JP2008516183A

JP2008516183A - システム熱源を使用し、高含水物質の品質を向上させる方法

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Publication number: JP2008516183A
Application number: JP2007535919A
Authority: JP
Inventors: ブリンガー，チャールズ，ダブリュ．; ネス，マーク，エー．; サルナック，ネナード; レビー，エドワード，ケー．; ウエインスティン，リチャード，エス．; ジェームス，デニス，アール．
Original assignee: グレイトリバーエナジー
Priority date: 2004-10-12
Filing date: 2005-10-11
Publication date: 2008-05-15
Also published as: EP1805283A4; WO2006042308A2; CA2583553A1; RU2007116728A; WO2006042308A3; US20140141381A1; AU2005295110C1; EP1805283A2; AU2005295110B2; AU2005295110A1; US8579999B2; US20060075682A1

Abstract

【課題】流動床乾燥技術および他の利用可能な熱源により拡大させた廃熱流を利用し、原料又は燃料を乾燥させる。
【解決手段】石炭を、粉砕装置、更に炉/ボイラー機構へ移送させる前に、本発明の方法により乾燥させる。石炭は粉砕機の前段階の現行の石炭供給システムで処理することができる。石炭などの燃料の乾燥は、ボイラー効率を改善させ、放出物を減少させるために行われる。このプロセスで利用される２段ベッドは原料流を最初に予備乾燥させ、分離させ、望ましい原料および望ましくない原料とする。ついで、漸増的に乾燥させ、製品流から流動化可能な物質と、非流動化物質とに隔離する。これを全て、低温屋外システムで完了させる。ファンルーム空気温度の上昇も廃熱を使用して完了させ、それにより、より高温の媒体をプラントシステムに供給し、原料乾燥プロセスを向上させる。
【選択図】図１０

Description

本発明は典型的な工業的処理プラントで入手可能な廃熱源の現存のシステム源を使用し、前記プラントのための原料又は燃焼源を構成する物質の品質を向上させる方法に関する。特に、本発明は低温(常温)で、屋外プロセスにおける現存するプラント廃熱源を利用して前記物質を乾燥し、その熱量又は加工性を改善し、プラント放出物を減少させた後、この粒状物質を前記プラントで処理又は燃焼させるようにする。このプロセスは多くの様々な工業で効率的、経済的な様式で利用することができるが、特に、発電プラントで使用し、燃焼させる前に石炭中の水分を減少させるのに適している。

電力は周知のように人の生活にとって必要である。電力は工場で機械を操作すること、農場で水を汲み上げること、オフィスでコンピュータを駆動させること、殆どの家庭で光、加熱、冷却のためのエネルギーを提供することなどあらゆる行っている。

この電力を提供する大きい電力プラントは、スチーム又は流水のエネルギーを利用してタービンのシャフトを回転させ、それにより発電機を駆動させるようにしている。幾つかの電力プラントは水力電気又は核エネルギー源により操業しているが、世界の電力の約６３％、米国で生産されている電力の７０％は、石炭、石油、天然ガスなどの化石燃料の燃焼から供給されている。このような燃料は、電力プラントの燃焼チャンバーで燃焼させて熱を発生させ、ボイラー内の水をスチームに変換させる。このスチームはついで過熱され、巨大なスチームタービンへ導入され、そこでタービンの扇風機形羽根を押し、タービンのシャフトを回転させる。この回転シャフトがついで、発電機のロータを回転させ、電気を生じさせる。

スチームがタービンを通過すると、凝縮器に導入され、そこで冷却水を伴ったパイプの周囲を通過させることによりこのスチームから熱が吸収される。スチームが冷却されると、水に凝縮し、その水はついで、ポンプによりボイラーに戻され、それを加熱して再びスチームとなるプロセスが繰り返される。多くの電力プラントにおいて、スチームから熱を吸収した凝縮用パイプ内の水は噴霧池又は冷却塔へ移送され、冷却される。この冷却された水はついで、凝縮器を介してリサイクルされるか、若しくは、湖、河川、その他の水路へと排水される。

米国で採掘された石炭の８９％は電力プラントのための熱源として使用されている。石油、天然ガスと異なり、地球から経済的に抽出することができる石炭の利用可能な供給量は膨大である。

石炭には、４つの主たるタイプがある。すなわち、無煙炭、瀝青炭、亜瀝青炭および亜炭である。これらの石炭の４つのタイプの全ては、主として、炭素、水素、窒素、酸素、硫黄および水分を含むものであるが、石炭に含まれるこれらの元素(ｓｏｌｉｄｅｌｅｍｅｎｔｓ)および水分の具体的量は大きく異なる。例えば、最も高くランクされている無煙炭は、炭素を約９８重量%含み、他方、最も低くランクされている亜炭（褐炭とも呼ばれる）では炭素を僅か約３０重量%含むに過ぎない。同時に、水分量は、無煙炭および瀝青炭の場合は１％未満であり、ＰｏｗｄｅｒＲｉｖｅｒＢａｓｉｎ（ＰＲＢ）などの亜瀝青炭の場合は２５−３０％であり、ＮｏｒｔｈＡｍｅｒｉｃａｎ亜炭の場合は３５−４０％である。オーストラリアおよびロシアでは、亜炭の水分レベルはそれぞれ５０％および６０％と高くなる。これらの高水分量の亜瀝青炭および亜炭は、瀝青炭および無煙炭と比較して発熱量が小さい。なぜならば、これらを燃焼させたとき、より小さな熱量を生成させるに過ぎないからである。更に、高い燃料水分は、性能および放出物を含む電力ユニット操業の全ての面で悪影響を及ぼす。高い燃料水分は、より高いランクの石炭と比較して、可なり低いボイラー効率をもたらすと共に、より高い単位加熱速度を生じさせる。高い水分量は更に、燃料の取扱い、燃料粉砕、ファン能力、高い燃料ガス流量などの面で問題を生じさせる。

従って、瀝青炭はその豊富な量、比較的高い発熱量のため、電力生産について最も広く使用されるランクの石炭である。しかし、これは中ないし高レベルの硫黄を含有する。米国におけるクリーン・エア条例のような次第に厳しくなる環境規制の結果、電力プラントではこれらの石炭の燃焼からもたらされる二酸化硫黄(ＳＯ_２)、亜酸化窒素(ＮＯ_ｘ)、水銀化合物およびフライアッシュにより空気が汚染されるのを防止するため、これらのプラントの煙突の上流に高価なスクラバー装置を設置しなければならなかった。

亜瀝青炭および亜炭のような低ランクの石炭は、その低い硫黄含量のため、電力プラントの熱源として次第に注目されるようになっている。これらの低ランク石炭を燃料源として燃焼させることにより電力プラントを連邦又は州の汚染基準に適応させることがより容易となる。更に重要な関連事項は、米国の西部における入手可能な石炭埋蔵量の多くがこれら亜瀝青炭および亜炭からなるという事実である。しかし、このようなタイプの低ランク石炭の高水分量は燃焼熱源としての発熱量を減少させるものである。更に、このようなより高い水分レベルは、その発熱量と対比させたとき、石炭の輸送費がより高価なものとなってしまう。更に、これら石炭が水分を失ったとき、破壊し、埃りぽくなり、取り扱い並びに輸送が困難になるという理由から、産業界にとって問題となる。

汚染に対する関心から、家庭用加熱燃料として、石炭は天然ガスおよび燃料オイルに殆ど全て置き換えられているが、オイルおよび天然ガスの上昇コストのため、幾つかの工場および商業施設では石炭を熱源として見直すことがなされている。より高い発熱量のため、瀝青炭および無煙炭は加熱に使用する場合に一般的に好ましい。

石炭は更に、コークス生産のための主成分であり、これは鉄、スチールの製造に使用される。瀝青炭は気密性炉内で約２０００°Ｆ（１１００℃）に加熱されるが、この場合、酸欠状態にして石炭が燃焼するのを防止している。この高い熱レベルにより固体の或るものはガスに変換され、残留するほぼ純粋な炭素からなる固く、気泡状の物質がコークスである。殆どのコークスプラントは精鋼所の一部であり、ここで、鉄鉱石がコークスと共に焼かれ、鉄鉱石が銑鉄となり、その後、スチールへと処理される。

コークス製造プロセスでの乾留の間に生成したガスの或るものは冷却されて液体アンモニアおよびコールタールに変換される。更なる処理を介して、これらの残留ガスは軽油へと変換される。このようなアンモニア、コールタールおよび軽油は、製造業者により、薬品、染料、肥料などの製造のために使用される。コールタールは、それ自体、屋根材並びに路面への適用のために使用することができる。

コークス製造プロセスでの乾留の間に生成したガスの或るものは液体とはならない。この“石炭ガス”は天然ガスのように燃焼し、コークス製造およびスチール製造プロセスのための熱として提供することができる。別の燃料工業では、乾留を介さずに石炭を直接ガス化するためのプロセスも開発されている。このガス化プロセスによれば、ガソリンおよび燃料オイルの代替となる高エネルギーガスおよび高エネルギー液体燃料が得られる。このように、石炭は、その固有発熱量の他に、多くの貴重な用途が存在する。

以前から産業界では、石炭を加熱することにより水分が減少し、従って、石炭を乾燥することにより石炭のランク並びにＢＴＵ生産を向上させると認識されていた。ホット・ウォータ・ボイラー内で燃焼させる前に、石炭を乾燥させることによりボイラーの効率を向上させることができるというものである。

石炭を乾燥させるため、様々な乾燥装置が従来から使用されてきた。例えば、ロータリーキルン（米国特許第５，１０３，７４３号（Ｂｅｒｇ））(特許文献１)、カスケード形旋回床ドライヤー（米国特許第４，４７０，８７８号（Ｐｅｔｒｏｖｉｃら））(特許文献２)、長尺スロットドライヤー（米国特許第４，６１７，７４４号（Ｓｉｄｄｏｗａｙら））(特許文献３)、ホッパー・ドライヤー（米国特許第５，０３３，２０８号（Ｏｈｎｏら））(特許文献４)、走行床ドライヤー（米国特許第４，６０６，７９３号（Ｐｅｔｒｏｖｉｃら））(特許文献５)、振動流動床ドライヤー（米国特許第４，４４４，１２９号（Ｌａｄｔ））(特許文献６)が使用されてきた。更に産業界で周知となっているものは流動床ドライヤー又は反応器であり、この場合、流動化媒体が流動床の底の複数の孔を介して導入され、石炭粒子を分離、浮揚させ、乾燥性能を改善するようになっている。この流動化媒体は、直接加熱媒体として兼用させてもよいし、さもなくば、別の間接的熱源を流動床反応器内に配置させてもよい。例えば、米国特許第５，５３７，９４１号（Ｇｏｌｄｉｃｈ）(特許文献７)、米国特許第５，５４６，８７５号（Ｓｅｌｌｅら）(特許文献８)、米国特許第５，８３２，８４８号（Ｒｅｙｎｏｌｄｓｏｎら）(特許文献９)、米国特許第５，８３０，２４６号（Ｄｕｎｌｏｐ）(特許文献１０)、米国特許第５，８３０，２４７号（Ｄｕｎｌｏｐ）(特許文献１１)、米国特許第５，８５８，０３５号（Ｄｕｎｌｏｐ）(特許文献１２)、米国特許第５，６３７，３３６号（Ｋａｎｎｅｎｂｅｒｇら）(特許文献１３)、米国特許第５，４７１，９５５号（Ｄｉｅｔｚ）(特許文献１４)、米国特許第４，３００，２９１号（Ｈｅａｒｄら）(特許文献１５)、米国特許第３，６８７，４３１号（Ｐａｒｋｓ）(特許文献１６)を参照のこと。

しかしながら、これらの従来の多くの乾燥プロセスは非常に高い温度と、圧力を使用している。例えば、ビューロウ・オブ・マインズ（ＢｕｒｅａｕｏｆＭｉｎｅｓ）プロセスでは１５００psigの圧力で行われ、米国特許第４，０５２，１６８号（Ｋｏｐｐｅｌｍａｎ）(特許文献１７)では１０００〜３０００psiの圧力の圧力を必要としている。同様に、米国特許第２，６７１，９６８号（Ｃｒｉｎｅｒ）(特許文献１８)は１０００°Ｆでの上昇気流の使用を開示している。同じく、米国特許第５，１４５，４８９号（Ｄｕｎｌｏｐ）(特許文献１９)には石炭およびオイルの燃料特性を同時に改善する方法が開示されていて、その場合、温度８５０〜１０５０°Ｆに維持させた反応器が使用されている。その他、米国特許第３，４３４，９３２号（Ｍａｎｓｆｉｅｌｄ）（１４００〜１６００°Ｆ）(特許文献２０)および同第４，５７１，１７４号（Ｓｈｅｌｔｏｎ）（≦１０００°Ｆ）(特許文献２１)を参照されたい。

石炭を乾燥ないしその他処理するためにこのような非常に高い温度を使用する場合は、膨大なエネルギー消費並びにその他、資本および操業コストを必要とし、より低いランクの石炭の使用をたちまちの内に経済的に成り立たないものとするであろう。更に、乾燥プロセスのためのより高い温度は他の放出物の流れを生じさせ、その管理が必要となる。この経済方程式を更に複雑にするものは、従来の石炭乾燥プロセスは、乾燥される石炭の発熱量を改善するためのまさしく熱源を提供するために石炭、オイル又は天然ガスなどの化石燃料の燃焼にしばしば依存するという事実である。これについては、例えば、米国特許第４，５３３，４３８号（Ｍｉｃｈａｅｌら）(特許文献２２)、上記特許文献１９、米国特許第４，３２４，５４４号（Ｂｌａｋｅ）(特許文献２３)、米国特許第４，１９２，６５０号（Ｓｅｉｔｚｅｒ）(特許文献２４)、米国特許第４，４４４，１２９号（Ｌａｄｔ）(特許文献２５)、上記特許文献１を参照されたい。或る場合には、この燃焼させた燃料源が、石炭乾燥プロセス内にて分離され循環された石炭微粉を構成するものとなる。これについては、例えば、米国特許第５，３２２，５３０号（Ｍｅｒｒｉａｍら）(特許文献２６)、米国特許第４，２８０，４１８号（Ｅｒｈａｒｄ）(特許文献２７)、米国特許第４，２４０，８７７号（Ｓｔａｈｌｈｅｒｍら）(特許文献２８)を参照されたい。

従って、必要とする温度がより低くて済む石炭乾燥プロセスの開発のための努力が従来からなされている。例えば、米国特許第３，９８５，５１６号（Ｊｏｈｎｓｏｎ）(特許文献２９)には、乾燥媒体として４００〜５００°Ｆの範囲の流動床内で加温不活性ガスを使用する低ランク石炭のための乾燥プロセスが教示されている。米国特許第４，８１０，２５８号（Ｇｒｅｅｎｅ）(特許文献３０)には、過熱ガス状乾燥媒体を使用して、石炭を３００−４５０°Ｆに加熱すること（但し、好ましい温度および圧力は、それぞれ８５０°Ｆ、０．５４１ｐｓｉである）が開示されている。これについては、更に、米国特許第４，４３６，５８９号および第４，４３１，５８５号（いずれも、Ｐｅｔｒｏｖｉｃら）(特許文献３１，３２)（３９２°Ｆ）、米国特許第４，３３８，１６０号（Ｄｅｌｌｅｓｓａｒｄら）(特許文献３３) （４８２〜１２０２°Ｆ）、米国特許第４，４９５，７１０号（Ｏｔｔｏｓｏｎ）(特許文献３４) （４００−９００°Ｆ）、米国特許第５，５２７，３６５号（Ｃｏｌｅｍａｎら）(特許文献３５) （３０２〜５７２°Ｆ）、米国特許第５，５４７，５４９号（Ｆｒａｃａｓ）(特許文献３６) （５００〜６００°Ｆ）、上記特許文献１２、米国特許第５，９０４，７４１号および第６，１６２，２６５号（いずれもＤｕｎｌｏｐら）(特許文献３７，３８) （４８０〜６００°Ｆ）、を参照されたい。

従来の石炭乾燥プロセスの幾つかのものは、更に低い温度を使用している。しかし、それは石炭を限られた程度まで乾燥させるに過ぎない。例えば、上記特許文献１１には、流動床密度が２０〜４０lbs/ft^３の第１の流動床反応器を使用する不可逆的乾燥石炭を製造するための方法が開示されており、この場合、水分１５〜３０重量%、酸素含量１０〜２０％、０〜２インチ粒径の石炭を１５０〜２００°Ｆで１〜５分間曝し、石炭を粉砕すると同時に脱水させるようにしている。この石炭はついで、第２の流動床反応器に供給され、ここで鉱油が塗布された後、更に４８０〜６００°Ｆで１〜５分間曝し、石炭を更に粉砕すると同時に脱水させるようにしている。このように、この方法は比較的低い水分（すなわち、１５〜３０重量%）の石炭に適用されるだけでなく、石炭粒子は１５０〜２００°Ｆで操作される第１の流動床反応器内で僅か部分的に脱水され、実際の乾燥は、より高い４８０〜６００°Ｆの床温度で操作される第２の流動床反応器内で行われるようになっている。

同じく、米国特許第６，４４７，５５９号（Ｈｕｎｔ）(特許文献３９)には、不活性雰囲気内で石炭を処理し、最初に２００〜２５０°Ｆで加熱し、その表面水分を除去し、ついで連続的漸進的加熱を、４００〜７５０°Ｆ、９００〜１１００°Ｆ、１３００〜１５５０°Ｆ、２０００〜２４００°Ｆで行い、炭素粒子の孔内の水分を除去し、水分量が２重量％未満、揮発分が１５重量％未満の石炭を製造するプロセスが教示されている。この場合も、明らかに、最初の２００〜２５０°Ｆでの加熱工程は石炭粒子に対し制限された程度の乾燥がなされるに過ぎない。

