JPH09512094A - 炉過熱器および炉過熱器を備えた流動層反応装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は平らな表面を形成するように互いに対して配列された複数の筒要素を有し該筒要素が機械的に配列されている炉過熱器に関する。過熱器要素は好ましくは断面形状四角形であり、溝等と実質上類似形状を有する突出部等とにより互いに取り付けられている。

Description

【発明の詳細な説明】 炉過熱器および炉過熱器を備えた流動層反応装置 本発明は平らな表面を形成するように互いに載置され合った複数の筒要素を有 する炉過熱器に関する。 本発明はまた、反応器室と、該反応器室に接続された固形分分離器と、該固形 分分離器を該反応器室に接続する戻しダクトとから成る、炉過熱器を備えた循環 式流動層反応装置に関する。循環式流動層反応装置の炉に載置された蒸気過熱器 と蒸発器表面とがまた設けられている。 燃料、不活性流動媒体および/又は石灰岩のような固体材料は、反応装置の下 方部に配置されたガス供給手段を介して供給される気体により循環式流動層反応 装置内で流動化される。循環式流動層反応装置内での流動化速度は通常の条件下 では非常に速く流動層材料の実質的部分が気体に捕捉され反応装置から排出され る。特に気体に捕捉される固体材料の量が非常に高いので流動層の作用は固体材 料の循環（もしくは追加）なしでは維持されない。 循環式流動層反応装置において、相当量の固体材料が反応装置からその上部を 経て気体と共に排出される。絶対的な材料の流れは反応装置内で半径方向および 軸方向に変化し、下向きの流れは外側壁付近で最大になる。粒子濃度が反応装置 室の下部に向かって増加する時、外側壁に沿った粒子堆積が下方向に増大する。 粒子の流れ方向がわずかに変更してさえも浸蝕の原因となる。こうして、循環式 流動層反応装置は種々の構造に対して非常に過酷な条件を課している。 流動層反応装置の浸蝕の問題の故に、これまで互いに接続さ れた時平らな外表面を形成する筒要素を使用することが提案されてきた。この種 の構造を、例えば循環式流動層の技術に基づいて発電所のボイラー内の炉過熱器 内で、使用し、そのことにより過熱器を流動層反応装置の炉に直接配置すること ができる。このような筒要素は溶接によって互いに取り付けられる。しかるに、 溶接は、予備加熱作業、予備溶接作業、筒体の２つの側面上で筒の方向における 溶接作業、応力による変形の修正作業、検査等と一連の時間のかかる作業ステッ プを常に含んでいる。この溶接方法により形成される過熱器パネルはほとんど改 変できない程に組み立てられて１つの構造体要素を形成する。溶接は両側面につ いてなされ、しかる後両表面をできるだけ平滑な表面となるように機械加工する 。このことは推奨されるが、それは、流動層反応装置内の条件は、該反応装置の 上部においてさえも非常に浸蝕性でありそうしないと十分な信頼性が保証され得 ないからである。 平行な円形筒体から過熱器を形成することが米国特許５、０１２、７６７に開 示されている。そこでは隣り合う筒体は２つのスリーブ組み合わせにより互いに 取り付けられている。これら筒体はスリーブ内に配置され、スリーブは互いに溶 接されている。この円形の、スリーブ様配列体は非常に浸蝕し易く、取り付いて いるスリーブはまた相当にかつ容易に浸蝕する不連続点を形成している。同特許 はまた筒体を互いに接続するために筒体間に別個の取付手段を溶接することの可 能性を開示している。この配列であってさえも、非常に浸蝕し易い熱変換器を提 供するものであり、この種の配列はまた筒体間の距離を増加させ、しかして同じ スペース内により少ない平行な筒体が取り付けられうることになる。 本発明の目的は、炉過熱器筒体の製造に関連して溶接の必要をなくすかもしく は最小にし、そのことによりパネル構造体の製造時間を有意に減少することにあ る。