JPH08503540A

JPH08503540A - 循環流動層システムを作動させる方法と装置

Info

Publication number: JPH08503540A
Application number: JP6511750A
Authority: JP
Inventors: ハイパーネン，ティモ
Original assignee: エイ．アフルストロムコーポレイション
Priority date: 1992-11-10
Filing date: 1993-11-09
Publication date: 1996-04-16
Anticipated expiration: 2016-02-05
Also published as: US5425412A; ES2115083T3; DE69316991D1; CA2148920A1; FI952153A; PL308912A1; WO1994011673A1; CA2148920C; DE69316991T2; US5341766A; FI104213B1; FI952153A0; PL176988B1; CN1035360C; EP0667944A1; ATE163219T1; KR950704646A; FI104213B; JP3132662B2; DK0667944T3

Abstract

(57)【要約】循環流動層反応器と関連して、粒子分離器（１４）から燃焼室（１２）へ粒子を循環する戻りダクト（３４）において粒子からなる層が形成される。入口開口（５０）が前記粒子の層から燃焼室中へ延在し、粒子の層の高さがガスシールを形成するのに十分な距離をおいて前記入口開口の上方に保たれる。前記層の粒子は流動化され、また搬送ノズル（５２，５４，５６，５８，５９）が前記入口開口を通して前記層から燃焼室中へ粒子を搬送するために種々の高さに配設されている。例えば過熱器のような熱交換器が前記層に設けられ粒子から熱を回収することができる。

Description

【発明の詳細な説明】循環流動層システムを作動させる方法と装置発明の背景本発明は循環流動層システムを作動させる新規な方法と装置とに関する。例えば循環流動層（ＣＦＢ）燃焼装置のような循環流動層システムは、固形粒子からなる高速流動層を有する燃焼室を含む。燃焼室から排出される排煙と、捕捉された固形材料との懸濁物から固形粒子を分離するために粒子分離器が燃焼室の上部分における排出開口に接続されている。粒子分離器から燃焼室へ、分離された固形流体を循環させるために粒子分離器と燃焼室の下部分との間に戻りダクトが接続されている。排煙を排出するために粒子分離器には排煙出口が配設されている。サイクロンセパレータは粒子分離器として一般に使用されている。ディップレッグが分離された粒子をサイクロンから燃焼室の下部分まで循環させる。燃焼室からサイクロンへガスが逆流しないようにするために、例えばループシールのようなガスシールをディープレッグに配置する必要がある。ループシール構造は極めて大きく、かつ複雑である。またガスシールとしてＬ形弁を用いることも示唆されている。しかしながらＬ形弁も、ガスシールを提供するために戻りダクトと燃焼室との間で、流動層材料を充てんした可成り長い接続溝が必要とされるためスペースを要する。循環流動層反応器は広範囲の種々の燃焼、熱伝導、化学あるいは冶金プロセスにおいて使用される。プロセスによって、種々の流動層材料が本システムにおいて流動化あるいは循環する。燃焼過程において、例えば石炭、コークス、リグナイト、木、ウエストあるいはピートのような粒状燃料並びに例えば砂、灰、硫黄吸収剤、触媒、あるいは酸化金属のような粒状物を流動層の構成成分としうる。燃焼室における速度は通常３．５〜１０ｍ／ｓの範囲であるが、著しく高速にもしうる。典型的には、熱は燃焼室における伝熱面あるいは粒子分離器の後方にあるガス通路に配置した対流伝熱部における伝熱面によって流動層燃焼過程から回収される。循環流動層（ＣＦＢ）燃焼器あるいはボイラにおいて、燃焼室の周囲の壁は通常メンブレン壁として作られ、該メンブレン壁においては垂直のチューブが平坦なプレート材あるいはフインと組み合わされ蒸発面を形成する。蒸気を過熱するために燃焼室の上部分内に、例えば過熱器のような別の伝熱面を配置させてもよい。別の過熱器並びに再加熱器、予熱器および空気予熱器が対流伝熱セクションに配置されている。また、伝熱面の戻りダクトを形成することも推奨されている。伝熱面は通常低負荷範囲において最適の過熱蒸気を提供するように設計する必要がある。高負荷での蒸気発生は対流伝熱セクションに水を噴射することにより制御される。低負荷での過熱は問題を発生することが多い。燃焼室出口のガス温度は負荷の低減に伴って低下し、対流伝熱セクションの過熱器は所望する結果を提供するに十分な容量を有していない。燃焼室に別の過熱器を配置するとボイラにおけるコストと制御問題を不当に増大する。燃焼室内での追加の伝熱面は、まだ未燃焼燃料を含有している排煙の温度をさらに低下させるが、これはＮＯＸおよびＮ₂Ｏ低減に対してマイナス効果を有する。他方、流動層内の追加の個別の伝熱面も、その中の高速（３〜１０ｍ／ｓあるいはそれより速いことすらある）の排煙および粒子の流れに露出される。腐食や侵食が厳しい問題を発生させる。燃焼室内に配置された伝熱面は概ね、ある種の耐侵食材で保護した耐熱材から作る必要がある。そのような伝熱面は極めて重く、かつ高価になる。腐食は、気体状の塩素やアルカリ成分を含有する燃料を燃焼する場合燃焼室のガス雰囲気内で厳しい問題をもたらす。特に加圧された用途においては、伝熱面を追加し、燃焼器のサイズを大きくすることはさらに望ましくなく、そうすれば圧力容器のサイズを増大させる必要性をもたらす。より小型の燃焼室を用いる加圧された用途においては、伝熱面が既に相互に対して極めて近接している。従って燃焼室に何らかの付加的な伝熱面を追加することは極めて困難である。