石炭を乾燥するため流動床反応器を使用する場合に遭遇する１つの問題は、流動化媒体内に大量の微粉が捕捉されてしまうことである。特に、より高温での流動床操業条件では、これらの微粉が自然に燃焼し、爆発を生じさせる。従って、従来の石炭乾燥プロセスの多くは、燃焼を防止するため空気非含有流動床環境内で不活性の流動化ガスを使用することに依存している。この不活性ガスの例としては、窒素、二酸化炭素およびスチームが含まれる。これについては、例えば、米国特許第３，０９０，１３１号（Ｗａｔｅｒｍａｎ，Ｊｒ）(特許文献４０）、米国特許第４，４３１，４８５号（Ｐｅｔｒｏｖｉｃｄら）(特許文献４１)、上記特許文献１５、米国特許第４，２３６，３１８号（Ｈｅａｒｄら）(特許文献４２) 、米国特許第４，２９２，７４２号（Ｅｋｂｅｒｇ）(特許文献４３）、米国特許第４，１７６，０１１号（Ｋｎａｐｐｓｔｅｉｎ）(特許文献４４)、上記特許文献１２、米国特許第５，０８７，２６９号（Ｃｈａら）(特許文献４５) 、米国特許第４，４６８，２８８号（Ｇａｌｏｗら）(特許文献４６)、米国特許第５，３２７，７１７号（Ｈａｕｋ）(特許文献４７)、上記特許文献３９、３７を参照されたい。上記特許文献３５には、石炭のような低品質炭素質燃料を“緩やかな還元環境”内で乾燥するためのプロセスが開示されている。この場合、この緩やかな還元環境はプロパン又はメタンのような低級アルカン不活性ガスの使用を介して達成されている。更に他の従来のプロセスでは、石炭が流動床反応きの長手方向に沿って移動するとき、石炭を漸進的に減少する温度に維持させる多数の加熱流動化流を使用し、石炭の適当な冷却を確保し、爆発を防止するようにしているものがある。これについては、例えば、上記文献２１、米国特許第４，４９３，１５７号（Ｗｉｃｋｅｒ）(特許文献４８)を参照されたい。

石炭を乾燥させるとき、産業界で以前から遭遇している他の問題は、乾燥プロセスが完了した後、時間が経つにつれて大気中の水分を再度自然に吸収する傾向を示すことである。そのため、乾燥した石炭粒子の表面を鉱油又は他の炭化水素製品で塗布し、石炭粒子の孔での湿気の吸着を防止するバリヤーを形成する努力がなされてきた。これについては、例えば、上記特許文献１０、１２、２９、米国特許第４，７０５，５３３号および第４，８００，０１５号（いずれもＳｉｍｍｏｎｓ）(特許文献４９，５０)を参照されたい。

低ランク石炭を乾燥させるプロセスの経済性を高めるため、一次燃焼燃料熱源に対する補助熱源として廃熱流を使用することが知られている(上記文献２６参照)。高温コークスにより加熱された冷却用ガスを熱交換器内の乾燥用ガスを加熱する目的で再循環させるコークス用炭製造においては、このことは全くその通りである。これについては、例えば、米国特許第４，０５３，３６４号（Ｐｏｅｒｓｃｈ）(特許文献５１)、米国特許第４，３０８，１０２号（Ｗａｇｅｎｅｒら）(特許文献５２)、上記特許文献３３、米国特許第４，３５４，９０３号（Ｗｅｂｅｒら）(特許文献５３)、米国特許第３，８００，４２７号（Ｋｅｍｍｅｔｍｕｅｌｌｅｒ）(特許文献５４)、上記特許文献２２、６、４１を参照されたい。同様に、流動床燃焼炉からの煙道ガスが、石炭を乾燥させるための流動床反応器内に収容された熱交換器のための補助熱源として使用されてきた。これについては、例えば、上記特許文献７、４７を参照されたい。上記特許文献１には、ロータリーキルン内でウェット石炭のような固体を乾燥させるための方法が開示されており、この場合、乾燥された物質をガス化してホットガスを生成させ、これをキルン内の物質を乾燥するのに使用する輻射ヒータのための燃焼熱源として使用している。米国特許第４，２８４，４７６号（Ｗａｇｅｎｅｒら）(特許文献５５)には、関連する冶金施設からのスタックガス（煙道ガス）をコークス製造プロセス内の高温コークス中に通過させてコークスを冷却させ、それによりスタックガスを加熱し、ついで、このスタックガスを、コークスに変換される前の湿潤石炭原料を予熱するのに使用することが開示されている。

しかしながら、これらの従来のプロセスは全て、石炭乾燥操作において、廃熱流を石炭乾燥のための唯一の熱源として使用しようとするものではないと思われる。むしろ、これらの従来のプロセスでは、石炭、オイル又は天然ガスなどの化石燃料の燃焼を継続させる一次熱源の単なる補助として廃熱流が用いられている。このように、低ランク石炭を含めて、石炭製品の乾燥のためのプロセスの経済性は、プロセスプラント(例えば、電力プラント)内でボイラーを焚くための発熱量を改善するため、化石燃料を燃焼させて化石燃料（すなわち、石炭）を乾燥させる必要性により依然として制限されたものとなる。

米国特許第５，１０３，７４３明細書米国特許第４，４７０，８７８明細書米国特許第４，６１７，７４４明細書米国特許第４，４７０，８７８明細書米国特許第４，６０６，７９３明細書米国特許第４，４４４，１２９明細書米国特許第５，５３７，９４１明細書米国特許第５，５４６，８７５明細書米国特許第５，８３２，８４８明細書米国特許第５，８３０，２４６明細書米国特許第５，８３０，２４７明細書米国特許第５，８５８，０３５明細書米国特許第５，６３７，３３６明細書米国特許第５，４７１，９５５明細書米国特許第４，３００，２９１明細書米国特許第３，６８７，４３１明細書米国特許第４，０５２，１６８明細書米国特許第２，６７１，９６８明細書米国特許第５，１４５，４８９明細書米国特許第３，４３４，９３２明細書米国特許第４，５７１，１７４明細書米国特許第４，５３３，４３８明細書米国特許第４，３２４，５４４明細書米国特許第４，１９２，６５０明細書米国特許第４，４４４，１２９明細書米国特許第５，３２２，５３０明細書米国特許第４，２８０，４１８明細書米国特許第４，２４０，８７７明細書米国特許第３，９８５，５１６明細書米国特許第４，８１０，２５８明細書米国特許第４，４３６，５８９明細書米国特許第４，４３１，５８５明細書米国特許第４，３３８，１６０明細書米国特許第４，４９５，７１０明細書米国特許第５，５２７，３６５明細書米国特許第５，５４７，５４９明細書米国特許第５，９０４，７４１明細書米国特許第６，１６２，２６５明細書米国特許第６，４４７，５５９明細書米国特許第３，０９０，１３１明細書米国特許第４，４３１，４８５明細書米国特許第４，２３６，３１８明細書米国特許第４，２９２，７４２明細書米国特許第４，１７６，０１１明細書米国特許第５，０８７，２６９明細書米国特許第４，４６８，２８８明細書米国特許第５，３２７，７１７明細書米国特許第４，４９３，１５７明細書米国特許第４，７０５，５３３明細書米国特許第４，８００，０１５明細書米国特許第４，０５３，３６４明細書米国特許第４，３０８，１０２明細書米国特許第４，３５４，９０３明細書米国特許第３，８００，４２７明細書米国特許第４，２８４，４７６明細書

排他的熱源として喪失されるかも知れない電力プラント内で入手可能な廃熱源を使用すること、つまり、亜瀝青炭および亜炭のような低ランク石炭をプロセス経済の改善のためにボイラー炉への導入の前に乾燥するために使用することは望ましいことである。このような低ランク石炭源は、急速に伝統的に使用されてきた瀝青炭および無煙炭と比較して、電力プラントのための実行可能な燃料源になり得る。汚染を生じさせる石炭内に見られる好ましくない元素の除去に加えて、低硫黄亜瀝青炭および亜炭の経済的使用は環境にとって非常に有益なものとなるであろう。

工業用プラントの操業において入手可能な廃熱源の使用を介して工業用プラント操業で必須成分として使用される物質の品質特性を向上させるための方法が本願発明により提供される。このような物質には、工業用プラントの操業において燃焼される燃料源若しくは、このプラントの操業から生じる完成品を作るために使用される原材料が含まれる。このような廃熱源には、限定的ではないが、炉からの高温煙道ガス又はスタックガス、高温凝縮器冷却水、タービンからのプロセス流、高温発熱量を有する他のプロセス流が含まれる。本発明は特に、種々の入手可能な廃熱源を特定し、単独又は組合せで活用し、上記物質の品質又は特性を向上させるのに必要な適当なレベルの熱量および温度を提供するための方法に関するものである。

本発明は多くの様々な工業分野で適用可能であるが、説明の便宜上、ここでは、典型的な石炭燃焼発電プラントとの関連で本発明を説明する。この場合、石炭の発熱量を改善させ、それによりプラントのボイラー効率を向上させるため、ドライヤーにおいて石炭から幾らかの水分を除去することが望ましい。このようにして石炭を乾燥させることにより、亜瀝青炭および亜炭のような低ランク石炭の品質を向上させ、その使用をも可能にするものである。石炭の水分量を減少させることにより、石炭が低ランク又は高ランクである無しに関係なく、他の操業効率の向上が同じく実現可能となる。例えば、より乾燥した石炭は、発電プラントにおいて、石炭取扱いシステム、コンベヤーおよび石炭クラッシャーに対する負荷を軽減させる。より乾燥した石炭は運搬がより容易になるから、メンテナンスコストを軽減させ、石炭取扱いシステムの利用可能性を増大させる。更に、より乾燥した石炭は粉砕がより容易となり、従って、同じ粉砕サイズ（石炭粒子細度）を達成するのに要するミル動力を小さくすることができる。燃料水分が少ないから、ミルから出る水分を減少させることができる。これは石炭の粉砕結果を改善させることになる。更に、石炭を搬送、流動化、加熱するのに使用される一次空気を少なくすることができる。このような一次空気のより低いレベルは、空気速度を減少させるものとなり、この低い一次空気速度により、石炭ミル、石炭搬送パイプ、石炭バーナーおよび関連機器の侵食の有意な減少をもたらすものとなる。このことは、石炭搬送パイプおよびミルメンテナンスコスト（亜炭燃焼プラントではこれらのコストは非常に高い）を減少させる効果をもたらす。更に、煙道ガスの放出減少も可能となり、それにより下流側環境保護装置の収集効率が改善される。

このような石炭燃料原料は、経済的に実現可能なベースで電力プラントのボイラーを焚くために絶対ゼロ水分レベルまで乾燥させる必要はない。むしろ、入手可能な廃熱源を使用して石炭を十分なレベルまで乾燥させることにより、ボイラーの効率を著しく向上させ、同時に、経済的に実現可能なレベルでの処理コストの維持を図ることができる。これはプラントのオペレータにとって、真の経済的利益を与えるものとなる。亜炭の水分量を典型的な３９〜６０％のレベルから１０%以下のレベルまで減少させることができるが、２７〜３２％のレベルが好ましいものといえる。この好ましいレベルは、熱伝達に対するボイラーの能力により決定される。

本発明は好ましくは、プラントの操業に悪影響を及ぼすことなく、複数のプラント廃熱源を種々の組合せで物質の乾燥のために利用するものである。典型的な電力プラントにおいて、プロセス廃熱は、更なる利用のために多くの熱源から入手可能である。１つの可能な熱源は、スチームタービンである。スチームはスチームタービンサイクルから抽出され、石炭を乾燥するのに使用される。現存する多くのタービンにとって、これは動力出力を減少させるものとなり、抽出部位から下流側のタービン段階の性能に悪影響を及ぼし、この熱源からの熱抽出があまり好ましくないものとさせる。しかし、新しく構築された電力プラントについては、スチームタービンはこの段階の効率に悪影響を及ぼすことなく、スチーム抽出が可能なように設計されており、このようなスチーム抽出が新規なプラントのための石炭乾燥に使用される廃熱源の一部として利用可能となっている。

石炭乾燥のための他の可能な廃熱源は、プラントから出る煙道ガス内に含まれる熱エネルギーである。石炭水分除去のため、煙道ガス内に含まれる廃熱を利用することにより排気塔温度を低下させることになり、それにより排気塔内の浮力を減少させ、排気塔壁面の水蒸気および硫酸の凝縮を生じさせるものとなる。これは石炭乾燥のための煙道ガスから取得可能な熱量を制限するものとなり、これは特にウェット・スクラバーを備えたユニットに当て嵌り、それにより本発明における多くの最終用途において、高温煙道ガスが唯一の廃熱源として使用されないものとする。

ランキン動力サイクルでは、スチーム凝縮器及び/又は冷却塔内において、熱がこのサイクルから排出される。ユーティリティ・プラントで一般に使用されているスチーム凝縮器内で排出される熱は、廃熱の大きな熱源を提供するものであり、それを二次的目的で使用することはプラント操業に対するインパクトも少ない。この凝縮器から放出されるこの高熱凝縮器冷却水の一部を分岐させ、石炭乾燥のために使用することができる。工業的分析によれば、全ユニット負荷において、凝縮器内に排出される熱の僅か２％で石炭の水分量を４％減少させることができる。この熱源を単独で、又は、他の入手可能なプラント廃熱源との組合せで利用することにより、プラント操業に悪影響を及ぼすことなく、プラント廃熱源の最適な使用を提供するものとなる。

本発明は、入手可能な廃熱源を使用することに焦点を向け、水分減少又は他の処理工程を行うものであるが、燃焼熱などの一次熱源を、廃熱源を利用するシステムに加えて経済ベースで望ましい結果を達成するようにしてもよいことを理解されたい。典型的には、この一次熱源は、使用される廃熱源との関連で少量のものとなろう。

本発明は固定床ドライヤーおよび流動床ドライヤーを利用するものであり、この双方とも単一段又は多段のものであってもよく、物質を予め乾燥し、更に清浄化し、その後、工業用プラントの操業において消費されるようになっている。しかし、他のタイプの産業上公知のドライヤーを使用してもよい。更に、この乾燥プロセスは低温屋外システムで行われ、それにより工業用プラントのための操業コストを更に減少するようにしている。この場合、乾燥温度は好ましくは３００°Ｆ以下、より好ましくは２００〜３００°Ｆの範囲に保つようにする。

本発明において、凝縮器から排出される高温凝縮器冷却水の一部を分岐させ、ＡＰＨに向けられた流入空気を予熱するのに使用してもよい。

本発明は更に、フライアッシュ、硫黄、水銀担持物質並びに他の有害な汚染物質を石炭から除去するためのシステムを提供するものである。この場合、流動床の物質隔離、分類機能が利用され、これは従来のシステム、すなわち、石炭を燃焼させた後、汚染物質並びに他の異物を除去しようとするものとは対照的なものである。石炭を燃焼させる前に汚染物質並びに他の異物を除去することにより、プラントのプロセスにおける汚染物質により環境にもたらされる潜在的な公害を排除することができ、これにより放出物の減少、石炭入力レベルの低減、プラント操業に要する補助電力の低減、プラントの水使用の低減、金属腐食および他の要因によるメンテナンスコストの低減、煙道ガスからこれらの汚染物質の抽出に要する装置設置からもたらされる資本コストの低減などの利益が予測される。

本発明は、プラント操業で入手可能な１又は２以上の廃熱源を使用して、プラント操業で必須成分として使用される物質の品質特性を向上させるための方法を提供するものであり、本発明によれば、より経済的なベースで物質の乾燥を行うことが可能となり、それにより工業プラント操業では実行可能と思われないような低ランク(例えば、水分がより高い)物質の使用が可能となる。更に本発明によれば、物質内に含まれる汚染物質並びに好ましくない元素を、工業プラント操業で処理される前に減少させることができる。

本願発明の目的において、“粒状物質”とは任意の粒状又は粉状化合物、物質、元素又は成分など工業用プラント操業に対する不可欠な投入構成するもの、例えば、限定されるものではないが、石炭、バイオマス、樹皮、ピート、森林廃棄物質のような燃焼用燃料；ボーキサイト並びに他の鉱石；工業プラントの操業にて変化又は変形されるべき基材、例えば穀粒、穀物、モルト、ココアなどが含まれる。

本発明の文脈において、“工業用プラント操業”とは、物質の任意の燃焼、消費、変形、変化、改善により有益な結果又は最終製品を提供することを意味する。このような操業には、限定的ではないが、電力プラント、コークス化操業、鉄、スチール又はアルミニウム製造施設、セメント製造操業、ガラス製造プラント、エタノール製造プラント、穀粒、その他の農業産物のための乾燥操作、食品処理施設、工場およびビルのための暖房操作などが含まれる。工業用プラント操業には、製品又はシステムの熱処理を組み込んだ他の製造操業をも包含するものであり、例えば制限するものではないが、温室、地区暖房、二酸化炭素又は有機酸隔離に使用されるアミン又は他の抽出剤のための再生プロセスなどが含まれる。

本明細書で使用されている“石炭”とは、無煙炭、瀝青炭、亜瀝青炭および亜炭(又は褐炭)、更にピーとを意味する。特に、ＰｏｗｄｅｒＲｉｖｅｒＢａｓｉｎも含まれる。

本願発明で“品質特性”とは、工業用プラント操業において、粒状物質がその燃焼、消費、変形、変化又は改善に影響する粒状物質の特徴的属性を意味するものであり、例えば制限するものではないが、水分量、炭素量、硫黄分、水銀量、フライアッシュ量、ＳＯ_２の生成、並びに燃焼させたときの灰分、二酸化炭素、水銀酸化物などが含まれる。

本明細書で使用されている“熱処理装置”とは、製品に対し熱を適用するのに使用される任意の装置を意味し、例えば制限するものではないが、ドライヤー、釜、オーブン、定温器、生育チャンバー、ヒータなどが含まれる。

本発明の文脈において、“ドライヤー”とは、直接的又は間接的な熱の適用により粒状物質の水分量を減少させるのに有用な任意の装置を意味し、例えば制限するものではないが、流動床ドライヤー、振動流動床ドライヤー、固定床ドライヤー、走行床ドライヤー、カスケード形旋回床ドライヤー、長尺スロットドライヤー、ホッパードライヤー、キルンなどが含まれる。これらドライヤーは、単一又は多重容器からなるもの、単一又は多重段階からなるもの、積重ねたもの若しくは積重ねられていないもの、内部又は外部熱交換器を有するものなどが含まれる。

本発明の目的において、“一次熱源”とは、或る装置内で行われる主作業目的のために、直接的に生成される熱量を意味するものであり、この場合の装置には、ボイラー、オーブン、炉、ドライヤー、熱交換器、反応器、蒸留塔などが含まれる。このような一次熱源の例としては、例えば制限するものではないが、燃焼熱、ボイラーから直接排出されるプロセス流などが含まれる。

本明細書で使用されている“廃熱源”とは、工業用プラント操業において装置内で一次熱源により既に行われた作業からもたらされる高温熱量を有する任意の残留ガス状又は液状副産物流を意味するものであり、廃棄される代わりに、装置内において二次的目的で作業を行うのに使用されるものを意味する。このような廃熱源の例としては、例えば制限するものではないが、冷却水流、高温凝縮器冷却水、高温煙道又は排気塔ガス、タービンなどからの使用済みプロセス流、あるいはコンプレッサー、反応器又は蒸留塔の操業からもたらされる廃熱などが含まれる。

電力プラントのボイラー炉内で燃やされる石炭は、本発明の目的において、工業用プラント操業での粒状物質の例として使用できるが、工業用プラント操業で有用のもの、必要なもの、又は有益なものとして投入し得る他の任意の物質も本発明において同じく包含されると理解されることが重要である。

