流動層系統(tǒng)和流動層爐的運行方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及流動介質(zhì)形成流動層的流動層系統(tǒng)和流動層爐的運行方法。
[0002]本申請基于2013年4月24日在日本申請的特愿2013-90942號而主張優(yōu)先權(quán)，將其內(nèi)容引用于此。
【背景技術(shù)】
[0003]近年，替代被預(yù)想到價格的上揚的天然氣，開發(fā)將煤炭和生物質(zhì)、胎肩(夕4個千、y 7°)等氣化原料氣化而產(chǎn)生氣化氣體的技術(shù)。這樣產(chǎn)生的氣化氣體利用于發(fā)電系統(tǒng)、氫的制造、合成燃料(合成石油)的制造、化學(xué)肥料(尿素)等化學(xué)制品的制造等。成為氣化氣體的原料的氣化原料中，尤其是煤炭，可采年數(shù)為150年左右，石油的可采年數(shù)的3倍以上，而且，由于與石油相比埋藏地不會不均勻，因而被期待作為可以持續(xù)長期穩(wěn)定供應(yīng)的天然資源。
[0004]作為氣化煤炭等氣化原料的技術(shù)，開發(fā)通過800°C左右的水蒸氣在流動介質(zhì)形成流動層的流動層爐內(nèi)將氣化原料氣化的技術(shù)(水蒸氣氣化)(例如，專利文獻I)。
[0005]而且，關(guān)于在流動介質(zhì)形成流動層的流動層爐內(nèi)將氣化原料氣化的技術(shù)，存在設(shè)置向氣化爐中的粒子層中噴射流體的噴嘴的專利文獻2和3。而且，關(guān)于流動燃燒爐的技術(shù)，存在專利文獻4。
[0006]在先技術(shù)文獻專利文獻:
專利文獻1:日本專利第3933105號公報專利文獻2:日本特開2003-172504號公報專利文獻3:日本特開59-109705號公報專利文獻4:日本特開2007-170704號公報。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明要解決的問題
在啟動流動層爐之前的狀態(tài)，即，流動層爐的停止?fàn)顟B(tài)下，流動層爐內(nèi)的流動介質(zhì)處于常溫。因而，如果在啟動開始時供應(yīng)水蒸氣，那么在流動層爐中，水蒸氣凝結(jié)而變成水，流動介質(zhì)粘著。
[0008]因此，在啟動運行流動層爐時，向流動層爐內(nèi)供應(yīng)空氣而形成流動層，并加熱流動介質(zhì)，將流動介質(zhì)加熱至可以進行常規(guī)運行的溫度(例如，水的沸點之上)。然后，在流動介質(zhì)的溫度上升至可以進行常規(guī)運行的溫度后，初次向流動層爐內(nèi)供應(yīng)水蒸氣。
[0009]這樣地，雖然在啟動運行流動層爐時向流動層爐內(nèi)供應(yīng)空氣，并在常規(guī)運行時向流動層爐內(nèi)供應(yīng)水蒸氣，但是空氣和水蒸氣在供應(yīng)孔處的壓力損失不同，該供應(yīng)孔用于向流動層爐供應(yīng)氣體。具體地說明，為了使流動介質(zhì)在流動層爐內(nèi)實質(zhì)地均衡地流動(為了形成流動層)所必要的空氣的流量也比水蒸氣的流量大。因而，在供應(yīng)孔處的空氣的壓力損失也變得比水蒸氣的壓力損失大。
[0010]—般而言，供應(yīng)孔的孔徑和孔數(shù)量是設(shè)想常規(guī)運行(即，在向流動層爐內(nèi)供應(yīng)水蒸氣的情況下)而被設(shè)計的。因而，如果考慮在供應(yīng)流動層的形成所必要的流量的空氣時產(chǎn)生的壓力損失，那么存在使在啟動運行時被利用的送風(fēng)機的揚程相對大的必要，必須采用輸出大且高價格的送風(fēng)機。
[0011]由于這種供應(yīng)空氣的送風(fēng)機僅僅在啟動運行流動層爐時被利用，在常規(guī)運行時不被利用，因而需要成本但利用效率尤其低。
