JPS6023855B2 - 流動ベツド反応器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は流動ベッド燃焼に関し、特に“噴出”ベッドお
よび“流動”ベッドの組合わせ体が使用され、前記流動
ベッドが噴出ベッドの上方に位置するようになった流動
ベッド燃焼に関する。

この組合わせ型のベッドは工業廃棄物の焼却を行う場合
特に有用であるが、このような用途だけに制限されるも
のではない。流動ベッドは、葱発性物質を燃焼させるに
あたり、通常の燃焼技術を適用することに問題があるよ
うな場合に使用されることが知られている。

たとえば電気部品から燃焼可能絶縁物を除去する作業は
流動ベッドーこよって行うことができる。廃棄物の焼却
を流動ベッドによって行うことも示唆されており、この
ような燃焼を行うための一つの装置は米国特許第３５２
４６３３号に記載されている。噴出ベッドも周知であり
、このベッド‘ま粒子の乾燥および落花性の鱈焼に使用
されている。噴出ベッド技術の現況は昭和４ｇ王４自発
行、“ＣａｎａｄｉａｎＪｏｍ岬ｌｏ｛Ｃｈｅｍ三ｃａ
ＩＥｎｇｉ肥ｅｒｉｎｇ”第５２刊の、Ｋ．Ｂ．Ｍａｔ
ｈｅｒお よ びＮ．Ｅｐｓｔｅｉｎの論文‘‘ｌｎｔ
ｅｍａｔｉｏｎａＩ ＳＭｍｐｏＳＩ山ｍ ｏｎ Ｓｐ
ｏｕにｄ ＢＥｄｓ’’に記載されている。普通の流動
ベッド‘こよる燃料の燃焼は種々の欠点を有することが
知られている。

欠点の一つは、液体炭化水素または石炭を流動ベッドの
側部に噴射する場合に、揮発怪物質が可燃ガスの泡を発
生し、このガスがベッド内の空気によって適当に燃焼せ
しめられることなく、ベッド内を上昇することである。
この現象はベッドの使用効率を低下させるだけでなく、
ガスの泡がベッドの上方区域内において空気と混合した
時にこの区域において不必要な燃焼を行い、場合によっ
ては爆発を起こす危険がある。あるいは、揮発成分の一
部が燃焼せずに逸出する、この不完全燃焼の問題を解決
するために比較的深いベッドが使用されているが、この
場合は流動化を行うための高い空気圧力を必要とし、し
たがってこの高い流動化圧力を発生させる送風機などに
対する動力も増大する。普通の流動ベッドの他の欠点は
ベッドを構成する粒子が主として上下に運動し、ベッド
を横切る方向の運動が少し、ことである。

粒子の横方向運動が少なければ、たとえば石炭をベッド
内に噴射した時には石炭はベッドの横方向に速やかに分
散せず、空気に対する燃料の分布が不均一となり、燃焼
状態は不満足なものとなる。普通の流動ベッドのさらに
他の欠点はベッド内の粒子の直径を約３．１７ミＩＪメ
ートル以下となす必要があり、かつその寸法を−３０十
１５０メッシュ（Ｂ．Ｓ．Ｓ）の範囲内に止めねばなら
ぬことである。

本発明の王なる目的は燃焼技術の分野において、工業廃
棄物を焼却する場合に普通の流動べッド‘こ伴う前記の
如き欠点を排除することにある。

概括的には、前記目的は噴出−流動ベッド燃焼器におい
て、空気および可燃材料を単一の孔を通して深い粒状ベ
ッド内に送給し、流入空気ノズルの付近において噴出ベ
ッドを形成し、該噴出ベッドのかなり上方に普通の流動
ベッドを形成するようになった燃焼器によって達成され
る。本発明によれば、材料の焼却などに用いられる深い
粒子ベッドを備えた反応器にして、該粒子ベッドが下部
ベッド区域と下部ベッド区域の上方にある上部ベッド区
域とを有している反応器において、該反応器が、前記下
部ベッド区域の底部に突出た少なくとも１個のノズルと
、該ノズルを通り、空気などの流体を設定された流速を
もって流す装置とを有し、前記流速は、前記下部ベッド
区域が噴出 （ｓｐｏ山ｅｄ）粒子ベッドの形態をなし、前記上部ベ
ッド区域が流動（ｎｕｉｄｉｓｅｄ）粒子ベッドの形態
を有するような速度に設定されていることを特徴とする
反応器が得られる。

