JPS5885096A - 流動床式熱交換器 - 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させるよう
にしだ熱交換器に関する。

流動床の使用は、熱を創生ずる効率的方法として古くか
ら認められている。通常の流動床装置においては、通常
高硫黄分の瀝青炭のような燃料とその燃焼により放出さ
れる硫黄のための吸収材との混合物を包含した粒状物質
の床を支持した有孔板またはグリッドを通して空気が吹
込まれる。空気が床内を吹抜ける結果として、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
ような流動床装置は、大気へ排出される硫黄の量を相当
に減少させることができることの他に、高い熱伝達率、
実質的に均一々床温度、比較的低温での燃焼、腐蝕およ
びボイラ付着物の減少、およびボイラ寸法の減少を可能
にする。

流動床での燃焼プロセスにおいては、石炭および吸収材
が、適当な供給器、噴射器などによって床内へ連続的に
導入され、使用ずみの石炭および吸収材は、床の下方部
分から、通常熱交換器の壁を貫通して延長した重力ドレ
ン管または有孔板に穿設した排出開口を通して排出され
る。しかしながら、この極の装置においては、最少限の
個数の床材料供給管が、通常熱交換器゛の壁を通して設
けられているの゛で、床内の粒状材料の分配および混合
が不十分になり、従って、材料の滞留時間が不十分で、
反応効率が低下する。この欠点は、最大限の効率を得る
ためにはいずれも良好な混合と分配を必要とする、亜炭
のような高反応性の粒状石炭や、比較的微細な粒子（３
■径以下）の石炭や、高密度の粒状石炭の場合特に顕著
である。反対に、比較的な粗大粒子の石炭の場合は、粗
大な灰粒子が残留し、それを床から排出させるのが困難
な場合がある。

従って、本発明の目的は、床内の材料の良好な混合およ
び分配を比較的安価な簡単な態様で達成することができ
るようにした流動床式熱交換器を提供することである。

本発明の他の目的は、床材料を床内で入口からドレン管
へ向う方向に循環させ、比較的大きな粒子がドレン管を
通って流出することなく床内で反応するのに十分な滞留
時間を与えるようにした上記型式の流動床式熱交換器を
提供することにある。

本発明の他の目的は、床材料を所望の方向に循環させ、
そのドレン（排出）を良好にするように床材料に運動量
（はずみ）を与えるように配向された指向排出口を有す
る複数の流動化用ノズルによって床材料の循環を誘引す
るようにした上記型式の流動床式熱交換器を提供するこ
とである。

本発明の他の目的は、床の容具る帯域における流動化用
ガスの量を変えることによって床材料の循環を誘引し、
それによって高密度の床材料が存在する帯域と低密度の
床材料が存在する帯域とを創生し、それにより床材料の
所望の循環を生じさせるようにした上記型式の流動床式
熱交換器を提供することである。

本発明の更に他の目的は、通常ならば分離してグリノＦ
′または有孔板上へ沈降する比較的大きい粒子の滞留時
間を延長させる不規則な径路に沿って床材料を移動させ
るように流動化用空気を差向ける複数の流動化用ノズル
を備えた流動床式熱交換器を提供することである。

略述すれば、本発明の熱交換器は、粒状材料の床を支持
する有孔板の各孔にそれぞれ対応した複数のノズルを備
えておシ、それらのノズルは、床のドレン管の方に向け
られており、それによって、分離して床の底部へ沈降す
る傾向のある大寸法の灰粒子のドレン（排出）を促進す
るとともに、材料の最適な分配および混合を保証するよ
うな態様で床内で床材料の循環を誘引する。

