(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動層反応器（１０）の反応室（２０）から排出されたガスから固体粒子を分離するために、前記流動層反応器に取り付け可能な遠心分離器アセンブリ（４０）であって、
平坦な水管パネルから形成された鉛直方向に延びる外壁（７２、７４、７４’、８６、８８）によって水平方向を画定された渦室であって、前記壁の内側が、少なくとも部分的に耐熱性ライニングを備え、且つ渦室内にガス・スペースを画定しており、そこに鉛直ガス渦（８４、８４’）が確立される渦室（７０、７０’、７０”）と、
前記反応室からガス・スペース内にガスおよび固体粒子を導入するための少なくとも１つの入口（８２、８２’）と、
浄化ガスをガス・スペースから排出するための少なくとも１つの出口（４８）と、
分離された固体粒子をガス・スペースからリターン・ダクトを通して前記反応室に排出するための少なくとも１つの出口（４４）と
を有する遠心分離器アセンブリ（４０）において、
前記渦室の前記鉛直方向に延びる外壁が、５乃至１０個のコーナを有するほぼ正多角形を形成しており、該コーナのそれぞれが、前記外壁（７２、７４、７４’、８６、８８）の内側に配置された耐熱性ライニングによって丸み付けされていることを特徴とする遠心分離器アセンブリ（４０）。
【請求項２】
前記外壁（７２、７４、７４’、８６、８８）によって形成される角度が１０８度から１３５度までの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離器アセンブリ。
【請求項３】
前記外壁（７２、７４、７４’）によって形成される角度が１３５度であることを特徴とする請求項２に記載の遠心分離器アセンブリ。
【請求項４】
共通の壁（７４、７４’）を共有する２つの渦室（７０、７０’、７０”）を有することを特徴とする請求項１に記載の遠心分離器アセンブリ。
【請求項５】
前記渦室（７０、７０’、７０”）と前記反応器（２０）が共通の壁セクション（７２）を共有することを特徴とする請求項１に記載の遠心分離器アセンブリ。
【請求項６】
前記遠心分離器アセンブリが２つの渦室（７０、７０’、７０”）を有し、また三角形のフリー・スペースが該渦室間に残されており、該フリー・スペース内に、反応器支持構造（７８）、または供給ダクトもしくは調量経路（８０）が設けられいることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離器アセンブリ。
【請求項７】
三角形のフリー・スペースが前記分離器と前記反応器（２０）の間に残されており、該スペース内に、前記反応室から排出されたガスのための入口ダクト（８２、８２’）、または供給ダクトもしくは調量経路（８０’）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離器アセンブリ。
【請求項８】
前記分離器（４０）の底部（４２）が非対称であり、また前記反応室（２０）および前記リターン・ダクト（４４）と一体化されたユニットを形成していることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離器アセンブリ。
【請求項９】
前記渦室内壁が連続的な円筒形状であり、前記丸み付けの曲率半径が、前記渦室内に確立された前記渦の中心と前記渦室の前記内壁との間の距離とほぼ同じであることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離器アセンブリ。
【請求項１０】
各コーナは、前記丸み付けされた部分の間に直線状の内壁表面（８８）が残るように個別に丸み付けされており、それによって前記丸み付けの曲率半径が、前記渦室内に確立された前記渦の中心と前記渦室の前記内壁との間の距離よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の遠心分離器アセンブリ。
【請求項１１】
