JP2021534955A - 固体粒子の流れを制御する装置及び方法並びに流動床反応器 - Google Patents

Abstract

固体粒子の流れを制御する装置であって、内部で固体粒子の流れを下方に向けるためのレベルL0に底部を有する垂直入口管と、垂直入口管と粒子流連結された第1及び第2の出口シュートと、固体粒子の流れから形成される制御された第1及び第2の副流を第1及び第2の出口シュートに各々向けるための流動化手段と、固体粒子の第1の副流を第１の出口シュートに向けるための垂直入口管の側壁にありL0よりも高いレベルL1に下縁を有する開口と粒子流連結されたブランチと、固体粒子の第2の副流を第2の出口シュートに向けるための水平延伸中間管（当該管に流動化ガスを供給するための少なくとも1つのノズルを備えると共にレベルL0で垂直入口管の底部と粒子流連結された第1端と垂直延伸ライザ管の底端と粒子流連結された第2端とを有する）と、を備える。垂直延伸ライザ管の上端は、L1よりも高いレベルL2で第2の出口シュートと粒子流連結される。【選択図】図２

Description

[0001] 発明の技術分野
[0002] 本発明は、固体粒子の流れを制御する装置及び方法に関する。より具体的には、本発明は、流れ制御装置において垂直入口管内を下方に流れる固体粒子の初流から形成される制御された第１及び第２の副流を第１及び第２の出口シュートへ導くことに関する。本発明はまた、固体粒子の初流から制御された副流を形成するための装置を備える流動床反応器にも関する。

[0003] 関連技術の記述
[0004] 循環流動床ボイラのような流動床反応器の運転時には、固体粒子の流れ、特に固体粒子の初流の２つ以上の副流への分割を制御する必要があることが多い。とりわけ、流動床反応器から発せられる排気から分離された固体粒子を戻すときには、その分離された粒子のうち制御された部分を、熱交換器を介して、冷却された粒子として反応器に戻るように導く必要があることが多い。その一方で、分離された粒子のうち別の部分は、冷却されずに直接的に反応器に戻される。米国特許第４，３１２，３０１号明細書、米国特許第４，５５２，２０３号明細書、米国特許第４，６７２，９１８号明細書、米国特許第４，４７３，０３２号明細書、米国特許第５，５７０，６４５号明細書、米国特許第５，６４２，６７６号明細書、米国特許第６，２６４，４６５Ｂ１号明細書、及び米国特許第７，５４３，５５３Ｂ２号明細書は、固体粒子の初流から形成される２つの副流の比率を制御するために絞り弁又は回転ロックなどの機械的な流れ制御デバイスを用いる、先行技術の解決策を示している。しかしながら、そのような機械的な流れ制御デバイスは、非常に複雑な構造であることが多く、デバイスの可動部分の間に進入する固体粒子を詰まらせてしまう傾向があり得る。

[0005] 流動床反応器において固体粒子流を制御するための別の従来の手法は、別個に流動化された領域を有する粒子チャンバを利用して、必要に応じて特定の経路への粒子の流れを可能にしたり防止したりするというものである。欧州特許第０６８２７６１Ｂ１号明細書は、チャンバ内の別個に流動化された領域を用いて、固体粒子を熱交換チャンバの出口開口に向かう別々の経路に向けることを教示している。しかし、この構造では、形成された副流を確実に独立的に制御することができない。米国特許第５，１４０，９５０号明細書は、分割壁によって分割された熱交換器における独立的に流動化された領域を開示している。そのような構成は、副流の独立的な制御を向上させるものの、構造をより複雑にすると共に、チャンバの角の領域に粒子の淀みを引き起こし得る。また、欧州特許第０６８２７６１Ｂ１号明細書及び米国特許第５，１４０，９５０号明細書の構造では、伝熱面における粒子流と熱交換効率との独立的な制御ができない。

[0006] 米国特許第４，４５７，２８９号明細書は、図６に、反応器から発せられる排気から固体粒子を分離させるための粒子分離器と、分離された粒子を粒子分離器から反応器に戻すための戻りダクトシステムとを備える流動床反応器を開示している。戻りダクトシステムは、粒子の初流を２つの副流に分割するように２つの対向する端部に出口を有する流動床を備えた非機械的な流れ制御装置を有するガスシールを備えている。第１の副流は堰を越えて直接的に反応器に戻され、第２の副流は、別の堰を越えて熱交換チャンバに戻され、そこから反応器に戻され得る。米国特許第４，４５７，２８９号明細書に示される分割ガスシールの課題は、２つの副流の比率の制御性が比較的弱いことである。

