JP3025020B2 - 循環式流動床反応装置および該装置の運転方法 - Google Patents

循環式流動床反応装置および該装置の運転方法

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景および概略 本発明は 冷却用部材をそれ自体の内部に備えている複数の実質
的に垂直な壁であって、後壁を含み、循環式流動床反応
装置のチャンバ（反応チャンバ）の内空間を画成してい
る前記複数の実質的に垂直な壁と、 前記反応チャンバの底部に流動化ガスを導入する手段
と、 前記反応チャンバの内部に粒状材料を導入する手段
と、 排出ガスから粒状材料を分離するための、前記反応チ
ャンバの上部に連結された分離器と、 前記分離器に連結された戻りダクトと、 粒状材料の泡立ち状（bubbling）流動床を内部に有
し、前記反応チャンバの後壁に隣接され、粒状材料を冷
却するための熱交換器を含み、また流動化手段を含む泡
立ち状流動床チャンバと、 泡立ち状流動床チャンバ内にその上部から粒状材料を
導入するための手段と、 前記泡立ち状流動床チャンバおよび前記反応チャンバ
の間に位置し、泡立ち状流動床から前記反応チャンバへ
材料を排出するための排出チャンネル（径路）と、 粒状材料が泡立ち状流動床の底部から開口を通して前
記排出チャンネルの前記下部へ流動できるようにさせる
ための前記排出チャンネルの下部に位置された前記開口
とを含んで構成された循環式流動床反応装置に関する。
本発明はまた、冷却用部材をそれ自体の内部に備え、
反応チャンバの内空間を画成している実質的に垂直な壁
と、反応チャンバに隣接され、粒状材料を冷却するため
に熱交換器を備えた泡立ち状流動床チャンバと、泡立ち
状流動床チャンバおよび反応チャンバの間に位置する排
出チャンネルとを有する循環式流動床反応装置の運転方
法であって、 反応チャンバの底部に流動化ガスを導入する段階と、 反応チャンバの内部に粒状材料を導入する段階と、 かなりの量の粒状材料が反応チャンバから排出ガスに
含まれて移動するようにさせ、反応チャンバから流出し
た排出ガスから粒状材料を分離して、その分離した材料
を反応チャンバへ戻すように再循環させることによって
反応装置に循環流動床を持続させる段階と、 分離した粒状材料を泡立ち状流動床チャンバの中の流
動床の上面よりも高い位置で泡立ち状流動床チャンバへ
導入する段階と、 泡立ち状流動床で粒状材料を流動させ、流動された粒
状材料から熱を熱交換器により回収する段階と、 冷えた粒状材料を泡立ち状流動床から反応チャンバへ
排出する段階とを含む作動方法にも関する。
米国特許第5060599号は、側壁にポケットが形成され
て、該壁に沿って下方へ流動する材料を受入れるように
なされた循環式流動床反応装置を示している。ポケット
は上方へ向いた開口を有しており、その位置は、流動床
の密度が反応装置の底部における密度よりもかなり小さ
くなった箇所である。この明細書は、材料がポケットの
縁を乗越えて流出ぜきるようにするか、またはポケット
の底部に設けたダクトすなわち開口を経て材料を排出さ
せることにより、材料の流れを如何にして制御するかと
いう方法を示している。ポケットは反応チャンバに隔壁
を設けることで反応装置の内部に形成されている。ポケ
ットの抑制を十分に大きくしてその内部での熱伝達を大
きくするために、隔壁はかなり高くしなければならな
い。この形式の大重量の壁構造は、結合箇所において他
の構造に応力を発生させ、また構造に望ましくない構造
振動を発生させるので、非常に難しい。隔壁高さが高く
なると、このようなポケットの作動は高負荷作動だけに
制限される。低負荷作動では、ポケット内に落込む固体
材料の量は十分な量とならない。また、ポケットはその
底部に設けた開口を経て直接的に空になり得るので、材
料の排出を制御し、意図されない排出を防止するため
に、何らかの付加的手段を備えねばならない。
米国特許第4716856号は、エネルギー発生プラントに
おける一体化された流動床熱交換器を示している。一体
化された流動床熱交換器および流動床反応装置が両者間
に共通壁を有して示されている。共通壁は、材料を流動
床熱交換器から反応装置へオーバーフローできるように
する開口を備えている。開示されるように、制御装置お
よびガスから分離された過剰材料を反応装置へ向わす再
循環レッグを分けねばならない。この構造は、反応装置
へ向けて材料がオーバーフローする唯一の高さレベルを
有する。ガスおよび粒状材料は同一開口を通して流れ
る。
米国特許第4896717号では、再循環熱交換器が反応炉
に隣接して配置され、再循環熱交換器および反応炉のそ
れぞれが流動床を内部に有するとともに複数の水管を備
えた共通する壁を共用している流動床反応装置が示され
ている。この明細書では、固体材料がオーバーフローし
て反応装置に戻ることも示唆されているが、この明細書
は個別の材料の全てを熱交換器を経て反応装置へ戻すよ
