JPS6149913A - 循環式流動層反応器及びその運転を制御する方法 - 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】 固体粒子が分離され、分離された固体粒子がその下部に
戻されるＲ動層反応器の、運転を制御する方法に関する
。また、本発明は、上記の方法を実施するための装置に
も関する。

最適な燃焼のために燃焼室の温度を制御することは、穏
々の発熱量を持つ種々の燃料を同じ燃焼室で燃焼させる
場合に特に重要である。最適な硫黄吸収を行なうには、
温度は８００−９５０℃の範囲になければならない。

燃料の発熱量またはボイラーの熱負荷が犬きく変動する
場合には、既知の諸方法を用いて温度を制御するのは問
題が多（・。

本発明の目的は、流動層反応器の燃焼温度が、反応器の
熱負荷または燃料の発熱量の変化にかかわらず、所定の
温度に維持されるように制御することを可能にすること
である。

既知の諸方法においては、温度は 一過剰空気の量を変える ー煙道ガスを反応器に再循環させる 一燃焼室における懸濁濃度を変える 一層をそれぞれ別の機能区画に分割する一層材料の一部
を別の熱交換器で冷却する ことにより制御される。

過剰空気の量を増やすこと釦より燃焼温度を下げると、
煙道ガス損失および送風機の所要動力が大きくなるため
、反応器の効率が低下する。

英国特許出・］頭第２０３０６８９号の場合のよランこ
、煙道ガスを反応器に再循環させて流動，１・＆反応器
の燃焼温度を制御すると、ガス流量の増大によりボイラ
ーの全所要動力が太きくなり、また設備および運転費用
が犬きくなる。

懸濁濃度の変化はボイラの冷却面への熱伝達に影古を与
え、したがって・燃焼室の温度にも影響を与える。米国
特許第＝１，　１　６　５，　７　１　７号に示される
ように、一次および二次空気の量およびその比率を変え
ることにより、！′諦刷濃度を変えることができる。し
かしながら、一次および二次空気の比率の変化は温度以
外の他のプロセス変数にも影響を与えるため、その調整
範囲は限られている。

米国特許第４，１１１，１５８号に示されるような、層
材料を別の熱交換器で冷却することによる燃焼温度の制
御は、複雑なプロセスであり、制御は困難である。この
温度制御方法は、当該循環層反応器の他に、冷却面を有
する別の流動層が必要となるため、別途の設備および運
転費用を要する。

米国特許第４，２４０，３７７号によれば、格子上の層
材料の一部が上方に吹き上げられ、熱交換器を通過して
冷却され、層に戻されるという、流動層反応器の温度を
制御する方法が知られる。この方法も別途の設備および
運転費用を要する。

層の一部を不活化することによる燃焼温度のｉｌ制御は
困難であることがわかった。というのは、米国特許第３
，９７０、０１１号に示されるように、たとえば層の伝
熱面の侵食（ｅｒｏｓｉ−ｏｎ）および層材料の焼結を
生ずるからである。

本発明による方法は、少なくとも一部が冷却されてり・
る戻り管群を通して固体粒子を反応器に戻すことにより
固体粒子を冷却し、該戻り管群を通過する固体粒子の量
を制御することにより所望の冷却効果を達成することを
特徴とする。

冷却されている戻り管の一部が閉塞していると固体粒子
はより高温で燃焼室に戻り、他のプロセス変数が変わら
なければ燃焼室の温度は上昇する。

より多くの冷却されている戻り管が貫通していると固体
粒子はより低温で燃焼室に戻り、燃焼室の温度は下降す
る二 本発明の利点はたとえば、 一本発明の使用には特別な空間も特別な設備および運転
費用も要しない。

一工事が簡単で信頼性が高い。

一運転の制御が単純である。

一調整範囲が広い。

などである。

以下、本発明を図面を用いてより詳しく説明する。

第１図および第２図に示されるボイラーには、パイプを
互いに溶接して作られた４つの壁で囲捷れた燃焼室５が
含まれる。この壁の製作方法はそれ自体よく知られてい
る。このパイプ群はボイラーの伝熱面を形成し、ボイラ
ーの循環系に接続しているが、その様子は図には詳細に
記載されていない。