伝熱面を極めてコンパクトに配置にすることによっても燃焼室内における流動層材料の水平方向の混合を阻止し、燃焼効率を低下させる。スペースの問題の他に、伝熱面を相互に対して極めて近接して配置すれば詰まりが問題となる。過熱容量を増大させるために外部熱交換器（ＥＨＥ）を用いることも提案された。高温の循環する固形材料からなる個別の流動層における過熱器においては、固形材料は粒子分離器からＥＨＥ中へ導入される。提案された外部熱交換器は大型で、かつ高価で、また主燃焼プロセスから独立して制御することが困難である。伝熱面を大きな高温粒子からなる流動層に露出すると侵食がまた問題を発生させる。さらに、極めて低い負荷において、燃焼室から排煙と共に排出され、ＥＨＥへ導入される固形材料の量は過熱が行われえない高さまで低下する。より簡単で、より高価でない方法が必要とされている。本発明の目的は、前述の欠点が最小とされるような、循環流動層システムを作動させる方法と装置とを提供することである。本発明の目的は特に循環流動層システムのための改良されたガスシール装置を提供することである。本発明の別の目的は循環流動層システムにおいて熱を回収するための改良された方法を提供することである。本発明のさらに別の目的は循環流動層装置における熱回収を管理する改良された方法を提供することである。また、本発明の目的は種々の負荷条件において循環流動層ボイラシステムにおいて蒸気を過熱する改良された方法を提供することである。発明の要約本発明によれば、燃焼室において固形粒子の高速流動層を作ることにより、排煙とその中に捕捉された固形粒子とからなる懸濁物が燃焼室を上方に流れるようにされる段階と、前記懸濁物から分離された固形粒子を集める段階と、集められた固形粒子を、上部において固形粒子用入口を有し、入口手段を介して燃焼室の下部と接続されている循環ダクト中へ導く段階と、燃焼室からの排煙が入口手段を介して循環ダクト中へ流入しないように循環ダクトに固形粒子の層を作る段階と、入口手段を介して流動層から粒子を燃焼室中へ再循環させるために循環ダクト中へ搬送ガスを導入することにより粒子を循環ダクトから２個以上の重なった開口を通して循環させる段階とを含むＣＦＢシステムを作動させる方法が提供される。粒子は燃焼室中へ直接循環されることが好ましいが、必要に応じて、燃焼室と接続されている中間室へ循環させてもよい。本発明の一好適実施例によれば、粒子は粒子分離器に集められ、本発明の循環ダクトを形成する戻りダクトを介して燃焼室中へ循環される。粒子のゆっくりと吹き上げられた層が戻りダクトにおいて形成され、そこから粒子は入口導管を介して連続的に燃焼室中へ導かれる。戻りダクトにおける層は燃焼ガスが入口導管を介して戻りダクト中へ燃焼室から逆流しないようにするガスシールを構成する。戻りダクトにおける層はＣＦＢシステムを循環している粒子から形成されている。本システムを循環している粒子の粒径分布は本システムにおける粒子全量の平均粒径分布よりも小さい。層からの固形材料が燃焼室中へ循環するにつれて流動層はゆっくりと降下し、新しい固形材料は流動層の頂部に連続的に追加される。流動層の高さは流動層からの固形材料の燃焼室への再導入を制御することにより制御することができる。固形材料は本発明によれば、戻りダクトの下部を、好ましくは燃焼室に直接接続している２個あるいは数個の入口開口あるいは入口導管を通る搬送ガスの支援により燃焼室中へ再導入される。そのため、相互の上に来る２個、あるいは好ましくは数個の水平あるいは傾斜したスロット状開口あるいは導管が戻りダクトと燃焼室との間の連続を構成している。スロット状開口はまた、固体の流れおよびガス用のシールを構成する。搬送ガスは、主として入口導管に向かって流れ、戻りダクトの上部へは流れえない位置において戻りダクト内の層へ導入される。そのためガス流は粒子を前記層から入口導管を通して燃焼室中へ搬送する。入口導管は、該入口導管の上方の層の部分がガスが戻り導管中へ上方に流れるのを阻止するに十分であるように前記層の上面より著しく低い高さにおいて戻りダクトに位置することが好ましい。前記層の高さが高ければ高いほど、ガスが戻りダクトを介して粒子分離器中へ逆流するのを阻止するガスシールを形成する差圧も高い。搬送ガスは戻りダクトの底部のノズルを介して、あるいは戻りダクトの側壁の種々の高さにおけるノズルを介して導入しうる。種々の位置において導入されるガスの量を制御することにより燃焼室への粒子の循環を制御することができる。戻りダクトの底部のノズルを介して導入される搬送ガスは主として粒子を最下方の入口導管を通して搬送し、一方より高い位置のノズルを通して導入される搬送ガスは粒子を戻り導管のより位置での入口導管を通して搬送する。希望する方向に粒子を運ぶことも可能である。僅かにより高い圧力の風箱からの空気あるいは別個のブロワからの空気、あるいは、例えば循環された排煙のようなその他の何らかの安価なガスを搬送ガスとして使用することができる。不活性ガスを用いることも可能で、特に不可性である場合、非酸化状態は必要でない。本発明の好適実施例によれば、入口導管は戻りダクトと燃焼室との間の共通壁に配置されたフレーム状構造において相互の上に来る形状した数個のスロット状導管あるいは開口からなる。本発明による導管は、相互の上に来る２個以上の狭幅のスロット状導管に分割されており、公知のＬ形弁のガスシールにおいて必要とされる導管と比較して、戻りダクトと燃焼室の間の極めて短い長さのものとして作ることができ、従って、従来のメンブレン構造に容易に含むことができる。１個のみの従来の導管を備えた公知のＬ形弁ガスシールは特に大きい垂直方向の延在部分を備えた大きな断面を有するので、固体の流れ用シールを構成し、ガスが燃焼室から戻りダクトへ流入しないようにするために導管に十分粒子を蓄積するようにするには極めて長いものとする必要がある。Ｌ形弁の入口導管の固体フローシール効果は導管の垂直方向延在部（ｈ）と該導管の長さ（ｌ）との間の比（ｈ／ｌ）によって左右される。