JPH04503243A - 流動床反応炉の水壁を有する反応室 - 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】 流動床反応炉の氷壁 本発明は垂直流動床反応炉に於ける周縁氷壁の新規な幾何学形状に係わり、更に 詳しくは、上部のカバーされていない氷壁領域と下部の耐火材による裏打ち、す なわちライニング、を施された水平領域との間の中間領域に於ける氷壁の幾何学 形状に関する。

流動床反応炉は燃焼、熱伝達、化学的或いは冶金学的なさまざまな異なる工程に 使用されている。それらの工程に応じて、装置系に於いて流動化され循環される 流動床の材料は異なる。燃焼工程に於いては、石炭、コークス、褐炭、材木、材 木層、石炭層、または泥炭のような燃料、並びにその他の例えば砂、灰、硫黄吸 収剤、触媒、または金属酸化物のような粒状物質、が流動床を構成することがで きる。

熱を発生する流動床反応炉は直立反応室を有しており、この反応室は実質的に垂 直な周壁を備えている。これらの壁は氷壁すなわちチューブ壁として作られてお り、垂直なチューブは平たいプレート材料すなわち、“フィン”によって組み付 けられている。反応炉の下部に於ける壁は通常は耐火材のライニングを施され、 熱および腐食に耐えるようになされる。摩耗粒状物質の激しい扇動や比較的高い 濃度の固体物質が反応炉の底部領域に甚だしい腐食状態を生じるのである。

反応炉の特定の場所には流動床材料の上方および下方の両方へ向かう流れが形成 される。下方へ向かう質量の流れは周壁の極めて近くを流れる。反応室内で下方 へ向かう粒状物質の密度が増大すると、周壁に沿って下方へ落下する粒状物質の フィルムが大きくなる。この下方へ落下するフィルムはｌＯ〜５０ｍｍ程度、も しくはそれ以上の厚さとされ得る。下方へ落下するフィルムの方向に何らかの変 化があると、腐食が発生することになる。

氷壁構造に於いて耐火材のライニングの上縁は反応室のショルダーを形成し、流 動床材料の下方へ落下するフィルムに渦流れを形成する。２つの隣接する筒を組 み付けている“フィン“に沿って垂直下方へ向けて落下するフィルムの方向は局 部的に変化を生じ、耐火材ライニングの境界線に沿って流れるように方向付けさ れる。この渦流および境界線に沿った水平方向の粒状物質の流れが特に耐火材ラ イニングに近い氷壁のチューブに激しい腐食を発生させるのである。このような 腐食は極度の腐食状態を生じる固体燃料燃焼ボイラーに於いて特に問題となる。

氷壁のチューブは定期的に検査され、且つまた最終的に犠牲材料で再被覆される か、或いは新しいチューブと交換されねばならない。劣化したチューブを切除し て、新しいチューブを取り付けるか或いは犠牲面を新たに補修するためには、長 い運転停止期間が必要とされる。何れの場合にも労力が必要で時間のかかる作業 である。

流動床反応炉に於けるチューブの腐食問題はよく知られており、さまざまな解決 策が腐食を最低限に抑えるために示唆されてきているが、これらの解決策は完全 に成功とはいえない。反応炉内で高い位置にまでチューブを遮断する耐火材ライ ニングによれば腐食は低減できても、チューブに対する熱伝達をも低減してしま う。

特に損傷を受け易い領域に於いてチューブに層すなわち犠牲表面を溶接すること も試みられてきた。しかしながら、このような溶接部は極度の腐食環境の下では 長期間もたないのである。また、耐摩耗材料、すなわち焼結金属やセラミック材 料でチューブをカバーすることも示唆されてきた。これは高価につ（解決策であ り、またチューブの熱伝達を低下させてしまう。

