JPH08508440A - 流動床反応炉での固体物質を循環する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 流動床反応炉（１０）の反応室（１２，１１２，３１２）は粒子が内部循環される。大きな再循環粒子は、約３０ｍｍより小さい最大寸法の穴（５０）またはスロット（５２）の形成されたバリヤ壁（３０，１３０，２３０，３３０）を有する粒子室（２２，１２２，２２２，３２２）を使用して、反応室（１２，１１２，３１２）の底部（２４，１２４，２２４）の近くで粒子を分別することで、伝熱面（４０，１４０）に接触することを防止される。伝熱面（４０，１４０）は、粒子室（２２，１２２，２２２，３２２）の内部に配置される。大きな粒子は、粒子室の壁に沿って反応室の中へと流下し、粒子室の中のある量の微小粒子は流動床へ戻るように再循環されることが好ましい。バリヤ壁は粒子室の頂壁であることが好ましく、括れ（５４）を有して耐火材を内張りされ、および（または）互いにフィン（６６）で結合された水チューブ（６４）で形成されることができ、穴またはスロットはこのフィンに形成される。

Description

【発明の詳細な説明】 流動床反応炉での固体物質を循環する方法および装置 本発明は、その内部を画成する側壁およびその底部に配置される格子を有する 反応室と、反応室上端に隣接したガス排出開口と、前記反応室内部の固体粒子の 流動床とを含み、該流動床が固体粒子を内部循環するようにした流動床反応炉に おいて、固体物質を循環する方法および装置に関する。 流動床反応炉、すなわち従来の気泡床反応炉および循環床反応炉の両方におい ては、反応室内部で流動床を構成する固体物質の内部循環が行われている。この 流動床を構成する物質は、連続して上方向および下方向へ運動する。固体粒子が 微小になるほど、それらの粒子は反応室の内部を上方向へ流動し易くなる。それ 故に、固体粒子の分別が反応室内部で生じることになる。大きな物体を含んでな る稠密固体粒子の分別破片は反応室内の下部に形成されるのに対して、微小な粒 子を含んでなる非稠密固体粒子の分別断片は反応室内の上方に形成される。 大きな物体が混在されることなく反応室下部で流体を処理できることがしばし ば望まれる。例えば、反応室下部の固体粒子からの熱回収は、大きな物体が伝熱 面に到達することを防止できれば一層容易になる。大きな物体は伝熱面を詰まら せる傾向を示し、また機械的な損傷を生じさせる傾向もある。 それ故に本発明の目的は、流動床反応炉の固体粒子の内部循環において固体粒 子を分別する方法および装置を提供することである。 本発明の他の目的は、伝熱面の詰まりを最小限にすることで反応室下部で固体 粒子から熱を回収する改良した方法および装置を提供することである。 上述した目的を達成するために、固体粒子が内部循環される流動床反応炉にお いて、以下の段階、すなわち （ａ）所定寸法より小さい寸法の固体粒子だけを流動床からバリヤ壁を通して 内部へ流入させることのできる開口を有する少なくとも１つのバリヤ壁を備えた 粒子室を固体粒子の流動床に配置することで、内部循環する固体粒子を分別し、 （ｂ）所定の粒径よりも大きい寸法を有する大きな物体を粒子室外部の反応室 内部で下方へ案内し、そして （ｃ）粒子室内部の粒子の少なくとも一部を反応室の中へ再循環させる、 諸段階が実行される固体物質の循環方法が提供される。 粒子が内部循環される流動床反応炉における固体粒子の分別装置も提供される 。本発明によると、この反応炉は以下の要素、すなわち −固体粒子の流動床内部に配置された粒子室を含み、 −この粒子室は、所定寸法より大きい寸法の固体粒子が反応室から粒子室の中 へ流入することを防止する穴またはスロットのような開口を備えたバリヤ壁を有 しており、 −粒子室は粒子室から反応室の中へ粒子を再循環させるための少なくとも１つ の開口を備えた壁を更に有している、 ことを含む。 本発明の好ましい実施例によると、伝熱面は粒子室内部に配置される。