この比は、ガスが導管を通して逆流するのを阻止するために導管における固体の面を十分高く保つべく導管を固体が制御不可能に流れるのを阻止するにはｈ／ｌ＜０．５であるべきである。導管の断面が大きければ大きいほど、開口の垂直方向延在部（ｈ）が大きくなり、すなわちより長い導管が必要とされる。出口端を入口端より高いレベルにおいて有する傾斜導管においては、導管の長さ（ｌ）はさらに低減させることができる。入口導管のこの特殊設計によって、戻りダクトにおける前記層レベルを、従って該層によって達成されるガスシール効果を制御することができる。入口導管は本発明によれば、相互の上に配置された小さい垂直方向延在部を有する数個のスロット状開口すなわち導管に分割される。そのため、必要な全体の垂直方向延在部ｈ_totは、各々必要な全体ｈ_totの分数であるｈ₁，ｈ₂，ｈ₃…… に分割することができる。各導管の長さ（ｌ）は、入口導管の固体フローシール効果を低下させることなく垂直延在部（ｈ）と同じ比率で低減させることができる。そのため、単に共通メンブレン壁を貫通するに十分な短い入口導管を用いることができる。このため戻りダクトの構造、および燃焼室への接続並びに循環流動層システム全体を確実に簡素化する。本発明による戻りダクトは燃焼室と共通の壁を有する極めて簡単な溝として構成することができる。以前の構造では極めて大きく、かつ複雑であった戻りダクトと燃焼室との間の接続は、今では、材料を燃焼室へ再導入するためにボイラにおいて使用される従来のチューブパネル壁における入口開口、すなわち導管のような一組のギルを備えた単純なフレーム状構としうる。本発明の別の重要な実施例による伝熱面は、ＣＦＢシステムにおいて循環している粒子の塊から熱を回収するために循環ダクト、すなわち戻りダクトの伝熱ゾーンに配置され、戻りダクトにおいて一体の熱交換器（ＩＨＥＸ）を構成することができる。伝熱面は前記層に配置することが好ましいが、該層を越えて上方に延在させてもよい。熱はまた、戻りダクトの壁に配設した伝熱面によっても回収できる。燃焼室から粒子分離器へ、そしてそこから戻りダクト中へ流れる粒子の平均粒径分布は小さい粒子の大部分が粗い流体以上に排煙によって捕捉されるため燃焼室における粒子の平均粒径分布よりも小さい。戻りダクトにおける５００μ以下、典型的には１５０〜２５０μの範囲の平均粒径を有する微小粒子は粒子対流伝熱係数Ｋ＝１００〜５００Ｗ／ｍ²ｋと極めて高い濃密な層を戻りダクトにおいて提供する。伝熱面が用いられる場合、戻りダクトはその下部分を延在させ、該延在部の断面を上部分の断面より大きくすることにより伝熱面および固形粒子からなる層に対してより大きいスペースを提供することが好ましい。蒸気の過熱は戻りダクトにおいて行いうることが有利である。ＣＦＢシステムにおいて、高温の流体の循環塊を過熱するために熱を直ちに利用できる。戻りダクトに過熱器を配設することによって達成される別の利点としては、燃焼室において排煙を不必要に冷却し、かつ未燃焼燃料や灰が分離される前に温度を不具合に低下させる必要の無いことである。従って、本発明は燃焼室においてＮＯＸとＮ₂Ｏを良好に低下させる。前記層の伝熱ゾーンにおけるガス雰囲気は極めて限定され、かつアルカリ、塩素あるいはその他の腐食性気体成分の無い主として清浄な気体を含有しているので過熱には極めて有利な状態を提供する。過熱器は、燃焼室に介在する腐食性状態において通常そうである温度以上にはるかに高い温度まで加熱しうる。また、燃料を含有する腐食性気体成分を燃焼する場合５００〜５５０℃までの蒸気を作ることができる。廃棄物／ＲＤＦ燃焼ボイラにおいては腐食性の種々の成分を含有している清浄でないガスのため熱を過熱のために利用するのは特に問題であった。本発明は過熱器の面が安全なガス雰囲気において高温の循環材料と接触するようなシステムを提供する。ガス流速が０．５ｍ／ｓ以下、例えば１０ｃｍ／ｓであるゆっくりと吹き上っている層において侵食は最小とされ、そのため伝熱面と衝突している粒子は衝撃速度が極めて低い。燃焼室においては、従来の流動層あるいは循環流動層では速度は０．５〜５０ｍ／ｓの範囲の粒子流速であるため付加的な面で激しい侵食が発生する。さらに、本発明による層における侵食は、層形成材料の粒径が小さいため比較的低度である。吹き上げ層の伝熱ゾーンにおける粒子から過熱器の面への伝熱は伝熱ゾーンの少なくとも一部へガスの流動的な流れを導入し、過熱器の面近傍で粒子を運動させることにより、有利に制御できる。前記面の周りでのガス流を増大させることにより前記面への伝熱を増大させる。空気あるいは不活性ガスのような気体を伝熱制御のため数個の個別のノズルを介して導入することができる。また、伝熱を制御するために搬送ガスを用いてもよい。本発明によれば、伝熱は伝熱ゾーンの種々の部分に導入されるガスの位置および（または）流量によって制御することができる。適当な伝熱を提供するのに必要なガス流量は極めて少なくてよい。必要とされるガスは主として搬送ガスと共に入口導管を介して戻りダクトから排出されるが、伝熱のために必要とされるガスの流量は極めて少量であるので、戻りダクト中へ流れるようにしてもよい。特に伝熱面が層の高いところに位置している場合、ガスの流れの少なくとも若干が戻りダクト内で上方へ流れるようにさせることがより好ましい。通常、層の高さにより伝熱のために導入されたガスが粒子分離器中へ上方に流れるのを阻止する。特に、伝熱面の一部が層の上方を延在する場合、該層の全体高さを制御することによっても伝熱を制御することはある程度は可能である。伝熱ゾーンおよび入口導管は戻りダクトの同じ部分に配置してもよく、あるいは戻りダクトの隣接部分に配置してもよい。本発明の一実施例によれば、伝熱ゾーンと入口導管ゾーンとは並置されている。熱回収の制御と、入口導管を介して燃焼室中へ循環粒子を搬送するために伝熱ゾーンにガスの流れが導入される。また、粒子を伝熱ゾーンから隣接する入口導管ゾーンに向かって水平に、さらに入口導管中へ搬送するために伝熱ゾーン中へ搬送ガスを導入することも好ましい。