JPS632215B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、流動床式ガス化装置から外部への粒
状物質の流れを制御するための、そして、該物質
の含有物を常時サンプル抽出することができるよ
うにするためのドレンおよびサンプル抽出用弁組
立体に関する。

米国環境保護庁および各州当局は、化石燃料炊
き発電所に対する最大許容二酸化硫黄排出値を規
定する性能基準を設定しており、この基準に応じ
て蒸気発生装置の排ガスが大気へ放出される前に
該排ガスから二酸化硫黄を除去または洗浄するた
めの煙道ガス浄化装置が、従来から提案されてい
る。蒸気発生装置の排出口からは薄い二酸化硫黄
濃度を有する多量のガスが排出されるので、煙道
ガス浄化装置は、大型で高価なものとなる。

煙道ガスを処理することによつて二酸化硫黄の
排出量を制御するよりも、蒸気発生装置内で燃焼
させる前に燃料から硫黄を除去する方が有利であ
る。なぜなら、この段階では処理すべきガスの量
が大幅に少いからである。この目的のために、石
灰のような吸収材の流動床内で重燃料油または粒
状石灰のような燃料を部分燃焼させるようにした
ガス化プロセスが開発されている。このプロセス
では、石灰粒子との反応を通して脱硫が行われ、
発生した可燃排ガスを蒸気発生装置へ通し、慣用
のガスバーナで燃焼を完成させる。

吸収材（流動床内で粒状燃料が使用される場合
はその粒状燃料と共に）を連続的に循環させる場
合、床の作動条件を調節するためには床内の物質
の正確な状態を観察することが肝要である。例え
ば、床の良好な作動にとつて正確に一定量のカル
シウムが必須であるから床内の石灰石のカルシウ
ム含有量を知ることが肝要である。

従つて、本発明の目的は、燃料から硫黄が除去
されるようにしたガス化装置に使用するためのド
レンおよびサンプル抽出用弁組立体を提供するこ
とである。

本発明の他の目的は、実質的硫黄分のない生成
ガスを発生する化学的に活性の流動床に使用する
ためのドレンおよびサンプル抽出用弁組立体を提
供することである。

本発明の他の目的は、床物質の含有物を制御す
るために流動床の含有物を常時監視することを可
能にするドレンおよびサンプル抽出用弁組立体を
提供することである。

本発明の他の目的は、流動床のための支持格子
のところに配置した弁頭および弁座を備えてお
り、床物質のサンプルを抽出するために外部から
制御することができるドレンおよびサンプル抽出
用弁組立体を提供することである。

略述すれば、本発明のドレンおよびサンプル抽
出用弁組立体は、流動床のための支持グレート
（格子）から反応器（例えば蒸気発生装置）の外
部へ延長させたパイプと、支持グレートによつて
支持された弁座と、該パイプ内に配設され、パイ
プの長手方向に延長した弁棒と、該弁座と協同す
るように該弁棒の一端に取付けられた弁頭と、反
応器の外部に配置されており、流動床から前記パ
イプ内へ床物質の流入を制御するために弁棒の他
端部分と協同して弁棒をパイプに対して移動さ
せ、それにより弁頭を弁座に対して移動させる作
動子と、前記パイプの他端と協同し、該パイプか
らの床物質の排出を制御するための排出パイプ
と、床物質のサンプルを取るためのサンプル抽出
弁とから成る。

本発明の叙上およびその他の特長ならびに利点
は、以下に添付図を参照して記述する本発明の好
ましい実施例の説明から一層明らかになろう。

本発明のドレンおよびサンプル抽出弁組立体
は、第１図に参照番号１０によつて総体的に示さ
れた化学的に活性の流動床式ガス化装置に関連し
て説明する。ガス化装置１０は、断熱材を施され
た前壁１２、後壁１４、両側壁１５（第２図）、
底壁１６および頂壁１８を備えている。前壁１２
および後壁１４に平行に底壁１６と頂壁１８の間
に仕切壁２０が延設され、ガス化装置１０をガス
化部２２と再生部２４とに分割している。ガス化
部２２および再生部２４からそれぞれガスを排出
させるための排出口２６，２８が頂壁１８に設け
られている。