チューブ上の粒状物質の速度を遅くするようなスタッドやその他の障害物を溶接 することによってチューブ壁に沿う流れを減速させることも示唆されてきた。し かしながら反応炉内は高速度であることがチューブ壁に於ける熱伝達に有利であ り、減速されるべきではないのである。また、特に激しく摩耗してしまう箇所に 於いて、チューブに湾曲セグメントを溶接することがスウェーデン国特許５Ｅ４ ５４．７２５号にて示唆されている。

更にまた、スウェーデン国特許５Ｅ４５２，３６０号には反応炉の壁全体を上方 且つ内方へ傾斜させて壁に沿う腐食を減少させることが示唆されている。これは 非常に独特な構造であって、極めて簡単に達成することができない。

かくて、本発明の目的は、流動床反応炉に於いて壁部の耐火材ライニングを施し た部分に近い部分の腐食を最小限に抑えるチューブ壁構造を提供することである 。

本発明の他の目的は、チューブの交換に際して必要となる流動床ボイラーの運転 停止期間を短樒することである。

上述した目的を達成するために、耐火材ライニングの施されていないチューブ壁 と耐火材ライニングの施されたチューブ壁との間の中間領域に於けるチューブ壁 が下方且つ外方へ向けて垂直面に対して斜めに曲げられるのである。

チューブ壁は更に最初の曲がり部分から下方へ成る距離隔てた位置で垂直方向に 曲げられるか、またはチューブ壁は内方へ向けて斜めに曲げられて、燃焼室の内 側傾斜壁を形成するようになされる。特に前部壁および後部壁は傾斜壁として形 成され、側壁は垂直に形成されるのである。

上述した簡単な説明、そして本発明の更に他の目的、特徴および利点は、現在の ところ好ましいとされている実施例の添付図面に関連した以下の詳細な説明を参 照することによって更に完全に認識されるだろう。図面に於いて、 第１図は、流動床反応炉の下部の横断面図である。

第２図は、上部のカバーされていないチューブ壁と下部の耐火材ライニングを施 されたチューブ壁との中間領域の一部の拡大概略図である。

第３図は、第２図の横断面図である。

好ましい実施例の詳細な説明 第１図は流動床反応炉の下部を示しており、この反応炉は燃焼室１と薄肉壁のよ うな周辺チューブ壁２とを有している。燃焼室に於ける特定の材料が燃焼室の下 側の空気室３から導入される空気によって流動されるのである。空気は、空気室 からグリッドプレート５に備えられているノズル４を通して燃焼室内に分配され る。空気以外のガスが燃焼室の特定材料を流動化させるのに使用されることを望 まれるならば、空気や酸化ガスは図示していないが他の入口を通して導入されね ばならない。燃料、添加剤そして必要ならばその他の粒状材料や二次ガスは、い 。燃焼室の下部領域７で氷壁は耐火材ライニング８を施されている。カバーされ ていない氷壁上部１０と耐火材ライニングを施された氷壁下部１１との間の中間 領域９では、氷壁は外方へ向けて曲げられている。燃焼室に於ける垂直壁の全体 の高さに対する耐火材ライニングを施された部分の高さの比率は、普通は、１： ３から１：１０とされる。

この中間領域は、第２図および第３図に更に詳細に、これを見ることかできる。

水壁１０はカバーされていない氷壁と耐火材ライニングを施された氷壁との間の 中間領域へ至る際に部分１２の箇所で下方かつ外方へ向けて角度αて曲げられて いる。曲げられた氷壁と垂直面との間のこの角度αは５°〜３０°とされ得る。

多くの場合、約ｌＯ°〜２０°の角度で十分とされる。

氷壁の耐火材ライニング８は、この曲がり始めの位置から始める。このライニン グの内面１３は、２つの隣接するチューブ１０を結合している平坦プレートすな わちフィン１５の内面１４からまっすぐ下方へ延ばした面を形成している。耐火 材の内面は、この平坦プレートすなわちフィンの垂直面と同じ垂直面内に位置さ れる。この構造は、まっすぐな垂直氷壁に耐火材ライニングによってショルダー が形成されてしまうことを回避している。

