JPS6229681B2 - - Google Patents

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JPS6229681B2
JPS6229681B2 JP52154288A JP15428877A JPS6229681B2 JP S6229681 B2 JPS6229681 B2 JP S6229681B2 JP 52154288 A JP52154288 A JP 52154288A JP 15428877 A JP15428877 A JP 15428877A JP S6229681 B2 JPS6229681 B2 JP S6229681B2
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wall
coil
heater
fluidized bed
coil unit
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Uiruherumu Jukoora Uorufuretsudo
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Dorr Oliver Inc
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Publication of JPS6229681B2 publication Critical patent/JPS6229681B2/ja
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    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、精油所や、化学プラントや、スチー
ムを必要とするところ、あるいは油等のプロセス
流体を加熱しなければならないその他の工場にお
いて使用するための流動床式プロセスヒーターに
関する。
流動床式反応器は、通常、反応室内に微細固形
粒子を支持し、かつ、反応室をその下の風箱から
分離するための実質的に水平な有孔板即ち制限板
を有する円筒状の容器から成る。空気及び／又は
その他のガスは、固形粒子床を膨脹させ、床の微
粒固形物を浮遊させて個々の粒子に連続的に不規
則な運動を付与するガス速度が得られるように十
分な量で上記風箱内へ導入され、有孔板（制限
板）を通して通流される。この膨脹した床は、流
体の特性の多くを有しているところから、「流動
床」と称される。
このような流動床式反応器においては、化学工
業、金属工業、及びその他の材料処理工業におけ
る乾燥、サイジング、焙焼、焼成、焼却、及びガ
スによる固形物の加熱処理等の工程を行うことが
できる。更に、燃焼反応が行われるような流動床
式反応器の反応室には、発電用のスチーム又はそ
の他の高温プロセス流体を創成するために、ある
いは、加熱を必要とする化学的又は物理的プロセ
スを行うために流動床と熱交換するためのコイル
（蛇管）を設けることができる。
流動床内に配設したコイルを通して液体又はガ
スを循環させることにより該流動床から熱を抽出
したい場合、配慮しなければならないいくつかの
問題がある。１つは、流動床の固形物は砂、石
炭、アルミナ又はその他の硬い摩剥性物質である
ため、それらの粒状固形物が激しく連続的に運動
することの結果として流動床内に相当に厳しい浸
食性の条件を生じるという問題である。特に、床
内のコイルの返し曲り管部分は、乱流作用を受け
るのでそのような浸食性条件に敏感である。又、
新しい装置に対しては容量の増大を要求されるの
で、反応室の径を大きくすることになるが、その
ような径の大きい反応室に跨らせて水平なコイル
管を架設する場合、それらのコイル管に対して十
分な支持を与えるという観点から、反応室内の高
温に対する配慮をしなければならない。更に、水
平コイルは反応室の円形断面の弦上に位置させな
ければならないので、それらのコイルの長さを標
準化しておくことができず、適正なメンテナンス
を行うためには、いろいろな寸法のコイルを多量