[0007] 米国特許第４，７３３，６２１号明細書は、粒子分離器から反応器へと戻される粒子の均一な分配を可能にする必要という、異なる課題に関するものである。米国特許第４，７３３，６２１号明細書は、垂直入口管の下端に水平分配管を対称的に配置することを教示している。水平分配管は、複数の別個に流動化された区画と、水平中間管の両端にある垂直ライザ管と、ライザ管の上端にある反応器への傾斜出口シュートと、を備えている。この構成においては、垂直ライザ管を通る副流の独立した制御を可能にするために、比較的長い水平管が必要とされる。

[0008] 中国特許出願公開第１０２９０１０９３Ａ号明細書は、比較的短い水平中間管の両端にあるライザ管を介した２つの出口シュートへの２つの副流の比率の独立した制御性を向上させるために、垂直入口管の中央部に分割壁を配置することを教示している。この構造の課題は、垂直入口管における初流の不均一な分配が、出口シュートにおいて副流の所望の分配を得ることを妨げる可能性があるという点である。

[0009] 本発明の目的は、先行技術の課題が回避又は最小化される、固体粒子の流れを制御するための有利な装置及び方法を提供することである。

[0010] 一態様によれば、本発明は固体粒子の流れを制御するための装置を提供し、この装置は、内部で固体粒子の流れを下方に向けるための、レベルＬ０に底部を有する垂直入口管と、垂直入口管と粒子流連結された（in particle flow connection with）第１の出口シュート及び第２の出口シュートと、固体粒子の流れから形成される制御された第１及び第２の副流を第１及び第２の出口シュートにそれぞれ向けるための流動化手段と、を備えており、ここで装置は、固体粒子の第１の副流を第１の出口シュートに向けるための、垂直入口管の側壁にある開口であってＬ０よりも高いレベルＬ１に下縁を有する開口と粒子流連結されたブランチと、固体粒子の第２の副流を第２の出口シュートに向けるための水平延伸中間管であって、その水平延伸中間管に流動化ガスを供給するための少なくとも１つのノズルを備えると共にレベルＬ０で垂直入口管の底部と粒子流連結された第１端を有する水平延伸中間管と、を備える。

[0011] 装置は、有利なことには、水平延伸中間管の第２端と粒子流連結された底端を有する垂直延伸ライザ管も備えている。その場合、垂直延伸ライザ管の上端は、Ｌ１よりも高いレベルＬ２で第２の出口シュートと粒子流連結される。

[0012] 別の一態様によれば、本発明は、レベルＬ０に底部を有する垂直入口管内で固体粒子の初流を下方に向けることと、固体粒子の初流から固体粒子の制御された第１及び第２の副流を形成することと、第１及び第２の副流を第１及び第２の出口シュートにそれぞれ導くことと、を備える、固体粒子の流れを制御する方法を提供し、ここで方法は、レベルＬ０にある垂直入口管の底部から垂直延伸ライザ管の底端まで延伸する水平延伸中間管に固体粒子の初流から固体粒子の流動床を形成することと、第１の制御された副流を、Ｌ０よりも高いレベルＬ１にある垂直入口管の側壁の開口からブランチを介して第１の出口シュートに導くことと、第２の制御された副流を、垂直ライザ管の上端からＬ１よりも高いレベルＬ２にある第２の出口シュートに導くことと、を備えている。

[0013] 本発明によれば、下方に向けられた第１及び第２の出口シュートは、第２の出口シュートが有利なことには第１の出口シュートよりも高いレベルで始まるように、非対称的に垂直入口管に接続される。本明細書において、出口シュートの始まりとは、対応する固体粒子の流路が、例えば垂直延伸ライザ管から、最終的に下向きに曲げられるレベルを意味する。本発明の主要な特徴によれば、第１の出口シュートへの粒子流路は垂直入口管の底部のレベルＬ０よりも明らかに高いレベルＬ１で垂直入口管から分岐しているのに対し、第２の出口シュートへの粒子流路は垂直入口管の底部を経由する。

[0014] 第１の出口シュートは、有利なことには、垂直入口管の側壁の開口にレベルＬ１で配置されたブランチを介して垂直入口管に接続される。より正確には、開口は、レベルＬ１に下縁を、レベルＬ４に上縁を、有する。本発明の好適な一実施形態によれば、ブランチは、流動化ノズルを備え堰へと至る水平延伸部を備えており、固体粒子が第１の出口シュートに進入するためにはその堰を越えて流れなければならない。堰は、有利なことには、ブランチ内に粒子の流動床を形成するガスロックを集めるように、開口の上縁のレベルＬ４よりも高いレベルＬ３まで延伸する。ブランチは、有利なことには、開口から中間ライザ管までの水平延伸シフト管を備えていてもよく、中間ライザ管の側壁の一部が堰を形成する。

