JP2014037907A - Fluidized bed apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流動床装置に関する。 The present invention relates to a fluidized bed apparatus.
コークスを製造する技術として、石炭を乾留前に乾燥、分級する技術が提案されている。そして、石炭の分級を行う装置として、流動床装置が提案されている。流動床装置は、概略的には、石炭が導入される流動床本体と、プレナム室とを備える。流動床本体は、複数のノズルが形成された目皿板を備え、目皿板に石炭が載せられる。プレナム室は、目皿板の下方に設けられる。プレナム室には、石炭を流動化させるための流動化ガスが導入される。流動化ガスは、目皿板のノズルを通って流動床本体内に噴出する。 As a technique for producing coke, a technique for drying and classifying coal before carbonization is proposed. A fluidized bed apparatus has been proposed as an apparatus for classifying coal. The fluidized bed apparatus generally includes a fluidized bed main body into which coal is introduced and a plenum chamber. The fluidized bed main body includes a countersink plate in which a plurality of nozzles are formed, and coal is placed on the countersunk plate. The plenum chamber is provided below the eye plate. Fluidized gas for fluidizing coal is introduced into the plenum chamber. The fluidizing gas is jetted into the fluidized bed main body through the nozzle of the eye plate.
このような流動床装置では、以下の処理が行われる。すなわち、流動床本体に石炭が導入される一方、プレナム室に流動化ガスが導入される。流動化ガスは、目皿板のノズルから流動床本体内に噴出する。これにより、流動化ガスは、石炭を流動化させる。すなわち、石炭は流動化ガスにより流動床とされる。流動床を通過した流動化ガスは、フリーボード部を通過し、その後、排出口から排出される。 In such a fluidized bed apparatus, the following processing is performed. That is, coal is introduced into the fluidized bed body while fluidized gas is introduced into the plenum chamber. The fluidizing gas is jetted into the fluidized bed main body from the nozzle of the plate. Thereby, fluidization gas fluidizes coal. That is, coal is made into a fluidized bed by fluidizing gas. The fluidized gas that has passed through the fluidized bed passes through the free board section and is then discharged from the discharge port.
ここで、流動床本体内の石炭の一部(多くは粒度が0.3mm以下の微粉)は、流動化ガスによりフリーボード部内に吹き飛ばされる。フリーボード部内の石炭は、終端速度を超える速度を有する場合、流動化ガスとともに排出口から排出されるが、終端速度以下の速度を有する場合、流動床に沈降する。終端速度は、石炭の粒度によって定まる。 Here, a part of the coal in the fluidized bed main body (mostly fine powder having a particle size of 0.3 mm or less) is blown off into the free board portion by the fluidizing gas. When the coal in the freeboard section has a speed exceeding the terminal speed, it is discharged from the discharge port together with the fluidizing gas, but when it has a speed equal to or lower than the terminal speed, the coal settles in the fluidized bed. The terminal speed is determined by the coal particle size.
そこで、従来は、分級したい粒度(分級点、または分級粒度とも称される)にもとづいて終端速度を算出し、この終端速度にもとづいて、フリーボード部内の流動化ガスの平均流速を調整していた。具体的には、プレナム室に導入される流動化ガスの熱風量及びフリーボード部の平断面積を調整することで、フリーボード部内の流動化ガスの平均流速を調整していた。ここで、平断面積は、フリーボード部の水平断面の面積である。これにより、分級点以下の石炭は排出口から排出されるので、石炭を分級することができる。 Therefore, conventionally, the terminal velocity is calculated based on the particle size to be classified (also referred to as classification point or classification particle size), and the average flow velocity of the fluidized gas in the freeboard section is adjusted based on this terminal velocity. It was. Specifically, the average flow velocity of the fluidized gas in the freeboard part was adjusted by adjusting the amount of hot air of the fluidized gas introduced into the plenum chamber and the flat cross-sectional area of the freeboard part. Here, the plane cross-sectional area is the area of the horizontal cross section of the free board portion. Thereby, since the coal below the classification point is discharged from the outlet, the coal can be classified.
しかし、上記の分級方法は、フリーボード部内の流動化ガスの平均流速だけで分級点をコントロールするだけだったので、分級の精度(分級のコントロール性)が十分でなかった。具体的には、例えば、分級点を0.5mmとし、これに応じてフリーボード部内の流動化ガスの平均流速を設定しても、フリーボード部の水平断面の形状(例えばフリーボード部の縦横比)によって分級点が0.3〜0.5mmの範囲でばらついていた。また、乾燥後の石炭への微粉の混入率、すなわち分級効率もフリーボード部の水平断面の形状によってばらついていた。 However, since the above classification method only controls the classification point only by the average flow velocity of the fluidized gas in the freeboard section, the classification accuracy (classification controllability) is not sufficient. Specifically, for example, even if the classification point is set to 0.5 mm and the average flow velocity of the fluidized gas in the free board part is set accordingly, the shape of the horizontal section of the free board part (for example, the vertical and horizontal directions of the free board part) Ratio), the classification points varied in the range of 0.3 to 0.5 mm. Further, the mixing ratio of fine powder into the coal after drying, that is, the classification efficiency, also varied depending on the shape of the horizontal cross section of the free board portion.
