(57)【要約】  本発明は、燃料を循環流動層ボイラ内に供給する方法及び装置に関する。本発明は、特に微細、軽量及び／又は湿潤な燃料をボイラ内に供給することに関する。軽量、微細及び／又は湿潤な燃料を循環流動層ボイラ内に供給する方法及び装置は、リターン流への循環流動媒体を収集し、リターン流を炉（１２）に導入されている燃料と連通状態に導入することに基づき、したがって流動媒体のリターン流と燃料が相互に混合されて、炉（１２）内の燃料の滞留時間を長くするために炉（１２）内で流れ落ちる。
2013510288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軽量、微細及び／又は湿潤な燃料を循環流動層ボイラに供給する方法であって、燃料の流れを炉に導入し、燃料を流動媒体と混合して乱流循環層を形成し、燃料が、前記ボイラ（１０）の前記炉（１２）内で流動媒体の存在下で燃焼して、煙道ガスが形成され、前記流動媒体が、前記炉（１２）の内側では、流動媒体が前記炉の壁（３２）に沿って前記炉（１２）の底部へと下方向に戻る内部流れで、前記炉（１２）の外側では、外部流れで、すなわち少なくとも前記炉（１２）と流れ連通状態に配置された固体分離器（１６）を介して循環し、流動媒体が前記分離器（１６）内で前記煙道ガスから分離され、前記煙道ガスがさらに処理されるために前記分離器（１６）から取り出され、前記分離された流動媒体が前記ボイラ（１０）の前記炉（１２）に戻り、前記炉（１２）内で前記燃料の滞留時間を長くするために、
燃料供給領域を前記乱流循環層から隔離し、
燃料及び前記循環流動媒体の固体を前記燃料供給領域の底部にて第１の格子区間（６２）上に導入し、
前記燃料及び前記固体を前記第１の格子区間（６２）の上で混合し流動化して、燃料と固体の混合物を形成し、
前記燃料と固体の混合物が第２の格子区間（６４）へと実質的に横方向に流れることができるようにし、
前記燃料と固体の混合物を前記格子に沿って第３の格子区間（６６）へと実質的に横方向に供給し、そこで前記混合物が効率的に流動化され、前記循環流動層が生成されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記燃料供給を、前記炉（１２）の前記壁（３２’）内に配置された少なくとも１つの流路（４２）に沿って配置することによって、前記燃料供給領域が前記乱流循環層から隔離されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記固体が前記燃料と前記乱流循環層との間のカーテンを形成するように、前記炉壁（３２）に沿って下方向に流れる前記内部流れ、流動層熱交換室（３０，４４）からの固体の放出、及び前記燃料供給の上で前記固体分離器（１６）から戻る前記固体のうちの１つから前記固体を導入することによって、前記燃料供給領域が前記乱流循環層から隔離されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
１０〜２０Ｕｍｆの空気速度を使用することによって、前記第１の格子区間（６２）の上で前記燃料と前記固体を流動化させ混合することを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の方法。
【請求項５】
０．１ｍ／ｓと１．２ｍ／ｓの間、好ましくは１．０ｍ／ｓ未満の空気速度を使用することによって、前記第１の格子区間（６２）の上で前記燃料と前記固体を流動化させ混合することを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の方法。
【請求項６】
少なくとも前記第１の格子区間（６２）を前記第２の格子区間（６４）に向かって傾斜させるか、又は指向性空気ノズルを前記第１の格子区間（６２）に配置することによって、前記第２の格子区間（６４）への前記燃料と固体の混合物の移動を補助することを特徴とする、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記燃料と固体の混合物を前記第３の格子区間（６６）に広げるために、前記第２の格子区間（６４）で指向性ノズル又は階段状格子を使用することを特徴とする、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記燃料と固体の混合物を前記第３の格子区間（６６）に広げる際に、４０〜５０Ｕｍｆの空気速度を使用することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記燃料と固体の混合物を前記第３の格子区間（６６）に広げる際に、０．４ｍ／ｓと３ｍ／ｓの間、好ましくは２．５ｍ／ｓ未満、さらに好ましくは２．０ｍ／ｓ未満の空気速度を使用することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の格子区間（６２）からの前記燃料と固体の混合物を前記第３の格子区間（６６）の所望の位置に広げるために流れ案内装置（６８）を使用することを特徴とする、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
