(57)【要約】  本発明はグリッド・ノズルに関する。本発明によるノズルは、流動化ガスを流動床ボイラの炉に運搬するために熱工学で使用すると有利である。最も好ましい実施形態によると、前記ノズルは、炉の底部へと漂流した固体粒子を炉から除去するために使用される。本発明によるグリッド・ノズルは、ノズル室（６）と、ノズルの吹き込み開口で終了するノズル流路（８、１０）とを有し、ノズル室およびノズル流路が蓋（１２）によって上部を限定され、保護カバー（２２、３２）が蓋（１２）の外側に取り付けられることが本発明における典型例である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル管に取り付けたノズル部品で形成されるか、前記ノズル管と一体に形成された流動床反応器のグリッド・ノズルで、ノズル室（６）と、前記ノズルの吹き出し開口で終了するノズル流路（８、１０）とを有し、前記ノズル室およびノズル流路が蓋（１２）によって上部を限定されたグリッド・ノズルであって、保護カバー（２２、３２）が蓋（１２）の外側に取り付けられることを特徴とするグリッド・ノズル。
【請求項２】
前記保護カバー（２２、３２）が蓋（１２）から隔置されて取り付けられることを特徴とする、請求項１に記載のグリッド・ノズル。
【請求項３】
前記保護カバー（２２、３２）が、カバー板（２４、３４）、および少なくともその周囲に配置構成されたリブ（２６、２６’、３６）を有することを特徴とする、前記請求項いずれか１項に記載のグリッド・ノズル。
【請求項４】
前記保護カバー（２２、３２）が、少なくとも保護カバー（２２、３２）の周囲にあるリブ（２６、２６’、３６）によって蓋（１２）に取り付けられることを特徴とする、前記請求項いずれか１項に記載のグリッド・ノズル。
【請求項５】
蓋（１２）と保護カバー（２２、３２）の間に断熱材が配置構成されることを特徴とする、前記請求項いずれか１項に記載のグリッド・ノズル。
【請求項６】
保護カバー（２２、３２）が、ノズルの吹き込み開口側の側部以外の全側部で蓋（１２）に取り付けられることを特徴とする、前記請求項いずれか１項に記載のグリッド・ノズル。
【請求項７】
保護カバー（２２、３２）が、前記蓋の側面に延在するリブ（２６’）によって蓋（１２）に取り付けられることを特徴とする、請求項３または４に記載のグリッド・ノズル。
【請求項８】
吹き込み開口の前方へと上昇するガス流を形成するために、ノズル流路（８）の吹き込み開口端部に手段を配置構成することを特徴とする、前記請求項いずれか１項に記載のグリッド・ノズル。
【請求項９】
吹き込み開口の前方で上昇するガス流を形成するために、ノズル流路（８）の上面に配置され、そのほぼ全幅にわたって延在する滑らかな出っ張り（３０）が、ノズル流路（８）の吹き込み開口端部に配置構成されていることを特徴とする、前記請求項いずれか１項に記載のグリッド・ノズル。
【請求項１０】
保護カバー（２２、３２）が蓋（１２）と同じ材料であることを特徴とする、前記請求項いずれか１項に記載のグリッド・ノズル。
【請求項１１】
保護カバー（２２、３２）が溶接によって蓋（１２）または蓋の側部に取り付けられることを特徴とする、前記請求項いずれか１項に記載のグリッド・ノズル。
【請求項１２】
保護カバー（２２、３２）がセラミックスであることを特徴とする、前記請求項いずれか１項に記載のグリッド・ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流動床反応器のグリッド・ノズルに関する。熱工学は本発明によるノズルを、好ましくは燃焼用空気のような流動化ガスを流動床ボイラの炉へと運搬するために使用する。最も好ましい実施形態によると、前記ノズルは、流動床反応器の底部から個体粒子を除去するためにも使用される。
【背景技術】
【０００２】
