(57)【要約】流動床反応装置が、炉と、熱交換室と、粒子状物質を熱交換室から炉に移動させるために熱交換室の下部に接続された概ね鉛直姿勢の排出路と、粒子状物質を熱交換室から炉に対して、および、炉から熱交換室に対して送るための概ね鉛直姿勢の補助経路とを有する。流動化ガス用ノズルと、前記補助経路を炉に接続する流れ導管とが前記補助経路の下部に設けられ、前記補助経路を前記熱交換室に接続する流れ導管が補助経路の上部に設けられている。炉、熱交換室、排出路および補助経路が、炉と熱交換室の間に隣接して配設された排出路および補助経路を有する一体構造体を形成する。
2006523525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子状物質から成る床、および、流動化ガス用ノズル（２６）を設けた底（２４）を有し、前記底が該底から炉を制限する構成の炉（１６）と、
前記粒子状物質から熱を回収するための熱交換表面（４８）を設けた熱交換室（４０）と、
前記熱交換室（４０）から前記炉（１６）に粒子状物質を移動させるために前記熱交換室の下部に接続された排出路（５２）とを含む流動床反応装置（１０）において、
前記熱交換室（４０）から前記炉（１６）に対して、および、前記炉（１６）から前記熱交換室（４０）に対して粒子状物質を送る概ね鉛直姿勢の補助経路（６２）を、前記流動床反応装置（１０）が有し、
前記補助経路（６２）の下部に、流動化ガス用ノズル（６８）、および、前記補助経路を前記炉（１６）に接続する流れ導管（６４）が設けられ、
前記補助経路（６２）の上部に、前記補助経路（６２）を前記熱交換室（４０）に連結させる流れ導管（６６）が設けられていることを特徴とする流動床反応装置（１０）。
【請求項２】
前記排出路（５２）が概ね鉛直姿勢であって、前記排出路の下部に流動化ガス用ノズル（５８）が配設され、前記排出路の下部に、前記熱交換室（４０）を前記排出路（５２）に接続するための流れ導管（５０）が配設され、前記排出路の上部に、該排出路（５２）を前記炉（１６）に接続するための流れ導管（６０）が配設されていることを特徴とする請求項１に記載された流動床反応装置。
【請求項３】
前記炉（１６）、前記熱交換室（４０）、前記排出路（５２）、および、前記補助経路（６２）が、前記炉（１６）と前記熱交換室（４０）の間に隣接して配設された前記排出路（５２）および前記補助経路（６２）を有する一体構造体を構成していることを特徴とする請求項２に記載された流動床反応装置。
【請求項４】
前記炉（１０）が２つの排出路（５２）を有し、前記補助経路（６２）が前記２つの排出路の間に配設されていることを特徴とする請求項２に記載された流動床反応装置。
【請求項５】
前記排出路（５２）と前記補助経路（６２）が、少なくとも部分的に同一高さ水準にあることを特徴とする請求項２に記載された流動床反応装置。
【請求項６】
前記補助経路（６２）の上部における前記流れ導管（６６）が、前記排出路（５２）の上部における前記流れ導管（６０）よりも最大約５００ｍｍ高い水準にあることを特徴とする請求項５に記載された流動床反応装置。
【請求項７】
前記補助経路（６２）の上部における前記流れ導管（６６）が、前記排出路（５２）の上部における前記導管（６０）よりも最大約３００ｍｍ高い水準にあることを特徴とする請求項６に記載された流動床反応装置。
【請求項８】
前記補助経路（６２）の下部における前記流れ導管（６４）が、前記排出路（５２）の下部における前記流れ導管（５０）よりも高い水準にあることを特徴とする請求項２に記載された流動床反応装置。
【請求項９】
前記補助経路（６２）の下部における前記流れ導管（６４）が、前記炉の前記底（２４）よりも少なくとも２００ｍｍ高い水準にあることを特徴とする請求項１に記載された流動床反応装置。
【請求項１０】
前記補助経路（６２）の下部が前記炉の前記底（２４）の水準にあり、前記補助経路の下部における前記流れ導管（６４）が、流動化ガスを前記炉（１６）に向ける流動化ガス用ノズル（８６）を有することを特徴とする請求項１に記載された流動床反応装置。
【請求項１１】
前記補助経路（６２）の下部における前記流れ導管（６４）に、段差格子ノズル（８６）が配設されていることを特徴とする請求項１に記載された流動床反応装置。
【請求項１２】
流動化ガス用ノズルが、前記補助経路（６２）の異なる高さ水準に配設されていることを特徴とする請求項１に記載された流動床反応装置。
【請求項１３】
前記流動床反応装置が、前記炉（１６）、前記熱交換室（４０）または前記排出路（５２）の温度、または、これらのうちの１つにおける前記粒子状物質の温度、または前記熱交換室内に配設された前記熱交換表面（４８）を通って流される熱交換媒体の温度を測定するための手段（７０）と、測定した前記温度に基づいて、前記補助経路（６２）の下部に供給される前記流動化ガスの流速を調節する手段とを有することを特徴とする請求項１に記載された流動床反応装置。
【請求項１４】
前記熱交換室（４０）が、前記流動床反応装置から前記熱交換室（４０）に粒子状物質を供給するための第１手段（７２、３０、３６）を有することを特徴とする請求項１に記載された流動床反応装置。
【請求項１５】
前記炉（１６）と前記熱交換室（４０）が共通の壁部（１４ａ）を有し、粒子状物質を前記熱交換室（４０）に供給する前記第１手段が前記共通の壁部（１４ａ）にある少なくとも１つの開口（７２）を含むことを特徴とする請求項１４に記載された流動床反応装置。
【請求項１６】
前記流動床反応装置（１０）が循環流動床反応装置であり、
排ガスおよびそれに付随する粒子状物質を前記炉（１６）から排出するための排出口（２８）が前記炉の上部に設けられ、