底壁１６の下に空気ダクト３０が延設されてお
り、ダクト３０は、好ましくは予備加熱された空
気を外部供給源から入口３２を通して受取るよう
になされている。

底壁１６には、ダクト３０から空気を受取り、
ガス化部２２および再生部２４内へ導入する複数
のＴ字形空気分配管組立体３６を挿通するための
孔が穿設されている。第２図に明示されているよ
うに、各管組立体３６は、底壁１６の孔を貫通し
て延長した垂直管３６ａと、該垂直管に接続さ
れ、底壁の直ぐ上に延設された水平管３６ｂを有
している。

ガス化部２２の下の底壁１６に設けられた孔を
通して複数の燃料分配管組立体３８が設けられて
いる。各燃料分配管組立体３８は、底壁１６の下
方に延設された水平管３８ａ（第２図）と、該水
平管に接続され、底壁１６の孔を通して挿設され
た垂直管３８ｂを有している。各水平管３８ａの
端部分は側壁１５を貫通して延長しており、燃料
源（図示せず）（好ましくは石油）に接続される
ようになされている。石灰石粒子のような吸収材
をガス化部２２内へ供給するための供給管４０が
側壁１５を貫通して設けられている。

ガス化部２２は、分割壁４２によつて２つの室
２２ａと２２ｂ（第２図）に分割されている。分
割壁４２は、仕切壁２０から後壁１４の手前にま
で延長しており、室２２ａと２２ｂを連通させる
通路２２ｃを画定している（第１図）。

仕切壁２０には、室２２ａを再生部２４に連通
させる入口スロツト４６（第１および２図）と、
室２２ｂを再生部に連通させる出口スロツト４８
が形成されている。

この構成によれば、ダクト３０から管組立体３
６を通してガス化部２２内へ空気が導入され、石
灰石と燃料油の混合物が室２２ｂから通路２２ｃ
を通つて室２２ａへ流れ、入口スロツト４６を通
つて再生部２４内へ流入し、再生部から出口スロ
ツト４８を経て室２６ｂへ再循環される。

ダクト３０からの空気は、燃焼量および放熱量
を制限するために完全燃焼に必要な理論値以下の
割合でガス化部２２へ導入される。全体のプロセ
ス（化学反応器過程）温度を制御するために排ガ
ス（煙道ガス）を不活性の熱吸収媒体として使用
する。燃料油の部分燃焼は、残りの燃料油を気化
させ分解させるのに十分な熱を供給する。この部
分燃焼の結果として、硫化水素（H₂S）が発生
し、それが石灰の流動床と反応して硫化カルシウ
ム（CaS）と水が生じる。この反応プロセスのガ
ス生成物は、実質的に硫黄を含まない、そしてバ
ナジウムを含まない燃料ガスであり、排出口２６
から流出する。

石灰（吸収材）による硫黄捕捉能力は、後述す
るように亜硫酸化された石灰を常時除去し、硫黄
を含まない石灰を補給することによつて維持す
る。最適な硫黄除去のために適正な石灰／硫黄比
の維持は、再生部２４において硫化カルシウムを
ダクト３０からの空気と反応させてSO₂を放逐す
ることにより石灰に再生することによつて行う。
再生部２４内での硫黄の焼却が完了すると、石灰
が再生され、ガス化部２２へ戻されて硫黄吸収材
として再使用に供される。再生部２４からのSO₂
含有量の多い排ガスは、排出口２８から流出し、
慣用の硫黄回収装置へ通されてSO₂を元素硫黄の
形で除去するために処理される。

本発明のドレンおよびサンプル抽出用弁組立体
５０は、第１図に概略的に示されており、第３〜
５図に詳細に示されている。第３図を参照して説
明すると、弁組立体５０は、空気ダクト３０およ
びガス化装置１０の底壁１６を貫通して延長し、
該底壁の上面より僅かに下に終端した垂直延長管
５２と、該管の上端に配設され、底壁１６の上面
と同一平面をなす位置まで延設されたテーパ付弁
座５４と、管５２内に延設され、上端に弁頭５８
を連結された中空弁棒５６を備えている。弁頭５
８は、弁座５４に対して補完関係をなすようにテ
ーパを付されており、該弁座と協同して以下に説
明するように管５２への床物質の流入を制御す
る。

