JPH06182188A - 流動床反応器装置及び該装置の操作方法 - Google Patents

流動床反応器装置及び該装置の操作方法

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JPH06182188A
JPH06182188A JP5225517A JP22551793A JPH06182188A JP H06182188 A JPH06182188 A JP H06182188A JP 5225517 A JP5225517 A JP 5225517A JP 22551793 A JP22551793 A JP 22551793A JP H06182188 A JPH06182188 A JP H06182188A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 比較的粗い粒子対比較的微細な粒子の比が調
節され得、排出された微細粒子から熱が取出される、微
細粒子の体積を制限する外部熱交換器を有する循環流動
床を操作する装置及び方法を提供すること。 【構成】 容器と、該容器内に配置される可燃微粒子の
流動床と、煙道ガスと前記容器内の前記流動床からの同
伴された微細粒子との混合物を受理し、前記煙道ガスか
ら前記粒子を分離するための分離手段と、前記分離され
た煙道ガスを熱回収領域に通過させるための手段と、前
記分離された粒子の一方の部分を前記容器内へ通過させ
て戻すための手段と、前記分離された粒子の他方の部分
から熱を除去するための手段とを含むことを特徴とする
流動床反応器装置及びその操作方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は流動床反応器装置及び該
装置の操作方法に関し、更に詳細には、熱が流動床にお
ける燃料の燃焼によって発生されるかような装置及び方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃焼器、ガス化装置、蒸気発生器等の流
動床反応器はよく知られている。これらの装置におい
て、空気は、石炭等の化石燃料、及び石炭の燃焼の結果
として発生される硫黄酸化物類のための吸着材料を含む
粒状材料の床中を通過され、床を流動化し、比較的低温
における燃料の燃焼を促進する。蒸気発生器などにおい
て、流動床により生成された熱が水を蒸気に転化するた
めに利用される際、流動床装置は、高熱放出と、高硫黄
酸化物類吸収と、低窒素酸化物類放出と、燃料融通性と
の魅力的な組み合わせを提供する。
【０００３】ある場合においては、ガスコラムが流動床
の上方に形成される循環流動床反応器が使用され、該コ
ラムは、空気と、流動床からのガス状燃焼生成物と、空
気やガス状燃焼生成物により同伴される比較的微細な粒
子との混合物を含む。該混合物は反応器から排出され、
微細粒子は混合物から分離される。分離された微細粒子
の一部分は床内へ噴射されて戻され、残余の部分は外部
の装置へ通される。
【０００４】流動床内の化学反応は比較的高温にて起こ
るので、分離された微細粒子は熱交換器内へ通され、材
料が再循環されるか若しくは外部装置へ排出される前
に、材料から熱を回収することができる。例えば、本出
願の譲受人に譲渡された米国特許第５，０６９，１７１
号は、微細粒子が流動床へ再循環されて戻るより先に、
分離された微細粒子から熱を回収するための、外部熱交
換器の使用を開示する。この外部熱交換器における分離
された微細粒子からの熱の回収は、通常、反応器容器内
より低圧にて操作する追加の流動床を設けることにより
成し遂げられる。しかしながら、外部熱交換器内の流動
床の使用は、結果として比較的大きい粒子の分離を生
じ、従って、反応器容器内における比較的粗い粒子及び
比較的微細な粒子の堆積を生じ得る。反応器容器内の微
細粒子の堆積は、他の粒子の滞留時間を減少し、結果と
して循環流動床反応器の操作効率の顕著な減少を生じ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】故に本発明の目的は、
微細粒子の堆積を制限する外部熱交換器を有する循環流
動床を操作する装置及び方法を提供することにある。
