(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣接する流動層の間において略水平方向に延びる複数の長軸状の流量制御ノズルを略垂直に並べて有しており、
該流量制御ノズルのそれぞれには、流動気体を噴出する複数の噴出孔が該流量制御ノズルの軸方向に垂直に向けて設けられている、粒子移動量制御装置。
【請求項２】
流動気体を噴出していないときに粒子の移動に対して抵抗となるように前記流量制御ノズルの間隔が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の粒子移動量制御装置。
【請求項３】
前記流量制御ノズル間のすきまと流量制御ノズルの上下方向の厚みとの比が１０以下であることを特徴とする請求項２に記載の粒子移動量制御装置。
【請求項４】
前記流量制御ノズルに流動気体を供給する管路に流量調整弁を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の粒子移動量制御装置。
【請求項５】
前記流量制御ノズルのそれぞれの入口管路に流量調整弁を設けたことを特徴とする請求項４に記載の粒子移動量制御装置。
【請求項６】
前記流量制御ノズルのそれぞれの入口管路に開閉弁を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の粒子移動量制御装置。
【請求項７】
前記流動気体を供給する管路に分岐管路を設けて粒子が移動する先の流動層の上部空間と接続するとともに、同分岐管路に流量調整弁を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の粒子移動量制御装置。
【請求項８】
隣接する第１の流動層と第２流動層の間において第１の流動層から第２の流動層への粒子の移動を制御する流量制御ノズルを有しており、該第２の流動層下部に流動気体を供給する流路に分岐流路を設けて前記第２の流動層の上部空間と接続するとともに、同分岐流路に流量調整ダンパを設けて、前記第１の流動層から前記第２の流動層への粒子の移動を停止させるよう、前記流量制御ノズルから噴出する流動気体量と前記流量調整ダンパ開度とを制御する、粒子移動量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流動層装置において、非機械的方法により粒子の移動量を制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は、粒子移動量制御を必要とする代表的な固気反応装置である循環流動層ボイラの概念図である。
同図に示すように循環流動層ボイラは、高速流動層を形成し、その中で燃焼がおこなわれている、コンバスタ１を有する。
コンバスタ１内で高速流動層を形成している粒子とガスは、コンバスタ１を出て、サイクロン２に送られる。そこで分離された粒子は粒子循環制御部３に導びかれ、一部は冷却せずにそのままホットリサイクル系４、一部は蒸気の発生や過熱によって冷却され、コールドリサイクル系５からコンバスタ１へもどる。
【０００３】
サイクロン２を出たガスは、対流伝熱面６で熱交換され、バグフィルタ７、誘引ファン８、煙突９を経て大気に放出される。
燃焼に必要な空気は、ブロア１０ａ，１０ｂから、粒子循環制御に必要な空気は、ブロア１１と空気源１２から供給される。
【０００４】
図１２は従来技術による粒子循環制御部３の概念的断面図である。
粒子循環制御部３の内部は３つの流動層２０ａ，２０ｂ，２０ｃに分かれており、それぞれブロア１１から供給される空気が風箱２１ａ，２１ｂ，２１ｃ、ノズル２２ａ，………，２２ｍを経て供給される。この空気により流動層２０ａ，２０ｂ，２０ｃが形成される。
サイクロン２（本図には図示せず）で分離された粒子は、流動層２０ｂに入りその一部は、高温のまま無冷却で、流動層２０ａを経てホットリサイクル系４からコンバスタ１（本図には図示せず）へ循環する。
【０００５】
他の一部の粒子は、流動層２０ｂから流動層２０ｃへ入り伝熱面２４で冷却され、温度が下がったのちにコールドリサイクル系５からコンバスタ１へ循環する。
