JPS5874137A - ガス固体粒子方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ！ム ガス固体粒子方式は、固体−子床とｍ票含有ガスの供給
系とを備え得る富を有す本、落込んだ床の上部に１つま
たは複数の出口を−える１つまたｉ複数のｉ路は、＃Ｒ
素金含有ガス生方に指向させて床材料の表面に衝突さ？
、６ヒと忙より循環す′る床材料により囲−ｉれるクレ
ータを形成する。燃料はガス流中にま逐は外部□源から
クレータに供給され引火してクレータ中オたけ近傍で燃
焼す′逮□。

本発明は、ガス固体粒子方式に関し、更に詳細には下方
成分を有′ｆ本ガス流を一子からなる落込み床の表面上
に”指向させるガス固体粒子方式に関するものである。

　　　　′　　　□°°化石燃料６燃焼、町燃廃衆物等
の―細のよう床を介して空気を吹付け、これを流動状態
に保持することからなる６次に、燃料を床に導き床内で
燃焼しかくして操作温！ＲＫ保持される。流動床燃＊＊
は高熱生産と良好な熱移動特性を可能とする。

噴流床技術も！え知られており％これは高速ガス流を一
塊の固体粒子を介して一直上方に通す仁とよりなる。高
速ガス流は、粒子を床内の中空中央噴流口中に急速に上
昇させる。ガス出口上方の円錐形中の粒子も上昇し、一
方円錐形の虜ｓＫ存在する粒子は緩徐に濃厚相に降下す
る。噴流作用は、緩＠に傾斜する床上方に粒子の噴水を
生成し、更に、よ１低速流で深床において、噴水が表面
を破壊しない場合は１円錐形内に固体粒子の極めて高速
な循環と円錐形上方に通常の流動歳を与える０％Ａずれ
の場合においても固体粒子の移動周期が一文さ・れる。

噴流床技術紘１例えば、ＩＥ燥、−榎および粉状化工機
、一体部４−％燃焼％粉砕および−〈りかの化学的生産
工１ｉＫ有廟であるー、安定した噴流操作を開始するの
に比−的高圧を必要条件とする不便がある。また、多噴
流方弐において、ノズルの圧力低下を大きくし、流体が
唯一つの出口を介して通るのを回避する必要がある。

本発明は１通常の流動床および噴流床技術よりも有利な
別の形式のガス固体粒子方式に関するものである。

すなわち１本発明によると、固体粒子床と酸素含有ガス
の供給系とを備え得る室から成るガス固体粒子方式にお
いて、落込んだ床の上部に一つまたは複数の出口を有す
る一つ噛たは複数の管路によりガスを下方に指向させて
床材料の表面に衝突させることｋより循環する床材料で
囲繞されるクレータを形成し、さらに燃料をクレータに
導入する手段を備える仁とを特徴とするガス固体粒子方
式が提供される。

下方にという用語は、下方成分を有すゐガス流を包含し
、床上ＦＣ＠直ガニ流を加えるだけの意味ではない。

固体粒子床は、下方ガス流の速度に適した粒度範囲と容
量密度の粒子よりなる。すなわち、下方ガス流は、クレ
ータを形成するのに充分な運動量を有しなければならな
いが、大きすぎて固体粒子の広範な変位を引起してもな
らない。

好適な床材料は、砂、粉砕耐火煉瓦、アル建すおよび石
炭灰を含む。

一つ若しくは複数のガス流賃路を設け、これらの管路に
は好適忙は出口ノズルが取付けて床材料中にクレータを
生成するのに適するガス流を発生させる。

このようなガス固体粒子方式は、多くの用途に使用でき
る。すなわち、可燃性固体若の処分や、燃焼工程から熱
の抽出を含む化石燃料の燃焼に使用できる。また、混合
と、同時に種釈することなく生成物から反応物へ熱を再
循環し、床材料は移動する熱交換器として作用する仁と
ｋより薄い混合物や低カロリー値の燃料の燃焼向上に使
用できる・′ヒＩ？万式の他の使用として固体の“加熱
、冷却および乾燥並びに粒子被覆を含みまた化学的生童
工１への使用は、床内の触媒工種を含む。

