JP7221966B2 - 乾燥ホッパおよびそのようなものを含む粉砕乾燥プラント - Google Patents

Description

本発明は、一般に、様々なタイプの粒状材料を乾燥させるための乾燥ホッパに関する。このような乾燥ホッパは、多くの用途、特に、粉砕乾燥プラントで使用できる。

粒状材料は、様々な産業で使用されており、様々な材料、例えば、無機物、有機物または合成物質などから作ることができる。ほとんどの粒状材料には、著しい量の含有液状水分が含まれており、該材料のいくつかは吸湿性さえ示す。

したがって、粒状材料は、従来、加熱（乾燥）空気、またはより一般的には乾燥ガスを吹き込むことにより、乾燥ホッパ内で予熱および乾燥される。乾燥ガスは、通常、ホッパの下部／先細部にある二重底またはノズルを介して乾燥ホッパに入る。乾燥空気は、粒状装入物内を上向きに流れ、粒状材料を加熱して湿気を除去する。次いで、湿った空気は、ホッパの屋根の出口から排出される。

多くの工業プロセスでは、バルク材料の乾燥および／または予備乾燥は、プロセスのパフォーマンス、効率、および／または安全性に影響を与える可能性があるため重要である。

例えば、製鉄業界の例を見てみよう。特許文献１は、例えば、粉砕乾燥プラントの上流での、原料、特に原炭の予備乾燥を開示している。実際、処理される、即ち、粉砕され、乾燥される原料中の含水率の増加は、粉砕装置の能力に悪影響を与える。言い換えると、原料の含水率が増加するにつれて（所定の含水率しきい値を超えると）、粉砕装置の可能最大出力は減少する。

粉砕装置の上流の乾燥ホッパで原料を予備乾燥することにより、必要な容量、したがって設置される粉砕装置のサイズを縮小することができる。必要な乾燥能力、ひいては粉砕乾燥プラントでの乾燥ガスの流量も減らすことができるため、特に、プロセスガス管、乾燥固形物（例えば、複数のサイクロンフィルタまたはバッグフィルタ）から廃乾燥ガスを分離するための装置、および乾燥ガスのメインファンのサイズと容量を減らすことができる。

特許文献１のプラント構成では、ホッパケーシングの円筒部分または下部の円錐台部分の外周にあるいくつかのノズル（１つ以上のレベル）を通って高温予備乾燥ガスが乾燥ホッパに注入される。非常に一般的であるが、この種の配置では、乾燥ガスの特定のフローパターンに起因して、粒状材料を均一に乾燥できるとは限らないことが確認されている。即ち、原料の一部が予備乾燥されないか、ごくわずかしか予備乾燥されないことがある一方、材料の他の部分は完全に乾燥しているか、過熱していた。この不均一に予備乾燥された材料が均質化されずに、下流の粉砕装置に排出される場合、粉砕装置の動作条件が不安定になり、不均質な粉砕材料特性をもたらす可能性がある。

本発明の目的は、特に、粒状材料装入物のより均一な乾燥を可能にする、改良された設計の乾燥ホッパを提供することである。

本発明は、例えば、国際公開第２０１７／１０２８１０号に示されるように、乾燥ホッパの従来の配置およびそれから生じるガスフローパターンは、ガスと固体材料が基本的に向流方向に流れる／移動する貫流型予備乾燥装置の仮定と矛盾する。

実際、本発明者は、このような予備乾燥ホッパの外壁を通して注入された予備乾燥ガスが、原料内をクロスフロー方向により多く移動することを観察した。このことにより、原料の流れの一部（ホッパの水平断面で最も外側の環状部上にある流れ）のみと予備乾燥ガスとは、入口温度レベルで、常に「衝突」する一方、ホッパの中央領域でより多く下降する原料は、低温レベルで、おそらく流量が減少した予備乾燥ガスと常に接触することとなる。その結果、使用状況によっては、予備乾燥が均一にならない場合があり、原料の一部が予備乾燥されないか、ごくわずかしか予備乾燥されない場合がある一方、他の材料は完全に乾燥していたか、過熱していた可能性がある。上述の通り、このような不均一に予備乾燥された材料を使用すると、後続のプロセス／処理ステップで動作条件が変動したり、不安定になったり、さらには安全でなくなる可能性がある。

上記の問題に対処するために、本発明は、
粒状材料用のプレナムチャンバを画定し、上部と底部を有するホッパケーシングと、
前記上部に配置された前記粒状材料用の材料入口と、
前記底部にある材料出口ポートと、
高温乾燥ガスを前記ホッパケーシングに導入するための手段と、
前記上部に配置されたガス出口と、を備える粒状材料を乾燥するための乾燥ホッパを提案する。

