JPS61250489A - 流動床熱交換器 - Google Patents

流動床熱交換器

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JPS61250489A
JPS61250489A JP61092452A JP9245286A JPS61250489A JP S61250489 A JPS61250489 A JP S61250489A JP 61092452 A JP61092452 A JP 61092452A JP 9245286 A JP9245286 A JP 9245286A JP S61250489 A JPS61250489 A JP S61250489A
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chamber
tubes
heat exchanger
heat transfer
heat exchange
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JP61092452A
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ジヤン・フランソワーズ・ラルジユ
ピエール・フランソワーズ・ギーゴン
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Charbonnages de France CDF
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    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01J8/386—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique with fluidised bed containing a rotatable device or being subject to rotation or to a circulatory movement, i.e. leaving a vessel and subsequently re-entering it being subject to a circulatory movement only internally, i.e. the particles rotate within the vessel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D13/00—Heat-exchange apparatus using a fluidised bed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00115—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements inside the bed of solid particles
    • B01J2208/00132—Tubes

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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】 いは炭素の燃焼のような熱処理から成るプロセスを実施
している間に発生する粉状生成物の流れに亘って適応性
をもって調整可能な熱交換を実施するため使用される流
動床熱交撹器に関する。
このような移動、例えば、回収ができるだけ小じんまり
したものにせよまたできるだけ大きハ機能の適応性をも
つ装置で行なわれるのが好ましい。これら２つの条件は
、今日までに公知の装置で満足のように満されていない
。実際上旧式あるいは多セル流動床が使用され、それら
の中へ熱交換管が浸漬されており：これらの装置が場所
、ふさぎでありかつそれらの熱出力が限定範囲内で、累
進的かつ不連続のようにしか変更されない。曝気あるい
は不曝気可動床も使用され、可動床へ多数の熱交換管が
浸漬されており：それらの機能は、固体の不適当な分布
のために制御が困難でありかつそれらの効率が劣等であ
る。
従って本発明の主目的は、流動化される状態で循環させ
る粉状生成物の装入物と、この流動化させる粉状生成物
へ浸漬されかつ加熱および冷却される液体がその中で流
れる熱交換管との間で改良される効率の熱交換を達成す
る熱交換器を提供することにある。本発明は、それらの
