JP2011214805A

JP2011214805A - 流動層乾燥装置及び流動層乾燥設備

Info

Publication number: JP2011214805A
Application number: JP2010086017A
Authority: JP
Inventors: Isao Torii; 鳥居　　功; Takeshi Amari; 猛甘利; Kenichi Arima; 謙一有馬
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-04-02
Filing date: 2010-04-02
Publication date: 2011-10-27

Abstract

【課題】被乾燥物の供給の際に、簡易な構成で付着防止等を図ることのできる流動層乾燥装置及び流動層乾燥設備を提供する。
【解決手段】流動層乾燥装置１０２に供給する被乾燥物である褐炭１０１を供給する際に、前記乾燥室内で乾燥した乾燥褐炭１０８の一部を供給ホッパ１２０に導入する導入ラインＬ₅により、乾燥褐炭１０８を供給するので、粉体供給系、流動層乾燥装置１０２の入口部における粉体付着性、アグロメ性の抑制効果を発揮でき、流動層乾燥装置１０２の装置稼働率の向上を図ることができる。また、従来のような供給ラインに設けるパージ設備の低減を図り、供給系統の簡素化、パージ運用費の大幅な低減を図ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、流動化ガスにより被乾燥物を流動させつつ乾燥させる流動層乾燥装置に関し、特に、被乾燥物の流動不良に対策を講じることのできる流動層乾燥装置及び流動層乾燥設備に関する。

例えば、石炭ガス化複合発電設備は、石炭をガス化し、コンバインドサイクル発電と組み合わせることにより、従来型の石炭火力に比べ、さらなる高効率化・高環境性を目指した発電設備である。この石炭ガス化複合発電設備は、資源量が豊富な石炭を利用可能であることも大きなメリットであり、適用炭種を拡大することにより、さらにメリットが大きくなることが知られている。ところが、褐炭や亜瀝青炭等の低品位炭は、持ち込まれる水分が多く、この水分により発電効率が低下する問題がある。このため、低品位炭を乾燥させて水分を除去する必要がある。

従来、例えば、特許文献１に記載の流動層乾燥装置（流動乾燥機および被乾燥物の乾燥方法）は、底部が多数の開孔を有する通気可能な分散板である乾燥室と、乾燥室下部に位置する風室とを備えている。すなわち、この流動層乾燥装置は、流動化ガス（乾燥用気体）を風室から分散板を介して乾燥室に供給することによって被乾燥物を流動させつつ乾燥させる。

特開２００８−８９２４３号公報

特許文献１に記載の流動層乾燥装置において、流動層乾燥装置に高水分の被乾燥物である粉体を適用する場合、粉体の供給系における供給管への付着・滞留および、乾燥炉入口部におけるアグロメ（流動不良）が発生する可能性がある。

この対策として、現状の技術では、閉塞、付着が懸念される箇所にパージガスを導入して、閉塞を抑制する方法等が採用されている。

しかしながら、付着が特に懸念される被乾燥物である粉体を適用する場合には、パージガスを多くの箇所に設置する必要があり、配管設計が複雑となり、設備コスト、運用コストが増加する、という問題がある。

そこで、被乾燥物である粉体の供給系における付着・滞留や流動不良を防止すると共に、配管設計が簡易であり、設備コスト及び運用コストの低廉化をはかることができる対策を施すことが切望されている。

本発明は、前記問題に鑑み、被乾燥物の供給の際に、簡易な構成で付着防止等を図ることのできる流動層乾燥装置及び流動層乾燥設備を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、乾燥室に流動化ガスを供給することで前記乾燥室に供給された被乾燥物を流動させて乾燥させる流動層乾燥装置において、前記乾燥室内で乾燥した乾燥物の一部を、流動層乾燥装置に供給する被乾燥物に混合してなることを特徴とする流動層乾燥装置にある。

第２の発明は、第１の発明において、前記流動層乾燥装置から排出される発生ガス中に混入する粉塵を分離した後、該粉塵を流動層乾燥装置に供給する被乾燥物に混合してなることを特徴とする流動層乾燥装置にある。

第３の発明は、第１又は２の発明において、前記流動層乾燥装置に供給する被乾燥物に、被乾燥物とは異なる種類の乾燥粒子を混合してなることを特徴とする流動層乾燥装置にある。

