JP2016079332A - 流動床装置及びこれを用いた石炭の乾燥分級方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、原料炭供給部から供給された石炭を乾燥用熱風により流動床とすることで、石炭を乾燥する乾燥室と、乾燥室で乾燥された石炭を分級用熱風により流動床とすることで、乾燥室で乾燥された石炭を分級する分級室と、乾燥室と分級室とを仕切る隔壁と、乾燥室から排出された排ガスに含まれる石炭を分級室内の流動床の上方から分級室に投入する低温石炭供給部と、を備え、乾燥用熱風の温度が最大となる場合に、乾燥室から排出される排ガスの温度が90〜100℃となることを特徴とする、流動床装置が提供される。
【選択図】図1
Description
ここに、乾燥用熱風の温度が最大となる場合に、乾燥室から排出される排ガスの温度が90〜100℃としてもよい。
まず、図1を参照しながら、本発明の一実施形態に係る石炭事前処理システムの全体構成について説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る石炭の事前処理システムの全体構成を示す説明図である。
流動床装置100は、原料炭ホッパ(原料炭供給部)165から供給された原料炭(石炭X1)を熱風により流動床とすることで、石炭X1の乾燥、及び分級を行う。流動床装置100は、流動床本体120と、プレナム室130とを備える。流動床本体120は、平面視で略長方形の形状となっており、隔壁111によって乾燥室121及び分級室122に分割される。隔壁111の下端部には空間、すなわち乾燥石炭排出口112が形成されている。プレナム室130は、流動床本体120に熱風を導入する領域であり、隔壁135によってプレナム室131、132に分割される。隔壁111、135は同一の鉛直面内に設けられる。プレナム室131には、乾燥用の熱風、すなわち乾燥用熱風131aが導入され、プレナム室132には、分級用の熱風、すなわち分級用熱風132aが導入される。
流動床熱風発生炉11は、上述した流動床装置100に供給する熱風を発生させる装置であり、燃料ガスと空気を燃焼させることにより加熱された燃焼排ガス(すなわち熱風)を発生させ、これを所定の温度及び流量に制御して、流動床装置100に供給する。ここで、燃料ガスとしては、例えば、液化天然ガス(LNG)、液化石油ガス(LPG)等のガス燃料や、コークス炉ガス(COG)、高炉ガス(BFG)、転炉ガス(LDG)等の製鉄所で発生する副生ガスやその混合ガスなどを用いることができる。
低温石炭捕集機13は、乾燥室排気管317を介して乾燥室排ガス排出口181に接続されている。高温石炭捕集機15は、分級室排気管319を介して分級室排ガス排出口182に接続されている。
本実施形態では、低温石炭捕集機13と分級室122のフリーボード部212とが低温石炭供給部71により連結されている。低温石炭供給部71は、低温石炭捕集機13により回収された石炭X4を分級室122のフリーボード部212に供給する。上述したように、石炭X4の温度は石炭X5の温度よりも低く、かつ、水分を多く含む。したがって、石炭X4を分級室122のフリーボード部212に供給することで、フリーボード部212内の石炭X5の温度を低下させることができる。本実施形態では、乾燥室排ガス181aの温度を90〜100℃とした上で、石炭X4を分級室122のフリーボード部212に投入するので、石炭X5の温度を120〜170℃に制御することができる。
また、低温石炭捕集機13で石炭X4を捕集した後に低温石炭捕集機13から排出された乾燥室排ガス181aは、低温排ガス排気管321を通り、一部が高温石炭捕集機15から排出された分級室排ガス182aとともに、熱風発生炉11に戻され、残りは、放散塔誘引ブロワ17により誘引されて放散塔19から系外へ排出される。放散塔19から系外へ排出する排ガス量は、低温排ガス調節弁323により調節される。
混練機35は、高温石炭捕集機15から搬送された石炭X5を、塊成用のバインダと混練することで混練物を作製し、この混練物を塊成機37に供給する。より詳細には、高温石炭捕集機15から搬送された石炭X5は、一旦ホッパ(図示せず。)に装入される。石炭X5はこのホッパからロータリバルブ(図示せず。)等により所定の切出量で混練機35に切り出される。混練機35に切り出された微粉炭は、混練機35内にて別途添加された塊成用のバインダと混練される。
