KR100281724B1 - 한 실로부터 다른 실로 고체입자를 이송하는 방법 및 장치 - Google Patents

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티모 하이파넨
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마티 힐투넨
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Abstract

2개의 실(室) 사이 한 구획내에 유동 밀봉부(seal) 또는 제어가능한 고체 유동 밸브 또는 둘모두를 설치함으로써 고체 입자들이 (예를들면 유동상 반응기의 연소실과 같은) 제1실로부터 (예를들면 이송 및/또는 처리 실과 같은) 인접 제2실로 이송된다. 제1실로부터 2실까지 다수의 고체 유동으로서 고체 입자들을 이송시키기 위하여 이송가스가 제1실로 도입된다. 다수의 좁은 통로들이 구획벽에 상호의 위에 겹쳐져서 배치되고 0.5미만의 높이 대 길이비와 50mm미만의 높이를 가지며, 구획내의 고체 유동밀봉부 및 제어 가능한 고체 유동 밸브로서 동작한다. 상기 이송가스는 제1실의 기저부를 통하여 도입될 수 있고, 측벽은 구획벽의 반대편에 위치하고, 상기 구획은 내화 라이닝 가열 중에 소각되어버리는 연소 물질로 이루어진 내화라이닝내의 통로들을 가진 제1실 근처의 내화물로 라이닝될 수 있다. 상기 통로들은 또한 제1실로부터 제2실까지 대략 15° 정도로 약간 상향으로 경사질수 있다.

Description

[발명의 명칭]
한 실로부터 다른 실로 고체입자를 이송하는 방법 및 장치
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 예를들어 유동상 시스템내에 고체 유동 밀봉부 또는 제어가능한 고체 유동 밸브 또는 둘 모두를 제공하기 위하여, 고체 입자들을 가진 한 실(室) 로부터 다른 실내로 고체입자들을 이송하기 위한 신규한 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명은 특히 기포 또는 순환 유동상 시스템내의 2개 실(室)간에 고체입자를 이송하기 위한 방법 및 장치에 관한것이다. 열회수, 입자분리, 화학적 또는 기타의 프로세싱을 목적으로 유동성 반응기내에서, 고체물질은 예를들면 반응실로부터 인접 처리실로 이송된다. 한편 순환 유동상 반응기내에는 상 물질이 귀환 덕트(실)로부터 반응실의 하부로 계속하여 재순환된다.
유동상 반응기는 예를들면 다수의 상이한 연소, 열전달, 화학적 또는 야금프로세스들에 이용된다. 처리공정에 따라 상이한 상 물질들이 시스템내에서 유동화되고/되거나 순환된다. 모래, 재, 황흡착제, 촉매제 또는 금속산화물뿐만아니라 기타의 석탄, 코크스, 갈탄, 목재, 폐지 또는 이탄등과 같은 미립자 연료도 유동상 반응기의 구성성분이 될 수 있다.
유동상 시스템내 고체입자들의 내부 또는 외부 순환 또는 이송은 좀더 높은 압력을 가진 한개의 실(室)로부터 좀더 낮은 압력을 가진 다른 실(室)로, 또는 좀더 낮은 압력을 가진 실로부터 좀더 높은 압력을 가진 다른 실로 일어난다. 고압으로부터 저압으로의 이송에 있어서 입자들은 2개 실들 간 압력차이에 의하여 강제적으로 유동되지만, 한편 저압에서 고압으로의 이송시에는 스크루 이송기들의 기계수단에 의하거나 이송가스를 사용하는 등의 비기계적 수단을 이용하는 것으로 알려져 있다.
유동상 연소기등과 같은 고온 환경에서는 급속한 마모 및 막힘 경향으로 인해 기계적 이송기가 보다 안정하지 못하다.
보다 낮은 압력을 가진 실로부터 보다 높은 압력을 가진 실로 고체입자들을 이송하기 위하여 비기계적인 수단을 사용할 경우, 고압을 가진 실로부터 저압을 가진 실로의 바람직하지 않은 가스유동을 저지하기 위한 목적으로 가스 밀봉부 또는 가스 잠금부가 실들 간에 제공되어야 한다.
미합중국 특허 제 5,069,171호를 통하여 공지된 바에 따르면, 순환 유동상 반응기(CFB)의 귀환덕트내에 루프 밀봉부(J밸브)형의 가스 잠금부가 배치된다. 따라서 루프 밀봉부가 비워지는(empty)것을 방지하고 상기 루프 밀봉부내에 충분한 높이의 고체물질을 유지함으로써 밀봉효과가 달성된다. 루프 밀봉부내에 축적된 순환하는 상물질은 가스들이 높은 압력에 있는 반응실로부터 귀환덕트를 통하여 낮은 압력에 있는 입자분리기 내로 유동하는것을 막기에 충분한 높은 압력을 제공한다. 고체물질은 중력에 의하여 루프 밀봉부로부터 반응실내로 유동하도록 허용되고 또는 그에 도입된 대기를 유동화함으로써 루프 밀봉부로부터 이송된다.
