JPH11504261A - 流動床のガスフローから固体粒子を分離する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、ＣＦＢリアクタ（１）の固体粒子を同伴するガスフローから固体粒子を分離する装置に関する。ガスフローの同伴力より大きな遠心力及び重力をガスフローの固体粒子に作用させ、所定の最小サイズの粒子がガスフローから分離されるようにした手段が設けられている。本発明により、ＣＦＢリアクタ（１）からのガスフローが、サイクロン軸（１６）の周りに水平に位置する円弧部部（１７）上を上から下に向けるフローチャンネル（４）に達するようにすると、特にコンパクトなＣＦＢシステムが得られる。 ここから、ガスフローが、その上を通るに適したテークオーバチャンネル（７）に供給される。フローチャンネル（４）は次第に垂直方向に向き、その中で固体粒子が沈降する分離室（１５）内の床に向いて広がっている。

Description

【発明の詳細な説明】 流動床のガスフローから固体粒子を分離する装置 本発明は、請求項１の前提部分に記載の燃焼室の固体粒子を同伴するガスフロ ーから固体粒子を分離する分離装置に関するものである。 ＣＦＢシステムは、循環流動床リアクタを用いて作用している。 この場合、一次空気は、燃焼室に送られる微細粒子及び固体粒子からなる層を 通って底から頂部に流れる。流動床が形成されると、固体粒子の重量によ力はガ スフローの対向する力により相殺される。 固体粒子の一部は、ガスフローと共に、流動床リアクタから出る。固体粒子は 、プロセスに必要な固体サイクルを確保するために、他の装置によりガスフロー から除去される。 固体粒子を排気ガスフローから分離するのに、遠心力を利用するサイクロンと いわれる分離装置が用いられることは公知である。 遠心力を利用する分離装置の原理は、遠心力の作用に基づいている。 ガス／固体混合物を、垂直サイクロン軸の周りの円形トラック上に加速するこ とにより、遠心力が生じ、これがガスフロー中のガス成分、固体成分に異なった 力を作用させる。遠心力は、粒子サイズが大きくなるに従って増大する。この結 果、粒子は特定の粒子サイズからスタートして分離される。所謂分離粒より小さ い粒子はガスフローに従う。 サイクロンの分離グレインより大きい固体粒子は壁にぶつかり、固体出口に落 下する。ガスフロー及び分離グレイン粒より小さい粒子は、天井の中央開口を通 ってサイクロンから出る。 特に、固体分が多いガスフローのサイクロンの場合、遠心力の作用が非常に強 くなる、即ちガスフロー中の粒子の大部分がサイクロンの垂直軸の周りに回らな くなり、サイクロンに入った直後に、下向きの固体柱となって固体出口に落下す る。固体粒子の極めて僅かの部分がガスフローから遠心力よって分離されるにす ぎない。 ＣＦＢシステム用の従来のサイクロンは非常に大きく、かさも大きい。従って 、熱絶縁を保つための煉瓦の量が多いことが必要となり、また固体粒子の衝突に よるエロージョンに対する保護が必要となる。多量の煉瓦の昇熱はゆっくりであ り、ＣＦＢシステムのスタートに長時間を要する。スタート及び停止操作は、煉 瓦の寿命を短くする。 更に、サイクロンの通常の構成では、サイクロン、燃焼室及びボイラー対流部 の熱膨張の大きさ及び方向が異なるので、高価な補償装置が必要となる。 本発明の目的は、請求項１の前提部分に記載の、排ガスフローから固体粒子を 分離する分離装置で、出口にできるだけ近く、こうして燃焼室、若し適当ならば 、他のユニットとのコンパクトな接続が可能な分離装置を提供することである。 この目的は、請求項に記載の構成により達成される。本発明の好ましい改良及 び発展はサブクレームに開示されている。 本発明においては、燃焼室から出たガスフローは、サイクロン軸の周りに水平 に位置する円弧部上を上から下に向けるフローチャンネルに達する。このフロー チャンネルは次第に垂直方向に向き、その中で固体粒子が沈降する分離室内に、 下に向いて広がっている。清浄にされたガスフローは、その上をガスフローが流 れるに適したテークオーバチャンネルに流れる。 