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流動層乾燥装置
説明

流動層乾燥装置

【課題】乾燥効率の向上を可能とする流動層乾燥装置を提供する。
【解決手段】流動層の湿潤燃料の移動方向に乾燥容器101を分割して、少なくとも2以上(本実施例では2つ)の乾燥室111a、111bを形成し、各乾燥室内の各々に流動層の湿潤燃料を加熱する2以上の伝熱管106a、106bとを備えてなり、前記湿潤燃料投入部102側の乾燥室111a内の伝熱管106aを粗く配設する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、流動化蒸気又は流動化ガスにより被乾燥物を流動させながら乾燥させる流動層乾燥装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
例えば、石炭ガス化複合発電設備は、石炭をガス化し、コンバインドサイクル発電と組み合わせることにより、従来型の石炭火力に比べてさらなる高効率化・高環境性を目指した発電設備である。この石炭ガス化複合発電設備は、資源量が豊富な石炭を利用可能であることも大きなメリットであり、適用炭種を拡大することにより、さらにメリットが大きくなることが知られている。
【0003】
従来の石炭ガス化複合発電設備は、一般的に、給炭装置、乾燥装置、石炭ガス化炉、ガス精製装置、ガスタービン設備、蒸気タービン設備、排熱回収ボイラ、ガス浄化装置などを有している。従って、石炭が乾燥されてから粉砕され、石炭ガス化炉に対して、微粉炭として供給されると共に、空気が取り込まれ、この石炭ガス化炉で石炭が燃焼ガス化されて生成ガス(可燃性ガス)が生成される。そして、この生成ガスがガス精製されてからガスタービン設備に供給されることで燃焼して高温・高圧の燃焼ガスを生成し、タービンを駆動する。タービンを駆動した後の排気ガスは、排熱回収ボイラで熱エネルギが回収され、蒸気を生成して蒸気タービン設備に供給され、タービンを駆動する。これにより発電が行なわれる。一方、熱エネルギが回収された排気ガスは、ガス浄化装置で有害物質が除去された後、煙突を介して大気へ放出される。
【0004】
ところで、このような石炭ガス化複合発電設備にて使用する石炭は、瀝青炭や無煙炭のように高い発熱量を有する高品位の石炭(高品位炭)だけでなく、亜瀝青炭や褐炭のように比較的低い発熱量を有する低品位の石炭(低品位炭)がある。この低品位炭は、持ち込まれる水分量が多く、この水分により発電効率が低下してしまう。そのため、低品位炭の場合には、上述した乾燥装置により石炭を乾燥して水分を除去してから粉砕して石炭ガス化炉に供給する必要がある。
【0005】
このような石炭を乾燥する乾燥装置としては、下記特許文献1及び2に記載されたものがある。この特許文献1に記載された流動乾燥方法及び流動層乾燥装置は、供給室に燃料供給口から水分を含む湿潤燃料を供給し、供給室及び乾燥分級室の分散板を通しての流動化ガスにより被流動物を流動させて乾燥及び微粉と粗粒に分級処理する際、供給室の流動層の層厚みを乾燥分級室の流動層の層厚みとは別に制御するものである。
【0006】
また、特許文献2に記載された流動乾燥機及び乾燥方法は、装入シュート直下部のガス分散板下側から吹き込む熱源兼流動化ガスの流速を、装入シュート直下部以外のガス分散板下側から吹き込む熱源兼流動化ガスの流速よりも速くするようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2008−128524号公報
【特許文献1】特開2011−69609号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
上述したように低品位炭は、高品位炭に比べて水分量が多いことから、乾燥装置における流動化不良が発生し、乾燥不良が発生するおそれがある。特に、入口部に近い領域では、水分濃度が高く、粒子の分散性が良くないことから、伝熱管の近傍や底面部での流動化不良、付着、堆積を引き起こし、閉塞に至る可能性もある。そのため、投入する石炭の量を減少させる必要があり、処理量が減少してしまうという問題がある。
【0009】
上述した特許文献1に記載された提案では、供給室の流動層の層厚みを乾燥分級室の流動層の層厚みとは別に制御することで、水分量の多い原料(原炭)を原料粒子の塊成化や装置への付着の発生を抑制しながら安定的に乾燥及び分級するものである。しかし、この技術では、供給室における流動層単位体積あたりの水分蒸発負荷が増加してしまい、原料を適正に乾燥するための熱量が不足してしまうという問題がある。

【0010】
また、特許文献2に記載された提案では、熱源兼流動化ガスの流速を、装入シュート直下部以外のガス分散板下側から吹き込む熱源兼流動化ガスの流速よりも速くするようにしているが、例えば褐炭等の低品位炭は、水分含量が60%以上と、高品位炭である石炭の水分量(9〜13%)よりも多いので、流動化ガスを高速にするだけでは不十分であり、低品位炭の乾燥に対応した更なる対策が切望されている。
また、低品位炭の乾燥用に水蒸気を利用した場合では、投入直後の原料粒子に水蒸気が凝縮し、凝集粒子を形成し、流動不良を発生させてしまう虞がある。
さらに、大容量の乾燥装置においては、乾燥を促進するために伝熱管が配設されているものもあるが、水分が極めて多い原料を供給した場合には、この伝熱管の周囲に付着し閉塞させてしまうという虞がある。
