JPH10510751A

JPH10510751A - 化石燃料の燃焼又はガス化により生じた煙道ガスからの粒子の分離

Info

Publication number: JPH10510751A
Application number: JP8518798A
Authority: JP
Inventors: ヤン，ウェン−チン; ニュービィ，リチャード，エー; リッパート，トーマス，イー
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1994-12-15
Filing date: 1995-11-03
Publication date: 1998-10-20
Also published as: US5653181A; DE69526968D1; WO1996018450A1; EP0797475A1; CN1173142A; CA2207632A1; DE69526968T2; EP0797475B1

Abstract

(57)【要約】化石燃料の燃焼又はガス化から生じるガスは、フライアッシュ及び他の粒子を含有している。フライアッシュは、複数のスタンドレッグ（81）型移動粒床式フィルタモジュール（31）中でガスから分離される。各モジュールは浸漬レッグ（77）を含み、この浸漬レッグを通って濾過材（85）がスタンドレッグ内へ流れる。濾過材は、スタンドレッグ（81）の入口のところに設けられた切頭円錐形部材（83）内に位置する第１の切頭円錐形表面（97）を備えた上方塊状体と、濾過材がスタンドレッグを通過した後に第１の切頭円錐形表面よりも実質的に大きな面積の第２の切頭円錐形表面（101）を備えた下方塊状体とを有する第１の濾過床（95）を形成する。第２の濾過材床（110）を第１の濾過材床の上に形成するのが良い。ガスは、第１の表面上でモジュール内に接線方向に送り込む。フライアッシュは、第１の切頭円錐形表面上及び床塊状体内に捕捉される。プロセスガスは、第２の切頭円錐形表面を通り、次にもし存在していれば、第２の濾過材床を通って流れ出る。捕捉されたフライアッシュを床濾過材から除去して、これを移動粒床式フィルタに再循環させる。変形例として、床濾過材を燃焼から生じたアッシュで構成しても良く、アッシュをペレット化して凝集塊を形成する。アッシュは、一度だけ床を通って流れ、再循環されない。

Description

【発明の詳細な説明】化石燃料の燃焼又はガス化により生じた煙道ガスからの粒子の分離関連出願の説明本出願は、１９９１年８月２６日出願の米国特許第０７／７４９，７８２号（現在では放棄されている）の継続出願である１９９３年８月１７日出願の米国特許出願第０８／１０８，１５５号（この出願内容を本明細書の一部を形成するものとして引用する）の一部継続出願である。政府契約に関する説明本発明の開発にあたっては、米国エネルギ省との契約書ＤＥ−ＡＣ２１−９１ＭＣ２７２５９に基づく部分的な援助を受けた。したがって、米国政府は、本発明に関する権利のうち一部を共有する場合がある。発明の背景本発明は、主として公共の消費のための発電並びに石炭のガス化及び燃焼で生じた高温高圧（ＨＴＨＰ）ガスからの粒子の分離に関する。特に、本発明は、濾過容器内に移動粒床式フィルタ（以下、「ＭＧＢＦ」ともいう）を形成することにより行われるかかる分離に関し、濾過容器は、これを通過したガスからの粒子の最適除去を行うよう設計されたスタンドレッグを有する。ＭＧＢＦの移動に起因して清浄ガスの流れ中へ再同伴されることが知られている相当な量の粒子を除去するために第２の濾過手段（これ又、移動粒床の形態をなす）がＭＧＢＦの頂面上で行われる場合がある。本発明の適用可能な対象である発電所の代表例は、加圧流動床燃焼システム（ＰＦＢＣ）、一体型石炭ガス化複合サイクル方式システム（ＩＧＣＣ）及び直接式石炭燃料型タービン（ＤＣＦＴ）である。しかしながら、本発明は、発電以外の目的又はＰＦＢＣ、ＩＧＣＣ又はＤＣＦＴ以外のシステムでの使用に適合可能であることは理解されるべきである。公知の移動粒床式フィルタは通常、濾過材としてグラニュール又は粒体で構成されている。かかる公知のグラニュールは密に詰め込まれ、ガス中の粒子の流速の約４０〜１００倍の速度で塊状体をなして移動する。従来技術の教示によれば、床の濾過材は通常、濾過操作が行われる温度では化学的に安定なアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）又は他の化合物から成るグラニュールである。