JPH05223210A - 二個の水平サイクロン分離器および内部再循環熱交換器を含む流動床蒸気反応器 - Google Patents

二個の水平サイクロン分離器および内部再循環熱交換器を含む流動床蒸気反応器

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JPH05223210A
JPH05223210A JP4303996A JP30399692A JPH05223210A JP H05223210 A JPH05223210 A JP H05223210A JP 4303996 A JP4303996 A JP 4303996A JP 30399692 A JP30399692 A JP 30399692A JP H05223210 A JPH05223210 A JP H05223210A
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JP
Japan
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compartment
solids
furnace
heat
passing
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JP4303996A
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English (en)
Inventor
Walter P Gorzegno
ウォルター・ピー・ゴージーノ
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Foster Wheeler Energy Corp
Original Assignee
Foster Wheeler Energy Corp
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Publication date
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    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C10/00—Fluidised bed combustion apparatus
    • F23C10/02—Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed
    • F23C10/04—Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed the particles being circulated to a section, e.g. a heat-exchange section or a return duct, at least partially shielded from the combustion zone, before being reintroduced into the combustion zone
    • F23C10/08—Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed the particles being circulated to a section, e.g. a heat-exchange section or a return duct, at least partially shielded from the combustion zone, before being reintroduced into the combustion zone characterised by the arrangement of separation apparatus, e.g. cyclones, for separating particles from the flue gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F22B31/0007—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements of dispositions of combustion apparatus with combustion in a fluidized bed
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23C2206/103—Cooling recirculating particles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23J2900/00—Special arrangements for conducting or purifying combustion fumes; Treatment of fumes or ashes
