JPH07136493A - 反応器内の高温ガスを冷却する方法および装置 - Google Patents
反応器内の高温ガスを冷却する方法および装置Info
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- JPH07136493A JPH07136493A JP6141872A JP14187294A JPH07136493A JP H07136493 A JPH07136493 A JP H07136493A JP 6141872 A JP6141872 A JP 6141872A JP 14187294 A JP14187294 A JP 14187294A JP H07136493 A JPH07136493 A JP H07136493A
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- F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
- F22B31/00—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements of dispositions of combustion apparatus
- F22B31/0007—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements of dispositions of combustion apparatus with combustion in a fluidized bed
- F22B31/0084—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements of dispositions of combustion apparatus with combustion in a fluidized bed with recirculation of separated solids or with cooling of the bed particles outside the combustion bed
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- F28D13/00—Heat-exchange apparatus using a fluidised bed
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 動力消費量および伝熱面の磨耗を最小限にと
どめかつ冷却されるときに高温ガスが放出する熱エネル
ギを可能な限り効果的に利用することができる反応器内
の高温ガスを冷却する方法および装置を提供する。 【構成】 反応器10の下側部分はガス入口16と泡立
ち流動床14を囲む室12とを備え、その中央部はライ
ザー22を備え、その上側部分はガス出口30を備え
る。反応器は固体粒子からの熱を回収する伝熱面24、
44、46を有している。ライザーは流動床を外側部分
12´および内側部分12´´に分割するように流動床
の上方に配置された垂直壁24により形成される。固体
粒子は内側部分12´´から高温ガスを冷却するために
流入ガスに供給される。固体粒子を含むガスはライザー
を通して上側部分中に搬送され、粒子分離器28内で、
ガスから固体粒子が分離され、流動床の外側部分12´
に戻される。
どめかつ冷却されるときに高温ガスが放出する熱エネル
ギを可能な限り効果的に利用することができる反応器内
の高温ガスを冷却する方法および装置を提供する。 【構成】 反応器10の下側部分はガス入口16と泡立
ち流動床14を囲む室12とを備え、その中央部はライ
ザー22を備え、その上側部分はガス出口30を備え
る。反応器は固体粒子からの熱を回収する伝熱面24、
44、46を有している。ライザーは流動床を外側部分
12´および内側部分12´´に分割するように流動床
の上方に配置された垂直壁24により形成される。固体
粒子は内側部分12´´から高温ガスを冷却するために
流入ガスに供給される。固体粒子を含むガスはライザー
を通して上側部分中に搬送され、粒子分離器28内で、
ガスから固体粒子が分離され、流動床の外側部分12´
に戻される。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は反応器の下側部分が高温
ガス入口と流動床を包囲する室とを備え、反応器の中央
部がライザー(riser)を備え、反応器の上側部分
がガス出口を備え、かつ反応器が固体粒子から熱を回収
するための伝熱面を有する反応器内の高温ガスを冷却
し、または利用する方法および装置に関する。本発明
は、特に、高温ガスが入口を通して反応器の下側部分の
中に導入され、そして泡立ち流動床(bubbling
fluidized bed)からの固体粒子が流入
するガスを冷却するために流入するガスに送られ、固体
粒子が冷却されたガスから分離され、そして流動床に戻
され、分離された固体粒子から熱が回収され、そして冷
却されたガスがガス出口を通して排出される方法に関す
る。
ガス入口と流動床を包囲する室とを備え、反応器の中央
部がライザー(riser)を備え、反応器の上側部分
がガス出口を備え、かつ反応器が固体粒子から熱を回収
するための伝熱面を有する反応器内の高温ガスを冷却
し、または利用する方法および装置に関する。本発明
は、特に、高温ガスが入口を通して反応器の下側部分の
中に導入され、そして泡立ち流動床(bubbling
fluidized bed)からの固体粒子が流入
するガスを冷却するために流入するガスに送られ、固体
粒子が冷却されたガスから分離され、そして流動床に戻
され、分離された固体粒子から熱が回収され、そして冷
却されたガスがガス出口を通して排出される方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】流動床反
応器は溶融した成分および/または気化した成分および
/またはタール状粒子を含む高温ガスの冷却に適切に適
用可能である。ガス冷却器は、例えば、産業プラントか
らの排気ガスの冷却およびバイオマス、ピートまたは石
