JPS61252489A - 固体粒子から熱を移動させる熱交換器 - Google Patents

固体粒子から熱を移動させる熱交換器

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JPS61252489A
JPS61252489A JP60299811A JP29981185A JPS61252489A JP S61252489 A JPS61252489 A JP S61252489A JP 60299811 A JP60299811 A JP 60299811A JP 29981185 A JP29981185 A JP 29981185A JP S61252489 A JPS61252489 A JP S61252489A
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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】 この発明は包囲体内に含まれるか、または循環する固形
粒子と外界との間において熱転移を行う改良交換器とそ
の方法に関する。
この発明はまた循環ベッドボイラー内の固形粒子の循環
ループにおける交換器の使用に関する。
従来の装置はわずられしく、容量が等しい場合、一般に
本発明の装置と工程で得られるものよりは性能が劣る。
米国特許第３，０８７，２５３号は中央包囲体と装置の
残部間で固形粒子の再循環がないので大きな交換面を必
要とする装置を提示する。
従来の技術は次の特許で例示することができる；　Ｅｐ
−Ａ−ｏｏ９ｓ４２７．　ＥＰ−Ａ−０００１５３０７
，Ｅｐ−Ａ−００３３７１３，ＥＰ−Ａ・−００９３０
６３，ＦＲ−Ａ−２２６１４９７、ＦＲ−Ａ−１１２８
８８１，（）Ｂ−Ａ−１５７７７１７，０Ｂ−Ａ−１２
９９２６４，ＧＢ−Ａ−１２４８５４４，ＵＳ−Ａ−２
８４２１０１、ＵＳ−Ａ−３５６５００２２，ＵＳ−Ａ
−４４０４７５５，ＵＳ−Ａ−４５５８５４９，ＵＳ−
Ａ−２７５９７１０は勿論１９８１年１０月２６日から
３０日までにＬｉｅｇｅで開催された国際近代発電所研
究時代の第８回会議の場合にＭｏｎｔｅｆｉｏｒｅ　Ｉ
ｎ５ｔｉｔｕｔｅからのＡ、工、Ｍ。
Ａｓ５ｏｃｉａｔｉｏｎ　ｄｅｓ　Ｉｎｇｅｎｉｅｕｒ
ｓ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｅｓにより発表された“Ｌｅｓ
　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｄｅ　ｃｏｍｂｕｓｔ−
ｉｏｎ　ｅｎ　ｌｉｔ　ｆｌｕｉｄｉｓｅ“と題する論
文である。
この発明の交換器は更に詳細には、固形粒子と外界との
間の熱転移に大きな融通性を提供しそれに対し固形粒子
の流速を何ら変更させない。
この発明の交換器は次の利点をもつ。
−流動化ベッドにおける優秀な熱交換係数と関連でる顕
著な小型化。
−かなりの区画化または色々な大きさの器室の使用によ
って得られる必要交換出力調整機能。
−かなりの量の固体を供給されても、そらせ板の存在に
より流動化ベッドにおける温度が均等化されること。
循環ベッドボイラーに使用される場合、この発明の交換
器は、特に灰の再噴射の唯一の点で外部交換と再循環装
置全体を著しく簡単化し。
この説明で更に詳述するように交換さ訃る出力制御用の
二本のレバーの存在に関連する使用上の顕著な融通性を
提供する。
従って、この発明は、熱エネルギー転移を可能にする改
良交換器を提供するが、更に詳細には固形粒子と前記交
換器の外界との間の熱エネルギー転移用交換器を提供し
、この交換器は前記質点のための入口および出口オリフ
ィスを含むものである。この交換器は、前記入口および
出口オリフィスと連通する主包囲体を含み、この包囲体
は流動化ガス供給手段と幾つかの補助室を含み、その各
室は固形粒子を主包囲体から関連補助室に移転する一つ
以上のオリフィスと。
固形粒子を補助室から主包囲体に移転する一つ以上のオ
リフイスと、この室に流動化ガスを供給する手段とを含
み、これらの手段は前記室と。