管５２の下端は、三方ハウジング６０に接続さ
れ、該ハウジングは、図示のようにフランジ結合
により数個の要素に接続される。即ち、三方ハウ
ジング６０の第１の口には弁座５４および管５２
を通して排出される床物質を受取るための排出管
６２が接続されている。管６２にはそれを通して
の重力による床物質の流れを助成するための空気
圧式振動機６４が担持されており、管６２内に
は、また、圧力放出弁６６が設けられている。更
に、管６２には、該管から固形粒子冷却器７０へ
の床物質の排出を制御するためのドレン弁６８が
接続されている。

ハウジング６０の第２の口には、排出管６２に
比べて小径のサンプル抽出管７２が接続されてお
り、管７２には、管５２からハウジング６０に流
入してきた床物質の比較的少量を選択的に放出す
るための弁７４が配設されている。

作動器組立体７６はハウジング６０の第３の口
に接続されている。第４図を参照して説明する
と、作動器組立体７６は、ハウジング６０に連結
された外側ケーシング７８と、弁棒５６の下方ね
じ付部分に螺合したハンドル型作動器８０を備え
ている。詳述すれば、作動器８０は、弁棒５６に
螺合した雌ねじ付ヨークスリーブ８２に連結され
ており、作動器を回すと、弁棒５６が上下方向に
動かされ、それによつて弁頭５８が弁座５４に対
して移動されるようになされている。この弁棒の
上下摺動を支承するためにケーシング７４内に弁
棒を囲繞するパツキン組立体８３が設けられてい
る。

再び第３図を参照して説明すると、中空弁棒５
６の内部へ窒素などのパージガスを導入するため
のパージ管８４が弁棒の下端に接続されている。
また、管５２の内壁と弁棒５６との間の空間へパ
ージガスを導入することができるように管５２の
ダクト５０から外部へ延長した部分に継手管８６
が接続されている。パージガスは、管５２内に床
物質が詰るのを防止するためのものである。管８
４には、慣用の態様で温度測定を行うための熱電
対８８が接続されている。

弁頭５８は、第５図に示されるように、下端に
おいて弁棒５６の上端に螺着するようにねじを刻
設された円筒状部分９０と、中空弁棒５６の内孔
に連通する中央内孔および該中央内孔から外面に
まで延長した複数の斜行通路９４を有するテーパ
付頭部９２を備えている。この構成により、上述
したパージガスを頭部９２を通し、弁座５４に向
けて吹きつけることができる。頭部９２の上面に
はステンレススチール製のカバー９６が冠設さ
れ、複数のボルト９８によつて該頭部に固定され
ている。頭部９２の上面から１対のニツプル１０
０が突設されており、これをカバー９６の対応す
るスロツト１０２に嵌合させることによりカバー
と頭部との連結を強固にしている。カバー９６
は、熱に耐えるステンレススチールのような材料
で形成することが好ましいが、頭部９２は、より
安価な材料で形成することができる。

作動においては、ガス化部２２内の流動床の温
度は、管３８を通して床内へ導入する燃料を制御
することによつて所定の値（例えば1600〓＝871
℃程度）に維持し、燃焼および放熱量を制限する
ためにダクト３０からの空気は、管組立体３６を
通して完全燃焼に必要な理論量以下の割合でガス
化部２２へ導入する。燃料の燃焼により生じた排
ガスは、全体のプロセス温度を制御する不活性の
熱吸収媒体として使用する。

ガス化部２２へ導入される燃料油を理論量の約
25〜30％の空気量で部分燃焼させれば、燃料油を
部分的に燃焼させ、残りの燃料油を気化させ分解
するのに十分な熱が得られる。この部分燃焼の結
果として、硫化水素が生じ、それが石灰粒子の流
動床と反応して硫化カルシウムと水を生じる。こ
のプロセス（反応過程）のガス生成物は実質的に
硫黄を含まない。そしてバナジウムを含まない燃
料ガスであり、自然対流によりガス化部２２内を
上昇し、排出口２６を通つて流出し、例えば蒸気
発生装置の炉部のバーナなどの外部装置へ燃料と
して送給される。ガス化部２２内の石灰粒子の硫
黄捕捉能力は、硫酸化された石灰をドレンおよび
サンプル抽出用弁組立体５０を通して連続的に除
去し、供給管４０を通して床内へ硫黄分のない石
灰を補給することによつて維持する。

