JPH0240922B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜発明の背景＞ 本発明は、流動床反応器を操作する方法に関
し、より詳しくは、反応器の反応効率を改善する
方法に関する。

燃焼器、ガス化装置、蒸気発生装置などの形で
流動床式反応器を使用することは熱を発生するた
めの効率的な手段として認められている。このよ
うな反応器の操作においては、不活性材料と、硫
黄含有量の高い歴青炭のような燃料と、暦青炭の
燃焼によつて生じる硫黄酸化物を吸着するための
吸着材との混合物と包含した粒状材料床を通し
て、空気が吹上げられ、それによつて粒状材料床
が流動化され、燃料の燃焼を促進する。このよう
な構成の基本的な利点は、熱伝達率が高いこと、
床の温度が実質的に均一であること、比較的低温
での燃焼が可能であること、燃料の取扱いが容易
であること、腐蝕および炉壁の付着物が少ないこ
と、反応炉のサイズを小型化できることなど多数
ある。

しかしながら、流動床法においては、床へ供給
される空気の量および速度を、床を流動状態に雑
持するのに十分な値としなければならない。その
結果、床の粒状材料の一部分が床を通り扱ける空
気によつて連行され、そのような連行された材料
には未反応の燃料および吸着材が含まれている。
ある種の方法においては、気体状の燃焼生成物お
よびそれに帯同された粒状材料と共に床を経て吹
上げられる空気を集塵装置等へ通して気体から固
形粒子を分離し、粒子は廃棄するか、あるいは流
動床の処理プロセスに接続されていない外部の装
置に通過させる。しかしながら、このようにして
廃棄される粒状材料には、相当量の未反応粒子が
含まれているので、プロセスの潜在的反応効率を
低下させることとなる。

また、他の流動床法においては、上記分離され
た未反応燃料を含む固形粒子を床内へ戻して未反
応の燃料を床内の他の粒状燃料と共に燃焼させる
試みがなされている。しかしながら、やはり燃料
は未反応の状態で床から運び去られるので、最適
の燃料燃焼が達成されず、反応系は、燃料の粒径
および灰の含量に対してより敏感になる。

＜発明の概要＞ 従つて、本発明の目的は、流動床の反応効率を
増大させる態様で流動床を利用して熱を発生させ
る方法を提供することである。

本発明の他の目的は、粒状燃料および硫黄吸着
材が流動床を通して吹上げられる空気によつて連
行されることなく、流動床内に保持されるように
することを特徴とする上記方法を提供することで
ある。

本発明の更に他の目的は、補助循環粒子を流動
床内へ導入し、流動床の他の粒状材料より先に吹
上げられ上昇ガス柱（柱状の上昇ガス流）を飽和
させることによつて粒状燃料及び硫黄吸着材を追
こし押しのけることによつて該粒状燃料及び硫黄
吸着材を床内に封じ込めるようにすることを特徴
とする上記方法を提供することである。

本発明の更に他の目的は、上記補助循環粒子
は、粒状燃料および硫黄吸着材に代つて空気によ
り連行されるのに十分小さく、しかもなお、床内
へ再循環されるために集塵器に捕捉されるのに十
分大きい粒度であることを特徴とする上記方法を
提供することである。

略述すれば、本発明によれば、粒状可燃材料の
床を多孔板上に載置し、該床を流動化させ、可燃
材料の燃焼を促進するために該多孔板を通して床
内へ空気を導入する。前記硫黄吸着材および可燃
材料の粒度より小さい粒度の追加の粒状物質質を
前記床へ導入し、該追加の粒状物質が前記燃焼ガ
スに連行され、硫黄吸着材および可燃材料は該床
内に保持される。

＜実施例の説明＞ 本発明の前記の目的およびその他の目的ならび
に利点は、以下に添付図を参照して記述する本発
明の回転の説明から一層明らかになろう。

第１図において、１０は流動床燃焼反応器であ
り、ハウジング１２を有し、ハウジング１２内に
は、ハウジング１２を上側室即ちフリーボード領
域１６と下側室１８とに分割する空気分配板１４
が配設されている。空気は、入口２０から下側室
１８内へ導入され、分配板１４を通り上側室１６
内へ上向きに吹込まれる。粒状材料床２２は、分
配板１４上に載置されており、破砕石炭と、燃料
の燃焼によつて生じる硫黄酸化物を吸着するため
の硫黄吸着材として使用する粒状の石灰石または
ドロマイトと、以下に詳述する目的のための補助
粒状物質との混合物である。