したが って熱は、大きな物体が熱回収に悪影響を及ぼすことなく、粒子から容易且つ効 率的に回収される。 粒子室は反応室下部の側壁または隔壁に隣接配置され、それらの壁に沿って重 力で流下する固体粒子を分別できるようにする。したがって、粒子室の最上端部 すなわち頂壁構造は、その中にバリヤ壁を形成することができる。バリヤ壁は水 平とされ、または傾斜されることができる。所定寸法よりも小さい寸法の粒子だ けを通過させることのできる開口を有するバリヤ壁は、大きな物体が粒子室の中 に流入することを防止する。バリヤ壁を、例えば水平面から約３０°〜４５°ほ ど傾斜させることで、大きな物体はバリヤ壁の開口を詰まらせることなく、バリ ヤ壁の外面に沿って下方へ向かって連続的に流動する。 幾つかの実施例で粒子室の側壁はその中にバリヤ壁を形成している。水平方向 のモーメントを有する粒子がバリヤ壁の開口を通して粒子室の中へ流入できる。 本発明は、例えば１つまたは複数の粒子室が燃焼室底部に配置される流動床の ために使用できる。１つまたは複数の粒子室は、燃焼室の側壁または隔壁に隣接 され、また底部に自由に配置されることもできる。幾つかの実施例で、粒子室は 燃焼室の内部を高い位置まで突出するように配置できる。 粒子室が１つまたは複数の反応室側壁に隣接して配置されるならば、垂直また は傾斜した側壁の一部は粒子室と反応室との間の共通壁を形成することができる 。粒子室は、共通壁を形成する側壁部分の内側または外側に配置され得る。これ により、粒子室は反応室の内側または外側に突起を形成し得る。粒子室が反応室 側壁の外側に突起を形成するならば、粒子室の中へ粒子を流入させる開口は、微 小物質室と反応室との間の共通壁を形成する側壁の一部に有利に形成される。 高温雰囲気の中では、粒子室は反応室自体と同様に水チューブパネルで構成で きる。チューブパネルは耐火材を内張りできる。したがってバリヤ壁を形成する 壁の開口は隣接する水チューブを結合するフィンに形成されるか、１本の水チュ ーブまたは２本の隣接する水チューブを曲げてチューブ間にスロットを形成する ようになすことで、形成され得る。バリヤ壁が耐火材を内張りされるならば、耐 火材の内張りに括れ（ｆｕｒｒｏｗ）が形成されて、開口はこの括れの底部平面 内に形成される。この開口を通って流動する粒子の量が多いならば、バリヤ壁に １つの開口またはスロットだけが形成される。通常、開口またはスロットは十分 量の粒子を保証するようにバリヤ壁に配列される。 粒子室の頂部の水平な壁または傾斜した壁に配置されたスロットまたは開口列 は、反応炉側壁に直角に配置されることが有利である。垂直バリヤ壁ではスロッ トまたは穴列が垂直に配置されることが有利であるが、幾つかの実施例では水平 に配置されている。 粒子室は、例えば循環式流動床反応炉の格子の上方３〜８メートルのレベルに 達し、これにより粒子の比較的大きな下方へ向かう流動が粒子室で捕らえられる ことになる。 １つまたは数個の側壁の穴の長さを実質的に覆うような長い粒子室が形成され るか、またはただ１つの、または互いに間隔を隔てて配置された２つの小さな粒 子室が側壁に形成され得る。 循環式流動床反応炉では、バリヤ壁の開口は約５０ｍｍより小さい、好ましく は約３０ｍｍまたはそれより小さい直径を有する穴とされるか、約５０ｍｍより 狭い、好ましくは約３０ｍｍまたはそれより狭い幅を有するスロットとされ得る 。このような開口は、５０ｍｍよりも小さい、好ましくは３０ｍｍよりも小さい 寸 法のほぼ丸い粒子だけがバリヤ壁を通過できるようにする。 流動床燃焼装置では、粒子室は熱回収のために使用される。したがって蒸発器 、過熱器または他の伝熱面が粒子室の内部に配置される。本発明は、燃焼室の上 部領域内または外部熱交換器において十分大きな加熱容量を得ることが不可能な 場合にも、燃焼装置を低負荷で運転できるようにする。本発明は、異なる負荷ま たは異なる燃料で、過熱および蒸発の均衡を得ることができるようにする。 伝熱面は粒子室内部に従来通りに配置できる。