炭の部分的な酸化から発生したダスト、タールおよびそ
の他の凝縮成分を含むガスの乾式浄化に好適である。反
応器の中に導入された高温ガスは固体粒子を混合するこ
とにより効率的に冷却され、このような固体粒子は反応
器内で予め冷却されている。
応器は溶融した成分および/または気化した成分および
/またはタール状粒子を含む高温ガスの冷却に適切に適
用可能である。ガス冷却器は、例えば、産業プラントか
らの排気ガスの冷却およびバイオマス、ピートまたは石
炭の部分的な酸化から発生したダスト、タールおよびそ
の他の凝縮成分を含むガスの乾式浄化に好適である。反
応器の中に導入された高温ガスは固体粒子を混合するこ
とにより効率的に冷却され、このような固体粒子は反応
器内で予め冷却されている。
【0003】フィンランド特許第64997号明細書に
は、循環流動床反応器内での高温ガスの冷却が教示され
ている。この特許においては、高温ガスが流動化ガスと
して反応器の混合室の中に送られ、混合室内でガスは多
量の固体粒子、すなわち、流動床材料と接触するときに
効率的に冷却される。固体粒子はガスの流れによりライ
ザーを通して反応器の上側部分の中に運ばれ、該上側部
分において、固体粒子が分離され、混合室内の流動床に
戻される。ライザーにおいては、固体粒子を搬送するガ
スの流れが伝熱面により冷却される。
は、循環流動床反応器内での高温ガスの冷却が教示され
ている。この特許においては、高温ガスが流動化ガスと
して反応器の混合室の中に送られ、混合室内でガスは多
量の固体粒子、すなわち、流動床材料と接触するときに
効率的に冷却される。固体粒子はガスの流れによりライ
ザーを通して反応器の上側部分の中に運ばれ、該上側部
分において、固体粒子が分離され、混合室内の流動床に
戻される。ライザーにおいては、固体粒子を搬送するガ
スの流れが伝熱面により冷却される。
【0004】しかしながら、上記の方法の欠点は冷却さ
れる高温ガスが多量の固体粒子を流動化しなければなら
ず、それにより高い動力が必要になる。他方、電源が突
然に遮断されると、床全体が入口を通って反応器外に流
出することがある。
れる高温ガスが多量の固体粒子を流動化しなければなら
ず、それにより高い動力が必要になる。他方、電源が突
然に遮断されると、床全体が入口を通って反応器外に流
出することがある。
【0005】フィンランド特許出願第913416号明
細書には、定置型流動床、すなわち、いわゆる泡立ち流
動床内での高温のプロセスガスの冷却が教示されてい
る。この特許出願においては、反応器の中に流れる高温
ガスには、固体粒子が泡立ち流動床からオーバフローと
して供給される。ガスおよびそれに連行する固体粒子は
泡立ち流動床の上方に配置されたダストコレクターの中
に流れ、ガスの流量が迅速に減少するときに、固体粒子
がダストコレクターから泡立ち流動床の表面上に落下す
る。この泡立ち流動床およびダストコレクターの上方に
配置されたガスライザーは伝熱面を備えている。
細書には、定置型流動床、すなわち、いわゆる泡立ち流
動床内での高温のプロセスガスの冷却が教示されてい
る。この特許出願においては、反応器の中に流れる高温
ガスには、固体粒子が泡立ち流動床からオーバフローと
して供給される。ガスおよびそれに連行する固体粒子は
泡立ち流動床の上方に配置されたダストコレクターの中
に流れ、ガスの流量が迅速に減少するときに、固体粒子
がダストコレクターから泡立ち流動床の表面上に落下す
る。この泡立ち流動床およびダストコレクターの上方に
配置されたガスライザーは伝熱面を備えている。
【0006】上記の構成においては、泡立ち流動床の表
面上に落下した固体粒子はその表面に沿ってオーバフロ
ー箇所まで迅速に運ばれ、オーバフロー箇所において、
固体粒子は直ちにダストコレクターにおいて終了する再
循環をうける。従って、流動床の上方で、高温の粒子の
別個の「表面循環」が発生する。これらの粒子は、伝熱
面に近い流動床内に奥深く配置されている粒子を「表面
循環」している粒子と効果的に混合させることができな
いので、流動床において効果的に冷却されない。
面上に落下した固体粒子はその表面に沿ってオーバフロ
ー箇所まで迅速に運ばれ、オーバフロー箇所において、
固体粒子は直ちにダストコレクターにおいて終了する再
循環をうける。従って、流動床の上方で、高温の粒子の
別個の「表面循環」が発生する。これらの粒子は、伝熱
面に近い流動床内に奥深く配置されている粒子を「表面
循環」している粒子と効果的に混合させることができな
いので、流動床において効果的に冷却されない。
【0007】上記の方法においては、ライザー内での固
体およびガスの流れが早いので、ライザーが伝熱面とし
て当然の場所と考えられる。しかしながら、このガスの
流れはライザーにおける伝熱面の磨耗をひき起こす。磨
耗はガスの成分およびガスに含まれたダストに部分的に
起因し、かつガスの流量に部分的に起因している。
体およびガスの流れが早いので、ライザーが伝熱面とし
て当然の場所と考えられる。しかしながら、このガスの
流れはライザーにおける伝熱面の磨耗をひき起こす。磨
耗はガスの成分およびガスに含まれたダストに部分的に
起因し、かつガスの流量に部分的に起因している。
【0008】ある場合には、反応器に流れる高温のガス
が高過ぎる温度で伝熱面に入るときに、ガスが伝熱面を
汚しかつ閉塞することがある。もしも高温のガスが伝熱
面と接触するまでに十分に冷却されなければ、不純物が
通常意図されているように循環する多量の(mass)
粒子に付着しないで、これらの表面上に相応して凝縮
し、または付着する。
が高過ぎる温度で伝熱面に入るときに、ガスが伝熱面を
汚しかつ閉塞することがある。もしも高温のガスが伝熱
面と接触するまでに十分に冷却されなければ、不純物が
通常意図されているように循環する多量の(mass)
粒子に付着しないで、これらの表面上に相応して凝縮
し、または付着する。
【0009】特に、塩素を含有するガスは高温の状態に
おいて腐食をひき起こし、それゆえに、通常、ライザー
の伝熱面において水蒸気を高温まで過熱することが不可
能であるのに対して、SO3 は低温において伝熱面に関
する諸問題をひき起こすことがある。
おいて腐食をひき起こし、それゆえに、通常、ライザー
の伝熱面において水蒸気を高温まで過熱することが不可