外部供給源（図示せず）から床２２への石炭お
よび石灰石の補給は、上側室１６に連通した導入
管２３を通して行なわれるが、別法として、粒状
燃料を散布型供給器によつて床へ供給し、吸着材
は、ハウジング１２の全幅に亘つて幾つかの部位
から床の上に落下させるようにしてもよい。

ハウジング１２中の床２２を通つて上昇する空
気は、１対の熱交換器２５，２６から先に移動し
て、ハウジング１２の上部に形成された１対の排
出口２８，３０を経て排出される前に、気体状の
燃焼生成物と混合される（結果混合物は以上に
「ガス」又は「気体」と呼ばれる）と共に、床２
２によつて放出された比較的粗大な固形物が離脱
する高さよりも上方の入口２４を経て通常供給さ
れる余分の空気と混合される。典型的には、歴青
炭を燃焼させる場合には、理論燃焼空気量の50％
は、入口２０から入り、70％は、入口２４から入
る。各熱交換器２５，２６は、気体からの熱を流
体に伝達するために入口から排出口へ流体（通常
は水）を循環させるために蛇行状に配設された熱
交換管パネルから成つている。この構成は慣用の
ものであるから、これ以上詳しく説明する必要は
ない。

ガスは、上側室１６を通つて上昇する際、床２
２内の粒状材料の一部分（通常は反応済み又は未
反応の燃料および吸着材）を連行する。

本発明によれば、粒状材および吸着材の粒度よ
り小さく、しかもなお、後述するようにサイクロ
ンやその他の型式の分離器に収集されるに足る大
きさの粒度の補助粒状物質を床２２へ供給する。
この補助粒状物質は、最初から、即ち流動床の操
作前に床２２に供給されていても、後に流動床の
操作中に床２２に供給されてもよく、要は、流動
床の少くとも一部分の操作時においてこの補助粒
状物質が存在していればよい。流動床の操作前に
補助粒状物質が床２２に供給されていれば、本発
明による効果は最初から発揮され、流動床の操作
中に補助粒状物質が床２２に供給されれば、本発
明による効果は、この供給の時から発揮される。
この補助粒状物質は、粒状材料および吸着材の粒
度より小さい粒度の鉱物又は鉱物集合体の団塊又
は球状粒子もしくは粒塊であつてよい。これらの
補助粒状物質は、床２２からの上方に流れる気体
を飽和させることによつて、床２２内の粒状燃料
および吸着材を追いこしてそれを押しのけるよう
に、その粒径および量が選定される。例えば、補
助粒状物質は、その粒子密度が150ｂ／ft³
（2400Kg／m²）である場合、125μｍの平均粒度を
有する粒子とすることができる。その結果、粒状
燃料および吸着材は床２２中に留まり、補助粒状
物質だけが、床２２から上昇して、上側室１６の
上部を通り、熱交換器２５，２６を横切つて排出
口２９，３０から流出する気体によつて連行され
る。排出口２８，３０から気体およびそれに連行
された補助粒状物質は、それぞれハウジング１２
に隣接された１対のサイクロン分離器３２，３４
へ流入する。分離器３２，３４は、低速集塵器ま
たはその他の任意の設計のものであつてよく、補
助粒状物質を気体から分離する。気体は、サイク
ロン分離器３２，３４から導管３６を通つて追加
の熱交換器（図示せず）へ通される。補助粒状物
質は、分離器３２，３４の下部から流出し、導管
３８，４０を通して流動床２２へ戻される。歴青
炭の場合は、ハウジング１２の下方部分内の粒子
対ガスの重量比は、ガス流の12ft／ｓ（3.7m／ｓ）
の表面速度においてほぼ30対１に維持することが
できる。床２２を経て空気が追加された後は、表
面速度が30ft／ｓ（9.1m／ｓ）近くになり、固体
対気体重量比は12対１近くになる。表面速度と固
体対気体重量比との関係は、第２図の線図に示さ
れている。

