JP6972570B2 - 乾燥装置及びボイラシステム - Google Patents

Description

本発明は、乾燥装置及びボイラシステムに関する。

下記特許文献１〜３には、水蒸気等の流動化ガスを用いることにより低品位炭等の対象物（含水物）を流動化させつつ乾燥させる乾燥装置が開示されている。

特開２０１４−１８１８３９号公報 特開２０１４−１１２０２０号公報 特開２０１２−２４１９９５号公報

ところで、上記乾燥装置の筐体は鋼製であり、外面には放熱を低減するために保温材が設けられている。このような乾燥装置を起動させる場合、内部を十分に暖機させてから乾燥媒体を内部に投入するが、放熱が起こりやすい乾燥装置内壁部では乾燥媒体の状態によって水蒸気等の流動化ガスや乾燥媒体から放出された水蒸気が凝縮されやすい。このような凝縮によって発生する凝縮液は、乾燥媒体の流動化を阻害する要因となり、乾燥装置の安定運転を妨害する。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、凝縮を抑制あるいは防止することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明では、乾燥装置に係る第１の解決手段として、筐体内に取り込んだ対象物を流動化ガスで流動化させつつ乾燥させる乾燥装置であって、前記流動化ガスを加熱する加熱手段を備える、という手段を採用する。

本発明では、乾燥装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記加熱手段は前記筐体の側面を加熱することによって前記流動化ガスを加熱する、という手段を採用する。

本発明では、乾燥装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記加熱手段は、前記筐体に設けられた伝熱管を備える、という手段を採用する。

本発明では、乾燥装置に係る第４の解決手段として、上記第３の解決手段において、前記伝熱管は、前記筐体の上下方向に延在する、という手段を採用する。

本発明では、乾燥装置に係る第５の解決手段として、上記第３または第４の解決手段において、前記伝熱管は入口ヘッダ管と出口ヘッダ管との間に複数設けられる、という手段を採用する。

本発明では、ボイラシステムに係る解決手段として、上記第１〜第５のいずれかの解決手段に係る乾燥装置を備え、前記加熱手段は、ボイラ本体から水蒸気を熱媒として取り込んで前記流動化ガスを加熱する、という手段を採用する。

本発明によれば、筐体を加熱する加熱手段を備えるので、凝縮を抑制あるいは防止することが可能である。

本発明の一実施形態に係るボイラシステムの要部つまり乾燥装置の外観を示す斜視図である。 図１におけるＸ−Ｘ線矢視図である。 図１におけるＹ−Ｙ線矢視図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る乾燥装置Ａは、燃料を燃やして水蒸気を成果物として発生させるボイラシステムに設けられるものであり、低品位炭Ｃ（乾燥対象物）を乾燥処理してボイラ本体に燃料として供給する。上記低品位炭Ｃは、例えば石炭の中では比較的水分が多い褐炭であり、前工程に設けられた粉砕機により所定の粒径範囲に破砕された粒子状の含水物である。

このような乾燥装置Ａは、図１に示すように、直方体形状（箱形）の外形を備えた流動層型の乾燥炉であり、筐体１、炭投入部２、ガス取入部３、一対の第１熱媒ヘッダ管４Ａ，４Ｂ、４対の第２熱媒ヘッダ管５Ａ〜５Ｄ，５Ｅ〜５Ｈ、炭排出部６及びガス排気部７を備えている。

また、この乾燥装置Ａは、図３に示すように、ガス取入部３に連通する複数のガス噴射部８を備えている。さらに、この乾燥装置Ａは、図２や図３に示すように、一対の第１熱媒ヘッダ管４Ａ，４Ｂに連通する複数の第１伝熱管９、また４対の第２熱媒ヘッダ管５Ａ〜５Ｄ，５Ｅ〜５Ｈに各々連通する複数の第２伝熱管１０Ａ〜１０Ｄを備えている。

筐体１は、金属製の直方体形状（箱形）であり、乾燥能力に応じた内部容積を備えている。すなわち、この筐体１は、４つの側面（４側面）と１つの底面と１つの上面とを備えた箱形の中空体であり、内部に低品位炭Ｃを収容する。このような筐体１の内部空間は、低品位炭Ｃが乾燥処理される乾燥室である。また、詳細については後述するが、この筐体１は、４側面に複数の第２伝熱管１０Ａ〜１０Ｄが所定間隔で設けられている。