    • F23J2900/15026—Cyclone separators with horizontal axis

Abstract

(57)【要約】 【目的】 非常に大型の水蒸気発生装置として特に好適
な流動床反応器であって熱損失が極めて少ない炉区域と
熱交換区域とが単一の容器に収納され、輸送、組立ての
面でも有利なコンパクトな再循環熱交換器を包含する流
動床反応器。 【構成】 単一の容器で構成され、２個の炉区域を包含
し、この炉区域の上部にそれぞれ水平サイクロン分離器
が設置され、２個の炉区域の間に再循環熱交換器が設置
された構造を有する流動床反応器である。前記の水平サ
イクロン分離器は燃焼ガス混合物から微細粒子を遠心作
用により分離するダクト部分および渦流室を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に流動床水蒸気発
生装置に関し、さらに詳しく云えば燃料の燃焼により発
生するガスから固体粒子を分離するための２個の水平サ
イクロン分離器と分離された固体から熱を除去するため
の内部再循環熱交換器とを包含する流動床水蒸気反応器
に関する。
【０００２】
【従来の技術】流動床燃焼反応器は周知である。この装
置は炉区域を包含し、この炉区域では例えば石炭のよう
な化石燃料およびこの石炭の燃焼の結果として放出され
るいおうのための収着剤を包含する微細材料の床に空気
を通して床を流動させそして比較的低い温度で燃料の燃
焼を促進させる。この流動床により生産された熱を例え
ば水蒸気発生器中で水を水蒸気に変えるために利用する
場合には、高度の熱発生、高度のいおう収着、低度の窒
素酸化物の発生および燃料融通性などの魅力的な組合わ
せをもたらす。
【０００３】ほとんどの典型的な流動床反応器は一般に
バブリング流動床と云われているものを包含し、この流
動床では微細材料の床は空気分配板により支持され、こ
れに燃焼を支持する空気が前記分配板中の複数の穿孔を
通して導入され、材料を膨張させそして懸濁流動化状態
にさせる。燃料の燃焼によって生成した加熱状態の煙道
ガスは熱回収領域に通してそのエネルギーを利用する。
【０００４】反応器が水蒸気発生器の形態である場合に
は、この反応器の壁は複数個の熱伝達管により構成され
る。流動床内の燃焼により生成された熱はこの管を通し
て循環される水のような熱交換媒体に伝達される。通常
この熱伝導管は水蒸気ドラムを包含する自然水循環回路
に接続させ、このようにして生成した水蒸気を分離し、
この水蒸気は次に水蒸気使用者または発電タービンに送
られる。
【０００５】燃料効率、汚染物発生の抑制およびバブリ
ング床による操作のターンダウンなどの改善を拡大する
努力において、膨張洗浄流動床を利用する循環流動床反
応器が開発された。この技法によれば、流動床密度は典
型的なバブリング流動床の流動床密度よりも低くてもよ
いが空気速度はバブリング床の場合と同等または大き
い。低密度洗浄流動床の生成はその小さな粒子寸法およ
び高い粒子スループットに起因するがその結果煙道ガス
は微細粒子固体の実質的な量を随伴する。この高粒子ス
ループットは大きな固体再循環流を必要とし、この再循
環は炉区域出口に分離器を配設して煙道ガスおよび流動
床からこの煙道ガスに随伴された固体を受取することに
より得られる。この分離器中で煙道ガスから固体が分離
され、煙道ガスは熱回収領域に送られるが固体は炉中に
再循環により戻される。
【０００６】循環流動床により必要とされる高固体循環
は燃料熱放出パターンを強化させ、反応器内の温度変化
を少なくし、窒素酸化物生成を減少させる。またこの高
固体再循環は分離器の効率を改善する。この結果いおう
収着剤の増加および燃料滞留時間の増加は収着剤および
燃料消費を減少させる。さらに循環流動床は本質的にバ
ブリング流動床よりも大きなターンダウン能力を持つ。
【０００７】特許出願として同一譲渡人に譲渡された米
国特許第４，８０９，６２３号および第４，８０９，６
２５号明細書には流動床反応器が例示され、この反応器
中では、ち密すなわちバブリング式の流動床が炉区域の
下部に保持されるが、この床はさもなければ循環流動床
として操作される。この「ハイブリッド」形式として
は、バブリング床および循環床の双方の利点が得られる
が、少なくとも非常に多岐に亘る粒子寸法の微細な燃料
材料を利用する著しい利点はない。
【０００８】これらの型の流動床、特に循環式およびハ
イブリッド式の流動床を操作するに当り若干の重要な考
慮が必要とされる。例えば煙道ガスおよび随伴される固
体は収着剤による適当ないおう捕集と共に特定の温度
〔通常約８７１．１℃（１６００°Ｆ）〕で炉区域に保
持しなければならない。その結果、熱回収領域に導かれ
る煙道ガスの最大熱容量（ヘッド）と分離器を通って炉
区域に再循環される分離された固体の最大熱容量とはこ
の温度により制限を受ける。過熱能力だけを必要とし、
再熱能力を必要としないサイクルにおいて炉区域出口に
おける煙道ガスの熱含量は通常分離器の下流に当る水蒸
気発生器の熱回収領域に用いるのに必要な熱を提供する
のに充分である。したがって再循環される固体の熱含量
は必要とされない。
【０００９】しかしながら循環またはハイブリッド流動