伝熱は微小物質室の中に流動化 空気／ガスを導入することで制御できる。流動化空気は燃焼室内で２次空気とし て使用できる。 粒子室内の粒子から熱を回収しなければならないならば、粒子室内部での固体 物質の良好な撹拌が重要である。望まれるならば、粒子室の相反する端部に１つ または複数の入口および１つまたは複数の出口を配置することで、撹拌を強化で きる。 本発明の好ましい実施例によると、粒子は粒子室から反応室の中へ戻るように 再循環される。粒子は、粒子室の１つまたは数個の開口を通ってオーバーフロー することで再循環され得る。これらの開口は粒子室の１つの側壁に配置されるか 、幾つかの側壁に開口を配置することができる。粒子室内部での粒子の良好な撹 拌が望まれる場合は、ほとんどの場合、開口をバリヤ壁の入口開口から遠く離し て配置することが有利である。 これに替えて、粒子は、粒子室の側壁に上下に重ねて配置された狭いスロット 状開口のようなガスロックを通って再循環されることができる。粒子は、粒子室 と反応室との間に形成されたＬバルブ形式のガスロックを通ることによっても再 循環できる。この再循環は、ガスロック付近で微小粒子を流動化させることで制 御できる。粒子は、スクリューフィーダーのような機械手段で反応室の中へ再循 環されることも当然ながらできる。 伝熱の制御のため、すなわち粒子を粒子室の中へ移送するために燃焼装置内部 に導入される流動化空気は、燃焼室内部で２次空気として使用できる。粒子出口 開口または粒子入口開口は、粒子の流れに逆らってバリヤ壁を通ってガスが流れ ることを可能にする。 粒子室の内部へ向かう粒子の流れは不安定であり、ガスが粒子室から漏出する ことを防止できない。 循環式流動床反応炉では、流動床を構成する物質は排出ガスとともに排出され 、そのガスから粒子分離器にて分離される。その後、粒子は粒子入口を通して反 応室の中へ、通常は反応室の下側内部へ再循環される。本発明による粒子室を流 動床反応炉に使用する場合、外部循環される流動床構成物質はその全体が、また は一部が粒子室を通して反応室の中へ再導入される。外部循環される物質のため の入口は、したがって粒子室に備えられる。伝熱面が粒子室内部に配置されるよ うになされるならば、外部および内部を循環する物質の両方から熱が回収される 。 本発明の他の特徴および利点は、以下の図面の詳細な説明を参照することで、 また添付の請求の範囲から更に完全に認識されよう。 第１図は、本発明の第１の好ましい典型的な実施例により構成された循環式流 動床反応炉の概略的な垂直横断面図。 第２図および第３図は、本発明の他の典型的な実施例による循環式流動床反応 室の下部の概略的な拡大した横断面図。 第４図は、本発明の更に他の典型的な実施例による流動床反応室の下部の概略 的な斜視図。 第５図および第６図は、本発明の更に他の実施例による粒子室のバリヤ壁の概 略的な拡大図；および 第７図は、第６図のバリヤ壁の部分的に横断面とした斜視図。 第１図は反応室１２と、この反応室１２の中に流動化空気を導入するための格 子１５を備えた通常の送風ボックス１４と、通常の粒子分離器１６と、通常のガ ス出口１８と、固体粒子を反応室１２の中へ再循環させるための通常の戻しダク ト２０とを有する循環式流動床反応炉１０を示している。 本発明による粒子室２２は反応室１２の下部２４の中に配置されている。この 実施例によると、粒子室２２は戻しダクト２０を通して再循環される粒子のため の入口２６に連結されて備えられている。このようにして、煙道ガスに含まれて 反応装置１０から排出された比較的微小な物質は、粒子室２２の中に導入される 。再循環された粒子のために幾つかの入口があり、また粒子室２２はこの入口の 各 々に、またはただ１つの入口に、または入口のうちの幾つかに連結できる。 反応室１２の側壁に沿って流下する粒子は、粒子室２２の頂壁を形成するバリ ヤ壁３０によって付加的に捕らえられる。バリヤ壁３０の開口３２は、微小粒子 （矢印３４を参照）がそのバリヤ壁３０を通過できるようにする。