JP4892766B2 - 燃焼設備用固体セパレーター - Google Patents

Description

本発明は、特に燃焼設備の固体セパレーターに関するものである。

炭素残留物を燃焼する設備は、フランス特許２，８５０，１５６号に記載されている。この設備は、酸化物を還元するリアクター、第１サイクロン、煙道ガスの熱回収をする熱交換器、酸化物を酸化するリアクター、第２サイクロン、２つのリアクターそれぞれで酸化され次いで還元されて循環する酸化物の温度をコントロールをする熱交換器、で構成される。この従来技術によれば、固体燃焼物は粉砕されてから酸化物を還元するリアクターに導入される。酸化物は、先ず燃料と接触させて還元され、燃料は、酸化物から出た酸素と反応し、次いで、空気と接触して酸化されて酸化物を再生する。固体燃料粒子を小さくすることで、より完全な速い燃焼が可能となり、ほぼ１００％のフライアッシュを作る。

二酸化炭素の捕捉強化したこの種の常圧炭素燃料燃焼設備は、予め空気分離を要しない。このシステムは、簡単、コンパクト形状により、二酸化炭素の捕捉コストを低く抑えられ、しかも発電用にスチームを供給できる。

還元リアクターに関連した第１サイクロン出口での固体粒子は、金属酸化物粒子と炭素残留物からなり、サイフォンを通って、炭素残留物の除去装置に向かう。この除去装置は、スチームにより流動化され、流動化で、炭素残留物などの微細な軽い粒子は分離されて還元リアクターに再度導入され、金属酸化物粒子などの重い、大きな粒子は酸化リアクターに向う。

セパレーターであるこの除去装置は、セパレーターの天井と一体に形成された仕切り板があり、仕切り板の下を通路として、流動化固体の高さによって圧力シールした２つのコンパートメントを作っている。それぞれのコンパートメントの流動化は、２つのスチーム入口によって独立にコントロールでき、第１コンパートメントにおける酸化物と炭素残留物の分離、および酸化物の第２コンパートメントへの移動を、所望する速度にしている。第１コンパートメントの上部にはベントがあり、スチームで炭素残留物を還元リアクターに戻している。

このセパレーターは、この設備における炭素バリヤーであり、排出規制の対象となる温室ガスである二酸化炭素を捕捉するに上で必須である。

本発明の目的は、このセパレーターを改善することにより炭素バリヤーの収率を上げることにある。本発明によって、第１コンパートメントの固体処理時間を長くし、セパレーターの大きさを変えないが、分離効率は高くなる。

この目的を達成するために、本発明は、第１固体の粒径と密度が第２固体の粒径と密度より大きいとして、第１固体と第２固体を分離する固体のセパレーターであり、内部に実質的に垂直な第１垂直バッフルを有して、セパレーターの低い部位に通路と、流動化固体が移動する通路の上に２つのコンパートメントを形成して、コンパートメントそれぞれの流動化が、流動化ガス導入口により独立にコントロールされて、第１コンパートメントにある第１固体と第２固体の動く速度を所望の値にして第１固体と第２固体を分離し、第２固体をベントから排出し、第１固体を第２コンパートメントに移動させる構成であって、第１バッフルの少なくとも一つの実質的な垂直面には、流動化ガス・エゼクターが取付けられ、第１コンパートメントの内部には、固体の通路を屈曲させる邪魔板が取付けられ、邪魔板の少なくともその一部に、第１バッフルに向けて流動化ガス・エゼクターが取付けられていることを特徴としている。

本発明により、２つのタイプの固体が分離される。好ましい実施の形態によれば、邪魔板は、少なくとも、コンパートメントの垂直壁と一体となる壁でなる第２サイドバッフルを有し、その相対する垂直壁の近くに通路を形成し、固体が、これらの垂直壁を連結する壁に沿ってセパレーターに導入されることを特徴としている。
好ましくは、第２サイドバッフルは、第１バッフルと向き合う垂直面にエゼクターが設置される。

邪魔板は、複数のサイドバッフルが、交互に並ぶ構成であり、あるものはいわゆる垂直壁と一体となり、他のものは相対する面の垂直壁と一体となっていることが有利である。

また、有利な形態によると、第１バッフルと隣合う第２バッフルを連結する壁で作る堰があり、セパレーターの高い位置に通路を作っている。そして、その堰は、そのベントの下に位置することである。

この追加の形態により、２種の固体が１次分離される。
好ましくは、この第１コンパートメントには、傾斜底があり、固体が、壁の高い位置から、第１バッフル近くの下部に向ってセパレーターに移動していく。この傾斜底は、その傾斜方向と平行にチャンネルが形成されている。そして、チャンネルの間にあるリブには、流動化ガス・エゼクターが取付けることができる。これまでに述べた形態で、より大きい粒径でより重い固体の移動ができるようになる。