吹き上げている層の高さは該層の上面の下方の第１の予め設定した高さと該層の上面上方の別の第２の予め設定した高さとの間の戻りダクトにおける差圧を測定することにより制御することができ、前記の予め設定した二種類の高さはその間で前記層の上面の実際の高さと最適高さとを含むように選定される。入口導管を介して粒子を排出する搬送ガスの流量は、前記層の上面を最適レベルに保つために、測定された差圧により制御できる。本発明は極めて単純なＣＦＢボイラ構造を提供する。戻りダクトは燃焼室と共通の１個の壁を有する狭くて垂直の溝として構成されることが好ましく、前記壁は例えばＣＦＢボイラで使用される典型的なメンブレン壁である。対向する壁も同様のメンブレン壁でよい。戻りダクトを燃焼室と接続する入口導管は相互の上に来る数個の入口導管を有するフレーム状構造体として予め作ることができる。そのようなフレーム状構造体は現場においてメンブレン壁に容易に接続することができる。複雑で大型の従来のループシール構造の必要はない。本発明は負荷範囲で極めて広いボイラシステムを提供する。しかしながら、本発明の新規なシステムにおいても、極めて低い負荷では、燃焼室の速度が約２ｍ／ｓであると排煙によって捕捉される粒子は少なすぎ戻りダクトにおいて必要とされる伝熱容量を提供しない。これらの場合、もしも付加的な過熱が必要である場合、燃焼室の周壁に沿って下方に流れる粒子を利用することができる。粒子の下方向の流れは燃焼室内で側壁に配置された垂直の狭い循環ダクトすな切り壁を配設することによって形成でき、仕切り壁は循環ダクトすなわちポケットを燃焼室の主要部分から分離している。ポケットは燃焼室内の狭くて垂直のスロット状戻りダクトとして形成することができる。ポケットによって捕捉される粒子は戻りダクトにおける層と類似の層をポケットの下部分において形成することができる。前記層はポケットにおいてゆっくりと流下し、仕切り壁上のフレーム状構造体に配置された、例えばギルタイプの入口導管を介して燃焼室の主要部分中へ粒子を循環させるように制御される。伝熱面、好ましくは過熱面をポケットに配置させることが好ましい。ガスノズルを粒子の循環および伝熱を制御するためにポケットの底部並びにポケットの側部に配設できる。そのようなポケット構造は、伝熱のため当該負荷においてポケットの上方の壁に沿った粒子の流れから十分な固形粒子を収集しうるように、燃焼室内で余り高くない高さに配置すべきである。過熱面は、ポケット内のガス雰囲気は戻りダクトにおけるそれと類似であり、かつ腐食性のガス成分の含有は極めて少ないのでポケットにおける層内で十分保護されている。また、ポケット内に導入された制御されたガスの流れによって伝熱を制御することも可能である。戻りダクトに関して説明した入口導管構造はポケットに対して固体の流れおよびガス用のシールを提供し、ガスが入口導管を介してポケットに逆流しないようにする。この新規なシステムにおいて伝熱は極めて容易に制御することができる。燃焼室自体における伝熱面は、従来そうであったよりも小さい負荷に対して設計しうる。例えば過熱のためのような付加的な熱はポケットと戻りダクト内の伝熱面によって得ることができる。この必要とされる付加的な熱は対応する伝熱ゾーンにおけるガスの流れによって制御しうる。高い負荷においては、粒子の循環塊が増大することによって戻りダクトでの熱回収を増大させ、一方粒子の循環魂が減少して戻りダクトにおける伝熱を低下させるにつれてポケットにおける熱回収は増加しうる。先行の公知のシステムにおいては、燃焼室における伝熱面は低負荷においても蒸気を満足に過熱できるように設計する必要がある。そのようなシステムにおいて、高負荷において過熱を防止し、かつ温度を制御するために対流セクションにおいて噴射ノズルを設置する必要があった。本発明の新規なシステムにおいては、作動中蒸気の温度を制御するためにのみ噴射ノズルが必要とされ、種々の負荷における蒸気生成を制御するためではない。図面の簡単な説明本発明を添付図面を参照して、例示としてさらに詳しく説明する。第１図は本発明の一実施例による循環流動層装置の概略垂直断面図、第２図は第１図の線Ａ−Ａに沿って見た第１図に示す戻りダクトの下部分の部分的な横断面図、第３図から第５図までは本発明によるその他の三種類の実施例を示す、第１図と同様の詳細図である。図面の詳細な説明第１図は拡張した粒子の流動層を備えた燃焼室１２を有する循環流動層燃焼装置１０を示している。燃焼室から排出される排煙と固形材料の混合物に捕捉された粒子を分離するために粒子分離器１４が燃焼室１２の上部分に接続されている。戻りダクト１６が分離器からの分離された固形材料を燃焼室の下部分中へ循環するために設けられている。対流セクション１８が分離器１４の上部分に配設されたガス出口２０に接続されている。第１図においては壁２２および２４のみを示す燃焼室１２の壁並びに粒子分離器１４の壁２６，２８および垂直の溝状戻りダクト１６は水管壁パネルすなわちメンブレンパネルから構成することが好ましい。水はメンブレン壁において蒸発する。燃焼室１２の底部のパネルは耐火ライニング３３で保護される。また、戻りダクト１６におけるパネルは耐火ライニング（図示せず）によって部分的あるいは完全に保護すればよい。第１図に示す実施例において、分離器の壁２８および戻りダクトの壁３２は燃焼室の壁２４を形成する。戻りダクト１６の下部分３４は戻りダクトの上部分３５より水平断面積が大きい。循環している粒子からなる吹き上げ層３６が下部分３４に提供される。蒸気系における最後の過熱面であることが好ましい過熱器３８が燃焼室１２と戻りダクト１６のパネル壁２２，２４，２６および３０において発生する蒸気を過熱するために吹き上げ層に配設されている。蒸気はまた、分離器の後対流セクション１８における過熱器４０によっても過熱しうる。対流セクションには再加熱、予備加熱および空気予熱のためのさらに別の伝熱面４２，４４，４６，４８も配設されている。