炭投入部２は、外部から供給された低品位炭Ｃを受け入れるための受入開口部であり、筐体１の一側面のうち比較的高い位置に設けられている。この炭投入部２は、図１に示すように投入口が上向きに設定されており、上方から供給される低品位炭Ｃを乾燥室に案内する。低品位炭Ｃは、このような炭投入部２から取り込まれて、乾燥室に収容される。

ガス取入部３は、筐体１の一側面の底面近傍に設けられている。このガス取入部３は、筐体１の４側面のうち、図１に示すように例えば炭投入部２と同一面に設けられている。このようなガス取入部３は、乾燥室の低品位炭Ｃを流動化させるための流動化ガスＧを乾燥室内に取り込むための開口部である。この流動化ガスＧは、例えば水蒸気であり、ボイラ本体から供給される。

一対の第１熱媒ヘッダ管４Ａ，４Ｂは、図示するように上記炭投入部２の設置面に直交する側面の中程に、上下方向に所定距離を隔てて水平対向するように設けられている。すなわち、一対の第１熱媒ヘッダ管４Ａ，４Ｂは、一側面において所定距離を隔てて平行対峙した状態で水平方向に延在する直管である。

このような一対の第１熱媒ヘッダ管４Ａ，４Ｂのうち、上側の第１熱媒ヘッダ管４Ａは、外部から供給された第１熱媒Ｎを複数の第１伝熱管９に分配する入口ヘッダ管であり、下側の第１熱媒ヘッダ管４Ｂは、熱交換後の第１熱媒（使用済第１熱媒Ｎａ）を複数の第１伝熱管９から回収して外部に排出する出口ヘッダ管である。なお、上記第１熱媒Ｎは、例えばボイラ本体から熱媒として取り込んだ水蒸気である。

４対の第２熱媒ヘッダ管５Ａ〜５Ｄ，５Ｅ〜５Ｈは、上下方向に所定距離を隔てて水平対向するように筐体１の４側面にそれぞれ設けられている。すなわち、一対の第２熱媒ヘッダ管５Ａ，５Ｅは、炭投入部２の設置面において上下方向に所定距離を隔てて平行対峙した状態、つまり炭投入部２を挟むように水平方向に延在する直管である。一対の第２熱媒ヘッダ管５Ｂ，５Ｆは、一対の第１熱媒ヘッダ管４Ａ，４Ｂの設置面において、上下方向に所定距離を隔てて平行対峙した状態、つまり一対の第１熱媒ヘッダ管４Ａ，４Ｂを挟むように水平方向に延在する直管である。

一対の第２熱媒ヘッダ管５Ｃ，５Ｇは、炭投入部２の設置面に平行対峙する側面（設置面）において上下方向に所定距離を隔てて平行対峙した状態、つまり炭排出部６を挟むように水平方向に延在する直管である。また、一対の第２熱媒ヘッダ管５Ｄ，５Ｈは、一対の第１熱媒ヘッダ管４Ａ，４Ｂの設置面に平行対峙する側面（設置面）において上下方向に所定距離を隔てて平行対峙した状態で水平方向に延在する直管である。

このような４対の第２熱媒ヘッダ管５Ａ〜５Ｄ，５Ｅ〜５Ｈのうち、上側に位置する第２熱媒ヘッダ管５Ａ〜５Ｄは、外部から供給された第２熱媒Ｍを複数の第２伝熱管１０Ａ〜１０Ｄに分配する入口ヘッダ管であり、下側に位置する第２熱媒ヘッダ管５Ｅ〜５Ｈは、熱交換後の第２熱媒Ｍ（使用済第２熱媒Ｍａ）を複数の第２伝熱管１０Ａ〜１０Ｄから回収して外部に排出する出口ヘッダ管である。

なお、これら４対の第２熱媒ヘッダ管５Ａ〜５Ｄ，５Ｅ〜５Ｈのうち、上側の第２熱媒ヘッダ管５Ａ〜５Ｄは、図示するように略同一高さに設けられ、また下側の第２熱媒ヘッダ管５Ｅ〜５Ｈは、図示するように略同一高さに設けられている。なお、上記第２熱媒Ｎは、例えばボイラ本体から熱媒として取り込んだ水蒸気である。