前記丸み付けの曲率半径が、前記渦室内に確立された前記渦の中心と前記渦室の前記内壁との間の距離の少なくとも３分の１であることを特徴とする請求項１０に記載の遠心分離器アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、頭書の独立請求項の前段部分による、高温ガスから粒子を分離するための方法および装置に関する。
【０００２】
すなわち、本発明は、遠心分離器アセンブリと、流動層反応装置の反応室から排出されたガスから固体粒子を分離するために、流動層反応装置に取り付けた遠心分離器アセンブリ内で粒子を分離する方法とに関する。この分離器アセンブリは、平面状の水管パネルから形成された鉛直方向に延びる外壁によって水平方向を画定される渦室であって、壁の内側に耐熱性ライニングが設けられ、内部にガス・スペースを画定し、そこに少なくとも１つの鉛直ガス渦が確立されるようになっている渦室と、反応室からガス・スペース内にガスを導入するための少なくとも１つの入口と、純化されたガス（浄化ガス）をガス・スペースから放出するための少なくとも１つの出口と、分離された固体粒子をガス・スペースから放出するための少なくとも１つの出口とを備えている。
【０００３】
本発明は、特に流動層反応装置、特に炭素質または他の燃料の燃焼またはガス化のために使用される循環流動層反応装置のプロセス・ガスおよび生成ガスから固体粒子を分離するために利用される遠心分離器に関する。
【０００４】
入口ダクトを通って入る煙道ガスが鉛直ガス渦を発生するように遠心分離器の入口および出口ダクトを配設する方法が一般に知られている。従来の遠心分離器アセンブリは、直円筒形状を有する外壁によって画定された１つまたは複数の遠心分離器すなわちサイクロンと、円錐状の底部とを含んでいる。流動層反応装置のサイクロンは、従来、耐熱性ライニングを設けた非冷却構造として製造されており、一方流動層反応装置自体の壁は通常、冷却水管パネルから形成されている。非冷却粒子分離器を冷却反応室に接続するとき、高価であり損傷を受けやすいとしても、変化する熱運動を考慮して相対運動を可能にする構成を使用する必要がある。円筒形サイクロンは、水管から形成される構造としても製造されており、それによってサイクロンと冷却反応室との温度差は小さいであろう。しかし、円筒形状の水管壁構成を提供し、それを周囲の構成に接続するには、多くの手作業が必要であり、したがって費用がかかる。
【０００５】
例えば、米国特許第４８８０４５０号は、冷却円筒形サイクロンを、流動層ボイラの炉、およびその熱回収セクションに接続することができる方法を開示する。サイクロンの円筒形上側セクションは、互いに取り付けられた水管または蒸気管を備え、その内面が絶縁材料で覆われている。この特許による分離器は、相対運動を可能にする個別要素を伴わずに冷却環境に接続することができるが、この構成は多くの労力を必要とし、したがって高価である。
【０００６】
米国特許第５２８１３９８号は、粒子が遠心分離器内で高温ガスから分離され、遠心分離器の渦室が平面状の水管パネルから構成されている構成を開示する。したがって、渦室のガス・スペースは水平断面で多角形であり、好ましくは正方形または長方形である。この種の分離器は、製造に費用がかからず、同様の壁パネルから形成される反応器炉に簡単に接続することができ、それによりコンパクトなユニットが確立される。従来、円筒形スペースはガス渦速度をできるだけ小さく維持するのを妨げるので、分離器渦室のガス容積は円筒形である。しかし、米国特許第５２８１３９８号に開示される発明は、断面が多角形のスペース内にガス渦を確立することもできることに基づいている。円筒形分離器では、遠心力によって分離された粒子が渦の円周に進められ、渦室の内壁に沿って下方向に流れる。多角形分離器の適切な動作は、ガス・スペースのコーナが粒子の分離を高め、分離された粒子に適したフローダウン領域として働くことに基づいている。
【０００７】