本発明の上記およびその他の目的ならびに利点は、添付
図を参照して記述する本発明の好ましい実施例の説明か
ら一層明らかになろう。

第１および２図を参照して説明すると、参照番号１０は
、例えばボイラ、燃焼器、プロセス反応器などの流動床
式熱交換器の大部分を構成する囲い体を示す。囲い体１
０は、前壁１２と、後壁１４と、両側壁１６．１７から
成っている。図示の実施例では、缶壁は、各々両側に対
向して管の全長に亘って延長した細長いフィン２０を慣
用の態様で連結することによって互いに結合された複数
の平行に配設された垂直延長管１８によって構成されて
いる。囲い体ｌＯの上方部分は、便宜上図示されていな
いが、対流部と、頂壁と、燃焼ガスを慣用の態様で排出
させるための出口から成っていることは周知である。

粒状材料の床２２は、囲い体１０内に収容され、囲い体
の下方部分に水平に延設された有孔板２４上に支持され
る。床２２は、例えば、瀝青炭のような燃料の粒子と、
燃料の燃焼によって放出される伏黄を吸収するだめの、
石灰石のような吸収材との混合物から成るものとするこ
とができる。

有孔板２４の真ぐ下に充気室２６が設けられており、充
気室２６には、外部供給源（図示せず）から該充気室へ
１対の空気流ダンノぞ３０の制御により圧縮空気を導入
するための入口２８が設けられている。

導入ダクト（図示せず）などから粒状石炭を受取り、床
２２の上面上へ供給するための床上配置の燃料供給管３
２が前壁１２を貫通して設けられている。供給管３２は
、重力排出式のものであってもよく、あるいは、スプレ
ッダ型または他の製式のものであってもよい。ｔた、床
２２上へ吸収材を供給する゛ための吸収材供給管（図示
せず）を設けることができ、吸収材供給管も、燃料供給
管３２と同様の構成とすることができる。

ドレン管３４は、後壁１４を貫通して延設され、端部分
３４ａを有している。ドレン管３４は、使用ずみ床材料
を受取シ、囲い体ｌＯから重力によりスクリュウ冷却器
またはコンベヤベルトなど（図示せず）へ排出する役割
を果す。

複数の空気分配管即ちノズル３６が有孔板２４の各孔に
連通されている。各ノズル３６は、ダルト止めや、溶接
などの任意の慣用手段によって有孔板２４に固定され、
有孔板から所定距離だけ上方へ床２２内へ延長した垂直
管部分を有しており、その下端は元気室２６から空気を
受取る。各ノズル３６は、はぼ９０°屈曲して、後述す
るような方向に向けられた水平延長部分を形成している
。これにより、元気室２６からの空気は、ノズル３６の
垂直部分に流入し、水平部分から床２２内へ噴出する。

床材料の所望の循環を生じさせるように床材料の密度の
異る帯域を創生ずるためにノズルのピッチ即ち床の単位
面積当シのノズルの本数を変えることができる。あるい
は、ノズルのピッチを一定にしてノズルの型やサイズを
変えることによって空気またはガスの流れを変えるよう
にしても同じ結果が得られる。あるいは、ピッチを一定
にして、外部のダンパおよび元気室の仕切板により調節
することによって床の容具る帯域内の空気流を変えるよ
うにしてもよい。空気は、究極的には囲い体ｌＯ内を対
流により上昇し、燃焼生成ガスと共に、囲い体の上方部
分の排出口（図示せず）から流出するので、ノズルの水
平部分より上方に存在する床材料は流動化される。また
、ノズル３６の垂直部分の周りには粒状材料の停滞層が
生じる。

この停滞層は、ノズル３６より上方の熱交換器内に生じ
る熱から有孔板２４を隔離する働きをする。

第１および２図に示されるように、ノズル３６の大部分
は、それらの水平噴出口がほぼドレン管３４の方に、特
に後壁１４の方に向けられるように配向されており、ノ
ズル３６のうち後壁１４に近接した一部分（図示の例で
は３列のノズル）は、それらの水平部分が他のノズルの
水平部分に対して垂直に、かつ、ドレン管３４の方に向
って延長するように配向されている。このような配向の
結果として、床材料に、該材料の第１図に矢印で示され
る方向の循環を誘引する運動量が付与され、床材料の良
好な分配、混合および排出（ドレン）を保証する。

