JPH0233502A - 通路分離装置を備えた流動床反応器 - 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、流動床反応器に関し、より詳しくは、流動床
中の燃料の燃焼によって熱が発生するようにした反応器
に関する。

流動床反応器、燃焼器又はガス化装置は周知である。こ
れらの装置においては、化石燃料例えば石炭及び石炭の
燃焼の結果として発生した硫黄のための吸着剤を含む粒
状物質の床に、空気が導かれ、床が流動化されると共に
、比較的低い温度において燃料の燃焼が促進される。流
動床によって発生した熱が１例えば蒸気発生器の場合の
ように、水を蒸気に変えるために利用される場合には、
流動床装置は、熱の放出が高いことと硫黄の吸着が高い
ことと、窒素酸化物の放出が低いことと、燃料の融通性
が良いこととの、魅力的な組合せを供与する。

最も典型的な流動床燃焼装置は、通常バブリングタイプ
即ち泡立ち型の流動床と呼ばれるもので、この装置では
、粒状物質の床は、空気分配板によって支持され、この
分配板には、分配板の複数の穿孔を経て燃焼支持空気が
導かれ、粒状物質を膨張させ、懸濁状態ないしは流動状
態が実現する。

反応器が蒸気発生器の場合には１反応器の壁は、複数の
熱交換管によって形成される。流動床中において燃焼に
よって発生する熱は、管を通って循環される熱交換媒体
例えば水に伝達される。熱交換管は、通常は、このよう
にして発生した蒸気から水を分離するために、蒸気ドラ
ムを含む水の自然循環回路に通常連結されている。この
蒸気は、発電用タービン又は蒸気のユーザーに送られる
。

燃焼効率と汚染物質の放出の管理と泡立ち床によって与
えられる稼動低下とを改良するための努力の中で、高速
流動床、すなわち循環流動床を利用する流動床反応器が
開発された。この技法によれば、泡立ち流動床において
代表的な固形物含量３０容量％よりも十分に低い固形物
含量５〜２０容量％の流動床密度が達せられる。低密度
の循環流動床の形成は、その粒径が小さいことと、固形
物の通過量が多い事に起因し、それには固形物の再循環
を速くする必要がある。循環流動床の速度範囲は、固形
物の終端速度、すなわち自由落下速度と、それ以上では
流動床が空気圧伝送ラインに変わるような通過量の関数
である速度との間にある。

循環流動床によって必要とされる固形物の高循環では、
熱放出機構に熱料を与えることは無関係となるので、燃
焼器又はガス化装置の内部においての温度の変化は最小
となり、従って窒素酸化物の生成量は減少する。また固
形物の高充填は、固形物の再循環のために固形物から気
体を分離するために使用される機械的装置の効率を改善
する。

硫黄吸着剤及び燃料の滞留時間がその結果として増大す
るため、吸着剤及び燃料の消費量は減少する。更に、循
環流動床は、泡立ち流動床よりも多くの利点を本来有し
ている。

しかし、泡立ち流動床反応器及び特に循環流動床反応器
は、比較的大きなサイクロン分離器を必要とし、これは
、モジュール化して容易に搬送し建設することの可能な
コンパクトな構成の可能性を失なわせる。これは特に蒸
気発生器として流動床を利用する際に大きな不具合とな
る。更に、循環流動床工程において使用される粒状燃料
及び吸着物質は、比較的微細とすることが必要なため。

粒状物質を更に破砕して乾燥することが必要となり、コ
スト高となる。また硫黄の適切な吸着にとって必要な床
の高さは、従来の泡立ち流動床装置の床の高さよりも大
きいため、資本コスト及び稼動コストが更に増大する。

〈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、比較的小形でモジュール
化でき、建設の比較的容易な流動床反応器を提供するこ
とにある。