ベントは、垂直バッフルの近くに位置するのが有利である。

また、その下部に抽出器を接続することができる。

また、Ｖ−型バルブが、第１バッフルの下に位置して、第１バッフルの下を通過する流速をコントロールするのがよい。

本発明は、また炭素燃料燃焼設備のためのセパレーターであり、第１固体が酸化物粒子であり、第２粒子が炭素残留物である。流動化ガスが主としてスチームおよび／または二酸化炭素でなる。また、酸化物粒子が金属酸化物粒子である。

本発明は最後に、炭素燃料燃焼設備であり、上記したセパレーターが、還元リアクターに関連したサイクロンの出口に設置される、あるいは還元リアクターの出口に直接設置される。

以下、本発明の好ましい実施の形態を説明する図を用いて、本発明を詳細に記述する。
図１と２は、本発明によるセパレーターの第１の実施形態における垂直および水平長さ方向の断面図である。
図３〜６は、本発明によるセパレーターの第２の実施形態におけるＢＢ、ＡＡ、ＣＣ、およびＤＤに沿っての垂直長さ方向の断面図である。
図７は、本発明によるセパレーターの第３の実施形態における垂直長さ方向の断面図である。

図８Ａ〜Ｃは、本発明によるセパレーターの第３の実施形態におけるＥ−Ｅに沿う詳細な垂直横方向の断面図である。
図９は、本発明による別の配置をしたセパレーターの垂直断面図である。
図１０は、本発明によるまた別の配置をしたセパレーターの垂直断面図である。

図１と２に示したように、第１固体の粒径と密度が第２固体の粒径と密度より大きいとして、互いに異なる密度の第１固体と第２固体を分離することを目的とした固体のセパレーター１は、第１垂直バッフル２を有して、その下部に通路を作り、２つのコンパートメント１Ａ、１Ｂを形成しており、２つのコンパートメントの間は、流動化固体がその高さＨで圧力シールされている。そして、それぞれのコンパートメントの流動化物は、２つの流動化ガス導入口３Ａ、３Ｂによって独立にコントロールされて、第１コンパートメント１Ａにおいて第１固体と第２固体を分離し、第１固体を第２コンパートメント１Ｂに移動させる所望の速度を得るようにしている。

本発明によれば、第１コンパートメント１Ａは、内部に固体の通路を曲げる邪魔板を有している。
図示した例によれば、セパレーターは、実質的に直方体であり、邪魔板は、少なくとも、コンパートメントの垂直壁５Ａと一体となった壁である第２サイドバッフル４Ａを有した構成で、相対する垂直壁５Ｂの近くに通路を形成し、これら２つの垂直壁に連結する壁５によって固体をセパレーターに移動させる。

邪魔板は、垂直壁と一体になったものと、相対する垂直壁と一体になったものとが、複数個交互に並ぶ第２サイドバッフルであることができる。図１と２に示した例では、これらサイド屈曲物は、数で２つあり、その一方４Ａは、コンパートメントの垂直壁５Ａと一体になり、相対する垂直壁５Ｂの近くで通路を作り、他方４Ｂは、相対する垂直壁５Ｂと一体になって、垂直壁５Ａの近くで通路を作っている。

本発明の重要な態様によれば、第１バッフル２は、流動化ガス・エゼクターＥ２と向い合う実質垂直面の少なくとも一つに形成され、好ましくは、その両面にエゼクターＥ２が形成されて、かつ、エゼクターＥ２が第１バッフル２の高さより上にあるようにする。第１コンパートメント１Ａの邪魔板も同様に、流動化ガス・エゼクターを、少なくとも部分的に第１バッフル２の方に面するように配置される。図示した好ましい実施の形態によると、第２サイドバッフル４Ａは、第１バッフル２に向う垂直面にエゼクターＥ４Ａを有している。この第２バッフルの配列により、固体の通路を、セパレーターに実質的に混乱することなく第１コンパートメント内に作ることができる。これにより、第１コンパートメント内で固体が良く分離できる。さらに、第１バッフル２と隣り合う第２バッフル４Ａに装備された流動化ガス・エゼクターは、流動化を増進させて、大粒径で重い第１固体が第１バッフル２の下を通過する。

このようなセパレーターは、炭素燃料の燃焼設備用であり、フランス特許ＦＲ２，８５０，１５６号に記載されているように、第１固体が金属酸化物粒子で、第２粒子が炭素残留物であり、流動化ガスが主にスチームおよび／または二酸化炭素である。