本発明の重要な態様によれば、高温乾燥ガスを導入するための手段は、上部に実質的に垂直に延びるように配置された複数のガス管を含み、各ガス管は、その下端にガス出口ポートを有し、かつ、その上端で乾燥ガスの流れを受け入れるためのガス入口を有する環状ガスダクトに接続されており、ガス管は環状ガスダクトに配置されている。ガス管は、ケーシング高さ（Ｈ）の２５％～５０％の間のゾーンまで下向きに効果的に延びる。

従来技術との関連で説明したように、従来の乾燥ホッパでの乾燥ガスの周辺導入は、処理の均一性に関する問題を引き起こす。ガスはホッパの外周に留まる傾向があるため、低温では、減少した乾燥ガス流量しかホッパの中央部に到達しない。

対照的に、本発明の乾燥ホッパは、高温乾燥ガスを乾燥ホッパに導入するための改善された手段を含む。１組の垂直なガス管を使用することにより、複数の高温乾燥ガス流を所望の場所で粒状材料に導入して、粒状材料を通るより均一な流れを促進することができる。さらに、ガス管はケーシングの上部まで延びているため、粒状材料の一部はガス管および環状ガスダクト（ケーシング内に取り付けられている場合）と接触して既に予熱されている。

予備乾燥ガスは、主に原料内を垂直上方方向に流れると予想されるため、ホッパ内を垂直下方方向に移動する原料において、より均一な予備乾燥が行われる。原料の一部の完全な乾燥と過熱が回避される。ホッパ内に設置された高温乾燥ガス分配配管は、外側の断熱を必要としない。熱損失はホッパを出る廃予備乾燥ガスに伝達され、廃予備乾燥ガス出口の温度制御によってバランスがとられる。高温乾燥ガスは、ホッパケーシングにも、ケーシング底部に設けられているクリアリングアーム排出コンベヤにも接触せず、これらは、湿った原料や予備乾燥された原料によって、大幅に高い温度レベルから保護される。

このような乾燥ホッパの設計は、形状比（高さ／直径）が１．５以下のホッパにとって特に興味深い。複数の環状に／周方向に配置されたガス管により、粒状材料の中心にある複数の場所に、高温乾燥ガスの流れがもたらされる。

ガス管の数量およびそれらの内側断面積は、例えば、原料の特性を考慮した流体力学的計算またはシミュレーションに基づいて決定することができる。当技術分野で知られているように、原料内側の予備乾燥ガスの実際の配置は、主として、原料の特性、主に粒度分布によって調整される。

環状ガスダクトは、ケーシングの内側の上部に配置されることが好ましい。しかしながら、環状ガスダクトは、垂直なガス管がケーシングの屋根を通過するように、ケーシングの外側に配置することもできる。

環状ガスダクトには、一定数の垂直なガス管が設けられる。実施形態では、少なくとも４つのそのようなガス管が環状ガスダクトに接続され、好ましくは等間隔である。

ガス管は、前記ケーシングの内径の０．４５～０．７５倍の間、より好ましくは０．５０～０．６５倍の間の直径を有する仮想円（３８．１）上に配置してもよい。

実施形態では、ガス管は、両端が開いた直管である。他の実施形態では、ガス管は、下部が下向きに広がっている。特に、ガス管を扁平な円錐管として形成してもよく、それにより、狭い端部が環状ガスダクトに接続され、ガス管の出口ポートからガスブレードが供給される。

実施形態では、ガス管の下部には、管から出る高温乾燥ガスの出口速度を適合させるための絞り手段を装備してもよい。このような絞り手段は、ガス管の内側に配置することが好ましい。

材料分配部材、特に、分配コーンは、粒状材料を分散させるために材料入口の下部に効果的に配置される。環状ガスダクトおよび分配部材は、好ましくは、例えば、ほぼ同じ高さに同心円状に配置される。

実施形態において、乾燥ホッパは、
－前記材料入口は前記ホッパケーシングの屋根の中央に配置される、
－前記材料入口はノズルを含む、
－前記ケーシングは実質的に平坦な底壁を有し、その中に前記材料出口ポートが中央に配置されることが好ましい、
－ダイバータ要素は、ケーシングの底壁から間隔を置いて配置され、材料出口を覆うように配置される、
－底部に配置された収集手段は粒状材料を材料出口に向かって押しやる、
－前記ガス管は下部が下向きに広がる、
などの特徴のうちの１つ以上を含んでもよい。

