JP2000509136A - 吸収剤を再生する燃焼方法および燃焼プラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、吸収剤を再生する燃焼方法および燃焼プラントに関する。流動床４を封入する燃焼室１内で燃料を燃焼する間に、燃料と吸収剤が床４に供給される。燃焼中に精製された燃焼ガスは、固体材料を前記ガスから分離することにより、分離部材９内で収集され、精製される。分離された固体材料は、チャンネル２３を通して床へと再循環され、気体状媒質が、燃焼ガスを移し、化学反応を提供するため、制御された方法でチャンネル２３内に存在する分離された固体材料２４に供給される。

Description

【発明の詳細な説明】 吸収剤を再生する燃焼方法および燃焼プラント 本発明は流動床を囲む燃焼室内で燃料を燃焼する方法に関し、酸素を含むガス を下から床に供給するステップと、燃料と吸収剤を床に供給するステップと、燃 焼中に形成された燃焼ガスを収集するステップと、固体材料をそこから分離する ことによって燃焼ガスを精製するステップと、分離した固体材料をチャンネルを 通して燃焼室に再循環させるステップとを含む。さらに、本発明は、流動床を囲 むよう設けられ、吸収剤が供給される間に燃焼ガスを形成しながら燃料の燃焼を 実行するよう意図された燃焼室と、前記燃焼ガスを精製する精製装置とを備え、 前記精製装置が、粒状材料を前記燃焼ガスから分離するよう配置された分離部材 を備え、さらに分離部材と燃焼室を接続し、分離した材料を燃焼室へと再循環さ せるよう配置されたチャンネルとを備える燃焼プラントに関する。 粒状不燃性材料の床で異なる燃料を燃焼させ、この床には、床が流動化するよ うな方法でノズルを通して下から燃焼空気を供給することが知られている。流動 床の異なるタイプのこのような燃焼間には違いがあり、異なる原理により、異な る状況で運転される。第１に、大気圧の床と加圧した床との間に違いがある。大 気圧の床と比較して、加圧した流動床は、高い効率によって、生じる効果に関し てプラントのサイズが小さく、燃焼が環境および経済的観点から、有利な状態で 生じることを特徴とする。加圧した床は、作動時の圧力低下がより大きいことが あるので、大気圧の床より大なる高さを持つことがある。大気圧床のうち、いわ ゆる循環床が頻繁に使用され、ここで床の材料は、床に再循環されるために分離 装置を通って循環することができる。このような方法で、未燃焼になった燃料を 再循環することができ、これで燃焼の効率が改善され、最初に硫黄の吸収に使用 されなかった吸収材料も再循環することができ、これは燃焼から汚染物質の排出 を減少させる。しかし、このような循環床は流動化速度が比較的速く、典型的な ケースでは５〜１２ｍ／ｓのオーダーである。流動化速度とは、粒子がない場合 に燃焼室を通るガスが持ったであろう速度を意味する。このような高速は、例え ば床に設けられた蒸気管構造体などに、その寿命を大幅に減少させるような腐食 の問題を生じる。さらに、流動化速度が比較的遅いいわゆる気泡床を見出すこと ができ、これは典型的なケースでは０．５〜２ｍ／ｓである。このような床は、 垂直方向に比較的良好に画定され、床の上の燃焼室に空間、いわゆるフリーボー ドが形成される。このフリーボード内には、循環床と比較して少ない量の塵粒が あるが、フリーボードでの圧力低下は基本的にない。 最近、燃焼室を出た燃焼ガスを、固体材料を分離するサイクロンに供給し、燃 焼室へと再循環することによって、加圧床にも特定の循環を設ける試みがされて いる。再循環によって吸収剤の利用度及び燃焼効率に関して所望の効果を完全に 獲得するため、固体材料は流動床の底部で供給されるべきである。つまり、床お よびサイクロンでの、典型的なケースでは約０．５バールの、圧力低下を克服し なければならない。 この圧力低下を克服するため、再循環パイプの端部に、好ましくは垂直に、例 えば、セル供給タイプの投与装置を設け、サイクロンを燃焼室に接続するよう示 唆されている。投与装置は、パイプ上に設けられ、通常のケースではシャッター を閉位置に保持する重量を有する回転式シャッターを備える。パイプ内の材料の 量が十分な場合は、その重量がシャッターの重量を上回り、つまりシャッターが 開放されて材料が放出される。このような装置は、固体材料の再循環が断続的に なる。しかし、このような装置は、床内で生じる動作とその動作によって生じる 力のせいで、流動床の環境で意図される方法では機能しない。さらに、そのよう な装置は攻撃的な、浸食性の、腐食性の環境によって急速に破壊される。 別の解決策は、ベッド内に配置され、材料の柱が蓄積される垂直部分を有する Ｌ−弁である。チャンネルを通る材料の流れを提供するため、このような装置で は、ガスをＬ−弁の下部分に射出し、また安定性を提供するために、材料の柱の 高さを連続的に測定しなければならず、これは実際の環境では不可能ではないま でも、非常に困難である。 SE-B-460 148は、この圧力低下を克服する別の方法を示唆する。SE-E-460 148 は、燃焼ガスを形成しながら燃料を燃焼するため、加圧した流動床を囲む燃焼室 を有する燃焼プラントを開示する。さらに、プラントは幾つかの段階で前記燃焼 ガスを精製する。第１段階では、粒状材料をサイクロンによって燃焼ガスから分 離し、サイクロンの下の収集室に供給する。未燃焼燃料および吸収剤材料の使用 を改良するため、水平の再循環チャンネルを介して、収集された塵粒が燃焼室に 戻される。再循環は、材料を燃焼室内に吹き込む空気式エジェクタによって達成 される。しかしながら、そのような空気注入は非常に高価である吸収剤の利用度 と燃焼効率との利得は、１次空気をエジェクタに提供する圧縮機の影響で失われ る。さらに、この方法は浸食に至る。 燃焼ガスから分離された固体材料の再循環は、再循環された微小部分が床の質 量の１０〜４０％も提供することがあり、これが床に配置された管への熱伝達効 率に強い影響を与えることに留意されたい。