一方、特許文献1には、石炭の乾燥及び分級を行う流動床装置が開示されている。この流動床装置では、流動床本体が仕切りによって複数の領域に分割され、領域ごとにフリーボード部内の流動化ガスの平均流速が調整される。この技術によれば、領域ごとに分級点を調整することができる。しかし、この技術によっても、フリーボード部内の流動化ガスの平均流速のみで分級点をコントロールすることには変わりがない。また、この技術では、領域ごとにフリーボード部内の流動化ガスの平均流速を調整するので、流動床装置から排出された石炭の含水率がばらつくという別の問題もあった。含水率が高いと、後工程のコークス炉で多くのエネルギーが必要になり、かつ、コークスの品質もばらついてしまう。一方、含水率が低い場合、石炭が発火する可能性がある。
On the other hand,
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、分級点をより正確にコントロールすることができ、かつ、分級効率を向上することが可能な、新規かつ改良された流動床装置を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is to control the classification point more accurately and improve the classification efficiency. It is to provide a new and improved fluidized bed apparatus.
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、流動化ガスにより原料の流動床が形成される流動床部と、流動床部の上側に形成され、側壁と水平面とがなす角度である朝顔角が65°±5°の範囲内の値となる第1のフリーボード部と、第1のフリーボード部の上側に形成された第2のフリーボード部と、第2のフリーボード部の上側に形成され、流動化ガスが排出される排出口と、を備えることを特徴とする、流動床装置が提供される。 In order to solve the above-described problems, according to an aspect of the present invention, a fluidized bed part in which a fluidized bed of raw material is formed by fluidized gas, and an angle formed between a side wall and a horizontal plane is formed above the fluidized bed part A first free board part having a morning glory angle of 65 ° ± 5 °, a second free board part formed on the upper side of the first free board part, and a second free board A fluidized bed apparatus is provided, characterized in that the fluidized bed apparatus is provided with a discharge port that is formed on the upper side of the section and through which the fluidized gas is discharged.
ここで、流動床部の幅W0と、第2のフリーボード部の幅Wとの比W/W0が1.7より大きく2.1より小さくてもよい。 Here, the ratio W / W 0 between the width W 0 of the fluidized bed portion and the width W of the second free board portion may be larger than 1.7 and smaller than 2.1.
さらに、流動床部の下端面から第2のフリーボード部の上端面までの高さは、以下の式(1)で示される搬送解放高さTDHの0.6倍以上であってもよい。 Furthermore, the height from the lower end surface of the fluidized bed portion to the upper end surface of the second free board portion may be not less than 0.6 times the transport release height TDH represented by the following formula (1).
また、流動床の高さは、静止層厚の1.5〜2倍であってもよい。 Further, the height of the fluidized bed may be 1.5 to 2 times the thickness of the stationary layer.
以上説明したように本発明によれば、朝顔角θが65°±5°の範囲内の値となるので、流動床装置は、分級点以下の原料をより正確に排出口から排出させる一方、分級点より大きい原料をより正確に流動床に沈降させることができる。したがって、流動床装置は、原料の分級点をより正確にコントロールすることができる。言い換えれば、流動床装置は、分級点のばらつきを抑えることができる。さらに、流動床装置は、分級効率を向上させることができる。 As described above, according to the present invention, the morning glory angle θ is a value in the range of 65 ° ± 5 °, so the fluidized bed apparatus more accurately discharges the raw material below the classification point from the discharge port, Raw materials larger than the classification point can be more accurately settled in the fluidized bed. Therefore, the fluidized bed apparatus can control the classification point of the raw material more accurately. In other words, the fluidized bed apparatus can suppress variation in classification points. Furthermore, the fluidized bed apparatus can improve the classification efficiency.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
<1.流動床装置の構成>
まず、図1に基づいて、流動床装置100の構成について説明する。図1に示すように、流動床装置100は、流動床本体120と、プレナム室130と、ホッパ165とを備える。流動床装置100は、いわゆる乾燥分級装置であり、流動床X2を用いて石炭X1の乾燥及び分級を行う。
<1. Configuration of fluidized bed equipment>
First, based on FIG. 1, the structure of the fluidized
ホッパ165は、石炭X1を貯蔵する。また、ホッパ165は、流動床本体120に接続されており、石炭X1を流動床本体120に導入する。
The hopper 165 stores the coal X1. The
すなわち、本実施形態では、流動床装置100に導入される原料は石炭X1となっている。石炭X1は、総質量に対して約9〜10質量%程度の水分を含む。また、石炭X1の平均粒度は1〜2mm程度である。石炭X1は、粗粒(粒度0.5mm以上の粒子)と、微粉(粒度0.3mm以下の粒子)とを含む。
That is, in this embodiment, the raw material introduced into the fluidized
なお、平均粒度は、例えば以下のように測定される。まず、目開きの大きさが異なる篩を複数用意し、これらの篩を用いて石炭X1を複数の粒度区分の各々に区分する。そして、各粒度区分の中央値と、各粒度区分に属する石炭X1の割合(石炭X1の総質量に対する質量%)とに基づいて、粒度の算術平均値を平均粒度として測定する。粗粒は、粒度が0.5mm以上の粒度区分に属する粒子であり、微粉は、粒度が0.3mm以下の粒度区分に属する粒子である。 The average particle size is measured as follows, for example. First, a plurality of sieves having different openings are prepared, and the coal X1 is divided into each of a plurality of particle size classifications using these sieves. And based on the median of each particle size division and the ratio (mass% with respect to the total mass of coal X1) of coal X1 which belongs to each particle size division, an arithmetic average value of particle size is measured as an average particle size. Coarse particles are particles belonging to a particle size category having a particle size of 0.5 mm or more, and fine powders are particles belonging to a particle size category having a particle size of 0.3 mm or less.