うにすることを示唆している。この結果、リサイクル熱
交換器の容量は最大負荷時においても材料を流動できる
ように定めねばならず、このことは熱交換器の性能に対
して不必要な程に大きい過大寸法の構造にしてしまうこ
とになる。また、リサイクル熱交換器の流動化ガスはオ
ーバーフロー開口を経て、さらに通路を下方へ向かって
反応装置へ運ばなければならない。
米国特許第5069170号および同第5069171号は、循環式
流動床反応装置と連結された一体的に再循環熱交換器も
示している。しかしながら、これらは固体材料の流動を
取扱うために外部熱交換チャンバ内に幾つかの区画を形
成している。流動床から反応装置へ向けての固体材料の
導入に係わる第１の基本は、この場合も材料のオーバー
フローである。これらの解決策は多少とも複雑となる。
EP公報第0550932号において、３つの別々の流動床を
有する流動床反応装置からの高温の粒状材料を外部の別
個の流動床冷却器によって冷却する装置が示されてい
る。ガスに乗って流された材料は排出ガスから分離され
て第１流動床へ送られ、その材料は該第１流動床から第
２流動床または排出ダクトへ向けて任意に送られる。第
２および第３流動床冷却器は隣接して、共通壁で分けら
れている第１流動床の下側に配置されており、それらの
下部および上部は連結されている。第２および第３の流
動床冷却器の上方および第１流動床の下方はガス空間と
され、ガスおよび固体材料を集めて、流動床冷却器を反
応装置に連結している共通の排出ダクトへ送るようにな
されている。この構造においては、全体的な配置の理由
のために、固体材料の流動を効率的に制御することは困
難である。また、高温個体材料の短絡回路が形成される
可能性は高く、すなわち個体材料は冷却されることなく
容易に第１流動床から直接に排出ダクトへ流れる可能性
が高い。
米国特許第4363292号は、流動床反応装置の底部格子
上に熱伝達部を形成する構造を開示している。この装置
においても、反応装置の底部を幾つかの部分に分けてい
る隔壁が格子上方に備えられている。この構造は、時に
低負荷において、熱伝達部分の熱伝達面の効率を高める
ために性能が制限される。このおよび他の周知の流動床
反応装置の作動方法は、さらに本発明がその解決を目的
とする欠点を有している。
本発明の目的は、従来技術の問題点を解決する一体型
の小型の熱交換器を備えた循環式流動床を提供するとで
ある。
本発明の他の目的は、熱交換速度上の要求に効果的に
合致する一体型の小型熱交換器を備えた循環式流動床を
提供することである。
本発明のさらに他の目的は、この一体型の小型の熱交
換器および循環式流動床反応装置を区分する壁構造を提
供することである。
本発明のさらに他の目的は、粒状材料の排出チャンネ
ルの一部として使用できる一体型の小型の熱交換器およ
び循環式流動床反応装置を区分する壁構造を提供するこ
とである。
本発明のさらに他の目的は、粒状材料の撹拌速度が速
く、信頼できる材料循環／戻り装置を備えた小型の流動
床熱交換器を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、自己調節式の流動床レベ
ルの制御装置を有する小型の流動床熱交換器を提供する
ことである。
また本発明の目的は、主反応装置により効率的に支持
された隔壁を有する小型の流動床熱交換器を提供するこ
とである。
本発明の前記目的および他の目的に合致させるため
に、本発明の第１の観点によれば、本発明の循環式流動
床反応装置は、前記泡立ち状流動床チャンバと前記反応
装置チャンバの間の排出チャンネルによって特徴づけら
れ、この排出チャンネルでは実質的に個体材料の洩れが
なく、また上部に開口を有していて、泡立ち状流動床か
ら反応チャンバへ排出されるべき粒状材料を前記排出チ
ャンネルの前記上部から前記反応室チャンバへ排出でき
るようになされる。
反応チャンバに隣接して配置された内部に熱交換器を
備えた泡立ち状流動床チャンバと、泡立ち状流動床チャ
ンバと反応チャンバとの間に配置された排出チャンネル
とを有する循環式流動床反応装置の作動方法は、本発明
によれば、冷却した粒状材料を泡立ち状流動床の下部か
ら排出して排出チャンネルの下部内へ送り込み、排出チ
ャンネルの内部においてこの排出粒状材料を流動化し
て、該排出粒状材料を排出チャンネルの上部から反応チ
ャンバの上部へ導入することを特徴とする。
実質的に個体材料の洩れがない排出チャンネルは、そ
の壁部を通過して粒状材料が移動することを防ぐ、すな
わち、排出チャンネル内を上方へ向かって流動する冷却
された粒状材料と、排出チャンネルの外側の泡立ち状流
動床チャンバ内に導入される高温の粒状材料との混合を
防ぐ。本発明の好ましい実施例による排出チャンネル
は、泡立ち状流動床の底部に通じた開口から反応チャン
バに直接に通じた開口へ向けて粒状材料が排出チャンネ
ル内を上方へ向かって移動するのを可能にさせる。