この水平方向に伸びるサイクロン軸を有するフローチャンネルの構成により、 固体粒子はフローチャンネルの最短パスに沿って進み、フローチャンネルは燃焼 室に接する分離室内に次第に広がる。 この構成により、非常にコンパクトな構造となると同時に、固体粒子が排ガス フローから効果的に分離される。何故なら、分離室への入口がディフューザとし て作用するからである。 重い固体粒子に作用する重力及び遠心力により、この重い固体粒子は、円弧部 に沿った排ガスフローに従って、上方にテークオーバチャンネルに導かれことは なく、この結果、固体粒子は分離室へ滑り落ちる。 本発明の好ましい改善では、フローチャンネルは、ガスフローを連続的に加速 するために、分離室への入口に向かって連続的にテーパしている。 ガスフローは、分離室への入口点で、フローチャンネルのディフューザのよう な膨張により、遅らされ、変向される。この結果、フローエネルギーは、圧力と して回復される。 ガスフローのディフューザへの変向は、すでに分離された固体粒子がバックミ ックスしないようになされることも重要である。 効果的な手段は、テークオーバチャンネルへの入口位置を、フローチャンネル の出口から十分離すことである。効果的な方法は、ガスフローが、その後で再び 上方に向く変向点を越えさせることである。 従来のサイクロンでは、固体粒子はガスフローと共に、繰返して垂直サイクロ ン軸の周りを回っている。 本発明の構成では、ガスフローの、水平に位置するサイクロン軸の周りの、テ ークオーバチャンネルの入口までへの旋回は、３６０°以下の回転に対応する円 弧部になっているに過ぎない。 全ての構成において、円弧部の中に位置する空間は、サイクロン軸と同軸に、 テークオーバチャンネルに利用されることが好都合である。 固体粒子が分離され清浄になったガスフローを受けるための受開口がテークオ ーバチャンネルに設けられていることが必要である。 このために、第１の例では、受開口がサイクロン軸に平行して伸び、底が分離 室に向いている。第２の例では、受開口がサイクロン軸に直交又は角度をなして 伸びている。 次のような構成により、特にコンパクトな構造が得られる。即ち、燃焼室と分 離室とが、基本のリアクタユニットの中で相互に組合わされ、これらの間に位置 して、仕切りがあり，その上端は、テークオーバチャンネルによって、分離室の 側に接続されている。 フローチャンネルは、付加的な取付け無しで形成されているので、簡単な構成 になっている。即ち、一方ではテークオーバチャンネルの外壁により、他方では 基本のリアクタユニットの外壁の内側により形成されている。 フローチャンネル内のガスフローは、分離室への入り口前のフローチャンネル の最狭点において最高速度に達している。１０〜６０ｍ／ｓの速度が、粒子を分 離するのに、特に好ましい。 テークオーバチャンネルを燃焼室の出口の直ぐ下流に配置する構成により、燃 焼室と分離室とをコンパクトに接続できるばかりでなく、対流部を直接接続する ことができる。 この結果、更に、対流部を、分離室と燃焼室とからなる基本のリアクタユニッ トの中に組込むこともできる。この結果、更に、仕切り壁が分離室と対流部との 間に来ることになる。 従来のリアクタで必要であったコンペンセータを不要にできる。何故なら、基 本的なリアクタユニットでの全ての壁を、沸騰水を運ぶパイプを有するダイアフ ラム・ウオールとして構成することができるからである。こうして、許容できな いサーマル・ストレスを防止することができる。 本発明での分離室は、好ましくは、循環流動床の燃焼室と組合わせて設けられ ている。コンパクトな構成により、分離室の床領域で、排気ガスフローから分離 された固体粒子は、戻り開口を通る短いパスを介して再び燃焼室に向けられる。 本発明の実施例が図面に示され、以下に詳細に説明されている。 図１は、リアクタブロックの燃焼室及び分離室を側面から見た断面図。 図２は、図１のＡ−Ａ矢視断面図。 図３は、モディファイしたテークオーバチャンネルを有する図１のリアクタブ ロックの部分図。 図４は、図３のＢ−Ｂ矢視断面図。 