に在庫しておくか、あるいは、いろいろな寸法の
コイルを特製するための設備を用意しておかなけ
ればならない。場合によつては垂直コイルも使用
されるが、密度の高い（密集した）熱交換表面を
提供するためには、反応器の風箱及び／又は自由
空間部内に多くの管寄せを配設しなければならな
い。
本発明は、均一な寸法の水平配向の熱交換コイ
ルを使用することができ、しかも、それらの熱交
換コイルが構造体の壁によつて十分に支持される
ようにした新規な流動床式プロセスヒーターを提
供する。
本発明の目的は、高い密度の熱交換表面を得る
ことのできる流動床式プロセスヒーターを提供す
ることである。
本発明の他の目的は、大きな床表面積を有する
流動床式プロセスヒーターにおいて該床内に配設
される水平な熱交換用コイルに十分な支持を与え
るための手段を提供することである。
本発明の更に他の目的は、流動床内に配置した
水平な熱交換コイルから成る流動床式プロセスヒ
ーターにおいて、それらのコイルの返し曲り管部
を流動床内に存在する浸食性条件から防護するた
めの構造的手段を提供することである。
本発明の更に他の目的は、トロイド形態の流動
床式反応器において、高温状態での作動中反応器
の内側壁の構造的保全性を維持するための手段を
捐供することである。
本発明の上記及びその他の目的並びに利点は、
添付図を参照して説明した以下の記載から更に明
らかになろう。
ここで用いる「トロイド形態」という用語は、
円形の外側壁と、それと同心をなす内側壁とを有
する総体的にドーナツ状形態の構造体を意味す
る。半径に沿つて切つたこの構造体の断面形状
は、多角形又は平面曲線で囲まれた形状である。
総括的にいえば、本発明の流動床式プロセスヒ
ーターは、外側壁と、それと同心をなし、それよ
り小径の水冷内側壁を有するトロイド状の反応容
器から成る。内側壁と外側壁によつて形成される
環状空間内に反応室があり、該反応室内に流動床
を設ける。複数の水平延長管部分から成る平面状
の直立コイルユニツトを反応容器の半径に沿つて
配置し、外側壁と内側壁によつて支持させる。
詳述すれば、これらのコイルユニツトには、反
応器構造体の外側壁に固定することのできるハツ
チ即ち保持部材を組付ける。コイルユニツトの各
水平延長管を該保持部材を貫通して挿通し、返し
曲り管部分は、コイルユニツトを反応器内に組立
てたとき、反応器の外側壁の外側に置かれるよう
に配置する。コイルユニツトの内方返し曲り管部
は、反応器構造体の内側壁内の支持用凹所内に受
容させる。内側壁内には、垂直に配向した冷却用
管を設ける。
図面を参照して説明すると、第１及び２図に
は、本発明に従つてヒーター室１７内に配置した
直立配向の複数のコイルユニツト３０を組入れた
トロイド形の流動床式プロセスヒーター１０が示
されている。流動床式プロセスヒーター１０は、
耐熱内張り１５で内張りした比較的大きい直径の
金属製外側壁１１と、同様に耐熱内張り１３で内
張りした実質的に小径の金属製内側壁１２を有す
る。外側壁１１の上端と内側壁１２の上端との間
に耐熱材で内張りした環状の屋根を張設する。壁
１１と１２の下端と下端の間には、風箱１８を画
定する環状の金属製底壁部材１８ａを架設する。
複数の羽口２１を備えた環状の制限板１６によつ
て風箱１８をヒーター室１７から分離する。制限
板１６上に粒状固形物床２８を支持させる。風箱
１８に空気導入管２２を接続し、ヒーター室１７
に排気ガス出口２３を接続する。更にヒーター室
１７には、粒状固形物導入管４７と、固形物抽出
管４８を接続する。風箱１８には又、清掃口１９
を設ける。複数のコイル（蛇管）ユニツト３０を
流動床２８内にプロセスヒーター構造体の半径に
沿つてリング状のヒーター室１７に跨設する。燃
料ガン（噴射銃）４６を反応器の外側壁１１を貫
通して設け、各コイルユニツト３０と３０の間に
燃料を噴射するように配置する（第２図）。第３
図に明示されるように、各コイルユニツト３０
は、蛇行コイル管３１と、コイル３１の外端に装
着したコイル保持部材３２から成る。コイル保持
部材３２は、耐熱材で内張りした金属プレートに