図１は、発電のための石炭駆動電力プラント１０の操業を簡略して示している。原料石炭１２は、必要とされるまで、石炭バンカー(燃料庫)１４内に蓄積される。ついで、フィーダー１６により石炭ミル１８へ供給され、そこで当業界で公知のように、一次空気流２０の助けを借りて適当なサイズに粉砕される。

この粉砕された石炭粒子はついで、炉２５へ供給され、そこで二次空気流３０との関連で燃焼され、熱が生成される。この燃焼反応により煙道ガス２７も生成することになり、排気中に排出される。

この熱源をついで使用して、ボイラー３２内の水３１をスチーム３３に変換させる。このスチーム３３はついで、スチームタービン３４へ送られる。スチームタービン３４は、少なくとも、高圧スチームタービン３６、中間圧スチームタービン３８および低圧スチームタービン４０からなり、これらは操作上一連のものとして接続されている。このスチーム３３は、シャフト上に装着された各タービンユニット内の一連のホイールに接続された扇風機状羽根を押圧することにより作業を行うようになっている。スチームがこのように羽根を押圧すると、ホイール並びにタービンシャフトの双方が回転することになる。この回転するシャフトにより発電機４３のロータが回転し、電気４５が生成される。

低圧スチームタービン４０から排出されたスチーム４７は凝縮器５０へ送られ、そこで冷却水５２により冷却され、スチームが水に変換される。スチーム凝縮器の殆どは水冷され、ここで、開放又は閉塞冷却回路が使用される。図１に示す閉ループ構成において、スチーム４７内に含まれる潜熱により、冷たい冷却水５２の温度が上昇し、高温冷却水５４としてスチーム凝縮器５０から排出される。この高温冷却水５４はその後、冷却塔５６内で冷却され、冷たい冷却水５２として閉ループ構成内にて循環される。他方、開放冷却回路において、冷却水により運ばれた熱は、図１５−１６の場合と同様に、水の冷却体(例えば、河川又は湖)中に放出される。これとは対照的に、閉ループ構成においては、冷却水により運ばれた熱は冷却塔内に放出される。

図１の電力プラント１０の操業効率は、図２に示すように、電力プラントの廃熱および副産物流の幾らかを抽出し、利用することにより高めることができる。化石燃料だきプラントボイラーは一般にエア予熱器（ＡＰＨ）を備えている。これは石炭粉砕並びに燃焼プロセスで使用される一次空気流および二次空気流を加熱するのに利用される。燃焼させた石炭はボイラーシステム（炉、バーナーおよびボイラー機構）において水をスチームに変換させるのに使用される。この変換されたスチームはついで、発電機に作動的に接続されたスチームタービンを駆動するのに使用される。熱交換器（しばしば、スチーム・ツー・エア・プレヒータ“ＳＡＨ”とも呼ばれる）はスチームタービンから抽出されたスチームを使用してエア予熱器の上流側の一次空気流および二次空気流を予熱するようになっている。タービンからのスチーム抽出により、タービン(並びにプラント)の出力が減少し、サイクルおよび単位加熱速度が減少することになる。

典型的なＡＰＨは復熱式(Ｌｊｕｎｇｓｔｒｏｍ又はＲｏｔｈｅｍｕｌｅ)若しくはチューブ構造のものであってもよい。ＳＡＨｓは、ＡＰＨ入口での空気の高い温度を維持し、ＡＰＨの低温(常温)端部がＡＰＨ熱伝達表面に堆積された硫酸により腐食されるのを防止すると共に、目詰まりの発生を防止するのに使用される。なお、この目詰まりは流れ抵抗を増大させると共に、必要とする送風機出力の増大を招くものとなる。ＡＰＨ入口の空気温度を高くすることにより、ＡＰＨガス出口温度がより高くなり、ＡＰＨの低温端部におけるＡＰＨ熱伝達表面（復熱式ＡＰＨにおける熱伝達通路又はチューブ状ＡＰＨにおけるチューブ）の温度がより高くなる。このより高い温度により、ＡＰＨにおける酸堆積領域が減少し、酸堆積速度も減少する。

すなわち、変形システム６５において、ＳＡＨ７０は中間圧力スチームタービン３８から抽出される使用済みプロセススチームの一部７１を使用して一次空気流２０および二次空気流３０を予熱するものであり、それをこれら空気流がそれぞれ石炭ミル１８および炉２５へ送られる前に行うものである。ＳＡＨ７０により達成することができる一次空気流２０および二次空気流３０の最大温度は、スチームタービン３８から排出される抽出スチーム７１の温度と、ＳＡＨ７０の熱抵抗とにより制限される。更に、一次空気流２０および二次空気流３０はそれぞれＰＡファン７２およびＦＤファン７４によりトリセクターＡＰＨ７６ヘと供給され、そこでこれら空気流は煙道ガス流２７により更に加熱された後、大気中に排出される。このようにして、一次空気流２０および二次空気流３０は高温に加熱されることにより、石炭ミル１８の操作効率および炉２５内のプロセス熱の生成を高めるものとなる。更に、凝縮器５０により排出された水流７８はボイラー３２へと再循環させ、再びプロセススチームへと変換させることができる。スチームタービン３８から排出される煙道ガス２７およびプロセススチーム７１並びに凝縮器から排出され、廃棄されたかも知れなかった水７８が成功裏に使用され、それにより電力発生プラント６５の全体的効率を向上させることができる。

上述のように、石炭１２の水分レベルを炉２５への供給前に減少させることができれば、発電プラントの操業効率にとって更に有益なものとなる。このような予備的乾燥プロセスは更に、亜瀝青炭および亜炭のような低ランク石炭を経済的ベースで使用することを可能にするものである。

図３は、石炭１２の水分量を減少させる目的で使用される流動床ドライヤー１００を示している。但し、その他のタイプのドライヤーも本発明の範疇において使用可能であることを理解されるべきである。更に、石炭乾燥システム全体が、多数の石炭ドライヤーを直列で、又は並列で接続させたものからなり、それにより石炭から水分を除去するようにしてもよい。同一の石炭乾燥ユニットを多数設けるようにした多重ドライヤー方式を採用することにより、操作およびメンテナンスの柔軟性が図られ、その全体的により小さなサイズで済むことから、これら石炭ドライヤーを現存の電力プラント装置内に設置、合体させることができ、一度に段階的に配置させることができる。これにより正常なプラント操業との干渉を少なくすることができる。

流動床は比較的低温領域で屋外で操作することができる。イン・ベッド（ｉｎ−ｂｅｄ）熱交換器を静止流動床又は固定流動床との関連で使用して石炭乾燥のための熱を追加的に提供し、それにより必要な装置のサイズを小さくするようにしてもよい。流動床ドライヤーにおいて十分なイン・ベッド熱伝達表面を設けることにより、流動化／乾燥用空気流を最小流動化速度に相当する値まで減少させることができる。これによりドライヤーに対する腐食損傷および水ひ速度が減少することになる。

イン・ベッド熱交換器のための熱は直接的に、又は間接的に供給することができる。直接的熱供給は、高温流動化空気流、高温凝縮器冷却水、プロセス流、高温煙道ガス又は他の廃熱源の一部を分岐させ、それをイン・ベッド熱交換器に通過させることにより行われる。間接的熱供給は、高温一次空気流、高温凝縮器冷却水、スチームタービンサイクルから抽出されたスチーム、高温煙道ガス又は他の廃熱源により加熱された水又は他の熱伝達液を外部熱交換器にて使用し、その後、それをイン・ベッド熱交換器に通過させることにより行われる。

流動床容積は単一のもの(図３〜７参照)、又は幾つかのセクションに分割されたもの、ここでは“段階(複数)”と呼ぶもの（図８参照）でもよい。流動床ドライヤーは、石炭が燃焼される場所と同じ場所で所定サイズのウェット石炭を乾燥させるのに良好なものとして選択される。多段階のものを単一容器(図８〜１０参照)又は多重容器に収容することができる。多段階構造のものは、流動床混合、隔離および乾燥特性の最大限の利用を可能する。石炭ドライヤーは石炭を乾燥するため、直接的熱源又は間接的熱源を含むものであってもよい。

図３は本発明の石炭乾燥用ベッドの一実施例を示している。これは直接的熱供給を備えた単段、単一容器流動床ドライヤー１００である。この流動床ドライヤー１００について、多くの様々な構成が可能であるが、共通の機能部材として、流動化および搬送のための石炭支持用容器１０２が含まれる。この容器１０２は、トラフ、密閉容器、又は他の適当な構造のものであってもよい。この容器１０２は、その底に向って床面を形成し、容器を流動床領域１０６と、充気領域１０８とに分割するディストリビュータ・プレート１０４を有している。ディストリビュータ・プレート１０４は孔開きのもの、あるいは適当な弁手段を有するものであって、流動化空気１１０が容器１０２の充気領域１０８に侵入することができるようになっている。流動化空気１１０は充気領域１０８全体に分配され、ディストリビュータ・プレート１０４の開口部１０５又は弁を介して高圧で上方に向けて付勢され、流動床領域１０６内に横たわる石炭１２を流動化するようになっている。

容器１１２の上部はフリーボード領域１１２を画成している。所定サイズのウェット石炭１２は図３に示すように、入口点１１４を介して流動床ドライヤー１００の流動床領域１０６内に導入される。この所定サイズのウェット石炭１２が流動化空気１１０により流動化されると、石炭の水分および水ひされた微粉１１６が、容器１０２のフリーボード領域１１２を介して推進され、図示のように典型的には流動床ドライヤー１００の頂部から容器外に排出される。他方、乾燥された石炭１２０は排出点１２２で容器１０２から排出される。石炭入口、出口点、水ひされた微粉出口並びにディストリビュータ・プレート１０４の構造および位置および容器１０２の形状については、最良の結果をもたらすべく所望に応じて変更してもよい。

周囲空気１２５がファン１２７によりプロセス廃熱１３２により加熱された外部熱交換器１３０を介して引き入れられるようになっている。外部熱交換器１３０を通る循環により加熱された流動化空気１１０の一部は所定サイズのウェット石炭１２の流動化のため流動床領域１０６へと向けられる。直接的熱供給は流動化空気１１０（プロセス廃熱１３２により加熱された）の残りをこのイン・ベッド熱交換器１３４を介して分岐させることにより得ることができる。このイン・ベッド熱交換器１３４は流動床１０６全体に延出し、流動化石炭を加熱し、水分を取り出すものである。このイン・ベッド熱交換器１３４から出た流動化空気１１０はファン１２７へ再循環され、再び外部熱交換器１３０を通って循環され、それにより加熱されるようになっている。流動化空気１１０の幾らかの損失が、この流動化空気が充気領域１０８を通って流動床領域１０６へと直接導入されるときに生じる。この損失した空気は、更なる周囲空気１２５を循環サイクル内に引き入れることにより置き換えられる。

図４は、図３に示したものと類似する単段、単一容器流動床ドライヤー１４０の他の具体例を示すものであるが、ここでは外部熱交換器１３０およびイン・ベッド熱交換器１３４の双方を加熱するのにプロセス廃熱１３２は使用されていない。その代わりに、発電プラント操業での他からの高温凝縮器冷却水１４２の一部がイン・ベッド熱交換器１３４へ分岐され、それにより必要な熱源が提供されるようになっている。このように、図４の流動床ドライヤー１４０においては、２つの別々の廃熱源（すなわち、プロセス廃熱および高温凝縮器冷却水）を使用して石炭乾燥プロセスの操業効率を向上するようにしている。

図５は、図４に示したものと類似する単段、単一容器流動床ドライヤー１５０の他の具体例を示すものであるが、ここではイン・ベッド熱交換器１３４のための熱源として、高温凝縮器冷却水の代わりに、電力プラントのスチームタービンから抽出された高温プロセススチーム１５２が使用されている。再度、流動床ドライヤー１５０は２つの異なる廃熱源（すなわち、プロセス廃熱１３２および高温プロセススチーム）を使用して石炭乾燥プロセスの操業効率を向上するようにしている。

流動床ドライヤーの他の具体例が図６、７に示されており、ここでは間接的熱供給を備えた単段、単一容器流動床ドライヤー１６０が用いられている。イン・ベッド熱交換器１３４に対する間接的熱供給が、流動化空気１１０により加熱された水又は他の熱伝達液１６２、高温凝縮器冷却水１４２、スチームタービンサイクルから抽出されたプロセススチーム１５２、又は外部熱交換器１３０内の炉排気塔からの高温煙道ガス１６８の使用により提供される。ついで、図６に説明するようにこの間接的熱はポンプ１６６によりイン・ベッド熱交換器１３４を通過、循環される。これらの熱源(並びに他の熱源)の任意の組合せも利用することができる。

本発明の屋外低温流動床ドライヤー構造の更に他の具体例が図８に示されている。これは多段、単一容器流動床ドライヤー１７０であり、イン・ベッド熱交換器１３４への直接的熱供給(電力プラントの冷却塔からの高温凝縮器冷却水１７２)を備えている。容器１０２は２段階、すなわち、第１段階１７４および第２段階１７６に分割されている。図８では、２段階ドライヤーとして説明されているが、更なる段階を追加し、更なる処理を達成するようにしてもよい。典型的には、所定サイズのウェット石炭１２がフリーボード領域１１２を介して入口点１１４で流動床ドライヤー１７０の第１段階１７４に導入される。この所定サイズのウェット石炭１２は高温凝縮器冷却水１７２により予熱され、部分的に乾燥される（すなわち、表面水分の一部が除去される）。なお、この高温凝縮器冷却水１７２は第１段階１７４(直接的加熱)内に収容されているイン・ベッド熱交換器１６４の加熱コイルを介して導入され、循環され、かつ排出されるようになっている。この所定サイズのウェット石炭１２は更に、高温流動化空気１１０により加熱、流動化されるようになっている。流動化空気１１０は、外部熱交換器１３０内でプロセス廃熱１３２により加熱された後、ファン１２７により流動床ドライヤー１７０の第１段階１７４のディストリビュータ・プレート１０４を強制的に通るようになっている。

第１段階１７４において、高温流動化空気流１１０は、ディストリビュータ・プレート１０４上に支持されている所定サイズのウェット石炭１２を強制的に通過し、石炭を乾燥させ、石炭内に含まれる流動化粒子と非流動化粒子とを分離させる。より重く又はより密度が大きい非流動化粒子は流動床１７０内で分離され、ディストリビュータ・プレート１０４の底部に集められる。これらの非流動化粒子（アンダーカット）はついで、ストリーム１（流れ１）（１７６）として第１段階１７４から排出される。流動床ドライヤーは一般に、流動床の底部に４インチの厚みまで集められた非流動化物質を取扱うように設計されている。非流動化物質は石炭供給流の２５％までも占めるといえる。このアンダーカット流１７６は他の選鉱プロセスに向けられるか、若しくは単に排除することができる。ディストリビュータ・プレート１０４に沿って、アンダーカット流１７６のための排出点へ至る分離された物質の動きは、図８に示すように傾斜させた水平方向指向ディストリビュータ・プレート１０４により達成される。従って、第１段階１７４は流動化粒子と非流動化粒子とを分離し、所定サイズのウェット石炭１２を予備乾燥させ、予熱し、所定サイズのウェット石炭１２の均一な流れを流動床ドライヤー１７０内に収容された第２段階１７８へと提供するものである。第１段階１７４から、流動化された石炭１２が第１のせき１８０を越えて流動床ドライヤー１７０の第２段階１７８へと空輸される。流動床ドライヤー１７０のこの第２段階において、流動化された石炭１２は更に、直接的熱並びに第２段階１７８に収容され、内部の顕熱を発散させるイン・ベッド熱交換器１８２の加熱コイルを介して導入され、循環され、かつ排出される高温凝縮器冷却水１７２により所望の出口水分レベルまで加熱され、乾燥される。この石炭１２は更に、高温流動化空気１１０により加熱、流動化されるようになっている。この流動化空気２０６は、外部熱交換器１３０内でプロセス廃熱１３２により加熱された後、ファン１２７によりディストリビュータ・プレート１０４を強制的に通って流動床ドライヤー１７０の第２段階１７８へ送られるものである。

乾燥された石炭流は、流動床ドライヤー１７０の排出端１２２で第２のせき１８４を越えて空輸、排出され、水ひされた微粉１１６および湿った空気はドライヤーユニットの頂部を介して排出される。この第２段階１７８も石炭１２からのフライアッシュおよび他の不純物を更に分離するのに使用することができる。分離された物質は、図８に示すようにストリーム２（流れ２）（１８６）およびストリーム３（流れ３）（１８８）として、流動床１７０の底部に位置する多重抽出点１８６，１８８(その他の適当な部位でもよい)を介して第２段階１７８から除去されるようになっている。抽出点の必要数は、所定サイズのウェット石炭１２のサイズおよび他の特性、例えば、限定的なものではないが、好ましくない不純物の性質、流動化パラメータなど、更に流動床の構造に応じて適当に変えることができる。分離された物質の排出点１７６，１８６，１８８への移動は図８に示す傾斜ディストリビュータ・プレート１０４により、又は現存する市販の水平方向ディストリビュータ・プレートにより行うことができる。ストリーム１，２および３はプロセスから除去され埋め立てられるか、あるいは更に処理して好ましくない不純物を除去するようにしてもよい。本願と同一日に出願され、出願人も本願と同一の別の特許出願（発明の名称：有機及び/又は非有機物質を分離、濃縮するための装置および方法）（ここに、その全体が組み込まれるものとする）には、アンダーカット流１７６，１８６，１８８を分離し、更に処理するための適用および方法についてより詳細な説明がなされている。

流動化空気流１１０は、石炭ベッド１７０および流動床領域１０６の第１段階１７４および第２段階１７８の双方に収容された所定サイズのウェット石炭１２を通過して流されたとき、冷却され、増湿される。ドライヤーベッド内の石炭１２から除去し得る水分量は流動化空気流１１０の乾燥能力により制限される。従って、イン・ベッド熱交換器１３４および１８２の加熱コイルにより流動床１０６に入力される熱は流動化空気流１１０の乾燥能力を増加させ、所望の石炭乾燥度を達成するのに要する乾燥用空気の量を減少させることになる。十分なベッド内熱伝達表面を備えさせることにより、乾燥用空気流１１０を、石炭粒子の浮遊を維持するのに要する最小流動化速度に相当する値まで減少させることができる。これは典型的には、０．８ｍ／秒程度であるが、この速度をより高い値、例えば１．４ｍ／秒まで増大させて操作し、プロセスがこの最小要求速度より低く降下せずに確実に進行するようにしてもよい。