本発明のこれらおよび他の実施形態は、添付の従属請求項に記載されている。

別の態様によれば、本発明は、粗粒材料から粉砕乾燥材料を製造するための粉砕乾燥プラントにも関し、粉砕乾燥プラントは、
－所定の温度で加熱された乾燥ガスを供給するための加熱した乾燥ガスの供給源と、
－粉砕乾燥材料を得るために粗粒材料を粉砕および乾燥するための粉砕装置と、
－粗粒材料を乾燥させるために粉砕装置の上流に設けられた、本発明の第１の態様による乾燥ホッパと、
－粗粒材料を乾燥ホッパから粉砕装置に運ぶための運搬手段と、
－加熱した乾燥ガスを粉砕装置と乾燥ホッパに供給するための導管と、
－乾燥ガスから粉砕された乾燥材料を収集および分離するための、粉砕装置の下流の分離器とを備える。

本発明のさらなる詳細および利点は、添付の図面を参照して、いくつかの非限定的な実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
本乾燥ホッパの実施形態の略図である。 図１の乾燥ホッパを特徴とする粉砕乾燥プラントの実施形態の図である。 ガス管を備えた環状ガスダクトの代替設計の略図である。 高温乾燥ガスの導入手段用のガス管のさらに別の実施形態の略図である。

図１は、本乾燥ホッパ１０の原理図である。それは、中心軸Ａに沿って延びるほぼ管状の外壁１４を有するケーシング１２を備え、外壁１４は、それぞれ底壁１６および上壁１８または屋根によって両端で閉じられている。外壁１４は、好ましくは円形であり、ケーシングの下部においてわずかに先細り（円錐台部分）である。しかしながら、これは限定的ではなく、外壁は長方形または正方形の断面形状を有してもよい。

ケーシング１２は、乾燥のために粒状材料を一時的に貯蔵するためのプレナムチャンバ１３を画定する。粒状材料用の材料入口２０は、ケーシングの上部、特に、屋根１８の中央に配置される。粒状材料は、入口２０に接続された供給管２２を介して供給される。供給管２２の端部とノズル入口とを直接接続するために、ノズル（図示せず）を材料２０内に効果的に取り付けている。使用中、供給管２２は、通常、乾燥ホッパ１０で乾燥される材料を含有する上流の貯蔵ビン（図示せず）に接続されてもよい。ロータリバルブ２４を供給管に配置して、乾燥ホッパ１０への粒状材料の流れを制御し、ホッパ上部内の大気圧とは異なる圧力、正圧または負圧が上流の貯蔵ビンの動作に影響を与えないようにしてもよい。

参照符号２６は、底部の材料出口を示す。この変形例では、底壁１６は平坦であり、材料出口は軸Ａに沿って底壁の中央に配置される。入口２０を通って到達する粒状材料は、ホッパ１０の中へ重力落下し、そこに蓄積する。

デフレクタ２８は、出口ポート２６を覆うように、底壁１６の上方の下部に、そこから離間して配置される。この変形例では、デフレクタ２８は、円錐形状を有し、出口ポート２６の外周より大きい外周を有する。これにより、材料の柱が、出口ポート２６の上部に垂直に形成されるのが回避される。逆に、粒状材料は、デフレクタ２８の周辺で、平らな底部１６上に載る。収集手段、ここでは水平スクレーパまたはクリアリングアーム３０が設けられており、材料を出口ポート２６に向かって押す。スクレーパは、通常、電気モータアセンブリによって引っ張られる旋回シャフトに取り付けられた水平翼として設計してもよい。

使用時には、用途／プロセスに応じて、乾燥した粒状材料を後続の処理ステーションまたは使用ステーションに送るために、通常、排出管３２が出口ポート２６に接続される。ロータリバルブ３４は、排出管３２を通って流出する流れを調整し、ホッパ下部内の大気圧とは異なる圧力、正圧または負圧が下流の装置、一般的には粉砕装置の動作に影響を与えないようにできる。

参照符号３６は、一般に、高温乾燥ガスをホッパケーシングに導入するための手段を示し、これは、環状ガスダクト３８と、ケーシング上部に実質的に垂直に延びるように配置された多数のガス管４０とを備える。各ガス管４０は、その下端にガス出口ポート４０．１を有し、その上端で環状ガスダクトに接続される。環状ガスダクト３８は、屋根１８を通過する主ガス供給ダクト４２から乾燥ガスの流れを受け入れるためのガス入口（図示せず）を有する。実施形態では、環状ガスダクト３８は、円形断面を有する円形ダクト（トーラス）である－しかし、これは限定的ではなく、他の形状を想定することができる。

