JPH07117229B2 - 流動床反応炉の水壁を有する反応室 - Google Patents

流動床反応炉の水壁を有する反応室

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JPH07117229B2
JPH07117229B2 JP2502614A JP50261490A JPH07117229B2 JP H07117229 B2 JPH07117229 B2 JP H07117229B2 JP 2502614 A JP2502614 A JP 2502614A JP 50261490 A JP50261490 A JP 50261490A JP H07117229 B2 JPH07117229 B2 JP H07117229B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は垂直流動床反応炉に於ける周囲水壁の新規な幾
何学形状に係わり、更に詳しく言えば、カバーされてい
ない上部水壁領域と、耐火材の裏打ち（すなわちライニ
ング）がなされた下部水壁領域との間の中間領域におけ
る水壁の幾何学形状に関するものである。
従来技術、および発明が解決しようとする課題 流動床反応炉は燃焼、熱伝達、化学的或いは冶金学的な
各種プロセス（工程）で使用されている。装置内で流動
化され循環される流動床の材料は、前記プロセスに応じ
て異なる。燃焼プロセスにおいては、石炭、コークス、
褐炭、材木、材木屑、石炭屑、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で流動床を構成する
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有する。この周壁
は、水壁すなわちチューブ壁として形成されており、複
数の鉛直チューブが平坦なプレート材、すなわち「フィ
ン」によって結合されている。反応炉の下部における周
壁は耐火材ライニングを施されるのが普通であり、熱お
よび浸食（エロージョン）に耐えるようになされる。研
磨性粒子の激しい攪拌や相対的に高い濃度の固体物質が
反応炉の底部領域に顕著な浸食状態を作り出す。
反応炉の特定の場所では、上下両方へ向かう流動床反材
料の流れがある。流れの絶対速度は反応炉室の半径方向
と軸線方向とで相違する。下降流は周壁に極めて近い。
反応炉室内で下方へ向かう粒子の密度が増大するため、
周壁に沿って下方へ降下する粒子のフィルムが大きくな
る。この降下するフィルムは10〜50mm程度、またはそれ
以上の厚さになり得る。降下フィルムの方向変化は、浸
食を惹起する。
水壁構造における耐火材ライニングの上縁は反応炉室内
に肩（ショルダー）すなわち段差部分を形成し、降下す
る流動床材料のフィルムに渦流を作り出す。隣接する２
つのチューブ（筒）を結合する前記フィンに沿って鉛直
に降下するフィルムの方向が局部的に変り、耐火材ライ
ニングの境界線に沿って流れるように方向づけられる。
この渦流および境界線に沿う水平方向の粒子流が、特に
耐火材ライニングに近い水壁チューブに激しい浸食をも
たらす。このような浸食は、高い浸食条件を有する固体
燃料燃焼ボイラーにおいて特に問題となる。
水壁チューブは、定期的に検査され、また最終的に犠牲
材料で再被覆されるか、または新しいチューブと交換さ
れなければならない。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である。いずれ
の場合も、労力が必要で時間のかかる作業である。
流動床反応炉におけるチューブの浸食問題はよく知られ
ており、浸食を最小限に抑えるために各種解決策が提案
されているが、これらの解決策は、十分うまくゆくとは
言えない。反応炉内の高い位置までチューブを覆う耐火
材ライニングによれば、浸食は低減化できても、チュー
ブに対する熱伝達をも低下させてしまう。
特に損傷を受け易い領域のチューブに、犠牲表面層を溶
接することも試みられているが、このような溶接部は浸
食性の高い環境下で長期間維持できない。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提案されている。これは高価な解
決策であり、またチューブの熱伝達を低下させる。
チューブ表面に沿う粒子の流速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提案されている。しかし
ながら反応炉内の粒子速度は高速であることがチューブ
壁における熱伝達に有利であり、減速は好ましくない。
また、特に激しく摩耗してしまう箇所にて、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SE
454725号で提案されている。
更にまた、スウェーデン国特許SE452360号には、反応炉
の壁全体を上方かつ内方へ傾斜させて壁に沿う浸食を減
少させることが提案されている。これは非常に独特な構
造であって、極めて簡単には完成することができない。
かくて、本発明の目的は、流動床反応炉において耐火材
ライニングを施した壁部に近い部分の浸食を最小限に抑
える水壁（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縮することであ
る。
課題を解決するための手段 前記目的を達成するために、耐火材ライニングの施され
ていない水壁（チューブ壁）と耐火材ライニングの施さ
れた水壁との間の中間領域における水壁が、下方かつ外
方へ向けて斜めに鉛直面に対して折曲される。
水壁は更に最初の折曲部分から下方へ或る距離を置いた
位置で再折曲されて鉛直に戻されるか、または内方へ向
けて斜めにチューブ壁が折曲されて、燃焼室の内側傾斜
壁を形成するようになされる。特に前壁および後壁は傾
斜壁として形成され、側壁は鉛直に形成される。