炭排出部６は、炭投入部２の設置面に平行対峙する側面（設置面）つまり炭投入部２から離間した状態で設けられている。この炭排出部６は、乾燥処理済みの低品位炭、つまり乾燥低品位炭Ｃａを外部に排出するための排出口である。このような炭排出部６は、図１に示すように排出口が下向きに形成されており、乾燥低品位炭Ｃａを下方に落下させる。

ガス排気部７は、筐体１の上面に設けられた開口部である。このガス排気部７は、ガス噴射部８から乾燥室に噴射されて低品位炭Ｃの流動化に寄与した流動化ガス、つまり使用済流動化ガスＧａを外部に排気する。

ガス噴射部８は、筐体１の底面に所定間隔を隔てて２次元状に配置された噴射ノズルである。このガス噴射部８は、上側に位置する低品位炭Ｃに向けて流動化ガスＧを噴射することによって乾燥室の低品位炭Ｃを流動化させる。すなわち、乾燥室には、複数のガス噴射部８から噴射される流動化ガスＧによって、低品位炭Ｃの流動層Ｒが形成される。

複数の第１伝熱管９は、一対の第１熱媒ヘッダ管４Ａ，４Ｂに連通する金属管であり、一方の第１熱媒ヘッダ管４Ａから供給された第１熱媒Ｎが他方の第１熱媒ヘッダ管４Ｂに向かって流通する。これら複数の第１伝熱管９は、上記流動層Ｒ内に存在し、低品位炭Ｃとの熱交換によって当該低品位炭Ｃを加熱する。

複数の第２伝熱管１０Ａ〜１０Ｄは、４対の第２熱媒ヘッダ管５Ａ〜５Ｄ，５Ｅ〜５Ｈに各々連通する金属管であり、一方の第２熱媒ヘッダ管５Ａ〜５Ｄから供給された第２熱媒Ｍが他方の第２熱媒ヘッダ管５Ｅ〜５Ｈに向かって流通する。複数の第２伝熱管１０Ａ〜１０Ｄは、図２や図３に示すように、筐体１の４側面にそれぞれ設けられている。

このような複数の第２伝熱管１０Ａ〜１０Ｄのうち、第２伝熱管１０Ａは、筐体１の４側面のうち、炭投入部２の設置面に設けられた第２熱媒ヘッダ管５Ａ（入口ヘッダ管）と第２熱媒ヘッダ管５Ｅ（出口ヘッダ管）との間に複数設けられている。また、第２伝熱管１０Ｂは、一対の第１熱媒ヘッダ管４Ａ，４Ｂの設置面に設けられた第２熱媒ヘッダ管５Ｂ（入口ヘッダ管）と第２熱媒ヘッダ管５Ｆ（出口ヘッダ管）との間に複数設けられている。

また、第２伝熱管１０Ｃは、炭排出部６の設置面に設けられた第２熱媒ヘッダ管５Ｃ（入口ヘッダ管）と第２熱媒ヘッダ管５Ｇ（出口ヘッダ管）との間に複数設けられている。さらに、第２伝熱管１０Ｄは、一対の第１熱媒ヘッダ管４Ａ，４Ｂの設置面に平行対峙する側面に設けられた第２熱媒ヘッダ管５Ｄ（入口ヘッダ管）と第２熱媒ヘッダ管５Ｈ（出口ヘッダ管）との間に複数設けられている。

これら複数の第２伝熱管１０Ａ〜１０Ｄは、上側の第２熱媒ヘッダ管５Ａ〜５Ｄと下側の第２熱媒ヘッダ管５Ｅ〜５Ｈとの間において筐体１の上下方向に延在する。また、このような複数の第２伝熱管１０Ａ〜１０Ｄが設けられた筐体１の４側面は、筐体１内に噴き込まれた流動化ガスＧが凝縮し易い箇所として選定されたものである。

