JP6520541B2 - 乾燥システム - Google Patents

Description

本発明は、褐炭等の被乾燥物を乾燥させる乾燥システムに関する。

石炭は、可採年数が１５０年程度と、石油の可採年数の３倍以上であり、また、石油と比較して埋蔵地が偏在していないため、長期に亘り安定供給が可能な天然資源として期待されている。石炭は、炭素含有量の低い順に、泥炭、亜炭、褐炭、亜瀝青炭、瀝青炭、半無煙炭、無煙炭に分類され、泥炭、亜炭、褐炭、亜瀝青炭（以下、含水石炭と称する）は、瀝青炭、半無煙炭、無煙炭（以下、無煙炭等と称する）と比較して水の含有率（含水率）が高い。

含水石炭のうち、褐炭は、世界の石炭埋蔵量の半分を占めると言われているため、褐炭の有効利用が検討されている。しかし、上述したように、褐炭等の含水石炭は、無煙炭等と比較して含水率が高いため、単位重量あたりの発熱量が低く、輸送コストに対する燃料としてのエネルギー効率が低い。

そこで、含水石炭を収容した収容槽の底面から高温の流動化ガスを供給することで、収容槽内において含水石炭の流動層を形成するとともに、含水石炭に流動化ガスの熱を加えて含水石炭を乾燥させる技術が開発されている（例えば、特許文献１、２）。

特開２０１３−４４４６１号公報 特公昭６３−１８６３６号公報

上記流動層では含水石炭の流動性に偏りがあり、流動層の下層は、上層よりも含水石炭の流動性が低い。したがって、流動層の下層では、含水石炭と流動化ガスとの接触確率が低く、上層と比較して乾燥効率が低くなる。

一方、含水石炭は、粒径や質量密度にバラツキがあり、相対的に粒径の大きい粒子や相対的に質量密度が大きい粒子（以下、「重粒子」と称する）は、相対的に粒径の小さい粒子や相対的に質量密度が小さい粒子（以下、「軽粒子」と称する）より、含水量が多いため、乾燥し難い。

このように粒径や質量密度にバラツキのある含水石炭を収容槽に導入すると、乾燥し難い重粒子は、乾燥効率が低い流動層の下層に、乾燥し易い軽粒子は、乾燥効率が高い流動層の上層に滞留する傾向がある。したがって、重粒子と軽粒子とで、乾燥時間の偏差が大きくなり、偏差がない場合と比較して含水石炭全体の乾燥時間が長時間化してしまう。

また、上述したように軽粒子は、流動性の高い流動層の上層に滞留する傾向があるため、流動層から飛散する可能性が高くなり、流動化ガスを排出する排出口から外部に排出されるおそれがある。

そこで本発明は、このような課題に鑑み、粒径や質量密度にバラツキがある褐炭等の被乾燥物を効率よく乾燥させることができ、また、被乾燥物の飛散を抑制することが可能な乾燥システムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の乾燥システムは、流動化ガスにより被乾燥物を流動させることで流動層を形成するとともに、流動化ガスによって被乾燥物を乾燥させる第１乾燥炉と、第１乾燥炉によって乾燥された被乾燥物が導入され、導入された被乾燥物を流動化ガスにより流動させることで、流動層を形成するとともに、流動化ガスによって被乾燥物をさらに乾燥させる第２乾燥炉と、第１乾燥炉における流動層の下層の被乾燥物を第２乾燥炉における流動層の上層に移動させる第１移動手段と、第１乾燥炉における流動層の上層の被乾燥物を第２乾燥炉における流動層の下層に移動させる第２移動手段と、を備えたことを特徴とする。

また、第１乾燥炉は、下層の被乾燥物が送出される下部出口と、下部出口の上方に設けられ、上層の被乾燥物が送出される上部出口と、を有し、第２乾燥炉は、下部出口から送出された被乾燥物が導入される上部入口と、上部入口の下方に設けられ、上部出口から送出された被乾燥物が導入される下部入口と、を有し、第１移動手段は、第１乾燥炉の下部出口と、第２乾燥炉の上部入口とを接続する第１接続管を含んで構成され、第２移動手段は、第１乾燥炉の上部出口と、第２乾燥炉の下部入口とを接続する第２接続管を含んで構成され、第１乾燥炉および第２乾燥炉は、第１乾燥炉における流動層の上面が、第２乾燥炉における流動層の上面、第２乾燥炉の上部入口、および、第２乾燥炉の下部入口より上方となるように構成されるとしてもよい。