前記熱エネルギーを抽出する手段内で前記固形粒子を循
環させるようにしていることを特徴とする。
この交換器はまた。一つ以上の前記室がそれを通過する
流動化ガスの流速を制御する装置を含むことを特徴とす
る。
流動化ガスの流速を制御する装置はオール・オア・ナツ
シング（ｏｌｌ　ｏｒ　ｎｏｔｈｉｎｇ　）作動に適応
する手段を含むことができる。
この発明の交換器は第１および第２円筒ケーシングと幾
つかの側壁と、第１および第２板とを含むことができ、
これら二枚が前記第１ケーシングと共に閉塞空間を区画
し、該空間に前記第２円筒ケーシングが格納され、前記
側壁が前記円筒ケーシング間に延び、前記補助室を区画
するようにされる。
第２ケーシングが区画する内部空間は前記主包囲体を区
画する。
第２ケーシングは器室の一つに固形粒子を導入する一つ
以上のオリフィスを含むことができこの導入オリフィス
は一つ以上のそらせ板を含むことができる。
第°１板は流動化ガス供給手段を含むことができ、第１
板から実質的に延びる第２円筒ケーシングは第２板に到
達する前に停止することができ、これによりこのケーシ
ングの縁部と第２板との間に自由空間を形成する。この
自由空間は固形粒子用の出口オリフィスの役目を果す。
この発明の交換器は第２円筒ケーシングを含む第１円筒
ケーシングと、前記第１および第２ケーシングにより区
画される空間に含まれる一つ以上の中間ケーシングと前
記第１ケーシングと共に閉塞空間を区画する第１および
第２板とを含むことができる。前記第２クーシングによ
り区画される内部空間は前記主包囲体を区画し。
異なる円筒ケーシングにより区画される環状空間は前記
補助室を区画する。
エネルギー抽出手段はコイル状筒にすることができる。
側壁は前記環状空間内に置き、従って附加室を区画する
ことができるこの発明の交換器と分離器とを含む循環ベ
ッドボイラーに有利に使用することができる。
この発明はまた。包囲体内に含まれる固形粒子と外界と
の熱転移を制御する方法を提供する。
この方法は包囲体が幾つかの区域に分割され。
かつ、一つ以上のこれらの区域への流動化空気供給が別
々に制御されることを特徴とする。
第１図はこの発明にかかる交換器の一実施例を示す〇 それは円筒ケーシング２により区画される主包囲体を含
む。
補助室３ａ、　５ｂ、　５ｃ、　３ｄ、　３ｅ　・−は
側壁４ａ乃至４ｆと外部の円筒ケーシング６とにより区
画される（第１図の断面図に対応する第１Ａ図参照）。
各室は、熱運搬流体が流通する交換器筒５のような熱エ
ネルギー転移手段を含む。注目すべき点はこれらの熱転
移手段が熱エネルギーを固形粒子に移転するか、または
反対にそれから熱を取去ることができる点である。
第１図に示す実施例の場合、固形粒子７は板またはキャ
ップ９に形成されるオリフィス８を通して主包囲体１に
透過し、該キャップ９は交換器をその上部で閉塞すると
共に筒５をそこで貫通させている。
固形粒子は板１１または底部に形成されたオリフィス１
０を再び通り抜けるが、該板１１は交換器をその下部で
閉塞する。勿論、この発明から逸脱せずに固形粒子を導
入排出するオリフィスは他の位置に置くことができる。
第１図に示す場合、交換器の底部１１は補助室５ａ、３
ｅおよび主室１の各流動化グリッド１２ａ。
１２ｅと１３を含む。
第１図の下部に示す矢印は流動化ガスを表示する。
円筒ケーシング２は、その下部で、截頭円錐形板金１４
により完成され、該板金１４はオリフィス１５を含み、
固形粒子が異なる補助室に透過できるようにする。これ
らのオリフィス１５は有利にそらせ板１６を備えること
ができる。
円筒ケーシング２はキャップ９ｔでは延びず。
固形粒子７が溢流により循環できるようにする自由空間
１ｂを残すようにキャップ９の前で停止する。
第１図の場合、補助室は環状円板セクタの形状の基部を
もつ直角プリズムの形式を有する。
なお、この発明の範囲内で、他の形式の室を設けること
ができる。
従って第２図はもう一つの実施例を示す。
この新実施例の交換器は第１円筒外方ケーシング２０に
より区画される。それは第２円筒ケーシング１７により
区画される主包囲体２１を含む。
