JPS58213187A - 流動床式熱交換器およびその作動方法 - 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】 本発明は、流動床式熱交換器に関し、特に、流動床内で
粒状燃料を燃焼させることによって熱を発生するように
した熱交換器に関する。

流動床の使用は、熱を創生ずる効率的な手段として古く
から認められている。通常の流動床装置においては、例
えば硫黄含有分の高歴青炭のような燃料と、その燃料石
炭の燃焼によって放出される硫黄を吸着するための吸着
材との混合物を包含した粒状物質を支持する有孔板また
はグリッド（格子）を通して空気が送りこまれる。床を
とおして空気が吹上げられることによって床は、沸騰す
る液体のように挙動し、燃料の燃焼を促進する。

このような構成の基本的な利点は、熱伝達率が比較的高
いこと、床温度が実質的に均一であること、比較的低い
温度で燃焼すること、石炭の取扱いが容易であること、
腐食およびボイラの付着物が少いこと、およびボイラサ
イズを小さくすることができることなどである。

流動床式燃焼過程においては、石炭および嘔着拐が適当
な供給器、噴射器などによって連続的に床内へ導入され
、石炭灰および使用ずみ吸着材は、通常重力式ドレン管
を通して床の下方部分から排出される。ドレン管の入口
は、上記有孔支持板に形成された排出開口に整合されて
おシ、ドレン管の末端は、スクリュウ式冷却器またはコ
ンベアベルトに連通している。しかしながら、使用石炭
の粒子寸法が比較的広範囲に亘るような装置においては
、比較的重い石炭灰粒子がドレン管の上部区域へ移動す
る傾向があシ、不可能ではないにしても、流動化させに
くい稠密区域が生じる。その結果、石炭灰の重い粒子は
、ドレン管を通して排出されず、ドレン管の詰まυを生
じ、そのために床の俣動効率を著しく低下させることに
なる。

更に、流動床の作動においては、伝熱効率をできるだけ
高めるために、床内の拐料のレベル（高さ）をきめ細く
制御することが望ましい。補給材料が常時導入される流
動床においては、ドレン管が詰まシ易いと、床内の材料
のレベルを正確に制御することは困難である。また、ド
レン管を通しての排出を常時制御するとともに、比較的
軽い吸着材粒子を流動床内に保持し、比較的重い石炭灰
粒子だけをドレン管を通して排出させるようにすること
か望ましい。このようにして、吸着材は、石炭の燃焼に
よって生じる硫黄をより多く吸収するように、よシ長い
時間流動床内に保持され、従って、常時導入される新し
い吸着材の量を少くすることかできる。吸着材の損失は
、床の流動作用および吸着材同志のこすυ合いによシ吸
着拐が微小粒子に破砕されることと、微小吸着材が流動
化用ガス（空気）に帯同′されて煙道を通して運び去　
　　　□られることとによってもたらされる、床の通常
作動における許容範囲の損失にとどめられる。

従って、本発明の目的は、全部の石炭を流動化させ、石
炭灰がドレン管を詰まらせるのを防止するようにした流
動床式熱交換器およびその作動方法を提供することであ
る。

本発明の仙の目的は、石炭灰はドレン管を通して排出さ
せるが、頓着材は排出させないようにした流動床式熱交
換器およびその作動方法を提供することである。

本発明の更に他の目的は、流動床のレベル（高さ）を正
確に制御するようにした流動床式熱交換器およびその作
動方法を提供することである。

略述すれば、本発明の流動床式熱交換器は、粒状材料の
流動床を支持する有孔板と、圧縮空気源に接続したドレ
ン管を備えてい名。圧縮空気をドレン管を通して吹上げ
てドレン管の上方の流動床の材料内へ流入させ、それに
よって石炭灰の重い粒子が堆積するのを防止する。また
、この空気の吹上げは、ドレン管への入口の上方の流動
床内にほぼ円錐状の低密度区域（粒状材料の密度が低い
区域）を創生じ、それだけ、ドレン管の上方領域におい
ては粒状材料を支持する支持力が／」・さくなる。従っ
て、流動床内の比較的重い粒子が該低密度区域に向って
移動し、ドレン管内へ沈下する。

