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

Abstract

【課題】塊成炭の原料となる石炭の温度を１２０〜１７０℃に制御することが可能な、新規かつ改良された流動床装置及びこれを用いた石炭の乾燥分級方法を提供する。
【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

本発明は、流動床装置及びこれを用いた石炭の乾燥分級方法に関する。

コークスを製造する技術においては、石炭を乾留前に（すなわち、コークス炉に投入する前に）乾燥、分級することが一般的に行われる。特許文献１、２は、石炭の乾燥、分級を行う装置として、流動床装置を開示する。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（すなわち、流動床とする）ための熱風が導入される。熱風は、目皿板のノズルを通って流動床本体内に噴出し、石炭を流動化させる（すなわち流動床とする）。流動床を通過した熱風、すなわち排ガスは、フリーボード部を通過して排ガス排出口から排出される。

特許文献１、２に開示された流動床装置では、このような流動床本体が仕切り（隔壁）によって乾燥室及び分級室に分割されている。熱風は、乾燥室及び分級室の各々に導入される。乾燥室内では、石炭を熱風により流動床とすることで石炭を乾燥する。石炭を流動化させた熱風は、乾燥室排ガスとして乾燥室フリーボード部を通過し、乾燥室排ガス排出口から排出される。なお、乾燥室排ガス排出口からは、分級点以下の石炭（例えば粒度０．３ｍｍ以下の微粉炭）が排出される場合がある。

特許文献１、２に開示された技術では、乾燥室排ガスに含まれる石炭を乾燥室捕集機によって回収する。特許文献１に開示された技術では、回収された石炭を分級室に投入する。特許文献２に開示された技術では、回収された石炭を塊成化することで、塊成炭を作製する。

分級室内では、乾燥室で乾燥された石炭を熱風により流動床とする。石炭を流動化させた熱風は、分級室フリーボード部を通過し、分級室排ガス排出口から分級室排ガスとして排出される。一方、流動床内では、擬似粒子化された石炭が熱風によってもみ洗いされ、複数の粒子（例えば粒度が０．５ｍｍより大きい粗粒炭と粒度０．３ｍｍ以下の微粉炭）に分解される。さらに、分級点以下の石炭（例えば粒度０．３ｍｍ以下の微粉炭）は、熱風により分級室フリーボード部内に吹き飛ばされる。分級室フリーボード部内に吹き飛ばされた石炭は、分級室排ガスとともに分級室排ガス排出口から排出される。一方、流動床に残った石炭（すなわち、分級点より大きい石炭。例えば粒度が０．５ｍｍより大きい粗粒炭）は、石炭排出口から排出される。これにより、石炭が分級される。

特許文献１、２に開示された技術では、分級室排ガスに含まれる石炭を分級室捕集機によって回収する。特許文献１に開示された技術では、回収された石炭を気流塔で予熱したのち、塊成化する。特許文献２に開示された技術では、回収された石炭を乾燥室捕集機に投入する。

特開２００３−２７７７６４号公報 特開２０１０−２４３０２３号公報 特開２００７−２３１７０号公報 特許第４１０２４２６号公報 特開平１０−２４６５７３号公報

ところで、特許文献３、４に開示されているように、塊成炭の強度を向上するためには、塊成炭の原料となる石炭の温度を１２０〜１７０℃に制御する必要がある。しかし、特許文献１、２に開示された技術では、このような制御を行うことができなかった。

具体的には、特許文献１に開示された技術では、上述したように、乾燥室排ガスに含まれる石炭を回収し、回収した石炭を分級室に供給する。そして、分級室では、分級室内の石炭（すなわち、乾燥室で乾燥された石炭、及び乾燥室排ガスから回収された石炭）を分級すると共に３００℃まで加熱する。したがって、この技術によれば、分級室排ガスに含まれる石炭の温度は３００℃程度となっている。そして、分級室排ガスに含まれる石炭には、乾燥室排ガスから回収された石炭も含まれる。したがって、この技術によれば、乾燥室排ガスから回収された石炭を３００℃程度まで加熱することができる。

ここで、乾燥室排ガスから回収された石炭を３００℃程度まで加熱する理由は以下のとおりである。すなわち、特許文献１に開示された技術では、分級室排ガスから回収された石炭を気流塔で加熱した後に塊成炭製造装置に投入する。ここで、乾燥室排ガスから回収された石炭には、水分が多く含まれるので、この石炭を気流塔で加熱した場合、石炭の加熱割れが発生し、これによって発生した微粉炭が各種のトラブルの原因となる。そこで、特許文献１に開示された技術では、分級室排ガスから回収された石炭から水分を除去した後に、気流塔に投入する。したがって、この技術では、塊成炭の原料となる石炭の温度を１２０〜１７０℃に制御することはできなかった。

特許文献２に開示された技術では、上述したように、分級室排ガスから回収された石炭を乾燥室捕集機に投入する。したがって、乾燥室捕集機には、分級室排ガスから回収された石炭の他、乾燥室排ガスから回収された石炭が投入される。そして、分級室排ガスから回収された石炭は、乾燥室排ガスから回収された石炭によって冷却される。これにより、塊成炭の原料となる石炭の温度を低下させることができる。しかし、この技術では、石炭の温度が下がりすぎてしまっていた。具体的には、塊成炭の原料となる石炭が１１０℃以下まで低下してしまっていた。このため、特許文献２に開示された技術によっても、塊成炭の原料となる石炭の温度を１２０〜１７０℃に制御することはできなかった。

一方、特許文献１、２に開示された技術に類似する技術が特許文献５に開示されている。特許文献５に開示された技術では、流動床装置が乾燥室と冷却室とに分割されている。そして、乾燥室排ガスから回収された石炭を冷却室に投入し、冷却室排ガスに含まれる石炭を回収する。この技術においては、冷却室排ガスに含まれる石炭が塊成炭の原料となりうる。しかし、この石炭は冷却室で冷却されているので、１２０℃よりも低くなる。したがって、特許文献５に開示された技術によっても、塊成炭の原料となる石炭の温度を１２０〜１７０℃に制御することはできなかった。

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、塊成炭の原料となる石炭の温度を１２０〜１７０℃に制御することが可能な、新規かつ改良された流動床装置及びこれを用いた石炭の乾燥分級方法を提供することにある。

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、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、流動床装置が提供される。
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。

また、乾燥室は、原料炭供給部から供給された石炭を含水量が２〜５質量％となるまで乾燥してもよい。

また、低温石炭供給部と分級室との接続口から分級室内の流動床の底面までの高さは、分級室内の流動床の静止高さの３倍以上であってもよい。

また、低温石炭供給部と分級室との接続口は、分級室の石炭排出口の直上とは異なる位置に配置されてもよい。

また、乾燥室は、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、分級室は、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、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、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くてもよい。

また、乾燥室フリーボード部の高さは、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。

式（１）中、Ｗ_０は乾燥室内の流動床の幅であり、Ｕ_０は乾燥室フリーボード部内を流動するガスの平均流速である。

また、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は、垂直方向に伸びていてもよい。

本発明の他の観点によれば、上記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が提供される。

以上説明したように本発明によれば、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。この石炭は、分級室の流動床から吹き飛ばされた石炭よりも低温であり、水分を多く含む。したがって、分級室から排出された排ガスに含まれる石炭、すなわち塊成炭の原料となる石炭の温度を低下させ、ひいては１２０〜１７０℃に制御することができる。

