JPH04260709A - 単一方向の流動化ノズルを利用する流動床装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流動化ノズル及びこれ
を利用する流動床装置、更に詳細には、包囲空間の粒状
材料の床がノズルを通して床へ導入されることによって
流動化されるかようなノズル及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】流動床反応器、例えば気化器、蒸気発生
器、燃焼器等は良く知られている。これらの装置におい
て、加圧空気、または他の流動化媒体は、例えば石炭な
どの化石燃料や石炭の燃焼の結果として発生されるイオ
ウの吸着剤を含む粒状材料の床を複数のノズルを経由し
て通過し、床を流動化し、比較的低い温度で燃料の燃焼
を促進する。随伴された粒状固形物は、床の外部にて分
離され、床へ戻るよう再循環される。流動床によって生
産される熱は、種々の適用、例えば蒸気発生に利用され
、結果として、高い熱放出、イオウの高吸収、低い窒素
酸化物類の放出及び燃料の融通性の魅力的な組み合せを
生ずる。

【０００３】もっとも典型的な流動床反応器は普通、「
バブリング」流動床として称され、この流動床では、粒
状材料の床は比較的高い密度と、十分明確な、または区
別された上面とを有する。

【０００４】他の型式の流動床反応器は「循環」流動床
を利用する。これらの工程によれば、流動床密度は、代
表的なバブリング流動床の密度より十分低く、空気速度
はバブリング床の空気速度よりも大きく、そして空気は
相当量の粒状固形物を随伴し、それと共に実質的に飽和
される。

【０００５】バブリング及び循環流動床装置の両方にお
いて、空気プレナムは空気分配板、またはグリット下方
に配設され、この板によって支持される複数のノズルへ
加圧空気を供給する。このノズルは、板の上方へ延び、
床内へ空気を排出する。

【０００６】しかしながら、ユニットが全負荷にて操作
される時に突然閉鎖された場合、床からの固形物は特に
循環流動床に関連して、ノズルを通して空気プレナム内
へ逆流する、またはこぼれ得る。結果として、固形物は
空気プレナム内にて蓄積され、かつノズルを通る空気流
を封鎖するであろう。逆流を最小限にするためには、ノ
ズルを直径、長さ、床材料特性等に連関した最良の排出
角度に到達するために大きな注意を払って設計されねば
ならない。このことは、多くの時間を要し、かつ費用が
かかり、装置の全費用を増加させる。

【０００７】この問題は、ノズルの排出角度及び方向が
特に臨界的である時、例えば１９８３年８月９日に特許
され本発明と同じ譲受人に譲渡される米国特許第４３７
１０２号に開示されるような方向及び／又は差動的な流
動化に利用する流動床において複雑になる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、プレナムから粒状材料の床を含む囲包体内へ空気ま
たは他の流動化媒体を導入する流動化ズルを提供するこ
とにある。

【０００９】また本発明の別の目的は、流動床から空気
プレナムへ床材料が逆流するのを軽減、または排除する
ように設計された上記型式のノズルを提供することにあ
る。

【００１０】さらに、本発明の別の目的は、流動床から
空気プレナムへ床材料が逆流するのを防止する一方向弁
組立体を含む上記型式のノズルを提供することにある。

【００１１】また、本発明の別の目的は、上記型式の複
数のノズルを利用する流動床装置を提供することにある
。

【００１２】

【課題を解決するための手段】これら、および他の目的
を達成するために本発明の流動化ノズルは、粒状材料の
床を支持する分配板に取付けられる。このノズルは分配
板の下方に配設されたプレナムから空気流を受け取り、
床へ空気を分配する。このノズルは、プレナムへ床材料
が逆流するのを防止するために接続された一方向弁を含
む。

