JP2016153492A - コークス用石炭乾燥装置および乾燥方法 - Google Patents

Abstract

【課題】石炭の乾燥効率を向上させ、石炭乾燥過程で発生する微粉の分級効率を向上させるコークス用石炭乾燥装置の提供。【解決手段】石炭に熱風を噴射して流動層を形成させて石炭を乾燥する流動層乾燥機１０，１１と、石炭を投入する石炭供給部２０と、熱風を供給する熱風供給部３０，３１と、微粉炭を補集するサイクロン５０及びバックフィルタ５２と、を含み、乾燥機１０，１１が２つ以上備えられて順次に連結され、石炭が乾燥機１０，１１を順に経て乾燥する構造であり、流動層乾燥機１０，１１は、石炭を流動化させて乾燥して分級する第１乾燥機１０と、第１乾燥機１０に連結され、第１乾燥機１０を経た石炭を流動化させて乾燥して分級する第２乾燥機１１とを含み、熱風供給部３０，３１は、各乾燥機１０，１１に夫々別途に備えられ、個別に熱風を各乾燥機１０，１１に供給する構造であるコークス用石炭乾燥装置。【選択図】図１

Description

本発明は、コークス製造のためにコークス炉に装入される石炭を乾燥する技術に関するものである。より詳細には、本発明は、石炭の乾燥効率を向上させることができるコークス用石炭乾燥装置および乾燥方法に関するものである。

世界的な粗鋼生産量の急激な増加により、鉄鉱石および冶金用コークス製造のための石炭の需要が増加している。これにより、石炭の価格急騰と良質の粘結炭に対する枯渇の恐れおよび確保に対する困難性がますます大きくなっている。このような環境下で冶金用コークスの製造に使用される石炭を多様化し、粘結力の弱い微粘結炭の使用比を増加させるための様々な技術が開発適用されている。

このうち、石炭の前処理技術として、コークス炉に装入される石炭の水分を低減する乾燥技術が主に活用されている。石炭の水分乾燥には、乾燥効率に優れた流動層乾燥機が主に利用されている。流動層乾燥機の内部において、石炭は熱風によって流動化しながら乾燥する。

図１４は、従来の流動層乾燥機を用いた石炭の乾燥構造を示している。従来は、石炭乾燥のために、水平に配置された、幅が狭くて長さの長い構造の流動層乾燥機１００が用いられる。流動層乾燥機１００の下部から石炭乾燥のための熱風が供給される。これにより、石炭は、流動層乾燥機の一側先端に投入され、水平方向に移動しながら流動化過程を経て乾燥する。そして、乾燥した粗粒の石炭は流動層乾燥機の他側先端から排出され、石炭乾燥過程で発生する微粉炭は乾燥石炭から分級されて上部に排出される。前記分級された微粉炭は、成形設備１１０で一定の形態に成形される。成形された微粉炭は、流動層乾燥機１００で乾燥した粗粒炭と混合された後、コークス炉内に供給されてコークスとして製造される。

しかし、前記従来の構造は、流動層乾燥機に沿って熱風が分散投入されるため、水分を多く含有している高水分の石炭が流動層乾燥機に投入された時、流動層乾燥機の供給位置において石炭の流動層がきちんと形成されない問題があった。このため、石炭の流動化による乾燥作業が円滑に行われなくなる。

また、前記従来の構造は、１つの流動層乾燥機内で石炭の乾燥と分級が行われるため、分級効率が低下する。特に、乾燥した石炭が排出される地点で集中的に微粉炭の分級が行われ、微粉炭の分級効率が良くない問題があった。

さらに、前記従来の構造は、流動層乾燥機の石炭供給位置から石炭排出位置のすべてに同じ温度の熱風が供給されるため、石炭の乾燥効率およびエネルギー効率が低下してしまった。つまり、流動層乾燥機内に石炭が供給される供給位置では、低温および高水分の石炭と熱風とが接触する。そして、流動層乾燥機の石炭排出位置では、乾燥して温度が上昇した石炭が同じ温度の熱風と接触する。このような従来の構造は、熱風の効率的な分配が全く行われないもので、石炭の乾燥効率の低下はもちろん、エネルギー浪費の原因となる。

なお、従来の石炭乾燥工程の場合、流動層乾燥機内に高温の熱風を供給しなければならないため、熱風供給のために多くのエネルギーが消耗する。このため、二酸化炭素などの公害物質の排出によって環境汚染が深刻化する問題があった。

また、従来の石炭乾燥過程で発生する微粉炭を成形設備によって成形する構造を説明すると、流動層乾燥機で発生する８０〜３５０℃の微粉炭に、粘結材としてタールおよびピッチ系のバインダーを混合し、これを熱間加圧成形して塊成炭として製造した。

前記流動層乾燥機で分級された微粉炭の場合、水分が非常に低く、粒度も非常に小さくて自体の充填密度（ｂｕｌｋ ｄｅｎｓｉｔｙ）が低い。したがって、従来の構造の場合、微粉炭成形のためにバインダーを混合した時、バインダーとの混合が難しい問題が発生した。また、成形設備による塊成化過程で充填密度向上のために加圧成形を行うが、この時、微粉炭を加圧して移送しにくい点があった。さらに、微粉炭をバインダーと混合して熱間成形を行うため、微粉炭および成形機の温度を維持しなければならず、石炭の熱分解によってタールが発生するなどの問題があった。

これにより、コークス製造用石炭の乾燥をより効率的かつ経済的に行うための技術の開発が切実に要求されている。

そこで、石炭の乾燥効率を向上させることができるコークス用石炭乾燥方法および乾燥装置を提供する。

また、石炭乾燥過程で発生する微粉炭の分級効率を向上させることができるコークス用石炭乾燥方法および乾燥装置を提供する。

さらに、高水分の石炭に対する流動効率を向上させることができるコークス用石炭乾燥方法および乾燥装置を提供する。

また、コークス炉で発生する廃ガスを活用して流動層乾燥機の熱源として用いることにより、エネルギーを節減し、環境汚染を最小化することができるコークス用石炭乾燥方法および乾燥装置を提供する。

さらに、コークス炉で発生する廃ガス内の粉塵を処理し、粉塵による環境汚染を最小化することができるコークス用石炭乾燥方法および乾燥装置を提供する。

また、石炭乾燥過程で発生する微粉炭をより容易に成形して塊成化することができる石炭乾燥方法および乾燥装置を提供する。

なお、微粉炭を常温で成形することにより、操業性を改善することができる石炭乾燥方法および乾燥装置を提供する。

このために、本乾燥装置は、内部に設けられた分散板を通して噴出する熱風によって石炭を流動化させて乾燥する流動層乾燥機と、前記流動層乾燥機に連結され、分散板上に石炭を投入するための石炭供給部と、前記流動層乾燥機に連結され、前記分散板に熱風を供給するための熱風供給部とを含み、前記流動層乾燥機が少なくとも２つ以上備えられてそれぞれ順次に連結され、石炭が各流動層乾燥機を順に経て乾燥する構造であり得る。

前記複数の流動層乾燥機が多段に設けられ、石炭の移動経路に沿って一側の流動層乾燥機の排出口と次の流動層乾燥機の投入口との間には、石炭を移動させるための連結管が設けられた構造であり得る。

本乾燥装置は、石炭を流動乾燥して分級する第１流動層乾燥機と、第１流動層乾燥機に連結され、第１流動層乾燥機を経た石炭を流動乾燥して分級する第２流動層乾燥機とを含むことができる。

前記流動層乾燥機のうちの少なくとも１つは、内部に供給される石炭の供給方向と熱風の供給方向が互いに対向する構造であり得る。

前記流動層乾燥機のうちの少なくとも１つは、垂直に配置され、石炭が上部から下部に投入される構造であり得る。

前記流動層乾燥機は、内部に供給される熱風の温度または熱風の流速が流動層乾燥機ごとに異なる構造であり得る。

前記流動層乾燥機は、分散板と、前記分散板の下部に配置されて熱風供給部に連結され、熱風が導入される下部チャンバと、前記分散板の上方に垂直に配置されて石炭の流動化が行われ、側面には石炭が流入する投入口と乾燥した石炭が排出される排出口とが形成された主塔とを含むことができる。

前記熱風供給部は、前記流動層乾燥機の下部チャンバに連結される熱風ラインに設けられ、熱風を送給するブロワと、熱風ライン上に設けられ、送給される熱風を加熱するヒータと、前記熱風ライン上に設けられ、流動層乾燥機に送給される熱風の流量を調節するための流量計とを含むことができる。

本乾燥装置は、前記流動層乾燥機のうちの少なくとも１つは、分散板を通して噴出する熱風の流速を、分散板の中央部および周辺部にそれぞれ異ならせて石炭を循環させるための循環部をさらに含むことができる。

