(57)【要約】  酸素循環流動床反応器であり、反応器チャンバ（１５）と、該反応器チャンバ内へガスを導入するために該反応器チャンバの底部に設けられたガス分配構造（５０）とを備えており、該ガス分配構造は、富酸素ガスを反応器チャンバ（１５）内へ導入するための第一のガス給送装置（７０）と第二のガス給送装置（７５）とを備えている。第一のガス給送装置（７０）は第一のウインドボックス（７１）を備えており、第二のガス給送装置（７５）は第二のウインドボックス（８０）を備えており、前記第一のウインドボックスは前記反応器チャンバと共通の壁（７７）を備えており、前記第一のウインドボックスの下方に配置されている前記第二のウインドボックスは、前記第一のウインドボックスと共通の壁（７６）を備えている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素燃焼循環流動床反応器であり、反応器チャンバ（１５）と、該反応器チャンバの底部に設けられてガスを反応器チャンバ内へ導入するためのガス分配構造（５０）とを備えており、該ガス分配構造は、富酸素ガスを反応器チャンバ（１５）内へ導入するために、第一のガス給送装置（７０）と第二のガス給送装置（７５）とを備えており、
第一のガス給送装置（７０）が第一のウインドボックス（７１）を備えており、第二のガス給送装置（７５）が第二のウインドボックス（８０）を備えており、前記第一のウインドボックスは前記反応器チャンバと共通の壁（７７）を有しており、前記第一のウインドボックスの下方に配置されている第二のウインドボックスは前記第一のウインドボックスと共通の壁（７６）を備えている、ことを特徴とする酸素燃焼循環流動床反応器。
【請求項２】
第二のウインドボックス（８０）の表面が、第二のウインドボックス（８０）内へと広がっている高い酸素成分ガスの環境内で耐火性を有する材料からなる、ことを特徴とする請求項１に記載の酸素燃焼循環流動床反応器。
【請求項３】
第二のウインドボックス（８０）が耐火性材料によって裏張りされた内壁（１３５）を有している、ことを特徴とする請求項１に記載の酸素燃焼循環流動床反応器。
【請求項４】
第二のウインドボックス（８０）が複数の導管（１４０）を介して前記反応器と接続されており、前記複数の導管（１４０）は、前記第二のウインドボックス（８０）から第一のウインドボックス（７１）内を通って反応器チャンバ（１５）内へと伸長している、ことを特徴とする請求項１に記載の酸素燃焼循環流動床反応器。
【請求項５】
前記導管（１４０）が取り外し可能に配備されている、ことを特徴とする請求項３に記載の酸素燃焼循環流動床反応器。
【請求項６】
前記反応器チャンバに、反応器チャンバ内で起こった反応によって発生したガスに飛沫同伴された流動化された粒子を分離するための粒子分離器（２０）が設けられており、該粒子分離器には、ガス出口（３５）と、分離された粒子のための出口（３０）とが設けられており、前記ガス出口は、再循環導管（９５）を介して第一のウインドボックス（７１）及び第二のウインドボックス（８０）と流体連通状態に配備されている、ことを特徴とする請求項１に記載の酸素燃焼循環流動床反応器。
【請求項７】
前記再循環導管（９５）が、第一の流量制御装置（１０８）が設けられている導管（１０７）を介して第一のガス給送装置（７０）内の第一の混合部材（１０１）と接続されており且つ第二の流量制御装置（１１２）が設けられている導管（１１１）を介して第二のガス給送装置（７５）内の第二の混合部材（１０２）と接続されている、ことを特徴とする請求項５に記載の酸素燃焼循環流動床反応器。
【請求項８】
前記ガス分配構造が富酸素ガスの発生源（１００）と接続されている、ことを特徴とする請求項５に記載の酸素燃焼循環流動床反応器。
【請求項９】
富酸素ガスの発生源（１００）が、第三の制御弁（１０４）が設けられている導管（１０３）を介して第一の混合部材（１０１）と接続されており且つ第四の制御弁（１０６）が設けられている導管（１０５）を介して第二の混合部材（１０２）と接続されている、ことを特徴とする請求項７に記載の酸素燃焼循環流動床反応器。
【請求項１０】