ドレン管を通して吹上げる圧縮空気の流れは、吸着材の
比較的軽い粒子を浮揚させて上方へ押上げる分離空気ス
クリーンを構成し、一方、比較的重い石炭灰粒子は、ド
レン管内を上昇する圧縮空気を通って重力によシ下方へ
流下せしめられるように選定する。かくして、ドレン管
への入口周辺の流動床内の区域からは材料の堆積が排除
され、軽い吸着材粒子は流動床内に保持され、重い石炭
灰粒子はドレン管全通って常時、自由に排出される。

石炭灰粒子は、重力により自由に流下するので、比較的
一定の流量で排出される。従って、流動床内へ導入する
粒状材料の流量は、流動床のレベル（高さ）を正確に制
御するように調節することができる。

以下に、添付図を参照して、本発明の詳細な説明する。

第１図を参照すると、例えばボイラ、燃焼器、プロセス
反応器などのような流動床式熱交換器の主要部を構成す
る囲い体６が示されている。囲い体６は、前壁８と、後
壁１０と、両側壁１２（図には１つだけが示されている
）とから成っている。

６壁は、多数の平行な垂直フィン付管１４を、周知の態
様でそれらのフィンを介して溶接することによって形成
されたものである。囲い休６の上刃部分は、便宜上ここ
には図示されていないが、周知のように、対流部と、頂
壁と、燃焼生成ガスを排出させるための出口とから成っ
ている。

粒状材料の床１８は、囲い体即ち熱交換器６内に配設さ
れ、熱交換器の下方部分に水平に延設した有孔板２０上
に支持される。有孔板２０は多数の孔２１を有している
。床１８は、例えば歴青炭のような燃料と、燃料の燃焼
によって放出される流量を吸着するための石灰石のよう
な吸着材との混合物から成るものとすることができる。

有孔板２０の真下に空気充満室２２が設けられており、
弁２６の制御によシ充満室２２へ外部供給源（図示せず
）か６空気を導入するだめの空気導入管２４が充満室２
２に接続されている。弁２６は、慣用のものであってよ
く、ここでは詳細に説明する必要は々い。始動に当って
床１８に最初に着火するだめの未着火バーナ２８は、有
孔板２０のすぐ土のところで前壁８を貫通して設けられ
ている。

３つの床上材料供給器３０，３２．３４が側壁１２を貫
通して設けられている。供給器３０．３２゜３４は、導
入ダクトなどから粒状石炭を受取り、弁または他の流れ
制御器によって制御され、石炭粒子を床１８の上面の上
へ供給する。供給器３０゜３２．３４は、重力排出によ
って作動させてもよく、あるいはスプレッダ式供給器ま
たはそれに類するものであってもよい。供給器３０，３
２．３４と同じ供給器を前壁８、後壁１０および他方の
側壁１２の全部またはどれかに設けてもよく、吸着材を
床１８上へ供給するための同様な供給器および制御器も
設けることができる。

１対の水平ヘッダー４０が前壁８および後壁ｌＯを構成
する管１４に接続されておシ、別の１対の水平ヘッダー
４２が両側壁１２を構成する管１４に接続されている。

ヘッダー４０．４２と同様なヘッダー（図示せず）が壁
８，１０．１２の管の上端にも接続されている。かくし
て、加熱すべき流体は、壁ｓ、１０．１２を通して順次
に、または同時併行的に通流させ、周知の態様で流動床
から熱を吸収するようにすることができる。

第２図に詳細に示されるように、空気充満室を貫通して
延設されたドレン管４３は、本発明によれば、外側管４
４と、該外側管内に同心的に配設されて喉部を画定する
内側管４６と、外側管と内側管の上端の間に固定された
斜切カラー４８を備えたものとする。カラー４８の上縁
は、有孔板２０の下面と同じ高さ店し、粒状石炭灰のた
めの漸次細くなる先細状の入口を形成するようにする。