本発明はま九、ガス固体粒子方式を使用する通常の引火
組成限界の近く４しくはそれ以下の先に記載されたガス
混合物の燃焼方法Ｋか−で、（ｌ床材料を予熱し、次込
でか）通常の引火組成限界以下のガス混合物を管路出口
からクレータに導入して燃焼させることからなるガス混
合物の′− 燃焼方法を提供する。本発明はｊ！Ｋ、ガス固体粒子を
使用して可燃性固体若しくは液体を処理する先に記載さ
れ九方＃Ｒにおいて、　（ａ）管路出口からの酸素含有
ガスを下方に指向させて床材料の表面に衝突させること
によりクレータを形成し、次に伽）このクレータに可燃
液体または固体を導入して燃焼させる仁とからなる可燃
固体または流体の処理方法を提供する。

床材料は、込〈つかの公知方法で予熱され。

これはクレータ中で可燃ガスを燃焼するかまたは火炎を
慣上を通るバーナから床材料上へ導入する方法を含む。

通常の引火組成限界の近くまたはそれ以下のガス混合物
の例としては、各種産業ｌ１かもの廃棄ガス、溶鉱炉ガ
スおよびコークス炉ガスからＩＩＩｍされるガス混合物
を含む。

次ｋ、本発明をもっばら実施例によりかつ添付図面の第
１図乃至第３図を参照して説明する。

ガス固体粒子方式は、床材料２を含む円筒室１からなる
。床材料は、好適な固体粒子よりカリ、かつ砂、アルオ
ナ粒子゛および石炭灰を含む。

燃焼工１１において、床２は耐火内張り若しくは水冷容
器（図示しない）Ｋ収納される。

パイプ３は加圧ガス源（図示しない）に接続されて床上
方に位置する。パイプ３の出口・端部はノズル４を形成
し、床２の落込みレベルの少し上方に配置される。

使用に際し、ノズル機からのガス噴出は、第１図に示す
ように下方向において固体粒子の床２の表ＩＫ衝突する
ように配置される。粒子の蜜位はこの容積を囲繞する領
域・から起る。ノズル４０下に形成される穴５は１円形
基底を有する＠確なゐ内−形に形成されクレータと称せ
られる。クレータｉＩｌ繞する膨張床の新しい高さは、
最大高さである床の壁部まで斜面を形成する。変位され
る粒子の量、従ってクレータの大きさと床の拡大はいく
つかの変数の関数であり、かつガス噴出中の運動量７ラ
ツクスに関係する。この変位以外に粒子の定形の流れ形
態があり、粒子の雛、大きさ並びに形によ砂粒子の噴水
も得られる。

流体の流れ形−は、また縞１図に示されている。噴出は
その径をノズルから増大する。噴水中の固体粒子の軌道
から１反対方向のガス流の最大速度はクレータ壁近傍の
狭い領域中に起ることが推定できる。固体粒子の最大高
さはこの狭い領域中に得らｎる。この狭い領域外のガス
流は粒子の移動床に対する向流と似ており、更により遠
い部分では粒子の充填床からの単純流れに類似する。

固体粒子の流れ形態は、粒子の大きさと流体の流速に因
る。若し大きさが充分小さいと、流体の反対方向の最大
−゛−−粒子を伴流するＯＫ充分となって噴水を形成す
る。流速が充分高いと噴水が開始する環状領域は益々広
くなる。実験によると、１８〜２２メツシユサイズのア
ルζす粒は容易に噴水を形成し、一方１，５１１１径の
硝子玉はクレータ形成以外は床中を移動するのみであり
、これは多分ガス流に対する抵抗が減少して環状部中の
ガス分散が増大するためである。