反応器チャンバ（１５）と該反応器チャンバの底部に設けられているガス分配構造（５０）とを備えている酸素燃焼循環流動床反応器を作動させる方法であり、該方法においては、ガスは、ガス分配構造（５０）を介して前記反応器チャンバ内へ導入され、前記ガス分配構造は更に、ガスが反応器チャンバ（１５）内へ導入されるときに通る第一のガス給送装置（７０）と第二のガス給送装置（７５）とを備えており、
富酸素ガスが、第一のガス給送装置（７０）の第一のウインドボックス（７１）を介して及び前記第二のガス給送装置（７５）の第二のウインドボックス（８０）を介して前記反応器チャンバ内へ導入され、第二のウインドボックス（８０）を介して導入される富酸素ガスは、前記第一のウインドボックス（７１）内を貫通している複数の導管（１４０）を介して前記反応器チャンバ内へ導入される形態で導入される、ことを特徴とする酸素燃焼循環流動床反応器を作動させる方法。
【請求項１１】
反応器チャンバ（１５）内へ導入されるガスが再循環されたガスを含んでおり、該再循環されたガスは、第一のガス給送装置（７０）内へ制御可能に導入される流れと、第二のガス給送装置（７５）内へ制御可能に導入される流れとに分割され、富酸素ガスは、第一のガス給送装置（７０）内のガスの酸素成分が第一の酸素成分より少ないか又は等しくなるように第一のガス給送装置（７０）内の再循環されたガスの流れ内へ導入され且つ第二のガス給送装置（７５）内のガスの酸素成分が第一の酸素成分より多いか又は等しくなるように第二のガス給送装置（７５）内の再循環されたガスの流れ内へ導入される、ことを特徴とする請求項１０に記載の酸素燃焼循環流動床反応器を作動させる方法。
【請求項１２】
前記第一の酸素成分が２３体積％より多いことを特徴とする請求項１０に記載の酸素燃焼循環流動床反応器を作動させる方法。
【請求項１３】
前記第一のガス給送装置内の酸素成分が、前記第二のガス給送装置内のガスの酸素成分よりも少ない、ことを特徴とする請求項１０に記載の酸素燃焼循環流動床反応器を作動させる方法。
【請求項１４】
前記第二のガス給送装置内の富酸素ガスが、第二のウインドボックス（８０）へ給送され且つ前記反応器チャンバからの熱の流れを受け、該熱の流れは、第一のウインドボックス（７１）内のガスを加熱することによって減らされている、ことを特徴とする請求項１０に記載の酸素燃焼循環流動床反応器を作動させる方法。
【請求項１５】
第二のウインドボックス（８０）内の富酸素ガスが、第一のウインドボックス（７１）内を貫通している複数のパイプ（１４０）であって第一のウインドボックス（７１）内のガスによって同時に加熱されている複数のパイプ（１４０）を介して前記反応器チャンバ内へ導入される、ことを特徴とする請求項１０に記載の酸素燃焼循環流動床反応器を作動させる方法。
【請求項１６】
第二のウインドボックス（８０）内の富酸素ガスの温度が、第一のウインドボックス（７１）内のガスの温度よりも低く維持されている、ことを特徴とする請求項１０に記載の酸素燃焼循環流動床反応器を作動させる方法。
【請求項１７】
ガス分配構造内に存在する燃焼可能物質の自己発火の虞が最小化されるように第１の酸素成分が調節される請求項１０に記載の酸素燃焼循環流動床反応器を作動させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素燃焼流動床反応器及びその作動に関する。本発明は特に、酸素燃焼流動床反応器であって、反応器チャンバと、該反応器チャンバの底部に設けられ且つガスを反応器チャンバ内に導入するためのガス分配構造とを備えている酸素燃焼流動床反応器に関する。前記ガス分配構造は、請求項１の前段に記載されている、反応器チャンバから発生される再循環されたガスを導入するための第一のガス給送装置と、富酸素ガスを導入するための第二のガス給送装置とを備えている。本発明はまた、反応器チャンバと該反応器チャンバの底部に配置されているガス分配構造とを備えている酸素燃焼流動床反応器を作動させる方法に関し、該方法においては、ガスが前記ガス分配構造を介して前記反応器内へ導入され、前記ガス分配構造は更に、請求項１０の前段に記載されている、前記反応器チャンバから発生された再循環ガスがその中を通って反応器チャンバ内へ導入される第一のガス給送装置と、富酸素ガスがその中を通って前記反応器チャンバ内へ導入される第二の該給送装置と、を備えている。
【背景技術】
【０００２】
例えば、いわゆる温室効果に関するガスの排出を制限する新しい規則及びその他の要望の進展は、例えば化石炭素質燃料を使用している電源ステーション内の二酸化炭素を減らすための新しい技術の提供に寄与して来た。