微小部分は、最大径が約３００〜４ ００μｍで、平均粒子直径が約５０〜１５０μｍの粒子からなる。 US-A-4021 184は、屑材料の燃焼のために開発された燃焼プラントを開示する 。プラントは、再循環流動床用の燃焼室を備える。この明細書に開示された床は 加圧されず、プラントは大気圧で作動し、希釈タイプ（希釈相流動床）である、 つまり流動床が燃焼室全体を満たす。このようなタイプの床は、固体で高温の床 材料の非常に大きな部分が、燃焼中に形成された燃焼ガスとともに燃焼室から外 に運搬されることを意味する。したがって、塵粒をこれらのガスから分離するサ イクロンが燃焼室の出口に設けられ、分離した高温の塵粒が、サイクロンを燃焼 室と接続する導管を介して燃焼室へと再循環されることが示唆される。このよう な方法で、燃焼室を出る塵粒の熱エネルギーを回収することが可能である。かく して、床、つまり燃焼室全体での圧力低下が低いことにより再循環が得られる。 また、導管の端部の言及された弁（トリック弁）が恐らく必要である。 EP-B-176 293は、流動床を囲み、燃焼ガスを形成しながら燃料の燃焼を実施す ることを意図した燃焼室を有する別の燃焼プラントを開示する。床は気泡タイプ であるが、燃焼室は大気圧で作動する。さらに、プラントは粒状材料を燃焼ガス から分離し、燃焼室の上に設けられたサイクロンを備える。分離された粒状材料 は、材料を単にパイプを通して自由落下させることにより、パイプを介して床に 戻す。これは、この明細書に開示された床の高さは比較的低く、約１ｍであるの で可能である。これによって、圧力低下も比較的小さい。 US-A-4 103 646は、２つの燃焼室を備え、第１燃焼室が高速流動床、つまり流 動速度が７〜１０ｍ／ｓで、第２燃焼室が「低速」気泡流動床を有するプラント を開示する。第１燃焼室で形成された燃焼ガスはサイクロンへと導かれ、ここで 固体材料が分離され、第２燃焼室へ供給される。第２燃焼室の底部には固体材料 の放出チャンネルがあり、固体材料は空気射出によって第１高速燃焼室へと再循 環される。 分離した材料を床に再循環することにより、燃焼室に供給される吸収剤の利用 度が高くなる。というのは、これがプロセスにある時間を長くできるからである 。 発明の概要 本発明の目的は、望ましくない物質の放出を減少させることができる方法およ び燃焼プラントを提供することである。特に、本発明は、望ましくない物質を吸 収するために、燃焼へ供給される吸収剤の利用度を高めることを目的とする。 この目的は、燃焼ガスを移し、化学反応を提供するため、制御された方法で、 チャンネル内に存在する分離された固体材料に気体状媒質を供給することを特徴 とする方法によって達成される。例えば、石灰岩または苦灰岩などの天然石灰を 含む物質という形で存在できる吸収剤の加熱中に、燃焼室でＣａＣＯ₃から二酸 化炭素が蒸発し、これによって生石灰を形成する。これは、燃焼中に解放された 硫黄と結合し、それによって石膏を形成する非常に優れた能力を有する。しかし 、大量の生石灰を獲得できるためには、二酸化炭素の分圧は、石灰を含む吸収剤 を囲む気体中で低くなければならない。本発明による制御された方法で、チャン ネル内に存在する分離した固体材料に気体媒質を供給することにより、分離した 材料内に存在する吸収剤が反応して生石灰を形成するような方法で、このチャン ネル内での二酸化炭素の分圧を低くすることができる。したがって、本発明によ り、吸収剤が硫黄などの望ましくない物質を吸収する能力が、高度に改良される 。その結果、本発明による方法によって、望ましくない物質の放出を減少させる ことができる。本発明による方法は、例えばアルカリ化合物、塩素化合物、塩素 および重金属などの吸収にも適している。 本発明の実施形態によると、気体媒質は、チャンネル内の分離された材料に供 給される前に、予め加熱される。このような方法で、プラントの環境容量がさら に改善される。というのは、吸収剤が二酸化炭素を気化して硫黄または他の望ま しくない物質を吸収する能力は、温度上昇とともに上昇するからである。気体媒 質は約６００〜９００℃、好ましくは７００〜８７０℃の温度に予熱されること が好ましい。 本発明のさらなる実施形態によると、気体媒質は空気を含む。これは本発明の 非常に有利な実施形態で、本発明による気体供給の単純な構造を可能にする。気 体媒質は、蒸気を含むこともできる。水は生石灰とともに消石灰も形成する。さ らに、気体媒質は窒素または前記物質の少なくとも２つの組合せを含むことがで きる。 本発明のさらなる実施形態によると、気体媒質は、異なる高さの複数のレベル でチャンネルに供給される。これによって、吸収剤の利用度をさらに改善するこ とができる。このような好ましい用途では、空気および／または窒素は高レベル でチャンネルに供給され、蒸気を低レベルでチャンネルに供給される。 本発明のさらなる実施形態によると、吸収剤は例えば石灰岩や苦灰岩などの石 灰を含む材料からなる。 本発明のさらなる実施形態によると、分離された材料は、材料の柱がチャンネ ル内に形成され、材料の柱が単にその重みによって、一定の開口部面積を有して チャンネルの下部分に設けられた通路を通る一定流内で分離した材料を再循環さ せるような方法で、チャンネルに供給される。したがって、燃焼室への材料の放 出は、単に材料の柱の重量によって実施され、エジェクタなどの以前に使用され た補助手段による外部からの影響は全くない。プラントの運転は、部材を分離す ることにより材料の柱を上から充填することを保証する。このようにして形成さ れた材料の柱の高さが、床の高さを上回るので有利である。さらに、下からの気 体がチャンネルに侵入することは防止される。このような方法で、チャンネル内 に存在する材料の流動化は起こらず、材料の再循環は妨げられない。 