第４の発明は、水分含量が高い被乾燥物を乾燥する請求項１乃至３のいずれか一つの流動層乾燥装置と、前記流動層乾燥装置内に設けられ、管状又は板状の内部に過熱蒸気を供給して被乾燥物中の水分を除去する伝熱部材と、前記伝熱部材によって被乾燥物が乾燥される際に発生する発生蒸気を流動層乾燥装置の外部に排出する発生蒸気ラインと、前記発生蒸気ラインに介装され、発生蒸気中の粉塵を除去する集塵装置と、発生蒸気ラインにおける集塵装置の下流側に介装され、発生蒸気の熱を回収する熱回収システムと、前記集塵装置から粉塵が除去された発生蒸気の一部を分岐し、流動化蒸気として流動層乾燥装置内に供給する分岐ラインと、前記流動層乾燥装置から抜き出された被乾燥物を冷却する冷却器とを備えることを特徴とする流動層乾燥設備にある。

本発明によれば、被乾燥物の供給の際に付着が防止され、アグロメ性の抑制、装置稼働率の向上を図ることができる。

図１は、本発明の実施例１に係る流動層乾燥装置を適用した流動層乾燥設備の一例を示す概略図である。図２は、本発明の実施例２に係る流動層乾燥装置を適用した流動層乾燥設備の一例を示す概略図である。図３は、本発明の実施例３に係る流動層乾燥装置を適用した流動層乾燥設備の一例を示す概略図である。図４は、本発明の実施例４に係る流動層乾燥装置を適用した流動層乾燥設備の一例を示す概略図である。図５は、図１に示す流動層乾燥設備を適用した石炭ガス化複合発電システムの一例を示す概略図である。

以下に、本発明に係る実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本発明の実施例１について、図面を参照して説明する。図１は、本実施例に係る流動層乾燥装置を適用した流動層乾燥設備の一例を示す概略図である。
図１に示すように、本実施例に係る流動層乾燥設備１００Ａは、供給ホッパ１２０から供給され、水分含量が高い被乾燥物である褐炭１０１を乾燥する乾燥室を形成する流動層乾燥装置１０２と、流動層乾燥装置１０２内に設けられ、管状の内部に過熱蒸気（例えば１５０℃の蒸気）Ａを供給して褐炭１０１中の水分を除去する伝熱部材（加熱手段）１０３と、前記伝熱部材１０３によって褐炭１０１が乾燥される際に発生する発生蒸気１０４を流動層乾燥装置１０２の外部に排出する発生蒸気ラインＬ_１と、前記発生蒸気ラインＬ_１に介装され、発生蒸気１０４中の粉塵を除去する集塵装置１０５と、発生蒸気ラインＬ_１における集塵装置１０５の下流側に介装され、発生蒸気１０４の熱を回収する熱回収システム１０６と、前記集塵装置１０５から粉塵が除去された発生蒸気１０４の一部を分岐し、流動化蒸気１０７として流動層乾燥装置１０２内に供給する分岐ラインＬ_２と、前記流動層乾燥装置１０２から抜き出された乾燥褐炭１０８を冷却して製品炭１０９とする冷却器１１０とを備えるものである。
なお、符号１１６は流動化ガスである流動化蒸気１０７を整流する整流板を図示する。

流動層乾燥設備１００Ａにおいて、褐炭１０１は、供給ホッパ１２０により供給ラインＬ₀を介して流動層乾燥装置１０２内に投入され、流動層乾燥装置１０２内に別に導入される流動化蒸気１０７により流動されて流動層１１１を形成する。

この際、乾燥褐炭１０８の一部を供給ホッパ１２０に導入する導入ラインＬ₅により、乾燥褐炭１０８を供給するので、１）粉体供給系、流動層乾燥装置１０２の入口部における粉体付着性、アグロメ性の抑制効果を発揮でき、流動層乾燥装置１０２の装置稼働率の向上を図ることができる。
また、従来のような供給ラインに設けるパージ設備の低減を図り、供給系統の簡素化、パージ運用費の大幅な低減を図ることができる。
ここで、供給ホッパ１２０からの供給ラインＬ₀に、乾燥褐炭を供給する導入ラインＬ₅を連結しているが、本発明はこれに限定されず、さらに供給ホッパ内にも乾燥褐炭１０８を導入するようにしてもよい。

上述した伝熱部材１０３は、この流動層１１１内に配置されている。伝熱部材１０３内には、１５０℃の過熱蒸気Ａが供給され、その高温の過熱蒸気Ａの潜熱を利用して褐炭１０１を間接的に乾燥させるようにしている。乾燥に利用された過熱蒸気Ａは、例えば１５０℃の凝縮水Ｂとして流動層乾燥装置１０２の外部に排出されている。