本発明の更に別の目的は、広範な燃料及び広範な粒径の
吸着剤を利用できる上記型式の反応器を提供することに
ある。

本発明の更に別の目的は、減少した床高において適切な
吸着が実現される上記型式の反応器を提供することにあ
る。

本発明の更に別の目的は、粒状物質で飽和した流動床ボ
イラー中にガス柱が形成されるようにした、上記型式の
反応器を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、ガス柱中の粒状物質が集取さ
れ基本的に同じ量の粒状物質が流動床に返却されて飽和
ガス柱を保持するようにした、上記型式の反応器を提供
することにある。

本発明の更に別の目的は、ボイラー炉部に含まれる固形
物の容量が泡立ち流動床に比べて比較的高くなるように
した、上記型式の反応器を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、流動床に導かれる空気の量を
変化させることによって流動床の温度を変化させるよう
にした。上記型式の反応器を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、床及びガス柱と接触する冷却
面を設けるようにした、上記型式の反応器を提供するこ
とにある。

本発明の更に別の目的は、泡立ち流動床と高速流動床と
の作動原理及び利点を合体した、上記型式の反応器を提
供することにある。

本発明の更に別の目的は、従来のサイクロン分雑器の代
りに通路分離装置を使用するようにした、上記型式の反
応器を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、蒸気発生のために使用される
ようにした、上記型式の反応器を提供することにある。

〈課題を解決するための手段〉 これら及び他の目的を達成するために、本発明による流
動床反応器は、容器の内部に形成された炉部及び熱回収
部を備えている。燃料を含む固形粒状物質の床は、炉部
中に支持され、空気は、床を流動化するに十分な速度で
、また燃料の燃焼又はガス化を支持するに足る速度で床
中に導入される。空気と気体状の燃焼生成物と空気中に
同伴された粒状物質との混合物は、この混合物から粒状
物質を分離するために、熱回収部中に配された複数の隔
だてられた通路ビームないしはチャンネルビームを経て
導かれる。トラフは炉部と熱回収部との間に延設されて
おり、通路ビームからの粒状物質を受入れる。また、こ
のトラフは１分離された粒状物質を床に返却するために
、炉部に連結されている。

次に本発明の好ましい実施例を図面に基づいて一層詳細
に説明する。

〈実施例〉 本発明の流動床反応器は、第１図に、符号１０によって
示され、給送管１４から水を受は且つ発生した蒸気を複
数の蒸気管１６を経て排出するための蒸気ドラム１２を
含む蒸気発生器の一部分を形成している。

反応器１０は、蒸気ドラム１２の下方に配設してあり、
容器を備えており、この容器は、前面壁１８と、これに
対して平行に隔たてられた後面壁２０と、壁１８，２０
の間にこれらに対し平行に隔たてられて延長している中
間壁２２とによって画定されている。理解されるように
、２つの隔たてられた側部壁（図示しない）は、前面壁
１８及び後面壁２ｏと直角に延長して、実質的に直方体
の容器を形成している。壁１８，２０は、側部壁の対応
部分と共に、炉部２４を形成しており、壁２０．２２は
、側部壁の対応部分と共に、熱回収部２６を形成してい
る。

屋根２７は、壁１８から壁２０へと延長しており、屋根
２７は、壁１８，２０．２２と共に、各々、垂直に配向
された複数の管によって形成され。

これらの管は、垂直に配向された複数の細長い板片、す
なわちフィンによって相互に連結されて。

ひと続きの気密の構造物を形成している。この形式の構
造は周知であるため、図示してなく、説明を行なわない
。壁１８，２０．２２の各々の管の先端は、後述する理
由のために、水平に配向された上部ヘッダー２８Ａ及び
下部ヘッダ−２８Ｂにそれぞれ連結されている。

中間壁２２の上部には、炉部２４の上部を熱回収部２６
と連通させるための通し孔３０が形成されている。

熱回収部２６には複数の管群３２Ａ、３２Ｂ。

３２Ｃが配設してあり、各々の管群は、管を経て蒸気又
は水を通し、ガスから熱を除去するための流通回路内に
接続された複数の管から成っている。

これらの管群及びこれらに組合された回路は既知である
ためここでは詳述しない。斜め方向に延長するじゃま板
３３は、後述する理由のために、壁２０の下部を通って
形成された排出孔３４の方にガスを向けるように、熱回
収部２６の下部に配設されている。