ガス出口４４が上部、即ち、屋根１８に配置されている。ガス排出管４６は、ガス出口４４に接続され、廃乾燥ガスを大気に排出する前にろ過装置に運び出す。

分配部材４８は、材料入口２０の下に配置され、好ましくは、軸Ａの中央に位置合わせされる。分配部材４８は、その上に落下する材料を半径方向に分散させるように成形される。ここでは円錐形をとっているが、ドームやベル、またはその他の機能的に類似した形に成形することができる。

分配部材４８は、ほぼ同じ高さで、環状ガスダクト３８の内側に嵌合するように構成される。したがって、材料入口２０から到着する材料は、分配部材４８上に落下し、環状ガスダクト３８の下で、垂直なガス管４０の方に放射状に向けられる。

本明細書で使用されるように、上部および下部という用語は、中心線Ｂ（上部壁と下部壁の間の中間となる距離）の上下のホッパ領域をそれぞれ示す。

乾燥ガスの分配を改善するために、ガス管４０は、前記ケーシングの内径の０．４５～０．７５倍の間、より好ましくは０．５０～０．６５倍の間の直径を有する仮想円上に配置してもよい。図１のこの仮想円は、環状ガスダクト３８の３８．１で示される環状中心線に対応する。

好ましくは、ガス管は、ケーシング高さ（Ｈ）の２５％～５０％の間のゾーンまで下向きに延びており、このゾーン、即ち水平バンドは、図では４１で示されている。ここで、ガス管４０は、上部（即ち、少なくとも上部の一部）を通って延び、粒状材料の入口流と接触するが、ガス管４０の出口ポート４０．１は、しばしば下部（中間高さ線Ｂの下）に位置する場合があり、それらの出口４０．１は水平バンド４１内に位置することに注意すべきである。

次に図２を参照すると、それは、粉砕乾燥プラント１００という背景において本乾燥ホッパの適用に関する。特に、乾燥ホッパは、プラント１００で処理される、湿った粗粒バルク材料、例えば石炭またはスラグ用の予備乾燥ホッパとしてプラント１００で使用される。

粉砕乾燥プラント１００では、原料、例えば、粗粒スラグまたは石炭は、ミル１３０の上流の原料貯蔵ビン１１０に貯蔵される。１２０で示されている本乾燥ホッパ、例えば、図１に示されているホッパは、貯蔵ビン１１０とミル１３０との間に配置される。乾燥した粉砕材料、例えば、粉砕スラグまたは石炭に加工するために、予備乾燥された原料は、可変速度（可変容量）コンベヤ１１５、例えば、可変速ドラッグチェーンコンベヤおよび／またはロータリバルブによって、乾燥ホッパ１２０からミル１３０に供給されてもよい。

プラント１００の残りの部分は、どちらかと言えば従来型であり、既知の粉砕乾燥プラントに類似しており、例えば、国際公開第２０１７／１０２８１０号を参照すべきである。

乾燥エネルギは、可燃性ガスを燃焼して動く可変容量乾燥ガス発生器１２０によって供給される。利用可能な限り、可燃性ガスは、好ましくは、水素含有量が低い低発熱量のガス、例えば、高炉ガスである。水素含有量が低いと、生成される乾燥ガスの水蒸気含有量が制限され、乾燥効率が向上する。乾燥ガス発生器１２０はまた、一般に、燃焼空気ファンと、プラントを加熱するためおよびおそらく低発熱量燃焼ガスの燃焼をサポートするために必要である高発熱量燃焼ガス用、例えば、天然ガスまたはコークス炉ガス用の追加の低容量バーナとを含む。

従来、－化学量論的燃焼に近いものとして－煙道ガス中の高酸素濃度を回避し－低発熱量の燃焼ガスでも－高温煙道ガスの温度レベルは１０００℃以上、即ち、ミル内部で許容できるものよりも数倍高く、乾燥対象の湿った原料、特に石炭と接触する結果、乾燥ガス発生器１２０内で生成される高温煙道ガスは、約１００℃の大流量の再循環廃乾燥ガスと混合する必要がある。再循環された廃乾燥ガスは、導管１７０から出てくる。これにより、ミル１３０の直前で適切な乾燥ガス温度として、石炭の場合は約２００℃～４００℃未満の範囲で得ることができ、必要な実際の値は主に原料の含水率によって調整される。