すなわち、加熱手段である伝熱部材１０３内面では、過熱蒸気Ａが凝縮して液体（水分）になるので、この際に放熱される凝縮潜熱を、褐炭１０１の乾燥の加熱に有効利用している。なお、高温の過熱蒸気Ａ以外としては、相変化を伴う熱媒であれば何れでも良く、例えばフロンやペンタンやアンモニア等を例示することができる。また、伝熱部材１０３として熱媒体を用いる以外に電気ヒータを設置してもよい。

伝熱部材１０３によって褐炭１０１が乾燥される際に発生する発生蒸気１０４は、流動層乾燥装置１０２内において、流動層１１１の上部空間に形成されるフリーボード部Ｆから発生蒸気ラインＬ_１により流動層乾燥装置１０２の外部に排出される。この発生蒸気１０４は、褐炭１０１が乾燥し微粉化したものが含まれているので、サイクロンや電気集塵機等の集塵装置１０５により集塵して固体成分１１５として分離する。
この固体成分１１５は、分離ラインＬ₃を介して流動層乾燥装置１０２から抜き出された製品ラインＬ₄において乾燥褐炭１０８に混合し、冷却器１１０で冷却し、製品炭１０９としている。この製品炭１０９は、例えばボイラ、ガス化炉等の原料として利用に供される。

一方、集塵装置１０５により集塵された後の発生蒸気１０４は、例えば１０５〜１１０℃の蒸気であるので、熱回収システム１０６で熱回収された後、水処理部１１２で処理され、排水１１３として流動層乾燥設備１００の外部に排出されている。なお、集塵装置１０５により集塵された後の発生蒸気１０４は、例えば、熱交換器や蒸気タービン等に適用してその熱を有効利用するようにしてもよい。

また、集塵装置１０５により集塵された後の発生蒸気１０４の一部は、分岐ラインＬ_２に介装された循環ファン１１４により流動層乾燥装置１０２内に送られて、褐炭１０１の流動層１１１を流動させる流動化蒸気１０７として利用される。なお、流動層１１１を流動化させる流動化媒体としては、発生蒸気１０４の一部を再利用しているが、これに限定されず、例えば窒素、二酸化炭素またはこれらのガスを含む低酸素濃度の空気を用いてもよい。

なお、上述した流動層乾燥装置１０２は、伝熱部材１０３として、本実施例はチューブ形状の伝熱部材を例示しているが、本発明はこれに限定されず、例えば板状の伝熱部材を用いるようにしてもよい。
また、過熱蒸気Ａを伝熱部材１０３に供給して褐炭１０１を間接的に乾燥させる構成を説明したが、これに限らず、褐炭１０１の流動層１１１を流動させる流動化蒸気１０７により褐炭１０１を直接乾燥させる構成、さらに加熱用の流動化ガスを供給して乾燥させる構成としてもよい。

なお、被乾燥物として褐炭１０１を例示したが、水分含量の高いものであれば、亜瀝青炭等を含む低品位炭や、スラッジ等の被乾燥物を乾燥対象としてもよい。

本発明の実施例２について、図面を参照して説明する。図２は、本実施例に係る流動層乾燥装置を適用した流動層乾燥設備の一例を示す概略図である。なお、実施例１に係る流動層乾燥設備と同一部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図２に示すように、本実施例に係る流動層乾燥設備１００Ｂは、乾燥された乾燥褐炭１０８を保管する乾燥褐炭供給ホッパ１２１を設け、乾燥褐炭１０８の一部を、供給ホッパ１２０へ循環させるようにしたものである。

この際、受入粉体の水分量によって、乾燥粉体の混合量を調節するように制御するために、供給ホッパ１２０内の水分量を計測する水分計１２２を設けている。
この水分計１２２により、供給ホッパ１２０内部の水分量を計測し、その水分割合に応じて、乾燥褐炭１０８の供給量を調整するようにしている。

また、システムの起動の際には、予め乾燥した乾燥褐炭１０８用いて、供給系を乾燥状態とすると共に、流動床を形成させる。次いで、水分の多い褐炭１０１を供給して徐々に乾燥を開始させるようにするのが好ましい。

これにより、流動層乾燥装置の粉体供給系統において、付着性の高い水分含有量が高い褐炭等を供給した場合の、１）粉体供給系における粉体付着性、アグロメ性の抑制効果、装置稼働率の向上、２）パージ設備の低減、供給系統の簡素化、パージ運用費の低減を図ることができる。