床をいおう捕捉と共に用いる水蒸気発生器および再熱能
力ならびに過熱能力を必要とするサイクルにおいて炉区
域出口における煙道ガス中で得られる実際の熱は充分で
はない。同時に反応器分離器再循環ループ中の熱は水蒸
気発生器能力要求よりも過剰である。このようなサイク
ルに対して設計型式としては再循環される固体中の熱が
炉区域中に固体が再導入される前に利用できるようなも
のでなくてはならない。
【００１０】この特別な熱容量を提供するために再循環
熱交換器は場合により分離器固体出口と炉区域の流動床
との間に位置させる。循環熱交換器は熱交換表面を包含
し、分離器からの分離された固体を受けて固体が炉区域
に再導入される前に比較的高い熱伝導比で固体からの熱
を熱交換器表面に伝える作用がある。この熱交換器表面
で得られる熱は次いで冷却回路に伝えられ再熱および
（または）過熱能力を供給する。
【００１１】しかしながらこの種の操作に関連して若干
の不利益が存在する。例えば完全に絶縁されて流動化装
置を包含しなければならない再循環熱交換器を収納する
ために専門の構造物を使用しなければならない。さらに
固体は再循環熱交換器から１個の排出管を経て均一な混
合および最適効率に必要な固体分布とは一致しない炉の
一つの比較的小さな領域に通常導かれる。
【００１２】ある場合には再循環熱交換器を必要とする
のに加えて循環またはハイブリッド流動床燃焼反応器も
随伴する固体粒子を煙道ガスから分離し固体再循環をす
るために比較的大きな分離器を必要とする。サイクロン
分離器も普通に使用されるが、これは垂直に配向した渦
流室を包含し、この室内には分離されたガスを上方に運
ぶため中央部ガス出口管が設置され、一方分離された粒
子はその基部を通って分離器から排出される。これらの
いわゆる垂直サイクロン分離器は可成の寸法があり、そ
れでモジュール化したり、容易に運搬し、組立てること
ができるコンパクトな装置設計の可能性を抹殺してい
る。もっと大きな燃焼装置のためには適切な粒子分離を
獲得するために数個の垂直サイクロン分離器がしばしば
必要とされ、このものは寸法の問題、それに通常操作効
率の減少した複雑なガスダクト装置を含んでいる。これ
らのダクトはまた熱損失を最小限にするため可成の経費
を必要とする耐火性絶縁が必要とされる。
【００１３】垂直サイクロン分離器は分離した粒子を反
応器の流動床または循環熱交換器に戻すために経費が掛
り複雑な部品を必要とするために垂直サイクロン分離器
の使用には他の問題も存在する。例えば重力シュートま
たは空気輸送装置が必要とされ、これは低圧サイクロン
排出部と高圧炉区域との間の圧力差に起因してシールポ
ット、サイフォンシールあるいは「Ｊ」または「Ｌ」バ
ブルのようなシール部材を包含しなければならない。分
離器を前記シュートまたは輸送装置に接続して経験され
る高い温度示差により生じるストレスを軽減するために
膨張ジョイントも必要となる。前記した多くの問題を除
去するためには水平な配向された渦流室を特徴とする水
平サイクロン分離器が構成された。水平サイクロン分離
器は炉区域の上方部分に簡単に形成させ炉壁と一体化す
ることができる。しかしながら公知の水平サイクロン分
離器は特に固体が炉区域に再導入される前に分離された
固体と循環熱交換する際に種々の欠点を有する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は反応器の炉区域と一体に設置された再循環熱交換器
を利用する流動床反応器を提供することにある。
【００１５】本発明の別の目的は、熱交換表面が再循環
熱交換器に設けられ、分離された固体から熱を除去して
反応器と関連する流体回路に付加的な熱を供給する前記
の型の流動床反応器を提供することにある。
【００１６】本発明の他の目的は、再循環熱交換器が分
離された固体を熱交換器表面を通さずに直接炉区域に通
す直接バイパス開口を包含する前記の型の流動床反応器
を提供することにある。
【００１７】本発明の他の目的は、再循環熱交換器が分
離された固体を均一に炉区域に分配させることを確実に
する多数の出口を包含する前記の型の流動床反応器を提
供することにある。
【００１８】本発明の他の目的は、慣用のサイクロン分
離器を水平サイクロン分離器に置き換えた前記の型の流
動床反応器を提供することにある。
【００１９】本発明の他の目的は、再熱器および過熱器
をそれぞれ通過する煙道ガスの量と温度準位とを独立し
て負荷範囲に制御できる前記の型の流動床反応器を提供
することにある。
【００２０】本発明の他の目的は、反応器の分離器と炉
区域との間に空気輸送装置に対する必要性を除外した前
記の型の流動床反応器を提供することにある。
【００２１】本発明の他の目的は、寸法において比較的
コンパクトであり、モジュール化することができ、また
比較的容易に組立てることのできる流動床反応器を提供
することにある。
【００２２】本発明の他の目的は、サイクロン分離器の
かさ、重量および経費が従来慣用の分離器の場合と比べ
て非常に小さい前記の型の流動床反応器を提供すること
にある。
【００２３】本発明の他の目的は、熱損失が最小限にさ