よつて形成する。組立に際しては、保持部材３２
をボルト又はその他の適当な手段（図示せず）に
よつてプロセスヒーター１０の外側壁１１に固定
する。この組立状態において保持部材３２は、コ
イル３１の外端を支持する。かくして、コイル３
１の外側返し曲り管部３１ｂは、プロセスヒータ
ーの外側壁１１の外部に位置される。一方、コイ
ル３１の内側返し曲り管部３１ａは、プロセスヒ
ーターの内側壁の耐熱内張り１３に設けた凹所４
４内に金属製のコイル支持リング４３によつて支
持する。これらの支持リング４３は、コイルを支
持することができるようにそれぞれ適当な高さの
ところにおいてプロセスヒーターの内側壁１２の
周りに配設する。各コイル支持リング４３の下面
には保護用耐熱材４５を付設する。
流動床の領域におけるプロセスヒーター１０の
外側壁１１の外部を囲繞するようにして入口管寄
せ３３及び出口管寄せ３４を設け、各蛇行コイル
３１を管寄せ３３，３４に連結する。
上述したコイルユニツト３０は、流動床２８内
を貫通させて配設してあるが、反応器から更に追
加の熱を抽出するためにヒーター室１７の自由空
間内にもコイルユニツト５０を配設することが望
ましい場合がある。コイルユニツト５０は、コイ
ルユニツト３０と全く同様のものであつて、コイ
ル保持部材５２に組付けた蛇行コイル５１から成
り、ボルト又はその他の手段によつてプロセスヒ
ーター１０の外側壁１１に固定することができ
る。
プロセスヒーター１０の内側壁１２に接触させ
て冷却用スチームコイル（水冷用コイル）３７を
配設する。コイル３７は、壁１２と断熱材層３６
との間の環状空間３８内に配置し（第２図）、入
口３９及び出口３９ｂ（第１図）に接続する。
本発明のプロセスヒーターは、大気圧条件下に
おいても、あるいは高圧条件下においても作動す
るように構成することができる。このプロセスヒ
ーターの作動においては、各燃料ガン４６を通し
て燃料を導入する。この目的のためには、石炭、
石油コークス又は低級石炭等の燃料が適している
が、「バンカーＣ」油のような他の燃料を使用す
ることもできる。噴射空気を、石炭のような固形
燃料のための燃料運搬体として、あるいは液体燃
料が使用される場合には燃料の分散を良好にする
ために、燃料ガン４６を通して燃料と共に導入す
ることができる。例えば高温に加熱した流動化用
ガスは、導入管２２を通して導入する。導入管２
２を通して流入してくるガスは、羽口２１を通つ
て制限板１６を横断し、ヒーター室１７内の粒状
固形物を流動化させる。粒状固形物床２８は、例
えば砂、アルミナ、石灰又はドロマイトの粒子に
よつて構成することができる。床２８内において
発生した燃焼ガスは、床内を通つて移動し、各コ
イルユニツト３０に接触した後、ヒーター室１７
の自由空間内へ上昇し、該自由空間内にコイルユ
ニツト５０が設けられている場合にはそれに接触
する。次いで、燃焼ガスは、自由空間から排気ガ
ス出口２３を通つて排出され、サイクロン２４に
送られる。サイクロン２４は、燃焼ガスからそれ
に帯同されている固形物を分離し、それらの固形
物は導管２６を通して排出される一方、ガスは導
管２７を通して排出され、処理又は廃棄される。
例えばスチーム、油又は空気などのプロセス流体
は、各コイルユニツト３０に接続した入口管寄せ
３３を通してヒーター室１７内に導入され、コイ
ルユニツト３０内を流れる際流動床２８と熱交換
関係におかれる。かくして加熱されたプロセス流
体は、出口管寄せ３４に至り、そこから熱回収の
ための装置又は発電装置へ、あるいはそのための
目的のために送給される。ヒーター室１７の自由
空間内のコイルユニツト５０も同様の態様で作動
する。流動床の特性は、必要に応じて固形物導入
管４７を通して粒状固形物を導入し、固形物抽出
管４８を通して灰を含む流動床材を抽出すること
によつて維持することができる。
コイル３１を取付けた保持部材３２は、プロセ
スヒーター１０の外側壁のところにおいてコイル
３１に確実な支持を付与する。更に、コイルユニ
ツト３０の外側返し曲り管部３１ｂをヒーター室
１７の外部に位置させるように構成してある。こ
