JP4107806B2

JP4107806B2 - 流動床式乾燥機

Info

Publication number: JP4107806B2
Application number: JP2001028565A
Authority: JP
Inventors: 正彦横溝
Original assignee: 社団法人日本鉄鋼連盟
Priority date: 2001-02-05
Filing date: 2001-02-05
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2021-02-05
Also published as: JP2002224556A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数の微細孔を有する分散板の上方に粉粒体を供給し、分散板の下方から微細孔を通して気体を供給し、分散板上で粉粒体と気体とを接触させる流動床における分散板の微細孔の形状に関するものであり、特に粉粒体を乾燥又は焼成又は粒子群ごとに分級し、あるいは燃焼するプロセスに適用する流動床に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
多数の微細孔を有する分散板の下方から熱風を送り、分散板上でこの熱風によって粉粒体材料を流動化して乾燥させる流動床乾燥機が知られている。熱風は粉粒体材料を通過した後乾燥機内を上昇して排出される。流動床において、所定の粒径より小さい粉粒体は排出された気体の上昇流に捕獲されて上昇流とともに排出される。この排出された粉粒体を集塵機等によって捕獲すれば、粉粒体を所定の粒径ごとに分級することも可能である。更に、熱風によって粉粒体を焼成したり燃焼することもできる。
【０００３】
例えば、コークス生産に際し、コークスの品質向上およびコークス炉での生産性向上を目的としてコークス炉装入前に装入炭を流動床乾燥機によって乾燥することが行われている。更に乾燥した装入炭を発塵しやすい粒径の微粉炭とそれより粒径の大きい粗粒炭に分級し、この微粉炭に添加剤を加えて擬似粒子化した上でコークス炉に装入する方法が知られている。装入炭を微粉炭と粗粒炭に分級する方法として、流動床乾燥分級機等を用いて乾燥と分級を同時に行う方法が知られており、乾燥と分級を独立に行う方法に比較して合理的で効果の大きい方法である。
【０００４】
分散板の下方から供給する熱風は、例えば燃料ガスと空気を混合して燃焼させることによって発生させた燃焼ガスを用いる。混合させる空気として燃焼に必要な当量の酸素を供給するに足る量を用いた場合、生成した燃焼ガスの単位体積あたり熱量が定まる。粉粒体を乾燥させるために必要な熱量を求めれば、燃焼ガスの所要量は上記単位体積あたりの燃焼ガス熱量から定めることができる。一方、分散板から供給する気体の必要流量は、分散板上の粉粒体を流動化させるために必要な流量として定めることができる。通常は、必要熱量から定めた燃焼ガスの所要量に対し、流動化に必要な気体の所要量の方が多いので、分散板に供給する気体としては、燃焼ガスに他の気体を混合して所要量を確保する必要がある。
【０００５】
分散板に供給して粉粒体と接触した気体は、流動床の上方から排出し、バグフィルター等の集塵機でガスに含まれる微粉を回収し、排出ガスとなる。この排出ガスを循環し、上記燃焼ガスと混合して再度分散板に供給する気体として用いることができる。燃料ガスを燃焼させるときに過剰空気を導入して流動床の粉粒体を流動化させるために必要なガス量を確保する方法もあるが、常温空気を多量に導入して、高温排ガスを放出することは熱的にロスとなること、空気導入ブロワーの容量を大きくしなければならずコストが嵩むなどの不利な点がある。従って工業設備としては排ガス循環法が有利と考えられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