米国特許第４６１５７１５号は、耐磨耗性材料から製造された円筒形サイクロンが、正方形断面の冷却エンクロージャ内部に配設されたアセンブリを開示する。この構成では、ガス・スペースの形状が渦速度を維持するのに理想的であり、それにもかかわらず、分離器エンクロージャ用の水管パネルの製造を自動化することができ、分離器を直接的に冷却環境に接続することができる。この特許による構成では、環状内側スペースと正方形外側エンクロージャとの間の比較的大きなスペースが、適切な材料で充填される。この材料に関する問題は、保温材として働き、分離器の重量および熱容量を高めることである。したがって、動作中には分離器の内壁の温度を高め、その熱慣性を増す。大きく急激な温度変化が中間スペース内の材料に損傷をもたらす場合があり、これは維持費および修理費を増す。したがって、分離器の温度変化は十分ゆっくりである必要があり、プラントの容量を変える際、特にスタートアップおよびシャットダウン時にそのことを考慮すべきである。さらに、材料の最も内側の面は大きな耐磨耗性がなければならず、したがって中間スペースの充填は特別の多層技法によって行われる。しかし、これはこの構成の費用を増し、分離器構造を複雑にする。
【０００８】
本発明の目的は、改良型遠心分離器アセンブリと、高温ガスから粒子を分離する方法とを提供することである。
【０００９】
特に、本発明の目的は、コンパクトな遠心分離器アセンブリと、粒子を分離する方法であって、アセンブリの製造費用があまりかからず、粒子分離の度合が高い方法とを提供することである。
【００１０】
さらに、本発明の目的は、粒子を分離する方法と、好ましくは冷却反応室に接続することができ、管理があまり必要ない遠心分離器装置とを提供することである。
【００１１】
これらおよびその他の目的を達成するために、特徴的な機構が装置に係る独立請求項の特徴部に開示された遠心分離器アセンブリが提供される。
【００１２】
したがって、本発明による遠心分離器アセンブリの特徴は、渦室の鉛直方向に延びる外壁が少なくとも１つのコーナを形成し、この外壁の側部同士の間の角度が９０度を超え、またコーナが、外壁の内側の耐熱性ライニングによって丸み付けされていることにある。
【００１３】
上記の目的を達成するために、特徴的な機能が方法に係る独立請求項の特徴部に開示された粒子分離方法もまた提供される。
【００１４】
したがって、本発明による粒子を分離する方法の特徴は、流動層反応装置の反応室から排出されたガスが、渦室内で、外壁の内面に設けた耐熱性ライニングによって丸み付けされた少なくとも１つのコーナに当たるように導かれ、そのコーナの鉛直方向に延びる外壁間の角度が９０度を超えていることにある。
【００１５】
本発明による構成は、平坦な冷却面と丸み付けされたガス・スペースとの利点を組み合わせ、多角形水平断面を有する渦室の外壁を提供し、角のうちの少なくともいくつかが９０度を超えるようにすることによって厚い耐熱性層の欠点を回避している。
【００１６】
渦室のガス・スペースが多角形の水平断面である米国特許第５２８１３９８号による分離器は、通常の動作条件で完璧に動作する。しかし、以前に使用されているものとは異なるガス速度および分離器設計基準を使用することによって新世代分離器に関して特に有利な構成を提供することができることが判明している。分離器のそのような発展はさらに進められるので、いくつかの適用例では、ガス・スペースの角が反応器の設計全体に対する制限をもたらす。
【００１７】
いくつかの適用例では、渦室の外壁によって形成される１つまたは複数のコーナに丸みを付けることによって多角形分離器の動作をさらに改善することができることが判明している。さらに、構造上の問題、およびコーナに丸みを付けることによってもたらされる構成の耐久性に関連する問題を最小限に抑えるために、この構成では、丸みを付けられた外側コーナで、渦室の外壁の平坦なパネル間の角度が９０度を明らかに超えることが重要である。
【００１８】
入口開口に接続された仕切壁によって形成されたコーナでガス渦を入射ジェットの方向に向け直さない限り、長方形渦室に入るガス・フローと渦室内のガス渦とが互いに妨害しあう可能性があることが、米国特許第５７３８７１２号に基づいてすでに知られている。しかし、本発明は別の問題、すなわち、渦室のコーナ領域でガス渦が最適でない場合があることに関連する。