大きな物体（ 矢印３６を参照）は粒子室２２の外面３７に沿って下方へ流動する。入口２６お よび開口３２に流入する粒子は、開口３８を通して反応室下部内へ再循環される 。 粒子を反応室の中へ再循環させる開口３８は、必要ならばガスロックを構成す ることができる。開口３８は、例えば上下に重ねて配置され、Ｌ形バルブを形成 している狭いスロットによって形成できる。 伝熱面４０は粒子室の内部に配置されている。伝熱面４０は、例えば蒸発面ま たは過熱面とされ得る。反応室１２の内部で内部循環される粒子から熱回収する ことにより、低負荷のもとでもかなりの熱量を発生させることが可能である。 第２図は本発明による他の実施例における反応室下部の拡大図を示している。 この実施例では、第１図の部材と対比できる部材は、同じ符号の頭に「１」を付 して示されている。この実施例によると、本発明の粒子室１２２は、循環される 微小固体粒子のための入口１２６を有する側壁１２８と反対側の側壁１２９に隣 接配置されている。粒子室１２２は傾斜した耐火材の内張り壁４１を有する反応 室の最下部内に配置されている。耐火材の傾斜した内張り壁４１の一部４２は、 微小物質室１２２の側壁を更に形成している。また、バリヤ壁１３０および粒子 室１２２の側壁１３７は、耐火材で内張りされることが好ましい。バリヤ壁１３ ０および側壁１３７は、反応室の底部１２４と粒子室１２２との間の隔壁を形成 している。 循環式の流動床反応炉で、稠密な粒子の流れが最下位置の側壁４１に沿って下 方へ移動し、かなりの量の粒子が粒子室１２２を通してリサイクルされる。伝熱 面１４０、例えば蒸発面は、粒子室１２２の内部に配置されることが好ましい。 伝熱は、粒子室１２２の中に開口している送風ボックス４６からの流動化空気の 流れを調整することで制御できる。また、開口１３８を通して反応室１１２の内 部へ粒子を与える再循環は、開口１３８の付近の送風ボックス１１４からの流動 化空気の流れを調整することで制御できる。 第３図は本発明の更に他の実施例を示している。この実施例では、第２図の部 材に対比できる部材は、同じ２桁の符号の頭に「２」を付して示されている。こ の実施例では、粒子室２２２は反応室２２４の下部の傾斜している耐火材を内張 りされた壁部材２４２の一部として、備えられている。所定の直径または幅を有 する入口開口２３２は、耐火材を内張りされた壁部材すなわち側壁部分２４２の 上部に備えられており、この上部はバリヤ壁２３０を形成している。粒子を反応 室の中へ再循環させるために、出口開口２３８が耐火材の内張りされた側壁２４ １の最下部分に備えられている。固体粒子は開口２３２を通って粒子室２２２の 中へ流入し、開口２３８を通って反応室の中へリサイクルされる。望まれるなら ば、ある量の粒子は粒子室２２２から出口４８を通って排出されることができる 。 第４図は本発明の更に他の実施例の斜視図を示している。この実施例では、第 ３図における部材に対比できる部材は、同じ２桁の符号の頭に「３」を付して示 されている。この実施例では、入口開口３３２および出口開口３３８は内部で物 質の良好な撹拌を行うために粒子室３２２の反対側の部分に形成されている。出 口開口３３８は、固体粒子が粒子室３２２から反応室３１２の中へ溢れるように する。粒子室３２２の中の粒子のレベルは、側壁３３７における出口開口３３８ の位置によって決まる。 第５図および第６図は、第４図の反応装置の壁部３３０の拡大図を示している 。第５図のバリヤ壁の穴５０、および第６図のスロット５２は、側壁３３７およ び粒子室３３２の頂壁３３０を覆う耐火層５６の括れ５４に形成されている。 粒子室３２２の壁は、チューブパネル、すなわちフィンに連結された水チュー ブまたは蒸発チューブで作ることができる。第５図および第６図に示された実施 例における括れ５４は、水チューブまたは蒸発チューブの間のフィンを露出する ように形成されている。開口５０またはスロット５２はフィンに形成される。 