燃料入口管６は燃焼室の下部に位置している。また、そ
こには−次空気入口管７および二次空気入口管８がある
。

垂直旋回型サイクロンセパレーター９が燃焼室の上にあ
る。このサイクロンセパレーターは燃焼室の前面壁１お
よび背面壁３ならびに背面壁３に平行なパイプ壁１０に
より形成される。前面壁１および壁１０は互の方向に向
かって湾曲し結合し文セパレーターの円筒状の上部１１
を形成する。燃焼室の背面壁３はまず前面壁に向かって
湾曲し、燃焼室の天井１２を形成し、その後、前面壁の
円筒状部分に平行に走り、前面壁と背面壁とでセパレー
ターのガス流入路１３の内壁１４および外壁１５を形成
する。

燃焼室の背面壁３とそれに平行して走る壁１０は、セパ
レーターと燃焼室下部とをつなぐ戻り管群１６の伝熱面
として機能する２つの壁を形成する。戻り管群は仕切り
壁１７により互いに仕切られ、並列に機能する複数のユ
ニットとなる。ガス排出口１９はセパレーターの側面壁
１８に設けられる。燃焼室から流出する固体粒子含有の
煙道ガスは、セパレーターの旋回室２０に接線方向につ
ながったガス入口ダクト１３を通って同室に導かれる。

旋回室の外壁上に濃超された固体粒子は、ガスの流れに
より壁３と壁１０の間に形成された通路を通って旋回室
から追い出され、戻り管群１６を通って燃焼室へ戻され
る。浄化されたガスは旋回室の側壁上の開口部１９を通
って出て行く。

戻り管の下端部にはＵ字形の流動化室２２が形成され、
そこには管２３を通じて流動化空気が供給され得る。流
動化室に空気が供給されないときは流動化室はロック機
構として働き、その戻り管は満たされ、反応器に戻るべ
き固体粒子は他の戻り管を通過する。戻り管を通過する
固体粒子の流れを、室２２に供給される空気の量をバル
ブ２４を用（・て変化させることにより、制御すること
もできる。

このようにして、異なる戻り管の中を異なる流量で固体
粒子が流れるようにすることができる。一部の戻り管を
閉塞しておくと、反応器を循環する固体粒子の一部がそ
の戻り管内に貯えられる。戻り管内に貯えられた固体粒
子は流動化室への窒気流人量を調整することにより、制
御された方法で戻され得る。このようにして、燃焼室内
の固体粒子の懸濁（ｌｅ度を変えることが可能であり、
かくして燃焼室の伝熱面に対する熱伝達を変えることが
可能である。

固体粒子はそれ自身の重さおよび戻り管内を下方に向か
って流れるガス流による輸送によって流れるのであるか
ら、戻り管を開通状７ｇ　ｉ・τ課つためには極く少量
の空気が必要となるたけである。

第３図および第４図に示される代りの態様におし・では
、チェックプレート（フラップ弁）１２２がセパレータ
ー１０９内の個々の戻り管の上端部に設けられ、それに
より戻り管内を通過する固体粒子の量を制御することが
可能であり、また完全に閉塞することも可能である。戻
り管の下端からは固体粒子が自由に反応器に流れこむ。

さもなげれば、反応器の溝造は第１図および第２図に相
応する。

第５図および第６図に示される流動層反応器には燃焼室
２０１が含まれ、その上部２０２はガス排出路２０４を
有するサイクロンセパレーター２０３につながっている
。セパレーターと反応器の間には平行に接続された２本
の戻り管２０５．２０６が設けられ、それらの上部は漏
斗状のサイクロン下部に接続し、またそれらの下部は燃
焼室の下部２０８につながる管２０９に接続して℃・ろ
。チェックプレート（フラップ弁）２１０はセパレータ
の下部と戻り管の上部の間に設けられる。

戻り管２０５はレンガ張りであり、戻り管２０６ばそれ
自体よく知られた方法で燃焼室の伝熱面２１６につなが
る伝熱面２１５をその内部に備えている。反応器を出た
煙道ガスから分離された固体粒子は、チェックプレート
２１０の位置によりセパレーターから戻り管２０５もし
くは２０６またはその両方へと導かれる。管２０５と２
０６を通過する量の比率はチェックプレート２１０の位
置を変えることにより調整され得る。固体粒子のうち戻
り管２０６を通過する部分は、戻り管の熱交換装置を流
れる冷却材（水）と間接的に熱交換を行い、冷却される
。反応器に戻された冷却済固体粒子は燃焼プロセスの温
度を下げる。

