WO2017086037A1 - 反応炉 - Google Patents

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WO2017086037A1
WO2017086037A1 PCT/JP2016/079297 JP2016079297W WO2017086037A1 WO 2017086037 A1 WO2017086037 A1 WO 2017086037A1 JP 2016079297 W JP2016079297 W JP 2016079297W WO 2017086037 A1 WO2017086037 A1 WO 2017086037A1
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reaction furnace
gas
protective material
wall surface
end surface
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French (fr)
Inventor
敏浩 山岡
Original Assignee
住友重機械工業株式会社
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    • 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
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/24—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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B15/00—Fluidised-bed furnaces; Other furnaces using or treating finely-divided materials in dispersion
    • F27B15/02—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types

Definitions

  • the present invention relates to a reactor.
  • a reactor that supplies a gas from a gas supply unit provided on a bottom wall surface to form a fluidized state of a fluid (for example, see Patent Document 1).
  • a plurality of nozzles are provided at the bottom of the reaction furnace, and the flow state of the fluid is formed by adjusting the orientation of each nozzle.
  • the reactor there may be a downflow in which the fluid falls along the side surface of the reactor at the bottom.
  • the gas supply unit may be worn or worn.
  • An object of the present invention is to provide a reaction furnace capable of suppressing wear and wear of a gas supply section provided on a bottom wall surface.
  • a reaction furnace is a reaction furnace in which a gas is supplied from a gas supply unit provided on a bottom wall surface to form a fluid flow state.
  • the reaction furnace has a protruding portion that protrudes from the reaction furnace wall surface provided with the protective material toward the inside of the reaction furnace. Moreover, the upper end surface of the protrusion extends along the horizontal direction.
  • the downflow of the fluid flowing downward along the reaction furnace wall surface collides with the upper end surface of the projecting part before colliding with the gas supply unit provided on the bottom wall surface. Thereby, the down flow of the fluid is diffused and the dynamic pressure is reduced before the gas supply unit. As described above, wear and wear of the gas supply unit provided on the bottom wall surface can be suppressed.
  • the thickness of the protruding portion in the direction toward the inside of the reaction furnace may be larger than the thickness of the protective material that protects the reaction furnace wall surface. Accordingly, a sufficiently wide upper end surface can be secured in order to diffuse and reduce the dynamic pressure of the downflow of the fluid.
  • the protrusion may be formed integrally with the protective material.
  • a protrusion part can be formed simultaneously.
  • the protrusion may be continuously formed from the bottom to the upper end surface. As a result, it is possible to suppress the downflow diffused at the upper end surface of the projecting portion from turning around the projecting portion.
  • a deposit is formed by depositing fluid on the upper end surface, and the height of the upper end surface of the projecting portion is the imaginary line extending the upper surface when the deposit portion is at the angle of repose. It is set so as to pass above the gas supply unit arranged on the reaction furnace wall side. This suppresses the downflow that flows obliquely downward along the upper surface when the deposition part is at the angle of repose when colliding with the upper end surface from colliding with the gas supply part arranged closest to the reactor wall surface. it can. Therefore, wear and wear of the gas supply unit can be suppressed.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a circulating fluidized bed boiler to which a gas nozzle mounting structure according to an embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the lower part of the reactor in the circulating fluidized bed boiler of FIG.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of FIG. 2 viewed from above.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV shown in FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VV shown in FIG. 6A is an enlarged view around the protrusion in FIG. 5, and
  • FIG. 6B is an enlarged view around the protrusion in FIG.
  • FIGS. 7A and 7B are enlarged views of the reaction unit according to the comparative example.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a circulating fluidized bed boiler to which a gas nozzle mounting structure according to an embodiment of the present invention is applied.
  • the circulating fluidized bed boiler 2 includes a fluidized bed type reaction furnace 3 having a vertically long cylindrical shape.
  • a fuel inlet 3a for introducing fuel is provided, and in the upper part, a gas outlet 3b for discharging combustion gas is provided.
  • the fuel supplied from the fuel input device 5 to the reaction furnace 3 is input into the reaction furnace 3 through the fuel input port 3a.
  • a cyclone 7 functioning as a solid-gas separation device is connected to the gas outlet 3b of the reaction furnace 3.
  • the discharge port 7a of the cyclone 7 is connected to a downstream gas processing system via a gas line.
  • a return line 9 called a downcomer extends downward from the bottom outlet of the cyclone 7, and the lower end of the return line 9 is connected to the intermediate side surface of the reaction furnace 3.
  • the reaction furnace 3 is configured as a furnace having a combustion chamber 4 therein.
  • the combustion chamber 4 solids containing fuel introduced from the fuel inlet 3 a (for example, “fluid” in the following description) by combustion / flowing gas (for example, air) introduced from the bottom of the reaction furnace 3 described later. And the fuel burns at about 800-900 ° C. while flowing.
  • the combustion gas generated in the combustion chamber 4 is introduced into the cyclone 7 with accompanying solid particles.
  • the cyclone 7 separates the solid particles and the gas by a centrifugal separation action, returns the separated solid particles to the combustion chamber 4 through the return line 9, and also discharges the combustion gas from which the solid particles have been removed from the discharge port 7a. It is sent to the gas processing system at the subsequent stage through the line.
  • combustion ash is generated and collected at the bottom. For this reason, in the reaction furnace 3, combustion ash is regularly discharged
  • the gas treatment system includes a gas heat exchange device 13 connected to the discharge port 7a of the cyclone 7 via a gas line, and a bag filter connected to the discharge port 13a of the gas heat exchange device 13 via a gas line. (Dust collector) 15.
  • the gas heat exchanger 13 is provided with a boiler tube 13b that allows water to flow across the exhaust gas flow path. When the high-temperature exhaust gas sent from the cyclone 7 comes into contact with the boiler tube 13b, the heat of the exhaust gas is recovered in the water in the tube, and the generated high-temperature steam is sent to the turbine for power generation through the boiler tube 13b.