[0015] 本発明の別の一実施形態によれば、第１の出口シュートは、垂直入口管の側壁のレベルＬ１に下縁を有する開口に、直接的に接続される。これによって、粒子は、垂直入口管から第１の出口シュートに直接的に落下又は急降下し得る。通常運転時には、レベルＬ１まで延伸する粒子の床が垂直入口管の底部に形成され、追加的な固体粒子が垂直入口管から第１の出口シュートに自由に流れる。したがって、固体粒子が垂直入口管を通って流れ制御装置に進入しているとき、粒子は主に第１の出口シュートへと流れる。本実施形態において、第１の出口シートへの粒子流路はガスロックを形成しない。よって、本実施形態は、ガスロックが必要とされないか又はガスロックが粒子流路の別の部分、例えば流れ制御装置の下流にある熱交換チャンバに設けられる用途においてのみ、使用可能である。

[0016] 第１の出口シュートが垂直入口管に直接的に接続されているときであっても、第２の出口シュートに向かう流路は、有利なことには、レベルＬ０で垂直入口管の底部に粒子流連結で取り付けられた第１端と垂直延伸ライザ管の底端に粒子流連結で取り付けられた第２端とを有する水平延伸中間管を備えている。システムの運転時には、粒子の床を形成するガスロックが水平延伸中間管及び垂直延伸ライザ管に集められる。すると、ガスロックはガスが垂直入口管に逆流するのを防止する。

[0017] 水平延伸中間管は、有利なことには、流動化ガスを供給するための少なくとも１つのノズルを備える。本発明の有利な実施形態によれば、１つ以上の流動化ノズルが、水平延伸中間管の第２端、水平延伸中間管の第１端と第２端との間、及び水平延伸中間管の第１端のうち１つ以上に配置される。本発明の好適な一実施形態によれば、垂直延伸ライザ管もまた、Ｌ０とＬ２との間のレベルで流動化ガスを供給するための少なくとも１つのノズルを備える。固体粒子の初流の一部が第２の出口シュートを通って流れることが望ましい場合には、有利なことには、流動化ガスが適切な速度で水平中間管及び／又は垂直ライザ管に供給される。これに関して、十分に高い流動化速度が用いられるときには、垂直ライザ管における流動床の上方レベルが第２の出口シュートのレベルＬ２に達すると共に、粒子の第２の副流が第２の出口シュートを通って流れる。

[0018] その一方で、粒子流全体が第１の出口シュートに向けられることが望ましい場合には、第２の出口シュートを通る粒子流は、水平中間管の流動化と垂直ライザ管へのガス流とを十分に低いレベルに維持することによって、防止され得る。その場合、垂直入口管内を下方に流れる固体粒子はすべて、第１の出口シュートへ、及び例えば第１の出口シュートを介して熱交換器へと続く。第１の出口シュートへと至るブランチは垂直入口管の底部及び水平延伸中間管よりも高いレベルで垂直入口管に接続されているので、粒子流を第１の出口シュートを通るように方向づけることは、システムにおいて第２の出口シュートを通る望ましくない粒子の流れを引き起こし得るような流動化を用いることを要さない。

[0019] 本発明は、具体的には、粒子の初流から、メイン副流ともいえる第１の副流と、第２の副流と、が形成され、その第２の副流は通常の運転条件では第１の副流よりも小さい、という用途を対象とするものである。もっとも、第１の副流と第２の副流との比率は、有利なことには、１：０から０：１まで、任意の値に制御可能である。したがって、本発明によれば、粒子の初流を第１及び第２の出口シュートのいずれかを通るように方向づけること、又は、初流を第１の副流と第２の副流との間で任意の所望の比率に分けること、が有利に可能である。

[0020] 第１及び第２の出口シュートへの第１及び第２の副流の流量比の所望の制御性を達成するために、レベルＬ１はレベルＬ０よりも、好適には少なくとも０．３メートル高く、より好適には少なくとも０．５メートル高い。これに対応して、レベルＬ２はレベルＬ１よりも、好適には少なくとも０．２メートル高く、より好適には少なくとも０．４メートル高い。したがって、本発明による固体粒子の流れを制御するための装置は、非機械的な制御デバイスによって、固体粒子の初流から形成される第１及び第２の副流の比率の汎用的な制御を可能にする。第１の出口シュートへの流路内にレベルＬ３まで延伸する堰を有するブランチを備える実施形態においては、レベルＬ２は、有利なことには、レベルＬ３よりも少なくとも０．１メートル高い。

[0021] 本発明の好適な一実施形態によれば、第２の出口シュートは、垂直延伸ライザ管の側部において、レベルＬ２にあるそのライザ管の上端で、垂直に下方に向けられている。代替的には、第２の出口シュートの上部は、垂直方向又は垂直延伸ライザ管の方向と１０度から６０度の角度を形成するように傾斜していてもよい。これに対応して、第１の出口シュートの上部は、垂直に下方に向けられていてもよいし、又は、垂直方向と１０度から６０度の角度を形成するように垂直方向から傾斜していてもよい。