前記排出チャネル内の粒状材料は流動可能且つ制御可
能な状態で流動化されることが好ましい。排出チャンネ
ルおよび泡立ち状流動床の両方において独立して制御可
能な流動化ガスが導入される。粒状材料は泡立ち状流動
床の上方から反応装置寄りの半分の部分へ移動される、
すなわち反応チャンバの壁に近い位置に向かって移動さ
れる。導入される粒状材料は、反応チャンバ内の流動床
から、または反応装置の排出ガスから個体材料を分離す
る分離器から直接に導入された高温個体材料であってよ
い。
本発明の好ましい実施形態によれば、排出チャンネル
の下部開口は熱交換器の上部の垂直下方に位置され、排
出チャンネルの上部開口は熱交換器の下部の上方に位置
されて、熱交換器の少なくとも一部分が泡立ち状流動床
内に浸漬されるようになされる。排出チャンネルは幾つ
かの別々な個々に小さなチャンネルで構成されて、要求
される横断面積の頑丈な冷却される構造を形成するのが
好ましい。個々のチャンネルの横断面は矩形であるのが
好ましい。通常、チャンネルは様々に形成される。排出
チャンネルすなわち幾つかのチャンネルは、泡立ち状流
動床の横断面積の30％未満の全横断面積を有し、20％未
満であるのが好ましい。
本発明の他の観点によれば、反応装置のチャンバ（反
応チャンバ）の内空間を画成し、冷却用部材をそれ自体
の内部に備えている実質的に垂直な壁を有する循環式流
動床反応装置は、流動床反応装置の底部に流動化ガスを
導入する手段と、前記反応装置の内部に燃料を含む粒状
材料を導入する手段と、前記反応装置の上部に連係され
てガスから粒状材料を分離するための分離器と、粒状材
料を冷却するために熱交換器を備えた泡立ち状流動床と
を含んで構成され、泡立ち状流動床は反応装置の冷却部
材に流体連結された冷却部材を有する側壁および後壁、
および泡立ち状流動床および循環式流動床を相互に仕切
ると前壁構造を有し、前壁は基本的には実質的に垂直チ
ューブで構成されて少なくとも一つの排出チャンネルを
前記壁構造内部に形成するようになされていて、前記壁
構造は少なくとも一つの実質的に垂直な固体材料の洩れ
がない部分、すなわち粒状材料がそれを実質的に通過で
きなくしている一部分を含み、粒状材料を移動させるた
めに前記排出チャンネルは前記泡立ち状流動床の下部か
ら固体材料を排出してそれを循環式流動床へ導入させる
ことができるようになされている。排出チャンネルはそ
の下部から前記泡立ち状流動床の下部へ至る開口、すな
わち下側開口と、排出チャンネルの上部から反応装置へ
至る開口、すなわち上側開口とを有することが有利であ
る。下側開口を熱交換器の上部の下方に配置し、上側開
口を熱交換器の下部の上方に配置して、熱交換器の少な
くとも一部分が泡立ち状流動床に浸漬することを保証す
るようになすことも好ましい。排出チャンネルは、チュ
ーブをその排出チャンネル部分から離れる方向へ曲げ、
前記部分またはその外側に隣接するチューブの後方へ転
向させることによって壁部に形成されることが好まし
い。
本発明は、冷却用部材をそれ自体の内部に備え、反応
チャンバの内空間を画成している実質的に垂直な壁と、
流動床反応装置の底部に位置された流動化ガスを導入す
る手段と、前記反応装置に粒状材料を導入する手段と、
前記反応チャンバの上部と連結され、ガスから粒状材料
を分離するための手段と、反応チャンバに隣接して配置
されており、また粒状材料を冷却するための熱交換器、
反応チャンバの冷却部材に流体連結された冷却部材を有
する側壁および後壁および前壁、および熱交換器と前壁
の間の排出チャンネルを備えてなる泡立ち状流動床とを
有して構成される循環式流動床反応装置の作動方法であ
って、かなりの量の粒状材料が反応チャンバから排出ガ
スに含まれて移動するようにさせ、分離器でガスから粒
状材料を分離して、その分離した材料を反応チャンバへ
戻すようになし、反応チャンバから流出した排出ガスか
ら粒状材料を分離して、その分離した材料を反応チャン
バへ戻すように再循環させることによって反応装置に循
環流動床を持続させる段階と、粒状材料を泡立ち状流動
床へその上面よりも高い位置で導入する段階と、泡立ち
状流動床内で粒状材料を流動させ、流動された粒状材料
から熱を熱交換器により回収する段階と、冷えた粒状材
料を泡立ち状流動床からその下部位置にて排出チャンネ
ルの下部へ排出する段階と、前記排出チャンネル内の前
記排出粒状材料を流動化して、その粒状材料を前記排出
チャンネルの上部から反応チャンバへ導入する段階とを
含む作動方法に関する。泡立ち状流動床の上面は、粒状
材料が前記排出チャンネルの上部から反応装置に導入さ
れるのと少なくとも同じ垂直高さ位置に維持されるのが
有利である。
図面の簡単な説明 上述した本発明の説明、ならびに他の目的、特徴およ
び利点は、本発明による図示実施例ではあるが現在好ま
しいとされる以下の詳細な説明を添付図面に関連して参
照することでさらに完全に認識されよう。
第１図は、本発明による泡立ち状流動床を備えた循環