金属酸化物粒子および炭素残留物からなる固体粒子は、還元リアクターと関連した第１サイクロンの出口で、サイフォンを通り抜け、次いで固体の流量をコントロールするバルブのあるダクト７を抜けてセパレーター１へ向う。さらに、図１で“Ｖ”と符合付けしたＶ字形のバルブが使用でき、垂直バッフル２の下に設置されて、コンパートメント１Ａと１Ｂの間の垂直バッフル２を通り抜ける固体の流速をコントロールし、固体を保持するさらなるスペースを作り、セパレーター中の固体の高さを調節することができる。

流動化により、炭素残留物によって形成された微細な軽い粒子は、分離され、垂直バッフル２の近くにあるベント８を抜けて還元リアクターに再度導入され、重い大きな金属酸化物粒子は、酸化リアクター９に移動していく。このとき、流動化ガスは、第２コンパートメント１Ｂの上にある第２ベント１０を抜けて排出される。

本発明によるセパレーターの別の態様を、図３〜６に示す。
この例では、セパレーターは、さらに第１バッフル２とその隣りの第２バッフル４Ａと接続する壁１１でなる堰があり、セパレーターの高い位置に通路を形成している。この堰のある場所では、第１バッフル２は、セパレーターの下部で閉じられて、一種の排出井になっている。この堰は、ベント８の下にあり、ベント８から重く、大きくない粒子、すなわちこの特別の使用例では、炭素残留物が出て行く。

図４に見られる排出井１１の高さｈは、流動化固体の高さＨより低く、セパレーター中の流動化固体の表面に近い固体が流れ出ることができるように決定される。排出井１１の内部は、セパレーターの上部壁と一体になったバッフル１１Ａがあり、セパレーターの底部で連通して、圧力の補償ができるようになっている。

この堰は、第１バッフル２と流動化ガス・エゼクターＥのある第２バッフル４によって分離された後に、炭素残留物を下流に流して完全に分離が行われるように配置されている。

本発明によるセパレーターのまた別の態様を、図７、８に示す。
第１コンパートメント１Ａは、壁５の高い位置から傾斜底１２が形成され、固体は、導入ダクト７から導入されて第１バッフル２近くの下部に行く。この底は、水平に対して１０°ないしそれ以上の角度に傾斜にするのが有利である。

この傾斜底１２は、さらに、傾斜方向に平行なリブ１２Ａで分離されたチャンネル１２Ｂがあり、リブ１２Ａには、対応するベントボックス３Ａから供給される流動化ガス・エゼクターが取付けられる。この底は、第１バッフル２の上流で、大粒径で重い粒子の移動を促進する構成である。

このリブの別の実施形態を、図８Ａ〜８Ｃに示している。
図８ＡおよびＢの示す形態によると、リブ１２Ａは、上向きにエゼクターＥを有しており、リブそれぞれは、図８Ａに示したように一つのエゼクターをもつ、あるいは図８Ｂに示したように複数のエゼクターを横に並べてもつことができる。
図８Ｃに示す形態によると、リブ１２Ａはそれぞれその横腹に少なくとも１つのエゼクターＥを、水平に向けている。

セパレーターは、その下部に抽出器６を有している。

また別のセパレーター１’を図９に示す。これは、酸化物粒子の出口だけが、第２コンパートメント１Ｂとは異っている。
この例では、固体が、酸化リアクターに直接送られる代りに、下向きのダクト１１Ａから排出される。この実施形態は、リアクターがセパレーター１’から遠く離れているときに使用される。

また別のセパレーター１”を図１０に示す。これは、固体の入口構造が前のものと異っている。
上記したセパレーターは、フランス特許ＦＲ２，８５０，１５６に記載されている炭素燃料燃焼設備の還元リアクターＲと関連して、直接に取付けることができる。

このケースでは、既に述べたようにダクト７と同じタイプのダクトを通してリアクターの底部にある入口に接続することも、あるいは、図１０で説明した共通壁によりリアクターＲに接続することもできる。
壁５には、固体の入口があり、すなわち、リアクターＲの円錐台状の壁と共通した部分５’に開口ができていて、リアクターの底にある固体が通る通路となる。

本発明によるセパレーターの第１の実施形態における垂直長さ方向の断面図である。 本発明によるセパレーターの第１の実施形態における水平長さ方向の断面図である。 本発明によるセパレーターの第２の実施形態におけるＢＢに沿っての垂直長さ方向断面図である。 本発明によるセパレーターの第２の実施形態におけるＡＡに沿っての垂直長さ方向断面図である。 本発明によるセパレーターの第２の実施形態におけるＣＣに沿っての垂直長さ方向断面図である。 本発明によるセパレーターの第２の実施形態におけるＤＤに沿っての垂直長さ方向断面図である。 本発明によるセパレーターの第３の実施形態における垂直長さ方向断面図である。 ８Ａは、本発明によるセパレーターの第３の実施形態におけるＥ−Ｅに沿っての詳細垂直横方向断面図、８Ｂは、本発明によるセパレーターの第３の実施形態におけるＥ−Ｅに沿っての詳細垂直横方向断面図、８Ｃは、本発明によるセパレーターの第３の実施形態におけるＥ−Ｅに沿っての詳細垂直横方向断面図である。 本発明による別の配置をしたセパレーターの垂直断面図である。 本発明によるまた別の配置をしたセパレーターの垂直断面図である。

