JP2002224556A - 流動床 - Google Patents
流動床Info
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- Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
Abstract
粒体4を供給し、分散板2の下方から微細孔3を通して
気体5を供給し、分散板上で粉粒体と気体とを接触させ
る流動床1において、分散板2の微細孔3への付着微粉
17が付着することのない流動床を提供する。 【解決手段】 流動床1において、分散板2の微細孔3
の少なくとも気体供給側13の形状は下方の気体供給側
13に向かって広がり形状であることを特徴とする流動
床。好ましくは、分散板2の微細孔3の少なくとも気体
供給側13の形状は下方の気体供給側に向かって広がる
テーパー部15、若しくは下方の気体供給側に向かって
広がり角度が増大する多段テーパー又は曲線部16であ
る。分散板上で粉粒体4と接触して排出した気体の一部
又は全部を循環し、再度分散板の下方から供給する気体
として使用する。
Description
する分散板の上方に粉粒体を供給し、分散板の下方から
微細孔を通して気体を供給し、分散板上で粉粒体と気体
とを接触させる流動床における分散板の微細孔の形状に
関するものであり、特に粉粒体を乾燥又は焼成又は粒子
群ごとに分級し、あるいは燃焼するプロセスに適用する
流動床に関するものである。
熱風を送り、分散板上でこの熱風によって粉粒体材料を
流動化して乾燥させる流動床乾燥機が知られている。熱
風は粉粒体材料を通過した後乾燥機内を上昇して排出さ
れる。流動床において、所定の粒径より小さい粉粒体は
排出された気体の上昇流に捕獲されて上昇流とともに排
出される。この排出された粉粒体を集塵機等によって捕
獲すれば、粉粒体を所定の粒径ごとに分級することも可
能である。更に、熱風によって粉粒体を焼成したり燃焼
することもできる。
品質向上およびコークス炉での生産性向上を目的として
コークス炉装入前に装入炭を流動床乾燥機によって乾燥
することが行われている。更に乾燥した装入炭を発塵し
やすい粒径の微粉炭とそれより粒径の大きい粗粒炭に分
級し、この微粉炭に添加剤を加えて擬似粒子化した上で
コークス炉に装入する方法が知られている。装入炭を微
粉炭と粗粒炭に分級する方法として、流動床乾燥分級機
等を用いて乾燥と分級を同時に行う方法が知られてお
り、乾燥と分級を独立に行う方法に比較して合理的で効
果の大きい方法である。
燃料ガスと空気を混合して燃焼させることによって発生
させた燃焼ガスを用いる。混合させる空気として燃焼に
必要な当量の酸素を供給するに足る量を用いた場合、生
成した燃焼ガスの単位体積あたり熱量が定まる。粉粒体
を乾燥させるために必要な熱量を求めれば、燃焼ガスの
所要量は上記単位体積あたりの燃焼ガス熱量から定める
ことができる。一方、分散板から供給する気体の必要流
量は、分散板上の粉粒体を流動化させるために必要な流
量として定めることができる。通常は、必要熱量から定
めた燃焼ガスの所要量に対し、流動化に必要な気体の所
要量の方が多いので、分散板に供給する気体としては、
燃焼ガスに他の気体を混合して所要量を確保する必要が
ある。
は、流動床の上方から排出し、バグフィルター等の集塵
機でガスに含まれる微粉を回収し、排出ガスとなる。こ
の排出ガスを循環し、上記燃焼ガスと混合して再度分散
板に供給する気体として用いることができる。燃料ガス
を燃焼させるときに過剰空気を導入して流動床の粉粒体
を流動化させるために必要なガス量を確保する方法もあ
るが、常温空気を多量に導入して、高温排ガスを放出す
ることは熱的にロスとなること、空気導入ブロワーの容
量を大きくしなければならずコストが嵩むなどの不利な
点がある。従って工業設備としては排ガス循環法が有利
と考えられている。
体を循環して使用する場合、排出ガスに含まれる微粉は
バグフィルター等の集塵機で取り除くとはいえ、ごく僅
かながら微粉が気体中に残存する。この排出ガスを混合
した気体を分散板の下方から供給すると、分散板の微細
孔に粉体が蓄積することがある。特に、粉体が高温で軟
化する傾向を有する物質である場合は、循環した排出ガ
スと高温の燃焼ガスとを混合した際に気体中の粉体は温
度が上昇して軟化し、分散板の微細孔を通過する際に該