しかしながら、アルミナグラニュール等は、コスト高であり、手頃なコストで動作させるためには、グラニュールを粒床に再循環させる必要がある。この必要性により、設計が複雑になると共にプラントが不当なほど大きくなり、しかも堅実で信頼性の高い動作が得られなくなる。加えて、再循環させるための要求を満たすには、粒床濾過材の洗浄、グラニュールを戻すリフト管の摩耗、グラニュールの劣化、リフトガスの再圧縮、温度及び圧力の低下並びに圧力均衡により生じる複雑さに対する要件が伴う。代表的な移動粒床式フィルタは、グラニュールの流れが下向きに、ガスの流れが上向きになるようにして構成されている。フィルタを通るガス流速は、グラニュールが上向きのガスの流れのために流動化しないレベルに制限される。代表的な移動粒床式フィルタは直径が大きく、フィルタを通る許容可能なグラニュール及びガスの流れを生じさせるためには、グラニュールを頂面に均一に分配するための複雑な機器が必要になる。かくして、高信頼度で且つ費用効果の良好な手法でガスから粒子のうち相当多くの部分を除去する改良型濾過システムが要望されている。本発明は、この要望を満たすシステムを提供する。発明の概要本発明によれば、グラニュールをフィルタに高信頼度で分配し、ガス中の粒子の流れの約１０〜４０倍の小さな塊状体速度で動作できる移動粒床式フィルタの機械的な改良構成が提供される。グラニュールを従来型空気圧システムを用いて再縦貫させることができ、或いはプロセスからのアッシュをペレット化して移動粒床式フィルタの濾過材として使用できる。ガスを一つ又は複数の移動粒床式フィルタを通して濾過する手法でガスから粒子を分離する方法が提供される。一構成例では、濾過材は、化石燃料の燃焼から、或いはガス化からのアッシュをペレット化し又は凝集させたものから成る。アッシュは膨張可能なので、再循環の必要はなく、即ち、濾過材を一度だけ床に通す。かくして、濾過材の再循環に関する複雑さ及び問題が解決される。加うるに、アッシュはペレット化されるので、取扱いに関するダストの問題が緩和され、アッシュが約２５％減容され、溶脱に対する抵抗性が向上する。さらに、各モジュールの濾過容器内のスタンドレッグ設計は、ガスからの粒子の最適除去を可能にする。もし非常に高い効率が必要とされる場合、ＭＧＢＦの移動に起因して清浄ガス流中に再同伴される粒子の相当多くの量を除去するために第２段濾過床を移動床の上に形成した状態で付加するのが良い。アッシュは一般に、燃焼器又はガス化装置の底部から取り出される。加うるに、ガスは、エネルギ変換装置に至る途中で、一又は二以上のサイクロンを通り、サイクロンは粒子、例えばフライアッシュを分離除去する。本発明の実施にあたり、燃焼器又はガス化装置の底部からのアッシュ及び一又は複数のサイクロンからのアッシュを好ましくは一緒にしてＭＧＢＦ用の濾過材として用いる。アッシュをペレット化して大きな凝集塊の状態にし、次に各移動粒床式フィルタモジュール内へ導入する。本発明ではペレット化することが好ましい。というのは、もし床が小さな粒子で構成されていれば、処理ガスが粒子を同伴するからである。変形例として、床濾過材を特注のアルミナグラニュールから作っても良い。ガスを効率的に処理して粒子を分離するために、各モジュールは、浸漬レッグ及びスタンドレッグを備えた本発明による容器を含む。床濾過材は浸漬レッグを通ってスタンドレッグに送り込まれる。浸漬レッグは濾過材を、スタンドレッグの濾過材入口の上流側端部から、或いはその近傍に延びる切頭円錐形表面を有する塊状体上に放出する。浸漬レッグは、濾過容器内に受け入れられてスタンドレッグを通過するガスの逆流を抑制するのに十分な長さのものである。床濾過材がスタンドレッグから流出しているときに、これら床濾過材は又、切頭円錐形表面を備えた塊状体として堆積する。汚染ガスをスタンドレッグに通すと、ガス中の粒子は主として、スタンドレッグ入口のところに形成された塊状体の上方切頭円錐形表面の近くに堆積し、清浄なガスは、スタンドレッグの出口のところに形成された塊状体の下方切頭円錐形表面を通って流出する。スタンドレッグの出口の下に位置する塊状体の下方切頭円錐形表面は、スタンドレッグ入口のところの塊状体の上方切頭円錐形表面よりも実質的に大きな面積のものであり、清浄又は処理ガスの排出のための広い面積を提供する。粒子の除去を向上させるためには、第２濾過段としての濾過材塊状体を、間欠的又は連続的な濾過材の流れ方式で、スタンドレッグ出口の近くに形成された移動床濾過材から成る塊状体の下方切頭円錐形表面の頂部上に設けるのが良い。