焼室と、 燃焼室の上部の排出開口に連結された粒子分離器と、 上部で粒子分離器に連結され、下部で燃焼室に連結された戻しダクトとを使用 し、 （ａ）煙道ガスおよびそれに含まれる固体粒子で構成された粒子懸濁流体が燃 焼室内を上方へ向かって流れ、排出開口を通して排出されるように、燃焼室の中 に固体粒子で構成される高速流動床を形成し、 （ｂ）粒子分離器で粒子懸濁流体から固体粒子を分離し、 （ｃ）捕集した固体粒子を、下部に熱交換室を有する戻しダクトへ導く、 諸段階を含む循環式流動床装置の作動方法であって、 （ｄ）熱交換室を下部に有す戻しダクト内に固体粒子床を形成し、 （ｅ）燃焼室との共通壁部を有する熱交換室から、共通壁部に配置された固体 粒子入口を通して直接に固体粒子を燃焼室へ再導入し、そして （ｆ）燃焼室から共通壁部の開口を通して戻しダクト下部へ付加的な固体粒子 を直接に導入する、 諸段階を含む循環式流動床装置の作動方法。 11． 内部に固体粒子で構成される流動床を有し、また上部、前記上部に配置 された排出開口、および下部を有する燃焼室と、 前記燃焼室に流動化ガスを導入する手段と、 前記排出開口を通して燃焼室から排出された粒子懸濁流体から固体粒子を分離 するための、排出開口に連結された粒子分離器と、 上部および下部を有し、粒子分離器から分離された固体粒子を前記燃焼室の前 記下部へ再循環させるために、上部で前記粒子分離器に連結され、下部で前記燃 焼室に連結された戻しダクトとを含む循環式流動床反応装置であって、 戻しダクトを通して再循環される固体粒子から熱を回収するために、前記戻し ダクトの下側部分に形成されて内部に固体粒子床を有している熱交換室と、 前記燃焼室および前記戻しダクトの少なくとも前記熱交換室と共通の壁部と、 熱交換室から固体粒子を燃焼室へ導入するための、共通壁部に設けられた固体 粒子入口と、 前記燃焼室から固体粒子を直接に熱交換室へ導入する手段とを含むことを特徴 とする循環式流動床反応装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ０８９，８１０ (32)優先日 1993年７月12日 (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号 １２４，７６７ (32)優先日 1993年９月22日 (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＦＩ，ＪＰ，ＫＲ，Ｐ Ｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．内部に固体粒子で構成される流動床を内部に有する燃焼室と、 燃焼室の上部の排出開口に連結された粒子分離器と、 上部で粒子分離器に連結され、下部で燃焼室に連結された戻しダクトと、 戻しダクトの下側部分に形成され、燃焼室と共通する壁部を有する熱交換室と 、 共通壁部に設けられた固体粒子入口とを使用する循環式流動床装置の作動方法 であって、 （ａ）煙道ガスおよびそれに含まれる固体粒子で構成された粒子懸濁流体が燃 焼室内を上方へ向かって流れ、排出開口を通して排出されるように、燃焼室の中 に固体粒子で構成される高速流動床を形成し、 （ｂ）粒子分離器で粒子懸濁流体から固体粒子を分離し、 （ｃ）捕集した固体粒子を、下部に熱交換室を有する戻しダクトへ導き、 （ｄ）熱交換室内に固体粒子床を形成し、 （ｅ）共通壁部に配置された固体粒子入口を通して熱交換室から燃焼室へ固体 粒子を再導入し、そして （ｆ）燃焼室から戻しダクト下部へ付加的な固体粒子を直接に導入する、 諸段階を含む循環式流動床装置の作動方法。 ２．請求項１に記載の方法であって、高負荷時に粒子懸濁流体から分離した固 体粒子を主として捕集することにより段階（ｄ）が実行されることを特徴とする 循環式流動床装置の作動方法。 ３．請求項１に記載の方法であって、共通壁が内部に通路を有すること、およ び低負荷時に主として燃焼室の側壁付近を流動する粒子、すなわち側壁に対して 平行に、傾斜した角度で、または直角に流動する粒子、を捕集し、そしてそれら の粒子を壁に形成された通路を通して戻しダクトに導くことによって、熱交換室 内の固体粒子の流動床を保持する更に他の段階を含むことを特徴とする循環式流 動床装置の作動方法。 ４．請求項１に記載の方法であって、共通壁が通路を有すること、および段階 （ｆ）が付加的な固体粒子を固体粒子入口よりも上方の通路を通して熱交換室へ 導入することで実行されることを特徴とする循環式流動床装置の作動方法。 ５．請求項４に記載の方法であって、段階（ｄ）が燃焼室下部の傾斜した壁部 に設けられた通路を通して熱交換室に固体粒子を導入することで更に実行される ことを特徴とする循環式流動床装置の作動方法。 ６．請求項１に記載の方法であって、段階（ｅ）が熱交換室から、燃焼室内の 固体粒子床の表面より下方にて、共通壁に互いに重ねて配置された幾つかの垂直 方向に狭い実質的に水平なスロットを通して燃焼室に固体粒子を再導入すること で実行されること、および固体粒子流動バルブが熱交換室内の流動床と燃焼室と の間に形成されたことを特徴とする循環式流動床装置の作動方法。 ７．