コールドリサイクル系５へ流れる粒子量は流量制御ノズル２３で制御され、流量制御ノズル２３は空気源１２から供給される空気でコントロールされる。
【０００６】
図１３は、従来の構成によるコールドリサイクル系５を流れる粒子量と、流量制御ノズル２３へ流す空気量との関係を示す。同図に示す特性をみると次のことが分かる。
（ｉ）  流量制御ノズルに流す空気量と粒子のコールドリサイクル量との関係が非直線的であり、急激に立上がっている。
（ｉｉ）    空気流量を増加させてゆく際、低流量時に粒子循環が始まらない。
（ｉｉｉ）  空気流量を下げてゆく際にヒステリシス特性が現われ、制御ノズルに流す空気量を減少させても粒子循環が停止しなかったり、停止するのに時間を要す。
【０００７】
これらの特性は、装置運用上の問題をひきおこす。例にあげたボイラの場合には、燃焼温度の変動や、蒸発量変動の原因となる。
【０００８】
図１４は、従来技術による流量制御ノズル周辺の詳細を示す概念的断面図である。
上記運用上の問題は、流量制御ノズル２３と隔壁との間の「開口部高さＬ」が大きいので、流量制御ノズル２３へ流す空気量の変化だけでは流動層２０ｂから流動層２０ｃへの粒子移動を完全にＯＮ／ＯＦＦ制御できないことが原因で生じる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
流量制御ノズルに流す空気量と粒子移動量の間にヒステリシス特性がなくほぼ比例特性を有する粒子移動量制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、粒子が供給される第１の流動層と、粒子が排出される第２の流動層の間に配置され、第１の流動層から第２の流動層に移動する粒子の移動量を制御する粒子移動量制御装置において、粒子流量をコントロールするための流量制御ノズルを隣接する流動層間に多段化して設置することと、上記ノズルの上下方向のすきまを、対象とする粒子の流動時に十分な抵抗となるように決定し、すきま部へ吹き出す空気の流量に応じて粒子の流量が変化するようにする。
この方策によって隣接する２つの流動層間を移動する粒子の流量制御性を非機械的方法で向上することができる。
【００１１】
さらに詳しく述べると、上記課題は粒子が供給される第１の流動層と、粒子が排出される第２の流動層の間に配置され、第１の流動層から第２の流動層に移動する粒子の移動量を制御する粒子移動量制御装置において、
上記隣接する流動層の境界領域に間隔をあけて上下方向に重ねて配設された水平な複数の流量制御用管から成る流量制御ノズルと、各流量制御ノズルの下面に設けられた複数の孔からなる噴出孔と、上記噴出孔から噴出する気体を供給する気体供給装置と、上記噴出孔から噴出する気体の量を制御する噴出気体量制御装置からなることを特徴とする粒子移動量制御装置によって解決された。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の粒子移動量制御装置を備える粒子循環制御部の概念的断面図である。図１２の従来技術の粒子循環制御部の流量制御ノズル２３に代えて、間隔をあけて上下方向に重ねて配設された水平な複数の管から成る流量制御ノズル３０ａ，３０ｂ，………３０ｊを有する粒子移動量制御装置が使われている。これ以外の構成は図１２と同じであるので、両図で対応する部材は同一の参照番号を付して説明を省略する。
【００１３】
図２は図１の粒子移動量制御装置の部分の拡大図である。流量制御ノズル３０ａ，３０ｂ，………，３０ｊは流動層２０ｂと２０ｃの間に図面に対して垂直に配置され、各流量制御ノズルの下面に空気の噴出孔３１が開口している。
流量制御ノズル３０ａ，３０ｂ，………，３０ｊのうち、上下方向のすきまの間隔ｄは任意である。図の例では流量制御ノズルの直径と同程度としている。ｄの決め方は、主に対象粒子の力学的物性値例えば安息角と呼ばれる値などを基に決定する。
【００１４】