本発明の実施にあたり、移動粒床式フィルタモジュールを間欠的に動作させても良く、又は連続的に動作させても良い。もし濾過材を連続的に取り出せば、床から汚染堆積物を除く必要がない。床は密に詰まっていて、空隙率は５０％以下である。粒子は床を形成するペレットの表面上に捕捉される。ガスの供給が続いているとき、ケークが床表面上に堆積する。連続動作方式では、ケークは移動床中で徐々に運び去られる。不連続動作方式では、ホッパ（又は容器）の出口のところに弁が設けられる。弁は常態では閉じられるが、床のペレット上に付着したダストによって生じる圧力降下の増大に応答して開く。本発明によるスタンドレッグ式ＭＧＢＦの効果の判定を目的とする常温流れ模擬試験だけでなく、加圧流動床燃焼をシミュレートする諸条件で行った高温高圧試験においても、９９.９％以上の除去効率が達成された。図面の簡単な説明構成と使用方法の両方、更に本発明の追加の目的及び利点に関して本発明の一層の理解のため、添付の図面と関連して以下の説明を参照されたい。図１は、本発明の実施形態を示すと共に本発明の方法の実施を説明するブロック図である。図２は、本発明の移動粒床式フィルタを形成し、本発明の方法の実施に用いられるモジュールの部分縦断面側面図である。図３は、図２と類似した図であるが、移動粒床式フィルタを示す図である。図３ａは、スタンドレッグ出口の付近の、図２に示すモジュールの一部の詳細図である。図４は、加圧流動床燃焼への本発明の適用例を示す概略側面図である。図５は、本発明による濾過容器の種々の形態を示す略図である。好ましい実施の形態の詳細な説明図面に示す発電装置１１では、主エネルギ源は反応器１３であり、通常は化石燃料の加圧流動床燃焼（ＰＦＢＣ）により生じたガスが反応器１３から出てくる。反応器１３はガスを発生させるための任意の源を代表するものであり、実際には、燃焼装置又は石炭ガス化装置である。反応器１３で生じた熱は又、蒸気ライン１５の使用により蒸気タービンを駆動するための蒸気を発生させるのに役立つ。破砕した石炭、微粉砕したドロマイト及び空気をそれぞれ導管１７，１９，２１により反応器１３に供給する。ドロマイトは流動床２３を形成し、石炭から硫黄酸化物、少なくともその一部を除去するという付加的な目的を果たす。反応器１３は典型例では、温度１５５０°Ｆ（８４３℃）、１０気圧（１０３，３３０ kg／ｍ²）の圧力で動作する。燃焼で生じたアッシュは、反応器１３の底部に堆積する。反応器の典型的な使用法では、ガスは導管２５によりサイクロン２７に導かれ、サイクロン２７はフライアッシュのうちかなりの部分を除去する。サイクロン２７から、ガスは導管２９により、クラスタ３３（２つが図４に示されている）の状態に並べられた移動粒子床式フィルタモジュール３１（一つが図２及び図３に示されている）に供給される。サイクロン２７から取り出されたアッシュは、反応器１３の底部に堆積しているアッシュと一緒にされ、ペレット化の後は各モジュール３１内の粒床８５（図３）として役立つ。本明細書では、ＭＧＢＦの濾過材に関し、「アッシュ」という用語は、反応器１３（図１）又は化石燃料の燃焼が行われる他の同様な装置の底部に堆積したアッシュ、更に、サイクロン２７又は同様な装置から燃焼過程に取り出されたＭＧＢＦの濾過材の一部をなすアッシュ（もしあれば）を含むものとする。サイクロン２７及び反応器１３の底部からのアッシュは、導管３７，３９によりペレタイザ４１内に送り込まれ、ペレタイザ４１は従来法によりアッシュの小粒子を大きなペレットに変える。圧縮状態のアッシュペレットは、全体的に球形又は円筒形であり、典型的には約１／４インチ〜１／２インチ（０.６〜１.３cm ）の直径を有するのが良い。本発明の実施にあたり、ペレット化を大気圧下で実施することが必要である。この目的達成のため、反応器１３の底部からのアッシュ及びサイクロン２７からのアッシュを、導管３７，３９によりロックホッパ４３（想像線で示されている）を介しペレタイザ４１に供給する。結合剤、例えば石灰と水又は種々の粘土を導管４５によりペレタイザ４１内へ供給する。ペレタイザ４１からのペレットを、導管４９を介して貯蔵ホッパ４７内へ送り込む。そこから、ペレットを導管５１によってサージホッパ５３内へ送り込む。サージホッパ５３は、サージ性能を発揮することによりアッシュペレットの流量を安定化させる。