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。
実施例 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、膜壁のような周囲チューブ壁すなわち水
壁とを有する。燃焼室内の粒子材料が該燃焼室の下位に
ある空気室３から導入される空気によって流動される。
空気は、格子（グリッド）プレート５のノズル４を通じ
て空気室から燃焼室内に配給される。燃焼室の粒子材料
を流動化させるために空気以外のガスを使用する場合に
は、図示されないが他の入口を通じて空気や酸化性ガス
を導入しなければならない。燃料、添加剤、および必要
ならば、その他の粒子材料や二次ガスが、図示されない
他の入口を通じて供給される。
水壁は、燃焼室の上部領域６ではカバーされていない。
燃焼室の下部領域７で、水壁に耐火材ライニング８が施
されている。カバーされていない上部水壁10と耐火材ラ
イニングの施された下部水壁11との間の中間領域９で
は、下方かつ外方へ向けて水壁が折曲されている。燃焼
室における鉛直壁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は、通常、1:3から1:10まで
の範囲になされる。
前記中間領域の詳細が第２図、第３図に示されている。
水壁は、カバーされていない上部水壁と、耐火材ライニ
ングを施された下部水壁との間の中間領域へ至る位置12
で下方かつ外方へ向かって角度αで折曲されている。折
曲された水壁と鉛直面との間の該角度αは、これを５°
〜30°にすることができ、多くの場合、角度約10°〜20
°で十分である。
水壁の耐火材ライニング８は、前記水壁折曲位置から行
われている。耐火材ライニングの内面13は、隣接する２
つのチューブ２を結合す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在する面を形成してい
る。耐火材ライニングの内面は、鉛直姿勢の平坦プレー
トすなわちフィンと同一鉛直面内に位置する。この構造
は、まっすぐな鉛直姿勢の水壁に耐火材ライニングによ
って肩（すなわち段差部）が形成されることを回避し、
チューブに沿って降下するフィルムが粒子流に渦を生ぜ
しめないようにする。フィン15に沿って下方へ向かう粒
子流は、耐火材ライニングに沿って連続して降下するこ
とができ、方向変化は生じない。チューブ２に沿って下
方へ向かう粒子流もまた、乱されることなく連続するこ
とができる。水壁の折曲は該水壁のチューブを極めて効
果的に保護する。
耐火材ライニングをその最上部で保護するために、第４
図に示すように、フィン15の鉛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相対的に薄い層が保護
され得る。
必要に応じて、水壁の外面にステー（支柱）を溶接して
折曲部分で水壁を支えることができる。
中間領域９における水壁は、下部16にて再折曲され、鉛
直に戻される。水壁は、燃焼室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かって縮小しな
ければならない場合には、更に内方へ向けて折曲せしめ
得る。水壁が内方へ向かって更に折曲される場合には、
耐火材ライニングの内面が、下方かつ内方へ向かう該耐
火材ライニングの傾斜面を形成し、この傾斜面はフィン
の仮想鉛直面が傾斜した中間領域の水壁と交差する周囲
線位置で始まる。
水壁は、第２位置にて鉛直面に対する角度約５°〜30°
で内方へ折曲される。第１および第２折曲位置間の距離
は約200〜400mmである。
水壁の中間領域９は、各種折曲形態を有するモジュール
装置として容易にこれを作ることができる。また、容易
に真直壁部に連結することができる。
本発明の他の実施例によれば、耐火材ライニングは、第
５図に示すように縁すなわち肩（段差部分）を有する形
態にすることができる。この耐火材ライニングの形成
は、水壁の第１折曲位置よりも下位で始まっている。肩
部分の鉛直面に対する角度βはこれを鋭角にすることが
でき、粒子材が肩部分に堆積しないように該角度を選ぶ
ことが好ましく、例えば角度約45°になされる。この実
施例では、耐火材ライニングの上部表面を鋼板等によっ
て遮蔽し、劣化しないように保護することができる。
本発明のその他の実施例による耐火材ライニングは、第
６図に見られるように、傾斜する肩部分を有する形態に
これを作ることができ、該耐火材ライニングがここでも
第１折曲位置よりも下位で始まっている。水壁に沿って
降下する粒子材のフィルムは、耐火材ライニングに突き
当たった後に滑落する。
第５図、第６図に示した実施例において、下方へ流動す
る粒子材は、耐火材ライニングの境界線に浸食を生じさ
せるような大きな乱れを生じることなく、その流れが連
続する。耐火材ライニングの厚さは、これらの実施例で
は壁の湾曲とは関係なく選択できる。耐火材ライニング
層は、チューブの内表面が折曲後にフィン15が、上部水
壁10のフィン15と同一面である仮想鉛直面と交差する高
さ位置よりも下位で始まるのが好ましい。この高さ位置
では、フィン15から流下する粒子材が、チューブと耐火
材ライニングとの間の境界線位置で浸食性の乱れを発生
することはない。
折曲位置におけるチューブ表面は、犠牲材料によって付
加的にこれを保護することができる。本実施例では、チ
ューブ面近くの乱れた粒子材の流れが低減化されるた
め、さほど容易にはこの犠牲材料が摩耗してしまうこと
がない。
第６図に示すように、分岐チューブ18が、反応室の複数
コーナー部分（角隅部分）にて中間領域に配設され、該
コーナー部分の折曲部位にて水壁をシールすることがで
きる。これは、コーナー部分において、チューブが曲が
ると、チューブ間距離が増大するからである。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ために使用できる。