一般的な粉砕乾燥プラント１００では、原料の粉砕、通常はすりつぶしおよび乾燥が、大部分は、ミル１３０内で並行して行われる。材料は、例えば、回転するローラ、ボウルなどと回転する粉砕テーブルまたは粉砕ボウルとの間ですりつぶされ、湿気は高温の乾燥ガスと接触して蒸発する。乾燥ガスは、粉砕された材料を、通常はミル１３０の上部に組み込まれた分級機に運ぶ。粗粒材料は乾燥ガスの流れから取り除かれ、粉砕テーブルまたは粉砕ボウルに戻され、細かい（粉砕された）材料は、水蒸気含有量が増加した状態の冷却された廃乾燥ガスによって、導管１３５を通って気体固体分離用の下流の装置１４０、通常のバッグフィルタを使用できるが、ここでは複数のサイクロンフィルタに、運ばれる。

装置１４０によって廃乾燥ガスから分離された粉砕された材料は、下流の貯蔵または運搬装置１５０、例えば、細かい材料／製品（微粉炭）の貯蔵ビン、運搬用ホッパ、粉体ポンプなどに、移送される。

廃乾燥ガスは、導管１７０を通って乾燥ガス発生器１２０へ再循環され、高温の煙道ガスと混合されて、適切なミル入口温度レベルを有する高温の乾燥ガスを生成することが分かる。次に、この高温乾燥ガスの大部分は、一般にミル１３０に供給され、残りは導管１７５を介して予備乾燥ホッパ１２０に供給され、その中に注入される。図１に関連して説明したように、予備乾燥ホッパ１２０に注入された高温の乾燥ガスは、原料ベッド内を流れ、原料を加熱し、原料水分の一部を蒸発させ、冷却されて一番上でホッパ１２０を出る。予備乾燥ホッパ１２０を出る廃乾燥ガスは、下流の排ガスバッグフィルタ１８０で浄化され、最後に排ガススタック１９０を通って大気中に放出され、排ガスから分離された微細固体材料は、微細材料／製品ビン１５０に移送される。含水率が低下した原料は、予備乾燥ホッパ１２０からミル１３０に移送され、乾燥した細かい材料に加工される。

予備乾燥ホッパ１２０により、ミル１３０の上流で原料含水率を減らすことが可能になり、結果として、（ミルによって固定された乾燥ガス流量範囲の制限内で）ミル１３０に供給される乾燥ガス流量の減少、（この乾燥ガス流量により条件付けられるように）固気分離装置１４０の容量およびサイズの減少、乾燥ガスメインファン１７１のスループットの減少、そして最後にミル１３０のサイズの減少がもたらされる。
所定の乾燥ガス流量を原料貯蔵ビン１２０および下流のバッグフィルタ１８０およびスタック１９０（排ガス管）を通して大気中に運ぶため、回路内の圧力レベルは、一般に、乾燥ガス発生器１２０の下流で、およびミル１３０と原料貯蔵ビン１２０との上流で、適切な過圧レベルを有するように（排ガス流の制御を介して）制御される。

従来技術に戻る。上記の通り、国際公開第２０１７／１０２８１０号は、粉砕乾燥プラントの上流での原料、特に原炭の予備乾燥を開示している。粉砕装置の上流にある乾燥ホッパで原料を予備乾燥することにより、必要な容量、ひいては設置される粉砕装置のサイズを縮小することができる。必要な乾燥能力、ひいては粉砕乾燥プラントでの乾燥ガス流量も削減できるため、特に、プロセスガス管の、乾燥固形物（例えば、複数のサイクロンフィルタまたはバグフィルタ）と廃乾燥ガスとを分離するための装置の、および乾燥ガスメインファンのサイズと容量を削減できる。

国際公開第２０１７／１０２８１０号の粉砕乾燥プラント（図２を参照）では、粉砕装置の上流に原料の予備乾燥が最初から組み込まれている。予備乾燥ガスおよび乾燥ガスは、同じ乾燥ガス発生装置で一緒に生成される。既存の粉砕乾燥プラントの容量が増加した場合、予備乾燥装置の追加に基づいて、既存のプラントの排ガスは、新しい乾燥排ガスファンによって新しい予備乾燥ガス発生器に供給され、その予備乾燥ガス発生器で生成された高温煙道ガスを追加することによって予備乾燥ガス入口温度まで加熱され、次いで、適切な予備乾燥装置に送られる。