【０００３】
例えば、米国特許第６，５０５，５６７号には、循環流動床蒸気発生器が開示されており、該装置内では、燃焼による生成ガスである再循環される二酸化炭素によって燃焼が支援されている。燃焼は、循環流動床蒸気発生器内へ導入される純粋酸素よって維持される。純粋酸素の導入によって、極めて高い局部的な温度を有する領域が形成され、この領域は、例えば、これらの領域に近接している構成要素に応力が生じるので望ましくない。
【０００４】
循環流動床反応器内への酸素の導入は特に繊細なプロセスである。酸素の不均一な分布が加熱されたスポット上に局部的に形成され、これらのスポットはまた、床材料の凝塊のような問題を生じさせ易い。純粋酸素が問題となる場合が特にそうである。
【０００５】
ＷＯ  ２００５１１９１２６には燃焼チャンバを備えている流動床装置が開示されており、該装置においては、底部に第一のタイプ及び第二のタイプの主ガス供給ノズルが設けられている。まず第一に、第一のタイプのノズルが、チャンバの底部に近い第一の高さに一般的なウインドボックス及びノズルによって第一のガス混合物を噴射するために設けられている。第二に、第二のタイプのノズルが、前記第一の高さの近くの第二の高さにおいて酸素に富む第二のガス混合物を噴射するために設けられている。ＷＯ  ２００５１１９１２６によれば、前記第二のタイプのノズルは、酸素をノズル内で第二のガス成分と混合するための構造を備えており、該構造は、下方端部が、酸素供給源及び第二のガス成分の供給源に接続されている。第二のガス成分は、ウインドボックスからのガスか又は別個のガス収集器からのガスであるとして言及されている。
【０００６】
この種の構造においては、酸素がノズル内でウインドボックスから導入されたガスと混合され、該混合物内の酸素の比率の制御は、常に、ウインドボックス内に広がっている圧力に依存し、ことによると独立した制御は難しい。
【０００７】
循環流動床反応器においては、負荷の変化は反応器のグリッドを介して給送されるガスの量の各々の変化を必要とするので、流動ガスの速度は著しく変化する。グリッドの作動範囲は、例えば、高負荷動作中及び低負荷動作中おいてさえ過剰となるべきではない圧力低下によって決まり、この圧力低下は、グリッドの断面領域上のガスの流れの均一な分布を提供するのに適していなければならない。実際には、低負荷動作中においてもグリッドを介して給送されなければならないある種の最少の空気の流れが存在し、これは、幾つかの場合には、反応器から得ることができる最も低い負荷の制限ファクタである。
【０００８】
特に、酸素燃焼循環流動床反応器には、負荷の変化によるガスの速度の変化に加えて、酸素燃焼循環流動床反応器内で維持されるプロセス内への富酸素ガスの適切な導入という問題も存在する。
【０００９】
米国特許第４，６２６，８３１号には、ガス状の流動流体を流動床を使用して処理チャンバへ搬送するためのグリッドが開示されている。該グリッドは、２つの別個に供給されるチャネル回路、すなわち、頂部に向かって広がっているオリフィスを備えている第一のチャネル回路であってチャンバ内に稠密な流動床を提供するための第一のチャネル回路と、前記の広がっているオリフィスの上方において外方へ開口していて、各々、チャンバ内に強制的な粒子の流動床を提供するための第二の管状チャネル回路とを備えている。２つの別個の組のノズルとパイプ網とからなるこの種のグリッドは、操作が極めて複雑である。
【００１０】
本発明は、酸素燃焼循環流動床反応器であって、再循環されたガスと富酸素ガスとの両方を酸素燃焼循環流動床反応器内へ導入するための進歩した解決方法を提供することを目的としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第６，５０５，５６７号
【特許文献２】ＷＯ  ２００５１１９１２６
【特許文献３】米国特許第４，６２６，８３１号
【発明の概要】
【００１２】
本発明の目的は、請求項１及び１０に開示されているようにして達成される。他の請求項は、本発明の種々の実施例の更なる細部を提供している。
【００１３】