そして、チューブに沿って落下するフィルムか粒状物質の渦流を生じないように する。フィンＩ５に沿う下方へ向かう粒状物質の流れは、耐火材ライニングにそ って引き続き下方へ向けて流れることができ、その方向に変化を生じない。また 、チューブＩＯに沿う下方へ向かう粒状物質の流れは、乱されることなく流れる ことができる。

氷壁の曲がりはその壁のチューブを極めて効果的に保護するのである。

耐火材のライニングをその最上部にて保護するために、第４図に示すようにプレ ー）−１５の垂直方向の延長面となるように溶接されたカバーすなわち遮蔽プレ ート１７によって耐火材ライニングの最上部の比較的薄い層は保護されることか できる。

必要ならば、氷壁の外面にステーを溶接して氷壁を曲がり部分にて支えるように することができる。

中ｒＷＩ領域９に於ける氷壁は下側の部分１６にて垂直状態となるように曲げ戻 されている。氷壁は、燃焼室の下部の横断面積が第１図および第５図に見られる ように下方へ向けて縮小されねばならない場合には、更に内方へ向けて曲げられ るようになされることができる。氷壁が更に内方へ向けて曲げられる場合には、 耐火材ライニングの内面はその耐火材に於ける下方且つ内方へ向かう傾斜面を形 成し、この面はフィンの垂直面から外側の垂直面で始まる。

氷壁は、次に垂直状態から約５°〜３０°の角度で内方へ曲げられる。第１およ び第２の曲げ部の間の距離は約２００〜４００ｍｍである。

氷壁の中間領域９は、さまざまな曲げを育するモジュール装置として容易にこれ を作ることかできる。また、容易にまっすぐな壁部に連結することができる。

耐火材ライニングは、本発明の他の実施例によれば、第５図に示すように縁すな わちショルダ一部を有して作られることができる。ここでは、ライニングは氷壁 の第１の曲がり部よりも下方で始まっている。角度βは粒状物質がショルダ一部 に堆積しないように選ばれるのが好ましい。例えば４５°の角度が使用される。

この実施例では、耐火材ライニングの上面は鋼板等によって遮蔽されて、その耐 火材ライニングを劣化が保護することができる。

本発明の更に他の実施例による耐火材ライニングは、第１６図に見られるように 傾斜ショルダ一部を育して作られることかできる。これに於いては、ライニング はまた第１の曲がり部よりも下方で始まっている。氷壁に沿って下方へ落下する 粒状物質のフィルムは耐火材ライニングに突き当たった後に下方へ滑り落ちるの である。

第５図および第６図に示した実施例に於いて、下方へ流動する粒状物質は、耐火 材の境界線に腐食を生じるような甚だしい乱れを生じることなく、その流れが継 続する。耐火材の厚さは、これらの実施例では壁の湾曲とは関係なく選択できる 。耐火材の層は、チューブの内面が曲がり、の後にプレート１５の垂直面位置に 達する高さレベルよりも下方で始まるのが好ましい。このレベル位置では、プレ ート１５から下方へ流動する粒状物質がチューブと耐火材ライニングとの間の境 界線にて腐食性の乱れを発生することはない。

曲がり部に於けるチューブ面は、犠牲材料によって付加的に保護される。この犠 牲材料は、この実施例ではチューブ面近くの乱れた粒状物質の流れが低減される のでそれほど容易には摩滅してしまうことがない。

第６図に示すように分岐チューブ１８が反応室のコーナーにて中間領域に取付ら れて、そのコーナーの曲がり部にて氷壁をシールするようになすことができる。

コーナーでは、チューブ間の距離はチューブが曲がると増大する。追加のチュー ブ、例えば分岐チューブ、がそれらのチューブ間の空間をシールするのに使用で きるのである。

本発明は、好ましい実施例に関して説明してきたが、請求の範囲の欄に記載した 範囲および精神から逸脱しない本発明のその他の実施例、形態および変形例が、 勿論のことながら当業者に対して容易に示唆されるであろうことは理解されると ころである。ここに説明し且つ添付図面に示したすべての内容は、図解説明のた めのもので、限定する意図はないことが理解されねばならない。