図示してないが、理解゛されるように、給送管１４を含
む水流通回路は蒸気ドラム１２をヘッダー２７Ａ、２８
Ｂに連結し、蒸気ドラム１２及び壁１８．２０，２２を
通る水及び蒸気の流通回路を形成する。これは既知の技
術であるため、詳細な説明は行なわない。

ブレナム室３６は、炉部２４の下部に配設してあり、こ
の炉部には、適宜の供給！（図示せず）からの圧縮空気
が、押込み通気ブロワ−なとの既知の手段を介して供給
される。

孔あけされた空気分配板３８は、炉部２４の下方におい
て、ブレナム室３６の上方に、適宜支持されている。ブ
レナム室３６を経て導入された空気は、空気分配板３８
を経て上方に流れ、予加熱器（図示せず）によって予加
熱されると共に、必要に応じて空気制御ダンパーによっ
て適宜調節してもよい。空気分配板３８は、石炭の燃焼
の間に生成した硫黄を吸着するための、一般に粉砕され
た石炭、石灰石又はドロマイトから成る粒状物質の床を
支持するようになっている。空気分配板３８は、後述す
る理由のために、熱回収部２６の部分中に延長している
。

燃料分配管４０は、炉部２４中に粒状燃料を導入するた
めに、前面壁１８を通って延長している。

粒状の吸着物質及び／又は余分の粒状の燃料物質を必要
に応じて炉部中に分配するための他の管を壁１８，２０
．２２に組合せてもよい、理解されるように排水管（図
示せず）は、空気分配板３８中の開口と合致するよう設
けてあり、炉部２４からの吸着物質及び消耗した燃料を
外部の装置に排出するために、プレナム室３６を経て延
長している。

空気配管４２は、空気分配板３８から所定の高さのとこ
ろに、前面壁１８を通って配設されており、後述する理
由のために、２次空気を炉部２４に導入する。理解され
るように、炉部２４中に空気・配管４２からの空気を排
出するための複数の空気ポート（図示せず）を、壁１８
及び炉部２４を画定する他の壁を通って、いくつかの高
さ位置に配設してもよい。

本発明の１つの特徴によれば、壁４６は、中間壁２２に
隣接してこれと平行に設けられており。

中間壁２２と共に熱回収部２６の上部から、延設された
分配板３８の直上の領域まで延長するトラフ４８を画定
する。

複数の通路ビーム５０は、トラフ４８の上部から屋根２
７まで、成る角度で延長している。第２図によりよく示
すように、通路ビーム５０は、３列に配され、各々の列
は、図からは明らかではないが、互にわずかな間隔をお
いた関係において延長している複数の通路ビームによっ
て形成され、中間の列は他の２つの列からオフセットさ
れ、比較的狭い通路をその間に形成している。通路ビー
ム５０は、はぼＵ字形の断面を備えており、後述するよ
うに、炉部２４から熱回収部２６に移行する気体から粉
塵及び同伴された粒状物質を集取する。

直立壁５２と水平壁５４とは、壁４６の下部に近接して
延長しており、この壁４６及び空気分配板３８の伸長部
分と共に、囲いを形成している。

短かい管５６は、壁２２．４６の間に延長しており、そ
の両端は、これらの壁２２，４６を通って延長している
孔と合致する。従ってトラフ４８と炉部２４とを連結す
る通路が形成される。

作用について説明すると、石炭を含む粒状物質は、空気
分配板３８に載置され、プレナム室３６に空気が導入さ
れる間燃焼する。追加の石炭は、必要に応じて、分配管
４ｏを通って炉部２４の内部に導かれ、石炭は、床内に
配されたバーナー（図示せず）によって着火される。石
炭の燃焼が進むにつれて、完全燃焼に必要な全空気量の
うちわずかの量の追加空気しかプレナム室３６に導入さ
れないので、炉部２４の下部においての燃焼が不完全と
なる。そのため炉部２４は、還元条件の下に作動し、完
全燃焼に必要な残りの空気は、空気配管４２によって供
給される。プレナム室３６を経て供給される空気の範囲
は、完全燃焼に必要な量の４０〜９０％としてよく、残
りの空気（６０〜１０％）は、空気配管４２を経て供給
される。

