JPH02122826A - 一体型再循環熱交換器を有する流動床反応装置及びその操作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、流動床反応装置とその稼動方法に関し、より
詳細には、再循環熱交換器が蒸気発生器と−・体内に形
成されている場合の流動床反応装置とその稼動方法に関
する。

〈従来の技術〉 ガス化装置、蒸気発生器、燃焼装置その他のような流動
床反応器は良く知られている。これらの装置において、
空気は、化石燃料１例えば石炭と、石炭の燃焼の結果と
して生成する硫黄のための吸着材とを含む、粒状材料の
床を通って導かれ、床を流動化すると共に、比較的低い
温度において、燃料の燃焼を促進する。同伴された粒状
の固形物は、床の外部において分離され、床に再循環さ
れる。流動床によって発生した熱は、蒸気の発生のよう
な、種々の用途に用いられ、それによって、高熱の放出
、硫黄の高吸着、窒素酸化物のエミッションの減少並び
に燃料の変通性の、魅力的な組合せが結果する。

最も典型的な流動床反応装置は、粒状材料床が、比較的
高い密度とはっきりした上面又は不連続の上面とを有す
る１通常「パップリング」流動床として知られる反応装
置である。

これと別のいくつかの形式の流動床反応装置は、「循環
」流動床を使用する。これらの工程によれば、流動床の
密度は、典型的なパップリング流動床の密度よりも相当
に低く、空気の速度は、パップリング流動床の速度より
も高いか、又は、流動床を通る煙道ガスは、実質的な量
の粒状の固形物を同伴し、これによって実質的に飽和さ
れている。

また循環流動床は、固形物の再循環量が比較的高いこと
が特徴であり、そのため、燃料の熱放出パターンを感知
しなくなるので、温度の変動が最小になり、エミッショ
ンが低レベルにおいて安定化される。固形物の再循環量
が高いので、固形物の再循環のために、ガスを固形物か
ら分流するために用いられる機械的装置の効率が改善さ
れ、硫黄の吸着と燃料の滞溜時間とが結果的に増大し。

それにより吸着材と燃料との消費量が低減される。

しかし、これらの形式の流動床反応装置、特に循環形の
ものには、いくつかの問題が存在している。例えば、シ
ールポット、サイホンシール又はＬ字形の弁及び高温膨
張継手のようなシール装置が、反応装置の低圧のサイク
ロン排出部と高圧の炉部との間において必要となるほか
に、サイクロンから流動床の炉部までの分離された粒状
材料の逆移送は１重力シュート又は気送系によらなけれ
ばならない。これらの装置部分を付加するため、装置の
コストと複雑さとが増大する。更に、この形式の反応装
置においては、サイクロンから流動床の炉部に再循環さ
れる粒状材料は、相当に正確な温度としなければならな
い。そのため、流動床に再投入される前に粒状材料を適
切な温度に冷却するために、炉部の高さを高くしたり、
炉の上部に摩耗面を取り付けたりすることが必要となる
。

そのため、下流側の対流熱交換面の効率が低下する点ま
で、炉部からの排出煙道ガスが冷却され、熱回収域が全
ての再熱面及び過熱面の取付けを必要とすることから、
余分の表面が必要となる。更に、過圧を受けている流動
床面への入口とサイクロンの出口との間に高温の膨張継
手が必要とされるため、不具合となる。

〈発明が解決しようとする課題〉 従って、本発明の１つの目的は、従来の技術の前記の欠
点のない流動床反応装置及びその稼動方法を提供するこ
とにある。

本発明の別の目的は、流動床反応装置の分離部と炉部と
の間の気送装置の必要をなくした流動床反応装置及びそ
の稼動方法を提供することにある６本発明の更に別の目
的は、流動床反応装置の炉部の高さを低くし、炉の上部
の摩耗面の必要を除いた、流動床反応装置及びその稼動
方法を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、炉の上部の放熱性の過熱面及
び／又は再熱面が除かれるようにした、流動床反応装置
及びその稼動方法を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、熱交換面の効率を増大させる
流動床反応装置及びその稼動方法を提供することにある
。