床の始動に当って床材料に慣用の態様で最初に点火する
だめの床点火バーナ３８が有孔板２４の直ぐ上のところ
で前壁１２を貫通して装着されている。

１対の水平管寄せ４０が、それぞれ前壁１２を構成する
管１８と、後壁１４を構成する管１８に接続されており
、更に別の水平管寄せ４２が側壁１６を構成する管１８
に接続されている。管寄せ４０．４２と同様な管寄せ（
図示せず）が、側壁１７の上下両端と、壁１２．１４．
１６の上端に接続されている。かくして、加熱すべき流
体は、壁１２．１４．１６．１７内を通して順次に、ま
たは並列的に慣用の態様で通流せしめられ、流動床から
熱を吸収する。

作動において、元気室２６の入口に設けられているダン
パ３０が開放されると、加圧空気が充気室を通り、各ノ
ズル３６の下方入口端に流入し、ノズルの垂直部分を通
り、水平部分から有孔板２４の平面より上の平面におい
て床２２飼へ噴出する。

次いで、空気は、床２２内をドレン管３４の方に向って
総体的に上向きに移動する。それにより、ノズル３６の
直ぐ上にある床２２内の粒状材料の部分は、床材料供給
管３２からの粒状材料のドレン管３４の方に向っての循
環を誘引させるような態様に流動化される。ノズルの上
端と有孔板２４の上面との間に存在する床材料の部分は
停滞したままである。

次いで、点火バーナ３８が始動され、床内の材料を所定
の温度に達するまで加熱し、供給管３２から追加の粒状
材料が供給され、必要に応じて吸収材料が床２２の上面
上へ供給される。

床２２が流動化され、所定の高温に達した後は、点火バ
ーナ３８は不作動に声れるが、供給管３２は粒状燃料を
所定の供給割合で床の上面へ分配し続ける。上述したよ
うに、本発明の構成によれば、床材料に与えられる運動
量によって誘引される床材料の良好な循環により粒状材
料の混合および分配が得られる。また、有孔板２４の上
面とノズル３６の水平部分との間に存在する粒状材料の
停滞層が有孔板２４のだめの断熱層の役割を果す。

加熱すべき水などの流体は、管寄せ４０．４２へ通され
、そこから並列的に、あるいは順次に壁１２．１４．１
６．１７の管１８を通して通流せしめられ、流動床から
熱を吸収した後、更に追加の処理を受けるために外部の
装置へ送られる。

第３〜４図の実施例も、第１〜２図のものと類似してい
るので同一の部品には同一の参照季号を付しである。第
３〜４図の実施例においては、中央に配置したドレン管
５０を充気室２６内を貫通して延長させ、ドレン管の入
口端部分５Ｑａを有孔板２４に設けた開口を貫通し該開
口から僅かに上方へ突出させる。

第４図にみられるように、Ｐレン管５０は、壁１２と１
４の間の中間で、かつ、壁１６と１７の間の中間に、従
って有孔板２４の中央部に位置する。

粒状石炭を床２２の上表面上へ供給するための供給管３
２は、前壁１２と後壁１４を貫通してそれぞれ２本づつ
設ける。

先の実施例のものと同じ構造の空気ノズル３６を、それ
らの噴出口を全体的に中央ドレン管５０の方に向けて配
置する。詳述すれば、前壁１２とドレン管５０との間に
ある各ノズル３６は、空気を第３．４図でみて総体的に
左から右方向へ噴出するように向けて配置し、後［１４
とＰレン管５０との間に位置する各ノズル３６は空気を
総体的に右から左方向へ噴出するように向けて配置する
。

また、側壁１６とドレン管５０との間に位置する３列の
ノズル３６は、他のノズルに対して垂直方向に、かつ、
ドレン管５０の方に直接向けて配置する。同様にして、
側ｆｉ１７とドレン管５０との間に位置する３列のノズ
ル３６も、他のノズルに対して垂直方向に、かつ、ドレ
ン管５０の方に直接向けて配置する。