【００１９】
鉛直円筒形が、互いに垂直であり、円筒形に対して接線の関係にある４つの鉛直方向に延びた平坦なパネルによって取り囲まれているとき、コーナでの平坦なパネルと円筒形表面との距離は、円筒形半径の約０．４１４倍である。したがって、平坦なパネルの中央での層の厚さが円筒形半径の例えば０．０５倍になるように耐熱性ライニングが提供される場合、層は、コーナで８倍以上の厚さになる。したがって、特にコーナ領域で耐熱性層の熱伝導率が低くなる場合があり、外面の冷却によって、内面の温度を必ずしも十分低く保つことができない。さらに、耐熱性ライニングの変化する厚さは、相当な温度差をもたらし、それにより層が損傷を受ける危険を高める可能性がある。厚い層はまた、構造の重量を増し、それにより構造を支持することに関連する問題をもたらす。
【００２０】
円筒形が４枚ではなく５枚のパネルによって取り囲まれる場合、パネル間の角度は１０８度であり、パネルとシリンダ表面の間の距離は、コーナで円筒形半径のわずか０．２３６倍である。６、７、および８枚のパネルでは、パネル間の角度はそれぞれ１２０度、１２８．６度、および１３５度である。距離はそれぞれ円筒形半径の０．１５４倍、０．１１０倍、および０．０８２倍である。したがって、分離器コーナの角度が９０度ではなく例えば１０８度であるときでさえ、耐熱性層の最大厚さ、ならびにその重量および熱容量が大幅に低減する。角度が１３５度の場合、丸み付けに必要とされる最大層厚さは、直角の丸み付けに必要とされる厚さのわずか５分の１である。薄い耐熱性ライニングの熱伝導率は高く、渦室の外壁の様々な部分で比較的均等であり、それにより操作下の層の最大温度が低減し、様々な壁部の温度差が減少される。
【００２１】
本発明の１つの好ましい実施形態によれば、各分離器コーナが丸みを付けられており、ほぼ同じサイズである。この場合、コーナの数は、好ましくは５、６、７、または８であり、角度はそれぞれ約１０８度、１２０度、１２８．６度、または１３５度である。分離器コーナの数が６または８であるとき、好ましくは複数の分離器を、互いに対して、および／または炉に対して接続することができる。最も好ましくは、分離器が８つのコーナを有し、構造物を設計するときに分離器と反応室との間、および隣接する分離器の間で平行壁を利用することができる。しかし、いくつかの特別な場合に、すなわち特定の支持構造およびガス入口ダクトを配置するために、コーナの数が奇数である分離器を製造することが有利となる場合もある。
【００２２】
別の好ましい実施形態によれば、いくつかの粒子分離器コーナのみが丸みを付けられている。この場合、丸みを付けられたコーナのサイズを、上述したものと異なるものにすることができる。しかし、好ましくは、角度は約１１０〜１５０度であり、より好ましくは約１３５度である。最も好ましくは、様々なサイズの角度を含む分離器が多角形の基本形状を有することができ、いくつかの角度が直角であり、丸みを付けられておらず、他の角度が平坦なパネルによって傾斜を付けられており、耐熱性ライニングによって丸みを付けられている。
【００２３】
好ましい構成によれば、入口開口を通して入る粒子含有ガス・フローは、まず、ほぼ垂直に直角コーナの壁または他の側面に当たり、しかし最初の衝突の後、ガス・フローは、少なくとも１つの丸み付けされたコーナに当たる。この種の構成では、渦室内の第１のコーナまたは壁が、粒子を分離するのに適したスポットとして機能し、しかしその後、丸みを付けられたコーナでは、目的が、できるだけ高いレベルでガス・フローの速度を維持することになる。
【００２４】
