以下に添付図面を参照して、本発明に係る流動層乾燥装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
図1は、本発明の実施例1に係る流動層乾燥装置を表す概略側面図、図2は、実施例1の流動層乾燥装置を表す概略背面図、図3は、実施例1の流動層乾燥装置における流動化蒸気の流れを表す概略構成図、図4は、実施例1の流動層乾燥装置における第1乾燥室と第2乾燥室との通過開口部を表す側面図、図5は、実施例1の流動層乾燥装置における第1乾燥室と第2乾燥室との通過開口部を表す平面図、図6は、実施例1の変形例を表す流動層乾燥装置における第1乾燥室と第2乾燥室との通過開口部を表す平面図、図7は、実施例1の流動層乾燥装置が適用された石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。
実施例1の石炭ガス化複合発電設備(IGCC:Integrated Coal Gasification Combined Cycle)は、空気を酸化剤としてガス化炉で石炭ガスを生成する空気燃焼方式を採用し、ガス精製装置で精製した後の石炭ガスを燃料ガスとしてガスタービン設備に供給して発電を行っている。即ち、実施例1の石炭ガス化複合発電設備は、空気燃焼方式(空気吹き)の発電設備である。この場合、ガス化炉に供給する湿潤燃料として低品位炭を使用している。
実施例1において、図7に示すように、石炭ガス化複合発電設備10は、給炭装置11、流動層乾燥装置12、微粉炭機(ミル)13、石炭ガス化炉14、チャー回収装置15、ガス精製装置16、ガスタービン設備17、蒸気タービン設備18、発電機19、排熱回収ボイラ(HRSG:Heat Recovery Steam Generator)20を有している。
給炭装置11は、原炭バンカ21と、石炭供給機22と、クラッシャ23とを有している。原炭バンカ21は、低品位炭を貯留可能であって、所定量の低品位炭を石炭供給機22に投下することができる。石炭供給機22は、原炭バンカ21から投下された低品位炭をコンベアなどにより搬送し、クラッシャ23に投下することができる。このクラッシャ23は、投下された低品位炭を所定の大きさに破砕することができる。
流動層乾燥装置12は、給炭装置11により投入された低品位炭に対して乾燥用蒸気(過熱蒸気)を供給することで、この低品位炭を流動させながら加熱乾燥するものであり、低品位炭が含有する水分を除去することができる。そして、この流動層乾燥装置12は、下部から取り出された乾燥済の低品位炭を冷却する冷却器31が設けられ、乾燥冷却済の乾燥炭が乾燥炭バンカ32に貯留される。また、流動層乾燥装置12は、上部から取り出された蒸気から乾燥炭の粒子を分離する乾燥炭サイクロン33と乾燥炭電気集塵機34が設けられ、蒸気から分離された乾燥炭の粒子が乾燥炭バンカ32に貯留される。なお、乾燥炭電気集塵機34で乾燥炭が分離された蒸気は、蒸気圧縮機35で圧縮されてから流動層乾燥装置12に乾燥用蒸気として供給される。
微粉炭機13は、石炭粉砕機であって、流動層乾燥装置12により乾燥された低品位炭(乾燥炭)を細かい粒子状に粉砕して微粉炭を製造するものである。即ち、微粉炭機13は、乾燥炭バンカ32に貯留された乾燥炭が石炭供給機36により投下され、この乾燥炭を所定粒径以下の低品位炭、つまり、微粉炭とするものである。そして、微粉炭機13で粉砕後の微粉炭は、微粉炭バグフィルタ37a,37bにより搬送用ガスから分離され、微粉炭供給ホッパ38a,38bに貯留される。
石炭ガス化炉14は、微粉炭機13で処理された微粉炭が供給可能であると共に、チャー回収装置15で回収されたチャー(石炭の未燃分)が戻されてリサイクル可能となっている。
即ち、石炭ガス化炉14は、ガスタービン設備17(圧縮機61)から圧縮空気供給ライン41が接続されており、このガスタービン設備17で圧縮された圧縮空気が供給可能となっている。空気分離装置42は、大気中の空気から窒素と酸素を分離生成するものであり、第1窒素供給ライン43が石炭ガス化炉14に接続され、この第1窒素供給ライン43に微粉炭供給ホッパ38a,38bからの給炭ライン44a,44bが接続されている。また、第2窒素供給ライン45も石炭ガス化炉14に接続され、この第2窒素供給ライン45にチャー回収装置15からのチャー戻しライン46が接続されている。更に、酸素供給ライン47は、圧縮空気供給ライン41に接続されている。この場合、窒素は、石炭やチャーの搬送用ガスとして利用され、酸素は、酸化剤として利用される。
石炭ガス化炉14は、例えば、噴流床形式のガス化炉であって、内部に供給された石炭、チャー、空気(酸素)、またはガス化剤としての水蒸気を燃焼・ガス化すると共に、二酸化炭素を主成分とする可燃性ガス(生成ガス、石炭ガス)が発生し、この可燃性ガスをガス化剤としてガス化反応が起こる。なお、石炭ガス化炉14は、微粉炭の混入した異物を除去する異物除去装置48が設けられている。この場合、石炭ガス化炉14は噴流床ガス化炉に限らず、流動床ガス化炉や固定床ガス化炉としてもよい。そして、この石炭ガス化炉14は、チャー回収装置15に向けて可燃性ガスのガス生成ライン49が設けられており、チャーを含む可燃性ガスが排出可能となっている。この場合、ガス生成ライン49にガス冷却器を設けることで、可燃性ガスを所定温度まで冷却してからチャー回収装置15に供給するとよい。
チャー回収装置15は、集塵装置51と供給ホッパ52とを有している。この場合、集塵装置51は、1つまたは複数のバグフィルタやサイクロンにより構成され、石炭ガス化炉14で生成された可燃性ガスに含有するチャーを分離することができる。そして、チャーが分離された可燃性ガスは、ガス排出ライン53を通してガス精製装置16に送られる。供給ホッパ52は、集塵装置51で可燃性ガスから分離されたチャーを貯留するものである。なお、集塵装置51と供給ホッパ52との間にビンを配置し、このビンに複数の供給ホッパ52を接続するように構成してもよい。そして、供給ホッパ52からのチャー戻しライン46が第2窒素供給ライン45に接続されている。
