JP3118259B2 - 循環式流動床反応装置の作動方法および装置 - Google Patents

循環式流動床反応装置の作動方法および装置

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は循環式流動床装置の新規な作動方法および装
置に関する。
循環式流動床（CFB）装置、例えば循環式流動床燃焼
器は、粒子で作られる第１流動床を有する燃焼室を内部
に含んでいる。この燃焼室から排出される煙道ガスとそ
の中に含まれる固体物質とのなす懸濁流体から固体粒子
を分離するために、粒子分離器が燃焼室上部の排出開口
に連結される。分離した固体物質を粒子分離器から燃焼
室内へ再循環させるために、１つまたは幾つかの戻しダ
クトが粒子分離器と燃焼室下部との間に連結される。煙
道ガスを排出するために、ガス出口が粒子分離器に配置
される。
サイクロン分離器は一般に粒子分離器として使用され
る。ディップ・レッグ（dip leg）式の戻しパイプが分
離粒子をサイクロンから燃焼室下部へ再循環させる。ガ
スが戻しパイプを通して燃焼室からサイクロンへ逆流す
るのを防止するために、ループシールが戻しパイプ内に
配置される。
循環式流動床反応装置は、各種の燃焼処理に広く使用
されている。処理に応じて各種の床構成物質が流動化さ
れて、装置内を循環される。燃焼処理では、石炭、コー
クス、亜炭、木材、廃物または泥炭のような粒状燃料、
並びに他の粒状物質、例えば、灰、硫黄吸収物質、触媒
または金属酸化物が流動床の構成要素とされ得る。燃焼
室内の速度は通常3.5〜10m/秒の範囲であるが、かなり
速くすることができる。
典型的に、熱は燃焼室の伝熱面および粒子分離器以降
のガス通路内に配置された対流伝熱部の伝熱面で流動床
燃焼処理から回収される。燃焼室の周壁は通常は板状壁
として構成され、その内部で垂直チューブが蒸発面を形
成するようにフィンで結合される。
例えば蒸気を過熱するには、過熱器のような付加的な
伝熱面を燃焼室上部に配置しなければならないであろ
う。
それ故に、燃焼室内の高温且つ高流動速度の環境のも
とでは、腐食および侵食が問題を生じる。伝熱面は耐熱
材で、しばしばある種の耐食材で保護されて、作られる
か、ある種の特別な構造が使用されねばならない。この
ような伝熱面は非常に重いうえ高価であり、耐熱材は高
価である。塩素ガスおよびアルカリ成分を含む燃料を燃
焼させる場合には、特に蒸気／水の温度が400℃を超え
て500℃に達する燃焼室のガス空間内での腐食が伝熱面
に影響する。
低負荷状態で蒸気の所望の過熱を達成することも困難
となる。燃焼室出口のガス温度は負荷が低下するにつれ
て降下するのであり、対流伝熱部における過熱器は所望
の結果を得るほど十分な容量を有していない。燃焼室内
に配置される付加的な過熱器はコストを上昇し、ボイラ
ーにおける問題を増大する。
更に、燃焼室の寸法増大を必要とせずに、装置に伝熱
面を付加する新規な方法を見出すことが、特に加圧され
る応用例において必要とされてきた。加圧応用例では、
燃焼室内に伝熱面を追加し、これにより燃焼器の寸法が
増大されることは、圧力容器寸法の増大およびコストの
大幅な上昇をもたらすであろうことから、望ましくな
い。
過熱能力を増大するために外部熱交換器（EHE）を使
用することが提案されてきた。外部熱交換器では、過熱
器は高温循環固体物質を有する別の流動床反応装置内に
配置され、この物質は粒子分離器から外部熱交換器に導
入される。提案された外部熱交換器は大型且つ高価であ
り、非冷却構造が使用される場合は重くなり、制御も難
しい。より簡単且つ安価な解決策が必要とされる。循環
式流動床反応装置の再循環装置に伝熱面を含めることは
提案されている（米国特許第4716856号明細書を参照さ
れたい）。伝熱面は、戻しダクト底部に形成され、熱交
換室に集積された循環固体物質で作られる流動床の中に
配置される。したがって前記物質の循環は、別の外部熱
交換器の配置を必要とせずに例えば過熱に必要とされる
付加的な熱を与える。戻しダクト内に配置されたループ
シールは、燃焼室と粒子分離器との間に必要とされるガ
スシールを形成する。固体物質はオーバーフローするこ
とで戻しダクトから燃焼室内へ再導入される。
しかしながら再循環装置における伝熱制御は、未だ十
分に解決されているとはいえない。伝熱制御に流動化ガ
スを使用することは提案された。しかしながらこの流動
化ガスは、オーバーフローさせて再循環装置から燃焼室
内へ固体物質を再導入することにも使用される。それ故
に、異なる負荷のもとで流動化ガスで伝熱すなわち固体
物質の循環を独立して制御することは不可能となる。
示唆されたようにオーバーフローによって固体物質を
燃焼室内へ再循環させることが熱交換室内の流動床高さ
を一定に保持してその高さ変動を防止するのであり、こ
の高さは装置の明白な制限である。流動床のガスシール
効果および流動床における伝熱を制御するためには、多
くの応用例においては流動床高さ制御を可能にすること
が好ましい。
更に、オーバーフローによることから、固体物質の混
合は効率的に行われず、したがって熱交換室内での伝熱
は効率的に行われない。流動床表面上に導かれた固体物
質は、その一部が流動床中に混入されるだけである。流
動床中に混入されない物質は、流動床または伝熱面に対