[0022] 第１及び第２の副流が固体粒子の初流から形成される実施形態を上述した。本発明の一変形によれば、第２の副流は、米国特許第４，７３３，６２１号明細書に示されるような固体粒子の分配に対応して、例えば、水平延伸中間管と、垂直延伸ライザ管と、出口シュートと、を備える２つ又は２つよりも多くの粒子流路のブランチを形成することにより、さらなる副流に分割されてもよい。本発明のさらなる一変形によれば、第１の副流は、上述のように、垂直入口管の側壁の開口から中間ライザ管までの２つ又は２つよりも多くの水平延伸シフト管を形成することによって、さらなる副流に分割されてもよい。

[0023] 本発明は、反応器から発せられる排気から固体粒子を分離させるための粒子分離器と、粒子分離器からの分離された粒子を反応器に戻すための戻りダクトシステムと、を備える流動床反応器も提供し、戻りダクトシステムは、入口ダクトと、分離された固体粒子を反応器に戻すための第１の戻り経路であって、分離された固体粒子から熱を回収するための熱交換チャンバを備える第１の戻り経路と、分離された固体粒子を直接的に反応器に戻すための第２の戻り経路と、を備えており、ここで、戻りダクトシステムは、上述した実施形態のいずれかに定義されるように固体粒子の流れを制御するための装置を備えており、入口ダクトは垂直入口管を形成し、第１の戻り経路は第１の出口シュートを備えており、第２の戻り経路は第２の出口シュートを備えている。

[0024] 上記の簡単な説明並びに本発明のさらなる目的、特徴、及び利点は、添付の図面と併せて、以下の本発明による現在好適であるが例示的な実施形態の詳細な説明を参照することによって、より完全に理解されるであろう。

[0025] 固体流を制御するための従来の装置を有する循環流動床（ＣＦＢ）ボイラを概略的に図示する。 [0026] 本発明の第１の好適な実施形態による固体流を制御するための装置の変形を概略的に図示する。 [0026] 本発明の第１の好適な実施形態による固体流を制御するための装置の変形を概略的に図示する。 [0026] 本発明の第１の好適な実施形態による固体流を制御するための装置の変形を概略的に図示する。 [0027] 本発明の第２の好適な実施形態による固体流を制御するための装置を概略的に図示する。 [0028] 本発明の第３の好適な実施形態による固体流を制御するための装置を概略的に図示する。

[0029] 図１の図式は、火炉１２と、その火炉から発せられる排気から固体粒子を分離するための粒子分離器１４と、を備える、従来の循環流動床（ＣＦＢ）ボイラ構成１０を概略的に図示している。分離された粒子は粒子分離器１４から垂直入口管１６を介して分流チャンバ１８へと運ばれ、清浄化された排気が粒子分離器１４から排気チャネル２０を通り従来の熱回収段階及び気体清浄段階並びに煙突を介して環境中に排出される。火炉１２は、例えば、火炉への燃料及び燃焼空気の供給及び火炉からの灰の排出に関する従来の手段も備えている。しかしながら、そのような手段は本発明の理解に重要ではないため、図１からは省略されている。

[0030] 垂直入口管１６内を下方に落下する分離された粒子の初流２２は、分流チャンバ１８において２つの副流に分割される。副流の一方である、所謂第１の副流２４は、第１の出口シュート２６を介して熱交換器２８へと流れ、そこから、冷却された粒子の流れが戻りダクト３０を介して火炉１２に戻される。別の副流である、所謂第２の副流３２は、分流チャンバ１８から第２の出口シュート３４を介して直接的に火炉１２へと流れる。

[0031] 従来の分流チャンバ１８は、少なくとも２つの別個に流動化されたエリアを有する平坦な底部と、２つの堰３６，３８と、を備えており、第１及び第２の副流はそれらの堰を越えて第１及び第２の出口シュート２６，３４へとそれぞれ誘導され得る。堰は、共通のレベルＬまで延伸して、分流チャンバの底部からレベルＬまで延伸する分離された粒子の床を分流チャンバに形成する。垂直入口管１６の下端はＬよりも低いレベルにあり、したがって運転時には粒子の床の中にある。これによって床はガスシールとして作用し、そのシールは、流動化ガスが火炉１２から又は熱交換器２８から垂直入口管１６を介して粒子分離器１４へと逆向きに流出もしくは脱出するのを防止する。

[0032] 分流チャンバ１８の目的は、２つの副流２４及び３２の比率の制御を可能にすることである。第１の出口シュート２６の堰３６に隣接して流動化ガスが注入されると第１の副流２４が増大され、逆もまた同様である。しかしながら、本発明の発明者らは、図１に示される従来の分流チャンバの制御性はあまり良好ではなく、流動化ガスには分流チャンバ１８の床全体に広がる傾向があること、並びに、流れを別個に制御しようとする試みにもかかわらずかなりの量の粒子が両方の出口シュートに流れること、に気が付いた。