CFB 반응기의 귀환덕트내에 사용되는 기타 유형의 가스 밀봉부들 또한 공지된다. 미합중국 특허 제 4,896,717호 및 제4,915,061호에서 공지되는 밀봉 항아리(seal pot)유형의 가스 밀봉부에서는, 순환하는 상 물질이 입자분리기로부터 귀환덕트를 통하여 반응실에 연결된 밀봉항아리내로 안내된다. 상기 밀봉항아리내에 축적된 고체물질은 기체가 반응실로부터 귀환덕트내로 유동하는 것을 방해한다. 가스를 유동화함으로써 고체물질이 이송되고 밀봉항아리로부터 반응실내로 범람한다.
소위 “L밸브 유형”의 기체 밀봉부인 다른 유형의 기체밀봉부가 미합중국 특허 제 4,538,549호에서 공지되는데, CFB반응기내의 귀환덕트는 약간 긴 수평덕트를 통하여 반응실의 하부로 연결된다. 순환하는 상물질이 상기 수평덕트내에 축적되어서 고압에 있는 반응실로부터 저압에 있는 귀환덕트내로 가스가 유동하는 것을 막는다. 상기 수평덕트를 통하여 반응실내로 가스를 이송함으로써 고체 입자들이 이송된다. 공지된 L밸브 구조들은 매우 큰 단면적을 가진 매우 긴 수평 덕트들을 가진다. 기체가 덕트를 통하여 귀환덕트내로 유동하는것은 방지하기에 충분한 입자들을 덕트내에 축적하기 위해서는 덕트들이 길어야한다.
상기 언급된 공지된 형태의 가스 밀봉부들(넓은 공간을 소요하는 루프 밀봉 구조물, 밀봉 항아리 또는 L밸브)을 가진 효율적인 가스 밀봉부들을 제공하기 위해서는 다량의 순환하는 상 물질이 필요하다. 또한 고온의 상 물질이 순환 유동상 시스템의 귀환덕트내를 순환할때, 초기가동 및 단전시에 가스밀봉부내의 온도 차이에 의하여 초래되는 피해를 막기위하여 복합 지지부들, 고온 밀봉부들, 절연 장치들 및 접합부들이 가스 밀봉 구조물에 필요하다. 특히 냉각 구조에서는 보다 작은 공간을 차지하고 덜 약하고 값이 보다 저렴한 가스 밀봉부가 필요하다.
본 발명에 따르면 입자들의 상을 가진 제1실로부터 다른 실로 고체 입자들을 이송하기 위한 방법 및 장치가 제공되는데, 이 방법을 통하여 상기 언급된 단점이 최소화된다. 상기 발명은 또한 유동상 시스템내 2개의 실 사이에 개선된 가스 밀봉 장치, 유동상 시스템내의 2개 실 간에 개선된 고체 유동 밸브장치 및 유동상시스템내의 한 실에서 다른 실로의 고체입자이송을 제어하는 개선된 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 고체입자들을 가진 제1실로부터 고체입자들을 인접 제2 실내로 이송하기 위한 방법이 제공되는데, 상기 2개의 인접 실들을 벽에 배치된 수개의 좁은 통로를 가진 구획벽으로 분리되어 있으며 실들이 상호연결된다.
상기 방법은 이하의 단계들을 포함한다.
(a) 제1실내로 이송가스를 도입하는 단계 ;
(b) 상기 이송가스를 가지고 제1실로부터 구획벽내의 좁은 통로들을 통하여 제2실로의 다수의 고체 유동으로서 고체 입자들을 이송하고 상기 좁은 통로들이 고체 유동 밀봉부, 또는 조절 가능한 고체 유동 밸브 또는 둘 모두로서 동작하도록 하는 단계 ;
본 발명의 바람직한 실시예에서, 좁은 통로들은 높이(h) 대 길이(l)의 비 (h/l)가 각 α의 tan 값보다 작고 각도 α는 고체물질 특유의 각도가 된다. 각 α은 고체입자들이 퍼져버리거나 쌓인 더미 옆을 따라 아래로 흘러버리지 않고 적층될 수 있는 고체 더미의 최대각이된다. 많은 예에 있어서 높이 대 길이의 비 (h/l)는 대략 0.5이하가 된다.
통로의 고체 유동 밀봉효과는 상기 비율(h/l)에 달려있다. 상기 비율(h/l)은 본 발명의 수평통로에 관한 한가지 바람직한 실시예에 따르면, 고체가 통로를 통하여 조절되지 않고 유동하는 것을 막기 위해서 0.5이하가 되어야만하고, 가스가 통로를 통하여 역으로 유동하는 것을 막기에 충분히 높은 고체 표면 레벨을 제1실내에 유지하여야 한다. 수직 치수(h)가 작을수록 보다 짧은 통로가 사용된다.
구획벽 평면내에 취한 통로들의 단면적은 되도록이면 사각형 슬롯 비슷한것이 바람직한데, 사각형 또는 원형 단면을 가진 통로들 또한 몇가지 응용예에서 바람직할 수 있다.