して伝熱することなくオーバーフロー開口を通して直ぐ
に排出されてしまう。
更にまた、オーバーフローによることから、大きく且
つ重い粒子は流動床内に容易に落下し、流動床内を効率
的に循環せず、寧ろ燃焼室中へ再導入されることなく熱
交換室底部に堆積する傾向を示す。大きな粒子は伝熱、
流動化および固体物質の流れに問題を生じ、同様に侵食
問題を引き起こすことになる。
発明の概要 本発明の目的は、上述の欠点を最小限に抑えた循環式
流動床装置の作動方法および装置を提供することであ
る。
本発明の特徴はまた、循環式流動床装置において熱回
収の改良した方法を提供することである。
本発明の他の目的は、循環式流動床装置における熱回
収を制御する改良した方法を提供することである。
本発明の更に他の目的は、再循環装置の伝熱部におけ
る固体物質の攪拌混合および伝熱を改良し、同時に大き
な粒子がその内部に堆積して生じる問題を最小限に抑え
る改良した方法および装置を提供することである。
この目的は、添付する請求の範囲に記載の方法および
循環式流動床反応装置で達成される。
本発明によると、 （ａ）煙道ガスおよびそれに含まれた固体粒子でなる粒
子懸濁流体が燃焼室内を上方へ向けて流れるように、燃
焼室中に固体粒子の高速流動床を確立し、 （ｂ）ガスおよび粒子の懸濁流体から分離された固体粒
子を捕集し、 （ｃ）捕集した固体粒子を戻しダクトへ導き、 （ｄ）伝熱部および粒子移送部を別々に有する固体粒子
床を戻しダクト下部に確立し、 （ｅ）伝熱部に配置した伝熱面によって伝熱部内の固体
粒子床から熱を回収し、 （ｆ）伝熱を確立するために、流動化ガス入口を通して
伝熱部の固体粒子床の内部に流動化ガスを導入し、 （ｇ）移送用ガス入口を通して粒子移送部の固体粒子床
の内部に流動化ガスとは別に移送用ガスを導入し、およ
び （ｈ）固体粒子の流動床の表面レベルよりも低いレベル
位置に配置された少なくとも１つの固体粒子入口を通し
て、前記粒子を移送用ガスによって燃焼室内へ移送す
る、 諸段階を含む循環式流動床装置の作動方法であって、移
送用ガスが伝熱の支障になることを防止し、流動化ガス
が燃焼室内への粒子の再導入の支障になることを防止す
るために、流動化ガス入口と移送用ガス入口との間に形
成される固体粒子床の内部に、例えば伝熱部と粒子移送
部との間の領域に、ごく少量の、または流動化されてい
ない粒子からなるバリヤ床部が形成された循環式流動床
装置の作動方法が提供される。
したがって本発明の好適例よると、戻しダクト下部に
おいて、同一の固体粒子床における固体粒子床室に伝熱
部および粒子移送部が形成されて、固体粒子異は一方の
部分から他方の部分へ自由に流動できるようにされる
が、固体粒子の主流は固体粒子床の表面から熱交換部を
経て粒子移送部および固体粒子入口へ向かうようになさ
れる。
本発明の更に他の好適例によると、伝熱部の底は粒子
移送部の底よりも高い位置に配置される。したがって流
動化ガスは移送用ガスよりも高い位置で固体粒子床の内
部へ導入されるようになされる。
戻しダクト内で粒子は燃焼室内へ直接に再循環される
ことが好ましいが、燃焼室に連結された中間室内への再
循環が必要とされるならば、そのようにすることができ
る。
戻しダクト底部の固体粒子床は循環式流動床装置内を
循環する固体粒子で形成され、これらの固体粒子は反応
装置全体の全粒子量における平均粒径分布よりも小さい
粒径分布を有している。粒径寸法の小さいことが、戻し
ダクト内での伝熱に有利である。
伝熱部における過熱面のような伝熱面に対する粒子か
らの伝熱は、本発明の好適例により伝熱部の少なくとも
一部に流動化ガスを導入することで、制御できる。ガス
流量が増大し、伝熱面のまわりの粒子の運動が増大する
につれて、伝熱量が増大する。伝熱制御用の空気または
不活性ガスのようなガスが幾つかの別々のノズルを通し
て導入できる。
本発明の他の好適例によると、伝熱部における伝熱は
粒子移送部に導入する移送用ガスの流量を制御すること
で制御できる。この実施例によると、固体粒子床の表面
高さは、固体粒子の一部を直接に燃焼室内へ向けてオー
バーフローさせることで一定レベルに保持される。固体
粒子の制御された部分だけが固体粒子床および伝熱部を
通して流動できるようにされるのであり、この部分は固
体粒子床の高さよりも低い位置の固体粒子入口（単数ま
たは複数）を通して固体粒子を排出する移送用ガスを制
御することによって、制御される。
固体粒子入口（単数または複数）を通して移送される
固体粒子の量を減少させ、これと相応して燃焼室内へオ
ーバーフローする粒子の量を増大することにより、燃焼
室内へ再導入されるよりも前に固体粒子床の表面に到達
する粒子の量が増大される。伝熱部を通して流れる固体
粒子の量は減少する。固体粒子床の温度は低下し、同様
に伝熱量は粒子と伝熱面との間の温度差が小さくなるの
で低下する。
固体粒子入口（単数または複数）を通して移送される
固体粒子の量を増大させることにより、固体粒子床およ
び伝熱部を通して連続的に移送される新たな高温固体物
質の量が増大され、固体粒子床の温度および伝熱量が増
大する。
戻しダクト底部では、固体粒子が燃焼室内に再導入さ
れて新しい物質が固体粒子床の表面上に連続して追加さ
れるにつれて、固体粒子床はゆっくりと下方へ移動す
る。固体粒子床の高さは本発明の好適例によると燃焼室