【0011】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、乾燥効率の向上を可能とする流動層乾燥装置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】
【0012】
上述した課題を解決するための本発明の第1の発明は、中空形状をなす乾燥容器と、該乾燥容器の一端側に湿潤燃料を投入する湿潤燃料投入部と、前記乾燥容器の他端側から湿潤燃料が加熱乾燥した乾燥物を排出する乾燥物排出部と、前記乾燥容器の下部に流動化蒸気又は流動化ガスを供給することで湿潤燃料と共に流動層を形成する流動化蒸気又は流動化ガス供給部と、前記乾燥容器の上方から流動化蒸気又は流動化ガス及び発生蒸気を排出するガス排出部と、前記流動層の湿潤燃料の移動方向に乾燥容器を分割して、少なくとも2以上の乾燥室を形成し、各乾燥室内の各々に伝熱管とを備えてなり、前記湿潤燃料投入部側の乾燥室内の前記伝熱管を他の乾燥室内の伝熱管よりも粗く配設することを特徴とする流動層乾燥装置にある。
【0013】
第2の発明は、第1の発明において、前記湿潤燃料投入部側の乾燥室の前記伝熱管の加熱温度は、前記他の乾燥室内の伝熱管よりも高くすることを特徴とする流動層乾燥装置にある。
【0014】
第3の発明は、第1又は2の発明において、前記湿潤燃料投入部の乾燥室内への流動化蒸気又は流動化ガスの流速を速くすることを特徴とする流動層乾燥装置にある。
【0015】
第4の発明は、第1乃至3のいずれか一つの発明において、前記乾燥物排出部側の乾燥室の伝熱管を密に配設することを特徴とする流動層乾燥装置にある。
【0016】
第5の発明は、第1乃至4のいずれか一つの発明において、前記乾燥物排出部側の乾燥室の伝熱管の管径を小径にすることを特徴とする流動層乾燥装置にある。
【0017】
第6の発明は、第1乃至5のいずれか一つの発明において、前記乾燥容器の複数の分割が、仕切板により分割されていると共に、前記仕切板の一部に開口部が形成されていることを特徴とする流動層乾燥装置にある。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、流動層の湿潤燃料の移動方向に乾燥容器を分割して、少なくとも2以上の乾燥室を形成し、各乾燥室内に流動層の湿潤燃料を加熱する2以上の伝熱管を備えてなり、湿潤燃料投入部側の乾燥室内の伝熱管を粗く配設するので、この湿潤燃料の予備乾燥が確実になされ、流動化不良、周囲への付着や堆積を抑制しつつ、後流側の乾燥室へ移動して、仕上げ乾燥を行うことで、湿潤燃料の乾燥効率を向上することができる。
これにより、湿潤燃料の入口側での乾燥における付着、閉塞、流動不良を回避することができ、単位体積あたりの乾燥効率向上により乾燥装置のコンパクト化と安定運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】図1は、本発明の実施例1に係る流動層乾燥装置を表す概略側面図である。
【図2】図2は、実施例1の流動層乾燥装置を表す図1のA−A線概略断面図である。
【図3】図3は、実施例1の流動層乾燥装置を表す図1のB−B線概略断面図である。
【図4】図4は、本発明の実施例2に係る流動層乾燥装置を表す概略側面図である。
【図5】図5は、実施例の流動層乾燥装置が適用された石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例1】
【0021】
図1は、本発明の実施例1に係る流動層乾燥装置を表す概略側面図、図5は、実施例1の流動層乾燥装置が適用された石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。
【0022】
実施例1の石炭ガス化複合発電設備(IGCC:Integrated Coal Gasification Combined Cycle)は、空気を酸化剤としてガス化炉で石炭ガスを生成する空気燃焼方式を採用し、ガス精製装置で精製した後の石炭ガスを燃料ガスとしてガスタービン設備に供給して発電を行っている。即ち、本実施例の石炭ガス化複合発電設備は、空気燃焼方式(空気吹き)の発電設備である。この場合、ガス化炉に供給する湿潤燃料として低品位炭を使用している。
【0023】
実施例1において、図5に示すように、石炭ガス化複合発電設備10は、給炭装置11、流動層乾燥装置12、微粉炭機(ミル)13、石炭ガス化炉14、チャー回収装置15、ガス精製装置16、ガスタービン設備17、蒸気タービン設備18、発電機19、排熱回収ボイラ(HRSG:Heat Recovery Steam Generator)20を有している。
【0024】
給炭装置11は、原炭バンカ21と、石炭供給機22と、クラッシャ23とを有している。原炭バンカ21は、低品位炭を貯留可能であって、所定量の低品位炭を石炭供給機22に投下することができる。石炭供給機22は、原炭バンカ21から投下された低品位炭をコンベアなどにより搬送し、クラッシャ23に投下することができる。このクラッシャ23は、投下された低品位炭を所定の大きさに破砕することができる。
【0025】