第６図に示された実施例で、バリヤ壁３３０は如何なる水平面も有さずに、リ ッジ状の傾斜面５７を括れの間に有する。したがって、バリヤ壁３３０上に流れ 落ちた全ての粒子は括れ５４の底部のスロット５２へ向けてガイドされる。粒子 は、スロットの横断面よりも格段に広い横断面積部分から集められる。粒子はス ロット５２の面積の少なくとも２倍の横断面積から集められる。リッジ５７は、 スロット５２の寸法および個数を増加する必要なく大きな面積部分から集めて分 別することを可能にする。 本発明の他の実施例で、粒子室（２２，１２２など）の頂壁（３０，１３０な ど）の部分もまた、粒子を開口またはスロットに向けてガイドするガイド壁を形 成する。 第７図は第６図のバリヤ壁３３０のリッジ状部材５７の部分的横断面図である 。リッジ状部材５７は耐火材６３で覆われたチューブプレートのＶ形部分６０， ６２で作られている。チューブプレートはフィン６６に連結されたチューブ６４ で作られている。チューブプレート部分は互いに平行に配置され、２つの隣接す るＶ形部分６０，６２の間にスロット５２を残している。 したがって、本発明によると、大きな粒子が伝熱面に接触することを避けて熱 回収を向上させる方法および装置の提供されたことが分かるであろう。 本発明は、現在最も実際的で好ましいと考えられている実施例に関して説明さ れてきたが、本発明は開示した実施例に限定されるべきでなく、逆に添付の請求 の範囲の精神および範囲に含まれる各種の変更構造および等価構造の網羅を意図 されることが理解されねばならない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．その内部を画成する側壁およびその底部に配置される格子を有する反応室 と、反応室上端に隣接した開口と、前記反応室の内部の固体粒子による流動床と を含み、該流動床が固体粒子の内部循環をさせるようにしている流動床反応炉に おいて、 （ａ）固体粒子の流動床において粒子室であって、所定寸法より小さい寸法の 固体粒子だけを流動床からバリヤ壁を通して前記粒子室内へ流入させることので きる開口を有する少なくとも１つのバリヤ壁を有する粒子室を設けることにより 、内部循環において固体粒子を分別し、 （ｂ）前記所定の粒径よりも大きい寸法を有する大きな物体を粒子室外部の反 応室内部で下方へ案内し、そして （ｃ）粒子の少なくとも一部を粒子室から反応室の中へ再循環させる、 諸段階を含む固体物質を循環する方法。 ２．請求項１に記載の方法であって、伝熱面が粒子室内部に設けられ、そして 段階（ｂ）が前記所定の寸法より大きい粒子が伝熱面に接触することを防止し、 さらに伝熱面により粒子室の中の粒子から熱回収する段階（ｄ）を包含する固体 物質を循環する方法。 ３．請求項２に記載の方法であって、段階（ａ）が粒子室の頂壁をバリヤ壁と して設けることにより実施される固体物質を循環する方法。 ４．請求項２に記載の方法であって、流動床内に粒子室を配置して、所定寸法 よりも小さい寸法の粒子だけが粒子室の１次垂直壁の開口を通って粒子室の中へ 流入できるようにすることにより、流動床の中で水平方向のモーメントを有する 固体粒子を分別することにより、段階（ｂ）が実施される固体物質を循環する方 法。 ５．請求項２に記載の方法であって、約３０ｍｍよりも小さい直径を有する実 質的に丸い固体粒子だけが粒子室の中に流入できるようにすることで、段階（ｂ ）が実施される固体物質を循環する方法。 ６．請求項２に記載の方法であって、約３０ｍｍよりも狭い幅を有する実質的 に楕円形の固体粒子だけが粒子室の中に流入できるようにすることで、段階（ｂ ）が実施される固体物質を循環する方法。 ７．請求項２に記載の方法であって、粒子室の壁に配置された開口を通してオ ーバーフローさせて粒子室から反応室の中へ固体粒子を再循環させることにより 、段階（ｃ）が実施される固体物質を循環する方法。 ８．