本発明の更に別の目的は、最適の床温度を実現させる流
動床反応装置及びその稼動方法を提供することにある。

〈課題を解決するための手段〉 これらの目的並びにその他の目的を達成するために１本
発明による流動床反応装置は、反応装置の炉部に近接し
て配された熱交換部を備えている。

各々の熱交換部は、流動床を収納し、また複数の水管を
含む共通の壁を共有している。炉部の流動床からの煙道
ガス及び同伴された粒状材料は、分離され、煙道ガスは
、熱回収域に移行し、分離された粒状材料は、再循環熱
交換器に移行する。再循環熱交換器中の床材料は、炉部
の流動床に移行する。ボイラー給水は、水管に導かれ、
蒸気を発生する。

次に、本発明の好ましい実施例を示した添付図面を参照
して説明する。

〈実施例〉 図において、流動床反応器２は、炉部４と１分離部６と
、熱回収域８とを備えている。炉部４は、直立した外囲
い１０と、外部ソースから空気を受けるために外囲い１
０の下端部に配された空気プレナム１２とを備えている
。空気分離器１４は、プレナム１２から与圧された空気
を外囲い１０を経て上方に通過させるために、外囲い１
０の下端部と空気プレナム１２との間の界面に設けられ
ている０粒状材料の流動床１５は、空気分離器１４上に
支持されており、１以上の入口１６は、床１５に粒状材
料を導くために、外囲い１ｏの前面壁に形成されている
。ドレン配管１７は、費消された粒状材料を床１５から
排出するために、空気分離器１４の開口と合致する位置
に設けられている。

粒状材料は、周知のように１石炭と、石炭の燃焼の間に
生成した硫黄を吸着するための石灰石などの吸着材の比
較的微小な粒子とから成っていてもよい。空気プレナム
１２からの空気は、床１５の粒状材料を流動化する。

なお、外囲い１０の壁部は、垂直に延長する関係に配さ
れた複数の水管を含み、水を蒸気に変えるためにこれら
の水管に水を導くための図示しない流通回路が設けられ
ている。外囲い１０の壁部の構造は既知であるため、こ
れらの壁部についての詳細な説明は行なわない。

分離部６は、外囲い１０に隣接して配された１以上のサ
イクロン分離器１８と、外囲い１０へのダクト２０によ
る連結部とを備えており、これらのダクトは、外囲い１
０の後部壁の上部に形成された複数の開口から１分離器
１８の上部に形成された複数の入口開口まで延長してい
る０分離器１８は、外囲い１０の流動床１５から、煙道
ガスと、これに同伴された粒状材料とを受け、分離器１
８に生ずる遠心力によって煙道ガスから粒状材料を脱離
させるように、通常のように作動する０分離された煙道
ガスは、ダクト２２を経て熱回収域８に入り、その内部
を通過する。

熱回収域８は、過熱器２６と再熱器２８とエコノマイザ
−３０とを収納している外囲い２４を含み、過熱器２６
と再熱器２８とエコノマイザ−３０とは、外囲い２４を
通るガスの通路中に延在する複数の熱交換管３４によっ
て形成されている。過熱器２６と再熱器２８とエコノマ
イザ−３０とは、加熱された水又は蒸気を受けてこれら
を更に加熱するために、炉部１ｏの壁部を形成する管か
ら延長する図示しない流体流通回路に、全て連結されて
いる。なお、熱交換管３４は、慣用されるように、複数
の管束として形成されている。