상기 통로들은 통로의 입구단부에 거친 물질이 축적되는 것을 방지하기 위하여 입구 단부들에서보다 좀더 높은 레벨상에 출구단부를 가지고 경사지게 제작된다. 상기 경사진 통로에서, 통로의 길이(l)는 동일한 단면적을 가지는 수평 통로에 비해 더 감소될 수 있다. 몇가지 응용예에서는, 통로가 부분적으로만 경사져서, 그들의 기저부는 경사진 반면에 상부외곽 영역은 수평이 되도록한다. 또한 통로가 입구단부들에서는 한 방향으로 경사지고 출구단부들에서는 다른 방향으로 경사질 수도 있다. 그러면 통로의 단부섹션은 V형태나 역 V형을 갖게될 것이다. 몇몇 응용예에서는 계단식으로 승강 또는 하강되는 단면이 이용되기도 한다.
통로를 막을 정도로 큰 입자들이 들어오는 것을 막기 위하여 통로의 입구축이 쓰로틀(threthle)될 수 있다. 또는 출구 방향으로 증가하는 직경을 갖는 깔대기 형태로 제작될 수 있다.
본 발명의 또다른 바람직한 실시예에 따르면, 2개의 실(室) 사이의 구획벽에 프레임 유사한 구조물로 상호의 뒤에 형성된 수개의 슬롯형 통로 또는 개구들이 제공된다. 상기 실들은 예를들면 귀환덕트 하부의 실인데, 유동상 연소기내의 연소실이거나 연소실과 연결된 열교환실이다. 수개의 슬롯형 통로들은 구획벽을 통과하는 고체 유동용의 개별적인 분리통로들을 제공한다. 본 발명의 한 특성에 따르면 가상의 단일한 큰 통로에 요구되는 총 치수(htot)는 각각이 htot의 일부분인 몇개의(h1, h2h3‥‥‥)로 분할될 수 있다. 통로의 총 단면적은 예를들면 내부 또는 외부 열 교환기내 열전달을 위하여 요구되는 질량유량에 의하여 결정된다. 본 발명의 또다른 주요 특징은 수직 치수가 감소함에 따라 각 통로의 길이(l)가 동일 비율로 감소될 수 있어서, 통로의 밀봉효과는 축소되지 않는 점이다. 본 발명의 실질적인 면에 따르면, 통상의 멤브레인벽을 통해 확장하기에만 충분한 길이인 짧은 통로가 한 실로부터 다른 실로의 입자 이송에 사용되어 그와 동시에 고체 유동 밀봉부를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 짧은 통로들은 통상의 수관벽이나 멤브레인 벽내에 용이하게 포함될 수 있다. 상기 통로들은 벽내에 관들을 묶은 핀(fin)으로 구성될 수 있다. 통로들은 미리 제작된 프레임내에 결합된 “길 밀봉부(gill seals)”등의 길(gill)형 구조로 벽 내에 마련될 수 있다.
본 발명은 소형이며 현 반응기 구조내에 용이하게 포함될 수 있는 개선된 고체 유동 밀봉부를 제공한다. 신규한 밀봉부는 복잡한 접속부들, 가열절연부 또는 지지부들의 필요를 최소화한다.
본 발명은 제1실로부터 제2실내로의 고체 유동을 제어하는 방법을 또한 제공한다. 상기 통로들을 통하여 고체를 이송시키는 이송가스는 제1실의 기저부의 노즐들이나 개구들을 통하여 도입되고/되거나 되도록이면 구획벽 맞은편에 측벽내에 상이한 레벨로 위치된 노즐들 또한 개구들을 통하여 도입된다. 상이한 레벨들 및 상이한 위치에 있는 상이한 노즐들을 통하여 이송가스 유동을 제어함으로써 상기 통로들을 통하여 유동하는 고체량을 제어할 수 있다. 제1실 기저부의 노즐들을 통하여 도입된 이송가스는 구획벽내의 전 통로를 통하여 고체 입자들을 이송하고, 한편 측벽상의 보다 높이 위치한 노즐들을 통해 도입된 이송가스는 주로 제1실내의 보다 높은 통로를 통하여 고체 입자들을 이송한다. 통로에 너무 인접 배치된 노즐들은 통로로부터 상당한 거리를 두어 배치된 노즐들 보다 적은 량의 고체물질을 이송한다. 물론 통로를 통하여 이송되는 고체량은 도입되는 이송가스량에 의하여 조정된다.
본 발명을 이용함으로써, 예를들면 귀환덕트로부터 반응실내로, 또는 연소실로부터 열교환실내로 등등으로 제1실로부터 제2실내로 순환하는 고체입자량을 조절할 수 있다.
되도록이면 약간 높은 압력임이 바람직한 유동상 반응기 윈도우 박스로부터의 대기 또는 개별 송풍기로부터의 대기, 또는 재 순환된 연도가스등의 기타 저렴한 가스가 이송가스로 이용될 수 있다. 만일 불활성의 비산화 조건이 요구될 경우라면 특히 불활성 가스가 사용될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 유동상 연소기내 상입자들이 연소실로부터 직접 또는 우회실을 통하여 인접 열교환기실 내로 좁은 슬롯형 통로 또는 채널들을 통하여 이송된다. 상기 통로 또는 채널들은 우회실을 사용할 경우에는 우회실을, 아니면 열교환실을 연소실과 분리하는 구획벽내에 길(gill)형으로 형성된다. 통로를 통한 입자유동 및 그로인한 열 교환기내의 열회수는 열교환기나 우회실내의 통로를 통하여 입자들을 안내하는 이송가스의 도입을 조절함으로써 제어된다. 입자들은 이송가스를 이용하여 연소실과 열교환실을 분리하는 벽을 통하여 재순환될 수 있고, 열교환실 상부에 배치되거나 또는 열교환실 하분의 슬롯형 통로 및 채널의 다른 세트를 통하여 범람한다.