ガス精製装置16は、チャー回収装置15によりチャーが分離された可燃性ガスに対して、硫黄化合物や窒素化合物などの不純物を取り除くことで、ガス精製を行うものである。そして、ガス精製装置16は、可燃性ガスを精製して燃料ガスを製造し、これをガスタービン設備17に供給する。なお、このガス精製装置16では、チャーが分離された可燃性ガス中にはまだ硫黄分(H2S)が含まれているため、アミン吸収液によって除去することで、硫黄分を最終的には石膏として回収し、有効利用する。
ガスタービン設備17は、圧縮機61、燃焼器62、タービン63を有しており、圧縮機61とタービン63は、回転軸64により連結されている。燃焼器62は、圧縮機61から圧縮空気供給ライン65が接続されると共に、ガス精製装置16から燃料ガス供給ライン66が接続され、タービン63に燃焼ガス供給ライン67が接続されている。また、ガスタービン設備17は、圧縮機61から石炭ガス化炉14に延びる圧縮空気供給ライン41が設けられており、中途部に昇圧機68が設けられている。従って、燃焼器62では、圧縮機61から供給された圧縮空気とガス精製装置16から供給された燃料ガスとを混合して燃焼し、タービン63にて、発生した燃焼ガスにより回転軸64を回転することで発電機19を駆動することができる。
蒸気タービン設備18は、ガスタービン設備17における回転軸64に連結されるタービン69を有しており、発電機19は、この回転軸64の基端部に連結されている。排熱回収ボイラ20は、ガスタービン設備17(タービン63)からの排ガスライン70に設けられており、空気と高温の排ガスとの間で熱交換を行うことで、蒸気を生成するものである。そのため、排熱回収ボイラ20は、蒸気タービン設備18のタービン69との間に蒸気供給ライン71が設けられると共に、蒸気回収ライン72が設けられ、蒸気回収ライン72に復水器73が設けられている。従って、蒸気タービン設備18では、排熱回収ボイラ20から供給された蒸気によりタービン69が駆動し、回転軸64を回転することで発電機19を駆動することができる。
そして、排熱回収ボイラ20で熱が回収された排ガスは、ガス浄化装置74により有害物質を除去され、浄化された排ガスは、煙突75から大気へ放出される。
ここで、実施例1の石炭ガス化複合発電設備10の作動について説明する。
実施例1の石炭ガス化複合発電設備10において、給炭装置11にて、原炭(低品位炭)が原炭バンカ21に貯留されており、この原炭バンカ21の低品位炭が石炭供給機22によりクラッシャ23に投下され、ここで所定の大きさに破砕される。そして、破砕された低品位炭は、流動層乾燥装置12により加熱乾燥された後、冷却器31により冷却され、乾燥炭バンカ32に貯留される。また、流動層乾燥装置12の上部から取り出された蒸気は、乾燥炭サイクロン33及び乾燥炭電気集塵機34により乾燥炭の粒子が分離され、蒸気圧縮機35で圧縮されてから流動層乾燥装置12に乾燥用蒸気として戻される。一方、蒸気から分離された乾燥炭の粒子は、乾燥炭バンカ32に貯留される。
乾燥炭バンカ32に貯留される乾燥炭は、石炭供給機36により微粉炭機13に投入され、ここで、細かい粒子状に粉砕されて微粉炭が製造され、微粉炭バグフィルタ37a,37bを介して微粉炭供給ホッパ38a,38bに貯留される。この微粉炭供給ホッパ38a,38bに貯留される微粉炭は、空気分離装置42から供給される窒素により第1窒素供給ライン43を通して石炭ガス化炉14に供給される。また、後述するチャー回収装置15で回収されたチャーが、空気分離装置42から供給される窒素により第2窒素供給ライン45を通して石炭ガス化炉14に供給される。更に、後述するガスタービン設備17から抽気された圧縮空気が昇圧機68で昇圧された後、空気分離装置42から供給される酸素と共に圧縮空気供給ライン41を通して石炭ガス化炉14に供給される。
石炭ガス化炉14では、供給された微粉炭及びチャーが圧縮空気(酸素)により燃焼し、微粉炭及びチャーがガス化することで、二酸化炭素を主成分とする可燃性ガス(石炭ガス)を生成することができる。そして、この可燃性ガスは、石炭ガス化炉14からガス生成ライン49を通して排出され、チャー回収装置15に送られる。
このチャー回収装置15にて、可燃性ガスは、まず、集塵装置51に供給されることで、ここで可燃性ガスからこのガスに含有するチャーが分離される。そして、チャーが分離された可燃性ガスは、ガス排出ライン53を通してガス精製装置16に送られる。一方、可燃性ガスから分離した微粒チャーは、供給ホッパ52に堆積され、チャー戻しライン46を通して石炭ガス化炉14に戻されてリサイクルされる。
チャー回収装置15によりチャーが分離された可燃性ガスは、ガス精製装置16にて、硫黄化合物や窒素化合物などの不純物が取り除かれてガス精製され、燃料ガスが製造される。そして、ガスタービン設備17では、圧縮機61が圧縮空気を生成して燃焼器62に供給すると、この燃焼器62は、圧縮機61から供給される圧縮空気と、ガス精製装置16から供給される燃料ガスとを混合し、燃焼することで燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスによりタービン63を駆動することで、回転軸64を介して発電機19を駆動し、発電を行うことができる。
そして、ガスタービン設備17におけるタービン63から排出された排気ガスは、排熱回収ボイラ20にて、空気と熱交換を行うことで蒸気を生成し、この生成した蒸気を蒸気タービン設備18に供給する。蒸気タービン設備18では、排熱回収ボイラ20から供給された蒸気によりタービン69を駆動することで、回転軸64を介して発電機19を駆動し、発電を行うことができる。
その後、ガス浄化装置74では、排熱回収ボイラ20から排出された排気ガスの有害物質が除去され、浄化された排ガスが煙突75から大気へ放出される。
以下、上述した石炭ガス化複合発電設備10における流動層乾燥装置12について詳細に説明する。