噴水からの粒子は床表面の各所に落下する。

噴水からの粒子の７ラツクλにより１粒子は表面上また
は下からクレータの方へ移動する。

ガス固体粒子方式は稀薄燃料ガス−空気混合物の処理に
使用できる。稀薄燃料ガス−空気混合物なる用語は、燃
料のパーセントが化学量論的燃焼必要量以下であり、か
つ通常の引火組成限界の近く若−しくはそれ以下のガス
混合物を意味する。メタン−空気混合物の引火稀薄限界
はメタン容量５％である。

ｉ・１゛ 諺２図は、径約１４００ｔクロンの砂粒子を・・１．：
・１ 使用する空気−メ夛ンガス混合物の燃焼に使用する装置
を説明する。空気とメタンの供給系は。

管路１０と１１とに夫々接続され、その圧力は側アーム
に設けらｎ、るゲージ１２および１３により測定される
。管路１０および１１は流量計１４と１５の下流に延在
する。各管路は逆止弁１６と１７とを備え、逆止弁の下
流で管路１０と１１は結合して単一管路１８を形成し、
仁の管路１８は混合コイル１９とゲート弁２０の下流に
延在する。ゲート弁２０の下流には、パイプノズル２１
を設け、これを金属円筒２３に収納される砂粒子の傾斜
床２２の真上に位置させる。

使用に際し、メタン−空気混合物を出口ノズル２１に供
給して燃焼し、床中に生成するクレータ中に火炎を形成
する。３本のパイプ大きさと各極メタンー空気流量に対
する安定燃焼の稀薄限界は籐１表に示されて−る。

ガス混合物は燃焼され、床の加熱は大過する。

茄熱操業開始条件下の稀薄限界は、最早燃焼が持続でき
るぎりぎり迄メタン流量を次１１ＥＫ減少する仁とｋよ
り見出され、その時点の流量が再び記録される。記録は
、各種流量とパイプ分離に対し繰返された。

表１ 瞥 第６図は、ガス固体粒子方式に使用される多ノズル組立
を説明するものである。すなわち、３本のノズルパイプ
が等ｍ＝角形の形式で配置され、それで流速は夫々等し
いと仮定される。

各種メタン−空気流量で調整した稀薄限界を第２表に示
す。

空気とメタンの供給系は管路２４と２５に夫々接続され
、圧力は側アームに設けたゲージ２６と２７七により測
定され、ガス流量はロータメータ２８と２９とＫよって
測定される。各管路は、逆止弁３０と３１とを有し、そ
の下流にて管路２４と２５とが結合して単一管路３２を
形成する。管路３２は等ｍ＝角形の形式に配置される３
本のパイプノズル３３．３４ｍびに３５に分割され、各
ノズルはゲート弁５６．５７並びに３８により制御され
る。各ノズルは、金属円筒４０中に収納される砂粒子の
傾斜床３９の真上に位置する。

ガス混合物は、燃焼され床の加熱は尤進し、そしてメタ
ン流は燃焼がやっと持続できる迄次鮪に減少する。安定
引火燃焼に対する稀薄限界は、従って各種流量の総計に
対し求められた。

表２ 限界 粒子は火炎を介＃−下循環し、再び床に戻る。

新鮮なガスは、入口管を通る通路によりある程度予熱さ
れる。この予熱されたガスは次にクレータ中に通され、
その内部でクレータ壁から放射フラックスを受ける。ガ
スは上方に流れて表面に達する前に更に加熱粒子に出合
う。

低処理量においては、火炎はクレータ周囲の空間を占め
る。このことは、大部分のガスがこの領域を通過する事
実によって促進される。すなわ−ち、全粒子の循環は火
炎中を喬直に通過する。中間流量において、火炎は床壁
の方に拡がらないというφ夾は、熱損失は最小に保持さ
れることを確実にし、壁近くの粒子はシールドとして作
用する。高流量忙おいて１粒子温度は増大し、燃焼は床
の流動全領域１ｆｃｂ九り起る。