  • the bag filter 15 removes fine particles such as fly ash still entrained in the combustible gas. The clean gas discharged from the discharge port 15a of the bag filter 15 is discharged from the chimney 19 via the gas line and the pump 17 to the outside.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the lower part of the reactor in the circulating fluidized bed boiler of FIG. 1
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of FIG.
  • the reaction furnace 3 includes side wall surfaces 3f and 3g opposed in the longitudinal direction, side wall surfaces 3h and 3k opposed in the short direction, and a bottom wall surface 3e. These wall surfaces may be collectively referred to as “reactor wall surfaces”.
  • the bottom wall surface 3e is provided with a plurality of discharge ports 3d extending downward so as to discharge the combustion ash.
  • a wind box 21 is provided below the bottom wall surface 3 e of the reaction furnace 3.
  • a plurality of gas pipes 23 are provided upright above the bottom wall surface 3 e and extend toward the combustion chamber 4.
  • a plurality of gas nozzles 25 are connected to the respective upper ends of the plurality of gas pipes 23.
  • the wind box 21 is provided with a supply path 27 for introducing combustion / flowing gas. The combustion / flowing gas introduced from the supply passage 27 is sent to the entire combustion chamber 4 through the wind box 21, the gas pipe 23 and the gas nozzle 25 so as to be uniform.
  • a protective material 29 for protecting the wall of the reaction furnace is provided in the lower part of the reaction furnace 3.
  • a protective material 29A is provided above the bottom wall surface 3e
  • a protective material 29B is provided so as to cover the surface of the discharge port
  • a protective material is provided so as to cover the inner surfaces of the side wall surfaces 3f and 3g.
  • 29C and 29D are provided
  • protective materials 29E and 29F are provided so as to cover the inner surfaces of the side wall surfaces 3h and 3k.
  • the gas pipe 23 is erected on the bottom wall surface 3e of the reaction furnace 3 and extends upward through the protective material 29A.
  • the periphery of the gas pipe 23 is covered with a protective material 29A.
  • the gas nozzle 25 connected to the upper end of the gas pipe 23 is partly or entirely exposed without being covered with the protective material 29 ⁇ / b> A and protrudes toward the combustion chamber 4.
  • the gas nozzle 25 is arranged in a stepped manner so as to be arranged at a position one step lower as it approaches the discharge port 3d.
  • the protective material 29A is also formed in a step shape (see also FIGS. 4 and 5).
  • the jet nozzle for feeding the gas in the gas nozzle 25 into the combustion chamber 4 is arranged so as to face the discharge port 3d.
  • the gas fed from the gas nozzle 25 flows in the direction indicated by the arrow.
  • the direction indicated by the arrow may be referred to as “ejection direction D1”, which is the direction in which the gas nozzle 25 ejects gas.
  • the ejection direction (that is, the direction toward the discharge port 3d) is perpendicular to the ejection direction D1.
  • the ejection direction D1 is set in a direction orthogonal to the axis of the gas pipe 23, but may be set in an inclined direction.
  • a plurality of (for example, several thousand) gas nozzles 25 are arranged side by side on the bottom wall surface 3 e of the reaction furnace 3.
  • the gas ejected from the ejection ports of the respective gas nozzles 25 flows in the ejection direction D1 toward the ejection port 3d.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV shown in FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VV shown in FIG. 6A is an enlarged view of the protruding portion shown in FIG. 5, and
  • FIG. 6B is an enlarged view of the protruding portion shown in FIG.
  • the side wall surface 3f in the lower part of the reaction furnace 3 extends straight in the vertical direction. Therefore, the protective material 29C also extends straight along the side wall surface 3f in the vertical direction.
  • the reaction furnace 3 includes a protruding portion 31 protruding toward the inside of the reaction furnace 3 from the side wall surface 3f provided with the protective material 29C.
  • the protruding portion 31 protrudes from the side surface 29Ca on the inner side of the reaction furnace 3 of the protective material 29C.
  • the protrusion 31 is made of the same protective material as the protective material 29C. Further, the protruding portion 31 is formed integrally with the protective material 29C. Therefore, there is no cut or the like between the protruding portion 31 and the protective material 29C, and they are configured as the same member.
  • the protective material 29C and the protruding portion 31 are formed at the same time using the same mold.
  • the material of the mold is not limited, and it may be made of metal or wooden.
  • the upper end surface 31a of the protrusion 31 extends along the horizontal direction.
  • a deposit T is formed by depositing a fluid.
  • the accumulation portion T is formed so as to be inclined downward from the side surface 29Ca of the protective material 29C toward the tip of the upper end surface 31a.
  • the upper end surface 31a preferably extends in parallel with the horizontal direction, but may be inclined with respect to the horizontal direction as long as the accumulated fluid does not fall.
  • the side end surface 31b inside the reaction furnace 3 of the projecting portion 31 extends straight in the vertical direction.
  • the side end surface 31b of the protruding portion 31 is disposed closer to the side wall surface 3f than the gas nozzle 25A disposed closest to the side wall surface 3f.
  • the side end surface 31b extends straight in the vertical direction over the entire area between the upper end surface 31a and the upper surface of the lower protective member 29A, and continuously extends without being provided with a recess or the like in the middle position. . That is, the protrusion 31 is continuously formed with the same thickness from the bottom (here, the upper surface 29Aa at the uppermost stage of the protective material 29A) to the upper end surface 31a.
  • the thickness t2 of the protruding portion 31 in the direction toward the inside of the reaction furnace 3 is thicker than the thickness t1 of the protective material 29C that protects the side wall surface 3f.
  • the thickness t2 of the protrusion 31 may be smaller than the thickness t1 of the protective material 29C. In this case, the amount of material for forming the protruding portion 31 can be reduced.