また、第１乾燥炉および第２乾燥炉は、第１乾燥炉の下部出口が、第２乾燥炉の上部入口より上方に配され、第１乾燥炉の上部出口が、第２乾燥炉の下部入口より上方に配されるように構成されるとしてもよい。

本発明によれば、粒径や質量密度にバラツキがある褐炭等の被乾燥物を効率よく乾燥させることができ、また、被乾燥物の飛散を抑制することが可能となる。

乾燥システムを説明するための図である。 第１乾燥炉内の褐炭の挙動を説明するための概念図である。 第２乾燥炉内の褐炭の挙動を説明するための概念図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、乾燥システム１００を説明するための図である。なお、図１中、被乾燥物の流れを黒い塗りつぶしの矢印で、流動化ガスの流れを白抜き矢印で、熱媒体の流れを破線の矢印で示す。また、本実施形態では、被乾燥物として、褐炭を例に挙げて説明する。

図１に示すように、乾燥システム１００は、第１乾燥炉１１０と、第１分離装置１２０と、第２乾燥炉２１０と、第２分離装置２２０とを含んで構成される。第１乾燥炉１１０は、第１収容部１１２と、風箱１１４と、伝熱管１１６とを含んで構成される。

第１収容部１１２には、導入口１１２ａが設けられており、導入口１１２ａを通じて第１収容部１１２内に褐炭が導入される。また、第１収容部１１２の下方には、風箱１１４が設けられており、乾燥システム１００を運転する際には、風箱１１４を通じて第１収容部１１２の底面から当該第１収容部１１２内に流動化ガス（例えば、水蒸気）が供給されることとなる。

具体的に説明すると、風箱１１４の上部は、第１収容部１１２の底面としても機能し、通気可能である分散板１１４ａで形成されている。分散板１１４ａは、例えば、褐炭の粒径よりも小さい径の開孔が複数設けられた板や、褐炭の粒径よりも小さい径の開孔が設けられたノズルを設けた板で構成される。風箱１１４は、分散板１１４ａの開孔を介して流動化ガス（例えば、水蒸気）を第１収容部１１２内に供給する。こうして第１収容部１１２に供給された流動化ガスは、第１収容部１１２内で褐炭を流動させて、流動層を形成するとともに、高温（例えば、１１０℃程度）の流動化ガスを褐炭と接触させることで褐炭を乾燥する。

また、第１収容部１１２内には伝熱管１１６が設けられており、伝熱管１１６には、不図示の供給源より熱媒体（例えば、水蒸気）が供給される。伝熱管１１６を備える構成により、第１収容部１１２内において、熱媒体と、流動化ガスとの間で熱交換が行われ、上方に移動する流動化ガスをさらに加熱することができる。これにより、流動化ガスによる褐炭の乾燥がより促進されることとなる。

また、第１収容部１１２には、上部に設けられたガス排出口１１２ｂ、ガス排出口１１２ｂに接続されたガス排出管１１２ｃを介して、第１分離装置１２０が接続されている。第１分離装置１２０は、固気分離装置（サイクロン）であり、第１収容部１１２に接続されるとともに、下降管１２２を介して、後述する第２接続管２６０に接続される。第１分離装置１２０には、ガス排出管１１２ｃを介して、第１収容部１１２内のガス（流動化ガスおよび褐炭から蒸発した水蒸気）とともに、第１収容部１１２内において飛散した粒子状の褐炭が導入される。そして、第１分離装置１２０によってガスから回収（分離）された褐炭は、下降管１２２を介して、第２接続管２６０へ導入されることとなる。

このように、第１乾燥炉１１０では、流動化ガスによって褐炭が乾燥されることとなるが、第１乾燥炉１１０に導入される褐炭は、粒径や質量密度にバラツキがあり、褐炭のうち粒径や質量密度が相対的に大きい重粒子と、粒径や質量密度が相対的に小さい軽粒子とで乾燥しやすさ（乾燥しにくさ）が異なるため、褐炭全体を効率よく乾燥できないという問題がある。

図２は、第１乾燥炉１１０内の褐炭の挙動を説明するための概念図である。なお、図２中、理解を容易にするために、重粒子を白い丸で、軽粒子を黒い丸で示す。上述したように流動化ガスは第１収容部１１２の底面から供給され、上昇する過程で褐炭を流動させる。流動化ガスは、流動層の下層においては気泡の径が小さいが、上昇過程において気泡同士が会合して径が大きくなっていく。このため、流動化ガスによる褐炭の流動性は、下層より上層の方が高くなる。したがって、流動層の上層の方が、下層よりも褐炭の粒子の動きが大きく、したがって、褐炭の粒子と流動化ガスとの物質移動（mass transfer）が大きく、乾燥効率が高いと言える。