前記循環部は、順次に連結された各流動層乾燥機のうち最も前方の流動層乾燥機に設置できる。

前記循環部は、流動層乾燥機の分散板の下部に形成された下部チャンバ内に設けられ、前記分散板の中央部および周辺部に熱風を独立して供給するために下部チャンバを区画する分離管を含み、前記熱風供給部は、前記分離管に連結され、分離管の内部を通して分散板の中央部に熱風を供給する中央熱風ラインと、前記下部チャンバに連結され、分離管の外部を通して分散板の周辺部に熱風を供給する周辺熱風ラインとを含み、前記中央熱風ラインと前記周辺熱風ラインにそれぞれ異なる流速の熱風を供給する構造であり得る。

前記循環部は、前記分散板の中央部に供給される熱風の流速が、周辺部に供給される熱風の流速より大きい構造であり得る。

前記分散板の中央部に供給される熱風の流速は、石炭の最小流動化速度に対して５〜８倍大きい構造であり得る。

前記分散板の周辺部に供給される熱風の流速は、石炭の最小流動化速度に対して１〜２倍大きい構造であり得る。

前記循環部は、前記流動層乾燥機の内部において分散板の中央部の上部に分散板と離隔して設けられる円形管をさらに含むことができる。

前記円形管は、流動層乾燥機の内径の１／２〜１／４の大きさとなり得る。

前記分離管は、前記円形管に対応する大きさとなり得る。

前記熱風供給部は、コークス炉の燃焼室と煙道とを連結する排気ガス排出ラインに設けられ、排気ガスを石炭乾燥機の熱風として供給するための分岐管と、前記分岐管に設けられ、排気ガスを送給するためのブロワとを含むことができる。

前記分岐管上に設けられ、排気ガスに含まれている粉塵を処理するための粉塵捕集部をさらに含むことができる。

前記粉塵捕集部は、前記分岐管に設けられる少なくとも１つ以上のサイクロンと、前記排出ラインに設けられ、排出ラインを開閉して排出ガスを前記分岐管に送るためのメインバルブと、前記分岐管に設けられ、分岐管を開閉する分岐バルブとを含むことができる。

前記熱風供給部は、前記粉塵捕集部を選択的に経由できるように、前記排出ラインと前記ブロワとを連結するバイパス管と、前記バイパス管上に設けられ、バイパス管を開閉するバイパスバルブとを含むことができる。

本乾燥装置は、前記流動層乾燥機に連結され、分級された微粉炭を塊成化する成形炭製造機をさらに含み、前記成形炭製造機は、前記流動層乾燥機で分級された微粉炭が貯蔵される微粉炭ホッパと、未乾燥の石炭が貯蔵される石炭ホッパと、バインダーが貯蔵されるバインダーホッパと、前記各ホッパに連結され、微粉炭と石炭およびバインダーを混合する混合機と、前記混合機に連結され、混合された混合物を成形炭として製造するための成形機とを含むことができる。

前記微粉炭ホッパに連結され、微粉炭ホッパから微粉炭を一定の割合で排出して前記混合機に移送する微粉炭配合槽を含むことができる。

前記石炭ホッパに連結され、石炭ホッパから石炭を一定の割合で排出して前記混合機に移送する石炭配合槽を含むことができる。

前記バインダーホッパに連結され、バインダーホッパからバインダーを一定の割合で排出して前記混合機に移送するバインダー配合槽を含むことができる。

本装置は、微粉炭と石炭との混合原料１００重量％に対して、石炭が１０〜４０重量％で含まれ得る。

本装置は、微粉炭と石炭との混合原料１００重量部に対して、前記バインダーが４〜８重量部で含まれ得る。

一方、本乾燥方法は、流動層乾燥機の内部に熱風を供給して石炭を流動化させて乾燥する乾燥方法において、石炭を多段に連結された流動層乾燥機を順に通過させて順次に乾燥させる構造であり得る。

本乾燥方法は、石炭を第１流動層乾燥機を通して流動乾燥して分級する第１乾燥ステップと、第１乾燥ステップで乾燥した石炭を多段に配置された第２流動層乾燥機で流動乾燥して分級する第２乾燥ステップとを含むことができる。

前記各乾燥ステップにおいて、流動層乾燥機に供給される熱風の流速は、０．６〜１．０ｍ／ｓｅｃであり得る。

前記各乾燥ステップにおいて、流動層乾燥機に供給される熱風の温度は、１２０〜２００℃であり得る。

前記第１乾燥ステップにおいて、第１流動層乾燥機に投入される石炭の供給量は、２０ｋｇ／ｈ以下であり得る。

前記第１ステップの熱風の温度または熱風の流速は、第２ステップと異なり得る。

前記第１ステップの熱風の温度は、第２ステップの熱風の温度より相対的に大きい構造であり得る。

前記第１ステップの熱風の流速は、第２ステップの熱風の流速より相対的に小さい構造であり得る。

本乾燥方法は、流動層乾燥機の内部に熱風を供給して石炭を流動化させて乾燥する乾燥方法において、流動層乾燥機の分散板の中央部に供給される熱風の流速と、分散板の周辺部に供給される熱風の流速とを、それぞれ異ならせて石炭を循環させて乾燥することができる。

本乾燥方法は、前記分散板の中央部に供給される熱風の流速が、周辺部に供給される熱風の流速より大きい構造であり得る。

本乾燥方法は、前記分散板の中央部に供給される熱風の流速は、石炭の最小流動化速度に対して５〜８倍大きい構造であり得る。

本乾燥方法は、前記分散板の周辺部に供給される熱風の流速は、石炭の最小流動化速度に対して１〜２倍大きい構造であり得る。

本乾燥方法は、乾燥機の内部に熱風を供給して石炭を乾燥させる乾燥方法において、コークス炉の燃焼室から排出される排気ガスを前記乾燥機の内部に供給して石炭を乾燥させる方法であり得る。

本乾燥方法は、前記排気ガスを乾燥機の内部に供給する過程において、排気ガスに含まれている粉塵を除去する過程をさらに経ることができる。

本乾燥方法は、石炭の乾燥が、流動層乾燥機の内部で石炭を流動化させて乾燥し、多段に連結された流動層乾燥機を順に通過させて順次に乾燥させる方法であり得る。

本乾燥方法は、石炭乾燥過程で排出される微粉炭を成形するステップをさらに含み、前記微粉炭成形ステップは、微粉炭と未乾燥の石炭との混合原料にバインダーを混合して混合物を製造するステップと、製造された混合物を成形して成形炭を製造するステップとを含むことができる。

前記成形炭製造ステップは、常温で実施できる。

前記バインダーは、ピッチまたはタール、または糖蜜またはグリセリン系から選択される少なくとも１つ以上であり得る。

前記バインダーは、微粉炭と石炭との混合原料１００重量部に対して４〜８重量部で含まれ得る。

前記石炭は、混合原料に対して１０〜４０重量％で含まれ得る。

以上のように、本実施形態によれば、流動層を多段に構成して石炭を乾燥することにより、石炭の乾燥と分級が段階的に行われ、乾燥効率および分級効率を向上させることができる。

また、石炭の水分含有量などに応じて操業条件を異ならせて石炭が内部でかたまるのを防止し、高水分の石炭の場合にも流動効率を向上させることができる。

さらに、コークス炉で発生する廃ガスを活用して流動層乾燥機の熱源として用いることにより、エネルギーを節減し、環境汚染を最小化することができる。

また、コークス炉で発生する廃ガス内の粉塵を処理することができ、従来排気ガスの排出により発生した粉塵による環境汚染および煙道汚染を最小化することができる。

さらに、石炭乾燥過程で発生した微粉炭を未乾燥の石炭と混合して塊成化することにより、微粉炭の成形性を向上させることができる。

また、微粉炭の成形が常温で行われることにより、操業設備をより単純化し、操業性を改善することができる。

このように、石炭の乾燥効率を向上させ、コークス炉に装入される石炭の装入密度を高めることができ、コークスの品質を向上させることができる。

さらに、石炭乾燥過程で発生した微粉炭を塊成化して用いることにより、コークス炉に装入される石炭の装入密度を高めることができ、コークスの品質を向上させることができる。