流動床から排出した気体を循環して使用する場合、排出ガスに含まれる微粉はバグフィルター等の集塵機で取り除くとはいえ、ごく僅かながら微粉が気体中に残存する。この排出ガスを混合した気体を分散板の下方から供給すると、分散板の微細孔に粉体が蓄積することがある。特に、粉体が高温で軟化する傾向を有する物質である場合は、循環した排出ガスと高温の燃焼ガスとを混合した際に気体中の粉体は温度が上昇して軟化し、分散板の微細孔を通過する際に該微細孔の周囲に付着する傾向が強い。例えば、分散板上に供給する粉粒体が石炭である場合、排出気体に含まれる微量の石炭微粉が燃焼ガスとの混合で高温に熱せられて軟化し、分散板２の微細孔３の気体供給側１３周辺に付着微粉１７として付着することとなる（図１（ｆ））。
【０００７】
分散板の微細孔に粉体が付着すると、微細孔の有効直径が小さくなり、気体が分散板を通過するに際しての圧損が大きくなり、送風に必要とする動力が大きくなるばかりでなく、必要な送風量が確保できなくなる。
【０００８】
本発明は、多数の微細孔を有する分散板の上方に粉粒体を供給し、分散板の下方から微細孔を通して気体を供給し、分散板上で粉粒体と気体とを接触させる流動床において、分散板の微細孔に微粉が付着することのない流動床を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
従来の流動床において、分散板２の微細孔３は図１（ｃ）に示すように開口部が円筒形の真っ直ぐな貫通孔であった。微細孔３に付着する微粉１７は、図１（ｆ）に示すように微細孔３の気体供給側１３の入り口付近における微細孔内壁及び分散板表面に集中的に付着する傾向が見られた。本発明者らは、このような局部的付着傾向は、微細孔の気体入り口付近におけるガス流れの乱れが原因であることを明らかにし、ガス流れを整流化することによって微粉の付着を防止できることを明らかにした。ガス流れの整流化は、微細孔の形状を下方の気体供給側に向かって広がり形状とすることによって実現した。
【００１０】
即ち、本発明の要旨とすることころは以下のとおりである。
（１）多数の微細孔３を有する分散板２の上方に粉粒体４を供給し、分散板２の下方から微細孔３を通して気体５を供給し、分散板上で粉粒体と気体とを接触させ、粉粒体４が分散板上を横移動して連続的に粉粒体が処理される流動床式乾燥機において、前記分散板２の微細孔３の口径及び／又は分散板２における微細孔３の開口率が、粉粒体移動の上流側と下流側とで異なり、粉粒体移動の上流側の分散板２における微細孔３の口径及び／又は微細孔の開口率を大きく、粉粒体移動の下流側の分散板２における微細孔３の口径及び／又は微細孔の開口率を小さくするとともに、粉粒体移動の上流側における分散板２の微細孔３の少なくとも気体供給側１３の形状を、下方の気体供給側１３に向かって広がり角度が増大する多段テーパー又は曲線形状とし、粉粒体移動の下流側における分散板２の微細孔３の少なくとも気体供給側１３の形状を、下方の気体供給側１３に向かって広がるテーパー形状とすることを特徴とする流動床式乾燥機。
（２）分散板上で粉粒体４と接触して排出した気体の一部又は全部を循環し、再度分散板の下方から供給する気体として使用することを特徴とする上記（１）に記載の流動床式乾燥機。
（３）粉粒体４は石炭であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の流動床式乾燥機。
【００１１】
【発明の実施の形態】
分散板２の微細孔３におけるガス流れを整流化するため、本発明においては微細孔３の少なくとも気体供給側１３の形状を下方の気体供給側１３に向かって広がり形状とする。図４に示すように、分散板上で粉粒体４と接触して排出した排出ガス７の一部又は全部を循環ガス２１として燃焼ガス９と混合し、再度分散板の下方から供給する気体５として使用する場合、本発明による微細孔への微粉付着防止効果は特に大きい。
【００１２】
広がり形状の中で製造が最も容易な形状として、図１（ａ）に示すように微細孔２の少なくとも気体供給側１３の形状は下方の気体供給側１３に向かって広がるテーパー部１５を有するテーパー形状とすることができる。分散板２の気体供給側表面において、分散板の板厚の１／１５以上の厚さ又は３ｍｍ以上の部分をテーパー部１５とし、分散板の板厚の残りの部分（粉粒体側１４）を真っ直ぐな貫通孔とすれば、微細孔内におけるガス流れを整流化することができる。テーパー部１５の範囲が分散板板厚の１／１５未満であると、テーパー化の効果が十分に発揮されない。テーパー部１５の広がり角度θは２５°〜６５°の範囲が好ましい。この範囲を超えると、広がり角度θが大きくても小さくてもガス流線が分散板から剥離し渦ができて乱れが大きくなり、テーパー部１５を設けた効果が発揮されない。