れた前記の型の流動床反応器を提供することにある。
【００２４】本発明のさらにまた他の目的は、水蒸気を
発生させるのに利用できる前記の型の流動床反応器を提
供することにあり、特に５００ＭＷ以上の範囲の非常に
大型の流動床水蒸気発生装置を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】これらの目的およびさら
に別の目的を達成するために、本発明の流動床反応器は
２個の炉区域、２個の水平サイクロン分離器およびこの
２個の炉区域間に設置された熱交換区域を包含し、これ
らがすべて１個の容器で構成されている。燃料を含む固
体微細材料の床は各炉区域により支持され、空気がこの
材料を流動化させるに充分で燃料の燃焼すなわちガス化
を支持するのに充分な速度で各床に導入される。空気、
燃焼のガス生成物および空気とガス生成物とに随伴する
固体粒子の混合物は各床から容器の上部の各床の上に位
置する水平サイクロンの一つに導かれる。
【００２６】水平サイクロン分離器は、各炉区域の全巾
を伸ばして前記混合物を受け、この混合物から粒子を遠
心作用により分離する入口ダクトを持つ渦流室を包含す
る。前記の室からおよび容器からの清浄な気体を導くた
めに中央出口シリンダーが設けられているのでそれらの
気体の熱を水蒸気発生器の熱回収領域中で豊富に利用す
ることができる。混合物から分離された粒子は出口ダク
トを通じて分離器から落下し、熱交換領域と各炉区域と
の間に延びているトラフ中に沈積する。このトラフは分
離された粒子を最初熱交換領域に導き次に炉区域に導く
ように分別される。さらにバイパス開口がトラフ中に設
けられ、分離された粒子を熱交換領域をバイパスして直
接炉区域に導く。このトラフおよび熱交換領域は充分な
空気速度で流動化され、分離された粒子の必要な流れを
可能にする。
【００２７】前記の簡単な記載ならびに本発明のさらに
別な目的、特徴および利点は以下の本発明の詳細な説明
ならびに好適な例示的態様を添付の図面を参照して詳細
に理解することができよう。
【００２８】
【実施例】図面の図１に関して参照番号１０は本発明の
流動床反応器を表わし、この反応器は後述するように流
体流回路により反応器に接続した水蒸気発生装置の一部
を形成する。
【００２９】前記反応器１０は前壁１２、間隔をおいて
平行な後壁１４ならびに壁１２および１４に対して垂直
に延びる第一および第二の側壁１６および１８（図２）
により規定される概ね矩形の容器を包含する。第一、第
二、第三および第四の中間隔壁２０，２２，２４および
２６が壁１２および１４の間をこれらの壁に対してそれ
ぞれ間隔をおいて平行な関係に伸び、それぞれ弯曲した
上方部分２０ａ，２２ａ，２４ａおよび２６ａを含む側
壁１６および１８の相当する部分に沿って壁１２および
隔壁２０は概ね矩形の第一炉区域２８を形成する。側壁
１６および１８の相当する部分に沿って第二の概ね矩形
の炉区域３０が壁１４および隔壁２６によって形成され
る。壁１２，１４，２２および２４ならびに側壁１６お
よび１８はバックスティ３１により構造的に支持され
る。
【００３０】穿孔空気分配板３２および３４はそれぞれ
炉区域２８および３０の下部に適当に支持され、プレナ
ム室３６および３８を規定する。適当な供給源（図示し
ない）からの一次空気がパイプ４０および４２を経て慣
用の手段でプレナム室３６および３８に導入される。プ
レナム室３６および３８に導入された空気は空気分配板
３２および３４に向って上方に流れそして空気予熱器
（図示しない）により予熱してもよくそして必要に応じ
て空気制御ダンパー（同様に図示しない）により適当に
調節してもよい。
【００３１】空気分配板３２および３４は一般に燃焼用
の砕いた石炭および石炭が燃焼中に生成するいおうを吸
着する石灰岩またはドロマイトからなる微細燃料の床を
支持するように適合される。前壁１２および後壁１４を
それぞれ貫いて微細燃料を炉区域２８および３０に導入
する複数個の燃料分配パイプ４４および４６が伸びてい
る。なお必要に応じて微細な収着材料および（または）
付加的な微細燃料材料を炉区域に分配させるために他の
パイプを炉区域を限定する壁と組合わせることができる
ことは理解されよう。炉区域２８および３０から外部の
装置に消費した燃料および収着材料を排出するためにド
レインパイプ（図示しない）を空気分配板３２および３
４の真上側壁１６および１８中の開口部を整合させるこ
とは理解できよう。後述するように、板３２および３４
の上方に予め定められた高さで壁１２および１４を通し
て伸びている開口４８および５０は二次空気を炉区域２
８および３０に導入する。空気を炉区域に排出するため
参照番号５２および５４により示されるような複数個の
空気孔が一つまたはそれ以上の高さにおいて任意の炉区
域壁を通して設けることができるのは理解できよう。
【００３２】第一および第二の水平サイクロン分離器５
６および５８が反応器１０によって形成された容器の上
部に設けられる。サイクロン分離器入口ダクト６０およ
び６２が設けられて燃焼ガスおよび炉区域２８および３
０からの生成物の混合物をそれぞれ分離器５６および５
８に送り、特に混合物からの固体粒子を後述する方法で