図３は流量制御ノズル３０ａ，３０ｂ，………，３０ｊの配管系統の第１の実施例を示す。共通の空気源１２からの空気は、流量計３２、流量調整弁３２ｂを経て流量制御ノズル３０ａ，３０ｂ，………，３０ｊに入る。この流量制御ノズルに開口する噴出孔３１の寸法・配置は、適用対象プラントの特性や各ノズルを流れる空気量から適正な圧力損失を持つように設計される。
【００１５】
流量制御ノズル３０ａ，３０ｂ，………，３０ｊの直径Ｄとこれらの間に形成されるすきまｄとの関係が小さい（一般にｄ／Ｄ＜１０）ため、すきま部に存在する粒子の部分を積極的に流動させなければ流動層２０ｂの粒子は、流動層２０ｃ側へほとんど移動しない。
流量制御ノズル３０ａ，３０ｂ，………，３０ｊに空気を流し、ノズル間のすきま部を流動化させると粒子は流動層２０ｂから２０ｃへ移動し、流動層２０ｃへ移動した粒子はコールドリサイクル系５を経て、コンバスタ１へ循環する。
流動層２０ｂと２０ｃの間に上下方向に設置された流量制御ノズル３０ａ，３０ｂ，………，３０ｊは、流動層を形成する粒子に対し制御可能な抵抗として作用する。
【００１６】
図４は、この操作による粒子循環制御を従来のものと比較したものである。上下方向に設置された流量制御ノズルが制御可能な抵抗となるため、流すべき空気量は増加するが、流量制御ノズルに流す空気量と粒子のコールドリサイクル量との関係が、従来の構成によるものよりもなだらかになり、空気量を増加させる際と減少させる際とで粒子のコールドリサイクル量が異なるというヒステリシス特性も解消できる。
【００１７】
図５は本発明の粒子移動量制御装置の流量制御ノズルの配置および配管系統の第２の実施例を概念的に示す側面図であり、図６は図５の実施例における粒子循環制御特性を示す。
この実施例では各流量制御ノズルに流す空気を供給・停止できる機構を設け、粒子流量の目標値に対し、同時に作動させる流量制御ノズルの数を変化させることで粒子流量の制御をおこなう。
この実施例の主要な構成は第１の実施例と同じである。ただ空気源１２からの空気は流量計３２、開閉弁３３ａ，３３ｂ，………，３３ｊを経て流量制御ノズル３０ａ，３０ｂ，………，３０ｊへ接続されている。
【００１８】
コントローラ３４は、粒子流量設定入力ならびに流量計３２の出力を入力として開閉弁３３ａ，３３ｂ，………，３３ｊを制御する。
この実施例では、目標とする粒子流量設定入力に対し、流量制御ノズル３０ａ，３０ｂ，………，３０ｊのうち、一部のものだけを開とすることで、粒子流量を制御する。多段化した流量制御ノズル３０ａ，３０ｂ，………，３０ｊは粒子の流れに対して、制御可能な抵抗として働らくため空気を流さない流量制御ノズルの部分の粒子は移動しにくい。
【００１９】
したがって、空気を流している流量制御ノズルの数、すなわち同時に開とする開閉弁の数と粒子のコールドリサイクル量との関係は、図６に示すようになる。この方法による制御は、デジタル的な制御である。すなわち、空気を流す流量制御ノズルの数が増えると特性は階段状に変化する。
【００２０】
図７は本発明の粒子移動量制御装置の流量制御ノズルの配置および配管系統の第３の実施例を概念的に示す側面図である。
この実施例では各流量制御ノズルに流す空気量を供給・停止できる機構と、任意の空気流量に設定可能な調整機構を有し、粒子流量の目標値に対し、同時に作動させる流量制御ノズルの数を変えることと、同時にその一部に対し、流す空気量を変化させることとを組み合せている。
【００２１】
主要な構成は第１の実施例と同じである。ただ空気源１２からの空気は、流量計３２、流量調整弁３５ａ，３５ｂ，………，３５ｊを経て各流量制御ノズル３０ａ，３０ｂ，………，３０ｊへ接続され、さらにコントローラ０３４は、粒子流量設定入力ならびに流量計３２の出力を入力として流量調整弁３５ａ，３５ｂ，………，３５ｊをコントロールすることができる。
この実施例では、目標とする粒子流量設定入力に対し、流量制御ノズル３０ａ，３０ｂ，………，３０ｊのうち一部のものだけを開くとする操作と、開とする流量調整弁３５ａ，３５ｂ，………，３５ｊのうちさらに一部のものについて、ガス量を変化させる操作とを組み合せる。この結果、第２の実施例に示したＯＮ／ＯＦＦ制御による、粒子流量制御に加えて流量制御ノズルガスに流す流量を変えて、粒子流量を変化させる操作を合せたものになる。