本発明の実施形態に係る石炭事前処理システムの構成を示す説明図である。 分級室フリーボード部の横断面形状を示す説明図である。 流動床底面からの高さと発塵強度との対応関係を示す説明図である。 流動床装置内の温度分布の一例を示すグラフである。 熱風温度と石炭温度（微粉炭温度及び粗粒炭温度）との対応関係を示すグラフである。

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。

＜１．石炭事前処理システムの全体構成＞
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。

本実施形態に係る石炭の事前処理システムは、コークス炉５０に装入する石炭の事前処理を行う設備である。この事前処理は、原料炭を事前に乾燥及び加熱することでコークス炉５０における乾留時間を短縮し、かつ、原料炭中の微粉炭を分級して塊成化することで微粉炭の発塵防止やキャリーオーバー現象を抑制するためのものである。

具体的には、図１に示すように、石炭の事前処理システムは、流動床装置１００と、熱風発生炉１１と、低温石炭捕集機１３と、高温石炭捕集機１５と、低温石炭供給部７１と、混練機３５と、塊成機３７と、を主に備える。

（流動床装置１００）
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。

乾燥室１２１では、乾燥用熱風１３１ａにより石炭Ｘ１を流動床Ｘ２１とすることで、石炭Ｘ１の乾燥を行う。乾燥室１２１からは、乾燥室排ガス１８１ａ及び石炭Ｘ４が排出される。乾燥室排ガス１８１ａの温度は、乾燥室１２１に供給される乾燥用熱風１３１ａの温度が最大となる場合に、９０〜１００℃となる。すなわち、本実施形態では、上記の条件が満たされるように、隔壁１１１の位置が決定される。

分級室１２２では、熱風１３２ａにより石炭Ｘ１を流動床Ｘ２２とすることで、石炭Ｘ１の分級を行う。分級室１２２からは、分級室排ガス１８２ａ及び石炭Ｘ５が排出される。石炭Ｘ４、Ｘ５は、分級点以下の石炭、例えば粒度が０．３ｍｍ以下の微粉炭となる。ただし、石炭Ｘ４は石炭Ｘ５よりも低温であり、水分を多く含む。本実施形態では、乾燥室排ガス１８１ａから石炭Ｘ４を回収し、分級室１２２のフリーボード部２１２内に供給する。これにより、石炭Ｘ５の温度を低下させることができる。具体的には、石炭Ｘ５の温度を１２０〜１７０℃に制御することができる。

また、流動床装置にて分級された石炭Ｘ３（すなわち、分級点より大きい石炭、例えば粒度が０．５ｍｍより大きい粗粒炭）は、流動床装置１００の石炭排出口１７０から排出され、コークス炉５０に搬送される。一方、流動床装置１００にて分級された石炭Ｘ５は、高温石炭捕集機１５により捕集され、混練機３５まで搬送される。混練機３５は、石炭Ｘ５とバインダとを混練することで混練物を作製する。塊成機３７は、混練物を塊成化することで、塊成炭を作製する。ここで、本実施形態では、石炭Ｘ５の温度が１２０〜１７０℃に制御されているので、強度の高い塊成炭を作製することができる。この結果、強度の高いコークスを作製することができる。塊成炭は、石炭Ｘ３と共にコークス炉５０に投入される。なお、石炭Ｘ３、Ｘ５の割合は、例えば、Ｘ３：Ｘ５＝７０質量％：３０質量％程度とされる。流動床装置１００の詳細な構成は後述する。

（熱風発生炉１１）
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。

この熱風発生炉１１は、熱風供給管３１１を介して、流動床装置１００のプレナム室１３０の下部に接続される。図２に示す例では、プレナム室１３０は、プレナム室１３１、１３２の２室に分割されており、熱風供給管３１１を分岐させて、各プレナム室１３１〜１３２のそれぞれに接続させている。また、各プレナム室１３１〜１３２のそれぞれに分岐して接続された熱風供給管３１１には、各プレナム室１３１〜１３２に対応して２つの熱風調節弁３１３ａ、３１３ｂが設けられている。これにより、各プレナム室１３１〜１３２に供給する乾燥用熱風１３１ａ、１３２ａの流量を独立して制御することができる。

さらに、プレナム室１３０に接続された熱風供給管３１１を分岐させ、この分岐された熱風供給管３１１を介して、熱風発生炉１１が、乾燥室１２１のフリーボード部２１１の上部に接続されるようにしてもよい。また、フリーボード部２１１の上部に連結された熱風供給管３１１には、熱風調節弁３１５が設けられていてもよい。この熱風調節弁３１５を調節することで、フリーボード部２１１に供給する熱風の量を制御することができる。これにより、乾燥室２１１から排出される石炭Ｘ４の温度を任意の温度に制御することができる。もちろん、フリーボード部２１１には熱風を投入しなくても良い。

また、熱風発生炉１１で発生させる熱風の温度は、流動床装置１００に供給された石炭の変質を防止するために、５００℃以下とすることが好ましく、４００℃以下とすることがより好ましい。また、石炭Ｘ３は、コークスの強度を向上させる観点からは、２００〜３５０℃に予熱された後にコークス炉５０に投入されることが好ましい。このような観点から、熱風発生炉１１で発生させる熱風の温度は、２００〜３５０℃程度でできる限り高いことが好ましい。

さらに、熱風発生炉１１で発生させる熱風には、上述したように空気が含まれているが、この熱風中の酸素濃度は、流動床装置１００に供給された石炭の発火を防止するという観点から、６体積％以下が好ましい。

また、熱風発生炉１１で燃料ガスを空気のみで上記残留酸素量を満足するように燃焼させると発生する燃焼排ガスの温度が高くなりすぎる。このような観点から、熱風発生炉１１では、流動床装置１００から発生した排ガスが用いられる。

（低温石炭捕集機１３、高温石炭捕集機１５）
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。

このような構成を有することにより、低温石炭捕集機１３には、乾燥室２１１から、乾燥室排気管３１７を通じて、乾燥室排ガス１８１ａ及び石炭Ｘ４が導入される。低温石炭捕集機１３は、乾燥室排ガス１８１ａから石炭Ｘ４を回収（捕集）するとともに、石炭回収後の乾燥室排ガス１８１ａを排出する。回収された石炭Ｘ４は、低温石炭供給部７１を通って分級室２２のフリーボード部２１２に供給される。

また、高温石炭捕集機１５には、分級室２１２から、分級室排気管３１９を通じて、分級室排ガス１８２ａ及び石炭Ｘ５が導入される。高温石炭捕集機１５は、分級室排ガス１８２ａから石炭Ｘ５を回収するとともに、石炭回収後の分級室排ガス１８２ａを排出する。回収された石炭Ｘ５は、混練機３５に搬送される。