第１円筒ケーシング２０と第２円筒ケーシング１７間の
環状空間は中間円筒ケーシング１９と１８を含む。従っ
て、三つの補助室２２ａ。
２２ｂと２２ｃが区画される（第２図の断面を示す第２
ａ図参照）。
第２図の交換器はキャップ２３を含み、キャップ２５に
固形粒子を導入するオリフィス２４と固形粒子を排出す
るためのオリフィス２８を備える底部２５と補助室用流
動化手段２６ａ。
２６ｋ）と２６ｃおよび主包囲体用流動化手段２６ｄと
が設けられている。
熱エネルギー転移手段は異なる補助室においてコイル状
交換器筒２７　ａ、　２７　ｂ、　２７　ｃから形成さ
れる。
勿論、なお、この発明の範囲内で、環状室２７ａ、２７
ｂと２７ｃとは副室を造る側壁を含むことができる。こ
の場合、交換器筒は円筒ケーシングのまわりで完全にコ
イル状に巻かれなくてもよい。
円筒ケーシングを交換器内に固定する色々な方法は本文
では説明しないがそれらの技術は当業者には周知のもの
であるからである。
第３図は循環ベッドボイラーを示す。この発明の交換器
は外部交換器２９として使用される。
それはサイクロン３０と反応器３１に灰を再噴射するた
めの装置との間に挿入される。これによりサイクロン３
０に捕捉される質点は流動化され、知覚可能熱の一部は
それから、ベッドに浸される蒸発器筒により取去られる
。この媒体における熱交換係数は、移動ベッドまたは質
点シャワーベッドをもつ装置で得られるものと比較した
場合は特に極めて高いものである。単位筒面当りの交換
出力は非流動化交換器の場合よりは３乃至６倍大きい。
この交換器は捕捉された灰を連続的に供給し。
極めて高い再循環流速に堪えることができるという利点
をもつ。
蒸発器筒は相互に分離され主包囲体と連通する補助室内
に置かれる。主包囲体は補助室に熱粒子を供給する。主
包囲体と補助室間の粒子の交換は循環流を強化するそら
せ板１６の存在と補助室内の通気を改善する差動流動化
空気分配器の使用とにより容易に行われるようになる。
この形態により交換器全体にわたる温度は交換器がそれ
を通過する。かなり大量の粒子をもつ場合でも一定に保
持することができる。
この設備の出力は、温度、または流動化媒体と接゛触す
る交換面の調節により調節することができる。一定の固
形粒子温度と一定の交換面により、流動化ベッドの温度
は固形粒子流速と共に増大する。従って、交換器を通る
固形粒子の流速の制御は熱出力を制御する手段となる。
大部分の場合、２桁の融通性が期待できる。
出力はまた。幾つかの補助室の流動化を止めることで減
らすことができる。交換器筒はその場合、固定ベッド内
に没入され、その場合の交換係数は室の場合よりは１０
乃至２０倍も低くなる。この技術はその場合交換面の一
部を中立化することに相等する。
一室の流動化を止めることは分配器への空気供給をしゃ
断することで達成される。各流動化ケーソンにはオール
・オア・ナツシング弁を装備することができる。室数は
交換器が要求する融通性の関数として決定される。
流動化を低減することにより、１乃至１０の融通性が期
待でき、中実質点の温度制御と流動化低減とを組合せて
交換器の融通性全体は補助室への流動化空気の供給がオ
ール・オア・ナツシング型のものの場合／乃至２０とな
る。交換器の出力変動は従ってこれらの室数が増加する
程多く融通できるようになる。
第６図においてループ内を流れる固形粒子全体は交換器
２９を通過し、Ｌ弁型６２でより再噴射装置は唯一つあ
る。この形態は外部交換器を使用する任意の形態のよう
にサイクロンを逃れる固形粒子の流れがなお非燃焼材料
の基本流より少量で残るとする。この情況は必ずしも。
すべての場合に得られるとは限られないので。
ボイラーにより煙から、フィルターによってすら捕捉さ
れる固形粒子を再噴射する装置を設けることが望ましい
。
通常の作動の場合、即ち、循環ループの固形粒子を減退
せずに、二つの開口装置により、装入物の残存量全体と
粒度が点検できる。反応器の基部に置かれる開口先端３
３により大きな質点は取去られ、外部交換器２９の下に
置かれる開口先端３４により微細粒子は堆去られる。
