説明

流動床反応炉

【課題】伝熱阻害要因を低減しつつ、低コストにて、下部壁部分から上方の所定区間の上部壁部分の摩耗減肉を防止する。
【解決手段】上部壁部分Aの下部壁部分Bより上方に離間した位置を、この位置より上に連続する鉛直姿勢の上部壁部分Uに対して、斜め下方且つ外方に向かって折り曲げた折曲部Xとすることで、鉛直姿勢の上部壁部分Uに沿って下降してくる粒子を、折曲部Xより下の上部壁部分Cから内側に離れた位置を下降させるようにし、折曲部Xより下の上部壁部分Cに対する粒子の接触を防止し、当該上部壁部分Cの摩耗減肉を防止する。また、このように、折曲部Xを、上部壁部分Aの下部壁部分Bより上方に離間した位置を折り曲げたものとすることで、下部壁部分から上方の所定区間を硬化肉盛層若しくは保護皮膜層で覆う従来技術に比して、低コストとすると共に、伝熱阻害要因を低減する。

【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、底部から供給される燃料と空気を流動材と混合し流動床(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。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内壁の摩耗減肉を防止すべく、流動床を形成する炉下部内壁を耐火物で構成している。このような流動床ボイラでは、耐火物の上面と、当該耐火物の上面から上方に所定距離離間した位置との間、すなわち、耐火物から上方の所定区間(例えば2m)において、流動材等の粒子が炉壁管に沿って下降するのを繰り返し当該炉壁管に繰り返し衝突するため、この所定区間の炉壁管に対して、以下の特許文献1に記載のように、耐摩耗性金属より成る硬化肉盛層を溶接により設けるか、若しくは、耐摩耗性金属より成る保護皮膜層を溶着により設け、耐摩耗性の向上を図っている。
【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】
しかしながら、上記流動床ボイラにあっては、耐火物上面から所定区間に亘る広範囲に、耐摩耗性金属より成る硬化肉盛層を溶接により設けるか、若しくは、耐摩耗性金属より成る保護皮膜層を溶着により設けることから、コストが非常に高くなるという問題がある。また、このように炉壁管を覆う硬化肉盛層若しくは保護皮膜層が広範囲に亘るため、熱交換のための伝熱が阻害されるという問題もある。
【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、伝熱阻害要因を低減しつつ、低コストにて、炉内壁の摩耗減肉を防止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】
本発明による流動床反応炉は、反応室の下部から気体を導入し固形物を流動させながら反応室で反応を行わせる流動床反応炉であって、熱交換を行うための炉壁管を有する上部壁部分と、この上部壁部分の下に設定され耐火物を有する下部壁部分と、を具備した流動床反応炉において、上部壁部分における下部壁部分より上方に離間した位置を、この位置より上に連続する鉛直姿勢の上部壁部分に対して、斜め下方且つ外方に向かって折り曲げた折曲部としたことを特徴としている。
【0007】
このような流動床反応炉によれば、上部壁部分における下部壁部分より上方に離間した位置が、この位置より上に連続する鉛直姿勢の上部壁部分に対して、斜め下方且つ外方に向かって折り曲げた折曲部とされるため、鉛直姿勢の上部壁部分に沿って下降してくる粒子は、折曲部より下の上部壁部分から内側に離れた位置を下降していく。このため、折曲部より下の上部壁部分に対する粒子の接触が防止され、当該上部壁部分の摩耗減肉を防止できる。また、このように、折曲部は、上部壁部分における下部壁部分より上方に離間した位置を折り曲げたものであるから、下部壁部分から上方の所定区間を硬化肉盛層若しくは保護皮膜層で覆う従来技術に比して、低コストであると共に、伝熱阻害要因を低減することができる。
【0008】
ここで、折曲部による鉛直面に対する半径方向のへこみ長Dは、40mm≦D≦100mmの関係を満たすことが好ましい。これは、D<40mmであると、下降してくる粒子が、折曲部より下の上部壁部分に接触しやすくなるからであり、また、D>100mmであると、折曲部より上の上部壁部分が当該折曲部より下の壁部分に対して大きく絞られ、吹き上げ流速が折曲部より上方と下方で極端に差が出てしまい、流動床としての所望の性能が出難くなるからである。
【発明の効果】
【0009】