流動層乾燥装置12は、給炭装置11により投入された低品位炭に対して乾燥用蒸気(過熱蒸気)を供給することで、この低品位炭を流動させながら加熱乾燥するものであり、低品位炭が含有する水分を除去することができる。そして、この流動層乾燥装置12は、下部から取り出された乾燥済の低品位炭を冷却する冷却器31が設けられ、乾燥冷却済の乾燥炭が乾燥炭バンカ32に貯留される。また、流動層乾燥装置12は、上部から取り出された蒸気から乾燥炭の粒子を分離する乾燥炭サイクロン33と乾燥炭電気集塵機34が設けられ、蒸気から分離された乾燥炭の粒子が乾燥炭バンカ32に貯留される。なお、乾燥炭電気集塵機34で乾燥炭が分離された蒸気は、蒸気圧縮機35で圧縮されてから流動層乾燥装置12に乾燥用蒸気として供給される。
【0026】
微粉炭機13は、粉砕機であって、流動層乾燥装置12により乾燥された低品位炭(乾燥炭)を細かい粒子状に粉砕して微粉炭を製造するものである。即ち、微粉炭機13は、乾燥炭バンカ32に貯留された乾燥炭が石炭供給機36により投下され、この乾燥炭を所定粒径以下の低品位炭、つまり、微粉炭とするものである。そして、微粉炭機13で粉砕後の微粉炭は、微粉炭バグフィルタ37a,37bにより搬送用ガスから分離され、微粉炭供給ホッパ38a,38bに貯留される。
【0027】
石炭ガス化炉14は、微粉炭機13で処理された微粉炭が供給可能であると共に、チャー回収装置15で回収されたチャー(石炭の未燃分)が戻されてリサイクル可能となっている。
【0028】
即ち、石炭ガス化炉14は、ガスタービン設備17(圧縮機61)から圧縮空気供給ライン41が接続されており、このガスタービン設備17で圧縮された圧縮空気が供給可能となっている。空気分離装置42は、大気中の空気から窒素と酸素を分離生成するものであり、第1窒素供給ライン43が石炭ガス化炉14に接続され、この第1窒素供給ライン43に微粉炭供給ホッパ38a,38bからの給炭ライン44a,44bが接続されている。また、第2窒素供給ライン45も石炭ガス化炉14に接続され、この第2窒素供給ライン45にチャー回収装置15からのチャー戻しライン46が接続されている。更に、酸素供給ライン47は、圧縮空気供給ライン41に接続されている。この場合、窒素は、石炭やチャーの搬送用ガスとして利用され、酸素は、酸化剤として利用される。
【0029】
石炭ガス化炉14は、例えば、噴流床形式のガス化炉であって、内部に供給された石炭、チャー、空気(酸素)、またはガス化剤としての水蒸気を燃焼・ガス化すると共に、二酸化炭素を主成分とする可燃性ガス(生成ガス、石炭ガス)が発生し、この可燃性ガスをガス化剤としてガス化反応が起こる。なお、石炭ガス化炉14は、微粉炭の混入した異物を除去する異物除去装置48が設けられている。この場合、石炭ガス化炉14は噴流床ガス化炉に限らず、流動床ガス化炉や固定床ガス化炉としてもよい。そして、この石炭ガス化炉14は、チャー回収装置15に向けて可燃性ガスのガス生成ライン49が設けられており、チャーを含む可燃性ガスが排出可能となっている。この場合、ガス生成ライン49にガス冷却器を設けることで、可燃性ガスを所定温度まで冷却してからチャー回収装置15に供給するとよい。
【0030】
チャー回収装置15は、集塵装置51と供給ホッパ52とを有している。この場合、集塵装置51は、1つまたは複数のバグフィルタやサイクロンにより構成され、石炭ガス化炉14で生成された可燃性ガスに含有するチャーを分離することができる。そして、チャーが分離された可燃性ガスは、ガス排出ライン53を通してガス精製装置16に送られる。供給ホッパ52は、集塵装置51で可燃性ガスから分離されたチャーを貯留するものである。なお、集塵装置51と供給ホッパ52との間にビンを配置し、このビンに複数の供給ホッパ52を接続するように構成してもよい。そして、供給ホッパ52からのチャー戻しライン46が第2窒素供給ライン45に接続されている。
【0031】
ガス精製装置16は、チャー回収装置15によりチャーが分離された可燃性ガスに対して、硫黄化合物や窒素化合物などの不純物を取り除くことで、ガス精製を行うものである。そして、ガス精製装置16は、可燃性ガスを精製して燃料ガスを製造し、これをガスタービン設備17に供給する。なお、このガス精製装置16では、チャーが分離された可燃性ガス中にはまだ硫黄分(HS)が含まれているため、アミン吸収液によって除去することで、硫黄分を最終的には石膏として回収し、有効利用する。
【0032】
ガスタービン設備17は、圧縮機61、燃焼器62、タービン63を有しており、圧縮機61とタービン63は、回転軸64により連結されている。燃焼器62は、圧縮機61から圧縮空気供給ライン65が接続されると共に、ガス精製装置16から燃料ガス供給ライン66が接続され、タービン63に燃焼ガス供給ライン67が接続されている。また、ガスタービン設備17は、圧縮機61から石炭ガス化炉14に延びる圧縮空気供給ライン41が設けられており、中途部に昇圧機68が設けられている。従って、燃焼器62では、圧縮機61から供給された圧縮空気とガス精製装置16から供給された燃料ガスとを混合して燃焼し、タービン63にて、発生した燃焼ガスにより回転軸64を回転することで発電機19を駆動することができる。
【0033】
