JP4102878B2 - High-temperature circulating fluidized bed particle velocity measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、粒子を用いた流動層により高温のガスを発生させるガス化装置、或いは流動層を用いた燃焼装置等における、高温循環流動層の粒子移動速度を測定するための高温循環流動層内粒子循環速度測定する装置に関する。 The present invention relates to the inside of a high-temperature circulating fluidized bed for measuring the particle moving speed of a high-temperature circulating fluidized bed in a gasifier that generates high-temperature gas by a fluidized bed using particles, or a combustion apparatus that uses a fluidized bed. on that equipment be measured particle circulation rate.
粒子を流動状態にしてその中に種々の物質を混入させ、その物質の処理を行う流動層利用処理装置が各種の分野で用いられており、特に粒子を高温にしてその中に物質を混入させて高温処理を行うことは石炭燃焼装置、石炭ガス化装置として、或いは廃棄物処理装置として、更には各種物質の乾燥装置として利用されている。 Fluidized bed utilizing treatment equipment is used in various fields in which particles are put into a fluidized state and various substances are mixed therein, and the substances are treated. In particular, the particles are mixed with substances at high temperatures. The high-temperature treatment is used as a coal combustion device, a coal gasification device, as a waste treatment device, or as a drying device for various substances.
図3には従来の流動層を利用した廃棄物熱分解ガス化炉の一例を模式的に示しており、ガス化炉1内に粒子状の流動媒体2を収容し、下方に配置した空気吹き込みノズル3から空気を流動粒子2内に高圧で供給し、流動粒子2を流動状態にしている。ガス化炉1の側壁からは樹脂材等の廃棄物4が流動状態の流動粒子2内に供給され、最初の着火後はその燃焼反応熱によって流動粒子2等が加熱される。その結果、廃棄物4の一部の燃焼反応が継続し、ガス化炉1内に投入された廃棄物4は炉内を高温の流動粒子2と共に高温循環流動層を形成し、炉内で攪拌混合されながら循環しつつ分解してガス化する。
FIG. 3 schematically shows an example of a waste pyrolysis gasification furnace using a conventional fluidized bed, in which a particulate fluidized
ガス化炉1内における上記のような燃焼反応による燃焼排気ガス及び分解ガスは流動粒子及び燃焼残滓と共に炉内を上昇し、上部の排出口5からサイクロン式固気分離器6に入り、ここで流動粒子2を主成分とする固形物を分離して落下させ、その下方に配置される貯留室であり、また逆流循環防止室であるループシール室7内に貯留される。このような固気分離器6からその下方の室内に流動粒子が移動する部分はダウンカマー部8と称される。
Combustion exhaust gas and cracked gas due to the combustion reaction as described above in the
ループシール室7内の流動粒子2は、流動粒子導入孔9から再びガス化炉1内に導入され、前記作動を繰り返して循環する。また、サイクロン式固気分離器6の上部の排気口10からは分解ガスを主成分とするガスが排出され、ガスタービンやボイラー用燃焼器の燃料等に用いられ、それにより発電、更には温水供給等によるエネルギーの有効利用が図られる。
The fluidized
このような高温循環流動層による処理に際しては、流動粒子がどのように流動しているかを知ることは、所望の処理制御を行うために極めて重要であり、特に上記のような処理の継続によって、廃棄物の固形成分が次第に流動粒子内に混入し、流動物質が増加する一方、本来の流動粒子は次第に微細化して粉状になり、ガスと共に外部に排出されることにより減少する。これらの状態は廃棄物の種類やガス化炉1内の処理状態によって大きく異なるため、ガス化炉内で所望のガス化処理を行うためには現在流動している流動媒体の量を検出することにより、流動粒子の追加或いは抜き取り、廃棄物投入量の調整、炉内空気供給量の調整等の制御を行うことが重要となる。
In such a high-temperature circulating fluidized bed process, it is extremely important to know how the fluidized particles are flowing in order to perform desired process control. The solid component of the waste is gradually mixed into the fluidized particles and the fluidized material is increased. On the other hand, the original fluidized particles are gradually refined into a powder and are reduced by being discharged to the outside together with the gas. Since these states vary greatly depending on the type of waste and the treatment state in the
上記のように流動粒子の循環量を検出する手段として種々の手法が提案され、用いられており、ガス化炉内の流動粒子を直接検出することもあるが、流動粒子の循環路において最も安定的に流動しているダウンカマー部8において流下する流動粒子の速度を測定することにより、ガス化炉1内において単位時間内に存在する流動粒子の量を検出することも行われている。
As described above, various methods have been proposed and used as means for detecting the circulating amount of fluidized particles, and the fluidized particles in the gasifier may be detected directly, but the most stable in the fluidized particle circulation path. The amount of flowing particles present in a unit time in the