第３図に示すものと同様な設備の操作員は交換される出
力を変えるのに利用される二つのパラメータをもつ。即
ち 一再循環速度 一外部交換器２９の室の流動化と脱流勧化である。
これは、ボイラーの作動がその作動定格全部に最適化さ
れるようにする。
最初の近似化として、かつ８５０℃の温度で作動する反
応器用に交換される出力は次式で表わされる。
反応器内に配置される内部交換器Ｅ１＋Ｐ１＝ｈ１・Ｓ
ｉ、　（８５０−Ｔｔ）外部交換器Ｅ２ｇ Ｐ２＝　ｈ２＠５２（Ｔｒ　−Ｔｔ　）絃にＴｔ：摂氏
度の筒表皮温度 Ｔｒ：摂氏度の再循環温度 ｈｌ：交換器１の熱交換係数 Ｓｌ：交換器１の交換面 再循環流に対する一切の作用は交換係数り、を変更する
ことになるが、また外部交換器上で行われる熱テストと
してのＴｒは次式を示す。
％Ｃｐｓ　（８５０−Ｔｏ　）＝ｈ２・ち・（Ｔｒ−Ｔ
ｔ）＋Ｑ８・Ｃｐ８（Ｔｒ−Ｔｏ）絃にＱＥ：流入固形
粒子の質量流速 Ｃｐｓ　：固形粒子の比熱 Ｑｓ：流出固形粒子の質量流速 Ｔｏ二基準温度 安定作動状態下で、流入および流出流速は等しくなる（
　ＱＥ　＝　Ｑｓン 故に Ｑ８−Ｃｐｓ−（８５０−Ｔｒ）＝ｈ２・Ｓ２・（Ｔｒ
−Ｔｔ）ｈ２・Ｓ２＋１ 外部交換器により交換される出力は従って次の如くなる
。
それは固形粒子流速Ｑ８と共に増大し、最大値に達する
。
ｐ２＝ｈ２・５２（８５０−Ｔｉ　） 適用例は以下の通り与えられる： 出力の所望分布は次の通りである： 内部交換器：５．５３′ＭＷ 外部交換器：３．７２ＭＷ 蒸気発生中のボイラー：　７．２１　ＭＷ交換面の寸法
を定める際の本質的な要素は通常作動状態と減退作動状
態下の再循環率の決定である。
計算の基礎ニ ー通常作動： 再循環率：５０ 循環流速＝２１５％ 反応器内の交換係数”　１５５　Ｗ／ｒｒ？　Ｋ−減退
作動１　（外部交換器の流動化停止なし）：再循環率：
１０ 循環流速：２１．５ｔ／ｈ 反応器内の交換係数”　７０　ｗ／ｒｒ？に一低減作動
２（外部交換器の完全膜流動化）：再循環率：５．４ 循環流速：５．Ｏｔ／ｈ 反応器内交換係数＝６０Ｗ少に 外部交換器内の交換係数は一定で、３００”ｒｒ？　Ｋ
に等しいとされている。
以上の要素からＥ、とＥ２の寸法が定められる。
交換器Ｅ、：Ｓ、＝６００℃の△Ｔで４５．５ｎ？交換
器Ｅ２＝Ｔ２＝　７８５℃ ５２＝５３５℃のΔＴで２３Ｒ 減退作動１の場合交換された出力は 交換器Ｅ、　：Ｐ、　＝１．８５ＭＷ 交換器Ｅ２：Ｔ２＝５２２℃ Ｐ２＝１．８８ＭＷ 達成融通性：２ 減退作動２の場合、交換された出力は：交換器Ｅ、　：
　Ｐ、　＝１．５７ＭＷ交換器Ｅ２：Ｐ２＝０ 達成融通性＝４．６ 最後にもう一つの適用例を示す第４図は。
循環ベッドボイラールーズにおけるこの発明の外部交換
器の統合による調節の可能性を示す。
横軸として再循環率が示されるがこれはボイラーに送ら
れる燃料の流速で除せられる固形粒子の循環流速に等し
く、縦軸として、固形粒子から取去られる規準出方で除
せられる上記ループ内の固形粒子から取去られる合計出
方が示される。
外部交換器１ｏは同等の大きさの室を含む。
曲線６５乃至４３は１．それから２．それから６の室を
か＼る室の合計数まで作動させる場合に相当する。
なお、この発明の範囲内で色々な室が色々な形状をもち
、この説明で示すものとは異なる配置を、特に室が整合
される場合に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の交換器の一実施例を示し。 第１Ａ図は第１図の断面Ａ−Ａを示し 第２図はこの発明の交換器のもう一つの実施例を示し 第２Ａ図は第２図の断面Ａ−Ａを示し。 第３図は循環ペッドボイラーにおけるこの発明の統合交
換器を示し。 第４図は作動曲線の例を示す。 ２・・・円筒ケーシング、３ａ〜３ｅ・・・補助室。 ４ａ”’＝：４ｆ・・・側壁、５・・・交換器筒、７・
・・固形粒子。 １・・・主包囲体、８・・・オリフィス、９・・・キャ
ップ。 １０・・・オリフィス、１１・・・板、　　１２ａ、　
１２ｅ、　１３・・・流動化グリッド、１５・・・オリ
フィス、２０・・・第１円筒、外方ケーシング、２１・
・・主包囲体、１７・・・第２円筒ケーシング、１９．