式流動床主ハウジングの装置の概略図であり、 第２図は、第１図の泡立ち状流動床の拡大図を示し、 第３図は、本発明による泡立ち状流動床の他の実施例
を備えた循環式流動床反応装置の下部の概略図であり、 第４図は、循環式流動床反応装置および本発明による
泡立ち状流動床の間の隔壁部分の概略図であり、 第５図は、第４図の隔壁部分の下部の概略図であり、 第６図は、第４図の隔壁部分の上部の概略図であり、 第７図は、第４図の隔壁部分の他の概略図である。
図面の詳細な説明 第１図には、循環式流動床反応装置10が示されてい
る。この循環式流動床反応装置は実質的に垂直な壁12で
形成されており、壁12は内部に冷却部材を備えている。
通常、互いに連結され、フィンまたは棒状要素を有して
ガス密構造を構成する隣接する平行なチューブによって
前記壁が作られる。これは当該分野で公知であり、それ
故に本明細書ではこれ以上説明しない。壁12は反応装置
14の内空間を画成している。反応装置の底部には、空気
などの流動化ガスをその流動床反応装置の底部に導入す
る手段16が備えられている。粒状材料を前記反応装置に
導入する手段18もまた備えられている。上方の高い位置
には、二次空気を導入する手段20が備えられている（す
なわち、少なくとも燃料が反応装置内で燃焼される場
合）。ガスから粒状材料を分離する分離器22がダクト手
段24によって前記反応装置に対してその上部位置で連結
されている。或る種の場合、分離器は反応装置の後壁壁
12′と直接的に背中合せとされた関係にもなされ得る。
分離器はサイクロン式分離器であるのが好ましく、垂直
位置または水平位置のいずれかにて配置される。戻りダ
クト26は分離器22の粒状材料出口を反応装置に連結し
て、分離器で分離された粒状材料を循環式流動床反応装
置の反応チャンバ14へ戻すように再循環させる。戻りダ
クト26に関連して、泡立ち状流動床チャンバ28が反応装
置14に隣接して備えられており、内部の粒状材料を冷却
するための熱交換手段30を備えている。泡立ち状流動床
チャンバ28側壁（ここには示されていない）と、後壁32
と、前壁34とを有し、これらは反応装置12の冷却部材と
流体連結された冷却部材を有している。泡立ち状流動床
チャンバ28は前記戻りダクトと連結させて、ガスから分
離された粒状材料を受入れるようになされている。ガス
は分離器22から出口37を経て排出され、熱回収のような
他の処理を受けるようになされる。
燃焼器／蒸気発生装置として運転されるときには、循
環式流動床は従来のような反応チャンバ14内に形成され
る。循環式流動床の独特の特徴は、粒状材料がチャンバ
内を上方へ流れるガスに乗って運ばれ、新たに粒状材料
を流動床に導入するか、またはガスで運ばれた粒状材料
を分離して再循環させねばならないとされることであ
り、粒状材料の再循環は循環式流動床を維持する好まし
い方法である。当然、分離器を通して漏出するいずれの
排出物質すなわち粒状材料も、新たに材料を循環処理に
供給することで保証されねばならない。
分離した粒状材料は戻りダクト26の下部からガスロッ
ク36を経て泡立ち状流動床チャンバ28内に運ばれる。粒
状材料は内部の泡立ち状流動床チャンバ28′の表面より
上方の位置から泡立ち状流動床チャンバ28に好ましく導
入され、ガスロック36から泡立ち状流動床の反応装置寄
りの半分の部分へ導入される。小型構造を意図する場合
に有利とされることであるが、粒状材料が反応チャンバ
と泡立ち状流動床チャンバ28との間の共通壁壁12′に比
較的近い位置に導入されるので、泡立ち状流動床チャン
バは第２図を参照して以下に説明されるような有利な構
造に関連して作動するように構成されている。
反応装置14と泡立ち状流動床チャンバ28とを区分する
前壁部分34は排出チャンネル38を含んでおり、この排出
チャンネル38は前壁部分34における内側部分40および外
側部分によって形成されている。排出チャンネル38は泡
立ち状流動床の粒状材料がそれを通して移動するのを実
質的に防止するように形成されている。しかしながら、
これは少なくとも或る程度のガスの通過を可能とする。
排出チャンネルは上部に開口部分42を備えており、排出
チャンネルと反応チャンバ14との間の連通を許容してい
る。排出チャンネルはまた開口部分44を備えており、排
出チャンネルと泡立ち状流動床チャンバ28との間の連通
を許容していて、開口44は排出チャンネルの下部に配置
されている。
循環式流動床反応装置の通常運転では、高温の粒状材
料は排出ガスから分離される。分離された粒状材料の少
なくとも一部分は戻りダクト26から泡立ち状流動床チャ
ンバ28へと、その反応装置寄りの半分の部分にて戻され
る。また、開口部分42は粒状材料の導入部分の近く、す
なわち泡立ち状流動床チャンバ28の反応装置寄りの半分
の部分に配置されているので、本発明によれば、内側壁
部分40は粒状材料がそこを通って移動するのを不可能に