軽量、微細及び／又は湿潤な燃料を循環流動層ボイラに供給する装置であって、前記ボイラ（１０）が、少なくとも前記ボイラの底部にある格子（６０）、側壁（３２）、及び屋根によって区切られた炉（１２）と、前記炉の上部と流れ連通状態に配置された固体分離器（１６）と、前記炉（１２）に１次及び２次空気を提供する手段（２４，２６）と、前記分離器（１６）内で煙道ガスから分離した前記固体を前記炉（１２）内に戻す手段（２０）と、燃料の流れを前記炉（１２）内に供給する手段（２２）とを備える装置であって、前記炉（１２）内の前記燃料の滞留時間を長くするために、燃料供給領域が前記炉（１２）の残りの部分から隔離され、格子（６０）が３つの機能的に異なる区間、すなわち、第１、第２及び第３の格子区間（６２，６４，６６）に分割されることを特徴とする装置。
【請求項１２】
前記炉（１２）の前記残りの部分から隔離された前記燃料供給領域が、前記炉（１２）の壁（３２’）に配置された実質的に垂直方向の流路（４２）の一部であり、前記流路（４２）が、側壁（４６）と、燃料供給開口（４０）を備える実質的に垂直の底壁（４３）とを有し、前記第１の格子区間（６２）が前記燃料供給領域の前記底部を形成することを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記燃料供給領域が、前記燃料供給開口（４０）の上に配置された案内板によって前記炉（１２）の前記残りの部分から隔離され、前記案内板が、前記燃料の流れを前記第１の格子区間（６２）に向かって誘導し、前記燃料の上の固体の流れを前記燃料と前記炉（１２）の前記残りの部分との間で案内することを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記流路（４２）が、流動層熱交換室（３０，４４）、前記内部流れ及び前記固体分離器（１６）のうち１つと流れ連通状態に配置されることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記燃料供給領域が、前記第１の格子区間（６２）とは異なる流れの状態を提供する第２の格子区間（６４）と流れ連通状態に配置されることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の装置。
【請求項１６】
前記第２の格子区間（６４）への前記燃料と固体の混合物の移動を補助するために、前記第１の格子区間（６２）が前記第２の格子区間（６４）に向かって傾斜し、及び／又は指向性空気ノズルが設けられることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の装置。
【請求項１７】
前記第２の格子区間（６４）が、前記第１及び第２の格子区間（６２，６４）とは異なる流れの状態を有する前記第３の格子区間（６６）と流れ連通状態に配置されることを特徴とする、請求項１１から１６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
前記燃料と固体の混合物を前記第３の格子区間（６６）で所望の位置に広げるために、前記第２の格子区間（６４）に案内装置（６８）を設けることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
【請求項１９】
前記第２の格子区間（６４）における前記案内装置が、前記第３の格子区間（６６）の所望の位置への前記燃料と固体の混合物の移動を補助する指向性ノズル又は階段状格子であることを特徴とする、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記第２の格子区間（６４）における前記案内装置が、前記燃料と固体の混合物を所望の位置に誘導し、前記燃料と固体の混合物が所望でない位置に入るのを防止するための仕切り壁（６８）であることを特徴とする、請求項１８に記載の装置。
【請求項２１】
前記流動層熱交換器（３０，４４）が、前記炉（１２）の上部に隣接して、又は前記炉（１２）の合流底部に隣接して、又は前記分離器（１６）と接続して配置されることを特徴とする、請求項１１から２０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２２】
前記流路（２０’，４２）が側壁８４６）を有し、前記側壁が、前記炉壁（３２，３２’）に沿って流れ落ちる固体を収集するために傾斜していることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
【請求項２３】
固体を前記燃料と連通状態に導入するための前記手段が、前記炉（１２）の前記壁（３２）内で前記燃料供給開口（３６）より実質的に上に開口を備えることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を循環流動層ボイラに供給する方法及び装置に関する。本発明は、特に、微細、軽量及び／又は湿潤な燃料をボイラに供給することに関する。
【背景技術】
【０００２】
