JPS58214701A - 邪魔板装置を配した流動床熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は流動床に関し、特に排出される空気と気体状の
燃焼生成物から随伴する粒子状の床材料を分離する邪魔
板装置が設けられている流動床熱交換器に関する。

流動床の使用は、熱発生手段として魅力的な手段である
ことが認識されている。この種の装置においては、不活
性な物質と石炭のような化石燃料との混合物とから成る
粒子状物の床に空気を流して床を流動化し燃料の燃焼を
促進させている。流動床装置を水蒸気発生器、ボイラー
、気化器等として利用した場合には、高い熱量が放出さ
れ、床内の面への熱伝達が改善され、装置が小型になる
という魅力的な複合効果が得られる。

流動床反応プロセスでは常に、未反応又は部分的に反応
した粒子が空気に随伴し、床から上方に流れる燃焼生成
物は一般に「フリーボード・スペース」と呼ばれる床の
直ぐ上の区域に逃れ出る。

熱損失を少なくし入口温度を高く保つために、この種の
装置では、フリーボード・スペースの高さが最適値より
も低くなるよう制限されるよう設計せねばならないこと
が多い。

然し乍ら、フリーボード・スペースの高さを上記のよう
に制限することは不利益を伴なう。例えば、気体のフリ
ーボード・スペース内滞留時間が短くなシ、その結果と
して燃焼効率が最適燃焼効率以下になる。又、フリーボ
ード・スペースの高さの制限は、フリーボード・スペー
スの温度を床の操業温度、操業温度以上の温度又は操業
温度付近の温度に保持することによシ床上方で熱運動力
学的によシ完全な反応を促進させようとする設計上の目
標と矛循する。更に、気体状の燃焼生成物の分布不良を
来たし、燃焼生成物が一酸化炭素及び炭化水素類に富み
過ぎるものとなる結果、不完全燃焼になる。

従って、本発明の目的は、フリーボード・スペースの高
さを比較的低くシ、シかも上述の不利益を取り除いた流
動床熱交換器を提供することである。

本発明の他の目的は、同一寸法の同様な床と比較した場
合に床粒子のフリーボード・スペース内滞留時間を増大
させる構成の流動床熱交換器を提供することでおる。

本発明の更に別の目的は、空気と気体状燃焼生成物の乱
流を激しくして、反応効率を改善し気体と固体との接触
をよシ良好にするよう構成した流動床熱交換器を提供す
ることでちる。

本発明のもう一つの目的は、流動床の上方のフリーボー
ド書スペースの内部に配設される邪魔板装置であって、
空気と気体状燃焼生成物に随伴する粒子状物質と衝突さ
せて随伴する粒子状物質を除去し重力によって床に落下
させるよう構成した邪魔板装置を提供することである。

本発明の更にもう一つの目的は、上記の邪魔板に近接し
たところから熱吸収媒体を床に向けて下方に噴射するこ
とによυ、よシ完全な反応を促進し床表面全面の制御を
行々うよう構成した流動床熱交換器を提供することであ
る。

本発明の更に別の目的は、上記の邪魔板装置に近接した
ところから充分な量の追加空気を床に向けて下方に噴射
することによシ、燃焼工程を完了させるよう構成した流
動床熱交換器を提供することである。

山−９ 本発明　　的は、フリーボード区域内に、空気と燃焼生
成物とを上述の邪魔板装置に向けて流す手段を設けた流
動床熱交換器を提供することである。

上述の目的及びその他の目的を達成するために、本発明
による熱交換器は、ハウジングの内部に支持されていて
、少なくとも一部分が燃焼可能な粒子状物質から成る床
を受容する格子を南する。空気は格子及び粒子状物質の
床を通って流れ、粒子状物質を流動化させ燃焼可能な物
質の燃焼を促進させる。邪魔板装置は床の上方に位置し
ており、空気と気体状燃焼生成物に随伴する粒子状物質
と衝突して粒子状物質を空気及び気体状燃焼生成物から
除去し重力によって落下させて床に戻す。一連の管区画
がハウジング内部に設けられていて、空気と気体燃焼生
成物とを邪魔板装置に向けて流し、熱吸収媒体が邪魔板
・装置に近接したところから下向きに床に向けて噴射さ
れる。