内へ固体粒子を導入する移送用ガスを制御することで、
制御される。したがって固体粒子床の高さは、ある種の
場合に伝量を制御することに使用される。
戻しダクト内の固体粒子床は、燃焼ガスが燃焼室から
固体粒子入口（単数または複数）を通して戻しダクトへ
逆流することを防止するガスシールを形成する。このガ
スシール効果は、移送用ガスを制御することで制御さ
れ、すなわち伝熱を制御する流動化ガスとは別に制御さ
れる。
本発明の好適例によると、固体物質は１または数個の
垂直方向に狭い水平スロット状通路を通して、例えば互
いに異なって固体粒子入口を形成している１または数個
のＬバルブを通して、燃焼室内へ再導入される。戻しダ
クトおよび燃焼室の間のこの狭いスロット状通路は多量
の固体粒子を充満されており、この通路はこのような構
造であることから、大量の固体粒子が通路を通過するこ
とはできない。したがってこの通路を通る流量は、戻し
ダクト内の固体粒子床の全高および燃焼室と粒子分離器
との間の固体粒子床のガスシール効果も制御するのであ
る。
通路を通る流量は、その通路付近の移送用ガス流量を
制御することで制御される。移送用ガスはスロット状通
路の中またはそのまわりの粒子に運動を伝えて、通路を
通して燃焼室内へ粒子を移送する。
通路による固体粒子のガスシール効果は、通路の垂直
方向の高さ（ｈ）および通路の長さ（ｌ）の間の比（h/
l）によって定まる。この比（h/l）は本発明の水平通路
の１つの好適例によると、固体粒子が制御されずに通路
を通過してしまうのを防止するためには、0.5より小さ
くなければならない。通路の垂直高さ（ｈ）が小さくな
ればなるほど、通路の長さ（ｌ）は短くなる。
例えばある種の応用例で、厚さが200mmの壁の配置さ
れた高さが約100mmで長さが約200mmの通路は、戻しダク
トおよび固体粒子床室の内部の固体粒子の流れを制御で
きる固体粒子流動シールを確立するのに十分である。
壁の平面内における通路横断面は長方形のスロット状
であることが好ましいが、ある種の応用例では正方形ま
たは丸い横断面を有する通路が使用できる。
通路は傾斜されて、戻しダクトの入口端部よりも高い
位置にて出口端部を燃焼室内に有することができ、この
傾斜は通路の入口端部に粗大物質が堆積することを防止
するためである。傾斜通路では、通路長さ（ｌ）は同じ
横断面を有する水平通路に較べて更に短くできる。
仮想される単一大通路に必要な垂方向の全高htotは、
したがって本発明の１つの見解によると数個の垂直方向
の高さh1,h2,h3,・・・に分けられ、分けられた各高さ
部分は必要な全高htotのほんの一部とされる。したがっ
て、各通路の長さ（ｌ）は垂直方向の高さが低下するに
つれて同じ比率で減少するが、固体粒子の流動のシール
効果は低下しない。
本発明の好適例によると、粒子移送部と燃焼室との間
の共通の一般に耐火材を内張りされる板状壁を通して延
在するだけの長さとされた短い通路が、戻しダクトから
燃焼室へ粒子を移送するために使用され、また適当な固
体粒子流動シールを形成する。
通路は、粒子移送室および燃焼室の間の共通壁の全幅
（ｗ）とほぼ等しい長さ（ｌ）を有しており、この壁の
幅はチューブおよび耐火材を含めたものである。これ
は、燃焼室から外方へ離れた位置に達して空間使用が非
常に大きくなる従来技術のＬバルブシールを遙かに超え
た改良である。本発明は固体粒子シールが壁構造に一体
的に備えることのできる非常に小型化できる解決策を提
供する。
固体粒子の通路は、板構造壁にチューブを結合するフ
ィンに容易に形成できる。殆どの場合、チューブが互い
に広く離れて屈曲された箇所、および通路を形成するの
に必要な空間を与える十分に広いフィンによってチュー
ブが結合される箇所で、壁部に通路が形成される。これ
らの通路は互いに重ねられて、例えばアハルストルム
（Ahlstrom）の「ギル（gill）シール」の固体粒子流動
シール連結を形成し、予め製造されたフレームに結合さ
れる。
本発明は、戻しダクトから燃焼室への固体粒子の流動
を制御する改良した方法を提供する。固体粒子入口（単
数または複数）を通して固体粒子を移送する移送用ガス
は、戻しダクト底部のガス入口、すなわちノズルまたは
開口、を通して導入されるか、固体粒子入口の付近の壁
に形成されたガス入口を通して導入される。各種の、そ
して恐らく様々な高さまたは位置のガス入口を通る移送
用ガスの量を制御することにより、固体粒子入口を通し
て流動する固体粒子の量を制御することが可能となる。
戻しダクト底部のガス入口を通して導入される移送用ガ
スは、全ての固体粒子入口を通して固体粒子を再導入す
るのに対して、側壁の高い位置のガス入口を通して導入
される移送用ガスは、主として戻しダクトの高い位置の
入口を通して固体粒子を再導入する。僅かに高い圧力と
されることが好ましいウィンドボックスからの空気また
は別のブロワーからの空気、または再循環される煙道ガ
スのような他の安価なガスが移送用ガスとして使用でき
る。特別に不活性の非酸化状況が必要とされる場合に
は、他の不活性ガスも使用できる。
本発明の好適例によると、移送用ガスは戻しダクト内
の固体粒子床の内部に、１つまたは複数の位置で、その
位置から主に固体粒子入口（単数または複数）へ向けて
流れるが、戻しダクト内の伝熱領域へ向かわないように
流れるようにして、導入される。
