JPH03501580A

JPH03501580A - 流動層反応器の分配プレート

Info

Publication number: JPH03501580A
Application number: JP1505530A
Authority: JP
Inventors: エングストローム，フォルケ; クイバライネン，レイヨ
Original assignee: エイ．アフルストロム　コーポレーション
Priority date: 1988-05-26
Filing date: 1989-05-24
Publication date: 1991-04-11
Anticipated expiration: 2009-06-08
Also published as: DE68906386T2; EP0417153B1; WO1989011333A1; AU3682389A; JPH0642944B2; KR920006864B1; DE68906386D1; KR900701386A; EP0417153A1; US4841884A

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】流動層反応器の分配プレート発明の背景および要約多くの流動層反応器には、多量の７粒子が也有されている。反応器の下方部分には分散プレートが設けられ、それに複数の噴射ノズルがあり、それを通って流動化ガスがウィンドボックスから反射器内へ分配される。ノズルを通して導入された（空気などの）ガスによシ、多量の微粒子が流動化される。この傭の流動層反応器は一般に、燃焼、ガス化および伝熱プロセスなどの様々な種々のプロセスに利用される。特定のプロセスに応じて、砂、石灰石、石炭、灰、もしくは反応器壁からとれた耐火材料の部片、が流動化される。これはメ射ノズルに対して苛酷な環境を結果として生じ、それらに腐食および侵食をもたらす。

夜尿の流動層反応器においては、特に低負荷状態の下で、粒子が噴射ノズル付近に蓄積し、ノズルによって得られる空気の分配へ不オリに影省する傾向がのる。

多重の粒子中の憾粒子は、ノズルを経て供給される空気を妨げ、空気孔の閉そくを生ずる可能性がろる。更に板子には、ノズル’ｔｍてウィンドボックス（空気室ン内へ逆に流れる１＠向が必る。これは、・負射ノズルを経由する空気の供給が停止された時に起こシ、反応器室と分配プレートの下のウィンドボックスとの間の差圧が逆になる結果を生ずる。分配プレート上方の圧力は分配プレート下りｊのウィンドボックス内の圧力よシも高くな９、その結果、粒子の集団のｖＲ粒子はノズルを経てウィンド内へ逆に流れる傾同がある。

この逆流の傾向はまた、定常状態での作動状況に問題を生じさせる。流動層反応器内の圧力は常に脈動し、逆流を生ずるに足りるだけ瞬間的且つ局部的に減少する可能性がある。次に低負荷状、６の場合、分配プレートの両面間の差圧が小さくなるにつれ、この傾向は増大する。

ノズルを通る粒子の逆流は特に、高い流速で流動化され、反応器から伴出されてガス分離後に再循環される微粒子で流動層が構成される場合、この層を流動化する際の問題点である。

逆流がウィンドボックス内で問題を生起させるのみならず、ノズル内へ逆戻りして流れる微粒子が、反応器内の脈動の結果として、しばしばノズル内で前後に移動する。この、ノズル内の開口部を通る粒子の前後への流れがノズルを早期に摩耗させる。

この逆光問題は、差圧（ｄｐ）がガス流量（Ｖ）とガス密度とに依存することを示し且つ？ａｃｘンがノズル定数に等しいとした式ｄｐ　＝　ＫＶ２／　２に従い流動化の流れを増大させて差圧を光分高く抹つことによ多回避することができる。しかし、高価な動力費のため、差圧を増大させて逆流を除去することは可能性がない。

逆流する粒子の問題は周知でれておシ、畝多くの解決法が提案されているが、上記諸解法は完全に成功してはいない。層を均等に流動化するに光分な圧力降下を付与し、しかも尚、低負荷での逆流のない作動を可能にさせる最適設計は得られていないと考えられる。

本発明によれば、上述の諸問題を克服し、従って可成シ均等な層の流動化を許容しながらしかも低負荷での逆流のない作動を可能にさせる流動層反応器の噴射ノズルが得られる。本発明によるノズルは、流動層内に通常存在する腐食および侵食状態に一層良く適し、機械的衝撃に対してはよシ敏感でない。