【００１３】

【実施例】本発明の流動化ノズルはボイラー、燃焼器、
工程反応器、またはバブリング流動床を利用する任意の
類似型式の装置の形状で熱交換器に関連して記述される
。熱交換器は、前壁１２、後壁１４、および参照番号１
６によって２個の内１個が示される側壁から構成する囲
包体１０を含む。各壁は、平行に離隔した関係にて配設
された複数の垂直に延びる管１８によって形成すること
ができ、かつ管の全長にわたって延びる細長い複数のフ
ィン２０によって一緒に接続され、かつ慣用の態様にて
管の直径方向に対向する面に接続することができる。 囲包体１０の上方部分は、便宜上示していないが、上方
部分もまた慣用の態様にて対流区域と、屋根と、出口と
から構成し、燃焼ガスを排出できるようにしたことを理
解されたい。

【００１４】参照番号２２によって概略的に示した粒状
材料の床は、囲包体１０内に配設され、この囲包体の下
方部分において、水平に延びる穿孔板、すなわちグリッ
ド２４に置かれる。床２２は、燃料材料、例えばれきせ
い炭の区別された粒子と、燃料材料の燃焼によって放出
されるイオウを吸着するための吸着剤、例えば石灰石と
の混合物から構成することができる。

【００１５】空気プレナム２６は板２４のすぐ下方に設
けられ、入口ダクト２６ａは加圧気体、例えば空気を外
部源（図示せず）からプレナムへ１組のダンパー２８の
制御のもとで分配するためにプレナムを通して設けられ
る。

【００１６】床上の供給器２９は、前壁１２を通して延
び、入口ダクト等（図示せず）から粒状炭を受け取り、
この粒状炭を床２２の上面へ供給するようになされる。 供給器２９は、重力排出によって操作することができ、
または散布式供給器かまたは任意の他の類似装置の形態
でも可能である。供給器もまた床２２へ吸着剤を排出す
るために設けることができ、かつ供給器３２と類似の態
様にて構成され、かつ配備されることを理解されたい。

【００１７】排出管３０は後壁１４を通して延び、床２
２の下方部分に連通して、囲包体の内部に合致する入口
端部分３０ａを有する。従って、管３０は消費された床
材料を受け取るようになされ、重力によって、囲包体１
０からスクリュー冷却器、コンベアーベルト等（図示せ
ず）へ材料を排出するよう機能する。

【００１８】床の点火バーナー３２は、慣用の態様にて
始動の間、床を初期点火するために設けられており、追
加のバーナー（図示せず）をこの目的のためにダクト２
６ａ内に配置できることを理解されたい。

【００１９】一対の水平ヘッダー３４ａは前壁１２と後
壁１４とを別々に形成する管１８に流体連通するよう接
続され、別の水平ヘッダー３４ｂは側壁１６を形成する
管１８に流体連通するよう接続される。類似のヘッダー
が他の側壁の両端と、壁１２，１４の上端とに連通する
よう設けられることを理解されたい。結果として、加熱
されるべき流体は、壁１２，１４，１６を連続的、また
は同時に通過し、慣用の態様にて流動床から熱を得る。

【００２０】参照番号３６によって概略的に各々参照さ
れる複数の流動化ノズルは、板２４内に形成された開口
を通して延び、板によって支持される。従って、プレナ
ム２６からの空気は各ノズル３６へ入り、その水平排出
部分から床２２内へ排出される。ノズル３６からの空気
速度は、水平ノズル部分の上方に延びる床材料が流動化
され、空気は床を通過し、対流によって囲包体１０内を
上昇し、その後、囲包体の上方部分の出口（図示せず）
から燃焼でできたガス状生成物と共に排出するような速
度である。また、粒状材料の休止層は、ノズル３６の周
りに形成され、このノズルはノズル３６の上方へ延びる
熱交換器内にて発生する熱から板２４を絶縁するよう作
用する。