これら低温石炭捕集機１３及び高温石炭捕集機１５としては、例えば、遠心力を利用して微粉を分離捕集するサイクロン（例えば、マルチクロン、マルチサイクロン）や、微粉を含むガスを濾布により濾過して微粉を分離捕集するバグフィルタ等を使用することができる。ここで、サイクロンでは捕集することが困難な微粉炭が循環する場合があるため、本実施形態に係る低温石炭捕集機１３及び高温石炭捕集機１５としては、バグフィルタの方がより好ましい。ただし、バグフィルタを使用する場合には、流動床装置１００から排出される排ガスの温度に留意して、適切な耐熱温度を有する材質のフィルタを選択する。

（低温石炭供給部７１）
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。

なお、低温石炭供給部７１が存在しない場合、石炭Ｘ５の温度は２００℃程度となってしまう。

また、乾燥室排ガス排出口１８１から排出された石炭Ｘ４及び乾燥室排ガス１８１ａと分級室排ガス排出口１８２から排出された石炭Ｘ５及び分級室排ガス１８２ａを混合した場合でも、石炭Ｘ５の温度は１２０〜１７０℃になりうる。しかし、混合排ガスの温度が乾燥室排ガス１８１ａよりも上昇してしまうので、熱効率が著しく損なわれる。したがって、この方法は熱効率の観点から好ましくない。これに対し、本実施形態では、低温石炭供給部７１が石炭Ｘ４のみをフリーボード部２１２に供給するので、各々の排ガスは独立して処理される。このため、熱効率はほとんど低下しない。

（排ガスの循環）
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。

また、高温石炭捕集機１５から排出された分級室排ガス１８２ａは、高温排ガス排気管３２５を通り、低温石炭捕集機１３から排出された乾燥室排ガス１８１ａの一部と混合される。そして、この混合排ガス（以下、「流動床循環ガス」とも称する。）は、流動床循環ガスブロワ２１により誘引されて熱風発生炉１１に戻される。なお、低温石炭捕集機１３から排出された乾燥室排ガス１８１ａの一部は、必ずしも前述のように高温排ガス排気管３２５内の分級室排ガス１８２ａと混合される必要はなく、例えば、分級室排気管３１９内の分級室排ガス１８２ａと混合されてもよい。この場合、混合後に熱風発生炉１１に戻される流動床循環ガスの温度は殆ど変わらず熱効率は変わらないが、高温石炭捕集機１５に入るガス温度を下げることができる。

高温石炭捕集機１５から排出する分級室排ガス１８２ａの量は、分級用熱風１３２ａとの関係で、高温排ガス調節弁３２７により調節されればよい。また、流動床循環ガスブロワ２１により熱風発生炉１１に戻す流動床循環ガスの量は、上述したように、熱風発生炉１１で発生させる熱風の所望の量や所望の酸素濃度に応じて、流動床循環ガス流量調節弁３２９により調節する。この流動床循環ガス流量調節弁３２９により調節された量の流動床循環ガスが、熱風発生炉１１と流動床循環ガスブロワ２１とを接続する流動床循環ガス供給管３３１により、熱風発生炉１１に供給される。

（混練機３５）
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。

ここで、塊成用のバインダとしては、例えば、一般的にタール及びタールを簡易蒸留して低温の揮発分を除去した残渣（例えば、軟化点７０℃以下のコールタール蒸留物である軟ピッチや、石油系ピッチで軟化点が７０℃以下と低く常温で液状のもの等）などが用いられる。これは、コークス炉５０での乾留の結果排出されたタール等を再利用できることや、製造されたコークスの品質が向上することなどの理由による。なお、軟化点の高い中ピッチ（軟化点７０〜８５℃）や硬ピッチ（軟化点８５℃以上）は、常温で固体のため、ハンドリング上好適でない。

（塊成機３７）
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。

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。

石炭Ｘ１は、例えば総質量に対して１０質量％前後程度の水分を含む。また、石炭Ｘ１は、例えば粒度が０．５ｍｍより大きい粗粒炭と粒度０．３ｍｍ以下の微粉炭とを含む。本実施形態での粒度は、例えば目開きの大きさが異なる篩を用いて測定される。例えば、目開きが０．３ｍｍの篩を用意し、測定対象の石炭をこの篩にかける。この篩に残留した石炭は、粒度が０．３ｍｍより大きく、篩から落ちた粉鉱石は粒度０．３ｍｍ以下となる。

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に流動化ガス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。

乾燥室１２１は、石炭Ｘ１を後述する乾燥用熱風１３１ａによって流動床Ｘ２１とする（すなわち流動化する）ことで石炭Ｘ１を乾燥させる。石炭Ｘ１は、好ましくは含水量が２〜５質量％となるまで乾燥室１２１で乾燥される。乾燥室１２１で石炭Ｘ１を含水量が２〜５質量％となるまで乾燥させることで、石炭Ｘ５の温度をより確実に１２０〜１７０℃とすることができ、かつ、石炭Ｘ１の分級精度を高めることができる。

すなわち、乾燥室１２１で石炭Ｘ１を含水量が２〜５質量％となるまで乾燥させることで、擬似粒子内で粗粒炭と微粉炭とを結着させている水分を飛ばすことができる。これにより、擬似粒子をより確実に粗粒炭と微粉炭とに分解することができる。この結果、流動床Ｘ２１内の微粉炭をより確実にフリーボード部２１１内に吹き飛ばすことができるので、石炭Ｘ４を増やすことができる。石炭Ｘ４は、石炭Ｘ５を冷却される冷却材となるので、石炭Ｘ４を増やすことで、石炭Ｘ５をより確実に冷却することができる。また、流動床Ｘ２１内の微粉炭が減少するので、分級精度が向上する。

乾燥室１２１は、流動床部２０１と、フリーボード部２１１と、目皿板１４１と、原料投入口１６０と、乾燥室排ガス排出口１８１とを備える。

流動床部２０１は、石炭Ｘ１の流動床Ｘ２１が形成される領域であり、流動床部２０１の底面が目皿板１４１となっている。目皿板１４１は、複数のノズル１４１ａを有する。ノズル１４１ａは、目皿板１４１を厚さ方向に貫通する穴である。乾燥用熱風１３１ａは、目皿板１４１のノズル１４１ａを通って流動床部２０１に導入される。ノズル１４１ａは、垂直方向に伸びていることが好ましい。これにより、乾燥用熱風１３１ａは、垂直方向に噴出するので、分級点以下の石炭をより確実にフリーボード部２１１に吹き飛ばすことができる。

そして、乾燥用熱風１３１ａは、流動床部２０１内の石炭Ｘ１を流動床Ｘ２１とする（すなわち流動化させる）ことで、石炭Ｘ１を乾燥させる。石炭Ｘ１を乾燥させた（すなわち石炭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の一部をフリーボード部２１１に吹き飛ばす。その後、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は乾燥室排ガス１８１ａと共に乾燥室排ガス排出口１８１から排出され、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。

したがって、乾燥室排ガス１８１ａには、石炭Ｘ４が含まれる。ここで、本実施形態では、乾燥室排ガス１８１ａの温度は、乾燥用熱風１３１ａの温度が最大となる場合に、９０〜１００℃となる。この条件が満たされる場合、石炭Ｘ４は、水分を多く含む。例えば、石炭Ｘ４は、含水量が５質量％よりも大きくなる。さらに、石炭Ｘ４の温度は９０℃以下となる。したがって、このような石炭Ｘ４を分級室１２２内のフリーボード部１２２に供給することで、石炭Ｘ５の温度を１２０〜１７０℃に制御することができる。