粒子移送部における固体粒子床部分の一部は、ガスが
伝熱部から移送部へ、またこの逆に流れることを防止す
るバリヤ床を構成することが好ましい。
移送用ガス入口と伝熱部との間に主として保持される
固体粒子のバリヤ床部分、すなわち移送部におけるバリ
ヤ床は、移送用ガスが伝熱に干渉することを防止する。
一方、伝熱部に保持される固体粒子のバリヤ床部分は、
流動化ガスが固体粒子床を通しての固体粒子の移送に干
渉することを防止する。殆どの場合、上述した目標の両
方とも同一バリヤ床部分で達成できる。
本発明は、傾斜底部を備えて、その最下部が燃焼室に
連結されている戻しダクト内に固体粒子床室を有する流
動床反応装置に応用できる。したがって伝熱部はこの傾
斜底部の上側部分の上に形成される。燃焼室に固体粒子
を再導入する粒子移送部は、傾斜底部の下側部分の上に
形成される。伝熱部と粒子移送部との間にて傾斜底部に
隔壁が配置できる。流動化ガスは傾斜底部の上側部分を
通して伝熱部に導入される。移送用ガスは傾斜底部の下
側部分を通して粒子移送部に導入される。例えば僅かば
かり流動化された粒子で構成されるバリヤ床が傾斜底部
の下側部分に保持されて、移送用ガスが伝達に干渉する
ことを防止し、また流動化ガスが少なくとも１つの固体
粒子入口を通しての固体粒子の移送に干渉することを防
止するようになされることが、好ましい。
本発明は、移送用ガスまたは流動化ガスが互いに干渉
することを防止するように、バリヤ床が底部上に形成で
きるように考慮されるならば、水平底部を有する戻しダ
クトを備えた反応装置に応用できる。
粒子移送部は、固体粒子流動シールを形成する垂直方
向に狭い通路を通して燃焼室に連結された下方へ向かう
ダクトすなわちチャンネル部分上に、伝熱部よりも下側
にて形成できる。
本発明は、戻しダクト内の流動化ガス流および移送用
ガス流を別々に制御し、これにより戻しダクトにおける
伝熱作用およびガスシール効果を別々に制御する方法を
備えることの利点を提供する。
伝熱作用は伝熱領域における流動化ガス流の位置およ
び（または）流量で制御される一方、固体粒子床の高さ
または固体粒子床を通る粒子の流量は移送用ガスの流量
によって制御される。特に伝熱面の一部が固体粒子床の
上方へ延在するならば、固体粒子床の全高を制御するこ
とによって伝熱量を制御することはある程度可能であ
る。
更に重要な利点は、粒子の攪拌混合の改良、および戻
しダクト内の主として固体粒子床全体を通して粒子を移
送し、粒子の一部を直ぐにオーバーフローさせて排出し
ないことを可能にして達成される伝熱の改良である。
他の利点は、伝熱部での流動化ガス量に比較して、垂
直方向に狭い入口を通して燃焼室へ固体粒子を移送させ
るために、非常に少ない移送用ガス量しか必要とされな
いことで得られる。
０または０よりほんの僅かに大きい速度から1m/秒の
範囲の比較的遅い流動化ガス速度が、適当な伝熱を得る
ために必要とされる全てである。必要とされる流動化ガ
スは戻しダクトから固体粒子床の上方に配置されている
開口を通して燃焼室へ先ず排出される。流動化ガスが粒
子分離器に流れ込むのを防止するために、戻しダクトの
最上部にはガスシールがしばしば必要とされる。ある種
の場合、伝熱制御に必要とされるガス流量は非常に僅か
であり、分離器まで流れることを許容することができ
る。
アルカリ性物質、塩素または他の腐食ガス成分を含有
しない主に清浄な流動化ガスを収容する伝熱領域内のガ
ス空間は、過熱に関して非常に有利な利点を与える。過
熱器はここでは、燃焼室内部の優勢は腐食環境のもとで
の通常の場合よりも遙かに高い温度にまで加熱される。
本発明によると、腐食性のガス成分を含有する燃料を燃
焼させる場合にも、500℃を超え、550℃すら超える蒸気
が発生し得る。
各種の腐食発生成分を含有する不浄排気ガスが生じる
ことから、過熱させるために加熱することが廃物/RDF燃
焼ボイラーにおける特別な問題であった。本発明は過熱
面が安全なガス環境の中で高温循環物質と接触する装置
を提供する。
1m/秒より遅い、例えば40cm/秒のガス速度を有して緩
やかに吹き上げ（bubling）られ、これにより伝熱面に
衝突する粒子の衝突速度が非常に遅い固体粒子床におい
ては、侵食もまた最小限に抑えられる。本発明の戻しダ
クトの固体粒子床における侵食は、固体粒子床をなす物
質粒径が小さいので、比較的小さい。
固体粒子床室における固体粒子床部分を、戻しダクト
内の傾斜底部または別個の下側出口チャンネル部分によ
って伝熱部および粒子移送部に分ける場合、例えば灰粒
子、固体粒子床に形成された塊、または戻しダクト壁か
ら剥がれた耐火材のような大きな粒子は、重力によって
流動化ガス入口の高さ位置よりも下方へ戻しダクト内部
を落下して、それらが機械的損傷および他の問題、例え
ば伝熱量の低下を引き起こしかねない伝熱領域から離さ
れる。
本発明は非常に簡単な循環式流動床ボイラー構造を提
供する。分離器および戻しダクトを含めて再循環装置全
体は２つの少なくとも部分的に平行な垂直の水チューブ
壁パネルで構成され、これらのパネルは互いの間に第１
の垂直なチャンネルを形成する。このチャンネルは１つ
の少なくとも部分的に燃焼室と共通される壁を有し、こ
の壁は例えばボイラーに典型的に使用されているような
チューブ壁または板状壁として構成される。チャンネル