微細孔の周囲に付着する傾向が強い。例えば、分散板上
に供給する粉粒体が石炭である場合、排出気体に含まれ
る微量の石炭微粉が燃焼ガスとの混合で高温に熱せられ
て軟化し、分散板2の微細孔3の気体供給側13周辺に
付着微粉17として付着することとなる(図1
(f))。
孔の有効直径が小さくなり、気体が分散板を通過するに
際しての圧損が大きくなり、送風に必要とする動力が大
きくなるばかりでなく、必要な送風量が確保できなくな
る。
上方に粉粒体を供給し、分散板の下方から微細孔を通し
て気体を供給し、分散板上で粉粒体と気体とを接触させ
る流動床において、分散板の微細孔に微粉が付着するこ
とのない流動床を提供することを目的とする。
分散板2の微細孔3は図1(c)に示すように開口部が
円筒形の真っ直ぐな貫通孔であった。微細孔3に付着す
る微粉17は、図1(f)に示すように微細孔3の気体
供給側13の入り口付近における微細孔内壁及び分散板
表面に集中的に付着する傾向が見られた。本発明者ら
は、このような局部的付着傾向は、微細孔の気体入り口
付近におけるガス流れの乱れが原因であることを明らか
にし、ガス流れを整流化することによって微粉の付着を
防止できることを明らかにした。ガス流れの整流化は、
微細孔の形状を下方の気体供給側に向かって広がり形状
とすることによって実現した。
のとおりである。 (1)多数の微細孔3を有する分散板2の上方に粉粒体
4を供給し、分散板2の下方から微細孔3を通して気体
5を供給し、分散板上で粉粒体と気体とを接触させる流
動床1において、分散板2の微細孔3の少なくとも気体
供給側13の形状は下方の気体供給側13に向かって広
がり形状であることを特徴とする流動床。 (2)分散板上で粉粒体4と接触して排出した気体の一
部又は全部を循環し、再度分散板の下方から供給する気
体として使用することを特徴とする上記(1)に記載の
流動床。 (3)分散板2の微細孔3の少なくとも気体供給側13
の形状は下方の気体供給側に向かって広がるテーパー形
状であることを特徴とする上記(1)又は(2)に記載
の流動床。 (4)分散板2の微細孔3の少なくとも気体供給側13
の形状は、下方の気体供給側に向かって広がり角度が増
大する多段テーパー又は曲線形状であることを特徴とす
る上記(1)又は(2)に記載の流動床。 (5)粉粒体4が分散板上を横移動して連続的に粉粒体
が処理される上記(1)又は(2)に記載の流動床であ
って、分散板2の微細孔3の口径及び/又は分散板2に
おける微細孔3の開口率が、粉粒体移動の上流側と下流
側とで異なることを特徴とする流動床。 (6)粉粒体移動の上流側における分散板2の微細孔3
の少なくとも気体供給側13の形状は、下方の気体供給
側13に向かって広がり角度が増大する多段テーパー又
は曲線形状であり、粉粒体移動の下流側における分散板
2の微細孔3の少なくとも気体供給側13の形状は、下
方の気体供給側13に向かって広がるテーパー形状であ
ることを特徴とする上記(5)に記載の流動床。 (7)分散板2の微細孔3の形状は、微細孔3の口径、
分散板2における微細孔3の開口率、微細孔3における
ガス流速の1又は2以上の条件に応じて異なることを特
徴とする上記(1)乃至(6)のいずれかに記載の流動
床。 (8)粉粒体4は石炭であることを特徴とする上記
(1)乃至(7)のいずれかに記載の流動床。
流れを整流化するため、本発明においては微細孔3の少
なくとも気体供給側13の形状を下方の気体供給側13
に向かって広がり形状とする。図4に示すように、分散
板上で粉粒体4と接触して排出した排出ガス7の一部又
は全部を循環ガス21として燃焼ガス9と混合し、再度
分散板の下方から供給する気体5として使用する場合、
本発明による微細孔への微粉付着防止効果は特に大き
い。
して、図1(a)に示すように微細孔2の少なくとも気
体供給側13の形状は下方の気体供給側13に向かって
広がるテーパー部15を有するテーパー形状とすること
ができる。分散板2の気体供給側表面において、分散板
の板厚の1/15以上の厚さ又は3mm以上の部分をテ
ーパー部15とし、分散板の板厚の残りの部分(粉粒体
側14)を真っ直ぐな貫通孔とすれば、微細孔内におけ
るガス流れを整流化することができる。テーパー部15
の範囲が分散板板厚の1/15未満であると、テーパー