フリーボード部２１１は、流動床部２０１の上側の領域である。フリーボード部２１１の幅は、天井に近いほど広くなるように設計されている。また、フリーボード部２１１の高さは、後述するＴＤＨの０．６倍以上の高さに設計されていてもよい。これにより、分級精度がさらに向上する。詳細は後述する。原料投入口１６０は、流動床本体１２０の長さ方向の先端面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を介して乾燥室１２１内に投入される。乾燥室排ガス排出口１８１は、フリーボード部２１１の天井に設けられている。乾燥用熱風１３１ａはフリーボード部２１１内で上昇し、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。

ここで、石炭Ｘ４の粒度、すなわち乾燥室１２１における分級点は、分級室１２２における分級点よりも小さいことが好ましい。乾燥室１２１における分級点が分級室１２２における分級点以上となる場合、分級室１２２内の粗粒の割合が増加するので、分級精度が低下するからである。具体的には、フリーボード部２１１内の乾燥用熱風１３１ａの平均流速は、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いことが好ましい。ここで、フリーボード部２１１内の乾燥用熱風１３１ａの平均流速は、以下の式（２）で表される。

Ｕ_０１＝熱風量（ｍ^３／ｓ）÷乾燥室フリーボード面積（ｍ^２）・・・（２）

ここで、式（２）中、Ｕ_０１はフリーボード部２１１内の乾燥用熱風１３１ａの平均流速を示す。熱風量は、プレナム室１３１に導入される乾燥用熱風１３１ａの風量（単位時間あたりにプレナム室１３１に導入される乾燥用熱風１３１ａの体積）であり、乾燥室フリーボード面積は、フリーボード部２１１の平断面積である。したがって、風量一定の下で平均流速を調整するには、フリーボード部２１１の平断面積を調整すればよい。なお、式（２）は乾燥用熱風１３１ａの平均流速を算出する数式の一例であり、平均流速の算出方法は特に制限されない。例えば、乾燥用熱風１３１ａの平均流速は、流動床Ｘ２１からの蒸発水分を考慮して算出しても良い。フリーボード部２１２内の分級用熱風１３２ａの平均流速については後述する。ここで、フリーボード部２１１の高さをＴＤＨの０．６倍以上の高さに設計することで、乾燥室１２１における分級精度が向上するので、分級室１２２内の粗粒の割合をより確実に減少させることができる。

プレナム室１３１は、乾燥用熱風１３１ａが外部から導入される部分である。プレナム室１３１に導入された乾燥用熱風１３１ａは、目皿板１４１のノズル１４１ａを通って流動床部２０１に導入される。乾燥用熱風１３１ａの風量及び温度を乗じた値、すなわち投熱量は、石炭Ｘ１から除去される水分量に影響を与える。また、風量は、フリーボード部２１１内の乾燥用熱風１３１ａの平均流速に影響を与える。また、温度は、ノズル１４１ａから吹き出す乾燥用熱風１３１ａの流速に影響を与える。

したがって、乾燥用熱風１３１ａの風量及び温度は、少なくとも以下の（１ａ）、（２ａ）の条件が満たされるように決定される。さらに（３ａ）、（４ａ）の条件が満たされることが好ましい。
（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（ｍ^３／ｓ）を目皿板１４１の面積（ｍ^２）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。

ここで、後述するように、フリーボード部２１１、２１２の平断面積は、フリーボード部２１１内の平断面によって異なりうる。したがって、乾燥用熱風１３１ａ、分級用熱風１３２ａの平均流速もフリーボード部２１１、２１２内で変動する。したがって、（４ａ）の条件は、より詳細には、「乾燥用熱風１３１ａの平均流速の最小値が分級用熱風１３２ａの平均流速の最小値より小さくなる」こととなる。なお、フリーボード部２１１の平断面積がフリーボード部２１１の平断面によって異なる場合には、フリーボード部２１１内の乾燥用熱風１３１ａの平均流速の最小値が分級点の石炭Ｘ１の終端速度と同程度もしくは小さくなればよい。

乾燥室１２１では、以下の処理が行われる。まず、ホッパ１６５は、原料投入口１６０から石炭Ｘ１を乾燥室１２１内に導入する。なお、石炭Ｘ１は、継続して導入される。一方、プレナム室１３１には、乾燥用熱風１３１ａが導入される。乾燥用熱風１３１ａの風量及び温度は、上記条件（１ａ）、（２ａ）好ましくはさらに（３ａ）、（４ａ）の条件が満たされるように設定される。

乾燥用熱風１３１ａは、目皿板１４１のノズル１４１ａを通って流動床部２０１内の石炭Ｘ１に導入される。これにより、石炭Ｘ１は流動床Ｘ２１とされ、乾燥される。乾燥後の石炭Ｘ１は、乾燥石炭排出口１１２を通って分級室１２２に導入される。石炭Ｘ１の含水量は、石炭Ｘ１が乾燥石炭排出口１１２を通る際に、２〜５質量％とされることが好ましい。以下、石炭Ｘ１が乾燥石炭排出口１１２を通過する際の石炭Ｘ１の含水量を「石炭Ｘ１の境界水分量」とも称する。本実施形態では、石炭Ｘ１の境界水分量が２〜５質量％となることが好ましい。

さらに、乾燥用熱風１３１ａは、石炭Ｘ１の一部をフリーボード部２１１内に吹き飛ばす。そして、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。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。吹き飛ばされた石炭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。吹き飛ばされた石炭Ｘ１のうち、分級用より大きい石炭Ｘ１は、流動床Ｘ２１に沈降する。以上の処理により、石炭Ｘ１が乾燥及び分級される。

分級室１２２は、石炭Ｘ１を分級用熱風１３２ａによって流動床Ｘ２２とする（すなわち流動化する）ことで石炭Ｘ１を分級する。すなわち、分級室１２２は、所望の分級点より大きい石炭Ｘ１を流動床Ｘ２２に残し、分級点以下の石炭Ｘ５を分級室排ガス排出口１８２から分級室排ガス１８２ａと共に排出する。分級点は石炭Ｘ１の粒度を示すパラメータである。分級点が小さすぎると、分級室排ガス排出口１８２から排出された石炭Ｘ１を塊成しにくくなり、分級点が大きすぎると、塊成炭がもろくなる。そこで、分級点は、例えば０．５ｍｍ±０．０５ｍｍに設定される。

分級室１２２は、流動床部２０２と、フリーボード部２１２と、目皿板１４２と、石炭排出口１７０と、分級室排ガス排出口１８２とを備える。

流動床部２０２は、石炭Ｘ１の流動床Ｘ２２が形成される領域であり、流動床部２０２の底面が目皿板１４２となっている。目皿板１４２は、複数のノズル１４２ａを有する。ノズル１４２ａは、目皿板１４２を厚さ方向に貫通する穴である。ノズル１４２ａは、垂直方向に伸びていることが好ましい。これにより、分級用熱風１３２ａは、垂直方向に噴出するので、分級点以下の石炭をより確実にフリーボード部２１２に吹き飛ばすことができる。特に、本実施形態では、石炭Ｘ４がフリーボード部２１２内に供給されるので、この石炭Ｘ４が流動床Ｘ２２に沈降する場合がある。この場合、石炭Ｘ４を再度フリーボード部２１２に吹き飛ばす必要がある。ノズル１４２ａを垂直方向に伸びる形状とした場合、分級用熱風１３２ａは、垂直方向に噴出するので、石炭Ｘ４をより迅速かつ確実にフリーボード部２１２に吹き飛ばすことができる。