본 발명의 또다른 실시예에 따르면 순환하는 유동상(CFB) 반응기내의 순환하는 상 물질이 귀환덕트 하부에 제공된 “길 밀봉부(gill seal)” 통로를 통하여 귀환덕트로부터 반응실내로 재도입된다. 순환입자들의 상이 귀환덕트내에 형성된다. 고체물질로서 천천히 하향 이동하는 상은 그로부터 연소실내로 재순환되고, 새로운 고체 물질이 상의 상부에 계속하여 누적된다. 상의 높이는 귀환덕트로부터 연소실내로의 “길 형” 통로들을 통하여 고체물질을 재도입하는 이송가스 유동을 조절함으로써 제어될 수 있다.
본 발명은 또한 자체 제어시스템을 제공하여서, 귀환덕트내의 상레벨이 너무 낮으면 이송가스가 상을 통과하여 상향으로 귀환덕트의 상부까지 유동하는 경향이 있다. 이는 귀환덕트내의 상물질이 증가하도록 유도한다. 그런다음 특정한 상 레벨이 되면 상의 높이에 의해서 이송가스의 상향 유동이 저지되고 통로를 통하여 유동하기 시작하여서 통로를 통해 고체입자들을 이송한다.
본 발명은 또한 CFB반응기내에 귀환덕트로부터 반응실내의 하나 또는 수개의 상이한 비교적 높은 레벨들까지 고체 물질을 재순환하는 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 통로들은 가스가 귀환덕트내로 유동하는 것을 막는 효과적인 밀봉부들을 제공한다. 선행 공지기술로 된 루프 밀봉부들 및 L-밸브들은 보다 복잡하며 공간을 차지하고 CFB반응기 상부에 사용되기에 부적합하다.
본 발명의 상기 한가지 실시예에 따르면 고체 입자들을 가진 제1실로부터 인접 제2실까지 고체 입자들을 이송하기 위한 장치가 제공되고, 상기 2개의 인접한 실들은 실들 간을 상호연결하는 통로를 가지는 구획벽으로 분리되고, - 이송 가스를 제1실 내로 도입하는 가스입구수단 및 - 구획벽에 상호 위에 겹쳐 배치된 둘 또는 그 이상의 좁은 통로로서 실들을 상호연결하고 고체유동 밀봉부 또는 제어가능한 고체 유동 밸브, 아니면 둘 모두를 제공하는 좁은 통로를 포함하는 장치가 제공된다.
본 발명에 따른 수평 통로는 0.5미만인 높이(h)대 길이(l)의 비(h/l)를 갖는다. 상기 구획벽내에 배치된 좁은 통로들은 예정된 크기이거나 더 작은 입자들만이 제1실에서 제2실로 유동하도록 허용하는 치수가 된다. 따라서 통로들은 보다 큰 입자들이 예를들면 연소실로부터 그와 연결된 열 교환기내로 유동하는 것을 막거나 굵은 재 입자들이 귀환 덕트로부터 연소실내로 유동하는것을 막는다. 원형 또는 사각형단면을 가지는 통로의 최대치수는 대략 직경이 50mm일 수 있다. 수평 슬롯형 단면을 가지는 통로는 되도록이면 50mm의 최대수직 연장부를 가지는 것이 바람직하다. 사용되는 최대치수는 유동상내에서 처리되는 물질에 달려 있다.
본 발명의 주요목적은 간단한 구조를 갖는, 유동상등에 이용되는 효율적이고 효과적인 고체유동밀봉부를 제공하는 것이다. 본 발명의 상기 목적 및 기타 목적들은 발명의 상세한 설명을 고찰함을 통하여, 그리고 첨부된 특허 청구범위를 통하여 명백하여질 것이다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명의 제1실시예에 따른 순환하는 유동상 장치의 개략적인 등각 투사단면도이다.
제2도는 제1도의 귀환덕트 하부 및 “길이(gill)밀봉부”의 부분확대 단면도이다.
제3도는 본 발명의 제2실시예에 따른 유동상 연소실 하부의 개략적인 단면도이다.
제4도는 본 발명에 따른 연소실과 연결된 예시적인 우회실 및 열교환실을 명료한 설명을 위하여 측벽을 제거한 상태로 도시한 개략적인 등각 투사도이다.
제5도는 본 발명의 제2실시예에 따른 순환하는 유동상 반응기 하부의 개략적인 단면도이다.
[발명의 상세한 설명]
제1도는 입자의 확대 유동상을 갖도록 디자인된 연소실(12)을 포함하는 순환하는 유동상 연소기(10)를 도시한 것이다. 입자 분리기(14)는 연소실(12)의 상부와 연결되고, 덕트(13)를 통하여 연소실로부터 배출된 고체 물질 및 연도가스의 혼합물에 실린 입자들을 분리한다. 상기 분리기로부터 분리된 고체물질을 연소실 하부내로 재순환시키기 위하여 귀환덕트(16)가 제공된다.