本発明の実施例３について、図面を参照して説明する。図３は、本実施例に係る流動層乾燥装置を適用した流動層乾燥設備の一例を示す概略図である。なお、実施例１に係る流動層乾燥設備と同一部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図３に示すように、本実施例に係る流動層乾燥設備１００Ｃは、実施例１に係る流動層乾燥設備１００Ａにおいて、集塵装置１０５で分離した粉塵の固体成分１１５を分離ラインＬ₃により供給ホッパ１２０に供給している。これにより、被乾燥物である褐炭１０１の供給系統の付着対策を講じるようにしてもよい。

なお、実施例３において、固体成分１１５を供給ホッパ１２０により供給するようにしたが、実施例２の乾燥設備においても同様に操作するようにして、供給系統の付着対策を講じるようにしてもよい。

本発明の実施例４について、図面を参照して説明する。図４は、本実施例に係る流動層乾燥装置を適用した流動層乾燥設備の一例を示す概略図である。なお、実施例１に係る流動層乾燥設備と同一部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図４に示すように、本実施例に係る流動層乾燥設備１００Ｄは、実施例２に係る流動層乾燥設備１００Ｂにおいて、さらに、被乾燥物とは異なる種類の乾燥粒子１２３を供給ホッパ１２０から供給ラインＬ₆を介して乾燥粒子供給ホッパ１２４により、供給ホッパ１２０側に供給している。これにより、被乾燥物である褐炭１０１とは異なる種類の乾燥粒子１２３により、供給系統の付着対策を講じるようにしてもよい。

なお、実施例４において、乾燥粒子１２３を供給するようにしたが、実施例２又は３の乾燥設備においても同様に操作するようにして、供給系統の付着対策を講じるようにしてもよい。

本実施例に係る流動層乾燥装置１０２で乾燥した製品炭１０９を用い、石炭ガス化複合発電（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｏａｌＧａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎＣｏｍｂｉｎｅｄＣｙｃｌｅ：ＩＧＣＣ）システムに適用した一例を説明する。図５は、図１に示す流動層乾燥設備１００Ａを適用した石炭ガス化複合発電システムの一例を示す概略図である。

図５に示すように、石炭ガス化複合発電システム２００は、燃料である製品炭（乾燥褐炭）１０９がミル２１０により粉砕された微粉炭２０１ａを処理してガス化ガス２０２に変換する石炭ガス化炉２０３と、前記ガス化ガス２０２を燃料として運転されるガスタービン（ＧＴ）２０４と、前記ガスタービン２０４からのタービン排ガス２０５を導入する排熱回収ボイラ（ＨｅａｔＲｅｃｏｖｅｒｙＳｔｅａｍＧｅｎｅｒａｔｏｒ：ＨＲＳＧ）２０６で生成した蒸気２０７により運転される蒸気タービン（ＳＴ）２０８と、前記ガスタービン２０４および／または前記蒸気タービン２０８と連結された発電機（Ｇ）２０９とを備えるものである。ここで、石炭２０１は、図１に示す本実施例に係る流動層乾燥設備１００（１００Ａ〜１００Ｄ）を用いて乾燥した製品炭１０９を用いている。

この石炭ガス化複合発電システム２００は、ミル２１０で粉砕された微粉炭２０１ａを石炭ガス化炉２０３でガス化し、生成ガスであるガス化ガス２０２を得る。このガス化ガス２０２は、サイクロン２１１およびガス精製装置２１２で除塵およびガス精製された後、発電手段であるガスタービン２０４の燃焼器２１３に供給され、ここで燃焼して高温・高圧の燃焼ガス２１４を生成する。そして、この燃焼ガス２１４によってガスタービン２０４を駆動する。このガスタービン２０４は、発電機２０９と連結されており、ガスタービン２０４が駆動することによって発電機２０９が電力を発生する。ガスタービン２０４を駆動した後のタービン排ガス２０５は、まだ約５００〜６００℃の温度を持っているため、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）２０６へ送られ、ここで熱エネルギーが回収される。この排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）２０６では、タービン排ガス２０５の熱エネルギーによって蒸気２０７が生成され、この蒸気２０７によって蒸気タービン２０８を駆動する。この排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）２０６で熱エネルギーが回収された排ガス２１５は、ガス浄化装置２１６で排ガス２１５中のＮＯｘおよびＳＯｘ分が除去された後、煙突２１７を介して大気中へ放出される。なお、図中、符号２１８は復水器、２１９は空気、２２０は圧縮機、２２１は空気を窒素（Ｎ_２）と酸素（Ｏ_２）とに分離する空気分離装置（ＡＳＵ）を各々図示する。