極めて簡略化された図１〜４のブロックダイアグラムに示されるように、ＣＦ Ｂリアクタ１，分離室１５及び対流部１１が基本のリアクタユニットの中に組込 まれている。 固体粒子がリアクタ１に導入され、加えられた一次空気２により旋回され、所 望の反応が起こる。 燃焼室内のガスフローの流速が、固体粒子の沈降速度より早いので、固体粒子 の一部は同伴され、ガスフローを介してＣＦＢリアクタ１から放出される。 燃焼室１の直ぐ下流で、ガスフローはフローチャンネル４の入口開口３に達す る。このフローチャンネル４は、外壁５の内側とテークオーバチャンネル７の外 側壁６とによって形成されている。 フローチャンネル４は流れ方向で急激に狭くなっているので、ガスフローは連 続的に加速され、断面積ｘを有する最狭点８で最高速度となる。断面積ｘは、こ こでの流速が１０〜６０ｍ／ｓになるように選ばれる。 最狭点８の下流で、フローチャンネル４は分離室１５に向かって広がる。断面 積が広がり、ガスフローが減速されることにより、ディフューザ効果が生ずる。 ガスフローは同時に円弧部１７に沿って変向される。 この過程で、ガスと固体はイナーシャにより分離される。即ち、固体粒子はサ イクロンタイプの場合の分離グレーンより大きいので、流れの変向に追随できな い。 従来のサイクロンで生ずる恐れのあるバック・ミキシングは、この装置では防 止される。固体は分離室の外壁９に沿って滑り落ち、ガスフローに再びとらえら れることはない。 こうして、固体粒子は分離室１５の床領域の戻り開口１５に達し、ここから、 再びＣＦＢリアクタ１に供給される。 ＣＦＢリアクタ１は分離室１５に対してシールされていなければならないので 、例えば、分離室の床にサイクロン（図示せず）を設置して、運転することもで きる。 ガスフロー中のガス成分及び分離グレーンより小さな固体粒子は、水平なテー クオーバチャンネル７を通って分離室１５から出て、システムの対流部１１に流 入する。 特に図２〜４に示すように、テークオーバチャンネル７への供給開口として２ つの供給開口１４，１８が考えられる。 図１及び２に示す例では、サイクロン軸１６と同軸に配置されたチューブ状の テークオーバチャンネルが、分離室１の垂直外壁の前に設けられ、供給開口１８ を形成している。この場合、開口面を垂直方向にしたり、又は傾斜させ、前記外 壁と共に、分離室に向く煙突状の開口を形成してもよい。 図３及び４に示す例では、供給開口１４は、テークオーバチャンネル７の横面 に沿って水平方向に延びる切抜きによって形成されている。この場合、供給開口 はＣＦＢリアクタ１の仕切り壁１３ａに直接接続されていることが望ましい。 分離室１５、ＣＦＢリアクタ１、対流部１１及び仕切部１３ａ，１３ｂの壁は 沸騰水を通すダイアフラム・ウオールとなっている。 こうして、許容できないサーマル・ストレスが防止され、費用のかかる補償が 不必要となる。 固体粒子が、通常のサイクロンの場合のように、高いエネルギーで壁に衝突す ることがないので、厚い石工が不必要となる。エロージョンの恐れのある領域に のみ、耐摩耗コーティングでクラッドする。 こうして、ボイラーシステムの立上げ時間が極めて短くなり、また、構成は簡 単で、安価となる。 「符号の説明」 １…ＣＦＢリアクタ、２…一次空気、３…入口開口、４…フローチャンネル、 ５…外壁、６…テークオーバチャンネルの壁、７…テークオーバチャンネル、８ …最狭点、９…外壁、１０…戻り開口、１１…対流部、１２…加熱面、１３ａ… 第１仕切り壁、１３ｂ…第２仕切り壁，１４…供給開口、１５…分離室、１６… テークオーバチャンネル、１７…円弧部部、１８…供給開口。