本発明の最も広い態様によれば、流動層反応器が設けられて多量の微粒子を包有し、その下方部分に分散プレートが設けられ、それに複数の噴射ノズルがあシ、それを通って流動化ガスがウィンドボックスから反応器内へ分配される。少なくとも若干の噴射ノズルには上方部分と、少なくとも一つの開口部と、固形装置とが含まれる。上方部分は、多量の粒子と接触するようにされた、藁熱および摩耗に耐える材料から成っている。各ノズル内に少なくとも一つの開口部を画定する装置が、ノズルの上方部分とウィンドボックスとの間の単数またはＭ数の開口部を通る流動化ガスの流通を可能にさせている。固形装置は、それを通るガスの流通を可能にさせながらも、七ｎを通る微粒子Ｏ流過を妨げるように開口部を画定する装置へ確実に当接する。

固形装置はなるべくなら、ｆＡ結金金属含むことが望ましい。あるいはまた固形装置が金属線メツシュの耐ば性フィルタ、多孔性セラミック材料または高温セラミック材料を含むこともできる。例えば、１対の同心の隣接する多孔性セラミック管に種々の効果的な透過性を備えさせることもできる。

固形壁を捕えたスタンドパイプをウィンドボックスから上向きに延ばし、スタンドパイプの上方に開口部を備えて下向きに外方へ向けることができる。スタンドパイプは、固形装置をスタンドパイプで支え且つ上方部分へ当接させて、上方部分の内部に配役できる。

スタンドパイプは、開口部を中ば有する水平な固形金属リングを支え、上方部分とリングとの間に固形装置を挾むこともできる。固形装置は、概ね垂直な軸組を有する管状エレメントを含むことができ、固形装置は約５０〜ｉ、ｏｏｏμｍの細孔径を有する細孔を備えることができる。同形装置が焼結金属を含む場合には、それが管の形でスタンドパイプと上方部分との間に配設され且つそれらに当接することが望ましい。

本発明の主目的は、流動ノー反応器に２いて、ガス１ｘ射ノズル円への固形物の逆流を防止しながら流動化ガスの均等な分配ヲ図ることにるる。本発明の以上およびその個の諸口的は、本発明の詳細な説明の閲覧により、筐た番付クレイムによシ明らかとなろう。

図面の簡単な説明第１１は流動層反応器内に示した不発明の一層り例による一つの例示的なガス噴射ノズルの概略側断面図、第２図は本発明２）第２笑Ｘｉ例による別の汐０示的なガス噴射ノズルの概略側断面図、第３図Ｉｌ′ｉ第１図および第２１のガス開口部を画定する装置の、その下方且つ外方への傾斜を示す詳細断面図、第５図から第７図は本発明によるノズルの種々の例示的な第４、第５、および第６実施例の概略［ｆｒ面図である。

図面の簡単な説明第１図は、粒子１０の中に、本発明の第１実施例による例示的なガス噴射ノズル１１を示す。ノズル１１はグリッドまたは分配プレート１２に配設され、プレート１２内に画定された開口部１４にはスタンドパイプ１３がはめ込まれている。

スタンドパイプ１３は望ましくは固形壁管であり、例えばそＡを、Ａ工ＳＩ　３０４ステンレス＠Ｏようなステンレス鋼で構成することもできる。加圧されたガスが、ウィンドボックスもしくば窒気室１８として恐らく周知の、プレート１２の真下の区域日に配置される。循環または非循環形の何れでも良い一般的な流動層反応器２０内に、ノズル１１、分配プレートなどが配設される。

第１図の実鬼夕１ｊについては、ノズル１１の上方部分１７が、多量の粒子１０と接触するようにされた高熱および摩耗に耐える材料で用意さｎている。例えばこれは、人工Ｓ工３０９のような耐熱鋼であっても良い。ノズル１１はまた、少なくとも一つの開口部１９２よび望ましくは榎数■開口部、を画定する装置を含み、それを通って流動化ガスが上方部分１７とウィンドボックス１８の分配プレート１２との間を流過する。この特定の実施例の場合、開口部１９は、上方部分１７の下方へ延びる部分１５によシ画定される。ノズル１１は更に、開口部１９に一画定する装置１５へ確実に当接する固形装置１６を含み、固形装置１６はそれを通るガスの流通を許容しながら、それを通って反応器２０からウィンドボックス１８に至る粒子１０（２）流過を防止する。開口部１９は、屑、スロット、丸孔などであれば良い。石炭燃焼プロセスにおいては、約１〜１５醋の直径を有する丸孔が利用される。第１図の実施例の場合、開口部画定装置１５が外−１部分を構成し、固形装置１６が内側部分’ｋｌｌ成している。