第１図および第２図に示すフレーム状構造体６０におけるギル状入口導管すなわち開口５０は戻りダクト１６の下部分を燃焼室１２の下部分と接続する。（開口５０の上方の）層３６の高さおよびギル状入口導管構造体５０，６０は燃焼室１２における高圧ｐｌの燃焼室ガスが入口導管５０を介して戻り導管１６中へ、そしてさらに低圧ｐ２の吹き上げ層３６の上方のガス空間まで上方に流れるのを阻止するガスシールを構成する。入口導管５０上方の層３６の高さは差圧ｐｌ− ｐ２より大きい圧力（ヘッド）を提供するのに十分なものであることが好ましい。搬送ガス（例えば、空気、不活性ガス、循環排煙等）が、流動層に用いられる従来のノズルでよい底部ノズル５２を介して戻りダクト１６中へ導入される。入口５４，５６，５８および５９を介して別の搬送ガスが導入される。底部ノズル５２を介して導入される搬送ガスが層の最下方部分から入口開口５０に向かって粒子を搬送する。入口５４，５６を介して導入される搬送ガスは主として粒子を層の中間部分から入口導管５０に向かって搬送する。ノズル５８，５９を介して導入される搬送ガスは層の上部分から入口導管５０の上方開口に向かって粒子を運ぶ。底壁および側壁にある種々のノズル５２，５４，５６，５８，５９を通る搬送ガスの流量を制御することにより、層３６から再導入される粒子の量を制御することができ、そのためガスシール効果を提供する。底部ノズル５２を通るガス流量を増加し、対応して側壁のノズル５４，５６，５８，５９を通るガス流量を低減させることにより、粒子の流量を増加させ、層３６の高さを低減させる。最上方ノズル５８，５９を通るガス流量を増加させ、底部ノズル５２，５４を通る流量を低下させることにより粒子の循環が低減し、層３６の高さが増加する。入口開口５０は戻りダクトにおける入口導管ゾーン６２に位置したフレーム状構造体６０に集約することができる。過熱器３８が隣接する伝熱ゾーン６４に位置している。その他の実施例においては、双方のゾーン６２，６４は重ねることができる。フレーム構造体６０は従来のパネル壁３２に簡単に挿入することができ、スロット状入口導管５０は、壁を耐火ライニングで被覆する場合、壁に予め作っておくことができる。パネル壁３２のチューブは、製作の間に通常折り曲げられ（図示せず）入口導管フレーム構造体６０に対して必要とされる開口を提供する。例えばスチロックス（Styrox）あるいはその他の燃焼性材料で作られている、スロット状開口５０のためのモールドはパネル壁３２を耐火ライニングで被覆する前にチューブ間の開口に挿入される。耐火ライニングを加熱している間モールドは焼け去り、壁にスロット状入口導管すなわち開口５０を残す。入口導管５０は水平あるいは上方に傾斜したギルタイプの溝を構成する。搬送ガス流入ノズル５２は、ガスが粒子を捕捉することなく導管中へ直接流入しないようにするために入口導管からある距離をおいて配設されることが好ましい。前記の距離は２個の入口開口間の距離の少なくとも２倍であることが好ましい。また、ガスノズル（第２図を参照）が伝熱面３８の周りでガスの流れを提供し、かつ伝熱ゾーン６４における粒子を入口導管ゾーンに向かって搬送するために伝熱ゾーン６４の底部に設けられている。第１図に示すように、伝熱ゾーン６４の種々の位置における伝熱を制御するために戻りダクトの壁の種々の高さにおいて伝熱ゾーンに別のガス用ノズル６８，７０を配設することができる。ノズル６８および７０を介して導入されるガスの比率を変えることにより伝熱を制御することができ、全体のガスの流量は一定である。伝熱は伝熱面３８の下方に位置したノズル６８を通るガスの流量を増加することにより増大し、最下方の伝熱面３８の上方のより高い高さに位置したノズル７０を通るガスの流量を増加することにより低減される。ある実施例においては、伝熱ゾーンと導管ゾーンとを戻りダクト１６の同じ部分に配置することが必要であって、その場合伝熱面３８が入口導管５０のすぐ前方に配置される。そうすればノズル５２，５４，５６，５８および７０を通る搬送ガスの流れは粒子の伝熱と搬送の双方に作用する。しかしながら、粒子の搬送は第３図から判るように、伝熱ゾーン６１と搬送ゾーン７１とにおける層３６を分離するために入口導管５０の前方に主として垂直方向の仕切り壁３１を配設することにより伝熱とは個別に制御することができる。仕切り壁３１は戻りダクト３２から入口配管５０の下方に到り、伝熱面３８と入口導管５０との間に配設されている。次に、搬送ガスはノズル５３を介して搬送ゾーンのすぐ下方あるいは仕切り壁３１に配設したノズル（図示せず）を介して導入されることが好ましい。ノズル５４，５６，５８および７０を介して導入されるガスは伝熱に作用するが、粒子の搬送には少ししか作用しないか、あるいは全く作用しない。ノズル５６，５８，６８および７０を通して導入されるガスは、戻りダクトに何らガスシールが配設されていないとすれば戻りダクトを上方に流れる。第４図は本発明の一実施例を示し、該実施例によれば燃焼室１２の側壁２２に沿って下方へ流れる粒子から熱回収が行われる。第４図においては、適用可能な個所は第１図におよび第３図で用いたのと同じ参照番号が使用されている。第４図において、戻りダクト１６は伝熱面をその中に配設してもよく、あるいはしなくともよく、あるいは熱は戻りダクト１６のメンブレン壁３０および３２のみを介して回収すればよい。仕切り壁１２４が壁２２の近傍で燃焼室１２に配設されており、そのため壁２２の近くでポケット（あるいは戻りダクト）構造１３５を形成し、その場合戻りダクト３５は第２の戻りダクトとなる。壁２２の上部分に沿って下方へ流れる粒子がポケット１３５中へ落下し、その中に粒子からなる層１３６を形成する。粒子はポケットから入口導管５０と類似の入口導管１５０を介して燃焼室１２中へ循環される。搬送ガスはノズル１５２，１５６および１５８を介して導入される。伝熱面１３８、例えば過熱器はポケット１３５に配設されている。伝熱面１３８は第２図に示す構造と同様に搬送ゾーンに隣接して伝熱ゾーンに配設してもよい。