【０００６】本発明の更に別の目的は、比較的粗い粒子
対比較的微細な粒子の比が調節され得る上記形式の装置
及び方法を提供することにある。
【０００７】本発明のまた他の目的は、増大された操作
効率を提供する上記形式の装置及び方法を提供すること
にある。
【０００８】本発明の更に他の目的は、排出された微細
粒子から熱が取出される上記形式の装置及び方法を提供
することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】これら及び他の目的の達
成に向けて、ガスコラムが流動床上方に形成され、該コ
ラムは、空気と流動床からのガス状燃焼生成物と床から
の微細粒子との混合物を含む。粒子の一部は床内に連続
的に留まるのに充分粗く、一方残りは空気及びガス状燃
焼生成物により同伴されるのに充分細かい。ガスコラム
は、混合物から分離された微細粒子により飽和される。
分離された微細粒子の一部は床内へ噴射されて戻され、
飽和状態を維持し、残部は、混合物から熱を回収する熱
交換器を通って排出する前に反応器出口ガスと混合され
る。
【００１０】
【実施例】本発明の装置及び方法は、自然水循環蒸気発
生器に関連して説明され、該発生器は図面中の参照番号
１０により一般的に示される。蒸気発生器１０は蒸気ド
ラム１２を含み、該ドラム１２は供給管１４をからの水
を受理し、また複数の蒸気管１６を経て発生される蒸気
を排出する。
【００１１】蒸気発生器１０は流動床反応器１８を含
む。該反応器１８は、前壁２０ａ、離隔平行後壁２０
ｂ、及び一方が参照番号２２により示される二つの離隔
側壁を有し、該側壁は前後壁に対して直角に延長し、実
質的に矩形の炉２４を形成する。
【００１２】反応器１８の壁２０ａ、２０ｂ、及び２２
は、垂直に配置された細長いバー即ちフィンにより相互
に連結された複数の垂直配置管により形成され、連接気
密構造を形成する。この構造の形式は慣用なので、図示
せず、以下に詳細にも説明しない。壁２０ａ、２０ｂ及
び２２の各管の端部は、後に説明される理由のため、水
平に配置される下部ヘッダー２６及び上部ヘッダー２８
に各々連結される。
【００１３】穿孔空気分配板３０は、反応器１８の燃焼
室の下方部分にて適当に支持され、板の下方に延長する
プレナム室３２を規定する。適当な源（図示せず）から
の加圧空気は、強制通風ブロワー等の慣用手段によって
プレナム室３２内に導入され、空気分配板３０を通り上
方へと通過される。空気は、空気予熱器（図示せず）に
より予熱されてもよく、必要により空気制御ダンパーに
より適当に調節されてもよい。空気分配板３０は、比較
的微細な粒子及び粗い粒子の床３４を支持するために適
合される。該粒子は一般的に、粉砕石炭、及び石炭の燃
焼の間に形成される硫黄酸化物類を吸収するための石灰
石若しくはドロマイトから成る。
【００１４】反応器１８の壁２０ａ、２０ｂ、及び２２
の下方部分の内側表面は、空気分配板３０の上方に所定
距離延長する耐火物３６若しくは他の適当な絶縁材料で
張られる。
【００１５】燃料分配器３８は、粒状燃料を床３４の上
部表面上へ導入するため、前壁２０ａを通り延長し、他
の分配器が必要により粒状硫黄酸化物類吸収材料及び／
又は追加の粒状燃料材料を床３４上へ分配するため、壁
２０ａ、２０ｂ、及び２２と関連され得ることが理解さ
れる。
【００１６】ドレン管４０は空気分配板３０の開口と整
合し、消費燃料及び吸収材料から成る比較的粗い粒子を
床３４から外部装置へ排出するためにプレナム室３２中
に延長し、また必要により制御バルブ（図示せず）によ
って適当に調節されてもよい。
【００１７】複数の空気孔４２は、床３４から所定の高
さにて側壁２２を通り設けられ、後に記載される理由に
より、二次空気をボイラー内へ導入する。一以上の高さ
における追加の空気孔が、壁２０ａ、２０ｂ、及び必要
により他の側壁を通して設けられ得ることが理解され
る。
【００１８】開口４４は、後壁２０ｂの上方部分にて、
該壁を形成する管のいくつかを曲げ戻すことにより形成
され、炉２４の上方部分を反応器１８に隣接して配置さ
れる分離区域４６と連通させる。サイクロン分離器４８
は、分離区域４６の外側部分を形成し、同心状に配置さ
れた内側管５０を含む。該内側管は、分離器の壁と共