同時に、予備加熱、予備溶接、筒体の両側面上筒方向における溶接、応力に より生じる変形の平準化および溶接の検査のような溶接作業工程をなくすかもし くは最小にする。 本発明のもう１つの目的は、また炉過熱器が平らな表面として形成され非常に 簡単な方法で一般的条件に対応するようにした循環式流動層反応装置を提供する ことにもある。 さらに、本発明の目的は、炉過熱器が耐磨耗構造として形成されている循環式 流動層反応装置を提供することである。 本発明の目的はまた、既知の技術の不利な点を除去するかもしくは減少し、そ して完全に新規な構造体を提供することにもある。本発明は炉過熱器が実質上溶 接なしで形成されるという考えに基づいている。 より正確には、本発明による炉過熱器の特徴は主として筒要素が互いに機械的 に接続されているということにある。 また、炉過熱器を備え、反応室と、該反応室に接続された固形分分離器と、固 形分分離器を該反応室に接続している戻しダクトと、蒸発器表面と、循環式流動 層反応装置の炉に配置された蒸気過熱器とから成る、本発明による循環式流動層 反応装置の特徴は、主として前記過熱器が互いに機械的に取り付けられた複数の 過熱器筒要素で形成された平らな筒体パネルから成るということである。 本発明の第１実施例によれば、循環式流動反応装置に特に適している炉過熱器 は、各々が断面四角形状であり互いに溝等により取り付けられている過熱器筒体 で形成される。ここで、 「四角形状」とは、少なくとも２つの実質的に平行な側面を有する形状を意味し 、これらは少なくとも部分的に互いの上にある。本発明による炉過熱器は炉過熱 筒体自身にその接触表面に形成された連結溝等の手段により互いに取り付けられ た複数の別々の加熱器筒体により形成される。 本発明によれば、連結溝等は機械加工により形成することができ、又は接触表 面はフライス加工によっても形成することができる。連結溝等は多くの方法によ り実現できる。しかしながら、筒要素の互いに相対的な運動の自由度は合理的な 程度になくされることが好ましい。 好個の実施例によれば、結合部は一方の筒要素にリセス、連結溝等、そして他 方の筒要素に突出部を形成し、これらは嵌まり合う時、機械的な結合部を形成す る。 過熱器要素は好ましくは断面四角形状であり、実質的に類似の形状を有する溝 等と突出部等とにより互いに取付けられる。突出部等とは溝を備えた筒要素の隣 りに配置された筒要素に固定的もしくは可動に取付けられた要素を言い、該突出 部は該溝の形を有している。 本発明によれば、筒要素は流路を形成する好ましくは丸いダクトから成り、該 流路の表面からある距離内において筒要素の外側表面が２つの実質上平行な平ら な表面と前記平行かつ平らな表面に実質上直角な２つの接触表面とで形成される よう筒体材料によって限定されている。接合溝等および/または突出部等は断面 輪郭形状が実質上類似しており、前記接触表面上に形成されている。 筒要素内の接合溝等と突出部等の断面は好ましくは、平行四辺形、半平行四辺 形であり、又は円形、半球状、三角形状もし くはそれらの組み合わせとすることができる。望むなら、本発明の目的を達成す る他のいくつかの形状を採用することもできる。筒要素の接合溝等は、好ましく は突出部等と同じ大きさもしくはより大きな断面とすることができる。 本発明によれば、先行技術よりも有意な効果を達成できる。本発明は炉過熱器 の筒方向における溶接の必要性をなくすか又は減らす。パネル構造体の製造に必 要とされる時間は相当に減少し、そのことによりまた製造工程を通してパネル構 造体に対して必要とされる時間が減少される。予備加熱、予備溶接、筒体方向に おける両側面での溶接、応力により生じる変形の平滑化および溶接の検査のよう な溶接作業工程は本発明による装置に取って代わられる。 以下に、添付の図面を参照して本発明の実施例についてより詳細に説明する。 