次に、ペレットはフィードホッパ５５を介して移動粒床式フィルタモジュール３１内へ送り込まれる。本発明の装置では、４つのクラスタ３３が設けられており、これらのうち２つが図４に示されている。さらに、各クラスタ３３は、４つのモジュール３１を有し、これらのうち２つが図４に示すクラスタの各々について示されている。各クラスタ３３は、サージホッパ５３に供給され、各モジュール３１は、フィードホッパ５５に供給される。ペレタイザ４１が大気圧で動作する場合、サージホッパ５３とフィードホッパ５５は、ペレットが移動粒床式フィルタモジュール３１へ流れているときにペレットを再加圧するのに役立つロックホッパである。モジュール３１内を通る粒床の流量は、水冷式回転弁５７（図１）又はスクリューフィーダにより調節される。回転弁５７により通過したペレットは、導管５９によりロックホッパ６１，６３に送られ、これらロックホッパはペレットを減圧するよう働く。ロックホッパ６３から、ペレットは弁６５の制御の下で廃棄物処分のために排出される。処理後のガスはフィルタモジュール３１により導管６７を介して排出され、次にエネルギ変換装置６９、例えば、一又は二以上のタービンを駆動する。最終的に、ガスは排出される。排出された「清浄な」プロセスガスには粒子が含まれていない。次に、図２、図３及び図３ａを参照して、本発明の移動粒床式フィルタモジュール３１を説明する。このモジュールは、アッシュペレットのフィードホッパ７３及び出口７５を備えた横断面円形の気密容器７１を有する。ペレットは滑り弁７９の制御のもとでフィードホッパ７３から浸漬レッグ７７内へ流れる。なお、滑り弁７９は全開と全閉の設定位置しかもっていない。浸漬レッグ７７から、ペレットは、スタンドレッグ８１内へ流入して粒床８５（図３）を形成する。本発明の重要な特徴によれば、スタンドレッグ８１は、円筒形中央部分８４の上流側端部から延びる切頭円錐形入口８３と、円筒形中央部分の下流側端部から延びる切頭円錐形出口スカート１０５とを有する。浸漬レッグ７７は、切頭円錐形スタンドレッグ入口８３内へ延びており、ガスの逆流を防止する相当な長さのものである。スタンドレッグ８１から、ペレットはホッパ８７内へ流れ、そこから弁５７の制御の下で容器出口７５を通って流れ出る。容器７１は、その頂部近傍で開口していてガスを容器内へ接線方向に供給する入口９１を有している。容器は又、スタンドレッグ８１の反対側で開口したガス出口９３を有する。かくして、本発明の別の重要な特徴によれば、粒床８５を通るガスとペレットの両方の流れは、向流ではなく、実質的に並流、即ち鉛直方向下向きである。ガス／ペレット流が並流状態であることにより、ガスの粒床流動化傾向が緩和される。これは望ましい特徴である。というのは、流動化により粒子がガス中へ再同伴されるようになり、それにより最終的な粒子除去効率が損なわれるからである。その結果、そうではない場合に利用可能なレベルよりも高いガス速度を安全に利用できる。高ガス速度の使用により、容器７１の直径を減少させることができると共に容器内へのペレットの導入手順が単純化される。ペレットの流れが、図３に多くの点で示されている。ペレットが浸漬レッグ７７からスタンドレッグ８１の中に流れると、ペレットから成る塊状体９５が形成され、その上方部分は、切頭円錐形部材８３内に堆積する。ペレットのこの上方部分は全体として切頭円錐形の表面９７を有している。安息角は、ペレットが平らな表面上に堆積したときにペレット塊状体の表面のなす角度として定義され、本質的にはペレット自体の物理的性質である。本発明によれば、水平に対するペレット塊状体表面９７の角度Ｘ（図３に示す）は、ペレットと関連した安息角に等しい。これにより、表面９７の広い面積が確保される。スタンドレッグ入口８３の下では、ペレットはスタンドレッグ８１を通って流れ、ホッパ８７の上にペレット塊状体９５の下方部分９９の状態で堆積する。ペレット塊状体９５の下方部分９９は、ペレット塊状体の上方部分の表面９７よりも実質的に広い面積の切頭円錐形表面１０１を有する。ガス入口９１を通って流入するガスは、表面９７の周りを流れ、ペレットを通って表面の下に流れて粒床と同時に下方に移動する。切頭円錐形スタンドレッグ入口８３の目的は、表面９７を生じさせ、流入ガスが相当広い面積を与えられて移動中の粒床のペレットと反応するようにしていることにある。ガスが切頭円錐形スタンドレッグ入口８３からスタンドレッグ円筒形部分８４内に流れるときに、その流速は増す。ガス中の残留フライアッシュは、切頭円錐形表面９７上及びペレット塊状体９５中に捕捉されて堆積する。