蒸気タービン設備18は、ガスタービン設備17における回転軸64に連結されるタービン69を有しており、発電機19は、この回転軸64の基端部に連結されている。排熱回収ボイラ20は、ガスタービン設備17(タービン63)からの排ガスライン70に設けられており、空気と高温の排ガスとの間で熱交換を行うことで、蒸気を生成するものである。そのため、排熱回収ボイラ20は、蒸気タービン設備18のタービン69との間に蒸気供給ライン71が設けられると共に、蒸気回収ライン72が設けられ、蒸気回収ライン72に復水器73が設けられている。従って、蒸気タービン設備18では、排熱回収ボイラ20から供給された蒸気によりタービン69が駆動し、回転軸64を回転することで発電機19を駆動することができる。
【0034】
そして、排熱回収ボイラ20で熱が回収された排ガスは、ガス浄化装置74により有害物質を除去され、浄化された排ガスは、煙突75から大気へ放出される。
【0035】
ここで、実施例1の石炭ガス化複合発電設備10の作動について説明する。
【0036】
実施例1の石炭ガス化複合発電設備10において、給炭装置11にて、原炭(低品位炭)が原炭バンカ21に貯留されており、この原炭バンカ21の低品位炭が石炭供給機22によりクラッシャ23に投下され、ここで所定の大きさに破砕される。そして、破砕された低品位炭は、流動層乾燥装置12により加熱乾燥された後、冷却器31により冷却され、乾燥炭バンカ32に貯留される。また、流動層乾燥装置12の上部から取り出された蒸気は、乾燥炭サイクロン33及び乾燥炭電気集塵機34により乾燥炭の粒子が分離され、蒸気圧縮機35で圧縮されてから流動層乾燥装置12に乾燥用蒸気として戻される。一方、蒸気から分離された乾燥炭の粒子は、乾燥炭バンカ32に貯留される。
【0037】
乾燥炭バンカ32に貯留される乾燥炭は、石炭供給機36により微粉炭機13に投入され、ここで、細かい粒子状に粉砕されて微粉炭が製造され、微粉炭バグフィルタ37a,37bを介して微粉炭供給ホッパ38a,38bに貯留される。この微粉炭供給ホッパ38a,38bに貯留される微粉炭は、空気分離装置42から供給される窒素により第1窒素供給ライン43を通して石炭ガス化炉14に供給される。また、後述するチャー回収装置15で回収されたチャーが、空気分離装置42から供給される窒素により第2窒素供給ライン45を通して石炭ガス化炉14に供給される。更に、後述するガスタービン設備17から抽気された圧縮空気が昇圧機68で昇圧された後、空気分離装置42から供給される酸素と共に圧縮空気供給ライン41を通して石炭ガス化炉14に供給される。
【0038】
石炭ガス化炉14では、供給された微粉炭及びチャーが圧縮空気(酸素)により燃焼し、微粉炭及びチャーがガス化することで、二酸化炭素を主成分とする可燃性ガス(石炭ガス)を生成することができる。そして、この可燃性ガスは、石炭ガス化炉14からガス生成ライン49を通して排出され、チャー回収装置15に送られる。
【0039】
このチャー回収装置15にて、可燃性ガスは、まず、集塵装置51に供給されることで、ここで可燃性ガスからこのガスに含有するチャーが分離される。そして、チャーが分離された可燃性ガスは、ガス排出ライン53を通してガス精製装置16に送られる。一方、可燃性ガスから分離した微粒チャーは、供給ホッパ52に堆積され、チャー戻しライン46を通して石炭ガス化炉14に戻されてリサイクルされる。
【0040】
チャー回収装置15によりチャーが分離された可燃性ガスは、ガス精製装置16にて、硫黄化合物や窒素化合物などの不純物が取り除かれてガス精製され、燃料ガスが製造される。そして、ガスタービン設備17では、圧縮機61が圧縮空気を生成して燃焼器62に供給すると、この燃焼器62は、圧縮機61から供給される圧縮空気と、ガス精製装置16から供給される燃料ガスとを混合し、燃焼することで燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスによりタービン63を駆動することで、回転軸64を介して発電機19を駆動し、発電を行うことができる。
【0041】
そして、ガスタービン設備17におけるタービン63から排出された排気ガスは、排熱回収ボイラ20にて、空気と熱交換を行うことで蒸気を生成し、この生成した蒸気を蒸気タービン設備18に供給する。蒸気タービン設備18では、排熱回収ボイラ20から供給された蒸気によりタービン69を駆動することで、回転軸64を介して発電機19を駆動し、発電を行うことができる。
【0042】
その後、ガス浄化装置74では、排熱回収ボイラ20から排出された排気ガスの有害物質が除去され、浄化された排ガスが煙突75から大気へ放出される。
【0043】
以下、上述した石炭ガス化複合発電設備10における流動層乾燥装置12について詳細に説明する。
【0044】
流動層乾燥装置12は、図1に示すように、乾燥容器101と、原炭投入口(湿潤燃料投入部)102と、乾燥炭排出口(乾燥物排出部)103と、流動化蒸気又は流動化ガス(以下「流動化ガス」という)104(104a,104b)を供給する流動化ガス供給部(図示せず)と、ガス排出口(ガス排出部)105と、伝熱管(加熱部)106a,106bとを有している。
【0045】