[0033] 図２の図式は、本発明の好適な一実施形態による流れ制御装置４０を概略的に図示している。流れ制御装置４０は、図１に示される従来の分流チャンバ１８に多くの点で対応しており、ＣＦＢボイラとの関連でその分流チャンバに代えて配置され得る。図２において、図１の類似の要素に直接的に対応する要素は、図１と同じ参照符号で示されているが、アポストロフィが付されている。したがって、図２の流れ制御装置４０は、垂直入口管１６’と、第１及び第２の出口シュート２６’及び３４’と、をそれぞれ備えている。

[0034] 図２に示される流れ制御装置の主な特徴は、垂直入口管１６’の底部のレベルＬ０よりも高いレベルＬ１で垂直入口管１６’から第１の出口シュート２６’に分岐するブランチ４２を備えているという点である。より具体的には、レベルＬ１はブランチ４２の底部のレベルに対応する。図２に示される実施形態においては、ブランチ４２は、垂直入口管１６’の側壁の、レベルＬ１に下縁を有する開口７２に接続されている。ブランチ４２は、有利なことには堰７４を備えており、固体粒子が第１の出口シュート２６’に進入するためには、その堰を越えて流れなければならない。堰７４は、開口７２の上縁のレベルＬ４よりも高いレベルＬ３まで延伸している。よって、固体粒子が第１の出口シュート２６’へ流れるときには、粒子の床を形成するガスロックがブランチ４２に集められる。第１の出口シュート２６’への粒子の流れを促進するために、粒子の床は、有利なことには、流動化ノズル７６によって流動化される。

[0035] 流れ制御装置４０は、レベルＬ０で垂直入口管１６’の底部５０に接続された水平に延伸する管、所謂水平延伸中間管４６も備えている。これに関して、水平延伸中間管４６は、垂直入口管１６’の底部５０に粒子流連結で取り付けられた第１端４８を備える。水平延伸中間管４６の第２端５２は、垂直に延伸するライザ管５６の底端５４に粒子流連結で取り付けられている。運転時に水平延伸中間管４６と垂直延伸ライザ管５６とに集まる粒子の床は、第２の出口シュート３４’のガスロックを形成する、すなわち、ガスが第２の出口シュートを通って垂直入口管１６’に逆流するのを防止する。

[0036] 垂直延伸ライザ管５６の上端７０は、レベルＬ２で粒子流に対する第２の堰５８を形成する垂直延伸ライザ管５６の側壁部の上縁を介して、第２の出口シュート３４’と粒子流連結している。第２の堰の上方レベルＬ２は、好適には、ブランチ４２の第１の堰７４の上方レベルであるＬ３よりも高い。

[0037] 水平延伸中間管４６においては、通常はその底部に、手段、通常はノズル６０，６２，６４が配置され、これらのノズルは、流動化ガス、通常は空気を、適切な圧力でノズルに提供するための、分割されたウインドボックスなどの流動化ガス供給源６６に接続される。ノズルは、水平延伸中間管４６の異なる部分における、流動化ガスによる、選択された流動化速度での、床材料の制御された流動化を可能にする。そのような流動化ノズルは、有利なことには、水平延伸中間管４６の第１端４８と、第２端５４と、中央部と、のうち１つ以上に配置される。垂直延伸中間ライザ管５６の側壁にも対応する流動化ノズル６８が配置され得る。

[0038] 図２による流れ制御装置は、粒子の初流全体が第１の出口シュート２６’に向けられることが望ましいときには、水平延伸中間管４６及び／又は垂直延伸ライザ管５６における流動化速度が、垂直延伸ライザ管５６における粒子床の最上レベルがレベルＬ２を下回ったままであるような低いレベルに維持されるように運転される。これによって、粒子流は第２の出口シュート３４’には向けられず、垂直入口管１６’内の粒子の初流はすべて第１の出口シュート２６’に向けられる。

[0039] 粒子の初流の一部が第２の出口シュート３４’に向けられるのが望ましいときには、水平延伸中間管４６及び／又は垂直延伸ライザ管５６における流動化速度が、垂直延伸中間ライザ管５６における粒子床の最上レベルがレベルＬ２まで上昇するような高いレベルに増大される。これによって、固体粒子流のうち、水平延伸中間管４６及び／又は垂直延伸ライザ管５６における流動化速度に応じてサイズが決まる部分が、第２の出口シュート３４’に流れる。

[0040] 流れ制御装置が、第１の堰のレベルＬ３が第２の堰のレベルＬ２よりも低いがこれに比較的近接するように、例えば両者間の距離が好適には最大で約０．３メートル、さらに好適には最大で０．２メートルであるように設計されていると、垂直延伸ライザ管５６における流動化速度を、垂直入口管１６’及び特にブランチ４２における流動床の最上レベルがＬ３を下回ったままであるように、且つ垂直入口管１６’内の粒子の初流がすべて第２の出口シュート３４’に向けられるように、高く増大させることさえ可能である。