予備乾燥は、貫流型乾燥機として動作する予備乾燥ホッパ内で実行することが提案されている、即ち、高温予備乾燥ガスは基本的にホッパに含有されているバルク材料内を垂直上方方向に流れるが、一方、このバルク材料は垂直下方方向にゆっくりと下降する。ガスがバルク材料内を移動すると、熱がガスから固体材料に伝達され、固体材料と液体水分が加熱され、表面の水分は部分的に蒸発してガスに取り込まれる。含水率が増加した状態にある冷却された予備乾燥ガスは、上部にあるホッパを出て、予備乾燥され、（限られた範囲で）加熱された固体材料がホッパの底から排出され、下流の粉砕装置に送られる。

予備乾燥条件は、原料の粒度分布に大きく依存する。この原料が細かいほど、材料の単位体積あたりの熱および蒸気の交換表面積は大きくなる。一方、ホッパから出る冷却された予備乾燥ガスの温度は、大気中に放出される前に予備乾燥ガスを洗浄するための下流のバッグフィルタ（または同等の固気分離）部に液体水が入らないように、十分に高いレベルに維持する必要がある。即ち、予備乾燥ホッパの下流で予備乾燥排ガスの再加熱が考慮されない限り、原料の粒度分布に応じて、したがって最終的には、ホッパ内に含有され予備乾燥ガスと交差する原料の充填高さに応じて、ホッパ内での熱および蒸気の交換表面積を制御および制限する必要がある。

原料に伝達される予備乾燥エネルギ量と、処理対象材料および装置からの温度制限によって調整される予備乾燥ガス入口温度に関する制限とにより、ホッパ内のガス速度の許容される値の範囲およびそれらに起因する圧力損失に基づいて、予備乾燥ガス流量の値の可能な範囲、したがって予備乾燥ホッパの内部断面積と内径の値の範囲が得られる。

次に、予備乾燥ホッパの内部断面積により、ホッパの充填レベルも調整され、前の段落で説明したように制御される。予備乾燥プロセス、即ち、熱伝達と物質（水蒸気）移動に関与している原料充填の高さについて必要な制御と制限により、ミルの上流にある通常の原料含有機器は、上部の原料貯蔵ビンまたは貯蔵ホッパと、下部の下流原料予備乾燥ホッパとに分割されたが、実際の予備乾燥は内部で行われ、また熱伝達および物質移動の表面積、即ち、充填高さは、熱伝達と物質移動の条件とそれに起因する温度レベルに応じて簡単に測定および制御できる。

原料貯蔵ビンまたは貯蔵ホッパと原料予備乾燥ホッパの両方の必要な高さを制限するために、これらのそれぞれに底部クリアリングアーム排出装置を装備すること、したがって、高価な鋼構造物追加の原因となる高さを必要とする下部円錐部の拡張を回避する一方で、限られた追加の貯蔵空間のみを提供することが提案された。

国際公開第２０１７／１０２８１０号の予備乾燥ホッパでは、ホッパケーシングの円筒状部分または下部の円錐台部分の外周にあるいくつかのノズル（１つ以上のレベル）を通って、高温予備乾燥ガスが予備乾燥ホッパに注入される。しかしながら、この配置およびそれから生じるガスフローパターンは、上述の通り、ガスと固体材料が基本的に向流方向に流れる／移動する貫流型予備乾燥装置の仮定と矛盾する。実際、予備乾燥ホッパの外壁を通して注入された予備乾燥ガスは、原料内をクロスフロー方向により多く移動する。このことにより、原料の流れの一部（ホッパの水平断面で最も外側の環状部上にある流れ）のみと予備乾燥ガスとは、入口温度レベルで、常に「衝突」する一方、ホッパの中央領域でより多く下降する原料は、低温レベルで、おそらく流量が減少した予備乾燥ガスと常に接触することとなる。結果として、予備乾燥が均一にならず、原料の一部が予備乾燥されないか、ごくわずかしか予備乾燥されないが、他の材料は完全に乾燥したり、過熱したりする可能性がある。この不均一に予備乾燥された材料が均質化されずに、下流の粉砕装置に排出される場合、粉砕装置の動作条件が不安定になり、不均質な粉砕材料特性をもたらす可能性がある。さらに、少なくとも予備乾燥ホッパシェルの高温の予備乾燥ガス噴射ノズル領域は、予備乾燥ガスの入口温度レベルに対処する必要がある。

