JP5872372B2 - Fluidized bed reactor and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、流動床反応炉及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a fluidized bed reactor and a method for producing the same.
従来、燃焼室の底部から供給される燃料及び空気を、珪砂等の循環粒体と混合して流動床(流動層)を形成しながら、燃焼室内で燃料を燃焼させ、この燃焼反応により、燃焼室の壁内を流れる水と熱交換する流動床ボイラが知られている(特許文献1参照)。燃焼室内で発生した排ガスは循環粒体と共に火炉の上部から排出され、流動床反応炉に併設されたサイクロンに導入される。サイクロンでは、排ガスと循環粒体との分離が行われ、分離された循環粒体は燃焼室の底部に再び導入されて循環する。 Conventionally, fuel and air supplied from the bottom of the combustion chamber are mixed with circulating particles such as silica sand to form a fluidized bed (fluidized bed), and the fuel is burned in the combustion chamber. There is known a fluidized bed boiler that exchanges heat with water flowing in a wall of a chamber (see Patent Document 1). The exhaust gas generated in the combustion chamber is discharged from the upper part of the furnace together with the circulating particles, and is introduced into a cyclone provided in the fluidized bed reactor. In the cyclone, the exhaust gas and the circulating particles are separated, and the separated circulating particles are reintroduced into the bottom of the combustion chamber and circulated.
燃焼室の上部から排出された循環粒体の大部分はサイクロンに導入されるが、その一部は、燃焼室の内壁面に沿って下方(火炉の底部)に向けて流下する。この際、循環粒体が燃焼室の内壁面を擦りながら流動して、燃焼室の内壁面が損耗し得る。通常、燃焼室の底部は下方に向かうにつれて縮径したテーパ形状を呈するため、循環粒体が当該底部に当たりやすく、当該底部において特に損耗が生じやすい。 Most of the circulating particles discharged from the upper part of the combustion chamber are introduced into the cyclone, but a part thereof flows down along the inner wall surface of the combustion chamber (bottom of the furnace). At this time, the circulating particles can flow while rubbing the inner wall surface of the combustion chamber, and the inner wall surface of the combustion chamber can be worn. Usually, the bottom of the combustion chamber has a tapered shape with a diameter reduced as it goes downward, so that the circulating particles tend to hit the bottom, and the bottom is particularly susceptible to wear.
この損耗への対策として、特許文献1では、燃焼室の内壁面に溶射膜を形成している。しかしながら、流動床反応炉を長期間運転していると、循環粒体との接触によって溶射膜も損耗し得る。そのため、流動床反応炉のメンテナンス時に、溶射膜を形成しなおす作業や肉盛り溶接作業が発生し、追加的なコストが生ずる場合がある。
As a countermeasure against this wear, in
そこで、本発明は、燃焼室の内壁面を循環粒体による損耗から保護し、メンテナンス費用を抑制できる流動床反応炉及びその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a fluidized bed reactor capable of protecting the inner wall surface of a combustion chamber from wear due to circulating particles and suppressing maintenance costs, and a method for manufacturing the same.
本発明に係る流動床反応炉は、内部に供給された燃料及び空気と循環粒体とが上方に向けて流動しながら混合され、内部で燃料の燃焼が行われる燃焼室を備え、燃焼室の底部は、下方に向かうにつれて縮径したテーパ形状を呈し、底部の内壁面には、モース硬度が7以上の粒体で構成された保護層が形成されている。 A fluidized bed reactor according to the present invention includes a combustion chamber in which fuel and air supplied therein and air and circulating particles are mixed while flowing upward, and combustion of fuel is performed inside. The bottom portion has a tapered shape that is reduced in diameter as it goes downward, and a protective layer made of granules having a Mohs hardness of 7 or more is formed on the inner wall surface of the bottom portion.
本発明に係る流動床反応炉では、モース硬度が7以上の粒体で構成された保護層が、燃焼室底部の内壁面に形成されている。燃焼室内を循環する循環粒体は主として珪砂であるので、珪砂と同等以上の硬さを有する粒体で保護層を構成することで、循環粒体による損耗から燃焼室の内壁面を効果的に保護できる。その結果、メンテナンス費用の抑制が実現される。 In the fluidized bed reactor according to the present invention, a protective layer composed of granules having a Mohs hardness of 7 or more is formed on the inner wall surface of the bottom of the combustion chamber. Since the circulating particles that circulate in the combustion chamber are mainly silica sand, the inner wall surface of the combustion chamber can be effectively removed from the wear caused by the circulating particles by forming a protective layer with particles having hardness equal to or higher than that of silica sand. Can protect. As a result, maintenance costs can be reduced.