能であるのに対して、SO3 は低温において伝熱面に関
する諸問題をひき起こすことがある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は固体材料
を高温ガスにより処理する場合に上記の方法および装置
と比較して改良された高温ガスを冷却し、または利用す
る方法および装置を提供することにある。
を高温ガスにより処理する場合に上記の方法および装置
と比較して改良された高温ガスを冷却し、または利用す
る方法および装置を提供することにある。
【0011】特に、本発明の一つの目的は動力消費量お
よび伝熱面の磨耗を最小限にとどめる方法および装置を
提供することにある。
よび伝熱面の磨耗を最小限にとどめる方法および装置を
提供することにある。
【0012】本発明の別の一つの目的は高温ガスが冷却
されるときに高温ガスから放出される熱エネルギを、例
えば、過熱蒸気を発生させるために可能な限り効果的に
使用することができる方法および装置を提供することに
ある。
されるときに高温ガスから放出される熱エネルギを、例
えば、過熱蒸気を発生させるために可能な限り効果的に
使用することができる方法および装置を提供することに
ある。
【0013】上記の目的を達成するために、泡立ち流動
床を備えた反応器内の高温ガスを冷却する本発明の方法
の特徴は固体粒子を含む冷却されたガスが実質的に垂直
な壁部により形成されたライザーを通して搬送され、そ
して反応器の上側部分の中に導入され、粒子分離器にお
いて、ガスから固体粒子が分離され、分離された固体粒
子が泡立ち流動床の外側部分の中に戻され、リターンダ
クト、流動床および/またはライザー内の分離された固
体粒子から熱が回収され、そして泡立ち流動床の内側部
分からの固体粒子が流入する高温ガスの中に送られるこ
とにある。
床を備えた反応器内の高温ガスを冷却する本発明の方法
の特徴は固体粒子を含む冷却されたガスが実質的に垂直
な壁部により形成されたライザーを通して搬送され、そ
して反応器の上側部分の中に導入され、粒子分離器にお
いて、ガスから固体粒子が分離され、分離された固体粒
子が泡立ち流動床の外側部分の中に戻され、リターンダ
クト、流動床および/またはライザー内の分離された固
体粒子から熱が回収され、そして泡立ち流動床の内側部
分からの固体粒子が流入する高温ガスの中に送られるこ
とにある。
【0014】それと対応して、泡立ち流動床を備えた反
応器内の高温ガスを冷却する本発明の装置の特徴は該反
応器が実質的に垂直な壁部により形成されかつ泡立ち流
動床の上方に配置されたライザーと、反応器の上側部分
に配置された少なくとも1個の粒子分離器と、粒子分離
器内で分離された固体粒子を流動床の外側部分に戻すた
めに粒子分離器を流動床の外側部分と接続するための少
なくとも1個のリターンダクトと、リターンダクトおよ
び/または流動床内に配置された伝熱面と、流動床の内
側部分からの固体粒子を高温ガス入口に向かって導く装
置とを備えていることにある。
応器内の高温ガスを冷却する本発明の装置の特徴は該反
応器が実質的に垂直な壁部により形成されかつ泡立ち流
動床の上方に配置されたライザーと、反応器の上側部分
に配置された少なくとも1個の粒子分離器と、粒子分離
器内で分離された固体粒子を流動床の外側部分に戻すた
めに粒子分離器を流動床の外側部分と接続するための少
なくとも1個のリターンダクトと、リターンダクトおよ
び/または流動床内に配置された伝熱面と、流動床の内
側部分からの固体粒子を高温ガス入口に向かって導く装
置とを備えていることにある。
【0015】本発明の好ましい一実施例によれば、固体
粒子を泡立ち流動床からオーバフローとして搬送し、そ
して入口を通して流れる高温ガスに向かって導くことが
できる。他方、高温ガス入口と流動床を包囲する室との
間の壁部は固体粒子を高温ガスの流れの中に導入する際
に固体粒子を通過させる開口部を備えることができる。
流動床の静圧がより高いために、固体物質が開口部を通
して高温ガスの流れの中に自動的に流れるが、固体粒子
を搬送ガスにより開口部を通してガスの流れの中に搬送
することも可能である。
粒子を泡立ち流動床からオーバフローとして搬送し、そ
して入口を通して流れる高温ガスに向かって導くことが
できる。他方、高温ガス入口と流動床を包囲する室との
間の壁部は固体粒子を高温ガスの流れの中に導入する際
に固体粒子を通過させる開口部を備えることができる。
流動床の静圧がより高いために、固体物質が開口部を通
して高温ガスの流れの中に自動的に流れるが、固体粒子
を搬送ガスにより開口部を通してガスの流れの中に搬送
することも可能である。
【0016】本発明による反応器においては、高温ガス
は冷却された固体粒子をガスと混合させることによりガ
ス入口において直ちに実質的により低い温度まで冷却さ
れ、それによりガスが冷却され、そして固体粒子が相応
して加熱される。本発明は、ガスの冷却以外に、固体物
質が高温ガスにより加熱される、例えば、石灰が高温ガ
スにより加熱されるプロセスに使用することができる。
は冷却された固体粒子をガスと混合させることによりガ
ス入口において直ちに実質的により低い温度まで冷却さ
れ、それによりガスが冷却され、そして固体粒子が相応
して加熱される。本発明は、ガスの冷却以外に、固体物
質が高温ガスにより加熱される、例えば、石灰が高温ガ
スにより加熱されるプロセスに使用することができる。
【0017】本発明による反応器においては、ガスをラ
イザー内でも冷却することができ、それによりライザー
は冷却される表面、例えば、過熱パネルにより形成され
る。反応器の上側部分においては、粒子分離器におい
て、反応器から排出されるガスから固体粒子が分離され
る。固体粒子は濃密なサスペンションとして、ほとんど
プラグ流れ(plug flow)としてリターンダク
トを通して泡立ち流動床に戻るように搬送される。リタ
ーンダクト内には、加熱された固体粒子から放出された
熱エネルギを回収するための熱回収面が配置されること
が好ましく、熱回収面がガスサスペンションが濃厚であ
る領域に配置されることが好ましい。
イザー内でも冷却することができ、それによりライザー
は冷却される表面、例えば、過熱パネルにより形成され