上記の目的は、チャンネルに接続されて気体媒質をチャンネル内に存在する分 離した材料に供給するよう配置された少なくとも１つの部材を特徴とする燃焼プ ラントによっても達成される。 燃焼プラントの好ましい実施形態を、請求項１５〜３１で規定する。 加熱部材は、気体媒質を予熱するよう配置するので有利である。加熱部材は、 燃焼室内に設けた熱交換器を備えることができる。 好ましい実施形態によると、チャンネルは、材料の柱の体積を大きくするため 配置された拡大部分を備える。このような拡大部分により、分離した材料が材料 の柱にある時間が、さらに延長されることができる。 本発明のさらなる好ましい実施形態によると、気体供給部材は、チャンネルの 壁に設けた少なくとも１つの気体供給装置を備える。この装置は、チャンネルの 周囲に設けられ、上下の制限壁を有するシリンダーを備え、したがってチャンネ ルとシリンダーの間に閉鎖した環状空間が形成され、チャンネルの壁がチャンネ ルの内部と環状空間との間の通路を備えることができるので有利である。 さらなる有利な実施形態によると、チャンネルは、燃焼プラントの運転中にチ ャンネルに材料の柱が形成されるような方法で設けられ、チャンネルの下部分に 材料の柱の重みによって連続流で材料を放出できる受動手段を備える。通路の流 動区域は一定でよい。したがって、材料の柱の重量だけで、分離した固体粒状材 料を燃焼室に連続的かつ均一に再循環する。本発明による再循環装置は、圧力差 を克服するための圧縮機または他の装置を必要とせず、材料を材料の柱から供給 する受動手段を備えるので、装置の費用は、製造および運転の点で好ましいもの である。さらに、材料のエジェクタ供給に関する腐食の問題も回避される。した がって、再循環チャンネルはいかなる可動構造要素も含まないので、その信頼性 は非常に高い。 さらに、受動手段は、チャンネルの下端に設けられ、下から見ると少なくとも チャンネルの断面積の大部分を覆う表面を有することができる。この表面は、垂 直軸に対して傾斜角度を形成することができ、これは約２０〜９０°、好ましく は２１〜３９°となる。このような傾斜した表面により、ガスがチャンネルに侵 入することが防止され、それと同時に、表面は、材料が燃焼室へと再循環するの を促進する。このような好ましい傾斜角度を有する表面は、摺動表面または一種 の材料シュートとして機能する。 図面の簡単な説明 本発明について、次に、例として形成された様々な実施形態により、添付図面 を参照しながら説明する。 図１は、ガスと蒸気のサイクル（後者は開示しない）の組合せを有するＰＦＢ Ｃ発電所を概略的に開示する。 図２から図５は、燃焼ガスから分離した固体材料のため、本発明による発電所 の燃焼室および再循環チャンネルの様々な実施形態を開示する。 図６から図１２は、再循環チャンネルの様々な実施形態を開示する。 様々な実施形態の詳細な説明 次に、本発明について、いわゆるＰＦＢＣ（加圧流動床燃焼）発電所に関連し て説明する。しかし、本発明は他のタイプのプラント、特に発電しない燃焼プラ ントにも適用されることに留意されたい。ＰＦＢＣ発電所、つまり加圧流動床で 粒状燃料を燃焼するプラントを、図１に概略的に開示する。プラントは、圧力容 器２内に収容され、１０⁴ｍ³のオーダーの容積を有し、例えば７〜３０バール（ ａｂｓ）まで加圧することができる燃焼室１を備える。圧縮された酸素を含むガ ス、例で開示された空気は、燃焼室１を加圧し、燃焼室１内の床４を流動化する ため、３で圧力容器２に供給される。圧縮空気は、燃焼室１に囲まれた床４を流 動化するため、燃焼室１の底部に設け概略的に図示された流動化ノズル５を介し て燃焼室１に供給される。空気は、約０．５〜２．０ｍ／ｓの流動化速度を達成 するような方法で供給される。床４は気泡タイプで、約２〜６ｍの高さｈを有す ることができる。これは不燃性流動床材料、粒状吸収剤および粒状燃料を含む。 循環しない床材料、吸収剤および燃料の粒子サイズは約０．５ｍｍと７ｍｍの間 である。床材料は、例えば灰および／または砂を含み、吸収剤は、燃焼中に放出 される望ましくない物質、つまり硫黄、塩素、重金属、アルカリ化合物などを吸 収するため、例えば苦灰岩や石灰岩など、石灰を含む材料を含む。燃料は、床の 約１％を形成するような量が供給される。燃料とは、例えば坑口炭、褐炭、コー クス、ピート、生物燃料、オイルシェール、ペットコークス、廃棄物、油、水素 ガスおよび他のガスなど、燃焼できる全ての燃料を意味する。床材料、吸収剤お よび燃料は、概略的に開示される導管６を介して床４に供給される。燃料は、床 ４に供給される流動化空気中で燃焼しながら燃焼ガスを形成する。これは、気泡 床４の上に配置された空間７、いわゆるフリーボード内で収集され、次にチャン ネル８を介して分離部材９、つまり開示された例ではサイクロンに導かれる。そ こから燃焼ガスはさらに、さらなる精製装置に導かれ、これは概略的に１０で開 示され、例えば数段階で設けられたサイクロンを備えることができる。その後、 燃焼ガスは、例えば高温フィルタ１１を介してさらにガス・タービン１２に導か れ、これは開示された例では高圧段階１３および低圧段階１４を備える。高圧タ ービン１３が、高圧圧縮機１５および発電機１６と同じシャフト上に設けられ、 発電機はこの方法で、高圧タービンによって駆動され、電気エネルギーを精製す る。高圧圧縮機１５は、導管１７を介して圧縮空気を燃焼室１に送出する。 高圧タービン１３中で膨張した燃焼ガスは、低圧タービン１４に導かれる。低 圧タービン１４を出た燃焼ガスは、まだ節約装置１８内で回収できるエネルギー を含む。低圧タービン１４は、低圧圧縮機１９と同じシャフト上に設けられ、低 圧圧縮機にはフィルタ２０を介して大気から空気が供給される。次に、低圧圧縮 機１９は低圧タービン１４によって駆動され、その出口から高圧圧縮機１５に第 １段階で圧縮してある空気を提供する。