JP2014181887A - 湿潤燃料流動層乾燥装置及びその乾燥方法 - Google Patents

Abstract

【課題】褐炭原炭等の湿潤燃料原料を粗破砕することなしに、流動層の特性を有効に利用して破砕装置で破砕可能な水分量まで乾燥させる湿潤燃料乾燥装置を提供する。
【解決手段】褐炭原料を炉内１２の流動層に導入し、炉内１２に配置した伝熱管３１内に熱源を流すことで加熱して乾燥させる褐炭（湿潤燃料）流動層乾燥装置１０が、流動化ガスを噴出させて流動層を形成する目板１３が傾斜面とされ、伝熱管３１は、褐炭原料の最大粒径を通過可能な間隔で配置した炉内底面側管群３０Ｌと、該炉内底面側管群３０Ｌより間隔を密にして配置した炉内上層管群３０Ｕとを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば褐炭等の湿潤燃料を流動層で乾燥させる湿潤燃料流動層乾燥装置及びその乾燥方法に関する。

近年、世界に広く存在する褐炭は、将来有望なエネルギー源の一つとして期待されている。しかし、褐炭は水分を多量に含んでいるため、乾燥に莫大なエネルギーを要することから、発電効率が低いという問題を有している。
このため、褐炭のような固体の湿潤燃料については、その有効活用を促進するため、湿潤燃料を効率よく乾燥させる技術の開発が求められている。

湿潤燃料（固体）を乾燥させる従来技術としては、ローラミル等の破砕装置により破砕した後、例えば流動層乾燥装置等の乾燥装置を用いて乾燥させることが行われている。
また、下記の特許文献１には、粒径分布をもつ粒子を流動層へ適用する際の流動の最適化を図った流動燃焼炉が開示されている。さらに、下記の特許文献２には、最大粒径２インチ程度の素粒子の乾燥を視野に入れた石炭の熱処理法が開示されている。

特開昭６０−２１８５０６号公報 特開昭６３−２１０１９２号公報

ところで、褐炭や亜瀝青炭等の高水分燃料（以下、「湿潤燃料」と呼ぶ）を粉砕する際には、燃料表面に付着した水分により粒子が凝集し、粉砕装置出口における目標粒径（微粉度）を達成できないことがある。従って、湿潤燃料を破砕して目標微粉度を達成するためには、破砕装置の動力（破砕能力）を増加させる対策や、破砕装置の上流で乾燥装置等による前処理を施す対策が必要になると考えられる。また、ローラミルのような破砕装置の運用上においては、ケーシング内面等に対して湿潤燃料の高水分粒子が付着・堆積することで、運転継続の妨げとなることも懸念される。

このような背景から、従来の乾燥装置では、破砕後の目標微粉度を達成するため、水分が限界含水率近傍の１０〜２０％となるように粒子を乾燥させているが、このような限界含水率近傍までの乾燥を達成するためには装置の大型化が問題となっている。
また、従来の乾燥装置では、一般的に粗粉砕後の湿潤燃料粒子を用いているが、例えば褐炭原炭を発電用ボイラの規模で直接乾燥させるものは実用化されていない。すなわち、褐炭原炭は、粒径数１０ｍｍ程度の粗粒子や木質異物等が混入することもあるため、直接乾燥させることは困難であった。

本発明は、例えば褐炭原炭の平均粒径が数ｍｍオーダーであることに着目してなされたものであり、褐炭原炭等の湿潤燃料原料を粗破砕することなしに、流動層の特性を有効に利用して破砕装置で破砕可能な水分量まで乾燥させる湿潤燃料流動層乾燥装置及びその乾燥方法を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る湿潤燃料流動層乾燥装置は、湿潤燃料原料を炉内の流動層に導入し、炉内に配置した伝熱管内に熱源を流すことで加熱して乾燥させる湿潤燃料流動層乾燥装置であって、流動化ガスを噴出させて前記流動層を形成する炉内底面が傾斜面とされ、前記伝熱管は、前記湿潤燃料原料の最大粒径を通過可能な間隔で配置した炉内底面側管群と、該炉内底面側管群より間隔を密にして配置した炉内上層管群と、を備えていることを特徴とするものである。

このような湿潤燃料流動層乾燥装置によれば、流動化ガスを噴出させて流動層を形成する炉内底面が傾斜面とされ、かつ、伝熱管は、湿潤燃料原料の最大粒径を通過可能な間隔で配置した炉内底面側管群と、この炉内底面側管群より間隔を密にして配置した炉内上層管群とを備えているので、流動層内の底部側に移動して集まる粒径の大きい湿潤燃料原料（粗粒）は、炉内底面側管群に詰まることなく通過して加熱される。また、この粗粒は、炉内底面（すなわち目板）を傾斜させたことにより、炉内における横方向の移動性及び炉内からの排出性が向上するので、流動化ガス量の低減が可能となる。