その結果生じたガスは、粒床を通過して残留粒子をペレットに引き渡し、広い切頭円錐形表面１０１を通って出る。ガスがスタンドレッグ８１の円筒形部分８４から出ると、スタンドレッグ８１と容器７１との間における直径の増大により、平均ガス速度が減少する。それにもかかわらず、出口スカート１０５が設けられていなかったとすれば、上述のように、局部的に高速のガス流が存在して、粒子がガス出口９３に向かって上方へ流れているガス中に再同伴される。したがって、本発明によれば、スタンドレッグ８１の排出端は、図３ａで最も良く分かるように、スタンドレッグの円筒形部分８４から容器４１に至るまでの少なくとも途中にわたって延びるフレア状の切頭円錐形スカート１０５を形成する。代表的には、スカート１０５は、ペレット塊状体表面１０１の少なくとも２０％を覆うのに十分遠く延びる。好ましくは、スカート１０５は、ガスの一部をスカートを通して抽気し、それによりガス流の分布を促進するための孔８８を備えている。スカート１０５の孔８８の直径は好ましくは、最も小さなペレットよりも小さく、それによりペレットがスカートを通過しないようにする。スカート１０５は表面１０１の上方部分上にのみ延びているので、表面１０１を通る処理ガスの流れは、たとえスカート１０５の孔８８が詰まり状態になりそうでなくても、スカートで覆われていない表面１０１の部分を通りつづける。スタンドレッグ８１の切頭円錐形出口は、スタンドレッグの円筒形部分８４と一体のスカート１０５によって形成されているものとして図示されているが、スクリーン又は他の有孔部材を円筒形部分８４に取り付けて切頭円錐形出口を形成しても良い。本発明によれば、スカート１０５は、ガスがスタンドレッグ８１を出ているときにガスの漸次広がりを可能にし、従ってその速度を次第に減少させる。かかる漸次広がりにより、容器のガス出口９３に向かって上方に流れて粒子を同伴する局所的に高速のガス流の発生が阻止される。本発明のもう一つの重要な特徴によれば、スカート１０５は、水平に対して角度Ｙをなし、この角度は図３ａに示すように粒床８５中のペレットに関する安息角Ｘよりも大きい。スカート１０５により、その真下の粒床表面１０１の一部はその表面を辿り、ペレット塊状体表面１０１のこの部分は安息角よりも大きな角度Ｙをなし、それにより表面１０１の面積を増大させる。この表面積の増大により、表面１０１を通るガス流速が減少する。かくして、スカート１０５は、移動粒床８５がスタンドレッグ８１の下で、粒子の再同伴を生じさせがちな流動化状態になる傾向を最小限に抑えるのに役立つ。事実、スタンドレッグの面速度が最大１３.４フィート／秒（４.０２ｍ／ｓ）、粒床材料として石チップを用い、最小流動化速度が６.１フィート／秒（１.８３ｍ／ｓ）で常温流れ試験を行なったが、流動化は観察されなかった。粒床８５を形成するペレット塊状体９５は、スタンドレッグ８１から出たあと、連続的か間欠的かのいずれかで弁５７を通り、従って、特に表面１０１のところで又はその近傍で濾過材ペレットの相対運動又は混転が生じるようになる。この相対運動は、ガスが鉛直方向上方へ曲がって表面１０１を通って出るときに、濾過材ペレットにより捕捉される粒子の或る部分をガス流中へ再同伴させるということが判明した。かくして、本発明のもう一つの重要な特徴によれば、ペレット塊状体表面１０１上に、間欠的か連続的かのいずれかで濾過材から成る第２の粒床塊状体１１０を設けるのが良い。第２の粒床塊状体１１０は、ペレット塊状体表面１０１を通って出るガスから再同伴粒子を除去するのに役立つ。第２の粒床塊状体１１０は、図５ｅ及び図５ｆを参照して後述する態様でスタンドレッグ８１の外部に設けられた濾過材で構成され、第１の粒床塊状体９５の濾過材と同一又はこれとは異なる組成のものである。ガスは、表面１０１を通って流れたあと、向流状態で第２の粒床塊状体１１０を通って上方へ流れ、次に粒子が実質的に含まれていないプロセスガスとしてガス出口９３を通って流出する。次に、プロセスガスはエネルギ変換装置６９（図１）に送られる。したがって、本発明は、二段方式による粒子の除去を可能にし、第１段では、ガスと移動粒床濾過材がスタンドレッグ８１をの並流方式で通過する。粒子の大部分は、この段で捕集される。第２段は、第２の粒床塊状体１１０が下方へ移動しているときにガスが第２の粒床塊状体１１０の濾過材を通って上方へ流れる向流方式を採用し、ガス流中へ再同伴された粒子を捕捉するのに役立つ。