好ましくは、複数のコーナを含む渦室の外壁のセクションで渦室内壁が連続的に円筒形となるようにコーナの丸み付けを構成することができる。すなわち、丸み付けの曲率半径が、渦室内に確立された渦の中心と渦室の内壁との間の距離とほぼ同じである。別の好ましい方法は、各コーナ領域で個別の丸み付けを提供し、丸み付けの曲率半径は上述したよりも小さく、丸みを付けられた部分間に直線状の内壁面が残り、壁を保護するために薄い均等な耐熱性ライニングだけを必要とするものである。均等な耐熱性ライニングが必要とする厚さは、使用される材料および動作条件によって異なり、通常少なくとも約１５〜７０ｍｍである。本発明による丸み付けによって得られる利点を達成するためには、曲率半径を小さくしすぎるすべきではない。好ましくは、丸み付けの曲率半径は、渦室内で確立された渦の半径、すなわち渦中心と渦室の内壁との間の距離の少なくとも約３分の１である。
【００２５】
短い曲率半径を使用するとき、渦室の真円性は完全ではなく、壁にある耐熱性ライニングの量は、連続円筒形渦室の場合よりも少ない場合さえある。いくつかの場合には、変化するコーナ特性により、様々なコーナでの丸み付けに関して様々な曲率半径を使用することが好ましい場合もある。この原理による特別な場合は、外壁によって形成される１つまたは複数のコーナが丸みを付けられ、１つまたは複数が丸みを付けられないものである。
【００２６】
渦室の水平断面は、好ましくは、ただ１つのガス渦が渦室内に確立されるほぼ円形であってよく、あるいは長円形であり、渦室内に複数のガス渦を確立することができるような形状とされていてもよい。渦室の水平断面の幅、すなわち渦室に最も近接する反応室壁の方向に延びる渦室の寸法は、好ましくは幅に垂直な深さの約２倍であり、好ましくは、渦室内で２つの隣接するガス渦を確立することができる。
【００２７】
２つのガス渦の渦室へのガス入口ダクトは、最も好ましくは、反応室側にある渦室壁の中央に位置しているが、反応室側にある渦室壁の外側コーナの近傍に互いに離隔するように配設することもできる。反応室側にある２つの渦の渦室内の壁の中央に配置された入口ダクトに面する壁は直線状であってよく、渦室に入るガス・フローがほぼ垂直に壁に当たる。別法として、平坦な水管パネルから形成され、三角形の断面をもつ壁セクションを壁の中央に提供することができ、その壁セクションの丸み付けによって、ガス・フローは、丸みを付けられた壁にまず当たるように導かれる。
【００２８】
構造強度および高い分離能力を保証するために、１つの大きな分離器ではなく２つ以上のより小さな分離器が、しばしば大きな反応室内に構成される。いくつかの冷却円筒形分離器を使用するとき、大きな割合の手作業がコストを余剰に増す。したがって、経済的な理由から、時として、実際に最適なよりも大きな分離器を使用する必要がある。これらの場合には、高い分離能力を全ての条件で達成できることが必ずしも明白ではなく、したがって構造強度を保証するために、空間消費、およびコストの高い構成を使用しなければならない。本発明による構造を使用するとき、小さい分離器でさえ低コストで製造することができ、支持が簡単であり、分離能力に関して最適である分離器を使用することができる。
【００２９】
本発明に従って製造される渦室の外壁が例えば８つの角を含むとき、好ましくは、その側面が平行に走るように２つの隣接する渦室を配置することができ、渦室の平行壁パネルを互いに直接的に接続することができる。隣接する渦室はまた、有利には、共通の直線壁セクションを共有するように相互接続することができる。
【００３０】
本発明による遠心分離器アセンブリは、好ましくは、渦室の平坦な外壁パネルのいくつかが反応室の平坦な壁に平行になるように反応室と組み合わせて配置することができ、渦室を反応室の壁に簡単に取り付けることができる。渦室はまた、有利には、反応室側にある渦室の壁セクションが反応室と共有されるように製造することもできる。
【００３１】
２つの分離器間で、または分離器と炉の間で共通の壁セクションを使用することができることは、製造コストを大幅に削減することができるので、平坦なチューブ・パネル壁から形成される分離器の利点の１つである。しかし、共通壁セクションは、壁セクションの片側からは簡単に支持することができず、この種の共通壁の幅は、実際には何らかの最大限界値を有する。それを超える場合、２つの個別壁を使用しなければならない。したがって、共通壁セクションに関する支持構成は、いくつかの場合に、最適なサイズの大きな分離器の利用を妨げることがある。