なお、低価格の低級炭の使用比を画期的に向上させることができ、コークス炉の操業を安定的に維持することができる。

本発明の第１実施形態にかかる石炭乾燥装置を示す概略構成図である。 本発明の第１実施形態にかかる石炭乾燥装置において、石炭の乾燥特性に対する実験結果を示すグラフである。 本発明の第１実施形態にかかる石炭乾燥装置において、石炭の乾燥特性に対する実験結果を示すグラフである。 本発明の第１実施形態にかかる石炭乾燥装置において、石炭の乾燥特性に対する実験結果を示すグラフである。 本発明の第１実施形態にかかる石炭乾燥装置において、微粉炭の分級特性に対する実験結果を示すグラフである。 本発明の第１実施形態にかかる石炭乾燥装置において、微粉炭の分級特性に対する実験結果を示すグラフである。 本発明の第２実施形態にかかる石炭乾燥装置を示す概略構成図である。 本発明の第２実施形態にかかる石炭乾燥装置であって、図７のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の第２実施形態にかかる石炭乾燥装置の作用を説明するための概略図である。 本発明の第３実施形態にかかる石炭乾燥装置を示す概略図である。 本発明の第４実施形態にかかる石炭乾燥装置の成形炭製造機を示す概略図である。 本発明の第４実施形態にかかる成形炭製造機による微粉炭の成形時において、バインダーの混合量に対する成形率実験結果を示すグラフである。 本発明の第４実施形態にかかる成形炭製造機による微粉炭成形時において、石炭の混合量に対する成形炭の強度実験結果を示すグラフである。 従来技術にかかる石炭乾燥装置を示す概略図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように本発明の実施形態を説明する。本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に理解できるように、後述する実施形態は、本発明の概念と範囲を逸脱しない限度内で多様な形態に変形可能である。できるだけ同一または類似の部分は図面において同一の図面符号を用いて表す。

以下で使われる技術用語および科学用語を含むすべての用語は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が一般に理解する意味と同じ意味を有する。事前に定義された用語は、関連技術文献と現在開示された内容に符合する意味を有するものと追加解釈され、定義されない限り、理想的または極めて公式的な意味で解釈されない。

以下、本実施形態は、コークス炉用石炭の乾燥に適用した実施形態に基づいて説明する。しかし、本発明は、これに限定されず、多様な用途の石炭を含む各種原料の乾燥にすべて適用可能である。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態にかかる石炭乾燥装置を示している。

図示のように、本装置は、流動層乾燥機１０、１１と、石炭供給部２０と、熱風供給部３０、３１とを含む。また、本装置は、石炭乾燥過程で発生する微粉の石炭粒子（以下、微粉炭とする）を塊成化するための成形炭製造機６０をさらに含む。

前記石炭供給部２０は、前記流動層乾燥機１０に連結され、分散板１２上に石炭を投入する。前記熱風供給部３０、３１は、前記流動層乾燥機１０、１１の下部に連結され、前記分散板１２に熱風を供給する。

そして、流動層乾燥機１０、１１は、内部に設けられた分散板１２を通して噴出する熱風によって石炭を流動化させて乾燥する。

本実施形態において、前記流動層乾燥機１０、１１は、２つが備えられ、２つの流動層乾燥機が多段に連結された構造となっている。以下、説明の便宜のために、石炭の移動手順に従って、前方の流動層乾燥機を第１流動層乾燥機１０とし、第１流動層乾燥機に連結された後方の流動層乾燥機を第２流動層乾燥機１１とする。

本実施形態において、第１流動層乾燥機１０と第２流動層乾燥機１１は、順次に配置され、第１流動層乾燥機１０の排出口１８と第２流動層乾燥機１１の投入口１７との間には、石炭を移動させるための連結管１９が設けられる。

前記第１流動層乾燥機１０は、垂直形態に配置され、下部には熱風を上部に噴出する分散板１２が設けられる。前記分散板１２の下部には、熱風供給部３０に連結され、熱風が導入される下部チャンバ１４が形成される。そして、前記分散板１２の上方に石炭の乾燥が行われる主塔１６が垂直に配置される。前記主塔１６の側面には、石炭が投入される投入口１７と、流動層で乾燥した石炭が排出される排出口１８とが設けられる。また、前記主塔１６の上部には、石炭乾燥過程で発生した微粉炭を捕集するためのサイクロン５０が連設される。前記流動層乾燥機１０、１１は、熱損失防止のために外面に断熱材が施工され、流動層内の温度および圧力検出のために熱電対と圧力センサが備えられる。

前記第２流動層乾燥機１１は、その構造が前述した前記第１流動層乾燥機１０の構造と同一である。これにより、同一の構成については同一の符号を用い、以下、詳細な説明は省略する。前記第２流動層乾燥機１１も、熱風供給部３１に連結され、供給された熱風で石炭を流動化させて乾燥する。本実施形態において、前記熱風供給部３０、３１は、第１流動層乾燥機と第２流動層乾燥機にそれぞれ別途に備えられ、個別に熱風を各流動層乾燥機に供給する。

前記石炭供給部２０は、ホッパ２２に積載された石炭をホッパ２２の下端のスクリューフィーダ（ｓｃｒｅｗ ｆｅｅｄｅｒ）２４を通して定量移送し、第１流動層乾燥機１０の主塔１６の内部に供給する構造となっている。前記スクリューフィーダ２４の出側には、主塔１６の石炭投入口１７に連結されたシュート２６が設けられる。これにより、スクリューフィーダ２４によって移送された石炭は、シュート２６を通して主塔１６の内部に投入される。前記石炭供給部２０は、石炭の円滑な流れのために前記ホッパ２２の内部に撹拌機がさらに設置できる。

本実施形態において、前記第２流動層乾燥機１１は、第１流動層乾燥機１０内で流動化過程を経て乾燥した石炭が前記連結管１９を通して供給されるため、別の石炭供給部は不要である。

前記熱風供給部３０は、前記第１流動層乾燥機１０の下部チャンバ１４に連結される熱風ライン３２に設けられ、熱風を送給するブロワ３４と、熱風ライン３２上に設けられ、送給される熱風を加熱するヒータ３６とを含む。また、前記熱風ライン３２上には、送給される熱風の流量を調節するための流量計３８が設けられる。前記熱風は、ヒータ３６によって加熱される空気または製鉄所内で発生した高温のガス、例えば、コークス炉の燃焼室から排出される排気ガスであり得、特に限定されない。コークス炉の燃焼室から排出される排気ガスを熱風として使用する場合、熱風を加熱する必要がないため、熱風供給部においてヒータは含まれなくてもよい。この構造については後述する。

前記第２流動層乾燥機１１に連結され、第２流動層乾燥機に熱風を供給する熱風供給部３１も、前記第１流動層乾燥機１０に連結された熱風供給部３０と同一の構造となる。これにより、前記熱風供給部３０と同一の構成については同一の符号を用い、以下、詳細な説明は省略する。

前記構造となり、熱風は、ブロワ３４によって流動層乾燥機１０、１１の下部チャンバ１４に導入される。下部チャンバ１４内に流入した高温ガスは、下部チャンバ１４の上部に設けられた分散板１２を通過して上部に噴出する。分散板１２を通して上部に噴出した熱風は上昇流を形成する。この上昇流によって分散板１２上に流動層が形成される。この流動層で石炭が流動しながら熱風によって乾燥が行われる。乾燥して水分の除去された石炭は、流動層の上方に飛散し、主塔１６の側面に設けられた排出口１８を通して排出される。そして、乾燥過程で発生した微粉炭は、主塔１６の上部に飛散し、サイクロン５０によって捕集される。サイクロン５０で捕集されなかった微細な微粉炭は、サイクロン５０に連結されたバックフィルタ５２を通して捕集される。サイクロン５０とバックフィルタ５２によって捕集された微粉炭は、成形炭製造機６０により塊成化され、前記乾燥装置を通して乾燥した石炭と共にコークス炉に装入される。

ここで、本装置は、前記のように２つの多段配置された流動層乾燥機を備えた構造で、石炭が２つの流動層乾燥機を順に経て順次に乾燥および分級される。以下、分級とは、未乾燥の石炭から微粉炭を分離することを意味する。

以下、本装置の作用について説明する。

石炭供給部２０によって第１流動層乾燥機１０に供給された石炭は、第１流動層乾燥機１０内で熱風によって流動化しながら一次的に乾燥過程を経ることになる。本流動層乾燥機は、垂直型構造である。これにより、石炭は、分散板の上部に噴出する熱風の噴出方向に対向する方向に投入される。このように投入された石炭は、分散板の上部に噴出する熱風の流れによって主塔内で上下に流動して流動層を形成する。つまり、自重によって下降する石炭と、上部に噴出する熱風の上昇流とによって流動層が垂直に形成される。石炭は、主塔内で垂直方向に形成される流動層内で集中的かつ持続的に熱風を受けて流動する。したがって、従来の、石炭が水平方向に移動しながら熱風を受けていた構造に比べて、熱風による石炭の乾燥効率を向上させることができる。

本実施形態において、前記第１流動層乾燥機１０は、主に石炭の乾燥機能を果たすことになる。第１流動層乾燥機１０でも微粉炭の分級が行われるものの、特に分級効率が大きい必要はない。第１流動層乾燥機１０で発生して分級された微粉炭は上部に上がり、上部に連結されたサイクロン５０とバックフィルタ５２を通して捕集処理される。

