(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応室を画成する炉壁を備え、前記反応室内で固形物を流動させながら反応を行わせる流動床反応炉であって、
前記炉壁に内張りされると共に前記炉壁よりも前記反応室内に張り出した耐火物と、
前記耐火物の上端面に衝突し弾かれた前記固形物が前記炉壁を構成する炉壁管に衝突しないように、前記耐火物の上方の前記炉壁内から気体を前記反応室内に供給し前記固形物の進路を制御する炉壁衝突防止制御手段と、を備えることを特徴とする流動床反応炉。
【請求項２】
前記炉壁衝突防止制御手段を構成し、前記反応室内に気体を供給する気体供給部の前記耐火物の上端面からの高さをＨ、前記耐火物の上端面の厚みをＷ、前記固形物が前記炉壁の上端面に衝突し弾かれて前記炉壁管が最も激しく損耗する際の前記固形物の弾かれる方向と鉛直方向との成す角度をθとすると、
０＜Ｈ≦Ｗ／ｔａｎθであることを特徴とする請求項１記載の流動床反応炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動床反応炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、反応室内において、燃料及び空気を固形物である流動材と混合して流動床（流動層）を形成しながら燃焼させ、この燃焼反応により、炉壁管内を流れる水と熱交換する流動床ボイラが知られている（例えば特許文献１）。この流動床ボイラでは、流動材の激しい撹拌や熱による炉壁管の摩耗減肉を防止すべく、耐火物を下部炉壁部分に内張りしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−５０００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような流動床ボイラにおいて、下部炉壁部分に比べて流動材の流れが安定している上部炉壁部分であっても摩耗減肉が発生する場合があった。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、炉壁管の損耗を抑制することができる流動床ボイラを始めとした流動床反応炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決すべく鋭意検討の結果、本願発明者らは、「炉壁に沿って落下し耐火物の上端面に衝突して弾かれた固形物が炉壁に衝突することで、炉壁管に損耗が発生する」ことを見出した。
【０００７】
そこで、本発明による流動床反応炉は、反応室を画成する炉壁を備え、反応室内で固形物を流動させながら反応を行わせる流動床反応炉であって、固形物が炉壁を構成する炉壁管に衝突しないように、気体を反応室内に供給し固形物の進路を制御する炉壁衝突防止制御手段を備えることを特徴としている。
【０００８】
このような流動床反応炉によれば、炉壁衝突防止制御手段により、固形物が炉壁管に衝突しないように固形物の進路を制御するため、炉壁管に対する固形物の接触が抑制され、炉壁の損耗を抑制することができる。
【０００９】
また、流動床反応炉によれば、炉壁衝突防止制御手段は、気体を反応室内に供給することにより固形物が炉壁管に衝突しないように固形物の進路を制御しているため、炉壁管への固形物の衝突を抑制する部材等を反応室内に別途設けることなく、腐食のおそれのない簡易な構成で炉壁管の損耗を抑制することができる。
【００１０】
また、流動床反応炉によれば、炉壁に内張りされると共に炉壁よりも反応室内に張り出した耐火物を備え、炉壁衝突防止制御手段は、耐火物の上方の炉壁内から気体を供給してもよい。これにより、固形物が耐火物の上端面に衝突し弾かれて炉壁管に衝突する、ということがないように固形物の進路を制御することができる。
【発明の効果】
【００１１】
このように本発明による流動床反応炉によれば、炉壁管の損耗を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る流動床反応炉を示す概略断面構成図である。
【図２】図１に示す流動床反応炉の要部を炉内側からみた図である。
【図３】炉壁衝突防止制御手段による流動材の動作の一例を説明する図である。
【図４】炉壁衝突防止制御手段による流動材の動作の他の例を説明する図である。
【図５】第２実施形態に係る流動床反応炉の炉壁衝突防止制御手段による流動材の動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
［第１実施形態］
図１〜図３を用いて、本発明の第１実施形態に係る流動床反応炉について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る流動床反応炉を示す概略断面構成図、図２は、図１に示す流動床反応炉の要部を炉内側からみた図、図３及び図４は、炉壁衝突防止制御手段による流動材の動作を説明する図である。ここでは、流動床反応炉を循環流動床（ＣＦＢ；Circulating Fluidized Bed）ボイラとして説明する。