側壁２２はポケット１３５の下部分の断面を大きくするために第４図に示すように外方に曲げることができる。伝熱を制御するためのノズル１５２，１６８および１７０はポケット１３５の底部あるいは側壁２２に配設すればよい。第５図は、戻りダクト１６および循環（第２の戻り）ダクト１３５′において集められた粒子が共通の層３４′において集められる本発明の実施例を示す。高負荷においては、ダクト１３５′を介して層３４′への粒子の循環は阻止され、戻りダクトを介して循環される粒子が主として層３４′形成のために使用しうる。内部循環ダクト１３５′を通る粒子の流れは、粒子がダクトから層中へ流入しないようにする弁によって、あるいは仕切り壁１２４近傍での燃焼室１２内の流動層化を制御することにより制御することができる。低負荷においては、粒子は主として循環ダクト１３５′を通して流れ、十分な量の粒子を層３４′の伝熱ゾーン中へ提供する。本発明を現在最も実用的であって、かつ本発明の好適実施例と考えられるものに関して説明してきたが、本発明は開示された実施例に限定されるのではなく、逆に、請求の範囲に記載の精神と範囲内に含まれる諸々の修正や均等配置をも網羅する意図であることを理解すべきである。

【手続補正書】特許法第１８４条の７第１項【提出日】１９９４年６月１０日【補正内容】請求の範囲１．粒子からなる流動層を中に有する燃焼室と、前記燃焼室の上部の排出開口に接続された粒子分離器と、上部で前記粒子分離器に接続され、２つ以上の重なった開口を有する入口を介して下部で前記燃焼室に接続された戻りダクトと、前記粒子分離器におけるガス出口とを利用した循環流動層反応器装置を作動させる方法において、（ａ）排煙とその中に捕捉された固形粒子とからなる粒子懸濁物が燃焼室を上方に流れるようにするために燃焼室において固形粒子の高速流動層を形成する段階と、（ｂ）前記排煙と粒子との懸濁物から分離された固形粒子を集める段階と、（ｃ）集められた固形粒子を戻りダクト中へ導く段階と、（ｄ）戻りダクトにおいて固形粒子からなる層を形成して粒子の層が入口より上方にあるのを確実にする段階と、（ｅ）入口を介して前記層から燃焼室中へ粒子を循環させるために搬送ガスを戻りダクト中へ導入する段階とを含む、循環流動層反応器装置を作動させる方法。２．前記入口が戻りダクトから燃焼室へ直接開放している２個以上の重なった開口からなり、前記（ｅ）の段階が前記層から燃焼室へ直接粒子を導入するように実行される、請求の範囲第１項に記載の方法。３．粒子からなる層が搬送セクションと伝熱セクションとに分離され、（ｅ）の段階が粒子を搬送セクションから伝熱セクションヘ、そしてそこから入口を介して燃焼室へ搬送するために実行される、請求の範囲第１項に記載の方法。 19．粒子からなる高速流動層と、上部分における排出開口とを有する燃焼室と、燃焼室の上部分における排出開口に接続された粒子分離器と、上部分が粒子分離器に接続され、下部分が燃焼室に接続されている戻りダクトと、粒子分離器におけるガス出口とを含み、前記戻りダクトが燃焼室を上方に流れている粒子懸濁物から分離された固形粒子を収集して戻りダクトにおいて固形粒子からなる層を形成する手段を含んでおり、さらに前記戻りダクトの下部分を燃焼室に接続する、壁にある少なくとも２個の重なった入口開口からなる入口手段と、戻りダクトの下部分との作動関係で配置され、粒子を前記戻りダクトから前記燃焼室中へ排出する入口手段に向かって、前記粒子を層から搬送する搬送ガスノズルとをさらに含む、循環流動層反応器装置。 20．前記入口手段が戻りダクトと前記燃焼室との間の共通壁に配設された少なくとも２個の重なった入口開口からなる、請求の範囲第１９項に記載の流動層装置。 21．前記入口手段が前記戻りダクトと、前記燃焼室とは別に接続された室との間の壁に配設された少なくとも２個の重なった入口開口を含む、請求の範囲第１９項に記載の流動層装置。 22．前記入口手段が前記燃焼室と前記戻りダクトとの間の共通壁に配置された２個以上の重なった水平あるいは傾斜したスロット状入口導管からなる、請求の範囲第１９項に記載の流動層装置。 23．前記水平あるいは傾斜スロット状導管がギルタイプ構造である、請求の範囲第２２項に記載の流動層装置。 24．前記入口導管が耐火材料から作られている、請求の範囲第２２項に記載の流動層装置。 25．前記入口導管が前記燃焼室と前記戻りダクトとの間の共通のメンブレン壁において水管を折り曲げることにより形成された開口に挿入される、請求の範囲第２２項に記載の流動層装置。 26．前記戻りダクトにおける層に配置された伝熱面をさらに含む、請求の範囲第１９項に記載の流動層装置。 27．前記戻りダクトにおける層に配置された過熱器および（または）蒸発器をさらに含む、請求の範囲第２６項に記載の流動層装置。 28．前記固形粒子からなる層を流動化するために前記戻りダクトに配置されたガスノズルをさらに含む、請求の範囲第２６項に記載の流動層装置。 29．前記搬送ガスノズルが伝熱を制御するために前記戻りダクト内の２個所以上のレベルで配置されている、請求の範囲第２８項に記載の流動層装置。 30．前記燃焼室と前記戻りダクトとの間の共通壁において前記ダクトの入口導管ゾーンに配置された１個以上の入口導管と、前記入口導管ゾーンからある距離をおいて伝熱ゾーンに配置された伝熱面と、入口導管ゾーンと伝熱ゾーンの双方に配置され伝熱を制御するガス導入ノズルとを含む、請求の範囲第２８項に記載の流動層装置。 31．前記燃焼室内の壁に隣接して配置され、上方に流れるガスと粒子との懸濁物から分離された粒子を集め、壁に沿って下方に流す第２の戻りダクトをさらに含む、請求の範囲第１９項に記載の流動層装置。【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９４年１１月２２日【補正内容】請求の範囲１．