図２に示すように、第１乾燥炉１１０に導入された褐炭のうち、重粒子は、図２中実線の矢印で示すように、流動層の下層に移動する。一方、軽粒子は、流動層の下層には殆ど移動せず、上層に留まることとなる。つまり、乾燥しにくい重粒子が、乾燥効率が低い下層に滞留し、乾燥しやすい軽粒子が、乾燥効率の高い上層に滞留することとなる。そうすると、重粒子と軽粒子とで、乾燥時間の偏差が大きくなり、偏差がない場合と比較して褐炭全体の乾燥時間が長時間化してしまう。

また、流動層の上層は、流動性が高いため、流動層の上層から褐炭が飛散することがある。飛散した褐炭はガス排出口１１２ｂを通じて外部に排出されてしまうため、第１分離装置１２０が設けられている。しかし、第１乾燥炉１１０では、重粒子と比較して飛散しやすい軽粒子が流動層の上層に滞留することから、図２中、破線の矢印で示すように、多くの軽粒子が飛散してしまい、飛散した褐炭を回収する第１分離装置１２０の負荷が大きくなってしまう。

そこで、本実施形態の乾燥システム１００では、第１乾燥炉１１０で乾燥した褐炭を分級し、分級した褐炭の第２乾燥炉２１０への導入位置を工夫することで、第２乾燥炉２１０における乾燥時間の短縮と、軽粒子の飛散抑制を可能とする。

図１に戻って説明すると、第２乾燥炉２１０は、第２収容部２１２と、風箱１１４と、伝熱管１１６とを含んで構成される。なお、風箱１１４および伝熱管１１６は、上述した第１乾燥炉１１０の風箱１１４および伝熱管１１６と実質的に構成が等しいため、説明を省略する。

詳しくは後述するが、第２収容部２１２には、第１乾燥炉１１０によって乾燥された褐炭が導入される。第２収容部２１２の下方には、第１乾燥炉１１０の第１収容部１１２と同様に、風箱１１４が設けられており、乾燥システム１００を運転する際には、風箱１１４を通じて第２収容部２１２の底面から当該第２収容部２１２内に流動化ガス（例えば、水蒸気）が供給されることとなる。そして、第２収容部２１２に供給された流動化ガスは、第２収容部２１２内で褐炭を流動させて、流動層を形成するとともに、流動化ガスの熱を褐炭に伝達することで褐炭を加熱して乾燥する。

また、第２収容部２１２には、上部に設けられたガス排出口２１２ａ、ガス排出口２１２ａに接続されたガス排出管２１２ｂを介して、第２分離装置２２０が接続されている。第２分離装置２２０は、固気分離装置（サイクロン）であり、第２収容部２１２に接続されるとともに、下降管２２２を介して、出口２１２ｅに接続された配管２３０ａに接続される。第２分離装置２２０には、ガス排出管２１２ｂを介して、第２収容部２１２内のガス（流動化ガスおよび褐炭から蒸発した水蒸気）とともに、第２収容部２１２内において飛散した褐炭（軽粒子）が導入される。そして、第２分離装置２２０によってガスから回収された褐炭は、下降管２２２を介して、配管２３０ａへ導入され、外部に送出されることとなる。

ここで、第１乾燥炉１１０の第１収容部１１２から第２乾燥炉２１０の第２収容部２１２への褐炭の移動（導入）について説明すると、第１乾燥炉１１０の第１収容部１１２には、下部出口１１２ｄが設けられ、下部出口１１２ｄの鉛直上方には上部出口１１２ｅが設けられている。また、第２乾燥炉２１０の第２収容部２１２には、上部入口２１２ｃが設けられ、上部入口２１２ｃの鉛直下方には下部入口２１２ｄが設けられている。

さらに、第１乾燥炉１１０および第２乾燥炉２１０は、第１乾燥炉１１０における流動層の上面Ｕ１が、第２乾燥炉２１０における流動層の上面Ｕ２、第２収容部２１２の上部入口２１２ｃ、および、下部入口２１２ｄの上方となるように構成される。また、第１乾燥炉１１０および第２乾燥炉２１０は、第１乾燥炉１１０の下部出口１１２ｄが、第２乾燥炉２１０の上部入口２１２ｃより上方に配され、第１乾燥炉１１０の上部出口１１２ｅが、第２乾燥炉２１０の下部入口２１２ｄより上方に配されるように構成される。