に、反応器１８から分離器に入るガスのための環状流路
を形成する。後者のガスは環状室内において渦巻き、ガ
スが分離区域の上方部分へ通過する前に、遠心力により
ガスから同伴微細粒子を分離する。
【００１９】分離された微細粒子は分離器４８の下部ホ
ッパー部分４８ａ内へ落下し、ディップレッグシール５
２へ通される。該シール５２は、空気噴射器５２ａによ
って慣用の態様にて曝気され、また再循環導管５４と該
導管から延長するＬ形バルブ５６とを有する。導管５４
は後壁２０ｂを通り反応器１８内へ延長し、又、垂直に
延長する空気圧リフト５８は、Ｌ形バルブ５６の末梢端
に接続され、排出微細粒子の空気圧搬送に備える。Ｌ形
バルブ５６には曝気タップ６０が設けられ、該タップは
空気をＬ形バルブ内へ導入し、導管５４と空気圧リフト
５８との間の微細粒子の比例する流れを変化させる。空
気圧リフト５８は、噴射管６４に接続される流れ反転容
器６２にて終止する。噴射管６４は、以下に更に詳細に
記載されるように、微細粒子の排出に備える。
【００２０】熱回収包囲体６６は、分離区域４６に隣接
して形成され、壁上部に形成される開口６８を有する。
該開口は分離区域４６から清浄ガスを受理する。過熱器
７０Ａ、７０Ｂ、及び熱交換器７０Ｃは、熱回収包囲体
６６内に配置され、流れ回路にて接続される複数の管か
らそれぞれ成り、熱交換のための慣用の態様にて蒸気を
管中に通過させる。分離区域４６からのガスは、熱回収
包囲体６６の全長に渡って下方へ通過し、故に過熱器７
０Ａ、７０Ｂ、及び熱交換器７０Ｃ中を通過する。
【００２１】流れ反転容器からの噴射管６４は、熱回収
包囲体６６の側壁を通り延長し、過熱器７０Ａ、７０Ｂ
の下流で熱交換器７０Ｃの上流における微細粒子の排出
に備え、そこで微細粒子が分離区域４６からのガスと混
合する。故に熱交換器７０Ｃは、ガスと排出された微細
粒子との混合物の通路中に配置され、混合物からの追加
の熱回収に備える。熱交換器７０Ｃは慣用の設計でよい
ので詳細には図示されず、例えば、二つの適当に補強さ
れたスチールバルクヘッドにより頂部及び底部にて連結
される垂直配置スチールケースから成り、ガスと微細粒
子との混合物が平行に管中を流れることを可能にする態
様にて配置される複数の垂直配置直線管を含む実質的に
矩形の包囲体を形成してもよい。噴射管６４からのガス
と排出微細粒子との混合物は、故に熱交換器７０Ｃの上
部バルクヘッドに形成される開口に入り、矩形包囲体中
を流れる空気と熱交換関係において管中を通過し、出口
７２を通り熱回収包囲体６６を出る前に、下部バルクヘ
ッドに形成される開口を通り出る。
【００２２】分離区域４６の上方部分及び熱回収包囲体
６６を形成する壁は、垂直に配置される細長いバー即ち
フィンにより相互に連結された複数の垂直配置管により
形成され、反応器１８を形成する壁と同一の連接壁状構
造を形成する。これらの壁の上部端は複数の水平延長上
部ヘッダー７４へ接続され、また壁の下部端はその一つ
が参照番号７６により示される複数の水平延長下部ヘッ
ダーへ接続される。
【００２３】図示はされないが、下降管や上昇管等を含
む水流回路が設けられ、蒸気ドラム１２及び／又は水ド
ラム（図示せず）をヘッダー２６、２８、７４、及び７
６に接続し、蒸気ドラム１２、水ドラム、反応器１８を
形成する壁、分離区域４６を形成する壁、過熱器７０
Ａ、７０Ｂ、熱交換器７０Ｃ、及び熱回収包囲体６６を
形成する壁を通る水及び蒸気のための流れ回路を形成す
ることが理解される。これは慣用技術なのでこれ以上は
記載されない。
【００２４】蒸気発生器１０の操作において、ある量の
石炭及び石灰石などの燃料や吸収剤粒子は、分配器３８
（及び必要により他の分配器）を通り導入され、板３０
の上部表面に堆積して床３４を形成する。空気は比較的
高圧にてプレナム室３２内に導入され、また粒子はバー
ナー（図示せず）により着火される。また、粒子はプレ
ナム室３２内に位置されるバーナーによって暖められ得
る。プレナム室３２を通り導入される一次空気は、石炭
の完全燃焼に必要な全空気のフラクションを含むため、
炉２４の下部区域における燃焼は不完全である。故に後
者の区域は還元状態にて操作し、石炭の完全燃焼に必要