前記ノズルは前記ベッドを含む反応器容器の底部または
側部に形成され、かつ単一の孔または主孔の周囲に位置
決めされた複数の小さな二次孔とを有し、前記ベッド内
に三次空気を導入するようになすことができる。

一般に前記ノズルは主送給パイプに連結され、空気また
は他の流体が、流動ベッド‘こ普通使用される型の送風
機を用いて前記主送給パイプを通して供給される。

この主送給パイプは単数または複数の二次送給パイプす
なわち管路を有し、粒子、液体またはガスの形をなした
二次材料が前記管路を通してノズルに供給される。前記
ノズルの孔は適当な形のものでよいが、場合によっては
複数のこのようなノズルを広いベッド内に配分し、これ
ら各ノズルが別々にベッドの噴出部を形成するようにし
てもよい。

このような配置にすれば反応器装置の融通性を大となす
ことができる。燃焼を行う場合に、たとえばベッドを冷
却するために二次送給パイプを適して該ベッドーこ水を
供給することもできる。

本発明の反応器を材料の焼却などの処理に使用する場合
には、焼却材料はベッドの噴出区域、特に単一孔／ズル
に近い区域に導入することが望ましい。

これら焼却材料は、たとえばノズルに対し空気などの流
体や二次材料を送給する時に、これらによって引ずり込
まれるようにしてもよい。

あるいは独立の送給装置によってノズル近傍のノズルの
噴出区域に直接途給してもよい。次に添付図面によって
本発明の実施例を説明する。

ここには、焼却炉、燃焼炉に関して述べているが、勿論
本発明の用途はこれらに限定されるものではない。第１
図において容器１川ま７５０一１２００度Ｃの温度の高
温耐火材料のベッドを含んでいる。

砂、燃焼ずみシェールおよび灰が典型的な材料として使
用される。このベッドの中にはノズル１１が突出し、該
ノズルの端部は単一の孔１２となっている。ノズル１１
は第１図に示すように容器の底部から突出させるか、ま
たは第２図に示すように容器の側部を適って導入される
。他の変型構造としては、ノズルを容器の側壁まで導き
、主送給パイプをベッドの中にまでは突出させていない
ものもある。それぞれ独立の管路１３，１４を通った空
気および燃料は前記ノズル孔１２に入り、次にベッドに
入る。

この孔から噴出する空気の流れにより、ベッド内の粒子
は噴出作用を受ける。すなわち孔１２の上方の円錐の中
に位置する粒子は駆動され、前記円錐区域の外方に位置
する粒子は静止状態に止る。ベッドが浅い場合には前記
噴出作用は粒子の階泉を形成する。ベッドが深い場合に
は前記活性円錐内の固形粒子は高速度で旋回する噴出状
態となる。円錐区域の外部に存在する停滞した粒子の中
へ上方に向けて空気を供給し、該停滞粒子を流動直前状
態（流動を始める直前の状態）にしてもよい。粒子ベッ
ドが比較的深い（例えば、６５センチメートルより深い
）場合には、噴出ベッドの上方に流動ベッドが形成され
ることが発見されたのである。

これが本発明の基本的形態である。噴出区域内の高温粒
子の旋回を高速度で行わせれば、燃料と空気との混合が
よくなり、点火を良好にすると共に燃料の燃焼を安定に
する。

固体（たとえば粉砕した石炭粒子）をノズル対に送給す
れば、固体はベッドの活性円錐区域内に敏速に分布され
る。

固体が可燃物である場合は、これら粒子はベッドに供給
される普通燃料の代りとなり、ベッドを高温状態に保持
する。比較的大きな粒子は第１図の区域Ａ「すなわちノ
ズルから出る空気速度の大きな区域に残留して蝿乱され
る額向が生じる。比較的小さな粒子は空気速度の小さな
区域Ｂに搬送される。第１図の区域Ｃにおいては、粒子
は停止しており、流動化する直前の状態を呈している。
区域Ｂにおける空気速度は一般に毎秒０．５〜２．０メ
ートルであるから、直径２０ミリメートルまでの粒子を
この頃出区域内に支持しかつ燃焼させることができる。
前述のように、このような粒子は普通の流動ベッドにお
いては支持され得ず、底部に沈下してしまう。ノズルの
実際の孔におけるガスの速度は普通毎秒１０−８０メー
トルの間にある。