ＦＩＧ、　１ ＦＩＧ、　２ 補正書の翻訳文提小書（特許法１８４条の８）平成　３年　８月　１２８１

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．反応室の底部のグリッドと、反応室の水平方向を規制する壁とを有し、前記 壁が、 上部領域に於ける実質的に垂直な上部水壁部分であって、水壁チューブがフィン すなわち平坦プレートによって結合されて水壁を形成するようになされている上 部水壁部分と、 下部領域に於ける耐火材ライニングを施された下部壁部分と、 上部水壁部分と耐火材ライニングを施された下部壁部分との間の中間水壁部分と を有する反応室であって、中間水壁部分の水壁が、垂直面に対して斜めに外方へ 向けて曲げられていることを特徴とする反応室。
2. ２．請求項１に記載された反応室であって、中間水壁部分の水壁が、外方へ曲が る第１の曲がり部と、垂直状態に戻る第２の曲がり部とを有していることを特徴 とする反応室。
3. ３．請求項１に記載された反応室であって、中間水壁部分の水壁が、外方へ向か う第１の曲がり部と、内方へ向かう第２の曲がり部とを有して垂直面に対して角 度をなしていることを特徴とする反応室。
4. ４．請求項３に記載された反応室であって、反応室の前部壁および（または）後 部壁にて中間水壁部分の水壁が、外方へ向かう第１の曲がり部と、内方へ向かう 第２の曲がり部とを有して垂直面に対して角度をなしていることを特徴とする反 応室。
5. ５．請求項１に記載された反応室であって、中間水壁部分に於ける耐火材ライニ ングの内面が、その耐火材ライニングよりも上方の上部水壁部分に於けるフィン すなわち平坦プレートの垂直面と同じ平面に位置していることを特徴とする反応 室。
6. ６．請求項５に記載された反応室であって、耐火材ライニングの最上部分を保護 するために垂直フィンすなわち平坦プレートの垂直方向の延長面を形成するよう に遮蔽プレートが配置されていることを特徴とする反応室。
7. ７．請求項１に記載された反応室であって、中間水壁部分にて耐火材ライニング の内面が、下方且つ内方へ向かう傾斜面を形成しており、この傾斜面がフィンす なわち平坦プレートの垂直面よりも外側の垂直面位置にて始まっていることを特 徴とする反応室。
8. ８．請求項１に記載された反応室であって、中間水壁部分にて耐火材ライニング が、水壁の第１の曲がり部から下方へ或る距離を隔てて始まり、水壁と縁部を形 成していることを特徴とする反応室。
9. ９．請求項１に記載された反応室であって、耐火材ライニングの部分の高さが、 水壁全体の高さの１：３〜１：１０であることを特徴とする反応室。
10. １０．請求項２、請求項３および請求項４の何れか１項に記載された反応室であ って、第１の曲がり部と第２の曲がり部との間隔距離が２００〜４００ｍｍであ る、ことを特徴とする反応室。
11. １１．請求項１に記載された反応室であって、水壁が第１の曲がり部で垂直面か ら５°〜３０°の角度で外方へ曲がっていることを特徴とする反応室。
12. １２．請求項３または請求項４に記載された反応室であって、水壁が第２の曲が り部で垂直面から５°〜３０°の角度で内方へ曲がっていることを特徴とする反 応室。
13. １３．請求項１に記載された反応室であって、中間水壁部分に於いて、反応量の コーナーに分岐チューブが取付られて、水壁の曲がり部での水壁のシールを行う ようになされていることを特徴とする反応室。
14. １４．流動床反応の反応室の壁部であって、該壁部は水壁を含み、この水壁は下 部に耐火材ライニングを施されており、水壁が耐火材ライニングの施された水壁 部分の直上位置で外方へ曲げられていることを特徴とする壁部。