して、該材料が出口開口部分42へ向って直接的に流れ
る、すなわち短絡回路を形成するのを防止するようにな
されている。このようにして、反応装置寄りの半分の部
分にて表面上方から泡立ち状流動床28に有利に導入され
た粒状材料は、手段46により流動化される状態のもとで
効果的に混合するように強制される。熱交換器30により
冷された粒状材料は開口部分44を経て排出され、効率的
な作動を保証する。粒状材料は導入される箇所に対して
流動床の反対側から排出される。排出される材料は、手
段48によって制御可能に流動化ガスを独立して導入され
て、排出チャンネル38内で流動化される。流動化ガスは
開口部分50および（または）52を経て反応チャンバ14内
へ運ばれる。熱交換器は例えば反応装置の冷却部材、す
なわち蒸発管壁で発生された蒸気の過熱器とされ得る。
泡立ち状流動床におけるような中間の蒸気再加熱面を構
成することもできる。
本発明の有利な特徴は、泡立ち状流動床チャンバ28お
よびその熱交換器が分離器22で分離される粒状材料の全
てを処理する能力を備えることを必要とせず、或る性能
に関して設計することができるということである。或る
作動状況において、すなわち泡立ち状流動床チャンバお
よび熱交換器が導入される個体材料の中間的な容量で得
られるよりもかなり小さい熱伝達負荷に関して設計され
る場合には、本発明は設備寸法（能力）を洗練された方
法で必要寸法に設計することを可能にする。作動におい
て、流動化手段48,46は例えば熱交換器に要求される熱
出力によって制御される。この流動化は排出チャンネル
38を経ての粒状材料の排出を制御し、したがって熱交換
器30の熱出力を制御する。例えばガスロック36からの材
料の導入量（後述するように、材料は反応装置14から開
口50および（または）52を経ても直接運ばれる得る）が
熱交換器30で必要熱出力を得るために必要とされる以上
に多いならば、流動床の高さ位置54を開口部分50の縁部
56の高さ位置まで高めることが可能とされる。これは、
熱交換器30に要求された熱出力を得るために必要でない
余剰な高温粒状材料の全てが、反応装置14へ直接に、冷
却されることなく流されるようになされることを意味す
る。このような状況において、余剰粒子の各接触面（tr
ead）はただ単に「表面で循環」するだけで、実質的な
材料の撹拌を伴わない。この洗練された構造は、泡立ち
状流動床チャンバ28がたとえ熱交換器30の熱出力が必要
とされない場合であってさえも循環流動床に必要な全て
の材料を処理できるような能率の悪い設計をすることな
く、反応装置14に必要な流動床の保持に関する。上述し
た解決策は、例えば小さな（一層小型の）寸法の泡立ち
状流動床および排出チャンネルを得られるようにする。
何故なら、粒状材料の循環が最大であるときの循環式流
動床の全負荷作動に関して、泡立ち状流動床および関連
装置を寸法決めする必要はないからである。さらに、泡
立ち状流動床から反応装置へ流れる流動化ガスの上方へ
向う流れ、および泡立ち状流動床へ送られる粒状材料の
下方へ向う流れの衝撃を避けるために、開口部分をそれ
ぞれ水平に隔てた関係に配置することが有利である。
第３図には、循環式流動床と直接に通じた循環式流動
床反応装置14の固体材料を処理する（例えば冷却する）
ための構造が示されている。材料は、反応装置14から開
口部分58を経て直接に送られる。第１図および第２図で
は、この特徴は分離器22からの材料の給送と組合わされ
ることができる。泡立ち状流動床チャンバ28は循環式流
動床反応装置14の下部に配置され、それらは共通壁34を
有する。下部だけが第３図に示されているが、反応装置
14の全体は例えば第１図に示されたようにできることを
理解しなければならない。また、様々な垂直高さ位置お
よび反応装置14の側方位置に幾つもの個別の泡立ち状流
動床28を備えることができる。これは、熱交換器30の望
ましい熱出力によって要求される特定処理能力にだけ関
して泡立ち状流動床が好ましく設計できるという事実に
より、有利となる。また、循環式流動床の性質により、
例えば循環式流動床反応装置のそれぞれの負荷における
熱交換器の所望の熱出力に対応する材料導入の或る供給
量を与えるそのような垂直高さ位置にそれぞれを位置決
めすることで、各泡立ち状流動床に導入する粒状材料の
供給量（rate）を選択することが可能である。これは、
循環式流動床の粒状材料の運ばれる量は反応装置の負荷
の関数であるという理由で、可能となる。
第３図に示された循環式流動床の作動において、循環
式流動床の負荷が低い場合でさえ、反応チャンバ14の下
部において泡立ち状流動床チャンバ28′に流入する粒状
材料を得られるという事実が利用される。粒状材料は開
口58を経て泡立ち状流動床チャンバ28に流入する。この
材料は大半が泡立ち状流動床の反応装置寄りの半分の部
分に流入する。短絡回路の発生を防止するために、内側
壁部分40は本発明によりそれを通って粒状材料が移動で