第１１ｉＪの実施例に２いては、内側部分１６が、開口部１９よシはるかに小さい細孔を備えたセラミックのような、多孔性固形材料で形成される。部分１５が内側の多孔性材料１６に防護し、従って、それが値粒子の流れやその腐食的影響にさらされないので、比較的に安価な材料を多孔性材料として利用できる。例えば多孔性セラミック材料は、（ハイ・チク・セラミックス・インコーボレーテノド（Ｈｉ−Ｔｅｃｈ　Ｃｅｒａｍｉｃｓ　工ｎｃ、）によシ）「セラボア（Ｃｅｒａｐｏｒ）　Ｊなる商標名で販売され、または「レティセル（ｕｅシ１ｃｅｌ）　Ｊなる商標名で販売されているような高温セラミック・フィルタであっても良い。

第１図の実施例の場合、上方部分１７が、概ね傾斜した屋根形構造を備えていることに留意すべきである。

第２図に示す実施例においては、第１図に示したそれらと機能に類似点がある構造体が、単に「１」を先行させた同じ参照数字で表示されている。この実施例においては、内側部分として用意された多孔性セラミック材料１６の代シに内側部分が金属フィルタ２１で用意されている点を除き、大部分のエレメントが第１図におけると同様である。この金属フィルタ２１は、四えば約０．５０ｍ１１のメツシュを形成する０、２２非の針金で作られた在来の合金フィルタである。この特定の実施例は、既存のノズルに新たな改善を施すこと、例えば漏れのある既存のノズルを改善すること、が特に容易でりる。言う電でもなく、それを新しい構造物に利用することもできる。

第１図および第２図のノズル１１．１１１の双方、ならびに本発明によるその他のノズルに関しては、倣細な層の材料が固形装置と接肚しないので、それ（−１反応器の処理や検査中にだれかが層上を歩いて高い局部的な圧力を生成したとしても、（セラミック材料が利用さｎている）細孔や（金属フィルタが７Ｆｕ用てれている）グリッド開口部内に浸透しない。

第６図は、ノズル１１．１１１の部分１５，１１５内の開口部１９，１１９の好適な形状を示す。なるべくなら開口部１９．１１！３は、５〜３０°の角度２２をなし、下向きに外方へ傾斜することが望ましい。これは、粒子の逆流の機会を最小限としながらのノズル１１．１１１からのガスの最良の分配を考慮に入れている。

第４図に示す実施例においては、第１図のそれらと類似点のある構造体が、単に「２」を先行させた同じ参照数字で示されている。この実施例においては、スタンドパイプが全く利用されずに、１対の同心管２１５゜２１６が、開口部２１４を囲んで分配プレート２１２からノズル２１１の上方部分２１７まで延びている。

この場合、上方部分２１７は平たんなプレートである。

なるべくなら管状部分２１５．２１６は何れも多孔性のセラミック管を含み、外側管２１５がガスの噴射のための開口部を画定する装置を含むと共に内側管２１６がそれを通る粒子の流通を防止する固形装置を含むように、外側管２１５が比較的に大きい細孔をν帛え、内側管２１６が比較的に小さい細孔を備えていることが望ましい。管２１５，２１６の岡者は同じ材料で作ることができるが、外側管２１５を摩耗および熱に１叶える材料で作シ、または−双方の管を同じ材料で作ったとしても一外側管２１５の外側を処理して更に耐性のある′ｗｌ′ｅｉを生成することが望ましいであろう。