【００２２】
図８にこの実施例での、同時に開とするバルブの数と粒子のコールドリサイクル量との関係を示す。同図から分るように、バルブ開閉の組み合せだけの場合よりも、なめらかな制御を実現できる。
なお、本発明においては、開となっている流量調整弁３５ａ，３５ｂ，………，３５ｊと、流量制御ノズル３０ａ，３０ｂ，………，３０ｊ全体で使用される空気量は略比例関係にあり、粒子のコールドリサイクル量が多いほど空気の流量も多い。
【００２３】
図９は、流量制御ノズルの配置ならびに配管系統の第４の実施例を概念的に示す側面図である。
この実施例の動作ならびに作用は、第２の実施例と同様である。しかし粒子の循環制御に使用される空気量を、粒子循環量の大小によらず一定とすることができる点が異なる。
空気源１２からの空気は、流量計３２、開閉弁３３ａ，３３ｂ，………，３３ｊを経て流量制御ノズル３０ａ，３０ｂ，………，３０ｊへ接続されている。またバイパス用流量調整弁３６が、流量計３２出口側に接続されており、バイパス用流量調整弁３６の出口側は粒子循環制御部３の上部に接続される。（図示せず）
【００２４】
コントローラ００３４は粒子流量設定入力ならびに流量計３２の出力を入力として開閉弁３３ａ，３３ｂ，………，３３ｊの開閉動作およびバイパス用流量調整弁３６の開度を制御する。
この実施例では、バイパス用流量調整弁３６を設置することで、動作している（開になっている）開閉弁３３ａ，３３ｂ，………，３３ｊの数が変化した場合でも、本発明を使用している装置（例えば循環流動層ボイラ）へ流れ、粒子循環に使用される空気量を一定にすることができる。
この結果、例えばボイラであれば、粒子コールドリサイクル量を変化させる操作に起因する酸素濃度の変動などを抑制できる。
【００２５】
具体的な制御の考え方は次のようになる。
コントローラ００３４は、粒子コールドリサイクル量と、それに対して開操作をすべき開閉弁３３ａ，３３ｂ，………，３３ｊの数に関する関数をもとに開閉弁３３ａ，３３ｂ，………，３３ｊを操作する。また、開閉弁３３ａ，３３ｂ，………，３３ｊがすべて開になった状態、すなわち粒子のコールドリサイクル量が最大になったときに流量制御ノズル３０ａ，３０ｂ，………，３０ｊへ流れる全空気量ＱＴ  がコントローラ００３４に与えられている。流量計３２の指示値が、常にＱＴ  となるようにバイパス用流量調整弁３６をコントロールする。
なお、この実施例は、第３の実施例に対しても同様の考え方で適用可能である。
【００２６】
図１０はこの実施例を適用した粒子循環制御部の概念的断面図である。
主要な構成は、第１の実施例と同じである。
コールドリサイクル系５側の流動層２０ｃを形成するための空気系統（風箱２１ｃへつながる空気の系統）にバイパス用ダンパ（バイパス用流量調整弁）３６を設け、風箱２１ｃへ流れる空気の一部を粒子循環制御部３の上部へバイパスする機構をもつ。
この実施例は、主に対象とする装置の起動・停止操作時等に適用される。
この実施例では隣接する流動層間の粒子循環を停止させる目的で、片側の流動層へ流す流動化空気の一部をバイパスして空塔速度を下げている。
【００２７】
起動時を例にとって説明する。従来技術によるとき、循環流動層ボイラでは、起動時には、燃焼量が少なく、粒子の全循環量も少ない。したがってボイラの熱収支上、コールドリサイクル系５側へ粒子を流す必要はない。ところが、粒子の全循環量が少ないため、流動層２０ａ，２０ｂ，２０ｃのレベルが低くなり、中でも流動層２０ｃが特に低くなるため、機械的に粒子の流路を閉じる機構をもたない場合、流動層２０ｂからの粒子が流動層２０ｃ側へ流れ込むのを抑制できず、起動中にもかかわらず伝熱面２４での熱吸収が生じてしまうなどの問題が生じることがあった。
【００２８】
これに対して、この実施例では、起動時など流動層２０ｂから流動層２０ｃへの粒子移動を抑制したい場合には、バイパス用ダンパ（バイパス用流量調整弁）３６を開けて流動層２０ｃ部の空塔速度を低下させることができる。