乾燥容器101は、中空箱型形状をなしており、一端側に原炭(湿潤燃料)を投入する原炭投入口102が形成される一方、他端側の下部に原炭を加熱乾燥した乾燥物を排出する乾燥炭排出口103が形成され、該乾燥容器101の内部で押し出し形式(プラグフロー)により原炭を乾燥している。この場合、原炭投入口102や乾燥炭排出口103を乾燥容器101の端部に1つずつ設けたが、複数であってもよい。また、乾燥容器101は、下部に底板101aから所定距離をあけて複数の開口を有する分散板108が設けられることで、風箱109が区画されている。そして、乾燥容器101は、この底板101a側の風箱109を介して分散板108の上方に流動化ガス(過熱蒸気)104を供給する流動化ガス供給部が設けられている。更に、乾燥容器101は、乾燥炭排出口103側の天井板101bに流動化ガス104及び発生蒸気を排出するガス排出口105が形成されている。
【0046】
この乾燥容器101は、原炭投入口102から原炭が供給されると共に、流動化ガス供給部から風箱109及び分散板108を通して流動化ガス104が供給されることで、この分散板108の上方に所定厚さの流動層Sが形成されると共に、この流動層Sの上方にフリーボード部Fが形成される。
【0047】
そして、本実施例の乾燥容器101は、内部が原炭の流動方向の上流側に設けられた第1乾燥室111aと、原炭の流動方向の下流側に設けられた第2乾燥室111bとで構成され、分散板108上に第1乾燥室111aと第2乾燥室111bとを仕切る仕切板113が設けられている。
【0048】
この仕切板113は、分散板108の上面から設置され、仕切板の一部に原炭が通過する開口部(流通口)113aを形成するようにしている。なお、開口部の形状及び開口大きさは、原炭の湿潤状態により、適宜変更又は変更可能となるようにしてもよい。また仕切板113の上端部が流動層Sより上方に延出するように位置しており、流動された原炭が仕切板113の上を越えて下流側に流入しないようにしている。
【0049】
第1乾燥室111aと第2乾燥室111bは、この仕切板113の上方で連通されている。この場合、第1乾燥室111aは、フリーボード部F1と流動層S1が形成され、原炭の初期乾燥(予備乾燥)を行う領域となっており、第2乾燥室111bは、フリーボード部F2と流動層S2が形成され、原炭の後期乾燥(仕上乾燥)を行う領域となっている。
【0050】
この場合、風箱109は、第1乾燥室111a及び第2乾燥室111bに対応した風箱109a,109bに区画され、風箱109a,109bに対応して流動化ガス供給部が設けられている。そして、図示しない流量調整弁の開度を調整することで、風箱109a,109b内に供給する流動化ガス104a、104aのガス量を調整することができる。
【0051】
また、乾燥容器101内を2分割した、湿潤燃料投入部102側の第1乾燥室111a内に設置される伝熱管106aは粗い配設状態としている。
また、乾燥物排出部103側の第2乾燥室111b内に設置される伝熱管106bは、伝熱管106aよりも細かい密の配設状態としている。
本実施例では、第2乾燥室111b内に設けられる伝熱管106bを設計時の標準の伝熱管の設置状態とし、第1乾燥室111a内に設けられる伝熱管106aを標準よりも粗い配設状態としている。なお、伝熱管の間隙及び管径は、投入する湿潤燃料の処理量及び処理時間に応じて適宜変更される。
【0052】
図2は、実施例1の流動層乾燥装置を表す図1のA−A線概略断面図である。
図3は、実施例1の流動層乾燥装置を表す図1のB−B線概略断面図である。
図2に示すように、第1乾燥室111a内の伝熱管106aは、外部から乾燥容器101の側壁101cを貫通して流動層S1内に粗い所定間隔を持って配設されており、内部に過熱蒸気を供給して流動層S1内の原炭を加熱し、水分を除去して乾燥している。
【0053】
図3に示すように、第2乾燥室111b内の伝熱管106bは、外部から乾燥容器101の側壁101cを貫通して流動層S2内に細かい所定間隔を持って配設されており、内部に過熱蒸気を供給して流動層S2内の原炭を加熱して乾燥している。
【0054】
このように、第1乾燥室111aと第2乾燥室111bとで、伝熱管の間隔を異なるようにしているのは、第1乾燥室111aでは、投入される原炭は、水分含有量が約60%の水分が非常に多い湿潤状態であるので、伝熱管の間隔を細かくすると、原炭が伝熱管の間に詰まってしまい、乾燥効率が低下し好ましくないからである。
【0055】
また、本実施例では、湿潤燃料投入部102側の第1乾燥室111aの伝熱管106aに導入する過熱蒸気の温度を、第2乾燥室111bの伝熱管106bに導入する過熱蒸気の温度よりも高くしている。なお、温度調整は過熱水蒸気の圧力制御によりおこなっている。
【0056】
この温度の調整は、例えば伝熱管106aに供給する過熱水蒸気の圧力を高くして、例えば180℃程度とし、伝熱管106bに供給する過熱水蒸気は、設計温度の例えば150℃とするようにしている。ここで、過熱水蒸気は、乾燥容器101のガス排出部105から排出される水蒸気を回収して、図示しない圧縮機等で再圧縮して潜熱回収をした水蒸気を用いることもできる。
【0057】
これは、第1乾燥室111aでは、水分の多い(例えば60%)湿潤燃料であるので、水分の除去効率の向上を図るためである。
【0058】
また、第2乾燥室111b内に設置される伝熱管106bに供給する過熱蒸気の温度を、第1乾燥室111a内に設置される伝熱管106aに供給する温度よりも低くしても良いのは、第2乾燥室111b内に設けられる伝熱管106bは細かい配設としているので、伝熱面積が多くなると共に、第2乾燥室111bに移動される原炭は乾燥が進行しているので、投入直後の原炭よりもサラサラ状態となっており、伝熱管106b内に供給する過熱水蒸気の温度を低くしても、良好な乾燥を行うことができるからである。