循環流動層ボイラ（ＣＦＢ）は、通常、底部、側壁及び屋根を有する炉、及び炉の上部と流れ連通状態に接続された少なくとも１つの粒子分離器を含む。炉の底部の少なくとも幾つかの壁は、炉の断面が上方向に増大するように傾斜させることができる。傾斜した壁を有する炉の上記部分を合流底部と呼ぶことができる。実際には、ボイラ及び分離器の壁及び屋根はすべて、炉から集熱する水管を備える。炉の底部には、１次空気と呼ばれる燃焼又は浮遊又は流動ガスを炉内に導入して、灰及び他のデブリを炉から除去するための格子を設ける。炉の側壁には、燃料を炉内に導入する手段、及び２次空気を炉内に導入する手段を設ける。また、炉には、通常は砂である不活性流動媒体を炉内に供給する手段も装備する。
【０００３】
粒子分離器は、炉の上部から分離器に入る気体と固体粒子の浮遊物から固体粒子を分離する。燃料ガスはさらに処理するために分離器から取り出され、分離された固体は、ループシールのような封止装置を含むリサイクル導管を介して炉の下部に戻されるが、封止装置の目的はリサイクル導管を介して炉から分離器へと気体が流れるのを防止することである。したがって、炉の壁には、固体を導入するために少なくとも別の開口が必要である。この固体の流れを外部流れと呼ぶ。炉内で燃料ガスと固体粒子の浮遊物が垂直上方向に流れて、最終的に分離器の入口に入ることに加えて、炉壁付近では粒子の垂直下方向の流れがある。この固体の流れを内部流れと呼ぶ。
【０００４】
固体材料の内部流れ又は外部流れ、又はその両方に関連して、少なくとも１つの流動層熱交換室が配置されて、流動粒子状固体の層から熱伝達媒体へと熱を伝達することが非常に多い。熱交換室は、循環流動層ボイラの炉内で炉壁の少なくとも１つに隣接して位置決めしてもよい。１つ又は複数の熱交換室の好ましい位置は、室が傾斜した壁と一体化する炉の底部への隣接した位置である。流動層熱交換器は、固体分離器を去る固体が炉へと戻る途中で熱交換室内に放出されるように、外部流れ内に配置することもできる（例えば、図１に示す先行技術を参照）。熱交換室の内部には、固体材料から熱交換手段の内部を流れる熱伝達媒体へと熱伝達する熱交換手段を設ける。
【０００５】
通常燃料は、炉の垂直又は傾斜した平面の壁にある１つ又は複数の開口を介して炉に導入される。燃料は、燃料のタイプに応じて燃料及び空気の浮遊物として、すなわち空気圧で又はスクリューフィーダ又は何らかの他の機械的供給手段によって炉内で配分される。通常、１つ又は複数の燃料開口は炉壁の（合流）底部に配置される。
【０００６】
外部流れから、すなわち分離器から直接に、又は流動層熱交換器から炉に入る固体も、平面の炉壁内の１つ又は複数の開口を介して炉に導入される。
【０００７】
例えば、微粉炭又は泥炭又はおがくず又は微細な亜炭のような軽量、微細及び／又は湿潤な燃料は、２つの異なる態様で問題となる。軽量で小さい密度で微細な粒径の燃料は、容易に流動化ガスに同伴して、急速に上昇し、したがって燃焼プロセスが格子から数メートル上で開始するので、層の温度を十分なレベルに維持するのに十分な量ではなく、少量の燃料しか下部層領域では燃焼せず、燃料の大部分は炉の上部で燃焼する。その結果、特に低負荷状態では、層の温度が低すぎ、炉の上部では温度が高すぎることがあり、このことは排出及びボイラの負荷変化率の問題にもつながることがある。
【０００８】
湿潤な燃料を使用すると同様の問題を招くことがあるが、理由は多少異なる。湿潤な燃料は軽すぎないが、それを乾燥するには多少の時間が必要であり、したがって燃料はこの場合も、乾燥中にまだ点火できない間、炉の上部にある流動化ガスによって上昇される。燃料が最終的に十分乾燥し、点火されて最終的に燃焼すると、下部層領域に十分な燃焼性燃料がないことがあり、その結果、層の温度が低く、上述したと同じ問題をもたらすことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】日本特許公開２０００−６５３２７号
【特許文献２】日本特許公開６３−７３０９１号
【特許文献３】米国特許第５，１３８，９８２号
【特許文献４】米国特許第４，２７０，４６８号
【特許文献５】米国特許第７，２４０，６３９号
【特許文献６】欧州特許公開０１２４６３６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、全燃焼プロセスを最適化するために、軽量、微細及び／又は湿潤な燃料が炉の下部層領域で乾燥及び／又は燃焼するのに十分な滞留時間を確保することである。滞留時間は少なくとも以下の要素に依存することが理解されている。第一に、炉の乱流内部からの燃料供給の隔離が良好であるほど、良好に滞留時間を調整することができる。すなわち、炉内で上方向に流れる乱流の流動媒体と燃料が実質的に混合しない状態で、燃料を格子まで下げることができれば、燃料は乾燥する時間を有する。また、燃料を乾燥できる場合でも、燃料を格子領域まで下げれば、微細で軽量の燃料が炉の上部に持ち上げられるのが迅速すぎず、その下部で点火され、燃焼することが確保される。燃料供給を乱流層から隔離する幾つかの方法及び装置が、本出願による継続中の出願に記載されている。第二に、燃料を下方の格子領域で取り扱う方法が制御されるほど、炉の下部における軽量で微細な燃料の燃焼が良好に制御される。本発明によれば、下部層領域における燃料の滞留時間は、上部層領域、又はさらには循環層領域への燃料の移動を遅らせることによって、格子領域における燃料の実質的に横方向の移動を制御することによって、及び炉の格子領域にてその特殊な装置を作成することによって長くすることができる。