過熱器２６と再熱＠２Ｂ及びエコノマイザ−３０を通過
したガスは、外囲い２４の後部壁に形成された排出口３
８を経て、外、囲い２４を離去する。

分離器１８からの分離された固形分は、分離器１８の下
端部に連結されたホッパー１８ａに導かれ、次いで、ホ
ッパー１８ａの出口に連結されたデイツプレッグ３９に
導かれる。デイツプレッグ３９は、デイツプレッグ３９
から粒状材料を受けるために外囲い１０の後壁部の下部
の近傍に配された比較的小さな外囲いとしての容器４０
中に延長している。空気分配器４２は、容器４０の下端
部に配されており、外部のソースから受けた空気を空気
分配器４２中に導き、更に容器４ｏの内部に導くための
、空気プレナム４４を画定している。

仕切壁４６は、外囲い１０の後部壁と空気分離器４４と
の間に延長し、この後部壁に形成した開口５ｏと合致す
る通路４８を画定し、容器４０からの粒状材料がオーバ
ーフローして、外囲い１０の内部に、更に流動床１５中
に入りうるようにする。

ドレン配管５２は、容器４０からの費消した粒状材料を
排出させる。熱交換管５４の管束は容器４０中に配設さ
れており、冷却用流体例えば水を容器４０の内部に循環
させて、空気分配器４２上の粒状材料の流動床１５を冷
却する。

本発明の１つの特徴によれば、外囲いに１０の後部壁の
下部は、容器４０のための共通の壁として用いられ、そ
れ自体容器４０の前方壁を形成している。なお、容器４
０の残りの壁部は、外囲い１０の壁部に関連して前述し
たように、複数の水管を備えていてもよい。

作用について説明すると、入口１６からの粒状材料（燃
料）は、外囲い１０中に導かれる。吸着材も必要に応じ
て同様に導くことができる。外部ソースからの与圧され
た空気は、空気プレナム１２に入ってこれを通過し、空
気分配器１４を通過し、外囲い１０中の粒状材料の流動
床１５に入り、粒状材料を流動化する。

点火バーナー（図示しない）は、外囲い１０中に配設し
てあり、粒状の燃料を着火させるために燃焼させられる
。粒状材料の温度が比較的高いレベルに到達すると、入
口１６からの追加の燃料が外囲い１０中に排出される。

外囲い１０中の粒状材料は、炉部１０内の熱によって自
己燃焼し、空気とガス状の燃焼生成物との混合物（煙道
ガス）は、外囲い１０を通って上方に流れ、外囲い１０
中の比較的微細な粒状材料を同伴ないし分級する。空気
プレナム１２及び空気分配器１４を経て外囲い１０の内
部に導かれる空気の速度は、外囲い１０中の粒状材料の
粒径に従って設定され、循環する流動床が形成される。

即ち、粒状材料は、流動床１５中の粒状材料の実質的な
同伴ないしは分級が実現される程度まで流動化される。

そのため、外囲い１０の上部に流入する煙道ガスは、粒
状材料で実質的に飽和される。

飽和された煙道ガスは、外囲い１０の上部に移行し、ダ
クト２０を通って離去し、サイクロン分離器１８に移行
する。サイクロン分離器１８において、固形の粒状材料
は、煙道ガスから分離され、ホッパー１８ａを通過し、
デイツプレッグ３９を経て容器４０中に投入される。分
離器１８からの清浄にされた煙道ガスは、ダクト２２を
経て熱回収域８に排出され、外囲い２４を通り、過熱器
２６と再熱器２８とエコノマイザ−３０とを通って。

排出口３８から外部装置に排出される。

容器４０中において、空気分離器４４上に堆積する分離
された固形物の温度は、ドレン配管５２を経て循環され
る流体によって制御される。この固形物は、容器４０を
オーバーフローし、通路４８及び外囲い１０の後部壁の
開口５０を経て流動床１５に移行し、そこで、床１５中
の他の固形物と混合される。空気は、プレナム４４及び
空気分配器４２を経て注入され、容器４０中の粒状材料
を流動化させ、前述した装置系の通常の流れの方向と逆
の方向に、外囲い１０から通路４８及びデイツプレッグ
３９を経て分離器１８に向う煙道ガスの逆流を阻止する
。