きないように形成されて、材料が排出チャンネルの出口
開口42へ直接流れるのを防止するようになされる。この
ようにして、大半が反応装置寄りの半分の部分で、流動
床上面よりも上方で泡立ち状流動床チャンバ28に導入さ
れる粒状材料は、手段46で流動化されつつ効果的に撹拌
を強制される。熱交換器30により冷却された粒状材料は
開口44を経て排出され、効率的な作動を保証する。粒状
材料は導入された箇所に対して反対側で排出される。こ
の排出材料は、別個に制御可能な流動化ガスを手段48に
より導入することで排出チャンネル38内で流動化され
る。流動化ガスは開口58を経て反応装置14に排出され
る。
隔壁部分34は反応チャンバ14の壁をなす流管と一体化
されるように形成されることが好ましく、このことはほ
とんど全ての好ましい実施例において壁34がチューブ、
フィン、および泡立ち状流動床に隣接した循環式流動床
反応装置の壁34の被覆で形成されて、排出チャンネルが
壁34に関連して形成されるようになされることを意味す
る。作動状況のために壁構造に応力を発生させる様々な
要素があるが、壁34は反応装置14の一体部材として構成
することで例えば振動に耐えるように構成される。この
特徴はまた反応装置14と泡立ち状流動床チャンバ28との
間の全ての望ましくない熱膨張差を排除する。第４図に
おいて、循環式流動床反応装置チャンバ14および泡立ち
状流動床チャンバ28を区分する壁34の好ましい実施例が
示されている。この壁は複数のチューブ60を含み、これ
らのチューブは反応チャンバ14の冷却装置の一部を形成
している。典型的に、冷却装置は蒸気発生装置である。
チューブ60は例えばチューブ間のフィンおよびバー62に
よって互いに連結され、実質的に気密の壁構造を形成し
ている。或る間隔を隔ててチューブは全体面積「Ｇ」か
ら離れる方向へ曲げられて、チューブのない部分、すな
わち幅「Ａ」が形成されるようになされる。本発明によ
れば、このような部分に内側壁部分40および外側壁部分
を形成して、チューブのない部分、すなわち幅「Ａ」を
通る粒状材料の直接的な流れを防止するようになすこと
で、排出チャンネル（単数または複数）38を構成するこ
とができる。この部分すなわち幅「Ａ」は典型的には０
＜Ａ＜1m、好ましくは10cm＜Ａ＜50cmである。内側およ
び外側壁部分は適当なライニングすわち被覆で形成され
ることが好ましく、この被覆は鋳造可能な耐火性被覆の
ような反応装置の環境に耐えるものとされる。第４図に
おいて、この概略図は第３図の視点から見たものであ
り、すなわち排出チャンネルが実質的に閉じたチャンネ
ルである箇所の壁である。見られるように、排出チャン
ネルは矩形横断面を有することが好ましい。当然、これ
と異なる形状に設計することは可能である。
第５図および第６図は、開口42,44が排出チャンネル
の被覆材料に開口を備えることで単純に形成できること
を示している。第７図は平面「Ｇ」から両側へ向かって
チューブのない「Ａ」の部分から離れるようにチューブ
を曲げて排出チャンネル38として使用できる可能性を示
している。当然、壁34にチューブを配置する様々な可能
性があり、また壁部分40の内側にチューブを備えて剛性
を高めるようにできる。例えば、チューブを適当に曲げ
ることで、固体材料が排出チャンネルにより送られると
きにその横方向の動きを得ることもできる。
本発明は、循環式流動床反応装置を使用した冷却また
は一般的にガ処理のような循環式流動床反応装置に関連
した様々な処理に応用できる。また、例えば大気圧以上
の圧力での燃焼およびガス化処理が本明細書で開示した
装置で作動できると考えられ、この場合には反応装置は
圧力容器で包囲されるべきである。
本発明の各種の実施例および示唆する改良を説明して
きたが、改良は請求の範囲の欄に記載されている本発明
の範囲から逸脱せずに説明した実施例の構造および配置
に対してなし得ることを理解しなければならない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F23C 11/02 311 F23C 11/02 313 B01J 8/26 F27B 15/16

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】冷却用部材をそれ自体の内部に備えている
    複数の実質的に垂直な壁（12,12′）であって、後壁（1
    2′）を含み、循環式流動床反応装置のチャンバ（反応
    チャンバ）（14）の内空間を画成している前記複数の実
    質的に垂直な壁（12,12′）と、 前記反応チャンバの底部に流動化ガスを導入する手段
    （16）と、 前記反応チャンバの内部に粒状材料を導入する手段（1
    8）と、 排出ガスから粒状材料を分離するための、前記反応チャ