このような高速度を使用する場合に得られる利点は、ス
ラリやスラッジのような廃棄物の大きな集塊を砕嬢分散
させることができることである。このような集嬢は第２
図の送給装置１５に示すように、ノズル近傍において直
接ベッド部分に送給することができる。あるいは、第１
図に示すように送給パイプ１８を通して空気管路部１３
に送給してもよい。燃焼促進などの目的のため、ベッド
‘こ流入する空気を子熱しておく方が有利であることも
多い。

（たとえばガス化が目的の場合には、蒸気子熱が行われ
る。）その一つの方法が第１図に示されている。この場
合は、ベッドの停滞区域Ｃにある高温粒子を下降管１６
を通って下降させ、適当なィンゼクタ２０を用いてノズ
ル１１の二次空気上昇パイプの中に噴射している。これ
ら高温粒子がノズル１１を通ってベッド‘こ復帰する時
に、周囲の空気に熱を伝える。このような方法によって
約４００度Ｃの子熱温度が容易に得られる。粒子ベッド
が粒状をなす燃焼残留物の集積によって形成されている
場合には、過剰になった粒子は下降管１７を通してベッ
ドから取出される。

燃焼時ベッドの温度が許容し難い価まで上昇した時には
、水を添加してベッドを冷却すればよく水は多くの場合
液体燃料と混合して支給するか、または別の送給パイプ
を用いて空気管に導入される。液体燃料および液体廃棄
物を使用する場合には、第５図に示すような霧化器を有
するバーナー装置を使用することが有利である。

液体燃料は中央パイプ２１を通し、空気を含んだ状態ま
たは空気を含まない状態でノズルに供給され、中央パイ
プ２１の出口には逆止球弁が設けられてる。主空気の供
給は他の実施例におけるものと同様であるが、燃料霧化
用の空気および（または）蒸気が同心管２２を通してノ
ズル１１に送給されている。このような構造は、普通の
液体燃料燃焼バーナーの場合に時々使用されている。こ
のような装置によれば燃焼ガス内の過剰酸素の量を１一
３％とするだけで（すなわち空気過剰係数約１．１）液
体炭化水素を効果的に燃焼させることができる。燃焼器
の他の有利な変型は孔１２を画定するノズル１１の頂部
に周囲孔１９を設けることである。三次空気がこれらの
孔を通って粒状ベッドの中に流入し、孔の近傍のベッド
を流動化させる。このことは第３図に示すように、噴出
−流動ベッド式焼却炉の場合にはベッドの始動に要する
空気圧力が低くて済むと言うことを意味している。噴出
−流動ベッドが一旦確立されれば前記周囲孔が三次空気
を粒子ベッド‘こ供給する。空気を粒子ベッドの下方区
域に供給し、粒子ベッドの停滞粒子を流動直前状態にお
くようにしてもよい。

この方法は第２図に示すように、空気が粒子ベッドの下
方区域の下方に、孔を有する床２３を通して送給される
。追加の空気を供給することにより、ノズル上方の噴出
区域に向う粒子の転送が容易になり、ベッド内のすべて
の粒子を完全に燃焼させることができる。これはまた噴
出ベッドを維持するに要する送風機圧力が低くて済むと
言うことを意味している。すでに触れたが、第４図に示
すように、広い粒子ベッドの中に複数のバーナーを設け
てもよい。

これらのバーナーは、隣接したノズルが協同して噴出円
錐の下方に共通の停滞した、または流動直前状態の粒子
区域を形成し、ある程度粒子を相互に混合させるけれど
も、それぞれ独立に作動できるようにしておくことが望
ましい。この型の構造においては異なる送給材料を同時
に処理することができ、かつ相互に反応するために混合
し得ないような廃棄物または燃料を同時に燃焼させるこ
とができる。このような配置においてはバーナーは必ず
しも１列に配列する必要はない。ベッドがもし浅ければ
複数のバーナーを１列に配置し、なるべくこれらバーナ
ーの孔１２を細長い溝孔とし（普通の円形孔の代りに）
、かつベッドを含む容器の底部を煩斜させれば、“スプ
リンクラーストーカー”を構成するベッド全体に固形燃
料（たとえば石炭）を分布させる装置を形成することが
できる。 、他の変型配置において
は、初期流動ベッド内にバーナーを水平に、流れに沿う
ように配列し、該ベッドの中において流体および粒子が
サイクロン運動を行うようにし、それによって燃焼効率
を改良するようになっている。