流動床反応器、通常はいわゆる沸騰流動床または高速流動床反応器の流動床材料層内で、燃焼またはガス化などの化学反応が実行される。ここでは、例えば空気のような流動化ガスは、床が容易に動作する流動状態になるような方法で、主に砂および燃料を有する前記床材料層を通して反応器に供給される。
【０００３】
グリッド・ノズルは、流動化ガスを流動床反応器に供給する手段となる装置である。先行技術によると、グリッド・ノズルは垂直管であり、そのノズル片を通して流動化ガスが、全方向に一様に分布するか、特定の方向に配向されるものとして、流動床反応器へと案内される。
【０００４】
流動床反応器は、金属または石の部片のような特大の部片が反応器に入るか、耐火材の部片が反応器の壁から剥がれるか、粗い固体部片が反応中に生成されることがあるのが一般的である。このような部片は、反応器の底部にあるグリッドに向かって流動床内を落下するので、そこから除去しなければならない。例えば米国特許公報第３，３９７，６５７号および第５，０９３，０８５号は、粗い材料を除去する方法を開示している。後者の公報によると、固体材料の除去は、固体材料がグリッド板に沿ってグリッドの放出開口へ、さらなる処理または廃棄のためにそこからピットに沿って流れることができるように、傾斜姿勢で配置構成されたグリッドによって実行される。
【０００５】
米国特許公報第４，７４８，９１６号およびフィンランド特許公報第１０７４０６号は、いわゆる水平ノズル・タイプのグリッド・ノズルを開示し、これはグリッドを通して延在する主に垂直の管を有し、管の上端にはほぼ水平であることが好ましいマウス・ピースが設けられ、それによって流動化ガスの流れがほぼ水平に配向され、ノズルの外部へと案内され、したがって流動床から沈殿した固体粒子、いわゆるボトム・アッシュは、この流れとともにその放出開口へと搬送される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この種のノズルの問題は、ノズルの磨耗であり、これは底部に沿った次の下流のノズルに向かう粗い材料の強力な流れに関連する。ノズルの磨耗を軽減するために、米国特許第４，７４８，９１６号は、水平の空気ジェットを２つの部分に分割し、これが次のノズルを過ぎて配向できることを開示している。さらに、ノズルの後部分は、ノズルに当たるジェットを上方向に配向するために傾斜して設計される。フィンランド特許第ＦＩ１０７４０６号は、別個の耐久性がある磨耗部片としてノズル間に傾斜部品を作成することを開示している。
【０００７】
ノズルに入る流動化ガスは通常、予熱された空気であり、場合によっては循環する煙道ガスを含む。必要とされる流速度は、いわゆる１次送風機によって提供され、空気はそこからいわゆる風箱を通してノズルへと案内される。既知の構造では、風箱は連続的な広い空間であり、空気はそこから脚部管を通してノズルへと分割される。流動床ボイラ内のノズルを通して流れる流動化ガスの温度は、通常の使用では約１５０℃から２５０℃であるが、ダクト・バーナを設けたボイラの始動時には、供給される空気の温度が１０００℃に近づくことさえある。
【０００８】
燃料としてごみ固形化燃料（ＲＤＦ）を使用するか、燃料の一部をリサイクルするボイラ・プラントでは、グリッド・ノズルの磨耗は、主にノズル蓋の外面で発生する過重な腐食と関連するようである。腐食は酸化物層を引き起こし、ノズル材料の表面上の腐食を防止するが、侵食のために酸化物層が磨り減り、材料の厚さが急速に減少する。
【０００９】
例えば流動床ボイラなどの流動床反応器の多くの用途で、グリッド・ノズルの動作環境は、塩および低温で溶解する金属化合物のような多くの異なる化合物を含む。このような化合物の腐食促進効果は、特に侵食のために保護酸化物層が消滅する場合、ノズルの蓋に影響を及ぼし得る。
【００１０】
