JP5053309B2

JP5053309B2 - 反応室

Info

Publication number: JP5053309B2
Application number: JP2009036861A
Authority: JP
Inventors: 好宏中谷
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-02-19
Filing date: 2009-02-19
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2029-02-19
Also published as: SG174114A1; WO2010095689A1; JP2010190518A; KR101294595B1; KR20110114646A

Description

本発明は、流動床反応炉の反応室に関するものである。

従来、このような分野の技術として、下記特許文献１に記載の反応室が知られている。この反応室では、上下方向に延びる多数の水壁チューブが配列されており、この水壁チューブ同士が平坦プレート状をなすフィンで結合されることにより、当該反応室を区画する壁が形成されている。この壁の上部は実質的に鉛直姿勢をなし、壁の中間部は、鉛直面に対して斜めに、下方かつ外方へ向かって折曲されている。そして、屈曲部分の下に続く壁の下部には、内側に耐火材ライニングが施され、この耐火材ライニングの内面が、壁上部におけるフィンと同一鉛直面内に位置するように設けられている。この構成により、反応室内の反応粒子が壁に沿って降下するときに、方向変化を生じさせずに連続的に降下させ、反応粒子による壁の浸食を抑えることが提案されている。

特表平４−５０３２４３号公報

しかしながら、この構成では、耐火材ライニングの上端が壁の屈曲に従って上に向かうほど徐々に薄くなる形状をなしている。このような耐火材ライニング上端の薄い部分には、剥離防止のアンカーを埋め込むことも困難である。その結果、反応室内で壁に沿って流動する反応粒子が、耐火材ライニング上端に摩擦・衝突することによって、耐火材ライニングの薄い上端部分が剥離し欠損していくおそれもある。耐火材ライニングの欠損が発生すると、壁付近を流動する反応粒子が欠損部分に溜まり易くなり、その結果、水壁チューブが反応粒子に接触して傷む可能性がある。

そこで、本発明は、耐火材ライニングの剥離を抑えることができる反応室を提供することを目的とする。

本発明の反応室は、反応室底部の格子体と、水平方向で反応室を区画する壁とを有する流動床反応炉の反応室であって、この壁が、フィンすなわち平坦プレートによって複数の水壁チューブが結合されることにより形成されていて、反応室の上部領域における実質的に鉛直姿勢である上部水壁部分と、反応室の下部領域における、耐火材ライニングを施された下部壁部分と、上部水壁部分と、耐火材ライニングを施された下部壁部分との間の中間水壁部分と、を有しており、中間水壁部分における少なくとも一部の水壁が、鉛直面に対して斜めに、下方かつ外方へ向かって折曲されており、耐火材ライニングの上端面は、水平面であり、耐火材ライニングは、上端面の内側に位置し内側に向けて下るように形成された傾斜面を有しており、耐火材ライニングの上端面と傾斜面との境界線をなす稜線は、上部水壁部分におけるフィンに沿う第１の仮想鉛直面よりも外側に位置すると共に、下部壁部分における水壁チューブの外周面に対して内側から接する第２の仮想鉛直面よりも内側に位置することを特徴とする。

この反応室では、上部水壁部分に沿って降下して来る反応粒子が、耐火材ライニングの上端面に衝突した場合にも、当該耐火材ライニングの上端面が水平面とされているので、上記反応粒子の衝突が、当該耐火材ライニングを剥離させる力として作用し難い。また、耐火材ライニングの上端面が水平面であれば、上端部における耐火材ライニングの厚みを確保し易く、上端部の厚みを確保することで反応粒子の摩擦・衝突による耐火材ライニングの剥離を発生し難くすることができる。

また、耐火材ライニングは、上端面の内側に位置し内側に向けて下るように形成された傾斜面を有する。この構成によれば、上部水壁部分に沿って降下して来る反応粒子が傾斜面に衝突した場合には、反応室の内側に向けて壁から離れる方向に跳ね返る。従って、跳ね返った後の反応粒子は、再び壁に接触し難く、その結果、耐火材ライニング及び水壁チューブの傷みを抑制することができる。

また、耐火材ライニングの上端面と傾斜面との境界線をなす稜線は、上部水壁部分におけるフィンに沿う第１の仮想鉛直面よりも外側に位置する。この場合、上記上端面は上部水壁部分よりも反応室内部から見て奥側に位置することになるので、上部水壁部分に沿って下降して来る反応粒子が、耐火材ライニングの上端面に衝突し難くなる。従って、耐火材ライニングの剥離を更に抑制することができる。