ここで、第１流動層乾燥機１０で石炭の乾燥機能を強化するために、前記第１流動層乾燥機１０に供給される熱風の温度を、前記第２流動層乾燥機１１に供給する熱風の温度より高く設定することができる。

第１流動層乾燥機１０の流動層で乾燥して流動層の上方に飛散した石炭は、第１流動層乾燥機１０の排出口１８を通して排出される。第１流動層乾燥機１０から排出される石炭は、第１流動層乾燥機１０の排出口１８に連結された連結管１９を通して第２流動層乾燥機１１の内部に投入される。

前記連結管１９を通して第２流動層乾燥機１１の内部に流入した石炭は、第２流動層乾燥機１１の分散板１２上で熱風によって流動化しながら二次的に乾燥過程を経る。前記第２流動層乾燥機１１内で乾燥して流動層の上方に飛散した石炭は、第２流動層乾燥機１１の排出口１８を通して外部に排出される。そして、第２流動層乾燥機１１で発生した微粉炭は、石炭から分級されて上部に移動し、上部に連結されたサイクロン５０とバックフィルタ５２を通して捕集処理される。

本実施形態において、前記第２流動層乾燥機１１は、第１流動層乾燥機で一次乾燥した石炭を追加的に乾燥させながら主に微粉炭を分級する機能を果たすことになる。前記第２流動層乾燥機１１を経て、石炭は所望する水分含有量で乾燥が完了しながら微粉炭の分級が確実に行われる。

ここで、第２流動層乾燥機１０で微粉炭の分級機能を強化するために、前記第２流動層乾燥機１１に供給される熱風の流速を、前記第１流動層乾燥機１０に供給する熱風の流速より大きく設定することができる。

このように、２つの分離された流動層乾燥機を通して石炭を多段で乾燥させることにより、石炭の乾燥と分級が区分されて実施できる。したがって、石炭の乾燥と分級効率を向上させることができる。

一方、図２ないし図４は、本実施形態の多段流動層乾燥機による石炭の乾燥特性に対する実験結果を示している。

実験は、一般に、冶金用コークスの製造に使用される配合炭に対して実施された。前記配合炭は、様々な種類の単一炭の混合によって製造され、これに対する工業分析、元素分析、発熱量および表面積分析の結果を下記表１に示した。

配合炭は、９〜１０％の水分を含んでおり、前記表１から明らかなように、表面積が非常に小さいため、大部分の水分は、表面にある表面水分である。

本実験において、前記配合炭に対する乾燥作業は、本実施形態のように、第１流動層乾燥機と第２流動層乾燥機とを有する乾燥装置によって行われた。未乾燥の配合炭を第１流動層乾燥機に投入し、最終的に第２流動層乾燥機から排出される乾燥した配合炭の水分を測定した。第１流動層乾燥機に投入される配合炭の粒度は７ｍｍ以下に選別し、水分含有量は９．２〜９．４％である。

図２は、本実施形態にかかる石炭乾燥装置において、熱風の流速と熱風の温度を異ならせた時の、石炭の水分変化に対する実験結果を示している。

第１流動層乾燥機に投入される配合炭の供給量が２０ｋｇ／ｈと一定の状態で、各流動層乾燥機に供給される熱風の流速と熱風の温度を異ならせて実験を行った。熱風の流速は、石炭の最小流動化速度（Ｑｍｆ）を１とした時、その倍数で表した。最小流動化速度とは、石炭粒子を流動させるための最小速度で、略０．１２ｍ／ｓｅｃである。以下の説明において、最小流動化速度は１Ｑｍｆと表され、略０．１２ｍ／ｓｅｃであるので、最小流動化速度の５倍とすれば０．６ｍ／ｓｅｃであり、８倍とすれば１．０ｍ／ｓｅｃの値であると定義する。

図２に示されるように、実験の結果、熱風の流速が同じ時、熱風の温度が高くなるにつれ、配合炭の水分が減少することが明らかになった。また、熱風の温度が同じ時、熱風の流速が大きくなるにつれ、配合炭の水分が減少することが明らかになった。

これにより、実験の結果、水分含有量９．２〜９．４％の配合炭に対して、各流動層乾燥機に投入される熱風の温度が１２０℃以上で、熱風の流速が最小流動化速度の５倍以上の場合、最終的に配合炭をコークス用として使用可能な水分５％以下に乾燥できることを確認した。さらに、熱風の温度が１６０℃以上、熱風の流速が最小流動化速度の７倍以上の場合、配合炭の水分を最終的に２％以下に乾燥できることが分かる。

前記熱風の温度が１２０℃未満の場合には、配合炭の乾燥効率が低下し、熱風の温度が高いほど、乾燥効率は良くなるが、熱風温度の上昇によるエネルギーの浪費が懸念される。特に、前記配合炭は、低揮発分から高揮発分に至るまでの幅広い揮発分含有量を有する石炭を配合するが、揮発分含有量３０％の高揮発分の石炭は、不活性雰囲気で加熱する時、２００℃以上で熱分解し、一部の揮発分が放出されはじめる。したがって、配合炭乾燥時の熱風の温度は、石炭の劣化を防止するためには２００℃以下に維持することが好ましい。これにより、本実施形態において、前記熱風の温度は１２０〜２００℃の範囲に設定することができる。

また、前記熱風の流速が最小流動化速度の５倍未満の場合には、配合炭の乾燥効率が低下し、略８倍を超えると、特に効果の増大は大きくない。これにより、本実施形態において、前記熱風の流速は、最小流動化速度の略５〜８倍、つまり、０．６〜１．０ｍ／ｓｅｃに設定することができる。

図３は、本実施形態にかかる石炭乾燥装置において、熱風の流速と配合炭の供給量を異ならせた時の、石炭の水分変化に対する実験結果を示している。

熱風の温度を１２０℃に一定に維持した状態で、第１流動層乾燥機に投入される配合炭の供給量と熱風の流速を異ならせて実験を行った。

図３に示されるように、実験の結果、熱風の流速が同じ時、第１流動層乾燥機に投入される配合炭の供給量が増加するにつれ、第２流動層乾燥機から最終的に排出される配合炭の水分が増加することが明らかになった。また、配合炭の供給量が同じ時、熱風の流速が小さい場合、配合炭の水分も増加することが明らかになった。

これにより、実験の結果、水分含有量９．２〜９．４％の配合炭に対して、各流動層乾燥機に投入される熱風の流速が最小流動化速度の５倍以上で、第１流動層乾燥機に投入される配合炭の供給量が２０ｋｇ／ｈ以下の場合、最終的に配合炭をコークス用として使用可能な水分５％以下に乾燥できることを確認した。さらに、熱風の流速が最小流動化速度の７倍以上で、第１流動層乾燥機に投入される配合炭の供給量が１５ｋｇ／ｈ以下の場合、配合炭の水分を最終的に２％以下に乾燥できることが分かる。

前記配合炭の供給量が２０ｋｇ／ｈを超えると、配合炭の乾燥効率が低下し、熱風の流速を高めなければならないため、エネルギーの消耗が大きくなる恐れがある。

また、図４は、本実施形態にかかる石炭乾燥装置において、石炭の供給量と熱風の温度を異ならせた時の、石炭の水分変化を示している。

熱風の流速が最小流動化速度の５倍と一定の状態で、第１流動層乾燥機に供給される配合炭の供給量と熱風の温度を異ならせて実験を行った。

図４に示されるように、実験の結果、同じ熱風温度では、第１流動層乾燥機に投入される配合炭の供給量が増加するにつれ、第２流動層乾燥機から最終的に排出される配合炭の水分が増加することが明らかになった。また、配合炭の供給量が同じ時、熱風の温度が高くなるにつれ、配合炭の水分が減少することが明らかになった。

これにより、実験の結果、水分含有量９．２〜９．４％の配合炭に対して、各流動層乾燥機に投入される熱風の温度が１２０℃以上で、第１流動層乾燥機に投入される配合炭の供給量が２０ｋｇ／ｈ以下の場合、最終的に配合炭をコークス用として使用可能な水分５％以下に乾燥できることを確認した。さらに、熱風の流速を最小流動化速度の７倍以上、第１流動層乾燥機に投入される配合炭の供給量を２０ｋｇ／ｈ以下に維持した時、配合炭の水分を最終的に２％以下に乾燥できることが分かる。

一方、図５と図６は、本実施形態の多段流動層乾燥機による微粉炭の分級特性に対する実験結果を示している。実験の条件は、前記石炭乾燥特性の実験と同じである。

図５は、本実施形態にかかる石炭乾燥装置において、熱風の流速と熱風の温度を異ならせた時の、微粉炭の分級率に対する実験結果を示している。

第１流動層乾燥機に投入される配合炭の供給量が２０ｋｇ／ｈと一定の状態で、各流動層乾燥機に供給される熱風の流速と熱風の温度を異ならせて実験を行った。

図５に示されるように、実験の結果、熱風の流速が同じ時、熱風の温度が高くなるにつれ、微粉炭の分級率が高くなり、同じ熱風温度下では、熱風の流速が大きくなるほど、微粉炭の分級率が高くなることが明らかになった。