塊成機37は、例えば、主に、押し込みスクリューと、2つのロールとを有する。押し込みスクリューは、混練物を2つのロールの間に押し込む。2つのロールは、所定のロールギャップを有して配置されており、一方のロールが固定され、他方のロールが油圧により一定圧力で押されることにより回転し、これにより、ロールの出口側から、塊成された混練物、すなわち塊成炭が放出される。塊成炭は、石炭X3とともにコークス炉50に搬送される。
<2.流動床装置の構成>
次に、図1に基づいて、流動床装置100の構成について詳細に説明する。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、原料炭ホッパ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X21、X22を用いて石炭X1の乾燥及び分級を行う。
(1a)フリーボード部211内の乾燥用熱風131aの平均流速が分級点の石炭X1の終端速度より小さい。
これにより、分級点以下の石炭X4は乾燥室排ガス排出口181から乾燥室排ガス181aとともに排出される。
(2a)流動床X21が形成される。なお、流動床X21が形成されるためには、ノズル141aから吹き出す乾燥用熱風131aの流動床空塔速度は、例えば2.5〜4.5(m/s)であることを要する。ここで、流動床空塔速度は、プレナム室131に導入される熱風量(m3/s)を目皿板141の面積(m2)で除算することで得られる。
(3a)石炭X1の含水量が2〜5質量%となるように石炭X1を乾燥させる。
(4a)上記(1a)〜(3a)を満たす範囲で、フリーボード部211内の乾燥用熱風131aの平均流速をフリーボード部212内の分級用熱風132aの平均流速より小さくする。
(1b)フリーボード部212内の分級用熱風132aの平均流速が分級点の石炭X1の終端速度より小さい。
これにより、分級点以下の石炭X1は分級室排ガス排出口182から分級室排ガス182aとともに排出される。
(2b)流動床X22が形成される。なお、流動床X22が形成されるためには、ノズル142aから吹き出す分級用熱風132aの流動床空塔速度は、例えば2.5〜4.5(m/s)であることを要する。ここで、流動床空塔速度は、プレナム室132に導入される熱風量(m3/s)を目皿板142の面積(m2)で除算することで得られる。また、フリーボード部212内の分級用熱風132aの平均流速は、以下の式(3)で表される。
<3.フリーボード部の形状>
次に、図2及び図3に基づいて、フリーボード部212の形状について詳細に説明する。フリーボード部212は、図2に示すように、第1のフリーボード部212aと、第2のフリーボード部212bと、第3のフリーボード部212cとを備える。
本実施形態では、乾燥室排ガス181aの温度を、乾燥用熱風131aの温度が最大となる(すなわち、流動床装置100を最大負荷で操業する)場合に90〜100℃とした。以下、その理由を図4に基づいて説明する。
上記のように、恒率乾燥領域内の石炭X1は、温度が低く、含水量も多い。したがって、乾燥室121に恒率乾燥領域が含まれるように隔壁111を設置することで、低温かつ含水量の多い石炭X4を回収することができる。ただし、多くの石炭X1が擬似粒子化しているので、石炭X4の回収量が少なくなる。一方、減率乾燥領域では、石炭X1の擬似粒子が崩壊する。したがって、乾燥室121に減率乾燥領域も含まれるように隔壁111を設置することで、石炭X4の回収量が多くなる。石炭X4の回収量が増加するほど、石炭X4による冷却効果は高くなる。ただし、乾燥室121に占める減率乾燥領域の割合が高過ぎると、石炭X4の温度が上がり過ぎてしまい、石炭X4の冷却効果がかえって低くなる。そこで、本発明者は、乾燥室121に占める減率乾燥領域の割合について検討したところ、境界水分値が2質量%以上となる範囲であれば、乾燥室121に占める減率乾燥領域の割合が高くなるほど石炭X4による冷却効果が高くなることを見出した。一方、境界水分量が多すぎる場合、石炭X4の回収量が少なくなる。このため、境界水分値の上限は5質量%が好ましい。以上の理由により、境界水分値は2〜5質量%とすることが好ましい。