請求項１に記載の方法であって、段階（ｅ）が熱交換室から固体粒子を共 通壁のオーバーフロー開口を通して燃焼室内へ再導入することで実行されること を特徴とする循環式流動床装置の作動方法。 ８．請求項１に記載の方法であって、 伝熱面が熱交換室内の固体粒子床の伝熱部に配置され、 固体粒子入口が固体粒子床の他の部分の固体粒子床の高さ位置より下方に配置 さ、および 他の部分が固体粒子で構成されるバリヤ床により伝熱部から隔離されているこ とを特徴とする循環式流動床装置の作動方法。 ９．請求項１に記載の方法であって、固体粒子床を通る流動を制御することで 、熱交換室内の伝熱を制御することを特徴とする循環式流動床装置の作動方法。 10．請求項１に記載の方法であって、戻しダクトの上部と粒子分離器との間に ガスシールを形成したことを特徴とする循環式流動床装置の作動方法。 11．内部に固体粒子で構成される流動床を有し、また上部、前記上部に配置さ れた排出開口、および下部を有する燃焼室と、 前記燃焼室に流動化ガスを導入する手段と、 前記排出開口を通して燃焼室から排出された粒子懸濁流体から固体粒子を分離 するための、排出開口に連結された粒子分離器と、 上部および下部を有し、粒子分離器から分離された固体粒子を前記燃焼室の前 記下部へ再循環させるために、上部で前記粒子分離器に連結され、下部で前記燃 焼室に連結された戻しダクトと、 戻しダクトを通して再循環される固体粒子から熱を回収するために、前記戻し ダクトの下側部分に形成されて内部に固体粒子床を有している熱交換室と、 前記燃焼室および前記戻しダクトの少なくとも前記熱交換室と共通の壁部と、 熱交換室から固体粒子を燃焼室へ導入するための、共通壁部に設けられた固体 粒子入口と、 前記燃焼室から固体粒子を直接に熱交換室へ導入する手段とを含んで構成され たことを特徴とする循環式流動床反応装置。 12．請求項１１に記載の循環式流動床反応装置であって、前記燃焼室から固体 粒子を前記熱交換室へ直接に導入する手段が、前記熱交換室と前記燃焼室との間 の前記共通壁部に前記固体粒子入口よりも高い位置で形成された通路を含むこと を特徴とする循環式流動床反応装置。 13．請求項１２に記載の循環式流動床反応装置であって、固体粒子を集めて前 記共通壁部の通路へ向けて導く集合手段が前記燃焼室内に配置されたことを特徴 とする循環式流動床反応装置。 14．請求項１２に記載の循環式流動床反応装置であって、共通壁部が傾斜され 、前記熱交換室の上部が前記共通壁部で覆われることを特徴とする循環式流動床 反応装置。 15．請求項１１に記載の循環式流動床反応装置であって、前記固体粒子入口が 前記熱交換室内の固体粒子床の頂面より低い位置に配置され、また前記熱交換室 から前記燃焼室へ流れる固体粒子を制御する固体粒子流動シールを含むことを特 徴とする循環式流動床反応装置。 16．請求項１１に記載の循環式流動床反応装置であって、固体粒子入口を形成 するオーバーフロー開口が前記共通壁部に配置されて、固体粒子が前記熱交換室 からオーバーフローして前記燃焼室へ流れることのできるようにされたことを特 徴とする循環式流動床反応装置。 17．請求項１１に記載の循環式流動床反応装置であって、流動化ガスを前記熱 交換室の底部に導入する手段と、流動化ガスを前記燃焼室内へ排出するために戻 しダクトおよび前記燃焼室の間の前記共通壁部に配置されたガスの流れる開口 とを含むことを特徴とする循環式流動床反応装置。 18．請求項１１に記載の循環式流動床反応装置であって、ガスシールが前記戻 しダクトの前記上部に配置され、戻しダクトの下部から前記粒子分離器へガスが 流れることを防止するようになされたことを特徴とする循環式流動床反応装置。 19．請求項１１に記載の循環式流動床反応装置であって、前記燃焼室が包囲体 を形成する複数の第１の主に垂直なチューブパネルと、第２の主に垂直なチュー ブパネルとを含み、前記戻しダクトおよび前記熱交換室が前記第１のチューブパ ネルの１つと前記第２のチューブパネルとの間に形成されていることを特徴とす る循環式流動床反応装置。 20．請求項１１に記載の循環式流動床反応装置であって、燃焼室が包囲体を形 成する複数の第１の主に垂直なチューブパネルと、第２の主に垂直なチューブパ ネルとを含み、前記粒子分離器、前記戻しダクトおよび前記熱交換室が前記第１ のチューブパネルの１つと前記第２のチューブパネルとの間に形成されているこ とを特徴とする循環式流動床反応装置。 21．請求項１１に記載の循環式流動床反応装置であって、前記燃焼室が包囲体 を形成する複数の第１の主に垂直なチューブパネルと、第２の主に垂直なチュー ブパネルとを含み、前記戻しダクトおよび前記熱交換室が前記第１のチューブパ ネルの１つと前記第２のチューブパネルとの間に形成されており、また第３の主 に垂直なチューブパネルを含み、前記粒子分離器が前記第２および前記第３チュ ーブパネルの間に形成されていることを特徴とする循環式流動床反応装置。 22．請求項１１に記載の循環式流動床反応装置であって、前記燃焼室、粒子分 離器、および燃焼室の全てが少なくとも大気圧の２倍の圧力とされることを特徴 とする循環式流動床反応装置。 23．請求項１に記載の方法であって、段階（ａ）〜段階（ｆ）が少なくとも大 気圧の２倍の圧力で実行されることを特徴とする循環式流動床装置の作動方法。