低圧圧縮機１５と高圧圧縮機１５の間に は、高圧圧縮機１５の入口に供給される空気の温度を下げるため、中間冷却器２ １が設けてある。 さらに、発電所は蒸気タービン側を備え、これは開示されないが、管セット２ ２の形態の配置構成によって示され、これは流動床４に浸漬される。管セット２ ２内で水は循環され、蒸発し、管と床材料との間の熱交換によって過熱されて、 床４内で実行される燃焼によって発生した熱を受ける。 燃焼室に接続して設けられ、ゼロステップサイクロンとも呼ばれるサイクロン ９内で、固体粒状材料が燃焼ガスから分離される。この固体粒状材料は、一方で 床材料および灰を含むが、未燃焼燃料および吸収剤も含む。したがって、この未 使用材料を床４に再循環させ、可能であれば未燃焼燃料を燃焼させ、未使用の吸 収剤を利用することが望ましい。この再循環は、チャンネル２３を備える再循環 装置によって実行される。チャンネル２３は、プラントの運転中に材料の柱２４ がチャンネル２３内に形成されるような方法で構成しなければならない。このよ うに形成された材料の柱２４は、床４の高さｈを上回る高さｈ’でなければなら ない。この高さの違いのために、材料が燃焼室１内へと下方向に、開示された例 では管セット２２の下にある床４へと下方向に連続的に供給される態様で、重量 が材料の柱２４の材料に影響を与える。この高さの差は、チャンネル２３の種々 の実施形態の多様性によって設けることができる。チャンネル２３は、例えば円 形、長円、長方形、多角形など、任意の断面を有することができる。図１では、 再循環装置は、チャンネル２３の最下部分にある傾斜した壁２５を備え、これは チャンネル２３と協力して一定の流面積を有する通路を形成する。このように、 チャンネル２３の口は、傾斜壁２５の最下縁とその上にあるチャンネル２３の縁 によって形成される。傾斜壁は、垂直軸に対して傾斜角度ｖを有することができ 、それは合計して約２０から９０°、つまり極端な場合には前記垂直軸に対して 直角になる。好ましい傾斜角度ｖは約２１°と３9°の間である。傾斜壁２５は 、ノズル５から上方向に流れるガスがチャンネルに入るのを防止し、下方向に流 れる材料の摺動表面として機能する。このような方法で、下方向に流れる材料の 柱が形成される。再循環速度を低下させるため、口の面積はチャンネル２３の断 面積より小さくしてもよい。図１に開示された例の口は、基本的に垂直な面に完 全に位置することに留意されたい。上方向に流れる燃焼空気の一部しかチャンネ ル２３に入ることができないので、チャンネル２３内にある材料では流動化は起 きない。 図２から図５は、再循環チャンネル２３および分離部材９の他の実施形態を開 示する。異なる実施形態で、対応する機能を有する要素には、同じ参照番号が与 えられていることに留意されたい。 図２に開示された再循環装置は、チャンネル２３の下部分に比較的穏やかな曲 線２６を備える。この口も、この例ではチャンネル２３を基本的に垂直面で切断 することによって形成する。チャンネルの端にある曲線２６の下接平面は、垂直 軸に対して、図１に開示された例と同じ値を有する角度ｖだけ傾斜する。開示さ れた曲線２６は、上方向に流れるガスがチャンネル２３に入るのを防止し、下方 向に流れる材料の摺動表面として機能する通路を形成する。材料の再循環速度を 低下させるため、チャンネル２３は、曲線２６がその上流より小さい断面積でも よい。また、図２に開示されたサイクロン９は、燃焼室１内に完全に封入される 。 図３に開示された再循環装置は、燃焼室１の外部に垂直軸に対して角度ｖを形 成する方向で延存するチャンネル２３を備える。チャンネル２３は、燃焼室１の 壁中の通路を通って延在し、この通路はチャンネル２３の口を形成する。角度ｖ は、例えば１０°と５０°の間で、好ましくは２１°と３９°の間でよい。この ような傾斜した再循環チャンネル２３によって、チャンネル内を上方向に流れる ガスの量が減少し、その結果、床４より上に上方向に延在する材料の柱２４が形 成される。材料のこの柱２４の重量だけで、分離された固体材料が均一かつ連続 的に放出されることを保証する。下方向に流れる固体材料の再循環速度を低下さ せるために、このケースでも前記通路での断面積、つまりチャンネル２３の口近 傍の断面積が、チャンネル２３のこれより高い位置での断面積より小さくてもよ い。サイクロン９は、この例では燃焼室１の完全に外部に位置され、概略的に開 示されたパイプ導管８を介してこれと接続される。図３のチャンネル２３の口は 管セット２２と同じ高さに配置されているが、図３に開示された口は、管セット ２３のレベルより下または上に配置できることに留意されたい。 図４は、基本的に垂直方向に延在するチャンネル２３を有する再循環装置の別 の変形を開示する。このケースでは、再循環装置は、下方向に傾斜するチャンネ ル２３の部分２７を備え、これはチャンネル２３内を下方向に流れるガスの量を 減少させて、下方向に流れる固体粒状材料の摺動表面として機能する。部分２７ は通路を形成し、これは材料の柱２４が形成され、床４の高さｈを上回る高さｈ ’を有するような寸法である流路面積を有する。図４に開示されたサイクロン９ は、燃焼室１に封入され、その上部分、つまりフリーボード７に位置する。 図５は、図２と同様であるが、燃焼室１のフリーボード７内に口を有するチャ ンネル２３を有する再循環装置の別の変形を開示する。 図６から図１２は、本発明による再循環装置のさらなる変形を開示する。図６ では、この装置は、図１と同様であるが、下板２５が基本的に垂直軸に対して直 角に延在するチャンネル２３を備える。この実施形態は、製造的見地からは特に 単純である。板２５とチャンネル２３とによって形成された隅には、下方向に流 れる材料の蓄積２９が形成される。この蓄積は、下方向に流れる材料の摺動表面 として機能する。図７に開示されたチャンネル２３は、図４と同様であるが、角 度ｖで傾斜する部分２７の下部分が、傾斜部分２７の上部分に対して流出材料の 方向に延長する部分２７を備える。