[0041] 図２に示される流れ制御装置４０の有利性は、第１及び第２の出口シュート２６’，３４’の始まり、すなわち各粒子流路の下方へと曲がる点がいずれも互いに水平及び垂直に分離されているので、第１及び第２の出口シュートへの粒子流が独立して制御可能であるという事実に基づいている。

[0042] 第１の出口シュート２６’へのブランチ４２はライザ管５６の底部のレベルＬ０よりも高いレベルにあるので、独立して制御された粒子の流れは第１の出口シュート２６’へと誘導され得る。また、たとえ垂直入口管１６’の底部５０においていくらかの流動化を維持することが必要であるとしても、この流動化はライザ管５６における上方への粒子流を引き起こさない。なぜなら、ライザ管は水平延伸中間管４６によって垂直入口管１６’から分離されているからである。所望の制御性を提供するために、水平延伸中間管４６は、その高さに対して最小の長さを有さなければならない。水平延伸中間管の長さは、好適にはその高さの少なくとも１．５倍、より好適にはその高さの少なくとも２倍である。

[0043] 図２に示される実施形態においては、垂直入口管１６’は、底部５０に至るまでずっと単純な直線状のチューブである。しかしながら、図２ｂ及び２ｃは２つの変形を示しており、これらの変形では、垂直入口管１６’は、上部の軸又は断面から部分的に又は完全にオフセットされた軸又は断面を有する下部及び底部５０を備えている。開口７２の下縁のレベルＬ１においてそのようなオフセットを設けることは、ブランチ４２において信頼できるガスロックを提供することを容易にするであろう。

[0044] 図３に示される実施形態は、主に、垂直入口管１６’の側壁の開口７２からのブランチ４２’が中間ライザ管８０への水平延伸シフト管７８を備えているという点において、図２に示される実施形態と異なっている。中間ライザ管８０の上端はその後、レベルＬ３’で粒子流に対する堰８２を形成する中間ライザ管８０の側壁部の上縁を介して、第１の出口シュート２６’と粒子流連結している。固体粒子が堰８２を越えて第１の出口シュート２６’に流れると、粒子の床を形成するガスロックが水平延伸中間管７８及び中間ライザ管８０に集められる。有利なことには、流動化ノズル８４，８６が、水平延伸シフト管７８内と中間ライザ管８０の側壁又はその下方とに配置されて、第１の出口シュート２６’への粒子の流れの正確な制御を可能にする。

[0045] 図４は本発明の一実施形態を示しており、同実施形態においては、流れ制御装置４０は、垂直入口管１６’の側壁のレベルＬ１に下縁を有する開口から第１の出口シュート２６’へと直接的に下方に傾斜したブランチ４２’’を備えている。したがって、第１の出口シュート２６’は下方に傾斜したブランチ４２’’として既に始まり、ブランチ４２’’には堰を形成するガスロックが存在しない。レベルＬ１は、垂直入口管１６’の底部５０のレベルＬ０よりも、好適には少なくとも０．３メートル高く、より好適には少なくとも０．５メートル高い。

[0046] 図２，２ｂ，２ｃ及び３に示される実施形態と同様に、図４に示される実施形態は、垂直入口管１６’の底部５０に粒子流連結で取り付けられた第１端と垂直延伸ライザ管５６の底端に粒子流連結で取り付けられた第２端とを有する水平延伸中間管４６を備えている。流動化ガスが十分に低い速さで水平延伸中間管４６及び垂直延伸ライザ管５６に供給されると、レベルＬ１まで延伸する粒子の床が垂直入口管１６’の底部５０に形成される。すると、追加的な固体粒子が自由に第１の出口シュート２６’へと流れることができ、垂直入口管１６’を通って進入する固体粒子は主に第１の出口シュート２６’へと流れる。

[0047] 第２の出口シュート３４’は、レベルＬ２で、垂直延伸ライザ管５６の天端に接続されている。上述したように粒子のほとんどを第１の出口シュート２６’に流すことを可能にするために、レベルＬ２は、本実施形態においては、有利なことにはレベルＬ１よりも少なくとも０．１メートル高い。その一方で、本明細書において、レベルＬ２はレベルＬ１よりも好適には最大で約０．３メートル高く、さらに好適には最大で０．２メートル高い。これによって、第２の出口シュート３４’に流れる粒子の割り当ては、水平延伸中間管４６及び／又は垂直延伸ライザ管５６の流動化を高めることにより、効率的に増大され得る。