はその上部に分離器を形成し、中間部分に戻しダクトを
形成し、そして最下部に固体粒子床室を形成する。戻し
ダクトを燃焼室に連結する固体粒子入口は、幾つかの入
口通路を有するフレーム状構造として共通壁に予め製造
され得る。このようなフレーム状構造は現場で板状壁に
容易に連結できる。従来の複雑で大きなループシール構
造は必要でない。
本発明は、装置の通常は自由空間である戻しダクトに
付加的な伝熱面が配置できるときに、特に加圧される流
動床装置に著しい改良を与える。付加的な伝熱量は比較
的小さな装置で制御できる。
図面の簡単な説明 本発明は例として添付図面を参照して更に説明され
る。添付図面において、 第１図は本発明の１つの例示実施例の循環式流動床装
置を通る概略垂直断面図；および 第２図および第３図は本発明の他の例示実施例の循環
式流動床装置を通る概略垂直断面図である。
図面の詳細な説明 第１図は、拡大された粒子流動床を有する燃焼室12を
備えた循環式流動床燃焼器を示している。粒子分離器14
は、燃焼室から排出される煙道ガスと固体物質との混合
流体に含まれた粒子を分離するために、燃焼室12の上部
に連結されている。戻しダクト16は、分離した固体物質
を分離器から燃焼室下部へ再循環させるために備えられ
ている。排出開口18が粒子分離器14を燃焼室12に連結し
ている。ガス出口20は粒子分離器14に配置されている。
燃焼室12、分離器14および戻しダクト16の壁は主に水
チューブまたは板状パネルで作られている。燃焼室およ
び戻しダクトの底部において、パネルは耐火内張り（第
１図に示されていない）で保護されている。壁22は、燃
焼室12と分離器14および戻しダクト16との間に共通壁を
形成している。１つの単一板状パネルが粒子分離器およ
び戻しダクトの第２壁23を形成でき、この壁23は共通壁
22と主に平行とされる。粒子分離器の下側にて第２壁23
は、共通壁22へ向けて曲げられて戻しダクト16を形成す
るようになされている。
戻しダクトの下部にて壁23は外方へ曲げられて、その
内部に固体粒子室すなわち熱交換室24を形成しており、
熱交換室は戻しダクトの上部26よりも大きな水平断面を
有している。熱交換面30は固体粒子床28内に配置されて
いる。
固体粒子入口32は共通壁22の下部に形成され、固体粒
子を熱交換室24から燃焼室12内へ移送できるようにして
いる。固体粒子入口は互いに重ねられた幾つかの狭いス
ロット状通路すなわち開口34を構成している。
ガス入口36は固体粒子床28の表面の高さ位置よりも上
方で共通壁22に形成されており、戻しダクト16のガス空
間を燃焼室12と連通している。
熱交換室24の底部38は段階を形成されており、すなわ
ち上側部分40および下側部分42を形成されている。熱交
換室の最下部分44は燃焼室の最下部分と隣接して形成さ
れている。固体粒子入口32は熱交換室の最下部分44を燃
焼室の最下部分と連結している。
流動化ガスノズル入口46は戻しダクト底部38の上側底
部40の第１高さ部分46aに配置され、例えば０より僅か
に速い速度から1m/秒までの速度（例えば約40cm/秒）で
流動化ガスを熱交換室24内で導入するようになされる。
移送用ガスノズルすなわち入口48は戻しダクト底部38の
下側底部42の第２高さ部分48aに配置され、固体粒子入
口32を通して燃焼室内へ固体粒子を移送するために移送
用ガスを導入するようになされている。第１高さ部分46
aおよび第２高さ部分48aの間の固体粒子床の最下部分44
は、流動化ガスが入口32を通る移送用ガスと干渉するこ
とを防止するとともに移送用ガスが伝熱領域の固体粒子
床における流動化に干渉することを防止するように作用
する固体粒子ガスシールを構成している。
流動化ガス流量を制御することで、戻しダクトの熱交
換室24内での伝熱量を制御できる。伝熱量はセンサー50
で測定され、流動化ガス流量を制御するために使用され
る。
移送用ガス流量を制御することで、入口32を通して戻
しダクトから燃焼室へ再導入される粒子の量を制御で
き、これにより固体粒子床28の全高およびそのガスシー
ル作用を制御できる。固体粒子床28の表面29の高さ位置
は表面位置センサー52で測定でき、移送用ガス流を制御
することに使用される。表面高さ（頂面）29はある限度
内で変動する。固体粒子床28の上面29がガス入口開口36
に達すると、粒子はオーバーフローして燃焼室へ流入を
開始し、固体粒子床の高さは通常はそれ以上上昇しな
い。固体粒子床の頂面29は、粒子のストランドが高速度
で落下するためにガス雰囲気中では伝熱面の侵食が問題
となるので、通常は伝熱面30より下方へ降下することを
許されない。しかしある種の場合、特に装置の粒子が小
径の場合、固体粒子床28の高さで伝熱を制御することが
有利となる。
熱交換室24の最下部分は、共通壁22に沿って並ぶ水平
に備えられた幾つかの部分に分けられており、各部分は
固体粒子入口32を有している。異なる入口32を通過する
固体粒子の流量を制御することにより、伝熱部の異なる
部分の上をオーバーフローする固体粒子の流量も制御で
きる。入口を通過する固体粒子の流量が減少すると、対
応して上流側の伝熱部を通過する固体粒子の流量が減少
し、その部分における伝熱の低下をもたらす。
第１図で戻しダクト16の最下部分はチャンネル44を構
成しており、このチャンネルは燃焼室12の壁22に隣接し