【0059】
即ち、第1乾燥室111aは、その室内において、供給された原炭の初期乾燥(予備乾燥)を形成する領域である。
このため、第1乾燥室111a内に設置する伝熱管106aを粗く設置すると共に、供給する過熱水蒸気の圧力を高くすることで、高温状態での湿潤燃料の乾燥を行うことができる。この際、伝熱管106aの間隙が粗いので、湿潤燃料の詰まりが防止される。
【0060】
そして、予備乾燥された原炭は、仕切板113の開口部113aの間隙から押し出され、第2乾燥室111b内に導入され、ここで仕上げ乾燥が行われる。
仕上げ乾燥の第2乾燥室111b内に設置する伝熱管106bは、伝熱管106aよりも密の配設としており、乾燥効率を向上している。
ここで、押し出し流れとは、乾燥容器101内で形成される流動層S1、S2において、原炭が流動方向に拡散しないように、この原炭を流動方向に圧密状態で押し出す流れである。
【0061】
これにより、第1乾燥室111aの流動層S1及び第2乾燥室111bの流動層S2を形成する原炭は、上流側の第1乾燥室111aから第2乾燥室111bに移動することで、湿潤燃料の湿潤状態に応じた乾燥が適切になされ、良好な押し出し流れとすることができ、流動方向に拡散させることなく乾燥される。
【0062】
本実施例では、第1乾燥室111aでは水分含有量が約60%の原炭を例えば50〜40%に乾燥している。そして、第2乾燥室111bでは、例えば、水分含有率が50〜40%程度の原炭を、水分含有率が30〜10%程度となるまで仕上げ乾燥することができる。
【0063】
また、本実施例では、第1乾燥室111a内に供給する流動化ガス104aの流速を高速とし、第2乾燥室111b内に供給する流動化ガス104bの流速を低速としている。
これにより、第1乾燥室111a内での投入された原炭を高速の流動化ガス104aによりほぐすようにしている。
このように、湿潤燃料投入部側の第1乾燥室111a内の流動化ガス104aの蒸気の上昇速度を速くすることで、伝熱管106aへの付着を防止することが可能となる。
ここで、第1乾燥室111aの流動化ガスの流速は、流動層S1を形成する最小流動化速度の3〜5倍程度まで増加させることが好ましく、第2乾燥室111bの流動化ガスの流速は、最小流動化速度を上回る程度とするのが好ましい。
【0064】
なお、本実施例では、流動化ガス104(104a、104b)の流速を異なるようにしているが、これに限定されず、第1乾燥室111a及び第2乾燥室111b内に供給する流動化ガス104(104a、104b)の流速は、その投入する湿潤燃料の水分量に応じて均一の流速としてもよい。
【0065】
ここで、本実施例では、第1乾燥室111aと第2乾燥室111bとの床面積比を50%:50%としているが、これに限定されず、両者の比率を30〜50%:70〜50%とするようにしてもよい。
これは、原炭の処理量に応じて最適な比率が設定されるものであり、例えば原炭の処理量が多い場合には、第1乾燥室111aを広くすることが好ましく、適宜設定される。
【0066】
本実施例では、第1乾燥室111aと第2乾燥室111bとを仕切板113を介して、分割しているが、本発明はこれに限定されず、仕切板113を設けることなく、乾燥容器101内を分割するようにしてもよい。これは乾燥室が流動方向に長い場合に仕切板を設けることなく、乾燥容器101内を見かけ上分割することが可能となるからである。
【0067】
ここで、実施例1の流動層乾燥装置12の全体の作動について説明する。
【0068】
流動層乾燥装置12において、図1乃至図3に示すように、乾燥容器101に対して、原炭投入口102から原炭が供給されると共に、流動化ガス供給部から分散板108を通して、例えば過熱水蒸気の流動化ガス104(104a、104b)が供給されることで、この分散板108の上方に所定厚さの流動層S(S1、S2)が形成される。湿潤燃料の原炭は、流動化ガス104(104a、104b)により流動層S(S1、S2)を乾燥炭排出口103側に圧密状態で徐々に移動し、このとき、伝熱管106a,106bから熱を受けることで加熱されて乾燥される。
【0069】
この場合、原炭は、原炭投入口102から乾燥炭排出口103まで移動する間に、伝熱管106a,106bからの熱や流動化ガス104により加熱乾燥されるが、原炭投入口102から投入された直後の原炭は、水分濃度が高く、適正な乾燥が困難となるおそれがある。
しかし、本実施例では、乾燥容器101内を原炭の流れ方向に湿潤燃料投入部102側の第1乾燥室111aと、乾燥物排出部103側の第2乾燥室111bとに2分割し、更に、第1乾燥室111aと第2乾燥室111b内に設ける伝熱管106a、106bの配設割合を、第1乾燥室111a内の伝熱管106aを粗くなるようにしている。そのため、原炭投入口102から第1乾燥室111aに投入された原炭は、伝熱管106aの間等に詰まることなく、先ず第1乾燥室111a内で初期乾燥(予備乾燥)がなされる。
【0070】
第1乾燥室111aで初期乾燥が終了した原炭は、仕切板113の開口部113aにて押し流され、第2乾燥室111bに徐々に流動する。この第2乾燥室111bでは、原炭が流動化ガス104bにより流動層S2を流動し、流動層S2にて、伝熱管106bにより加熱されながら、押し出し流れとなって流動方向に拡散することなく乾燥される。