最大乾燥効率を達成するため、乾燥用空気流１１０が飽和状態（すなわち、１００％相対湿度）で流動床１０６から離れるようにする。流動床ドライヤー１７０およびそれより下流のフリーボード領域１１２における湿気の凝縮を防止するため、石炭ドライヤー１７０は出口相対湿度が１００%未満となるよう設計される。更に、高温流動化空気流１１０の一部を流動床１０６の周りにバイパスさせ、フリーボード領域１１２内の飽和空気と混合させ（例えば、噴霧させること）、その相対湿度を低下させるようにしてもよい。その他、再加熱表面を流動床ドライヤー１７０のフリーボード領域１１２内に追加したり、容器外皮の加熱又は他の技法を利用して、流動床ドライヤー１７０から離れる流動化空気１１０の温度を増大させたり、その相対湿度を低下させ、下流での凝縮を防止するようにしてもよい。このドライヤーで除去された湿気は、流動化空気に含まれる熱入力およびイン・ベッド熱交換器により放出される熱に正比例する。より高い熱入力はより高いベッド温度およびより高い出口温度をもたらし、空気の水分輸送能力を増大させ、所望の乾燥度を達成するのに要する空気対石炭比を低下させるものとなる。乾燥のための所要動力は、空気流およびファン差圧に依存する。ドライヤーベッドにおいて熱を付加する能力は、ベッドと加熱水との間の温度差、熱伝達係数、熱交換器の表面積に依存する。より低い温度の廃熱を利用するためには、従って、より大きい熱伝達面積が熱をプロセスに導入するために必要となる。これは典型的には、イン・ベッド熱交換器の加熱コイルについて必要な容積を提供するため、より深いベッドを意味するものである。従って、意図する目標は、本発明の流動床ドライヤーの正確な寸法および構造により規定される。

このドライヤーを出入する石炭流としては、所定サイズのウェット石炭１２、加工石炭流、水ひされた微粉１１６、アンダーカット流１７６，１８６および１８８が含まれる。非流動化石炭を取扱うため、流動床ドライヤーに、スクラバー−ホッパー／収集プラスねじ錐を設け、流動床の底部から石炭を除去するようにしてもよい。これに関連する機器については、本願と同一日に出願され、出願人も本願と同一の別の特許出願（発明の名称：有機及び/又は非有機物質を分離、濃縮するための装置および方法）（ここに、その全体が組み込まれるものとする）に詳細に記載されている。

ドライヤーの典型的関連部材としては、とりわけ、石炭搬送装置、石炭貯蔵バンカー、流動床ドライヤー、空気搬送加熱システム、流動床イン・ベッド熱交換器、環境制御装置(ダスト・コレクター)、計器、制御およびデータ取得システムが含まれる。一実施例において、ねじ錐は湿潤石炭をドライヤーに供給し、乾燥した石炭製品をドライヤーから取り出すのに使用される。羽根フィーダーを、供給速度を制御し、ドライヤーを出入する石炭流に対しエアロックを提供するのに使用することができる。石炭バンカー上のロードセルは石炭粒子の流量、ドライヤーへの総石炭入力を規制するものである。計器としては、熱電対、圧力計、エア湿度計、流量計、歪みゲージなどが含まれるが、これらに限定されるものではない。

流動床ドライヤーに関して、第１段階では非流動化石炭の予熱および分離が行われる。これは石炭を分離させるため、高速、かつ、小さなチャンバーとして設計することができる。第２段階では水蒸気と石炭との間の分圧の差により石炭水分の蒸発により石炭が乾燥する。好ましい実施例において、水分の殆どがこの第２段階で除去される。

本発明の目的のための石炭ベッドドライヤーの他のタイプのものは、直接的又は間接的熱源を備えた単一容器、単段、固定床ドライヤーである。直接的熱源を備えたこのドライヤーの一実施例が図９に示されている。但し、その他の様々な構成も可能である。固定床ドライヤーは、他の電力プラント又は他の工業用プラントへ販売される石炭を乾燥させる場合に好ましい選択となる。これは、必要量の石炭を所望の水分減少まで乾燥させる場合に、流動床ドライヤーと比較して、低い乾燥速度並びにより長い滞留時間が固定床ドライヤーにとって必要であるからである。更に、採鉱現場などのプラントの存在しない状況において、流動床ドライヤーを使用するには実際上の制約が通常存在する。このような状況下で希少廃熱源、例えば高温凝縮器冷却水又はコンプレッサー熱などをこの乾燥操作のために入手することは不可能であろう。更に、流動床に必要な流動化空気の必要量を安価に得ることはより困難であろう。

図９に示す構成において、固定床ドライヤー１８０は２つの同心壁部を有する。すなわち、略円筒状の外側壁部１８２と、略円筒状の内側壁部１８４とであり、これらの間に空気流のための環状空間１８６が画成されている。基底の直径が内側壁部１８４のものより小さい円錐構造１８８が固定床ドライヤー１８０の底部に配置されており、これは内側壁部１８４と同軸的に整合されていて、乾燥された石炭１９２の排出のための円環状床面排出ポート１９０がそれらの間に形成されている。

石炭(排他的ではないが、一般に所定サイズのウェット石炭１２)は開放頂部１９４から固定床ドライヤー１８０内に導入される。所定サイズのウェット石炭１２が重力により固定床ドライヤー１８０の底部に引き込まれる。流動化空気流１９６がファン１９８により発生し、低温(常温)乾燥用空気２００を空気対水熱交換器２０２に通過させる。この流動化空気２００は、図９に示すように、スチーム凝縮器(図示しない)からの高温凝縮器冷却水２０４のような廃熱により加熱される。本出願で記載されている全ての実施例と同様に、その他の廃熱源も本発明の実施のために使用することが可能である。

流動化空気２００は、円錐構造１８８並びに内側壁部１８４と外側壁部１８２との間に形成された環状空間１８６の双方を介して固定床ドライヤー１８０の底部に導入される。円錐構造１８８および内側壁部１８４には、双方とも孔が形成されているか、あるいは適当なものが備えられていて、図９に示すように、流動化空気１９６が、固定床ドライヤー１８０の内側壁部１８４内方に収容されている所定サイズのウェット石炭１２を通って流れるようになっている。この流動化空気１９６は固定床ドライヤー１８０の開放頂部１９４を介して大気中に飛散される。

この固定床ドライヤー１８０は内蔵ヒートコイル２０６を備えている。この内蔵熱伝達コイル２０６のための熱は、廃熱（この場合、高温凝縮器冷却水２０４）により提供される。他の熱源からの廃熱又はスチームタービンサイクルから抽出されたスチーム、又はそれらの組合せも、単独で、又は凝縮器冷却水２０４との組合せで使用することもできる。所定サイズのウェット石炭１２が固定床ドライヤー１８０内で加熱され、空気に曝される間において、乾燥された石炭１９２が重力により、又は他の市販の機械的手段によりドライヤーの底部へと引き込まれ、固定床ドライヤー１８０の底部に形成された排出リング１９０を介して排出される。

本発明のドライヤーベッドの設計は、石炭を３００°Ｆを超える温度、好ましくは２００〜３００°Ｆの範囲を超える温度に曝すことなく、種々の電力プラントのプロセスから入手可能な廃熱流を最大限に利用するよう注文設計されることを意図したものである。達成しようとする意図する目標、燃料又は供給原料の特性および所望の結果に関係する他の因子に応じて、他の供給原料又は燃料温度勾配および流体の流れを変更することができる。温度が３００°Ｆを超えた場合、特に４００°Ｆに近い場合は、酸化が生じ、揮発分が石炭から除去され、管理を必要とする好ましくない成分を含む他の流れが生じたり、プラント操業についての他の潜在的問題を生じさせることになる。

ドライヤーへの空気入力を３００°Ｆ未満に和らげ、その熱をベッド内の熱交換器コイルに入力することにより、ドライヤーは高温廃熱源をうまく取扱うことができる。流動床ドライヤーの多段階構造は、加熱媒体の向流を介してより効率的な熱伝達を達成するのに利用できる温度ゾーンを生じさせるものとなる。ドライヤーベッドからの石炭出口温度は比較的低く(典型的には１４０°Ｆ未満)、貯蔵および取扱いが比較的容易な製品を生産させる。もし、特定の粒状物質がより低い又はより高い生産温度を必要とする場合は、低下させた又は上昇させた温度を提供するようドライヤーを設計することができる。

ドライヤーの設計、ドライヤー温度、およびベッド内に収容されている石炭の滞留時間を適当に選択することにより、水分量を所望のレベルまで減少させることができる。電力プラントでの使用のための低ランク石炭について述べると、北米亜炭についての水分減少は、ほぼ３５〜４０重量％から１０〜３５重量％、より好ましくは２７〜３２重量％にすることを必要とする。他の地理的マーケット、例えば５０〜６０重量％もの高い水分レベルの亜炭から出発するオーストラリア、ロシアの場合は、石炭ユーザーは乾燥を介して水分レベルを２７%未満に減少させることを選択するであろう。亜瀝青炭の場合、この水分減少は、略２５〜３０重量％から略１０〜３０重量％、より好ましくは２０〜２５重量％になるようにする。本発明の正しく設計されたドライヤープロセスによれば、発電プラント操業の場合に低温の熱を利用して粒状物質の水分レベルを０%に減少させることができるが、それは不必要であり、処理コストを増大させることになる。注文設計により、高湿度石炭を特定の発電プラントに最も適したレベルまで乾燥させるようドライヤーベッドを構築することができる。

本発明の廃熱（ｗａｓｔｅｈｅａｔｏｐｔｉｏｎｓ）を利用する低温、屋外乾燥プロセスの使用については、工業プラント操業の範囲内において多くの履行上の可能性がある。その好ましい例が図１０に示されており、これは発電プラント３００内に合体させた２段、単一容器流動床ドライヤー３０２の形のもので、高温凝縮器冷却水３０４および高温煙道ガス３０６を乾燥操作のための唯一の熱源として使用するものである。この場合、水分レベルが３５〜４０重量％の原料亜炭１２が篩３１０に供給され、このプロセスでの取扱いに適したサイズの石炭粒子に篩別される。すなわち、２インチ未満、より好ましくは０．２５インチ以下の適当なサイズの石炭１２が標準的手段により再処理石炭貯蔵ビン３１２へ直接搬送される。０．２５インチより大きいオーバーサイズの石炭は、再処理石炭貯蔵ビン３１２へ搬送される前に、最初にクラッシャー３１４で処理される。

この貯蔵ビンから、所定サイズのウェット石炭１２が、当業者に公知の搬送システムにより流動床ドライヤー３０２へ搬送される。ここで、石炭粒子の表面上および孔内の総水分が所定のレベルまで減少され、略２８〜３０重量%の平均水分レベルを有する“乾燥された”石炭３１６が生産される。この得られた乾燥石炭３１６はコンベヤー３１８を介してバケットエレベータ３２０へ送られ、そこから乾燥石炭貯蔵ホッパー３２２へ運ばれ、ここでボイラー炉にとって必要とされるまで保存される。

貯蔵サイロ３２２内に集められた乾燥石炭３１６は常套手段により石炭ミル３２４へと移送され、ここで粉砕されて乾燥粉砕石炭３２６にされ、その後、炉３３０への導入のための風箱(ウインドボックス)３２８ヘ移送される。本発明の目的のため、４百万ポンド/時間ボイラー能力についてのノース・ダコタにおける典型的な“ウインターコンデション”のプロセスパラメータが図２４に示す石炭乾燥プロセスについて提供されている。炉３３０での石炭３２６の燃焼により、６０億ＢＴＵ／時間域の発熱量がボイラー３３４内に収容されている水３３２に伝達される。平均温度１０００°Ｆ、圧力２，５２０psigでスチーム３３６が、電力生産のための少なくとも１つの発電機(図示しない)を駆動させるのに使用される一連の高圧、中間圧および低圧スチームタービン(図示しない)の最初のものに移送される。使用済のスチームは一般に、高圧タービンを６００°Ｆ、圧力６５０psigで離れ、下流の中間圧タービンを約５５０〜６００°Ｆ、圧力７０psigで離れる。

約１２５〜１３０°Ｆ、圧力１．５psigで低圧タービンから出た使用済スチーム３３８は、その後、凝縮器３４０へ送られ、そこで水に変換される。約８５°Ｆの低温冷却水３４２は凝縮器３４０を介して循環され、使用済スチーム３３８から潜熱エネルギーを引出す。このプロセスにおいて、冷却水３４２は加温され、ほぼ１２０°Ｆの高温冷却水３４４として凝縮器から出る。この高温冷却水３４４はついで、冷却塔３４６へ送られ、そこでその温度が再び減少して約８５°Ｆの低温凝縮器冷却水となり、再循環のため凝縮器３４０へ送られる。凝縮器からの凝縮したスチームはその後、再循環され、ボイラー３３４を通り、再加熱されてスチーム３３６となり、スチームタービンを駆動させるのに再度使用される。

流動床ドライヤー３０２は、乾燥されるべき石炭１２を受理するための７０ft^２の分配面積を有する第１の段階３５０と、分配面積が２４５ft^２の大きい第２の段階３５２とからなっている。流動床ドライヤー３０２のこれらの段階にはイン・ベッド熱交換器３５４，３５６が夫々備えられている。これについては、以降、詳述する。

高温凝縮器冷却水の一部３０４は分岐され、熱交換器３５４を循環してドライヤーの第１段階３５０への直接的熱源を供給する。この高温凝縮器冷却水３０４は典型的には平均温度が１２０°Ｆであり、それにより第１段階のイン・ベッド熱交換器が２．５百万ＢＴＵ/時間の熱量を放出させるものとなる。使用済の高温凝縮器冷却水３５８は約１００°Ｆで熱交換器を出て、冷却塔へ戻され、そこで使用済の高温凝縮器冷却水３５８の冷却が援助され、再び高温凝縮器冷却水３０４となる。

高温凝縮器冷却水の一部３０４ａは外部熱交換器３６０を通って循環される。この熱交換器３６０は、予備ファンルームコイル３６４を加熱するのに使用されたグリコール系循環液３６２を加熱するのに使用される。この予備ファンルームコイル３６４は一次空気流３６６および二次空気流３６８の温度を周囲温度（年間を通して、ほぼ２５〜３０°Ｆ(冬季)変化する）から上昇させるものである。グリコールは低温でも凍らないから、一次および二次空気流も同じく２５°Ｆの最低温度より下に下がることはない。

予備ファンルームコイル３６４を離れた一次空気流３６６および二次空気流３６８はついで、空気−水熱交換器ユニットを構成する主ファンルームコイル３７０へ送られる。高温凝縮器冷却水３０４の一部３０４ｂは主ファンルームコイル３７０を通って循環され、必要な熱源を提供する。一次空気流３６６および二次空気流３６８は主ファンルームコイルを約８０〜１００°Ｆで離れ、ついで、ＰＡファン３７２およびＦＤファン３７４により、夫々１４０°Ｆおよび１１２°Ｆで外部エアーヒータ３７６に向けて移送される。なお、この外部エアーヒータ３７６は３セクター回転再生エア・プレヒータを構成するものである。

エアプレヒータ３７６並びに高温および低温一次空気流３８０，３６６ａへの夫々の流入空気を予熱するためにファンルームコイル３６４，３７０を使用することにより、外側熱交換器３８６および熱伝達液体流３８８に導入される熱の温度が１２０°Ｆ域から２００°Ｆプラス域へと上昇することになる。これは流動化／乾燥用空気３５２の流量並びにイン・ベッド熱交換器３５６の必要な表面積に対し、プラスの作用を奏するものである。この双方は、乾燥用並びに加熱用ストリームの温度が増加すると減少する。

一次空気流３６６の一部３６６ａは外部空気プレヒータ３７６の前に分岐して約１４５°Ｆで混合ボックス３７８へ送られる。一次空気のより熱い流れ（ストリーム）３８０ａ（約２８３°Ｆ）と混合した後、約１８７°Ｆの流動化空気３８２を形成する。この流動化空気３８２は流動床ドライヤー３０２の第１段階３５０および第２段階３５２の双方のための流動化媒体として使用される。この１８７°Ｆの流動化空気温度を達成するため、混合ボックス３７８に入る空気の約５４％が高温ＰＡ空気３８０ａにより提供され、残りの４６％が低温ＰＡ空気３６６ａにより提供される。流動化空気３８２は、約３．５フィート／秒の速度で第１段階３５０に導入され、石炭粒子の約４０インチ厚のベッドを流動化させる。石炭粒子１２はほぼ１３２，０００ポンド／時間で第１の段階３５０を横切って移動し、その間、イン・ベッド熱交換器３５４および流動化空気により略９２°Ｆに加熱され、僅かな水分減少が行われる。第１段階３５０の終端に到達したとき、堰の頂部を越えて第２の段階３５２内にこぼれることになる。

煙道ガス３０６は略８２５°Ｆでボイラー炉３３０を出る。この廃熱源は外部エアーヒータ３７６を通過し加熱媒体を提供する。この煙道ガスはこの外部エアヒータをほぼ３４３°Ｆで出て、集塵器およびスクラバーを介して排気塔へ吐出される。しかし、このプロセスにおいて、この煙道ガスは一次空気流３６６および二次空気流３６８を夫々、略７５７°Ｆおよび７４０°Ｆに加熱し、高温一次空気３８０および加熱された二次空気３８２を形成する。加熱された二次空気３８２は、燃焼プロセスを補助し、ボイラー効率を向上させるのに要するものの略１１７%を以って炉３３０へ送られる。

略７５７°Ｆの高温一次空気３８０は石炭ミル３２４へ送られ、そこで粉砕された石炭粒子をウインドボックス３２８および炉３３０へ押し込む陽圧源が形成される。再度、このように粉砕石炭粒子３２６を予熱することによりボイラー効率が向上し、より小さいボイラーおよび関連装置の使用が可能となる。

より乾燥した石炭により、水分蒸発損失が少なくなるため、炎温度がより高くなり、炉２５内の熱伝達プロセスが改良される。炎温度がより高いことにより、炉２５の壁面への輻射熱束がより大きくなる。排出する煙道ガス２７の水分量が減少しているため、炎の輻射特性が変化し、これは更に、炉２５の壁面に対する輻射束に影響を与える。炎温度がより高いことにより、炉２５を出る石炭灰粒子の温度が高くなり、それにより炉の汚れおよびスラグ形成が増大することになる。炉壁へのスラグの堆積は熱伝達を減少させ、炉出口での煙道ガス温度（ＦＥＧＴ）の上昇を生じさせる。燃料の水分が減少することによる石炭流量の減少のため、ボイラーに入る灰分の量も減少する。これによりボイラー３２における固体粒子侵食が減少し、ボイラー３２のメンテナンスを減少させる（例えば、ボイラーの内面上に溜まるすすの必要な除去）。