化の効果が十分に発揮されない。テーパー部15の広が
り角度θは25°〜65°の範囲が好ましい。この範囲
を超えると、広がり角度θが大きくても小さくてもガス
流線が分散板から剥離し渦ができて乱れが大きくなり、
テーパー部15を設けた効果が発揮されない。
かって広がり角度が増大する多段テーパー(図2)又は
曲線形状(図1(b))を採用すると、製作に要する費
用は増大するものの、ガス流れの整流化効果が向上する
ので微粉付着防止効果が向上し好ましい。曲線部16の
曲線形状として、図1(b)に示すように微細孔の気体
入り口付近の断面形状を曲率半径Rの曲線を採用するこ
とができる。曲率半径Rを分散板の板厚の1/15以上
とすれば、ガス流れ整流化効果を発揮することができ
る。曲率半径Rが分散板厚み以下の範囲で大きいほど整
流化効果は大きく、曲率半径Rを分散板の板厚に等しい
値としたときに最大の効果が発揮される。ただし、曲率
半径Rを大きくすると、当該微細孔の曲線部16と隣接
する微細孔の曲線部とが重なることがあるので、微細孔
の間隔を考慮しつつ曲率半径Rを決定する必要がある。
4を連続的に供給し、粉粒体4が流動床上を横に移動す
る方式(横に長いので横型式と呼ばれる。)や、流動床
が円筒形であり粉粒体をバッチ式に供給する方式、床面
形状が正方形又は円形の気泡塔又は噴流層・流動層など
が含まれる。
る方式の流動床乾燥機6を図4に示す。粉粒体4が粉粒
体供給部11から供給される上流側においては粉粒体4
が含有する水分量が多いので、分散板2から供給する気
体のガス流速を高くして乾燥を促進することが好まし
い。一方、粉粒体供給の下流側(粉粒体排出部12側)
においては、粉粒体の乾燥が進行してさらさらの状態と
なっているので、むしろ分散板2から供給する気体のガ
ス流速を低くして均一なガス流とすることが好ましい。
そのため、粉粒体供給上流側の分散板においては微細孔
の口径を増大したり微細孔の開口率(分散板の表面積に
占める微細孔の開口面積の比率)を大きくすることが有
効であり、一方粉粒体供給下流側の分散板においては逆
に微細孔の口径を小さくしたり微細孔の開口率を小さく
することが有効である。即ち、分散板の微細孔の口径及
び/又は分散板における微細孔の開口率が、粉粒体移動
の上流側と下流側とで異なるように構成すると好まし
い。
流側と下流側の微細孔の形状を上記のように変化させた
場合、粉粒体供給上流側の微細孔においてはガス流速が
高いため、微粉の付着傾向が大きくなる。そのため、粉
粒体移動の上流側における分散板2の微細孔3の少なく
とも気体供給側13の形状は、下方の気体供給側に向か
って広がり角度が増大する多段テーパー(図2)又は曲
線形状(図1(b))とし、微粉付着防止効果の増大を
実現することが有効である。一方、粉粒体供給下流側の
微細孔においてはガス流速が低くなるため、微粉の付着
傾向は上流側に比較して小さくなる。そのため、粉粒体
移動の下流側における分散板の微細孔の少なくとも気体
供給側の形状は、下方の気体供給側に向かって広がるテ
ーパー形状(図1(a))を採用しても十分な微粉付着
防止効果が得られる。そしてこのような単純なテーパー
形状を採用した結果として、粉粒体移動の下流側におけ
る分散板の製造費用を低下させる効果を得ることができ
る。
気体供給側に向かって広がり角度が増大する多段テーパ
ー又は曲線形状を採用すれば、微粉付着効果の増大は得
られるものの分散板製造費用の増大というデメリットが
生じる。また、微細孔への微粉の付着傾向は、微細孔の
口径、分散板における微細孔の開口率、微細孔における
ガス流速によって相違する。従って、分散板の微細孔の
形状は、微細孔の口径、分散板における微細孔の開口
率、微細孔におけるガス流速の1又は2以上の条件に応
じて異ならせることにより、微粉付着防止効果と分散板
製造費用とのバランスをとることが有効である。
動床から排出したガスを循環して再度分散板に供給する
ガスとして使用する場合、循環ガス中に残存する石炭粉
は分散板に供給する熱風の中において軟質化し、分散板
の微細孔に付着して固化する傾向が特に強い。本発明の
流動床による微細孔への付着防止効果は、流動床に供給
する粉粒体が石炭である場合に特に顕著である。
乾燥し加熱するための流動床式乾燥機6において本発明
を適用した。この流動床乾燥機6を図4に示す。流動床
1の大きさは幅500mm、長さ7mであり、石炭は粉