１１！３１ｉ！は、比較的稀薄なガス燃料による安定火
炎を使用した一連の実験結果を示す。

表３ 優メタン　　　　　ガス総流量（ムメ分）２．７　　　
　　　　　２α８ ２．７　　　　　　　　　２１２ ２．６　　　　　　　　　２１６ ２．７　　　　　　　　　２＆０ ２．８　　　　　　　　　　、２４．５五〇　　　　　
　　　　　２６．９ ＆１　　　　　　　　３α２ 五３　　　　　　　　３ｔ〇 五８　　　　　　　　３４８ 床　　　　　　径　−３８ＩＮ１ 内口管径−１５ｍ ノズル掻−６１５藤 最９初の、床高、さ　−１１０ｍ　　　。

ガス出口は、単純な単一孔装置とは別に各種の形態をと
る仁とができる。すなわち１周８に多数の孔を有する出
口ノズルを使用することにより、異なった形のクレータ
を床中に得ることができる。例えば、ノズルの外周の一
連の出口孔は（ノズル）中心から拡がる谷と山の形をと
る床表面が得るであろう。′ノズルの出口孔の数と床表
面の入射角を変へる仁とにより床中の粒子の移動を操作
する仁とが可能である。この仁とは、床粒子の移動を調
整して最も効果的な成果を得ることを可能とする。大面
積を有する床は独立したノズルを配列でき、床の傾斜は
使用に際しノズル数を所定時に変化させることにより一
段と増大させることができる。

請４表は、床内にクレータを形成するための最小ノズル
速ｍＦｉ、空気−砂方式に対し床上部のノズルの高さと
共ｋ・＃Ｍｌｌ！（増大することを示している。一般的
に、床表面に近接するノズルに対してクレータの形成は
、ノズル速ば約４〜８　ｍ／妙において起る。

他の結果はまた、クレータの深さと幅並びに粒子噴水の
高さからなる床パラメータは、空気ノズル流の生成とノ
ズル速度、すなわちノズル径に関係ない空気運動量７ラ
ツクス並びに限度内にて与えられた空気運動量７ラツク
スに対する床上部のノズルの高さと相互に関連すること
を示している。

表４ 代案方式としては、空気のような酸素含有ガスを床に供
給する出口ノズルを使用し、液体または固体燃料をクレ
ータ領域に導入する方式が考えられる。固体燃料、例え
ば石炭の場合、床上部コンベア装置の使用により実施で
き、液体燃料、例えば石油の場合、ノズル出口の上流ま
九は室内の別のノズルから燃料を導入できる。

【図面の簡単な説明】

第１ｇは本発明にかかるガス固体粒子方式の説明略図、
第２図は単一ノズルを使用する方式の配置図、第３図は
多数ノズルを使早する方式の配置図である。 １　・・・円　　筒　　室　　　２・・・　床３・・・
パ　　イ　　プ　　　４・・・）　　ズ　　ル５・・・
クレータ　１０．１１・・・管　路１２．１３・・・ゲ
ージ　１４．１５・軸流置針１６．１７−・・逆止弁　
１８・・・管　　路１９・・・混合コイル　２０−・・
ゲート弁２１−・・パ　イ　ズ　２２−・・傾　斜　床
２３・・・金属円筒　２４，２５　、、、管　路２６．
２７−・・ゲージ　２８．２９−・・流量計３０．３１
・・・逆止弁　３２・・・管　　路３３．３４．３５軸
・　パイプノズル ３６．５７．５８−ゲート弁