第２の粒床塊状体１１０は粒床塊状体９５の表面１０１上に積重ね状態で設けられ、かくして、第１の粒床塊状体が移動中なので、第２の粒床塊状体からの濾過材は最終的には第１の粒床塊状体の濾過材と混ざり合うことになる。しかしながら、第２の粒床塊状体の下方移動速度は第１の粒床塊状体の速度よりも著しく低いのが良い。第１の粒床塊状体９５と第２の粒床塊状体１１０の両方についての相対的粒床移動量は、ホッパ装置の設計に基づいて制御できる。粒床８５は、連続的又は間欠的に流れるのが良い。たとえば、弁５７を圧力降下測定装置１０３に応動させるのが良い。粒子が表面９７上に堆積すると、ガスが粒床を通過するときのその圧力降下が増大する。所定の圧力降下の時点で弁５７を開き、ペレット床及び捕捉された粒子がこの弁を通って排出される。次に、弁５７は再び閉じ、すると粒子は再び堆積する。適当な表面９７，１０１は、浸漬レッグ７７を通るペレットの供給量によって維持される。図５ａ〜図５ｆは、本発明の濾過容器７１の好ましい実施形態を示している。図５ａでは、スタンドレッグ８１は、切頭円錐形スタンドレッグ入口８３と、真っ直ぐな円筒形中央部分と、一体の切頭円錐形スタンドレッグ出口スカート１１２とから成る。図５ｂに示す実施形態では、真っ直ぐな円筒形部分は設けられておらず、スタンドレッグは、切頭円錐形スタンドレッグ入口８３と、スタンドレッグ出口１１２とから成る。図５ｃ、図５ｄに示す実施形態はそれぞれ図５ａ、図５ｂに示す実施形態と類似しているが、スタンドレッグ出口スカートの一部には１１４のところに孔が設けられている。図５ｅ及び図５ｆは、スタンドレッグの外部に第２の粒床塊状体１１０を形成する濾過材を提供するための入口１１６を示している。図５ｅに示す実施形態では、入口１１６は、第２の粒床塊状体１１０のための濾過材を連続供給する。図５ｆに示すように、第２の粒床塊状体１１０の濾過材は、入口１１６を通って間欠的に送り込まれるのが良い。表Ｉは、加圧流動床燃焼プラント及び直接式石炭燃料型タービン（ＤＣＦＴ）プラント（これらプラントは各々、３３０メガワット級電力で操業する）への本発明の適用の際の原則的なデータを示している。プラント操業にあたり、ＰＦＢＣ及び石炭ガス化装置からの底部アッシュ及びサイクロン捕集物を集めてペレタイザ４１で約１／４インチ〜１／２インチ（０ .６〜１.３cm）の直径にペレット化し、移動粒床式フィルタ用の濾過材として役立つようにする。しかしながら、もしアッシュ粒子のうち直径が１／２インチ（１.３センチ）以上の部分又はフラクションが少なければ、ペレット化に先立って簡単な篩分けをするのが良い。ＰＦＢＣプラント内におけるサイクロン総捕集量は、サイクロン効率によるが、毎時３６，０６２〜４１，８３２ポンド（毎時１６，３９２〜１９，０１５ｋｇ）の範囲にわたる。これにより、底部アッシュ及びサイクロン捕集物が全てペレット化されてＭＧＢＦ用の床濾過材になったと仮定して、８.９〜４８.６のＭＧＢＦ濾過材／アッシュ比が得られる（表Ｉ）。になり、ＫＲＷ石炭ガス化装置の場合、その比は３１.８である。これらの比は、常温流れ及び高温流れ模擬試験において実験的に採用された粒床濾過材／粒子比の所望範囲、即ち１０〜４０の範囲に十分納まっている。事実、もし移動粒床を間欠的に動作させて薄い粒子層を粒床表面上に堆積させると、ＭＧＢＦ濾過材／フライアッシュ比は一層小さくなる。ＤＣＦＴプラントの場合、急冷スラグは既に粒状フリットの形で存在しており、系統圧力での簡単な篩分けを採用すると、所望サイズのフラクションを回収して移動粒床用濾過材として使用できる。アッシュフリットの減圧及び粒床濾過材の再加圧は不要である。ＭＧＢＦ濾過材のためのアッシュの取扱い及び及びペレット化において幾つかの選択可能な手段がある。別法として、圧力をボイラ１３内の圧力から大気圧まで下げ、必要な篩分け、微粉砕化（必要な場合）及び大気圧でのアッシュペレットのペレット化を大気圧で行なうやり方がある。次に、アッシュペレットを空気圧で又は機械的にロックホッパに移送してＭＧＢＦ内への供給のために再加圧する。変形例として、ペレット化を、高温条件及び／または加圧条件のもとで実施してもよい。ペレット移送のため、機械的な移送手段と空気圧移送手段の両方を用いるのが良い。従来型ロックホッパ装置を用いるとＭＧＢＦ内への供給のためにペレットを加圧することができる。従来型ロックホッパ装置は又、濾過材の減圧のために用いることもできる。