第１図は本発明による炉過熱器を備えた循環式流動層反応装置の実施例を模式 的に例示しており、 第２図は第１図の炉過熱器の好ましい実施の形態を模式的に例示しており； 第３図は第１図の炉過熱器の第２の実施の形態を模式的に例示しており、 第４−６図は本発明による炉過熱器の異なった断面輪郭形状を模式的に例示し ており、そして第７図は第１図の炉過熱器を形成するために本発明によるさらに 別の実施の形態を模式的に例示している。 第１図は反応室４，熱ガス分離器６および戻しダクト８の組合わせ体から成る 循環式流動層反応装置を例示しており、該反応装置内へ流動化ガスは反応室４の 低部もしくはどこか他の部 分（図示なし）に導管１０を介して導入される。燃料のような固体材料は１本の 導管１２を介してもしくは多数本の導管（図示なし）を介して供給される。生成 ガスは熱ガス分離器から導管１４を介して排出される。発熱プロセスは反応室内 で維持される。この熱は蒸発器筒体で形成された反応室壁１６を介して、たとえ ば、蒸発するボイラー水に回収される。蒸発すべき水はシリンダ１８から筒体２ ０を介して蒸発器筒体に導入され、そして蒸気/水混合物は導管２２を介して、 たとえば、シリンダに戻る。ここで説明されている循環サイクルは多くの一般化 および単純化がなされており、実際にはこのようなサイクルは他の要素を種々含 んでいる。また、熱ガス発生装置は好ましくは蒸発器もしくは他の熱交換表面が 形成されている。循環サイクルは、本発明によれば、自然循環もしくは強制循環 式であり、本発明はこれら両タイプの装置に適用できる。炉過熱器２４は反応室 の上部に設けられており、蒸気は手段２６を介して炉過熱器２４に供給される。 蒸気は過熱器からチャンネル２８を介してタービン３０に導かれ、そしてそこか らさらにチャンネル３２を経てシリンダに戻される。この循環サイクルもまた非 常に単純化されている。 反応室４の上部における炉過熱器２４は反応装置の固体−気体−サスペンショ ンにより解放される熱を利用することにより蒸気を過熱するべく設けられている 。過熱器２４は循環式流動層反応装置内に、好ましくは反応室の対向壁の外側で 両端に延びるように装置されている。こうして、一方で、過熱器は、両端で反応 室にしっかりと確実に支持されている。他方で、反応壁間の比較的長い距離はパ ネルにある要件を課すことになる。実際上、支持が貧弱であると構造体は容易に 振動し始め、ある いは起りうる熱膨張により曲がりうる。換言すれば、過熱器パネルは頑強でなけ ればならない。これは、本発明によれば筒要素を長手方向に互いに機械的接合部 材によって支持することにより配置される。この種の機械的結合部材は本発明に よれば隣接する筒要素間の全面に相互結合する輪郭形状とされた表面を設け、互 いに向い合う接触面が互いに嵌まり合い、そして前記接触面はまた十分な程度に 要素間の相対運動を防止する。過熱器の端部には導管３４が設けてあって蒸気流 を所望の方法で加熱器の別々の筒要素間に制御および/又は分割する。炉過熱器 は本発明によれば筒要素を機械的に互いに接合することにより形成され、したが って、筒方向に溶接を必要としない。本発明により形成された筒体パネルは、し かしながら、導管３４に、好ましくはこれら導管に筒体パネルを溶接することに より、しっかり連結され、その結果蒸気製造によりセットされる要求が満足され る。 循環式流動層反応装置内の条件は非常に浸蝕的であり、比較的高温（たとえば 、６００−１２００℃）と相まって固体粒子が気体中に浮遊状態にある。このよ うな条件の下で、表面は、とくに不連続になった点で極めて容易に浸蝕する。そ れ故、本発明によれば炉過熱器は好ましくは１つが他の１つの上に配置された筒 体パネルで形成され、それはまた互いに接合された複数の筒要素３６で形成され 、そして筒要素の表面は本発明により炉過熱器を形成する方法により実質上平ら に配列される。 第１図は燃料燃焼用に配列された循環式流動層反応装置を例示している。本発 明による炉過熱器は、必要であれば、他の種の炉にも使用でき、たとえばいわゆ る微粉砕燃料ボイラにおいてさえも使用できる。