ダウンカマー部8における流動粒子の速度を検出するには、例えば光電センサや光電スイッチ、赤外線センサ、レーザセンサなどの光センサを用いることが提案されている。また、ダウンカマー部下方のループシール室内に存在する流動粒子等の重量をロードセルによって計測することも提案されている(特開2003−185116号公報)。
高温循環流動層における粒子循環速度を測定する手法として前記のように種々の方法が提案されているが、いずれも高温で信頼性のある実用的な粒子循環量測定方法としては不十分であり、その手法は未だ確立しておらず、より信頼性のある実用的な粒子循環量の測定手法の開発が望まれている。特に光センサを用いる手法においては、燃焼炉では粒子の発光を利用してダウンカマーにおける降下速度が測定できるが、比較的低温で反応処理が行われるガス化炉では発光がそれほど大きくなく、そのままでは利用することができない。また、歪ゲージ等によって重量測定する場合には、センサの温度依存性が高く、補正が難しいという問題がある。 Various methods have been proposed as described above as a method for measuring the particle circulation rate in the high-temperature circulating fluidized bed, but both are insufficient as a reliable and practical method for measuring the amount of particle circulation at high temperatures, The method has not yet been established, and the development of a more reliable and practical method for measuring the amount of particle circulation is desired. In particular, in the method using an optical sensor, the rate of descent at the downcomer can be measured by using the light emission of particles in a combustion furnace, but the light emission is not so large in a gasification furnace where the reaction process is performed at a relatively low temperature. It cannot be used. Further, when measuring the weight with a strain gauge or the like, there is a problem that the temperature dependency of the sensor is high and correction is difficult.
したがって本発明は、高温循環流動層における粒子の循環速度を確実に、且つ容易に測定することができ、特に炉内の発光性に依存せず、比較的低温のガス化炉にも適用することができる高温循環流動層における粒子循環速度測定装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention can reliably and easily measure the circulation rate of particles in a high-temperature circulating fluidized bed, and is not particularly dependent on the light emission in the furnace, and can be applied to a relatively low temperature gasification furnace. and to provide a particle circulation rate measuring TeiSo location at high temperature circulating fluidized bed that can.
本発明に係る高温循環流動層内粒子循環速度測定装置は、上記課題を解決するため、流動粒子と処理物質を流動状態で高温処理する高温循環流動層と、前記高温循環流動層の上部からの前記流動粒子と気体成分とを分離する分離器と、前記分離器から前記高温循環流動層の下部に前記分離器で分離した流動粒子を戻すダウンカマー部とにより流動粒子を循環させる流動粒子の循環路中に、その上流側から順に冷熱供給管と、酸素供給管と、上流側光学繊維プローブと、下流側光学繊維プローブとを互いに間隔を有して配置し、前記冷熱供給管と酸素供給管のいずれかを選択して用いることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the high-temperature circulating fluidized bed particle circulation velocity measuring apparatus according to the present invention provides a high-temperature circulating fluidized bed for high-temperature treatment of fluidized particles and a processing substance in a fluidized state, and Circulation of fluidized particles that circulates fluidized particles by a separator that separates the fluidized particles and gas components, and a downcomer unit that returns the fluidized particles separated by the separator from the separator to a lower part of the high-temperature circulating fluidized bed. A cooling heat supply pipe, an oxygen supply pipe , an upstream optical fiber probe, and a downstream optical fiber probe are arranged in the path at intervals from the upstream side, and the cold supply pipe and the oxygen supply pipe Any one of the above is selected and used .