流動層乾燥装置12は、プラグフロー式の乾燥装置であって、図1及び図2に示すように、乾燥容器101と、原炭投入口102と、乾燥炭排出口103と、流動化蒸気供給部104(104a,104b,104c)と、ガス排出口105と、伝熱管106,107,108とを有している。
乾燥容器101は、中空箱型形状をなしており、一端側に原炭を投入する原炭投入口102が形成される一方、他端側の下部に原炭を加熱乾燥した乾燥物を排出する乾燥炭排出口103が形成されている。この場合、原炭投入口102や乾燥炭排出口103を乾燥容器101の端部に1つずつ設けたが、複数であってもよい。この場合、乾燥容器101は、石炭供給機22(図5参照)により原炭投入口102から内部への原炭供給量を調整することができる。また、乾燥容器101は、乾燥炭排出口103に設けられた図示しないロータリバルブの回転数を調整することで、原炭排出量を調整することができる。
また、乾燥容器101は、下部に底板101aから所定距離をあけて複数の開口を有する分散板109が設けられることで、風箱110が区画されている。そして、乾燥容器101は、この底板101aに風箱110を介して分散板109の上方に流動化蒸気(過熱蒸気)を供給する流動化蒸気供給部104(104a,104b,104c)が設けられている。更に、乾燥容器101は、乾燥炭排出口103側の天井板101bに流動化蒸気及び発生蒸気を排出するガス排出口105が形成されている。
この乾燥容器101は、原炭投入口102から原炭が供給されると共に、流動化蒸気供給部104から風箱110及び分散板109を通して流動化蒸気が供給されることで、この分散板109の上方に所定厚さの流動層Sが形成されると共に、この流動層Sの上方にフリーボード部Fが形成される。
そして、乾燥容器101は、内部が原炭の流動方向の上流側に設けられた第1乾燥室111と、この第1乾燥室111より下流側に設けられた第2乾燥室112と、原炭の流動方向の最も下流側に設けられた第3乾燥室113とで構成されている。
詳細に説明すると、乾燥容器101は、複数(本実施例では、2個)の仕切板114,115により流動層Sが原炭の流動方向に複数に分割され、各仕切板114,115により原炭の通過開口部116,117が形成されている。この各仕切板114,115は、原炭の流動方向に直交する鉛直方向に沿って配置されると共に、原炭の流動方向に所定間隔で配置されており、左右の端部が乾燥容器101の内壁面に取付けられている。そして、各仕切板114,115は、下端部が分散板109と所定隙間をもって位置し、上端部が流動層Sより上方に延出するように位置している。即ち、各仕切板114,115と分散板109との間に、所定の高さと幅(開口面積)を有する通過開口部116,117が確保されており、この通過開口部116,117は、ほぼ同じ開口面積に設定されている。
このように乾燥容器101は、各仕切板114,115が設けられることで、第1乾燥室111と第2乾燥室112と第3乾燥室113に区画され、各乾燥室111,112,113は、この仕切板114,115の上方で連通されている。この場合、第1乾燥室111は、フリーボード部F1と流動層S1が形成され、原炭の初期乾燥を行う領域(予熱乾燥領域)となっている。第2乾燥室112は、フリーボード部F2と流動層S2が形成され、原炭の中期乾燥を行う領域(定率乾燥領域)となっている。第3乾燥室113は、フリーボード部F3と流動層S3が形成され、原炭の後期乾燥を行う領域(減率乾燥領域)となっている。
この場合、各乾燥室111,112,113は、床面積がほぼ同様となるように設定されているが、原炭の含水量などに応じて最適な比率に設定してもよく、例えば、第2乾燥室112の床面積を最大に設定することが望ましい。即ち、第1乾燥室111は、投入される原炭の含水率が高いことから、所定の含水率まで原炭の乾燥速度が上昇する予熱乾燥領域である。原炭の乾燥速度は、所定の乾燥速度まで上昇して一定となることから、第2乾燥室112は、原炭の乾燥速度が一定となる定率乾燥領域である。原炭の乾燥速度は、原炭の含水率が所定の含水率(限界含水率)になると、加工することから、第3乾燥室113は、原炭の乾燥速度が減少する減率乾燥領域である。従って、定率乾燥領域である第2乾燥室112の容積を最大にすることで、乾燥効率が向上する。
また、風箱110は、3つの乾燥室111,112,113に対応するように、仕切部材118,119により3つの風箱110a,110b,110cに区画され、この3つの風箱110a,110b,110cに対応するように3つの流動化蒸気供給部104a,104b,104cが設けられている。即ち、各仕切部材118,119は、各仕切板114,115の下方に配置されている。そして、流動化蒸気供給部104a,104b,104cは、図示しない流動化蒸気供給管が連結されており、この流動化蒸気供給管に設けられ流量調整弁の開度を調整することで、風箱110a,110b,110cに供給する流動化蒸気量を調整することができる。
即ち、乾燥容器101は、その室内において、供給された原炭が押し出し流れとなるようにプラグフロー方式として構成されている。この押し出し流れとは、流動層Sにおいて、原炭が流動方向に拡散しないように、この原炭を流動方向に押し出す流れである。
また、乾燥容器101は、各乾燥室111,112,113にて、外部から乾燥容器101を貫通して各流動層S1,S2,S3内を循環する複数の伝熱管106,107,108が配置されている。この伝熱管106,107,108は、各流動層S1,S2,S3内に埋設されるように位置し、内部を流れる流動化蒸気(過熱蒸気)により各流動層S1,S2,S3の原炭を加熱して乾燥することができる。この場合、伝熱管106,107,108は、供給される過熱蒸気の圧力を変更することで、その温度を調整することができる。
