JPS6324201B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は流動床に関し、特に排出される空気と
気体状の燃焼生成物から随伴する粒子状の床材料
を分離する邪魔板装置が設けられている流動床熱
交換器に関する。

流動床の使用は、熱発生手段として魅力的な手
段であることが認識されている。この種の装置に
おいては、不活性な物質と石炭のような化石燃料
との混合物とから成る粒子状物の床に空気を流し
て床を流動化し燃料の燃焼を促進させている。流
動床装置を水蒸気発生器，ボイラー，気化器等と
して利用した場合には、高い熱量が放出され、床
内の面への熱伝達が改善され、装置が小型になる
という魅力的な複合効果が得られる。

流動床反応プロセスでは常に、未反応又は部分
的に反応した粒子が空気に随伴し、床から上方に
流れる燃焼生成物は一般に「フリーボード・スペ
ース」と呼ばれる床の直ぐ上の区域に逃れ出る。
熱損失を少なくし入口温度を高く保つために、こ
の種の装置では、フリーボード・スペースの高さ
が最適値よりも低くなるよう制限されるよう設計
せねばならないことが多い。

然し乍ら、フリーボード・スペースの高さを上
記のように制限することは不利益を伴なう。例え
ば、気体のフリーボード・スペース内滞留時間が
短くなり、その結果として燃焼効率が最適燃焼効
率以下になる。又、フリーボード・スペースの高
さの制限は、フリーボード・スペースの温度を床
の操業温度，操業温度以上の温度又は操業温度付
近の温度に保持することにより床上方で熱運動力
学的により完全な反応を促進させようとする設計
上の目標と矛盾する。更に、気体状の燃焼生成物
の分布不良を来たし、燃焼生成物が一酸化炭素及
び炭化水素類に富み過ぎるものとなる結果、不完
全燃焼になる。

従つて、本発明の目的は、フリーボード・スペ
ースの高さを比較的低くし、しかも上述の不利益
を取り除いた流動床熱交換器を提供することであ
る。

本発明の他の目的は、同一寸法の同様な床と比
較した場合に床粒子のフリーボード・スペース内
滞留時間を増大させる構成の流動床熱交換器を提
供することである。

本発明の更に別の目的は、空気と気体状燃焼生
成物の乱流を激しくして、反応効率を改善し気体
と固体との接触をより良好にするよう構成した流
動床熱交換器を提供することである。

本発明のもう一つの目的は、流動床の上方のフ
リーボード・スペースの内部に配設される邪魔板
装置であつて、空気と気体状燃焼生成物に随伴す
る粒子状物質と衝突させて随伴する粒子状物質を
除去し重力によつて床に落下させるよう構成した
邪魔板装置を提供することである。

本発明の更にもう一つの目的は、上記の邪魔板
に近接したところから熱吸収媒体を床に向けて下
方に噴射することにより、より完全な反応を促進
し床表面全面の制御を行なうよう構成した流動床
熱交換器を提供することである。

本発明の更に別の目的は、上記の邪魔板装置に
近接したところから充分な量の追加空気を床に向
けて下方に噴射することにより、燃焼工程を完了
させるよう構成した流動床熱交換器を提供するこ
とである。

本発明の更に別の目的は、フリーボード区域内
に、空気と燃焼生成物とを上述の邪魔板装置に向
けて流す手段を設けた流動床熱交換器を提供する
ことである。

上述の目的及びその他の目的を達成するため
に、本発明による熱交換器は、ハウジングの内部
に支持されていて、少なくとも一部分が燃焼可能
な粒子状物質から成る床を受容する格子を有す
る。空気は格子及び粒子状物質の床を通つて流
れ、粒子状物質を流動化させ燃焼可能な物質の燃
焼を促進させる。邪魔板装置は床の上方に位置し
ており、空気と気体状燃焼生成物に随伴する粒子
状物質と衝突して粒子状物質を空気及び気体状燃
焼生成物から除去し重力によつて落下させて床に
戻す。一連の管区画がハウジング内部に設けられ
ていて、空気と気体燃焼生成物とを邪魔板装置に
向けて流し、熱吸収媒体が邪魔板装置に近接した
ところから下向きに床に向けて噴射される。

本発明についての上述の簡単な説明並びに本発
明の更に別の目的，特徴及び利点は、添附の図面
を参照しつつ、現時点における好ましい実施例で
はあるが例証ではない本発明の実施例についての
以下の詳細な説明を読むことにより完全に理解で
きるものと考える。