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シュテーゲ、フランク ドイツ連邦共和国、デー−90552 レーテ ンバハ、シューマッヘリング 119 (72)発明者 シューレ、アクセル マレーシア国、50450 クアラ・ルンプー ル、ジャラン・ピナン 11、レベル 15、 タワー ２、エムエヌアイ・ツインズ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ガスフローの同伴力より大きな遠心力及び重力をガスフローの固体粒子に 作用させ、所定の最小サイズの粒子がガスフローから分離されるようにした手段 を備えた、ＣＦＢリアクタの固体粒子を同伴するガスフローから固体粒子を分離 する装置において； 前記ＣＦＢリアクタ（１）からのガスフローが、サイクロン軸（１６）の周り に水平に位置する円弧部（１７）上を上から下に向けるフローチャンネル（４） に達し、前記ガスフローが、ここから、その上をガスフローが流れるに適したテ ークオーバチャンネル（７）に流れるようになっており、この場合、前記フロー チャンネル（４）は次第に垂直方向に向き、その中で固体粒子が沈降する分離室 （１５）内に、下に向いて広がっていることを特徴とする分離装置。 ２）前記フローチャンネル（４）は、前記ガスフローを連続的に加速するため に、前記分離室（１５）への入口（８）に向かって連続的にテーパしており、こ れを越えたらディフューザとして作用するようになっていることを特徴とする請 求項１に記載の分離装置。 ３）前記ガスフローのディフューザへの変向は、すでに分離された固体粒子が バックミックスしないようになされることを特徴とする請求項２に記載の分離装 置。 ４）前記ガスフローの、水平に位置するサイクロン軸（１６）の周りの、前記 テークオーバチャンネル（７）の入口までへの旋回は、３６０°以下の回転に対 応する円弧部になっていることを特徴とする前記請求項のいずれか１つに記載の 分離装置。 ５）前記テークオーバチャンネル（７）は、前記円弧部（１７）の中で、前記 サイクロン軸（１６）と同軸に位置していることを特徴とする前記請求項のいず れか１つに記載の分離装置。 ６）前記サイクロン軸（１６）に平行して伸び、底が前記分離室（１５）に向 く受開口（１４）が、固体粒子が分離され清浄になったガスフローを受けるため に、前記テークオーバチャンネル（７）に設けられていることを特徴とする前記 請求項のいずれか１つに記載の分離装置。 ７）前記サイクロン軸（１６）に直交又は角度をなして伸びる受開口（１８） が前記テークオーバチャンネル（７）に設けられていることを特徴とする請求項 １〜６のいずれか１つに記載の分離装置。 ８）前記ＣＦＢリアクタと前記分離室（１５）とが、基本のリアクタユニット の中で相互に組合わされており、これらの間に位置して、仕切り（１３ａ）があ り，その上端は、前記テークオーバチャンネル（７）によって、前記分離室（１ ５）の側に、接続されていることを特徴とする前記請求項のいずれか１つに記載 の分離装置。 ９）前記テークオーバチャンネル（７）は、基本のリアクタユニットの外壁（ ５）と共に前記フローチャンネル（４）を形成していることを特徴とする請求項 ２に記載の分離装置。 １０）前記ガスフローが，前記分離室（１５）への入り口前で、前記フローチ ャンネル（４）の最狭点における最高速度に達し、その速度は１０〜６０ｍ／ｓ の間にあることを特徴とする請求項９に記載の分離装置。 １１）前記テークオーバチャンネル（７）は、前記分離室（１５）を、その中 で清浄ガスが熱を放出する対流部（１１）に接続していることを特徴とする前記 請求項のいずれか１つに記載の分離装置。 １２）前記対流部（１１）は前記の基本のリアクタユニットの中に組込まれて おり、更に仕切り壁（１３ｂ）が前記分離室（１５）と前記対流部（１１）との 間に位置していることを特徴とする請求項１１に記載の分離装置。 １３）少なくとも１つの仕切り壁（１３ａ，１３ｂ）が、前記の基本のリアク タユニットの中で、沸騰水を運ぶダイアフラム・ウオールとして形成されており 、更に、基本のリアクタユニットの壁、好ましくは全ての壁、がボイラの水／蒸 気サイクルの中に組込まれていることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１ つに記載の分離装置。 １４）リアクタ室は、循環流動床を用いる方法のために設けられており、また 前記ガスフローから分離された固体粒子が、前記分離室の床領域で、戻り開口（ １０）を介して再び前記ＣＦＢリアクタ（１）に入ることを特徴とする前記請求 項のいずれか１つに記載の分離装置。