本発明の好ましい実施例によれば、酸素燃焼循環流動床反応器は、反応器チャンバと、該反応器チャンバの底部に設けられてガスを反応器チャンバ内へ導入するためのガス分配構造とを備えており、前記ガス分配構造は、富酸素ガスを反応器チャンバ内へ導入するための第一のガス給送装置と第二のガス給送装置とを備えている。前記第一のガス給送装置は第一のウインドボックスを備えており、第二のガス給送装置は第二のウインドボックスを備えている。第一のウインドボックスは反応器チャンバと共通の壁を備えており、第一のウインドボックスの下に配置されている第二のウインドボックスは、第一のウインドボックスと共通の壁を備えている。
【００１４】
ガス分配構造は更に富酸素ガスの発生源と接続されている。この構造は、空気中の酸素成分よりも高い高レベルで反応器チャンバ内に導入されるガスの酸素成分を有する酸素燃焼循環流動床反応器の効率が良く且つ信頼性の高い動作を可能にする。
【００１５】
第二の下方のウインドボックスは、内部のガスの高い酸素成分によってもたらされる状態に耐える材料によって裏打ちされている内壁を有しているのが有利である。
【００１６】
第二のウインドボックスは、第二のウインドボックスから第一のウインドボックス内を通って反応器チャンバ内へと伸長している複数の導管によって反応器と接続されている。これによって、おそらく第一のウインドボックス内のガスよりも低い温度に維持されている第二のウインドボックス内のガスの特性が提供される。これらの導管は第一のウインドボックス内に取り外し可能に配置されているのが好ましい。
【００１７】
反応器チャンバには、反応器チャンバ内で起こる反応によって生じるガスによって飛沫同伴される流動粒子を分離するための粒子分離器が設けられており、該粒子分離器には、ガス出口と分離された粒子の出口とが設けられている。ガス出口は、再循環導管を介して第一のウインドボックス及び第二のウインドボックスに流動連通している状態で配置されている。
【００１８】
再循環導管は、第一の流量制御装置が設けられている導管を介して第一のガス給送装置内の第一の混合部材と接続されており且つ第二の流量制御装置が設けられている導管を介して第二のガス給送装置内の第二の混合部材と接続されている。このようにして、再循環されたガスの第一と第二との両方のガス給送装置への流量は互いに独立に制御される。
【００１９】
富酸素ガスの発生源は、第三の制御弁が設けられている導管を介して第一の混合部材と接続されており且つ第四の制御弁が設けられている導管を介して第二の混合部材と接続されている。このようにして、第一のガス給送装置と第二のガス給送装置との両方への富酸素ガスの流量は、互いに独立に制御され、本発明による方法を実施することができる。
【００２０】
本発明に従って、反応器チャンバと該反応器チャンバの底部に設けられているガス分配構造とを備えている酸素燃焼循環流動床反応器を作動させる方法においては、ガスは、ガス分配構造を介して反応器チャンバへ導入される。ガス分配構造は更に、第一のガス給送装置と第二のガス給送装置とを備えており、これらのガス給送装置を介してガスは反応器チャンバへと導入される。流入ガスは、第一のガス給送装置の第一のウインドボックス及び第二のガス給送装置の第二のウインドボックスを介して反応器チャンバ内へ導入され、第二のウインドボックスを介して導入される富酸素ガスは、第一のウインドボックスを貫通している複数の導管を介して反応器チャンバ内へと導入される形態で反応器チャンバ内へ導入される。
【００２１】
発明の好ましい実施例によれば、反応器チャンバ内に導入されたガスは再循環されたガスを含んでおり、この再循環されたガスは、第一のガス給送装置内へ制御可能に導入される流れと第二のガス給送装置内へ制御可能に導入される流れとに分割される。富酸素ガスは、第一のガス給送装置内のガスの酸素成分が第一の酸素成分より少ないか又は等しいように第一のガス給送装置内の再循環されたガスの流れ内へ導入され、第二のガス給送装置内のガスの酸素成分が第一の酸素成分より多いか又は等しいように第二のガス給送装置内の再循環されたガスの流れ内へ導入される。
【００２２】
第一の酸素成分は、ガス分配構造内に存在する燃焼可能な物質の自己発火すなわち外部からの点火が無い状態での発火の虞が最少化されるように調整されるのが好ましい。
【００２３】
酸素成分は、本発明の実施例に従って、ＣＯ２−Ｈ２Ｏ−Ｏ２ガス混合物のＯ２濃度が、燃焼可能な物質の断熱燃焼温度が空気による燃焼の断熱燃焼温度より低いか又は等しいほど低く（典型的的には＜２８％）維持することによって制御される。