高温一次空気３８０の一部が熱交換器３８６に分岐され、これが液状媒体３８８を略２０１°Ｆに加熱し、この液状媒体３８８が流動床ドライヤー３０２の第２段階３５２に収容されているイン・ベッド熱交換器３５６のための熱源として使用される。この液状媒体はこの熱交換器から略１６０°Ｆで排出され、そこで熱交換器３８６に戻され、再加熱される。前述のように、略２８３°Ｆで熱交換器３８６を離れる一次空気流３８０ａは混合ボックス３７８内の低温一次空気３６６ａと一緒にされ、流動床ドライヤー３０２に向けられる流動化空気流３８２を形成する。この混合ボックスは流動化空気の温度を所望のレベルに調整させるものである。

略９２°Ｆで、水分が若干減少されて第１の段階３５０から流動床ドライヤーの第２段階３５２へ吐出された流動化石炭粒子は、ほぼ３８〜４２インチの深さのベッドを形成し、これは空気流３８２により流動化され、イン・ベッド熱交換器３５６により更に加熱される。これらの石炭粒子は流動床の第２段階３５２の長さを走行するのにほぼ１２分を要し、ついで、略１１８°Ｆ、水分２９．５重量％の乾燥石炭３１６として排出される。より重要なことは、略６２００ＢＴＵ／ｌｂでドライヤー３０２の第１段階に導入された石炭１２の熱量が略７０４５ＢＴＵ／ｌｂに増加したことである。

工業界において、“Ｘ比”は、煙道ガス３０６から一次空気３６６および二次空気３６８へのエアーヒータ３７６を横切る熱の伝達の相対的効率を表すものとして計算される。これは以下の式により表される。

ｍ_{ＰＡ＋ＦＤ}・ｃｐ_{ＰＡ＋ＦＤ}・（Ｔ_ｏｕｔ−Ｔ_ｉｎ）_{ＰＡ＋ＦＤ}＝ｍ_ｆｌｕｅ・ｃｐ_ｆｌｕｅ・（Ｔ_ｉｎ−Ｔ_ｏｕｔ）_ｆｌｕｅ

ここで、各燃焼用空気(すなわち、一次空気および二次空気)および煙道ガス流のそれぞれについて、ｍは質量流れ;ｃｐは比熱；Ｔ_ｉｎは入口温度；Ｔ_ｏｕｔは出口温度である。各燃焼用空気流について（ｍ・ｃｐ）の積は、通常、煙道ガス流についての対応する値の僅か８０％であるから、これは、電力プラントについて通常の状況下では空気熱交換器を横切る煙道ガスにおける温度降下は燃焼用空気流における温度利得の僅か８０%に等しいことを意味する。しかしながら、石炭の水分量の減少させることにより、従って、本発明により炉内でこの石炭製品の燃焼から生成する煙道ガスを減少させることにより、煙道ガス流３０６についての質量流量および比熱は減少することになり、他方、ファンルームコイル３６４および３７０を介しての一次空気流３６６および二次空気流３６８の予熱は燃焼用空気流についての質量流量を増加させることになる。これはＸ比を１００%に向けて増加させ、それにより電力プラント操業のボイラー効率が著しく向上する。更に、本発明の原理に従ってドライヤーシステムを注意深く設計することにより、Ｘ比の値を更に、略１１２％に向上させることができ、それにより、ボイラー操業が電力生産効率を更に向上させるものとなる。更に、空気熱交換器およびボイラー効率についてのこの著しく向上したＸ比は電力プラント操業内での入手可能な廃熱源の使用を介して達成されたものであり、それにより電力プラントの操業の経済的改善が相乗効果を以って可能となる。

図１０〜１２に示した流動床ドライヤーの構成に対し他の種々の変更が可能であることを理解することは重要である。例えば、発電プラント内で入手可能な他の廃熱流、例えばタービンから放出される使用済みプロセス流を、高温煙道ガス又は高温凝縮器冷却水流の代わりに使用することができる。更に、別の混合ボックスを、流動床の第１および第２段階への流動化空気を吐出するのに使用するライン内に挿入し、各流動化流の温度を別々に調整、制御することも可能である。更に、バイセクター又は外部空気ヒータを、一方の側を流れる高温煙道ガスにより加熱される他方の側を流れる一次および二次空気流と共に使用することができる。必要であれば、スチームエアー予熱器(ＳＡＨ)を高温一次空気流内に配置し、この空気流が混合ボックスに到達する前にその温度を上昇させてもよい。このＳＡＨのための熱入力は、スチームタービンサイクルから又は電力プラント内で入手可能な他の廃熱源から抽出されるスチームにより提供することができる。更に他の変形例は、低温エコノマイザー熱交換器を、煙道ガスが前記外部空気予熱器を出た後の煙道ガスの通路に配置させ、それにより循環流体を加熱し、一次及び/又は二次空気流が外部空気ヒータに到達する前にこれら空気流に対し更なる熱上昇を生じさせることである。

図１１は、図１０と比較して若干異なる流動床ドライヤー３０２の電力プラント３００への一体化を示すもので、ここでは、理解を容易にするため、同様の部材には同一の参照番号が付されている。高温凝縮器冷却水３０４が同じく、予備ファンルームコイル３６４および一次ファンルームコイル３７０のためのグリコールヒータ３６０を加熱するために使用される。これら予備ファンルームコイル３６４および一次ファンルームコイル３７０は、逆に、一次空気流３６６および二次空気流３６８が外部エアーヒータ３７６内で煙道ガス３０６により更に加熱される前に、一次空気流３６６および二次空気流３６８を一緒に予熱し、それにより高温二次空気３８２および高温一次空気３８０が生成される。更に低温一次空気流３６６ａも同じく、混合ボックス３７８へ送られ、流動化空気の温度の制御が行われる。この流動化空気は流動床ドライヤーの第１段階３５０および第２段階３５２の底部を通過するように向けられる。しかし、熱交換器３８６内で加熱された循環液状媒体３８８は、第１段階３５０内のイン・ベッド熱交換器３５４および第２段階３５２内のイン・ベッド熱交換器３５６の双方のための加熱媒体として使用される。図１０に示す構成とは異なり、高温凝縮器冷却水３０４は第１段階３５０内のイン・ベッド熱交換器３５４のための加熱媒体としては使用されない。この図１１の例は流動床ドライヤー３０２内の双方の熱交換器に向けられる高温加熱を可能にし、乾燥システム全体の柔軟性を向上させるものである。

図１２は、流動床ドライヤー３０２および電力プラント３００について若干異なる構成を示している。図１１と同様に、廃熱の共通源が流動床ドライヤー３０２の第１段階３５０および第２段階３５２内に収容された双方のイン・ベッド熱交換器のために使用されている。しかし、外部エアーヒータ３７６を出る高温一次空気３８０が熱交換器循環液３８８を加熱するのに使用されている図１１のものとは異なり、図１２の場合は、この循環液３８８は、外部エアープレヒータ３７６から出る煙道ガス流４０２により熱交換器４００内で加熱されるようになっている。このようにして、この循環液３８８を、イン・ベッド熱交換器３５４および３５６での使用のため、ほぼ２００〜３００°Ｆに加熱することができる。更に、この図１２の例は、煙道ガス流の熱量の生産的使用を可能にすると共に、ドライヤーシステムの設計に対しより大きい柔軟性をもたらし、図１０および１１に示した例と比較して同程度又はより良好な乾燥性能を得るのにより効果的であるという点で好ましい。

電力プラント６５の効率を改善するために、高温煙道ガス２７およびスチームタービンから抽出された高温スチーム７１の使用について図２を参照して説明したが、その他の構成も可能である。例えば、図１３には、トリセクター回転再生エアープレヒータを備えた閉冷却回路の他の例が示されている。この場合、スチームタービンからのスチーム７１を分岐させて、一次空気流２０および二次空気流３０がエアーヒータ７６に到達する前に、これら空気流を予熱するための熱交換器７０用熱源として作用させる代わりに、高温凝縮器冷却水５５の一部を、この目的のために、熱交換器７０のヒートコイルへ経由させる。

他方、図１４は図１３の構成の別例を示している。この場合、高温凝縮器冷却水５４を使用して熱交換器７０を加熱するようになっている。しかし、この場合は、バイセクター回転再生エアープレヒータ４２０を使用して、一次空気流および二次空気流が予備熱交換器７０を出た後で、これら空気流を更に加熱するようになっている。単一の空気流４１８をバイセクター回転再生エアープレヒータ４２０の一側に経由させ、高温煙道ガス２７を他側に経由させ、加熱媒体を提供するようにしている。更に加熱された空気流４２２はエアープレヒータ４２０の下流で分岐され、一次空気流４２４および二次空気流４２６へ分割されるようになっている。一次空気流４２４は石炭ミル１８へ送られ、炉２５へ移送された粉砕石炭のための陽圧を提供し、プロセス中で粉砕石炭を予熱するようになっている。二次空気流４２６は炉２５のウインドボックス４２８を経由し、その後、炉内に導入され、炉内の石炭の燃焼を促進するようになっている。

図１５には、トリセクター回転再生エアープレヒータを備えた開冷却回路が示されている。この石炭−固定床電力プラントの構成は、高温凝縮器冷却水を予備熱交換器７０の加熱に使用する図１３のものと類似している。しかし、この場合の凝縮器５０は、冷却塔５６の代わりに、開冷却回路により冷却されるようになっている。更に、イン・コンデンサー熱交換器４４０を使用して、廃熱を利用し、入口予熱を行うようになっている。この別体の熱交換器４４０は、そこに配置させた凝縮器配管(図示しない)の上のスチームコンデンサー５０の外囲器内に配置されている。この設計は、通常、スチームコンデンサー５０から出た高温凝縮器冷却水５４よりも多少高温の高温循環水４４２であって、より高い純度の水を提供するものである。

イン・コンデンサー熱交換器４４０から出るこの高温循環水４４２は、空気対水予備熱交換器７０へ送られ、一次空気流２０および二次空気流３０がトリセクター・エアーヒータ７６に到達する前に、これら空気流を予熱するようになっている。この熱交換器７０の加熱コイル内の感知可能な熱を供与した後、この冷やされた低温循環水４４４はイン・コンデンサー熱交換器４４０へ戻され、そこで流入される使用済みタービンスチームにより再加熱される。

開システムにおいて、湖又は川４４６からの低温冷却水が、スチーム凝縮器５０内の使用済みタービンスチームの凝縮のために使用される。このスチームから低温冷却水４４６へ伝達された熱は高温冷却水４４８としてスチーム凝縮器５０から排出され、一般的に同じ湖又は川へ排出される。

イン・コンデンサー熱交換器４４０により達成することができるものよりも高い入口空気予熱温度を要する場合は、図１６に示すように補助熱交換器４５０を付加して空気予熱温度を上昇させることもできる。トリセクター・エアーヒータ７６から出た煙道ガス２７の一部４５２を補助熱交換器４５０に分岐させ、イン・コンデンサー熱交換器４４０から出る高温循環水４４２の温度を上昇させる。このより高温の循環水４５４はついで、感知可能な熱を予備熱交換器７０の加熱コイルへ提供するものとなる。補助熱交換器４５０から出る冷却された煙道ガス流４５６は、エアーヒータ７６から出た主煙道ガス流２７と一緒にされる。

もちろん、図１４に示すバイセクター・エアープレヒータを、図１５、１６に示すトリセクター・エアープレヒータの代わりに使用することもできる。多くの他のエアープレヒータ構成を採用することもできる。例えば、チューブ状エアープレヒータであり、この場合、組み合された一次空気流２０および二次空気流３０がチューブ状の同一のエアープレヒータ並びにチューブ状回転エアープレヒータの組合せを通って流される。このチューブ状回転エアープレヒータの組合せにおいて、一次空気流２０はチューブ状エアープレヒータ内で加熱され、二次空気流３０はバイセクター回転エアープレヒータ内で加熱される。更に、市販のプレート熱交換器構造のものをチューブ状エアープレヒータ構造のものの代わりに使用することもできる。入口空気予熱コイルの構成は上述のものと同様でよい。

図１７は、２段流動床ドライヤー５００、水対空気プレヒータ５０２、空気対空気（煙道ガス対一次および二次空気）プレヒータ５０４を含む本発明の構成のものを示している。一次空気流２０および二次空気流３０は熱交換器５０２、すなわち、煙道ガス対一次／二次空気熱交換器内で加熱される。流動床ドライヤーはオフラインとなっているから、流動床ドライヤーシステムへの一次空気の伝達は生じない。これは、図１７中に、５０６および５０８で示したゼロ％伝達によって反映されている。更に、図１７は高温凝縮器冷却水の流れがゼロであることを示している。

図１８は、図１７に示すものと同一の構成のものであるが、この場合、高温凝縮器冷却水３０４はプレヒータ５０２を通って流され、流動床ドライヤー５００はオンラインとなっている。一次空気流の温度勾配、流量および流れの％も図１８に示されている。具体的には、高温凝縮器冷却水３０４がプレヒータ５０２を通って流れ、一次空気流２０および二次空気流３０を加温するようになっている。一次空気ファン３７２はプレヒータ５０２からの一次空気流２０の３５％を上流に向けて混合ボックス５１０へと移送する。この混合ボックス５１０から、一次空気流２０が流動床ドライヤー５００の第１段階５１２および第２段階５１４へと導入される。熱交換器５０２の下流に存在する一次空気流２０の一部は空気対空気プレヒータ５０４に向けられる。熱交換器５０４から出る一次空気の約６５％が熱交換器５１６へと向けられる。この熱交換器５１６において伝達液（ｔｒａｎｓｆｅｒｌｉｑｕｉｄ）５１８が利用され、一次空気流２０から得た熱をイン・ベッドコイル５２０および５２２へと向けさせる。熱は煙道ガス３０６により熱交換器５０７へ放出される。

図１７および図１８に示した温度勾配および流量は図示の熱交換器／流動床ドライヤー構成(図１７では流動床ドライヤーがオフラインとなっており、図１８では流動床ドライヤーがオンラインとなっている)を利用する石炭燃焼エネルギープラントの一実施例を示すものである。

図８を参照すると、当業者に公知の粒子制御機器、例えばダスト・コレクター(バッグ・ハウス)３５７又は静電集塵器をサイクロンと組合せたもの、を使用して流動床ドライヤー１７０から出る空気流１１６から水ひ微粒を除去するようにしてもよい。粒子収集機器により収集された水ひ微粒の流れおよびベッド１０６の底部からの抽出流１７６，１８６および１８８を製品流３１６と混合し、石炭ミル３２４へ供給し、炉３３０内で燃焼させてもよい。その他、これらの水費および抽出流を処理して好ましくない不純物を除去し、それらの価値を高めるようにしてもよい。

粒子制御機器により収集された水ひ微粉６００は一般には非常に小さなサイズのものであり、フライアッシュ、硫黄および水銀を多く含む。図１９は、活性化流６０２を使用して水銀を除去し、活性炭６０４を製造するプロセスを示す模式図である。図１９に示すように、水ひ微粉流６００が流動床ヒータ又はマイルド・ガス化装置６０６内で４００°Ｆ以上の温度に加熱され、水銀を気化させる。流動床６０８を通って強制的に送られる流動化空気６０８が水銀をオーバーヘッド流６１０へ駆逐させる。オーバーヘッド流６１０内の、この気化した水銀は当業者に公知の水銀制御技法(例えば、空気流に活性炭を注入する方法)を用いて除去してもよいし、あるいはこの水銀含有空気流６１０を図１９に示すように活性炭６１２のベッドに通過させてもよい。この処理流６１０内の水銀濃度は、炉３３０を離れる煙道ガス３０６と比較して非常に高く、処理を必要とする空気流の総量は、炉を離れる煙道ガスと比較して非常に小さいから、これは非常に効果的な水銀除去方法であると言える。冷却流体６１６が循環する熱交換器６１４は高温水銀非含有流６１８を冷却するのに使用することができる。この冷却プロセスで熱を得ることができ、その熱で、流動床ヒータ又はマイルド・ガス化装置６０６への流動化空気６２０を予熱することができる。水銀非含有微粉６２２は炉３３０内で燃焼させてもよいし、あるいは図１９に示すように、流れ６０２により活性化させ、活性炭６０４を生成させてもよい。この生成した活性炭６０４は石炭乾燥部位で水銀制御のために使用するか、あるいは他の石炭だき電力ステーションに販売することもできる。

図２０は水ひ微粉６００をガス化するためのプロセスを示すものである。この水ひ微粉流６００は流動床ガス化装置７００内で、流動化空気７０２との組合せでガス化される。ガス化装置は一般に４００°Ｆ程度の高温で利用され、可燃ガスおよび揮発分は追い出される。製品ガス流７０４は、燃焼チャンバー７０８、コンプレッサー７１０、ガスタービン７１２および発電機７１４からなる燃焼タービン７０６内で燃焼される。流動床ガス化装置内の残留石炭７１６は水銀を含まず、従って、現存の炉３３０内で燃焼させたり、スチーム７１８で処理して活性炭７２０を生成させたりすることができる。

抽出流には硫黄および水銀が多く存在することもある。従って、これらの流れは本プロセスから除去し、埋立てるか、若しくは水ひ微粉流と同様に、更に処理して好ましくない不純物を除去するようにする。

本発明を使用することにより多くの利点が得られる。このプロセスによれば、多くの熱源から廃熱を得ることができる。例えば、高温凝縮器冷却水、高温煙道ガス、プロセス抽出スチームおよび乾燥プロセスで使用するため許容される広範な温度範囲で入手可能な他の熱源から廃熱を得ることができる。このプロセスは更に、ファンルーム(ＡＰＨ)を僅かなコストで５０〜１００°Ｆ加熱することにより高温凝縮器循環水廃熱を利用することができ、それにより感知可能な熱損失を少なくし、空気予熱器を出る一次並びに二次空気流２０，３０からの熱を抽出することができる。この熱は空気予熱交換機を使用することにより煙道ガスからも直接抽出することができる。これにより、ドライヤー空気流／石炭流比の可なりの減少、並びに必要とするドライヤーのサイズの可なりの減少をもたらすことができる。

ドライヤーは、ベッド差動およびダストコレクターファン能力を調整することにより、流動床に必要な空気供給のための現存するファンの利用が可能になるよう設計することができる。このベッドは種々の構造のダストコレクター(その幾つかがここに記載されている)を利用することができる。ここに記載した実施例では一次空気流の節減が得られる。なぜならば、より乾燥した石炭の１つの効果は、ボイラーを加熱するために要する石炭の量が少なくて済むからであり、従って、石炭を粉砕するのに要するミルの数が少なくて済み、ドライヤーに空気を供給するためミルに対し必要とする空気流も少なくて済む。