第５図の実施例においては、第１図のそれらと類似点のある構造体が、単に「３」を先行させ之同じ参照数字で示されている。この実施例においては、開口部３１９を画定する装置３１５が水平な固形金属リングを包含している。スタンドパイプ３１３がこのリングをウィンドボックス３１８の分配プレート３１２の上方に支え、固形装置３１６が上方部分３１７とリング３１５との闇に挾まれている。固形装置３１６はなるべくなら、それを通るガスの流通を許容しながら粒子の逆流を防止する多孔性セラミック材料を含み、上方部分３１７とリング３１５とにより反応器の腐食的な環境から防護されることが望ましい。

第６図の実施例においては、第１図のそれらと類似点のめる構造体が、単に「４」を先行させた同じ参照数字で示されている。この実施例においては、開口部４１９を画定する装置が、固形の水平に延びる金属リング４１５と、上方部分４１７の下向きに延びる部分２３とを包含している。スタンドパイプ４１３はりング４１５へ溶接され、且つ筐た上方部分４１７の底部に係合している。複数の比較的に大きい開口部２６がスタンドパイプ４１３内に設けらｎ１上方部分４１７の下向きに延びる部分２３とスタンドパイプ４１３との間には固形装置４１６（望ましくは多孔性セラミック材料）が備えられる。固形装置４１６はなるべくなら、管の形をなすことが望ましい。

第７図にはノズル５１１が示きれておシ、ここでは第１囚のそれらと機能的に類似する構成諸要素が、単に「５」を先行させた同じ参照数字で示されている。

この実施例は、２８に示す如くスタンドパイプ５１３に溶接できる（そしてまた上方部分５１７にも溶接できる）焼結金属管を含んでいるので、特に有利である。

焼結金属５１６はまた、通常の金属加工用工具で機械加工できるが、普通、セラミック・フィルタではなし得ないことである。この実施例においては、ガス流のための開口部を画定する装置がスタンドパイプ５１３の頂部と上方部分５１７の底部とにあシ、同形装置５１６が開口部（５１３と５１７との間の区域）を完全に充たしている。またこの実施例には部品が最も少ない。

焼結金属管５１６は、ボール（Ｐａｌｌ）多孔性金属フィルタのような、ポールＣＦａｌｌ）　ＰＳＳ　３１６Ｌステンレス鋼のような、適宜の在来の焼結金属であれば良い。

全ての固形装［１６，２１６，３１６，４１６゜５１６につき、細孔がガスの流れに備えられておシ、約５０〜ｉ、ｏｏｏμｍの細孔径が望ｌしい。内側および外側管を購えている第１図〜第６図の全ての実力例において、内側部分が外側部分と本質的に接層しているので外側および内側部分間には固形材料の粒子が蓄積する自由空間がほとんど、ないし全く形成されないことがわかるが、これは相当の有利な成果である。

従って、本発明によシ流動層反応器内のノズルが得られたが、それらは、流動層反応器内で一般的に遭遇し得る贋食的な状態や機械的な力に耐え、流動化ガスを均等に分配し、反応器からウィンドボックス内への粒子の逆流を防止することができ、はとんど保守無しで長期間にわたシこれらの望ましい諸成果を達成できることがわかる。本発明を、現在その最も実際的且つ好適な実施例と考えられるものについてここに図示し説明したが、それにつき本発明の範囲で数多くの修正をなし得ることは当業者には明らかとなるものであシ、この範囲は、全ての同等な構造体および装置を包含すべく、添付フレイムの最も広い解釈に適合されるべきである。