分級用熱風１３２ａは、目皿板１４２のノズル１４２ａを通って流動床部２０２に導入される。そして、分級用熱風１３２ａは、流動床部２０２内の石炭Ｘ１を流動床Ｘ２２とする（すなわち流動化させる）ことで、石炭Ｘ１を分級する。すなわち、分級用熱風１３２ａは、石炭Ｘ１の一部をフリーボード部２１２内に吹き飛ばす。分級用熱風１３２ａは、フリーボード部２１２に導入される。分級用熱風１３２ａは、フリーボード部２１２内を上昇し、分級室排ガス排出口１８２から分級室排ガス１８２ａとして排出される。フリーボード部２１２内の石炭Ｘ１のうち、分級点以下の石炭Ｘ５は分級室排ガス１８２ａと共に分級室排ガス排出口１８２から排出され、分級点より粒度が大きい石炭Ｘ１は流動床Ｘ２２に沈降する。これにより、石炭Ｘ１が分級される。

フリーボード部２１２は、流動床部２０２の上側の領域である。フリーボード部２１２の幅は、天井に近いほど広くなるように設計されていてもよい。また、フリーボード部２１２の高さは、後述するＴＤＨの０．６倍以上の高さに設計されていてもよい。これにより、分級精度がさらに向上する。さらに、フリーボード部２１２には、乾燥室排ガス１８１ａから回収された石炭Ｘ４が供給される。これにより、フリーボード部２１２内の石炭Ｘ５が冷却される。詳細は後述する。

石炭排出口１７０は、流動床本体１２０の長さ方向の後端面１２０ｂに設けられる。分級後の石炭Ｘ３は、石炭排出口１７０から流動床装置１００の外部に排出される。分級室排ガス排出口１８２は、フリーボード部２１２の天井に設けられている。分級用熱風１３２ａ及び分級点以下の石炭Ｘ１はフリーボード部２１２内で上昇し、分級室排ガス排出口１８２から排出される。

プレナム室１３２は、分級用熱風１３２ａが外部から導入される部分である。プレナム室１３２に導入された分級用熱風１３２ａは、目皿板１４２のノズル１４２ａを通って流動床部２０２に導入される。分級用熱風１３２ａは、石炭Ｘ１を流動床Ｘ２２とすることで、擬似粒子を分解し、かつ、石炭Ｘ１の一部をフリーボード部２１２内に吹き飛ばす。流動床Ｘ２２を通過した分級用熱風１３２ａは、フリーボード部２１２内に導入される。分級用熱風１３２ａは、フリーボード部２１２内を上昇し、分級室排ガス排出口１８２から分級室排ガス１８２ａとして排出される。フリーボード部２１２内の石炭Ｘ１のうち、分級点以下の石炭Ｘ５は分級室排ガス１８２ａと共に分級室排ガス排出口１８２から排出される。さらに、石炭Ｘ５は、石炭Ｘ４によって１２０〜１７０℃となるまで冷却される。石炭Ｘ４は、石炭Ｘ５の一部として分級室排ガス排出口１８２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Ｘ２２に沈降する。

ここで、分級用熱風１３２ａの風量（単位時間あたりにプレナム室１３２に導入される分級用熱風１３２ａの体積）は、フリーボード部２１２内の分級用熱風１３２ａの平均流速に影響を与える。また、温度は、ノズル１４２ａから吹き出す分級用熱風１３２ａの流速に影響を与える。

したがって、分級用熱風１３２ａの風量及び温度は、少なくとも以下の（１ｂ）、（２ｂ）の条件が満たされるように決定される。
（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（ｍ^３／ｓ）を目皿板１４２の面積（ｍ^２）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。

Ｕ_０２＝熱風量（ｍ^３／ｓ）÷分級室フリーボード面積（ｍ^２）・・・（３）

ここで、式（３）中、Ｕ_０２はフリーボード部２１２内の分級用熱風１３２ａの平均流速を示す。熱風量は、プレナム室１３２に導入される分級用熱風１３２ａの風量であり、分級室フリーボード面積は、フリーボード部２１２の平断面積である。したがって、風量一定の下で平均流速を調整するには、フリーボード部２１２の平断面積を調整すればよい。なお、フリーボード部２１２の平断面積がフリーボード部２１２の平断面によって異なる場合には、フリーボード部２１２内の分級用熱風１３２ａの平均流速の最小値が分級点の石炭Ｘ１の終端速度と同程度もしくは小さくなればよい。乾燥用熱風１３１ａの風量及び温度と、分級用熱風１３２ａの風量及び温度とは、個別に制御されてもよく、一括で制御されてもよい。後者の場合、同じ流動化ガスがプレナム室１３１、１３２に分割されて供給されることになる。また、式（３）は分級用熱風１３２ａの平均流速を算出する数式の一例であり、平均流速の算出方法は特に制限されない。例えば、分級用熱風１３２ａの平均流速は、流動床Ｘ２１からの蒸発水分を考慮して算出しても良い。

分級室１２２では、以下の処理が行われる。まず、分級室１２２内に、乾燥後の石炭Ｘ１、好ましくは含水量２〜５質量％の石炭Ｘ１が導入される。なお、石炭Ｘ１は、継続して導入される。一方、プレナム室１３２には、分級用熱風１３２ａが導入される。分級用熱風１３２ａの風量及び温度は、上記条件（１ｂ）、（２ｂ）が満たされるように設定される。

分級用熱風１３２ａは、目皿板１４２のノズル１４２ａを通って流動床部２０２内の石炭Ｘ１に導入される。これにより、石炭Ｘ１は流動床Ｘ２２とされる。流動床Ｘ２２を通った分級用熱風１３２ａは、フリーボード部２１２に導入される。分級用熱風１３２ａは、フリーボード部２１２内を上昇し、分級室排ガス排出口１８２から排出される。

流動床Ｘ２２内では、擬似粒子がもみ洗いされることで複数の粒子に分解される。流動床Ｘ２２内の石炭Ｘ１の一部は、分級用熱風１３２ａによって流動床Ｘ２２からフリーボード部２１２内に吹き飛ばされる。フリーボード部２１２内の石炭Ｘ１のうち、分級点以下の石炭Ｘ５は分級室排ガス１８２ａと共に分級室排ガス排出口１８２から排出される。ここで、フリーボード部２１２内の石炭Ｘ５は、フリーボード部２１２に供給された石炭Ｘ４によって冷却される。石炭Ｘ５の温度は、１２０〜１７０℃とされる。一方、分級点より粒度が大きい石炭Ｘ１は流動床Ｘ２２に沈降する。これにより、石炭Ｘ１が分級される。