そして、乾燥システム１００には、第１乾燥炉１１０の下部出口１１２ｄと、第２乾燥炉２１０の上部入口２１２ｃとを接続する第１接続管２５０（第１移動手段）と、第１乾燥炉１１０の上部出口１１２ｅと、第２乾燥炉２１０の下部入口２１２ｄとを接続する第２接続管２６０（第２移動手段）とが設けられている。

したがって、導入口１１２ａを介して、褐炭が連続的に第１収容部１１２に導入されると、褐炭は、第１乾燥炉１１０において乾燥され、第１乾燥炉１１０において乾燥された褐炭のうち、流動層の下層の褐炭（重粒子）は、下部出口１１２ｄから送出される。そして、この下層の褐炭は、自重で第１接続管２５０を通過した後、第２乾燥炉２１０の上部入口２１２ｃから第２収容部２１２内に導入され、第２乾燥炉２１０における流動層の上層に移動される。一方、第１乾燥炉１１０において乾燥された褐炭のうち、流動層の上層の褐炭は（軽粒子）、上部出口１１２ｅから送出される。そして、この上層の褐炭は、自重で第２接続管２６０を通過した後、第２乾燥炉２１０の下部入口２１２ｄから第２収容部２１２内に導入され、第２乾燥炉２１０における流動層の下層に移動される。そうすると、第２乾燥炉２１０においては、重粒子が流動層の上層に、軽粒子が流動層の下層に導入されることとなる。

図３は、第２乾燥炉２１０内の褐炭の挙動を説明するための概念図である。なお、図３中、理解を容易にするために、重粒子を白い丸で、軽粒子を黒い丸で示す。図３に示すように、重粒子は、上部入口２１２ｃを介して第２乾燥炉２１０における流動層の上層に導入され、軽粒子は、下部入口２１２ｄを介して流動層の下層に導入される。そうすると、図３中、矢印で示すように、下部入口２１２ｄから導入された軽粒子は、重粒子よりも質量密度（比重）が小さいため、流動層を水平方向（図３中、左右方向）に移動しつつ、上方に上昇する。一方、上部入口２１２ｃから導入された重粒子は、図３中、矢印で示すように、流動層を水平方向に移動しつつ、下方に沈降する。この際、軽粒子の上昇によって重粒子の沈降が減速されるとともに、重粒子の沈降によって軽粒子の上昇が減速されることとなる。

これにより、乾燥効率の高い上層における重粒子の滞留時間を比較的長くとることができ、第１乾燥炉１１０と比較して、重粒子の総滞留時間（第２収容部２１２での滞留時間）における上層での滞留時間の比率を高くすることが可能となる。これにより、第１乾燥炉１１０と比較して第２乾燥炉２１０では、重粒子の乾燥時間を短縮することができる。したがって、重粒子と軽粒子との乾燥時間の偏差を小さくすることができ、褐炭全体の乾燥時間を短縮することが可能となる。

また、流動性の高い上層における軽粒子の滞留時間を短縮することができ、第１乾燥炉１１０と比較して、軽粒子の総滞留時間（第２収容部２１２での滞留時間）における上層での滞留時間の比率を低くすることが可能となる。これにより、流動層の表面からの軽粒子の飛散を抑制することができ、第１分離装置１２０と比較して第２分離装置２２０の負荷を低減することが可能となる。

こうして、第２乾燥炉２１０において乾燥された褐炭は、第２収容部２１２に設けられた出口２１２ｅ、２１２ｆ、配管２３０ａ、２３０ｂを通じて、外部に送出されることとなる。

また、本実施形態では、第１接続管２５０および配管２３０ｂに、バルブ２７０（回転弁）を設けている。これにより、第１収容部１１２から第２収容部２１２へ送出される褐炭の流量を適切に調整することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態にかかる乾燥システム１００によれば、第１乾燥炉１１０における流動層の下層の褐炭を、第２乾燥炉２１０における流動層の上層に移動し、第１乾燥炉１１０における流動層の上層の褐炭を、第２乾燥炉２１０における流動層の下層に移動することで、粒径や質量密度にバラツキがある褐炭を効率よく乾燥させることができ、また、褐炭の飛散を抑制することが可能となる。これにより、褐炭の輸送コストを低減し、エネルギー効率を向上することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態において、乾燥システム１００が乾燥させる被乾燥物として褐炭を例に挙げて説明した。しかし、乾燥システム１００が、褐炭以外の被乾燥物を乾燥させることができることは、言うまでもない。