[0048] 本実施形態においては、第１の出口シュート２６’への粒子流路はガスロックを形成しない。よって、本実施形態は、ガスロックが必要とされないか又はガスロックが粒子流路の別の部分、例えば流れ制御装置の下流にある熱交換チャンバに設けられる用途においてのみ、使用可能である。

[0049] 本明細書においては、本発明を、現時点において最も好適な実施形態であると考えられるものに関して例示的に説明してきたが、本発明は開示される実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲に定義される本発明の範囲内に含まれる特徴及びいくつかの他の用途の様々な組み合わせ又は変形を網羅することが意図されていることが理解されるべきである。

[0003] 関連技術の記述
[0004] 循環流動床ボイラのような流動床反応器の運転時には、固体粒子の流れ、特に固体粒子の初流の２つ以上の副流への分割を制御する必要があることが多い。とりわけ、流動床反応器から発せられる排気から分離された固体粒子を戻すときには、その分離された粒子のうち制御された部分を、熱交換器を介して、冷却された粒子として反応器に戻るように導く必要があることが多い。その一方で、分離された粒子のうち別の部分は、冷却されずに直接的に反応器に戻される。米国特許第４，３１２，３０１号明細書、米国特許第４，５５２，２０３号明細書、米国特許第４，６７２，９１８号明細書、米国特許第４，４７３，０３２号明細書、米国特許第５，５７０，６４５号明細書、米国特許第５，６４２，６７６号明細書、米国特許第６，２６４，４６５Ｂ１号明細書、米国特許第５，４４２，９１９号明細書、欧州特許第２１７９２１８Ｂ１号明細書、韓国公開特許第２０１７００３１４０７号公報、及び米国特許第７，５４３，５５３Ｂ２号明細書は、固体粒子の初流から形成される２つの副流の比率を制御するためにプラグ弁、絞り弁又は回転ロックなどの機械的な流れ制御デバイスを用いる、先行技術の解決策を示している。しかしながら、そのような機械的な流れ制御デバイスは、非常に複雑な構造であることが多く、デバイスの可動部分の間に進入する固体粒子を詰まらせてしまう傾向があり得る。

[0006] 米国特許第４，４５７，２８９号明細書は、図６に、反応器から発せられる排気から固体粒子を分離させるための粒子分離器と、分離された粒子を粒子分離器から反応器に戻すための戻りダクトシステムとを備える流動床反応器を開示している。戻りダクトシステムは、粒子の初流を２つの副流に分割するように２つの対向する端部に出口を有する流動床を備えた非機械的な流れ制御装置を有するガスシールを備えている。第１の副流は堰を越えて直接的に反応器に戻され、第２の副流は、別の堰を越えて熱交換チャンバに戻され、そこから反応器に戻され得る。米国特許第４，４５７，２８９号明細書に示される分割ガスシールの課題は、２つの副流の比率の制御性が比較的弱いことである。特許文献韓国公開特許第２００２００３１６８７号公報は、シールポットの垂直入口ダクトの下部の側壁に直接的に接続された、下方に傾斜した出口シュートを示しているようである。

Claims (15)