これに対し、粒径の小さい湿潤燃料原料（微粒）は、流動層内の上部側に移動して集まるので、間隔を密に配置した炉内上層管群により伝熱が促進されて効率よく加熱される。また、微粒は良好な流動性を有しているので、流動化しにくい粗粒の周囲を温度上昇した状態で流動し、粗粒を加熱して乾燥を促進させる。
すなわち、上述した湿潤燃料流動層乾燥装置は、流動層において微粒から粗粒まで全粒径の湿潤燃料原料を流動させるのではなく、比較的粒径の小さい粒子（例えば平均粒径程度より微粒）の粒子が流動を開始するように流動化ガスを投入して運転されるため、流動化ガス量の低減が可能となる。

上記の発明において、前記傾斜面の上面と前記炉内底面側管群の下面との間に、前記湿潤燃料原料の最大粒径より大の面間距離を有する間隙部を設けることが好ましく、これにより、炉内底面における粗粒のスムーズな移動が妨げられることはない。

本発明に係る湿潤燃料流動層乾燥装置の乾燥方法は、湿潤燃料原料を炉内の流動層に導入し、炉内に配置した伝熱管内に熱源を流すことで加熱して乾燥させる湿潤燃料流動層乾燥装置の乾燥方法であって、前記湿潤燃料原料を傾斜面とした炉内底面上に流動させ、前記湿潤燃料原料の最大粒径が通過可能な間隔で伝熱管を配置した炉内底面側管群と、該炉内底面側管群より間隔を密にして前記伝熱管を配置した炉内上層管群と、により加熱することを特徴とするものである。

このような湿潤燃料流動層乾燥装置の乾燥方法によれば、湿潤燃料原料を傾斜面とした炉内底面上に流動させ、湿潤燃料原料の最大粒径が通過可能な間隔で伝熱管を配置した炉内底面側管群と、該炉内底面側管群より間隔を密にして伝熱管を配置した炉内上層管群とにより加熱するので、流動層内の底部側に移動して集まる粒径の大きい湿潤燃料原料（粗粒）を炉内底面側管群で加熱し、流動層内の上部側に移動して集まる粒径の小さい湿潤燃料原料（微粒）を炉内上層管群により加熱することとなる。従って、粗粒は炉内底面側管群に詰まることなく通過して加熱され、微粒は炉内上層管群により伝熱が促進されて効率よく加熱される。また、この場合の粗粒は、炉内底面を傾斜させたことにより、炉内における横方向の移動性及び炉内からの排出性が向上するので、流動化ガス量の低減が可能となる。

上述した本発明の湿潤燃料流動層乾燥装置及びその乾燥方法によれば、粗破砕を実施していない褐炭原炭等の湿潤燃料原料を連続的に直接投入し、流動層の特性を有効利用することで、特に微粒の流動により粗粒の乾燥も促進して投入した湿潤燃料原料の粒子を全体的に効率よく乾燥させることができる。従って、乾燥後の水分量を破砕装置で破砕可能な値に設定すれば、装置のコンパクト化や流動化ガスの投入量削減が可能となる。

本発明に係る湿潤燃料流動層乾燥装置及びその乾燥方法の一実施形態を示す概略構成図である。

以下、本発明に係る湿潤燃料流動層乾燥装置及びその乾燥方法の一実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態の湿潤燃料流動層乾燥装置は、水分を含む固体燃料である湿潤燃料を所望の水分量まで乾燥させる装置である。湿潤燃料の具体例としては、例えば水分が６０重量％を超える褐炭を例示できる。この褐炭は、例えば石炭ガス化プラントで使用する場合、少なくとも５０〜６０重量％程度まで乾燥させるとともに、粒径を３００μｍ程度まで細かく破砕することが望まれる。なお、以下に説明する実施形態では、湿潤燃料を褐炭とするが、これに限定されることはない。

図示の褐炭（湿潤燃料）流動層乾燥装置１０は、褐炭の原料炭（褐炭原料炭）をホッパ２０から炉本体１１の内部に連続的に投入し、流動化した原料炭の粒子を加熱して乾燥させる装置である。この褐炭原料炭は、炉内１２に形成された流動層に導入され、炉内１２に配置した多数の伝熱管３１内に蒸気等の熱源を流すことにより加熱される。
なお、ホッパ２０に貯蔵されている褐炭原料炭は、粗破砕を施さない原料炭であり、その平均粒径は数ｍｍオーダーとなっている。