本発明についての上述の簡単な説明並びに本発明の更に
別の目的、特徴及び利点は、添附の図面を参照しつつ、
現時点における好ましい実施例ではあるが例証ではない
本発明の実施例についての以下の詳細な説明を読むこと
により完全に理解できるものと考える。

本発明の特徴を備えだ流動床水蒸気発生器を示す図面の
第１図において、参照符号１０は、前部壁１２と、後部
壁１４と符号１６で示す二面の側壁とから成る囲繞体全
体を示す。囲繞体１０の上部は図示の都合上省いである
が、対流区域と、屋根部分と、常法に従って空気と燃焼
気体類とから成る混合物を囲繞体１０から排出する出口
とから成る。

全体を参照符号１８で示す粒子状物質床が囲繞体１０（
本実施例の場合はボイラー１０）の内部に配設されてい
て、囲繞体１０の下部に水平に延びる孔をあけた格子２
０の上に乗っている。床１８は、不活性な物質と歴青炭
のような燃料物質との別個の粒子から成るものであれば
良い。格子２０の直ぐ下方には空気充満室２２が設けら
れ、ボイラーの後部壁１４を貫いて空気人口２４が設け
られて室２２と連通し外部空気源（図示せず）から室２
２に空気を分配している。常法に従い、風戸などの制御
装置（図示せず）によって室２２への空気の分配を制御
できることが理解できよう。

未着火用バーナー２６が前部、壁１２を貫通して格子２
０の上方に取りつけられ、燃焼開始時の最初の床１８の
着火を行なう。

容易に理解できるように、複数の供給器を壁１２゜１４
又は１６の一つ又は二つ以上に設けて、例えば石炭のよ
うな粒子状燃料物質を囲繞体１０の床１８の上方区域に
導入し床１８に連続的に燃料物質を供給することもでき
る。又、消費された粒子状物質を床から除去する排出装
置を配設してもよい。これらの構成部材は本発明の構成
要素ではないから、図面にも示さず詳細な説明も加えな
い。

第１図及び第２図に最もわかシ易く示す・ように、缶壁
１２，１４及び１６は、鉛直方向に延びる複数の離間し
た管２８によって形成されていて、各管の全長にわたっ
て直径方向で向かい合った個所から延びる連続したフィ
ン３０を有する。隣接する管２Ｂのフィン３０は一体に
連接され、その結果得られる壁構造体を気密にしている
。図面には示してないが、適当なヘッダー、下降管等を
設けて、外部源から水を壁１２．１４及び１６の下部部
分に導入し、壁を通って水を上方に流して流動床から供
給される熱によシ水を水蒸気に変えることができる。

又、流動床から水に更に熱を与えるために、囲繞体１０
の床１８の上方に一群の管列１２が設けられておシ、第
１図にこれらの管列の一つを図示しである。各管は、ハ
ウジングの外部に後部壁１４に隣接して設けられた入口
ヘッダ−３４から曲シくねって同様にハウジング１０の
外部に設けられた出口ヘッダー（図示せず）に延びてい
る。管列の残シの管３２は図面に垂直で図示しだ管３２
に対して平行に延びている。これらの管３２は、管を通
って流れる水に更に熱を与えて、過熱、再加熱等の目的
を達成するだめに設けられるものである。