【００３２】
長方形分離器の平坦な外壁の幅は常に、少なくとも渦直径と同じ大きさであり、しかし本発明による分離器の個別壁の幅を、渦直径よりも明確に小さくすることができる。したがって、本発明による分離器の利点の１つは、共通壁セクションの支持に関する前述の問題が、長方形分離器を使用して問題が生じる場合に比べて、ガス・スペースがより大きな直径を有する分離器でのみ生じることである。
【００３３】
上述したことに基いて、本発明による粒子分離器内の渦室の直径は、各個別の場合に、冷却円筒形粒子分離器または長方形の外壁を有する分離器内の渦室の直径よりも自由に最適化することができる。好ましくは、本発明による渦室の直径は約３〜８ｍ、例えば約５ｍである。
【００３４】
本発明による渦室は、長方形の断面ではないので、渦室が互いに対して、および反応室に対して接続されるとき、フリー三角形スペースが確立される。好ましくは、例えば、反応器プラント全体の鉛直支持構造をこれらのスペース内に配設することができる。これらのフリー・スペースは、好ましくは、様々な計量および検査ポート、および様々な材料のためのサンプリング接続および供給ダクトの配設のために使用することができる。
【００３５】
本発明をさらに、添付図面を参照しながら以下に例示する。
【００３６】
図１は、反応室２０と、遠心粒子分離器（サイクロン）４０と、分離された粒子を反応室２０に戻すためのリターン・ダクト４４とを備える循環流動層反応装置１０を開示する。水平断面において長方形である反応室２０は、水管壁によって横から取り囲まれており、それらの壁のうち壁２２および２４のみが図１に示されている。水管壁は、よく知られているように、互いに接続された複数の垂直水管によって形成されており、これら垂直水管は、管の間に溶接された細い鋼リブすなわちフィンによって互いに接続されている。粒子分離器４０の外壁は、反応室２０の壁と同様の平面状水管パネルから形成されている。
【００３７】
例えば固体流動媒体といった、反応室内で必要とされる燃料および他の物質は、様々な入口ダクトを通して反応室内に導入されるが、それらダクトのうち入口ダクト２６のみが図１に示されている。反応室内の流動媒体は、反応室の底部にあるグリッド２８を通して導入される流動ガス３０によって流動化される。この反応室内に導入される空気等の流動化ガスは、流動媒体がガスに引き込まれて反応室２０の上側セクションへと連続的に流れ、さらに上側セクションに配設された入口ダクト３２を通して粒子分離器４０へと流れるような速度で導入されている。
【００３８】
反応室２０から流れ込んだガスは粒子分離器４０内で鉛直なガス渦を生じるので、ガス中に引き込まれた粒子は渦室の内壁へと吹き寄せられ、そして渦室のテーパ形下側セクション４２を通してリターン・ダクト４４に下り、さらに反応室２０に戻る。粒子から純化されたガス４６は、渦室のルーフ・セクションに配設されたガス出口ダクト、すなわちセンター・パイプ４８を通して分離器から出る。図３〜図６に詳細に示される本発明の粒子分離器の構造は、特にセンター・パイプ４８の直径と粒子分離器４０の最小直径との比が０．４を超えるとき、特に０．５を超えるときに有用である。図１には示されていないが、センター・パイプ４８の下流には、通常は熱回収ユニットと、沈降分離装置と、煙突とが設けられる。粒子分離器４０の下側セクション４２も、好ましくは平面状の水管パネルから形成される。リターン・ダクトの下側セクションは、Ｌ字管または他のガス・ロック・アセンブリを備え、それによってガスが炉２０からリターン・ダクト４４を通して粒子分離器４０に流れ込むのを防止している。
【００３９】