れらの外側返し曲り管部は、浸食作用を受け易い
個所であるが、このように外部に配置されたこと
により浸食性の環境から離されることになる。一
方、ヒーター室１７の内側壁１２のところにおい
ては、コイルユニツト３０の内側返し曲り管部３
１ａは、リング部材４３上に支持してあり、内側
壁１２の耐熱内張り１３の凹所４４内に収容さ
れ、流動床の活発な運動作用から防護されてい
る。かくして、内側曲り管部分３１ａもヒーター
室１７内の浸食性環境から実質的に遮蔽されると
共に、確実に支持されている。
内側壁１２の水冷壁構造は、該内側壁の構造的
保全性を維持する上で重要である。一般に、外向
きに湾曲した壁に被覆した耐火壁を無きずのまま
に維持することは、その壁の凸面状表面が高温に
さらされる場合には、たとえ多数の固定クリツプ
や、鋳造可能な構造を使用したとしても困難であ
るが、本発明によれば、耐熱壁１３が破損した場
合、スチームコイル３７が内側壁１２を過度の熱
に対して保護し、かつ、内側壁１２を酸の露点以
上に維持し、それによつて腐食から保護する。
コイルユニツト３０，５０は、保守サービスを
行うことができるように着脱自在にしてある。
又、コイル保持部材３２を過度の熱から保護する
ために該保持部材に鋳造可能な耐熱材の層を被覆
することができる。図示の実施例においては返し
曲り管部分３１ｂは保持部材３２を貫通して取付
けてあるが、そのように完全に貫通させなくと
も、保持部材に固定用クリツプ又はその他の機械
的取付手段を設けることによつて曲り管部分に十
分な支持を与えることができる。又、図示の実施
例では１つの保持部材３２に対して１組の蛇行コ
イル３１を取付けてあるが、１つの保持部材に２
組のコイルを例えば４インチ（11.6cm）の間隔を
置いて取付けることもできる。そのようなコイル
組立体も、ここでは単一のコイルユニツトとみな
すこととする。内側壁１２のところにおける各コ
イル間の間隔の大きさによつて、プロセスヒータ
ー内に設置することのできるコイルユニツトの個
数がきまつてくる。
自由空間に設けるコイル５１も着脱自在のもの
として例示したが、それらのコイルが飛沫帯域
（流動床の固形粒子の飛沫をかぶる帯域）より上
に設置される場合は、固形粒子による摩剥作用を
受けることが少いので、コイルを必ずしも着脱自
在の構成にする必要はない。
本発明に従つて製造したプロセスヒーターの実
際の実施例において、内側壁１２の直径を12フイ
ート（3.66ｍ）とし、外側壁１１の内径を45フイ
ート（13.7ｍ）とし、約15フイート６インチ
（4.7ｍ）幅の流動床用の環状空間を形成するよう
にした。それぞれ６本の外径４インチ（10.2cm）
の管から成るコイルユニツトを設けた。各コイル
ユニツトは、それぞれ約100平方フイート（9.3
m2）の熱伝達面積を提供する。このようなコイル
ユニツトを56個プロセスヒーター内に設置した。
流動床とプロセス流体の間の温度差を1000〓
（540℃）とし、全体の熱伝達係数を60btu／bt2、
〓とした場合、流動床から流動床コイル内のプロ
セス流体への熱伝達量は約320×106btu／hrであ
る。
流動床の熱伝達は、１コイルユニツト当りの管
の本数を多くすること（それには流動床を深くす
る必要がある）、及び／又は、各コイルユニツト
間の間隔を狭くすることによつて増大させること
ができる。
流動床の熱伝達は、約20フイート（6.1ｍ）の
環体幅が得られるように約52フイート（15.85
ｍ）の直径を有するプロセスヒーターを使用する
ことによつて420×106btu／hrにまで増大させる
ことができる。
石炭を燃料として使用した場合は、サイクロン
２４内で分離された固形物、特に石炭の微粒子
は、導管２６を各隣接するコイルユニツト３０と
３０の間の流動床２８にまで延長することによつ
て流動床２８へ戻すようにすることができる。
本発明のプロセスヒーターは、内側壁構造を標
準化して工場で組立てることができ、流動床を収
容する環体の幅及び流動床内に設置するコイルの
長さを変えるだけでいろいろな異る容量の装置を
提供することができるという利点を有する。各コ