本発明によれば、幾つかの利点が得られる。例
えば、補助粒状物質（前記の団塊）は、大部分の
粒状燃料および吸着材より小さい粒度であるか
ら、上側室１６を通つて上昇する気体に連行され
るが、燃料および吸着材は、床２２内に留まつ
て、より効率的な働きをする。これによつて、未
反応燃料および吸着材の気体流による連行、従つ
て床からの排出を実質的に回避し、それによつて
床の燃料の燃焼および効率を改善し、燃料の粒度
および床内の灰含有量に関する反応系の設計上の
感度を最小にする。また、一酸化炭素を発生する
燃料粒子が床内に留められ、一酸化炭素ガスにそ
れが空気中の酸素分子と反応して燃焼し二酸化炭
素となる時間を与えるので、一酸化炭素の放出が
最少限に抑制される。

更に、循環する補助粒状物質が流動床より低い
温度で床へ戻され、床２２の熱的平衡を達成する
ので、床２２内に最適の熱バランスを維持するこ
とができる。また、補助粒状物質は、補給する必
要がない。他の材料、特に硫黄吸着材は、泡立ち
状態の流動床（バブリング流動床）を形成し、横
方向の攪拌混合を良好にし、全作動範囲に亘つ
て、比較的粗大な燃料および吸着材が分離するの
を防止する。

熱交換器２５，２６の位置する領域において循
環される補助粒状物質の存在は、熱伝達率を高
め、この熱伝達率は、慣用の粉末石炭炊きボイラ
ーの炉内においての平均的吸収率と同様の伝達率
において生ずる。

床２２は、燃料の可燃部分をガス化させるのに
ちようど必要とされるだけの量の空気または酸化
剤によつて流動化させてもよいが、完全燃焼が必
要とされる場合は、導入管２４を通して追加の空
気または酸化剤を導入することができる。このよ
うな２段階燃焼により窒素酸化物の発生を抑制す
ることができる。

また、必要ならば、部分負荷での操作も可能で
ある。その場合、燃料および空気の供給量を減少
させ、導入管２０および２４を通してそれぞれ流
動床および上側室１６へ供給する空気量の割合を
変更し、床の熱発生量を変更することによつて流
動床の温度を狭い範囲内に維持する。

本発明の反応器を蒸気発生装置として使用する
場合は、ハウジング１２は、多数の平行フイン付
伝熱管を並置関係に連結して成るパネル状の膜壁
によつて構成することができ、それによつてハウ
ジング１２を気密の構造とすると共に、膜壁を水
が順次にか又は同時に通過するようにする。慣用
の自然循環方式を用いてもよい。燃焼によつて生
じた灰は、適宜の公知の排出手段によつて燃焼域
から排出する。しかし、床２２の下方の図示しな
いドレンを経て排出すると特に有利となる。

本発明による補助粒状物質の種類は、その物理
的特性および化学的特性が特定の操作条件に最も
適するように選択することができる。補助粒状物
質の種類を変えることによつて、床の設計を、反
応器のハードウエアを変える必要なしに、広い範
囲の異なる特性の燃料に適合させることができ
る。

また、ここに例示された反応器をモジユール型
として複数の反応器を連結し、特に大容量の蒸気
発生装置として使用するための大型ボイラーを構
成することもできる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明
は、これに限定されるものではなく、本発明の精
神および範囲から逸脱することなく、いろいろな
変更、改変が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法に従つて操作される反応
器の概略図、第２図は本発明の方法における２つ
のパラメータの関係を示す線図である。 １４……空気分配板（多孔板）、２２……床。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 硫黄吸着材および粒状可燃材から成る床を多
   孔板上に載置し、該吸着材及び可燃材を流動化し
   てその燃焼を促進するために該多孔板を通して床
   内へ空気を導入し、空気が該床を通過する際に該
   吸着材及び可燃材の一部分を通常連行するものと
   なる燃焼ガスのための出口を与えることから成
   る、流動床による燃焼方法において、前記硫黄吸
   着材および可燃材の粒度より小さい粒度の補助粒
   状物質を前記床へ導入し、該補助粒状物質は前記
   燃焼ガスに連行され、硫黄吸着材料および可燃材
   料は該床内に保持されるようにすることを特徴と
   する流動床による燃焼方法。