ドライヤーをバンカーの直ぐ上流で石炭処理システムに一体化させることにより、ボイラーシステムには、ミルに導入される石炭供給温度の増加による利益がもたらされる。なぜならば、石炭が高温でドライヤーを出ることになるからである。煙道ガス量の減少、ベッドドライヤーにおける滞留時間の減少、煙道ガス水分量の減少、より高い洗気(スクラビング)速度は、プラントからの水銀放出に可なりの影響をもたらすものと予想される。

ＡＰＨに対する流入空気を予熱することによる利点は、ＡＰＨの低温末端での熱伝達表面の温度の増加である。より高い表面温度は酸堆積速度を低下させ、その結果、目詰まりおよび腐食速度を低減させることができる。これは、ファン動力、ユニット容量およびユニット性能にプラス効果を与える。スチームタービンから抽出されたスチームの代わりに、凝縮器からの廃熱を使用しＡＰＨに対する流入空気を予熱することは、タービンおよびユニット出力の増大並びにサイクルおよびユニット性能の改善をもたらすものとなる。ＡＰＨ入口での空気の温度を増加させることにより、ＡＰＨ空気漏れ速度の減少をもたらすものとなる。これは空気の密度が減少するからである。ＡＰＨ空気漏れ速度の減少は、強制通風および誘導通風ファンパワーにプラス効果を与えるものであり、これにより、ステーション・サービス使用量の減少、ネットユニット出力の増大、ユニット性能の改善をもたらされる。冷却塔を備えた電力プラントにおいて、ＡＰＨに対する流入空気を予熱するのに廃熱を利用することにより、冷却塔熱能力を低減させ、冷却塔水使用量を減少させることができる。

ここに開示したプロセスを使用して石炭を乾燥させることにより、ボイラーシステムでの水損失を低減させ、より高いボイラー効率がもたらされる。ボイラーシステムにおいて感知可能なガスの損失を低減することにより、より高いボイラー効率がもたらされる。更に、煙道ガス量を減少することにより、二酸化炭素、硫黄酸化物、水銀、粒状物質および窒素参加物の放出をパーメガワット(ＭＷ)ベースで低減させることができる。更に、石炭導管の侵食(例えば、石炭、粒状物および空気による導管の侵食)の低減、微粉砕メンテナンスの低減、装置を操作するのに要する補助動力の低減によるユニット容量の増大、灰分およびスクラバー・スラッジ量の低減、プラントによる水使用量（スチームタービンサイクルから先に捕捉された水は影響されない）の低減、空気予熱器低温端部の汚れおよび腐食の低減、煙道ガスダクトの浸食の低減、洗気された煙道ガスの％の増加がもたらされる。このベッドドライヤーには、スクラバー（汚染物を除去する装置）を装着させ、石炭の燃焼前処理を行うようにすることもできる。温度レベルおよび構造設計について多種多様な構成を、本発明との関連で利用し、他の供給原料および燃料を同じく処理することができる。

ＡｐＨ−高温凝縮器冷却水の組合せ構造は、石炭乾燥のため、より小さく、より効率的なベッドを可能にする。スチームタービンサイクルからのプロセス熱を利用する現行のシステムは、より大きいベッドを必要とする。本発明では物質の分離が行われる。それにより乾燥効率の増大が可能となる。本発明の構成は、静的(流動化)ベッドドライヤー又は固定ベッドドライヤーとの関連で使用することができる。２段階ドライヤーにおいて、第１段階と、第２段階との間の相対的速度差を調整することができる。種々の温度勾配、種々の段階での熱範囲の柔軟性を適当に選択して、所望の結果を最大にすることができる。多段流動床構造において、非流動化物質の分離、再燃焼、酸素制御が行われる。第１段階において(一実施例において、ドライヤー分配表面積の２０％を占める)、より多くの空気流、水銀および硫黄濃度が引出される。２段階ベッドドライヤーは、より小さいシステムとすることができるから、必要とするファンパワーも小さく、電力消費を著しく節減することができる。石炭乾燥において、ファン馬力について可なり経済的ファクターが要求されるに過ぎない。本発明を洗気ボックスと組合せることができる。このシステムは更に、再燃焼のための水ひおよび汚染物の酸素制御を提供する。

システムの観点から見て、石炭取扱いコンベヤーおよびクラッシャーの疲労、裂けおよびメンテナンスが少なくなり、灰分の量が減少し、侵食も低減することになる。石炭の粉砕が容易になり、従って、ミルでより完全な乾燥が可能で、ラインの目詰まりも少なく、必要とする一次空気も少なくて済み、一次空気の速度を遅くすることができる。必要とするステーション・サービス動力(すなわち、補助動力)も軽減され、プラント能力も増大することができ、スクラビングおよびエミッション(ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ)も改善される。

乾燥粉砕石炭３２６を燃焼させる炉３３０から離れる煙道ガス３０６の流量は湿潤粉砕石炭と比較して小さい。更に、煙道ガス３０６の比熱は乾燥粉砕石炭３２６中のより低い水分量のため、比較的小さい。その結果、煙道ガス３０６の熱エネルギーは減少し、必要とする環境処理装置は小さくて済む。煙道ガス３０６に比較的小さい流量は更に、対流熱伝達の速度の低減をもたらす。従って、より乾燥した燃料でのＦＥＧＴの増大にも拘わらず、より小さい熱がボイラー３３４内で加工流体（水又はスチーム、図示しない）に伝達される。固定熱伝達構造を有するボイラーの場合、高温再加熱スチーム(循環リサイクルプロセススチーム)の温度は、より湿潤な燃料を用いた操業と比較して低くてよい。高温再加熱スチームの温度の或る程度の低下は、再加熱器(図示しない)の表面積を増大させたり、あるいは、バーナーの傾き(ボイラーに適用される熱の角度)を上げたりするなどボイラー操作条件を変更させたり、あるいはより高いレベルの過剰空気で操作するなどして修正することができる。新規なボイラーとして、煙道ガス３０６が減少した流量で伝達路（炉を通る煙道ガスの排出路）を通過するよう設計し、正常な操作条件で所望のスチーム温度を達成できるようにすることができる。これにより、更にサイズを減少させ、建設コストを節減することができる。

より乾燥した石炭を燃焼させることにより、強制通風（ＦＤ）、誘導通風（ＩＤ）および一次空気（ＰＡ）ファンパワーの夫々の減少並びにミル動力の減少のため、ステーション・サービス・パワーは減少することになる。より低い石炭流量、より低い空気流要求量およびより乾燥した石炭を燃焼させることにより生じるより低い煙道ガス流量の組合せによりボイラーシステムの効率並びにユニット加熱速度の改善がもたらされるであろう。これは主として、排気塔損失の低減並びにミルおよびファン動力の低減に起因するものである。この性能の改善により、既存の装置でプラント能力を増大させること可能となる。石炭燃焼エネルギー使用プラントで一般に使用されている最終過程環境制御システム(スクラバー、電気集塵器および水銀捕捉装置)の性能は、より乾燥した石炭を使用することにより改善されるであろう。なぜならば、煙道ガス流量が減少し、滞留時間が増加するからである。

より乾燥した石炭を使用することにより、更に、好ましくない放出を減少させるプラス効果がある。必要とする石炭流量の低減は、灰分、ＣＯ_２，ＳＯ_２および粒状物質の大量放出の減少に直接つながるものである。一次空気はＮＯ_ｘに影響を与える。より乾燥した石炭を使用することにより、一次空気の流量が湿潤石炭の場合と比較して低くなる。これにより、ＮＯ_ｘ放出の減少が達成される。

ウェット・スクラバーを備えた電力ユニットにおいて、より乾燥した石炭を燃焼することからもたらされる水銀放出を、空気予熱器ガス排出温度の低減により減少させることができる。これは、元素状水銀生成に代って、ＨｇＯおよびＨｇＣｌ_２の形成が優先されるからである。これら水銀酸化物の形は水溶性であり、従って、スクラバーにより除去することができる。更に、煙道ガスの水分は、水溶性形への水銀酸化を抑制する。燃料の水分を減少することにより、煙道ガスの水分量を低減することができ、それにより水溶性形への水銀酸化が促進される。従って、より乾燥した石炭を用いることにより、水銀の放出が、より湿った石炭を使用する場合と比較して、低減されることになる。

石炭がこのシステムの限られた部分に搬送される際において、石炭の水分量の低いことによりもたらされる利点は次の通りである。すなわち、より乾燥した石炭は粉砕し易く、同じ粉砕サイズ(石炭粉末度)を達成するのに要するミル動力が小さくて済むこと；ミル出口温度が高くなること（ミル出口での石炭／一次空気混合物の温度）；および石炭を炉２４へ搬送する石炭パイプ中での石炭の良好な搬送性(目詰まりが少ない)が得られることである。更に、石炭の乾燥および搬送に要する一次空気流２０は少なくて済む。一次空気流の速度が低いことは、石炭ミル３２４、石炭パイプ、バーナーおよび関連する装置での侵食に対し、有意なプラス効果がある。これにより、石炭パイプおよびミルのメンテナンスコスト（これは亜炭燃焼プラントについては非常に高い）を低減することが可能となる。

より乾燥した石炭を用いた場合、炉３３０内の炎温度が、低い水分蒸発損失のため、より高くなり、熱伝達プロセスが改善される。このより高い炎温度により、炉３３０の壁面への輻射熱束がより大きくなる。排出する煙道ガス３０６の水分量が減少しているため、炎の輻射特性が変化し、これは更に、炉３３０の壁面に対する輻射束に影響を与える。炎温度がより高いことにより、炉３３０を出る石炭灰粒子の温度が高くなり、それにより炉の汚れおよびスラグ形成が増大することになる。炉壁へのスラグの堆積は熱伝達を減少させ、炉出口での煙道ガス温度の上昇を生じさせる。燃料の水分が減少することによる石炭流量の減少のため、ボイラーに入る灰分の量も減少する。これによりボイラー３２における固体粒子侵食が減少し、ボイラー３２のメンテナンスを減少させる（例えば、ボイラーの内面上に溜まるすすの除去）。

乾燥粉砕石炭３２６を燃焼させる炉３３０から離れる煙道ガス３０６の流量は湿潤粉砕石炭と比較して小さい。より低い煙道ガス流量は環境制御装置のサイズを小さくすることを可能にする。更に、煙道ガス３０６の比熱は乾燥粉砕石炭３２６中のより低い水分量のため、比較的小さい。その結果、煙道ガス３０６の熱エネルギーは減少する。煙道ガス３０６に比較的小さい流量は更に、対流熱伝達の速度の低減をもたらす。従って、より乾燥した燃料でのＦＥＧＴの増大にも拘わらず、より小さい熱がボイラーシステムの伝達路内で加工流体（水又はスチーム）に伝達される。

経済的理由により、石炭の完全な乾燥は必要とせず、且つ、推奨されない。なぜならば、総燃料水分量の一部の除去で十分であるからである。除去される水分の最適分量は、現場特異的条件（例えば、石炭のタイプ、その特性）、ボイラーの設計、商業的取合せ(例えば、他の動力ステーションへの乾燥燃料の販売)に依存して決定される。プロセス廃熱は好ましくは、排他的ではないが、イン・ベッド熱交換器での使用のため、加熱及び/又は流動化（乾燥、流動化用空気３８２）のために使用される。図示のように、この熱は、１又は２以上の段階で直接的又は間接的に供給することができる。

以下の実施例は本発明の一部である廃熱源を使用する低温石炭乾燥方法を更に説明するものである。
実施例１−亜炭の熱量の改良に対する水分減少の作用
石炭テスト燃焼を、ＧｒｅａｔＲｉｖｅｒＥｎｅｒｇｙ‘ｓＣｏａｌＣｒｅｅｋＵｎｉｔ２（ノース・ダコタ)で行い、ユニット操作に対する作用を判定した。屋外備蓄石炭乾燥システムを用いて亜炭をこのテストのために乾燥させた。その結果を図２１に示す。

ここに明示されているように、平均して、石炭水分が３７．５％から３１．４％に６．１%減少された。これらの結果は図３０に示すように、理論予想値によく合致していた。更に重要なことは、亜炭の水分量の６％の減少は、燃焼させたとき、石炭の正味ユニット加熱速度においてほぼ２．８%の改善につながったことであり、他方、亜炭について、水分量の８％の減少は、正味ユニット加熱速度においてほぼ３．６%の改善につながったことである。これは、石炭の乾燥が実際にその熱量を増加させることを実証するものである。

実施例２−石炭組成に対する水分減少の作用
ＰＲＢ炭および亜炭サンプルを化学分析および水分分析し、その元素および水分組成を判定した。その結果を下記表１に示す。ここに見られるように、亜炭サンプルは平均で、３４．０３ｗｔ％の炭素、１０．９７ｗｔ％の酸素、１２．３０ｗｔ％のフライアッシュ、０．５１ｗｔ％の硫黄、３８．５０ｗｔ％の水分を示した。他方、ＰＲＢ亜瀝青炭サンプルは平均で、４９．２２ｗｔ％の炭素、１０．９１ｗｔ％の酸素、５．２８ｗｔ％のフライアッシュ、０．３５ｗｔ％の硫黄、３０．００ｗｔ％の水分を示した。

これらの亜炭およびＰＲＢ炭についての“受入れられたまま”の値を用いて“極限分析”を行い、０%水分および０％灰分(水分および灰分無し)、２０%水分レベルと仮定して、これら元素組成値についての修正値を計算した。これらについても表１に示す。表１に示すように、石炭サンプルの化学組成および水分レベルは可なり変化した。より具体的には、２０%水分の場合は、亜炭およびＰＲＢ炭サンプルは炭素量が夫々、４４．２７ｗｔ%および５６．２５ｗｔ%と大きく増加した。それと共に、酸素量も１４．２７ｗｔ%および１２．４７ｗｔ%と若干増加した。硫黄およびフライアッシュ成分も若干増加下(絶対ベースに基づいていないが？)。同じく重要なことは、亜炭の熱量（ＨＨＶ）は６，４０６ＢＴＵ／ｌｂから８，３３３ＢＴＵ／ｌｂに増加した。他方、ＰＲＢ炭についてのＨＨＶ値は８，３４８ＢＴＵ／ｌｂから９，５４１ＢＴＵ／ｌｂに増加した。

実施例３−石炭熱量に対する水分レベルの作用
表１に示す組成値を用い、５７０ＭＷ電力プラントが８２５°Ｆの煙道ガスを放出するものと仮定して、極限分析計算を行い、５％ないし４０％の異なる水分レベルでのこれらの石炭サンプルについてＨＨＶ熱量を予測した。その結果を図３１に示す。ここに明示されているように、ＨＨＶ値と水分レベルとの間に直線関係があり、ＨＨＶ値が高いほど、水分レベルが低くなる。より具体的には、ＰＲＢ炭サンプルは５%水分量で１１，３００ＢＴＵ／ｌｂのＨＨＶ値を示し、２０%水分量では９，５４１ＢＴＵ／ｌｂであり、３０%水分量では僅か８，４００ＢＴＵ／ｌｂであった。他方、亜炭サンプルは１０%水分量で９，４００ＢＴＵ／ｌｂのＨＨＶ値を示し、２０%水分量では８，３３３ＢＴＵ／ｌｂであり、４０%水分量では僅か６，２００ＢＴＵ／ｌｂであった。このことは、ボイラー炉で燃焼させる前に、石炭を乾燥することによりボイラー効率が向上することを示唆するものである。更に、ボイラー内で同じ量の熱を生成させるのに要する石炭の量を少なくすることができる。

実施例４−電力プラント効率に対する石炭水分レベルの影響
この実施例４の目的のため、４つの異なるドライヤーシステム形態(Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ)が使用された。これらは以下の通りである。

形態Ａ：基本例（ＢＣ)
このＢＣオプションは、電力プラント機器と密に一体化されている。この場合、図２３に明瞭に示すように、トリセクター回転再生エアープレヒータ（ＡＰＨ）、一次空気流および二次空気流を予熱するための熱交換器、流動床ドライヤーおよびイン・ベッド熱交換器用熱伝達媒体の加熱のための熱交換器が使用されている。この構成において、ＡＰＨは廃熱の温度レベルを高めるために使用されている。

スチーム凝縮器からの廃熱が、一次空気（ＰＡ）、二次空気（ＳＡ）および流動化空気（ＦＡ）の流れを予熱するのに使用される。これは高温凝縮器冷却水の僅かな部分を、残りの流れから分岐させ、それを水対空気熱交換器へ通過させることにより達成され、ここで、ＰＡ、ＳＡおよびＦＡ流は約１００°Ｆの温度に予熱される。ついで、低温冷却水が循環して塔に戻される。これは冷却塔の負荷を軽減させ、冷却塔について必要な水量を減少させることになる。

予熱されたＰＡおよびＳＡ流は、ＰＡファンおよびＦＤファンへ送られ、ついでＡＰＨの一次および二次エアーセクターを通るようになっている。ＡＰＨのＳＡセクター内で加熱されたＳＡ流はボイラー風箱（ウインドボックス）へ送られ、そこでバーナーへ分配される。ＳＡ流の一部（ここでは、ホットＰＡと呼ぶ）がＡＰＨの下流で抽出される。低温ＰＡ流の温度は１４０°Ｆ程度であり、ホットＰＡの温度は７５０°Ｆ程度である。ＰＡ流の残りの部分は石炭粉砕機へ送られる。

ホットＰＡ流は空気対水熱交換器に通過させ、そこで熱を熱伝達液(この場合、水)へ移す。この温水はイン・ベッド熱交換器を通って循環され、その熱を流動床へ移す。熱交換器を通過した後のホットＰＡ流は温度が２００〜２４０°Ｆの範囲となっている。ＦＡ流はその名が示すように、流動床ドライヤー内の石炭を流動化させ、乾燥させるものである。

一定の形状寸法（すなわち、所定の分配面積）のドライヤーにとって、ＦＡ量（すなわち、低温(常温)およびホットＰＡ流の合計）は一定である。このＢＣ構成において、ＦＡ流の温度は、ホットＰＡ流と低温ＰＡ流との比を変化させることにより制御することができる。ホットＰＡ流が増大すると、イン・ベッド熱交換器にとって利用可能な熱量が増大する。これにより、流動床ドライヤーにおいて石炭から除去できる石炭水分の量が増加する。ドライヤーにとって必要な全てのＦＡがホットＰＡ流として吐出された場合に、最大の石炭乾燥が達成される。この操業モードはイン・ベッド熱交換器チューブの最大表面温度および最大ベッド温度を生じさせることになる。

ホットＰＡ流が増大すると、ＡＰＨを通るＰＡ流および総空気流の量(ＰＡ＋ＳＡ)が増大する。ＡＰＨを通るこの空気流の増大はＡＰＨを離れる煙道ガス温度を低下させることになり、これは排気塔での損失低下、並びにボイラー効率およびユニット効率の増大をもたらすものとなる。従って、このＢＣ構成での性能改善は、乾燥された石炭が電力プラントに送られ、現場乾燥なしで燃焼させた場合と比較してより高いものとなる。