イルユニツトは、取外し自在であり、同一の設計
であるから、相互に交換することができる。水冷
式壁構造は、耐火材の破損による過熱に対して内
側壁を保護し、酸の腐食からも防護する。
以上、本発明の特定の実施例を説明したが、本
発明は、ここに例示した実施例の構造及び形態に
限定されるものではなく、その精神及び範囲内に
おいて、いろいろな形態で実施することが可能で
あり、いろいろな変更及び改変を加えることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明のトロイド形流動床式プロセス
ヒーターの一部断面による図、第２図は第１図の
線２−２に沿つてみた断面図、第３図は、本発明
による熱交換コイルユニツトの透視図、第４図は
本発明による熱交換コイルのための支持構造体を
示す部分図である。 図中、１０はプロセスヒーター、１１は外側
壁、１２は内側壁、１３は耐熱内張り、１６は制
限板、１７はヒーター室、１８は風箱、２８は流
動床、３０はコイルユニツト、３１は蛇行コイ
ル、３１ａ，３１ｂは返し曲り管部、３７は冷却
用スチームコイル、４３はコイル支持リング、４
６は燃料ガン。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 流動床式プロセスヒーターにおいて、外側壁
    とそれとほぼ同心をなす内側壁を有するトロイド
    形態の容器を設け、粒状固形物の流動床を支持す
    ることができるようにした水平な環状の流れ制限
    板を前記外側壁と内側壁の間に張設し、該制限板
    によつて前記容器の上方部分内のヒーター室と、
    該容器の下方部分を占める風箱とを分離させ、該
    容器内に複数の熱交換コイルユニツトを配設し、
    該各コイルユニツトは、返し曲り管部によつて直
    列式に連結した複数の水平延長管部分から成る平
    面状の蛇行管を有するものとし、各コイルユニツ
    トの平面を垂直に配向し、各コイルユニツトの前
    記水平延長管部分を前記ヒーター室の流動床領域
    内を通して前記容器の半径に沿つて延長させ、該
    各コイルユニツトを前記内側壁のところにおいて
    支持する支持手段を設け、該各コイルユニツトの
    蛇行管を前記外側壁のところで固定するための保
    持板部材を該外側壁に着脱自在に固定し、各コイ
    ルユニツトの前記水平延長管部分を該保持板部材
    を貫通して取付け、それによつて該保持板部材に
    近接する前記返し曲り管部分が前記ヒーター室の
    外部に位置されるように構成したことを特徴とす
    るプロセスヒーター。 ２ 前記内側壁のところにおいて各コイルユニツ
    トを支持する前記支持手段は、前記ヒーター室内
    に前記蛇行管の各返し曲り管部分の高さに対応す
    る高さのところに前記内側壁を囲繞する複数の環
    状の水平支持リングから成り、該内側壁に近接す
    る方の前記各返し曲り管部分をそれに対応する前
    記環状支持リングによつて支持したことを特徴と
    する特許請求の範囲第１項記載のプロセスヒータ
    ー。 ３ 前記内側壁をスチームコイル管又は冷却用コ
    イル管に接触させたことを特徴とする特許請求の
    範囲第１項記載のプロセスヒーター。 ４ 前記ヒーター室の自由空間内に熱交換用蛇行
    コイルユニツトを配設したことを特徴とする特許
    請求の範囲第１項記載のプロセスヒーター。 ５ 選ばれた隣接するコイルユニツトとコイルユ
    ニツトの間において前記流動床内へ燃料を噴射す
    るために複数の燃料ガンを配置したことを特徴と
    する特許請求の範囲第１項記載のプロセスヒータ
    ー。
JP15428877A 1976-12-23 1977-12-21 Process heater of fluid bed type Granted JPS5380039A (en)

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