前記熱交換室（４０）に粒子状物質を供給するための前記第１手段が、前記炉の前記排ガスから粒子を分離するための分離器（３０）と、分離された前記粒子のうちの少なくとも一部を前記熱交換室（４０）に誘導する戻り管（３６）とを含むことを特徴とする請求項１４に記載された流動床反応装置。
【請求項１７】
流動床反応装置（１０）で熱を回収する方法であり、
（ａ）炭素質燃料（１８）および酸素流動化ガス（２０）を前記流動床反応装置の炉に供給する段階と、
（ｂ）加熱された床物質粒子を前記炉（１６）から熱交換室（４０）の上部に供給する段階と、
（ｃ）前記熱交換室（４０）内の前記加熱された床物質粒子から熱を回収し、それによって冷却された床物質粒子が得られる段階と、
（ｄ）冷却された床物質粒子を、前記熱交換室（４０）の下部から排出する段階とを含む前記方法において、
（ｅ）前記流動床反応装置（１０）の第１の運転状態で、加熱された床物質粒子を、前記熱交換室の上部から前記炉に対して、オーバーフローとして、概ね鉛直姿勢の補助経路（６２）に沿って下向きに排出するとともに、前記流動床反応装置（１０）の第２の運転状態で、加熱された床物質粒子を、前記補助経路（６２）の下部に供給される流動化ガスによって、前記炉（１６）から前記熱交換室（４０）に対して、前記概ね鉛直姿勢の補助経路（６２）に沿って上向きに送る段階を含むことを特徴とする流動床反応装置で熱を回収する方法。
【請求項１８】
前記炉（１６）から前記熱交換室に送られる加熱された床物質の量が、前記補助経路（６２）の下部に供給される前記流動化ガスの量を変えることによって調節されることを特徴とする請求項１７に記載された流動床反応装置で熱を回収する方法。
【請求項１９】
（ｆ）前記炉（１６）、前記熱交換室（４０）または前記排出路（５２）の温度、または、これらのうちの１つにおける前記加熱された床物質の温度、または前記熱交換室内に配置された熱交換表面（４８）を通って流される熱交換媒体の温度を測定する段階と、
前記段階（ｆ）で測定された温度に基づき、前記段階（ｅ）で前記補助経路の下部に供給された流動化ガスの量を調節する段階とを含むことを特徴とする請求項１８に記載された流動床反応装置で熱を回収する方法。
【請求項２０】
前記流動床反応装置の負荷が高い場合、加熱された床物質粒子が、オーバーフローとして前記熱交換室（４０）の上部から概ね鉛直姿勢の前記補助経路（６２）に沿って下向きに排出され、
前記流動床反応装置の負荷が低い場合、加熱された床物質粒子が前記補助経路（６２）の下部に供給された流動化ガスによって、前記炉（１６）から前記熱交換室に対して、概ね鉛直姿勢の前記補助経路（６２）に沿って上向きに送られることを特徴とする請求項１７に記載された流動床反応装置で熱を回収する方法。
【請求項２１】
前記流動床反応装置（１０）が循環流動床反応装置であり、前記段階（ｂ）が、前記循環流動床反応装置における熱循環系の分離器（３０）によって分離された粒子を前記熱交換室（４０）に供給することによって実行されることを特徴とする請求項１７に記載された流動床反応装置で熱を回収する方法。
【請求項２２】
前記段階（ｂ）が、前記炉（１６）から、直接、前記熱交換室（４０）に、それらの共通の壁部（１４ａ）にある開口（７２）を通して粒子状物質を供給することによって実行されることを特徴とする請求項１７に記載された流動床反応装置で熱を回収する方法。
【請求項２３】
前記段階（ｅ）における前記第２の運転状態で、流動化ガスが複数の高さ水準で前記補助経路（６２）に供給されることを特徴とする請求項１７に記載された流動床反応装置で熱を回収する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動床反応装置内の熱回収方法および装置に係わり、特に、熱交換室と流動床反応装置の炉との間で粒子状物質を移送する方法と装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明の流動床反応装置は、粒子状物質から成る床、および、下から炉を制限するとともに流動化ガス用ノズルを含む底を有する炉と、粒子状物質から熱を回収するための熱交換表面を有する熱交換室と、該熱交換室から炉に対して粒子状物質を移動させるために、熱交換室の下部に接続された排出路とを含む。
【０００３】
流動床反応装置が熱交換室を有し、該熱交換室内で粒子状床物質から熱交換媒体に熱が回収されることは、よく知られている。多くの熱交換室は、循環流動床反応装置の熱循環系に接続されており、それによって熱交換室が熱循環系の分離器から加熱された床物質を受け入れる。しかしながら、熱交換室は、流動床反応装置の炉から、直接、加熱された床物質を受け入れる分離装置であってもよい。
【０００４】
循環流動床タイプの流動床反応装置を高効率（すなわち、高負荷）で運転する場合、流動化ガスが高速で炉の格子を通して供給され、多くの粒子状物質が流動床反応装置から排出されるガスに付随する。粒子分離器によって排出ガスから分離された加熱された床物質が熱交換室に導かれると、十分な量の被冷却物質が、通常、高負荷で熱交換室に受け入れられる。しかしながら、或る条件で、特に流動床反応装置の負荷が低い場合に、分離器から来る粒子流が、所望の熱交換効率を得るには不十分であるかもしれない。このような場合、炉から直接追加の床物質を供給することによって、熱交換室に対する加熱された物質の流れを増やす必要がある。
【０００５】
また、特に高い負荷では、熱循環系から来る粒子流が、所望の熱伝達効率を得るために熱交換室で必要なものよりも多量であるかもしれない。その場合、物質の一部を、熱交換室の熱交換表面を経て流さずに熱循環系から炉に対して返戻するとよい。
【０００６】