水は、エコノマイザ−３０を経て蒸気ドラム３２に流れ
た後、炉部１０の壁部を通って流れ、流動床１５と熱交
換し、蒸気を発生させる。この蒸気は次に１図示しない
流体流通回路を経て、熱回収域８の過熱器２６と再熱器
２８とエコノマイザ−３０とを形成する熱交換管３４の
管束に移行する。

このように、蒸気は、熱回収域８を通過する高温のガス
から余分の熱をピックアップした後、外部装置例えば蒸
気タービンに排出される。

〈発明の効果〉 前述した構成によって、いくつかの利点が得られる。即
ち、封止装置と、サイクロン分離器の固形物の出口と反
応装置の炉部との間の気送装置とは、不要になる。反応
器の炉部の高さは減少され、炉部の上部においての摩耗
面の必要は除かれる。

更に、炉の上部の放熱による過熱面及び／又は再熱面も
不要になり、下流側の熱交換面の効率は改善される。更
に、流動床の最適の温度が実現される。

本発明をその特定の実施例について以上に説明したが、
本発明は、前述した実施例以外にもいろいろ変更して実
施できるので、前述した特定の構成は、単なる例示にす
ぎず、本発明を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明による流動床反応器を示す概略配列図であ
る。 ４・・炉部、８・・熱回収域、１５・・流動床、２０．
２２・・ダクト（煙道ガス移行手段）、１８・・サイク
ロン分離器（粒状材料移行手段）、１８ａ・・ホッパー
（粒状材料移行手段）、３９・・デイツプレッグ（粒状
材料移行手段）、４０・・容器（再循環熱交換器）、４
８・・通路（床材料移行手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）少くともその壁の一部が水管を含む炉部と、該炉部
   に隣接して配され、該炉部と共通の、該水管を含む壁を
   共有する、再循環熱交換器と、該炉部及び該再循環熱交
   換器に形成された流動床と、該炉部中の該流動床から煙
   道ガスと同伴された粒状材料との混合物を受けて該煙道
   ガスから該同伴された粒状材料を分離するための分離手
   段と、分離された該煙道ガスを熱回収域に移行させるた
   めの煙道ガス移行手段と、分離された該粒状材料を該再
   循環熱交換器の該流動床に移行させるための粒状材料移
   行手段と、該再循環熱交換器中の流動床の床材料を該炉
   部の流動床に移行させるための床材料移行手段と該水管
   に水を通過させて蒸気を発生させる蒸気発生手段とを有
   する流動床燃焼方式。 ２）該再循環熱交換器中の該流動床に対する熱交換関係
   に流体を導いて、該再循環熱交換器から該炉部に移行さ
   れる床材料の温度を制御するために該再循環熱交換器中
   に配された内部の熱交換手段を更に有する請求項１記載
   の流動床燃焼方式。 ３）炉部の外囲い中の可燃焼材料の床を流動化し、該外
   囲いの壁部の少くとも一部分を通るように、水を導き、
   該炉部に隣接して配されて該炉部と共通の壁部を共有す
   る再循環熱交換器中において、可燃焼材料を流動化し、
   該炉部中の流動床から、煙道ガスと同伴された粒状材料
   との混合物を排出し、該同伴された粒状材料を該煙道ガ
   スから分離し、分離された該煙道ガスを熱回収域に移行
   させ、分離された該粒状材料を該再循環熱交換器中の流
   動床に移行させ、該再循環熱交換器中の流動床の床材料
   を該炉部の流動床に移行させ、該管に水を導いて蒸気を
   発生させる各工程を含む流動床反応装置の稼動方式。 ４）該再循環熱交換器中の流動床に対する熱交換関係に
   流体を導く工程を更に含む請求項３記載の稼動方法。 ５）該再循環熱交換器中の床材料の温度を制御する工程
   を更に含む請求項３記載の稼動方法。