る。反応器の上側部分においては、粒子分離器におい
て、反応器から排出されるガスから固体粒子が分離され
る。固体粒子は濃密なサスペンションとして、ほとんど
プラグ流れ(plug flow)としてリターンダク
トを通して泡立ち流動床に戻るように搬送される。リタ
ーンダクト内には、加熱された固体粒子から放出された
熱エネルギを回収するための熱回収面が配置されること
が好ましく、熱回収面がガスサスペンションが濃厚であ
る領域に配置されることが好ましい。
【0018】リターンダクトは伝熱面として好ましい場
所である。その理由は、リターンダクトにおける粒子の
密度が比較的に高く、これが熱伝達のために有益であ
り、かつリターンダクトが例えばライザーよりもはるか
に少ない腐食性のガス状成分を含むからである。また、
伝熱面を閉塞する可能性がある溶融した成分または凝縮
する成分を含む高温のガスがリターンダクトの中に流入
しない。
所である。その理由は、リターンダクトにおける粒子の
密度が比較的に高く、これが熱伝達のために有益であ
り、かつリターンダクトが例えばライザーよりもはるか
に少ない腐食性のガス状成分を含むからである。また、
伝熱面を閉塞する可能性がある溶融した成分または凝縮
する成分を含む高温のガスがリターンダクトの中に流入
しない。
【0019】また、伝熱面はガスの流れが遅く、それに
より伝熱面の耐久性のために好ましい流動床自体内に配
置することができる。
より伝熱面の耐久性のために好ましい流動床自体内に配
置することができる。
【0020】最初にガスに連行して上方に運ばれた固体
粒子の一部分はライザーの壁部に沿って下方に流れて、
反応器の下側部分まで戻る。この部分は、ライザーの壁
部が冷却面であれば、部分的に冷却される。固体粒子の
冷却は、ライザーの壁部の下側部分にポケットを設ける
ことによりさらに改良される。このポケットはライザー
の壁部に沿って下方に流れる固体粒子を収集し、リター
ンダクトの下側部分まで、好ましくは、伝熱面を備えた
場所まで導く作用をする。従って、ガスが粒子分離器ま
で連行により搬送することができない固体粒子の一部分
が効果的な熱伝達作用をうける。
粒子の一部分はライザーの壁部に沿って下方に流れて、
反応器の下側部分まで戻る。この部分は、ライザーの壁
部が冷却面であれば、部分的に冷却される。固体粒子の
冷却は、ライザーの壁部の下側部分にポケットを設ける
ことによりさらに改良される。このポケットはライザー
の壁部に沿って下方に流れる固体粒子を収集し、リター
ンダクトの下側部分まで、好ましくは、伝熱面を備えた
場所まで導く作用をする。従って、ガスが粒子分離器ま
で連行により搬送することができない固体粒子の一部分
が効果的な熱伝達作用をうける。
【0021】本発明による方法および装置はガス冷却器
内の伝熱面の磨耗を最小限にとどめる簡単な構成を提供
する。また、同時に、動力消費量が従来使用されている
その他の構成の動力消費量よりも少ない。そのうえ、本
発明による構成においては、ガスから放出された熱エネ
ルギが、例えば、過熱蒸気を発生することにより良好に
利用される。
内の伝熱面の磨耗を最小限にとどめる簡単な構成を提供
する。また、同時に、動力消費量が従来使用されている
その他の構成の動力消費量よりも少ない。そのうえ、本
発明による構成においては、ガスから放出された熱エネ
ルギが、例えば、過熱蒸気を発生することにより良好に
利用される。
【0022】
【実施例】本発明の実施例を添付図面を参照してさらに
詳細に説明する。図1は高温のプロセスガスを冷却しま
たは利用するための反応器10を例示している。反応器
10は環状の室12を備えている。室12は開口した頂
部を有し、かつ反応器の下部に配置されている。この室
12は外側部分12´と、内側部分12´´とを有し、
かつ泡立ち流動床14を備えている。環状の室12の中
央部には、高温ガスのための入口ダクト、すなわち、入
口導管16が配置されている。導管16の頂縁18は泡
立ち流動床14の頂面20と合致している。
詳細に説明する。図1は高温のプロセスガスを冷却しま
たは利用するための反応器10を例示している。反応器
10は環状の室12を備えている。室12は開口した頂
部を有し、かつ反応器の下部に配置されている。この室
12は外側部分12´と、内側部分12´´とを有し、
かつ泡立ち流動床14を備えている。環状の室12の中
央部には、高温ガスのための入口ダクト、すなわち、入
口導管16が配置されている。導管16の頂縁18は泡
立ち流動床14の頂面20と合致している。
【0023】室12の頂部には、反応器の円筒形のライ
ザー22が配置されている。ライザー22の直径は入口
ダクト16の直径よりも大きいが、環状の室12の直径
よりも小さい。円筒形のライザー22は冷却パネル24
により形成されている。ライザー22の上側部分は開口
部26を備えている。開口部26はライザー22を該ラ
イザーと構造的に一体に構成された粒子分離器28と連
絡している。入口ダクト、すなわち、導管16、室12
およびライザー22は、当然、正方形、長方形、または
あるその他の形状に形成することができる。図1の実施
例においては、ライザー22の壁部は流動床14まで下
方に延びている。ある装置においては、ライザーの壁部
は流動床から僅か上方の位置で終端するように構成する
ことができる。
ザー22が配置されている。ライザー22の直径は入口
ダクト16の直径よりも大きいが、環状の室12の直径
よりも小さい。円筒形のライザー22は冷却パネル24
により形成されている。ライザー22の上側部分は開口
部26を備えている。開口部26はライザー22を該ラ
イザーと構造的に一体に構成された粒子分離器28と連
絡している。入口ダクト、すなわち、導管16、室12
およびライザー22は、当然、正方形、長方形、または
あるその他の形状に形成することができる。図1の実施
例においては、ライザー22の壁部は流動床14まで下
方に延びている。ある装置においては、ライザーの壁部
は流動床から僅か上方の位置で終端するように構成する
ことができる。
【0024】粒子分離器28は円筒形のライザー22の
まわりに環状のスペースを構成している。ライザー22
の壁部24は粒子分離器28の内壁部を構成している。
この粒子分離器28はガス出口30および入口26が各