粉状生成物とそれらの熱交換管との間での熱移動を連続
的のように調整することも目的としている。
本発明は、流動化ガスで別々に供給される２つの流動化
室から成る熱交換器から出発し、換言すれば、第１室が
粒子状の伝熱媒体の供給手段を備え、第２室が第１室に
隣接しかつこの第１室と連通ずる側面の下方開口および
伝熱媒体の排出の出口をもちまた流動床へ浸漬される多
数の熱交換管を含んでいる。本発明によると、多数の伝
熱媒体粒子は５０と３０００ミクロンとの間から成る平
均寸法をもち、第２室における流動化ガスの最大速度は
、伝熱媒体の粒子の最小流動化速度の１．５倍と１０倍
との間にアシ、それらの熱交換器管は、実質的に水平方
向であシまたこれの管の外径の１．２倍と３倍との間か
ら成る水平間隔（水平面で測定される２つの隣接管の軸
回距離）によって分離されている。それらの管は成る垂
直距離によって分離されている管の長さ方向の部分をも
ち、すなわち、垂直間隔あるいは垂直面で測定される２
つの隣接管軸の間の距離はこれらの管の外径の１．２倍
と３倍との間から成る。
好ましくは上記の粒子は、１００と２０００ミクロンと
の間の平均寸法をもちまた流動化ガスの最大速度は、こ
れらの粒子の最小流動化速度の６倍と９倍との間で選択
されており：水平間隔の好ましい値は、それらの管の外
径の１．５倍でありまた垂直間隔の好ましい値は、同様
にそれらの管の外径の１．５倍である。
本発明による熱交換器の重要な特性は、第２流動化室の
内部の管束の密集度であり、前に規定される間隔によっ
て表わされかつこの第２室がその有効な部分すべてで指
示される間隔で配置される管で充満されることを含む密
集度である。
管束の密集度が本発明の範囲で示される臨界密集度に達
する場合、その他の点ですべてのことが等しいから、そ
れら両室において流動床の平均密度の差が発生する。こ
の密度は、第２室におけるよシも若干低く、このためそ
れらの画室の間で、第−室から第２室に向って伝熱媒体
の循環流を発生する。さらに、管の密集度のために、熱
交換器管に対する固形粒子の一層大きい摩擦が発生する
。それら２つの作用（循環を促進する低い密度および循
環を制約するそれらの管に対する一層大きい摩擦）は、
相反するものであシかつ流動媒体とそれら管との間で発
生される熱移動を改良する作用をもつ合成循環流量をも
たらす。この現象は、流動化速度が両室のそれぞれにお
いて同じであっても発生する。
しかしながら、第２室の内部の循環が第１室の流動化ガ
スの流量によっであるいは換言すれば第１と第２室とに
おける流動化ガスの流量の相対値によっても影響されて
いることが明らかである。従って改良される伝達係数の
長所を保持しながら、熱交換の出力を改変することがで
き、それに就いては本発明の熱交換器は、両室のそれそ
れにおける流動化速度を変更させることによって可能で
ある。
第１室の伝熱媒体の供給手段は、その熱交換器と上流に
ある分離器との間の空気隔離を行ない度い場合では、流
動床内へ浸漬しながら懸垂する管によって構成すること
ができる。第２流動化室の排出の出口は、外部へあるい
は、変形例として、第１室に含まれる流動床の水準より
も高い水準でこの室へ流す溢流出口にすることができる
。
別の変形例の実施によると、第１および第２流動化室は
、共通の全般的ケーシングの内部に含まれまた流動床の
高さより低い高さの内部隔壁によって別個にされている
。
この場合では、流動化ガスは、どちらかの室から出る溢
流出口を介して排出させるのが有利である。しかしなが
ら、必要に応じて、流動化ガスは、このため設けられる
特殊出口によりあるいは流動床へ基底を浸漬する上方隔
壁を設けることを条件として溢流部によって各室の外に
排出させることができるだろう；変形例として、第１室
の外へガスの排出および第２室の外へ固体もろともガス
の排出に対する特殊出口を設けることができる。
さらに、熱交換器の適応性を改良し度い場合、両室の間
で・連通する側面下方開口の水準で機械的あるいは非振
的ゲート弁を設けることができ、そのため両室の間での
固体の循環を改変させるようにする。その効果は、その
際第１と第２室とにおける流動化ガスの相対流量へ関連
する作用ヘオーパラツプされる。実際上、一定の流動化
流量を維持することによって単独の調整手段としてゲー
ト弁を使用することができる。流動化流量を変更させる
ことによって弁を調整する度毎にその出力を改変するこ
ともできる。また同時に２つの調整手段を使用すること
ができる。
以下本発明による熱回収の交換器の２つの実施例の説明
が添付図面を参照して行なわれるだろう。