このように本発明による流動床反応炉によれば、伝熱阻害要因を低減しつつ、低コストにて、下部壁部分から上方の所定区間の上部壁部分の摩耗減肉を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の一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上部壁部分の要部を下部壁部分の上部と共に炉内側から見た図である。
【図3】矩形筒形状を成す流動床反応炉及びサイクロンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明による流動床反応炉の好適な実施形態について図1〜図3を参照しながら説明する。図1は、本発明の一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上部壁部分の要部を下部壁部分の上部と共に炉内側から見た図、図3は、矩形筒形状を成す流動床反応炉及びサイクロンを示す図であって、図3(a)は一部破断側面図、図3(b)は図3(a)のIII-III矢視図であり、ここでは、流動床反応炉を循環流動床(CFB;Circulating FluidizedBed)ボイラとして説明する。
【0012】
図1に示すように、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、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、矩形筒の上下端を閉じた形状を構成している炉壁1内が反応室2とされ、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(固形物)を導入し当該燃料を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。
【0013】
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、炉壁周方向(図の左右方向)に並設した水壁チューブ(炉壁管)4,4同士を平板状のフィン5で連結した所謂メンブレンパネルで構成されている。この水壁チューブ4は、反応室2での燃焼反応による熱を、当該水壁チューブ4内に流れる水と熱交換する。
【0014】
これらの水壁チューブ4及びフィン5から成り炉壁を構成するメンブレンパネル1は、図1に示すように、底部から上方に所定距離離間した位置Zにおいて、斜め下方且つ外方に向かって折り曲げられ、外方に所定距離向かったらさらに斜め下方且つ内方に向かって折り曲げられ、この折り曲げにより形成されたへこみ部に耐火物6が設けられている。
【0015】
すなわち、炉壁は、図1及び図2に示すように、熱交換を行うための水壁チューブ4を有しメンブレンパネル1が露出する上部壁部分Aと、この上部壁部分Aの下に設定されて耐火物6を有し当該耐火物6によりメンブレンパネル1が覆われる下部壁部分Bと、を具備する構成とされている。そして、このように下部壁部分Bのへこみ部に耐火物6が収容されることで、上部壁部分Aの内壁面と下部壁部分Bの耐火物6の表面とがほぼ面一に連続する構成とされている。
【0016】
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、水が流れる水壁チューブ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。
【0017】
この循環流動床ボイラ100には、図3に示すように、サイクロン11が付設されている。このサイクロン11は、反応室2での燃焼反応により生じた燃焼ガス及び粒子を、サイクロン11の上部の燃焼ガス導入口11aを通して導入して当該粒子を燃焼ガスから分離し、分離粒子をサイクロン11の下部の粒子排出口11bを通してボイラ下部に戻すものである。
【0018】
ここで、この循環流動床ボイラ100では、図1及び図2に示すように、下部壁部分Bの耐火物6の上端から上方に所定距離(約2m)離間した位置までが特に上部壁部分の摩耗減肉が顕著となるため、本実施形態にあっては、この所定距離離間した上部壁部分Aの位置を折曲部Xとして、この位置より上に連続する鉛直姿勢の上部壁部分Uに対して、斜め下方且つ外方に向かって折り曲げている。
【0019】
また、上部壁部分Aが折曲部Xにより外方に所定距離(へこみ長)D広がると、この広がった位置を第2折曲部Yとして下側に向かうように上部壁部分Aをさらに折り曲げ、この折り曲げられて下方に延びる上部壁部分Aの下端が下部壁部分Bの上記へこみ部の上端に連設されるように構成されている。
【0020】