この入口は、有孔板２０に形成した開口４９に整合させ
て配置する。斜切カラー４８は、例えば内側管４６の外
周面に螺着させ、外側管４４に溶接するなどして任意の
適当に手段によって固定することができる。外側管４４
は、有孔板２０の下面から垂下させた環状フランジ５０
に螺着または他の適当な手段によって連結し、それによ
って支持する。内外管４６．４４は、空気充満室２２の
底壁５２を貫通して下方へ延長させ、底壁５２を貫通し
たところで該底壁５２の下面から垂下させた環状フラン
ジ５６と外側管４４との間に介設したカラー５４によっ
て案内されるようにする。内外管４６．４４の下端には
、内側管４６の下端から半径方向外方へ張出す平坦な環
状板５８を溶接または他の適当な手段によって固定する
。環状板５８には、外側管４４よシ半径方向外方に対応
する部位でナツト・ボルト６３のような締着具を通すた
めの複数のボルト孔６２を穿設しである。ナツト・ボル
ト６３によシ圧縮空気導入管組立体６４をフランジ５８
に連結する。

圧縮空気導入管組立体６４は、圧縮空気源（図示せず）
に接続される側方入口６８を有する圧縮空気導入管６６
を備えておシ、導入管６６への圧縮空気の流れは弁７０
によって制御される。導入管６６は、複数のボルト孔７
４を有する半径方向に張出した下方フランジ７２を備え
ておシ、孔７４を用いることによってナツト・ボルト６
３によりフランジ７２を環状板即ち７ランジ５８に連結
することができる。導入管６６内に同心的に内側管７６
を配設する。内側管７６の上端には、検数の孔８０を有
するラッパ型に拡開した切頭円錐板７８が設けられてい
る。切頭円錐板７８は、排出される石炭灰粒子が通ると
とができる。中央孔８１を有している。切頭円錐板７８
の上端にはフランジ７２の上に載る、外方に張出したフ
ランジ８２が設けられている。フランジ８２には、孔７
４と整列する孔８４が穿設されておシ、ナツト・ボルト
６３によってフランジ８２をフランジ７２と５８の間に
締着することができる。内側管７６の下端からは下方環
状フランジ８６が導入管６６を越えて半径方向外方に延
長しており、導入管６６と、内側管７６と、切頭円錐板
７８と協同して環状の空気充満室８８を画定するように
なされている。

石炭灰の排出量を制御するだめに内側管７６の下端に例
えば回転送給器９０のような適当な装置を固定する。図
示の回転送給管の代りに、スクリュウ式送給器などの佃
の適当々排出器を使用することもできる。

作動に当っては、流動化用空気導入管２４の弁２６を開
放して空気を充満室２２を通し、有孔板即ち空気分配板
２０の孔２１を通して上向きに吹込む。次いで、着火バ
ーナ２８を点火して床内の材料を、燃焼が始マシ、比較
的重い石炭灰が生じ始める所定の温度に達するまで加熱
する。この時点で供給器３０，３２．３４から粒状燃料
を供給し、吸着材を他の供給器（図示せず）から必要に
応じて床１８の上面の上へ供給する。

このようにして床１８が流動化され、所定の高い温度に
達しだならば、着火バーナ２８を消し、供給器３０．３
２．３４を通して粒状燃料を所定の供給割合で床の上面
の上へ供給し続ける。水々どの加熱すべき流体は、ヘッ
ダー４０．４２へ通し、そこから同時併行的に、または
順次に壁８．　　　′１０．１２を構成する管１４を通
して通流させ、流動床からの熱を吸収させた後外部装置
へ送給し、更に処理する。

圧縮空気は、弁７０を操作することによって圧縮空気導
入口６８を通して環状空気充満室８８へ導入する。圧縮
空気は、切頭円錐板７８の孔８゜を通って、内側ドレン
管４６によって画定される喉部に流したとき増速され、
そこから直接流動床１８内を貫通して上昇し、ドレン管
４３の上方の流動床内にほぼ円錐状の低密度領域（粒状
材料の稀薄な領域）を創生する。ドレン管４３の上方に
吹上がる空気の量は、流動床１８の他のどの領域よシも
多い。その結果、ドレン管４３の上方の床利料は、ドレ
ン管への入口周辺に堆積するのを防止される。更に、流
動床１８の材料は、ドレン管４３の上方の低密度領域に
向って移動し〜てくる。