また、本実施形態では、原料として石炭X1を使用したが、石炭X1以外の原料に本発明を適用できることはもちろんである。本発明は、好適には、石炭X1と同じ比重を有する原料に適用される。 Moreover, in this embodiment, although coal X1 was used as a raw material, of course, this invention is applicable to raw materials other than coal X1. The present invention is preferably applied to a raw material having the same specific gravity as coal X1.
流動床本体120は、平面視で略長方形の形状となっており、流動床部200と、フリーボード部210と、原料投入口160と、処理済み原料排出口170と、排ガス排出口180とを備える。流動床本体120は、概略的には、石炭X1を流動化ガス130aにより流動化させることで流動床X2を形成するものである。
The fluidized bed
流動床部200は、石炭X1の流動床X2が形成される領域であり、流動床部200の底面が目皿板140となっている。目皿板140は、複数のノズル141を有する。ノズル141は、目皿板140を厚さ方向に貫通する穴である。
The
フリーボード部210は、流動床部200の上側の領域である。フリーボード部210の幅は、天井に近いほど広くなるように設計されている。本実施形態では、フリーボード部210を特定の形状とすることで、分級点のコントロール性及び分級効率を向上させている。詳細は後述する。原料投入口160は、流動床本体120の長さ方向の後端面120aに設けられる。原料投入口160は、ホッパ165に接続されており、石炭X1は、原料投入口160を介して流動床本体120内に投入される。処理済み原料排出口170は、流動床本体120の長さ方向の先端面120bに設けられる。乾燥後の石炭X3は、処理済み原料排出口170から流動床装置100の外部に排出される。
The
排ガス排出口180は、流動床本体120の天井に設けられている。流動化ガス130aは、石炭X1から発生した水蒸気及び一部の石炭X1(主に粒度の低い石炭X1)と混合され、排ガス180aとなる。排ガス180aはフリーボード部内で上昇し、流動床本体120の天井に設けられた排ガス排出口180から排出される。
The exhaust
プレナム室130は、流動化ガス130aが外部から導入される部分である。流動化ガス130aの温度は、例えば、石炭X1の水分をどの程度蒸発させるのかに応じて設定される。具体的には、流動化ガス130aは、例えば常温〜500℃程度の温度でプレナム室130内に供給される。流動化ガス130aは、目皿板140のノズル141を通って流動床本体120内の石炭X1に導入される。
The
そして、流動化ガス130aは、石炭X1を流動化させることで、流動床X2を形成する。その後、流動化ガス130aは、石炭X1の乾燥によって生じた水蒸気及び一部の石炭X1と混合され、排ガス180aとなる。排ガス180aはフリーボード部210内で上昇し、流動床本体120の天井に設けられた排ガス排出口180から排出される。ここで、フリーボード部210内の排ガス180aの流速は、分級点に応じて設定される。詳細は後述する。
And
流動床装置100では、以下の処理が行われる。まず、ホッパ165は、原料導入口160から石炭X1を流動床本体120内に導入する。なお、石炭X1は、継続して導入される。一方、流動床装置100は、プレナム室130に流動化ガス130aを導入する。流動化ガス130aは、目皿板140のノズル141を通って流動床本体120内の石炭X1に導入される。これにより、流動床本体120内の石炭X1が流動化される。すなわち、石炭X1は流動床X2とされ、乾燥される。乾燥後の石炭X3は、処理済み原料排出口170から流動床装置100の外部に排出される。石炭X1の流動床本体120内での滞留時間は、乾燥後の石炭X3の含水率等に応じて設定されるが、例えば1〜5分となる。一方、流動化ガス130aは、石炭X1の乾燥によって生じた水蒸気及び一部の石炭X1と混合され、排ガス180aとなる。排ガス180aはフリーボード部210内で上昇し、流動床本体120の天井に設けられた排ガス排出口180から排出される。これにより、石炭X1が乾燥される。このように、流動床装置100は、含水率の高い石炭X1を乾燥させることで、より組織が密な石炭X3を製造することができる。これにより、後工程で強度の高いコークスを製造することができる。
In the
また、流動床装置100は、排ガス180aを用いて石炭X1の分級も行う。すなわち、所望の分級点(例えば0.5mm)に応じて、排ガス180aの第2のフリーボード部210b内の平均流速(図4参照)が設定される。これにより、分級点以下の石炭X1は、排ガス180aとともに排ガス排出口180から排出され、分級点より大きい石炭X1は流動床X2に沈降する。これにより、石炭X1が分級される。本実施形態では、後述するように、フリーボード部210の形状等が従来と異なるため、石炭X1の分級点をより正確にコントロールすることができ、かつ、分級効率が向上する。ここで、分級効率は、石炭X3の総質量に対する微粉の質量%である。これにより、本実施形態では、石炭X3の発塵及びコークス炉内のキャリーオーバーを抑制することができる。なお、排ガス排出口180から排ガス180aとともに排出された石炭X1は、バグフィルタによって回収されてもよい。回収された石炭X1は、後述する塊成炭製造装置400により塊成炭とされうる。また、流動床装置100は、分級のみ行うものであってもよい。
The
<2.塊成炭製造装置の構成>
次に、図2に基づいて、塊成炭製造装置400の構成について説明する。塊成炭製造装置400は、ホッパ410と、スクリュー420と、ロールコンパクタ430とを備える。ホッパ410は、バグフィルタによって回収された石炭X4を貯留する。スクリュー420は、ホッパ410内の石炭X4を順次ロールコンパクタ430に投入する。ロールコンパクタ430は、石炭X4を圧縮することで、塊成炭X5を製造する。塊成炭X5は、石炭X4同士を圧着させたものなので、粘結性が向上している。この塊成炭X5は、乾燥後の石炭X3に混入されてもよい。これにより、原料である石炭X1をより効率的に使用することができるとともに、コークスの強度を向上させることができる。