【００１１】
先行技術には、格子領域における燃料及び／又は流動媒体の取り扱いを説明する幾つかの文献がある。
【００１２】
これは、例えば、流動層が格子に沿って流体のように流れるように、格子を傾斜して配置し、及び／又はそれを特定の方法で流動化することによって、層を所望の方向に移動させることが知られている。例えば、日本特許公開２０００−６５３２７号、日本特許公開６３−７３０９１号、米国特許第５，１３８，９８２号、及び米国特許第４，２７０，４６８号の文献が、このような装置について説明している。例えば米国特許第５，１３８，９８２号は、第２の側より第１の側の方が大きい質量流量で流動化空気を上方向に注入するように構成される格子で炉の底部が構築された流動層ボイラについて説明している。第１の側の質量流量は流動媒体を炉内で上方向に搬送することができ、第２の側の質量流量は流動媒体を流動化させるだけである。炉は、また、流動化空気及び流動媒体の上方向の流れを妨害し、それにより空気及び流動媒体を質量流量が小さい方の格子の第２の側の上の部分へと偏向させるように、質量流量が大きい方の格子の第１の側の上に設けられた傾斜壁を備える。注入される質量流量が小さい方の格子の上記部分の上に移動層が形成され、したがって流動媒体が下降して、移動層内で拡散し、格子上に循環流動層が形成される。
【００１３】
米国特許第７，２４０，６３９号は、傾斜格子について説明しているが、第１の流動化ガスを誘導し、それにより流動媒体も所望の方向に誘導するノズルを格子に設けたいわゆる階段状格子構造も説明している。階段状格子は、流動層熱交換器と炉の実際の格子領域との間に配置され、これらは実質的に同じ水平レベルに位置決めされる。階段状格子は、上記特許では、流動化ガスの流れが熱交換器から離れるように誘導することによって、流動媒体中で優勢である大きい部片が熱交換器に入ることを防止するために使用されている。
【００１４】
欧州特許公開０１２４６３６号は、炉の底部と壁の下端部との間にギャップを残すように配置された垂直壁によって２つの室に分割された底部を有する流動層ボイラについて説明している。第１の室は、一方では、再循環したフライアッシュ及び微細な燃料微粒子を、他方では流動化ガスによって上昇し、垂直壁の上縁部のレベルに到達した後に縁部を越えて第１の室に流入した流動媒体を受けるために使用される。第２の室は、流動層を生成するために使用される。第１の室の底部は、気密性水管壁で形成され、第２の室の底部は流動化ガスを炉に導入するガスノズルを有する通常の格子で形成される。分離壁及び上記ギャップに対向する第１の室の外壁には、ガスノズルが設けられ、その目的は、ギャップを通して第２の室内にフライアッシュ及び燃料粒子を空気圧で搬送することである。
【００１５】
しかし、以上で言及した特許文献は、格子領域における微細で軽量、場合によっては湿潤な燃料の制御された処理について、流動循環層内の制御された導入の見地からは説明していない。
【００１６】
本発明の別の目的は、軽量、微細及び／又は湿潤な燃料を流動循環層に導入する新規の格子構造及び方法を提案することである。
【００１７】
本発明の別の目的は、燃料が層の乱流材料から隔離され、燃料が格子の実質的な領域へ送出されるまで格子領域が層の材料と燃料の混合物の供給を遅延させるように設計されるように、燃料が格子領域へと下方向に導入される方法及び格子構造を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の方法及び装置の他の特徴は、添付の特許請求の範囲で見られる。
【００１９】
本発明により、循環流動層ボイラ内の微細、軽量及び／又は湿潤な燃料の供給及び燃焼に関する少なくとも幾つかの問題は、循環流動層ボイラの炉に燃料を供給する簡単で効果的な手段によって最小化されている。例えば、湿潤な燃料を乾燥するために先行技術で知られている外部乾燥室を設計し、構築する必要がない。また、別個の混合室内で軽量の粉末状燃料を高温の流動媒体と混合する必要が不要になっている。
【００２０】
本発明により、軽量、微細及び／又は湿潤な燃料が燃焼しているときに、炉の下部でも層をさらに高温に維持することが可能になる。このことは、ボイラの負荷が比較的低く、層温度が自然の理でも低下する傾向がある場合に特に当てはまる。先行技術の装置と比較して、本発明を使用すると以下のことが達成される。
・湿潤な燃料の乾燥開始が早くなる。
・乾燥した燃料の点火及び燃焼が早くなる。
・軽量で微細な燃料のうち層へと下降する割合が高くなり、それにより層温度が上昇するか、又は負荷の低い状態でも許容可能なレベルに留まる。
【００２１】
本発明を使用することの別の利点は、燃料供給を炉の壁部のさらに高い位置に配置することができ、それにより逆圧が小さくなることである。この利点は、必ずしも軽量で微細な燃料ばかりでなく、全タイプの燃料にも当てはまる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
