JP6091922B2 - 流動層乾燥装置 - Google Patents

Description

本発明は、流動化ガスにより湿潤燃料を流動化させて乾燥させる流動層乾燥装置に関するものである。

例えば、石炭ガス化複合発電設備は、石炭をガス化し、コンバインドサイクル発電と組み合わせることにより、従来型の石炭火力に比べてさらなる高効率化・高環境性を目指した発電設備である。この石炭ガス化複合発電設備は、資源量が豊富な石炭を利用可能であることも大きなメリットであり、適用炭種を拡大することにより、さらにメリットが大きくなることが知られている。

従来の石炭ガス化複合発電設備は、一般的に、給炭装置、乾燥装置、石炭ガス化炉、ガス精製装置、ガスタービン設備、蒸気タービン設備、排熱回収ボイラ、ガス浄化装置などを有している。従って、石炭が乾燥されてから粉砕され、石炭ガス化炉に対して、微粉炭として供給されると共に、空気が取り込まれ、この石炭ガス化炉で石炭が燃焼ガス化されて生成ガス（可燃性ガス）が生成される。そして、この生成ガスがガス精製されてからガスタービン設備に供給されることで燃焼して高温・高圧の燃焼ガスを生成し、タービンを駆動する。タービンを駆動した後の排気ガスは、排熱回収ボイラで熱エネルギが回収され、蒸気を生成して蒸気タービン設備に供給され、タービンを駆動する。これにより発電が行なわれる。一方、熱エネルギが回収された排気ガスは、ガス浄化装置で有害物質が除去された後、煙突を介して大気へ放出される。

このような石炭ガス化複合発電設備に用いられる石炭の乾燥装置としては、下記特許文献に記載されたものがある。特許文献１に記載された振動流動層装置は、粒子が充填された領域を振動させることで流動層を設け、流動層を仕切板で仕切り、各隔室に粉流体の流れ方向に延在させて伝熱管を上下及び左右方向に複数本配置するものである。また、乾燥装置としては、粒子が充填された領域の下側から流動化ガスを供給することで粒子を流動化させる流動層乾燥装置がある。

特開平６−３２３７２４号公報

流動化ガスを供給することで粒子を流動化させる流動層乾燥装置も、特許文献１に示すように、被乾燥物が流動する流動層に伝熱管を配置し、この伝熱管で石炭を加熱することで、乾燥を促進している。

ここで、流動層乾燥装置は、伝熱管をより多く配置することで、被乾燥物に与える熱量が大きくでき乾燥の性能を高くすることができる。しかしながら、伝熱管の配置密度が高くなると流動性が低下してしまい、伝熱管の配置密度を低くすると装置が大型化してしまう。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、乾燥の性能を維持しつつ、装置を小型化することができる流動層乾燥装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の流動層乾燥装置は、中空形状をなす乾燥容器と、該乾燥容器の一端側に湿潤燃料を投入する湿潤燃料投入部と、前記乾燥容器の他端側から湿潤燃料が加熱乾燥した乾燥物を排出する乾燥物排出部と、前記乾燥容器の下部に流動化ガスを供給することで湿潤燃料と共に流動層を形成する流動化ガス供給部と、前記乾燥容器の上方から流動化ガス及び発生蒸気を排出するガス排出部と、前記流動層に配置された伝熱管と、を備え、前記伝熱管は、複数の直線部が水平方向及び鉛直方向に列状に配置されており、前記直線部の鉛直方向上側の端部において隣接する前記直線部の間隔が、鉛直方向下側の端部において隣接する前記直線部の間隔よりも狭いことを特徴とするものである。

従って、流動層乾燥装置では、相対的にガス量が増加し、流動性が高い鉛直方向上側での伝熱管の配置密度を高くすることができる。これにより、より多くの伝熱管を配置することができ、乾燥性能を高くすることができる。また、伝熱管の配置密度が高くなっても流動性を維持できる領域の配置密度を高くしているため、流動性の低下を抑制できる。また、配置密度を高くすることができるため、装置を小型化することができる。以上より、乾燥の性能を維持しつつ、装置を小型化することができる。