  • the height position of the upper end surface 31a will be described.
  • the upper end surface 31a is disposed at least above the upper end portion of the gas nozzle 25A disposed closest to the side wall surface 3f. Further, the height of the upper end surface 31a is set so that the imaginary line L1 whose upper surface is extended when the accumulation portion T is at the repose angle ⁇ passes above the gas nozzle 25A that is disposed closest to the side wall surface 3f. The Thereby, the height of the upper end surface 31a is set so that the gas nozzle 25A does not exist on the virtual line L1. As shown in FIG.
  • the imaginary line L1 does not intersect with the gas nozzle 25A by setting the height of the upper end surface 31a to be equal to or higher than the upper end portion of the gas nozzle 25A. Passes over 25A.
  • the imaginary line L1 intersects the gas nozzle 25 or the protective material 29A inside the reaction furnace 3 than the gas nozzle 25A.
  • the angle of repose ⁇ of the accumulation portion T is formed immediately after the start of operation, and then continuously formed.
  • the repose angle ⁇ varies depending on the type of fluid, the size of the upper end surface 31a, and the like, and is not particularly limited, but may be about 45 °.
  • the reaction furnace 3 is provided with components such as a fuel inlet 3a and a return line 9 shown in FIG.
  • the height of the upper end surface 31a is set below the component so as not to interfere with these components. Further, the height of the upper end surface 31a is set to such a height that the downflow once diffused on the upper end surface 31a does not flow downward again along the side end surface 31b.
  • FIG. 6A shows an enlarged view of the side wall surface 3k
  • the side wall surface 3h facing the side wall surface 3k in the short-side direction has the same configuration, and a description thereof will be omitted.
  • the side wall surface 3k in the lower part of the reaction furnace 3 extends so as to be inclined with respect to the vertical direction. Therefore, the protective material 29F also extends straight along the side wall surface 3k in the vertical direction. In addition, the side wall surface 3k and the protective material 29F are inclined so as to go to the inner side of the reaction furnace 3 as it goes downward.
  • the reaction furnace 3 includes a protruding portion 32 protruding toward the inside of the reaction furnace 3 from the side wall surface 3k provided with the protective material 29F.
  • the protrusion 32 protrudes from the side surface 29Fa inside the reaction furnace 3 of the protective material 29F.
  • the protrusion 32 is made of the same protective material as the protective material 29F.
  • the protrusion part 32 is comprised integrally with the protective material 29F. Accordingly, there is no break or the like between the protruding portion 32 and the protective material 29F, and they are configured as the same member.
  • the upper end surface 32a of the protruding portion 32 extends along the horizontal direction.
  • the deposit T is formed by depositing the fluid.
  • the accumulation portion T is formed so as to be inclined downward from the side surface 29Fa of the protective material 29F toward the tip of the upper end surface 32a.
  • the upper end surface 32a preferably extends parallel to the horizontal direction, but may be inclined with respect to the horizontal direction as long as the accumulated fluid does not fall.
  • the side end face 32b inside the reaction furnace 3 of the projecting portion 32 extends straight in the vertical direction.
  • a tapered surface 32c is formed between the side end surface 32b and the upper end surface 32a. By forming the tapered surface 32c, the end portion of the protruding portion 32 can be made difficult to chip.
  • the side end face 32b of the protruding portion 32 is disposed closer to the side wall surface 3k than the gas nozzle 25B disposed closest to the side wall surface 3k.
  • the side end surface 32b extends straight in the vertical direction over the entire area between the tapered surface 32c and the upper surface of the lower protective member 29A, and continuously extends without being provided with a recess or the like in the middle position. .
  • the protrusion 32 is continuously formed so as to gradually increase in thickness from the bottom (here, the upper surface 29Aa at the uppermost stage of the protective material 29A) to the tapered surface 32c.
  • the thickness t4 of the protrusion 32 in the direction toward the inside of the reaction furnace 3 (here, the horizontal direction) is thicker than the thickness t3 of the protective material 29F that protects the side wall surface 3k.
  • the thickness t4 here is defined as the thickness at the position of the upper end surface 32a when it is assumed that the tapered surface 32c is not formed.
  • the width t5 in the horizontal direction of the upper end surface 32a is also wider than the thickness t3 of the protective material 29F.
  • the thickness t4 of the protrusion 32 may be smaller than the thickness t3 of the protective material 29F. In this case, the amount of material for forming the protrusion 32 can be reduced.
  • the height position of the upper end surface 32a will be described.
  • the upper end surface 32a is disposed at least above the upper end portion of the gas nozzle 25B disposed closest to the side wall surface 3k. Further, the height of the upper end surface 32a is such that the imaginary line L2 extending from the upper surface when the fluid deposit portion T is at the repose angle ⁇ passes above the gas nozzle 25B disposed closest to the side wall surface 3k. Set to do. Thereby, the height of the upper end surface 32a is set so that the gas nozzle 25B does not exist on the virtual line L2. As shown in FIG.
  • the height of the upper end surface 32a is set to be equal to or higher than the upper end portion of the gas nozzle 25B, so that the imaginary line L2 does not intersect with the gas nozzle 25B. Passes over 25B.
  • the imaginary line L2 intersects the gas nozzle 25 or the protective material 29A inside the reaction furnace 3 than the gas nozzle 25B.
  • the angle of repose ⁇ of the deposited portion T has the same purpose as the angle of repose described in the protruding portion 31.
  • the height of the upper end surface 32a is set below the component so as not to interfere with the component of the reactor 3 described above.
  • the height of the upper end surface 32a is set to such a height that the downflow once diffused on the upper end surface 32a does not flow downward again along the side end surface 32b.
  • the reaction furnace is not provided with the protrusions 31 and 32 as in the present embodiment.