複数個の離間した平行な山形片３６が囲繞体１０の内部
の床１８の直ぐ上方で水平方向に延びている。この山形
片３６は側壁１６の中間にノ・ウジングの幅方向を横切
って延びていて、常法に従い、耳部、支持ビーム又は囲
繞壁取伺部等によって相対的に端部が側壁１６に支持さ
れている。山形片３６はその頂点を上にして配設され、
各山形片３６の内部には分配パイプ３８が入れ子犬に挿
入されていて山形片の全長にわたって延びている。第２
図に示すように、複数のパイプ３８が離間した平行な関
係を保って２本のヘッダー４０及び４２（第２図参照）
の中間部分に延びており、外部源からパイプ３Ｂに熱吸
収媒体を分配する。第１図に示すように、パイプ３８の
下部には複数の孔部即ち排出開口部が形成されていて、
熱吸収媒体は外に向かい下向きに従って床１８に向けて
排出される。分配器３８から噴射された熱吸収媒体・の
例としては、空気、液体、煙道ガス又は還流塵埃又は還
流物質、更には新しい石灰企のような受容体を挙げるこ
とができる。このようにして、フリーボード・スペース
の内部の検知可能な熱を吸収させ、同時に受容体によっ
て空気と気体状燃焼生成物との混合物中に存在する炭素
含有物からＣＯ２を除去することができ、しかも囲繞体
１０と組み合わせられた出口の容量に過負荷をかけない
ようにすることができる。又、熱吸収媒体として空気を
使用した場合には、床中の粒子状燃料物質を完全に燃焼
させるに充分な量の空気を噴射することができる。

第１図中に参照符号４４を付して１本だけ図示しである
複数の鉛直パイプをヘッダー４０及ヒ４２に接続し、こ
れらの鉛直パイプに小孔部を設けて、囲繞体１０中に更
に熱吸収媒体を追加して放出することもできる。

管４６は山形片３６の直ぐ下方で床１８の上面よシも上
方に配設されている。管４６は曲がった形にしてあシ、
その結果、複数の離間した管区側４６ａが形成される。

第２図に示すように、管４６の端部は対応する側壁１６
から外部に延びておシ、冷却流体源に接続することがで
き、この冷却流体源は壁部１２，１４及び１６を構成す
る管２８と管３２とに水を供給する冷却流体源と同一で
あってもよい。第１図及び第３図かられかるように、管
区側４６ａは山形片３６及び分配パイプ３８に対して食
い違い偏心した関係に配設されておシ、そのような関係
であるため、詳細については後述する理由によシ床１８
からの空気と気体類とを山形片及び分配パイプに向かわ
せる。

運転時には、空気が入口２４から室２２に導入され、格
子２０を通過して上方に流れて床内に入シ床１８の粒子
状物質をゆるめて床を流動化させる。床１８が所定の温
度に昇温され粒子状燃料物質の燃焼が維持されるように
なるまで着火バーナー２６で着火し、その後は、着火バ
ーナーを切シ所定の床温度を維持するに必要な量の新し
い粒子状燃料物質を加える。

第３図に示すように、床１８から上方に流れる空気と気
体状燃焼生成物、との混合物は、管区側４６ａが山形片
３６に対して食い違った関係に配設されているために、
珠状にふくれた形で流れる。管区側４６ａの助けにょシ
上記混合物は山：形片３６と分配パイプ３８に向かって
流れることにより、そこで混合物流は山形片及び分配パ
イプに当たり、混合物中に随伴している粒子状物質が分
離し、粒子状物質は重力によって落下して床に戻る。こ
れによシ、随伴する粒子の反応時間が長くなるのは勿論
で、あるが、それに加えて、フリーボード内での乱流が
激しくなシ、より完全な反応が促進されるとともに不均
一な燃焼気体と空気とが強制的に混合されるので生成物
か均一になる。

分配パイプ３８によって、マニホルド４ｏ及び４２から
床１８に向けて熱吸収媒体が分配されることにより、・
よシ完全な反応が促進されるとともに床温度が制御され
る。即ち、ピーク温度が低下ないし制限され、激しい火
玉発生区域が減少する。

又、分配パイプ３゛８からの熱吸収媒体は、随伴する粒
子状物質を下方に押し床に戻す作用をする。

パイプ４４を利用してフリーボード区域又は直接に床に
熱吸収媒体を追加噴射し、冷却を行なうとともに、フリ
ーボード区域内を上方に流れる空気と気体類との混合物
に随伴する可能性のある細かい塵埃を吹き飛ばすことが
できる。

ここで注目すべきことは、山形片３６と分配パイプ３８
と管区側４６ａとが床の上方において放熱スクリーンと
して働いて、フリーボード区域における反応をより完全
にするに充分な反応熱を保持するということである。