연소실(12)의 벽들(20, 22, 24, 26, 28)과 귀환 덕트(16)는 가능하면 제2도에 도시된 바와같이 일부분이 내화 라이닝(29)으로 보호된 수벽 패널이나 멤브레인패널으로 구성되는 것이 바람직하다.
제1도 및 제2도에 도시된 바와같이 귀환덕트(16)의 하부(30)는 귀환덕트(16)의 상부(32)보다 큰 수평단면적을 갖는다. 입자들을 재순환하는 기포상(34)이 하부(30)에 제공된다. 가스 공간부(36)는 상기 상(34)으로부터 입자분리기(14)로 확장한다. 귀환덕트(16)로부터 연소실(12)내로 상 물질을 재순환시키기 위한 입구들(38,39)이 연소실 하부(30)에 배치된다. 연료입구들(40)이 주로 입구들(38,39) 하부에 배치되어서, 연소실(12)내로 도입될때 연료와 재순환된 입자들이 즉시 혼합되도록한다. 원한다면 귀환덕트(16)이 하부(30)내로 연료가 도입될 수 있다. 과열기 표면등과 같은 열전달표면(도시되지 않음)이 열전달 구역내의 2개 입구들(38,39)사이의 기포상에 제공될 수 있다.
상기 입구들(38,39)은 가능하면 귀환덕트(16)의 하부(30)를 연소실(12)의 하부와 연결하는, 프레임형 구조로 상호의 위에 겹쳐서 배치되는 좁은 슬롯형의 입구통로들(42a, 42b,… 42e, 42f ; 제2도참조)을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 통로들(42a-42f) 각각은 0.5미만의 높이(h)대 길이(l)의 비(h/l)를 가지는 데, 통로들(42a-42f)는 덕트(16)로부터 연소실(12)을 향하여 예를들면 대략 10-20° (제2도에서는 약 15°)정도로 상향으로 약간 경사지는 것이 바람직하다.
입구통로들(42a-42f)을 덮은 귀환덕트(16)내 상(34)의 물질과 입구통로들(42a-42f) 내부의 고체유동이 결합하여 가스 밀봉부를 구성하고, 고압(p1)에 있는 연소실(12)로부터 통로들(42a-42f)및 상(34)을 통과하여서 귀환덕트(16) 상부(32)의 저압에 있는 가스공간(36)내로 연소실가스가 유동하는 것을 방해한다.
예를들면 대기, 불활성가스, 재순환된 연도 가스 등등의 이송가스가 기저 가스입구들(46, 48, 50, 52, 54 ; 제2도참조)을 통하여 귀환덕트(16) 하부(30)내로 도입될 수 있다. 가스 입구들은 유동상들에 일반적으로 사용되는 어떤 알맞은 유형의 노즐이 될 수 있다.
배제적인 또는 추가의 이송가스가 상부 가스 입구들(56, 58, 60 ; 제2도 참조)을 통하여 도입될 수 있다.
기저 가스 입구들(46-54)을 통하여 도입된 이송가스는 상(34)의 최저부 및 최상부로부터 입구통로들(42a-42f)을 향하여 입자들을 이송한다. 노즐(56)을 통하여 도입된 이송가스는 노즐(58)을 통하여 도입되는 이송가스보다 더 많은 입자들을 이송하고, 이는 귀환덕트(16)내에 단지 약간량의 고체만을 이송시키고 적절한 상레벨을 보유하기 위하여 주로 입구 통로들(42a-42c)의 최상부를 통하여 고체물질을 이송하는데, 다시말하면 가스는 저부하에서 주로 최상부 노즐(60)을 통하여 도입된다.
상이한 노즐들(46-60)을 통한 가스 유동이송을 제어함으로써, 가변하는 공정 조건들에서 통로들(42a-42f)을 통하여 연소실(12)내로 바람직한 양의 상(34)물질을 재순환시키는 동시에 예들들면 연소실(12)로부터 통로들(42a-42f)을 통하여 귀환덕트(16)내로 기체가 유동함을 허용하는 레벨 아래로 상 레벨이 내려가는 것을 방지하는 등으로 공정 조건들이 가변하는 동안 상기 통로내에 효율적인 고체 유동밀봉부를 확보하므로, 최적의 고체 유동이 전 입구 통로들(42a-42f)을 통하여 이루어질 수 있다.
귀환덕트를 통하여 재순환되는 상물질의 고부하를 통하여, 최대량의 고체 입자들을 통로들(42a-42f)을 통한 이송용 이송가스들에 싣기 위한 목적으로 이송가스가 전체 또는 거의 모든 노즐들(46-48)을 통하여 도입된다. 저부히 조건에서는, 약간 량만의 상물질이 통로들(42a-42f)을 통하여 이송되어야 한다. 이는 주로 노즐들(54-60)을 통하여 이송가스를 도입함으로써 행해지는데, 이로써 입구 통로들 (42e,42f)과 그리고 노즐들(46-52)과도 가장 인접한 상(34) 부분은 이송 가스에 의하여 가장 적게 영향을 받으며, 감소된 양의 상물질이 통로들(42a-42f)을 통하여 재순환되도록 유도한다. 만약 상(34)레벨이 낮으면, 노즐들(60,58)을 통하여 도입되는 이송가스가 상 물질은 전혀 이송하지 않으면서 귀환덕트의 가스 공간부(36)내로 유동할 수 있다.