【0071】
その後、原炭が乾燥された乾燥炭は、乾燥炭排出口103から外部に排出され、流動層S1、S2で原炭が加熱乾燥されることで発生した蒸気は、流動化ガスと共に上昇し、乾燥炭排出口103側に流れ、ガス排出口105から外部に排出される。
【0072】
このように実施例1の流動層乾燥装置にあっては、中空形状をなす乾燥容器101と、乾燥容器101の一端側に原炭を投入する原炭投入口102と、乾燥容器101の他端側から原炭が加熱乾燥した乾燥炭を排出する乾燥炭排出口103と、乾燥容器101の下部に流動化ガス104a、104bを供給することで原炭と共に流動層Sを形成する流動化ガス供給部と、乾燥容器101の一端側における原炭投入口102より上方から流動化ガス及び発生蒸気を排出するガス排出口105と、前記流動層の湿潤燃料の移動方向に乾燥容器101を分割して、少なくとも2以上(本実施例では2つ)の乾燥室111a、111bを形成し、各乾燥室内の各々に流動層S(S1、S2)の湿潤燃料を加熱する2以上の伝熱管106a、106bとを備えてなり、前記湿潤燃料投入部102側の第1乾燥室111a内の伝熱管106aを粗く配設すると共に、前記湿潤燃料投入部102側の乾燥室111aの加熱温度を高くするものである。
【0073】
従って、原炭投入口102から原炭が乾燥容器101内に投入されると共に、流動化ガス供給部から流動化ガス104(104a、104b)が乾燥容器101の下部から分散板108を通して供給されると、原炭が流動化ガス104(104a、104b)により流動することで流動層S(S1、S2)が形成され、この流動層Sの原炭が流動化ガスにより移動するとき、伝熱管106a、106bにより加熱されることで乾燥して乾燥炭となり、この乾燥炭が乾燥炭排出口103から外部に排出される一方、流動化ガスと原炭が乾燥することで発生した蒸気がガス排出口105から外部に排出される。
【0074】
このとき、原炭投入部102から投入された投入直後の原炭は、水分量が多いものの、前記流動層の湿潤燃料の移動方向に乾燥容器101を分割して、少なくとも2以上の乾燥室111a、111bを形成し、各々の乾燥室111a、111b内に流動層の湿潤燃料を加熱する2以上の伝熱管106a、106bとを備えてなり、前記湿潤燃料投入部102側の乾燥室111a内の伝熱管106aを粗く配設すると共に、該伝熱管106aの加熱温度を高くすることにより、この原炭の予備乾燥が確実になされ、流動化不良、周囲への付着や堆積を抑制しつつ、第2乾燥室111bへ押し流して、ここで仕上げ乾燥を行うことで、原炭の乾燥効率を向上することができる。
これにより、湿潤燃料の入口側での第1乾燥室111a内での乾燥における付着、閉塞、流動不良を回避することができ、単位体積あたりの乾燥効率向上により乾燥装置のコンパクト化と安定運転が可能となる。
【0075】
本実施例では、原炭を乾燥する流動層を押し出し(プラグフロー)方式としているが、本願発明はこれに限定されず、流動層内で完全混合する完全混合方式にも適用することができる。また、初期乾燥を完全混合方式とし、仕上乾燥を押し出し(プラグフロー)方式とするようにしてもよい。
【実施例2】
【0076】
図4は、本発明の実施例2に係る流動層乾燥装置を表す概略側面図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【0077】
実施例2の流動層乾燥装置において、図4に示すように、乾燥容器101を2つの仕切板113を用いて、3分割して第1乾燥室111a、第2乾燥室111b及び第3乾燥室111cとしている。また、各乾燥室内には、各々伝熱管106a、106b、106cが設けられている。
本実施例では、第2乾燥室111b内に設置する伝熱管106bを標準の間隙とし、湿潤燃料投入部102側の第1乾燥室111aに設置する伝熱管106aは、伝熱管106bよりも粗い間隙とし、乾燥物排出部103側の第3乾燥室111c内に設置する伝熱管106cは、伝熱管106bよりも密の間隙としている。
また、伝熱管106aに供給する過熱水蒸気の圧力を高くして、例えば180℃程度としている。また、伝熱管106b及び伝熱管106cに供給する過熱水蒸気は、設計温度の例えば150℃としている。
【0078】
第1乾燥室111a内には流動化ガス104aが風箱109aから供給され流動層S1を形成し、第2乾燥室111b内には流動化ガス104bが風箱109bから供給され流動層S2を形成し、第3乾燥室111c内には流動化ガス104cが風箱109cから供給され流動層S3を形成している。なお、図中、符号F1、F2、F3はフリーボード部である。
【0079】
本実施例では、乾燥容器101を3分割して、予備乾燥領域の第1乾燥室111a、定率乾燥領域の第2乾燥室111b、及び仕上乾燥領域の第3乾燥室111cを形成し、各乾燥室内の各々に流動層S(S1、S2、S3)の湿潤燃料を加熱する伝熱管106a、106b、106cとを備えてなり、前記湿潤燃料投入部102側の乾燥室111a内の伝熱管106aを粗く配設すると共に、前記湿潤燃料投入部102側の乾燥室111aの加熱温度を高くするものである。
【0080】