従って、第1乾燥室111に供給された原炭は、ここで流動化蒸気により流動されると共に、伝熱管106により加熱されることで乾燥される。そして、第1乾燥室111で初期乾燥された原炭は、仕切板114の下部の通過開口部116を通って第2乾燥室112に移動され、ここで、伝熱管107により加熱されることで中期乾燥される。そして、第2乾燥室112で中期乾燥された原炭は、仕切板115の下部の通過開口部117を通って第3乾燥室113に移動され、ここで、伝熱管108により加熱されることで後期乾燥される。
これにより、各乾燥室111,112,113の流動層S1,S2,S3を形成する原炭は、この流動層S1,S2,S3間を上流側から通過開口部116,117を通って順に移動することで、押し出し流れとすることができ、流動方向に拡散させることなく乾燥される。
また、図3に示すように、流動層乾燥装置12は、各乾燥室111,112,113に対して流動化蒸気(過熱蒸気)を供給する第1蒸気供給ライン121が設けられており、この第1蒸気供給ライン121から分岐した3つの分岐ライン121a,121b,121cがそれぞれ風箱110a,110b,110cに連結されている。また、流動層乾燥装置12は、各乾燥室111,112,113内の伝熱管106,107,108に対して過熱蒸気を供給する第2蒸気供給ライン122が設けられており、この蒸気供給ライン122から分岐した分岐ライン122a,122b,122cが各伝熱管106,107,108の一端部(入口部)に連結されている。
流動層乾燥装置12は、ガス排出口105にガス排出ライン123が連結され、このガス排出ライン123に除塵装置124が装着されている。そして、このガス排出ライン123は、分岐部125を介して第1蒸気供給ライン121の基端部と、第2蒸気供給ライン122の基端部と、余剰ガスライン126が連結されている。そして、第1蒸気供給ライン121は、加熱機127と流量調整弁128が装着され、第2蒸気供給ライン122は、昇圧機129と流量調整弁130が装着されている。
また、各伝熱管106,107,108は、他端部(出口部)にドレン管131a,131b,131cが連結されている。
従って、流動化蒸気(過熱蒸気)は、第1蒸気供給ライン121から各分岐ライン121a,121b,121cを通して風箱110a,110b,110cに供給され、この風箱110a,110b,110cから各乾燥室111,112,113に供給される。そして、各乾燥室111,112,113に供給された流動化蒸気と原炭が乾燥することで発生した蒸気は、ガス排出口105からガス排出ライン123に排出され、除塵装置124により除塵された後、一部が第1蒸気供給ライン121で加熱機127により加熱され、一部が第2蒸気供給ライン122で昇圧機129により昇圧される。
その後、第1蒸気供給ライン121で加熱機127により加熱された流動化蒸気は、再び、各分岐ライン121a,121b,121cから風箱110a,110b,110cを介して各乾燥室111,112,113に供給される。また、第2蒸気供給ライン122で昇圧機129により昇圧された流動化蒸気は、過熱蒸気として、第2蒸気供給ライン122から各分岐ライン122a,122b,122cを通して伝熱管106,107,108に供給され、各乾燥室111,112,113の原炭を加熱した後、凝縮水となってドレン管131a,131b,131cに排出される。
ところで、このような流動層乾燥装置12にて、原炭として低品位炭を使用する場合、水分量が多いことから、乾燥不良を起こしやすい。また、本実施例の流動層乾燥装置12では、乾燥容器101を仕切板114,115により分割し、各仕切板114,115の下方に流動層S1,S2,S3を連通する原炭の通過開口部116,117を設けている。そのため、第1乾燥室111へ投入直後の水分量が多い原炭(低品位炭)は、原料粒子に水蒸気が凝縮して凝集粒子を形成し、流動層S1から通過開口部116を通って流動層S2に移動するとき、ここに滞留して流動不良を発生させてしまうおそれがある。
そこで、実施例1では、図4及び図5に示すように、流動化蒸気の噴出により通過開口部116に位置する原炭を流動方向に送り出す流動化蒸気噴出部140を設けている。この流動化蒸気噴出部140は、通過開口部116の近傍に設けられ、原炭の流動方向に向けて流動化蒸気を噴出するものである。また、流動化蒸気噴出部140は、通過開口部116に向けて原炭の流動方向へ流動化蒸気を噴出するものである。
即ち、乾燥容器101は、仕切板114により流動層S1,S2に分割され、第1乾燥室111に対応する流動層S1の下方に分散板109と仕切部材118により風箱110aが設けられ、第2乾燥室112に対応する流動層S2の下方に分散板109と仕切部材118により風箱110bが設けられている。そして、第1乾燥室111の流動層S1に対応する分散板109の領域に複数の第1蒸気ノズル141が設けられ、第2乾燥室112の流動層S2に対応する分散板109の領域に複数の第2蒸気ノズル142が設けられている。
第1蒸気ノズル141は、分散板109から上方の流動層S1側に突出するように設けられており、乾燥容器101の長手方向(原炭の流動方向)に沿って複数配置されると共に、乾燥容器101の幅方向に沿って複数配置されている。そして、この第1蒸気ノズル141は、下部が風箱110aに連通する一方、上部に水平方向における四方に流動化蒸気を噴出する4つの噴出口141aが設けられている。
一方、第2蒸気ノズル142は、分散板109から上方の流動層S2側に突出するように設けられており、乾燥容器101の長手方向(原炭の流動方向)に沿って複数配置されると共に、乾燥容器101の幅方向に沿って複数配置されている。そして、この第2蒸気ノズル142は、下部が風箱110bに連通する一方、上部に水平方向における四方に流動化蒸気を噴出する4つの噴出口142aが設けられている。