分離するための渦流室６４および６６に送る。この入口
ダクト６０は前壁１２から伸びて隔壁２０の横方向に間
隔をおいて弯曲する部分２０ａの上部にある弯曲壁１２
ａによって限定される。同様に入口ダクト６２は後壁１
４から伸びて隔壁２６の横方向に間隔をおいて弯曲した
部分２６ａの上部にある弯曲壁１４ａによって限定され
る。入口ダクト６０および６２の双方は炉区域２８およ
び３０の全巾に伸びている。
【００３３】渦流室６４および６６は概ね円筒状であ
り、それぞれ隔壁２０および２２の弯曲部分２０ａおよ
び２２ａならびに隔壁２４および２６の弯曲部分２４ａ
及び２６ａによって限定される。渦流室からの清浄気体
を受けこれを図６に示すように熱回収領域７１に送る中
央出口シリンダー６８および７０がそれぞれ渦流室６４
および６６の部分内を同軸的に伸びている。熱回収領域
７１はシリンダー６８により供給され再熱器（図示しな
い）を収納する第１区域７１ａおよびシリンダー７０に
より供給され過熱器および節炭器（図示しない）を収納
する第２区域７１ｂを包含する。シリンダー６８および
７０は側壁１８から伸びていて清浄気体の再入流を進め
て分離器５６および５８からそれぞれ熱回収領域７１ａ
および７１ｂに排出するのに長さが充分である。
【００３４】同様に全巾で炉区域２８および３０から伸
びている出口７２および７４は渦流室６４および６６の
下部においてそれぞれ隔壁２０および２２ならびに２４
および２６の平行な部分の間で限定される。また出口７
２および７４はそれぞれ隔壁２０および２２ならびに２
４および２６の下方部分の間で限定されるトラフ７６お
よび７８に供給するようになっている。後述する目的に
より熱交換区域８０がトラフ７６および７８の間に設置
され、側壁１６および１８の部分に結合されている。図
１に示すように熱交換区域８０の上部に加圧部分シール
８２が位置していて熱交換区域を絶縁している。
【００３５】図２〜図５に示すように、複数個の隔壁８
４がトラフ７６の下部を分割し、また複数個の隔壁８６
がトラフ７８の下部を分割して多数の交互に配置された
区画室８８および９０と同一参照番号が与えられた同様
な区画室とにする。この区画室８８は分離された微細な
材料または固体トラフ７６および７８を経由して分離器
５６および５８から受け、次いで固体を熱交換区域８０
に排出するように設計される。また区画室９０は熱交換
区域８０が冷却してしまった後でこれから固体を受け、
次いでこれを炉区域２８および３０のそれぞれの床に排
出するよう設計される。
【００３６】この目的に対して図４および図５に示すよ
うに傾斜した屋根９２が区画室９０のそれぞれの頂部入
口を閉塞するので固体はすべてトラフ７６および７８を
経て落下するので最初から区画室８８の方へ導かれる。
【００３７】区画室８８のそれぞれの隔壁２２および２
４の下方端部を通って開口２２ｂ及び２４ｂが設けられ
固体を熱交換区域８０に通す。開口２２ｂおよび２４ｂ
よりも高い位置で区画室９０のそれぞれの隔壁２２およ
び２４を通って開口２２ｃおよび２４ｃが設けられ熱交
換区域８０からの固体をトラフ７６および７８の区画室
９０に通す。隔壁２０および２６の下端を通って固体を
区画室９０から炉区域２８および３０のそれぞれの床中
に通すよう開口２０ｂおよび２６ｂが設けられる。さら
に隔壁８４および８６を通り開口２０ｂ，２２ｂおよび
２６ｂ上部の高い個所にバイパス開口８４ａおよび８６
ａが設けられ、区域８０を通過することなく固体を区画
室８８から直接に区画室９０に通す。これらの開口は表
示のために図中に概略的に示すが、開口は後述するよう
に慣用の方法でフィンを切除するか隔壁２０，２２，２
４および２６を形成する垂直に設置されたチューブを曲
げるかして実際に形成させることが理解されよう。
【００３８】図１および図３に示すように、熱交換区域
８０中に熱交換チューブ９４のバンクが配置される。チ
ューブ９４は水、水蒸気および（または）水−水蒸気混
合物（以下「流体」と云う）をチューブを通して循環さ
せるためにヘッダー９６ａおよび９６ｂ（図１）の間に
伸びている。
【００３９】図面には示していないが、穿孔空気分配板
がダクト７６および７８ならびに熱交換区域８０の基部
において好適に支持され、適当な供給源からの空気をダ
クト中および熱交換区域に導入し、その内部の固体を流
動させて必要とする流れを促進するプレナム室を形成す
ることが理解できよう。
【００４０】壁１２，１２ａ，１４および１４ａ、隔壁
２０，２０ａ，２２，２２ａ，２４，２４ａ，２６およ
び２６ａならびに側壁１６および１８はそれぞれ垂直に
設置された長いバーにより相互接続された複数の垂直に
設置されたチューブにより形成される。この型の構造は
慣用のものであるので図中に示していないしまたさらに
詳細に記載しない。
【００４１】流体をチューブを通して流し、流体が例え
ばスチーム・タービン（図示していない）の駆動のよう
な仕事を達成するのに使用できる範囲に加熱するように
流れ回路が設けられる。この目的のために、壁１２，１
４，１２ａおよび１４ａ、隔壁２０，２０ａ，２２，２
２ａ，２４，２４ａ，２６および２６ａならびに側壁１