このＢＣオプションは、高水分の亜炭又はＰＲＢ炭を燃焼させる現存の電力ステーションの改装又は新規な電力ステーションの設計に使用し得る可能性が大きい。なぜならば、これらのものは一般にトリセクターＡＰＨ(複数)を備えているからである。

形態Ｂ：高温（ＨＴ)例
このＨＴオプションは、ＢＣオプションと比較して、より小さい密接度で電力プラント機器と一体化されている。この場合、図２４に明瞭に示すように、ＦＡ流は、ＰＡ流およびＳＡ流から別れている。このＨＴ例は、バイセクターＡＰＨ、ＰＡ／ＳＡ流およびＦＡ流を予熱するための熱交換器、流動床ドライヤー(ＦＢＤ)ファン、流動床ドライヤーおよび高温煙道ガスを使用してイン・ベッド熱交換器のためのＦＡ流および水を加熱するための熱交換器を含むものである。

ＢＣ例と同様に、スチーム凝縮器からの廃熱を使用してＰＡ＋ＳＡ流およびＦＡ流を予熱するようになっている。これは高温凝縮器冷却水の一部を流れの残部から迂回させ、それを水対空気熱交換器に通過させることにより達成され、ここで、ＰＡ＋ＳＡ流およびＦＡ流が約１００°Ｆの温度に予熱される。ついで、低温冷却水が循環して塔に戻される。これは冷却塔の負荷を軽減させ、冷却塔について必要な水量を減少させることになる。

予熱された一次（ＰＡ＋ＳＡ）流は、ＦＤファンを通過し、ついでＡＰＨを通り、ここで更に加熱される。このＰＡ流はＳＡ流から分岐され、石炭粉砕機へ送られる。ＳＡ流はボイラーの風箱に送られ、そこでバーナーに分配される。

予熱されたＦＡ流はＦＤファンを通過し、そこで、その圧力が約４０”に増大する。ついでこのＦＡ流は空気対水熱交換器を通過し、そこでその温度が２００〜２４０°Ｆの範囲に上昇する。この加熱されたＦＡ流はついで、流動床ドライヤーへ送られ、そこで石炭を流動化させ、乾燥させる。イン・ベッド熱交換器のための水は、直列的に配置された水対水熱交換器内で加熱される。

双方の熱交換器のための熱が、ＡＰＨの上流の高温煙道ガスから抽出される。この場合、熱伝達媒体として、水又は他の適当な液体が使用される。他の、より簡単な構成も可能である。例えば、熱伝達媒体を、上述の３つの熱交換器を組み合わせて１つの組合せ熱交換器とすることにより省略することができる。このような構成において、ＦＡ流は組合せ熱交換器の煙道ガス対ＦＡ部内で加熱され、イン・ベッド熱交換器のための水は組合せ熱交換器の煙道ガス対水部内で加熱される。しかし、この分析の目的において、熱交換器の構成の細部は重要な事柄でない。

熱交換器を通過した後、より冷たくなった煙道ガスはバイセクターＡＰＨを通過し、そこで更に冷却される。この熱交換器配置の結果、ＡＰＨを離れた煙道ガスの温度は、ＡＰＨの上流での熱抽出がない場合に比較してより低温となる。しかし、ＡＰＨに導入されるＰＡ＋ＳＡ流が凝縮器からの廃熱を使用して予熱されるから、ＡＰＨの低温端の金属マトリックスの温度は、硫酸の付着に起因する熱伝達面の腐食および目詰まりを増大させるほど低過ぎることはない。

ＨＴ構成により達成することができる性能の改善はＢＣ構成のものと比較して小さいものと予想される。予備的計算の結果はこれを確認させるものである。更に、ＦＡをＢＣ構成と同様の温度に加熱することができるから、流動床ドライヤーのサイズはＢＣ構成のものと似たもの、あるいは同一のものとなろう。

このＨＴ構成は、イースタン瀝青炭（ＥＢ）用に当初、設計された電力プラントであって、放出物及び/又は操業コストを減少させるために、パウダー・リバー・ベイシン（ＰｏｗｄｅｒＲｉｖｅｒＢａｓｉｎ：ＰＲＢ）炭やＰＲＢ／ＥＢ炭ブレンドを使用しない電力プラントを改装させ得る可能性が大きい。

形態Ｃ：低温（ＬＴ)例
このＬＴオプションは、ＨＴオプションと似ている。しかし、図２５に明瞭に示すように、主な違いは、ＦＡ流を予熱するための熱はＡＰＨの下流の煙道ガスから抽出されることである。ＦＡ流はＰＡ流およびＳＡ流から別れている。このＬＴ構成も、バイセクターＡＰＨ、ＰＡ／ＳＡ流およびＦＡ流を予熱するための熱交換器、ＦＢＤファン、流動床ドライヤーおよび低温煙道ガスを使用してイン・ベッド熱交換器のためのＦＡ流および水を加熱するための熱交換器を含むものである。

ＢＣ構成およびＨＴ構成のものと同様に、スチーム凝縮器からの廃熱を使用してＰＡ＋ＳＡ流およびＦＡ流を予熱するようになっている。これは高温凝縮器冷却水の一部を流れの残部から迂回させ、それを水対空気熱交換器に通過させることにより達成され、ここで、ＰＡ＋ＳＡ流およびＦＡ流が約１００°Ｆの温度に予熱される。ついで、低温冷却水が循環して冷却塔に戻される。これは冷却塔の負荷を軽減させ、冷却塔について必要な水量を減少させることになる。

スチーム凝縮器からの廃熱により予熱されたＦＡ流はＦＤファンを通過し、そこで、その圧力が約４０”に増大する。ついでこの高圧ＦＡ流は空気対水熱交換器を通過し、そこでその温度が２４０＋°Ｆの範囲に上昇する。プロセス廃スチーム源が利用可能である場合は、スチーム／空気ヒータ(ＳＡＨ)を使用してこのＦＡ流の温度を更に上昇させ、流動床ドライヤーの乾燥能力を増大させることができる。この加熱されたＦＡ流はついで、流動床熱交換器へ送られ、そこでイン・ベッド熱交換器のための水が加熱される。より冷たくなったＦＡ流は流動床ドライヤーへ送られ、そこで石炭を流動化させ、乾燥させる。

この場合、ＦＡ流およびイン・ベッド熱交換器のための温水の温度が、ＢＣおよびＨＴ構成と比較して低いから、これは流動床ドライヤーの乾燥能力を低下させるものとなる。その結果、流動床ドライヤーはＢＣおよびＨＴ構成と比較してサイズがより大きいものとなる。これはより大きいＦＡ要求およびより高いＦＢＤファン出力をもたらすものとなる。更に、このドライヤーで除去できる石炭水分量が少なくなる。従って、このＬＴ構成の性能はＢＣおよびＨＴ構成のものと比較して劣ることになる。

ＬＴオプションはＨＴ例と比較して何らの利点を提供するものではない。なぜならば、その機器は非常に似ているが、異なって構成されており、システムの性能はＢＣおよびＨＴ構成と比較して劣っている。

ＨＴ構成と、ＬＴ構成との組合せも可能である。その場合は、熱はＡＰＨの上流および下流の煙道ガスから抽出される。これを更に、スチーム凝縮器からの廃熱利用と組み合わせることができる。ＨＴ／ＬＴの組合せオプションは操業上の柔軟性を増大させるものとなるが、必要機器の量および資本コストが可なり増大することになる。

形態Ｄ：超低温（ＵＬＴ)例
ＵＬＴ構成においては、ＦＡ流はＰＡ＋ＳＡ流から分岐され、凝縮器からの廃熱を使用して約１００°Ｆの温度に加熱される。イン・ベッド熱交換器のための熱は、高温凝縮機冷却水を熱交換器配管を通って循環させることにより直接、供給される。その結果、配管表面温度がほぼ１００°Ｆとなる。この場合、煙道ガスからの廃熱は利用されない。

ＦＡ流の温度およびイン・ベッド熱交換器のための水の温度が前述の構成、Ａ，ＢおよびＣのものと比較して可なり低くなるから、非常に大きいＦＢドライヤーが必要となる。更に、ドライヤーの乾燥能力並びにドライヤーで除去可能な石炭の水分量が可なり小さいものとなる。しかし、このオプションで必要となる機器は少なくて済み、それにより資本コストが節減されることになる。

このオプションは、凝縮器からの廃熱を使用し、冬季において、ＡＰＨへのＰＡ＋ＳＡ流を予熱することにより変更することができる。これによりＰＡ＋ＳＡ流を凍結温度以下にならないように保持するためプロセススチームを使用しなくともよくなる。

このＵＬＴ例の他の可能な変更は、ＳＡＨの使用であり、それによりＦＡ流の温度を上昇させ、ドライヤーの性能の改善を図ることができる。

構成Ｂのドライヤーシステムに従って亜炭(８２５°Ｆ対６５０°Ｆ煙道ガス)およびＰＲＢ（８２５°Ｆ煙道ガス）炭を異なるレベルに乾燥させたときのボイラーの効率に対する影響が図２７に示されている。より乾燥させた石炭は、ボイラーの燃焼効率をより高いものとする。この場合、８％のボイラー効率の上昇が実現された。

４つの異なるドライヤー構成、Ａ，Ｂ，ＣおよびＤを、８２５°Ｆの煙道ガス温度での亜炭へ適用した場合の結果が図２８に示されている。低温および超低温構成（ＣおよびＤ）はボイラー効率の最良の向上を示した。

上記の４つの異なるドライヤー構成を使用し、亜炭を燃焼させた場合、並びに上記高温構成を使用し、ＰＲＢ炭を燃焼させた場合についてＡＰＨから出る煙道ガス温度に対する影響が図２９に示されている。これらのオプションの全てについて、煙道ガスは８２５°ＦでＡＰＨに導入された。最も低い煙道ガス出口温度（２０%水分の石炭について２１０°Ｆ）が上記低温構成（Ｃ）について実現されている。このことは、ＡＰＨに流入する煙道ガス内に含まれる熱量がこのオプションで、より生産的に使用されたことを意味する。

亜炭およびＰＲＢ炭について、ＡＰＨ(ＩＤファン入口)から出る煙道ガスの流量に対する影響が図３０に示されている。より低い水分量の石炭がボイラー内で燃やされたとき、より低い流量がもたらされた。従って、より乾燥した石炭が使用された場合は、煙道ガスを処理するのに必要なスクラバーおよび集塵器の大きさはより小さくて済む。更に、煙道ガスを汲出すのに要するＩＰファンを操作させるのに使用されるエネルギーのレベルはより低くてよい。

図３０には、異なる水分レベルの亜炭およびＰＲＢ炭について、ボイラーに入る空気流に対する影響が示されている。水分レベルが低いほど、この空気流量も減少する。従って、必要なファンの大きさは、より小さくてよく、エネルギーコストも節減できる。

二次空気流を駆動させるのに使用されるＦＤファンについて、要求電力に対する影響が図３１に示されている。石炭中の水分レベルが低いほど、要求電力が若干減少する。これは空気流が、より小さくなるからである。

上記の４つの異なるドライヤー構成における亜炭およびＰＲＢ炭について煙道ガスを駆動させるのに使用されるＩＤファンについて要求電力に対する影響が図３２に示されている。この領域において、より大きいエネルギー節減が達成されている。再び、低温構成Ｃが、最も大きいエネルギー要求低減を提供するものと思われる。これは非常に有意義なことである。なぜならば、電力プラントは４つのＩＤファンを使用するので、その効果が４倍になるからである。

亜炭(８２５°Ｆ対６５０°Ｆ煙道ガス)およびＰＲＢ（８２５°Ｆ煙道ガス）炭について、石炭流量に対する影響が図３３に示されている。ボイラー効率の利得のため、必要とする石炭流量が低減し、乾燥プロセスのため、石炭の重量が減少する。従って、電力プラントを操作させるのに必要な熱を生じさせるために石炭をできるだけ迅速にボイラーに供給しなければならないというような必要性はなくなる。

図３４に示すように、石炭の水分量が低ければ低いほど、粉砕機を操作させるのに要するミル駆動力も、より小さくて済む。要求電力の２０％の減少が実現されている。これは有意義なことである。なぜならば、電力プラントは石炭を粉砕するのに、６〜８個の粉砕機を必要とすることがあるからである。

亜炭およびＰＲＢ炭を乾燥させるのに使用された異なるタイプのドライヤー構成について、正味ユニット熱流（ｈｅａｔｒａｔｅ）に対する影響が図３５に示されている。正味ユニット熱流は、ボイラー効率の増大、タービン効率の増大、乾燥システムにより生じるステーション・サービス要求度の軽減に関係する。これは電力を作るのに必要な総エネルギーを示すものである。図３５に示すように、この正味ユニット熱流は、より低い水分量の石炭の場合に減少する。上述の低温度構成が最良の結果を示している。しかし、上述の基本例も良好な結果を示している。

図３７は、前記の異なるタイプのドライヤー構成について、冷却塔に戻された熱に対する影響を示している。高温凝縮機冷却水の或る部分が迂回されファンルームコイルを加熱するようにしたから、冷却塔における熱の損失は小さい。前記超低温オプションは最良の結果を示し、前記低温オプションはその次の良好な結果を示している。

これらの結果は、石炭原料を乾燥させるための本発明の低温乾燥プロセスにおいて、電力プラントで利用可能な廃熱源の使用が、電力プラント操業効率を有意に向上させることを総合的に実証するものである。すなわち、ボイラー効率、正味ユニット熱流、およびファン並びにミル動力の全てについて改善がもたらされた。これらの改善の度合いは、使用される特定の石炭乾燥システムの構成に依存するが、３８．５％から２０％への亜炭水分量の減少により、３５０〜５７０ＢＴＵ／ｋＷｈ（３．４〜５．４％）の範囲内の熱流改善がもたらされる。ＰＲＢ炭についての性能改善は、幾分小さいが、ＰＲＢ炭の場合は、亜炭の３８．５％水分量ではなく、３０％水分量で出発したという事実に主として起因するものである。

上記した明細書および図面は、本発明の屋外低温乾燥プロセスの構成および操作について完全な記述を提供するものである。しかし、本発明は他の種々の組合せ、変更、実施例、環境での使用が、本発明の趣旨、範囲を逸脱することなく可能である。例えば、直接的又は間接的熱源、流動化床又は非流動化床、単段又は多段などの任意の組合せで本発明を利用することができる。更に、本発明で記載した乾燥アプローチは、ユーテリティー用又は工業用ボイラーで燃焼される石炭の品質の向上に限定されるものではなく、ガラス、アルミニウム、パルプ、紙、その他の工業で使用される粒状物質の乾燥にも適用することができる。例えば、ガラス工業で原料として使用される砂を、ガラス炉へ供給される前に、炉の排気塔から出る煙道ガスから得られる廃熱を使用する流動床ドライヤーにより乾燥させたり、予熱したりすることができる。これはガラス製造プロセスの熱効率を改良させるものとなるであろう。

他の実施例として、流動床ドライヤーをアルミニウム製造での焼炉として使用することもできる。原料ボーキサイト鉱からアルミニウムを精製するため、鉱石を破砕し、必要に応じて篩にかけ、石などの大きい不純物を除去する。この粉砕したボーキサイトはついで、蒸解がま内にて加熱苛性ソーダ溶液と混合させる。これにより鉱石からアルミナ水和物が溶解することになる。更に、デカンテーションおよびろ過によりレッドマッド残渣を除去したのち、苛性アルカリ溶液がパイプで巨大なタンク(集塵器と呼ばれる)へ送られ、ここでアルミナ水和物が結晶化される。この水和物はついで、ろ過され、焼炉へ送られ、乾燥され、更に、非常に高い温度下で、アルミナとして知られる微細白色粉に変形される。本発明は、このようなプロセスでの焼炉として使用することができる。

説明のため、更に他の実施例として、廃熱源をトマト又は他の作物の生育に使用される温室に適用することができる。従って、ここに開示した特定の形態に本発明が制限されることを意図したものではない。