このように筐体１の４側面に設けられた複数の第２伝熱管１０Ａ〜１０Ｄ、当該第２伝熱管１０Ａ〜１０Ｄに連通し、複数の第２伝熱管１０Ａ〜１０Ｄに第２熱媒Ｍを供給する第２熱媒ヘッダ管５Ａ〜５Ｄ（入口ヘッダ管）及び複数の第２伝熱管１０Ａ〜１０Ｄから第２熱媒Ｍを回収する第２熱媒ヘッダ管５Ｅ〜５Ｈ（出口ヘッダ管）は、本発明における加熱手段を構成している。すなわち、本実施形態における第２熱媒ヘッダ管５Ａ〜５Ｈ及び第２伝熱管１０Ａ〜１０Ｄは、ボイラ本体から水蒸気を熱媒として取り込んで流動化ガスＧを加熱する。

次に、このように構成された乾燥装置Ａの動作について詳しく説明する。
本実施形態に係る乾燥装置Ａは、外部から連続的に供給される低品位炭Ｃを炭投入部２で順次受け入れて乾燥処理を施し、当該乾燥処理によって得られた乾燥低品位炭Ｃａを炭排出部６から外部に順次排出する。

すなわち、炭投入部２から順次取り込まれた低品位炭Ｃは、筐体１の乾燥室においてガス噴射部８から流動化ガスＧが順次噴射されるによって連続的に流動化し、流動層Ｒを形成する。そして、この低品位炭Ｃは、流動層Ｒ内に複数存在する第１伝熱管９との熱交換によって加熱される。この結果、低品位炭Ｃが内包する水分は、水蒸気化して低品位炭Ｃから分離して乾燥室を上昇し、最終的にガス排気部７から筐体１の外部に排気される。

そして、乾燥室の低品位炭Ｃは、このような流動化ガスＧによる流動化と第１伝熱管８による加熱とを受けることによって徐々に乾燥される。また、この低品位炭Ｃは、炭投入部２の近傍から炭排出部６に向かって徐々に移動し、最終的に乾燥低品位炭Ｃａとして炭排出部６から外部に排出される。

ここで、このような乾燥装置Ａでは、複数のガス噴射部８から流動層Ｒ内に流動化ガスＧが噴射されるが、筐体１の４側面（所定箇所）近傍に噴射された流動化ガスＧは、４側面（所定箇所）が外気によって冷却されるために凝縮し易い。このような事情に対して、乾燥装置Ａでは、筐体１の４側面（所定箇所）に複数の第２伝熱管１０Ａ〜１０Ｄが設けられており、４側面（所定箇所）が第２伝熱管１０Ａ〜１０Ｄ内を流れる第２熱媒Ｍによって十分に加熱されるので、上述した流動化ガスＧの凝縮を抑制あるいは防止することが可能である。

したがって、本実施形態に係る乾燥装置Ａによれば、流動化ガスＧの凝縮を抑制あるいは防止することが可能なので、流動化ガスＧの凝縮液に起因して流動層Ｒにおける低品位炭Ｃの流動不良を抑制あるいは解消することが可能である。そして、この結果として本実施形態に係る乾燥装置Ａによれば、乾燥装置Ａの安定運転を実現することが可能である。

また、この乾燥装置Ａでは、一対の第２熱媒ヘッダ管５Ａ〜５Ｄ，５Ｅ〜５Ｈを上下方向に対向させることにより、複数の第２伝熱管１０Ａ〜１０Ｄを筐体１の上下方向に延在させるので、上側の第２熱媒ヘッダ管５Ａ〜５Ｄ（入口ヘッダ管）から供給された第２熱媒Ｍが第２伝熱管１０Ａ〜１０Ｄ内で凝縮するような事態が発生しても、この凝縮水を重力の作用によって容易に下側の第２熱媒ヘッダ管５Ｅ〜５Ｈ（出口ヘッダ管）に回収することが可能である。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、第２熱媒ヘッダ管５Ａ〜５Ｄ，５Ｅ〜５Ｈ及び第２伝熱管１０Ａ〜１０Ｄによって加熱手段を構成したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、上記実施形態では、第２熱媒Ｍによって筐体１の４側面を加熱したが、加熱手段として他の加熱手法を採用してもよい。例えば、第２熱媒ヘッダ管５Ａ〜５Ｄ，５Ｅ〜５Ｈ及び第２伝熱管１０Ａ〜１０Ｄに代えて、電気ヒータを採用してもよい。