６および１８のそれぞれの下端部および上端部にヘッダ
ー９８ａ〜ｅが接続され、各壁を形成するチューブから
流体を受取するか流体をチューブに導入する。
【００４２】反応器１０に図６に示すスチームドラム１
００を包含する付加的な流れ回路を装備して反応器１０
から能率的な熱の伝達のための可働装置を提供すること
も理解できよう。他の加熱、再熱および過熱のための機
能（図示しない）も意図される。これらの技術は慣用で
あるのでここではさらに記載はしない。
【００４３】操作に当り、一般に石炭及び石灰岩のよう
な微細な燃料材料を空気分配板３２および３４の上に供
給し、プレナム室３６および３８に空気を供給しながら
点火バーナー（図示しない）等により点火する。必要に
応じ追加の燃料材料を分配管４４および４６を通じて炉
区域２８および３０の内部に導入する。石炭の燃焼が進
むにつれて、完全燃焼に必要な全空気の一部分からなる
量において追加の空気をプレナム室３６および３８に供
給するため炉区域２８および３０の下方部分の燃焼は不
完全になる。炉区域をこのように還元条件下で操作した
後、完全燃焼に必要な残りの空気を開口４８および５０
ならびに空気孔５２および５４を通じて供給する。完全
燃焼に必要な全空気の割合は例えば４０〜９０％をプレ
ナム室３６および３８を通じて供給でき、残りの空気
（１０〜６０％）は開口４８および５０ならびに空気孔
５２および５４を通じて供給できる。
【００４４】プレナム室３６および３８から空気分配板
３２および３４を通って導入される高圧で高速度の燃焼
保持のための空気は床中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い粒子の自由落下速度よりも
小さい程度の速度である。したがって微細な粒子の一部
分は空気および燃焼ガスに随伴して気送されるようにな
る。この随伴された粒子および気体の混合物は炉区域２
８および３０内を上方に上昇し、入口ダクト６０および
６２を通ってそれぞれ分離器５６および５８の渦流室６
４および６６に運ばれる。前記の混合物は渦流室６４お
よび６６に対して実質的に接線方向に入り室中で渦巻く
ように入口ダクト６０および６２を配置する。随伴され
た固体は分離器５６の壁１２ａ，２２ａおよび２０ａの
内表面に対して、また分離器５８の壁１４ａ，２４ａお
よび２６ａの内表面に対して働く遠心力により推進され
て重力により下方に落下して出口７２および７４を経て
トラフ７６および７８にそれぞれ捕集される。
【００４５】渦流室６４および６６中を循環する混合物
は螺旋状に室の一端、即ち側壁１６の方に向って流れる
ように導かれる。螺旋状の流れによって起る圧力の変化
は渦流室６４および６６の中心軸に沿って集る比較的清
浄な気体をシリンダー６８および７０の開口に起る低い
圧力領域に向わせる。清浄な気体はこのようにしてシリ
ンダー６８および７０中に入り、次いで熱回収領域７１
に排出される。分離器５６からの清浄気体は熱回収領域
７１ａ中の再熱器（図示しない）を通るが、分離器５８
かららの清浄気体は熱回収領域７１ｂ中の過熱器および
節炭器（図示しない）を通り、その際再熱器を通過する
清浄気体および過熱器／節炭器を通る清浄気体の温度は
それぞれ炉区域２８および３０の燃焼を制御することに
より異った準位に保持させることが可能である。
【００４６】トラフ７６および７８に落下した固体は傾
斜したルーフ９２により区画室８８に導かれる。始動の
間、流動空気はトラフ７６および７８の下部を通るが、
流動空気は熱交換区域８０中を通らないのでこれを「ス
ランプ（不活溌）」にして開口２２ｂおよび２４ｂを閉
塞する。バイパス開口８４ａおよび８６ａに達するまで
固体は区画室８８に貯るが、この点で固体は区画室９０
の中に流れ、そこから開口２０ｂおよび２６ｂを経て炉
区域２８および３０のそれぞれの床に入り、床中で他の
固体と混合される。
【００４７】反応器１０の定常状態操作の間、固体を熱
交換区域８０を通すことにより熱が分離された固体から
除去される。図５の矢印によって示されるように、区画
室８８中の固体が開口２２ｂおよび２４ｂを経て熱交換
区域８０に入るように熱交換区域８０を流動化すること
により固体からの熱の除去が達成される。固体は次いで
流動空気により熱交換区域８０中の熱交換チューブ９４
のバンクを経て上方に運ばれる。固体はチューブ９４を
通るので固体の熱はチューブ内を流れる流体に転移し、
その際流体は加熱され、固体は冷却される。固体はさら
に上昇するので、固体は開口２２ｃおよび２４ｃを経て
区画室９０に入り、そこから固体は開口２０ｂ及び２６
ｂを経て炉区域２８および３０のそれぞれの床に入り、
床中の他の固体と混合される。
【００４８】流体は下部のヘッダー９８ａおよび９８ｄ
から壁１２，１４，１２ａ及び１４ａ、隔壁２０，２０
ａ，２２，２２ａ，２４，２４ａ，２６および２６ａな
らびに側壁１６および１８を形成するチューブに導入さ
れる。流動床、気体カラム、分離器５６および５８なら
びに移送される固体からの熱は流体の一部分を水蒸気に
変換し、水および水蒸気の混合物はチューブの中を上昇
して上部のヘッダー９８ｂ，９８ｃおよび９８ｅ中に集