プレナム室３６から空気分配板３８を経て導入される高
圧−高速の燃焼支持空気の速度は、床の比較的微細な粒
子の自由落下速度よりも大きく。

比較的粗大な粒子の自由落下速度よりも小さい。

そのため、微小な粒子の一部分は、空気及び燃焼ガス中
に同伴され、それ等によって気送される。

この同伴された粒子とガスとの混合物は、炉部２４中に
おいて上昇し、同伴された粒子を含有したガス柱を形成
し、この柱は、炉部２４から通し孔３０を経て熱回収部
２６に移行する。このように通過する間に粒子の大部分
は、通路ビーム５０に衝突し、これらのビーム５０の間
の空間を通るガスから分離される０分離された粒子は、
ビーム５０をすベリ落ちて、トラフ４８に入り、重力に
よって下方にトラフ４８の中及び管５６の周囲を通過し
、トラフ４８の底部端から壁４６，５２．５４及び延設
された分配板３８によって画定される囲い中に排出され
る０粒子は、配管５６のレベルを超過するまで、この囲
い中に蓄積され、超過した時点で、配管５６を経て炉部
２４中へと溢流し始める。これによって、再循環された
粒子の炉部２４中への一定の流れが得られると共に、壁
４６゜５２．５４及び空気分配板３８によって画定され
た囲い中に炉部２４から高圧のガスが逆流することに対
する封止作用が得られる。

炉部２４の上部のガスを粒子によって飽和させるに足る
量の追加の粒子が配管４０．を経て付加され、即ち、ガ
スによる粒子の最大の同伴が実現される。この飽和の結
果として、比較的粗大な粒子は、比較的微小な粒子の一
部分と共に、炉部２４の下部に保留されるので、炉部２
４は、最大能力において稼動するときに、全容積の２０
〜３０％のような、比較的高い容積百分率の粒子を含有
するようになる。

微小な粒子の残りの部分は、ガス柱を通って上方に流れ
、通し孔３０を経て排出された後、ガスから分離され、
前述したように、再循環されて炉部２４に戻る。このこ
とと、余分の粒状の燃料物質が配管４０を経て導入され
ることとによって。

炉部２４中に、飽和したガス柱が保持される。

水は、給送管１４を経て蒸気ドラム１２中に導入され、
前述したように、降水管などを経て下方に導かれ、下部
ヘッダー２８Ｂ並びに壁１８，２０．２２及び屋根２７
を形成する管中に導入される。流動床、ガス柱及び搬送
された固形物からの熱は、水の一部を水蒸気に変え、水
と水蒸気との混合物は、前記の管中において上昇し、上
部ヘッダー２８Ａに集められ、蒸気ドラム１２に移され
る。水蒸気と水とは、蒸気ドラム１２中において常法に
より分離され、分離された水蒸気は蒸気管１６によって
蒸気ドラム１２から蒸気タービンその他に移行される０
分離された水は、給送管１４からの新しい供給水と混合
され、前述したようにして、流通回路を経て再循環され
る。好ましくは基本的に直立状の管を備えた仕切り壁の
形状の。

その他の冷却面を、炉部２４において使用してもよい。

通路ビーム５０を通過した高温の清浄なガスは、熱回収
部２６に入り、管群３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを乗りこえ
、ガスから余分の熱を取出し、これらの管を経て流れる
水蒸気又は水に熱を付加する。

このガスは次に、じゃま板３３によって、排出孔３４の
方に向けられ、熱回収部２６から排出される。プレナム
室３６に導かれた空気が１０気圧のオーダーの比較的高
い圧力にあると、排出孔３４からのガスは、ガスタービ
ン（図示せず）その他に向けられる。

床２４の温度は、蒸気タービンの負荷の変化に応答して
、プレナム室３６及び空気配管４２を経てボイラーに供
給される空気の量を変えることによって、所定の容認可
能な値に保持される。