米国特許第５５２６７７５号は、循環流動床反応装置と一体化され、流動床反応装置の熱循環系に接続された熱交換室について説明している。加熱された床物質は、粒子分離器から熱交換室の上部に運ばれ、冷却された物質は鉛直姿勢の排出路に沿って、熱交換室の下部から炉まで持ち上げられる。熱交換室の上部で、炉と熱交換室の間にある共通壁が開口を有し、この開口を通じて加熱された床材料が炉から直接熱交換室に受け入れられる。加熱物循環流の量が所望熱交換効率を得るために必要な量よりも多い場合、前記開口を通じて、冷却されていない物質をオーバーフローとして排出することもできる。
【０００７】
米国特許第５５２６７７５号で説明された構造の壁に形成された開口を通じて熱交換室に移動する物質の量は、独立して調節することができない。平均床密度のさほど高くない領域で、流動床反応置の壁に開口が形成されている。したがって、低い負荷で、開口面積が比較的大きくない場合には、開口を通じて熱交換室に流れる加熱された物質の量は十分でない可能性がある。別の問題は、オーバーフローの状況では、オーバーフロー開口および排出路を通って流れる物質の流速（したがって、また、熱交換効率）を制御するのが、時として、難しいことである。
【０００８】
米国特許第４９４７８０４号は、炉に直接接続された熱交換室を示す。炉からの物質は、僅かに傾斜した流動化供給管を通じて熱交換室に運ばれる。流動化供給管は、高密度の床領域で熱交換室の下部に接続され、それによって運ばれる物質の量が少なすぎる場合がある。この構成では、燃料に付随するか、または、炉中にのみ形成され得る、炉中の大きな粒子（可能性としての大きな粒子）が問題を引き起こすこともある。この種類の大きな粒子は、供給管、または、熱交換表面間の空間を詰まらせて、熱交換室の熱交換効率を下げるだろう。
【０００９】
米国特許第５５４０８９４号は、物質が炉から垂直持上経路を通して運ばれる処理室を示している。物質は、室の上部からの別個の開口を通して、または処理室の中心部のいわゆるギル開口（魚のえらに似た構造の開口）を通して処理室から排出される。この室での問題は、排出する物質が十分処理されない可能性があるということである。
【００１０】
米国特許第４８９６７１７号は、熱交換室を示しており、その中で物質が熱循環系の分離器からその下部に供給され、冷却された物質がその上部から鉛直経路に沿って、オーバーフローとして、炉に排出される。この構成では、供給される物質の量を独立して調節することはできない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、従来技術の前記問題を最小限に抑えた方法および装置を提供することである。
【００１２】
具体的に云うと、本発明の目的は、あらゆる種類の負荷で熱交換率を効率的に調節できる流動床反応装置および流動床反応装置を運転する方法を提供することである。
【００１３】
本発明の目的は、特に、流動床反応装置のあらゆる負荷条件で、正確に調節可能な十分な材料流が熱交換室に供給される流動床反応装置、および、該流動床反応装置を運転する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
これらの目的を達成するため、流動床反応装置、および流動床反応装置を運転する方法が提供され、その特徴的な特性が独立装置請求項、および独立方法請求項の特徴部に開示されている。
【００１５】
したがって、本発明による循環流動床反応装置の構成上の特徴は、熱交換室から炉に対して、および、炉から熱交換室に対して粒子状物質を送る概ね鉛直姿勢の補助経路を、流動床反応装置が有し、補助経路の下部に、流動化ガス用ノズル、および、補助経路を炉に接続する流れ導管が設けられ、補助経路の上部に、補助経路を熱交換室に連結させる流れ導管が設けられていることである。
【００１６】
本発明による熱交換室は、循環流動床反応装置の熱循環系に接続することが好ましいが、また、流動床反応装置（例えば、泡立ち流動床反応装置）の炉に直接接続してもよい。
【００１７】
熱交換室の排出路は、熱交換室内の熱交換表面の下位部分、および、熱交換表面の上位の補助経路にそれぞれ接続されることが好ましい。これらの経路により、熱交換室の下部からの冷却された物質、または、熱交換室の上部からの冷却されていない物質の何れかを、熱交換室から炉に運ぶことができる。
【００１８】
本発明の好適実施形態によると、排出路が概ね鉛直姿勢であり、排出路の下部に流動化ガス用ノズルが配設され、排出路の下部に、熱交換室を排出路に接続するための流れ導管が配設され、排出路の上部に、排出路を炉に接続するための流れ導管が配設される。したがって、熱交換室と炉の間に、好適には、少なくとも２つの概ね鉛直姿勢の経路（すなわち、熱交換室の下部に接続された排出路、および、熱交換室の上部に接続された補助経路）がある。
【００１９】
熱交換室の下部から排出される物質は、好適には、鉛直姿勢の排出路内で流動化されて排出路内で上昇し、その後、排出路の上部にある流れ導管を経て炉に案内される。それに応じて、冷却されていない材料を熱交換室の上部から概ね鉛直姿勢の第２の経路に沿って、オーバーフローとして、下向きに排出することができ、その後、補助経路の下部にある流れ導管を経て炉に案内される。排出路を通して熱交換室の下部から排出される物質の量を調節することによって、熱交換室の熱交換効率を効率的に調節できる。
【００２０】
本発明の特別な特徴は、過剰な冷却されていない物質を熱交換室の上部からオーバーフローとして排出するか、または代替的に、加熱された床材料を熱交換室に供給するために、熱交換室の上部に接続された補助経路を使用できることである。通常、補助経路は、高い負荷でオーバーフロー経路として、低い負荷で補助物質用供給経路として使用される。