[0012]本發(fā)明鑒于這種問題，目的在于，提供流動層系統(tǒng)和流動層爐的運行方法，其通過降低啟動運行流動層爐時的氣體的壓力損失與在常規(guī)運行時的氣體的壓力損失之差，從而能夠降低在啟動運行時被利用的送風(fēng)機的揚程，并削減送風(fēng)機所需要的成本。
[0013]用于解決問題的方案
本發(fā)明的流動層系統(tǒng)具備:流動層爐，其容納流動介質(zhì)；第I噴嘴群，其設(shè)置于流動層爐內(nèi)，由具有用于供應(yīng)氣體的孔的一個或多個噴嘴構(gòu)成；第2噴嘴群，其為與第I噴嘴群不同的噴嘴群，設(shè)置于流動層爐內(nèi)，由具有用于供應(yīng)氣體的孔的一個或多個噴嘴構(gòu)成；第I供應(yīng)部，其通過第I噴嘴和第2噴嘴群中的任一方，向流動層爐內(nèi)供應(yīng)氣體；第2供應(yīng)部，其通過第I噴嘴和第2噴嘴群雙方，向流動層爐內(nèi)供應(yīng)氣體；控制部，其在啟動運行時，控制第2供應(yīng)部，向流動層爐內(nèi)供應(yīng)氣體，從而在流動層爐內(nèi)形成流動介質(zhì)的流動層，在常規(guī)運行時，停止第2供應(yīng)部導(dǎo)致的氣體的供應(yīng)并且控制第I供應(yīng)部，向流動層爐內(nèi)供應(yīng)氣體，從而在流動層爐內(nèi)形成流動介質(zhì)的流動層。
[0014]而且，也可以，第I供應(yīng)部供應(yīng)的氣體為水蒸氣，第2供應(yīng)部供應(yīng)的氣體為空氣。
[0015]而且，本發(fā)明的流動層爐的運行方法為:在啟動運行容納流動介質(zhì)的流動層爐時，通過第I噴嘴群和第2噴嘴群雙方向流動層爐內(nèi)供應(yīng)氣體并在流動層爐內(nèi)形成流動介質(zhì)的流動層，第I噴嘴群設(shè)置于流動層爐內(nèi)并由具有孔的一個或多個噴嘴構(gòu)成，第2噴嘴群為與第I噴嘴群不同的噴嘴群，設(shè)置于流動層爐內(nèi)并由具有孔的一個或多個噴嘴構(gòu)成；在常規(guī)運行容納流動介質(zhì)的流動層爐時，通過第I噴嘴群和第2噴嘴群中的任一方，向流動層爐內(nèi)供應(yīng)氣體，并在流動層爐內(nèi)形成流動介質(zhì)的流動層。
[0016]而且，本發(fā)明的另一流動層系統(tǒng)具備:流動層爐，其容納流動介質(zhì)；多個噴嘴，其設(shè)置于流動層爐內(nèi)，具有用于供應(yīng)氣體的孔；供應(yīng)部，其通過多個噴嘴，向流動層爐內(nèi)供應(yīng)氣體；控制機構(gòu)，其在啟動運行時，通過多個噴嘴向流動層爐內(nèi)供應(yīng)氣體，從而在流動層爐內(nèi)形成流動介質(zhì)的流動層，在常規(guī)運行時，通過在多個噴嘴中的比在啟動運行時成為氣體的供應(yīng)源的噴嘴更少的特定的噴嘴，向流動層爐內(nèi)供應(yīng)氣體，從而在流動層爐內(nèi)形成流動介質(zhì)的流動層。
[0017]而且，也可以，供應(yīng)部在啟動運行時供應(yīng)的氣體為空氣，在常規(guī)運行時供應(yīng)的氣體為水蒸氣。
[0018]而且，控制機構(gòu)也可包含下列而構(gòu)成:開閉部，其開放或閉塞特定的噴嘴的孔；控制部，其在啟動運行時，控制開閉部，使特定的噴嘴的孔開放，在常規(guī)運行時，控制開閉部，使特定的噴嘴的孔閉塞。
[0019]而且，也可以，控制機構(gòu)包含過濾器而構(gòu)成，該過濾器設(shè)置于多個噴嘴中的特定的噴嘴所具有的孔中，過濾器具有使空氣通過并且防止水蒸氣的通過的功能。
[0020]而且，本發(fā)明的另一流動層爐的運行方法為:在啟動運行容納流動介質(zhì)的流動層爐時，通過設(shè)置于流動層爐內(nèi)的具有孔的多個噴嘴，向流動層爐內(nèi)供應(yīng)氣體，并在流動層爐內(nèi)形成流動介質(zhì)的流動層，在常規(guī)運行容納流動介質(zhì)的流動層爐時，通過多個噴嘴中的比在啟動運行時成為氣體的供應(yīng)源的噴嘴更少的特定的噴嘴，向流動層爐內(nèi)供應(yīng)氣體，并在流動層爐內(nèi)形成流動介質(zhì)的流動層。