ダクト３０からの空気は、管組立体３６を通し
て再生部２４へも導入される。ガス化部２２内で
生じた硫化カルシウムは、上述したようにスロツ
ト４６および／またはスロツト４８を通して再生
部２４へ通され、再生部において酸化カルシウム
に変換され、高濃度の二酸化硫黄を含有した排ガ
スが生じる。即ち、酸化カルシウムが酸素の豊富
な再生部２４（好ましくは約1900〓＝1038℃の温
度）へ移送されると、下記の反応が生じる。

CaSO₄＋CaS＋O₂→2CaO＋2SO₂ この反応によつて生じた二酸化硫黄は、再生部
２４から排出口２８を通つて流出し、外部の装置
によつて元素硫黄の形で回収される。一方、酸化
カルシウムはスロツト４６および／またはスロツ
ト４８を通じてガス化部２２へ再循環され、硫黄
吸収材として再使用に供される。

本発明の範囲から逸脱することなく上述の構成
にいろいろな改変を行うことができる。例えば、
本発明は、上述したガス化装置に限定されるもの
ではなく、どのような型式の流動床式反応器にで
も適用することができる。また、本発明は、燃料
として油を使用する反応器に限定されるものでは
なく、粒状石炭を使用する流動床式反応器にも同
様に適用することができる。また、本発明のドレ
ンおよびサンプル抽出用弁組立体の数および配置
は、ここに例示したものに限定されず、必要に応
じて変更することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のドレンおよびサンプル抽出用
弁組立体を備えた流動床式ガス化装置の垂直断面
図、第２図は第１図の線２―２に沿つてみた断面
図、第３図は第１および２図のガス化装置の拡大
部分断面図で、本発明のドレンおよびサンプル抽
出用弁組立体を示す。第４図は第３図の弁組立体
の一部分の拡大断面図、第５図は第３図の弁組立
体の他の一部分の拡大断面図である。 図中、１０は流動床式ガス化装置（反応器）、
１６は底壁、５０はドレンおよびサンプル抽出用
弁組立体、５２は垂直延長管、５４は弁座、５６
は弁棒、５８は弁頭、６０はハウジング、６２は
排出管、６８はドレン弁、７２は抽出管、７４は
弁、８０はハンドル作動器、８４はパージ管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流動床式反応器のためのドレンおよびサンプ
   ル抽出用弁組立体において、前記反応器の外部の
   部位から流動床にまで延長した管と、該流動床に
   連通した弁座と、前記管内にその全長に亘つて延
   設された中空弁棒と、該弁棒の一端に取付けら
   れ、前記弁座と協同するようになされており、該
   弁棒の中空内部と連通し、該弁座の方に向けられ
   た複数の貫通通路を有する弁頭と、前記流動床か
   ら前記管内への床物質の流れを制御するために、
   前記反応器の外部に配置されており、前記弁棒の
   他端と協同して該弁棒を該管に対して移動させ、
   それによつて前記弁頭を弁座に対して移動させる
   ための作動手段と、前記管内に床物質が詰まるの
   を防止するために加圧ガスを該管内へ導入し、該
   管の内壁と前記弁棒の間の通路へ通すための手段
   と、前記弁座から床物質を吹払うために加圧ガス
   を前記弁棒内へ導入し、該弁棒内を通し前記弁頭
   の貫通通路を通して該弁座に吹きつけるための手
   段とから成るドレンおよびサンプル抽出用弁組立
   体。 ２ 前記管からの床物質の排出を制御するために
   該管の他端に接続した排出手段を備えている特許
   請求の範囲第１項記載のドレンおよびサンプル抽
   出用弁組立体。 ３ 前記管に接続された排出管と、該排出管から
   の床物質の排出を制御するための弁を備えた特許
   請求の範囲第２項記載のドレンおよびサンプル抽
   出用弁組立体。 ４ 前記流動床から前記管および排出管を通して
   重力により床物質を排出させるための手段を備え
   た特許請求の範囲第３項記載のドレンおよびサン
   プル抽出用弁組立体。 ５ 前記弁座は前記反応器の底壁によつて支持さ
   れている特許請求の範囲第１項記載のドレンおよ
   びサンプル抽出用弁組立体。