流動床反応器のグリッド・ノズルの腐食をさらに詳細に研究すると、これはアルカリによって形成された塩によって主に引き起こされることが分かった。主要な腐食剤はナトリウムおよび塩素およびそれによって形成される塩である。これは、多量の塩素を含む燃料を使用するプラントで、腐食が最大になることが分かった後の結論であった。上記で言及した塩の反応性は、４５０℃から６００℃の温度範囲で増大し、それが腐食を引き起こす傾向が高くなる。溶解状態の塩の反応性は、温度が６５０℃より上に上昇すると低下する。先行技術によるグリッド・ノズルの蓋の表面温度を研究すると、典型的な用途では、温度が通常の状態でちょうど反応性が最強となる区域に落ち着き、それによって化学的腐食がこの場合も最悪となることが分かった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この問題を解決するために、蓋の表面温度が高いと、塩が蒸発して、反応性が低下し、それによって腐食が減少するような方法で、ノズルの蓋の温度を上昇させることが提案される。本発明によると、ノズル蓋の表面温度を上昇させるために、流動床反応器に吹き込まれる流動化ガスが、ノズル蓋を直接冷却せずその外面を冷却するように、蓋を２層または多層にする。
【００１２】
本発明によるグリッド・ノズルの他の特徴的形体は、添付図面で明白になる。
【００１３】
本発明によるグリッド・ノズルについて、例示により以下で添付図面を参照しながらさらに詳細に研究する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、先行技術によるグリッド・ノズルを示す。空気のような流動化ガスが、風箱（図示せず）からグリッドを通して垂直ノズル管（図示せず）を通ってノズル部品４へと流れる。この流れは、スリーブ２によってノズル管の上端に取り付けられたノズル部品４のノズル室６の設計によって、ほぼ水平に方向転換する。図面に示された実施形態では、空気の流れをノズル室から流動床反応器へと案内する手段であるノズル流路が、ほぼ水平の部分８およびわずかに上方に傾斜した部分１０で形成される。ノズル室６と、ノズル流路の異なる部分８および１０は、蓋１２によって上部が限定されている。蓋１２の上面は、開示された構造によるとノズル流路部分内ではノズル室が終了する吹き出し開口に向かってわずかに下方向に傾斜する。
【００１５】
ノズル流路は、下部リップ１４によって下部が限定され、その端部分は、開示された実施形態によると特定の程度まで上昇する。上方向に傾斜するノズル流路の部分１０の目的は、ノズルの蓋を大きく磨耗させずに、空気流とともに搬送される固体の流れも次のノズルの上へと案内されるように、ノズルの前方に配置された次のノズル列の上へと空気流を案内することである。しかし、状況によっては、下方リップ１４を上げると、ノズルの放出開口にて下向きの渦を引き起こす可能性があり、この渦は特に、固体の流れを次の列のノズルの蓋へと直接案内し、その磨耗を増大させることが認められた。
【００１６】
ノズル管は、ほとんどの場合、ケースでグリッドを通過するポイントにて円形の断面を有する。同様の方法で、ノズル部品４をノズル管に装着する手段であるスリーブ２は、円形の断面を有することが好ましい。場合によっては、スリーブおよびノズル管が一体である。つまり、脚部管とも呼ばれることがあるノズル管が元々、ノズル部品の一体部品として製造されている。しかし、通常はノズル部品は、溶接、ねじ結合、または目的に適切な他の何らかの方法によって、スリーブ２をノズル管に取り付ける。
【００１７】
下方リップ１４があるノズルまたはノズル部品４の蓋構成１２は、上方から見て長方形であり、ノズルの吹き出し開口が長方形の一方側に配置されることが好ましい。つまり、ノズル室６内の空気流は、ノズルの直径の少なくとも２倍、好ましくは３倍、場合によってはそれ以上もの区域に広がり、ノズルの吹き出し開口から反応器への低速で広い空気流を生成する。
【００１８】