て平行に形成される。この最下部分は、移送用ガスおよ
び流動化ガスの相互干渉を防止するためにバリヤ床が形
成されるならば、底部40の他の何れの部分からも下方へ
延在するダクトとして形成できる。下方へ延在するダク
トは何れかの適当箇所で壁22に連結される。
第２図は本発明による他の実施例である循環式流動床
燃焼器を示しており、この燃焼器は改良された戻しダク
トおよび熱交換室構造を有している。第２図で、第１図
の実施例の構造に対比できるこの構造は、第１図と同じ
符号で示されている。
戻しダクトの熱交換室24の底部38傾斜され、底部上方
に短い距離だけ延在する小さな隔壁54で上側底部56およ
び下側底部58に分けられている。隔壁54の高さは固体粒
子床の高さの半分より低いことが好ましい。流動化ガス
は上側底部56に配置されている流動化ガス入口46を通し
て固体粒子床28に導入され、移送用ガス入口48は底部38
の下側底部58に配置されている。下側底部58は固体粒子
入口（単数または複数）を備えた共通壁の下部に隣接し
て配置されている。
隔壁は、移送用ガスが入口58から伝熱面を備えた固体
粒子床部分に直接に侵入すること、および（または）流
動化ガスが固体粒子入口32の付近に流入することを防止
するために、下側底部上の固体粒子床を上側底部上の固
体粒子床から隔離している。固体粒子の主に好ましく流
動化されない床部分62が、隔壁54と共通壁22との間の下
側底部58上に形成されている。この床部分60は、流動化
ガスおよび移送用ガスが相互干渉することを防止するガ
スシールを形成している。
入口32は、戻しダクトに流入する固体粒子の一部分だ
けを燃焼室に再導入できるように、設計されている。壁
22に流動床高さ29より高い位置にて設けられたオーバー
フロー開口60が一般に望ましい。
伝熱は、入口32を通過する固体粒子の流量Vbを制御す
ることで、制御できる。固体粒子床28内の温度、したが
って伝熱は、流量Vbを増大し、また相応じてオーバーフ
ロー開口60を通過する粒子のオーバーフロー流量V0を低
下することで、増大できる。温度測定センサー62は移送
用ガス流量Vbを制御するために使用される。
流動化ガスが粒子分離器に流入することを防止する必
要があるならば、ガスロック62が戻しダクトの上端部に
配置される。
第３図は本発明の更に他の実施例を示している。幾つ
かの符号が対比できる構造に関して第１図の実施例の場
合と同様に使用されており、第３図は異なる共通壁22の
設計を示している。燃焼室12と分離器14とを連結するこ
の壁は、互いに僅かの空間を有して間隔を隔てた２つの
平行な壁22′および22″を含んでなる。第１壁22′は燃
焼室内の側壁であり、第２壁22″は粒子分離器内の側壁
である。燃焼室および分離器は共通壁を有していない。
２重壁22′および22″の下部は戻しダクト16および熱
交換室24を形成するのに使用されている。第１壁22′
は、燃焼室と共通の主垂直側壁を形成している。第２壁
22″は第１壁22′の最上部分と実質的に平行であり、第
１壁とともに粒子分離器と燃焼室との間に２重壁22′を
形成している。
燃焼器下部では、第１壁22′および第２壁22″は互い
の間に戻しダクト16を形成している。第２壁22″は戻し
ダクト下部において下方へ屈曲されて、熱交換室24を形
成している。第２壁22″は最下部にて更に最終的に内方
へ曲げられて熱交換室24の最下部44を形成している。固
体粒子流動ガスシールを形成する開口66は、第２側壁2
2″に形成されている。この開口66は粒子分離器の下部
を戻しダクトの上部に連結しており、固体粒子を戻しダ
クトに流入させて再循環させることを可能にする。障壁
68が開口66の上方で第１壁22′と第２壁22″との間に配
置され、ガスまたは粒子が２つの壁22′,22″の間の空
間内に流入することを防止するようにしている。
第３図の熱交換室は第１図の熱交換室と同じ部材を含
んでいる。更に、大きな粒子の出口が熱交換室の最下部
分44に配置されている。
本発明は、最も実用的で好ましいと現在考えられてい
る本発明の実施例に関して説明してきたが、本発明は開
示した実施例に限定されることはなく、逆に添付の請求
の範囲に記載の精神および範囲に含まれる各種の改良お
よび等価構造を網羅することが意図されることは、理解
されるべきである。
例えば、幾つかの伝熱部および粒子移送部が燃焼室の
壁22に沿って水平方向に並べて配置できる。したがっ
て、移送用ガスは１つの部分から他の部分へと壁22に平
行な方向へ水平に粒子を移送するように使用できる。し
たがって、伝熱および粒子移送の両方とも、それぞれの
部分に導入されるガス流を制御または停止することによ
り、別々に制御または停止させることすら可能である。
流動床反応装置には幾つかの戻しダクトが備えられ、
それらの幾つかは従来の戻しダクトとされ、他のものが
これまで説明してきたような下部に伝熱部を有するもの
とされることができる。
更に、共通壁に形成された開口を通して、燃焼室内の
固体粒子の内部循環から固体粒子を直接に本発明の戻し
ダクトへ導入することも可能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F23C 10/02 B01J 8/24 F22B 1/02