粒体の粒径は0.2mm〜0.4mmでもよい。この場合、粒体の粒径は循環粒体の粒径と同等程度であるので、保護層から粒体が脱落し難くなる。またこの場合、燃焼室底部の内壁面に粒体を衝突させて保護層を形成する際に、当該内壁面に粒体が食い込んで付着し易くなる。 The particle size of the granules may be 0.2 mm to 0.4 mm. In this case, since the particle size of the particles is about the same as the particle size of the circulating particles, it is difficult for the particles to fall off from the protective layer. Further, in this case, when forming the protective layer by colliding the particles with the inner wall surface of the bottom portion of the combustion chamber, the particles easily bite and adhere to the inner wall surface.
粒体は珪砂又はアルミナ粉末でもよい。 The granules may be silica sand or alumina powder.
本発明に係る流動床反応炉の製造方法は、内部に供給された燃料及び空気と循環粒体とが上方に向けて流動しながら混合され、内部で燃料の燃焼が行われる燃焼室を備え、燃焼室の底部が下方に向かうにつれて縮径したテーパ形状を呈する流動床反応炉を製造する方法であって、底部の内壁面に、モース硬度が7以上の粒体を衝突させることで、内壁面に保護層を形成する工程を含む。 The method for producing a fluidized bed reactor according to the present invention includes a combustion chamber in which fuel and air supplied therein and air and circulating particles are mixed while flowing upward, and fuel is burned inside, A method of manufacturing a fluidized bed reactor having a tapered shape with a diameter reduced as the bottom of the combustion chamber heads downward, by causing a granule having a Mohs hardness of 7 or more to collide with an inner wall of the bottom. Forming a protective layer.
本発明に係る流動床反応炉の製造方法では、燃焼炉底部の内壁面に、モース硬度が7以上の粒体を衝突させることで、当該内壁面に保護層を形成している。燃焼室内を循環する循環粒体は主として珪砂であるので、珪砂と同等以上の硬さを有する粒体で保護層を構成することで、循環粒体による損耗から燃焼室の内壁面を効果的に保護できる。その結果、メンテナンス費用の抑制が実現される。 In the method for manufacturing a fluidized bed reactor according to the present invention, a protective layer is formed on the inner wall surface by colliding particles having a Mohs hardness of 7 or more against the inner wall surface of the bottom of the combustion furnace. Since the circulating particles that circulate in the combustion chamber are mainly silica sand, the inner wall surface of the combustion chamber can be effectively removed from the wear caused by the circulating particles by forming a protective layer with particles having hardness equal to or higher than that of silica sand. Can protect. As a result, maintenance costs can be reduced.
保護層を形成する工程では、粒体を10m/s〜15m/sの速度で内壁面に衝突させてもよい。この場合、燃焼室底部の内壁面に粒体が食い込んで付着し易くなる。 In the step of forming the protective layer, the particles may collide with the inner wall surface at a speed of 10 m / s to 15 m / s. In this case, the particles are likely to bite into and adhere to the inner wall surface of the bottom of the combustion chamber.
粒体の粒径は0.2mm〜0.4mmでもよい。この場合、粒体の粒径は循環粒体の粒径と同等程度であるので、保護層から粒体が脱落し難くなる。またこの場合、燃焼室底部の内壁面に粒体を衝突させて保護層を形成する際に、当該内壁面に粒体が食い込んで付着し易くなる。 The particle size of the granules may be 0.2 mm to 0.4 mm. In this case, since the particle size of the particles is about the same as the particle size of the circulating particles, it is difficult for the particles to fall off from the protective layer. Further, in this case, when forming the protective layer by colliding the particles with the inner wall surface of the bottom portion of the combustion chamber, the particles easily bite and adhere to the inner wall surface.
粒体は珪砂又はアルミナ粉末でもよい。 The granules may be silica sand or alumina powder.
本発明によれば、流動床反応炉及びその製造方法において、燃焼室の内壁面を循環粒体による損耗から保護し、メンテナンス費用を抑制できる。 According to the present invention, in the fluidized bed reactor and the manufacturing method thereof, the inner wall surface of the combustion chamber can be protected from wear due to the circulating particles, and maintenance costs can be suppressed.