【００１５】
循環流動床ボイラ１００は、矩形筒の上下端を閉じた形状を呈し、図１に示すように、その下部は、下方に行くに従って幅方向（図１の左右方向）に狭まり矩形筒が小さくなる形状とされている。この循環流動床ボイラ１００は、上下端を閉じた矩形筒内が反応室２とされる。循環流動床ボイラ１００は、この反応室２の底部に設けた複数の開口３から燃焼空気を導入すると共に反応室２の下部から燃料（又は、反応対象物）を導入し、当該燃料をケイ砂等の流動材と共に流動させながら反応室２で燃焼反応を行わせるものである。
【００１６】
この循環流動床ボイラ１００の炉壁１は、具体的には、図２に示すように、炉壁１の周方向（図２の左右方向）に並設した炉壁管４，４同士を平板状のフィン（連結板）５で連結して構成されている。この炉壁管４は、反応室２での燃焼反応による熱を、当該炉壁管４内に流れる水と熱交換する。炉壁管４及びフィン５からなる炉壁１は、上部炉壁部分Ａと、この上部炉壁部分Ａの下に位置する下部炉壁部分Ｂと、を有している。下部炉壁部分Ｂには、炉壁１の周方向に沿って耐火物６が内張りされ、炉壁１よりも反応室２内に張り出している。
【００１７】
なお、耐火物６は、ここでは、セラミック焼成物等の耐火ライニングとされている。また、水が流れる炉壁管４に代えて、水蒸気が流れる炉壁管を用いて熱交換を行うようにしても良い。
【００１８】
特に、本実施形態の循環流動床ボイラ１００は、図１〜図３に示すように、炉壁衝突防止制御手段７を備えている。炉壁衝突防止制御手段７は、反応室２内に気体を供給する気体供給部７ａ（図３参照）と、反応室２内に供給される当該気体の流量を制御（調整）する制御部（図示省略）と、を有している。気体供給部７ａは、ノズルを有する構成で、フィン５における耐火物６の上方（より詳細には、耐火物６の上端面近傍）に取り付けられている。気体供給部７ａは、炉壁１より内方へ突出しないように配置され、耐火物６の平坦な上端面に沿って（すなわち、水平方向に向けて）気体を供給する。当該気体としては、燃焼空気が用いられ、供給源（図示省略）から流路（図示省略）を介して気体供給部７ａのそれぞれに供給される。制御部は、例えば上記の流路上に配置されたバルブを制御することで気体の流量を調整する。
【００１９】
そして、反応室２内で燃焼反応が行われると、炉壁衝突防止制御手段７は、気体の流量を最適に調整し、図３に示すように、反応室２内に当該気体の供給を開始する。これにより、反応室２内を流動する流動材（固形物）Ｆのうち炉壁１に沿い耐火物６の上端面に向かって下降する流動材Ｆの進路Ｒが、当該気体の供給によって耐火物６の上方位置から反応室２の内方に移動させられる。このように、炉壁衝突防止制御手段７は、気体を反応室２内に供給することにより、流動材Ｆが耐火物６の上端面に衝突し弾かれて炉壁管４に衝突する、ということがないように流動材Ｆの進路Ｒを制御する。なお、この気体の供給により、流動材Ｆと共に灰の進路も炉壁管４に衝突しないように制御する。
【００２０】
また、図４に示すように、流動材Ｆが耐火物６の上端面に衝突した場合であっても、弾かれた流動材Ｆは、炉壁衝突防止制御手段７によって反応室２の内方に移動させられる。すなわち、炉壁衝突防止制御手段７は、弾かれた流動材Ｆが炉壁管４に衝突しないように流動材Ｆの進路Ｒを制御する。
【００２１】
このように、炉壁衝突防止制御手段７は、流動材Ｆの耐火物６に対する衝突の有無に関わらず、最終的に流動材Ｆが炉壁管４に衝突しないように（流動材Ｆが炉壁管４に向かってこないように）流動材Ｆの進路Ｒを制御する。
【００２２】
ここで、気体供給部７ａによる気体の供給が無い従来の場合には、流動材Ｆは耐火物６の上端面で弾かれて炉壁管４に衝突し、その結果、炉壁管４に損耗が発生し得る。この点、本実施形態の循環流動床ボイラ１００では、気体供給部７ａにより上記状況の発生を抑制することができる。
【００２３】
以上説明したように、循環流動床ボイラ１００によれば、炉壁衝突防止制御手段７により、流動材Ｆが炉壁管４に衝突しないように流動材Ｆの進路Ｒを制御するため、炉壁管４に対する流動材Ｆの接触が抑制され、炉壁管４の損耗を抑制することができる。
【００２４】
また、循環流動床ボイラ１００によれば、炉壁衝突防止制御手段７は、気体を反応室２内に供給することにより流動材Ｆが衝突しないように流動材Ｆの進路Ｒを制御しているため、炉壁管４への流動材Ｆの衝突を抑制する部材等を反応室２内に別途設けることなく、腐食のおそれのない簡易な構成で炉壁１の損耗を抑制することができる。
【００２５】
［第２実施形態］
次に、図５を用いて、本発明の第２実施形態について説明する。