また、図６は、本実施形態にかかる石炭乾燥装置において、石炭の供給量と熱風の温度を異ならせた時の、微粉炭の分級率に対する実験結果を示している。

熱風の流速が最小流動化速度の５倍と一定の状態で、第１流動層乾燥機に供給される配合炭の供給量と熱風の温度を異ならせて実験を行った。

図６に示されるように、実験の結果、同じ熱風温度では、第１流動層乾燥機に投入される配合炭の供給量が増加するにつれ、微粉炭の分級率が低下することが明らかになった。また、配合炭の供給量が同じ時、熱風の温度が高くなるにつれ、微粉炭の分級率が高くなることが明らかになった。

このように、前記微粉炭の分級率に対する実験の結果、本流動層乾燥機により十分に所望する値で微粉炭の分級率を確保できることを確認した。

［実施形態２］
図７は、本石炭乾燥装置の他の実施形態を示している。以下の説明において、すでに言及された同一の構成については同一の符号を用い、その詳細な説明は省略する。

図示のように、本装置は、多段に配置される第１流動層乾燥機１０および第２流動層乾燥機１１と、第１流動層乾燥機に石炭を投入するための石炭供給部２０と、前記流動層乾燥機１０に連結され、前記分散板１２に熱風を供給するための熱風供給部３０、３１とを含む。また、本装置は、前記流動層乾燥機１０の分散板１２を通して噴出する熱風の流速を、分散板１２の中央部および周辺部にそれぞれ異ならせて石炭を分散板１２の上部で循環させるための循環部をさらに含む。ここで、前記中央部は、分散板１２の中心を含む中央部分を意味し、周辺部は、中央部の外側部分を意味する。

前記循環部は、２つの乾燥機ともに設置できる。本実施形態において、前記循環部は、多段に配置された２つの乾燥機のうち前方に配置された第１流動層乾燥機１０に設けられる。

前記循環部は、下部チャンバ１４内に前記分散板１２の中央部および周辺部に熱風を独立して供給するために下部チャンバ１４を区画する分離管４０を設け、前記熱風供給部３０から前記分離管４０の内部および外部にそれぞれ異なる流速の熱風を供給する構造となっている。

前記熱風供給部３０において、下部チャンバ１４に熱風を供給する熱風ライン３２は、２つに区分され、分離管４０と下部チャンバ１４にそれぞれ連設される。ここで、前記熱風ライン３２のうち、分離管４０に連結される熱風ラインは中央熱風ライン３３とし、下部チャンバ１４に連結される熱風ラインは周辺熱風ライン３５とする。

前記熱風供給部３０は、前記中央熱風ライン３３と前記周辺熱風ライン３５にそれぞれ異なる流速の熱風を供給する。本実施形態において、前記熱風供給部３０は、前記分散板１２の中央部に供給される熱風の流速が、周辺部に供給される熱風の流速より大きく熱風を供給する。熱風の流速は、熱風供給部３０の流量計３８により制御可能である。各熱風ライン３２に設けられた流量計３８を制御または確認し、設定された流速で熱風を供給する。

これにより、前記分散板１２の中央部および周辺部にそれぞれ異なる速度の熱風が噴出し、石炭は、分散板１２の中央部で上昇し、周辺部で下降して循環する。

ここで、前記分散板１２の中央部に供給される熱風の流速は、石炭の最小流動化速度に対して５〜８倍大きい構造であり得る。また、前記分散板１２の周辺部に供給される熱風の流速は、石炭の最小流動化速度に対して１〜２倍大きい構造であり得る。前記分散板１２の中央部に供給される熱風の流速が前記速度より低くなると、石炭を十分に上昇させることができず、石炭の循環がきちんと行われなくなる。前記分散板の中央部に供給される熱風の流速が前記範囲を超えると、熱風供給のための動力が大きくなり、運転費が上昇する。

また、前記分散板１２の周辺部に供給される熱風の流速が前記範囲を超えると、分散板の中央部に供給される熱風の流速との速度差が小さく、石炭の循環が活発に行われず、石炭が周辺部の下に下降して滞る現象が発生する。

本装置は、分散板１２の上部で前記循環流れがより確実に形成できるように、前記流動層乾燥機１０の主塔１６内に円形管４２がさらに設けられた構造となっている。前記円形管４２は、主塔１６内に主塔１６の長手方向に沿って垂直に配置される円形の管構造物で、分散板１２の中央部の上部に分散板１２と離隔して設けられる。

これにより、前記円形管４２によって分散板１２の上部に形成される流動層は、２つの領域、つまり、中央部とその外側の周辺部に確実に区画される。これにより、円形管４２の内部で上昇し、外側で下降する石炭の循環流れを確実に形成することができる。

図８に示されるように、前記円形管４２は、主塔１６の中央部に配置され、分散板１２から離隔した状態で、主塔１６の内周面に支持部材４４を介して固定設置される。

本実施形態において、前記円形管４２は、流動層乾燥機１０の内径の１／２〜１／４の大きさとなる。前記分離管４０も、前記円形管４２に対応する大きさとなり得る。前記円形管の内径が前記範囲より小さい場合には、円形管の内径が過度に小さく、中央部に供給された熱風が円形管の外部に抜ける恐れがある。また、前記円形管の内径が前記範囲より大きければ、円形管の内径が過度に大きく、上昇した石炭が再び円形管の内部を通して下降する恐れがある。これにより、石炭の循環がきちんと行われなくなる。

以下、図９を参照して本装置の作用を説明する。

本装置によって中央熱風ライン３３と周辺熱風ライン３５を通してそれぞれ異なる流速の熱風が供給される。

前記中央熱風ライン３３に供給された熱風は、前記分離管４０に連結され、分離管４０の内部に供給される。前記分離管４０は、分散板１２の中央部に連結されていて、分離管４０の内部に流入した熱風は、分散板１２の中央部に噴出する。これにより、前記分散板１２の中央部には相対的に流速の速い熱風が噴出する。

前記周辺熱風ライン３５に供給された熱風は、下部チャンバ１４に連結され、分離管４０の外部と下部チャンバ１４との間に供給される。前記分離管４０と下部チャンバ１４との間は分散板１２の周辺部に連結されていて、前記領域に流入した熱風は、分散板１２の周辺部を通して噴出する。これにより、前記分散板１２の周辺部には相対的に流速の遅い熱風が噴出する。

このように、分散板１２の中央部には相対的に高い速度の熱風が噴出し、分散板１２の周辺部には相対的に低い速度の熱風が噴出する。したがって、分散板１２の中央部から周辺部への循環流れが発生する。この流れに沿って、石炭は分散板１２の中央部で上昇する。上昇する石炭は、分散板１２の上部に配置された円形管４２の内部を通して上へ上昇する。そして、円形管４２の上部を通って上昇力が弱くなると、円形管４２の外側に押し出され、円形管４２の外側、つまり、流速が相対的に遅い分散板１２の周辺部を通して下降する。

これにより、図示のように、円形管４２の内部に沿って上昇し、円形管４２と主塔１６の内周面との間を通して下降する形態の循環流れが形成され、この流れに沿って石炭が円形管４２を循環する。

したがって、過剰な水分を含む石炭が流動層乾燥機１０に投入された場合、従来は石炭が分散板１２に付着して流動化が行われにくかったが、本装置は、高い流速によって石炭が分散板１２の中央部で上へ上昇し、周辺部で下降する循環流れを有する。このような循環流れにより、石炭は、円形管４２の外側に下降しながら乾燥する過程と、円形管４２の内部で上昇しながら乾燥する過程とを引き続き経ることができる。これにより、高水分の石炭の場合にも、流動層内で石炭が循環するようにして乾燥効率を向上させることができる。

［第３実施形態］
図１０は、本石炭乾燥装置のさらに他の実施形態を示している。以下の説明において、すでに言及された同一の構成については同一の符号を用い、その詳細な説明は省略する。

図示のように、本装置は、多段に配置される第１流動層乾燥機１０および第２流動層乾燥機１１と、第１流動層乾燥機に石炭を投入するための石炭供給部２０と、前記流動層乾燥機１０、１１に連結され、前記分散板１２に熱風を供給するための熱風供給部７０とを含む。

以下、本実施形態において、前記各流動層乾燥機１０、１１に熱風を供給するための熱風供給部７０の構造を説明する。

本実施形態において、前記熱風供給部７０は、石炭を乾留するコークス炉の燃焼室１００から排出される排気ガスを前記流動層乾燥機１０、１１に供給する構造となっている。

このために、本熱風供給部７０は、コークス炉の燃焼室１００と煙道１０４とを連結する排気ガス排出ライン１０２に設けられ、排気ガスを石炭乾燥機の熱風として供給するための分岐管７１と、前記分岐管７１に設けられ、排気ガスを流動層乾燥機の下部に送給するためのブロワ７２と、ブロワ７２と流動層乾燥機の下部とを連結する熱風ライン７３とを含む。