以上の説明かられかるように、本発明の反応器には、い
くつかの利点がある。例えば、通路ビーム５０及びトラ
フ４８を配設したこ士によって、同伴された粒子が分離
され、炉部２４に再循環されると共に、比較的かさばっ
た高価なサイクロン分離器の必要が除かれる。そのため
、本発明の反応器は、比較的小形であり、搬送及び設置
が容易にまたすみやかにできるように、いくつかのモジ
ュールとして作製できる。これは１以上に説明した実施
例のように蒸気発生器として反応器を使用する場合に特
に有利となる。また、本発明による反応器は、泡立ち型
流動床及び循環型流動床の両方の利点を享受しつるよう
に作動する。−例として、流動床の内部の粒状物の側面
混合の量が比較的多いことは、泡立ち型流動床によって
達せられる混合と同様である。更に、微小な粒子は、循
環型流動床の場合と同様に１反応域中に保留され、広い
範囲の粒径を備えた燃料及び吸着剤が利用できる。また
循環型の流動床に比較して小さな静止床及び著しく小さ
な膨張床の高さが可能となる。

このことと、流動床の上方のオーバーファイア空気排出
とによって、空気ファンのための動力要求が小さくなる
と共に、球圧の変動によって機械的な力がより重要でな
くなる。更に、固体と気体との間の、特に燃焼を含む反
応の大部分は、オーバ−ファイア空気ボートの下方のみ
において生ずるため、−酸化炭素と炭化水素との放出量
が最小となる。また、これらの利点と共に、オーバーフ
ァイア空気の一部分によって空気をステージングするこ
とによって、窒素酸化物の放出量も減少する。

更に、好ましくは高導電型の耐火材を、表面が還元ガス
に対向しているオーバーファイア空気の下方及び他の腐
食し易い場所において使用することが可能となる。また
飽和ガス柱を絶えず保持することによって固形物の循環
が制限されるため、固形物の循環速度を固形物再循環方
式によって積極的に制御する必要はない、更に、流動床
のタップ及び再循環方式から比較的少量の粒状の固形物
を取出すことによって、粗大な粒状及び微小な粒状の固
形物の装置系中の滞留時間を反応特性に適合するように
調節することができる。

また図面には示していないが、他の付加的な必要な装置
及び構成部品が設けられており、これらの装置及び構成
部品の全ては、完全で有効な作動系を形成するように適
切な構成で配設され支持される。

本発明の範囲内においているいろの変更を行ないうる。

−例として、炉部２４に供給される燃料は、以上に説明
した例のように、粒状とする代りに、液体状又は気体状
としてもよい、それ以外の当業者にとって自明ないろい
ろの変形が、本発明の範囲に含まれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による流動床反応器の縦断面図、第２
図は、第１図の反応器の一部分の部分的な拡大尺による
側面図である。 ２２・・中間壁（炉部と熱回収部とを形成する手段）、
２４・・炉部、２６・・熱回収部、４８・・トラフ、５
０・・通路ビーム。 代理人弁理士　　兼　　坂　　　　　異同　　　　　酒
　　井 同　　　　　兼　　坂　　　　　　繁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 容器と、該容器中に炉部と熱回収部とを形成する手段と
   、燃料を含む固形の粒状物質の床を支持するための該炉
   部中の床支持手段と、該床を流動化して該燃料の燃焼又
   は気化を支持するに足る速度で該床中に空気を導入する
   手段と、該空気、該燃焼による気体状生成物並びに該空
   気及び該燃焼による気体状生成物によって同伴された粒
   状物質から成る混合物を該熱回収部に向ける手段と、該
   混合物から該粒状物質を分離するために該熱回収部中に
   配された複数の通路ビームと、分離された該粒状物を該
   通路ビームから受けるために該炉部と該熱回収部との間
   に延設されたトラフと、分離された該粒状物質を該床に
   返却するために該トラフを該炉部に連結する手段と、を
   備えて成る反応器。