この場合、第1蒸気ノズル141と第2蒸気ノズル142は、ほぼ同様の構成をなしている。そして、第1蒸気ノズル141及び第2蒸気ノズル142は、乾燥容器101の長手方向と幅方向に沿って複数配置されるようにしたが、この配置構成は、これに限定されるものではない。例えば、第1蒸気ノズル141及び第2蒸気ノズル142を千鳥状に配置してもよいし、ランダムに配置してもよい。また、第1蒸気ノズル141及び第2蒸気ノズル142における各噴出口141a,142aを4つとし、乾燥容器101の長手方向及び幅方向に噴出するようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、各噴出口の数を3つ以下としてもよいし、5つ以上としてもよく、また、噴出方向を乾燥容器101の長手方向及び幅方向に対して所定の傾斜角度を持って設定してもよい。更に、第1蒸気ノズル141及び第2蒸気ノズル142における各噴出口141a,142aから流動化蒸気を水平方向に噴出するようにしたが、分散板109側の若干下方へ噴出したり、若干上方へ噴出したりするようにしてもよい。
そして、仕切板114の下方に設けられた通過開口部116より流動方向の上流側に、流動化蒸気噴出部140としての補助蒸気ノズル143が設けられている。この補助蒸気ノズル143は、分散板109から上方の流動層S1側に突出するように設けられており、乾燥容器101の幅方向に沿って複数配置されている。そして、この補助蒸気ノズル143は、下部が風箱110aに連通する一方、上部に水平方向であって、流動方向の下流側に流動化蒸気を噴出する噴出口143aが設けられている。
即ち、補助蒸気ノズル143は、通過開口部116より流動方向の上流側に設けられると共に、流動方向の下流側に噴出口143aが設けられていることから、通過開口部116に向けて原炭の流動方向へ流動化蒸気を噴出することができる。
ここで、実施例1の流動層乾燥装置12の全体の作動について説明する。
流動層乾燥装置12において、図1及び図2に示すように、乾燥容器101に対して、原炭投入口102から原炭が供給されると共に、流動化蒸気供給部104から分散板109を通して流動化蒸気が供給されることで、この分散板109の上方に所定厚さの流動層S1,S2,S3が形成される。原炭は、流動化蒸気により流動層S1,S2,S3を乾燥炭排出口103側に移動し、このとき、伝熱管106,107,108から熱を受けることで加熱されて乾燥される。
即ち、原炭投入口102から原炭が供給されると、まず、第1乾燥室111では、流動化蒸気供給部104aから分散板109を通して流動化蒸気が供給されると共に、伝熱管106から熱を受けることで、流動層S1で流動しながら乾燥される。次に、第1乾燥室111で初期乾燥が終了した原炭は、仕切板114の通過開口部116を通って第2乾燥室112に流動する。この第2乾燥室112では、流動化蒸気供給部104bから分散板109を通して流動化蒸気が供給されると共に、伝熱管107から熱を受けることで、流動層S2で流動しながら乾燥される。そして、第2乾燥室112で中期乾燥が終了した原炭は、仕切板115の通過開口部117を通って第3乾燥室113に流動する。この第3乾燥室113では、流動化蒸気供給部104cから分散板109を通して流動化蒸気が供給されると共に、伝熱管108から熱を受けることで、流動層S3で流動しながら乾燥される。このように原炭は、流動層S1,S2,S3にて、伝熱管106,107,108により加熱されながら、供給される流動化蒸気により流動し、押し出し流れとなって流動方向に拡散することなく乾燥される。
このとき、第1乾燥室111では、複数の第1蒸気ノズル141から流動層S1に流動化蒸気が噴出されることで、原炭は流動層S1で流動しながら乾燥する。そして、流動層S1は、通過開口部116を通って第2乾燥室112に流動し、第2乾燥室112では、複数の第2蒸気ノズル142から流動層S2に流動化蒸気が噴出されることで、原炭は流動層S2で流動しながら乾燥する。
また、仕切板114(通過開口部116)の上流側では、複数の補助蒸気ノズル143から通過開口部116に流動化蒸気が噴出されることで、流動層S1の原炭は、通過開口部116を通って流動層S2へ適正に圧送される。そのため、原炭が低品位炭であって、水分量が多い場合であっても、通過開口部116では、各補助蒸気ノズル143から噴出された流動化蒸気が流動方向に流れることから、乾燥途中にある原炭は、この流動化蒸気により流動層S1から通過開口部116を通って流動層S2に適正に移動することとなる。そのため、この通過開口部116での原炭の滞留が抑制され、通過開口部116における原炭の通過不良が防止される。
その後、原炭が乾燥された乾燥炭は、乾燥炭排出口103から外部に排出され、流動層Sで原炭が加熱乾燥されることで発生した蒸気は、流動化蒸気と共に上昇し、乾燥炭排出口103側に流れ、ガス排出口105から外部に排出される。
このように実施例1の流動層乾燥装置にあっては、原炭投入口102と乾燥炭排出口103を有する乾燥容器101と、乾燥容器101の下部に流動化蒸気を供給することで原炭と共に流動層Sを形成する流動化蒸気供給部104と、流動層Sの原炭を加熱する伝熱管106と、流動層S(S1,S2,S3)を原炭の流動方向に3つに分割すると共に下部に原炭の通過開口部116,117を形成する仕切板114,115と、流動化蒸気の噴出により通過開口部116に位置する原炭を流動方向に送り出す流動化蒸気噴出部140とを設けている。
従って、流動化蒸気噴出部140は、通過開口部116に位置する原炭を流動方向に送り出す流動化蒸気を噴出することで、この流動化蒸気により通過開口部116での原炭の流動が促進され、この通過開口部116での原炭の滞留が抑制され、通過開口部116における原炭の通過不良を防止して乾燥効率を向上することができる。
また、実施例1の流動層乾燥装置では、流動化蒸気噴出部140を通過開口部116の近傍に設けられる複数の補助蒸気ノズル143により構成し、原炭の流動方向に向けて流動化蒸気の噴出している。従って、複数の補助蒸気ノズル143からの流動化蒸気が、第1、第2蒸気ノズル141,142からの流動化蒸気による原炭の流動を阻害することなく、通過開口部116での原炭の滞留を適正に防止することができる。
また、実施例1の流動層乾燥装置では複数の補助蒸気ノズル143が通過開口部116に向けて原炭の流動方向へ流動化蒸気を噴出している。流動化蒸気が通過開口部116を流れることで、この通過開口部116における原炭の流動を促進することができる。