    ンバの上部に連結された分離器（22）と、 前記分離器に連結された戻りダクト（26）と、 粒状材料の泡立ち状流動床（28′）を内部に有し、前記
    反応チャンバの前壁（12′）に隣接され、粒状材料を冷
    却するための熱交換器（30）を含み、また流動化手段
    （46）を含む泡立ち状流動床チャンバと、 泡立ち状流動床チャンバ内にその上部から粒状材料を導
    入するための手段と、 前記泡立ち状流動床チャンバと前記反応チャンバとの間
    に位置し、泡立ち状流動床から前記反応チャンバへ材料
    を排出するための排出チャンネル（38）とを含んで成る
    循環式流動床反応装置であって、 前記排出チャンネル（38）は固体物質を封止できるもの
    であり、また前記排出チャンネルは、 粒状材料が泡立ち状流動床チャンバ（28）の底部から開
    口を通して排出チャンネルの前記下部へ流動できるよう
    にするために、その排出チャンネルの下部に位置する前
    記開口（44）、および 固体材料が排出チャンネルの前記上部から前記反応チャ
    ンバへ排出できるようにするために排出チャンネルの上
    部に位置する開口（42）を有しており、 また、前記反応チャンバ（14）と前記泡立ち状流動床チ
    ャンバ（28）との間の共通壁に、流動化ガスを泡立ち状
    流動床チャンバ（28）から反応チャンバへ運ぶための開
    口（50,52）をさらに有することを特徴とする循環式流
    動床反応装置。
  2. 【請求項２】請求の範囲第１項に記載された循環式流動
    床反応装置であって、前記排出チャンネル（38）内で粒
    状材料を流動化させるための手段（48）をさらに含むこ
    とを特徴とする循環式流動床反応装置。
  3. 【請求項３】請求の範囲第２項に記載された循環式流動
    床反応装置であって、前記排出チャンネルの流動化手段
    （48）が前記泡立ち状流動床（28′）のための前記流動
    化手段（46）とは別に個別に制御できることを特徴とす
    る循環式流動床反応装置。
  4. 【請求項４】請求の範囲第１項に記載された循環式流動
    床反応装置であって、反応装置が泡立ち状流動床チャン
    バ（28）の流動化ガスを反応チャンバ（14）へ導く手段
    （52,50）をさらに含んでいることを特徴とする循環式
    流動床反応装置。
  5. 【請求項５】請求の範囲第１項に記載された循環式流動
    床反応装置であって、泡立ち状流動床チャンバ（28）が
    戻りダクト（26）と連結され、戻りダクトが分離器（2
    2）内の分離された粒状材料を泡立ち状流動床にその表
    面より上方の位置から導入する手段を含んでいることを
    特徴とする循環式流動床反応装置。
  6. 【請求項６】請求の範囲第５項に記載された循環式流動
    床反応装置であって、分離器（22）で分離された粒状材
    料を泡立ち状流動床へ導入する手段が、泡立ち状流動床
    に粒状材料を導入する開口（36）を有する戻りダクトを
    含んでおり、前記開口は反応チャンバ（14）の前壁（1
    2′）に隣接して配置されていることを特徴とする循環
    式流動床反応装置。
  7. 【請求項７】請求の範囲第１項に記載された循環式流動
    床反応装置であって、反応チャンバが前記排出チャンネ
    ル（38）の上方で泡立ち状流動床チャンバ（28）と共通
    の反応装置の壁部（12″）をさらに含んでおり、該壁部
    は反応チャンバ（14）から泡立ち状流動床チャンバ（2
    8）に高温の粒状材料を給送する少なくとも一つの開口
    （58）を含んでいることを特徴とする循環式流動床反応
    装置。
  8. 【請求項８】請求の範囲第１項に記載された循環式流動
    床反応装置であって、前記排出チャンネル（38）の下部
    に備えられた開口（44）が熱交換器（30）の上部の下方
    に位置していることを特徴とする循環式流動床反応装
    置。
  9. 【請求項９】請求の範囲第１項に記載された循環式流動
    床反応装置であって、前記排出チャンネル（38）の上部
    に備えられた開口（42）が熱交換器（30）の下部の下方
    に位置していることを特徴とする循環式流動床反応装
    置。
  10. 【請求項１０】請求の範囲第１項に記載された循環式流
    動床反応装置であって、排出チャンネル（38）が泡立ち
    状流動床の水平横断面積の20％よりも小さい水平横断面
    積を有していることを特徴とする循環式流動床反応装
    置。
  11. 【請求項１１】請求の範囲第１項に記載された循環式流
    動床反応装置であって、排出チャンネル（38）が複数の
    別個の個々に小さなチャンネル（38,38′）で構成され
    ていることを特徴とする循環式流動床反応装置。
  12. 【請求項１２】請求の範囲第11項に記載された循環式流