本発明の特徴を備えた流動床水蒸気発生器を示
す図面の第１図において、参照符号１０は、前部
壁１２と、後部壁１４と符号１６で示す二面の側
壁とから成る囲繞体全体を示す。囲繞体１０の上
部は図示の都合上省いてあるが、対流区域と、屋
根部分と、常法に従つて空気と燃焼気体類とから
成る混合物を囲繞体１０から排出する出口とから
成る。

全体を参照符号１８で示す粒子状物質床が囲繞
体１０（本実施例の場合はボイラー１０）の内部
に配設されていて、囲繞体１０の下部に水平に延
びる孔をあけた格子２０の上に乗つている。床１
８は、不活性な物質と歴青炭のような燃料物質と
の別個の粒子から成るものであれば良い。格子２
０の直ぐ下方には空気充満室２２が設けられ、ボ
イラーの後部壁１４を貫いて空気入口２４が設け
られて室２２と連通し外部空気源（図示せず）か
ら室２２に空気を分配している。常法に従い、風
戸などの制御装置（図示せず）によつて室２２へ
の空気の分配を制御できることが理解できよう。

床着火用バーナー２６が前部壁１２を貫通して
格子２０の上方に取りつけられ、燃焼開始時の最
初の床１８の着火を行なう。

容易に理解できるように、複数の供給器を壁１
２，１４又は１６の一つ又は二つ以上に設けて、
例えば石炭のような粒子状燃料物質を囲繞体１０
の床１８の上方区域に導入し床１８に連続的に燃
料物質を供給することもできる。又、消費された
粒子状物質を床から除去する排出装置を配設して
もよい。これらの構成部材は本発明の構成要素で
はないから、図面にも示さず詳細な説明も加えな
い。

第１図及び第２図に最もわかり易く示すよう
に、各壁１２，１４及び１６は、鉛直方向に延び
る複数の離間した管２８によつて形成されてい
て、各管の全長にわたつて直径方向で向かい合つ
た個所から延びる連続したフイン３０を有する。
隣接する管２８のフイン３０は一体に連接され、
その結果得られる壁構造体を気密にしている。図
面には示してないが、適当なヘツダー、下降管等
を設けて、外部源から水を壁１２，１４及び１６
の下部部分に導入し、壁を通つて水を上方に流し
て流動床から供給される熱により水を水蒸気に変
えることができる。

又、流動床から水に更に熱を与えるために、囲
繞体１０の床１８の上方に一群の管列３２が設け
られており、第１図にこれらの管列の一つを図示
してある。各管は、ハウジングの外部に後部壁１
４に隣接して設けられた入口ヘツダー３４から曲
りくねつて同様にハウジング１０の外部に設けら
れた出口ヘツダー（図示せず）に延びている。管
列の残りの管３２は図面に垂直で図示した管３２
に対して平行に延びている。これらの管３２は、
管を通つて流れる水に更に熱を与えて、過熱，再
加熱等の目的を達成するために設けられるもので
ある。

複数個の離間した平行な山形片３６が囲繞体１
０の内部の床１８の直ぐ上方で水平方向に延びて
いる。この山形片３６は側壁１６の中間にハウジ
ングの幅方向を横切つて延びていて、常法に従
い、耳部，支持ビーム又は囲繞壁取付部等によつ
て相対的に端部が側壁１６に支持されている。山
形片３６はその頂点を上にして配設され、各山形
片３６の内部には分配器即ち分配パイプ３８が入
れ子式に挿入されていて山形片の全長にわたつて
延びている。第２図に示すように、複数のパイプ
３８が離間した平行な関係を保つて２本のヘツダ
ー４０及び４２（第２図参照）の中間部分に延び
ており、外部源からパイプ３８に熱吸収媒体を分
配する。第１図に示すように、パイプ３８の下部
には複数の孔部即ち排出開口部が形成されてい
て、熱吸収媒体は外に向かい下向きに従つて床１
８に向けて排出される。分配器３８から噴射され
た熱吸収媒体の例としては、空気，液体，煙道ガ
ス又は還流塵埃又は還流物質、更には新しい石灰
石のような受容体を挙げることができる。このよ
うにして、フリーボード・スペースの内部の検知
可能な熱を吸収させ、同時に受容体によつて空気
と気体状燃焼生成物との混合物からCO₂を除去す
ることができ、しかも囲繞体１０と組み合わせら
れた出口の容量に過負荷をかけないようにするこ
とができる。又、熱吸収媒体として空気を使用し
た場合には、床中の粒子状燃料物質を完全に燃焼
させるに充分な量の空気を噴射することができ
る。