【００１３】
広がり形状として、下方の気体供給側に向かって広がり角度が増大する多段テーパー（図２）又は曲線形状（図１（ｂ））を採用すると、製作に要する費用は増大するものの、ガス流れの整流化効果が向上するので微粉付着防止効果が向上し好ましい。曲線部１６の曲線形状として、図１（ｂ）に示すように微細孔の気体入り口付近の断面形状を曲率半径Ｒの曲線を採用することができる。曲率半径Ｒを分散板の板厚の１／１５以上とすれば、ガス流れ整流化効果を発揮することができる。曲率半径Ｒが分散板厚み以下の範囲で大きいほど整流化効果は大きく、曲率半径Ｒを分散板の板厚に等しい値としたときに最大の効果が発揮される。ただし、曲率半径Ｒを大きくすると、当該微細孔の曲線部１６と隣接する微細孔の曲線部とが重なることがあるので、微細孔の間隔を考慮しつつ曲率半径Ｒを決定する必要がある。
【００１４】
流動床１には、横に長い流動床上に粉粒体４を連続的に供給し、粉粒体４が流動床上を横に移動する方式（横に長いので横型式と呼ばれる。）や、流動床が円筒形であり粉粒体をバッチ式に供給する方式、床面形状が正方形又は円形の気泡塔又は噴流層・流動層などが含まれる。
【００１５】
横型式の流動床に連続的に粉粒体を供給する方式の流動床乾燥機６を図４に示す。粉粒体４が粉粒体供給部１１から供給される上流側においては粉粒体４が含有する水分量が多いので、分散板２から供給する気体のガス流速を高くして乾燥を促進することが好ましい。一方、粉粒体供給の下流側（粉粒体排出部１２側）においては、粉粒体の乾燥が進行してさらさらの状態となっているので、むしろ分散板２から供給する気体のガス流速を低くして均一なガス流とすることが好ましい。そのため、粉粒体供給上流側の分散板においては微細孔の口径を増大したり微細孔の開口率（分散板の表面積に占める微細孔の開口面積の比率）を大きくすることが有効であり、一方粉粒体供給下流側の分散板においては逆に微細孔の口径を小さくしたり微細孔の開口率を小さくすることが有効である。即ち、分散板の微細孔の口径及び／又は分散板における微細孔の開口率が、粉粒体移動の上流側と下流側とで異なるように構成すると好ましい。
【００１６】
横型式の流動床１において、粉粒体供給上流側と下流側の微細孔の形状を上記のように変化させた場合、粉粒体供給上流側の微細孔においてはガス流速が高いため、微粉の付着傾向が大きくなる。そのため、粉粒体移動の上流側における分散板２の微細孔３の少なくとも気体供給側１３の形状は、下方の気体供給側に向かって広がり角度が増大する多段テーパー（図２）又は曲線形状（図１（ｂ））とし、微粉付着防止効果の増大を実現することが有効である。一方、粉粒体供給下流側の微細孔においてはガス流速が低くなるため、微粉の付着傾向は上流側に比較して小さくなる。そのため、粉粒体移動の下流側における分散板の微細孔の少なくとも気体供給側の形状は、下方の気体供給側に向かって広がるテーパー形状（図１（ａ））を採用しても十分な微粉付着防止効果が得られる。そしてこのような単純なテーパー形状を採用した結果として、粉粒体移動の下流側における分散板の製造費用を低下させる効果を得ることができる。
【００１７】
以上のように、微細孔の形状として下方の気体供給側に向かって広がり角度が増大する多段テーパー又は曲線形状を採用すれば、微粉付着効果の増大は得られるものの分散板製造費用の増大というデメリットが生じる。また、微細孔への微粉の付着傾向は、微細孔の口径、分散板における微細孔の開口率、微細孔におけるガス流速によって相違する。従って、分散板の微細孔の形状は、微細孔の口径、分散板における微細孔の開口率、微細孔におけるガス流速の１又は２以上の条件に応じて異ならせることにより、微粉付着防止効果と分散板製造費用とのバランスをとることが有効である。
【００１８】