ノズル管またはスリーブ２には、ガス流絞り（図示せず）を設けることが好ましいことがあり、それによってノズル４全体で所望の圧力差が達成される。必要とされる圧力差は、床圧に基づいて既知の方法で決定され、その程度は、グリッド上のノズルの位置にも依存する。ノズル４は、例えば鋳造によって製造され、その材料は高温で使用可能なオーステナイト系ステンレス鋼であることが好ましい。
【００１９】
図２ａは、本発明の好ましい実施形態によるノズル構成を開示する。図面で示されたノズル２０は、図１に示されたものに類似しているが、ノズル部品の上部分が異なる。この実施形態では、図１による蓋１２に加えてカバー板２４、および少なくともカバー板２４の周囲にある狭いリブ状部分２６を有する外部保護カバー２２が、この実施形態では蓋１２であるノズル部品の表面に対して支持されることが異なる。２つの部品から成る蓋構造の有利性は、保護カバー２２、つまり構造によって磨耗しやすいノズルの温度上昇に基づく。これによって、低温で溶解する化合物は、腐食を加速する影響を与えずに、ノズルの蓋から蒸発する。
【００２０】
２つの部品から成る蓋は、例えば図２ａで開示された方法で、実際のノズルの蓋１２を保護する保護カバー２２を組み立てることによって作成される。保護カバー２２は、リブ２６によって実際のノズル蓋１２から例えば４ｍｍ隔置される。保護カバー２２のカバー板２４と蓋１２との間に残る空隙２８は、使用中に床の材料によって充填され、これはノズルの実際の蓋１２と保護カバー２２のカバー板２４との間の断熱材として機能する。
【００２１】
保護カバー２２は、鋳造によって、熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）方法によって、または鋼板から、またはケースごとに決定される他の何らかの方法によって製造することができる。保護カバー２２は、吹き出し開口の側が開放したままであるような方法で、好ましくは３つの縁部を溶接することにより、ノズル部品の蓋１２と接続される。開放した前縁部により、蓋と保護カバーとの間に断熱性の床材料層が生成されることが保証され、交換時に保護カバーの取り外しが容易になる。
【００２２】
言うまでもなく、必要に応じて上述した空隙２８のために適切な何らかの断熱材を配置構成することが可能である。それによって、その目的に適した他の何らかの方法により、ノズル部品の蓋１２の全部の側部で保護カバー２２に溶接するか取り付けることも可能である。
【００２３】
図２ｂは、保護カバーを製造し、取り付ける別の方法を示す。この実施形態では、保護カバー２２は、実際の蓋の外側に延在するように配置構成され、それによって少なくとも３つの側部で保護カバーの縁部を形成するリブ２６’をさらに高くし、ノズルの側部へと明白に延在させて、腐食と侵食の両方に対してノズルを保護することができる。このようなリブ２６’の装着は、図２ａの例と同じ方法で、つまり溶接またはこの目的に適した他の何らかの方法で実行される。
【００２４】
図３は、本発明の第３の実施形態によるノズル構成を開示する。ここでは、ノズル２０の保護カバー３２のカバー板３４が、吹き出し開口に向かって細くなるノズルの形状に従う図２ａおよび図２ｂの保護カバー２２のカバー板２４と同じようには屈曲せず、カバー板３４は、水平シェルタ３４’としてノズルの蓋１２の下降部分の上で直線のままであり、ノズル２０の蓋１２と自身の間に、その長さの一部で吹き出し開口に向かって広がる空間を残し、前記空間は、使用時に少なくとも部分的に床材料で充填される。図３は、保護カバー３２のリブ３６が、ほぼ水平の部分でのみノズルの蓋１２に接触し、したがってこの蓋１２に取り付けられることを示すが、所望に応じて保護カバー３２の接続リブ３６は、保護カバー３２の側部で厚さが変化することも可能であり、それによってリブ３６を、ノズル蓋の下降部分でもノズルの蓋１２に溶接することができる。
【００２５】