    動床反応装置であって、少なくとも幾つかの個々に小さ
    なチャンネルが矩形横断面を有していることを特徴とす
    る循環式流動床反応装置。
  13. 【請求項１３】請求の範囲第１項に記載された循環式流
    動床反応装置であって、 泡立ち状流動床（28）が複数の側壁、前壁（34）および
    後壁（32）を有しており、少なくとも一つの前壁（34）
    が反応チャンバ（14）の内空間を画成している壁の冷却
    部材と流体連結されている冷却部材を有しており、前壁
    構造は本質的に複数の実質的に垂直なチューブ（60）で
    構成されており、該垂直チューブは前記前壁構造内に少
    なくとも一つの実質的に垂直な固体材料に対して封止す
    る部分を含む少なくとも一つの排出チャンネル（38）を
    形成しており、 前壁（14）は泡立ち状流動床（28′）および反応チャン
    バ14の循環式流動床を互いに区分していることを特徴と
    する循環式流動床反応装置。
  14. 【請求項１４】請求の範囲第13項に記載された循環式流
    動床反応装置であって、少なくとも一つの排出チャンネ
    ル（38）はその下部から泡立ち状流動床チャンバの下部
    に至る下側開口（44）と、排出チャンネルの上部から反
    応チャンバに至る上側開口（42）とを含むことを特徴と
    する循環式流動床反応装置。
  15. 【請求項１５】請求の範囲第14項に記載された循環式流
    動床反応装置であって、下側開口（44）は熱交換器（3
    0）の上部の下方に位置していることを特徴とする循環
    式流動床反応装置。
  16. 【請求項１６】請求の範囲第14項に記載された循環式流
    動床反応装置であって、上側開口（42）は熱交換器（3
    0）の下部の上方に位置していることを特徴とする循環
    式流動床反応装置。
  17. 【請求項１７】請求の範囲第13項に記載された循環式流
    動床反応装置であって、少なくとも一つの排出チャンネ
    ル（38）はチューブのない面部分を形成するようにチュ
    ーブの曲げられた壁部分に耐火材を被覆して形成されて
    いることを特徴とする循環式流動床反応装置。
  18. 【請求項１８】請求の範囲第13項に記載された循環式流
    動床反応装置であって、少なくとも一つの排出チャンネ
    ルは、前記少なくとも一つの排出チャンネルから離れる
    方向へチューブを曲げ、また前記壁部分に隣接したすな
    わち外側のチューブの後方にチューブから離れる方向へ
    曲げることで壁に形成されていることを特徴とする循環
    式流動床反応装置。
  19. 【請求項１９】冷却用部材をそれ自体の内部に備え、反
    応チャンバ（14）の内空間を画成している実質的に垂直
    な壁（12,12′）と、反応チャンバに隣接され、粒状材
    料を冷却するために熱交換器を備えた泡立ち状流動床チ
    ャンバ（28）と、泡立ち状流動床チャンバと反応チャン
    バとの間に位置する排出チャンネル（38）とを有する循
    環式流動床反応装置を用いて、 反応チャンバの底部に流動化ガスを導入する段階と、 反応チャンバの内部に粒状材料を導入する段階と、 かなりの量の粒状材料が反応チャンバから排出ガスに含
    まれて移動するようにさせ、反応チャンバから流出した
    排出ガスから粒状材料を分離して、その分離した材料を
    反応チャンバへ戻すように再循環させることによって反
    応装置に循環流動床を持続させる段階と、 分離した粒状材料を泡立ち状流動床チャンバの中の流動
    床の上面よりも高い位置で泡立ち状流動床チャンバへ導
    入する段階と、 泡立ち状流動床で粒状材料を流動化させ、流動化された
    粒状材料から熱を熱交換器により回収する段階と、 冷えた粒状材料を泡立ち状流動床から前記排出チャンネ
    ルを通して反応チャンバへ排出する段階とを含む運転方
    法であって、 冷えた粒状材料を排出チャンネルの上部の開口（42）を
    通して反応チャンバへ導入する段階、および 泡立ち状流動床チャンバから、前記反応チャンバと前記
    泡立ち状流動床チャンバとの間の共通壁（12″）の開口
    （50,52）を通して反応チャンバへ流動化ガスを運ぶ段
    階を含むことを特徴とする循環式流動床反応装置の運転
    方法。
  20. 【請求項２０】請求の範囲第19項に記載された方法であ
    って、排出チャンネルの上部から反応チャンバへ給送さ
    れる粒状材料と少なくとも同じ垂直高さ位置に泡立ち状
    流動床の上面を維持する段階をさらに含むことを特徴と
    する循環式流動床反応装置の運転方法。
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