  • the downflow F collides with a gas nozzle provided on the bottom wall surface, thereby causing a gas nozzle. Wear and wear may occur.
  • the reaction furnace 3 includes projecting portions 31 and 32 that project toward the inside of the reaction furnace 3 from the side wall surfaces 3f, 3g, 3h, and 3k provided with the protective material 29. .
  • the upper end surfaces 31a and 32a of the protrusions 31 and 32 extend along the horizontal direction.
  • the downflow F of the fluid flowing downward along the side wall surfaces 3f, 3g, 3h, 3k is the upper end surface 31a of the projecting portions 31, 32 before colliding with the gas nozzles 25A, 25B provided on the bottom wall surface 3e. , 32a.
  • the downflow F of the fluid is diffused and reduced in dynamic pressure before the gas nozzle 25 (see FIG. 6).
  • wear and wear of the gas nozzle 25 provided on the bottom wall surface can be suppressed.
  • the thickness of the protrusion 31 in the direction toward the inside of the reaction furnace 3 is greater than the thickness of the protective materials 29C and 29D that protect the side wall surfaces 3f and 3g. 3 is thicker than the thickness of the protective materials 29E and 29F that protect the side wall surfaces 3h and 3k.
  • the protruding portion 31 is configured integrally with the protective materials 29C and 29D.
  • the protrusion 31 can be formed at the same time when the protective members 29C and 29D are formed by the mold.
  • the protrusion part 32 is comprised integrally with the protection materials 29E and 29F.
  • the protrusion 32 can be formed at the same time when the protective members 29E and 29F are formed by the mold.
  • the structural strength can be improved, and the protrusions 31 and 32 can be prevented from falling off.
  • the protruding portions 31 and 32 are continuously formed from the bottom to the upper end surfaces 31a and 32a.
  • the protrusions 31 and 32 are continuously formed from the bottom to the upper end surfaces 31a and 32a, so that the downflow F diffused on the upper end surfaces 31a and 32a of the protrusions 31 and 32 is reduced. Therefore, it is possible to prevent the protrusions 31 and 32 from turning downward.
  • the heights of the upper end surfaces 31a and 32a of the projecting portions 31 and 32 are the imaginary lines L1 and L2 extending from the upper surface when the deposition portion T is at the repose angle ⁇ , It is set so as to pass above the gas nozzles 25 arranged on the wall surfaces 3f, 3g, 3h, and 3k.
  • the downflow F that flows obliquely downward along the upper surface when the deposited portion T is at the angle of repose ⁇ is arranged on the side wall surfaces 3f, 3g, 3h, and 3k. It is possible to suppress collision with the gas nozzles 25A and 25B. Therefore, wear and wear of the gas nozzles 25A and 25B can be suppressed.
  • the present invention is not limited to the embodiment described above.