々の出口に対して渦流を発生させるサイクロン分離器で
ある。粒子分離器28の下側部分34はリターンダクト
36と連絡している。リターンダクト36は粒子分離器
28を流動床14と接続している。このリターンダクト
36はライザー22のまわりに環状のスロットを形成し
ている。ライザー22の壁部24はリターンダクト36
の内壁部を構成している。粒子分離器28の外壁部3
8、リターンダクト36の外壁部40および環状の室1
2の外壁部42のすべては、同一の構造、例えば、所望
の形状に曲げられた膜パネルに構成することができる。
まわりに環状のスペースを構成している。ライザー22
の壁部24は粒子分離器28の内壁部を構成している。
この粒子分離器28はガス出口30および入口26が各
々の出口に対して渦流を発生させるサイクロン分離器で
ある。粒子分離器28の下側部分34はリターンダクト
36と連絡している。リターンダクト36は粒子分離器
28を流動床14と接続している。このリターンダクト
36はライザー22のまわりに環状のスロットを形成し
ている。ライザー22の壁部24はリターンダクト36
の内壁部を構成している。粒子分離器28の外壁部3
8、リターンダクト36の外壁部40および環状の室1
2の外壁部42のすべては、同一の構造、例えば、所望
の形状に曲げられた膜パネルに構成することができる。
【0025】リターンダクト36は伝熱面44を備えて
いる。流動床14も、また、熱伝導面46を備えてい
る。
いる。流動床14も、また、熱伝導面46を備えてい
る。
【0026】この反応器は高温ガス48が入口ダクト1
6を通して反応器中に導入され、この高温ガスが固体粒
子を入口ダクト16の端縁18の上方のオーバフロー5
0として流すことにより、高温ガスが冷却された固体粒
子と混合されるように機能する。高温ガスは熱エネルギ
を固体粒子に放出することにより非常に迅速に冷却され
る。
6を通して反応器中に導入され、この高温ガスが固体粒
子を入口ダクト16の端縁18の上方のオーバフロー5
0として流すことにより、高温ガスが冷却された固体粒
子と混合されるように機能する。高温ガスは熱エネルギ
を固体粒子に放出することにより非常に迅速に冷却され
る。
【0027】ガスおよびそれに連行する固体粒子はライ
ザー22内でサスペンション、すなわち、浮遊物として
上方に流れる。固体粒子の一部分はガスから分離され、
そして壁部24に沿って流動床14にもどるように流
れ、同時に熱エネルギを壁部24に放出する。このガス
サスペンションは入口開口部26を経て粒子分離器28
に流入し、粒子分離器28において、ガスから固体粒子
が分離される。浄化されかつ冷却されたガスは出口30
を通して反応器外に導かれる。
ザー22内でサスペンション、すなわち、浮遊物として
上方に流れる。固体粒子の一部分はガスから分離され、
そして壁部24に沿って流動床14にもどるように流
れ、同時に熱エネルギを壁部24に放出する。このガス
サスペンションは入口開口部26を経て粒子分離器28
に流入し、粒子分離器28において、ガスから固体粒子
が分離される。浄化されかつ冷却されたガスは出口30
を通して反応器外に導かれる。
【0028】分離された固体粒子はリターンダクト36
内で重力により下方に流れる。固体粒子はそれらの熱エ
ネルギの一部分を熱交換器44に放出することにより冷
却される。固体粒子は、流動床14において、熱交換器
46の作用によりさらに冷却される。
内で重力により下方に流れる。固体粒子はそれらの熱エ
ネルギの一部分を熱交換器44に放出することにより冷
却される。固体粒子は、流動床14において、熱交換器
46の作用によりさらに冷却される。
【0029】流動床14においては、流動化空気または
流動化ガスをノズル52を通して環状の室12中に導入
することにより、オーバフローおよび熱伝達の両方に関
する適切な流動化が維持される。反応器内の固体粒子の
量は導管54を通して固体粒子を添加し、または導管5
6を通して固体粒子を排出することにより調整すること
ができる。
流動化ガスをノズル52を通して環状の室12中に導入
することにより、オーバフローおよび熱伝達の両方に関
する適切な流動化が維持される。反応器内の固体粒子の
量は導管54を通して固体粒子を添加し、または導管5
6を通して固体粒子を排出することにより調整すること
ができる。
【0030】図2は本発明の構成を適用する第2の方法
を例示している。図2および図1の対応する部分には、
同じ符号を付けてある。図2は特に固体粒子を流動床1
4から高温ガス入口ダクト16の中に導入する別の一つ
の構成と、固体粒子をライザー22の壁部24に沿って
流動床14の中に導入する新規の構成とを示している。
を例示している。図2および図1の対応する部分には、
同じ符号を付けてある。図2は特に固体粒子を流動床1
4から高温ガス入口ダクト16の中に導入する別の一つ
の構成と、固体粒子をライザー22の壁部24に沿って
流動床14の中に導入する新規の構成とを示している。
【0031】高温ガス入口ダクト16は開口部60を備
えている。流動床14からの固体粒子は開口部60を通
して入口ダクト16中に流入する。流動床14と入口ダ
クト16との間の圧力差が送入力として作用する。入口
ダクト16中に流入する固体粒子は直ちに高温ガスと混
合され、高温ガスと共にライザー22の中に上方に搬送
される。
えている。流動床14からの固体粒子は開口部60を通
して入口ダクト16中に流入する。流動床14と入口ダ
クト16との間の圧力差が送入力として作用する。入口
ダクト16中に流入する固体粒子は直ちに高温ガスと混
合され、高温ガスと共にライザー22の中に上方に搬送
される。
【0032】ライザー22の壁部24は内部ポケット6
2を備えている。ポケット62は開口部64を介してリ
ターンダクト36と接続されている。ライザー22にお
いて、ガスと共に上方に流れる固体粒子の一部分が速度
を失い、壁部24に沿って下方に流れ始める。これらの
粒子はポケット62に入り、ポケット62から開口部6
4を通してリターンダクト36の中に導入することがで
きる。リターンダクト36において、固体粒子は伝熱面
44を素通りする間に効率的に冷却される。この構成に
より、もしも壁部24の伝熱面の固体粒子を冷却する能