しかも、内側ドレン管４６の直径と、圧縮空気源からの
空気の流量は、ドレン管４３全通して吹上げられる空気
が比較的重い石炭灰粒子から比較的軽い吸着材粒子を分
離する空気スクリーンを画定するように選定されている
。かくして、流動床１８の粒状利料がドレン管４３の上
方の低密度領域内へ移動してくると、比較的軽い吸着材
粒子は吹上げられるドレン管からの圧縮空気流によって
比較的重い石炭灰粒子はドレン管４３内へ流下し、そこ
から回転送給器９０によって排出される。

吸着材粒子は流動床１８の流動動作による粒子同志の衝
突およびこすシ合いによって微／Ｊ・粒子に破砕される
ことによる一定量の粉砕が生じ、その結果、微小吸着材
粒子が流動化用空気によって連行され、煙道を通して運
び去られる。かくして、吸着材粒子は、煙道ガスから除
去され、石炭灰粒子は、連続的にドレン管４３を通して
排出され、追加の石炭および吸着材が、材料の連続的循
環を維持し、流動床１８内に常時一定の材料の高さを維
持するように流動床の上部へ連続的に補給される。ドレ
ン管４３内への石炭灰粒子の粒大は、ドレン管への入口
周辺の堆積物によって不規則に制限または岨止されるこ
となく自由に生じるので、比較的一定の流量である。従
って、流動床１８の高さを正確に制御することができる
ように、流動床へ供給すべき粒状材料の供給割合を調節
することがてきる。流動床からの我着拐の除去割合を増
大させたい場合は、ドレン管４３全通しての圧縮空気の
流量。を減少させて、比較的軽い吸着材が比較的重い石
炭灰粒子と共にドレン管を通って落下するようにするこ
とができる。このようにドレン管４３を通して流動床内
へ吹上げる圧縮空気の量を調節することによって、ドレ
ン管を通って落下する粒子の粒子寸法を制御することが
できる。

以上、本発明の詳細な説明しだが、本発明は、これに限
定されるものではなく、その精神および範囲から逸脱す
ることなく、いろいろな変型が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の流動床式熱交換器の支所面図、第２図
は第１図のドレン管の拡大断面図である。 図中、２０は有孔板、２２は空気充満室、２４は空気導
入管、２８は着火バーナ、３０　、３２　。 ３４は材料供給器、４３はドレン管、４８は斜切カラー
、４９は開口、６４は圧縮空気導入管組立体、６６は導
入管、７６は内側管１．７８は切頭円錐板、８８は空気
充満室。 特許出願人　　　フォスター・ホイーラー・エナージイ
・凶−’１１１・１１（１り容に１史なし−３１図 第２図 手続補正書（方式） 昭和５８年７月１２日 特許庁長官　若杉和夫殿 １　事件の表示 昭和５８年特許願第５４０６０号 ２　発明の名称 流動床式熱交換器およびその作動方法 ３　補正をする者 事件との関係　　特許出願人 フォスター・ホイーラー・エナーンイ・コーポレイショ
ン５　補正命令の日付　昭和５８年６月８日（発送日　
昭和５８年６月２８日） ６　補正の対象 図　　　　　面 ７　補正の内容 別紙の通り

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）燃料と吸着材を含む粒状利料の床を支持するための
   有孔板と、該粒状材料を流動化させるために該有孔支持
   板の孔を通して空気を導入するための空気導入手段と、
   該床内に炉焼を開始させ比較的重い燃料灰を生じさせる
   ための燃焼開始手段と、該床へ追加の粒状材料を導入す
   るための材料導入手段と、該床内に入口を有しておシ、
   使用ずみの粒状材料を該床から排出させるだめのドレン
   管とを有する流動床式熱交換器において、前記吸着材粒
   子を流動床内に保持させ、比較的重い燃料灰粒子を前記
   ドレン管内へ落下させるための分離手段を設けたことを
   特徴とする流動床式２）有孔支持板およびドレン管を有
   する流動床式熱交換器を作動させる方法において、燃料
   と吸着材を含む粒状材料を流動床へ供給し、＠Ｗｅ有孔
   支持板を通して流動化用空気を流動床へ供給し、 流動床内で燃焼を開始して、比較的重い燃料灰粒子を生
   じさせ、 吸着材を流動床内に保持したま１にして、燃料灰粒子を
   前記ドレン管を通して排出させることから成る、流動床
   式熱交換器作動方法。