乾燥及び分級が行われた石炭Ｘ３は、石炭排出口１７０から外部に排出される。分級室排ガス排出口１８２から排出された石炭Ｘ５は、高温石炭捕集機１５によって回収され、混練機３５に搬送される。なお、隔壁１１１、１３５は複数設けてもよい。この場合、流動床本体１２０及びプレナム室１３０は３つ以上の領域に分割される。これらの領域のうち、先端面１２０ａ側の一または複数の領域を乾燥室１２１とし、後端面１２０ｂ側の一または複数の領域を分級室１２２とすればよい。排ガス排出口は、領域ごとに設けられる。
＜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。

第１のフリーボード部２１２ａは、流動床部２０２の上側に形成される。第１のフリーボード部２１２ａ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。第１のフリーボード部２１２ａの側壁と水平面とのなす角θは、朝顔角とも称され、その値は６５±５°であることが好ましい。なお、流動床部２０２の幅Ｗ_０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２１２ｂは、第１のフリーボード部２１２ａの上側に形成される。第２のフリーボード部２１２ｂ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３のフリーボード部２１２ｃは、第２のフリーボード部２１０ｂの上側に形成される。第３のフリーボード部２１２ｃ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２１２ｃが設けられる場合、フリーボード部２１２内で分級用熱風１３２ａがより円滑に流動する。第３のフリーボード部２１２ｃ上に分級室排ガス排出口１８２が設けられる。なお、第３のフリーボード部２１２ｃはなくてもよい。この場合、第２のフリーボード部２１２ｂの上端面に水平の天井が形成され、この天井に分級室排ガス排出口１８２が形成される。

フリーボード部２１２の高さＨは、流動床部２０２の底面（すなわち目皿板１４２の表面）から第３のフリーボード部２１２ｃの上端面（第３のフリーボード部２１２ｃが存在しない場合には第２のフリーボード部２１２ｂの上端面）までの距離として定義される。

そして、フリーボード部２１２の高さは、以下の式（１）で示されるＴＤＨ（ｍ）の０．６倍以上となることが好ましい。

式（１）中、Ｗ_０は流動床部２０２の幅（ｍ）であり、Ｕ_０はフリーボード平均流速（分級用熱風１３２ａの第２のフリーボード部２１２ｂ内の平均流速）（ｍ／ｓ）である。ここで、フリーボード部２１２を上記のように設計したのは以下の理由による。

フリーボード部２１２内の各領域の発塵強度は、流動床部２０２の底面から各領域までの高さが大きいほど小さくなることが知られている（例えば、「Ｚｅｎｚ， Ｆ． Ａ． ａｎｄ Ｎ． Ａ． Ｗｅｉｌ： ＡＩＣｈＥ Ｊ．， ４， ４７２（１９５８）」、「Ｈｏｒｉｏ， Ｈ．， Ｔ．Ｓｈｉｂａｔａ ａｎｄ Ｉ．Ｍｕｃｈｉ： ’Ｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎ’， ｅｄ． ｂｙ Ｋｕｎｉｉ ａｎｄ Ｔｏｅｉ， ｐ．３０７， Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ（１９８４）．」参照）。本発明者は、フリーボード部２１２内の各領域の発塵強度と、流動床部２０２の底面から各領域までの高さとの対応関係についてさらに検討した。この結果、本発明者は、図３に示すように、流動床部２０２の底面からの高さがＴＤＨ×０．６（ｍ）以上となる領域では、発塵強度が一定かつ最小となることを見出した。

したがって、分級点以下の石炭Ｘ５が流動床Ｘ２２からフリーボード部２１２に吹き飛ばされるが、分級点より大きい石炭Ｘ１も流動床Ｘ２２から吹き飛ばされる。ここで、フリーボード部２１２内の分級用熱風１３２ａの平均流速の最小値（すなわち、第２のフリーボード部内の分級用熱風１３２ａの平均流速）は、分級点の石炭Ｘ１の終端速度と同程度もしくは小さくなるように設定されるので、分級点より大きい石炭Ｘ１は、流動床Ｘ２２に沈降する。

しかし、フリーボード部２１２の高さが十分でないと、分級点より大きい石炭Ｘ１は、流動床Ｘ２２に沈降する前に分級室排ガス排出口１８２から排出される可能性がある。一方、流動床部２０２の底面からの高さがＴＤＨ×０．６（ｍ）以上となる領域では、発塵強度が一定になる。したがって、流動床部２０２の底面からの高さがＴＤＨ×０．６（ｍ）以上となる領域では、分級点以下の石炭Ｘ５が流動しており、分級点より大きい石炭Ｘ１はほとんど存在しないこととなる。以上の理由により、フリーボード部２１２の高さはＴＤＨの０．６倍以上となることが好ましい。同様の理由により、フリーボード部２１１の高さもＴＤＨの０．６倍以上となることが好ましい。なお、フリーボード部２１１に対するＴＤＨも数式（１）と同様の数式により算出されるが、式（１）中、Ｗ_０は流動床部２０１の幅（ｍ）となり、Ｕ_０はフリーボード平均流速（乾燥用熱風１３１ａの第２のフリーボード部内の平均流速）（ｍ／ｓ）となる。

また、フリーボード部２１２の側面には、低温石炭供給部７１が接続される。低温石炭供給部７１とフリーボード２１２との接続口７１ａの位置は、流動床Ｘ２２の上方に配置されればよい。接続口７１を流動床Ｘ２２の側面に設けると、石炭Ｘ４が流動床Ｘ２２、特に分級用熱風１３２ａによって加熱されるので、石炭Ｘ４による冷却効果が低減してしまうからである。他の理由として、石炭Ｘ１の加熱効率の低下、石炭Ｘ１中の微粉炭の割合の増加（すなわち分級効率の低下）といったことが挙げられる。接続口７１ａ（の中心点）から流動床部２０２の底面までの高さＨ１は、流動床Ｘ２２静止高さＨ２の３倍以上であることが好ましい。これにより、石炭Ｘ５の温度をより確実に１２０〜１７０℃に制御することができる。

なお、接続口７１ａの流動床長手方向の位置は特に問われない。長手方向の位置がどこであっても、石炭Ｘ４はフリーボード部２１２中で石炭Ｘ５と混ざり合い、石炭Ｘ５を冷却することができるからである。ただし、フリーボード部２１２の後方（後端面１２０ｂ側）で流動する分級用熱風１３２ａ及び石炭Ｘ５は他の位置で流動するものよりも高温となる傾向が大きいので、接続口７１ａは、フリーボード部２１２のなるべく後方に設けることが好ましい。ただし、石炭Ｘ４が流動床Ｘ２２内に沈降した場合、石炭Ｘ４が再度フリーボード部２１２に吹き飛ばされる（流動床Ｘ２２内でもみ洗いされて吹き飛ばされる）時間を確保する必要がある。そこで、接続口７１ａは、当該時間（例えば０．５分）が確保できる位置に設けられることが好ましい。