<2. Configuration of agglomerated coal production equipment>
Next, based on FIG. 2, the structure of the agglomerated
なお、石炭X4の粒度分布は、流動床装置100の分級点によって異なる。塊成炭X5の強度及び安定製造性の観点からは、分級点が0.5mm程度とされることが好ましい。分級点が0.5mmを大きく超える場合、塊成炭X5の強度が低下する。また、分級点が0.5mmを大きく下回る場合、石炭X4同士が圧着されずにロールコンパクタ430間を落下する。したがって、分級点が0.5mm程度とされることで、塊成炭X5の強度が向上し、かつ、塊成炭X5が安定して製造される。
The particle size distribution of the coal X4 varies depending on the classification point of the
<3.流動床部及びフリーボード部の構成>
従来は、分級点にもとづいて終端速度を算出し、この終端速度にもとづいて、フリーボード部内の流動化ガスの平均流速を調整していた。しかし、この分級方法は、フリーボード部内の流動化ガスの平均流速だけで分級点をコントロールするので、分級の精度が十分でなかった。また、分級効率もフリーボード部の水平断面の形状によってばらついていた。
<3. Configuration of fluidized bed and free board>
Conventionally, the terminal velocity is calculated based on the classification point, and the average flow velocity of the fluidized gas in the free board portion is adjusted based on the terminal velocity. However, in this classification method, the classification point is controlled only by the average flow velocity of the fluidized gas in the freeboard section, so the classification accuracy is not sufficient. The classification efficiency also varied depending on the shape of the horizontal cross section of the free board.
そこで、本発明者は、フリーボード部210の形状に着目した。そして、本発明者は、フリーボード部210の幅を流動床本体120の天井に向かって広くすることで、フリーボード部210の壁際で排ガス180aの循環領域が形成されることを見出した。そして、本発明者は、フリーボード部210の形状、特に後述する朝顔角θ(図3参照)を特定の範囲に設定することで、分級点より大きい石炭X1(例えば粗粒)が循環流に乗って効率良く沈降し、分級点以下の石炭X1(例えば微粉)が効率良く上昇することを見出した。
Therefore, the inventor paid attention to the shape of the
以下、図1及び図3にもとづいて、流動床部200及びフリーボード部210の詳細な構成について説明する。図3(a)は、フリーボード部210のC−C’断面形状を示す。流動床部200は、上述したように、流動床X2が形成される領域である。流動床部200の幅W0は、流動床本体120の長さ方向に一定となっている。
Hereinafter, based on FIG.1 and FIG.3, the detailed structure of the
フリーボード部210は、第1のフリーボード部(いわゆる朝顔部)210aと、第2のフリーボード部210bとに区分される。第1のフリーボード部210aは、流動床部200の上側に形成される。第1のフリーボード部210aは、流動床本体120の天井に近いほど幅が広くなるように設計されている。
The
第2のフリーボード部210bは、第1のフリーボード部210aの上側に形成される。第2のフリーボード部210bの幅Wは、流動床本体120の長さ方向に一定となっている。第2のフリーボード部210bの上端面(すなわち、流動床本体120の天井)には、排ガス排出口180が連結されている。なお、第2のフリーボード部210bの上側に第3のフリーボード部をさらに設けてもよい。第3のフリーボード部は、例えば、流動床本体120の天井に近いほど幅が狭くなるように設計される。第3のフリーボード部が設けられる場合、フリーボード部120内で排ガス180aがより円滑に流動する。
The second
このような構成により、フリーボード部210内には、排ガス180aの上昇領域300と、排ガス180aの循環領域310が形成される。矢印300aは、上昇領域内の排ガス180aの流動方向を示し、矢印310aは、循環領域内の排ガス180aの流動方向を示す。上昇領域300内の石炭X1のうち、分級点以下の石炭X1は、排ガス180aとともに排ガス排出口180から排出されるか、または、循環領域310に移動する。一方、上昇領域300内の石炭X1のうち、分級点より大きい石炭X1は、流動床X2に沈降するか、循環領域310に移動する。
With such a configuration, the rising
循環領域310内の石炭X1は、排ガス180aとともに循環領域310内を循環する。その後、分級点より大きい石炭X1は、流動床X2に沈降する。一方、分級点以下の石炭X1は、上昇領域300に移動し、上昇領域300内の排ガス180aとともに排ガス排出口180から排出される。なお、石炭X1は含水率が高いので、フリーボード部210内で擬似粒子化している場合がある。擬似粒子は、石炭X1の粒子同士が互いの水分により結着した粒子である。本実施形態では、循環領域310内の排ガス180aは循環しているので、循環領域310内の擬似粒子は、排ガス180a及び他の石炭X1によってもみ洗いされ、元の粒子に分解されることが期待される。分解された粒子のうち、分級点より大きい粒子は流動床X2に沈降し、分級点以下の粒子は上昇領域300を経由して排ガス排出口180から排出される。したがって、流動床装置100は、分級点以下の粒子同士が結着することで分級点より大きい擬似粒子が形成されても、この擬似粒子を分解し、分解した粒子を排ガス排出口180から排出することができる。