【００２１】
通常、異なる運転で必要な多数の装置を、流動床反応装置の下部の限られた空間に配設しなければならない。普通は、炉と熱交換室の間に、熱交換室の下部から炉への冷却固体流と、熱交換室の上部から炉への非冷却固体流と、熱交換室への加熱された固体流から成る異なる３種類の固体流がある。流動床反応装置の異なる運転状態では、これらの異なる物質流の量はかなり大きく、それによって各流れには十分な寸法の流路が必要である。本発明によると、物質は異なる運転状態において、炉から熱交換室まで、または熱交換室から炉までの何れかに同じ流路に沿って運ばれる。したがって、このような配置を利用することによって、固体用流路に対する空間の必要性が最小限に抑えられ、また炉の下部にさまざまな動作を設定するのがより簡単になる。
【００２２】
本発明によれば、補助経路の下部は流動化ガス用ノズルを備えている。前記ノズルを通って流れるガスの流速を変えることによって、補助経路内を流れる物質の流速および流方向を調節することが可能である。流動化ガスの流速が遅い場合、物質は経路内で、下部の流れ導管から上部の流れ導管まで上方向に流れないが、経路は熱交換室から物質を排出するオーバーフロー経路として働くだけである。流動化ガスの速度が、細かい物質でも普通は明らかに１ｍ／秒以上である、特定の制限速度を超えた場合、加熱された床物質は炉から熱交換室まで流れ始める。
【００２３】
流動化ガスの速度が上がると、熱交換室に流れる加熱された床材料の量が増え、同時に熱交換室内の熱交換効率も高まる。したがって、本発明による補助経路は、補助経路がまた、流動床反応装置の残りの動作とは別に調節される入口経路として働く点において、オーバーフロー通路として知られている流れ開口から動作的に外れている。
【００２４】
本発明による流動床反応装置は、排出経路および補助経路が、炉と熱交換室の間に隣接して配設された統一構造体を形成するように、炉、熱交換室、排出路および補助経路が配設されていることが好ましい。排出路および補助経路は、少なくとも部分的に同じ高さ水準にあるように隣接して、熱交換室と炉の間の壁に配置されていることが好ましい。一体化された炉および熱交換室の壁の少なくとも一部は、少なくとも部分的に耐熱裏打ちされたいわゆるフィンによって互いに連結された水管でできていることが好ましい。
【００２５】
熱交換室および排出路が均一の速度で均一に流動化されると、中の流動床のレベルはほぼ同じ高さ水準で平衡である。熱交換室および排出路内の流動化速度が互いにずれている場合、床密度は流動化が多い領域内で、流動化が少ない領域よりも低い。それぞれ、床の高さは流動化が多い領域内で、流動化が少ない領域よりもより平衡である。
【００２６】
排出路を通る物質流により摩擦が起こり、それによって流れを発生させる圧力は熱交換室の底部で、排出路の底部よりも高い特定の範囲でなければならない。こいうわけで、流れている状況では、床の高さが熱交換室内で排出路内よりも高い水準にある可能性がある。
【００２７】
米国特許第５５２６７７５号に示された配置では、高い負荷で動作している場合、排出路の流動速度を変えることによって、排出路を通って流れる物質流の調節が難しい場合があることが実際に言及されてきた。排出路内の流動化ガスの速度が極めて低い場合、排出路内の物質の流れが止まり、それによって全ての物質が室の上部の開口を通ってオーバーフローとして出て、室の熱交換効率は極めて低い状態である。言及された驚くべき特性は、排出路の流動速度が物質が排出路内に流れ始めるように上がると、熱交換室内に蓄積する物質層は排出路を通って室に入る加熱された物質全てをすぐに押し始めることがあるということである。それによって、熱交換室の熱交換効率が迅速に高い値まで上昇し、所望の熱交換効率の正確な調整性が得られない。
【００２８】
前記問題の自然な解決法は、例えば、経路の幅を小さくすることによって、排出路により生じる摩擦を追加することである。この配置での問題は、狭い経路は例えば、ランダムな大きい片、または経路内に形成された蓄積により、詰まる可能性が高いということである。次に、熱交換室内の熱交換効率の調整性は、オーバーフロー経路のより高い流れ導管の下縁部と排出路のより高い流れ導管の高さの差を十分小さく維持することによって良くすることができることが言及されてきた。それによって、熱交換室内に蓄積する床材料層の高さは、全ての物質を排出路を通して強制的に流すような水準にまで上昇しない。
【００２９】
本発明の好適形態によると、補助経路の上部内の流れ導管は最大で約５００ｍｍであり、最も好ましくは最大で約３００ｍｍであり、排出路の上部の流れ導管よりも高い水準である。或る状況では、例えば、床物質の移動度が特に良い場合、補助経路の上部の流れ導管を排出路の上部の流れ導管と同じか、または、それより低い高さ水準に合わせる必要があることがある。
【００３０】
前記方法で経路の上部の流れ導管の配置により、排出路の流動速度を変えることによって、熱交換室を通って流れる、または熱交換室の底部から排出路を通って出るように物質の所望の部分を調節することが可能になる。加熱された物質の残りは、補助経路を通って炉に直接オーバーフローとして出て、熱交換表面に接触することができない。したがって、排出路を通って出る部分の量を変えることによって、熱交換室の熱交換効率を効率的に調節することが可能である。
【００３１】
本発明の好適実施形態によると、物質はまた、第１入口手段を通して、補助経路に加えて熱交換室に運ばれる。熱交換室が循環流動床ボイラに連結されている場合、第１入口手段は熱循環系の分離器から熱交換室につながる戻り管を備えていることが好ましい。熱交換室が循環流動床ボイラの炉に接続されている場合、第１供給手段は、熱交換室と炉を接続させる壁内に開口を備えていることが好ましい。