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）固体粒子床と酸素含有ガスの供給系とを備え得る
   室から成るガス固体粒子方式において。 落込んだ床の上部に１つまたは複数の出口を有する１つ
   または複数の管路によりガスを下方に道肉−声−；　７
   −轡竺慰の表ｍ１ｃａｓさせることにより循環床材料で
   囲繞さｎるクレータを形成し、さらに燃料をクレータに
   導、入する手段を備えることを特徴とするガス固体粒子
   方式。 Ｑ）　燃料をｌＩ’素含有ガス流中のクレータに導入す
   ることからなる特許請求の範囲第１項記載のガス固体粒
   子方式、　　　。 Ｂ）　燃料ガスをａｔ素含有〃スと予め混合してクレー
   タに導入す石ことか、らなる特許請求の範囲第２項記載
   のガス固体粒子方式。 （４）　　混合物が通常の引火組成−界の近く若しくは
   それ以下であることからなる特許請求の範ｓ縞３項記載
   のガス固体粒子方式。 （５）燃轡が固体燃料また社液体燃料である特許請求の
   範−第２項記載のガス固体粒を方式。 ら）　固体または液体噂科は外部源からクレータに導入
   される特許請求の範！！５璃記載のガス固体粒子方式。 ■　出口ノズルを有しパイプ形式の管路と出口を！え、
   る特許請求の範＠ＩｊｌＥｔ項乃至第６項のいずれか１
   つに記載のガス固−粒子方式。 （８）　　出口ノズルがその局囲忙複数の出口孔を有す
   る特許請求の範囲第７項記載のガス固体粒子方式。 （ｑ　出口孔の床表面に対する入射角は９０度以下であ
   る特許請求の範８第８項記載のガス固体粒子方式。 （１０）複数のパイプと出口ノズルは幾何学的模様で配
   置される特許請求の範５ｆ１１１７項乃至１１９項のい
   ずれか１つに記載のガス固体粒子方式。 （１１３Ｓ木のパイプと出口ノズルは等辺三角形の形式
   で配置される特許請求の範Ｓ第１０項記載のガス固体粒
   子方式。 （１２）固体粒子が砂、粉砕耐火煉瓦、アル建すｔ九は
   石炭灰である特許請求の範Ｓ諺１項乃至＠１１項のいず
   れか１つに記載のガス固体粒子方式。 （１３）先に記載されかつ添付図面第１図乃ｊｒＩ菖３
   図に示されるガス固体粒子方式。 （＄４）特許請求の範囲第１項乃至第１３項のいずれか
   １つく記載のガス固体粒子方式を使用する通常の引火組
   成限界の近く若しくはそれ以下のガス混合物の燃焼方法
   におｉて、’　（ａ）床材料を予熱し、次いで伽）通常
   の引火組成限界以下のガス混合物を管路出口からクレー
   タに導入して燃焼することからなるガス混合物の燃焼方
   法。　　　　　　　、） Ｃ１５）ガス燃料を管路出口かも通すむとにより床を予
   熱して床中にクレータを形成しかつ燃料を燃焼する特許
   請求の範Ｓ第１４項記載の燃焼方法。 （１６）先に記載されかつ添付図面菖１図乃至第３図に
   示される通常の引火組成限界の近く若しくはそれ以下の
   ガス混合物の燃焼方法。 Ｃ１ハ特許請求の範Ｈ菖１項乃至第１３項のいずれか１
   つに記載のガス固体粒子方式を使用して可燃固体ま九は
   液体を処理する方法において、（ａ）管路出口からの酸
   素含有ガ２を下方に指向・させて床材料の表面に衝突さ
   せるととＫよりクレータを形成し、次Ｋ（ｂ）仁のクレ
   ータに可燃液体ｔたは固体を導入して燃焼させる仁とか
   らなる可燃固体または液体の処理方法。 Ｃｌ８）固体燃料を外部源からクレータに添加する特許
   請求の範Ｓ第１７項記載の方法。 （１９）外部源が床上コ、ンベγ装置である特許請求の
   範Ｓ第１８項町載の方法。 （２０）液体燃料を出口管の上流に導入する特許請求の
   範囲第１７Ｊｊ［−載の方法。 （２１）液体燃料を外部ノズルからクレータに導入する
   仁とを特徴とする特許請求の範囲館１７項記戦の方法。