The coal X1 in the
図3(b)に示すグラフL1は、A−A’断面での排ガス180aの流速分布を示し、図3(c)に示すグラフL2は、B−B’断面での排ガス180aの流速分布を示す。図3(b)の横軸は、A−A’断面上の各点の幅方向位置w、すなわち各点から中心軸LCに下ろした垂線の長さを示す。中心軸LCは、フリーボード部210の幅方向中心を通り、かつ鉛直方向に伸びる軸である。縦軸は、排ガス180aの流速の鉛直方向(x方向)成分vx(以下、単に流速vxとも称する)を示す。図3(c)も同様である。流速vxは、中心軸LCでピークとなる。また、流速vxは、側壁付近で正負が逆転する(排ガス180aが逆流となる)。
A graph L1 shown in FIG. 3B shows the flow velocity distribution of the
なお、フリーボード部210内の各点における排ガス180aの流速は、例えば、連続の式とナビア・ストークスの式を連立して解けば求まる。通常は、FLUENT等の汎用流体計算パッケージを使用すればよい。
In addition, the flow velocity of the
また、分級点に応じて、第2のフリーボード部210b内の排ガス180aの平均流速が設定される。例えば、分級点が0.5mm程度となる場合、平均流速は1.5〜2.5m/s程度となるが、最終的には当該流動床の運転状況を見ながら適宜調整すればよい。ここで、第2のフリーボード部210b内の排ガス180aの平均流速は、B−B’断面での排ガス180aの流速の総和をB−B’断面積で除算した値である。具体的には、後述する式(2)で算出される。
Further, the average flow velocity of the
図4に、流速vxの詳細な計算例を示す。図4に示すグラフL3は、フリーボード部210の右半分の流速分布を示す。流速v0は、分級点の粒度を有する石炭X1の終端速度を示す。また、Wは上述したように第2のフリーボード部210bの幅となる。また、a/2は、終端速度v0に対応する幅方向位置を示し、この例では4/W程度となる。また、この例では、分級点は0.5(mm)となっており、終端速度v0は、2.7(m/s)となる。したがって、a/Wは0.5程度となる。なお、a/Wは0.5〜0.6程度となることが好ましい。a/Wがこの範囲内の値となる場合、分級の精度及び分級効率が向上する。
FIG. 4 shows a detailed calculation example of the flow velocity v x . A graph L3 illustrated in FIG. 4 shows the flow velocity distribution in the right half of the
第1のフリーボード部210aの側壁と水平面とがなす角度である朝顔角θによって、排ガス180aの流動状況が大きく変化する。本発明者は、朝顔角θが65°付近となる場合に、石炭X1の分級点をより正確にコントロールすることができ、かつ、分級効率が大きく向上することを見出した。具体的には、本実施形態では、朝顔角θは65°±5°の範囲内の値となり、好ましくは、65°±2°の範囲内の値となる。朝顔角θが70°より過大となる場合、循環領域310が大きく発達し、微粉の分級(上昇分離)が進みにくくなる。すなわち、分級効率が低下する(分級効率の値が増加する)。一方、朝顔角θが60°を下回ると、循環領域310での排ガス180aの逆流速度(下向きの速度)が増すが、上昇領域300の中心軸LCの流速も大きく増加する。このため、上昇領域中の石炭X1のうち、分級点より大きい石炭X1は、流動床X2に沈降しにくくなる。すなわち、分級の精度が低下する(分級点よりも大きい石炭X1が排出されやすくなる)。このため、本実施形態では、朝顔角θは65°±5°の範囲内の値とされる。なお、朝顔角θが当該範囲内の値となる場合、上述したa/Wは0.5〜0.6程度となる。
The flow state of the
また、流動床部200の幅W0と、第2のフリーボード部の幅Wとの比である拡幅比W/W0によって、排ガス180aの流動状況が大きく変化する。本発明者は、拡幅比W/W0は2.0付近となる場合に、石炭X1の分級点をより正確にコントロールすることができ、かつ、分級効率が大きく向上することを見出した。具体的には、本実施形態では、拡幅比W/W0は1.7より大きく2.1より小さいことが好ましい。拡幅比W/W0は、1.8より大きく2.0より小さいことがより好ましい。拡幅比W/W0が1.7以下となる場合、循環領域が発達せず、上昇領域中の石炭X1のうち、分級点より大きい石炭X1は、流動床X2に沈降しにくくなる。すなわち、分級の精度が低下する(分級点よりも大きい石炭X1が排出されやすくなる)。一方、拡幅比W/W0が2.1以上となる場合、循環領域310内の循環流が安定せず分級効率が低下する。このため、本実施形態では、拡幅比W/W0は1.7より大きく2.1より小さいことが好ましい。なお、拡幅比W/W0が上述した範囲内の値となる場合、上述したa/Wは0.5〜0.6程度となる。
Further, the width W 0 of the
また、流動床部200の下端面(すなわち、目皿板140の表面)から第2のフリーボード部210bの上端面までの高さHは、以下の式(1)で示される搬送解放高さTDH(Transport Disengaging Height)の0.6倍以上であることが好ましい。
Further, the height H from the lower end surface of the fluidized bed portion 200 (that is, the surface of the countersink plate 140) to the upper end surface of the second
ここで、フリーボード平均流速Ugは以下の式(2)で表される。 Here, the free board average flow velocity Ug is expressed by the following equation (2).