められる。次いで水蒸気と水とは水蒸気ドラム１００の
ような慣用の手段で分離され、分離された水蒸気は付加
的な流れ回路を通って水蒸気タービンの駆動その他（図
示しない）のような仕事をする。分離された水は水蒸気
ドラム１００中で新らたに供給された水と混合され慣用
の上昇管、下降管および供給管（図示しない）を使用す
る流れ回路を通って循環される。
【００４９】好適な態様において同様に水蒸気は下方の
ヘッダー９６ａから熱交換区域８０のチューブ９４に導
入される。固体からの熱はチューブ９４中の水蒸気を過
熱し、次いで過熱された水蒸気は上部のヘッダー９６ｂ
中に貯る。この過熱水蒸気は次いで上部のヘッダー９６
ｂから別な流れ回路を経て特別な熱容量を提供するが直
接に最終用途例えばタービンのために使用される。
【００５０】
【発明の効果】このように、本発明の反応器１０は数々
の利点を提供することが判る。例えば、反応器１０の容
器の上方部で一体となった２個の水平サイクロン分離器
および容器の下方部分で一体となった再循環熱交換器
は、付加的な蒿張った高価な部品の必要性を排除した方
法で随伴した固体の分離、熱の除去および再循環を可能
にする。さらにまた再循環熱交換器は反応器１０と組合
わせた流体回路に付加的な熱、例えば発生した水蒸気の
ための最終過熱を提供する。
【００５１】さらに、バイパス開口８４ａおよび８６ａ
は炉区域内部において迅速な自己支持性の燃焼温度の達
成を提供する。燃料床は最初は外部からの手段で点火し
なければならないが、炉温度が上昇すれば燃焼は自己支
持性であって点火器は消火することができる。したがっ
て始動期において最小限の熱損失で分離された固体を床
に再循環するものを助長する。またバイパス開口８４ａ
および８６ａは分離された固体を熱交換表面を通すこと
なく直接に炉区域に通すことができる。このように自己
支持性の燃焼温度が極めて容易に得られる。さらに再循
環熱交換器中の水蒸気回路は始動期間に充分な水蒸気が
反応器１０によって発生するまで保護することができ、
満足できる程度にチューブ９４を冷却してチューブ材料
の設計温度の上昇を防止できる。
【００５２】本発明の再循環熱交換器の設計を分離され
た固体の炉区域の床への均等に分配をもたらす。均一な
炉床温度のために再循環された固体が炉床材料とできる
だけ均質に混合することは重要なことである。多数の開
口２０ｂおよび２６ｂはこれを可能にしている。
【００５３】平行した通路配置を持つ熱回収領域に関連
して２個の炉区域を使用することにより再熱器通路及び
過熱器／節炭器通路をそれぞれ通過する煙道ガスの量と
温度の負担範囲に亘る大きな制御が得られる。したがっ
て負荷範囲にわたって反応器の融通性が増大する。
【００５４】さらに水平サイクロン分離器の使用は反応
器の分離区域と炉区域との間の空気輸送装置の必要性な
らびに燃焼気体の再導入に対し通常必要とされるバッフ
ルおよびダクトの必要性を排除する。このように本発明
の反応器１０は比較的コンパクトであり、本明細書に記
載したように容易な輸送および迅速な組立てのためのモ
ジュールに製造することができ、このことは反応器を水
蒸気発生器として使用する場合に特に利点がある。
【００５５】反応器の容器中に分離器を形成させること
により、比較的冷たい流体を分離器の境界壁を通して流
すことでこれらの壁の温度を著しく低下させることがで
きる。その結果分離器からの熱損失は大いに低下し、内
部耐火絶縁の必要性を少なくさせる。また伸長して高価
な高温度耐火内張りダクト加工および反応器とサイクロ
ン分離器との間およびサイクロン分離器と分離された固
体熱交換区域との間の膨張ジョイントの必要性も軽減さ
れる。さらに、この装置の特定な配向は５００ＭＷ以上
の範囲の非常に大きな循環流動床水蒸気発生装置の設計
および構成に役立つ。
【００５６】本発明の範囲内において前記した態様の変
更もできることは理解できよう。例えば反応器１０の容
器の壁を２個よりも多い炉区域をその上部において１個
またはそれ以上の水平サイクロン分離器と組合わせるよ
うに再形成してもよい。またヘッダーおよび流れ回路を
説明し、図示して来たが、本発明に関して任意の他の好
適なヘッダーおよび流れ回路配置を使用できることも理
解すべきである。
【００５７】ある範囲の変形、変更および置き換えを本
明細書中の記載で意図される。ある場合には本発明のあ
る特徴について他の相当する特徴を使用しないで用いる
こともできる。したがって添付の特許請求の範囲は広汎
にそして本発明の範囲に一致する方法で解釈するのてが
適当である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の流動床反応器を示す概略図、特
に部分断面を示す概略図である。
【図２】図２は図１の線２−２で切った断面図である。
【図３】図３は図１の線３−３で切った断面図である。
【図４】図４は図３の線４−４で切った反応器の部分の
部分拡大断面図である。
【図５】図５は図４に示した反応器の部分の拡大斜視図
である。
【図６】図６は本発明の流動床反応器の平面図である。
【符号の説明】