【００３２】
加熱された物質の大部分が、本発明による補助経路を通して熱交換室に入ることが可能である。しかし、第１供給手段は、加熱された物質の大部分が第１供給手段を通して入るように配置され、本発明による補助経路は上記の方法で物質流を調節する必要がある場合にのみ使用されることが好ましい。
【００３３】
本発明の好適実施形態によると、流動床反応装置は、本発明による補助経路が２つの排出路の間に配置されるように、少なくも２つの隣接する排出路を備えている。大きな熱交換室はまた、２つの排出路の間に配置されていることが好ましい、本発明によるいくつかの補助経路を備えることができる。
【００３４】
排出路および補助経路の交互の位置決めにより、小型の構造が可能となり、それによって熱交換室から排出される大量の床物質が炉に効率的且つ均一に分配される。大きな流動床反応装置内には、隣接して配置されたいくつかの熱交換室があることが好ましい。これらの室内で上記の排出路配置を利用することによって、熱交換室と炉の間に均一な粒子流を提供することが可能である。
【００３５】
熱交換室の容量は、所望の量の熱交換表面に合うことが可能なくらい十分でなければならない。室の容量を増やす有利な解決法は、室の底部を炉の格子よりも低い高さ水準に配置することである。したがって、補助経路の下部の流れ導管は、排出路の下部の流れ導管よりも高い水準にあることが好ましい。
【００３６】
炉の格子上に床物質の残りよりも大きな粒子がある場合があり、例えば入口経路、または熱交換表面の間の空間を詰まらせることによって、熱交換室の動作を妨げる可能性がある。床粒子の残りよりも大きい粒子は、石炭、またはいくつかの他の燃料の粒子であることもあり、これは熱交換室に入るときに、不完全燃焼し、流動床反応装置の排ガスの一酸化炭素含有量を増やす可能性がある。上記問題を避けるため、補助経路の下部の流れ導管を炉の格子の水準よりも高い水準、好ましくは格子の高さ水準よりも少なくとも２００ｍｍ高い水準に位置決めすることが有利であることが証明された。流れ導管の下の段差により、有害な大きな片が補助経路、または熱交換室に入るのを防ぐ。
【００３７】
補助経路の下部の流れ導管は普通、少なくとも短いほぼ水平な経路部を備えており、その底部は流動化ガス用ノズルを有する。炉の底部上の大きな片が補助経路に流れるのを防ぐため、ほぼ水平な経路部はある程度外向きに炉から上昇していることが有利であることが言及されてきた。経路部の上昇傾斜は、約１０〜２０度であることが好ましい。ほぼ水平な経路部に配置された流動化ガス用ノズルは、炉に向かって流動化ガスを案内するノズル、例えばいわゆる段差格子ノズルであることが好ましい。案内ノズルを利用することによって、物質流は補助経路の流れ導管から離れた底部格子上に案内することができ、それによってまた、炉の底部の大きな粒子が補助経路に流れる危険が少なくなる。段差格子ノズルを利用した場合、補助経路の流れ導管は、経路のほぼ水平な部分の段差格子が炉の底部の段差格子の延長線であるように、底部格子の水準にあることが好ましい。
【００３８】
大きな片が入るのを防ぐと同時に、熱交換室への細かい物質の流れを保証するため、有利には流動化ガス用ノズルを補助経路内の異なる高さ水準に配置することが可能である。流動化ガス用ノズルが異なる高さ水準に配置されているので、補助経路の上部の流動化ガスの流速は経路の下部の速度よりも高い。例えば、補助経路の下部の流動速度は約１ｍ／秒であり、中間部では約２ｍ／秒であり、経路の上部では約３ｍ／秒以上であってもよい。
【００３９】
以下、添付図面を見ながら、一例としての本発明について細目の説明を行なう。
【実施例】
【００４０】
図１は、本発明による熱交換室４０を有する循環流動床反応装置１０の略縦断面図である。循環流動床反応装置は、水管壁１２、１４によって画成された炉１６を備え、炉はまた、燃料、例えば石炭または生物燃料、不活性床物質、例えば砂、および考えられる添加物、例えば石灰石を供給する手段１８を備えている。流動床反応装置はまた、酸素含有流動化ガス、普通は空気を所定の速度で、炉の底部２４に位置決めされた風箱２２および流動化ガス用ノズル２６を通して炉１６の下部に供給する手段２０を備えている。普通は、循環流動床反応装置の炉内の流動空気の速度は３〜８ｍ／秒である。炉は普通、二次空気ノズルも備えているが、図１には図示しない。
【００４１】
燃料は流動化ガスの酸素と炉内で反応し、炉の上部まで上昇する排ガスを生成し、床物質がこれに巻き込まれる。排ガスおよびこれに巻き込まれた粒子状物質は、炉の上部に配置された導管２８を通して粒子分離器３０に出る。粒子分離器内の粒子状物質の大部分が燃焼排気から分離され、清浄化されたガス３２が排気管３４を通して図１には図示されていない従来の部分に排出され、さらに煙突を通って大気に排出される。粒子分離器３０内で分離された粒子状物質は、戻り管３６およびその下部の気体シール３８を通して熱交換室４０に案内される。
【００４２】
戻された、加熱された粒子状物質の床が、熱交換室４０内に形成される。熱交換室４０は、流動化ガスを室に所定の速度で風箱４４およびノズル４６を通して供給する手段４２を備えている。熱交換室内の流動化ガスの速度は普通は極めて低く、典型的には１ｍ／秒以下である。したがって、熱交換室内の床はいわゆる泡立ち流動床であり、液体と極めて同様に働き、よく規定された上表面を有する。
【００４３】
室４０は、流動化された、加熱された床物質から熱交換表面内を流れる熱交換媒体に熱を伝達するのに利用される、熱交換表面４８を備える。熱交換室内の流動化ガスの速度を変えることによって、ある程度まで室の熱交換効率を調節することが可能である。一般に、熱交換室内の床表面は熱交換表面よりも上であり、それによって熱交換表面は流動床の内側にある。