  • the protruding portions are formed on all the four side wall surfaces 3f, 3g, 3h, and 3k, but it is only necessary that the protruding portions are provided on at least one of the side wall surfaces.
  • the protrusions may be formed only on the pair of side wall surfaces facing the longitudinal direction or the short direction. In this case, the amount of the material used for forming the protrusion can be reduced by forming the protrusion on only a part of the side wall surface.
  • the shape of the side wall surface and the shape of the protective material covering it are not limited to the above-described embodiment.
  • the shape of the protruding portion is not limited to the above-described embodiment, and may be changed as appropriate.
  • the protruding portion may not be formed continuously from the bottom portion to the upper end surface, and may be formed only on a part in the vertical direction. In this case, the amount of material used to form the protrusion can be reduced.
  • the protruding portion does not have to be formed integrally with the protective material.
  • the protruding portion may be constituted by another member made of a material different from the protective material. In this case, the degree of freedom of materials and processing methods for forming the protrusions is improved.

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Abstract

反応炉は、底壁面に設けられた気体供給部より気体を供給し、流動物の流動状態を形成する反応炉であって、反応炉の下部に設けられ、反応炉壁面を防護する防護材と、防護材が設けられた反応炉壁面から反応炉の内部に向けて突出した突出部と、を備え、突出部の上端面は水平方向に沿って延びている。

Description

反応炉
　本発明は、反応炉に関する。
　従来の反応炉として、底壁面に設けられた気体供給部より気体を供給し、流動物の流動状態を形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。反応炉の底部には、複数のノズルが設けられ、各ノズルの向きの調整が行われることによって流動物の流動状態が形成されている。
特開平８－４９８２７号公報
　上述したような反応炉では、底部において反応炉の側面に沿って流動物が下降するダウンフローが生じる場合がある。このようなダウンフローが底壁面に設けられた気体供給部に衝突することにより、気体供給部に摩耗、損耗が生じる場合があった。
　本発明は、底壁面に設けられた気体供給部の摩耗、損耗を抑制できる反応炉を提供することを目的とする。
　本発明の一形態に係る反応炉は、底壁面に設けられた気体供給部より気体を供給し、流動物の流動状態を形成する反応炉において、反応炉の下部に設けられ、反応炉壁面を防護する防護材と、防護材が設けられた反応炉壁面から反応炉の内部に向けて突出した突出部と、を備え、突出部の上端面は水平方向に沿って延びている。
　反応炉は、防護材が設けられた反応炉壁面から反応炉の内部に向けて突出した突出部を備えている。また、突出部の上端面は水平方向に沿って延びている。反応炉壁面に沿って下方へ流れる流動物のダウンフローは、底壁面に設けられた気体供給部と衝突する手前において、突出部の上端面と衝突する。これによって、流動物のダウンフローは、気体供給部の手前で拡散及び動圧低減する。以上により、底壁面に設けられた気体供給部の摩耗、損耗を抑制できる。
　反応炉において、突出部における反応炉の内部へ向かう方向の厚みは反応炉壁面を防護する防護材の厚みよりも厚くてよい。これによって、流動物のダウンフローを拡散及び動圧低減するために、十分な広さの上端面を確保することができる。
　反応炉において、突出部は防護材と一体的に構成されていてよい。これによって、成形型によって防護材を形成する際に同時に突出部を形成することができる。
　反応炉において、突出部は底部から上端面に至るまで連続的に形成されていてよい。これによって、突出部の上端面で拡散したダウンフローが、突出部の下方へ回りこむ事を抑制できる。
　反応炉において、上端面には、流動物が堆積することによって堆積部が形成され、突出部の上端面の高さは、堆積部が安息角にある時の上面を延長した仮想線が、最も反応炉壁面側に配置される気体供給部の上方を通過するように設定される。これによって、上端面で拡散した際に、堆積部が安息角にある時の上面に沿って斜め下方へ流れるダウンフローが、最も反応炉壁面側に配置される気体供給部に衝突することを抑制できる。従って、気体供給部の摩耗、損耗を抑制できる。
　本発明によれば、底壁面に設けられた気体供給部の摩耗、損耗を抑制できる。
図１は、本発明の実施形態に係る気体ノズルの取付構造が適用される循環流動層ボイラの構成を示す図である。 図２は、図１の循環流動層ボイラにおける反応炉の下部を示す概略断面図である。 図３は、図２を上から見た概略断面図である。 図４は、図３に示すＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。 図５は、図３に示すＶ－Ｖ線に沿った断面図である。 図６（ａ）は図５における突出部周辺の拡大図であり、図６（ｂ）は図４における突出部周辺の拡大図である。 図７（ａ），（ｂ）は、比較例に係る反応部の拡大図である。