また、上記実施形態では、筐体１の内側に第２伝熱管１０Ａ〜１０Ｄを設けたが、本発明はこれに限定されない。筐体１及び複数の第２伝熱管１０Ａ〜１０Ｄに代えて、例えば平行配置された複数の伝熱管の周面同士を相互接続することにより、加熱手段の機能を備えた筐体（壁面）を構成しても良い。また、この場合に、互いに隣り合う伝熱管の周面同士を直接接続するのではなく、伝熱管の間に当該伝熱管を接続するための部材（接続部材）を挿入しても良い。

（２）上記実施形態では、筐体１の４側面を所定箇所として複数の第２伝熱管１０Ａ〜１０Ｄを設けたが、本発明はこれに限定されない。筐体１の４側面の一部、例えば４側面の下部のみに複数の第２伝熱管１０Ａ〜１０Ｄを設けてもよい。すなわち、筐体１の４側面のうち、流動層Ｒに流動化ガスＧを噴射するガス噴射部８の近傍領域のみを選択的に加熱してもよい。

（３）上記実施形態では、第２熱媒Ｍを第２伝熱管１０Ａ〜１０Ｄ内に流通させることによって４側面（所定箇所）を加熱するが、この流通は、乾燥装置Ａの運転期間中、常に行ってもよいが、乾燥装置Ａの運転状態や周囲温度等に応じて必要な期間だけ行ってもよい。この期間として、例えば乾燥装置Ａの運転開始から所定時間が考えられる。

（４）上記実施形態では、図１〜図３に示すように、４対の第２熱媒ヘッダ管５Ａ〜５Ｄ，５Ｅ〜５Ｈを筐体１の４側面の外側に配置し、これに対して複数の第２伝熱管１０Ａ〜１０Ｄを筐体１の４側面の内側に配置した。このような構成によれば、複数の第２伝熱管１０Ａ〜１０Ｄを筐体１の４側面の内側に配置されているので、流動化ガスＧの凝縮を効率よく抑制することが可能である。

しかしながら、必要に応じて複数の第２伝熱管１０Ａ〜１０Ｄを筐体１の４側面の外側に配置してもよい。また、４対の第２熱媒ヘッダ管５Ａ〜５Ｄ，５Ｅ〜５Ｈについても、必要に応じて筐体１の４側面の内側に配置してもよい。

Ｃ 低品位炭（乾燥対象物）
Ｃａ 乾燥低品位炭
Ｇ 流動化ガス
Ｇａ 使用済流動化ガス
Ｎ 第１熱媒
Ｍ 第２熱媒
Ｒ 流動層
１ 筐体
２ 炭投入部
３ ガス取入部
４Ａ，４Ｂ 第１熱媒ヘッダ管
５Ａ〜５Ｄ 第２熱媒ヘッダ管（入口ヘッダ管）
５Ｅ〜５Ｈ 第２熱媒ヘッダ管（出口ヘッダ管）
６ 炭排出部
７ ガス排気部
８ ガス噴射部
９ 第１伝熱管
１０Ａ〜１０Ｄ 第２伝熱管

Claims (5)

1. 筐体内に取り込んだ対象物を流動化ガスで流動化させつつ乾燥させる乾燥装置であって、
   前記流動化ガスを加熱する加熱手段を備え、
   前記加熱手段は、前記筐体の側面に上下方向に所定距離を隔てて設けられた複数の熱媒管を備え、前記側面を加熱することによって前記流動化ガスを加熱することを特徴とする乾燥装置。
2. 前記加熱手段は、前記筐体に設けられた伝熱管を備えることを特徴とする請求項１に記載の乾燥装置。
3. 前記伝熱管は、前記筐体の上下方向に延在することを特徴とする請求項２に記載の乾燥装置。
4. 前記伝熱管は、入口ヘッダ管と出口ヘッダ管との間に複数設けられることを特徴とする請求項２または３に記載の乾燥装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の乾燥装置を備え、
   前記加熱手段は、ボイラ本体から水蒸気を熱媒として取り込んで前記流動化ガスを加熱することを特徴とするボイラシステム。

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