壁１２．１４及び１６を通過する流体の供給源と同一の
供給源から供給される冷却流体を管４６に導入し管区側
４６ａを介して流し、管区側を冷却保持するとともにフ
リーボード区域の温度制御の補助手段とすることもでき
る。− 上述の構成の結果、フリーボードの高さを制限して熱損
失を低下させてガス・タービン発電機への人口温度を高
温に保ち、しかも上述の諸欠点を取り除くことができる
。

本発明による流動床熱交換器の別の実施例を第４図に示
すが、同一の部材には同一の参照符号を付しである。第
４図の実施例において、後部壁１４は前部壁１２よシも
高く、後部壁の上部にガス排出開口部５０が形成されて
いる。図示したように、囲繞体１０には屋根５２が設け
られ、前部壁１２から後部壁１４に向かって上向きに傾
いた屋根５２がある。このような配置にすることにより
、空気と気体状燃焼生成物との混合物は、第４図中に矢
印で示すように、上方に向けて且つ右側に向がって流れ
る。山形片３６、ガス分配器３８（従って、ヘッダー４
０及び４２）及び管４６は、ハウジングの上部右側の隅
の排出口５ｏに隣接して配置されておシ、水平方向に対
して一定角度傾いた面内に配設されている。このような
配置の結果、床１８から上方に流れる空気及び気体類は
、前述の実施例の場合と同様にして各部材の上方を通過
する。

従って、第４図の実施例の場合も、第１図ないし第３図
の実施例で開示したと同じ利益及び特徴が得られる。

以上の説明においては、例示の目的で、本発明の両実施
例を水蒸気発生器と関連させて説明したが、本発明の技
術的思想の範囲内において、たとえばボイラー、燃焼器
、気化器のような他の型の流動床熱交換器として利用す
ることができることは容易に理解できるところであると
信する。

上述の開示範囲内で多くの修正、変更１代替が可能であ
り、場合によっては、本発明の幾つかの特徴を採用する
ことなく残シの特徴を生かした応用も考えられる。従っ
て、特許請求の範囲の記載は広く解釈されるべきであり
、本発明の技術的思想及び範囲に一致させた解、釈がな
されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による流動床熱交換器の一部分の鉛直
断面図である。 第２図は、第１図の２−２線に沿って切断した断面図で
ある。 第３図は、第１図の構成の一部分の拡大断面図である。 第４図は、本発明の別の実施例を示す部分鉛直断面図で
ある。 １０・・・囲繞体（ボイラー、ハウジング）１８・・・
床　　　　　　　２ｏ・・・格子３６・・・山形片　　
　　　３８・・・分配パイプ４６・・・管　　　　　　
　４６ａ・・・管区側！持許出願人　　フォスター・ホ
イーラー・エナージイ・図面のご、Ｉ；′内容に変更な
Ｌ５ 撰　１１ 第３　図 第２図 手続補正書（方式） 昭和５７年１０月１４日 特許庁長官　若杉和夫　殿 １、事件の表示 昭和５７年特許　１第９７８９１号 ２、発明の名称　　邪魔板装置を配した流動床熱交換器
３、　補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　　所 氏　　名（名称）　　フォスター・ホイーラー・エナー
ジイ・コーポレイション ４、代理人

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ハウジングと、前記ハウジングの内部に支持されていて
   少なくとも一部分が可燃性の粒子状物質から成る床を受
   容する格子部材と、前記格子部材及び前記床を介して空
   気を流して粒子状物質から成る前記床を流動化させて前
   記の可燃性物質の燃焼を促進させる空気導入手段と、前
   記ハウジングの上部に位置し前記空気と気体状燃焼生成
   物とを前記ハウジングから排出させる排出口と、粒子状
   物質から成る前記床と前記排出口との゛中間部分のハウ
   ジング内に配設され前記空気と前記気体状燃焼生成物に
   随伴する粒子状物質と衝突して重力によって前記粒子状
   物質を、落下させて前記床に戻す邪魔板装置と、前記ハ
   ウジング内にあって前記空気及び気体状燃焼生成物を前
   記邪魔板装置に向けて流す部材と、前記邪魔板装置に近
   接した個所から下向きに前記床に向けて′熱吸収媒体を
   噴射注入する手段とから成ることを特徴とする流動床熱
   交換器。