力が不十分であれば、固体粒子の冷却を強化することが
できる。
2を備えている。ポケット62は開口部64を介してリ
ターンダクト36と接続されている。ライザー22にお
いて、ガスと共に上方に流れる固体粒子の一部分が速度
を失い、壁部24に沿って下方に流れ始める。これらの
粒子はポケット62に入り、ポケット62から開口部6
4を通してリターンダクト36の中に導入することがで
きる。リターンダクト36において、固体粒子は伝熱面
44を素通りする間に効率的に冷却される。この構成に
より、もしも壁部24の伝熱面の固体粒子を冷却する能
力が不十分であれば、固体粒子の冷却を強化することが
できる。
【0033】図2に示した構成においては、高温ガスの
ための入口ダクト16の横断面は細長いスロットの形状
を有している。それと対応して、ライザー22の横断面
は細長い長方形の形状を有し、そして流動床14は実質
的にスロット形の入口ダクト16と同じ長さを有しかつ
ダクト16の両側に配置された二つの長方形の室として
配置されている。粒子分離器28も、また、長方形の横
断面を有し、かつライザー22と平行でありかつその両
側に配置されている。
ための入口ダクト16の横断面は細長いスロットの形状
を有している。それと対応して、ライザー22の横断面
は細長い長方形の形状を有し、そして流動床14は実質
的にスロット形の入口ダクト16と同じ長さを有しかつ
ダクト16の両側に配置された二つの長方形の室として
配置されている。粒子分離器28も、また、長方形の横
断面を有し、かつライザー22と平行でありかつその両
側に配置されている。
【0034】図3は高温のガスを処理するための本発明
の構成を適用する第3の方法を例示している。図1の構
成部分と同等の図2の構成部分には、同じ符号を付けて
ある。図1に示した構成と異なり、図3のライザー22
は煙管構造に構成されている。ライザー22は2個の水
平な管板70および72を備えている。管板70および
72はライザー22の横断面と同じ横断面形状を有して
いる。管板70および72の間には、管板の下方のライ
ザースペース76を管板の上方のライザースペース78
と接続するためのダクト74が配置されている。ダクト
74の間の自由スペース80には、熱媒体、例えば、水
または空気が満たされている。
の構成を適用する第3の方法を例示している。図1の構
成部分と同等の図2の構成部分には、同じ符号を付けて
ある。図1に示した構成と異なり、図3のライザー22
は煙管構造に構成されている。ライザー22は2個の水
平な管板70および72を備えている。管板70および
72はライザー22の横断面と同じ横断面形状を有して
いる。管板70および72の間には、管板の下方のライ
ザースペース76を管板の上方のライザースペース78
と接続するためのダクト74が配置されている。ダクト
74の間の自由スペース80には、熱媒体、例えば、水
または空気が満たされている。
【0035】図3の構成においては、ライザー22の下
側部分に発生したガスサスペンションがダクト74を通
してライザー22の上側部分78に送られる。ダクト7
4内を流れるガスサスペンションは熱媒体により間接的
に冷却される。煙管構造を使用することにより、特に低
圧構造において、ライザー22内の固体物質の冷却を強
化することができる。
側部分に発生したガスサスペンションがダクト74を通
してライザー22の上側部分78に送られる。ダクト7
4内を流れるガスサスペンションは熱媒体により間接的
に冷却される。煙管構造を使用することにより、特に低
圧構造において、ライザー22内の固体物質の冷却を強
化することができる。
【0036】図4は高温のプロセスガスを冷却しまたは
利用する反応器10を例示している。反応器10は室1
2を備えている。室12は開口した頂部を有し、かつ反
応器10の下側部分に配置されている。室12は外側部
分12´と、内側部分12´´とを有し、かつ泡立ち流
動床14を備えている。室12の中央部には、高温ガス
のためのダクト、すなわち、導管16が配置されてい
る。導管16の頂縁18は流動化ガスを泡立ち流動床1
4に導入するためのノズル52のレベルと合致してい
る。
利用する反応器10を例示している。反応器10は室1
2を備えている。室12は開口した頂部を有し、かつ反
応器10の下側部分に配置されている。室12は外側部
分12´と、内側部分12´´とを有し、かつ泡立ち流
動床14を備えている。室12の中央部には、高温ガス
のためのダクト、すなわち、導管16が配置されてい
る。導管16の頂縁18は流動化ガスを泡立ち流動床1
4に導入するためのノズル52のレベルと合致してい
る。
【0037】室12の上方には、反応器10のライザー
22が配置されている。ライザー22の上側部分は開口
部26を備えている。開口部26はライザー22を該ラ
イザーと構造的に一体に構成された粒子分離器28と連
絡している。入口ダクト、すなわち、導管16、室12
およびライザー22は、当然、正方形、長方形、または
あるその他の形状に形成することができる。
22が配置されている。ライザー22の上側部分は開口
部26を備えている。開口部26はライザー22を該ラ
イザーと構造的に一体に構成された粒子分離器28と連
絡している。入口ダクト、すなわち、導管16、室12
およびライザー22は、当然、正方形、長方形、または
あるその他の形状に形成することができる。
【0038】粒子分離器28はガス出口30および入口
26が各々の出口に対して渦流を発生するサイクロン分
離器である。粒子分離器28の下側部分34はリターン
ダクト36と連絡している。リターンダクト36は粒子
分離器28を流動床14と接続している。流動床14は
伝熱面46を備えている。流動床14は伝熱面46を備
えている。
26が各々の出口に対して渦流を発生するサイクロン分
離器である。粒子分離器28の下側部分34はリターン
ダクト36と連絡している。リターンダクト36は粒子
分離器28を流動床14と接続している。流動床14は
伝熱面46を備えている。流動床14は伝熱面46を備
えている。
【0039】この反応器は高温のガス48が入口ダクト
16を通して反応器の中に導入され、この高温ガスが固
体粒子を入口ダクトの端縁18の上方でオーバフロー5