図２は、分離器４０のテーパ形下側セクション４２が非対称であること以外は図１と同様の図である。したがって図２では、分離器の延長部分を形成しているリターン・ダクト４４を含む分離器４０と、炉２０とによって共有される共通壁２４が、ほぼ炉の高さ全体に沿って延びている。図２はまた、リターン・ダクト４４の下側セクションに接続された熱交換室５２も示しており、粒子分離器４０から循環する流動媒体が、熱交換室に接続されたオーバーフロー開口５４を通して炉２０に戻されるようになっている。図２のアセンブリにおいては、炉２０と、粒子分離器４０と、リターン・ダクト４４とが、構造物の支持、空間利用、および製造コストの点で有利な一体型ユニットを形成している。特に、図２のアセンブリを用いるときには、分離器の上側および下側セクション４２と、リターン・ダクト４４と、熱交換室５２とからなるユニットは、好ましくは冷却形に製造されることができ、したがって冷却パイプのかなりの部分が熱交換室の底部から分離器のルーフ部分まで延びている。
【００４０】
本発明の様々な実施形態による粒子分離器アセンブリが図３〜図６にさらに詳細に示されている。図３は、線Ａ−Ａに沿って取られた図１または図２の概略断面図である。反応室２０から入口ダクト３２を通して流れるガスは、まず、渦室のほうを向いた壁６０にほぼ垂直に当たり、それによってガスに引き連れられた粒子のかなりの部分が本質的に減速され、粒子分離器の下側セクションに落ちる。
【００４１】
本発明によれば、ほぼ正方形の断面において渦室の入口ダクト３２に対角に面するコーナ６２が、ガス渦の速度を維持するように耐熱性ライニング６４によって丸み付けされている。垂直な壁６０と６６の間の直角は、平面壁セクション６８によって傾斜を付けられており、それによって２つの鈍角が確立されている。したがって、丸み付け材料６４の重量を小さくすることができ、冷却された外壁６０、６６、および６８に対する材料の熱伝導率は高い。米国特許第４６１５７１５号に開示された構成に比べてかなり少量の耐熱性ライニングは、より軽量で耐性のある構成をもたらし、これは支持が簡単で、より効果的な冷却を可能にする。
【００４２】
緩やかに傾斜を付けられ且つ耐熱性ライニングによって丸み付けされたコーナは、単純なコーナよりも製造に費用がかかるので、入口ダクトに対角に位置するコーナのみが図３による構成で丸み付けされている。したがって、特に価格が安く、しかし効果的である粒子分離器が提供される。当然、全てではないにせよ、分離器の任意のコーナを傾斜させ、耐熱性材料でライニングしてもよい。図３による実施形態では、丸み付けされていない壁セクションは、分離器の水管壁を保護するために薄くて耐熱性のある層を備えるが、図には示されていない。
【００４３】
複数の粒子分離器が必要な大きな流動層反応装置では、図３による並列粒子分離器を必要な数だけ提供することができる。２つの並列分離器を、それらの入口ダクトが平行に走るように渦室に対して配設することができ、あるいは、それらの入口ダクトは、互いに最も近接したコーナまたは最も遠いコーナに、２つの分離器の間の表面に関して対称的に配設される。特に、２つの隣接する分離器の入口ダクト３２が並べて配置されるとき、渦室間の壁を部分的に、または完全になくすことができ、それによりこの構成は、２つの渦の合成渦室構成にほぼ等しい。
【００４４】
図４は、複数の渦室７０、７０’、７０”を備える大きな反応室２０内に配設された粒子分離器アセンブリを例示する。３つの並列渦室が図４に示されているが、当然、３つよりも数を多くすることも少なくすることもできる。図４による渦室のガス・スペース全体が丸み付けさており、各渦室のコーナは約１３５度である。図１および図２に示される分離器の下側部分４２も好ましくは平面状の水管パネルから製造されているが、本発明による丸み付けを下側セクション４２まで延ばす必要はないことが判明している。
【００４５】
断面が八角形の渦室のガス・スペースに丸みを付けるのに必要な耐熱性ライニングの量は、米国特許第４６１５７１５号による正方形の渦室に丸みを付けるのに必要な量よりもかなり少ない。薄い耐熱性層の熱伝導率は高く、平面状の水管パネルから形成される渦室壁が分離器を効率良く冷却する。それにより、そのような渦室は耐性を有し、低コストで製造することができ、その分離能力は可能な限り高い。
【００４６】