さらに、接続口７１ａは、石炭排出口１７０の直上の位置ではないことが好ましい。接続口７１ａがこの位置に存在する場合、石炭Ｘ４（主に微粉炭で構成される）が石炭Ｘ３に混入する可能性があるからである。石炭Ｘ４が石炭Ｘ３に混入した場合、分級効率が低下する。なお、接続口７１ａは、分級室１２２が複数の領域に分割される場合、もっとも後端面１２０ｂに近い領域に設けられることが好ましい。この領域内の石炭Ｘ５の温度が最も高くなるからである。

＜４．乾燥室排ガスの温度を９０〜１００℃とした理由＞
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。

図４は、流動床装置１００内の温度分布の一例を示すグラフである。グラフＬ１、Ｌ１’は、流動床長手方向位置、すなわち流動床装置１００の先端面１２０ａからの距離と、排ガス温度との対応関係を示す。グラフＬ２、Ｌ２’は、流動床長手方向位置と、石炭Ｘ１の温度との関係を示す。グラフＬ３は、流動床長手方向位置と、熱風温度との関係を示す。また、排ガス温度はフリーボード部（フリーボード部２１１、２１２を合わせた領域）の流動床長手方向に複数の温度計を設置することで測定した。また、石炭Ｘ１の温度は、流動床部（流動床部２０１、２０２を合わせた領域）の流動床長手方向に複数の温度計を設置することで測定した。熱風温度は、熱風供給管３１１に温度計を設けることで測定した。

グラフＬ１、Ｌ２は、熱風温度が最大となる場合に測定されたものであり、グラフＬ１’、Ｌ２’は、熱風温度を最大値よりも低くした場合に測定されたものである。グラフＬ３は、熱風温度の最大値を示す。

図４に示すように、原料炭（石炭）の供給側に近いところ、すなわち、流動床長手方向位置が０［ｍ］に近いところでは、石炭Ｘ１の温度が排ガスの露点以上に加熱されていないために、石炭Ｘ１中の水分は全く蒸発せずに、石炭Ｘ１の乾燥は行われない。従って、熱風発生炉１１から供給される熱風の熱は、流動床装置１００内で流動している石炭の加熱にのみ使われるため、石炭温度が上昇していく。同様に、排ガス温度も上昇していく。

次に、石炭温度が排ガスの露点温度に到達すると、流動床装置１００に供給された熱風から与えられる熱量は全て石炭中の水分の蒸発に用いられ、石炭温度が上昇しない恒率乾燥領域に入る。恒率乾燥領域では、石炭Ｘ１に含まれる水分のうち、石炭Ｘ１の表面に存在する水分がまず蒸発する。すなわち、水分が熱風に移動する。表面に水分が存在する間は、石炭Ｘ１の表面の水分が熱風に移動する速度が律速し、石炭Ｘ１の表面の水分は、一定の速度（一定の減少率）で減少（蒸発）する。石炭Ｘ１が恒率乾燥領域内に存在する場合、石炭温度は７０〜８０℃程度で一定となる。また、排ガス温度も９０〜１００℃で一定となる。したがって、排ガス温度が９０〜１００℃となる場合、石炭Ｘ１には、表面水を含め、多くの水分が残っている。具体的には、石炭Ｘ１は、水分を４質量％以上含む。恒率乾燥域では、石炭擬似粒子は表面水の存在により形態が保持される。なお、石炭Ｘ１の含水量は、石炭Ｘ１をサンプリングすることで測定可能である。

さらに、石炭中の水分の含有率が４質量％未満程度となると、減率乾燥領域となる。ここでは、石炭が熱風から与えられる熱量のうちの一部が石炭中の水分の乾燥に使用され、残りは石炭表面の加熱に用いられるようになるため、石炭温度が再び上昇するようになる。減率乾燥領域では、石炭Ｘ１の表面には水分がほとんど存在しなくなる。したがって、石炭Ｘ１が加熱されると、石炭Ｘ１の内部に存在する水分が表面に移動し、表面に到達した水分が蒸発する。このように、水分が蒸発するために石炭粒子内部の拡散が律速となる。このため、含水量の減少率が低下する。この減率乾燥域では、石炭擬似粒子の結合を保持している水が失われるので、石炭擬似粒子はそれを構成する石炭粒子に分解していく。

このように、恒率乾燥領域内では、石炭温度は７０〜８０℃程度となり、石炭Ｘ１は多くの水分を含む。したがって、恒率乾燥領域を乾燥室１２１に含めることで、低温かつ含水量の多い石炭Ｘ４を回収することができる。そして、恒率乾燥領域内では、排ガス温度は９０〜１００℃となる。したがって、恒率乾燥領域内に隔壁１１１を設置することで、恒率乾燥領域を乾燥室１２１に含めることができる。この場合、乾燥室排ガス１８１ａの温度は９０〜１００℃となる。乾燥室排ガス１８１ａの温度は、乾燥室排ガス排出口１８１に温度計を設置することで測定可能である。言い換えれば、乾燥室排ガス１８１ａの温度が９０〜１００℃となるように隔壁１１１を設定すれば、恒率乾燥領域を乾燥室１２１に含めることができる。なお、乾燥室排ガス１８１ａの温度が９０〜１００℃となる範囲であれば、乾燥室１２１に減率乾燥領域が含まれていてもよい。

ただし、グラフＬ１、Ｌ１’、Ｌ２、Ｌ２’が示すように、恒率乾燥領域の長さは、熱風温度に応じて異なる。具体的には、恒率乾燥領域の開始点はほとんど変わらないが、熱風温度が低くなるほど、恒率乾燥領域が長くなる。このため、最大値よりも低い熱風温度に対応する恒率乾燥領域を参照して隔壁１１１を設置した場合、熱風温度の上昇に伴って乾燥室排ガス１８１ａの温度が１００℃を超えてしまう場合がある。この場合、乾燥室１２１内に占める減率乾燥領域の割合が高くなっている。この場合、石炭Ｘ４の温度も上昇し、含水量も減少するため、冷却効果が低くなる。

しかし、熱風温度が最大となる場合に乾燥室排ガス１８１ａの温度が９０〜１００℃となるように隔壁１１１を設置すれば、熱風温度が変わっても、乾燥室排ガス１８１ａの温度を９０〜１００℃に維持することができる。具体的には、恒率乾燥領域内に隔壁１１１を設置した場合、熱風温度が変わっても、乾燥室１２１内に減率乾燥領域が含まれない。また、仮に乾燥室１２１に減率乾燥領域が含まれるように隔壁１１１を設置しても、熱風温度の変化によって乾燥室１２１内に占める減率乾燥領域が減少するだけである。したがって、熱風温度が変わっても、乾燥室排ガス１８１ａの温度を９０〜１００℃に維持することができる。以上の理由により、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場合に９０〜１００℃とした。

＜５．境界水分量が２〜５質量％とすることが好ましい理由＞
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。

なお、流動床本体１２０に投入する石炭Ｘ１の含水量が変動すると、上述したグラフＬ１、Ｌ２も変動する。すなわち、恒率乾燥域と減率乾燥域との境界も変動する。この場合、乾燥室排ガス１８１ａの温度が９０〜１００℃となり、かつ、境界水分量が２〜５質量％となる隔壁１１１の位置も変動する。