図３は、ノズルの吹き出し開口、またはノズル室から吹き出し開口へとつながるノズル流路の別の配置構成も示す。前図とは異なり、ノズル流路は、ほぼ水平の流路部分８の全長で形成され、吹き出し流または乱流の方向に影響する構造的変化はない。図３による流路部分８の平坦な底部の利点は、ノズルを通して出る／放出される流動化ガスが、このような底部のおかげで流路部分８およびノズル室６から、場合によっては偶発的に入った固体材料を効果的に排出し、空にすることでもある。このノズル流路の形状は当然、図２ａおよび図２ｂによる保護カバーでも使用することができる。
【００２６】
蓋１２の上面は全長を水平にし、且つノズル流路８の全長をわずかに上昇させるか、或いはほぼ水平にすることも可能である。これによって、ノズル流路８は、ノズル室６の上部分で開始してもよい。つまり、図２ａ、図２ｂおよび図３で開示されたものとは異なる。
【００２７】
図４は、本発明のさらに別の好ましい実施形態を開示し、ノズル室６から延在するノズル流路８の端部の上面に出っ張り３０を設け、これはノズル流路８の全幅にわたって延在する。出っ張り３０は滑らかな形状であることが好ましく、ノズルの外側で上昇するガス流を生成するが、流路８の底部は水平である。当然、ノズル流路の上記で図示した形状は、任意の種類の保護カバーで使用可能である。
【００２８】
流動床反応器の底部グリッドの一部が図５に図示され、これには本発明の１つの実施形態によるグリッド・ノズル２０を設ける。図５で概略的に図示されているように、後続のグリッド・ノズルは階段状に配置構成され、したがって流動化ガスを後続のノズルの天井部分の上に向ける。このような階段状グリッドによって、流動床反応器の底部にある粗い材料を、グリッドの最低部分にある底部材料の放出用開口に向かって効果的に配向することが可能である。
【００２９】
流動床によって引き起こされる大きい圧力差が、グリッドの様々な部分に影響しないようにするために、階段状グリッドの階段の高さＬ１−Ｌ０は、非常に小さい値に維持しなければならない。本発明による保護カバー２２は、ノズル２０の水平部分の高さを増大させ、したがってグリッドの階段の高さを増大させる。したがって、保護カバー２２によって、ノズル流路８の底部の高さレベルＬ２と次のノズルの保護カバー２２’の高さレベルＬ０との差Ｌ２−Ｌ０を可能な限り小さく維持する必要性が増大する。
【００３０】
ノズル流路８を図３に従って作成し、これがガス・ジェットをほぼ水平に配向すると、ガス・ジェットが次のノズル２０’の保護カバー２２’の上面を冷却する危険があり、したがって例えば保護カバー２２’の表面上で流動床に含まれるアルカリ金属塩の腐食効果などが増大する。したがって、ガス・ジェット４０をノズルから上方向に傾斜した方向に配向し、それによって保護カバー２２’の冷却が減少するので有利である。ガス・ジェットの上方向に傾斜した方向は、図４に従い、ノズル流路８の上面に滑らかな出っ張り３０を設けることによって実行することが好ましい。
【００３１】
２つの部品から成る蓋によって達成される主要な利点は、ノズル蓋の腐食が減少し、したがって動作の信頼性が改善されることである。２つの部品から成る蓋は、保守作業も容易にする。というのは、従来のノズル構造では、損傷したノズル全体を交換しなければならないが、２つの部品から成る蓋では、保護カバーの交換のみで十分だからである。ノズルの取り外しは時間がかかるが、２つの部品から成る蓋を使用すると、グリッド保守作業におけるプラントの停止時間が短縮される。２つの部品から成る蓋の第３の利点は、完全なノズルと比較して保護カバーの費用が低いことである。価格は、グリッド修理の重要な要素であるが、組立段階にも影響し、２つの部品から成る蓋の価格は低いままであるので、新しいプラントで組み立てられても、グリッド全体の価格を大幅に上昇させない。
【００３２】