第１図中に参照符号４４を付して１本だけ図示
してある複数の鉛直パイプをヘツダー４０及び４
２に接続し、これらの鉛直パイプに小孔部を設け
て、囲繞体１０中に更に熱吸収媒体を追加して放
出することもできる。

管４６は山形片３６の直ぐ下方で床１８の上面
よりも上方に配設されている。管４６は曲がつた
形にしてあり、その結果、複数の離間した管区画
４６ａが形成される。第２図に示すように、管４
６の端部は対応する側壁１６から外部に延びてお
り、冷却流体源に接続することができ、この冷却
流体源は壁部１２，１４及び１６を構成する管２
８と管３２とに水を供給する冷却流体源と同一で
あつてもよい。第１図及び第３図からわかるよう
に、管区画４６ａは山形片３６及び分配パイプ３
８に対して食い違い偏心した関係に配設されてお
り、そのような関係であるため、詳細については
後述する理由により床１８からの空気と気体類と
を山形片及び分配パイプに向かわせる。

運転時には、空気が入口２４から室２２に導入
され、格子２０を通過して上方に流れて床内に入
り床１８の粒子状物質をゆるめて床を流動化させ
る。床１８が所定の温度に昇温され粒子状燃料物
質の燃焼が維持されるようになるまで着火バーナ
ー２６で着火し、その後は、着火バーナーを切り
所定の床温度を維持するに必要な量の新しい粒子
状燃料物質を加える。

第３図に示すように、床１８から上方に流れる
空気と気体状燃焼生成物との混合物は、管区画４
６ａが山形片３６に対して食い違つた関係に配設
されているために、屈曲した経路に沿つて流れ
る。管区画４６ａの助けにより上記混合物は山形
片３６と分配パイプ３８に向かつて流れることに
より、そこで混合物は山形片及び分配パイプに当
たり、混合物中に随伴している粒子状物質が分離
し、粒子状物質は重力によつて落下して床に戻
る。これにより、随伴する粒子の反応時間が長く
なるのは勿論であるが、それに加えて、フリーボ
ード内での乱流が激しくなり、より完全な反応が
促進されるとともに不均一な燃焼気体と空気とが
強制的に混合されるので生成物が均一になる。

分配パイプ３８によつて、マニホルド４０及び
４２から床１８に向けて熱吸収媒体が分配される
ことにより、より完全な反応が促進されるととも
に床温度が制御される。即ち、ピーク温度が低下
ないし制限され、火玉発生区域の固有の激烈な作
用が緩和される。又、分配パイプ３８からの熱吸
収媒体は、随伴する粒子状物質を下方に押し床に
戻す作用をする。

パイプ４４を利用してフリーボード区域又は直
接に床に追加の熱吸収媒体を噴射し、冷却を行な
うとともに、フリーボード区域内を上方に流れる
空気と気体類との混合物に同伴される可能性のあ
る細かい塵埃を吹き飛ばすことができる。

ここで注目すべきことは、山形片３６と分配パ
イプ３８と管区画４６ａとが床の上方において放
熱スクリーンとして働いて、フリーボード区域に
おける反応をより完全にするに充分な反応熱を保
持するということである。

壁１２，１４及び１６を通過する流体の供給源
と同一の供給源から供給される冷却流体を管４６
に導入し管区画４６ａを介して流し、これらの管
区画を低温に保持するとともにフリーボード区域
の温度制御の補助手段とすることもできる。

上述の構成の結果、フリーボードの高さを制限
して熱損失を低下させてガス・タービン発電機へ
の入口温度を高温に保ち、しかも上述の諸欠点を
取り除くことができる。

本発明による流動床熱交換器の別の実施例を第
４図に示すが、同一の部材には同一の参照符号を
付してある。第４図の実施例において、後部壁１
４は前部壁１２よりも高く、後部壁の上部にガス
排出開口部５０が形成されている。図示したよう
に、囲繞体１０には屋根５２が設けられ、前部壁
１２から後部壁１４に向かつて上向きに傾いた屋
根５２がある。このような配置にすることによ
り、空気と気体状燃焼生成物との混合物は、第４
図中に矢印で示すように、上方に向けて且つ右側
に向かつて流れる。山形片３６、ガス分配器３８
（従つて、ヘツダー４０及び４２）及び管４６は、
ハウジングの上部右側の隅の排出口５０に隣接し
て配置されており、水平方向に対して一定角度傾
いた面内に配設されている。このような配置の結
果、床１８から上方に流れる空気及び気体類は、
前述の実施例の場合と同様にして各部材の上方を
通過する。従つて、第４図の実施例の場合も、第
１図ないし第３図の実施例で開示したと同じ利益
及び特徴が得られる。