図４による八角形渦室は、好ましくは、平行壁を一体に接続することによって、または図４に示されるように共通壁セクション７２、７４、および７４’を提供することによって、互いに対して、および反応室に対して取り付けられる。渦室の平行壁、および渦室と反応室によって共有される平行壁は、好ましくは、支持ビーム７６および７６’を使用することによって互いに支持し合うようにすることもできる。
【００４７】
多角形渦室間、および渦室と反応室の間に、フリー三角形スペースが残っており、このスペースは好ましくは、例えば、反応装置プラント全体のための支持構造７８、ならびに煙道ガスの不純物を低減する添加剤のための、または他の物質のための供給ダクトまたは調量経路８０、８０’を配設するために利用することができる。サイクロン内のガス渦８４および８４’の接線に平行にガス・ジェットを渦室に入れる入口ダクト８２、８２’ が、図３の渦室７０と７０’の間に配設されている。
【００４８】
図５は、２つの六角形渦室から形成される分離器アセンブリを示す。図５による構成では、渦室７０の外壁の１つ８６が反応室２０の壁２４に平行である。この構成では、好ましくは、例えば中間体支持部分を用いて反応室に分離器を接続することができる。別の代替形態は、２つの六角形渦室を、それらの間に共通壁または平行壁を提供することによって配置するもので、渦室の角の１つが反応室に向けられる。
【００４９】
図５による六角形渦室の各コーナは、丸み付けされたコーナ間に薄い滑らかなライニングでカバーされた直線壁セクション８８が残るように個別に丸み付けされている。特に渦室の角の数が８未満であるときには、好ましくは軽量であり耐性がある分離器アセンブリをこの様式で提供することができる。
【００５０】
図６は、図４による２つの隣接する渦室の配置を連想させるが、構成にいくぶん費用がかからない、２つの渦を形成する分離器アセンブリを例示する。この配置では、仕切壁９０によって分けられた入口ダクト８２を通って反応室２０から入るガス・ジェットは、反対側の壁６０に垂直に当たり、丸み付けされた渦室端部で反対方向に旋回する２つの渦に分けられる。
【００５１】
前述した例では、渦室の角の数が６または８であったが、別の数、例えば５や７であってもよい。角の数が増えると、丸み付けに必要な耐熱性ライニングの量は低減し、しかし同時に、水管パネルの数および製造コストが増大する。したがって、最適な角の数が存在し、通常は５〜１０である。
【００５２】
渦室形状の利点に影響を与える別の因子は、構成内の平行壁の数であり、奇数個の角の場合よりも偶数個の角の場合でより多く、とくに角の数が４で割り切れるときに多い。したがって、特に好ましい渦室の角の数は８であり、しかし上述したように、いくつかの場合に、最も有利な構成をいくつかの他の角の数で得ることができる。
【００５３】
本明細書では本発明を最も好ましい実施形態と現在みなされるものに関連して例として説明してきたが、開示された実施形態から多くの修正および結合をなすことができることを当業者には理解されたい。したがって、本発明は、頭書の特許請求の範囲に定義された本発明の範囲内に含まれるいくつかの他の適用例を包含する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による遠心分離器を備える流動層反応装置の鉛直概略断面図である。
【図２】  本発明による遠心分離器を備える別の流動層反応装置の概略鉛直断面図である。
【図３】  線Ａ−Ａに沿って取られた図１または図２の遠心分離器の断面図である。
【図４】  本発明による遠心分離器の代替実施形態を示す図３と同様の断面図である。
【図５】  本発明による遠心分離器の代替実施形態を示す図３と同様の断面図である。
【図６】  本発明による遠心分離器の代替実施形態を示す図３と同様の断面図である。
【図１】
0004284022.tif 000002
【図２】
0004284022.tif 000003
【図３】
0004284022.tif 000004
【図４】
0004284022.tif 000005
【図５】
0004284022.tif 000006
【図６】
0004284022.tif 000007