　本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
　まず、図１を参照し、本実施形態の気体ノズルの取付構造が適用される循環流動層ボイラの構成について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る気体ノズルの取付構造が適用される循環流動層ボイラの構成を示す図である。図１に示すように、循環流動層ボイラ２は、縦長の筒形状をなす流動層型の反応炉３を備えている。反応炉３の中間部には、燃料を投入する燃料投入口３ａが設けられ、上部には燃焼ガスを排出するガス出口３ｂが設けられている。燃料投入装置５からこの反応炉３に供給される燃料は、燃料投入口３ａを介して反応炉３の内部に投入される。
　反応炉３のガス出口３ｂには固気分離装置として機能するサイクロン７が接続されている。サイクロン７の排出口７ａはガスラインを介して後段のガス処理系に接続されている。また、サイクロン７の底部出口からはダウンカマーと称されるリターンライン９が下方に延びており、リターンライン９の下端は反応炉３の中間部側面に接続されている。
　反応炉３は、その内部に燃焼室４を有した火炉として構成されている。燃焼室４では、後述する反応炉３の底部から導入される燃焼・流動用の気体（例えば、空気）により、燃料投入口３ａから投入された燃料を含む固形物（以降の説明において「流動物」と称する場合がある）が流動し、燃料は流動しながら約８００～９００℃で燃焼する。サイクロン７には、燃焼室４で発生した燃焼ガスが固体粒子を同伴しながら導入される。サイクロン７は、遠心分離作用により固体粒子と気体とを分離し、分離された固体粒子をリターンライン９を介して燃焼室４に戻すと共に、固体粒子が除かれた燃焼ガスを排出口７ａからガスラインを通じて後段のガス処理系に送出する。
　この燃焼室４では、燃焼灰が発生し底部に溜まる。このため、反応炉３では、底部の排出口３ｄから燃焼灰が定期的に外部に排出されている。
　上記のガス処理系は、サイクロン７の排出口７ａにガスラインを介して接続されたガス熱交換装置１３と、このガス熱交換装置１３の排出口１３ａにガスラインを介して接続されたバグフィルタ（集塵器）１５とを備えている。ガス熱交換装置１３には、排ガスの流路を横切るように水を流動させるボイラチューブ１３ｂが設けられている。サイクロン７から送られた高温の排ガスがこのボイラチューブ１３ｂに接触することで、排ガスの熱がチューブ内の水に回収され、発生した高温の水蒸気がボイラチューブ１３ｂを通じて発電用のタービンに送られる。バグフィルタ１５は、この可燃性ガスに未だ同伴している飛灰等微粒子を除去する。バグフィルタ１５の排出口１５ａから排出された清浄なガスはガスライン及びポンプ１７を経由して煙突１９から外部に排出される。
　続いて、図２及び図３を参照し、本実施形態に係る気体ノズルの取付構造が適用される循環流動層ボイラの反応炉の下部について詳細に説明する。図２は、図１の循環流動層ボイラにおける反応炉の下部を示す概略断面図であり、図３は、図２を上から見た概略断面図である。図２及び図３に示すように、反応炉３は、長手方向に対向する側壁面３ｆ，３ｇと、短手方向に対向する側壁面３ｈ，３ｋと、底壁面３ｅと、を備えている。なお、これらの壁面をまとめて「反応炉壁面」と称する場合がある。また、底壁面３ｅには、燃焼灰を排出するように下方へ延びる排出口３ｄが複数設けられている。
　図２に示すように、反応炉３の底壁面３ｅの下側には、風箱２１が設けられている。また、底壁面３ｅの上側には複数の気体配管２３が立設され、燃焼室４に向かって延在している。複数の気体配管２３のそれぞれの上端には複数の気体ノズル２５が連結されている。風箱２１には、燃焼・流動用の気体を導入する供給路２７が設けられている。供給路２７から導入された燃焼・流動用の気体は、風箱２１、気体配管２３及び気体ノズル２５を介して、燃焼室４内全体に均一となるように送り込まれる。
　反応炉３の下部には、反応炉壁面を防護する防護材２９が設けられる。具体的には、底壁面３ｅの上側には防護材２９Ａが設けられ、排出口の表面を覆うように防護材２９Ｂが設けられ、側壁面３ｆ，３ｇの内部側の表面を覆うように防護材２９Ｃ，２９Ｄが設けられ、側壁面３ｈ，３ｋの内部側の表面を覆うように防護材２９Ｅ，２９Ｆが設けられる。
　気体配管２３は、反応炉３の底壁面３ｅに立設され、防護材２９Ａを上方へ向かって延びている。気体配管２３の周囲は、防護材２９Ａに覆われている。気体配管２３の上端に連結されている気体ノズル２５は、一部または全部が防護材２９Ａに覆われることなく露出し、燃焼室４に向かって突出している。気体ノズル２５は、排出口３ｄへ近づくに従って、一段低い位置に配置されるように、階段状に配置される。これに伴い、防護材２９Ａも階段状に形成される（図４及び図５も参照）。気体ノズル２５における気体を燃焼室４内へ送り込む噴出口は、排出口３ｄに向かうように配置されている。反応炉３の運転時において、気体ノズル２５から送り込まれる気体は、矢印で示す向きに流れる。なお、矢印で示す方向は、気体ノズル２５が気体を噴出する方向である「噴出方向Ｄ１」と称する場合がある。ただし、排出口３ｄと短手方向に隣り合う領域については、噴出方向（すなわち、排出口３ｄへ向かう方向）が噴出方向Ｄ１と垂直になる。なお、本実施形態では、噴出方向Ｄ１は、気体配管２３の軸線と直交する方向に設定されているが、傾斜する方向へ設定されていてもよい。
　図３に示すように、反応炉３の底壁面３ｅには、複数（例えば数千本）の気体ノズル２５が並んで配置されている。反応炉３の運転時には、それぞれの気体ノズル２５の噴出口から噴出した気体は、排出口３ｄに向かって噴出方向Ｄ１に流れる。
　次に、図４～図６を参照して、本実施形態に係る反応炉３の構成について詳細に説明する。図４は、図３に示すＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。図５は、図３に示すＶ－Ｖ線に沿った断面図である。図６（ａ）は図５に示す突出部の拡大図、図６（ｂ）は図４に示す突出部の拡大図である。
　図４及び図６（ｂ）には側壁面３ｆのみ図示されているが、当該側壁面３ｆと長手方向に対向する側壁面３ｇも同様な構成を有するため説明を省略する。本実施形態において、反応炉３の下部における側壁面３ｆは、鉛直方向に真っ直ぐに延びている。従って、防護材２９Ｃも側壁面３ｆに沿って鉛直方向に真っ直ぐに延びている。