この石炭ガス化複合発電システム２００によれば、高い水分を有する褐炭１０１を用いてガス化する場合においても、効率的な流動層乾燥装置１０２により褐炭１０１を乾燥しているので、ガス化効率が向上し、長期間に亙って安定して発電を行うことができる。

また、石炭ガス化複合発電システム２００においては、ガスタービンおよび蒸気タービンの組み合わせによって、従来４０％程度であった石炭焚発電プラントの効率を約４６％まで向上させることができる。このプラント効率の向上によって、ＣＯ_２の排出量は従来の石炭焚ボイラに対して約１３％削減できる。

なお、本実施の形態に係る流動層乾燥設備１００で乾燥した製品炭１０９を用いた発電システムとしては、上述した石炭ガス化複合発電システム２００に限らない。例えば、図には明示しないが、流動層乾燥設備１００で乾燥した製品炭１０９をボイラ火炉に供給し、当該ボイラ火炉で発生した蒸気で蒸気タービンを駆動して発電機により出力を得る褐炭炊ボイラによる発電システムであってもよい。

以上のように、本発明に係る流動層乾燥装置及び設備は、被乾燥物の供給の際に、簡易な構成で付着防止等を図る対策を実施することに適している。

１００Ａ〜１００Ｄ流動層乾燥設備
１０１褐炭
１０２流動層乾燥装置
１０３伝熱部材
１０４発生蒸気
１０５集塵装置
１０６熱回収システム
１０７流動化蒸気
１０８乾燥褐炭
１０９製品炭
１１０冷却器
１１１流動層
１１２水処理部
１１３排水
１１４循環ファン
１１５固体成分
１２０供給ホッパ
１２１乾燥褐炭供給ホッパ
１２２水分計
１２３乾燥粒子
２００石炭ガス化複合発電システム
２０１石炭
２０１ａ微粉炭
２０２ガス化ガス
２０３石炭ガス化炉
２０４ガスタービン（ＧＴ）
２０５タービン排ガス
２０６排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）
２０７蒸気
２０８蒸気タービン（ＳＴ）
２０９発電機（Ｇ）
２１０ミル
２１１サイクロン
２１２ガス精製装置
２１３燃焼器
２１４燃焼ガス
２１５排ガス
２１７煙突
２１８復水器
２１９空気
２２０圧縮機
２２１空気分離装置（ＡＳＵ）
Ａ過熱蒸気
Ｂ凝縮水
Ｆフリーボード部

Claims

乾燥室に流動化ガスを供給することで前記乾燥室に供給された被乾燥物を流動させて乾燥させる流動層乾燥装置において、
前記乾燥室内で乾燥した乾燥物の一部を、流動層乾燥装置に供給する被乾燥物に混合してなることを特徴とする流動層乾燥装置。
請求項１において、
前記流動層乾燥装置から排出される発生ガス中に混入する粉塵を分離した後、該粉塵を流動層乾燥装置に供給する被乾燥物に混合してなることを特徴とする流動層乾燥装置。
請求項１又は２において、
前記流動層乾燥装置に供給する被乾燥物に、被乾燥物とは異なる種類の乾燥粒子を混合してなることを特徴とする流動層乾燥装置。
水分含量が高い被乾燥物を乾燥する請求項１乃至３のいずれか一つの流動層乾燥装置と、
前記流動層乾燥装置内に設けられ、管状又は板状の内部に過熱蒸気を供給して被乾燥物中の水分を除去する伝熱部材と、
前記伝熱部材によって被乾燥物が乾燥される際に発生する発生蒸気を流動層乾燥装置の外部に排出する発生蒸気ラインと、
前記発生蒸気ラインに介装され、発生蒸気中の粉塵を除去する集塵装置と、
発生蒸気ラインにおける集塵装置の下流側に介装され、発生蒸気の熱を回収する熱回収システムと、
前記集塵装置から粉塵が除去された発生蒸気の一部を分岐し、流動化蒸気として流動層乾燥装置内に供給する分岐ラインと、
前記流動層乾燥装置から抜き出された被乾燥物を冷却する冷却器とを備えることを特徴とする流動層乾燥設備。