第１および第２図は、第２流動化室２へ連結されかつこ
の室と連通ずる第１流動化室１から成る本発明による熱
交換器に関するものである。
これらの両室１，２は、それぞれ格子３，４をそれぞれ
もち、このため両方の室を別々に流動化させることがで
きる。室１は、その上方部分で下方へ配向される溢流排
出管７をもち；さらにこの室１が上方閉鎖壁８をもち、
この壁は、粒子形状の伝熱媒体を供給する懸垂管９によ
って横断されておシ、伝熱媒体が例えば、処理反応器あ
るいは流動床ボイラに続いているサイクロンのような分
離器から生じかつカロリで負荷されている。管９は、そ
の通常の水準が溢流管７の水準である流動床１０の内部
へ浸漬され、流動床１０への管９の浸漬深さは、上流に
ある分離器に関してこの熱交換器の空気隔離が確保され
るように決定されている。
室２は、両室の間で連通させる下方開口１２および画室
の間で連通させる上方開口１３をもつ壁１１によって室
１から分離されている。第１および第２図の例の間の差
異は、第１図では壁１１が開口１２．１８を除いて両２
を完全に分離する共通壁であるのに、第２図ではこの壁
１１が同一容積の内部に両室１．２を境する内部隔壁で
あり：このようにして第２例では上方開口１３が共通な
上方閉鎖壁８と壁１１の遭遇する前でのこの壁の中断か
ら生じる。第１図の例では、それらの両室１，２は、互
いに十分隔離されており、第２室２に固有の鎖線で示さ
れる溢流管１４と上方開口１３を取り替えることができ
る。好ましくは同じ水準にあるいは出ロアの水準より若
干上方の水準に出口１４が設けられる。
この構成は、開口１３が流動床へ浸漬されることを条件
として取入れ口５および６の流動化ガス（開口１２を通
過する固体によってひき起される分別を除いて）を分離
する長所がある。第２図の構成では、溢流出口は、左側
（この第図で見て７で）にしろ、右側（第１図の１４で
のように）にしろ設けることができる。これらの異なる
構成の間での選択は、使用条件に左右される。
第２図は、また下方開口１２がその下方縁でＶ字状のそ
らせ板１５を備えることができるように示し、そらせ板
が第２室の流動床への第１室の流動化ガスの影響を減少
し：この配置は、もちろん、第１図の例においても採用
することができる。
これら２つの例では、第２室２の内部で下方開口１２の
水準と上方開口１３の水準との間に総称的参照記号１６
によって示される熱交換管束１６が設けられている。こ
の束は懸垂管９を介して入ってくる伝熱媒体の助けをか
りて加熱される液体によっであるいは、別の用途では、
管９を介して導入される媒体を再加熱するのに使用され
る高温液体によっても循環されている。
この束１６は、水平であるか、あるいは水平またはほぼ
水平である少なくとも一部分の長さをもつ複数管から成
！ｌｌ：いかなる場合ても、水平間隔あるいは水平面内
のそれらの管軸の間の間隔（ＥＨ）を規定することがで
きる。同様に１それらの管は、水平方向に段々にして設
けられるのでこれらの管の水平方向部分を分離する垂直
間隔（ＥＶ）を、それらの管軸の間で規定することがで
きる。
束なる用語は、それらの管１７が総て２つの同じ管寄せ
間で延ばされることを意味しない。
第３図は、水平線に関して傾斜されている中央部分１７
ａをもつことによって上方管寄せ１９に対して下方管寄
せ１８を結合する多数の管を示し：これらの管は、水平
間隔（ＥＨ）によって分離されている。第４図は、片側
でおよび反対側で垂直方向に段付けされる多数の下方管
寄せ１８Ａ、　１８Ｂおよび１８Ｃ，１８Ｄを示し：こ
れらの下方管寄せは、片側でおよび反対側で同様に段付
けされる上方管寄せに対し第３図でのように傾斜される
管１７によってそれぞれ結合されている。それらの管軸
を分離する垂直間隔（ＥＶ）が存在する。
従って用語束は、この場合２つあるいは２つ以上の管寄
せを結合しかつそれらの管の間で一方では水平間隔（Ｅ
Ｈ）をまた他方では垂直間隔（ＥＶ）を規定できるよう
に配設される多数管の集合体を意味する。第２室の内部
に対し完全に垂直な管はこの規定を満さなくて、水平方
向あるいは好ましくは水平方向に関して若干傾斜される
管の垂直方向に段付けされる層は、この規定を満し；し
かしながら、既に述べられたように、水平に関する管の
傾斜は、それら管の間で垂直間隔（ＥＶ）を規定できる
限り許容できる。
束１６の管１７は、第２室の内部で水平間隔（ＥＨ）に
よシまた垂直間隔（ＥＶ）によシ規定されている密集度
をもっている。実施例では、０．４０ｍＸＯ１８０ｍ　
　の寸法、つまり格子４の面積０．１２ｍをもつ第２室
において管は外径２５ｍｍをもちまた水平間隔ＥＨが３