な残余の空気は、空気孔４２により供給される。最大限
の容量にて操作する際、プレナム室３２を通り供給され
る空気の範囲は、完全燃焼に必要な空気の４０％から９
０％であり得、この量は所望床温度に従い変化し、一方
残余の空気（６０％乃至１０％）は孔４２を通り供給さ
れ、燃焼を完全にする。
【００２５】プレナム室３２から空気分配板３０を通り
導入される高圧高速度の燃焼支持空気は、石炭灰や消費
石灰石を含む石炭及び石灰石の比較的微細な粒子を燃焼
ガス内に同伴されるようにし、故に燃焼ガスによって空
気圧により搬送される。この同伴微細粒子とガスとの混
合物は、炉２４内を上方に上昇して同伴微細粒子を含む
ガスコラムを形成し、また反応器１８から開口４４を通
り分離区域４６内へ通過する。
【００２６】分配器３８により炉２４内へ導入される比
較的微細なまた粗い石炭及び石灰石の粒子の量は、炉２
４内の床３４の上方において形成されるガスコラムが微
細粒子により飽和される、即ち、ガスによる微細粒子の
最大同伴が達成されるものである。飽和の結果として、
微細粒子の一部はガスにより同伴されず、比較的粗い粒
子と共に床３４を形成する。
【００２７】本発明の特徴に従えば、同伴微細粒子は炉
区域２４内のガスコラムの全長に渡って上方へ通過し、
開口４４を通り反応器１８から出る。微細粒子は分離器
４８内において燃焼ガスから分離され、ディップレッグ
シール５２へ通される。微細粒子はディップレッグシー
ル５２に蓄積し、該シール５２は、ディップレッグシー
ルの受理端と再循環導管５４との間の圧力シールを提供
する。従って、炉２４内における床３４の操作圧は、こ
れらのどの部品の操作特性にも悪影響を及ぼさないよう
に、分離器４８の操作圧に依存しない。またディップレ
ッグシール５２における微細粒子のヘッドは、材料をＬ
形バルブ５６の受理端に向けて下方へ向ける傾向にある
連続的下方偏寄を提供する。空気噴射器５２ａは、流動
化空気をディップレッグシール５２内の微細粒子に提供
し、微細粒子の停滞を防止する。曝気タップ６０は流動
化空気をＬ形バルブ５６の受理端に提供し、従って、Ｌ
形バルブを通る抽出された微細粒子の流れは曝気タップ
に供給される空気に比例する。この態様において、Ｌ形
バルブ５６は、抽出微細粒子のための調節可能な流れ制
御を提供し、導管５４及び空気圧リフト５８に入る微細
粒子の相対的部分を、故に炉２４に再び入る微粒子及び
熱交換器７０Ｃへ排出される微細粒子の相対的量を各々
変化させるよう調節される。従って、導管５４を経て反
応器１８へ再循環されて戻される比較的微細な粒子の容
積、故に反応器１８内に配置される比較的微細な粒子対
比較的粗い粒子の比は正確に調節され得る。
【００２８】微細な粒子と粗い粒子との混合物の分配器
３８を通しての導入は、ドレン４０からの消費材料の排
出及び噴射管６４からの微細粒子の一部の排出にもかか
わらず、適当なレベルに維持され、床３４の上方のガス
コラムが粒子により飽和されることを保証する。一例と
して、固体粒子は、６０ｌｂｓ／ｆｔ3（９６２ｋｇ／
ｃｍ3）から１６０ｌｂｓ／ｆｔ3（２５６５ｋｇ／ｃｍ
3）迄変化する粒子密度を有してもよく、平均粒径は、
粗い粒子については約７５０乃至１２５０μｍ、また微
細粒子については約７５乃至２５０μｍである。
【００２９】水は、水供給管１４を通って蒸気ドラム１
２内へ導入され、そこでドラム１２内の水と混合する。
ドラム１２からの水は、下降管等を通って下方へ、前述
のように、下部ヘッダー２６、及びボイラー壁２０ａ、
２０ｂ、及び２２を形成する管内へ導かれる。流動床、
ガスコラム、及び搬送された固体からの熱は、水の一部
を蒸気に転化し、水と蒸気との混合物は、管内を上昇
し、上部ヘッダー７４内に集まり、蒸気ドラム１２に搬
送される。蒸気と水とは慣用の態様にてドラム１２内で
分離され、分離された蒸気は、蒸気管１６により蒸気ド
ラムから過熱器７０Ａ、７０Ｂ、熱交換器７０Ｃに導か
れ、その後蒸気タービン等へ導かれる。分離された水
は、供給管１４からの新しい供給水と混合され、記載さ
れた態様において流れ回路を通り再循環される。他の冷
却表面は、好ましくは本質的に垂直な管による仕切り壁
の形式にて、炉２４において利用され得る。