0として流すことにより、高温ガスが冷却された固体粒
子と混合されるように機能する。高温ガスは熱エネルギ
を固体粒子に放出することにより非常に迅速に冷却され
る。この実施例においては、流動床14の上面は入口ダ
クト16の端縁18よりも高く延びている。例えば、別
個に制御可能な領域52´および52´´を分離するこ
とにより流動化を適切に調節することにより、流動床の
上面をダクト16の頂縁よりも高いレベルに配置するこ
とができる。これは流動床14の最高レベルが端縁18
のレベルよりも高く維持されることを意味する。この構
成においては、入口ダクトの長さが最小に設定される。
従って、この構成においては、ガスの流れが流動化ガス
を流動床14の中に導入するためのノズル52のレベル
と実質的に等しいレベルにおいて入口ダクト16を通し
て反応器の下側部分の中に導入される。この特徴は、ガ
スの流れ48が多量の汚染成分を含む場合に特に有益で
ある。冷却された固体粒子とガスとの混合は主として端
縁18よりも上方の部分で起こり、それによりガスサス
ペンションが流動床14の固体粒子と接触し、本質的に
固体壁部と接触しないので、入口ダクト16が閉塞する
傾向が減少する。ダクト16の頂部すらも下方に開口す
る円錐体の形態に形成することができ、その結果、端縁
18の頂部が非常に薄くなり、それにより固体壁構造と
接触する面積が減少する。
16を通して反応器の中に導入され、この高温ガスが固
体粒子を入口ダクトの端縁18の上方でオーバフロー5
0として流すことにより、高温ガスが冷却された固体粒
子と混合されるように機能する。高温ガスは熱エネルギ
を固体粒子に放出することにより非常に迅速に冷却され
る。この実施例においては、流動床14の上面は入口ダ
クト16の端縁18よりも高く延びている。例えば、別
個に制御可能な領域52´および52´´を分離するこ
とにより流動化を適切に調節することにより、流動床の
上面をダクト16の頂縁よりも高いレベルに配置するこ
とができる。これは流動床14の最高レベルが端縁18
のレベルよりも高く維持されることを意味する。この構
成においては、入口ダクトの長さが最小に設定される。
従って、この構成においては、ガスの流れが流動化ガス
を流動床14の中に導入するためのノズル52のレベル
と実質的に等しいレベルにおいて入口ダクト16を通し
て反応器の下側部分の中に導入される。この特徴は、ガ
スの流れ48が多量の汚染成分を含む場合に特に有益で
ある。冷却された固体粒子とガスとの混合は主として端
縁18よりも上方の部分で起こり、それによりガスサス
ペンションが流動床14の固体粒子と接触し、本質的に
固体壁部と接触しないので、入口ダクト16が閉塞する
傾向が減少する。ダクト16の頂部すらも下方に開口す
る円錐体の形態に形成することができ、その結果、端縁
18の頂部が非常に薄くなり、それにより固体壁構造と
接触する面積が減少する。
【0040】ガスおよびそれに連行する固体粒子はライ
ザー22内をサスペンションとして上方に流れる。ガス
サスペンションは入口開口部26を通して粒子分離器2
8に流れ、粒子分離器28において、ガスから固体粒子
が分離される。浄化されかつ冷却されたガスは出口30
を経て反応器外に導かれる。
ザー22内をサスペンションとして上方に流れる。ガス
サスペンションは入口開口部26を通して粒子分離器2
8に流れ、粒子分離器28において、ガスから固体粒子
が分離される。浄化されかつ冷却されたガスは出口30
を経て反応器外に導かれる。
【0041】分離された固体粒子は重力によりリターン
ダクト36の中に下方に流れる。固体粒子は流動床14
において熱交換器46の作用により冷却される。
ダクト36の中に下方に流れる。固体粒子は流動床14
において熱交換器46の作用により冷却される。
【0042】流動床14においては、流動化空気または
流動化ガスをノズル52を通して室12の中に導入する
ことによりダクト16中への固体粒子の流れおよび熱伝
達の両方に関する適切な流動化が維持される。
流動化ガスをノズル52を通して室12の中に導入する
ことによりダクト16中への固体粒子の流れおよび熱伝
達の両方に関する適切な流動化が維持される。
【0043】本発明を上記の例に限定することを意図し
ておらず、それと反対に特許請求の範囲に記載の本発明
の範囲内で本発明を異なる変型に適用することが意図さ
れている。
ておらず、それと反対に特許請求の範囲に記載の本発明
の範囲内で本発明を異なる変型に適用することが意図さ
れている。
【図1】本発明による反応器の構成を例示した略図。
【図2】本発明による第2反応器の構成を例示した略
図。
図。
【図3】本発明による第3反応器の構成を例示した略
図。
図。
【図4】本発明による第4反応器の構成を例示した略
図。
図。
10 反応器 12 室 12´ 外側部分 12´´ 内側部分 14 流動床 16 高温ガス入口ダクト 22 ライザー 24 垂直壁部 26 開口部 28 粒子分離器 30 ガス出口 36 リターンダクト 44 伝熱面 46 伝熱面 52 ノズル 60 開口部 62 ポケット
Claims (22)
- 【請求項1】 反応器(10)の下側部分が高温ガス入
口ダクト(16)と流動床(14)を包囲する室(1
2)とを備え、該反応器の中央部がライザー(22)を
備え、該反応器の上側部分がガス出口(30)を備え、
かつ該反応器が固体粒子からの熱を回収するための伝熱
面(22、44、46)を有する反応器(10)内の高
温ガスを冷却する方法であって、 高温ガスが入口ダクト(16)を通して反応器の下側部
分の中に導入され、 泡立ち流動床(14)からの固体粒子が流入する高温ガ
スを冷却するために高温ガスの中に送られ、 固体粒子が固体粒子を含む冷却されたガスから分離さ
れ、そして流動床に戻され、 分離された固体粒子から熱が回収され、そして冷却され
たガスが反応器からガス出口(30)を経て排出される
方法において、 固体粒子を含む冷却されたガスが実質的に垂直な壁部
(24)により形成されたライザー(22)を通して搬
送され、反応器の上側部分の中に導入され、粒子分離器
(28)においてガスから固体粒子が分離され、 分離された固体粒子が泡立ち流動床(14)の外側部分
(12´)の中に戻され、 リターンダクト(36)、流動床(14)および/また