なお、上述した実施例では、流動化蒸気噴出部140としての複数の補助蒸気ノズル143が、流動方向の下流側に流動化蒸気を噴出する1つの噴出口143aを有して構成されたが、この構成に限定されるものではない。例えば、図6に示すように、補助蒸気ノズル144は、乾燥容器101の幅方向に沿って複数配置されており、流動方向の下流側に流動化蒸気を噴出する3つの噴出口144aが設けられている。この3つの噴出口144aは、中央の噴出口144aが流動方向と同様の方向へ蒸気を噴出し、両側の2つの噴出口144aが流動方向に鋭角で傾斜した方向へ蒸気を噴出する。この場合、補助蒸気ノズル144は、通過開口部116のほぼ全域にわたって流動化蒸気を噴出することが可能となり、通過開口部116での原炭の滞留をより効率的に防止することができる。
図10は、本発明の実施例3に係る流動層乾燥装置における流動化蒸気の供給制御を表す概略図である。なお、上述した実施例1と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
実施例3では、図10に示すように、流動化蒸気の噴出により通過開口部116に位置する原炭を流動方向に送り出す流動化蒸気噴出部140を設けている。この流動化蒸気噴出部140は、通過開口部116より上流側に設けられ、通過開口部116に向けて原炭の流動方向へ流動化蒸気を噴出するものである。
即ち、第1乾燥室111の流動層S1に対応する分散板109の領域に複数の第1蒸気ノズル141が設けられ、第2乾燥室112の流動層S2に対応する分散板109の領域に複数の第2蒸気ノズル142が設けられている。また、仕切板114の下方に設けられた通過開口部116より流動方向の上流側の領域に流動化蒸気噴出部140としての複数の補助蒸気ノズル143が設けられている。
また、乾燥容器101は、仕切板114により流動層S1,S2に分割され、第1乾燥室111に対応する流動層S1の下方に分散板109と仕切部材161により風箱110aが設けられ、第2乾燥室112に対応する流動層S2の下方に分散板109と仕切部材162により風箱110bが設けられ、仕切板114(通過開口部116)の下方に分散板109と仕切部材161,162により風箱110dが設けられている。そして、風箱110aに対して複数の第1蒸気ノズル141が設けられ、風箱110bに対して複数の第2蒸気ノズル142が設けられ、風箱110dに対して補助蒸気ノズル143が設けられている。更に、風箱110aに第1蒸気供給ライン121から分岐ライン121aが連結され、風箱110bに分岐ライン121bが連結され、風箱110dに分岐ライン121dが連結され、各分岐ライン121a,121b,121dに流量調整弁163a,163b,163dが設けられている。
そして、流動層乾燥装置12は、通過開口部116における原炭の通過不良を検出する通過不良検出装置として圧力センサ164a,164bが設けられると共に、この圧力センサ164a,164bの検出結果を入力する制御装置165が設けられている。この制御装置165は、圧力センサ164a,164bの検出結果に基づいて通過開口部116における原炭の通過不良を検出し、原炭の通過不良を検出したときには、流量調整弁163dの開度を大きくすることで、分岐ライン121dから風箱110dに供給する流動化蒸気量を増加し、補助蒸気ノズル143が噴出する流動化蒸気の噴出量を増加させるようにしている。なお、制御装置165は、必要に応じて流量調整弁163a,163bの開度を調整することで、分岐ライン121a,121bから風箱110a,110bに供給する流動化蒸気量を変更し、補助蒸気ノズル141,142が噴出する流動化蒸気の変更可能となっている。
具体的には、通過開口部116に原炭が詰まって閉塞すると、流動層S1の高さが高くなり、流動層S1の下部の圧力、つまり、圧力センサ164aが検出した圧力P1が高くなる。一方、フリーボード部F1の圧力、つまり、圧力センサ164bが検出した圧力P0は、流動層S1の高さに拘わらずほぼ一定である。従って、圧力センサ164aが検出した流動層S1の下部の圧力P1が予め設定された所定圧力より高くなったときに、通過開口部116が通過不良であると判定する。この場合、流動層乾燥装置12の形態に応じて、流動層S1の下部の適正圧力が相違することから、圧力センサ164aが検出した流動層S1の下部の圧力P1と、圧力センサ164bが検出したフリーボード部F1の圧力P0との偏差が予め設定された所定偏差より高くなったときに、通過開口部116が通過不良であると判定する。
なお、ここで、制御装置165は、正常運転時に、流量調整弁163dの開度を所定開度とし、分岐ライン121dから風箱110dに流動化蒸気を所定量だけ供給し、補助蒸気ノズル143が流動化蒸気を所定量だけ噴出する一方、原炭の通過不良を検出したときには、流量調整弁163dの開度を大きくし、分岐ライン121dから風箱110dに供給する流動化蒸気量を増加し、補助蒸気ノズル143が噴出する流動化蒸気量を増加するようにしているが、この方法に限定されるものではない。即ち、制御装置165は、正常運転時に、流量調整弁163dを閉止し、分岐ライン121dから風箱110dに流動化蒸気を供給せず、補助蒸気ノズル143が流動化蒸気の噴出を停止する一方、原炭の通過不良を検出したときには、流量調整弁163dを開放し、分岐ライン121dから風箱110dに流動化蒸気を供給し、補助蒸気ノズル143が流動化蒸気の噴出を開始するようにしてもよい。
ここで、流動化蒸気噴出部140による流動化蒸気の噴出量を調整可能な噴出量調整装置としては、流量調整弁163dが機能し、通過開口部116における原炭の通過不良を検出する通過不良検出装置としては、圧力センサ164a,164b及び制御装置165が機能する。