変形例として、米国エネルギー省（ＤＯＥ）の後援のもとでガステクノロジー協会によって開発された絞り管排出システム（ＲＰＤＳ）の設計概念を固形物の連続減圧操作のために採用しても良い。表IIは、３３０ＭＷｅ級ＰＦＢＣプラント、石炭ガス化プラント及びＤＣＦＴプラントに関するモジュール３１と関連サージホッパ５３及びフィードホッパ５５の代表的な寸法を示している。。表IIは、３３０ＭＷｅ級ＰＦＢＣプラントについては１６個のモジュール３１が使用されていることを示している。１６個のモジュールは、各々４つのモジュール３１から成る４つのクラスタ３３（図４）の状態で配列されておる。なお、図４では、４つのクラスタのうち２つが示され、２つのクラスタの各々について２つのモジュールが示されている。ＰＦＢＣからの完全なアッシュ流は、４つの別々のアッシュペレタイザ４１（図４では示さず）を通って処理され、各クラスタについて一つずつ、４つのアッシュペレットサージホッパ５３に供給される。各アッシュペレットサージホッパ５３は典型的には直径が１０フィート（３４ｍ）、高さが約２５フィート（７.５ｍ）であり、１時間あたりのペレット流量の３倍の容量を持っている。これらホッパへのアッシュペレットの移送を機械的にまたは空気圧を用いて行なうのが良い。移送システムの選定にあたって考慮すべき重要な事項は、アッシュペレットの摩損及びデクレピテーションを最少限に抑えることである。プラントアッシュを全てペレット化するので、プラントからのアッシュ廃棄物は取扱い及び処分が容易なペレットの形になる。アッシュペレットサージホッパ５３は各々、４つのＭＧＢＦモジュール３１の頂部上に位置決めされた４つのロックホッパ５５（図４では２つしか示さず）にアッシュペレットを供給する。各アッシュペレット供給ロックホッパ５５の寸法は直径が５フィート（１.５ｍ）、高さが１５フィート（３.５ｍ）である。フィードホッパは常時、系統圧力に維持され、アッシュペレットサージホッパは、系統圧力と大気圧との間でサイクル動作する。ロックホッパから、アッシュペレットは重力によって４フィート（１.２ｍ）の浸漬レッグ７７（図４では示さず）を通してＭＧＢＦ内に送り込まれる。ＰＦＢＣプラント用のスタンドレッグ−ＭＧＢＦシステム全体を、縦横６０フィート（１８ｍ）の区画地内で約１００フィート（３０ｍ）の最大高さで建設するのが良い。３３０ＭＷｅ級ガス化装置については、４つのＭＧＢＦモジュール３１から成る１つのクラスタが必要である。ＤＣＦＴプラントの場合、ガス流量がかなり高いので、全部で３６個のＭＧＢＦモジュール３１を備えた９つのクラスタが必要である。本発明の好ましい実施例を開示したが、その多くの変形例を想到することができる。本発明の範囲は、特許請求の範囲に記載された技術的事項に基づいて定められる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ニュービィ，リチャード，エーアメリカ合衆国，ペンシルベニア州 15235，ピッツバーグ，スプリング・グローブ・ロード 149 (72)発明者リッパート，トーマス，イーアメリカ合衆国，ペンシルベニア州 15668，マリスビル，ケンブリッジ・ロード 3205 【要約の続き】ルタに再循環させる。変形例として、床濾過材を燃焼から生じたアッシュで構成しても良く、アッシュをペレット化して凝集塊を形成する。アッシュは、一度だけ床を通って流れ、再循環されない。

Claims

【特許請求の範囲】１．粒子をガス流から除去するための装置であって、ガス流を受け入れるガス入口及びガス流を排出するガス出口を備え、ガス入口とガス出口との間にガス流路を形成する容器と、ガス中の粒子のうち少なくとも一部を捕捉する手段を含む第１の濾過材の流れを容器内に導入して容器内に第１の濾過材床を形成するための手段と、第１の濾過材を容器から排出する濾過材出口とを有し、第１の濾過材は、容器を通って流れるようになっており、更に、ガスと第１の濾過材の両方をガス流路の第１の部分を通って第１の方向へ流れるよう差し向け、次に、ガスの向きを変えてガスがガス流路の第２の部分を通って第２の方向へ流れるようにするガス流方向付け手段が設けられていることを特徴とする装置。２．第２の方向は、第１の方向と逆であることを特徴とする請求項１記載の装置。３．第１の方向は、鉛直方向下向きであり、第２の方向は、鉛直方向上向きであることを特徴とする請求項２記載の装置。４．ガス流方向付け手段は、ガス流の方向が第１の方向から第２の方向に変わるときに、第１の濾過材により捕捉された前記粒子がガス中へ再同伴されて戻らないようにする手段を更に含むことを特徴とする請求項１記載の装置。