　図４及び図６（ｂ）に示すように、反応炉３は、防護材２９Ｃが設けられた側壁面３ｆから反応炉３の内部に向けて突出した突出部３１を備えている。突出部３１は、防護材２９Ｃの反応炉３の内側の側面２９Ｃａから突出している。突出部３１は防護材２９Ｃと同材料の防護材によって構成されている。また、突出部３１は防護材２９Ｃと一体的に構成されている。従って、突出部３１と防護材２９Ｃとの間には切れ目等がなく、同一部材として構成されている。防護材２９Ｃ及び突出部３１を形成する際は、同一の成形型にて防護材２９Ｃと突出部３１が同時に形成される。なお、成形型の材質は限定されず、金属製であっても木製であってもよい。突出部３１の上端面３１ａは水平方向に沿って延びている。当該上端面３１ａ上には、流動物が堆積することで堆積部Ｔが形成される。堆積部Ｔは、防護材２９Ｃの側面２９Ｃａから上端面３１ａの先端へ向かって下方へ傾斜するように形成される。上端面３１ａは、水平方向と平行に延びることが好ましいが、堆積した流動物が落下しない範囲で水平方向に対して傾斜していてもよい。
　突出部３１の反応炉３の内側の側端面３１ｂは、鉛直方向に真っ直ぐに延びている。突出部３１の側端面３１ｂは、最も側壁面３ｆ側に配置される気体ノズル２５Ａよりも側壁面３ｆ側に配置される。側端面３１ｂは、上端面３１ａと下側の防護材２９Ａの上面との間の全域に亘って鉛直方向に真っ直ぐに延びており、中途位置に窪み等が設けられることなく連続的に延びている。すなわち、突出部３１は底部（ここでは、防護材２９Ａの最上段における上面２９Ａａ）から上端面３１ａに至るまで同一の厚さにて連続的に形成されている。突出部３１における反応炉３の内部へ向かう方向（ここでは水平方向）の厚みｔ２は側壁面３ｆを防護する防護材２９Ｃの厚みｔ１よりも厚い。ただし、突出部３１の厚みｔ２は、防護材２９Ｃの厚みｔ１より薄くてもよい。この場合、突出部３１を形成するための材料の量を低減することができる。
　上端面３１ａの高さ位置について説明する。上端面３１ａは、少なくとも、最も側壁面３ｆ側に配置される気体ノズル２５Ａの上端部よりも上側へ配置される。また、上端面３１ａの高さは、堆積部Ｔが安息角θにある時に上面を延長した仮想線Ｌ１が、最も側壁面３ｆ側に配置される気体ノズル２５Ａの上方を通過するように設定される。これにより、上端面３１ａの高さは、仮想線Ｌ１上に気体ノズル２５Ａが存在しないように設定される。図６（ｂ）に示すように、上端面３１ａの高さが気体ノズル２５Ａの上端部よりも一定以上に設定されることで、仮想線Ｌ１は、気体ノズル２５Ａと交わることなく、当該気体ノズル２５Ａの上方を通過する。仮想線Ｌ１は、気体ノズル２５Ａよりも反応炉３の内側において気体ノズル２５又は防護材２９Ａと交わる。なお、堆積部Ｔの安息角θは、運転開始後、直ちに形成され、その後、持続的に形成される。安息角θは、流動物の種類や、上端面３１ａの大きさ等によって変動があるため、特に限定されないが、４５°前後の角度となる程度となる場合がある。なお、反応炉３には、図１に示す燃料投入口３ａ及びリターンライン９、その他、バーナ、エアノズル等の構成要素が設けられている。上端面３１ａの高さは、これらの構成要素と干渉しないように、当該構成要素よりも下方に設定される。また、上端面３１ａの高さは、高すぎることによって、当該上端面３１ａで一度拡散させたダウンフローが再び側端面３１ｂに沿って下方へ流れない程度の高さに設定される。
　次に、図５及び図６（ａ）を参照して、側壁面３ｋ，３ｈ側の構成について説明する。なお、図６（ａ）には側壁面３ｋの拡大図が図示されているが、当該側壁面３ｋと短手方向に対向する側壁面３ｈも同様な構成を有するため説明を省略する。本実施形態において、反応炉３の下部における側壁面３ｋは、鉛直方向に対して傾斜するように延びている。従って、防護材２９Ｆも側壁面３ｋに沿って鉛直方向に真っ直ぐに延びている。なお、側壁面３ｋ及び防護材２９Ｆは、下方へ向かうに従って反応炉３の内部側へ向かうように傾斜している。
　図５及び図６（ａ）に示すように、反応炉３は、防護材２９Ｆが設けられた側壁面３ｋから反応炉３の内部に向けて突出した突出部３２を備えている。突出部３２は、防護材２９Ｆの反応炉３の内側の側面２９Ｆａから突出している。突出部３２は防護材２９Ｆと同材料の防護材によって構成されている。また、突出部３２は防護材２９Ｆと一体的に構成されている。従って、突出部３２と防護材２９Ｆとの間には切れ目等がなく、同一部材として構成されている。防護材２９Ｆ及び突出部３２を形成する際は、同一の成形型にて防護材２９Ｆと突出部３２が同時に形成される。突出部３２の上端面３２ａは水平方向に沿って延びている。当該上端面３２ａ上には、流動物が堆積することで堆積部Ｔが形成される。堆積部Ｔは、防護材２９Ｆの側面２９Ｆａから上端面３２ａの先端へ向かって下方へ傾斜するように形成される。上端面３２ａは、水平方向と平行に延びることが好ましいが、堆積した流動物が落下しない範囲で水平方向に対して傾斜していてもよい。
　突出部３２の反応炉３の内側の側端面３２ｂは、鉛直方向に真っ直ぐに延びている。側端面３２ｂと上端面３２ａとの間にはテーパー面３２ｃが形成される。テーパー面３２ｃを形成することにより、突出部３２の端部を欠けにくくすることができる。突出部３２の側端面３２ｂは、最も側壁面３ｋ側に配置される気体ノズル２５Ｂよりも側壁面３ｋ側に配置される。側端面３２ｂは、テーパー面３２ｃと下側の防護材２９Ａの上面との間の全域に亘って鉛直方向に真っ直ぐに延びており、中途位置に窪み等が設けられることなく連続的に延びている。すなわち、突出部３２は底部（ここでは、防護材２９Ａの最上段における上面２９Ａａ）からテーパー面３２ｃに至るまで徐々に厚さが大きくなるように連続的に形成されている。突出部３２における反応炉３の内部へ向かう方向（ここでは水平方向）の厚みｔ４は側壁面３ｋを防護する防護材２９Ｆの厚みｔ３よりも厚い。ただし、ここでの厚みｔ４は、テーパー面３２ｃが形成されていないと仮定した場合の、上端面３２ａの位置における厚みとして定義される。また、上端面３２ａの水平方向における広さｔ５も防護材２９Ｆの厚みｔ３より広い。ただし、突出部３２の厚みｔ４は、防護材２９Ｆの厚みｔ３より薄くてもよい。この場合、突出部３２を形成するための材料の量を低減することができる。