発電のための石炭駆動電力プラントの操業を簡略して示す模式図。煙道ガスおよびスチームタービンの廃熱流を利用してボイラー効率を高めるようにした改善された石炭駆動電力プラントを示す模式図。石炭を乾燥並びに流動化するのに使用される流動化空気を間接的に加熱する一次熱源を利用する本発明の単一段流動床ドライヤーを示す模式図。石炭を流動化するのに使用される流動化空気を加熱するプロセス廃熱(間接加熱)と、石炭を乾燥するための流動床ドライヤー内に収容されたイン・ベッド熱交換器を通って循環される高温凝縮器冷却水(直接加熱)との組合せを利用する本発明の単一段流動床ドライヤーを示す模式図。石炭を流動化するのに使用される流動化空気を加熱するプロセス廃熱(間接加熱)と、スチームタービン・サイクルから抽出されると共に石炭を乾燥するための流動床ドライヤー内に収容されたイン・ベッド熱交換器を通って循環される高温スチーム(直接加熱)との組合せを利用する本発明の単一段流動床ドライヤーを示す模式図。石炭を流動化するのに使用される流動化空気を加熱すると共に、石炭を乾燥するための流動床ドライヤー内に収容されたイン・ベッド熱交換器を通って循環されるトランスファー液を加熱する(間接加熱)プロセス廃熱を利用する本発明の単一段流動床ドライヤーを示す模式図。石炭を流動化するのに使用される流動化空気を加熱すると共に、石炭を乾燥するための流動床ドライヤー内に収容されたイン・ベッド熱交換器を通って循環されるトランスファー液を加熱する(間接加熱)プラント炉排気塔からの高温煙道ガスを利用する本発明の単一段流動床ドライヤーを示す模式図。流動床ドライヤーの双方のチャンバー内の石炭を流動化するのに使用される流動化空気を加熱するためプラント操業からのプロセス廃熱(間接加熱)と、石炭を乾燥するための流動床ドライヤーの双方のチャンバー内に収容されたイン・ベッド熱交換器を通って循環される高温凝縮器冷却水とを利用する本発明の２段流動床ドライヤーを示す模式図。固定床ドライヤーの一実施例を示す模式図。電力プラントに組み込まれた本発明の２段流動床ドライヤーであって、高温凝縮器冷却水を使用して第１のドライヤー段階に収容された石炭を加熱すると共に、双方のドライヤー段階内で石炭を流動化するのに使用される流動化空気を加熱するようにしたものの模式図。この場合、この高温凝縮器冷却水は高温煙道ガスとの組合せで第２のドライヤー段階内の石炭を乾燥するようになっている。双方のドライヤー段階において石炭を加熱及び/又は乾燥させるため、高温凝縮器冷却水および高温煙道ガスにより提供される廃熱組合せを使用する場合を示す模式図。双方のドライヤー段階において石炭を加熱及び/又は乾燥させるため、高温煙道ガスを使用する場合を示す模式図。トリセクター空気予熱器を有する閉冷却回路を示す図。バイセクター空気予熱器を有する閉冷却回路を示す図。トリセクター回転再生空気予熱器を有する開冷却回路を示す図。トリセクター回転再生空気予熱器を有する開冷却回路の第２の実施例を示す図。２段流動床であってプラントシステムに接続されていないものにおける、本発明の典型的温度勾配および流量を示す模式図。電力プラントシステムに合体された２段流動床における、本発明の典型的温度勾配および流量を示す模式図。石炭微粉から汚染物を分離するための手段と組合せた流動床ドライヤーを示す模式図。石炭微粉から汚染物を分離し、該汚染物を燃焼させ動力を発生させる手段と組合せた流動床ドライヤーを示す模式図。水分の異なるレベルにおける石炭の正味単位加熱速度の改善を示すグラフ図。異なる水分量における石炭のＨＨＶ値を示すグラフ図。本発明の形態Ａ(基本例)を示す模式図。本発明の形態Ｂ(高温例)を示す模式図。本発明の形態Ｃ(低温例)を示す模式図。本発明の形態Ｄ(超低温例)を示す模式図。種々の石炭乾燥構成を使用した場合の異なる水分レベルの石炭について、電力プラント効率の測定値を示すグラフ図。種々の石炭乾燥構成を使用した場合の異なる水分レベルの石炭について、電力プラント効率の測定値を示すグラフ図。種々の石炭乾燥構成を使用した場合の異なる水分レベルの石炭について、電力プラント効率の測定値を示すグラフ図。種々の石炭乾燥構成を使用した場合の異なる水分レベルの石炭について、電力プラント効率の測定値を示すグラフ図。種々の石炭乾燥構成を使用した場合の異なる水分レベルの石炭について、電力プラント効率の測定値を示すグラフ図。種々の石炭乾燥構成を使用した場合の異なる水分レベルの石炭について、電力プラント効率の測定値を示すグラフ図。種々の石炭乾燥構成を使用した場合の異なる水分レベルの石炭について、電力プラント効率の測定値を示すグラフ図。種々の石炭乾燥構成を使用した場合の異なる水分レベルの石炭について、電力プラント効率の測定値を示すグラフ図。種々の石炭乾燥構成を使用した場合の異なる水分レベルの石炭について、電力プラント効率の測定値を示すグラフ図。種々の石炭乾燥構成を使用した場合の異なる水分レベルの石炭について、電力プラント効率の測定値を示すグラフ図。種々の石炭乾燥構成を使用した場合の異なる水分レベルの石炭について、電力プラント効率の測定値を示すグラフ図。

符号の説明

１０石炭駆動電力プラント
１２原料石炭
１４石炭バンカー
１６フィーダー
１８石炭ミル
２０一次空気流
２５炉
２７煙道ガス
３０二次空気流
３１水
３２ボイラー
３３スチーム
３４スチームタービン
４０低圧スチームタービン
４３発電機
４５電気
４７スチーム
５０凝縮器
５２冷却水
５４高温冷却水
５６冷却塔
６０廃水
６５変形システム
７０ＳＡＨ
７１抽出スチーム
７２ＰＡファン
７４ＦＤファン
７６トリセクターＡＰＨ
１００流動床ドライヤー
１０２容器
１０４ディストリビュータ・プレート
１０８充気領域
１１０流動化空気
１１２フリーボード領域
１１４入口点
１１６水ひされた微粉
１２２排出点
１２７ファン
１３０外部熱交換器
１３２プロセス廃熱
１３４イン・ベッド熱交換器
１４０単段、単一容器流動床ドライヤー
１５０流動床ドライヤー
１５２高温プロセススチーム
１６８高温煙道ガス
１７０多段、単一容器流動床ドライヤー
１７２高温凝縮器冷却水
１７４第１段階
１８０固定床ドライヤー
１８２外側壁部
１８４内側壁部
１９０排出ポート
１９２石炭
２００乾燥用空気
２０２空気対水熱交換器
２０４高温凝縮器冷却水
２０６流動化空気
２０８イン・ベッド熱交換器
３００発電プラント
３０２単一容器流動床ドライヤー
３１０篩
３１２再処理石炭貯蔵ビン
３２０バケットエレベータ
３２２乾燥石炭貯蔵ホッパー
３３４ボイラー
３３６スチーム
３３８使用済スチーム
３４０凝縮器
３４２冷却水
３４４高温冷却水
３４６冷却塔
３５０第１の段階
３５２第２の段階
３５４イン・ベッド熱交換器
３５６イン・ベッド熱交換器
３６６一次空気流
３６８二次空気流
３７０ファンルームコイル
３７２ＰＡファン
３７４ＦＤファン
３７６外部エアーヒータ
３７８混合ボックス
４００熱交換器
４１８空気流
４２０バイセクターエアープレヒータ
４２４一次空気流
４２６二次空気流
４２８ウインドボックス
４４０イン・コンデンサー熱交換器
４４２高温循環水
４４４低温循環水
４４６低温冷却水
４４８高温冷却水
４５０補助熱交換器
５００流動床ドライヤー
５０２プレヒータ
５１２第１段階
５１４第２段階
５１６熱交換器
５１８伝達液
５２２イン・ベッドコイル
６００水ひ微粉
６０２活性化流
６０４活性炭
６０６マイルド・ガス化装置
６０８流動床
６１０オーバーヘッド流
６１２活性炭
６１４熱交換器
６１８高温水銀非含有流
７００流動床ガス化装置
７０２流動化空気
７０４製品ガス流
７０６燃焼タービン
７０８燃焼チャンバー
７１０コンプレッサー
７１２ガスタービン
７１４発電機
７１６残留石炭
７２０活性炭

Claims

少なくとも２つの異なるタイプの廃熱を生じさせる製造操業内で製品を熱処理するための方法であって；
（a）前記製品を受理するための熱処理装置を提供すると共に、前記製品に対し適用される少なくとも２つの熱源を受理するための手段を提供すること；
（b）前記熱処理装置に操作自在に接続された第１の熱交換器を提供すること；
（c）前記第１の熱交換器に第１の廃熱源を提供し、それにより該第１の廃熱源内に含まれる熱量を熱源の１つである第１の熱源として前記熱処理装置に伝達すること；
（d）前記熱処理装置に操作自在に接続された第２の熱交換器を提供すること；
（e）前記第１の廃熱源とは異なるタイプの第２の廃熱源を提供し、それにより該第２の廃熱源内に含まれる熱量を第２の熱源として前記熱処理装置に伝達すること；
（f）前記熱処理装置内の製品を前記第１、第２の熱源の組合せに曝した状態で、所望の熱処理を達成するのに十分な温度および時間、維持させること；
（g）前記熱処理装置から製品を除去すること；
を具備してなる方法。
少なくとも１つの別の熱源を更に含み、更なるタイプの廃熱が提供される関連熱交換器により該別の熱源からの熱が前記熱伝達装置へ送られるようにした請求項１記載の方法。
少なくとも１つの別の熱源を更に含み、一次熱源が提供される関連熱交換器により該別の熱源からの熱が前記熱伝達装置へ送られるようにした請求項１記載の方法。
前記熱処理プロセスが製品の水分量の減少を生じさせることを含む請求項１記載の方法。
前記熱処理装置が流動床ドライヤーである請求項４記載の方法。
前記熱処理装置が固定床ドライヤーである請求項４記載の方法。
前記製品が石炭である請求項１記載の方法。
前記製造操業が電力プラントである請求項１記載の方法。
前記廃熱源が、高温凝縮器冷却水、高温スタックガス、高温煙道ガス、使用済みプロセス流、および操作機器からの廃熱からなる群から選択されるものである請求項１記載の方法。
組合わされた前記熱源によって前記熱処理装置に放出される温度が３００°Fを超えないものである請求項１記載の方法。
組合わされた前記熱源によって前記熱処理装置に放出される温度が２００°Fを超えないものである請求項１０記載の方法。
少なくとも１つの廃熱源を生じさせる製造操業内で使用するためガス流を熱的に増幅させるための方法であって；
（a）第１の温度でガス流を提供すること；
（b）廃熱源および第１の熱交換器から熱を提供し、前記ガス流を該第１の熱交換器へ移送させ、前記廃熱源に含まれる熱量を前記第１の温度よりも高い第２の温度で該第１の熱交換器から出る前記ガス流に伝達すること；
（c）廃熱源および第２の熱交換器から熱を提供し、該第１の熱交換器から出る前記ガス流を前記第２の熱交換器へ移送させ、前記廃熱源に含まれる熱量を前記第２の温度よりも高い第３の温度で前記第２の熱交換器から出る前記ガス流に伝達すること；
を具備してなる方法。
前記１の熱交換器および第２の熱交換器へ移送させる前記廃熱源が、製造操業内の同一の廃熱源である請求項１２記載の方法。
前記１の熱交換器および第２の熱交換器へ移送させる前記廃熱源が、製造操業内の異なるタイプの廃熱源である請求項１２記載の方法。
前記廃熱源が、高温凝縮器冷却水、高温スタックガス、高温煙道ガス、使用済みプロセス流、および操作機器からの廃熱からなる群から選択されるものである請求項１２記載の方法。
少なくとも１つの別の熱交換器および関連する熱源を更に含み、前記ガス流が先の熱交換器を出たときの温度より高い温度で、該別の熱交換器を出るようになっている請求項１２記載の方法。
前記の別の熱源が廃熱源を構成する請求項１６記載の方法。
前記の別の熱源が一次熱源を構成する請求項１６記載の方法。
前記ガス流が空気である請求項１２記載の方法。
前記ガス流がスチームである請求項１２記載の方法。
前記ガス流が不活性ガスである請求項１２記載の方法。
前記製造操業が電力プラントである請求項１２記載の方法。
熱源の適用を介して粒状物質の品質特性を改善させる方法であって、該粒状物質が、１又は２以上の廃熱源を生じさせる工業プロセス操業内で使用するものであり、該方法が；
（a）前記粒状物質を受理するためのドライヤーベッドを提供すると共に、前記粒状物質に向けられる少なくとも１つの熱源から熱を提供すること；
（b）前記少なくとも１つの熱源内に含まれる熱量を前記ドライヤーベッドに伝達させるため、前記ドライヤーベッドに操作自在に接続された熱交換手段を提供することであって、ここで、前記熱源が：（ｉ）高温凝縮器冷却水以外の１つのタイプの廃熱;（ii）少なくとも２つの異なるタイプの廃熱の組合せ；（iii）少なくとも２つの異なるタイプの廃熱と一次熱源との組合せからなる群から選択されるものであり；
（c）前記熱源からの熱に曝されたドライヤーベッド内にて、粒状物質をその品質特性が所望の改善を達成するに十分な温度および時間、維持させること；
（d）この処理された粒状物質を前記ドライヤーベッドから除去すること；
を具備してなる方法。
前記粒状物質が石炭からなる請求項２３記載の方法。
前記石炭が亜瀝青炭又は亜炭からなる請求項２４記載の方法。
前記工業プロセス操業が電力プラントである請求項２３記載の方法。
前記工業プロセス操業が石炭コークス化プラントである請求項２３記載の方法。
前記する品質特性の改善が粒状物質の水分量の減少である請求項２３記載の方法。
前記粒状物質が亜炭からなり、その水分レベルを１０〜３５重量％に減少させるようにする請求項２８記載の方法。
前記粒状物質が亜炭からなり、その水分レベルを２７〜３２重量％に減少させるようにする請求項２９記載の方法。
前記粒状物質が亜瀝青炭からなり、その水分レベルを１０〜３０重量％に減少させるようにする請求項２８記載の方法。
前記粒状物質が亜瀝青炭からなり、その水分レベルを２０〜２５重量％に減少させるようにする請求項３１記載の方法。
前記ドライヤーベッドが固定床ドライヤーである請求項２３記載の方法。
前記ドライヤーベッドが、粒状物質のベッドを含む流動床ドライヤーを有し、更に、強制空気流を流動床を通って吐出させ、該粒状物質を流動化させる手段を含む請求項２３記載の方法。
前記流動床ドライヤーへの移送の前に、強制空気流を加熱するため、少なくとも１つの廃熱源からの熱を受理するため、強制空気流の流路に操作自在に接続された熱交換器を更に具備してなる請求項２３記載の方法。
前記流動床ドライヤーが単一容器を具備してなる請求項３４記載の方法。
前記流動床ドライヤーが複数の容器を具備してなる請求項３４記載の方法。
前記流動床ドライヤーの容器が複数の段階を有する請求項３４記載の方法。
前記廃熱源が、高温凝縮器冷却水、高温スタックガス、高温煙道ガス、使用済みプロセス流、および操作機器からの廃熱からなる群から選択されるものである請求項２３記載の方法。
前記熱源から前記ドライヤーベッドに伝達される温度が３００°Fを超えないものである請求項２３記載の方法。
前記熱源から前記ドライヤーベッドに伝達される温度が２００°Fを超えないものである請求項４０記載の方法。
前記粒状物質を、大気の存在下で前記ドライヤーベッド内で処理する請求項２３記載の方法。
前記粒状物質を、不活性ガスの不存在下で前記ドライヤーベッド内で処理する請求項２３記載の方法。
前記粒状物質を、前記ドライヤーベッドへスチームを吐出させることなく、前記ドライヤーベッド内で処理する請求項２３記載の方法。
前記する品質特性の改善が粒状物質に含まれる少なくとも１つの元素又は化合物の増加又は減少からなる請求項２３記載の方法。
仕事を行うための流体流を使用し、少なくとも１つの廃熱源を生じさせる工業プラント操業内で、前記少なくとも１つの廃熱源を利用し、プラント効率を最適化するため該流体流を熱的に増幅させるシステムであって；
（a）第１の廃熱源と、該流体流とに操作自在に接続された第１の熱交換器であって、該第１の廃熱源からの熱を前記流体流へ伝達させ該流体流の温度を上昇させるようにしたものと；
（b）第２の廃熱源と、前記第１の熱交換器を出る流体流とに操作自在に接続された第２の熱交換器であって、該第２の廃熱源からの熱を前記流体流へ伝達させ該流体流の温度を更に上昇させるようにしたものと；
を具備してなるシステム。
前記第１の熱交換器および第２の熱交換器に伝達される双方の廃熱源が、工業プラント操業において、同一の熱源を構成するものである請求項４６記載のシステム。
前記第１の熱交換器に伝達される複数の廃熱源が、工業プラント操業において、異なるタイプの廃熱源を構成するものである請求項４６記載のシステム。
熱源に操作自在に接続された別の熱交換器を更に具備してなり、前記の別の熱源からの熱を前記第２の熱交換器を出る流体流に伝達させ、流体流の温度を更に上昇させるようにした請求項４６記載のシステム。
前記別の熱源が廃熱源を構成する請求項４９記載のシステム。
前記別の熱源が一次熱源を構成する請求項４９記載のシステム。
流動流を受理するため、該流動流に操作自在に接続されたドライヤーベッドを更に具備してなり、前記ドライヤーベッド内に収容された粒状物質を処理するようにした請求項４６記載のシステム。
前記ドライヤーベッドが固定床ドライヤーである請求項５２記載のシステム。
前記ドライヤーベッドが流動床ドライヤーである請求項５２記載のシステム。
前記流動床ドライヤーが、粒状物質を処理するため、少なくとも２つの別々の段階を含む請求項５４記載のシステム。
前記流体流が、空気、不活性ガス、スチーム、水、グリコールからなる群から選択されるものである請求項４６記載のシステム。
ドライヤーベッド内に収容された粒状物質を加熱するために、前記流体流がドライヤーベッドに操作自在に接続された熱交換器に熱を伝達させるものである請求項５２記載のシステム。
ドライヤーベッド内に収容された粒状物質を流動化させるために、前記流体流がドライヤーベッドにガスを吐出させるものである請求項５２記載のシステム。
前記工業プラント操業が電力プラントであって、該電力プラントが高温凝縮器冷却水を生じさせる凝縮器と、高温煙道ガスを生じさせる炉とを具備してなり、第１の廃熱源が高温凝縮器冷却水を構成し、第２の廃熱源が高温煙道ガスを構成する請求項４６記載のシステム。
前記工業プラント操業が電力プラントであって、該電力プラントが高温凝縮器冷却水を生じさせる凝縮器を具備してなり、第１の廃熱源および第２の廃熱源が双方とも高温凝縮器冷却水を構成するものである請求項４６記載のシステム。
前記熱交換器の１つがバイセクター・エアープレヒータである請求項４６記載のシステム。
前記熱交換器の１つがトリセクター・エアープレヒータである請求項４６記載のシステム。
混合ボックスを更に具備してなり、これが前記第１の熱交換器を出る流体流に操作自在に接続されていると共に、前記第２の熱交換器を出る流体流に操作自在に接続されていて、該混合ボックスに入るこの２つの流体流の容積を、ドライヤーベッドに送られる流体流の温度を制御するため調整するようにした請求項５２記載のシステム。
少なくとも２つの異なるタイプの廃熱源を有する工業プラント操業に組み込まれた石炭乾燥システムであって；
（a）流動床ドライヤーユニットであって、石炭を受理するための内部を有すると共に、第２乾燥段階に操作自在に連通する第１乾燥段階を有し、該ドライヤーユニット内に配置された石炭が乾燥されながら該第１乾燥段階から該第２乾燥段階に向けて移行し得るものとなっているものと；
（b）前記ドライヤーユニットと、２つの異なる廃熱源との間に操作自在に配置されたエアープレヒータであって、空気流の前記ドライヤーユニットへの流入、通過前に、各廃熱源から熱を該エアープレヒータを通過する空気流へ伝達させ、該空気流により前記ドライヤーユニット内に収容されている石炭粒子を流動化させるようにしたものと；
（c）前記ドライヤーユニットに操作自在に接続された熱交換器であって、少なくとも１つの廃熱源から熱を前記ドライヤーユニットに向けて伝達させ、前記ドライヤーユニットの内部温度を上昇させ、石炭内の水分を減少させるようにしたものと；
を具備してなるシステム。
前記の２つの異なるタイプの廃熱源が高温凝縮器冷却水と、工業プラント操業内で生じる高温煙道ガスとを構成するものである請求項６４記載のシステム。
前記システム内の手段で異なる温度に加熱された２つの異なる空気流（ｓｕｂｓｔｒｅａｍ）を受理するための混合ボックスを更に具備してなり、この２つの異なる空気流の流量を調整し、前記ドライヤーユニットに送られる流動化空気流の温度を制御するようにした請求項６４記載のシステム。