５．ガス流方向付け手段は、スタンドレッグを含み、前記再同伴防止手段は、スタンドレッグのほぼ切頭円錐形の部分から成ることを特徴とする請求項４記載の装置。６．前記再同伴防止手段は、第１の濾過材の流れを、第１の濾過材がスタンドレッグの切頭円錐形部分の下にほぼ切頭円錐形の表面を形成するよう差し向ける手段を含むことを特徴とする請求項５記載の装置。７．第１の濾過材は、ペレットから成り、ペレットは、これに関する安息角を有し、スタンドレッグの切頭円錐形部分は、水平に対しペレットの安息角よりも大きな角度をなすことを特徴とする請求項５記載の装置。８．スタンドレッグは、入口を有し、ガス流方向付け手段は、第１の濾過材を切頭円錐形スタンドレッグ入口の上にほぼ切頭円錐形の表面を備えるよう形成する手段を含むことを特徴とする請求項５記載の装置。９．第２の濾過材の流れを容器内へ導入して第２の濾過材床を形成する手段を更に有し、第１の濾過材床は、ガス流路の第２の部分内に設けられていることを特徴とする請求項１記載の装置。 10．ガス流方向付け手段は、第１の濾過材床と第２の濾過材床との間で容器内に位置したほぼ切頭円錐形の部分を備えたスタンドレッグを含むことを特徴とする請求項９記載の装置。 11．スタンドレッグの切頭円錐形部分には、複数の孔が形成されていることを特徴とする請求項１０記載の装置。 12．第２の濾過材の流れを容器内に導入して第１の濾過材床の頂部の上に第１の濾過材床を形成する手段を更に有することを特徴とする請求項１記載の装置。 13．アッシュの生成プロセスで発生するガスから粒子を分離する方法であって、前記分離は、ガス入口及びガス出口を備えると共に入口及び出口を有するスタンドレッグを収納した濾過容器内で生じ、前記方法は、第１の複数の濾過材をスタンドレッグ入口内に導入する工程と、第１の濾過材をスタンドレッグの入口からスタンドレッグを通って移動させ、第１の濾過材をスタンドレッグの出口から排出してスタンドレッグ出口に近接して位置し、スタンドレッグ出口に向かって上に向いた第１の濾過材から成る第１の塊状体を形成する工程と、第２の複数の濾過材をスタンドレッグの外部で容器内に導入して、第１の濾過材塊状体の切頭円錐形表面の上に第２の濾過材から成る第２の濾過材塊状体を形成する工程と、ガスをスタンドレッグ及び第１の濾過材塊状体中へ差し向けてガスが第１の濾過材塊状体の切頭円錐形表面を通り、次に第２の濾過材塊状体を通ってガス出口まで流れるようにする工程とを有し、それによりガス中の粒子の相当な部分をガスから除去することを特徴とする方法。 14．第１の複数の濾過材は、その主成分としてアッシュを含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。 15．第２の複数の濾過材は、アッシュから形成されたペレットから成ることを特徴とする請求項１４記載の方法。 16．電源ユニットを作動させるためにガスを生じさせる発電装置であって、ガスは、燃焼過程からの粒子を含有し、前記発電装置は、粒子の相当な部分をガスから除去する濾過容器を有し、濾過容器は、第１の複数の濾過材を受け入れる入口及び第１の複数の濾過材を排出する出口を備えたスタンドレッグを有し、スタンドレッグの出口は、第１の複数の濾過材から成る第１の塊状体を、スタンドレッグ出口に向かって上方に延びる実質的に切頭円錐形の表面を備えた第１の濾過床の状態に形成する手段を有し、前記濾過容器は、第２の複数の濾過材をスタンドレッグの外部で容器内に導入する手段を有し、該導入手段は、第２の複数の濾過材を、第１の濾過床の切頭円錐形表面の上に位置する第２の濾過床の状態に形成する手段を含み、前記濾過容器は更に、ガスをスタンドレッグ及び第１の濾過床中に差し向けてガスが第１の濾過床の切頭円錐形表面を通り、次に第２の濾過床を通ってガス出口まで流れ、それによりガス中の粒子の相当な部分をガスから除去する手段を有することを特徴とする発電装置。 17．前記燃焼過程は、アッシュを生じ、第１及び第２の複数の濾過材は、アッシュから形成されたペレットから成り、更に、アッシュをペレットの状態に変える手段が設けられていることを特徴とする請求項１６記載の発電装置。 18．スタンドレッグの入口及び出口は、切頭円錐形であることを特徴とする請求項１６記載の発電装置。 19．スタンドレッグの出口の少なくとも一部には孔が設けられていることを特徴とする請求項１８記載の発電装置。