【００２４】
第二のガス給送装置内の富酸素ガスは、第二のウインドボックスへ給送され且つ反応器チャンバからの熱の流れを受ける。該熱の流れは、第一のウインドボックス内のガスを温めることによって減じられる。このようにして、第二のウインドボックス内の富酸素ガスは、第一のウインドボックス内のガスより低い温度に容易に維持することができる。第二のウインドボックス内の富酸素ガスは、第一のウインドボックス内を伸長している複数のパイプであって第一のウインドボックス内のガスによって同時に加熱される複数のパイプを介して反応器チャンバ内へ導入される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
以下、添付の概略図を参考にして本発明を説明する。
【図１】図１は、本発明の一つの実施例によるガス分配構造が設けられている酸素燃焼循環流動床反応器を示している概略図である。
【実施例】
【００２６】
図１は、酸素燃焼循環流動床反応器１０を示している。酸素燃焼循環流動床反応器１０は、反応器チャンバ１５と粒子分離器２０とを備えており、粒子分離器２０は、接続導管２５を介して反応器チャンバ１５の上方部分に接続されている。粒子分離器２０には、粒子出口３０とガス出口３５とが設けられている。粒子出口３０は粒子戻りチャネル４０に接続されている。粒子分離器２０は遠心分離器タイプであるのが好ましい。前記の戻りチャネルには、例えば、別個の粒子冷却器又はその他の粒子処理装置（ここでは図示せず）が設けられている。
【００２７】
通常の燃焼作動状態において主としてＣＯ２及びＨ２Ｏを含んでいる排ガスは更に、ガス出口３５を介して排ガス導管４５につながっている。排ガス導管はここでは点線によって示されており、該点線は、排ガスが、排ガス導管４５（ここでは明確化のために図示されていない）と接続された状態で設けられている熱回収プロセスのようなある種の処理プロセスを受けるという事実を示している。
【００２８】
反応器チャンバ１５の底部にはガス分配構造５０が設けられており、ガス分配構造５０は、流動ガスと酸素含有ガスとが反応器チャンバ１５内へ導入されるときに通るグリッド５５を備えている。ガスの成分に関係なく、グリッド５５を介して導入される全てのガスが床材料の流動化に関与している。反応器チャンバ１５はその下方端部がグリッド５５によって境界が定められている。グリッドには２組の開口部６０，６５が設けられており、これらは各々第一のガス給送装置７０と第二のガス給送装置７５とに接続されており、これらの開口部には、実際には、特別なノズルが設けられているが、ここでは明確化のために示されていない。これらのノズルは、グリッドの領域にほぼ均一に分布せしめられている。
【００２９】
第一のガス給送装置７０は第一のウインドボックス７１を備えている。第一のウインドボックス７１は、その底壁７６と、頂壁７７と、側壁７８とによって形成されている。側壁の個数は第一のウインドボックス断面形状によって決定され、例えば円形である場合には、ウインドボックスを包囲しているただ一つの側壁のみが存在する。第一の給送装置７０は、更に第一の混合部材１０１を備えており、ガスは、該第一の混合部材１０１を通ることによって第一のウインドボックス７１内へ流れるように整列せしめられる。
【００３０】
第二のガス給送装置７５は第二のウインドボックス８０を備えており、第二のウインドボックス８０は、その底壁８１、頂壁８２及び側壁８３によって形成されている。第二のウインドボックス８０は第一のウインドボックス７１のすぐ下に配置されている。第一のウインドボックスと第二のウインドボックスとは相互に共通の壁を有している。第一のウインドボックス７１の底壁７６と第二のウインドボックスの頂壁８２とは、相互に一体に取り付けられているか又は単一の共通の壁によって平らに形成されていても良い。言い換えると、第一のウインドボックス７１は反応器１５のすぐ下方に配置されており、第二のウインドボックス８０は第一のウインドボックス７１のすぐ下方に配置されている。第二の給送装置７５は第二の混合部材１０２を備えており、ガスは、該第二の混合部材１０２を通ることによって第二のウインドボックス８０内へ流入するように整列せしめられる。
【００３１】