なお、通過不良検出装置としては、流動層S1の下部の圧力P1と、フリーボード部F1の圧力P0との偏差に基づいて判定するものに限定されない。例えば、流動層S1の高さの異なる位置の圧力の偏差、つまり、圧力上昇量に基づいて、流動層S1の高さを推定し、流動層S1の高さが所定高さより高くなったときに、通過開口部116が通過不良であると判定する。また、流動層S1の下部の温度が予め設定された所定圧力より高くなったときに、通過開口部116が通過不良であると判定する。更に、流動層S1の下部の温度と、流動層S1の上部の温度との偏差が予め設定された所定偏差より高くなったときに、通過開口部116が通過不良であると判定する。
従って、第1乾燥室111では、複数の第1蒸気ノズル141から流動層S1に流動化蒸気が噴出されることで、原炭は流動層S1で流動しながら乾燥する。そして、流動層S1は、通過開口部116を通って第2乾燥室112に流動し、第2乾燥室112では、複数の第2蒸気ノズル142から流動層S2に流動化蒸気が噴出されることで、原炭は流動層S2で流動しながら乾燥する。また、仕切板114(通過開口部116)の上流側では、複数の補助蒸気ノズル143から通過開口部116に流動化蒸気が噴出されることで、流動層S1の原炭は、通過開口部116を通って流動層S2へ適正に圧送される。
そして、制御装置165は、圧力センサ164a,164bの検出結果に基づいて通過開口部116における原炭の通過不良を検出している。ここで、制御装置165は、圧力センサ164aが検出した流動層S1の下部の圧力P1と、圧力センサ164bが検出したフリーボード部F1の圧力P0との偏差が所定偏差より高くなることで、通過開口部116の通過不良を検出すると、流量調整弁163dの開度を大きくする。すると、分岐ライン121dから風箱110dに供給される流動化蒸気量が増加し、各補助蒸気ノズル143が噴出する流動化蒸気の噴出量が増加される。そのため、原炭が低品位炭であって、水分量が多い場合であっても、通過開口部116では、各補助蒸気ノズル143から噴出された流動化蒸気が流動方向に多く流れることから、乾燥途中にある原炭は、この流動化蒸気により流動層S1から通過開口部116を通って流動層S2に適正に移動することとなる。その結果、この通過開口部116での原炭の滞留が抑制され、通過開口部116における原炭の通過不良が防止される。
このように実施例3の流動層乾燥装置にあっては、独立した風箱110dに対して複数の補助蒸気ノズル143を設けると共に、分岐ライン121dを連結して流量調整弁163dを設け、制御装置165は、圧力センサ164a,164bの検出結果に基づいて通過開口部116における原炭の通過不良を検出したときには、流量調整弁163dの開度を大きくすることで、分岐ライン121dから風箱110dに供給する流動化蒸気量を増加し、補助蒸気ノズル143が噴出する流動化蒸気の噴出量を増加させるようにしている。
従って、通過開口部116における原炭の通過不良を検出したときに、補助蒸気ノズル143が噴出する流動化蒸気量を増加させることで、通過開口部116における原炭の通過不良を早期に解消し、原炭の乾燥効率を向上することができる。
また、実施例3の流動層乾燥装置では、制御装置165は、正常運転時に、流量調整弁163dを閉止し、分岐ライン121dから風箱110dに流動化蒸気を供給せず、補助蒸気ノズル143が流動化蒸気の噴出を停止する一方、原炭の通過不良を検出したときには、流量調整弁163dを開放し、分岐ライン121dから風箱110dに流動化蒸気を供給し、補助蒸気ノズル143が流動化蒸気の噴出を開始するようにしている。従って、流動化蒸気の使用量を最小限として通過開口部116における原炭の通過不良を適正に防止することができると共に、運転コストの上昇を防止することができる。
また、実施例3の流動層乾燥装置では、制御装置165は、圧力センサ164aが検出した流動層S1の下部の圧力P1が、予め設定された所定圧力より高くなったときに、通過開口部116が通過不良であると判定している。従って、流動層S1に圧力センサ164a,164bを設けるだけで、通過開口部116の通過不良を容易に判定することができ、製品コストの増加を抑制することができる。
なお、上述した説明では、通過開口部116における原炭の通過不良を検出したら、補助蒸気ノズル143からの流動化蒸気の噴出量を増加させるようにしたが、通過開口部116で原炭の通過不良の発生が推定されたら、補助蒸気ノズル143からの流動化蒸気の噴出量を増加させるようにしてもよい。
図11は、本発明の実施例4に係る流動層乾燥装置における流動化蒸気の供給制御を表す概略図である。なお、上述した実施例1と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
実施例4では、図11に示すように、乾燥容器101は、仕切板171により流動方向に複数に分割され、この仕切板171により原炭の通過開口部172が形成されている。この各仕切板171は、鉛直方向における下部に所定の高さ(開口面積)を有する通過開口部172が確保されている。即ち、通過開口部172は、分散板109から所定距離だけ上方の位置に設けられている。
そして、通過開口部172を通過する原炭の通過量を調整可能な開口量調整装置として、この通過開口部172の高さ(開口面積)を調整可能な調整板173が設けられており、この調整板173は、仕切板171に対して昇降可能となっている。即ち、この調整板173は、仕切板171の平面部に密着するように配置され、幅方向の各端部が乾燥容器101の内壁面に設けられた図示しないガイドにより上下移動自在に支持されている。駆動装置(駆動モータ)174は、乾燥容器101の下部に固定され、駆動軸に一体に連結されたねじ軸175が調整板173に螺合している。従って、駆動装置174を駆動してねじ軸175を回転することで、仕切板171に対して調整板173を上下に移動し、通過開口部172の高さ、つまり、開口面積を変更することができる。
また、本実施例では、流動化蒸気の噴出により通過開口部172に位置する原炭を流動方向に送り出す流動化蒸気噴出部180を設けている。この流動化蒸気噴出部180は、通過開口部172より上流側に設けられ、通過開口部172に向けて原炭の流動方向へ流動化蒸気を噴出するものである。