【００２１】ノズル３６の詳細は、図２，３に示される
。各ノズル３６は、板２４の対応する開口を通して延び
る垂直管状部分３８を含み、任意の慣用の態様にて例え
ば溶接によって板に固着される。管状部分３８は、プレ
ナム２６から空気を受け取るために板２４下方に突出す
る外部がねじ切られた下方部分３８ａと、板上方へ、か
つ流動床２２内へ延びる上方部分３８ｂとを含む。ノズ
ル３６もまた、上方ノズル部分３８ｂの上端部分を通し
て形成された開口に合致する排出部分３８ｃを含む。 この排出部分３８ｃは水平より少し下方に傾いて延びる
。従って、空気はノズル部分３８ａ，３８ｂを通して上
昇し、その後、排出部分３６ｃへ入り、流動床２２内へ
排出される。

【００２２】上方環状部材３９は、上方ノズル部分３８
ｂに固着され、示した位置にノズルを配置するために板
２４の上面に置かれる。内部がねじ切られたスリーブ４
０は板２４の少し下方に延び、ねじ切られた下方ノズル
部分３８ａにねじ係合する。ノズル３６を板２４の開口
を通して挿入した後、スリーブ４０が示した位置におい
てノズル３６を固着するために板２４の下面に係合する
まで下方ノズル部分３８ａ上を上方へ前進させることが
できる。

【００２３】弁組立体４２は、下方ノズル部分３８ａの
下端部分に接続される。この組立体４２は、上方円筒状
部分４４ａを有するハウジング４４と、円筒状部分から
延び、室４４ｃを規定する拡大中空部分４４ｂとを含む
。ボルト４５は、円筒状部分４４ａの開口を通して延び
、下方ノズル部分３８ａに係合し、ハウジング４４をノ
ズル３６ヘ固着する。

【００２４】円板弁４６は、室４４ｃ内に配設され、４
本のロッド４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄは、その下
面から延びる。ロッド４８ａ〜４８ｄはハウジング４４
の床に形成された開口４４ｄを通して延び、それらの各
自由端部分は略９０°に曲げられる。円板弁は室４４ｃ
内にて室への空気流を制御し、かつ後述のように開口４
４ｄを通してノズル３６からの粒状材料の逆流を防止す
るよう運動するので、ロッド４８ａ〜４８ｄは円板弁４
６へ案内支持を提供するよう機能を果たす。ロッド４８
ａ〜４８ｄもまた、弁４６の上方部分においてハウジン
グ４４の床の外面に係合する弁の曲った部分によって円
板弁４６の上部運動を制限するよう機能する。

【００２５】操作にあたり、プレナム２６に連関された
ダンパー２８は、開放され、加圧された気体、例えば空
気は、ダクト２６ａ、プレナムを通過し、ノズル３６の
各々の円板弁４６に対して上方に通過する。これによっ
て、円板弁４６は上方へ押され、空気は開口４４ｄを経
由して各ノズル３６の室４４ｃへ入り、かつ下方ノズル
部分３８ａの端部へ通過する。この空気は、ノズル部分
３８ａ，３８ｂ及び排出ノズル部分３８ｃを通して上方
へ流れ、その後、板２４の平面上方のわずかに下方への
排出路にて床２２へ排出する。

【００２６】空気は、床２２（図１）を通過し、床を流
動化し、その場合対流によってほぼ上方向に囲包体１０
を通過する。従って、ノズル部分３８ｃのすぐ上方に延
びる床２２の粒状材料のその部分は、流動化され、その
部分及び板２４の上面の間に延びる部分は休止、または
停滞のままである。

【００２７】図１に示すように、ノズル３６は方向付け
られ、その結果、それらの水平排出部分３８ｃは後壁１
４へ向けられる。図面からは明確ではないが、排出部分
３８ｃもまた排出管３４へ向けることができることを理
解されたい。この方向付けの結果として、勢いは、床材
料に与えられ、上述の米国特許に詳しく記述されるよう
に粒状材料を混合し、かつ排出する優れた分配を保証す
るよう材料の循環を誘起するる。