請求項２に記載の方法であって、粒子室の壁に配置されたガスロックを通 して粒子室から反応室の中へ固体粒子を再循環させること、および流動化ガスの 流れを制御することにより、段階（ｃ）が実施される固体物質を循環する方法。 ９．請求項２に記載の方法であって、バリヤ壁の開口の全横断面区域よりも大 きい反応室の横断面区域から粒子を集めることで、段階（ａ）が更に実施される 固体物質を循環する方法。 10．請求項２に記載の方法であって、粒子室の一端において粒子室の中に粒子 を導入し、その反対側の端部から反応室の中へ粒子を再循環させて、粒子室内の 粒子が反応室の中へ再循環されるまでの適当な滞留時間および粒子の良好な撹拌 を与えるようにすることで、段階（ａ）〜（ｃ）が実施される固体物質を循環す る方法。 11．請求項１に記載の方法であって、この室が粒子の外部循環を有しており、 また外部循環される粒子を粒子室に通して反応室の中へ再導入する段階を更に包 含する固体物質を循環する方法。 12．請求項１に記載の方法であって、バリヤ壁の開口の全横断面区域よりも大 きな反応室の横断面区域から粒子を集めることで、段階（ａ）が更に実施される 固体物質を循環する方法。 13．流動床反応炉における固体粒子を循環する装置であって、 その内部を画成する側壁およびその底部に配置される格子を有する反応室と、 反応室上端に隣接したガス排出開口と、 前記反応室の内部に形成され、固体粒子が内部循環するようにされた固体粒子 の流動床と、 固体粒子の流動床の中に配置され、所定寸法より大きい寸法の固体粒子が反応 室から粒子室の中へ流入することを防止する開口を備えたバリヤ壁を有する粒子 室と、を包含し、 前記粒子室が前記粒子室から前記反応室の中へ粒子を循環させるための少なく とも１つの開口の備えた壁を更に含むことを特徴とする固体粒子の循環装置。 14．請求項１３に記載の装置であって、前記粒子室の中に配置された伝熱面 を更に含んでなる固体物質を循環する装置。 15．請求項１４に記載の装置であって、前記粒子室が前記反応室の底部に配置 され、前記反応室の側壁の一部が前記粒子室の側壁を形成している固体物質を循 環する装置。 16．請求項１４に記載の装置であって、粒子室が前記反応室の底部に配置され 、前記反応室の隔壁の一部が前記粒子室の側壁を形成している固体物質を循環す る装置。 17．請求項１４に記載の装置であって、前記バリヤ壁が前記粒子室の頂部に配 置されている固体物質を循環する装置。 18．請求項１４に記載の装置であって、前記バリヤ壁が前記粒子室の頂部に配 置され、実質的に水平である固体物質を循環する装置。 19．請求項１４に記載の装置であって、前記バリヤ壁が前記粒子室の頂部に配 置されるとともに、バリヤ壁に沿って大きな物体が容易に下方へ向けて流動する ように傾斜されている固体物質を循環する装置。 20．請求項１４に記載の装置であって、前記バリヤ壁の前記開口が３０ｍｍよ りも狭い幅を有するスロットである固体物質を循環する装置。 21．請求項１４に記載の装置であって、前記バリヤ壁の前記開口が約３０ｍｍ よりも小さい直径を有する穴である固体物質を循環する装置。 22．請求項１４に記載の装置であって、前記開口が前記バリヤ壁を覆う耐火内 張りの括れに形成されている固体物質を循環する装置。 23．請求項１３に記載の装置であって、前記バリヤ壁がフィンで結合された水 チューブで作られ、バリヤ壁の開口がフィンに形成されている固体物質を循環す る装置。 24．請求項１３に記載の装置であって、前記バリヤ壁がフィンで結合された水 チューブで作られていること、および２つの隣接する水チューブを離れる方向へ 曲げてスロットを形成することで、バリヤ壁の前記開口が形成される固体物質を 循環する装置。 25．請求項１３に記載の装置であって、外部循環される流動床の固体物質を粒 子室へ再循環させる入口を含む流動床の物質を外部循環させるための手段を更に 含んでいる固体物質を循環する装置。 26．請求項１３に記載の装置であって、前記開口が前記バリヤ壁を覆う耐火材 の内張りの括れに形成されている固体物質を循環する装置。