Claims (23)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】固体粒子から形成される流動床を内部に有
    する燃焼室と、該燃焼室の上部の排出開口に連結された
    粒子分離器と、上部で前記粒子分離器に連結され、下部
    で少なくとも１つの固体粒子入口によって前記燃焼室に
    連結される１つまたは幾つかの戻しダクトと、前記粒子
    分離器に形成されたガス出口とを用いた循環式流動床装
    置の作動方法であって、 （ａ）煙道ガスおよびそれに含まれた固体粒子から成る
    粒子懸濁流体が前記燃焼室内を上方へ向けて流れるよう
    に、該燃焼室中に固形粒子の高速流動床を確立する段階
    と、 （ｂ）前記粒子懸濁流体から分離された固形粒子を捕集
    する段階と、 （ｃ）捕集した固形粒子および／または前記燃焼室から
    の固体粒子を前記戻しダクトへ導く段階と、 （ｄ）伝熱部、粒子移送部および頂面を有する固体粒子
    床を前記戻しダクト下部に設ける段階と、 （ｅ）前記伝熱部に配置した伝熱面によって該伝熱部に
    おける前記固体粒子床からの熱を回収する段階と、 （ｆ）前記流動化ガス入口を通して前記伝熱部における
    前記固体粒子床内に流動化ガスを導入することで該固体
    粒子床の該伝熱部での伝熱を制御する段階と、 （ｇ）前記流動化ガスとは独立して、前記粒子移送部の
    前記固体粒子床の内部に移送用ガス入口を通して移送用
    ガスを導入して前記固体粒子の移送を制御する段階と、 （ｈ）固体粒子床の頂面よりも低位置にある少なくとも
    １つの固体粒子入口を通して、前記移送用ガスによって
    前記固体粒子床から前記燃焼室内へ固体粒子を移送する
    段階とを含む循環式流動床装置の作動方法において、 前記流動化ガス入口と前記移送用ガス入口との間の前記
    固体粒子床に固体粒子から成るバリヤ床を配置すること
    で、前記伝熱部における伝熱特性に対する移送用ガスの
    干渉を防ぎ、および／または前記固体粒子入口を通した
    前記燃焼室への粒子移送に対する前記流動化ガスの干渉
    を防ぐことを特徴とする循環式流動床装置の作動方法。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の方法であって、前記伝熱
    部の底部の高さ位置が前記粒子移送部の底部よりも高い
    ことを特徴とする循環式流動床装置の作動方法。
  3. 【請求項３】請求項１に記載の方法であって、前記バリ
    ア床を前記移送用ガス入口と前記伝熱部との間の前記固
    体粒子床に形成して、移送用ガスが前記伝熱部における
    伝熱に干渉するのを防止することを特徴とする循環式流
    動床装置の作動方法。
  4. 【請求項４】請求項１に記載の方法であって、前記バリ
    ヤ床を前記流動化ガス入口と前記固体粒子入口との間に
    配置して、流動化ガスが前記固体粒子入口を通しての固
    体粒子の排出に干渉するのを防止することを特徴とする
    循環式流動床装置の作動方法。
  5. 【請求項５】請求項１に記載の方法であって、 前記流動化ガス入口が前記戻しダクトの傾斜底部の上側
    部分に配置され、 前記移送用ガス入口が前記傾斜底部の下側部分に配置さ
    れ、および 隔壁が前記上側部分と前記下側部分との間で前記傾斜底
    部に配置されており、 前記段階（ｇ）は、固体粒子のバリヤ床が前記傾斜底部
    の下側部分に保持されて、移送用ガスが伝熱に干渉する
    ことを防止するようにして実現されることを特徴とする
    循環式流動床装置の作動方法。
  6. 【請求項６】請求項１に記載の方法であって、 前記流動化ガス入口が前記戻しダクトの傾斜底部の上側
    部分に配置され、 前記移送用ガス入口が前記傾斜底部の下側部分に配置さ
    れ、および 隔壁が前記上側部分と前記下側部分の間で前記傾斜底部
    に配置されており、 前記段階（ｇ）は、固体粒子のバリヤ床が前記傾斜底部
    の下側部分に保持されて、流動化ガスが少なくとも１つ
    の固体粒子入口を通しての固体粒子の移送に干渉するこ
    とを防止するようにして実現されることを特徴とする循
    環式流動床装置の作動方法。
  7. 【請求項７】請求項１に記載の方法であって、前記伝熱
    部に導入される前記流動化ガスを制御して該伝熱部での
    伝熱を制御することを特徴とする循環式流動床装置の作
    動方法。
  8. 【請求項８】請求項１に記載の方法であって、前記移送
    部より上方に配置されたオーバーフロー入口を通してオ
    ーバーフローさせることで前記戻しダクトから前記燃焼
    室へ固体粒子を移送することを特徴とする循環式流動床
    装置の作動方法。
  9. 【請求項９】請求項８に記載の方法であって、前記少な
    くとも１つの固体粒子入口を通して移送用ガスで移送さ
    れる固体粒子の量を制御することで前記伝熱部における
    伝熱を制御することを特徴とする循環式流動床装置の作
    動方法。
  10. 【請求項１０】請求項１に記載の方法であって、前記燃
    焼室に流入する移送用ガスによって、高さ（ｈ）の長さ