【００２８】点火バーナー３２と、ダクト２６ａのバー
ナーとは、その場合、材料温度が所定の水準に到達する
まで、床内の材料を加熱するために燃焼され、かつ追加
の粒状材料は供給器２９から排出され、一方吸着剤材料
が必要に応じて床２２の上面に排出される。

【００２９】床２２が流動化され、前述の内容に従って
所定の高温度に到達した後、点火バーナー３２と、ダク
ト２６ａのバーナーとは消され、一方、供給器２９は粒
状燃料を所定供給速度に従って床の上面へ分配し続ける
。

【００３０】加熱されるべき流体、例えば水は、ヘッダ
ー３４ａ，３４ｂへ通過させられ、そこで流体は流動床
からの熱を流体へ加えるために同時に、または連続して
壁１２，１４，１６を形成する管１８を通過し、その後
、流体は次工程の外部装置へ通される。

【００３１】前述の内容の結果として、ノズル３６を通
して逆流する傾向のある床２２からのいかなる床材料も
円板弁４６を下方の位置へ押し込み、そこで円板弁はそ
れらの各開口４４ｄを覆い、従って、さらにプレナム２
６への粒状材料の逆流を防止する。

【００３２】弁組立体４２は前述のノズルとは異なる形
態の流動化ノズルへ接続することができ、ノズルの個数
および位置と、それらの特有な方向付けとは上記目的と
結果とが達成される限り、変化させることができるとい
うことを理解されたい。例えば、ノズルは同時係属中の
特許出願に開示される型式の１つである。

【００３３】前述の基本的な発明的観念において、さら
に他の変形例は本発明の範囲から離れることなくなされ
得る。例えば熱交換器１０は、循環流動床と合体させる
ことができ、本発明のノズル３６及び弁組立体４２は他
の流動床装置、例えばストリッパー冷却器、Ｊバルブ、
シールポット等に使用することができる。また、本発明
の弁組立体４２はノズル３６の一体部分として製作でき
る。

【００３４】別の改変、変形及び代用は前記開示内容内
に意図され、いくつかの場合、本発明のいくつかの特徴
は、他の対応する使用なしで採用されるであろう。従っ
て、特許請求の範囲は広くかつ、本発明の範囲に一致す
る態様にて解釈されるのが適当である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の複数の流動化ノズルを描いた流動床熱
交換器の垂直断面図である。

【図２】明確にするために床材料を省略した、図１の流
動化ノズルの拡大垂直断面図である。

【図３】図２の線３−３に沿って取られた断面図である
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　囲包体と、該囲包体へ粒状材料を導入
   するための手段と、該囲包体に配設され、かつ前記粒状
   材料を支持するようなされた板と、気体を受け取るため
   に該板の下方に配置されるプレナムと、該プレナムから
   気体を受け取り、かつ前記板を通して前記粒状材料へ前
   記気体を向け、該粒状材料を流動化するために前記板に
   よって支持される複数のノズルと、該ノズルを通して前
   記気体を流すことができ、かつ前記ノズルから前記プレ
   ナムへの前記粒状材料の流れを防止するために前記ノズ
   ルの各々に連関された弁手段とを備えることを特徴とす
   る流動床装置。
2. 【請求項２】　　囲包体と、該囲包体へ粒状材料を導入
   するための手段と、該囲包体に配設され、かつ前記粒状
   材料を支持するようになされた板と、気体を受け取るた
   めに該板の下方に配置されるプレナムとを含む流動床装
   置に使用される流動化ノズルであって、該ノズルは、該
   プレナムから気体を受け取り、かつ前記板を通して前記
   粒状材料へ前記気体を向け、該粒状材料を流動化するた
   めに前記板によって支持される管状部分と、該管状部分
   を通して前記気体を流すことができ、かつ前記管状部分
   から前記プレナムへの前記粒状材料の流れを防止するた
   めに前記管状部分に連関された弁手段とを備えることを
   特徴とするノズル。