　上端面３２ａの高さ位置について説明する。上端面３２ａは、少なくとも、最も側壁面３ｋ側に配置される気体ノズル２５Ｂの上端部よりも上側へ配置される。また、上端面３２ａの高さは、流動物の堆積部Ｔが安息角θにある時の上面を延長した仮想線Ｌ２上が、最も側壁面３ｋ側に配置される気体ノズル２５Ｂの上方を通過するように設定される。これにより、上端面３２ａの高さは、仮想線Ｌ２上に気体ノズル２５Ｂが存在しないように設定される。図６（ａ）に示すように、上端面３２ａの高さが気体ノズル２５Ｂの上端部よりも一定以上に設定されることで、仮想線Ｌ２は、気体ノズル２５Ｂと交わることなく、当該気体ノズル２５Ｂの上方を通過する。仮想線Ｌ２は、気体ノズル２５Ｂよりも反応炉３の内側において気体ノズル２５又は防護材２９Ａと交わる。なお、ここでの堆積部Ｔの安息角θは、突出部３１で説明した安息角と同趣旨である。上端面３２ａの高さは、前述の反応炉３の構成要素と干渉しないように、当該構成要素よりも下方に設定される。また、上端面３２ａの高さは、高すぎることによって、当該上端面３２ａで一度拡散させたダウンフローが再び側端面３２ｂに沿って下方へ流れない程度の高さに設定される。
　次に、本実施形態に係る反応炉３の作用・効果について説明する。
　まず、比較例に係る反応炉について、図７を参照して説明する。図７に示すように、反応炉は本実施形態のような突出部３１，３２が設けられていない。このような反応炉では、底部において反応炉の側面に沿って流動物が下降するダウンフローが生じた時に、当該ダウンフローＦが底壁面に設けられた気体ノズルと衝突することによって、気体ノズルに摩耗、損耗が生じる場合があった。
　これに対し、本実施形態に係る反応炉３は、防護材２９が設けられた側壁面３ｆ，３ｇ，３ｈ，３ｋから反応炉３の内部に向けて突出した突出部３１，３２を備えている。また、突出部３１，３２の上端面３１ａ，３２ａは水平方向に沿って延びている。側壁面３ｆ，３ｇ，３ｈ，３ｋに沿って下方へ流れる流動物のダウンフローＦは、底壁面３ｅに設けられた気体ノズル２５Ａ，２５Ｂと衝突する手前において、突出部３１，３２の上端面３１ａ，３２ａと衝突する。これによって、流動物のダウンフローＦは、気体ノズル２５の手前で拡散及び動圧低減する（図６参照）。以上により、底壁面に設けられた気体ノズル２５の摩耗、損耗を抑制できる。
　本実施形態に係る反応炉３において、突出部３１における反応炉３の内部へ向かう方向の厚みは側壁面３ｆ，３ｇを防護する防護材２９Ｃ，２９Ｄの厚みよりも厚く、突出部３２における反応炉３の内部へ向かう方向の厚みは側壁面３ｈ，３ｋを防護する防護材２９Ｅ，２９Ｆの厚みよりも厚い。これによって、流動物のダウンフローＦを拡散及び動圧低減するために、十分な広さの上端面３１ａ，３２ａを確保することができる。
　本実施形態に係る反応炉３において、突出部３１は防護材２９Ｃ，２９Ｄと一体的に構成されている。これによって、成形型によって防護材２９Ｃ，２９Ｄを形成する際に同時に突出部３１を形成することができる。また、突出部３２は防護材２９Ｅ，２９Ｆと一体的に構成されている。これによって、成形型によって防護材２９Ｅ，２９Ｆを形成する際に同時に突出部３２を形成することができる。また、突出部３１，３２を防護材２９Ｃ，２９Ｄ，２９Ｅ，２９Ｆと一体的に構成することで、構造上の強度を向上することができ、突出部３１，３２の脱落を防止できる。
　本実施形態に係る反応炉３において、突出部３１，３２は底部から上端面３１ａ，３２ａに至るまで連続的に形成されていている。例えば、突出部３１，３２が上下方向における一部にのみ形成されていた場合、一度上端面３１ａ，３２ａで拡散したダウンフローＦが、突出部３１，３２の下方へ回りこんで、防護材２９に沿って下方へ向かう可能性がある。これに比して、突出部３１，３２は底部から上端面３１ａ，３２ａに至るまで連続的に形成されていることで、突出部３１，３２の上端面３１ａ，３２ａで拡散したダウンフローＦが、突出部３１，３２の下方へ回りこむ事を抑制できる。
　本実施形態に係る反応炉３において、突出部３１，３２の上端面３１ａ，３２ａの高さは、堆積部Ｔが安息角θにある時の上面を延長した仮想線Ｌ１，Ｌ２が、最も側壁面３ｆ，３ｇ，３ｈ，３ｋ側に配置される気体ノズル２５の上方を通過するように設定されている。これによって、上端面３１ａ，３２ａで拡散した際に、堆積部Ｔが安息角θであるときの上面に沿って斜め下方へ流れるダウンフローＦが、最も側壁面３ｆ，３ｇ，３ｈ，３ｋに配置される気体ノズル２５Ａ，２５Ｂに衝突することを抑制できる。従って、気体ノズル２５Ａ，２５Ｂの摩耗、損耗を抑制できる。
　本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
　例えば、上述の実施形態においては、四方の側壁面３ｆ，３ｇ，３ｈ，３ｋの全てについて突出部が形成されていたが、少なくとも一つの側壁面に突出部が設けられていればよい。例えば、長手方向、又は短手方向に対向する一対の側壁面のみに突出部が形成されていてもよい。この場合、一部の側壁面のみに突出部を形成することで、突出部を形成するために用いる材料の量を低減できる。
　また、側壁面の形状、及びそれを覆う防護材の形状は、上述の実施形態に限定されるものではない。
　また、突出部の形状は、上述の実施形態に限定されるものではなく、適宜変更してよい。例えば、突出部は底部から上端面に至るまで連続的に形成されていなくともよく、上下方向における一部だけに形成されていてもよい。この場合、突出部を形成するのに用いる材料の量を低減できる。
　また、突出部は防護材と一体的に構成されていなくともよい。この場合、突出部は、防護材と異なる材料による別部材によって構成されていてもよい。この場合、突出部を形成するための材料や加工方法の自由度が向上する。
　３…反応炉、３ｆ，３ｇ，３ｈ，３ｋ…側壁面、２９…防護材、２５…気体ノズル（気体供給部）、３１，３２…突出部、３１ａ，３２ａ…上端面。

Claims (5)

  1. 　底壁面に設けられた気体供給部より気体を供給し、流動物の流動状態を形成する反応炉であって、
    　前記反応炉の下部に設けられ、反応炉壁面を防護する防護材と、
    　前記防護材が設けられた前記反応炉壁面から前記反応炉の内部に向けて突出した突出部と、を備え、
    　前記突出部の上端面は水平方向に沿って延びている、反応炉。
  2. 　前記突出部における前記反応炉の内部へ向かう方向の厚みは前記反応炉壁面を防護する前記防護材の厚みよりも厚い、請求項１に記載の反応炉。
  3. 　前記突出部は前記防護材と一体的に構成されている、請求項１又は２に記載の反応炉。
  4. 　前記突出部は底部から前記上端面に至るまで連続的に形成されている、請求項１～３の何れか一項に記載の反応炉。
  5. 　前記上端面には、前記流動物が堆積することによって堆積部が形成され、
    　前記突出部の前記上端面の高さは、前記堆積部が安息角にある時の上面を延長した仮想線が、最も前記反応炉壁面側に配置される前記気体供給部の上方を通過するように設定される、請求項１～４の何れか一項に記載の反応炉。
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