本発明によれば、同伴された粒子状物質と衝突
して空気及び気体状燃焼生成物から、これらの粒
子状物質を除去するために、ハウジングの内部の
粒子状物質の床１８と排出手段（囲繞体に組み合
わせられた出口）との間に、複数の離隔された邪
魔板部材（山形片３６）が配設されている。差向
け手段（管４６）は、１つの差向け要素を含み、
この差向け要素は、少くともこれらの邪魔板部材
の近傍から床に向つて下方に熱吸収媒体を噴射す
る噴射手段（分配パイプ３８）に対しても、該邪
魔板部材に対しても食い違い状にずれた配置とし
た複数の区画（管区画４６ａ）を備えている。こ
の構成によつて、空気と気体状燃焼生成物との混
合物を山形片３６と分配パイプ３８とに差向け、
これらと衝突させることにより、混合物中に同伴
された粒子状物質を分離させる。これらの分離さ
れた粒子状物質は重力によつて床上に落下する。
そのため同伴された粒子の反応時間が長くなり、
フリーボード区域の乱流が強められ、生成物のよ
り完全な反応及び一様さが保証される。山形片３
６、分配パイプ３８及び管４６は、フリーボード
区域により完全な反応を生じさせるだけの所要の
高反応熱をフリーボード区域に保つための床１８
の上方の放熱スクリーンとして作用する。熱吸収
媒体は、分配パイプ３８から排出させるが、これ
は床温度をピーク値から減少させたり制限したり
する場合又は火玉域の作用の強さを低減させたり
する場合にのみ行なう。このように、分配パイプ
３８からの熱吸収媒体の排出は、前述したように
放熱スクリーンを形成することに対する逆の作用
をするものではなく、特別の必要が生じた時にの
み、即ち、多少とも通常でない事情の下にのみ使
用される。

以上の説明においては、例示の目的で、本発明
の両実施例を水蒸気発生器と関連させて説明した
が、本発明の技術的思想の範囲内において、たと
えばボイラー，燃焼器，気化器のような他の型の
流動床熱交換器として利用することができること
は容易に理解できるところであると信ずる。

上述の開示範囲内で多くの修正，変更，代替が
可能であり、場合によつては、本発明の幾つかの
特徴を採用することなく残りの特徴を生かした応
用も考えられる。従つて、特許請求の範囲の記載
は広く解釈されるべきであり、本発明の技術的思
想及び範囲に一致させた解釈がなされるべきであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による流動床熱交換器の一部
分の鉛直断面図である。第２図は、第１図の２−
２線に沿つて切断した断面図である。第３図は、
第１図の構成の一部分の拡大断面図である。第４
図は、本発明の別の実施例を示す部分鉛直断面図
である。 １０……囲繞体（ボイラー，ハウジング）、１
８……床、２０……格子、３６……山形片、３８
……分配パイプ、４６……管、４６ａ……管区
画。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ハウジングと、該ハウジング中に支持され、
   少くとも一部が可燃性である粒子状物質の床を受
   けいれるようになつた格子手段と、該格子手段及
   び該粒子状物質の床を経て空気を導入して該床を
   流動化すると共に該可燃性物質の燃焼を促進する
   ための空気導入手段と、該ハウジングの上部に配
   設してあり、該空気及び気体状燃焼生成物を該ハ
   ウジングから排出させるための排出手段と、該ハ
   ウジング中の複数の互いに隔てられた邪魔板部材
   を含む邪魔板手段とを有し、該邪魔板部材は、該
   空気及び気体状燃焼生成物中の同伴された粒子状
   物質と衝突してこれらの粒子状物質を該空気及び
   該気体状燃焼生成物から除去し、該粒子状物質を
   重力作用によつて該床に落下させるように、該粒
   子状物質の床と該排出手段との間に配設してあ
   り、更に、該空気及び気体状燃焼生成物を該邪魔
   板手段の方に差向けるために、該ハウジング中に
   配設された差向け手段を有し、該差向け手段は、
   該邪魔板部材に対して食い違い関係に位置をずら
   せて配された複数の区画を有する少くとも１つの
   要素を含み、更に、該床中の温度を制御するため
   に該邪魔板手段の付近から該床に向つて下方に熱
   吸収媒体を噴射する噴射手段を有し、該邪魔板手
   段と該差向け手段及び該噴射手段は、該床の下部
   中に熱を保持するために該床の上方の放熱スクリ
   ーンとして一緒に作用するようにした流動床熱交
   換器。