１０ 反応器 ２８ 第一の炉区域 ３０ 第二の炉区域 ３２，３４ 穿孔空気分配板 ３６，３８ プレナム室 ６４，６６ 渦流室 ７６，７８ トラフ ８０ 熱交換区域 ８８，９０ 区画室

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流動床反応器であって、容器；この容器
    中に少なくとも一個の炉区域を形成する手段；前記の各
    炉区域中で燃料を燃焼させて熱を発生させそして燃焼気
    体と随伴する微細な固体を生成させる流動床を保持する
    手段；前記容器中に前記混合物を受けそして前記随伴す
    る微細な固体を前記燃焼気体から分離するための分離区
    域を形成する手段；前記容器中で前記の分離された固体
    から熱を除去するために形成された熱回収区域；前記容
    器中で前記分離区域から前記の分離された固体を受ける
    ために設置された第一の区画手段；前記容器中に設置さ
    れた第二の区画手段；前記の第一の区画手段から前記の
    分離された固体を前記熱回収区域に通行させる手段；前
    記の熱回収区域からの前記の分離された固体を前記第二
    の区画手段に通過させる手段；および前記第二の区画手
    段からの前記の分離された固体を前記の流動床に通過さ
    せる手段；を包含する流動床反応器。
  2. 【請求項２】 供給源からの微細な固体を第一の容器お
    よび第二の容器の間に分配するための装置であって、前
    記装置が、前記の供給源からの前記固体を受けるトラ
    フ；前記のトラフを第一および第二の組の区画に分割す
    るための手段；前記の固体を選択的に前記の第一の組の
    区画に導く手段；前記第一の組の区画からの前記の固体
    を前記の第一の容器に通過させるための手段；前記第一
    の容器からの前記固体を第二の組の区画に通過させるた
    めの手段；および前記第二の組の区画からの前記固体を
    前記の第二の容器に通過させるための手段；を包含する
    装置。
  3. 【請求項３】 流動床反応器であって、容器；第一およ
    び第二の炉区域、第一および第二のトラフおよび前記第
    一のトラフが前記第一の炉区域と熱交換区域との間に設
    置されそして前記第二のトラフが前記第二の炉区域と前
    記熱交換区域との間に設置されている前記熱交換区域を
    形成するよう前記容器内に設置された隔壁；燃料の燃焼
    で熱の発生および燃焼気体と随伴する微細材料との混合
    物を生成するための前記炉区域のそれぞれに流動床を形
    成する手段；前記混合物を受け、そして前記燃焼ガスか
    ら前記の随伴した微細固体を分離するために前記容器内
    に分離区域を形成するための手段；前記の分離区域から
    前記の分離された固体を前記のトラフに排出するための
    手段；および前記のトラフから前記の分離された固体を
    前記の熱交換区域および前記の炉区域へ配送するための
    手段；を包含する流動床反応器。
  4. 【請求項４】 微細材料を分配するための装置であっ
    て、この装置が容器；前記容器を第一、第二および第三
    の区画室に分割するための隔壁手段；前記の微細な材料
    を前記の第一区画室の区域に導くための手段；前記の第
    一区画室区域からの前記の微細材料を前記の第二区画室
    へ通過させるための手段；前記第二区画室からの前記の
    微細材料を前記第一区画室の他の区域に通過させるため
    の予め定められた条件に到達する前記第二区画室中の前
    記の微細材料へ応答する手段；および前記の第一区画室
    の他の区域からの前記の微細材料を前記の第三区画室に
    通過させるための手段；を包含する装置。
  5. 【請求項５】 微細材料を分配する方法であって、この
    方法が容器を第一、第二および第三の区画室に分割し；
    前記の微細材料を前記第一区画室の区域に導き；前記の
    第一区画室からの前記の微細材料を前記の第二区画室に
    通し；前記の第二区画室からの前記の微細材料を前記の
    第二区画室中の前記の微細材料の予め定められた条件に
    応答して前記の第一区画室の他の区域に通し；そして前
    記の第一区画室の他の区域から前記の微細材料を前記の
    第三区画室に通す；各工程からなる方法。
  6. 【請求項６】 容器；前記容器中に設置された第一の炉
    区域；前記容器中に設置された第二の炉区域；前記の炉
    区域のそれぞれにおいて熱および燃焼気体を発生するた
    めの可燃性燃料を受けるための手段；前記の炉区域に隣
    接して位置する第一の熱回収領域；前記の炉区域に隣接
    して位置する第二の熱回収領域；前記の第一の炉区域か
    らの前記の燃焼気体を前記の第一の熱回収領域へ通すた
    めの手段；および前記の第二の炉区域からの前記の燃焼
    気体を前記の第二の熱回収領域に通すための手段；を包
    含する反応器。
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