第一のウインドボックス７１と第二のウインドボックス８０との両方には、ガス入口８５，９０が設けられており、これらのガス入口は、ウインドボックスの内側空間に対して開口している。第一の混合部材１０１と第二の混合部材１０２とは、それらの上流の各々の入口に接続されて配置されている。排ガス導管４５には送風機装置９６が設けられた再循環装置９５が設けられている。再循環装置９５は、再循環されたガスとして反応器チャンバ１５内で起った反応によって生じた生成ガスを導入するように配置されている。実際には、通常の燃焼動作中においては、再循環された生成ガスは主としてＣＯ２及びＨ2Ｏを含んでいる。
【００３２】
再循環導管９５は、導管１０７を介して第一の混合部材１０１と接続されており且つ導管１１１を介して第二の混合部材１０２と接続されている。導管１０７及び１１１には、各々、第一及び第二の流量制御装置１０８及び１１２が設けられている。
【００３３】
これらの第一及び第二の混合部材は、各々、ガス入口８５，９０に接続されている。混合部材内では、富酸素ガスは、同時の混合によって再循環されたガスの流れ内に導入される。各ウインドボックス内へ導入される再循環されるガスの量は、第一及び第二の流量制御装置１０８，１０２によって制御される。流量制御装置は、例えば、第一及び第二の制御弁を備えている。本発明の一つの実施例に従って、流量制御装置は、制御弁に加えて又は制御弁の代わりに、導管１０７及び１１１の各々に設けられている専用のインバータ式送風機（図示せず）を備えている。これは、ウインドボックス内へ導入される再循環されたガスの量を制御する効率の良い方法を提供する。弁の代わりに送風機を備えることによって、不必要な圧力の損失が最少化される。なぜならば、再循環導管９５内の送風機は、弁を使用する場合のように高い圧力を形成する必要はないからである。
【００３４】
このことは、酸素燃焼循環流動床反応器が、反応による生成ガス（炭素質燃料の燃焼の場合に反応器内で発生するのは主としてＣＯ２及びＨ２Ｏである）が部分的に反応器１５へと戻されて再循環され、開始段階の後に、反応器が空気の代わりに生成ガスと酸素との混合物によって作動せしめられるような形態で作動するのを可能にする。このようにして、窒素の存在が避けられ且つ排ガスからのＣＯ２の回収が容易に整備できる。
【００３５】
ガス分配構造５０はまた、空気分離装置(ＡＳＵ)のような富酸素ガス発生源１００とも接続されている。富酸素ガスの発生源１００は、第三の制御弁１０４が設けられている導管１０３を介して第一の混合部材１０１と及び第四の制御弁１０６が設けられている導管１０５を介して第二の混合部材１０２と接続されている。
【００３６】
第一のウインドボックス７１を介する反応器１５へのガスの導入は、以下のようにして起るように整備されている。富酸素ガスのための第三の制御弁１０４及び再循環されたガスのための制御装置１０８は、第一のガス給送装置７０を介して導入されるガスが第一の酸素成分（実際には約２８体積％好ましくは２３〜２８体積％である）よりも低い酸素成分を有するように作動せしめられる。第一の酸素成分は、ガス分配構造内に存在する燃焼可能な物質の自己発火の恐れが最小化されるように調整されるのが好ましい。このように、反応器の作動は信頼性が高く且つ安全である。
【００３７】
第二のウインドボックス８０を介する反応器１５内へのガスの導入は、以下のようにしてなされるように整備されている。富酸素ガスのための第四の制御弁１０６及び再循環ガスのための制御装置１１２は、第二のガス給送装置７５を介して導入されるガスが前記の第一の酸素成分より多い高い酸素成分を有するように作動せしめられる。従って、第二のウインドボックス内のガスの酸素成分は、空気の酸素成分より実質的に高く維持される。当然のことではあるが、例えば少なくとも開始段階中の場合のように空気による燃焼が行なわれているときには、酸素成分は両方のウインドボックス内で同じであるように調整することができる。
【００３８】
上記の構造によって、ある所定の酸素成分を有する再循環されたガスを両方のウインドボックス内へ導入することが可能にされる。混合部材１０１，１０２は、ウインドボックス内に入るガスが実質的に均一な組成を有することを確保する。このことにより、ウインドボックス内での炭素質物質の早期発火及び反応チャンバ内の局部的な過熱領域を生じさせるかも知れない局部的な高い酸素濃度の存在の可能性が最少化される。