粒体供給部11から供給され、流動床の分散板上を移動
しつつ分散板下方から供給された熱風と接触して乾燥
し、250℃まで加熱される。石炭は粉粒体排出部12
から排出される。石炭の供給速度は6t/hであり、熱
風として温度350℃の気体5を400Nm3/分供給
する。分散板2は板厚が12mmであり、直径7mmの
微細孔3が22mmピッチで2066個/m3の密度で
配置される。熱風は、分散板上で粉粒体4と接触して粉
粒体4を乾燥・加熱した後、流動床の上方から排出ガス
7として排出し、バグフィルター10で微粉を回収し、
その後一部を後述のように循環ガス21として循環して
熱風に混合して再使用し、残りは大気中に放散する。
気20を混合して燃料ガス燃焼部18で燃焼し、熱量1
000kcal/Nm3の燃焼ガス9を40Nm3/分発
生させ、混合部19にて燃焼ガス9に循環ガス21を1
80Nm3/分混合して流動床1に供給する気体5とし
た。
図1(c)に示すような直径7mmの真っ直ぐな貫通孔
とした。石炭の乾燥を行った結果として、図1(f)に
示すように、微細孔3の入り口側の孔周辺及び微細孔の
内壁に石炭の付着微粉17が固着した。そのため、流動
床における気体の圧力損失は、使用前に1.5kPaで
あったものが4kPaまで上昇した。
ように、微細孔3の気体出口側の深さ5mmを直径7m
mの直管部とし、気体供給側13に単一のテーパー部1
5を設けた。テーパー部15は、深さが7mm、広がり
角度θを45°とした。流動床における気体の圧力損失
は、使用前において1.2kPaに減少し、使用中もこ
の圧力損失は変動しなかった。図1(d)に示すよう
に、微細孔の気体入り口付近への付着微粉17の付着量
は、従来例の1/7以下に減少した。
ように、微細孔の気体出口側の深さ5mmを直径7mm
の直管部とし、気体供給側13に曲線部16を設け、曲
線部16の形状を曲率半径7mmの円弧状曲線形状とし
た。流動床における気体の圧力損失は、使用前において
1.1kPaに減少し、使用中もこの圧力損失は変動し
なかった。微細孔の気体入り口付近への付着微粉17の
付着量は、図1(e)に示すように、従来例の1/10
以下に減少した。
機において、図5に示す通り、流動床の床を石炭の長手
方向への移動を阻害しない程度に、長手方向に5つの室
になるように流動化部およびフリーボード部を分割し、
分割した各部に相当する分散板下部の風箱部も分割して
熱風を供給した。各室について、石炭供給側から順次第
1槽31〜第5槽35とした。
ス流速を異なる設定とした。石炭供給側の第1槽31
は、石炭中に含有する水分が多いので、ガスの流動エネ
ルギーを増大するために微細孔の直径を8mmと大きく
し、乾燥が進んで石炭がさらさら状になった第5槽35
においては微細孔の直径を6mmと小さくして粒子の均
一な流動化を実現した。これは、分散板の下部の風箱
(プレナム室ともいう)が図4のように1室構造の場
合、孔径が大きいほど風量は多くなることによる。図5
のように風箱が仕切られている場合には、各箱への供給
風量も調整することが必要である。
着微粉17の付着傾向が強いので、微細孔3の気体供給
側形状を多段テーパーとした。具体的には、図2に示す
ように、第1テーパー部15aと第2テーパー部15b
を有する形状とし、孔径8mmφ、直管部長さを5m
m、第2テーパ15bの長さを4mm、角度45°、第
1テーパ15aの長さ3mm、角度65°とした。一
方、第5槽35はガス流速が低いため付着微粉17の付
着傾向が弱いので、微細孔3の気体供給側13の形状を
製造コストの安い単一テーパー形状とした。具体的に
は、図1(a)に示すように、テーパー部15は、深さ
が7mm、テーパー角度45°とした。第2〜第4槽に
ついては、孔径7mmφ、直管部長さを5mm、テーパ
15を50°とした。
った結果、第1槽31から第5槽35まで分散板2の微
細孔3への微粉の付着はごくわずかであった。第1槽3
1から第5槽35までを第1槽31と同じ円弧形状を有
する微細孔形状とした場合と比較し、分散板2の製作コ
ストを5%低減することができた。また、第1槽から第
5槽までを第5槽と同じ単一テーパー形状とした場合と
比較すると、微細孔周辺への微粉の付着が減少したた
め、圧力損失が10%程度減少した。
孔の形状を下方の気体供給側に向かって広がり形状とす