手続補正書平成３年１月１０日

Claims

【特許請求の範囲】

１．流動層反応器にして、多量の微粒子を包有し、その下方部分に分散プレートが設けられ、それに複数の噴射ノズルがあり、それを通って流動化ガスがウインドボックスから反応器内へ分配され、少なくとも若干の前記噴射ノズルが、多量の粒子と接触するようにされた、高熱および摩耗に耐える材料から成る上方部分と、各噴射ノズル内に少なくとも一つの開口部を画定し、それを通って流動化ガスが前記上方部分と前記ウインドボックスとの間を流過するようにした装置と、固形装置にて、それを通るガスの流過を可能にさせながらも、それを通る粒子の流過を妨げるように各前記開口部を画定する前記装置へ確実に当接する固形装置とを含むようにした流動層反応器。
２．請求項１に記載された反応器において、前記固形装置が焼結金属を含むようにした反応器。
３．請求項１に記載された反応器において、前記固形装置が金属線メッシュのフィルタを含むようにした反応器。
４．請求項１に記載された反応器において、前記固形装置が多孔性セラミック材料を含むようにした反応器。
５．請求項１に記載された反応器において、前記固形装置が高温セラミック・フィルタを含むようにした反応器。
６．請求項１に記載された反応器において、開口部を画定する前記装置が、前記上方部分の下向きに延びる部分へ開口部を画定する装置を含むようにした反応器。
７．請求項６に記載された反応器において、開口部を画定する前記装置が、下向きに外方へ傾斜する複数の開口部を画定する装置を含むようにした反応器。
８．請求項７に記載された反応器にして、前記ウインドボックスから上向きに延びる、固形壁を備えたスタンドパイプを含む反応器。
９．請求項８に記載された反応器において、前記スタンドパイプが前記上方部分の内部に配設され、且つ前記固形装置が前記スタンドパイプに支えられ前記上方部分へ当接するようにした反応器。
１０．請求項９に記載された反応器にかいて、前記上方部分が、概ね傾斜した屋根形の頂面部分を備えるようにした反応器。
１１．請求項１に記載された反応器において、前記固形装置が、異々る効果的な通気性を備えた１対の同心の隣接する多孔性セラミック管を含むようにした反応器。
１２．請求項１１に記載された反応器において、前記上方部分が、平たんな固形金属プレートであるようにした反応器。
１３．請求項１に記載された反応器において、前記開口部を画定する前記装置が、開口部を中に有する水平な固形金属リングと、ガスが前記開口部を流過てきるように前記リングを前記ウインドボックスの上方に支える装置とを含み、前記固形装置が前記上方部分と前記リングとの間に挟まれるようにした反応器。
１４．請求項１５に記載された反応器において、前記リンクを支える前記装置がスタンドパイプを含み、前記固形装置が前記のスタンドパイプ、リングおよび上方部分の間に挾まれるようにした反応器。
１５．請求項１４に記載された反応器において、前記固形装置が、概ね垂直な軸線を有する管状エレメントを含むようにした反応器。
１６．請求項１に記載された反応器において、前記開口部を画定する前記装置が、前記ウインドボックスから立ち上がるスタンドパイプを含み、前記固形装置が、前記スタンドパイプと前記上方部分とをの間に配設さコれ且つそれらに当接する焼結金属から成る管を含むようにした反応器。
１７．請求項１に記載された反応器において、前記固形装置が、約５０〜１．０００μｍの細孔径を有する細孔を備えるようにした反応器。
１８．流動層反応器にして、多量の微粒子を包有し、その下方部分に分散プレートが設けられ、それに複数の噴射ノズルがあり、それを通つて流動ガスがウィンドボックスから反応器内へ分配され、少なくとも若干の前記噴射ノズルが、反応器からの、それを通る粒子の流過を妨げながら、ウィンドボックスからの、それを通るガスの反応器への流過を可能にさせる焼結金属部分を含むようにした反応器。
１９．請求項１８に記載された反応器において、前記の少なくとも若干の前記噴射ノズルが、多量の粒子と接触するようにされた、高熱および摩耗に耐える材料から成る上方部分を有する、前記ウィンドボックスから立ち上がるスタンドパイプを含み、前記焼結金属が前記スタンドパイプと前記上方部分との間に配設され且つそれらに当接するようにした反応器。
２０．流動層反応器にして、多量の微粒子を包有し、その下方部分に分散プレートが読けられ、それに複数の噴射ノズルがあり、それを通つて流動ガスがウインドボックスから反応器内へ分配され、少なくとも若干の前記噴射ノズルが、多量の粒子と接触するようにされた、高熱および摩耗に耐える材料から成る上方部分と、流動化ガスのための開口部を画定する装置を中に有する外側部分と、流動化ガスのための内側開口部を画定する装置を中に有する内側部分とを含み、前記内側開口部が前記外側開口部よりも小さく、内側および外側部分間に固形粒子が蓄積する自由空間がほとんど、ないし全く形成でれないように前記内側部分と本質的に接触し、従つてガスの流動化が発生しても、ノズルを通る固形粒子のウインドボックス内への逆流が生じないようにした反応器。