【００３９】
第一のガスの入口８５及び第二のガスの入口９０並びにノズル６０及び６５の両方を介して導入されるガスのトータル流量は、酸素燃焼循環流動床反応器及び／又は流動ガス流量の所定の要件に基づいて調整される。第二のガスの入口９０及びノズル６５を介して導入される富酸素ガスの量は、反応器内へ導入されるガスの酸素成分の所定の目標値に基づいて調整される。いずれの場合にも、第二のウインドボックスを介して導入されるガスの酸素成分は、反応器チャンバ１５と接続されている第一のウインドボックスの酸素成分よりも多いことが好ましい。
【００４０】
燃焼可能な物質が高い酸素成分を有する第二のウインドボックスに流入する場合には、酸素成分が比較的高いにもかかわらず、不所望な発火の恐れは、第二のウインドボックス内の温度を第一のウインドボックス内の温度より低く維持することによって最少化される。
【００４１】
第二のウインドボックスを介する高い酸素成分を有する富酸素再循環ガスを導入することと、第二のウインドボックスを第一のウインドボックスによって反応器チャンバ１５から分離されるように第二のウインドボックスを整備することとを組み合わせることによって、循環する流動床の安全性が著しく改良される。このことは、使用時に第二のウインドボックス内の富酸素ガスの温度が第一のウインドボックス内のガスの温度よりも低い温度に維持されるという事実による。
【００４２】
本発明の好ましい実施例によれば、第二のウインドボックス８０は、第一のウインドボックス７５内を伸長している複数の導管１４０を介して反応器チャンバ１５に接続されている。図１の実施例においては、導管はパイプである。パイプ１４０においては、富酸素ガスは、第一のウインドボックス７５内の再循環されたガスによって加熱される。富酸素ガスは、第二のウインドボックス８０を介して導入される富酸素ガスが第一のウインドボックス７１内を伸長している複数の導管１４０を介して反応チャンバ内へ導入されるようにして、第一のガス給送装置７０の第一のウインドボックス７１を介して及び第二のガス給送装置７５の第二のウインドボックス８０を介して、反応器チャンバ内へ導入される。このようにして、高い酸素成分を有している富酸素ガスの温度は、第二のウインドボックス内では低温に維持し且つ反応器チャンバ１５内へ導入される直前に加熱することができ、このことにより動作が信頼性高く且つ安全にされる。
【００４３】
本発明の一つの実施例によれば、パイプ１４０は、第一のウインドボックス７５の底壁７６と頂壁７７との間に取り外し可能に設置されており、このことにより、これらのパイプをメンテナンス及び点検目的で第一のウインドボックス７５内の空間へアクセスするために取り外すのが補助される。図１においては、パイプは、点線１４５によってその位置が示されている第二のウインドボックス８０の空間へと移動させることができる。パイプ１４０は、該パイプを基本的な工具によって迅速に取り外すのを容易にする圧縮ばね構造（図示せず）によって取り付けることもまた想定することができる。
【００４４】
反応器チャンバと該反応器チャンバの底部に配置されているガス分配構造とを備えている酸素燃焼循環流動床反応器を作動させる方法においては、ガスはガス分配構造５０を介して反応器チャンバへ導入される。該ガスの分配構造は、第一のガス給送装置と、ガスが反応器チャンバ１５内へ導入されるときに通る第二のガス給送装置とを備えている。
【００４５】
本発明によれば、反応器チャンバ内へ導入されるガスは再循環ガスを含んでいる。再循環されたガスは、第一のガス給送装置内へ制御可能に導入される流れと、第二のガス給送装置内へ制御可能に導入される流れとからなる流れに分割される。
【００４６】
富酸素ガスが第一のガス給送装置内の再循環ガスの流れ内へ導入されて、第一のガス給送装置内のガスの酸素成分が第一の酸素成分より少ないか又は該第一の酸素成分と等しくされる。更に、富酸素ガスは、第二のガス給送装置内の再循環されたガスの流れ内へ導入されて、第二のガス給送装置内のガスの酸素成分が第一の酸素成分より多いか又は該第一の酸素成分と等しく、すなわち高い酸素成分となるようにされている。第二のガス給送装置の第二のウインドボックス内の高い酸素成分を有するガスは反応器チャンバからの熱の流れを受け、この熱の流れは第一のウインドボックス内のガスを温めることによって減少する。