これにより、本乾燥装置は、コークス炉の燃焼室１００で発生した排気ガスを石炭乾燥のための熱風として使用することができる。

ここで、本乾燥装置は、前記分岐管７１上に設けられ、排気ガスに含まれている粉塵を処理するための粉塵捕集部をさらに含む。

前記粉塵捕集部は、前記分岐管７１に設けられ、排気ガスに含まれている粉塵を捕集する少なくとも１つ以上のサイクロン８０と、前記排出ライン１０２に設けられ、排出ライン１０２を開閉して排出ガスを前記分岐管７１に送るためのメインバルブ８１と、前記分岐管７１に設けられ、分岐管７１を開閉する分岐バルブ８２とを含む。

これにより、必要な場合、前記排出ライン１０２に設けられたメインバルブ８１を閉じ、分岐管７１に設けられた分岐バルブ８２を開放すると、煙道１０４に排出される排気ガスが分岐管７１に送給される。したがって、排気ガスを、粉塵捕集部を経て粉塵を除去した後、流動層乾燥機１０、１１の熱風として供給することができる。

また、本装置は、必要時、前記粉塵捕集部を選択的に経由できるように、前記排出ライン１０２と前記ブロワ７２とを連結し、排気ガスを直にブロワ７２を通して送給するためのバイパス管８４と、前記バイパス管８４上に設けられ、バイパス管８４を開閉するバイパスバルブ８６とをさらに含む。

本実施形態において、前記バイパス管８４は、前記サイクロン８０の後段とブロワ７２との間に設けられて排出ライン１０２に連結される。これにより、前記分岐管７１またはバイパス管８４に設けられた分岐バルブ８２とバイパスバルブ８６の開閉作動により排気ガスが粉塵捕集部を選択的に経ることになる。ここで、前記メインバルブ８１は、排出ライン１０２に沿って前記バイパス管８４の後端に配置される。

また、本装置は、粉塵処理された排気ガスを、必要時、煙道１０４を通して排出させるために、ブロワ７２の出側と排出ライン１０２とを連結する排出管８８と、前記排出管８８に設けられる排出バルブ８９と、前記熱風ライン７３に設けられるラインバルブ７４とをさらに含むことができる。これにより、必要時、前記ラインバルブ７４を閉じ、排出バルブ８９を開放すると、排気ガスは、排出ライン１０２に送給されて煙道１０４を通して排出される。

この場合にも、煙道１０４を通して排出される排出ガスは、前記粉塵捕集部のサイクロン８０を経て粉塵が除去された状態であるので、排気ガスに含まれている黒煙などの粉塵によって煙道１０４が汚染されるのを防止することができる。

以下、本装置の作用について説明する。

本装置は、前記のように２つの多段配置された流動層乾燥機１０、１１を備えた構造で、石炭が２つの流動層乾燥機を経て順次に乾燥分級される。

ここで、前記流動層乾燥機の内部に熱風を供給する過程を説明すると、コークス炉で石炭乾留のために、ＣＯＧ（Ｃｏｋｅ Ｏｖｅｎ Ｇａｓ）やＢＦＧ（Ｂｌａｓｔ Ｆｕｒｎａｃｅ Ｇａｓ）などの副生ガスが燃焼室１００に供給されて燃焼する。燃焼室１００で発生した熱は石炭の乾留に用いられる。燃焼室１００で燃焼後発生した排気ガスは、燃焼室１００に連結された排出ライン１０２を通して煙道１０４に排出される。

この過程で本装置が駆動され、煙道１０４に排出される排気ガスを前記流動層乾燥機１０、１１の熱風として使用することになる。

コークス炉の燃焼室１００から排出される排気ガスは２００〜２３０℃であり、流量は６０００Ｎｍ３／ｍｉｎであり、若干の粉塵を含んでいて流動層乾燥機の熱風源として十分に使用可能である。

前記排出ライン１０２に設けられたメインバルブ８１が閉じられ、分岐管７１に設けられた分岐バルブ８２が開放されると、燃焼室１００から排出ライン１０２を通して排出される排気ガスは分岐管７１に流入する。この状態でブロワ７２が駆動されると、排気ガスは、サイクロン８０で粉塵が処理された後、ブロワ７２に連結された熱風ライン７３を通して各流動層乾燥機１０、１１に供給される。これにより、排気ガスは、流動層乾燥機の熱風として使用される。

このように、本熱風供給部７０を通してコークス炉の燃焼室１００から排出される排気ガスを流動層乾燥機の熱風として用いて石炭を乾燥させることができる。

ここで、前記燃焼室から排出される排気ガスの初期温度は２００〜２３０℃であるが、このような過程を経て温度が低くなり、流動層乾燥機１０、１１に供給される時は２００℃以下の温度で供給することができる。したがって、石炭の劣化と追加的なＣＯ２の排出なしに石炭を乾燥することができる。

［第４実施形態］
図１１は、本石炭乾燥装置のさらに他の実施形態を示している。以下の説明において、すでに言及された同一の構成については同一の符号を用い、その詳細な説明は省略する。

図示のように、本装置は、多段に配置される第１流動層乾燥機１０および第２流動層乾燥機１１と、第１流動層乾燥機に石炭を投入するための石炭供給部２０と、前記流動層乾燥機１０に連結され、前記分散板１２に熱風を供給するための熱風供給部３０、３１とを含む。また、本装置は、前記流動層乾燥機１０、１１に連結され、石炭乾燥過程で発生する微粉炭を塊成化するための成形炭製造機６０をさらに含む。

以下、本実施形態において、前記成形炭製造機６０の構造を説明する。

本成形炭製造機６０は、コークス炉に装入される石炭乾燥過程で発生する微粉炭に未乾燥の石炭とバインダーを混合し、これを塊成化して成形炭Ｐを製造する。

前記流動層乾燥機１０、１１で分級された微粉炭は、サイクロン５０とバックフィルタ５２を通して捕集される。

前記流動層乾燥機１０、１１で分級され、サイクロン５０とバックフィルタ５２を通して捕集された微粉炭は、微粉炭ホッパ６１に移送されて貯蔵される。また、前記流動層乾燥機を経由せずに未乾燥の石炭は、石炭ホッパ６２に移送されて貯蔵される。さらに、前記微粉炭と石炭との混合原料に混合されるバインダーは、バインダーホッパ６３に貯蔵されて用意される。

前記成形炭製造機６０は、前記各ホッパに連結され、微粉炭と石炭およびバインダーを混合する混合機６４と、前記混合機に連結され、混合された混合物を成形炭Ｐとして製造するための成形機６５とを含む。

ここで、前記各ホッパと混合機との間には、微粉炭と石炭およびバインダーを配合比率に合わせて混合機に排出するための配合槽が備えられる。つまり、前記微粉炭ホッパ６１に貯蔵された微粉炭は、微粉炭配合槽９０を通して一定の割合で混合機６４に移送される。前記石炭ホッパ６２に貯蔵された石炭は、石炭配合槽９１を通して一定の割合で混合機６４に移送される。また、前記バインダーホッパ６３に貯蔵されたバインダーは、バインダー配合槽９２を通して一定の割合で混合機６４に移送される。

前記混合機６４は、前記微粉炭と石炭との混合原料にバインダーを均一に混合して混合物を製造する。

本実施形態において、前記バインダーは、微粉炭の成形性を確保するために、タールやピッチ、または糖蜜またはグリセリン系のバインダーからなり得る。

前記成形機６５は、図１１に示されるように、双ロール型構造となる。例えば、前記成形機６５は、互いに対向配置されて回転する２つのロール６６と、前記ロールの上部に配置されるホッパ６７と、ホッパ内に設けられる圧入スクリュー６８とを含むことができる。前記成形機の具体的な構成は特に限定されない。

これにより、前記混合機６４から前記成形機６５に投入された混合物は、成形機のロールの間を通過しながら加圧成形され、所定形態の成形炭Ｐに製造される。

ここで、前記微粉炭と石炭およびバインダーの混合と成形は、従来の温度に比べて低い常温で行われる。つまり、前記高温の微粉炭は、未乾燥の石炭およびバインダーと混合され、その温度が８０℃以下と低くなる。これにより、微粉炭を従来に比べて低い温度下で混合および成形することができる。

以下、前記成形炭製造機を参照して、本実施形態にかかる微粉炭の塊成化過程を説明する。

本製造方法は、石炭乾燥過程で分級された微粉炭と未乾燥の石炭との混合原料にバインダーを混合して混合物を製造するステップと、製造された混合物を成形して成形炭を製造するステップとを含む。