ここで、熱風量はプレナム室130に単位時間あたりに導入される流動化ガス130aの体積であり、単位はm3/sである。フリーボード面積は、B−B’断面積である。
Here, the amount of hot air is the volume of the
分級に要する必要最小限の飛行距離を確保することも重要な要件である。流動床X2表面から石炭X1が飛び出す速度は、石炭X1の終端速度よりも大きいことが多い。大径の石炭X1は直ちに沈降し流動床X2に沈降するが、小径の石炭X1はより高方まで到達する。従って、流動床X2から飛び出した石炭X1のうち、分級点より大きい石炭X1を流動床X2に沈降させる分の飛行距離が必要となる。 It is also an important requirement to secure the minimum flight distance required for classification. The speed at which the coal X1 jumps out from the surface of the fluidized bed X2 is often larger than the terminal speed of the coal X1. The large-diameter coal X1 immediately settles and settles in the fluidized bed X2, but the small-diameter coal X1 reaches higher. Accordingly, a flight distance is required for the coal X1 that has jumped out of the fluidized bed X2 to sink the coal X1 that is larger than the classification point into the fluidized bed X2.
一方、フリーボード部210内の粒子濃度は、流動床X2の表面からx方向(高さ方向)に指数関数的に減少するが、ある高さ以上では一定の値を示す。この高さを搬送解放高さTDHと呼ぶ。一方、分級点より大きい石炭X1は、少なくとも搬送解放高さTDHまで到達するまでに、その速度が終端速度より小さくなっている。すなわち、分級に要する必要最小限の飛行距離は、搬送解放高さTDHよりも多少低い値となる。具体的には、高さHは、搬送解放高さTDHの0.6倍以上であればよい。設備費の観点からは、高さHは、上述した条件を満たす範囲でなるべく低いことが好ましい。
On the other hand, the particle concentration in the
また、記流動床X2の高さH0は、静止層厚の1.5〜2倍であることが好ましい。静止層層厚(静止層高さ)は、流動床X2が流動していない時の高さである。高さH0が静止層厚の1.5倍未満である場合、石炭X1が十分流動せず、分級点以下の石炭X1がフリーボード部210に飛散しにくくなる。一方、高さH0が静止層厚の2倍を超える場合、分級点より大きい石炭X1が多数フリーボード部210内に飛散するので、分級の精度が低下する。
Further, the height H 0 of the fluidized bed X2 is preferably 1.5 to 2 times the stationary layer thickness. The static layer thickness (static layer height) is the height when the fluidized bed X2 is not flowing. When the height H 0 is less than 1.5 times the static layer thickness, the coal X1 does not flow sufficiently, and the coal X1 below the classification point is less likely to scatter. On the other hand, the height H 0 may exceed twice the stationary layer thickness, since coal X1 greater than the classification point is scattered in
このように、本実施形態では、朝顔角θが65°±5°の範囲内の値となるので、流動床装置100は、分級点以下の石炭X1をより正確に排ガス排出口180から排出させる一方、分級点より大きい石炭X1をより正確に流動床X2に沈降させることができる。したがって、流動床装置100は、石炭X1の分級点をより正確にコントロールすることができる。言い換えれば、流動床装置100は、分級点のばらつきを抑えることができる。
Thus, in the present embodiment, the morning glory angle θ is a value in the range of 65 ° ± 5 °, so the
さらに、流動床装置100は、分級点以下の石炭X1(例えば、微粉)をより正確に排ガス排出口180から排出させることができるので、分級効率を向上させることができる。
Furthermore, since the
さらに、拡幅比W/W0が1.7より大きく2.1より小さいので、流動床装置100は、石炭X1の分級点をより正確にコントロールすることができ、かつ、分級効率を向上させることができる。
Furthermore, since the widening ratio W / W 0 is larger than 1.7 and smaller than 2.1, the
さらに、流動床部200の下端面から第2のフリーボード部210bの上端面までの高さは、搬送解放高さTDHの0.6倍以上となるので、石炭X1の分級点をより正確にコントロールすることができ、かつ、分級効率を向上させることができる。
Furthermore, the height from the lower end surface of the
さらに、流動床X2の高さH0は、静止層厚の1.5〜2倍であるので、流動床装置100は、石炭X1の分級点をより正確にコントロールすることができ、かつ、分級効率を向上させることができる。
Furthermore, since the height H 0 of the fluidized bed X2 is 1.5 to 2 times the static bed thickness, the
さらに、流動床装置100は、排ガス180aの第2のフリーボード部210b内での平均流速を分級点に応じて設定することで、石炭X1を所望の分級点で分級することができる。ここで、分級点は、0.5mm程度に設定されることが好ましい。塊成炭製造装置400が強度の大きい塊成炭X5を安定して製造することができるからである。また、流動床装置100は、なるべく少ない熱風量で石炭X1を分級することができる。
Furthermore, the
<4.変形例>