このような方法で、チャンネル２３の口は垂 直軸に対して傾斜した角度ａを有する。この実施形態により、チャンネル２３内 で上方向に流れるガスの量が減少する。図８に開示されたチャンネルは、図１で 開示したものと同様であるが、角度ｖで傾斜した板２５は、下から見ると板がチ ャンネル２３の断面積全体を覆わないような方法で短くなっている。したがって 、チャンネル２３の口は垂直軸に対して角度ｂを形成する。このような実施形態 により、上方向に流れるガスの大部分は、確実にチャンネル２３に入るのを防止 されるが、その一部は材料の柱２４と混合されることができる。これは、分離し た材料中に混合ガスがあることが望ましい特定の用途では望ましいことである。 図９では、チャンネル２３は、板３０とチャンネル２３の間に基本的に外周にあ る口が形成されるような方法で、チャンネル２３内に固定される。板３０は、概 略的に３１で開示された数本のバー状の棒によって固定してもよい。板３０には 、垂直軸に対して角度ｖの傾斜を設けてもよいことに留意されたい。図１０で開 示された再循環装置は、燃焼室１の底板３２の真上に口を有する、下方向に完全 に開いたチャンネル２３を備える。チャンネル２３の下に配置された底板３２の 部分３３には、基本的には底板３２の全表面に設けられる流動化ノズル５がない 。このような方法で、ノズル５から上方向に流れるガスは、チャンネル２３に入 ってそこにある材料を流動化させるということがない。これにより、材料の柱２ ４を蓄積し、床１５の下部分に材料を均一かつ連続的に放出することができる。 このように放出された材料は、その後、ノズル５から上方向に流れるガスのせい で、床内を上方向に運ばれる。図１１は、図１０のものに似ているが、底板３２ に設けられ、流動ノズル１２を持たない部分３３が、底板３２の他の表面に対し て隆起している。図１２の再循環装置は、下方向に開くじょうご形の円錐延長部 ｂ３４を有するチャンネル２３を備える。この延長部３４には、１つ以上の取付 板3６によって円錐が設けられている。延長部３４およびコア３５は垂直軸に対 して円錐角度ｖを形成する。この角度ｖは、前述の例と同様、２０°と９０°の 間、好ましくは２１°と３９°の間である。 さらに、発電所は気体状媒質をチャンネル２３内で直立する材料の柱２４に供 給する導管４０を備える。図１で開示された実施形態では、圧縮機からの空気を 供給するため、導管４０を設ける。さらに、図１で開示された導管４０は、直立 する材料の柱２４の異なる高さで気体状媒質を供給するため、２本の枝導管４１ および４２を備える。さらに、導管４０は材料の柱２４への途中で熱交換機部材 ４３を通過する。熱交換機部材４３は、燃焼室１内、たとえばフリーボード７内 に設けられる。このような方法で、気体状媒質は約６００〜９００℃、好ましく は７００〜８００℃の適切な温度まで余熱されることができる。気体状媒質の供 給は、プラント（開示せず）の全体的な制御システムに接続できる調整弁４４に よって調整される。枝導管４１および４２は、シリンダ４５内に口を有し、シリ ンダ４５とチャンネル２３との間に環状空間４６を形成する。空間４６は、上方 向および下方向が壁部材４７によって限界設定され、したがって燃焼室１に対し て閉じている。環状空間４６とチャンネル２３との間には、導管４０を介して供 給されたガスがチャンネル２３に流れ込むため、空間４６の下部分に設けられた 少なくとも１本の通路４８がある。図２で開示されているように、材料の直立柱 ２４に供給される気体状媒質は、別個の外部源５０から供給されてもよい。この 源５０は、例えば空気、窒素またはアルゴンなど、適切なガスを含むことができ る。図３で開示されているように、気体状媒質は、導管４０を介して圧縮機１５ から供給された燃焼空気と、導管５１を介して別個の源５０から供給されるよう な追加の媒質との混合物でよい。追加媒質は蒸気で構成してもよいことを留意さ れたい。さらに、図２は再循環チャンネル２３には、材料の柱２４中に存在する 分離された材料のための追加の空間が設けられてもよいことを開示する。この追 加空間は、開示されているように、チャンネル２３の拡大部５２でもよい。この ような方法で、分離された材料がチャンネル２３中に存在する時間が、さらに増 加する。図４では、導管４０を介して下部分でチャンネル２３に燃焼空気を供給 し、導管５３を介して下部分でチャンネル２３に蒸気を供給する方法を開示する 。 次に、本発明による発電所の機能を、導管４０を介して圧縮機１５から燃焼室 １のフリーボード７に設けた熱交換器４３に燃焼空気を供給することを開示した 図１を参照しながら、さらに詳細に説明する。これによって、燃焼空気は約８５ ０℃の温度を有する。次にこの燃焼空気は、枝導管４１および４２を介して材料 の柱２４に供給される。この空気の供給により、材料の柱２４にある空気の分圧 が増加し、これによってその中の二酸化炭素の分圧が低下する。このような方法 で、空気を加熱し、空気圧を上昇させることにより、材料の柱２４中に存在する 石灰ＣａＣＯ₃が二酸化炭素を放出して生石灰ＣａＯを形成するのに適切な状態 が生成される。形成された生石灰は、燃焼室１での燃焼中に形成された二酸化硫 黄と結合するのに良好な能力を有し、これによって石膏ＣａＣＯ₄を形成する。 さらに、本発明による発電所には、いわゆるフリーボード燃焼のための装置が 設けられる（図２および図４参照）。つまり、供給ノズル４３を介して燃焼室１ のフリーボード７に補足的燃料が射出される。補足的燃料は、油、ガスまたは他 の揮発性物質でよく、あるいは床４で燃焼するのと同じ粒状燃料であると有利で ある。チャンネル２３を介した再循環により、補足的燃料の燃焼中に形成された 望ましくない粒子が、吸収剤に接触する。これによって、チャンネル２３内に存 在する材料の温度が、特に低負荷時に、フリーボードの燃焼によって上昇するこ とができる。 