以下で本発明の方法及び装置を、以下の図面を参照しながらさらに詳細に説明する。
【図１】先行技術による循環流動層ボイラの略図である。
【図２】本発明の第１の好ましい実施形態の略図である。
【図３】本発明の第２の好ましい実施形態の略図である。
【図４】本発明の第３の好ましい実施形態の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、先行技術の循環流動層ボイラを概略的に示す。ボイラ１０は、実質的に垂直な壁３２を有する炉１２と、煙道ガス及びそれにより浮遊する固体粒子を固体分離器１６へと運搬するために炉１２の上端部にある放出通路１４と、固体分離器１６から浄化した排気を除去するために固体分離器１６の上端部に配置された通路１８と、分離した固体の少なくとも一部を炉１２の下部へと戻すために固体分離器１６の下端部に配置された再循環導管２０と、炉の側壁３２に配置された燃料供給手段２２と、１次及び２次空気をそれぞれ導入するために炉１２の下部に配置された手段２４及び２６とを備える。燃料供給手段は、単に幾つか代替物を挙げれば、スクリューフィーダ、ドロップレッグ、又は空気圧フィーダとすることができる。１次空気２４は、流動媒体の流動化にも使用される１次燃焼ガスであり、したがって炉１２の底部に配置された格子６０を通して炉１２内に供給される。２次ガス２６は、格子６０のわずかに上で側壁３２を通して炉１２に導入される。ガスが炉１２から再循環導管２０を介して固体分離器１６に流入するのを防止するために、再循環導管２０内にガスロック２８が配置されている。ここでは、再循環導管２０には、再循環する固体から熱伝達媒体へと集熱する流動層熱交換室３０がさらに設けられる。ボイラ１０の側壁３２、及び固体分離器の側壁は通常、水が熱伝達媒体として作用するように水管を備える。
【００２４】
図２は、本発明の第１の好ましい実施形態を概略的に示し、炉と接続して配置された燃料供給部を有するような炉の底部の側壁の部分を示す。炉１２の底部の壁３２’は最も傾斜し、これには実質的に垂直方向に延在して、実質的に垂直の底壁４３及び２つの実質的に垂直の側壁４６で形成された流路４２が設けられる。底壁４３は、その下端部付近に燃料供給手段２２（図１）からの燃料を炉に導入する開口４０が設けられる。燃料供給開口４０と流炉４２の下端部との間にある流路４２の領域を、燃料供給領域と呼ぶ。炉の底部は格子（先行技術の図１では参照番号６０で図示）で形成され、これは本発明によると３つの機能的に異なる区間６２、６４及び６６それぞれに分割される。各格子区間は格子区間の下に自身の吹出口を有することが好ましい。流路４２の下端部は第１の格子区間６２で終了し、これは流路４２の下端部領域を提供するように設計される。すなわち、燃料供給領域の底部の流れの条件は格子領域の残りの部分とは異なる。第２の格子区間６４は、炉の底部で炉の第１の格子区間６２と第３の格子区間６６との間に配置される。第２の格子区間６４も、自身の機能を有するように他の格子区間６２及び６６から少なくとも機能的に分離される。第３の格子区間６６は、先行技術の格子と同様に作用する。すなわち、高速の１次空気で層を流動化し、循環層の形成に関与する。
【００２５】
本発明の燃料供給装置は、その基本的形態では、燃料が、開口４０から流路４２に導入された場合に、及び燃料が軽量、及び微細及び／又は湿潤である場合でも、燃料供給領域内を下って第１の格子区間６２上に流れるように作用する。燃料のこの種の下降流は、燃料供給領域を乱流層から隔離することによって確実にされる。すなわち、流路４２は、炉内で優勢である乱流が、乱流の流動媒体と効率的に混合して、該乱流流動媒体と共に運び去られるような強さで燃料供給領域に到達するのを防止するほど十分に（水平方向に）深く、狭い。格子区間６２の底部の下からのガスの流れは、流路４２の下端部に収集された燃料と固体を流動化して混合し、したがって上からの燃料及び固体が燃料と固体の混合物を燃料供給領域及び第１の格子区間６２から第２の格子区間６４へと実質的に横方向に押し出すことができる。燃料と固体の混合物のこの実質的に横方向の動作は、第１の格子区間６２を、例えば米国特許第７，２４０，６３９号でさらに詳細に説明されているいわゆる階段状格子を形成することによって、第２の格子区間６４に向かって傾斜するように第１の格子区間６２を配置することによって、及び／又は第１の格子区間内に指向性空気ノズルを配置することによって強化することができるが、必ずしも必要ではない。指向性空気ノズルとは、空気ジェットを所望の方向に、この場合は流路４２の下端部領域から、すなわち、第１の格子区間６２から第２の格子区間６４に向かって誘導するノズルである。
【００２６】