本発明による炉過熱器の最良の 特徴は、 過熱器が固体材料を含んでいる気体混合物により取巻かれた条件において特に明 らかとなる。こうして、循環式流動層反応装置はまた、たとえば、火格子焼却炉 において、熱ガス冷却器として作用し、そのことにより主として火格子配列体は 上述のものから逸脱する。本発明による炉過熱器は、第１図では炉の上部に配置 されているけれども、異なった高さで炉に位置決めすることができる。 第２図は本発明による炉過熱器筒体パネルの配列体を例示している。第２図は 接合溝３６４により互いに連結された２つの筒要素３６２，３６６を示しており 、その１つの筒要素にはリセス３６８が形成されておりもう１つの筒要素には突 出部３７０が形成されている。突出部とリセスとで共に接合部材を形成し、該接 合部材は十分な程度に筒要素を互いに結合して過熱器パネルを頑丈にする。突出 部もしくはリセスは筒要素に設けられ、その結果各要素は一方の端部にリセスを 他方の端部に突出部を含んでいる。これとは別に、２種類の筒体とし、交互に突 出部を備えた筒体とリセスを備えたものとすることもでき、その場合同量の両タ イプの筒体が筒体パネルを形成するのに必要となる。最初に述べた例では筒要素 は一種類のみが必要であるので、この例が有利である。過熱すべき蒸気用の流れ チャンネル３７２は筒要素内に配置される。該筒要素は本発明によれば２つの実 質的に平行でかつ平らな表面３７４，３７６を含んでおり、これらはダクトもし くは流れチャンネル３７２および両表面と該チャンネル３７２との間に十分な材 料とが両表面間の領域３７８に存在するように決定される距離だけ離隔配置され る。筒要素は、隣りの要素内の接合溝等に結合される接触表面に端部３８０，３ ８２を備えた主として四角形の断面形状をし ている。表面３７４と３７６とはリセスと突出部とを備えた接触表面および十分 な長さの材料層を得るに十分なだけ延びている。 第４−６図は筒要素の接合部のために必要とされる接触表面を形成する別の方 法を例示している。第４図において突出部とリセスとは１つの直角端面４１と１ つの傾斜端面４３とを有している。第５図において、複数個の突出部とリセスと がほぼ円形状面として形成されており、一方第６図において突出部とリセスとは 三角形状になっている。 炉過熱器の筒要素を接合することについての第７図に示された方法は非常に有 利である。２つの隣接する筒要素７０の向かい合う接触側にはともにリセス７２ が設けてあり、隣り合って配置された時筒要素７０は筒体間にスペース７４を形 成する。筒体は該スペース７４の形状をした棒部材等７６を嵌めることにより互 いに接合される。この棒部材７６は突出部等に対応しているが、筒体に固定的に 結合されているものではない。この棒部材等は筒体の一端から他端に延びている が、この接合部材を数個の短い片とし、スペース７４の特定の位置に配置するよ うにしても良い。 棒部材等の形状は筒要素の運動、少なくとも要素が互いに離れる運動を実質的 に阻止するように選択することが好ましい。第７図に示す装置によっては、好適 な道具を用いて両側から棒部材すなわち要素７６を取り外すことにより筒体パネ ルから１つの筒要素を外すことが可能である。このことは、筒体を別の筒体に取 り替えることにより炉過熱器の修理を非常に簡単かつ迅速に実現できるので、特 に循環式流動層反応装置の関連では大変有利な特徴である。 添付第１図では大気条件で運転される循環式流動層反応装置を例示しているが 、本発明による炉過熱器は、大気圧により高圧たとえば２−５０バールで運転さ れる燃焼室に特に適している。 添付の図面にはいくつかの実施例が例示されているが、当業者に自明の全ゆる 変形例が特許請求の範囲により規定される発明の範囲内にあることは明らかであ る。