従って、この実施例においても、床材料に運動量が付与
され、床内において床材料の良好な循環が誘引されるこ
とにより材料の良好な混合および分配が達成される。

第５図の実施例について説明すると、参照番号１１０は
、例−えはゼイラ、燃焼器、プロセス反応器などの流動
床式熱交換器の大部分を構成する囲い体を示す。囲い体
１０は、前壁１１２と、後壁１１４と、両側壁１１６（
第５図には一方の側壁だけが示されている）から成って
いる。この実施例においても、缶壁は、各々両側に対向
して管の全長に亘って延長した細長いフィン１２０を慣
用の態様で連結することによって互いに結合された複数
の平行に配設された垂直延長管１１８によって構成され
ている。囲い体１１０の上方部分は、便宜上図示されて
いないが、対流部と、頂壁と、燃焼ガスを慣用の態様で
排出させるだめの出口から成っていることは周知である
。

粒状材料の床１２２は、囲い体１１０内に収容され、囲
い体の下方部分に水平式延設された有孔板１２４上に支
持される。床１２２は、例えば瀝青炭のような燃料の粒
子と、燃料の燃焼によって放出される硫黄を吸収するた
めの、石灰石のような吸収材との混合物から成るものと
することができる。

有孔板１２４の直ぐ下に充気室１２６が設けられており
、充気室１２６には、外部供給源（図示せず）から該元
気室へ加圧空気を導入するための入口１２８が設けられ
ている。充気室１２６内に２つの仕切板１３０．１３２
が設けられており、充気室１２６を３つの区画１３４．
１３６．１３８に分割している。

元気室の区画１３４および１３６内には、それぞれ１対
のダンパ１４０．１４２が調節自在に取付けられている
。ダンパ１４０．１ａ２ｔｉ、慣用設計のものであり、
それぞれ充気室区画１３４．１３６を通る空気の流量を
変える働きをする。これらのダン／、ｏは、後述する目
的のために、区画１３６を通る空気の流量の方が区画１
３ｇを通る空気の流量より少くなるようにセットされる
。

導入ダクトなど（図示せず）から粒状石炭を受取り、床
１２２の上面上へ供給するための床上配置の燃料供給貢
１４４が前壁１１２を貫通して設けられている。供給管
１４４は、重力排出式のものであってもよく、あるいは
スゾレッダ型または他の型式のものであってもよい。ま
た、床１２２上へ吸収材を供給するだめの吸収材供給管
（図示せず）を設けることができ、吸収材供給管も、燃
料供給管１４４と同様の構成とすることができる。

ドレン管１４６は、後壁１】４を貫通して延設され、囲
い体１１０内の床１２２の下方部分に連通ずる入口端部
分１４６ａを有している。ドレン管１４６は、床内全漸
次下降する床材料を受取シ、囲い体１１０から重力によ
シスクリュウ冷却器またはコンベヤベルトなど（図示せ
ず）へ排出する役割を果す。

複数の空気分配管即ちノズル１５０が有孔板１２４の各
孔に連通されている。各ノズル１５０は、Ｉルト止めや
、溶接などの任意の慣用手段によって有孔板１２４に固
定され、有孔板１２４から所定距離だけ上方へ床１２２
内へ延長した垂直管部分を有しておシ、その下端は充気
室１２６から空気を受取″る。充気室１２６からの空気
は、ノズル１５０の垂直部分に流入して床１２２内へ噴
出し、燃焼生成ガスと共に囲い体の上方部の出口（図示
せず）から流出する。ノズル１５０より上方に存在する
床材料は、この空気によシ流動化され、空気は、また供
給管１４４からの燃料の燃焼反応にも加わる。ノズル１
５０の垂直部分の周シには粒状材料の停滞層が生じる。