[0021]發(fā)明的效果
依照本發(fā)明，通過降低啟動運行流動層爐時的氣體的壓力損失和常規(guī)運行時的氣體的壓力損失之差，從而能夠降低在啟動運行時利用的送風(fēng)機的揚程。結(jié)果，可以削減送風(fēng)機需要的成本。
【附圖說明】
[0022]圖1是用于說明本發(fā)明的第I實施方式所涉及的流動層系統(tǒng)的具體構(gòu)成的圖。
[0023]圖2A是用于說明降低啟動運行時的壓力損失和常規(guī)運行時的壓力損失之差的機構(gòu)的圖1中的流動層爐和其附近的局部放大圖。
[0024]圖2B是圖2A所示的噴嘴的垂直截面圖。
[0025]圖2C是沿著圖2B的Ilc-1Ic線的噴嘴的水平截面圖。
[0026]圖3是用于說明流動層系統(tǒng)的運行方法的處理的流程的流程圖。
[0027]圖4是示出向流動層爐內(nèi)供應(yīng)的空氣的流量、向流動層爐內(nèi)供應(yīng)的水蒸氣的流量、以及流動層爐內(nèi)的溫度的實時變化的圖。
[0028]圖5是用于說明本發(fā)明的第2實施方式所涉及的流動層系統(tǒng)的具體構(gòu)成的圖。
[0029]圖6A是用于說明降低啟動運行時的壓力損失和常規(guī)運行時的壓力損失之差的機構(gòu)的圖5中的流動層爐和其附近的局部放大圖。
[0030]圖6B是圖6A所示的噴嘴的垂直截面圖。
[0031]圖6C是沿著圖6B的Vlc-VIc線的噴嘴的水平截面圖。
[0032]圖7是用于說明本發(fā)明的第3實施方式所涉及的流動層系統(tǒng)的具體構(gòu)成的圖。
[0033]圖8A是用于說明降低啟動運行時的壓力損失和常規(guī)運行時的壓力損失之差的機構(gòu)的圖7中的流動層爐和其附近的局部放大圖。
[0034]圖8B是圖8A所示的噴嘴的垂直截面圖。
[0035]圖8C是沿著圖8B的VIIIc-VIIIc線的噴嘴的水平截面圖。
【具體實施方式】
[0036]以下，參照附圖，詳細(xì)地說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。在相關(guān)的實施方式中所示的尺寸、材料、其它具體數(shù)值等僅是為了使發(fā)明的理解變?nèi)菀椎牧惺?，除非特別說明的情況以夕卜，并不限制本發(fā)明。而且，在本說明書和附圖中，關(guān)于具有實質(zhì)上相同的作用、構(gòu)成的要素，通過標(biāo)注相同的符號而省略重復(fù)說明，而且，與本發(fā)明無直接關(guān)系的要素省略圖。
[0037](第I實施方式:流動層系統(tǒng)100)
圖1是用于說明本發(fā)明的第一實施方式所涉及的流動層系統(tǒng)100的具體構(gòu)成的圖。如圖1所示，流動層系統(tǒng)100包含下列部件而構(gòu)成:燃燒爐110 ;介質(zhì)分離器(旋風(fēng)器)112 ;環(huán)封114a、114b ;流動層爐130 ;第I風(fēng)箱140 ;第2風(fēng)箱150 ;第I供應(yīng)部160 ;閥170 ;第2供應(yīng)部180 ;控制部190。而且，在圖1中，用實線箭頭表示流動介質(zhì)、氣化原料、氣化氣體、空氣、水蒸氣、燃燒排氣等物質(zhì)的流動，以虛線箭頭表示信號的流動。
[0038]在本實施方式中，流動層系統(tǒng)100是循環(huán)流動層式氣化系統(tǒng)，使由粒徑為300 μ m左右的硅砂(珪砂)等砂構(gòu)成的流動介質(zhì)作為熱介質(zhì)在系統(tǒng)整體內(nèi)循環(huán)。具體而言，首先，流動介質(zhì)在燃燒爐110中加熱至900°C -1ooo°c左右，并與燃燒排氣一起被導(dǎo)入介質(zhì)分離器112。在介質(zhì)分離器112中，燃燒排氣和高溫的流動介質(zhì)分離，在未圖示的熱交換器(例如，鍋爐)等中熱回收分離的燃燒排氣。
[0039]另一方面，在介質(zhì)分離器112中分離的高溫的流