２つの部品から成る蓋を設けたノズルの製造は、工場または現場で実行される。保護カバーは、短い隅肉溶接によってノズルの蓋に溶接される。溶接の目的は、保護カバーを所定の位置に維持することであり、厳密な機械的または物理的特徴は必要ない。溶接の寸法は問題となる状況によって決定されるが、溶接の長さは最短でなければならない。溶接部を短くすると、磨耗部片として作用する保護カバーの交換が容易になる。というのは溶接部の開放がアングル・グラインダで手作業で実行されるからである。
【００３３】
ノズルの蓋の外側に取り付けられるノズルの蓋の材料又は保護カバーの材料或いは両者の材料を、その熱伝導性が小さくなるように選択することにより、２つの部品から成る蓋を作成することが可能である。したがって、ノズルを通って流れる空気は、蓋からの有害化合物の蒸発を防げるほど、ノズルの保護カバーを冷却することがない。特に、蓋および／またはノズルの保護カバーの材料をこのような方法で選択した場合は、蓋とノズルの保護カバーとを隔置する必要がないが、これは完全に、または部分的に相互に接触してもよい。この目的に適した材料の１つは、例えば様々なセラミックスである。
【００３４】
本発明によるグリッド・ノズルが試験され、試験結果は非常に有望であった。プラントで試験に使用した従来通りのノズルは、数ヶ月使用しただけで甚だしく磨耗した。２つの部品から成る蓋を設けたノズルの耐久性は、１３ヶ月試験で使用した３０のノズルの試験区域において良好であることが証明された。試験期間後に、蓋には腐食または侵食による損傷の有意の徴候はなかった。
【００３５】
上記で開示したことから分かるように、先行技術の欠点を、複雑で時間がかかるグリッド・ノズルの交換を実際的に完全に解消するか、最小限に抑えるために、新しい種類のグリッド・ノズルが開発された。しかし、本発明は開示された実施形態に制限されず、請求の範囲で定義されているような本発明の範囲内に含まれる形体の様々な組合せまたは変形、および幾つかの他の用途も含むものとすることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】先行技術によるグリッド・ノズルの縦断面図を概略的に示す。
【図２ａ】本発明の好ましい実施形態によるグリッド・ノズルの縦断面図を概略的に示す。
【図２ｂ】本発明の他の実施形態によるグリッド・ノズルの縦断面図を概略的に示す。
【図３】本発明の第３の実施形態によるグリッド・ノズルの縦断面図を概略的に示す。
【図４】本発明の第４の実施形態によるグリッド・ノズルの縦断面図を概略的に示す。
【図５】本発明の好ましい実施形態によるグリッド・ノズルを有する流動床反応器のグリッドの一部の縦断面図を概略的に示す。
【図１】
2007530909.tif 000003
【図２ａ】
2007530909.tif 000004
【図２ｂ】
2007530909.tif 000005
【図３】
2007530909.tif 000006
【図４】
2007530909.tif 000007
【図５】
2007530909.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成18年1月25日(2006.1.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
ノズル管に取り付けたノズル部品で形成されるか、前記ノズル管と一体に形成された流動床ガス化装置または燃焼器のグリッド・ノズルで、ノズル室（６）と、前記ノズルの吹き出し開口で終了する、水平に延在するノズル流路（８、１０）とを有し、前記ノズル室およびノズル流路が蓋（１２）によって上部を限定されたグリッド・ノズルであって、ノズルを通して流動床ガス化装置または燃焼器に吹き込まれる流動化ガスによって、ノズル部品の外面が冷却されることを最小限に抑えるために、保護カバー（２２、３２）が蓋（１２）の外側に取り付けられることを特徴とするグリッド・ノズル。
いずれか１項に記載のグリッド・ノズル。
【国際調査報告】
2007530909.tif 000009
2007530909.tif 000010
2007530909.tif 000011