［発明の効果］
例えば、図１を参照して説明した本乾燥ホッパは、ガスおよび熱のより均一な分布を目的として改良された予備乾燥ガス入口と分配パターンに基づいており、結果としてより均一な予備乾燥が得られる。予備乾燥される原料は、ホッパ屋根の中央原料入口２０を通ってホッパ１０の内部に供給され、分配コーン４８によって、高温乾燥ガス管４０に隣接する環状シリンダ領域の中へ分散される。高温乾燥ガスは下部配管出口４０．１を出て、バルク材料内へ入り、広がり、バルク材料を通って上向きに流れ、上部にあるバルク材料充填容積を出て、最終的に屋根１８にある廃予備乾燥ガス出口４４を通ってホッパから流出する。予備乾燥された材料は、下部のクリアリングアームコンベヤ３０によって収集され、中央の原料排出口２６から排出される。

原料入口の流量は、通常、下流の粉砕乾燥プラントの微粉炭出力設定点の値に応じて、予備乾燥ホッパ原料入口ノズルの上方のロータリバルブ２４の速度変化によって制御できる。

予備乾燥ガス発生器の容量は、達成すべき予備乾燥速度と原料入口流量によって調整された、予備乾燥ガスの熱流量の設定点の値に従って制御される。ホッパ内の原料充填レベルは、廃予備乾燥ガス出口温度の設定点の値に応じて、ホッパの最下部にある底部クリアリングアーム排出装置の速度変化によって制御される（廃予備乾燥ガス出口温度は、バルク材料内での熱伝達および物質移動の表面積によって、したがって充填レベルによって調整される）。

予備乾燥ガスは、主に原料内を垂直上方方向に流れると予想されるため、ホッパ内を垂直下方方向に移動する原料において、より均一な予備乾燥が行われる。原料の一部の完全な乾燥と過熱が回避される。ホッパ内に設置された高温乾燥ガス分配配管は、外側の断熱材を必要としない。熱損失はホッパを出る廃予備乾燥ガスに伝達され、廃予備乾燥ガス出口温度制御によってバランスが保たれる。高温乾燥ガスは、ホッパケーシングにもクリアリングアーム排出コンベヤにも接触せず、これらは、湿った原料や予備乾燥された原料によって、大幅に高い温度レベルから保護される。

垂直な高温乾燥ガス管４０の数量および管出口での乾燥ガス速度を調整するこれらガス管の内部断面積は、例えば、流体力学的計算またはシミュレーションに基づいて決定することができる。

図１の実施形態では、ガス管４０は、２つの開口端を有する円形断面の単純な直管であり、下端４０．１は出口ポートを形成し、上端４０．２は環状ガスダクト３８に接続され、高温乾燥ガス用の入口を形成する。

図３は、高温乾燥ガス３０を導入するための手段の略図を示す。環状ガスダクト３０´は、図１のものと同様である。ここで、ガス管４０´は、一般に、扁平な円錐管として形成される。観察できるように、管４０´は、上端４０．２´での円形または正方形の入口断面からその下端４０．１´でのスロット状の出口断面への移行部分であり、管４０´は下方向に広がっている。このような形状の利点は、予備乾燥ガスの流れが、円形断面のダウンパイプから予想できるように、より大きな環状ディスク形状のガス分配領域に広がることである。

状況によっては、即ち、粒度分布が不明であるか、乾燥ホッパの稼働寿命中に変化しないと予測できない場合は、管から出る高温乾燥ガスの出口速度を調整するための手段を垂直な各ガス管に含めることが有効である。このような手段の１つの可能な設計が図４に示されている。環状ガスダクト３８´と、このガスダクト３８´およびその下部出力端４０．１´´に接続されている上端４０．２´´を備えた垂直な直管４０´´とを認識するであろう。その下部において、管４０´´は、上向き（即ち、上流）に向けられた円錐面５２を備えた内部環状隆起部５０を含む。円錐側面５６を有する絞り部材５４は、隆起面５２と連携して、乾燥ガス用の環状通路５８を画定する。絞り部材５４は、隆起部に対して管４０´´内で軸方向に移動可能であり、それにより、環状通路５８の幅を変化させ、それにより、出口速度を、その結果として管出口ポート４０．１´´で排出される高温乾燥ガスの分配半径を調整できる。絞り部材５４の軸方向／長手方向の変位は、たとえば、図４に点線で示されている、管４０´´および環状ダクト３８´´を通り、上部ホッパ部分を通り、屋根１８を介して延びるロッド６０によって操作される。ロッド５０は、ホッパの外側に配置されたアクチュエータ５２と関連付けてもよい。

ホッパに充填され、下向きに下降する原料は、特に、垂直な高温ガス管４０の上に大きな負荷を引き起こす可能性があることに注意すべきである。したがって、管４０は、半径方向に配置された補強リブによって補強されてもよく、および／または、ブレース、例えば、適切な形状の張力ロッドおよび圧力ロッドを使用して安定化してもよい。