    （ｌ）に対する比（h/l）が0.5よりも小さい数個の水平
    な狭いスロット状通路を通して固体粒子を移送すること
    を特徴とする循環式流動床装置の作動方法。
  11. 【請求項１１】請求項１に記載の方法であって、前記バ
    リヤ床が前記固体粒子床における主として流動化されて
    いない固体粒子で形成されることを特徴とする循環式流
    動床装置の作動方法。
  12. 【請求項１２】内部に粒子の高速流動床を有し、上部に
    排出開口を有する燃焼室と、 該燃焼室の上部の排出開口に連結された粒子分離器と、 該粒子分離器のガス出口と、 前記粒子分離器に連結された上部を有し、前記燃焼室に
    連結された下部を有する１つまたは幾つかの戻しダクト
    と、 前記燃焼室内を上方へ向けて流動する粒子懸濁流体から
    分離した固体粒子を捕集する手段を有する少なくとも１
    つの戻しダクトと、 伝熱部および粒子移送部を床内に有する、前記戻しダク
    ト内の固体粒子床と、 該固体粒子床から熱を回収するための該固体粒子床の伝
    熱部内の伝熱面と、 流動化ガスを前記固体粒子床の伝熱部に導入して伝熱を
    制御できるようになす流動化ガス入口と、 前記戻しダクト内の固体粒子床を前記燃焼室に連結する
    ための、前記固体粒子床の表面の高さ位置より下方に配
    置されている少なくとも１つの固体粒子入口と、 前記少なくとも１つの固体粒子入口を通して前記燃焼室
    へ固体粒子を移送するために、前記固体粒子床の粒子移
    送部に移送用ガスを導入するための移送用ガス入口とを
    有する循環式流動床反応装置であって、 固体粒子のバリヤ床が前記流動化ガス入口と前記移送用
    ガス入口との間で前記固体粒子床内に形成され、移送用
    ガスが前記伝熱部における伝熱に干渉するのを防止し、
    および／または流動化ガスが固体粒子入口を通しての前
    記燃焼室への粒子移送に干渉するのを防止することを特
    徴とする循環式流動床反応装置。
  13. 【請求項１３】請求項12に記載の循環式流動床反応装置
    であって、前記伝熱部の底部の高さ位置が前記粒子移送
    部の底部よりも高いことを特徴とする循環式流動床反応
    装置。
  14. 【請求項１４】請求項13に記載の循環式流動床反応装置
    であって、前記戻しダクトが少なくとも上側底部および
    下側底部を有する段付き底部を有し、前記伝熱部は該上
    側底部に形成され、前記粒子移送部は該下側底部に形成
    されていることを特徴とする循環式流動床反応装置。
  15. 【請求項１５】請求項12に記載の循環式流動床反応装置
    であって、前記バリヤ床が主として流動化されない固体
    粒子を含み、且つ前記移送部に形成されることを特徴と
    する循環式流動床反応装置。
  16. 【請求項１６】請求項13に記載の循環式流動床反応装置
    であって、傾斜底部、および該底部を上側底部と下側底
    部とに分け、前記伝熱部が該上側底部上に配置され、前
    記粒子移送部が該下側底部上に配置されるようにする隔
    壁を特徴とする循環式流動床反応装置。
  17. 【請求項１７】請求項12に記載の循環式流動床反応装置
    であって、前記伝熱部での伝熱を制御するために流動化
    ガスの導入を制御する手段を含むことを特徴とする循環
    式流動床反応装置。
  18. 【請求項１８】請求項12に記載の循環式流動床反応装置
    であって、前記燃焼室中にオーバーフローさせて粒子を
    導入するための前記伝熱部より上方の少なくとも１つの
    オーバーフロー入口と、伝熱を制御するために前記粒子
    移送部に対する移送用ガスの導入を制御する手段とを含
    むことを特徴とする循環式流動床反応装置。
  19. 【請求項１９】請求項12に記載の循環式流動床反応装置
    であって、前記少なくとも１つの固体粒子入口が高さ
    （ｈ）の長さ（ｌ）に対する比（h/l）が0.5より小さい
    狭いスロット状通路を含むことを特徴とする循環式流動
    床反応装置。
  20. 【請求項２０】請求項12に記載の循環式流動床反応装置
    であって、前記戻しダクトと前記燃焼室との間に共通壁
    を含み、前記少なくとも１つの固体粒子入口が該共通壁
    の幅にほぼ等しい長さを有していることを特徴とする循
    環式流動床反応装置。
  21. 【請求項２１】請求項20に記載の循環式流動床反応装置
    であって、前記粒子分離器と前記燃焼室との間の２重壁
    を特徴とする循環式流動床反応装置。
  22. 【請求項２２】請求項１に記載の方法であって、前記粒
    子分離器と前記燃焼室との間にガスシールを形成する固
    体粒子の流動床が前記戻しダクトの下部に設けられてい
    ることを特徴とする循環式流動床装置の作動方法。
  23. 【請求項２３】請求項１に記載の方法であって、段階
    （ｆ）が０より大きい値と1m/秒との間の流速で流動化
    ガスを導入するように実現されることを特徴とする循環
    式流動床装置の作動方法。
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