実施例　１ 有効発熱量が２８ＭＪＡ９である石炭を、第１図および
第２図にしたがった蒸気ボイラーにて、５５ＭＷの定格
出力および温度８８０℃で燃焼した。燃焼室のＩ　Ｆ３
５　ｍ”の伝熱面と６つの平行な戻り管の１２０　＋ｙ
ｚ”の伝熱面を通して、４　Ｑ　Ｍ　ＷＯ熱が回収され
た。約２０ＭＷの蒸気出力すなわち３０％ｆｉ荷におい
て、３本の戻り管を閉塞することにより、定洛出力時と
同じ燃焼温度が達成された。

実施例　２ 同じボイラーにて、泥炭を燃焼した。泥炭の有効発熱量
は８ＭＪ／にりであり、ボイラーの定格蒸気出力は５５
ＭＷである。燃焼温度を約８７０℃に調整するため、４
本の戻り管を閉塞して戻り管の冷却効果を落とした。す
べての固体粒子は２番目と５番目の戻り管を通過して反
応器に戻さＪまた。このようにして反応器および戻り管
にて３０　Ｍ　ｗの熱が回収された。

実施例　３ 第５図および第６図にしたがった流動層反応器内の主な
燃料は木材廃棄物および石炭であり、それらの水分含有
率および発熱量は次の通りである。

水分含有率　　係　　　　５０１０ 燃焼は温度８８０℃および過剰空気率約２３チにて行な
われた。膜壁が反応器の伝熱面（約１００　ｍ”　）と
して機能した。

木材廃棄物を燃焼させている間は、上記伝熱面による伝
熱量は１２ＭＷであった。循環する固体粒子はレンガ張
りサイクロンで分離され、分離された固体粒子は戻り管
２０５を通って温度約８８０℃で燃焼室に戻された。

反応器の後段にある図示されない対流部を含む反応器の
全正味出力は２９Ｍ′ｗｔであった。

同じ全正味出力２ｇＭｗｔ、同じ過剰空気約２３係およ
び同じガス温度（サイクロン通過後）８８０℃で反応器
にて石炭を燃焼したところ、反応器の伝熱面による伝熱
量は１３５Ｍ　Ｗであった。これは石炭燃焼時にはより
良好な伝熱が行なわれたためである。分離された層材料
は約３０ｍ′の伝熱面をもつ冷却されている管２０６を
通って反応器に戻された。

このとき、約４ＭＷｔすなわち反応器の２９　ＭＷ　ｔ
の全正味出力の約１４％が戻り管の冷却面に伝達された
。石炭はより良好な発熱量を持つにもかかわらず、前記
方法により、全正味出力２９　ＭＷ　ｔ　において、木
材廃棄物燃焼時と同じ燃焼温度および過剰空気量に反応
器を調整することができた。

従来公知の技術を用いる場合には、空気を約８０％過剰
とすることにより反応器の燃焼温度を約８８０℃に調整
することができるが、効率は約３３％低下する。さらに
、高圧空気を反応器に送りこむことによる所要動力の貼
ｉ大も考えられる。これにより、効率はさらに約０．７
％低下し、結局、反応器の効率の低下は合計で４裂にな
る。

燃焼温度を８８０℃に調整する他の方法としては、前記
したように、煙道ガスを燃、焼室に再循環させる方法が
ある。煙道ガスを再循環させると、煙道ガス再循環用の
送風機が所要動力を増加させるため、反応器の効率は約
０、６％低下する。このことに加えて、例えば煙道ガス
送風機、煙道ガス管、機器類などの特別な設備が必要と
なる。これは設備費用の増大を招く。

実施例　４ 上記実施例と同様な循璋層反応器を、戻り管の伝熱面積
を約７０ｙｙ／に変更して用いた。

石炭燃焼中のこの伝熱面による伝熱量は９４ＭＷであっ
た。反応器の伝熱面による伝熱量は１５ＭＷであり、反
応器の後段の対流部で回収された出力は１６．６ＭＷで
あるから、反応器全体の正味出力は２９　ＭＷ　ｔから
４１ＭＷｔすなわち４０％増加した。本発明の最大の利
点は石炭燃焼時の出力の増加である。