したがって、石炭Ｘ１の含水量が変動した場合には、隔壁の位置を調整すれば良いが、乾燥室１２１への投熱量を調整することで、乾燥室排ガス１８１ａの温度を９０〜１００℃とし、かつ、境界水分量が２〜５質量％としてもよい。ここで、乾燥室１２１への投熱量は、乾燥用熱風１３１ａの風量に温度を乗じた値である。したがって、乾燥室１２１への投熱量を調整するためには、プレナム室１３１に導入する乾燥用熱風１３１ａの風量及び温度のうち、少なくとも一方を調整すればよい。なお、乾燥用熱風１３１ａと分級用熱風１３２ａとを一括で制御する場合において、乾燥用熱風１３１ａの風量を落とすと、分級室１２２で流動床Ｘ２２が形成されなくなる可能性があるので、温度で投熱量を調整することが好ましい。

＜６．流動床装置を使用した石炭の乾燥分級方法＞
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。

したがって、乾燥室排ガス１８１ａには、石炭Ｘ４が含まれる。ここで、本実施形態では、乾燥室排ガス１８１ａの温度は、乾燥用熱風１３１ａの温度が最大となる場合に、９０〜１００℃となる。乾燥室排ガス１８１ａは、石炭Ｘ４と共に乾燥室排ガス排出口１８１から排出され、低温石炭捕集機１３に導入される。低温石炭捕集機１３は、乾燥室排ガス１８１ａから石炭Ｘ４を回収する。回収された石炭Ｘ４は、低温石炭供給部７１を通って分級室１２２のフリーボード部２１２に供給される。

乾燥された石炭Ｘ１は、乾燥石炭排出口１１２を通って分級室１２２に導入される。ここで、石炭Ｘ１の境界水分量は、２〜５質量％であることが好ましい。分級室１２２では、石炭Ｘ１を分級用熱風１３２ａによって流動床Ｘ２２とすることで、石炭Ｘ１の一部をフリーボード部２１２に吹き飛ばす。その後、分級用熱風１３２ａは、フリーボード部２１２に導入される。分級用熱風１３２ａは、フリーボード部２１２内を上昇し、分級室排ガス排出口１８２から分級室排ガス１８２ａとして排出される。吹き飛ばされた石炭Ｘ１のうち、分級点以下の石炭Ｘ５は、分級用熱風１３２ａとともにフリーボード部２１２内を上昇する。そして、フリーボード部２１２内の石炭Ｘ５は、フリーボード部２１２に供給された石炭Ｘ４によって１２０〜１７０℃まで冷却される。その後、石炭Ｘ５は、分級室排ガス１８２ａとともに分級室排ガス排出口１８２から外部に排出される。石炭Ｘ４は、石炭Ｘ５の一部として分級室排ガス排出口１８２から排出される。これにより、石炭Ｘ１が分級される。

乾燥及び分級が行われた石炭Ｘ３は、石炭排出口１７０から外部に排出される。その後、石炭Ｘ３は、コークス炉５０に搬送される。一方、分級室排ガス排出口１８２から排出された石炭Ｘ５は、高温石炭捕集機１５によって回収され、混練機３５に搬送される。混練機３５は、石炭Ｘ５とバインダとを混練することで混練物を作製する。塊成機３７は、混練物を塊成化することで、塊成炭を作製する。ここで、石炭Ｘ５の温度は１２０〜１７０℃に制御されているので、塊成機３７は強度の高い塊成炭を作製することができる。塊成炭は、石炭Ｘ５とともにコークス炉５０に搬送される。

＜７．変形例＞
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。

次に、上述した実施形態によって石炭Ｘ５の温度が１２０〜１７０℃に制御されることを確認するために、以下の実施例を行った。この実施例では、流動床本体１２０及びプレナム室１３０を隔壁１１１によって乾燥室１２１及び分級室１２２に分割した。第１のフリーボード部２１２ａの朝顔角は６８（°）とした。また、フリーボード部２１２の高さＨは５．９（ｍ）、ＴＤＨは７．２（ｍ）とした。したがって、フリーボード部２１２の高さはＴＤＨの０．８倍となる。また、フリーボード部２１１の形状はフリーボード部２１２と同一とした。

また、接続口７１ａをフリーボード部２１２の側面に設けた。接続口７１ａの位置は、石炭排出口１７０の直上の位置とは異なる位置とした。また、接続口７１ａから流動床部２０２の底面までの高さＨ１は、流動床Ｘ２２静止高さＨ２の３倍とした。また、目皿板１４１、１４２のノズル１４１ａ、１４２ａは、垂直方向に伸びるように設計した。

そして、上記の流動床装置１００を用いて、含水量が９〜１３質量％である原料炭を乾燥及び分級した。処理量は１２０〜１６１ｄｒｙ−ｔ／ｈとした。また、乾燥室１２１の分級点を０．４ｍｍ、分級室１２２における分級点を０．５ｍｍとした。また、熱風温度が最大（本実施例では３３０℃）となる場合に乾燥室排ガス温度が９０〜１００℃となり、かつ、境界水分量が２質量％となるように、乾燥室１２１への投熱量を調製した。なお、境界水分量は、乾燥石炭排出口１１２内に存在する石炭Ｘ１をサンプリングすることで測定し、乾燥室排ガス温度は、乾燥室排ガス排出口１８１に温度計を設置することで測定した。そして、熱風温度（乾燥用熱風１３１ａの温度、分級用熱風１３２ａの温度）を２２０〜３２０℃の範囲で変更しながら原料炭の乾燥、分級を行った。

上記処理に並行して、石炭Ｘ３、Ｘ５の温度を測定した。石炭Ｘ３の温度の測定は、石炭排出口１７０を通過する石炭Ｘ３をサンプリングすることで行った。石炭Ｘ５の温度の測定は、混練機３５に投入される直前の石炭Ｘ５をサンプリングすることで測定した。その結果を図５に示す。図５の「微粉炭温度」は石炭Ｘ５の温度を示し、「粗粒炭温度」は石炭Ｘ３の温度を示す。図５からも明らかな通り、熱風温度を変更しても石炭Ｘ５の温度は１２０〜１７０℃の範囲内（領域Ａで示される範囲）に収まっていることがわかる。なお、境界水分量を５質量％として同様の処理を行ったが、ほぼ同様の結果が得られた。また、境界水分量を１質量％として同様の処理を行ったところ、石炭Ｘ５の温度は全体的に上昇する傾向にあったが、石炭Ｘ５の温度は１２０〜１７０℃の範囲内に収まっていた。同様に、境界水分量を６質量％として同様の処理を行ったところ、石炭Ｘ５の温度は全体的に上昇する傾向にあったが、石炭Ｘ５の温度は１２０〜１７０℃の範囲内に収まっていた。

したがって、上記の実施形態の構成によって石炭Ｘ５の温度を１２０〜１７０℃に制御できることが確認できた。

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。

１１ 熱風発生炉
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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 前記乾燥室フリーボード部の高さは、以下の式（１）で示される搬送解放高さＴＤＨの０．６倍以上であることを特徴とする、請求項６記載の流動床装置。
   

   

   式（１）中、Ｗ_０は前記乾燥室内の流動床の幅であり、Ｕ_０は前記乾燥室フリーボード部内を流動するガスの平均流速である。
8. 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。
9. 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。
   

Images