本発明に係る他の高温循環流動層内粒子循環速度測定装置は、前記高温循環流動層内粒子循環速度測定装置において、前記熱供給源と上流側光学繊維プローブと下流側光学繊維プローブとを前記ダウンカマー部に配置したものである。 Another high-temperature circulating fluidized bed particle circulating velocity measuring device according to the present invention is the high-temperature circulating fluidized bed particle circulating velocity measuring device, wherein the heat supply source, the upstream optical fiber probe, and the downstream optical fiber probe are It is arranged in the downcomer section.
本発明に係る他の高温循環流動層内粒子循環速度測定装置は、前記高温循環流動層内粒子循環速度測定装置において、前記熱供給源は、内部に低温ガスを流す冷熱供給管としたものである。 Another high-temperature circulating fluidized bed particle circulating velocity measuring device according to the present invention is the above-described high-temperature circulating fluidized bed particle circulating velocity measuring device, wherein the heat supply source is a cold supply pipe for flowing a low-temperature gas therein. is there.
本発明に係る他の高温循環流動層内粒子循環速度測定装置は、前記高温循環流動層内粒子循環速度測定装置において、前記低温ガスを低温の窒素ガスとしたものである。 Another high-temperature circulating fluidized bed particle circulating velocity measuring device according to the present invention is the high-temperature circulating fluidized bed particle circulating velocity measuring device, wherein the low-temperature gas is a low-temperature nitrogen gas.
本発明は上記のように構成したので、高温循環流動層における粒子の循環速度を確実に、且つ容易に測定することができる。特に炉内の発光性に依存しないため、比較的低温のガス化炉にも適用可能となるという利点がある。 Since this invention was comprised as mentioned above, the circulation speed of the particle | grains in a high temperature circulating fluidized bed can be measured reliably and easily. In particular, since it does not depend on the light emission in the furnace, there is an advantage that it can be applied to a gasifier having a relatively low temperature.
本発明は、粒子の循環速度を確実に、且つ容易に測定し、特に炉内の発光性に依存せず比較的低温のガス化炉にも適用可能とするため、流動粒子と処理物質を流動状態で高温処理する高温循環流動層と、前記高温循環流動層の上部からの前記流動粒子と気体成分とを分離する分離器と、前記分離器から前記高温循環流動層の下部に前記分離器で分離した流動粒子を戻すダウンカマー部とにより流動粒子を循環させる流動粒子の循環路中に、その上流側から順に冷熱供給管と、酸素供給管と、上流側光学繊維プローブと、下流側光学繊維プローブとを互いに間隔を有して配置し、前記冷熱供給管と酸素供給管のいずれかを選択して用いることによって解決した。 The present invention reliably and easily measures the circulation rate of the particles, and can be applied to a relatively low temperature gasification furnace without depending on the light emission in the furnace. A high-temperature circulating fluidized bed for high-temperature treatment in a state; a separator for separating the fluidized particles and gas components from the upper part of the high-temperature circulating fluidized bed; and the separator from the separator to the lower part of the hot circulating fluidized bed. In the circulation path of the fluidized particles that circulate the fluidized particles by the downcomer unit that returns the separated fluidized particles, the cooling heat supply tube, the oxygen supply tube , the upstream optical fiber probe, and the downstream optical fiber in that order from the upstream side The problem has been solved by arranging the probes at intervals and selecting and using either the cold supply pipe or the oxygen supply pipe .