図5に、流動床装置100の変形例を示す。この変形例では、流動床本体120、プレナム室130、及び目皿板140が隔壁111、135によって流動床本体121、122、プレナム室131、132、及び目皿板141、142に分割される。なお、隔壁111の下端部には空間112が形成されており、流動床本体121内の石炭X1は空間112を通って流動床本体122に移動する。プレナム室131には、流動化ガス131aが導入され、プレナム室132には流動化ガス132aが導入される。したがって、流動床本体121、122の各々で流動床X21、X22が形成される。また、流動床本体121、122の各々に、排ガス排出口181、182が設けられる。排ガス排出口181からは排ガス181aが排出され、排ガス排出口182からは排ガス182aが排出される。
<4. Modification>
In FIG. 5, the modification of the
この変形例に係る流動床装置100は、例えば石炭X1の乾燥分級に使用される。すなわち、前段の流動床本体121で石炭X1を乾燥し、後段の流動床本体122で石炭X1を分級する。したがって、この変形例では、少なくとも後段の流動床本体122が上述した構成を有する。なお、隔壁は2つ以上あってもよい。この場合、流動床本体120等が3つ以上に分割される。また、最後段の流動床本体が石炭X1の分級に使用される。
The
次に、本実施形態の実施例について説明する。本実施例は、まず、前述のようにFLUENTを用いて流動床2次元断面の流速分布を計算し、その流速場において単一石炭粒子の飛行軌跡を計算して上部出口から排出するかどうかを判定した。前記単一粒子の飛行軌跡の計算を、粒子径(粒度)と初期位置(流動床目皿板上の幅方向の位置)とを変えて行うことで、排出された石炭の粒子径から分級点を、流動床内に滞留する石炭中の微粉(0.3mm以下)比率(すなわち分級効率)をそれぞれ推定した。本実施例では、図1に示す流動床装置100において、以下のように各パラメータを固定し、その上で、朝顔角θ及び拡幅比W/W0を振ることで、これらの値の好適な範囲を検証した。
Next, examples of the present embodiment will be described. In this embodiment, first, the flow velocity distribution of the fluidized bed two-dimensional cross section is calculated using FLUENT as described above, and whether or not the flight trajectory of a single coal particle is calculated and discharged from the upper outlet in the flow velocity field. Judged. By calculating the flight trajectory of the single particle by changing the particle size (particle size) and the initial position (position in the width direction on the fluidized bed plate), the classification point is determined from the particle size of the discharged coal. The ratio of fine powder (0.3 mm or less) in coal staying in the fluidized bed (namely, classification efficiency) was estimated. In the present embodiment, in the
固定されたパラメータは以下のとおりである。
石炭X1の平均粒度=1.0mm
第2のフリーボード部210b内での排ガス180aの平均流速=2.0(m/s)
流動床X2の高さH0=500(mm)
静止層厚=300(mm)
第1のフリーボード部210aの高さH1=590(mm)
第2のフリーボード部210bの高さH2=4410(mm)
流動床部200の下端面から第2のフリーボード部210bの上端面までの高さH=5500(mm)
TDH=8.0(m)
The fixed parameters are as follows:
Average particle size of coal X1 = 1.0 mm
Average flow velocity of the
Height H 0 of fluidized bed X2 = 500 (mm)
Static layer thickness = 300 (mm)
Height H 1 = 590 (mm) of the first
Height H 2 of second
Height H = 5500 (mm) from the lower end surface of the
TDH = 8.0 (m)
したがって、流動床X2の高さH0は静止層厚の1.7倍となる。また、高さHはTDHの0.69倍となる。また、本実施例では、分級点の設計範囲(好ましい範囲)を0.45(mm)〜0.55(mm)とした。分級点が0.55(mm)より大きい場合、塊成炭X5の強度が不足する。一方、分級点が0.45(mm)未満となる場合、塊成炭X5が安定して製造することが容易でない(微粉塊成不良)。また、分級効率(石炭X3の総質量に対する微粉の質量%)の設計範囲を2(質量%)以下とした。分級効率が2質量%を超える場合、発塵及びキャリーオーバーが発生しやすくなる。 Therefore, the height H 0 of the fluidized bed X2 is 1.7 times the stationary layer thickness. The height H is 0.69 times TDH. Moreover, in the present Example, the design range (preferable range) of the classification point was set to 0.45 (mm) to 0.55 (mm). When the classification point is larger than 0.55 (mm), the strength of the agglomerated coal X5 is insufficient. On the other hand, when the classification point is less than 0.45 (mm), it is not easy to stably produce the agglomerated coal X5 (poor powder agglomeration failure). Moreover, the design range of classification efficiency (mass% of fine powder with respect to the total mass of coal X3) was set to 2 (mass%) or less. When the classification efficiency exceeds 2% by mass, dust generation and carry-over are likely to occur.