本発明の反応室によれば、耐火材ライニングの剥離を抑えることができる。

本発明に係る反応室の第１実施形態を示す断面図である。図１に示す反応室の耐火材ライニングの上端部付近を、当該反応室内部側から見た形状を示す正面図である。図２に示す耐火材ライニングの上端部付近を側方から見た形状を示す断面図である。本発明に係る反応室の第２実施形態において耐火材ライニングの上端部付近を側方から見た形状を示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る反応室の好適な実施形態について詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１〜図３に示すように、流動床反応炉の燃焼室（反応室）１は、底部において水平に設けられた格子プレート３と、当該燃焼室１を水平方向で区画する側壁５とを備えている。側壁５は、上下方向に延び水を流通させる多数の水壁チューブ５１と、隣接する水壁チューブ５１同士を連結する平坦プレート状（板状）の多数のフィン５３と、を備えている。そして、側壁５は、多数の水壁チューブ５１と多数のフィン５３とが交互に配列され連結されて構成されている。更に、側壁５は、下部において上記水壁チューブ５１及びフィン５３を覆い隠すように内壁側に施されてなる耐火材ライニング５５を備えている。

この燃焼室１には、当該燃焼室１の下位にある空気室７からノズル４を通じて空気が導入され、燃焼室１内の反応粒子はこの空気により流動する。燃焼室の反応粒子を流動化させるために空気以外のガスを使用する場合には、他の入り口（図示せず）を通じて流動化のためのガスが導入される。また、燃焼のための燃料、添加剤、その他の粒子材料や二次ガスが、他の入り口（図示せず）を通じて燃焼炉１に導入される場合もある。

側壁５は、水壁チューブ５１とフィン５３とで構成され、実質的に鉛直姿勢をなし、燃焼室１の上部領域１ａを水平方向で区画する上部水壁部分５ａを有している。また、側壁５は、上記の耐火材ライニング５５が設けられ、燃焼室１の下部領域１ｃを水平方向で区画する下部壁部分５ｃを有している。また、側壁５は、上部水壁部分５ａと下部壁部分５ｃとの間にあり燃焼室１の中間部領域１ｂを水平方向で区画する中間水壁部分５ｂを有している。側壁５全体の鉛直方向の高さに対する下部壁部分５ｃの高さの比は、通常、１：１０から１：３の範囲である。

図２及び図３に示すように、側壁５は、中間水壁部分５ｂの屈曲位置１３において、下方かつ外方に向かって角度αで折曲されている。なお、図３に示される状態おいて、側壁５の左側が燃焼室１の内部であり、側壁５の右側が燃焼室１の外部である。この角度αは、５〜３０°に設定することができ、多くの場合、角度αを１０〜２０°にすることで、後述するような屈曲の効果が十分に得られる。更に、中間水壁部分５ｂから下部壁部分５ｃに至る再屈曲位置１５において、側壁５は、再び鉛直下方に延びるように、屈曲位置１３における屈曲の向きとは反対の向きに角度αで折曲されている。従って、下部壁部分５ｃのうちの少なくとも上部は、ほぼ鉛直方向に延在している。

下部壁部分５ｃにおいては、耐火材ライニング５５の上端面２１が、水平面として形成されている。更に、耐火材ライニング５５の上端部には、上端面２１の斜め下方に連続する傾斜面２３が形成されている。この傾斜面２３は、上端面２１の先端の稜線２１ａから燃焼室１の内側に向けて下るように、約４５°傾斜して延びている。更に、耐火材ライニング５５は、上記傾斜面２３の下端から水壁チューブ５１及びフィン５３に沿って平行に下方に延びる内壁面２５を有している。

上部水壁部分５ａにおけるフィン５３に沿った仮想鉛直面を図に示すように鉛直面Ａとすると、上端面２１は、鉛直面Ａよりも外側（すなわち、燃焼室１内部から見て奥側）に位置している。すなわち、上端面２１の先端の稜線２１ａは、鉛直面Ａよりも外側に位置している。また、下部壁部分５ｃにおける各水壁チューブ５１の外周面に対して反応炉１の内側から接する仮想鉛直面を図に示すように鉛直面Ｂとすると、上端面２１の稜線２１ａは、鉛直面Ｂよりも内側（すなわち、燃焼室１内部から見て手前側）に位置している。この稜線２１ａと鉛直面Ｂとの間の距離をある程度確保することで、耐火ライニング５５の上端部のうち水壁チューブ５１に付着する部分の厚みを確保することができる。

以上のような燃焼室１によれば、耐火材ライニング５５の上端面２１が水平面とされているので、上部水壁部分５ａに沿って降下して来る反応粒子が、耐火材ライニング５５の上端面２１に衝突した場合にも、この衝突の力が、当該耐火材ライニング５５を剥離させる力として作用し難い。

また、耐火材ライニング５５の上端面２１が水平面であるので、上端部における耐火材ライニング５５の厚みを確保し易く、上端部の厚みを確保することで反応粒子の摩擦・衝突による剥離を発生し難くすることができる。更に、耐火材ライニング５５の上端部の厚みを確保することにより、水壁チューブ５１或いはフィン５３の表面にアンカーを設けて耐火材ライニング５５上端部の固着力を強化することも可能になり、更に剥離し難くすることもできる。また、上端面２１と内壁面２５との角部の面取りとして傾斜面２３が形成されているので、耐火材ライニング５５の上端角部の破損を抑制することができる。また、上部水壁部分５ａに沿って降下して来た反応粒子が、傾斜面２３に衝突した場合にも、燃焼室１の内側に向けて側壁５から離れる方向に跳ね返る。従って、跳ね返った後の反応粒子は、再び側壁５に接触し難く、その結果、耐火材ライニング５５及び水壁チューブ５１の傷みを抑制することができる。