本発明は以上の実施例に示された態様に限定されるもの
ではなく、特許請求の範囲に明示された技術的思想の範
囲内において変更または応用される場合をも含む。たと
えば、複数の戻り管が個々に異なる大きさであったり、
固体粒子の量を制御する手段が一部の戻り管にたけ設け
られていてもよいことは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一態様の垂直断面図であり、第２図は
第１図のＡ−Ａ切断面であり、第３０図は本発明の別の
態様であり、第４図は第３図のＢ−Ｂ切断面であり、第
５図は本発明のさらに別の態様であり、第６図は第５図
のｃ−ｃ切断面である。 ＦＩＧ、　１ ＦＩＧ、３ ＦＩＧ、５ 手続補正書 昭和６０年７月３１日 特許庁長官　　宇　賀　道　部　　殿 １、事件の表示　　昭和６０年特許願第１１０６１３号
２、発明の名称 ７ユンカンノキリユクトクノクハノノクキ　　　ランテ
ン　　　七イキヨ　　　　　ホクホク　　　　　　　ノ
クヂ循環式流動層反応器の運転を制御する方法および装
置３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住　所　　フィンランド国、２９６００　　ヌールマル
ック（番地なし） 名称　　　ニー、アールストロム　コーポレーション４
、代理人 電話（２１３）１５６１（代表） ５、補正の対象　　明細書の「発明の詳細な説ＩＪＪＪ
の欄・１６０、・−１′・ （１）明細書第８頁第１５行目の 「垂直旋回型サイクロン」を 「水平サイクロン」と訂正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、反応器の上部より流出するガスから固体粒子が分離
   され、該固体粒子が反応器の下部に戻されるような流動
   層反応器の、運転を制御する方法において、少なくとも
   一部の戻り管が冷却されている戻り管群を通して該固体
   粒子を反応器へ戻すことにより冷却し、且つ該戻り管群
   内を通過する該固体粒子の量を制御することにより所望
   の冷却効果を達成することを特徴とする、循環式流動層
   反応器の運転を制御する方法。 ２、個々の冷却されている戻り管を通過する該固体粒子
   の量を制御することにより所望の冷却効果を達成するこ
   とを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３、戻り管の中に空気を供給することにより個々の戻り
   管を通過する該固体粒子の量を制御することを特徴とす
   る、特許請求の範囲第１項または第２項に記載の方法。 ４、該固体粒子を選択的に戻り管群を通過させて戻すこ
   とにより所望の冷却効果を達成することを特徴とする、
   特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ５、戻り管群の適当な部分を閉塞または開通することに
   より所望の冷却効果を達成することを特徴とする、特許
   請求の範囲第１項に記載の方法。 ６、流動層反応器から排出されるガスから固体粒子を分
   離するためのセパレーターにその上部が接続されている
   燃焼室と、分離された固体粒子を該反応器に戻す手段と
   を有する流動層反応器において、少なくともその一部 （１６、１１６、２０６）が伝熱面（３、１０、２１５
   ）を備えた複数の並列に機能する戻り管（１６、１１６
   、２０５、２０６）を有し、戻り管の少なくとも一部に
   通過する固体粒子の量を制御するための手段（２２、２
   ３、２４、１２２、２１０）が設けられていることを特
   徴とする流動層反応器。 ７、固体粒子の量を制御する手段（１２２、２１０）が
   戻り管（１１６、２０５、２０６）の上端部に設けられ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の
   流動層反応器。 ８、固体粒子の量を制御する手段がチェックプレート（
   １２２、２１０）を含むことを特徴とする、特許請求の
   範囲第７項に記載の流動層反応器。 ９、固体粒子の量を制御する手段（２２、 ２３、２４）が戻り管（１６）の下端部に設けられてい
   ることを特徴とする、特許請求の範囲第６項に記載の流
   動層反応器。 １０、固体粒子の量を制御する手段が空気供給手段（２
   ３、２４）を備えた流動化室（２２）を含むことを特徴
   とする、特許請求の範囲第９項に記載の流動層反応器。