図6中のプロットP1、P2は、本実施例で実測された朝顔角θと分級点との対応関係を示す。プロットP1は設計範囲に含まれ、プロットP2は設計範囲から外れる。なお、曲線L10は、プロットP1、P2から導出される近似曲線である。近似曲線L10の導出には最小二乗法を用いた。 Plots P1 and P2 in FIG. 6 show the correspondence between the morning glory angle θ actually measured in the present example and the classification points. The plot P1 is included in the design range, and the plot P2 is out of the design range. The curve L10 is an approximate curve derived from the plots P1 and P2. The least square method was used to derive the approximate curve L10.
図7中のプロットP3、P4は、本実施例で実測された朝顔角θと分級効率との対応関係を示す。プロットP3は設計範囲に含まれ、プロットP4は設計範囲から外れる。なお、曲線L11は、プロットP3、P4から導出される近似曲線である。近似曲線L11の導出には最小二乗法を用いた。なお、朝顔角θと分級点(または分級効率)との対応関係の測定時には、第2のフリーボード部210b内での排ガス180aの平均流速(すなわち、フリーボード平均流速)=1.9(m/s)とした。
Plots P3 and P4 in FIG. 7 show the correspondence between the morning glory angle θ actually measured in this example and the classification efficiency. The plot P3 is included in the design range, and the plot P4 is out of the design range. The curve L11 is an approximate curve derived from the plots P3 and P4. The least square method was used to derive the approximate curve L11. When measuring the correspondence between the morning glory angle θ and the classification point (or classification efficiency), the average flow rate of the
図8中のプロットP5、P6は、本実施例で実測された拡幅比W/W0と分級点との対応関係を示す。プロットP5は設計範囲に含まれ、プロットP6は設計範囲から外れる。なお、曲線L12は、プロットP5、P6から導出される近似曲線である。近似曲線L12の導出には最小二乗法を用いた。なお、拡幅比W/W0と分級点との対応関係の測定時には、第2のフリーボード部210b内での排ガス180aの平均流速=1.9m/s、朝顔角=65°とした。
Plot P5, P6 in FIG. 8 shows the correspondence between the classification point and widening ratio W / W 0 that is measured in this embodiment. The plot P5 is included in the design range, and the plot P6 is out of the design range. Curve L12 is an approximate curve derived from plots P5 and P6. The least square method was used to derive the approximate curve L12. When measuring the correspondence between the widening ratio W / W 0 and the classification point, the average flow velocity of the
図6〜図8によれば、朝顔角θの適正範囲は65±5°であることが実証された。また、朝顔角θのより好ましい範囲は65±2°であることが実証された。後者の範囲の場合、分級点が0.5mmにより近くなるからである。さらに、拡幅比W/W0の適正範囲は1.7より大きく2.1より小さい範囲であることが立証された。また、拡幅比W/W0のより好ましい範囲は1.8より大きく2より小さい範囲であることが立証された。後者の範囲の場合、分級点が0.5mmにより近くなるからである。 6 to 8, it was demonstrated that the appropriate range of the morning glory angle θ is 65 ± 5 °. Moreover, it was demonstrated that the more preferable range of the morning glory angle θ is 65 ± 2 °. This is because in the latter range, the classification point is closer to 0.5 mm. Furthermore, it was proved that the appropriate range of the widening ratio W / W 0 is a range larger than 1.7 and smaller than 2.1. Further, it was proved that a more preferable range of the widening ratio W / W 0 is a range larger than 1.8 and smaller than 2. This is because in the latter range, the classification point is closer to 0.5 mm.
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.
100 流動床装置
120 流動床本体
130 プレナム室
130a 流動化ガス
140 目皿板
141 ノズル
160 原料投入口
165 ホッパ
170 処理済み原料排出口
180 排ガス排出口
180a 排ガス
200 流動床部
210 フリーボード部
210a 第1のフリーボード部
210b 第2のフリーボード部
300 上昇領域
310 循環領域
400 塊成炭製造装置
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記流動床部の上側に形成され、側壁と水平面とがなす角度である朝顔角が65°±5°の範囲内の値となる第1のフリーボード部と、
前記第1のフリーボード部の上側に形成された第2のフリーボード部と、
前記第2のフリーボード部の上側に形成され、前記流動化ガスが排出される排出口と、を備えることを特徴とする、流動床装置。 A fluidized bed portion in which a fluidized bed of raw material is formed by fluidized gas;
A first free board portion formed above the fluidized bed portion and having a morning glory angle which is an angle formed between the side wall and a horizontal plane within a range of 65 ° ± 5 °;
A second free board part formed on the upper side of the first free board part;
A fluidized bed apparatus, comprising: a discharge port formed on an upper side of the second free board portion and from which the fluidized gas is discharged.
The fluidized bed apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the height of the fluidized bed is 1.5 to 2 times the stationary layer thickness.
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