また、上記実施形態において、第１乾燥炉１１０および第２乾燥炉２１０が、第１乾燥炉１１０の下部出口１１２ｄが第２乾燥炉２１０の上部入口２１２ｃより上方に配され、第１乾燥炉１１０の上部出口１１２ｅが第２乾燥炉２１０の下部入口２１２ｄより上方に配されるように構成される例について説明した。しかし、第１乾燥炉１１０における流動層の上面Ｕ１が、第２乾燥炉２１０における流動層の上面Ｕ２、第２乾燥炉２１０の上部入口２１２ｃ、および、第２乾燥炉２１０の下部入口２１２ｄより上方となるように構成しさえずれば、下部出口１１２ｄと上部入口２１２ｃの位置関係、上部出口１１２ｅと下部入口２１２ｄとの位置関係に限定はない。

また、上記実施形態において、第１乾燥炉１１０および第２乾燥炉２１０を、第１乾燥炉１１０における流動層の上面Ｕ１が、第２乾燥炉２１０における流動層の上面Ｕ２、第２乾燥炉２１０の上部入口２１２ｃ、および、第２乾燥炉２１０の下部入口２１２ｄより上方となるように構成し、第１移動手段を第１接続管２５０で構成し、第２移動手段を第２接続管２６０で構成する例について説明した。しかし、第１移動手段は、第１乾燥炉１１０における流動層の下層の被乾燥物を第２乾燥炉２１０における流動層の上層に移動させることができ、第２移動手段は、第１乾燥炉１１０における流動層の上層の被乾燥物を第２乾燥炉２１０における流動層の下層に移動させることができればよい。例えば、第１移動手段および第２移動手段をスクリューフィーダ等で構成してもよい。

また、上記実施形態において、２つの乾燥炉（第１乾燥炉１１０、第２乾燥炉２１０）で構成される乾燥システム１００を例に挙げて説明した。しかし、乾燥システムは、３以上の乾燥炉を含んで構成されてもよい。この場合、第１乾燥炉１１０と第２乾燥炉２１０との位置関係および接続関係を、１段目の乾燥炉と２段目の乾燥炉、および、２段目の乾燥炉と３段目の乾燥炉それぞれに適用するとよい。

本発明は、褐炭等の被乾燥物を乾燥させる乾燥システムに利用することができる。

１００ 乾燥システム
１１０ 第１乾燥炉
１１２ｄ 下部出口
１１２ｅ 上部出口
２１０ 第２乾燥炉
２１２ｃ 上部入口
２１２ｄ 下部入口
２５０ 第１接続管（第１移動手段）
２６０ 第２接続管（第２移動手段）

Claims (3)

1. 流動化ガスにより被乾燥物を流動させることで流動層を形成するとともに、該流動化ガスによって該被乾燥物を乾燥させる第１乾燥炉と、
   前記第１乾燥炉によって乾燥された前記被乾燥物が導入され、導入された該被乾燥物を流動化ガスにより流動させることで、流動層を形成するとともに、該流動化ガスによって該被乾燥物をさらに乾燥させる第２乾燥炉と、
   前記第１乾燥炉における流動層の下層の前記被乾燥物を前記第２乾燥炉における流動層の上層に移動させる第１移動手段と、
   前記第１乾燥炉における流動層の上層の前記被乾燥物を前記第２乾燥炉における流動層の下層に移動させる第２移動手段と、
   を備えたことを特徴とする乾燥システム。
2. 前記第１乾燥炉は、
   前記下層の被乾燥物が送出される下部出口と、
   前記下部出口の上方に設けられ、前記上層の被乾燥物が送出される上部出口と、
   を有し、
   前記第２乾燥炉は、
   前記下部出口から送出された被乾燥物が導入される上部入口と、
   前記上部入口の下方に設けられ、前記上部出口から送出された被乾燥物が導入される下部入口と、
   を有し、
   前記第１移動手段は、前記第１乾燥炉の下部出口と、前記第２乾燥炉の上部入口とを接続する第１接続管を含んで構成され、
   前記第２移動手段は、前記第１乾燥炉の上部出口と、前記第２乾燥炉の下部入口とを接続する第２接続管を含んで構成され、
   前記第１乾燥炉および前記第２乾燥炉は、該第１乾燥炉における流動層の上面が、該第２乾燥炉における流動層の上面、該第２乾燥炉の上部入口、および、該第２乾燥炉の下部入口より上方となるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の乾燥システム。
3. 前記第１乾燥炉および前記第２乾燥炉は、
   前記第１乾燥炉の下部出口が、前記第２乾燥炉の上部入口より上方に配され、
   前記第１乾燥炉の上部出口が、前記第２乾燥炉の下部入口より上方に配されるように構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の乾燥システム。

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