그러나 통로내에 고체 유동 밀봉부가 확실히 갖추어지기 위해서는 주의를 요한다. 몇가지 경우에 있어서는 통로들에 고체 입자들을 채움으로써 가스 밀봉부가 특히 최하부 통로들(42a-42f)내에 이루어진다. 만일 귀환덕트내에서 가스가 유동하는 것을 저지하기에 충분히 높은 고체 레벨이 귀환덕트내에 있는 경우라면 가스 밀봉부를 확립하기 위한 목적으로 통로들(42a-42f)을 통한 입자의 실질적인 유동이 불필요하다.
열전달을 제어하고 열전달 영역으로부터 입구들(38,39)을 향하여 고체 물질을 바람직한 속도로 이송하기 위하여, 고체 유동 밀봉부 영역의 입구들(38,39)사이 열전달 영역내에 유동화 가스가 노즐들을 통하여 도입될 수 있다.
제1도 및 제2도에 도시된 프레임 구조물(44)은 손쉽게 벽(28)등의 통상적인 관벽이나 멤브레인벽내에 삽입될 수 있다. 프레임(44) 및 그안의 슬롯형 입구 통로들(42a-42f)은 벽을 내화라이닝(29)으로 덮을때 벽(20)내에 미리 제작될 수 있다. 관벽(27)내의 관들을 제작할때 구부려 만들수 있다. 슬롯형 통로들(42a-42f)을 활용할 수 있도록, 관벽(20)을 내화라이닝(29)으로 덮기전에 스티록스(styrox)또는 그외 연소성 물질로 이루어진 주형(mold)이 관들 사이 프레임(44)내에 삽입된다. 상기 주형은 내화라이닝(29)을 가열하는동안 소각되며 통로들(42a-42f)과 일렬로 늘어선 슬롯형 통로들 또는 개구들(42a′-42f′) 만을 남기게된다.
제3도는 본 발명의 또다른 실시예를 도시한 것이다. 본 실시예에서 열교환실(110)은 반응실(112)로 연결되는데, 이는 열교환실(110)을 통하여 상물질을 내부적으로 재순환시킴으로써 상 물질(도시안됨)로부터 열을 회수하기 위함이다.
열교환실(110)은 반응실벽(118) 하부의 경사진 내화 라이닝된 벽부분(114)으로 연결된다. 입구 개구들(116)이 내화 라이닝된 벽 부분(114)의 상단에 제공된다. 측벽(118)을 따라 하향 유동하는 입자들이 개구들(116)에서 포착되고 열교환실(110)내로 유동한다. 액체인 순환하는 열 전달 표면(120)이 열교환실(110)내에 배치된다.
반응실(112)내로 입자들을 재도입하기 위하여 본 발명에 따른 슬롯형 출구 통로들(122)이 내화 라이닝된 벽부분(114)의 최하부내에 제공된다. 입자들을 반응실(112)내로 재도입하기 위한 통로(122)가 고체 유동 밀봉부를 구성한다. 통로(122)는 하나가 다른것 위에 배치된 좁은 슬롯들로서, 각 슬롯은 개별적인 L 밸브를 형성한다.
열교환실로부터 반응실내로 입자들을 이송하고 통로들(122)내의 고체 유동 밀봉부를 제어하기 위하여 열교환실 기저부의 노즐들(124)을 통하여 이송가스 (즉, 대기)가 도입된다. 도면에 도시되지 않은 기타의 유동화가스도입용 노즐들이 열전달을 제어하는 목적으로 열 교환기내의 열전달 영역내에 활용될 수 있다.
제4도는 본 발명의 또다른 실시예를 도시한것이다. 상기 도면은 유동상 반응기내의 반응실(210) 일부분, 그리고 상기 반응실(210)에 인접 배치되고 리프팅 실(214)과 처리실(216)을 포함하는 하우징(212)을 도시한 것이다. 하우징(212)은 반응실(210)의 한 측벽(218)과 부분적으로 등을 맞대고 배치된다. 하우징은 벽(232)에 의하여 리프팅실(214)과 처리실(217)로 분할된다. 상기 벽(232) 상부의 개구(234)가 2개의 실들(214,216)을 연결한다.
리프팅실과 반응실(210)간의 공통벽 부분(222)내의 제1 수직레벨에 반응실(210)내 출구(220)가 제공된다. 고체입자들은 실들간 압력차이로 인하여 출구(220)를 통하여 반응실(210)로부터 리프팅 실(214)내로 유동한다. 본 발명에 따르면 “길 밀봉부”를 구성하는 좁은 슬롯형 통로가 출구(220)에 배치되어서 가스가 한실에서 다른 실로 유동하는 것을 방지하고 예정된 치수보다 큰 물체가 반응실로부터 리프팅실(214)내로 유동하는 것을 방지한다.