また、流動化ガスの供給は、流動層S1を形成する流動化ガス104aの流速を高速とし、流動層S2を形成する流動化ガス104bの流速を中速(標準:設計流速)とし、流動層S3を形成する流動化ガス104cの流速を低速としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば流動化ガス104b、104cの流速を共に中速としたり、例えば流動化ガス104b、104cの流速を共に低速とするようにしたりしてもよい。
【0081】
また、本実施例では、第3乾燥室111cの伝熱管106cの管径を、伝熱管106a、106bよりも小さくして、乾燥物の通過を容易となるようにしている。
【0082】
従って、原炭投入口102から原炭が乾燥容器101内に投入されると共に、流動化ガス供給部から流動化ガス104が乾燥容器101の下部から分散板108を通して供給されると、原炭が流動化ガス104により流動することで流動層S(S1、S2、S3)が形成され、この流動層Sの原炭が流動化ガス104(104a、104b、104c)により流動化されるとき、伝熱管106a、106b、106cにより加熱されることで乾燥して乾燥炭となり、この乾燥炭が乾燥炭排出口103から外部に排出される一方、流動化ガスと原炭が乾燥することで発生した蒸気がガス排出口105から外部に排出される。
【0083】
このとき、原炭投入部102から投入された投入直後の原炭は、水分量が多いものの、前記流動層の湿潤燃料の移動方向に乾燥容器101を分割して、3つの乾燥室111a、111b、111cを形成し、各乾燥室内に流動層の湿潤燃料を加熱する3つの伝熱管106a、106b、106cとを備えてなり、前記湿潤燃料投入部102側の乾燥室111a内の伝熱管106aを粗く配設すると共に、該伝熱管106aの加熱温度を高くすることにより、この原炭の予備乾燥が確実になされ、流動化不良、周囲への付着や堆積を抑制しつつ、第2乾燥室111bへ押し流して、定率乾燥を行い、その後第3の乾燥室111cへ押し流して、仕上げ乾燥を行うことで、実施例1に較べてより原炭の乾燥効率を向上することができる。
【0084】
ここで、本実施例では、第1乾燥室111aと第2乾燥室111bと第3乾燥室111cの床面積比を1/3ずつとしているが、本発明はこれに限定されず、これらの比率を適宜変更するようにしてもよい。
これは、原炭の処理量に応じて最適な比率が設定されるものであり、例えば原炭の処理量が多い場合には、第2乾燥室111bの定率乾燥領域を広くすることが好ましく、適宜設定される。
【符号の説明】
【0085】
11 給炭装置
12 流動層乾燥装置
13 微粉炭機
14 石炭ガス化炉
15 チャー回収装置
16 ガス精製装置
17 ガスタービン設備
18 蒸気タービン設備
19 発電機
20 排熱回収ボイラ
101 乾燥容器
102 原炭投入口(湿潤燃料投入部)
103 乾燥炭排出口(乾燥物排出部)
104(104a、104b、104c) 流動化ガス
105 ガス排出口(ガス排出部)
106a,106b、106c 伝熱管(加熱部)
111a 第1乾燥室
111b 第2乾燥室
111c 第3乾燥室
113 仕切板
F(F1、F2、F3) フリーボード部
S(S1、S2、S3) 流動層

【特許請求の範囲】
【請求項1】
中空形状をなす乾燥容器と、
該乾燥容器の一端側に湿潤燃料を投入する湿潤燃料投入部と、
前記乾燥容器の他端側から湿潤燃料が加熱乾燥した乾燥物を排出する乾燥物排出部と、
前記乾燥容器の下部に流動化蒸気又は流動化ガスを供給することで湿潤燃料と共に流動層を形成する流動化蒸気又は流動化ガス供給部と、
前記乾燥容器の上方から流動化蒸気又は流動化ガス及び発生蒸気を排出するガス排出部と、
前記流動層の湿潤燃料の移動方向に乾燥容器を分割して、少なくとも2以上の乾燥室を形成し、各乾燥室内の各々に伝熱管とを備えてなり、
前記湿潤燃料投入部側の乾燥室内の前記伝熱管を他の乾燥室内の伝熱管よりも粗く配設することを特徴とする流動層乾燥装置。
【請求項2】
請求項1において、
前記湿潤燃料投入部側の乾燥室の前記伝熱管の加熱温度は、前記他の乾燥室内の伝熱管よりも高くすることを特徴とする流動層乾燥装置。
【請求項3】
請求項1又は2において、
前記湿潤燃料投入部の乾燥室内への流動化蒸気又は流動化ガスの流速を速くすることを特徴とする流動層乾燥装置。
【請求項4】
請求項1乃至3のいずれか一つにおいて、
前記乾燥物排出部側の乾燥室の伝熱管を密に配設することを特徴とする流動層乾燥装置。
【請求項5】
請求項1乃至4のいずれか一つにおいて、
前記乾燥物排出部側の乾燥室の伝熱管の管径を小径にすることを特徴とする流動層乾燥装置。
【請求項6】
請求項1乃至5のいずれか一つにおいて、
前記乾燥容器の複数の分割が、仕切板により分割されていると共に、前記仕切板の一部に開口部が形成されていることを特徴とする流動層乾燥装置。



【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2013−108700(P2013−108700A)
【公開日】平成25年6月6日(2013.6.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−255565(P2011−255565)
【出願日】平成23年11月22日(2011.11.22)
【出願人】(000006208)三菱重工業株式会社 (10,378)
【Fターム(参考)】