図1は前記図2に示したような高温循環流動層を用いる外部循環型流動床ガス化炉における、ダウンカマー部8に本発明の実施例を適用した例を示しており、前記のように固気分離器で分離された固形分、即ち、流動粒子を主成分とする流動媒体が図1(a)中上方から下方に流下する部分を示している。
FIG. 1 shows an example in which the embodiment of the present invention is applied to a
図1に示す例においては、前記ダウンカマー部8の上流側から順に、流動粒子冷却用の冷熱源供給管15等の冷熱供給源、流動粒子を加熱するため流動粒子中に酸素を吹き込んで酸化させて高温化し、周囲の未燃成分や発生ガスの一部を燃焼させて流動粒子を加熱する酸素供給管16、前記酸素供給管16の下方L1の距離、また前記冷熱源供給管15からL2の距離に配置した上流側温度検出用光ファイバー17、その上流側温度検出用光ファイバー17から距離Lv下流の位置に下流側温度検出用光ファイバー18とを配置しており、温度検出用に光学繊維プローブとしての光ファイバーを利用している。
In the example shown in FIG. 1, in order from the upstream side of the
冷熱源供給管15に対してはバルブ19を解放することにより冷却されている窒素ガスを、或いはバルブ23を解放することにより冷却用の水を供給可能とし、窒素ガスや水の供給時には冷熱源供給管15等の冷却によってその周囲を流下する流動粒子を冷却する。また、酸素供給管16に対してはバルブ20を開放することにより酸素、或いは空気を供給し、管に形成したノズル孔21から酸素或いは空気をダウンカマー部8内に噴出し、燃焼等の酸化反応によってこの部分を流下する流動粒子を瞬時に加熱することができる。
The cooling heat
上流側温度検出用光ファイバー17と下流側温度検出用光ファイバー18は共に、従来より広く用いられている光ファイバー式温度計測装置の光ファイバーをここに配置する。光ファイバー式温度計測装置としては種々のものが使用できるが、例えば特開2000−54013号公報に示されたような、高温の炉内の温度を測定する光ファイバー式温度測定装置を用いることができるが、比較的低温の物質でもその放射光を検出して温度を測定できるものが好ましい。
Both the upstream temperature detecting
上記のような装置において、その使用に際しては、流動粒子を冷却するときには、バルブを開放して冷熱源供給管内に冷却された窒素ガスや水を供給する。それにより冷熱源供給管15等は直ちに冷却され、周囲の流動粒子を主成分とする流動媒体を冷却する。このように冷却された流動媒体は降下し、上流側温度検出用光ファイバー17の周囲に到達するとき、上流側温度検出用光ファイバー17は周囲の流動媒体の急激な温度低下を検出する。更に、前記冷却された流動媒体が降下して下流側温度検出用光ファイバー18の周囲に到達すると、ここでも周囲の流動媒体の輝度変化から急激な温度低下を検出する。流動粒子はステファンボルツマン則により数百℃でも輻射によってかなりの光が放出されており、温度差によって輻射光の波長分布が異なるので、上記のような温度低下を容易に検出することができる。
In the apparatus as described above, when cooling the flowing particles, the valve is opened to supply the cooled nitrogen gas or water into the cold heat source supply pipe. Thereby, the cold heat
上流側温度検出用光ファイバー17と下流側温度検出用光ファイバー18との距離Lvは予め正確に計測しているので、上流側温度検出用光ファイバー17で温度低下を検出してから下流側温度検出用光ファイバー18で温度低下を検出するまでの時間差を測定することにより、ダウンカマー部8を流下する流動粒子の速度を検出することができる。また、このような流動粒子の速度の検出により、単位時間に循環流動している流動粒子等の流動媒体の量を知ることができ、それにより流動粒子の追加供給、或いは抜き出しの調整を行い、必要に応じてガス化炉内に投入する処理用廃棄物の量の制御も行うことができる。
Since the distance Lv between the upstream temperature detecting
一方、ダウンカマー部を流下する流動粒子の速度を検出するに際し、前記のような冷熱供給源を用いないときには、バルブ20を開いて酸素供給管16に爆発下限界以下の酸素、或いは空気を供給し、ノズル孔21からダウンカマー部8内に噴出させる。それによりノズル孔21周囲のガスが着火燃焼し、あるいは流動粒子等がその温度によって局所的に急激に酸化して流動粒子等は直ちに加熱されて高温になる。