本実施形態に係る流動床反応炉1について、図1〜図3を参照して説明する。流動床反応炉1は、循環流動床(CFB:Circulating Fluidized Bed)ボイラとも呼ばれる。なお、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。
A fluidized
図1及び図2に示されるように、流動床反応炉(火炉)1は、内部が中空の管状部材である。流動床反応炉1の上下端はそれぞれ閉塞されている。流動床反応炉1の内部は、燃料の燃焼が行われる燃焼室10とされる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the fluidized bed reactor (furnace) 1 is a tubular member having a hollow interior. The upper and lower ends of the fluidized
燃焼室10は、下方に向かうにつれて縮径したテーパ形状を呈する底部12と、底部12の上端と連なると共に略同一径で鉛直方向に延びる上部14とを有する。底部12の側壁には、流動床反応炉1に併設されたサイクロン100と連通する開口16が形成されている。底部12の底壁には、燃焼空気を燃焼室10内に供給するための開口(図示せず)が複数形成されている。上部14の側壁には、サイクロン100と連通する連通流路18が設けられている。
The
燃焼室10内には、主として珪砂が充填されている。珪砂は燃焼室10内において下方から上方に向けて流動し、排ガスを随伴しながら連通流路18を介してサイクロン100内に導入される。サイクロン100内では、排ガスと珪砂との分離が行われる。排ガスから分離された珪砂は、サイクロン100の下部から開口16を介して燃焼室10の下部に至る。本実施形態において、珪砂は循環粒体として機能し、サイクロン100は固気分離器として機能する。
The
燃焼室10内では、底部12の底壁から燃焼空気が供給され、燃焼室10の下部から燃料(固形物)が供給されると、燃焼空気により燃料を含む固形物が循環粒体と共に上方に向けて流動しながら燃焼する。
In the
燃焼室10を構成する炉壁20は、図3に示されるように、炉壁20の周方向(図の左右方向)に並設した水壁チューブ(炉壁管)22同士を平板状のフィン24で連結した所謂メンブレンパネルで構成されている。この水壁チューブ22は、燃焼室10内での燃焼反応による熱を、当該水壁チューブ22内に流れる水と熱交換する。
As shown in FIG. 3, the
本実施形態において、燃焼室10の底部12における内壁面には、モース硬度が7以上の粒体で構成された保護層26が形成されている。モース硬度が7以上の粒体としては、例えば、珪砂又はアルミナ粉末などが挙げられる。特に、保護層26が珪砂で構成されていると、保護層26の粒体と循環粒体とが共に同じ物質(珪砂)となるので、保護層26がより損耗し難い。
In the present embodiment, a
保護層26は、燃焼室10の底部12の内壁面に、モース硬度が7以上の粒体を衝突させることで形成される。この際、粒体を10m/s〜15m/sの速度で当該内壁面に衝突させてもよい。この場合、燃焼室10の底部12の内壁面に粒体が食い込んで付着し易くなる。サンドブラスト等を用いて粒体を当該内壁面に衝突させてもよいし、流動床反応炉1の運転中に循環粒体(珪砂)を燃焼室10内で流動させることで循環粒体を当該内壁面に衝突させてもよい。「流動床反応炉1の運転中」とは、初運転時、運転継続中、又は燃焼室10内に循環粒体が存在するが燃料等が存在しない空焚き運転中などを含む。
The
粒体の粒径は0.2mm〜0.4mmでもよい。この場合、粒体の粒径は循環粒体の粒径と同等程度であるので、保護層26から粒体が脱落し難くなる。またこの場合、燃焼室10の底部12の内壁面に粒体を衝突させて保護層26を形成する際に、当該内壁面に粒体が食い込んで付着し易くなる。
The particle size of the granules may be 0.2 mm to 0.4 mm. In this case, since the particle size of the granule is about the same as the particle size of the circulating granule, it is difficult for the granule to fall off from the
以上のような本実施形態では、モース硬度が7以上の粒体で構成された保護層26が、燃焼室10の底部12の内壁面に形成されている。燃焼室10内を循環する循環粒体は主として珪砂であるので、珪砂と同等以上の硬さを有する粒体で保護層26を構成することで、循環粒体による損耗から燃焼室10の内壁面を効果的に保護できる。その結果、メンテナンス費用の抑制が実現される。
In the present embodiment as described above, the
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、燃焼室10の底部12の内壁面全面に保護層26を形成してもよいし、燃焼室10の上部14の内壁面全面に保護層26を形成してもよい。経験上、燃焼室の内壁面のうち損耗が著しいと分かっている箇所にのみ保護層26を形成してもよい。
Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, the
1…流動床反応炉、10…燃焼室、12…底部、20…炉壁、26…保護層。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記燃焼室の底部は、下方に向かうにつれて縮径したテーパ形状を呈し、
前記底部の内壁面には、モース硬度が7以上の粒体で構成された保護層が形成されている、流動床反応炉。 The fuel and air supplied to the inside and the circulating particles are mixed while flowing upward, and includes a combustion chamber in which fuel is burned,
The bottom of the combustion chamber has a tapered shape that is reduced in diameter toward the bottom,
A fluidized bed reactor in which a protective layer composed of granules having a Mohs hardness of 7 or more is formed on the inner wall surface of the bottom.
前記底部の内壁面に、モース硬度が7以上の粒体を衝突させることで、前記内壁面に保護層を形成する工程を含む、流動床反応炉の製造方法。 Fuel and air supplied to the inside and the circulating particles are mixed while flowing upward, and a combustion chamber in which fuel is combusted is provided. The diameter of the combustion chamber is reduced as the bottom of the combustion chamber goes downward. A method for producing a fluidized bed reactor having a tapered shape,
A method for producing a fluidized bed reactor, comprising a step of forming a protective layer on the inner wall surface by colliding particles having a Mohs hardness of 7 or more against the inner wall surface of the bottom.
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