【手続補正書】 【提出日】１９９７年４月２８日 【補正内容】 請求の範囲 １．互いに接合された複数の筒要素（３６）を備えた炉過熱器において、該筒 要素は少なくとも２つの実質的に平行な平らな側面を有する断面を有しており、 そして該筒要素によって形成された表面は平らであることを特徴とする炉過熱器 （２４）。 ２．過熱器筒要素は断面輪郭形状が実質的に四角形であり、かつそれら炉過熱 器要素は溝等と該溝の断面形状に類似の突出部等により互いに接合されているこ とを特徴とする請求の範囲１に記載の炉過熱器。 ３．１つの筒要素が流れチャンネルを形成する好ましくは円形のダクト（３７ ２）を含み、該ダクトは筒体材料（３７８）により筒要素の外面が該流れチャン ネルの表面からある距離内の２つの平行かつ平らな表面（３７４、３７６）と前 記平行かつ平らな表面に直角な２つの接触表面（３８０、３８２）とで形成され 、該接触表面には溝等と/又は該溝等の断面形状に実質的類似の突出部等が設け てあることを特徴とする請求の範囲１に記載の炉過熱器。 ４．筒要素の一側面には溝等が設けてあり、他側面には固定した突出部等が設 けてあることを特徴とする請求の範囲２または３に記載の炉過熱器。 ５．筒要素の溝等と突出部等との断面はその形状または組み合わせ状態におい て平行四辺形、半平行四辺形、円形、半円形もしくは三角形又はその組み合わせ であることを特徴とする請求の範囲２または３に記載の炉過熱器。 ６．溝等は突出部等より大きいかもしくは等しい断面領域を有することを特徴 とする請求の範囲２または３に記載の炉過熱器。 ７．過熱器要素を形成する平らなパネルが循環式流動層反応装置の炉に少なく とも部分的に配列されていることを特徴とする請求の範囲１に記載の炉過熱器。 ８．隣接する筒要素の対向する接触面にはリセスが設けてあり、該筒要素は隣 接して配置される時筒体間にスペース７４を形成し、該筒体は前記スペース７４ 内に実質上その形に倣った棒部材等を配列することにより互いに取り付けられる ことを特徴とする請求の範囲１に記載の炉過熱器。 ９．炉過熱器を備え、反応室と、該反応室に取り付けられた固形分分離器と、 固形分分離器を該反応室に接続する戻しダクトと、蒸発器表面と循環式流動層反 応装置の炉に設けられた蒸気過熱器とから成る循環式流動層反応装置において、 過熱器は互いに機械的に接合された複数の過熱器筒要素から形成された平らな筒 体パネルから成ることを特徴とする循環式流 動層反応装置。 １０．反応装置の過熱器における過熱器筒要素は実質的四角形の断面であり、そ してこれら過熱器筒要素溝等と該溝等の断面形状に実質的に類似の突出部等によ り互いに接合されていることを特徴とする請求の範囲９に記載の循環式流動層反 応装置。 １１．反応装置における過熱器の筒要素は流れチャンネルを形成する好ましくは 円形のダクトから成り、該ダクトは筒要素の外側面が該流れチャンネルの表面か らある距離内の２つの実質上平行かつ平らな面と前記平行かつ平らな面に直角な ２つの接触面とにより形成されるように筒体材料により画成されており、該接触 面には溝等および/または該溝等の断面形状に実質的に類似の突出部等が設けら れていることを特徴とする請求の範囲９に記載の循環式流動層反応装置。 １２．該筒要素の１つの接触面には溝等が設けてあり、他の接触面には突出部等 が設けてあることを特徴とする請求の範囲１０または１１に記載の循環式流動層 反応装置。 １３．筒要素の溝等と突出部等との断面は平行四辺形、半平行四辺形もしくは円 形、半円形もしくは三角形又はそれらの組み合わせである請求の範囲１０または １１に記載の循環式流動層反応装置。 １４．溝等は突出部等よりも大きいかまたは等しい断面領域を有する請求の範囲 １０または１１に記載の循環式流動層反応装置。 １５．隣接し合う筒要素の対向する接触側面にはリヤスが設けてあり、これら筒 要素は隣接状態の時筒体間にスペース７４を形成し、しかして該筒体は前記スペ ースの形状に実質上倣う形状の棒部材等を該スペース７４内に挿入することによ り互いに取り付けられることを特徴とする請求の範囲９に記載の循環式流動層反 応装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．