流動床装置100を使用した石炭X1の乾燥分級方法を以下の通りである。まず、石炭X1をホッパ165から乾燥室121に投入する。ついで、流動床部201内の石炭X1を乾燥用熱風131aによって流動床X21とする。これにより、石炭X1が乾燥される。石炭X1から水分を奪った乾燥用熱風131aは、フリーボード部211に導入される。また、乾燥用熱風131aは、石炭X1の一部を流動床X21からフリーボード部211に吹き飛ばす。乾燥用熱風131aは、フリーボード部211内を上昇し、乾燥室排ガス排出口181から乾燥室排ガス181aとして排出される。フリーボード部211内の石炭X1のうち、分級点以下の石炭X4は乾燥用熱風131aと共にフリーボード部211内を上昇し、乾燥室排ガス排出口181から排出される。分級点より粒度が大きい石炭X1は流動床X21に沈降する。これにより、石炭X1が分級される。
塊成炭の原料となる石炭X5の温度を120〜170℃に制御する別法として、低温石炭供給部71が低温石炭(石炭X4)の流量調整機能を有してもよい。低温石炭捕集機13の石炭排出側にロータリー式などのフィーダーを設け、乾燥室排ガス181aから回収された石炭X4の分級室122への供給量を制御する。供給量を増加すると塊成炭の原料となる石炭X5の温度を低下させることができる。逆に、供給量を低下すると、石炭X5の温度を増加させることができる。
13 低温石炭捕集機
15 高温石炭捕集機
35 混練機
37 塊成機
50 コークス炉
100 流動床装置
120 流動床本体
121 乾燥室
122 分級室
130、131、132 プレナム室
131a 乾燥用熱風
132a 分級用熱風
141、142 目皿板
141a、142a ノズル
160 原料投入口
165 原料炭ホッパ
170 石炭排出口
181 乾燥室排ガス排出口
182 分級室排ガス排出口
181a 乾燥室排ガス
182a 分級室排ガス
201、202 流動床部
211、212 フリーボード部
212a 第1のフリーボード部
212b 第2のフリーボード部
212c 第3のフリーボード部
Claims (9)
- 原料炭供給部から供給された石炭を乾燥用熱風により流動床とすることで、前記石炭を乾燥する乾燥室と、
前記乾燥室で乾燥された石炭を分級用熱風により流動床とすることで、前記乾燥室で乾燥された石炭を分級する分級室と、
前記乾燥室と前記分級室とを仕切る隔壁と、
前記乾燥室から排出された排ガスに含まれる石炭を前記分級室内の流動床の上方から前記分級室に投入する低温石炭供給部とを備え、
前記分級室から排出される排ガスに含まれる石炭の温度を120〜170℃に制御することを特徴とする、流動床装置。 - 前記乾燥用熱風の温度が最大となる場合に、前記乾燥室から排出される排ガスの温度が90〜100℃となることを特徴とする、請求項1記載の流動床装置。
- 前記乾燥室は、前記原料炭供給部から供給された石炭を含水量が2〜5質量%となるまで乾燥することを特徴とする、請求項2記載の流動床装置。
- 前記低温石炭供給部と前記分級室との接続口から前記分級室内の流動床の底面までの高さは、前記分級室内の流動床の静止高さの3倍以上であることを特徴とする、請求項2または3記載の流動床装置。
- 前記低温石炭供給部と前記分級室との接続口は、前記分級室の石炭排出口の直上とは異なる位置に配置されることを特徴とする、請求項4記載の流動床装置。
- 前記乾燥室は、前記乾燥室内の流動床の上方に形成された乾燥室フリーボード部を有し、
前記分級室は、前記分級室内の流動床の上方に形成された分級室フリーボード部を有し、
前記乾燥室フリーボード部内を流動する排ガスの平均流速は、前記分級室フリーボード部内を流動する排ガスの平均流速より小さいことを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の流動床装置。 - 前記乾燥室及び分級室の底面を構成する目皿板に設けられた複数のノズルが、垂直方向に伸びることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の流動床装置。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の流動床装置を用いて石炭を乾燥及び分級することを特徴とする、石炭の乾燥分級方法。
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