ることにより、微細孔におけるガス流れを整流化し、微
細孔への微粉の付着を防止することができた。特に、流
動床で処理する粉粒体が石炭のような高温で軟質化する
粉粒体であり、更に流動床から排出したガスを循環して
分散板に供給するガスとして再利用する場合において効
果が顕著である。
粒体が処理される流動床においては、粉粒体移動の上流
側における分散板の微細孔の形状は下方の気体供給側に
向かって広がり角度が増大する多段テーパー又は曲線形
状とし、粉粒体移動の下流側における分散板の微細孔の
形状は下方の気体供給側に向かって広がるテーパー形状
とすることにより、微細孔への微粉の付着を防止しつつ
分散板の製造コストを低減することができた。
(b)は本発明例、(c)は従来例、(d)〜(f)は
(a)〜(c)の微細孔に付着微粉が付着した状況を示
す。
Claims (8)
- 【請求項1】 多数の微細孔を有する分散板の上方に粉
粒体を供給し、分散板の下方から微細孔を通して気体を
供給し、分散板上で粉粒体と気体とを接触させる流動床
において、前記分散板の微細孔の少なくとも気体供給側
の形状は下方の気体供給側に向かって広がり形状である
ことを特徴とする流動床。 - 【請求項2】 分散板上で粉粒体と接触して排出した気
体の一部又は全部を循環し、再度分散板の下方から供給
する気体として使用することを特徴とする請求項1に記
載の流動床。 - 【請求項3】 分散板の微細孔の少なくとも気体供給側
の形状は下方の気体供給側に向かって広がるテーパー形
状であることを特徴とする請求項1又は2に記載の流動
床。 - 【請求項4】 分散板の微細孔の少なくとも気体供給側
の形状は、下方の気体供給側に向かって広がり角度が増
大する多段テーパー又は曲線形状であることを特徴とす
る請求項1又は2に記載の流動床。 - 【請求項5】 粉粒体が分散板上を横移動して連続的に
粉粒体が処理される請求項1又は2に記載の流動床であ
って、分散板の微細孔の口径及び/又は分散板における
微細孔の開口率が、粉粒体移動の上流側と下流側とで異
なることを特徴とする流動床。 - 【請求項6】 粉粒体移動の上流側における分散板の微
細孔の少なくとも気体供給側の形状は、下方の気体供給
側に向かって広がり角度が増大する多段テーパー又は曲
線形状であり、粉粒体移動の下流側における分散板の微
細孔の少なくとも気体供給側の形状は、下方の気体供給
側に向かって広がるテーパー形状であることを特徴とす
る請求項5に記載の流動床。 - 【請求項7】 分散板の微細孔の形状は、微細孔の口
径、分散板における微細孔の開口率、微細孔におけるガ
ス流速の1又は2以上の条件に応じて異なることを特徴
とする請求項1乃至6のいずれかに記載の流動床。 - 【請求項8】 粉粒体は石炭であることを特徴とする請
求項1乃至7のいずれかに記載の流動床。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001028565A JP4107806B2 (ja) | 2001-02-05 | 2001-02-05 | 流動床式乾燥機 |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011080746A (ja) * | 2009-10-08 | 2011-04-21 | Korea Inst Of Energy Research | 流動層乾燥装置 |
JP2012241997A (ja) * | 2011-05-20 | 2012-12-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 流動層乾燥装置 |
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CN111589377A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-08-28 | 德艾柯工程技术(上海)有限公司 | 一种用于卧式反应器的气体分布器 |
-
2001
- 2001-02-05 JP JP2001028565A patent/JP4107806B2/ja not_active Expired - Lifetime
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