流動層乾燥機で分級された前記微粉炭は、粒度が０．３ｍｍ以下で、温度が８０〜１５０℃に達し、水分含有量は３％以下と低くなる。前記石炭は、未乾燥の状態で水分含有量が７〜１０％である。

一定の割合により混合機に供給された微粉炭と石炭およびバインダーは、均一に混合されて混合物として製造される。

このように前記微粉炭に未乾燥の石炭を混合することにより、微粉炭の温度を低くすることができ、これにより、従来に比べて常温で微粉炭の成形が可能になる。

前記混合物は、次の工程の成形機に移送されて圧縮成形され、所定形態の成形炭に製造される。ここで、前記混合物は、高温の微粉炭に低温の石炭が混合された状態で混合物の温度が低くなり、混合物を圧縮成形する過程も、混合過程と同様に、従来に比べて低い温度下で行われる。

ここで、前記バインダーは、タールやピッチ、または糖蜜またはグリセリン系のバインダーからなる。

本実施形態において、前記バインダーは、前記混合原料１００重量部に対して外挿で４〜８重量部で含まれ得る。前記バインダーが４重量部未満で含まれる場合、微粉炭の成形性が低下する。また、前記バインダーが８重量部を超えると、バインダーによる効果の増大はそれ以上期待することが難しい。

図１２は、バインダーの混合比に対する成形炭の成形率実験結果を示している。

前記実験は、乾燥機で分級された微粉炭と未乾燥の石炭およびバインダーを混合し、成形機により圧縮成形して製造した成形炭を用いて行われた。成形炭の製造に使用された微粉炭は、０．３ｍｍの粒度で水分含有量は２％である。石炭は、３ｍｍの粒度で水分含有量が９％の原料が使用された。前記成分の微粉炭８６重量％と石炭１４重量％との混合原料１００重量部に対して、バインダーの混合量を異ならせて成形炭を製造した。バインダーとしては、グリセリン系のバインダーが使用された。

そして、成形機（Ｋｏｍａｒｅｋ Ｂｒｉｑｕｅｔｔｅｒ）を用いて微粉炭と石炭およびバインダーの混合物を圧縮成形して成形炭を製造した。この時、前記成形機の成形圧は１．５ｔ／ｃｍであり、ロールの回転速度は３ｒｐｍ、混合物の加圧移送速度は３０ｒｐｍである。

製造された成形炭に対する成形率実験は、成形機を経てその形状を維持する成形炭の成形率比率と、成形機を経た成形物のうち１ｍｍ以上の粒度を有する成形物の成形率比率とを確認して行われた。

図１２に示されるように、バインダーが４重量部以上の場合、成形率が高くなることを確認することができる。また、バインダーが６重量部以上において、成形炭の成形率が８０％となり、成形物の成形率は８５％と一定に維持されることが分かる。

これにより、前記実験のように、バインダーを、混合原料１００重量部に対して４〜８重量部で混合する場合、成形率を十分に確保できることが分かる。

一方、本実施形態において、前記石炭は、混合原料に対して１０〜４０重量％で含み、微粉炭は、混合原料に対して６０〜９０重量％で含むことができる。

前記混合原料に対する石炭の混合比率が１０重量％未満の場合、微粉炭の量が相対的に増加し、成形炭の強度が低下する。また、前記混合原料に対する石炭の混合比率が４０重量％を超える場合も、成形炭の強度の低下が懸念される。

図１３は、微粉炭と石炭との混合比に対する成形炭の強度実験結果を示している。

前記実験は、乾燥機で分級された微粉炭と未乾燥の石炭およびバインダーを混合し、成形機により圧縮成形して製造した成形炭を用いて行われた。成形炭の製造に使用された微粉炭は、０．３ｍｍの粒度で水分含有量は２．７％である。石炭は、３ｍｍの粒度で水分含有量が８．７％の原料が使用された。前記成分の微粉炭と石炭との混合原料に、バインダーとしてグリセリン系のバインダーを、混合原料１００重量部に対して６重量部で混合した。そして、成形機（Ｋｏｍａｒｅｋ Ｂｒｉｑｕｅｔｔｅｒ）を用いて微粉炭と石炭およびバインダーの混合物を圧縮成形して成形炭を製造した。この時、前記成形機の成形圧は１．５ｔ／ｃｍであり、ロールの回転速度は３ｒｐｍ、混合物の加圧移送速度は３０ｒｐｍである。

製造された成形炭に対する強度実験は、成形炭を圧縮して破砕される時の強度を測定する圧縮強度測定機器によって行われた。

図１３に示されるように、微粉炭の混合量が増加するほど、成形炭の圧縮強度が向上することが分かる。成形炭を５日乾燥した後実施された圧縮強度実験も、大体、微粉炭の混合量が増加するほど、成形炭の圧縮強度が大きくなる。

実験の結果、石炭が１０重量％以下で含まれる場合には、石炭の混合量が限界値以下に減少し、成形炭の強度が急激に低下する。また、石炭の混合量が１０％以上では強度がほぼ一定に維持され、４０重量％を超えると強度の低下が現れる。

したがって、前記実験のように、石炭を、混合原料に対して１０〜４０重量％で混合する場合、成形炭の強度を十分に確保できることが分かる。

前記のように、本乾燥装置は、２つの流動層乾燥機により石炭を効率的に乾燥し、微粉炭の分級率を向上させることができる。流動層乾燥機で分級された微粉炭は、本装置の成形炭製造機により十分な強度を有する成形炭に塊成化される。成形炭製造機により製造された成形炭は、乾燥した石炭と共にコークス炉の炭化室に装入される。したがって、本装置により、低級炭の場合にも効率的な乾燥と微粉炭の塊成化が可能で、コークス炉に装入される石炭の装入密度を高めることができる。これにより、低級炭の使用量を画期的に向上させることができる。

以上、本発明の例示的な実施形態が示されて説明されたが、多様な変形と他の実施形態が本分野における熟練した技術者によって実施できる。このような変形と他の実施形態は、添付した請求の範囲にすべて考慮されて含まれ、本発明の真の趣旨および範囲を逸脱しない。

Claims (46)