この実施例は、第１の実施例から第３の実施例のいずれにも適用可能である。
【００２９】
【発明の効果】
（１）  隣接する流動層間を移動する粒子の流量を、非機械的方法で、確実に制御できる。
（２）  流量制御におけるヒステリシス特性がなくなる。
（３）  移動する粒子の流量を確実にゼロにすることもできる。
（４）  流動層が厚いときにも、薄いときにも確実に流量を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の粒子移動量制御装置を備える粒子循環制御部の概念的断面図である。
【図２】図１の粒子移動量制御装置の部分の拡大図である。
【図３】図１、図２の粒子移動量制御装置の流量制御ノズルの配置および配管系統の第１の実施例を概念的に示す側面図である。
【図４】図１の粒子移動量制御装置の特性（実線）を従来技術による図１４の粒子移動量制御装置の特性（破線）と比較して示す特性曲線である。
【図５】本発明の粒子移動量制御装置の流量制御ノズルの配置および配管系統の第２の実施例を概念的に示す側面図である。
【図６】図５の実施例における粒子循環制御特性を示す。横軸は同時に開とする弁の数、縦軸は最大流量で正規化した粒子のコールドリサイクル量を表わす。
【図７】本発明の粒子移動量制御装置の流量制御ノズルの配置および配管系統の第３の実施例を概念的に示す側面図である。
【図８】図７の実施例における粒子循環制御特性を示す。横軸は同時に開とする弁の数、縦軸は最大流量で正規化した粒子のコールドリサイクル量を表わす。
【図９】本発明の粒子移動量制御装置の流量制御ノズルの配置および配管系統の第４の実施例を概念的に示す側面図である。
【図１０】第４の実施例を適用した粒子循環制御部の概念的断面図である。
【図１１】粒子移動量制御装置を備える固体気体反応装置である循環流動層ボイラの概念図である。
【図１２】従来技術による粒子循環制御部の概念的断面図である。
【図１３】従来技術による粒子移動量制御装置におけるコールドリサイクル系を流れる粒子量と流量制御ノズルへ流す空気量の関係を示すグラフである。
【図１４】従来技術による流量制御ノズル周辺の概念的断面図である。
【符号の説明】
１  コンバスタ
２  サイクロン
３  粒子循環制御部
４  ホットリサイクル系
５  コールドリサイクル系
６  対流伝熱面
７  バグフィルタ
８  誘引ファン
９  煙突
１０ａ，１０ｂ  ブロア
１１  ブロア
１２  空気源
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ  流動層
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ  風箱
２２ａ，………，２２ｍ  ノズル
２３  流量制御ノズル
２４  伝熱面
３０ａ，３０ｂ，………，３０ｊ  流量制御ノズル
３１  噴出孔
３２  流量計
３２ｂ  流量調整弁
３３ａ，３３ｂ，………，３３ｊ  開閉弁
３４，  ０３４，００３４  コントローラ
３５ａ，３５ｂ，………，３５ｊ  流量調整弁
３６  バイパス用流量調整弁
Ｄ  流量制御ノズルの直径
ｄ  流量制御ノズル間の間隔
【図１】
0003595435.tif 000002
【図２】
0003595435.tif 000003
【図３】
0003595435.tif 000004
【図４】
0003595435.tif 000005
【図５】
0003595435.tif 000006
【図６】
0003595435.tif 000007
【図７】
0003595435.tif 000008
【図８】
0003595435.tif 000009
【図９】
0003595435.tif 000010
【図１０】
0003595435.tif 000011
【図１１】
0003595435.tif 000012
【図１２】
0003595435.tif 000013
【図１３】
0003595435.tif 000014
【図１４】
0003595435.tif 000015