更には、屈曲位置１３において側壁５が下方かつ外方へ屈曲し、上端面２１が、鉛直面Ａよりも外側に位置するので、上部水壁部分５ａのフィン５３に沿って（つまり、鉛直面Ａに沿って）下降して来る反応粒子が、上端面２１に衝突し難くなる。従って、耐火材ライニング５５の剥離を更に抑制することができる。このような作用効果を生じせしめる観点からは、屈曲位置１３から上端面２１までの高さ方向の距離を小さくすることが好ましく、また、鉛直面Ａから稜線２１ａまでの水平方向の距離を大きくすることが好ましい。そして、このような構成を実現するために、耐火材ライニング５５の上端面２１は再屈曲位置１５の高さに設けることが好ましい。

なお、耐火材ライニング５５を上下方向に打ち継ぎながら形成する場合を考えると、比較的強度が低い打ち継ぎ面が、上端面２１近傍に現れないようにすることが、耐火材ライニング５５の上端部の剥離を抑制する観点からも好ましい。

（第２実施形態）
続いて、図４に示すように、燃焼室１０１における耐火材ライニング１５５は、上端面１２１が水平面とされている。そして、耐火材ライニング１５５の内壁面１２５は、上端面１２１の先端の稜線１２１ａから鉛直下方に延びている。上端面１２１と内壁面１２５との間には面取り部分は形成されていない。なお、この燃焼室１０１において、前述の燃焼室１と同一又は同等の構成要素については、同一の符号を付し重複する説明を省略する。

以上のような燃焼室１０１によっても、耐火材ライニング１５５の上端面１２１が水平面とされているので、上部水壁部分５ａに沿って降下して来る反応粒子が、耐火材ライニング１５５の上端面１２１に衝突した場合に、この衝突の力が、当該耐火材ライニング１５５を剥離させる力として作用し難い。

また、耐火材ライニング１５５の上端面１２１が水平面であるので、上端部における耐火材ライニング１５５の厚みを確保し易く、上端部の厚みを確保することで反応粒子の摩擦・衝突による剥離を発生し難くすることができる。更に、耐火材ライニング１５５の上端部の厚みを確保することにより、水壁チューブ５１或いはフィン５３の表面にアンカーを設けて耐火材ライニング１５５上端部の固着力を強化することも可能になり、更に剥離し難くすることもできる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、第１実施形態において、上端面２１の稜線２１ａを、鉛直面Ｂよりも外側の位置に設けてもよい。この場合、耐火材ライニングの上端面２１は、隣接する水壁チューブ５１同士に挟まれた各領域に現れる多数の断続的な水平面で構成される。また、上述の第１及び第２実施形態では、図３及び図４に示されるように、耐火材ライニング５５，１５５の内壁面２５，１２５が鉛直面Ａよりも内側に位置しているが、内壁面２５，１２５が鉛直面Ａ上に位置するようにしてもよい。この場合、上部水壁部分５ａのフィン５３に沿って（つまり、鉛直面Ａに沿って）下降して来る反応粒子が、方向を変えずに耐火材ライニング５５，１５５の内壁面２５，１２５に沿って連続して降下することができるので、上端面２１，１２１に衝突する反応粒子が更に少なくなる。

１，１０１…燃焼室（反応室）、１ａ…燃焼室の上部領域、１ｃ…燃焼室の下部領域、３…格子プレート（格子体）、５…側壁、５ａ…上部水壁部分、５ｂ…中間水壁部分、５ｃ…下部壁部分、２１，１２１…上端面、２３…傾斜面、５１…水壁チューブ、５３…フィン（平坦プレート）、５５，１５５…耐火材ライニング、Ａ…仮想鉛直面。

Claims

反応室底部の格子体と、水平方向で反応室を区画する壁とを有する流動床反応炉の反応室であって、
この壁が、
フィンすなわち平坦プレートによって複数の水壁チューブが結合されることにより形成されていて、前記反応室の上部領域における実質的に鉛直姿勢である上部水壁部分と、
前記反応室の下部領域における、耐火材ライニングを施された下部壁部分と、
前記上部水壁部分と、前記耐火材ライニングを施された前記下部壁部分との間の中間水壁部分と、を有しており、
前記中間水壁部分における少なくとも一部の水壁が、鉛直面に対して斜めに、下方かつ外方へ向かって折曲されており、
前記耐火材ライニングの上端面は、水平面であり、
前記耐火材ライニングは、
前記上端面の内側に位置し内側に向けて下るように形成された傾斜面を有しており、
前記耐火材ライニングの前記上端面と前記傾斜面との境界線をなす稜線は、
前記上部水壁部分における前記フィンに沿う第１の仮想鉛直面よりも外側に位置すると共に、前記下部壁部分における前記水壁チューブの外周面に対して内側から接する第２の仮想鉛直面よりも内側に位置することを特徴とする反応室。