【００２６】
図５は、第２実施形態に係る流動床反応炉の炉壁衝突防止制御手段７による流動材Ｆの動作を説明する図である。
【００２７】
本実施形態が第１実施形態と違う点は、図５に示すように、炉壁衝突防止制御手段７、より詳細には気体供給部７ａの位置である。
【００２８】
上述したように、気体供給部７ａによる気体の供給が無い従来の場合においては、流動材Ｆが耐火物６の上端面で弾かれて炉壁１に衝突する。その結果、炉壁１に損耗が発生し得る。ここで、炉壁１の損耗は、炉壁１の材質によって異なるが、炉壁１に対して所定の角度θ傾いた方向から流動材Ｆが炉壁１に衝突した場合に、最も大きくなることを本願発明者らは見出している。例えば、所定の角度θは、炉壁１として延性材料（Ductile）を用いた場合、約３０度である。そして、本実施形態にあっては、気体供給部７ａは、炉壁１に対して角度３０度傾いた方向から流動材Ｆが衝突する炉壁１の領域に取り付けられている。
【００２９】
より具体的には、気体供給部７ａは、耐火物６の上端面より高さＨ上方の位置から気体が供給されるように、フィン５に取り付けられている。ここで、耐火物６の上端面の厚みをＷとした場合、高さＨの範囲は、０＜Ｈ≦Ｗ／ｔａｎθとなっている。そして、上記延性材料の場合には、角度θ＝３０°となる。
【００３０】
この実施形態でも、反応室２内で燃焼反応が行われると、炉壁衝突防止制御手段７は、気体の流量を最適に調整し、反応室２内に当該気体の供給を開始する。これにより、流動材Ｆが耐火物６の上端面に衝突した場合であっても、弾かれた流動材Ｆは、炉壁衝突防止制御手段７によって反応室２の内方に移動させられる。すなわち、流動材Ｆが炉壁管４に所定の角度（損耗の最も激しい角度）θで衝突するということが抑制され、その結果、炉壁管４の損耗を抑制することができる。
【００３１】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００３２】
例えば、上記実施形態においては、炉壁衝突防止制御手段７は、燃焼空気を供給していたが、これに限られず、例えば、水蒸気、二酸化炭素、液体（水）、又は固体（燃料）であってもよい。
【００３３】
また、上記実施形態においては、気体供給部７ａは、フィン５における耐火物６の上端面近傍に取り付けられていたが、フィン５における他の位置に取り付けられてもよい。
【００３４】
また、炉壁１の内側に例えばセンサ等の何らかの突出物が設けられている場合には、当該突出物の上方に保護用の耐火物を設けることとなるため、この耐火物の上方に気体供給部７ａを取り付けることとなる。
【００３５】
また、上記実施形態においては、気体供給部７ａは、すべてのフィン５に取り付けられているが、必ずしもすべてのフィン５に取り付けられる必要はない。
【００３６】
また、上記実施形態においては、炉壁衝突防止制御手段７は、気体供給部７ａと制御部（図示省略）とを有しているが、それらの代わりに、各フィン５のそれぞれから反応室２の内方に向かって立設すると共に、炉壁管４に沿って延在する複数の板状の側板を有していてもよい。この場合、各炉壁管４は、一対の側板の間に位置することになる。側板は、流動材Ｆが炉壁管４に所定の角度θで衝突するということが抑制されるように配置されている。すなわち、側板は、流動材Ｆが炉壁管４に衝突しないように流動材Ｆの進路を制御すべく配置されている。所定の角度θは、上述したように、炉壁１として延性材料（Ductile）を用いた場合、約３０度である。
【００３７】
また、炉壁衝突防止制御手段７は、上述した一対の側板の突出している側の端部同士を連結すると共に、炉壁管４に沿って延在する蓋板を有していてもよい。この場合、炉壁管４は、蓋板及び一対の側板によって、上下が開放されると共に、三方から柵状に囲まれる。これにより、流動材Ｆが炉壁管４に所定の角度θで衝突することをより一層抑制できる。
【００３８】
また、上記実施形態においては、循環流動床ボイラ１００を矩形筒形状としているが、例えば、円筒形状等であっても良い。
【００３９】
また、上記実施形態においては、特に好適であるとして、循環流動床ボイラ１００に対する適用を述べているが、循環しない流動床ボイラに対しても適用でき、さらには、燃焼反応ではなく発熱を伴う化学反応を行う炉に対しても適用でき、要は、反応室で反応を行わせる流動床反応炉に対して適用できる。
【符号の説明】
【００４０】
１…炉壁、２…反応室、４…炉壁管、６…耐火物、７…炉壁衝突防止制御手段、１００…循環流動床ボイラ（流動床反応炉）、Ｆ…流動材（固形物）、Ｒ…進路。
【図１】
0006612045.tif 000002
【図２】
0006612045.tif 000003
【図３】
0006612045.tif 000004
【図４】
0006612045.tif 000005
【図５】
0006612045.tif 000006