流動床に供給する粉粒体が石炭であり、流動床から排出したガスを循環して再度分散板に供給するガスとして使用する場合、循環ガス中に残存する石炭粉は分散板に供給する熱風の中において軟質化し、分散板の微細孔に付着して固化する傾向が特に強い。本発明の流動床による微細孔への付着防止効果は、流動床に供給する粉粒体が石炭である場合に特に顕著である。
【００１９】
【実施例】
（実施例１）
水分を９±１％含有する石炭を乾燥し加熱するための流動床式乾燥機６において本発明を適用した。この流動床乾燥機６を図４に示す。流動床１の大きさは幅５００ｍｍ、長さ７ｍであり、石炭は粉粒体供給部１１から供給され、流動床の分散板上を移動しつつ分散板下方から供給された熱風と接触して乾燥し、２５０℃まで加熱される。石炭は粉粒体排出部１２から排出される。石炭の供給速度は６ｔ／ｈであり、熱風として温度３５０℃の気体５を４００Ｎｍ³／分供給する。分散板２は板厚が１２ｍｍであり、直径７ｍｍの微細孔３が２２ｍｍピッチで２０６６個／ｍ³の密度で配置される。熱風は、分散板上で粉粒体４と接触して粉粒体４を乾燥・加熱した後、流動床の上方から排出ガス７として排出し、バグフィルター１０で微粉を回収し、その後一部を後述のように循環ガス２１として循環して熱風に混合して再使用し、残りは大気中に放散する。
【００２０】
ＣＯＧとＢＦＧを混合した燃料ガス８と空気２０を混合して燃料ガス燃焼部１８で燃焼し、熱量１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ³の燃焼ガス９を４０Ｎｍ³／分発生させ、混合部１９にて燃焼ガス９に循環ガス２１を１８０Ｎｍ³／分混合して流動床１に供給する気体５とした。
【００２１】
従来例においては、分散板２の微細孔３は図１（ｃ）に示すような直径７ｍｍの真っ直ぐな貫通孔とした。石炭の乾燥を行った結果として、図１（ｆ）に示すように、微細孔３の入り口側の孔周辺及び微細孔の内壁に石炭の付着微粉１７が固着した。そのため、流動床における気体の圧力損失は、使用前に１．５ｋＰａであったものが４ｋＰａまで上昇した。
【００２２】
本発明例１においては、図１（ａ）に示すように、微細孔３の気体出口側の深さ５ｍｍを直径７ｍｍの直管部とし、気体供給側１３に単一のテーパー部１５を設けた。テーパー部１５は、深さが７ｍｍ、広がり角度θを４５°とした。流動床における気体の圧力損失は、使用前において１．２ｋＰａに減少し、使用中もこの圧力損失は変動しなかった。図１（ｄ）に示すように、微細孔の気体入り口付近への付着微粉１７の付着量は、従来例の１／７以下に減少した。
【００２３】
本発明例２においては、図１（ｂ）に示すように、微細孔の気体出口側の深さ５ｍｍを直径７ｍｍの直管部とし、気体供給側１３に曲線部１６を設け、曲線部１６の形状を曲率半径７ｍｍの円弧状曲線形状とした。流動床における気体の圧力損失は、使用前において１．１ｋＰａに減少し、使用中もこの圧力損失は変動しなかった。微細孔の気体入り口付近への付着微粉１７の付着量は、図１（ｅ）に示すように、従来例の１／１０以下に減少した。
【００２４】
（実施例２）
実施例１と同じ流動床式乾燥機において、図５に示す通り、流動床の床を石炭の長手方向への移動を阻害しない程度に、長手方向に５つの室になるように流動化部およびフリーボード部を分割し、分割した各部に相当する分散板下部の風箱部も分割して熱風を供給した。各室について、石炭供給側から順次第１槽３１〜第５槽３５とした。
【００２５】
各槽毎に分散板２の微細孔３を通過するガス流速を異なる設定とした。石炭供給側の第１槽３１は、石炭中に含有する水分が多いので、ガスの流動エネルギーを増大するために微細孔の直径を８ｍｍと大きくし、乾燥が進んで石炭がさらさら状になった第５槽３５においては微細孔の直径を６ｍｍと小さくして粒子の均一な流動化を実現した。これは、分散板の下部の風箱（プレナム室ともいう）が図４のように１室構造の場合、孔径が大きいほど風量は多くなることによる。図５のように風箱が仕切られている場合には、各箱への供給風量も調整することが必要である。
【００２６】