このような構成を有する循環流動床ボイラ100によれば、反応室2で燃焼反応が行われ、この燃焼反応による熱は水壁チューブ4に伝達されて熱交換が行われる。燃焼反応により生じた燃焼ガスは、粒子を伴いながら炉内中央側から上昇し後段のサイクロン11へ排出され、残りの粒子は上部壁部分Uに沿って下降する。
【0021】
この上部壁部分Uに沿って下降してくる粒子は、折曲部Xより下の上部壁部分Cから内側に離れた位置を下降して行く。このため、折曲部Xより下の上部壁部分Cに対する粒子の接触が防止され、当該上部壁部分Cの摩耗減肉を防止できる。また、折曲部Xは、上部壁部分Aにおける下部壁部分Bより上方に離間した位置を折り曲げたものであるから、下部壁部分から上方の所定区間を硬化肉盛層若しくは保護皮膜層で覆う従来技術に比して、低コストであると共に、伝熱阻害要因を低減できる。すなわち、伝熱阻害要因を低減しつつ、低コストにて、下部壁部分Bから上方の所定区間の上部壁部分Cの摩耗減肉を防止できる。
【0022】
また、本実施形態にあっては、メンブレンパネル1は折曲構造とされているため、直線構造に比して剛性が上がり、その結果、メンブレンパネル1を外側から補強している例えばH鋼等から構成したバックステー(補強部材)を小型化できるという利点もある。
【0023】
ここで、折曲部Xによる鉛直面(上部壁部分U)に対する半径方向のへこみ長D(図1参照)は、40mm≦D≦100mmの関係を満たすことが好ましい。これは、D<40mmであると、下降してくる粒子が、折曲部Xより下の上部壁部分Cに接触しやすくなるからであり、また、D>100mmであると、折曲部Xより上の上部壁部分Uが当該折曲部Xより下の壁部分に対して大きく絞られ、吹き上げ流速が折曲部Xより上方と下方で極端に差が出てしまい、流動床としての所望の性能が出難くなるからである。
【0024】
図3では、サイクロン11が、矩形筒形状を成す循環流動床ボイラ100の両端側(図3(b)の上下端側)に各々付設されている例を示しているが、この場合も、循環流動床ボイラ100の高さL1は、約15m(小型の場合)〜約40m(大型の場合)であり、折曲部Xは、L1の高さにかかわらず、下部壁部分Bの耐火物6の上端から上方にL2=約2m離れた位置に設けられている。
【0025】
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く、例えば、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。
【0026】
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、反応室の下部から気体(空気以外でも可)を導入し固形物(例えば燃料や反応対象物)を流動させながら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】
【0027】
1…メンブレンパネル(炉壁)、2…反応室、3…開口、4…水壁チューブ(炉壁管)、5…フィン、6…耐火物、100…循環流動床ボイラ(流動床反応炉)、A…上部壁部分、B…下部壁部分、C…折曲部より下の上部壁部分、D…折曲部のへこみ長、U…折曲部より上に連続する鉛直姿勢の上部壁部分、X…折曲部、Y…第2折曲部。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
反応室の下部から気体を導入し固形物を流動させながら前記反応室で反応を行わせる流動床反応炉であって、熱交換を行うための炉壁管を有する上部壁部分と、この上部壁部分の下に設定され耐火物を有する下部壁部分と、を具備した流動床反応炉において、
前記上部壁部分における前記下部壁部分より上方に離間した位置を、この位置より上に連続する鉛直姿勢の上部壁部分に対して、斜め下方且つ外方に向かって折り曲げた折曲部としたことを特徴とする流動床反応炉。
【請求項2】
前記折曲部による前記鉛直面に対する半径方向のへこみ長Dは、40mm≦D≦100mmの関係を満たすことを特徴とする請求項1記載の流動床反応炉。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2011−141086(P2011−141086A)
【公開日】平成23年7月21日(2011.7.21)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−2174(P2010−2174)
【出願日】平成22年1月7日(2010.1.7)
【出願人】(000002107)住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Fターム(参考)】