고체 입자들을 개구(234)를 통하여 처리실(216)내로 기체 역학적으로 이송하기 위하여 대기 노즐들(236)이 리프팅실내에 배치된다. 반응실(210)과 처리실(216) 사이의 공동벽(228)내에, 고체 입자들을 반응실(210)내로 이송하기 위한 2 개의 입구들(226,227)이 제공된다. 이송가스 및 그에 실린 고체 입자들은 리프팅실 (214)로부터 입구(226)를 통하여 반응실(210)내로 유동한다.
처리실(216)의 고체 입자들의 상 내에 배치된 제2입구(227)는 본 발명에 따라 하나가 다른것 위에 놓이는 좁은 슬롯형 통로들(230)을 포함한다. 고체 입자들은 중력에 의하여 상기 통로(230)를 통하여 유동하거나 노즐들(240)을 통하여 도입되는 유동화가스에 의하여 그로부터 이송된다. 고체 유동 밀봉부들이 제2입구(227)내에 설치되어 고체입자들이 처리실(216)로부터 반응실(210)로 멋대로 유동하는 것을 방지한다.
제5도는 본 발명의 또다른 실시예를 도시한 것이다. 제5도는 귀환덕트(312)와 그에 연결된 열 교환실(314)을 가지는 CFB반응기내의 반응실(310)을 도시하고 있다. 고체 입자의 상(316)이 귀환덕트(312)의 하부(318)에 축적된다. 본 발명에 따른 고체 유동통로가 귀환덕트(312)의 하부(318)및 열교환실(314) 사이의 구획벽(322)내에 제공된다. 통로(327)를 통하여 열교환실(314)내로 입자들을 이송하고 귀환덕트 및 열교횐실 사이에 설치된 고체 유동 밀봉부를 통하여 유동을 제어하기 위하여, 이송 가스가 노즐(324)을 통하여 귀환덕트(312) 하부내로 도입된다.
열 교환기(374)내에 도입된 고체물질은 그곳에서 유동화되고 개구(326)를 통하여 범람함으로써 반응실(310)내로 재순환 된다. 원한다면, 본 발명에 따른 부가적인 통로가 열 교환실(314) 및 반응실(310) 사이의 구획벽(325) 하부에 또한 제공될 수 있다.

Claims (28)

  1. 내부에 고체 입자들을 가진 제1실(30,110,216,314,/12,112,210,310)로 부터 인접 제2실(12,112,210,310,/30,110,216,314)내로 고체 입자들을 이송하기 위한 방법에 있어서, 2개의 인접실들은 구획벽내에 배치되는 수개의 좁은 통로들(42a-42f,122,230)을 가진, 실들을 상호연결하는 구획벽(20,114,218)에 의하여 분리되고, (a) 제1실내로 이송가스를 도입하고 구획벽내의 좁은 통로들을 통하여 제1실로부터 제2실로의 다수개 고체 유동등으로서 고체 입자들을 이송하는 단계 및 (b) 단계(a)를 실시하는 동안 구획 벽내에 있는, 높이(h) 대 길이(l) 비 (h/l)를 갖는 통로들을 통하여 제2실로부터 제1실로 가스와 고체 입자들이 역류하는 것을 방지하고, 상기 비(h/l)가 각 α의 탄젠트가 되게 하여 구획벽 상의 통로들(42a-42f,122,230)내에 고체유동밀봉부, 및/또는 제어가능한 고체유동밸브를 설정하는데 각 α는 고체입자가 입자 더미의 측부를 따라 하향으로 퍼져내리거나 흘러내림없이 적층될 수 있는 최대 고체입자 더미의 각인 단계를 특징으로하는 고체입자의 이송방법.
  2. 제2항에 있어서, 상기 단계(a) 및 단계(b)가 제1실내의 고체 입자상으로부터 제2실내의 유동상태이거나 기체역학적 운송상태인 고체 입자들내로 유동상 시스템내의 고체입자들을 도입함으로써 수행되는 고체입자의 이송 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 단계(b)가 0.5미만의 높이(h)대 길이(l)의 비(h/l)를 갖는 좁은 통로들(42a-42f,122,230)을 통하여 입자들을 이송함으로써 수행되는 고체입자의 이송방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 단계(a)가 제1실의 기저부 또는 제1실내 구획벽 맞은편의 한 측벽 또는 양쪽 모두를 통하여 이송가스를 도입함으로써 수행되는 고체입자의 이송방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 단계(a) 및 단계(b)가 유동상 연소기내의 연소실로부터 내부의 유동상을 갖는 인접 처리실내로 고체 입자들을 이송하도록 수행되는 고체입자 이송방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 단계(a) 및 단계(b)가 내부의 유동상을 갖는 내부열 교환실로부터 연소실내로 순환하는 고체입자들을 재순환시키도록 수행되는 고체 이송방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 단계(a) 및 단계(b)가 귀환덕트내의 고체입자의 상으로부터 연소기의 연소실내로 순환 유동상 연소기내 고체 입자들을 이송 하므로써 수행되는 고체 이송방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 단계(a) 및 단계(b)가 하나가 다른것 위에 겹쳐, 배치된 수평이거나 약간 경사진 슬롯형 통로들을 통한 다수의 고체 유동들로서 고체 입자들을 이송함으로써 수행되는 고체 이송방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 단계(b)가 대략 50mm미만의 높이를 갖는 통로들을 통한 다수의 수평 고체 유동들로서 고체 입자들을 이송함으로써 수행되는 고체 이송방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 단계(a)는 제1실 내의 구획벽을 마주한 한 측벽을 통하여 이송가스의 최소한 일부를 도입함으로써 수행되는 고체입자의 이송방법.