第１の格子区間６２内の流動化空気の速度は、炉の乱流領域への燃料及び固体の逃げが促進される程度には高くならないように、燃料と固体を混合し、その混合物を流体のように第２の格子区間６４へと流すのに十分なだけ燃料及び固体を流動化させる程度に速度を低く維持するように、慎重に調節しなければならない。流動化空気の速度は、主に第１の格子区間に入る粒子のサイズによって決定される。実行された試験によると、第１の格子区間６２内の空気の速度は、１０Ｕｍｆと２０Ｕｍｆの間に維持しなければならない。ここでＵｍｆは特定の粒径の最低流動化速度である。例えば、流路４２に入り、後に第１の格子区間６２に入る流動媒体が主に流動層熱交換器から来る場合、平均粒径は、経験に基づいて０．２ｍｍと０．４ｍｍの間である。このような粒子のＵｍｆは１〜６ｃｍ／ｓであり、これにより第１の格子区間６２内の最高速度は、これらの前提条件では１．２ｍ／ｓである。実際の用途では、空気速度は、１つ又は複数の別の源から流路に入る固体、及び燃料の粒径にも多少は依存するが、０．１ｍ／ｓと１．２ｍ／ｓの間のいずれか、好ましくは１ｍ／ｓ未満でなければならない。
【００２７】
第２の格子区間６４は、燃料と固体の混合物の流動化した状態を維持し、燃料と固体の混合物を格子に沿って第３の格子区間６６へと実質的に横方向に移動させるように設計される。燃料と固体の混合物の実質的に横方向の供給は、米国特許第７，２４０，６３９号でさらに詳細に説明された階段状格子構造か、又は空気の流れを所望の方向に噴出させる指向性ノズルを使用することによって達成される。燃料と固体の混合物を所望の方向に移動させるために、空気ジェットは特定の速度でなければならない。実施した試験によると、第２の格子区間６４内の空気速度は以上の例によれば好ましくは４０〜５０Ｕｍｆ程度、すなわち０．４〜３．０ｍ／ｓ、さらに好ましくは２．５ｍ／ｓ未満、最も好ましくは２ｍ／ｓ未満でなければならず、ここで平均粒径は０．２ｍｍと０．４ｍｍの間である。第３の格子領域内で、燃料と固体の混合物の速度は終端速度（５ｍ／ｓから１０ｍ／ｓの範囲内）より高くなり、循環流動層ボイラの動作が開始する。
【００２８】
図３に概略的に示した本発明の第２の好ましい実施形態によると、炉の底部には、第２の格子区間６４と第３の格子区間６６の間に１対の仕切り壁６８が設けられている。壁が必要だと見なされる例示的状況は、炉の側壁３２’でその底部付近に開口７０が配置されているボイラの底部構造が、乱流の流動媒体の一部を傾斜壁３２’の背後に配置された流動層熱交換器へと運搬する場合である。この場合、壁６８の目的は、燃料が供給部から熱交換器へと直接流れ、そこで燃焼するのを防止することである。各壁６８は、壁の第１の端部６８が傾斜壁３２’の下部に当接し、壁６８の反対側の第２の端部が傾斜壁３２’から少し離れるように配置される。この距離は、壁３２’からの第２の格子区間６４の横方向延長部と同じとするか、又は場合によってはこれより短いか、又は長くてもよい。壁６８の対は、その第２の端部の間に、燃料と固体の混合物が炉の底部の中心に向かって流れるための自由通路を形成している。壁の全体の寸法は、ボイラのサイズ及び壁がそこに配置される理由によって決定される。燃料と固体の混合物を第３の格子区間の所望の位置へと誘導するために、壁６８以外の流れ案内装置を使用することもできる。当然、第２の格子区間６４の他方側に別の壁が必要ない場合には、第２の格子区間６４の側部の壁６８を１つだけ設けることも可能である。壁６８は、例えば耐火性材料で、又はひれ付き水管で作成してもよい。
【００２９】
図４は、本発明の第３の好ましい実施形態を示す。ここでは、流動層熱交換室４４が、上述した実質的に垂直な流路４２の側壁４６と流れ連通状態に配置されている。流動層熱交換室４４は、炉の壁３２’内で該流動層熱交換室４４の上に配置された少なくとも１つの開口４８を介して内部流れから固体を受け取る。参照番号５４は、固体を受ける別の選択肢、すなわち外部流れからの固体も熱交換器４４に導入することができる開口を示している。さらに、固体は、図３の開口７０で示すように層の下部から熱交換器へと運搬することもできる。流動層熱交換室４４に入る固体は、室の底部５０を通る空気の流れによって流動化される。室の側部、すなわち、流動層熱交換室４４と実質的に垂直の流路４２との間に、熱交換室４４を実質的に垂直の流路４２に接続するいわゆるリフトレッグ５２がある。リフトレッグ５２は、小さな室であり、その室の側壁のうち、熱交換室４４に面する側壁の下端部には室内で固体が流れることができる開口を、反対側の側壁の上端部には固体がリフトレッグ室５２から実質的に垂直の流路４２へと流出することができる開口を有する。したがって、実質的に垂直の流路４２を流れ落ちる内部流れと、熱交換室４４からリフトレッグ５２を介する固体の流れとの両方が、燃料と混合して、燃料を実質的に垂直の流路４２の下端部へと、すなわち第１の格子区間６２上へと下降させる。
【００３０】
ここで、実質的に垂直の流路４２の両側に流動層熱交換室４４があってもよいことを理解されたい。また、流動層熱交換室４４の位置は、燃料供給開口４０との関連で図４に示す位置より高いか、又は低くてもよい。しかし、熱交換室の流出開口は、そこから流路４２に流入する固体が、開口４０から流路４２に入る燃料の上を流れるように位置決めされることが好ましい。しかし、例えば燃料供給開口内の逆圧を最小化することが重要であると考えられる場合は、燃料供給開口を流路４２の底面でさらに高く配置してもよく、これにより熱交換器から流出する固体を、もはや燃料供給を循環層から隔離するために使用することができない。しかし、この場合も、まだ隔離目的に使用することができる内部流れがある。