この停滞層は、ノズルよシ上方の熱交換器内に生じる熱
から有孔板１２４を隔離する働きをする。

ノズル１５０は、有孔板１２４全体に亘って等間隔に配
置されており、各列のノズルは、それぞれ隣りの列のノ
ズルとは互い違いにずらされている。充気室１２６から
ノズル１５０への空気の流量は、ダンノξ１４０．１４
２の位置を選択的に制御し、それぞれ売気室区画１３４
．１３６を通る空気の流量を変えることによって変更さ
れる。詳述すれば、ダンノぐ１４０．１４２は、常態で
はほぼ第５図に示されろ位置に置かれておシ、区画１３
４を通る空気流量の方が区画１３６を通る空気流量より
少くなるようになされている。また、充気室区画１３６
を通る空気流量は、ダンパのない区画１３８を通る空気
流量よシ当然に少いから、ノズル１５０を通９床１２２
へ噴出する空気の流量は、第５図でみて左から右へ、即
ち供給管１４４からドレン管１４６の方に向って増大す
る。その結果として、床材料の供給管１４４からドレン
管１４６の方向への循環を誘引し、後述するように床材
料の優れた分配および混合を保証する。

床の始動に当って床材料に慣用の態様で最初に点火する
ための床点火バーナ１５２が有孔板１２４の直ぐ上のと
ころで前壁１１２を貫通して装着されている。

１対の水平管寄せ１５４が、それぞれ前壁１１２を構成
する管１１８と、後壁１１４を構成する管１１８に接続
されており、更に別の１対の水平管寄せ１５６が側壁１
１６を構成する管１１８に接続されている。管寄せ１５
４．１５６と同様の管寄せが壁１１２．１１４．１１６
　の上端に接続されている。かくして、加熱すべき流体
は、壁１１２、１１４．１１６内を通して順次に、また
は並列的に慣用の態様で通流せしめられ、流動床から熱
を吸収する。

作動において、加圧空気が充気室の入口１２８へ導入さ
れ、充気室１２６内を上昇し、充気室区画１３４．１３
６．１３８へ流入し、ノズル１５０内へ流入する。区画
１３４．１３６を通る空気の流量はダンノξ１４０．１
４２によってそれぞれ制御される。空気は、ノズル１５
０を通り、有孔板１２４の平面よシ上の平面において床
１２２内へ噴出する。先に述べたように、ダンノ々１４
０および１４２は、区画１３４を通る空気の流量が区画
１３６を通る空気の流量より少くなるようにほぼ第５図
に示される相対位置に調節されている。区画１３８内に
はダンパは設けられていないから、床１２２内へ導入さ
れる空気の流量、従って、床材料の密度は、供給管１４
４が配置されている前壁１１２からドレン管１４６が配
置されている後壁１１４の方に向って増大する。床内に
おける床材料の密度のこのような変化の結果として、ノ
ズル１５０の直ぐ上にある床１２２の下方部分内の粒状
材料の部分は、床材料供給管１４４からの粒状材料のド
レン管１４６の方に向っての循環を誘引させるような態
様に流動化される。床１２２の上方部分においては粒状
材料は、第５図に矢印で示されるように反対の方向に循
環する。

次いで、点火ノ々−す１５２が付勢され、床内の材料を
所定の温度に達するまで加熱し、材料供給管１４４およ
び吸収材供給管から追加の粒状材料および吸収材料が必
要に応じて床１２２の上面上へ供給される。

床１２２が流動化され、所定の高温に達した後は、点火
バーナ１５２は不作動にされるが、供給管１４４は粒状
燃料を所定の供給割合で床の上面へ分配し続ける。上述
したように、流動化空気を区域によって異る流量で床内
へ導入し、床の密度を変えることの結果として、床材料
に運動量が与えられ、床材料の良好な循環が誘引される
ことにより粒状材料の優れた混合および分配が得られる
。

これによシ、粒状材料の滞留時間が長くなシ、従つて反
応効率を相当に高める。また、有孔板１２４の上面とノ
ズル１５０の上端との間に存在する粒状材料の停滞層は
、有孔板のだめの断熱層の役割を果す。