本実施形態の褐炭流動層乾燥装置１０は、流動化ガスを噴出させて流動層を形成する炉内１２の底面が傾斜面とされる。すなわち、炉内１２の底面側には、流動層を形成するための流動化ガス投入用として多数の孔を穿設した目板１３が設置されている。この目板１３は、炉内１２の底面部に水平面から傾斜させた状態に設置されている。
目板１３は、乾燥された褐炭の排出口１４側を低くした傾斜面とされるが、その傾斜角度について、特に限定されることはない。このような目板１３は、流動化ガス投入による流動層を形成しているので、褐炭原料炭の安息角より小さな傾斜角度に設定することも可能である。なお、図中の符号１５は、乾燥後の褐炭原料を破砕装置等へ向けて搬送するロータリフィーダである。

炉内１２に配置される伝熱管３１は、褐炭原料の最大粒径を通過可能な間隔で配置した管密度低の炉内底面側管群３０Ｌと、この炉内底面側管群３０Ｌより間隔を密にして配置した管密度高の炉内上層管群３０Ｕとを備えている。炉内底面側管群３０Ｌ及び炉内上層管群３０Ｕは、各々が連続する伝熱管３１を折曲して炉内１２を往復させた管群である。そして、炉内底面側管群３０Ｌ及び炉内上層管群３０Ｕは、一方の端部から供給された蒸気等の熱源が褐炭原料を加熱して流れ、他方の端部から流出するようになっている。
なお、炉内底面側管群３０Ｌ及び炉内上層管群３０Ｕは、何れも複数の管群に分割した構成としてもよいし、あるいは、炉内底面側管群３０Ｌと炉内上層管群３０Ｕとの間に中間的な管密度とした管群を設けて、管密度を３段階以上に変化させてもよい。

また、傾斜面の上面、すなわち目板１３の上面と炉内底面側管群３０Ｌの下面との間には、褐炭原料の最大粒径より大きな面間距離を有する間隙部３２が設けられている。この間隙部３２は、粒径の大きい褐炭原料が目板１３の傾斜面に沿って横方向へ移動するための通路となる。

上述した褐炭流動層乾燥装置１０は、流動化ガスを連続的に投入して炉内１２に流動層を形成するため、流動化ガスを炉外へ排出する排気管１６が設けられている。この排気管１６は、気体から粒子を分離するサイクロン４０に連結されている。
サイクロン４０では、流動化ガスとともに流出した褐炭の微粒子をガス中から分離除去し、流動化ガスのみ排気管４１から排気する。また、サイクロン４０で分離除去された褐炭はほとんどが乾燥した微粒子であるから、回収粒子搬送路４２を介して、例えば排出口１４から排出される乾燥後の褐炭とともに破砕装置等へ供給されるか、もしくは、乾燥後に所望の粒径まで粉砕された製品炭に混合される。

すなわち、本実施形態の褐炭流動層乾燥装置１０は、平均粒径が数ｍｍオーダーとなる褐炭原料を炉内１２の流動層に導入し、炉内１２に配置した伝熱管３１内に蒸気等の熱源を流すことで加熱して乾燥させる乾燥方法を実施できる。
そして、この乾燥方法では、褐炭原料を傾斜面とした目皿１３上に流動させ、褐炭原料の最大粒径が通過可能な間隔で伝熱管３１を配置した炉内底面側管群３０Ｌと、炉内底面側管群３０Ｌより間隔を密にして伝熱管３１を配置した炉内上層管群３０Ｕとにより、粗粒及び微粒を加熱することができる。

以下、上述した構成の褐炭流動層乾燥装置１０について、供給される褐炭原料炭を乾燥させて排出させるまでの流れを説明する。この褐炭流動層乾燥装置１０は、連続投入される褐炭原料の投入量と、炉本体１１の炉内有効容積とにより、炉内１２で加熱・乾燥される褐炭原料の炉内滞留時間が決まる。

ホッパ２０内に貯蔵された褐炭原料は、例えばロータリフィーダ２１を介して連続的に炉内１２へ投入される。炉内１２には、目板１３に穿設された多数の孔から流動化ガスが投入されることにより、流動層が形成されている。なお、投入する流動化ガスの温度は、例えば常温から１００℃程度である。

炉内１２の流動層へ連続投入された褐炭原料は、粒径の大きい粗粒が流動層内の底部側に移動して集まり、粒径の小さい微粒が流動層内の上部側に移動して集まる。すなわち、褐炭燃料の粗粒は、投入された流動化ガスによる流動をしにくいことから、底面部へ向けて落下するように移動して集まるが、褐炭燃料の微粒は、流動化ガスにより炉内１２を流動して上部側に集まる。