【００３１】
実質的に垂直の流路４２は、内部流れからの固体が、格子領域に向かって流れ落ちるための通路を、傾斜壁３２’の単なる平面状の表面よりも多少平穏にすることも理解されたい。したがって、このような流路４２は平面の傾斜壁３２’の対応する領域よりも内部流れからの固体を多く収集する傾向があることが明白である。その理由は、固体粒子が流路の側壁４６間に入る場合、遭遇する乱流領域が殆どの場合小さくなり、炉の底部に向かって沈下し始めるからである。したがって流路４２自体は、その側壁４６を垂直の平面内に位置決めしてもよいが、燃料供給部の上の内部流れから固体を収集する。この固体収集傾向は、このような機能が望ましい場合に、側壁４６が図４に示すものより広い領域から内部流れを収集するように実質的に垂直の流路４２の１つ又は複数の側壁４６の上端部を外方向に傾斜させることによって増大させることができる。炉上で実質的に垂直な流路の上又はその側部に、好ましくは耐火性材料で作成した傾斜案内板を配置して、内部流れを流路４２内に収集することも可能である。同様に、別の開口を燃料供給開口４０の上に配置して、外部流れからの固体を、供給される燃料の上に供給されるように実質的に垂直の流路に導入することが可能である。
【００３２】
燃料供給に関連する追加の特徴として、流路４２には案内板を設けることができ、これは燃料供給開口４０の上に配置され、一方では、燃料供給を下方向に第１の格子区間６２に向かって案内し、他方では炉に入る燃料の流れの上に固体の流れを広げるように位置決めされる。したがって固体は、燃料と乱流層との間にある種のカーテンを形成する場合に、流路内深部の燃料供給の位置に加えて、乱流の流動媒体からの燃料の隔離を補助し、燃料が第１の格子区間６２に確実に到達して乱流の流動媒体とは混合しないことが確実になる。
【００３３】
上記記述は、本発明の最も好ましい実施形態の幾つかを説明しているだけであることを理解されたい。したがって、本発明は以上に開示した実施形態のみに限定されず、添付の特許請求の範囲内の多くの方法で修正できることが明白である。本発明の特定の実施形態の特徴は、本発明の基本的概念で他の実施形態の特徴との関連で適用するか、又は異なる実施形態からの特徴を組み合わせて、動作及び技術的に実行可能である構造にできることも理解されたい。したがって、上記明細書は、１つの燃料供給開口又は１つの実質的に垂直の流路についてのみ説明しているが、作動循環流動層ボイラの供給開口又は流路の数を決して限定せず、ボイラの要件に従って様々なユニットの数を自由に変更できることが明白である。
【図１】
2013510288.tif 000003
【図２】
2013510288.tif 000004
【図３】
2013510288.tif 000005
【図４】
2013510288.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成24年7月11日(2012.7.11)
【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】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軽量、微細及び／又は湿潤な燃料を循環流動層ボイラに供給する方法であって、燃料の流れを炉に導入し、燃料を流動媒体と混合して乱流循環層を形成し、燃料が、前記ボイラ（１０）の前記炉（１２）内で流動媒体の存在下で燃焼して、煙道ガスが形成され、前記流動媒体が、前記炉（１２）の内側では、流動媒体が前記炉の壁（３２）に沿って前記炉（１２）の底部へと下方向に戻る内部流れで、前記炉（１２）の外側では、外部流れで、すなわち少なくとも前記炉（１２）と流れ連通状態に配置された固体分離器（１６）を介して循環し、流動媒体が前記分離器（１６）内で前記煙道ガスから分離され、前記煙道ガスがさらに処理されるために前記分離器（１６）から取り出され、前記分離された流動媒体が前記ボイラ（１０）の前記炉（１２）に戻り、前記炉（１２）内で前記燃料の滞留時間を長くするために、
前記燃料の供給部を、前記炉（１２）の前記壁（３２’）内に配置された少なくとも１つの流路（４２）に沿って配置することによって、燃料供給領域を前記乱流循環層から隔離し、
燃料及び前記循環流動媒体の固体を前記燃料供給領域の底部にて第１の格子区間（６２）上に導入し、
前記燃料及び前記固体を前記第１の格子区間（６２）の上で混合し流動化して、燃料と固体の混合物を形成し、
前記燃料と固体の混合物が第２の格子区間（６４）へと実質的に横方向に流れることができるようにし、
前記燃料と固体の混合物を前記格子に沿って第３の格子区間（６６）へと実質的に横方向に供給し、そこで前記混合物が効率的に流動化され、前記循環流動層が生成されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記固体が前記燃料と前記乱流循環層との間のカーテンを形成するように、前記炉壁（３２）に沿って下方向に流れる前記内部流れ、流動層熱交換室（３０，４４）からの固体の放出、及び前記燃料供給の上で前記固体分離器（１６）から戻る前記固体のうちの１つから前記固体を導入することによって、前記燃料供給領域が前記乱流循環層から隔離されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