ガス流速が高い第１槽３１においては、付着微粉１７の付着傾向が強いので、微細孔３の気体供給側形状を多段テーパーとした。具体的には、図２に示すように、第１テーパー部１５ａと第２テーパー部１５ｂを有する形状とし、孔径８ｍｍφ、直管部長さを５ｍｍ、第２テーパ１５ｂの長さを４ｍｍ、角度４５°、第１テーパ１５ａの長さ３ｍｍ、角度６５°とした。一方、第５槽３５はガス流速が低いため付着微粉１７の付着傾向が弱いので、微細孔３の気体供給側１３の形状を製造コストの安い単一テーパー形状とした。具体的には、図１（ａ）に示すように、テーパー部１５は、深さが７ｍｍ、テーパー角度４５°とした。第２〜第４槽については、孔径７ｍｍφ、直管部長さを５ｍｍ、テーパ１５を５０°とした。
【００２７】
上記流動床を用いて石炭の乾燥と加熱を行った結果、第１槽３１から第５槽３５まで分散板２の微細孔３への微粉の付着はごくわずかであった。第１槽３１から第５槽３５までを第１槽３１と同じ円弧形状を有する微細孔形状とした場合と比較し、分散板２の製作コストを５％低減することができた。また、第１槽から第５槽までを第５槽と同じ単一テーパー形状とした場合と比較すると、微細孔周辺への微粉の付着が減少したため、圧力損失が１０％程度減少した。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の流動床において、分散板の微細孔の形状を下方の気体供給側に向かって広がり形状とすることにより、微細孔におけるガス流れを整流化し、微細孔への微粉の付着を防止することができた。特に、流動床で処理する粉粒体が石炭のような高温で軟質化する粉粒体であり、更に流動床から排出したガスを循環して分散板に供給するガスとして再利用する場合において効果が顕著である。
【００２９】
粉粒体が分散板上を横移動して連続的に粉粒体が処理される流動床においては、粉粒体移動の上流側における分散板の微細孔の形状は下方の気体供給側に向かって広がり角度が増大する多段テーパー又は曲線形状とし、粉粒体移動の下流側における分散板の微細孔の形状は下方の気体供給側に向かって広がるテーパー形状とすることにより、微細孔への微粉の付着を防止しつつ分散板の製造コストを低減することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】分散板の微細孔を示す断面図であり、（ａ）、（ｂ）は本発明例、（ｃ）は従来例、（ｄ）〜（ｆ）は（ａ）〜（ｃ）の微細孔に付着微粉が付着した状況を示す。
【図２】本発明の分散板の微細孔を示す断面図である。
【図３】微細孔を分散板の上方から見た図である。
【図４】流動床乾燥炉を示す断面図である。
【図５】流動床乾燥炉を示す断面図である。
【符号の説明】
１流動床
２分散板
３微細孔
４粉粒体
５気体
６流動床乾燥機
７排出ガス
８燃料ガス
９燃焼ガス
１０バグフィルター
１１粉粒体供給部
１２粉粒体排出部
１３気体供給側
１４粉粒体側
１５テーパー部
１６曲線部
１７付着微粉
１８燃料ガス燃焼部
１９混合部
２０空気
２１循環ガス
３１第１槽
Ｒ曲率半径
θ 広がり角度

Claims

多数の微細孔を有する分散板の上方に粉粒体を供給し、分散板の下方から微細孔を通して気体を供給し、分散板上で粉粒体と気体とを接触させ、粉粒体が分散板上を横移動して連続的に粉粒体が処理される流動床式乾燥機において、前記分散板の微細孔の口径及び／又は分散板における微細孔の開口率が、粉粒体移動の上流側と下流側とで異なり、粉粒体移動の上流側の分散板における微細孔の口径及び／又は微細孔の開口率を大きく、粉粒体移動の下流側の分散板における微細孔の口径及び／又は微細孔の開口率を小さくするとともに、粉粒体移動の上流側における分散板の微細孔の少なくとも気体供給側の形状を、下方の気体供給側に向かって広がり角度が増大する多段テーパー又は曲線形状とし、粉粒体移動の下流側における分散板の微細孔の少なくとも気体供給側の形状を、下方の気体供給側に向かって広がるテーパー形状とすることを特徴とする流動床式乾燥機。
分散板上で粉粒体と接触して排出した気体の一部又は全部を循環し、再度分散板の下方から供給する気体として使用することを特徴とする請求項１に記載の流動床式乾燥機。
粉粒体は石炭であることを特徴とする請求項１又は２に記載の流動床式乾燥機。