Claims (17)

1. 第１固体の粒径と密度が第２固体の粒径と密度より大きいとして、前記第１固体と前記第２固体を分離する固体のセパレーターであり、内部に実質的に垂直な第１垂直バッフル（２）を有して、前記セパレーターの低い部位に通路と、流動化固体が移動する前記通路の上に２つのコンパートメント（１Ａ、１Ｂ）を形成して、前記コンパートメントそれぞれの流動化が、流動化ガス導入口（３Ａ、３Ｂ）により独立にコントロールされて、前記第１コンパートメント（１Ａ）にある前記第１固体と前記第２固体の動く速度を所望の値にして前記第１固体と前記第２固体を分離し、前記第２固体をベント（８）から排出し、前記第１固体を第２コンパートメント（１Ｂ）に移動させる構成において、
   前記第１バッフル（２）の少なくとも一つの実質的な垂直面には、流動化ガス・エゼクター（Ｅ２）が取付けられ、前記第１コンパートメント（１Ａ）の内部には、固体の通路を屈曲させる邪魔板が取付けられ、前記邪魔板の少なくともその一部に、前記第１バッフル（２）に向けて流動化ガス・エゼクター（Ｅ４Ａ）が取付けられていることを特徴とするセパレーター。
2. 前記邪魔板は、少なくとも、前記コンパートメントの垂直壁（５Ａ）と一体となる壁でなる第２サイドバッフル（４Ａ）を有し、その相対する垂直壁（５Ｂ）の近くに通路を形成し、前記固体が、これらの垂直壁を連結する壁（５）に沿ってセパレーターに導入されることを特徴とする請求項１に記載のセパレーター。
3. 前記第２サイドバッフル（４Ａ）は、前記第１バッフルと向き合うその垂直面に前記エゼクター（Ｅ４Ａ）が設置されることを特徴とする請求項２に記載のセパレーター。
4. 前記邪魔板は、複数の前記サイドバッフル（４Ａ、４Ｂ）が、交互に並ぶ構成であり、あるものはいわゆる垂直壁（５Ａ）と一体となり、他のものは相対する面の垂直壁（５Ｂ）と一体となっていることを特徴とする請求項３に記載のセパレーター。
5. 前記第１バッフル（２）と隣合う前記第２バッフル（４Ａ）を連結する壁（１１）で作る堰があり、前記セパレーターの高い位置に通路を作ることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のセパレーター。
6. 前記堰が、前記ベント（８）の下に位置することを特徴とする請求項５に記載のセパレーター。
7. 前記第１コンパートメント（１Ａ）には、傾斜底（１２）があり、固体が、壁（５）の高い位置から、前記第１バッフル（２）の近くの下部に向ってセパレーターに移動していくことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のセパレーター。
8. 前記傾斜底（１２）は、その傾斜方向と平行にチャンネル（１２Ｂ）が形成されていることを特徴とする請求項７に記載のセパレーター。
9. 前記チャンネル（１２Ｂ）の間にあるリブ（１２Ａ）には、流動化ガス・エゼクター（Ｅ）が取付けられていることを特徴とする請求項８に記載のセパレーター。
10. 前記ベント（８）が、前記垂直バッフル（２）の近くに位置することを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のセパレーター。
11. 抽出器（６）が、下部に接続されることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載のセパレーター。
12. Ｖ−型バルブ（Ｖ）が、前記第１バッフル（２）の下に位置して、前記第１バッフル（２）の下を通過する流速をコントロールすることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載のセパレーター。
13. 炭素燃料燃焼設備のためのセパレーターであり、前記第１固体が酸化物粒子であり、前記第２粒子が炭素残留物であることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載のセパレーター。
14. 前記流動化ガスが、主としてスチームおよび／または二酸化炭素でなることを特徴とする請求項１３に記載のセパレーター。
15. 前記酸化物粒子が、金属酸化物粒子であることを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載のセパレーター。
16. 請求項１３乃至請求項１５いずれか１項に記載のセパレーターが、還元リアクター（Ｒ）に関連したサイクロンの出口に設置されることを特徴とする炭素燃料燃焼設備。
17. 請求項１３乃至請求項１５いずれか１項に記載のセパレーターが、還元リアクター（Ｒ）の出口に直接設置されることを特徴とする炭素燃料燃焼設備。

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