０．１ｍ／ｓと１．２ｍ／ｓの間、好ましくは１．０ｍ／ｓ未満の空気速度を使用することによって、前記第１の格子区間（６２）の上で前記燃料と前記固体を流動化させ混合することを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも前記第１の格子区間（６２）を前記第２の格子区間（６４）に向かって傾斜させるか、又は指向性空気ノズルを前記第１の格子区間（６２）に配置することによって、前記第２の格子区間（６４）への前記燃料と固体の混合物の移動を補助することを特徴とする、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記燃料と固体の混合物を前記第３の格子区間（６６）に広げるために、前記第２の格子区間（６４）で指向性ノズル又は階段状格子を使用することを特徴とする、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記燃料と固体の混合物を前記第３の格子区間（６６）に広げる際に、０．４ｍ／ｓと３ｍ／ｓの間、好ましくは２．５ｍ／ｓ未満、さらに好ましくは２．０ｍ／ｓ未満の空気速度を使用することを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の格子区間（６２）からの前記燃料と固体の混合物を前記第３の格子区間（６６）の所望の位置に広げるために流れ案内装置（６８）を使用することを特徴とする、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
軽量、微細及び／又は湿潤な燃料を循環流動層ボイラに供給する装置であって、前記ボイラ（１０）が、少なくとも前記ボイラの底部にある格子（６０）、側壁（３２）、及び屋根によって区切られた炉（１２）と、前記炉の上部と流れ連通状態に配置された固体分離器（１６）と、前記炉（１２）に１次及び２次空気を提供する手段（２４，２６）と、前記分離器（１６）内で煙道ガスから分離した前記固体を前記炉（１２）内に戻す手段（２０）と、燃料の流れを前記炉（１２）内に供給する手段（２２）とを備える装置であって、前記炉（１２）内の前記燃料の滞留時間を長くするために、燃料供給領域が、前記炉（１２）の前記壁（３２’）内に配置された少なくとも１つの流路（４２）によって前記炉（１２）の残りの部分から隔離され、格子（６０）が、３つの機能的に異なる区間、すなわち、第１、第２及び第３の格子区間（６２，６４，６６）に分割されることを特徴とする装置。
【請求項９】
前記炉（１２）の前記残りの部分から隔離された前記燃料供給領域が、前記炉（１２）の壁（３２’）に配置された実質的に垂直方向の流路（４２）の一部であり、前記流路（４２）が、側壁（４６）と、燃料供給開口（４０）を備える実質的に垂直の底壁（４３）とを有し、前記第１の格子区間（６２）が前記燃料供給領域の前記底部を形成することを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記流路（４２）が、流動層熱交換室（３０，４４）、前記内部流れ及び前記固体分離器（１６）のうち１つと流れ連通状態に配置されることを特徴とする、請求項８又は９に記載の装置。
【請求項１１】
前記燃料供給領域が、前記第１の格子区間（６２）とは異なる流れの状態を提供する第２の格子区間（６４）と流れ連通状態に配置されることを特徴とする、請求項８又は９に記載の装置。
【請求項１２】
前記第２の格子区間（６４）への前記燃料と固体の混合物の移動を補助するために、前記第１の格子区間（６２）が前記第２の格子区間（６４）に向かって傾斜し、及び／又は指向性空気ノズルが設けられることを特徴とする、請求項８又は９に記載の装置。
【請求項１３】
前記第２の格子区間（６４）が、前記第１及び第２の格子区間（６２，６４）とは異なる流れの状態を有する前記第３の格子区間（６６）と流れ連通状態に配置されることを特徴とする、請求項８から１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
前記燃料と固体の混合物を前記第３の格子区間（６６）で所望の位置に広げるために、前記第２の格子区間（６４）に案内装置（６８）を設けることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１５】
前記第２の格子区間（６４）における前記案内装置が、前記第３の格子区間（６６）の所望の位置への前記燃料と固体の混合物の移動を補助する指向性ノズル又は階段状格子であることを特徴とする、請求項１４に記載の装置。
【国際調査報告】
2013510288.tif 000007
2013510288.tif 000008
2013510288.tif 000009
2013510288.tif 000010
2013510288.tif 000011