【００４４】
冷却された粒子は、熱交換室４０の下部の開口５０を通して概ね鉛直姿勢の排出路５２に流れる。排出路５２は手段５４を備えており、これにより流動化ガスを所定の速度で風箱５６およびノズル５８を通して経路の下部に供給することが可能である。流動化された物質は排出路５２内で上向きに上昇し、経路の上部の開口６０を通して炉１６に戻って出る。排出路内の流動化ガスの速度は異なる運転状態において変わってもよいが、ほとんどの場合、熱交換室内の流動化ガスの速度とほぼ同じか、または、それよりも僅かに速い。
【００４５】
図２は、本発明による熱交換室の縦断面図を略図的に示し、概ね鉛直姿勢の補助経路６２を示している。図２は、図１に示された循環流動床反応装置の熱交換室の別の断面図を示す、または循環流動床反応装置の熱循環系に接続されていないが、流動床反応装置の炉、例えば泡立ち流動床反応装置に直接接続されている、独立した熱交換室の一部である。いずれの場合でも、２つの概ね鉛直姿勢の経路が、熱交換室４０、図１による排出路５２、および図２による補助経路６２に接続することが好ましい。
【００４６】
図２に示された概ね鉛直姿勢の補助経路６２の下部は、炉１６の下部への流れ導管６４を備えており、その上部は熱交換室４０の上部への流れ導管６６を備えている。経路は、流動床の濃度が高い領域で炉に、および流動床の上表面の水準以上では熱交換室に接続されていることが好ましい。経路６２の底部は流動化ガス用ノズル６８を備えており、それを通して流動化ガスを所定の速度で供給することが可能である。
【００４７】
経路６２内の流動化ガスの速度が十分高い、普通は１ｍ／秒以上である場合、加熱された床物質が経路を通って炉１６の下部から熱交換室４０まで移動する。移動している物質の量は、経路６２内の流動化ガスの速度を変更することによって効率的に調節することができる。経路６２を通って移動する床物質は、熱交換室４０に流れる加熱された物質流の大部分を形成するが、加熱された物質の大部分はいくつかの他の方法により到達し、熱交換室の熱交換効率の調節に必要な補助物質流だけが経路６２を通って流れることが好ましい。
【００４８】
好適例によると、経路６２内の流動化ガス流速、したがって経路６２に沿って熱交換室４０まで移動する補助物質の流速は、熱交換表面４８から出る熱交換媒体の手段７０によって測定された温度に基づき制御される。経路６２内の流動化ガス流速はまた、熱交換室４０、炉１６、または排出路５２内の流動化ガス、またはその中の粒子状物質に基づき調節することができる。
【００４９】
経路６２内の流動化ガスの速度が特定の制限速度よりも小さい、普通は１ｍ／秒よりも小さい場合、物質は経路６２を通って炉１６から熱交換室４０には移動しない。それによって、物質が経路を通して別の方向に、熱交換室４０の上部から炉１６にオーバーフローとして流れることができる。排出路５２を介して出るよりも多くの物質が室４０に別の経路を通して流れる場合に、オーバーフローが起こる。物質は、熱交換室４０に循環流動床反応装置および／または、例えば室４０および炉１６に共通の壁部１４ａの開口７２を通じて流れることがある。
【００５０】
図２の配置の経路６２の底部７４は、炉１６の底部２４よりもある程度高い水準に配置されている。これらの高さ水準間の段差７６は、炉の底部にある可能性のある大きな片が経路６２または熱交換室４０に入るのを防ぐ。段差７６の高さは少なくとも約２００ｍｍであることが好ましい。
【００５１】
熱交換室４０は、２つの隣接した排出路５２と、排出路の同じ水準に少なくとも部分的に配置された補助経路６２とを備えることが好ましい。図３は、炉の方向から見た、炉および熱交換室に共通した壁部１４ａの正面図を略図的に示す。図３は、２つの排出路５２およびその間に配置された補助経路６２の流れ開口のそれぞれの好ましい位置を示す。図３では、炉に開口している流れ開口が連続線で示されており、熱交換室に開口している流れ開口、および壁部１４ａの流路が破線で示されている。
【００５２】
オーバーフロー状況で熱交換室の排出路５２を通る物質流を効率的に制御できるように、補助経路６２の上部流れ開口６６の下縁部８０は排出路５２の上部流れ開口６０の下縁部７８よりもあまり高くないことが有利である。補助経路６２の上部流れ開口６６の下縁部８０は、排出路５２の上部流れ開口６０の下縁部７８よりも最大５００ｍｍ高いことが好ましく、最も好ましくは最大３００ｍｍ高い。
【００５３】
図３の補助経路６２の下流れ導管６４の下縁部８２は、炉の底部２４の水準よりも高い、好ましくは少なくとも２００ｍｍ高い。室の容量を最小限に抑えるため、熱交換室の底部は炉の格子よりも低いことが好ましい。したがって、排出路５２の下流れ導管５０は補助経路６２の下流れ導管６４よりも低いことが好ましい。図３はまた、共通の壁部１４ａの上部の開口７２を示しており、この開口を通して加熱された物質が炉内の流動床の上部から熱交換室の上部に流れることができる。
【００５４】
図４は流動床反応装置の水平断面図を示しており、炉１６と、２つの熱交換室４０と、両方の熱交換室での、炉と熱交換室の間に隣接して配置された２つの排出路５２と、その間に配置された補助経路６２とを示す。図４による配置では、熱交換室４０から戻される物質は炉１６の壁１４の幅全体にわたって均一に分割され、物質を壁１４の領域から熱交換室４０まで均一に運ぶことができる。
【００５５】
図５は、本発明の好適例による熱交換室４０の補助経路６２での縦断面図を示す。図５に示された配置は、補助経路６２の底部７４と炉の底部２４の間に段差がないが、底部２４の水準が補助経路６２の底部７４に直接つながっているという点において、図２の配置と異なる。図５に示す配置では、ほぼ水平な下部８４の底部は炉に向かって傾斜している。普通は、底部の平均傾斜は１０〜２０度である。