粒子からなる流動層を中に有する燃焼室と、前記燃焼室の上部の排出開口に接続された粒子分離器と、上部で前記粒子分離器に接続され、下部で入口を介して前記燃焼室に接続された戻りダクトと、前記粒子分離器におけるガス出口とを利用した循環流動層反応器装置を作動させる方法において、（ａ）排煙とその中に捕捉された固形粒子とからなる粒子懸濁物が燃焼室を上方に流れるようにするために燃焼室において固形粒子の高速流動層を形成する段階と、（ｂ）前記排煙と粒子との懸濁物から分離された固形粒子を集める段階と、（ｃ）集められた固形粒子を戻りダクト中へ導く段階と、（ｄ）戻りダクトにおいて入口より上方に上面を有する固形粒子からなる層を形成する段階と、（ｅ）入口として作用する２つ以上の重なった開口を介して前記層から燃焼室中へ粒子を循環させるために搬送ガスを戻りダクト中へ導入する段階とを含む、循環流動層反応器装置を作動させる方法。２．前記入口が戻りダクトから燃焼室へ直接開放している２個以上の重ねた開口からなり、前記（ｅ）の段階が前記層から燃焼室へ直接粒子を導入するように実行される、請求の範囲第１項に記載の方法。３．粒子からなる層が搬送セクションと伝熱セクションとに分離され、（ｅ）の段階が粒子を搬送セクションから伝熱セクションヘ、そしてそこから入口を介して燃焼室へ搬送するために実行される、請求の範囲第１項に記載の方法。 19．粒子からなる高速流動層と、上部分における排出開口とを有する燃焼室と、燃焼室の上部分における排出開口に接続された粒子分離器と、上部分が粒子分離器に接続され、下部分が燃焼室に接続されている戻りダクトと、粒子分離器におけるガス出口とを含み、前記戻りダクトが燃焼室を上方に流れている粒子懸濁物から分離された固形粒子を収集して戻りダクトにおいて固形粒子からなる層を形成する手段を含む循環流動層反応器装置において、前記戻りダクトの下部分を燃焼室に接続する、壁にある少なくとも２個の重なった入口開口からなる入口手段と、戻りダクトの下部分との作動関係で配置され、粒子を前記戻りダクトから前記燃焼室中へ排出する入口手段に向かって、前記粒子を層から搬送する搬送ガスノズルとをさらに含む、循環流動層反応器装置。 20．前記入口手段が戻りダクトと前記燃焼室との間の共通壁に配設された少なくとも２個の重なった入口開口からなる、請求の範囲第１９項に記載の流動層装置。 21．前記入口手段が前記戻りダクトと、前記燃焼室とは別に接続された室との間の壁に配設された少なくとも２個の重なった入口開口を含む、請求の範囲第１９項に記載の流動層装置。 22．前記入口手段が前記燃焼室と前記戻りダクトとの間の共通壁に配置された２個以上の重なった水平あるいは傾斜したスロット状入口導管からなる、請求の範囲第１９項に記載の流動層装置。 23．前記水平あるいは傾斜スロット状導管がギルタイプ構造である、請求の範囲第２２項に記載の流動層装置。 24．前記入口導管が耐火材料から作られている、請求の範囲第２２項に記載の流動層装置。 25．前記入口導管が前記燃焼室と前記戻りダクトとの間の共通のメンブレン壁において水管を折り曲げることにより形成された開口に挿入される、請求の範囲第２２項に記載の流動層装置。 26．前記戻りダクトにおける層に配置された伝熱面をさらに含む、請求の範囲第１９項に記載の流動層装置。 27．前記戻りダクトにおける層に配置された過熱器および（または）蒸発器をさらに含む、請求の範囲第２６項に記載の流動層装置。 28．前記固形粒子からなる層を流動化するために前記戻りダクトに配置されたガスノズルをさらに含む、請求の範囲第２６項に記載の流動層装置。 29．前記搬送ガスノズルが伝熱を制御するために前記戻りダクト内の２個所以上のレベルで配置されている、請求の範囲第２８項に記載の流動層装置。 30．前記燃焼室と前記戻りダクトとの間の共通壁において前記ダクトの入口導管ゾーンに配置された１個以上の入口導管と、前記入口導管ゾーンからある距離をおいて伝熱ゾーンに配置された伝熱面と、入口導管ゾーンと伝熱ゾーンの双方に配置され伝熱を制御するガス導入ノズルとを含む、請求の範囲第２８項に記載の流動層装置。 31．前記燃焼室内の壁に隣接して配置され、上方に流れるガスと粒子との懸濁物から分離された粒子を集め、壁に沿って下方に流す第２の戻りダクトをさらに含む、請求の範囲第１９項に記載の流動層装置。

Claims

【特許請求の範囲】１．粒子からなる流動層を中に有する燃焼室と、前記燃焼室の上部の排出開口に接続された粒子分離器と、上部で前記粒子分離器に接続され、下部で入口を介して前記燃焼室に接続された戻りダクトと、前記粒子分離器におけるガス出口とを利用した循環流動層反応器装置を作動させる方法において、（ａ）排煙とその中に捕捉された固形粒子とからなる粒子懸濁物が燃焼室を上方に流れるようにするために燃焼室において固形粒子の高速流動層を形成する段階と、（ｂ）前記排煙と粒子との懸濁物から分離された固形粒子を集める段階と、（ｃ）集められた固形粒子を戻りダクト中へ導く段階と、（ｄ）戻りダクトにおいて、固形粒子からなる層を形成する段階と、（ｅ）入口を介して前記層から燃焼室中へ粒子を循環させるために搬送ガスを戻りダクト中へ導入する段階とを含む、循環流動層反応器装置を作動させる方法。２．前記入口が戻りダクトから燃焼室へ直接開放している２個以上の重ねた開口からなり、前記（ｄ）の段階が、粒子からなる層が前記入口の高さより上方に確実に来るように実行され、前記（ｅ）の段階が前記層から燃焼室へ直接粒子を導入するように実行される、請求の範囲第１項に記載の方法。３．粒子からなる層が搬送セクションと伝熱セクションとに分離され、（ｅ）の段階が粒子を搬送セクションから伝熱セクションへ、そしてそこから入口を介して燃焼室へ搬送するために実行される、請求の範囲第１項に記載の方法。４．（ｅ）の段階が、速度が０．５ｍ／ｓ以下の搬送ガスを戻りダクトに導入して戻りダクトの少なくとも一部においてゆっくりと吹き上がっている流動層を形成することによって実行される、請求の範囲第１項に記載の方法。５．（ｅ）の段階が搬送ガスの中の少なくとも若干を水平方向に前記層へ導入して層をなす粒子を入口に向かって動かすことにより実行される、請求の範囲第１項に記載の方法。