1. 石炭に熱風を噴射して流動層を形成させて石炭を乾燥する流動層乾燥機と、前記流動層乾燥機に連結され、内部に石炭を投入するための石炭供給部と、前記流動層乾燥機に連結され、熱風を供給するための熱風供給部とを含み、
   前記流動層乾燥機が少なくとも２つ以上備えられて順次に連結され、石炭が各流動層乾燥機を順に経て乾燥する構造であることを特徴とするコークス用石炭乾燥装置。
2. 前記流動層乾燥機のうちの少なくとも１つは、内部に供給される石炭の供給方向と熱風の供給方向が互いに対向する構造であることを特徴とする請求項１記載のコークス用石炭乾燥装置。
3. 前記流動層乾燥機のうちの少なくとも１つは、垂直に配置され、石炭が上部から下部に投入される構造であることを特徴とする請求項２記載のコークス用石炭乾燥装置。
4. 前記流動層乾燥機は、内部に供給される熱風の温度または熱風の流速が各流動層乾燥機ごとに異なる構造であることを特徴とする請求項１記載のコークス用石炭乾燥装置。
5. 前記流動層乾燥機は、石炭を流動化させて乾燥して分級する第１流動層乾燥機と、第１流動層乾燥機に連結され、第１流動層乾燥機を経た石炭を流動化させて乾燥して分級する第２流動層乾燥機とを含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載のコークス用石炭乾燥装置。
6. 前記第１流動層乾燥機の排出口と第２流動層乾燥機の投入口との間に、石炭を移動させるための連結管が設けられたことを特徴とする請求項５記載のコークス用石炭乾燥装置。
7. 前記流動層乾燥機は、熱風を噴射する分散板と、前記分散板の下部に配置されて熱風供給部に連結され、熱風が導入される下部チャンバと、前記分散板の上方に配置されて石炭の乾燥が行われ、側面には石炭が流入する投入口と乾燥した石炭が排出される排出口とが形成された主塔とを含むことを特徴とする請求項６記載のコークス用石炭乾燥装置。
8. 前記熱風供給部は、前記流動層乾燥機の下部チャンバに連結される熱風ラインに設けられ、熱風を送給するブロワと、熱風ライン上に設けられ、送給される熱風を加熱するヒータと、前記熱風ライン上に設けられ、流動層乾燥機に送給される熱風の流量を調節するための流量計とを含むことを特徴とする請求項６記載のコークス用石炭乾燥装置。
9. 前記流動層乾燥機のうちの少なくとも１つは、内部に設けられた分散板を通して噴出する熱風の流速を、分散板の中央部および周辺部にそれぞれ異ならせて石炭を循環させるための循環部をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載のコークス用石炭乾燥装置。
10. 前記循環部は、順次に連結された各流動層乾燥機のうち最も前方の流動層乾燥機に設けられることを特徴とする請求項９記載のコークス用石炭乾燥装置。
11. 前記循環部は、流動層乾燥機の分散板の下部に形成された下部チャンバ内に前記分散板の中央部および周辺部に熱風を独立して供給するために下部チャンバを区画する分離管が設けられ、前記熱風供給部は、前記分離管に連結され、分離管の内部を通して分散板の中央部に熱風を供給する中央熱風ラインと、前記下部チャンバに連結され、分離管の外部を通して分散板の周辺部に熱風を供給する周辺熱風ラインとを含み、前記中央熱風ラインと前記周辺熱風ラインにそれぞれ異なる流速の熱風を供給する構造であることを特徴とする請求項９記載のコークス用石炭乾燥装置。
12. 前記循環部は、前記分散板の中央部に供給される熱風の流速が、周辺部に供給される熱風の流速より大きい構造であることを特徴とする請求項９記載のコークス用石炭乾燥装置。
13. 前記分散板の中央部に供給される熱風の流速は、石炭の最小流動化速度に対して５〜８倍大きい構造であることを特徴とする請求項１２記載のコークス用石炭乾燥装置。
14. 前記分散板の周辺部に供給される熱風の流速は、石炭の最小流動化速度に対して１〜２倍大きい構造であることを特徴とする請求項１３記載のコークス用石炭乾燥装置。
15. 前記循環部は、前記流動層乾燥機の内部において分散板の中央部の上部に分散板と離隔して設けられる円形管をさらに含むことを特徴とする請求項９記載のコークス用石炭乾燥装置。
16. 前記円形管は、流動層乾燥機の内径の１／２〜１／４の大きさであることを特徴とする請求項１５記載のコークス用石炭乾燥装置。
17. 前記循環部は、前記流動層乾燥機の内部において分散板の中央部の上部に分散板と離隔して設けられる円形管をさらに含み、前記分離管は、前記円形管に対応する大きさとなることを特徴とする請求項１１記載のコークス用石炭乾燥装置。
18. 前記熱風供給部は、コークス炉の燃焼室と煙道とを連結する排気ガス排出ラインに設けられ、排気ガスを石炭乾燥機の熱風として供給するための分岐管と、前記分岐管に設けられ、排気ガスを送給するためのブロワとを含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載のコークス用石炭乾燥装置。
19. 前記分岐管上に設けられ、排気ガスに含まれている粉塵を処理するための粉塵捕集部をさらに含むことを特徴とする請求項１８記載のコークス用石炭乾燥装置。
20. 前記粉塵捕集部は、前記分岐管に設けられる少なくとも１つ以上のサイクロンと、前記排出ラインに設けられ、排出ラインを開閉して排出ガスを前記分岐管に送るためのメインバルブと、前記分岐管に設けられ、分岐管を開閉する分岐バルブとを含むことを特徴とする請求項１９記載のコークス用石炭乾燥装置。
21. 前記熱風供給部は、前記粉塵捕集部を選択的に経由できるように、前記排出ラインと前記ブロワとを連結するバイパス管と、前記バイパス管上に設けられ、バイパス管を開閉するバイパスバルブとを含むことを特徴とする請求項２０記載のコークス用石炭乾燥装置。
22. 前記流動層乾燥機に連結され、分級された微粉炭を塊成化する成形炭製造機をさらに含み、
    前記成形炭製造機は、前記流動層乾燥機で分級された微粉炭が貯蔵される微粉炭ホッパと、未乾燥の石炭が貯蔵される石炭ホッパと、バインダーが貯蔵されるバインダーホッパと、前記各ホッパに連結され、微粉炭と石炭およびバインダーを混合する混合機と、前記混合機に連結され、混合された混合物を成形炭として製造するための成形機とを含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載のコークス用石炭乾燥装置。
23. 前記微粉炭ホッパに連結され、微粉炭ホッパから微粉炭を一定の割合で排出して前記混合機に移送する微粉炭配合槽を含むことを特徴とする請求項２２記載のコークス用石炭乾燥装置。
24. 前記石炭ホッパに連結され、石炭ホッパから石炭を一定の割合で排出して前記混合機に移送する石炭配合槽を含むことを特徴とする請求項２２記載のコークス用石炭乾燥装置。
25. 前記バインダーホッパに連結され、バインダーホッパからバインダーを一定の割合で排出して前記混合機に移送するバインダー配合槽を含むことを特徴とする請求項２２記載のコークス用石炭乾燥装置。
26. 前記微粉炭と石炭との混合原料１００重量％に対して、石炭が１０〜４０重量％で含まれていることを特徴とする請求項２２記載のコークス用石炭乾燥装置。
27. 微粉炭と石炭との混合原料１００重量部に対して、前記バインダーが４〜８重量部で含まれていることを特徴とする請求項２２記載のコークス用石炭乾燥装置。
28. 流動層乾燥機の内部に熱風を供給して石炭を流動化させて乾燥する石炭乾燥方法において、
    石炭を多段に連結された流動層乾燥機に順に通過させて順次に乾燥させることを特徴とするコークス用石炭乾燥方法。
29. 石炭を第１流動層乾燥機を通して流動乾燥して分級する第１乾燥ステップと、
    第１乾燥ステップで乾燥した石炭を多段に配置された第２流動層乾燥機で流動乾燥して分級する第２乾燥ステップとを含むことを特徴とする請求項２８記載のコークス用石炭乾燥方法。
30. 前記各乾燥ステップにおいて、流動層乾燥機に供給される熱風の流速は、最小流動化速度の５〜８倍であることを特徴とする請求項２９記載のコークス用石炭乾燥方法。
31. 前記各乾燥ステップにおいて、流動層乾燥機に供給される熱風の温度は、１２０〜２００℃であることを特徴とする請求項２９記載のコークス用石炭乾燥方法。
32. 前記第１乾燥ステップにおいて、第１流動層乾燥機に投入される石炭の供給量は、２０ｋｇ／ｈであることを特徴とする請求項２９記載のコークス用石炭乾燥方法。
33. 前記第１ステップの熱風の温度または熱風の流速は、第２ステップと異なることを特徴とする請求項２９記載のコークス用石炭乾燥方法。
34. 前記第１ステップの熱風の温度は、第２ステップの熱風の温度より相対的に大きいことを特徴とする請求項３３記載のコークス用石炭乾燥方法。
35. 前記第１ステップの熱風の流速は、第２ステップの熱風の流速より相対的に小さいことを特徴とする請求項３３記載のコークス用石炭乾燥方法。
36. 流動層乾燥機の内部に設けられる分散板の中央部に供給される熱風の流速と、分散板の周辺部に供給される熱風の流速とを、それぞれ異ならせて石炭を循環させて乾燥することを特徴とする請求項２８ないし３５のいずれか１項記載のコークス用石炭乾燥方法。
37. 前記分散板の中央部に供給される熱風の流速が、周辺部に供給される熱風の流速より大きいことを特徴とする請求項３６記載のコークス用石炭乾燥方法。
38. 前記分散板の中央部に供給される熱風の流速は、石炭の最小流動化速度に対して５〜８倍大きいことを特徴とする請求項３７記載のコークス用石炭乾燥方法。
39. 前記分散板の周辺部に供給される熱風の流速は、石炭の最小流動化速度に対して１〜２倍大きいことを特徴とする請求項３８記載のコークス用石炭乾燥方法。
40. コークス炉の燃焼室から排出される排気ガスを前記流動層乾燥機内部の熱風として供給して石炭を乾燥させることを特徴とする請求項２８ないし３５のいずれか１項記載のコークス用石炭乾燥方法。
41. 前記排気ガスを乾燥機の内部に供給する過程において、排気ガスに含まれている粉塵を除去する過程をさらに含むことを特徴とする請求項４０記載のコークス用石炭乾燥方法。
42. 石炭乾燥過程で排出される微粉炭を成形するステップをさらに含み、
    前記微粉炭成形ステップは、微粉炭と未乾燥の石炭との混合原料にバインダーを混合して混合物を製造するステップと、製造された混合物を成形して成形炭を製造するステップとを含むことを特徴とする請求項２８ないし３５のいずれか１項記載のコークス用石炭乾燥方法。
43. 前記成形炭製造ステップは、常温で行われることを特徴とする請求項４２記載のコークス用石炭乾燥方法。
44. 前記バインダーは、ピッチまたはタール、または糖蜜またはグリセリン系から選択される少なくとも１つ以上であることを特徴とする請求項４２記載のコークス用石炭乾燥方法。
45. 前記石炭は、混合原料に対して１０〜４０重量％で含まれることを特徴とする請求項４２記載のコークス用石炭乾燥方法。
46. 前記バインダーは、微粉炭と石炭との混合原料１００重量部に対して４〜８重量部で含まれることを特徴とする請求項４２記載のコークス用石炭乾燥方法。

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