【００５６】
補助経路６２のほぼ水平な下部８４の底部は、流動化ガスを炉に向かってほぼ水平に案内する、段差格子８６により流動化されることが好ましい。傾斜した底部および案内された流動化ガスは、炉の底部にある可能性のある大きな粒子が経路６２に入るのを効率的に防ぐ。補助経路の下部の段差格子８６は、格子の中心部で物質用排出路８８に向かって大きな片を案内する、炉の底部の段差格子２６’に連続していることが好ましい。
【００５７】
流動化ガスは、経路の垂直中心部でも、図５に示す配置で供給される。中心部に、例えば２つの高さ水準で供給される流動化ガスは、流動化ガスの速度を次第に大きくする。下部の低い流動速度が、大きな片、例えば大きな燃料片が経路６２内で上昇するのを防ぎ、上部の高い速度が、加熱された物質の細かい物質部分が熱交換室まで上昇することを保証する。好適例によると、経路６２の下部の流動速度は約１ｍ／秒であり、中心部では約２ｍ／秒、上部では約３ｍ／秒である。
【００５８】
以上、現時点における好適例として本発明の説明を行なったが、本発明は、これらに限定されるものではなく、特許請求の範囲で定義される範囲内の多くのその他の構成をも包含することに留意すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】熱循環系に熱交換室を設けた循環流動床反応装置の模式的縦断面図。
【図２】本発明による熱交換室の模式的縦断面図。
【図３】炉の方向から見た、本発明による熱交換室の模式的正面図。
【図４】本発明による２つの熱交換室を有する流動床反応装置の模式的横断面図。
【図５】本発明による第２の熱交換室の模式的縦断面図。
【図１】
2006523525.tif 000003
【図２】
2006523525.tif 000004
【図３】
2006523525.tif 000005
【図４】
2006523525.tif 000006
【図５】
2006523525.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成17年8月2日(2005.8.2)
【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】
粒子状物質から成る床、および、流動化ガス用ノズル（２６）を設けた底（２４）を有し、前記底が該底から炉を制限する構成の炉（１６）と、
前記粒子状物質から熱を回収するための熱交換表面（４８）を設けた熱交換室（４０）と、
前記熱交換室（４０）から前記炉（１６）に粒子状物質を移動させるために前記熱交換室の下部に接続された排出路（５２）とを含む流動床反応装置（１０）において、
前記熱交換室（４０）から前記炉（１６）に対して、および、前記炉（１６）から前記熱交換室（４０）に対して粒子状物質を送る概ね鉛直姿勢の補助経路（６２）を、前記流動床反応装置（１０）が有し、
前記補助経路（６２）の下部に、流動化ガス用ノズル（６８）、および、前記補助経路を前記炉（１６）に接続する流れ導管（６４）が設けられ、前記流動化ガス用ノズル（６８）は前記流動床反応装置の別の流動化ガス用ノズルとは独立して調節可能であり、
前記補助経路（６２）の上部に、前記補助経路（６２）を前記熱交換室（４０）に連結させる流れ導管（６６）が設けられていることを特徴とする流動床反応装置（１０）。
【請求項２】
前記排出路（５２）が概ね鉛直姿勢であって、前記排出路の下部に流動化ガス用ノズル（５８）が配設され、前記排出路の下部に、前記熱交換室（４０）を前記排出路（５２）に接続するための流れ導管（５０）が配設され、前記排出路の上部に、該排出路（５２）を前記炉（１６）に接続するための流れ導管（６０）が配設されていることを特徴とする請求項１に記載された流動床反応装置。
【請求項３】
前記炉（１６）、前記熱交換室（４０）、前記排出路（５２）、および、前記補助経路（６２）が、前記炉（１６）と前記熱交換室（４０）の間に隣接して配設された前記排出路（５２）および前記補助経路（６２）を有する一体構造体を構成していることを特徴とする請求項２に記載された流動床反応装置。
【請求項４】
前記炉（１０）が２つの排出路（５２）を有し、前記補助経路（６２）が前記２つの排出路の間に配設されていることを特徴とする請求項２に記載された流動床反応装置。
【請求項５】
前記排出路（５２）と前記補助経路（６２）が、少なくとも部分的に同一高さ水準にあることを特徴とする請求項２に記載された流動床反応装置。
【請求項６】
前記補助経路（６２）の上部における前記流れ導管（６６）が、前記排出路（５２）の上部における前記流れ導管（６０）よりも最大約５００ｍｍ高い水準にあることを特徴とする請求項５に記載された流動床反応装置。
【請求項７】
前記補助経路（６２）の上部における前記流れ導管（６６）が、前記排出路（５２）の上部における前記導管（６０）よりも最大約３００ｍｍ高い水準にあることを特徴とする請求項６に記載された流動床反応装置。
【請求項８】
前記補助経路（６２）の下部における前記流れ導管（６４）が、前記排出路（５２）の下部における前記流れ導管（５０）よりも高い水準にあることを特徴とする請求項２に記載された流動床反応装置。
【請求項９】
前記補助経路（６２）の下部における前記流れ導管（６４）が、前記炉の前記底（２４）よりも少なくとも２００ｍｍ高い水準にあることを特徴とする請求項１に記載された流動床反応装置。
【請求項１０】