【００４７】
本発明の好ましい実施例によれば、第一のウインドボックス内のガスは、＜３００℃の温度に維持され、第二のウインドボックス内のガスは、＜２００℃の温度に維持される。このようにして、富酸素ガスの信頼性の高い動作が確保され、燃焼可能な物質の自己発火の恐れが最少化される。
【００４８】
第二のウインドボックスの面は、第二のウインドボックス内に広がっている好ましくは難燃性の高い酸素成分ガスの環境で耐火性を有する材料からなる。この構造は第一のウインドボックスの炭素鋼のような基材に酸化防止層を設けることによって更に改良することができる。これは、基材を、富酸素ガスによる作用及び第二のウインドボックス内の温度の作用から保護する。該酸化防止層は、一つの実施例によれば、第二のウインドボックス８０の内壁上の内張り１３５であり、該内張りは、耐火材料例えばセラミック材料からなる。炭素鋼のような基材もまた、適切な厚みのオーステナイト鋼によって内側を覆われても良い。耐性合金からなる保護ライナー及びコーティングもまた炭素鋼又はステンレス鋼と共に使用することができる。
【００４９】
基材自体は、富酸素ガスの存在によって生じる環境を抑制するように選択することができる。従って、本発明の別の実施例によれば、基材自体によって基材の表面上に抑制層が形成される。例えば、ニッケル又は銅を基材とする超合金が有効に使用できる。これらの合金は、耐酸化及び腐食材料であり、加熱されたときに表面を更なる腐食から保護する安定した不動態化酸化物層が形成される。
【００５０】
本発明による酸素燃焼循環流動床反応器を部分的負荷環境内で作動させるときに、本発明は、富酸素ガスが再循環されたガスの導入とは独立して導入されるという事実により、流動速度のより良好な制御可能性を可能にする。ガスを反応器チャンバ内へ導入する上記した方法は、参照符号１５０によって示されている多段燃焼を提供するために、富酸素ガスの更に連続する導入を含むことができることも明らかである。
【００５１】
以上、本発明を、現在のところ最も好ましい実施例であると考えられているものと関連させて例示的に説明したけれども、本発明は、ここに開示された実施例に限定されず、特許請求の範囲に規定されている本発明の範囲内に含まれる本発明の特徴の種々の組み合わせ又は改造及び幾つかの他の用途を保護することを意図されていることは理解されるべきである。上記の実施例と関連して説明した細部は、技術的に実施できる場合には別の実施例において使用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１０  酸素燃焼循環流動床反応器
１５  反応器チャンバ
２０  粒子分離器
２５  接続導管
３０  粒子出口
３５  ガス出口
４０  粒子戻りチャネル
４５  排ガス導管
５０  ガス分配構造
５５  グリッド
６０，６５  開口部ノズル
７０  第一のガス給送装置
７１  第一のウインドボックス
７５  第二のガス給送装置
７６  第一のウインドボックスの底壁
７７  第一のウインドボックスの頂壁
７８  第一のウインドボックスの側壁
８０  第二のウインドボックス
８１  第二のウインドボックスの底壁
８２  第二のウインドボックスの頂壁
８３  第二のウインドボックスの側壁
８５  第一のガスの入口
９０  第二のガスの入口
９５  再循環装置
９６  送風機装置
１００  富酸素ガスの発生源
１０１  第一の混合部材
１０２  第二の混合部材
１０３  導管
１０４  第三の制御弁
１０５  導管
１０６  第四の制御弁
１０７  導管
１０８  第一の流量制御装置再循環されたガスのための制御装置
１１１  導管
１１２  第二の流量制御装置再循環ガスのための制御装置
１３５  内張り
１４０  複数の導管
１４５  点線
１５０  多段燃焼
【図１】
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【国際調査報告】
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2011511259.tif 000005
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