国際公開第２０１７／１０２８１０号

Claims (16)

1. 粒状材料を乾燥させるための乾燥ホッパであって、
   粒状材料用のプレナムチャンバ（１３）を画定し、上部および底部を有するホッパケーシング（１２）と、
   前記上部に配置された前記粒状材料のための材料入口（２０）と、
   前記底部の材料出口ポート（２６）と、
   前記ホッパケーシングに高温乾燥ガスを導入する手段（３６）と、
   前記上部に配置されたガス出口と、を備え、
   高温乾燥ガスを導入するための前記手段（３６）は、前記上部において実質的に垂直に延びるとともに、前記ケーシング高さ（Ｈ）の２５％～５０％の間のゾーンまで下向きに延びるように配置された複数のガス管（４０）を含み、各ガス管は、その下端にガス出口ポート（４０．１）を有し、かつ、その上端（４０．２）で乾燥ガスの流れを受け入れるためのガス入口を有する環状ガスダクト（３８）に接続され、前記ガス管は前記環状ガスダクトで分配されることを特徴とする、乾燥ホッパ。
2. 前記ガス管（４０）は、前記ケーシングの内径の０．４５～０．７５倍の間、より好ましくは０．５０～０．６５倍の間の直径を有する仮想円（３８．１）上に配置される、請求項１に記載の乾燥ホッパ。
3. 前記環状ガスダクト（３８）は前記上部内の前記ケーシング内部に配置される、請求項１または２に記載の乾燥ホッパ。
4. 少なくとも４本のガス管は前記環状ガスダクトに接続され、好ましくは等間隔である、請求項１から３のいずれか一項に記載の乾燥ホッパ。
5. 前記材料入口（２０）は前記ホッパケーシングの屋根の中央に配置されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の乾燥ホッパ。
6. 前記材料入口（２０）はノズルを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の乾燥ホッパ。
7. 粒状材料を分散させるために、材料分配部材（４８）、特に、分配コーンが、前記材料入口の下に配置される、請求項１から６のいずれか一項に記載の乾燥ホッパ。
8. 前記環状ガスダクト（３８）および前記分配部材（４８）は、同心円状に、好ましくはほぼ同じ高さに配置される、請求項７に記載の乾燥ホッパ。
9. 前記ケーシング（１２）は実質的に平坦な底壁（１６）を有し、その中に前記材料出口ポート（２６）が好ましくは中央に配置される、請求項１から８のいずれか一項に記載の乾燥ホッパ。
10. ダイバータ要素（２８）はケーシング底壁（１６）から間隔を置いて配置され、前記材料出口ポート（２６）を覆うように配置される、請求項１から９のいずれか一項に記載の乾燥ホッパ。
11. 粒状材料を前記材料出口ポート（２６）に向けて押し出すために前記底部に配置された収集手段（３０）を備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載の乾燥ホッパ。
12. 前記ガス管（４０ ´）は下向きに広がる下部を備える、請求項１から１１のいずれか一項に記載の乾燥ホッパ。
13. 前記ガス管（４０´）は扁平な円錐管として形成され、それにより狭い端部が前記環状ガスダクトに接続され、前記ガス管がその出口ポートでガスブレードを送出する、請求項１２に記載の乾燥ホッパ。
14. 前記ガス管（４０´´）の下部は前記管を出る前記高温乾燥ガスの出口速度を適合させるための絞り手段（５４）を備える、請求項１から１３のいずれか一項に記載の乾燥ホッパ。
15. 石炭またはスラグ用の粉砕乾燥プラントにおける、請求項１から１４のいずれか一項に記載の乾燥ホッパの使用。
16. 粗粒材料から粉砕乾燥材料を製造するための粉砕乾燥プラントであって、
    所定の温度で加熱された乾燥ガスを供給するための加熱した乾燥ガスの供給源（１２０）と、
    粉砕された乾燥材料を得るために前記粗粒材料を粉砕および乾燥するための粉砕装置（１３０）と、
    前記粗粒材料を乾燥させるために前記粉砕装置の上流に設けられた、請求項１から１４のいずれか一項に記載の乾燥ホッパ（１２０）と、
    前記粗粒材料を前記乾燥ホッパから前記粉砕装置に運ぶための運搬手段（１１５）と、
    加熱された乾燥ガスを前記粉砕装置および前記乾燥ホッパに供給するための導管（１７５）と、
    前記乾燥ガスから前記粉砕された乾燥材料を収集して分離するための前記粉砕装置の下流の分離装置（１４０）と、を備える粉砕乾燥プラント。

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