平らな表面を形成するように互いに載置された複数の筒要素（３６）を備 え、該筒要素が互いに機械的に接合されていることを特徴とする炉過熱器（２４ ）。 ２．過熱器筒要素は断面輪郭形状が実質的に四角形であり、かつそれら炉過熱 器要素は溝等と該溝の断面形状に類似の突出部等により互いに接合されているこ とを特徴とする請求の範囲１に記載の炉過熱器。 ３．１つの筒要素が流れチャンネルを形成する好ましくは円形のダクト（３７ ２）を含み、該ダクトは筒体材料（３７８）により筒要素の外面が該流れチャン ネルの表面からある距離内の２つの平行かつ平らな表面（３７４、３７６）と前 記平行かつ平らな表面に直角な２つの接触表面（３８０、３８２）とで形成され 、該接触表面には溝等と/又は該溝等の断面形状に実質的類似の突出部等が設け てあることを特徴とする請求の範囲１に記載の炉過熱器。 ４．筒要素の一側面には溝等が設けてあり、他側面には固定した突出部等が設 けてあることを特徴とする請求の範囲２または３に記載の炉過熱器。 ５．筒要素の溝等と突出部等との断面はその形状または組み合わせ状態におい て平行四辺形、半平行四辺形、円形、半円形もしくは三角形又はその組み合わせ であることを特徴とする請求の範囲２または３に記載の炉過熱器。 ６．溝等は突出部等より大きいかもしくは等しい断面領域を有することを特徴 とする請求の範囲２または３に記載の炉過熱器。 ７．過熱器要素を形成する平らなパネルが循環式流動層反応装置の炉に少なく とも部分的に配列されていることを特徴とする請求の範囲１に記載の炉過熱器。 ８．隣接する筒要素の対向する接触面にはリセスが設けてあり、該筒要素は隣 接して配置される時筒体間にスペース７４を形成し、該筒体は前記スペース７４ 内に実質上その形に倣った棒部材等を配列することにより互いに取り付けられる ことを特徴とする請求の範囲１に記載の炉過熱器。 ９．炉過熱器を備え、反応室と、該反応室に取り付けられた固形分分離器と、 固形分分離器を該反応室に接続する戻しダクトと、蒸発器表面と循環式流動層反 応装置の炉に設けられた蒸気過熱器とから成る循環式流動層反応装置において、 過熱器は互いに機械的に接合された複数の過熱器筒要素から形成された平らな筒 体パネルから成ることを特徴とする循環式流動層反応装置。 １０．反応装置の過熱器における過熱器筒要素は実質的四角形の断面であり、 そしてこれら過熱器筒要素溝等と該溝等の断面形状に実質的に類似の突出部等に より互いに接合されていることを特徴とする請求の範囲９に記載の循環式流動層 反応装置。 １１．反応装置における過熱器の筒要素は流れチャンネルを形成する好ましく は円形のダクトから成り、該ダクトは筒要素の外側面が該流れチャンネルの表面 からある距離内の２つの実質上平行かつ平らな面と前記平行かつ平らな面に直角 な２つの接触面とにより形成されるように筒体材料により画成されており、該接 触面には溝等および/または該溝等の断面形状に実質的に類似の突出部等が設け られていることを特徴とする請求の範囲９に記載の循環式流動層反応装置。 １２．該筒要素の１つの接触面には溝等が設けてあり、他の接触面には突出部 等が設けてあることを特徴とする請求の範囲１０または１１に記載の循環式流動 層反応装置。 １３．筒要素の溝等と突出部等との断面は平行四辺形、半平行四辺形もしくは 円形、半円形もしくは三角形又はそれらの組み合わせである請求の範囲１０また は１１に記載の循環式流動層反応装置。 １４．溝等は突出部等よりも大きいかまたは等しい断面領域を有する請求の範 囲１０または１１に記載の循環式流動層反応装置。 １５．隣接し合う筒要素の対向する接触側面にはリセスが設けてあり、これら 筒要素は隣接状態の時筒体間にスペース７４を形成し、しかして該筒体は前記ス ペースの形状に実質上倣う形状の棒部材等を該スペース７４内に挿入することに より互いに取り付けられることを特徴とする請求の範囲９に記載の循環式流動層 反応装置。