【００３０】分離区域４６からの熱清浄ガスは、過熱器
７０Ａ、７０Ｂを越えて通過し、ガスから熱を除去し、
ガスが噴射管６４からの熱分離固体と混合する前に、過
熱器中を流れる比較的冷たい蒸気に熱を加える。混合物
は、熱交換器中を通過する比較的冷たい流体に対して熱
交換関係において熱交換器７０Ｃを越えて通過し、混合
物が出口７２を経て蒸気発生器１０から排出される前
に、混合物から追加の熱を除去する。
【００３１】
【発明の効果】従って、本発明の装置及び方法によれ
ば、再循環微細粒子対排出微細粒子の比は、曝気タップ
６０への空気の容積を調節することにより容易に変えら
れ得ることが判る。故に、反応器における比較的粗い粒
子対比較的微細な粒子の比は、ドレン管４０からの粒子
の排出を調節すること、及び曝気タップ６０への空気の
容積を調節すること、各々により調節され得る。よっ
て、反応器１８内に配置され、該反応器中を循環する比
較的粗い粒子及び比較的微細な粒子両者の滞留時間は、
それらの各反応特性に適合するように調節され、低操作
負荷における増加された操作効率に備えられる。また、
熱は抽出された微細粒子からも回収され、操作効率を更
に増加させる。
【００３２】特に図示はされないが、他の追加の及び必
要な装置及び構造上の部品が備えられ、それら及び前述
の全ての部品は適当な形態において配置、支持され、完
全で、操作性の良い装置を形成することが理解される。
【００３３】発明の範囲を逸脱することなく、本発明の
装置及び方法に変更がなされても良いこともまた理解さ
れる。例えば、反応器に供給される燃料は、説明された
ように粒状固体の形式ではなく、液体又は気体の形式で
あっても良い。添付請求項に規定される発明の範囲から
逸脱することなく、当業者によって他の改変がなされて
もよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の循環流動床反応器装置を示す概略図
である。
【符号の説明】
１０ 蒸気発生器 １２ 蒸気ドラム １８ 流動床反応器 ２４ 炉 ４６ 分離区域 ４８ サイクロン分離器 ５２ ディップレッグシール ５６ Ｌ形バルブ ５８ 空気圧リフト ６６ 熱回収包囲体

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流動床反応器を操作する方法であって、
    該方法は、燃料を含む粒状材料を燃焼のために容器内に
    導入する工程と、該粒子を流動化し、前記燃焼を支持す
    るために空気を前記容器内及び前記粒子中へ導入する工
    程とを含み、前記空気は前記粒子の一部を同伴し、ガス
    状燃焼生成物と混合し、該混合物は前記容器の上方部分
    に向かって上昇し、該方法は更に前記混合物から前記同
    伴された粒子を分離する工程と、該分離された微細粒子
    を二つの部分に分割する工程と、前記分離された粒子の
    一方の部分を前記容器内に再循環して戻す工程と、前記
    分離された粒子の他方の部分から熱を除去する工程とを
    含むことを特徴とする流動床反応器を操作する方法。
  2. 【請求項２】 流動床反応器装置であって、該装置は、
    容器と、該容器内に配置される可燃微細粒子の流動床
    と、煙道ガスと前記容器内の前記流動床から同伴された
    微細粒子との混合物を受理し、前記煙道ガスから前記粒
    子を分離するための分離手段と、前記分離された煙道ガ
    スを熱回収領域に通過させるための手段と、前記分離さ
    れた粒子の一方の部分を前記容器内へ通過させて戻すた
    めの手段と、前記分離された粒子の他方の部分から熱を
    除去するための手段とを含むことを特徴とする流動床反
    応器装置。
JP5225517A 1992-09-11 1993-09-10 流動床反応器装置及び該装置の操作方法 Expired - Fee Related JP2551527B2 (ja)

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US943,620 1992-09-11
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