  11. 내부에 고체 입자들을 가지는 제1실(30,110,216,314,/12,112,210,310)로부터 인접 제2실(12,112,210,310,/30,110,216,314)로 고체입자들을 이송하기 위한 장치에 있어서, 2개의 인접실들이 구획벽(20,114,218)으로 분리되고, 상기 장치가 - 제1실내로 이송가스를 도입하기 위한 가스 입구수단, 및 - 각 α의 탄젠트 미만인 높이(h)대 길이(l)의 비(h/l)를 가지며 하나가 다른것위에 겹쳐있는데, 상기 각 α는 고체입자들이 더미주위로 퍼져버리거나 흘러내리지 않고 적층될 수 있는 고체입자 더미의 최대각도가 되는, 상기 구획벽내의 2개 이상의 통로, - 상기 실들을 상호연결하는 상기 구획벽내의 통로에 의하여 제공되는 고체유동 밀봉부 또는 제어가능한 고체유동밸브 또는 양쪽 모두를 포함하는 것을 특징으로하는 고체입자의 이송장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 통로들이 대략 0.5미만의 높이(h)대 길이(l)의 비(h/l)를 가지는 장치.
  13. 제11항에 있어서, 하나가 다른것위에 배치되는 2개 또는 그이상의 통로들이 상기 구획벽내의 프레임형 구조물(44) 내의 접속부 길(gill)형 구조물 내에 결합되고, 상기 통로들이 수평이며 각각이 대략 50mm미만인 높이를 가지는 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 2개 또는 그 이상의 프레임형 구조물이 상기 구획벽내에 상호로부터 수평으로 나란히 배치되는 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 가스 입구수단이 상기 통로를 통하여 고체 입자들을 이송하기 위하여 상기 프레임형 구조물 앞의 상기 제1실내에 배치되는 다수의 이송가스노즐(56-60)을 포함하는 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 프레임형 구조물들 사이의 인접개재공간 영역의 상기 제1실내에 배치되는 열전달 표면(120)을 또한 포함하는 장치.
  17. 제11항에 있어서, 하나의 다른것 위에 배치되는 2개 또는 그 이상의 통로들이 상기 구획벽내의 프레임형 구조물(44)내의 접속부 길(gill)형 구조물 내에 결합되는 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 통로들이 대략 0.5미만의 높이(h)대 길이(l)의 비(h/l)를 가지는 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 통로들이 수평과 최소한 약 10° 의 각도를 이루는 장치.
  20. 제11항에 있어서, 상기 통로들이 수평과 최소한 약 10° 의 각도를 이루는 장치.
  21. 제11항에 있어서, 상기 제1실이 연소실이고 상기 제2실은 처리실인 장치.
  22. 제11항에 있어서, 상기 제1실이 처리실이고 상기 제2실이 연소실인 장치.
  23. 제11항에 있어서, 상기 제1실이 귀환덕트이고 상기 제2실이 연소실인 장치.
  24. 제11항에 있어서, 상기 제1실 및 제2실에 인접하는 제3실을 포함하는 장치로서, 상기 제3실은 제1실 및 제2실을 분리하는 동일한 제1구획벽의 일부에 의하여 제1실로부터 분리되고, 상기 제1구획벽은 제1실 및 제2실을 상호연결하는 상기 제1의 좁은 통로들로부터 멀리 떨어지고, 2개 또는 그 이상의 좁은 통로들이 고체유동 밀봉부 또는 제어가능한 고체 유동 밸브 또는 둘 무두를 제공하기 위하여 상기 제1실과 제3실을 상호연결하는 상기 제1구획벽내에 하나가 다른것위에 겹쳐 배치되고, 상기 제3실은 또한 상기 제2실과 제3실을 상호연결하는 통로를 가지는 제23획벽에 의하여 제2실로부터 분리되고, 상기 제1실은 연소실을 포함하고, 상기 제2실은 이송실을 포함하고, 상기 제3실은 처리실을 포함하는 그러한 제3실을 또한 포함하는 장치.
  25. 제11항에 있어서, 상기 제1실내의 구획벽이 내화물로 라이닝되는 장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 구획벽내의 좁은 통로들을 라이닝한 상기 내화물내에 배치되는 2개 또는 그 이상의 좁은 통로들을 또한 포함하는 장치.
  27. 제25항에 있어서, 상기 내화라이닝내의 좁은 통로들이 상기 통로 형태로된, 내화 라이닝으로 도포되기 이전에 벽에 삽입된 연소성물질을 소각함으로써 제작되고, 상기 연소성 물질은 내화 라이닝을 가열하여서 벽에 좁은 통로들을 남기는 중에 소각되어지는 장치.
  28. 제11항에 있어서, 상기 구획벽이 멤브레인 관벽이고, 하나가 다른것 위에 겹쳐놓인 2개 또는 그이상의 통로들이 이 2개 또는 그 이상의 통로들에 개구를 제공하기 위하여 구부러진 관들을 가지는 위치에서 멤브레인 벽내에 배치되는 장치.
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