1. 固体粒子の流れを制御するための装置（４０）であって、
   内部で前記固体粒子の流れを下方に向けるための、レベルＬ０に底部（５０）を有する垂直入口管（１６’）と、前記垂直入口管と粒子流連結された第１の出口シュート（２６’）及び第２の出口シュート（３４’）と、前記固体粒子の流れから形成される制御された第１及び第２の副流を前記第１及び第２の出口シュートにそれぞれ向けるための流動化手段（６０，６２，６４，６８，７６）と、を備えており、前記装置（４０）は、
   前記固体粒子の第１の副流を前記第１の出口シュート（２６’）に向けるための、前記垂直入口管（１６’）の側壁にある開口（７２）であってＬ０よりも高いレベルＬ１に下縁を有する開口（７２）と粒子流連結されたブランチ（４２，４２’，４２’’）と、
   前記固体粒子の第２の副流を前記第２の出口シュート（３４’）に向けるための水平延伸中間管（４６）であって、前記水平延伸中間管に流動化ガスを供給するための少なくとも１つのノズル（６０，６２，６４）を備えると共に前記レベルＬ０で前記垂直入口管（１６’）の前記底部（５０）と粒子流連結された第１端（４８）を有する水平延伸中間管と、
   を備えることを特徴とする、装置。
2. 前記水平延伸中間管の第２端（５２）と粒子流連結された底端（５４）を有する垂直延伸ライザ管（５６）を備え、
   前記垂直延伸ライザ管（５６）の上端（７０）は、Ｌ１よりも高いレベルＬ２で前記第２の出口シュート（３４’）と粒子流連結されていることを特徴とする、請求項１に記載の固体粒子の流れを制御するための装置（４０）。
3. 前記流動化ガスを供給するための少なくとも１つのノズルは、前記水平延伸中間管（４６）の前記第２端（５２）、前記水平延伸中間管の前記第１端（４８）と前記第２端（５２）との間、及び、前記水平延伸中間管の前記第１端（４８）、のうち少なくとも１つにおいて流動化ガスを供給するためのノズル（６０）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の固体粒子の流れを制御するための装置（４０）。
4. 前記水平延伸中間管（４６）は、高さと、前記高さの少なくとも１．５倍の長さと、を有することを特徴とする、請求項３に記載の固体粒子の流れを制御するための装置（４０）。
5. 前記垂直延伸ライザ管（５６）は、Ｌ０とＬ２との間のレベルで流動化ガスを供給するための少なくとも１つのノズル（６８）を備えることを特徴とする、請求項２に記載の固体粒子の流れを制御するための装置（４０）。
6. 前記レベルＬ１は、前記レベルＬ０よりも少なくとも０．３メートル高いことを特徴とする、請求項１に記載の固体粒子の流れを制御するための装置（４０）。
7. 前記レベルＬ２は、前記レベルＬ１よりも少なくとも０．２メートル高いことを特徴とする、請求項２に記載の固体粒子の流れを制御するための装置（４０）。
8. 前記ブランチ（４２，４２’）は、堰（７４，８２）を備えており、固体粒子が前記第１の出口シュート（２６’）に進入するためには前記堰を越えて流れなければならないことを特徴とする、請求項２に記載の固体粒子の流れを制御するための装置（４０）。
9. 前記ブランチ（４２，４２’）は、流動化ガスを供給するための少なくとも１つのノズル（７６，８４，８６）を備えることを特徴とする、請求項８に記載の固体粒子の流れを制御するための装置（４０）。
10. 前記開口（７２）は、レベルＬ４に上縁を有し、
    前記堰（７４，８２）は、前記ブランチ（４２，４２’）内に粒子の床を形成するガスロックを集めるように、前記レベルＬ４よりも高いレベルＬ３まで延伸することを特徴とする、請求項８に記載の固体粒子の流れを制御するための装置（４０）。
11. 前記レベルＬ２は、前記レベルＬ３よりも高いことを特徴とする、請求項１０に記載の固体粒子の流れを制御するための装置（４０）。
12. 前記レベルＬ２は、前記レベルＬ３よりも最大で０．２メートル高いことを特徴とする、請求項１１に記載の固体粒子の流れを制御するための装置（４０）。
13. 前記ブランチ（４２’）は、前記開口（７２）から中間ライザ管（８０）までの水平延伸シフト管（７８）を備えており、
    前記中間ライザ管（８０）の側壁の一部が、前記堰（８２）を形成することを特徴とする、請求項８に記載の固体粒子の流れを制御するための装置（４０）。
14. 流動床反応器（１２）であって、
    前記反応器から発せられる排気から固体粒子を分離させるための粒子分離器（１４）と、分離された粒子を前記粒子分離器から前記反応器に戻すための戻りダクトシステムと、を備えており、
    前記戻りダクトシステムは、入口ダクト（１６）と、分離された固体粒子を前記反応器に戻すための第１の戻り経路であって、前記分離された固体粒子から熱を回収するための熱交換チャンバ（２８）を備える第１の戻り経路と、分離された固体粒子を直接的に前記反応器に戻すための第２の戻り経路と、を備えており、
    前記戻りダクトシステムは、請求項１から１３の何れかに記載の固体粒子の流れを制御するための装置（４０）を備えており、
    前記入口ダクトは、前記垂直入口管（１６’）を形成し、
    前記第１の戻り経路は、前記第１の出口シュート（２６’）を備え、
    前記第２の戻り経路は、前記第２の出口シュート（３４’）を備えることを特徴とする、流動床反応器。
15. 固体粒子の流れを制御する方法であって、
    レベルＬ０に底部（５０）を有する垂直入口管（１６’）内で前記固体粒子の初流を下方に向けることと、
    前記固体粒子の初流から固体粒子の制御された第１及び第２の副流を形成することと、
    前記第１及び第２の副流を第１及び第２の出口シュート（２６’，３４’）にそれぞれ導くことと、を備え、
    前記方法は、
    前記レベルＬ０にある前記垂直入口管（１６’）の前記底部（５０）から垂直延伸ライザ管（５６）の底端（５４）まで延伸する水平延伸中間管（４６）に前記固体粒子の初流から固体粒子の流動床を形成することと、
    前記第１の制御された副流を、Ｌ０よりも高いレベルＬ１にある前記垂直入口管（１６’）の側壁の開口からブランチ（４２，４２’，４２’’）を介して前記第１の出口シュート（２６’）に導くことと、
    前記第２の制御された副流を、前記垂直ライザ管（５６）の上端（７０）からＬ１よりも高いレベルＬ２にある前記第２の出口シュート（３４’）に導くことと、
    を含むことを特徴とする、方法。
    

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