底部側に集まる粗粒は、管密度を低く設定した炉内底面側管群３０Ｌを通過して移動するので、炉内底面側管群３０Ｌに詰まることなく通過して加熱される。この粗粒は、傾斜した目板１３に沿って落下するように排出口１４へ向けて移動するが、このとき、褐炭原料の最大粒径より大きな面間距離を有する間隙部３２を通過するため、詰まることなくスムーズに移動できる。なお、炉内底面側管群３０Ｌ及び炉内上層管群３０Ｕに供給される蒸気等の熱源は、例えば１００〜２００℃程度の温度となる。
このように、目板１３を傾斜させたことにより、粗粒は、炉内１２における横方向の移動性や炉内１２からの排出性が向上するので、水平面の目板と比較して投入する流動化ガス量の低減が可能となる。

一方、微粒は、流動層内の上部側に移動して集まるので、管密度を密にして伝熱面積を増した炉内上層管群３０Ｕの内部及び周囲を流動することにより、熱源からの伝熱が促進されて効率よく加熱される。
また、微粒は良好な流動性を有しているので、流動化しにくい粗粒の周囲を温度上昇した状態で流動することとなる。このため、炉内１２を流動する微粒は、底部側に集まる粗粒を加熱して乾燥を促進させる熱源としても機能する。すなわち、良好な流動性の微粉粒子が流動することにより、流動化しにくい粗粒粒子の乾燥を進行させることができる。

このように、上述した褐炭流動層乾燥装置１０は、流動層において微粒から粗粒まで全粒径の湿潤燃料原料を流動させるのではなく、比較的粒径の小さい微粒側の粒子、例えば平均粒径程度より粒径の小さい微粒子が流動を開始するように流動化ガス投入量を設定して運転される。従って、全粒径の粒子を流動化させる場合と比較して、流動化ガス量の低減が可能となる。なお、どの程度の粒径から流動させるかについては、すなわち流動化ガスの投入量については、例えば褐炭原料炭の粒径分布や水分量、乾燥後の目標水分量及び熱源温度等の諸条件に応じて適宜調整すればよい。

この結果、炉内１２で加熱される褐炭原料は、ホッパ２０からの投入量等に応じた滞留時間（例えば１０分程度）だけ炉内１２に留まって乾燥される。
そして、乾燥後に排出口１４から排出される褐炭原料を破砕装置へ供給する場合には、従来の乾燥後水分量１０〜２０重量％程度と比較して、石炭ガス化プラント等で使用する場合の比較的高めな水分量（例えば５０〜６０重量％程度）に設定することにより、褐炭原料表面に付着した水分による粒子の凝集を防止できる。

すなわち、褐炭流動層乾燥装置１０は、石炭ガス化プラントで使用する微粉の粒径に破砕する破砕装置において、良好な破砕性を確保できる程度まで、具体的には、粒子の付着や目標微粉度未達等の問題が起こらない程度まで乾燥率の設定を低く抑えることにより、装置全体のコンパクト化が可能となる。しかも、褐炭流動層乾燥装置１０での乾燥を比較的高めな水分量に設定すると、乾燥により蒸発する水分量の減少により露点を低減でき、従って、褐炭燃料粒子の自然発火や褐炭燃料粒子からの有機酸放出等を防止することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

１０ 褐炭（湿潤燃料）流動層乾燥装置
１１ 炉本体
１２ 炉内
１３ 目皿
１４ 排出口
２０ ホッパ
３０Ｌ 炉内底面側管群
３０Ｕ 炉内上層管群
３１ 伝熱管
４０ サイクロン

Claims (3)

1. 湿潤燃料原料を炉内の流動層に導入し、炉内に配置した伝熱管内に熱源を流すことで加熱して乾燥させる湿潤燃料流動層乾燥装置であって、
   流動化ガスを噴出させて前記流動層を形成する炉内底面が傾斜面とされ、
   前記伝熱管は、前記湿潤燃料原料の最大粒径を通過可能な間隔で配置した炉内底面側管群と、該炉内底面側管群より間隔を密にして配置した炉内上層管群と、を備えていることを特徴とする湿潤燃料流動層乾燥装置。
2. 前記傾斜面の上面と前記炉内底面側管群の下面との間に、前記湿潤燃料原料の最大粒径より大の面間距離を有する間隙部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の湿潤燃料流動層乾燥装置。
3. 湿潤燃料原料を炉内の流動層に導入し、炉内に配置した伝熱管内に熱源を流すことで加熱して乾燥させる湿潤燃料流動層乾燥装置の乾燥方法であって、
   前記湿潤燃料原料を傾斜面とした炉内底面上に流動させ、
   前記湿潤燃料原料の最大粒径が通過可能な間隔で伝熱管を配置した炉内底面側管群と、該炉内底面側管群より間隔を密にして前記伝熱管を配置した炉内上層管群と、により加熱することを特徴とする湿潤燃料流動層乾燥装置の乾燥方法。
   

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