７．５ｍｍにされ；垂直間隔ＥＶが同様８７．５ｒｒｒ
ｍにされる。
第２室の管１７の密集度に基づいている熱伝達の改良は
、第２室の格子４を介する流動化ガスの所定の速度が対
応する所定の大きさを、伝熱媒体の粒子がもっている時
しか完全に得られない。本明細書で説明される例では、
伝熱媒体は、粒子の平均直径５００ミクロンをもつ砂で
あって；砂の見かけの密度が２．５にされ、流動化ガス
の最大速度が０．６ｍ／ｓにされていた。そのとき第２
室の内部で伝熱媒体の流量１２ｔ／ｈが観測されたし：
この室では流動床の温度が６００　℃であってまた流動
床と管との間の伝達係数が８００Ｗ／ｍ　’Ｃであった
。
室２は、室１の断面よシ大きい寸法の断面をもち：それ
ら２つの室の間の差異は致命的重要性をもたない。室１
が伝熱媒体で室２を適宜供給できることで十分である。
試験の示すところによれば、伝達係数への管の密集度の
好ましい効果は、垂直間隔ＥＶによってよりも水平間隔
ＥＨによって一層影響されるようにである。
改良された伝達係数に加えて、本発明の熱交換器は、大
きい機能適応性をもっている。その熱伝達は、流動化が
第２室２で停止される場合の零値と第２室２の流動化ガ
スの速度の最大値で生成されている場合の最大値との間
で連続的のように調整可能である。第２室２における管
１７の密集度は、この室でそれら両室の間で流動床の密
度差を引き起こす。この差異は、第２室で速度が一層高
くなりかつ粒子の平均寸法が一層大きくなるからそれだ
け一層大きくなり：この差が室１と室２との間で伝熱媒
体の循環流量へ影響を及ぼす。
本発明の範囲を逸脱することなく他の実施手段が可能に
されることは言うまでもない：例えば室２が環状にする
ことができ従って室１を取り囲むことができる。同様注
意すべきことに、本発明は、ずっと前に述べた間隔が守
られるという条件で同じ平面であるいは異なる平面で互
に関して管の所定の相対配置を規定しない。例えば、異
なる平面で設けられる多数の管は、平行にすることがで
きあるいは傾斜方向または互に直交する方向に沿ってす
ら設けることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は第１実施例の概略断面図、第２図は第２実施例
の概略断面図、第３および第４図はそれぞれ管の配置例
を示す詳細図である。 １・・・第１室、２・・・第２室、９・・・供給手段、
１２・・・下方開口、１３．１４・・・上方排出手段、
１６・・・束、１７・・・管、ＥＨ・・・水平間隔、Ｅ
Ｖ・・・垂直間隔。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、流動化ガスのそれぞれ分離される供給源（５、６）
    をもつ２つの流動化室（１、２）から成り、第１流動化
    室（１）が粒子形状にした固体の供給手段（９）を備え
    ており、第２流動化室（２）が下方開口（１２）によつ
    て第１室（１）と連通され、かつ粒子状固体の上方排出
    手段 （１３、１４）をもちかつほぼ水平方向の複数熱交換管
    （１７）の束（１６）を含んでいる熱交換器において、
    固形媒体の粒子が５０と３０００ミクロンとの間から成
    る平均寸法をもち、第２室（２）における流動化ガスの
    最大速度が固形媒体の粒子の最小流動化速度の１．５倍
    と１０倍との間から成つており、多数の熱交換管 （１７）がそれらの外径値の１．２倍と３倍との間から
    成る水平間隔（ＥＨ）およびそれらの外径値の１．２倍
    と３倍との間から成る垂直間隔（ＥＶ）によつて分離さ
    れていることを特徴とする熱交換器。 ２、固体の粒子が１００と２０００ミクロンとの間から
    成る寸法をもつことを特徴とする特許請求の範囲第１項
    記載の熱交換器。 ３、粒子状固体が見掛けの密度２．５をもつ大きさ５０
    ０ミクロンの砂でありまた流動化ガス速度が０．４５ｍ
    ／ｓと０．７０ｍ／ｓとの間で選択されていることを特
    徴とする特許請求の範囲第１項記載の熱交換器。 ４、水平間隔（ＥＨ）が熱交換管の外径の約１．５倍に
    等しい値をもちまた垂直間隔（ＥＶ）が熱交換管の外径
    の約１．５倍に等しい値をもつていることを特徴とする
    特許請求の範囲第１項記載の熱交換器。
JP61092452A 1985-04-24 1986-04-23 流動床熱交換器 Pending JPS61250489A (ja)

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