On the other hand, when detecting the velocity of the flowing particles flowing down the downcomer portion, when not using the cold source as described above, the
このようにして高温になった流動粒子等の流動媒体は降下し、前記と同様に上流側温度検出用光ファイバー17の周囲に到達するとき、上流側温度検出用光ファイバー17は周囲の流動媒体の輝度変化から急激な温度上昇を検出する。更に、前記加熱された流動媒体が降下して下流側温度検出用光ファイバー18の周囲に到達すると、ここでも周囲の流動媒体の急激な温度上昇をその輝度変化によって検出する。それにより、上流側温度検出用光ファイバー17と下流側温度検出用光ファイバー18との距離Lvを通るのに要する流動粒子の時間を測定することにより、ダウンカマー部8を流下する流動粒子の速度を検出することができ、前記と同様の各種制御にこれを用いることができる。
The fluid medium such as fluid particles that have become high in this manner descends, and when reaching the periphery of the upstream temperature detection
図1に示すように、冷熱供給源としての冷熱供給管15等と、温熱供給源としての酸素供給管16を両方配置して、必要に応じていずれかを選択して使用する場合には、冷熱供給管を上流に配置し、酸素供給管16の使用時に高温に晒されないようにする。また、図1に示す例においては冷熱供給管15等の冷熱供給源と酸素供給管16の両方を予め設けた例を示したが、いずれか片方を選択して配置し、それのみを用いて測定しても良いことは当然である。
As shown in FIG. 1, when both the
冷熱供給管への窒素の供給等の冷熱供給、及び酸素供給管16への酸素の供給は、前記のような温度計測を行うために必要な短時間のみで充分であり、したがって各管のバルブはパルス作動的な短時間の開放のみで前記速度検出を行うことができる。
The supply of cold heat, such as the supply of nitrogen to the cold supply pipe, and the supply of oxygen to the
また、冷熱供給源及び温熱供給源としては種々の熱源及び各種の熱源供給手段を採用することができ、例えば図2に示すようにダウンカマー部8の上流側に熱源流体供給管22を配置して、バルブ23を開放することにより低温流体或いは高温流体を供給するように構成することもできる。ここで熱源流体供給管22に低温流体を供給するときには、前記図1に示す実施例において冷熱源供給管15に低温の窒素を流したとき等と同様に作用する。また、熱源供給管22に高温流体を供給するときには、前記実施例において酸素供給管16に酸素を供給したときと同様に作用するので、前記と同様に上流側温度検出用光ファイバー16と下流側温度検出用光ファイバー17との温度変化検出時間差から、内部を流下する流動粒子速度を検出する。
Further, various heat sources and various heat source supply means can be adopted as the cold heat supply source and the warm heat supply source. For example, as shown in FIG. 2, a heat source
本発明は、高温の流動層の中に処理物質を入れて処理を行う、例えば石炭燃焼装置、石炭ガス化装置、廃棄物処理装置、乾燥装置等の広範囲の分野に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in a wide range of fields such as a coal combustion device, a coal gasification device, a waste treatment device, and a drying device that perform processing by putting a processing substance in a high-temperature fluidized bed.
8 ダウンカマー部
15 冷熱源供給管
16 酸素供給管
17 上流側温度検出用光ファイバー
18 下流側温度検出用光ファイバー
19 バルブ
20 バルブ
21 ノズル孔
8
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