ｊ８・・・中間円筒ケーシング、２２ａ〜２２ｃ・・・
補助室、２３・・・キャップ。 ２４・・・オリフィス、２５・・・ｍｓ、　　２ｙａ〜
２７ｃ・・・コイル状交換器筒、２９・・・外部交換器
、３０・・・サックロン、３１・・・反応器、１６・・
・そらせ板。 特許出願代理人　弁理士　関　根　秀　太ＦＩＧ、２＾ ＦＩＧ、３

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、改良熱交換器であって、更に特に固形粒子と前記交
    換器の外界との間において熱エネルギーを転移し、かつ
    前記粒子用の入口および出口オリフイスと更に前記入口
    および出口オリフイスと連通する主包囲体とを含み、前
    記包囲体がそれ自体の流動化ガス供給手段と幾つかの補
    助室とを含み、後者の各補助室が前記包囲体から前記室
    に固体粒子を移転する一つ以上のオリフイスと、前記室
    から前記包囲体に固形粒子を移転する一つ以上のオリフ
    イスと、前記室に流体化ガスを供給する手段とを含み、
    これらの手段が前記室内で前記固形粒子を循環させるよ
    うにし、更に前記熱エネルギーを除去する手段を含み、
    一つ以上の前記室がそれに流入する流動化ガス流を制御
    する装置を含むようにする前記改良熱交換器。 ２、特許請求の範囲第１項記載の交換器であって、流動
    化ガス流を制御する前記装置が、オール・オア・ナツシ
    ング（ａｌｌ　ｏｆ　ｎｏｔｈｉｎｇ）作動に適応する
    手段を含むようになっている前記交換器。 ３、特許請求の範囲第１項記載の交換器であって、更に
    第１および第２円筒ケーシングと、幾つかの側壁と、第
    １および第２板とを含み、これらの二板が前記第１ケー
    シングと共に閉塞空間を区画し、該空間内に前記第２円
    筒ケーシングが格納され、前記側壁が前記円筒ケーシン
    グ間に延び前記補助室を区画し、第２ケーシングが区画
    する内面が前記主包囲体を区画するようになっている前
    記交換器。 ４、特許請求の範囲第３項記載の交換器であって、前記
    第２ケーシングが質点を室の一つに流入させる一つ以上
    のオリフイスを含み、該流入オリフイスが一つ以上のそ
    らせ板を含むようになっている前記交換器。 ５、特許請求の範囲第３項記載の交換器であって、前記
    第１板が前記流動化ガス供給手段を含み、第１板から実
    質的に延びる前記第２円筒ケーシングが第２板に到達す
    る前に停止し、それにより、このケーシングの縁部と第
    ２板との間に自由空間を形成し、前記自由空間が固形粒
    子用の出口オリフイスとして役立つようになっている前
    記交換器。 ６、特許請求の範囲第１項記載の交換器であって第２円
    筒ケーシングを含む第１円筒ケーシングと，前記第１お
    よび第２ケーシングにより区画される空間内に納められ
    る一つ以上の中間ケーシングと、前記第１包囲体と共に
    閉塞空間を区画する第１および第２板と、前記主包囲体
    を区画する前記第２ケーシングにより区画される内部空
    間とを含み，異なる円筒ケーシングにより区画される環
    状空間が前記補助室を区画するようになっている前記交
    換器。 特許請求の範囲第６項記載の交換器であっ て前記エネルギ抽出手段がコイル状筒になっている前記
    交換器。 ８、特許請求の範囲第６項記載の交換器であって前記環
    状空間に位置し前記室を区画する側壁を含む前記交換器
    。 ９、特許請求の範囲１に記載のような交換器を使用する
    反応器と分離器とを含む循環ベツドボイラー。 １０、包囲体内に含まれる固形粒子と外部環境間の熱転
    移を制御する方法であって前記包囲体が幾つかの区域に
    分割され、これら区域の一つ以上に入る流動化ガス流が
    別々に制御されるようにする前記方法。
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