即ち、仕切板171の下方に設けられた通過開口部172より流動方向の上流側に、流動化蒸気噴出部180としての補助蒸気ノズル181が設けられている。この補助蒸気ノズル181は、分散板109から上方の流動層S1側に突出するように設けられており、乾燥容器101の幅方向に沿って複数配置されている。そして、この補助蒸気ノズル181は、ノズル本体181aに対して下部に配管181bが連結され、この配管181bが風箱110aに貫通している。
また、流動化蒸気噴出部180による噴出位置を調整可能な噴出位置調整装置として、補助蒸気ノズル181の高さ位置を調整可能な駆動装置(駆動モータ)182が乾燥容器101の下部に固定され、駆動軸に一体に連結されたねじ軸183が補助蒸気ノズル181の取付部181cに螺合している。従って、駆動装置182を駆動してねじ軸183を回転することで、補助蒸気ノズル181の高さ、つまり、噴出位置を変更することができる。
そして、本実施例の流動層乾燥装置12は、通過開口部172における原炭の通過不良を検出する通過不良検出装置として圧力センサ164a,164bが設けられると共に、この圧力センサ164a,164bの検出結果を入力する制御装置165が設けられている。この制御装置165は、圧力センサ164a,164bの検出結果に基づいて通過開口部116における原炭の通過不良を検出し、原炭の通過不良を検出したときには、駆動装置174により調整板173を上昇して通過開口部116の高さを広げることで、原炭の通過量を増加させるようにしている。
更に、制御装置165は、調整板173を移動して通過開口部116の面積を変更したとき、駆動装置182により補助蒸気ノズル181の高さを変更することで、通過開口部116に対して適切な位置に流動化蒸気を噴出するようにしている。この場合、通過開口部116に対する流動化蒸気の適切な噴出位置とは、通過開口部116における上下方向の中間位置である。
従って、制御装置165は、圧力センサ164a,164bの検出結果に基づいて通過開口部116における原炭の通過不良を検出している。ここで、制御装置165は、圧力センサ164aが検出した流動層S1の下部の圧力P1と、圧力センサ164bが検出したフリーボード部F1の圧力P0との偏差が所定偏差より高くなることで、通過開口部116の通過不良を検出すると、調整板173を上昇して通過開口部116の高さを広げることで、原炭の通過量を増加させる。また、制御装置165は、調整板173を上昇して通過開口部116の高さを広げると、補助蒸気ノズル181の高さを上昇することで、通過開口部116に対する流動化蒸気の噴出位置を変更する。そのため、原炭が低品位炭であって、水分量が多い場合であっても、通過開口部116の開口面積が拡大され、且つ、通過開口部116に対する流動化蒸気の噴出位置が最適化されることから、原炭が流動化蒸気により流動層S1から通過開口部116を通って流動層S2に適正に移動することとなる。その結果、この通過開口部116での原炭の滞留が抑制され、通過開口部116における原炭の通過不良が防止される。
このように実施例4の流動層乾燥装置にあっては、通過開口部172の高さ(開口面積)を調整可能な調整板173を設けると共に、補助蒸気ノズル181の高さを変更可能とし、制御装置165は、通過開口部116における原炭の通過不良を検出したときには、調整板173を上昇して通過開口部116の高さを広げると共に、補助蒸気ノズル181の高さを上昇するようにしている。
従って、通過開口部116の開口面積を拡大し、通過開口部116に対する流動化蒸気の噴出位置を調整するため、流動化蒸気により原炭を流動層S1から通過開口部172を通して流動層S2に適正に移動することができ、この通過開口部172における原炭の通過不良を防止することができる。
なお、上述した各実施例では、流動化蒸気噴出部を通過開口部116,172より流動方向の上流側に配置したが、この配置構成に限定されるものではない。例えば、流動化蒸気噴出部を通過開口部116,172に配置することで、流動層S1に位置する原炭を吸引して流動層S2側に押し出すようにしてもよく、また、流動化蒸気噴出部を通過開口部116,172より流動方向の下流側に配置することで、通過開口部116,172に位置する原炭を流動層S2側に吸引するようにしてもよい。
また、上述した各実施例では、流動層S1,S2間に設けられた仕切板114,171の通過開口部116,171に対して流動化蒸気噴出部を設けて構成したが、流動層S2,S3間に設けられた仕切板115の通過開口部117に対して流動化蒸気噴出部を設けてもよい。
また、上述した各実施例では、乾燥容器101内を3つの乾燥室111,112,113に区画したが、2つの乾燥室または4つ以上の乾燥室としてもよい。また、乾燥容器101の形状、原炭投入口102、乾燥炭排出口103、流動化蒸気供給部104、ガス排出口105、伝熱管106,107,108の各構成や配置は、各実施例に限定されるものではなく、流動層乾燥装置12の設置場所や用途などに応じて適宜変更が可能である。
また、上述した各実施例では、湿潤燃料として低品位炭を使用したが、高品位炭であっても適用可能であり、また、石炭に限らず、再生可能な生物由来の有機性資源として使用されるバイオマスであってもよく、例えば、間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ及びこれらを原料としたリサイクル燃料(ペレットやチップ)などを使用することも可能である。
また、上述した各実施例では、乾燥容器101内に流動化蒸気を供給するものとして説明したが、流動化蒸気として空気などを適用してもよい。また、仕切板114,115における鉛直方向の中間部に通過開口部116,117を設けたが、仕切板114,115における鉛直方向の下部に通過開口部116,117を設けてもよく、通過開口部116,117の位置に限定されるものではない。