以上、本発明の好適実施例について説明したが、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範囲
の変形例が、当業者に対して容易に示唆されるであろ
う。本明細書で説明され、添付図面に示した全内容は、
図解説明のためのものであって、発明の範囲を限定する
意図はないことに留意されたい。
図面の簡単な説明 第１図は、流動床反応炉の下部横断面図である。
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。
第４図から第６図までは、第３図と同様な、本発明の他
の実施例の横断面図である。
2:チューブ、5:格子プレート、6:燃焼室上部領域、7:燃
焼室下部領域、8:耐火材ライニング、9:中間領域、10:
上部水壁、11:下部水壁、12:折曲位置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラスキン，ネイル アメリカ合衆国92009 カリフォルニア州 カールスバッド，マスロ レーン 7322 (72)発明者 ストン，ジェームス アメリカ合衆国92129 カリフォルニア州 サン ディエゴ，ウエストベイル 9072 (72)発明者 ビーバーズ，グレゴリィ アメリカ合衆国92064 カリフォルニア州 ポウェイ，トゥイン ピークス ロード 14010 (72)発明者 ワトソン，デビッド アメリカ合衆国92126 カリフォルニア州 サン ディエゴ，カミント アルバレツ 10525 (56)参考文献 特開 昭62−186109（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−238203（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】反応室底部の格子体と、水平方向で反応室
    を区画する壁とを有する流動床反応炉の反応室であっ
    て、 この壁が、 フィンすなわち平坦プレートによって複数の水壁チュー
    ブが結合されることにより形成されていて、前記反応室
    の上部領域における実質的に鉛直姿勢である上部水壁部
    分と、 前記反応室の下部領域における、耐火材ライニングを施
    された下部壁部分と、 前記上部水壁部分と、耐火材ライニングを施された前記
    下部壁部分との間の中間水壁部分とを有しており、 前記中間水壁部分における少なくとも一部の水壁が、鉛
    直面に対して斜めに、下方かつ外方へ向かって折曲され
    ており、また 前記中間水壁部分にお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位の前記上部水壁部分に
    おける前記フィンすなわち平坦プレートと同一の鉛直面
    内にあることを特徴とする反応室。
  2. 【請求項２】反応室底部の格子体と、水平方向で反応室
    を区画する壁とを有する流動床反応炉の反応室であっ
    て、 この壁が、 フィンすなわち平坦プレートによって複数の水壁チュー
    ブが結合されることにより形成されていて、前記反応室
    の上部領域における実質的に鉛直姿勢である上部水壁部
    分と、 前記反応室の下部領域における耐火材ライニングを施さ
    れた下部壁部分と、 前記上部水壁部分と、耐火材ライニングを施された前記
    下部壁部分との間の中間水壁部分とを有しており、 前記中間水壁部分における少なくとも一部の水壁が、鉛
    直面に対して斜めに、下方かつ外方へ向かって折曲され
    ており、また 前記中間水壁部分における前記耐火材ライニングの内面
    が、下方かつ内方へ向かう傾斜面を形成しており、仮想
    鉛直面が前記中間水壁部分の折曲による傾斜部分と交差
    する位置で前記傾斜面が始まっていることを特徴とする
    反応室。
  3. 【請求項３】反応室底部の格子体と、水平方向で反応室
    を区画する壁とを有する流動床反応炉の反応室であっ
    て、 この壁が、 フィンすなわち平坦プレートによって複数の水壁チュー
    ブが結合されることにより形成されていて、前記反応室
    の上部領域における実質的に鉛直姿勢である上部水壁部
    分と、 前記反応室の下部領域における耐火材ライニングを施さ
    れた下部壁部分と、 前記上部水壁部分と、耐火材ライニングを施された前記
    下部壁部分との間の中間水壁部分とを有しており、 前記中間水壁部分における少なくとも一部の水壁が、鉛
    直面に対して斜めに、下方かつ外方へ向かって折曲され
    ており、また 前記中間水壁部分にて前記耐火材ライニングが前記水壁
    の外方へ向かう折曲部から下方へ或る距離を隔てて始ま
    り、前記水壁に関して縁部を形成していることを特徴と
    する反応室。
  4. 【請求項４】請求項１から請求項３までの何れか１項に
    記載された反応室であって、前記中間水壁部分の少なく
    とも一部の水壁が、下方かつ外方へ向かう第１の折曲部
    と、下方かつ内方へ向かう第２の折曲部とを有してい
    て、鉛直面に対して角度を形成していることを特徴とす
    る反応室。
JP2502614A 1989-02-13 1990-02-05 流動床反応炉の水壁を有する反応室 Expired - Lifetime JPH07117229B2 (ja)

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US07/309,563 US5091156A (en) 1989-02-13 1989-02-13 Waterwalls in a fluidized bed reactor
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