はライザー(22)において分離された固体粒子から熱
が回収され、 泡立ち流動床(14)の内側部分(12´´)からの固
体粒子が流入する高温ガスの中に送られることを特徴と
する反応器内の高温ガスを冷却する方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載の方法において、流動床
の内側部分(12´´)からの固体粒子が端縁(18)
の上方のオーバフローとして高温ガスの中に送られるこ
とを特徴とする方法。 - 【請求項3】 請求項1に記載の方法において、流動床
の内側部分(12´´)からの固体粒子が搬送ガスを使
用することにより入口ダクトの開口部(60)を通して
高温ガスの中に導入されることを特徴とする方法。 - 【請求項4】 請求項1に記載の方法において、固体粒
子がリターンダクト(36)内に配置された伝熱面(4
4)において冷却されることを特徴とする方法。 - 【請求項5】 請求項1に記載の方法において、固体粒
子が流動床(14)の伝熱面(46)において冷却され
ることを特徴とする方法。 - 【請求項6】 請求項5に記載の方法において、固体粒
子が泡立ち流動床の外側部分(12´)の伝熱面(4
6)において冷却されることを特徴とする方法。 - 【請求項7】 請求項1に記載の方法において、ガスの
流れがライザー(22)から2個の好ましくは複数個の
粒子分離器(28)の中に導かれ、分離された固体粒子
が粒子分離器(28)から2個の好ましくは複数個のリ
ターンダクト(36)を経て泡立ち流動床(14)に戻
されることを特徴とする方法。 - 【請求項8】 請求項1に記載の方法において、ガスの
流れが流動化ガスを流動床(14)の中に導入するため
のノズル(52)のレベルと等しいか、または該レベル
よりも高いレベルにおいて入口ダクト(16)を通して
反応器の下側部分の中に導入されることを特徴とする方
法。 - 【請求項9】 請求項8に記載の方法において、ガスの
流れが流動化ガスを流動床(14)の中に導入するため
にノズル(52)のレベルと等しいレベルにおいて入口
ダクト(16)を通して反応器の下側部分の中に導入さ
れることを特徴とする方法。 - 【請求項10】 反応器(10)の下側部分が高温ガス
入口ダクト(16)と流動床を包囲する室(12)とを
備え、該反応器の中央部がライザー(22)を備え、該
反応器の上側部分がガス出口(30)を備え、かつ該反
応器が固体粒子からの熱を回収するための伝熱面(2
4、44、46)を有する反応器(10)内の高温ガス
を冷却する装置において、該反応器が実質的に垂直の壁
部(24)により形成されたライザー(22)を備え、
該ライザーはライザーの壁部(24)の下側部分が流動
床を外側部分(12´)と内側部分(12´´)とに部
分的に分割するように泡立ち流動床(14)の上方に配
置されており、さらに、 反応器の上側部分に配置された少なくとも1個の粒子分
離器(28)と、 粒子分離器(28)内で分離された固体粒子を流動床の
外側部分(12´)に戻すために粒子分離器(28)を
流動床の外側部分(12´)と接続するための少なくと
も1個のリターンダクト(36)と、 リターンダクトおよび/または濃厚なサスペンション領
域内の流動床に配置された伝熱面(24、44、46)
と、 流動床の内側部分(12´´)からの固体粒子を高温ガ
ス入口ダクト(16)に向かって導く装置とを備えてい
ることを特徴とする反応器内の高温ガスを冷却する装
置。 - 【請求項11】 請求項10に記載の装置において、リ
ターンダクト(36)がライザー(22)と構造的に連
結され、それによりライザーの壁部(24)がリターン
ダクト(36)の壁部の一部分を構成していることを特
徴とする装置。 - 【請求項12】 請求項10に記載の装置において、流
動床(14)を包囲する室(12)の上側部分が開口し
たバットの形状を有することを特徴とする装置。 - 【請求項13】 請求項10に記載の装置において、泡
立ち流動床(14)がガス入口ダクト(16)を包囲す
る環状の室内に配置されていることを特徴とする装置。 - 【請求項14】 請求項13に記載の装置において、ラ
イザー(22)が円筒形であり、かつリターンダクト
(36)がライザー(22)のまわりに狭い環状のスペ
ースを形成していることを特徴とする装置。 - 【請求項15】 請求項10に記載の装置において、ガ
ス入口ダクト(16)が狭い長方形のスロットであり、
かつ泡立ち流動床がこの狭いスロットと隣接して配置さ
れた細長いバット(12)内に収納されていることを特
徴とする装置。 - 【請求項16】 請求項10に記載の装置において、泡
立ち流動床が狭いスロットの両側に配置された細長いバ
ット内に収納されていることを特徴とする装置。 - 【請求項17】 請求項10に記載の装置において、泡
立ち流動床の内側部分(12´´)が固体粒子を流入す
る高温ガスの中にオーバフローとして搬送する装置(1
8)を備えていることを特徴とする装置。 - 【請求項18】 請求項10に記載の装置において、泡
立ち流動床の内側部分(12´´)が固体粒子を搬送ガ
スにより流入する高温ガスの中に入口開口部(60)を
通して搬送する装置を備えていることを特徴とする装
置。 - 【請求項19】 請求項10に記載の装置において、流
動床の外側部分(12´)が固体粒子を冷却するための
伝熱面(46)を備えていることを特徴とする装置。 - 【請求項20】 請求項10に記載の装置において、粒
子分離器(28)が共通の壁構造によりライザー(2
2)と接続されていることを特徴とする装置。 - 【請求項21】 請求項10に記載の装置において、高
温ガス入口ダクト(16)が室(12)の中に流動化ガ
スを流動床(14)の中に導入するためのノズル(5
2)のレベルと等しいか、または該レベルよりも高いレ
ベルまで延びていることを特徴とする装置。 - 【請求項22】 請求項21に記載の装置において、高
温ガス入口ダクト(16)が室(12)の中に流動化ガ
スを流動床(14)の中に導入するためのノズル(5
2)のレベルと等しいレベルまで延びていることを特徴
とする装置。
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