６．（ｅ）の段階において戻りダクト中へ導入される搬送ガスの量を制御することにより戻りダクトにおける固形粒子からなる層の上面の高さを制御する段階をさらに含む、請求の範囲第１項に記載の方法。７．前記層の上面より下方の第１の予め設定の高さと前記層の上面より上方の別の第２の予め設定した高さとの間の戻りダクトにおける差圧であって、前記二種類の高さがその間で前記上面の実際の高さと最適の高さの双方を含むように選択されている差圧を測定することにより、かつ前記第１と第２の高さとの間の差圧に応答して（ｅ）の段階における搬送ガスの導入を制御することにより固形粒子からなる層の上面の高さを制御する段階をさらに含む、請求の範囲第１項に記載の方法。８．戻りダクト内の伝熱ゾーンにおける固形粒子からなる層との伝熱関係に伝熱流体を循環することにより装置から熱を回収する別の段階をさらに含む、請求の範囲第１項に記載の方法。９．戻りダクトに配置された蒸発器あるいは過熱器により戻りダクトにおいて蒸気を蒸発あるいは過熱する別の段階を含む、請求の範囲第８項に記載の方法。 10．伝熱ゾーンの少なくとも一部を通して流動ガスの流れを導入することにより伝熱ゾーンにおける熱回収を制御する別の段階を含む、請求の範囲第８項に記載の方法。 11．伝熱ゾーンに導入される流動ガスの流れの位置を制御することにより、あるいは伝熱ゾーンへ導入される流動ガスの流量を制御することにより、あるいは流動ガスの位置と流量の双方を制御することにより熱回収を制御する別の段階を含む、請求の範囲第１０項に記載の方法。 12．少なくとも二種類の高さにおいて流動ガスの流れの少なくとも一部を伝熱ゾーン中へ導入し、かつ異なる高さで導入されるガスの比率を制御することにより伝熱ゾーンにおける熱回収を制御する別の段階を含む、請求の範囲第１０項に記載の方法。 13．流動ガスの流れの少なくとも一部を伝熱ゾーンに、流動ガスの流れの別の部分を入口近傍に導入し、かつ伝熱ゾーンへ導入されるガスの比率を制御することにより伝熱ゾーンにおける熱回収を制御する別の段階を含む、請求の範囲第１０項に記載の方法。 14．戻りダクトへ導入される流動ガスの大部分が層の面の上方の戻りダクトの上部へ流入するのを阻止するために固形粒子の層の高さを制御する別の段階を含む、請求の範囲第１０項に記載の方法。 15．粒子分離器において分離された固形粒子を第２の戻りダクトを介して燃焼室中へ循環させる別の段階を含む、請求の範囲第１項に記載の方法。 16．燃焼室の壁の上で下方向の粒子の流れとして堆積する固形粒子を集め、集められた粒子を戻りダクト中へ導入し、粒子を戻りダクトから燃焼室へ循環させる別の段階を含む請求の範囲第１項に記載の方法。 17．（ａ）〜（ｅ）の段階が平均粒径分布が燃焼室における粒子のそれより小さい粒子からなる層を戻りダクトにおいて形成するために実行される、請求の範囲第１項に記載の方法。 18．（ｅ）の段階が、基本的に空気、不活性ガス、および循環された排煙かなる群から選択されたガスを利用して実行される、請求の範囲第１項に記載の方法。 19．粒子からなる高速流動層と、上部分における排出開口とを有する燃焼室と、燃焼室の上部分における排出開口に接続された粒子分離器と、上部分が粒子分離器に接続され、下部分が燃焼室に接続されている戻りダクトと、粒子分離器におけるガス出口とを含み、前記戻りダクトが燃焼室を上方に流れている粒子懸濁物から分離された固形粒子を収集して戻りダクトにおいて固形粒子からなる層を形成する手段を含んでおり、さらに前記戻りダクトの下部分を燃焼室に接続する少なくとも２個の重なった入口開口からなる入口手段と、戻りダクトの下部分との作動関係で配置され、粒子を前記戻りダクトから前記燃焼室中へ排出する入口手段に向かって、前記粒子を層から搬送する搬送ガスノズルとをさらに含む、循環流動層反応器装置。 20．前記入口手段が戻りダクトと前記燃焼室との間の共通壁に配設された少なくとも２個の重なった入口開口からなる、請求の範囲第１９項に記載の流動層装置。 21．前記入口手段が前記戻りダクトと、前記燃焼室とは別に接続された室との間の壁に配設された少なくとも２個の重なった入口開口を含む、請求の範囲第１９項に記載の流動層装置。 22．前記入口手段が前記燃焼室と前記戻りダクトとの間の共通壁に配置された２個以上の重なった水平あるいは傾斜したスロット状入口導管からなる、請求の範囲第１９項に記載の流動層装置。 23．前記水平あるいは傾斜スロット状導管がギルタイプ構造である、請求の範囲第２２項に記載の流動層装置。 24．前記入口導管が耐火材料から作られている、請求の範囲第２２項に記載の流動層装置。 25．前記入口導管が前記燃焼室と前記戻りダクトとの間の共通のメンブレン壁において水管を折り曲げることにより形成された開口に挿入される、請求の範囲第２２項に記載の流動層装置。 26．前記戻りダクトにおける層に配置された伝熱面をさらに含む、請求の範囲第１９項に記載の流動層装置。 27．前記戻りダクトにおける層に配置された過熱器および（または）蒸発器をさらに含む、請求の範囲第２６項に記載の流動層装置。 28．前記固形粒子からなる層を流動化するために前記戻りダクトに配置されたガスノズルをさらに含む、請求の範囲第２６項に記載の流動層装置。 29．前記搬送ガスノズルが伝熱を制御するために前記戻りダクト内の２個所以上のレベルで配置されている、請求の範囲第２８項に記載の流動層装置。 30．前記燃焼室と前記戻りダクトとの間の共通壁において前記ダクトの入口導管ゾーンに配置された１個以上の入口導管と、前記入口導管ゾーンからある距離をおいて伝熱ゾーンに配置された伝熱面と、入口導管ゾーンと伝熱ゾーンの双方に配置され伝熱を制御するガス導入ノズルとを含む、請求の範囲第２８項に記載の流動層装置。 31．前記燃焼室内の壁に隣接して配置され、上方に流れるガスと粒子との懸濁物から分離された粒子を集め、壁に沿って下方に流す第２の戻りダクトをさらに含む、請求の範囲第１９項に記載の流動層装置。