前記補助経路（６２）の下部が前記炉の前記底（２４）の水準にあり、前記補助経路の下部における前記流れ導管（６４）が、流動化ガスを前記炉（１６）に向ける流動化ガス用ノズル（８６）を有することを特徴とする請求項１に記載された流動床反応装置。
【請求項１１】
前記補助経路（６２）の下部における前記流れ導管（６４）に、段差格子ノズル（８６）が配設されていることを特徴とする請求項１に記載された流動床反応装置。
【請求項１２】
流動化ガス用ノズルが、前記補助経路（６２）の異なる高さ水準に配設されていることを特徴とする請求項１に記載された流動床反応装置。
【請求項１３】
前記流動床反応装置が、前記炉（１６）、前記熱交換室（４０）または前記排出路（５２）の温度、または、これらのうちの１つにおける前記粒子状物質の温度、または前記熱交換室内に配設された前記熱交換表面（４８）を通って流される熱交換媒体の温度を測定するための手段（７０）と、測定した前記温度に基づいて、前記補助経路（６２）の下部に供給される前記流動化ガスの流速を調節する手段とを有することを特徴とする請求項１に記載された流動床反応装置。
【請求項１４】
前記熱交換室（４０）が、前記流動床反応装置から前記熱交換室（４０）に粒子状物質を供給するための第１手段（７２、３０、３６）を有することを特徴とする請求項１に記載された流動床反応装置。
【請求項１５】
前記炉（１６）と前記熱交換室（４０）が共通の壁部（１４ａ）を有し、粒子状物質を前記熱交換室（４０）に供給する前記第１手段が前記共通の壁部（１４ａ）にある少なくとも１つの開口（７２）を含むことを特徴とする請求項１４に記載された流動床反応装置。
【請求項１６】
前記流動床反応装置（１０）が循環流動床反応装置であり、
排ガスおよびそれに付随する粒子状物質を前記炉（１６）から排出するための排出口（２８）が前記炉の上部に設けられ、
前記熱交換室（４０）に粒子状物質を供給するための前記第１手段が、前記炉の前記排ガスから粒子を分離するための分離器（３０）と、分離された前記粒子のうちの少なくとも一部を前記熱交換室（４０）に誘導する戻り管（３６）とを含むことを特徴とする請求項１４に記載された流動床反応装置。
【請求項１７】
流動床反応装置（１０）で熱を回収する方法であり、
（ａ）炭素質燃料（１８）および酸素流動化ガス（２０）を前記流動床反応装置の炉に供給する段階と、
（ｂ）加熱された床物質粒子を前記炉（１６）から熱交換室（４０）の上部に供給する段階と、
（ｃ）前記熱交換室（４０）内の前記加熱された床物質粒子から熱を回収し、それによって冷却された床物質粒子が得られる段階と、
（ｄ）冷却された床物質粒子を、前記熱交換室（４０）の下部から排出する段階とを含む前記方法において、
（ｅ）前記流動床反応装置（１０）の第１の運転状態で、加熱された床物質粒子を、前記熱交換室の上部から前記炉に対して、オーバーフローとして、概ね鉛直姿勢の補助経路（６２）に沿って下向きに排出するとともに、
前記流動床反応装置（１０）の第２の運転状態で、前記流動床反応装置の別の流動化ガス用ノズルとは独立して調節可能である前記補助経路内のノズル（６８）を経て前記補助経路（６２）の下部に供給される流動化ガスによって、前記炉（１６）から前記熱交換室（４０）に対して、前記概ね鉛直姿勢の補助経路（６２）に沿って上向きに、加熱された床物質粒子を送る段階を含むことを特徴とする流動床反応装置で熱を回収する方法。
【請求項１８】
前記炉（１６）から前記熱交換室に送られる加熱された床物質の量が、前記補助経路（６２）の下部に供給される前記流動化ガスの量を変えることによって調節されることを特徴とする請求項１７に記載された流動床反応装置で熱を回収する方法。
【請求項１９】
（ｆ）前記炉（１６）、前記熱交換室（４０）または前記排出路（５２）の温度、または、これらのうちの１つにおける前記加熱された床物質の温度、または前記熱交換室内に配置された熱交換表面（４８）を通って流される熱交換媒体の温度を測定する段階と、
前記段階（ｆ）で測定された温度に基づき、前記段階（ｅ）で前記補助経路の下部に供給された流動化ガスの量を調節する段階とを含むことを特徴とする請求項１８に記載された流動床反応装置で熱を回収する方法。
【請求項２０】
前記流動床反応装置の負荷が高い場合、加熱された床物質粒子が、オーバーフローとして前記熱交換室（４０）の上部から概ね鉛直姿勢の前記補助経路（６２）に沿って下向きに排出され、
前記流動床反応装置の負荷が低い場合、加熱された床物質粒子が前記補助経路（６２）の下部に供給された流動化ガスによって、前記炉（１６）から前記熱交換室に対して、概ね鉛直姿勢の前記補助経路（６２）に沿って上向きに送られることを特徴とする請求項１７に記載された流動床反応装置で熱を回収する方法。
【請求項２１】
前記流動床反応装置（１０）が循環流動床反応装置であり、前記段階（ｂ）が、前記循環流動床反応装置における熱循環系の分離器（３０）によって分離された粒子を前記熱交換室（４０）に供給することによって実行されることを特徴とする請求項１７に記載された流動床反応装置で熱を回収する方法。
【請求項２２】
前記段階（ｂ）が、前記炉（１６）から、直接、前記熱交換室（４０）に、それらの共通の壁部（１４ａ）にある開口（７２）を通して粒子状物質を供給することによって実行されることを特徴とする請求項１７に記載された流動床反応装置で熱を回収する方法。
【請求項２３】
前記段階（ｅ）における前記第２の運転状態で、流動化ガスが複数の高さ水準で前記補助経路（６２）に供給されることを特徴とする請求項１７に記載された流動床反応装置で熱を回収する方法。
【国際調査報告】
2006523525.tif 000008
2006523525.tif 000009
2006523525.tif 000010
2006523525.tif 000011