本発明は、上記で開示された実施形態に制限されず、以下の請求の範囲内で変 更し、改造することができる。図６から図１２で開示されたチャンネル部分に、 図１から図５で開示されたガス供給部材のいずれかを設けてもよいことに留意さ れたい。 本発明の特定の用途では、互いに平行な構成で２つ以上の分離部材９を設ける と有利である。各分離部材９には、この場合、再循環チャンネル２３を設けるこ とが好ましい。このような平行な構成は、例えば適切な分離効率を達成するため に必要である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９８年４月２７日（１９９８．４．２７） 【補正内容】 請求の範囲 １．加圧した気泡流動床を囲む燃焼室で燃料を燃焼させる方法で、酸素を含む ガスを下から床に供給するステップと、燃料および石灰を含む吸収剤を床に供給 するステップと、燃焼中に形成された燃焼ガスを収集するステップと、そこから 固体材料を分離することによって燃焼ガスを精製するステップと、分離された固 体材料をチャンネルを通して燃焼室に再循環させるステップとを備えた方法にお いて、チャンネルが床の中に口を有し、チャンネル中の二酸化炭素の分圧が下げ られ、これによってチャンネル中に存在する吸収剤の生石灰への反応を許すよう に燃焼ガスを移すために、チャンネル内に存在する分離された固体材料へ制御さ れた態様で気体状媒質が供給されることを特徴とする方法。 ２．燃焼室が、床の上に空間を備え、チャンネルがこの空間および床中に配置 されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。 ３．気体状媒質が、チャンネル内で分離された材料に供給される前に予熱され ることを特徴とする、請求項１および２のいずれか１項に記載の方法。 ４．気体状媒質が、約６００〜９００°、好ましくは７００〜８７０℃の温度 へ予熱されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。 ５．気体状媒質が空気を含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれか１ 項に記載の方法。 ６．気体状媒質が蒸気を含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１ 項に記載の方法。 ７．気体状媒質が窒素を含むことを特徴とする、請求項１から６のいずれか１ 項に記載の方法。 ８．気体状媒質が、空気、窒素および蒸気のうち少なくとも２つを含むことを 特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。 ９．気体状媒質が異なる高さの複数のレベルでチャンネルに供給されることを 特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。 １０．空気および／または窒素が高い方のレベルで供給され、蒸気が低い方の レベルでチャンネルに供給されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。 １１．分離した材料のチャンネル内に存在する時間が、チャンネルの拡大部に よって延長されることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項に記載の 方法。 １２．吸収剤が、石灰岩または苦灰岩を含むことを特徴とする、請求項１から １１のいずれか１項に記載の方法。 １３．材料の柱が中で形成される態様で分離された材料がチャンネルに供給さ れ、材料の柱がチャンネルの下部分に設けられた一定の開口面積の通路を通る連 続的な流れで、分離された材料を重力のみによって再循環させることを特徴とす る、請求項１から１２のいずれか１項に記載の方法。 １４．このように形成された材料の柱の高さが床の高さを上回ることを特徴と する、請求項１３に記載の方法。 １５．下からのガスがチャンネルに入ることを防止されることを特徴とする、 請求項１３および１４のいずれか１項に記載の方法。 １６．加圧した気泡流動床（４）を囲み、燃焼ガスを形成しながら吸収剤を供 給する間に燃料の燃焼が実行されることが意図された燃焼室（１）と、 前記燃焼ガスを精製する精製装置（９、１０、１１）であって、前記燃焼ガス から粒状材料を分離するよう配置された分離部材（９）と、分離部材（９）と燃 焼室（１）を接続して、分離した材料を燃焼室（１）へと再循環させるよう配置 されたチャンネル（２３）を備えた精製装置とを有した燃焼プラントにおいて、 チャンネル（２３）が床（４）中に口を有し、チャンネル（２３）中の燃焼ガ スが移され、二酸化炭素の分割が下げられ、それによってチャンネル内の吸収剤 の反応を可能にする態様で、少なくとも１つの部材（４９、４１、４２、５１、 ５３）がチャンネル（２３）に接続されて、チャンネル（２３）内に存在する分 離された材料に気体状媒質を供給するよう配置されていることを特徴とする燃焼 プラント。 １７．燃焼室（１）が床（４）の上の空間（７）を備え、チャンネル（２３） がこの空間（７）および床（４）内に配置されることを特徴とする、請求項１６ に記載の燃焼プラント。 １８．加熱部材（４３）が気体状媒質を予熱するよう配置されることを特徴と する、請求項１６および１７のいずれか１項に記載の燃焼プラント。 １９．加熱部材が、燃焼室（１）内に設けた熱交換器（４３）を備えることを 特徴とする、請求項１８に記載の燃焼プラント。 ２０．ガス供給部材（４０、４１、４２、５１、５３）が、チャンネル（２３ ）内に存在する材料に空気を供給するよう配置されることを特徴とする、請求項 １６から１９のいずれか１項に記載の燃焼プラント。 ２１．ガス供給部材（４０、４１、４２、５１、５３）が、チャンネル（２３ ）の壁に設けた少なくとも１つのガス供給装置（４５〜４８）を備えることを特 徴とする、請求項１６から２０のいずれか１項に記載の燃焼プラント。 ２２．ガス供給装置が、チャンネル（２３）の周囲に設けられて上下の制限壁 （４７）を有するシリンダ（４５）を備え、したがってチャンネルとシリンダ（ ４５）の間に閉じた環状空間（４６）が形成され、チャンネルの壁が、チャンネ ルの内部と環状空間（４６）との間の通路（４８）を備えることを特徴とする、 請求項２１に記載の燃焼プラント。 ２３．ガス供給部材（４０、４１、４２、５１、５３）が、異なる高さの複数 のレベルで気体状媒質をチャンネル（２３）に供給する複数のガス供給装置（４ ５〜４８）を備えることを特徴とする、請求項１６から２２のいずれか１項に記 載の燃焼プラント。 ２４．チャンネル（２３）が、材料の柱（２４）の体積を増加させるよう配置 された拡大部分（５２）を備えることを特徴とする、請求項１６から２３のいず れか１項に記載の燃焼プラント。 ２５．チャンネル（２３）が、燃焼プラントの運転中にチャンネル（２３）中 に材料の柱（２４）が形成される態様で設けられ、チャンネル（２４）の下部分 に材料の柱の重量によって材料が連続流で放出される通路を形成する受動手段（ ２３、２５、２６、２７、３０、３３、３５）を備えることを特徴とする、請求 項１６から２４のいずれか１項に記載の燃焼プラント。 ２６．通路が一定の流路面積を有することを特徴とする、請求項２５に記載の 燃焼プラント。 ２７．燃焼プラントの運転中に形成される材料の柱（２４）が、燃焼室（１） 中の床（４）の高さ（ｈ）を上回る高さ（ｈ’）を有する態様で受動手段が設け られていることを特徴とする、請求項２５および２３のいずれか１項に記載の燃 焼プラント。 ２８．下からのガスがチャンネル（２３）に入ることを防止されるように受動 手段が配置されていることを特徴とする、請求項２５から２４のいずれか１項に 記載の燃焼プラント。 ２９．受動手段が、チャンネル（２３）の下端に設けられて、下から見るとチ ャンネル（２３）の断面積の少なくとも大部分を覆う表面（２５、２６、２７、 ３０、３３、３５）を備えることを特徴とする、請求項２５から２８のいずれか １項に記載の燃焼プラント。 ３０．前記表面（２５、２６、２７、３０、３３、３５）が、垂直軸に対して 約２０〜９０°、好ましくは２１〜３９°になる傾斜角度（ｖ）を形成すること を特徴とする、請求項２９に記載の燃焼プラント。 ３１．燃焼室（１）および分離部材（９）が圧力容器（２）内に封入され、手 段（１５、１９）が、圧力容器（２）内を大気圧より高い圧力、好ましくは約７ 〜３０バール（ａｂｓ）に維持するよう配置されることを特徴とする、請求項１ ６から３０のいずれか１項に記載の燃焼プラント。 ３２．床（４）が約２〜６ｍの高さ（ｈ）を有することを特徴とする、請求項 １６から３１のいずれか１項に記載の燃焼プラント。 ３３．再循環チャンネル（２３）が、水の加熱および／または蒸気の過熱のた めに、床（４）中に、好ましくは床（４）に設けた管構成（２２）の下に口を有 することを特徴とする、請求項１６から３２のいずれか１項に記載の燃焼プラン ト。 ３４．手段（５、１５、１９）が、床（４）の下に設けたノズル（５）を通し て酸素を含むガスを床（４）に供給するよう設けられ、前記手段が酸素を含むガ スを０．５〜２．０ｍ／ｓの速度で供給するよう配置され、床（４）が気泡タイ プであることを特徴とする、請求項１６から３３のいずれか１項に記載の燃焼プ ラント。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アンデルソン，マッツ スウェーデン国エス―612 36 フインス パング，グランベーゲン ２ (72)発明者 ブランストロム，ロイネ スウェーデン国エス―612 37 フインス パング，ピルベーゲン 38 (72)発明者 ウイートハービイ，ジョン スウェーデン国ダブリュエイ16 ０ディエ イチ ナッツフォード，ウエストフィール ド ドライブ 65

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．流動床を囲む燃焼室で燃料を燃焼させる方法で、酸素を含むガスを下から 床に供給するステップと、燃料及び吸収剤を床に供給するステップと、燃焼中に 形成された燃焼ガスを収集するステップと、そこから固体材料を分離することに よって燃焼ガスを精製するステップと、分離された固体材料をチャンネルを通し て燃焼室に再循環させるステップとを備えた方法において、燃焼ガスを移し、化 学反応を提供するために、チャンネル内に存在する分離された固体材料に、制御 された方法で気体状媒質を供給することを特徴とする方法。 ２．気体状媒質が、チャンネル内で分離された材料に供給される前に予熱され ることを特徴とする、請求項１に記載の方法。 ３．気体状媒質が、約６００〜９００°、好ましくは７００〜８７０℃の温度 へ予熱されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。 ４．気体状媒質が空気を含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１ 項に記載の方法。 ５．気体状媒質が蒸気を含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれか１ 項に記載の方法。 ６．気体状媒質が窒素を含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１ 項に記載の方法。 ７．気体状媒質が、空気、窒素および蒸気のうち少なくとも２つを含むことを 特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。 ８．気体状媒質が異なる高さの複数のレベルでチャンネルに供給されることを 特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。 ９．空気および／または窒素が高い方のレベルで供給され、蒸気が低い方のレ ベルでチャンネルに供給されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。 １０．吸収剤が、石灰を含む材料、例えば石灰岩または苦灰岩を含むことを特 徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。 １１．材料の柱が中で形成される態様で分離された材料がチャンネルに供給さ れ、材料の柱がチャンネルの下部分に設けられた一定の開口面積を有した通路を 通る連続的な流れで、分離された材料を重力のみによって再循環させることを特 徴とする、請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。 １２．このように形成された材料の柱の高さが床の高さを上回ることを特徴と する、請求項１１に記載の方法。 １３．下からのガスがチャンネルに入ることを防止されることを特徴とする、 請求項１１および１２のいずれか１項に記載の方法。 １４．流動床（４）を囲み、燃焼ガスを形成しながら吸収剤を供給する間に燃 料の燃焼が実行されることが意図された燃焼室（１）と、 前記燃焼ガスを精製する精製装置（９、１０、１１）とを備え、前記精製装置 が、前記燃焼ガスから粒状材料を分離するよう配置された分離部材（９）と、分 離部材（９）と燃焼室（１）を接続して、分離した材料を燃焼室（１）へと再循 環するよう配置されたチャンネル（２３）とを備えた燃焼プラントにおいて、 少なくとも１つの部材（４９、４１、４２、５１、５３）がチャンネル（２３ ）に接続されて、チャンネル（２３）内に存在する分離された材料に気体状媒質 を供給するよう配置されることを特徴とする燃焼プラント。 １５．加熱部材（４３）が気体状媒質を予熱するよう配置されることを特徴と する、請求項１４に記載の燃焼プラント。 １６．加熱部材が、燃焼室（１）内に設けた熱交換器（４３）を備えることを 特徴とする、請求項１５に記載の燃焼プラント。 １７．ガス供給部材（４０、４１、４２、５１、５３）が、チャンネル（２３ ）内に存在する材料に空気を供給するよう配置されることを特徴とする、請求項 １４から１６のいずれか１項に記載の燃焼プラント。 １８．ガス供給部材（４０、４１、４２、５１、５３）が、チャンネル（２３ ）の壁に設けた少なくとも１つのガス供給装置（４５〜４８）を備えることを特 徴とする、請求項１４から１７のいずれか１項に記載の燃焼プラント。 １９．ガス供給装置が、チャンネル（２３）の周囲に設けられて上下の制限壁 （４７）を有するシリンダ（４５）を備え、したがってチャンネルとシリンダ（ ４５）の間に閉じた環状空間（４６）が形成され、チャンネルの壁が、チャンネ ルの内部と環状空間（４６）との間の通路（４８）を備えることを特徴とする、 請求項１８に記載の燃焼プラント。 ２０．ガス供給部材（４０、４１、４２、５１、５３）が、異なる高さの複数 のレベルで気体状媒質をチャンネル（２３）に供給する複数のガス供給装置（４ ５〜４８）を備えることを特徴とする、請求項１４から１９のいずれか１項に記 載の燃焼プラント。 ２１．チャンネル（２３）が、材料の柱（２４）の体積を増加させるよう配置 された拡大部分（５２）を備えることを特徴とする、請求項１４から２０のいず れか１項に記載の燃焼プラント。 ２２．チャンネル（２３）が、燃焼プラントの運転中にチャンネル（２３）中 に材料の柱（２４）が形成される態様で設けられ、チャンネル（２４）の下部分 に重量の柱の重量によって材料が連続流で放出される通路を形成する受動手段（ ２３、２５、２６、２７、３０、３３、３５）を備えることを特徴とする、請求 項１４から２１のいずれか１項に記載の燃焼プラント。 ２３．通路が一定の流路面積を有することを特徴とする、請求項２２に記載の 燃焼プラント。 ２４．燃焼プラントの運転中に形成される材料の柱（２４）が、燃焼室（１） 中の床（４）の高さ（ｈ）を上回る高さ（ｈ’）を有する態様で受動手段を設け ることを特徴とする、請求項２２および２３のいずれか１項に記載の燃焼プラン ト。 ２５．下からのガスがチャンネル（２３）に入ることを防止するよう受動手段 が配置されることを特徴とする、請求項２２から２４のいずれか１項に記載の燃 焼プラント。 ２６．受動手段が、チャンネル（２３）の下端に設けられて、下から見るとチ ャンネル（２３）の断面積の少なくとも大部分を覆う表面（２５、２６、２７、 ３０、３３、３５）を備えることを特徴とする、請求項２２から２５のいずれか １項に記載の燃焼プラント。 ２７．前記表面（２５、２６、２７、３０、３３、３５）が、垂直軸に対して 約２０〜９０°、好ましくは２１〜３９°になる傾斜角度（ｖ）を形成すること を特徴とする、請求項２６に記載の燃焼プラント。 ２８．燃焼室（１）および分離部材（９）が圧力容器（２）内に封入され、手 段（１５、１９）が、圧力容器（２）内を大気圧より高い圧力、好ましくは約７ 〜３０バール（ａｂｓ）に維持するよう配置されることを特徴とする、請求項１ ４から２７のいずれか１項に記載の燃焼プラント。 ２９．床（４）が約２〜６ｍの高さ（ｈ）を有することを特徴とする、請求項 １４から２９のいずれか１項に記載の燃焼プラント。 ３０．再循環チャンネル（２３）が、水の加熱および／または蒸気の過熱のた めに、床（４）中に、好ましくは床（４）に設けた管構成（２２）の下に口を有 することを特徴とする、請求項１４から２９のいずれか１項に記載の燃焼プラン ト。 ３１．手段（５、１５、１９）が、床（４）の下に設けたノズル（５）を通し て酸素を含むガスを床（４）に供給するよう設けられ、前記手段が酸素を含むガ スを０．５〜２．０ｍ／ｓの速度で供給するよう配置され、床（４）が気泡タイ プであることを特徴とする、請求項１４から３０のいずれか１項に記載の燃焼プ ラント。