加熱すべき水などの流体は、管寄せ１５４．１５６へ通
され、そこから並列的に、あるいは順次に壁１１２．１
１４．１１６の管１１８を通して通流せしめられ、流動
床から熱を吸収した後、更に追加の処理を受けるために
外部の装置へ送られる。

第６〜７図の実施例は、第５図の実施例と一似しており
、同一の部品は同一の参照番号で示されている。第６〜
７図の実施例においては、充気室１２６内の仕切板およ
びダンＡが省除され、有孔板１２４のノズル挿通孔、従
ってノズル１５００間隔が、変えられている。詳述すれ
ば、孔、従ってノズル１５００間隔は、第６．７図でみ
て左から右へ、即ち、材料供給管１４４が配置されてい
る前壁１１２からドレン管１４６が配置されている後壁
１１４の方に向って漸次小さくされている。

従って、ノズル１５０の本数、従って床１２２内へ導入
される空気の流量は、左から右へ漸次増大し、床材料の
密度はこの方向に漸次減少する。かくして、床材料に先
の実施例の場合と同様な運動量が与えられ、第６図に矢
印で示される方向の循環が誘引され、床材料の良好な分
配、混合および滞留時間を保証する。

上述した各実施例に本発明の範囲から逸脱することなく
いろいろな変更を行うことができる。例えば、上述した
目的および結果が得られる限り、ノズルの形態、本数、
配置、向きなどをいろいろに変更することができる。ま
た、水を床に対して熱交換関係に慣用の態様で循環させ
るだめの一連の熱交換管を囲い体内に設けることができ
る。

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明は
これに限定されるものではなく、本発明の精神および範
囲から逸脱することなくいろいろな改変が可能であるこ
とは当業者には明らかであろう。

【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一実施例の立断面
図、第２図は第１図の熱交換器を、その床材料を省略し
て示す縮少平面図、第３図は、本発明の流動床式熱交換
器の他の実施例の立断面図、第４図は第３図の熱交換器
の平面図、第５図は本発明の熱交換器の更に別の実施例
の立断面図、第６図は更に別の実施例の立断面図、第７
図は第６図の熱交換器の縮少平面図である。 図中、１０は囲い体、１２は前壁、１４は後壁、】６．
１７は側壁、１８は管、２４は有孔板、２６は充気室、
２８は入口、３ｏはダンパ、３２は材料供給管、３４は
ドレン管、３６は空気分配管（ノズル）。 特許出願人　　フォスター・ホイーラー・エナージイ・
第１図 Ｉ２Ｉｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）粒状材料の床を支持するようンなされた有孔板と、
   該粒状材料を流動化させるために前記有孔板の複数の孔
   を通して空気を導入するための空気導入手段と、粒状材
   料を前記床へ供給するだめの材料入口手段と、使用ずみ
   の床材料を排出するために前記床に連通ずるように接続
   されたドレン手段と、前記空気を受取るために前記有孔
   板の６孔に連結されており、前記材料入口手段からドレ
   ン手段へ向う方向への床材料の循環を誘引するように該
   空気をドレン手段の方へ向って差向けるための空気差向
   は手段とから成る流動床式熱交換器。 ２）粒状材料の床を支持するようになされた板と、粒状
   材料を接床へ供給するための材料入口手段と、使用ずみ
   の床材料を排出するために前記床に連通ずるように接続
   されたドレン手段と、流動化用空気を前記床に沿って前
   記材料入口手段からドレン手段の方に向って漸次変化す
   る流量で該床内へ導入するための空気導入手段とから成
   る流動床式熱交換器。 ３）粒状材料の床を支持するようになされた板と、粒状
   材料を接床の第１の部分へ供給するだめの材料入口手段
   と、使用ずみの床材料を接床の第２の部分から排出する
   ために接床に連通ずるように接続されたドレン手段と、
   床の第１部分へ導入される空気の流量と床の第２部分へ
   導入される空気の流量とが異るような態様で接床を流動
   化させるために床内へ空気を導入するだめの空気導入手
   段とから成る流動床式熱交換器。