当分野の技術者にはよく知られているように、噴出−流
動ベッドは、普通の流動ベッド‘こおけるよりもガスま
たは固体の滞留時間を長くする必要がある場合、および
（または）ガスと固体とをさらに良く接触させる必要の
ある場合に特別の効用がある。

なお熱を伝達したり、化学反応を行わせたり、固体を良
く櫨梓しかつ（または）粘性を有する流体および固体を
分散させたりするために、ガスを比較的大きな粒子と接
触させる必要のある装置に対しても有利である。本発明
を使用する例としては粒状固体およびスラリの乾燥およ
び前処理、粒状化、粒子被覆、炭素を含む固体および炭
化水素液体またはガスを分解する場合の熱分解、鉄鉱石
の還元および炭素の活性化作業などがある。

他の用途は以上に述べた説明から容易に類推することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による典型的な噴出−流動ベッド燃焼器
の略線図で、空気を予熱しかつ送給材料を分散させるた
めに燃焼材料を循環させる復帰装置を備えたものを示す
。 第２図は本発明の燃焼器の変型を示す図で、ベッドの下
方静止区域を流動直前状態化させるために空気を供給す
るようになっている。第３図は第１図および２図に示さ
れた型の反応器のノズル上方区域を流動化する時に必要
な圧力がノズル構造にしたがって変化する状態を示す。
第４図は異なる送給材料を別個のノズルによって導入し
、単一の広い粒子ベッド（固体の流動を容易にするため
わずかに傾斜した）の中に複数の噴出ベッドを形成する
態様を示す。第５図は本発明の反応によって液体燃料お
よび廃棄物を燃焼させるためのバーナーの好適な形を示
す図である。図において１０は容器、１１はノズル、１
２は孔、１３，１４は管路、１５は送給装置、１６，１
７は下降管、１８は送給パイプ、１９は周囲孔、２川ま
インゼクタ、２１は中央パイプ、２２は同Ｄ管、２３は
基礎である。 第１図第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 材料の焼却などに用いられる深い粒子ベツドを備え
   た反応器にして、該粒子ベツドが下部ベツド区域と、下
   部ベツド区域の上方にある上部ベツド区域とを有してい
   る反応器において、該反応器が、 前記下部ベツド区域
   の底部に突出た少くとも１個のノズルと、 該ノズルを
   通り、空気などの流体を設定された流速をもつて流す装
   置とを有し、 前記流速は、前記下部ベツド区域が噴出
   （ｓｐｏｕｌｅｄ）粒子ベツドの形態を有し、前記上部
   ベツド区域が流動（ｆｌｕｉｄｉｓｅｄ）粒子ベツドの
   形態を有するような速度に設定されていることを特徴と
   する反応器。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の反応器において、前記
   ノズルが主孔と、前記主孔のまわりに位置決めされた複
   数の二次孔とを有し、該二次孔の区域において前記ベツ
   ドの粒子を流動化するようになつている反応器。 ３ 特許請求の範囲第１項か第２項の何れかに記載され
   たる反応器において、複数のノズルが設けられ、前記各
   ノズルがそれぞれ前記ベツド内に噴出区域を形成するよ
   うになつている反応器。 ４ 特許請求の範囲第１項から第３項までの何れか１項
   に記載されたる反応器において、前記ベツドに冷却水を
   供給する装置を備えている反応器。 ５ 特許請求の範囲第１項から第４項までの何れか１項
   に記載されたる反応器において、焼却または他の処理を
   行うべき材料を前記ベツドの噴出区域に導入する装置を
   備えている反応器。 ６ 特許請求の範囲第１項に記載された反応器において
   、前記粒子ベツドが多くの孔をあけられた板の上に支持
   されており、前記下部ベツド区域に存在する逆円錐形の
   噴出ベツドの下方に、静止粒子ベツド区域が形成されて
   おり、前記反応器は、前記板の多くの孔を通して空気を
   上方へ流す装置を有し、該空気の流速が前記静止粒子ベ
   ツドが流動直前状態になるように選定されていることを
   特徴とする反応器。