本発明の流動層乾燥装置では、前記伝熱管は、前記直線部の延在方向に直交する方向で、かつ、水平方向から見た場合に、前記直線部の鉛直方向上側の端部において隣接する前記直線部の間隔が、鉛直方向下側の端部において隣接する前記直線部の間隔よりも狭いことを特徴としている。

従って、直線部の延在方向に直交する方向で、かつ、水平方向の間隔を変化させることで、配置密度を好適に調整することができる。

本発明の流動層乾燥装置では、前記伝熱管は、前記直線部の延在方向に直交する方向で、かつ、鉛直な方向から見た場合に、前記直線部の鉛直方向上側の端部において隣接する前記直線部の間隔が、鉛直方向下側の端部において隣接する前記直線部の間隔よりも狭いことを特徴としている。

従って、直線部の延在方向に直交する方向で、かつ、鉛直方向の間隔を変化させることで、配置密度を好適に調整することができる。

本発明の流動層乾燥装置では、前記伝熱管は、隣接する前記直線部の間隔が、鉛直方向上側から鉛直方向下側に向かって広くなることを特徴としている。

従って、直線部の間隔を鉛直方向上側から鉛直方向下側に向かって広くすることで、流動性を維持しつつ、より多くの伝熱管を配置することができる。これにより乾燥性能を維持しつつ、小型化ができる。

本発明の流動層乾燥装置では、前記伝熱管は、２つの前記直線部の端部を連結する湾曲部を有し、前記直線部が前記湾曲部を介して、他の直線部と連結していることを特徴としている。

従って、１本の折り返し形状の伝熱管を用いることができ、伝熱管の本数を少なくすることができる。

本発明の流動層乾燥装置では、複数の前記直線部の一方の端部に連結され、前記直線部に流体を供給する供給ヘッダと、複数の前記直線部の他方の端部に連結され、前記直線部を流れた流体を回収する回収ヘッダと、を有することを特徴としている。

従って、直線部の配置を変更しやすくすることができる。

本発明の流動層乾燥装置によれば、流動性を維持しつつ、より多くの伝熱管を配置することができるため、乾燥の性能を維持しつつ、装置を小型化することができる。

図１は、本実施例の流動層乾燥装置が適用された石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。 図２は、本発明の一実施例に係る湿潤燃料の乾燥システムを表す概略構成図である。 図３は、本実施例の流動層乾燥装置を表す概略側面図である。 図４は、本実施例の流動層乾燥装置を表す概略背面図である。 図５は、伝熱管の配置の一例を示す説明図である。 図６は、伝熱管に蒸気を循環させる機構の一例を示す説明図である。 図７は、伝熱管の配置の他の例を示す説明図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る湿潤燃料の乾燥システムの好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。

図１は、本実施例の流動層乾燥装置が適用された石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。図２は、本発明の一実施例に係る湿潤燃料の乾燥システムを表す概略構成図である。図３は、本実施例の流動層乾燥装置を表す概略側面図である。図４は、本実施例の流動層乾燥装置を表す概略背面図である。

本実施例の石炭ガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｏａｌ Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｙｃｌｅ）は、空気を酸化剤としてガス化炉で石炭ガスを生成する空気燃焼方式を採用し、ガス精製装置で精製した後の石炭ガスを燃料ガスとしてガスタービン設備に供給して発電を行うものである。即ち、本実施例の石炭ガス化複合発電設備は、空気燃焼方式（空気吹き）の発電設備である。

本実施例において、図１に示すように、石炭ガス化複合発電設備１０は、給炭装置１１、流動層乾燥装置１２、微粉炭機（ミル）１３、石炭ガス化炉１４、チャー回収装置１５、ガス精製装置１６、ガスタービン設備１７、蒸気タービン設備１８、発電機１９、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：Ｈｅａｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｓｔｅａｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）２０を有している。

給炭装置１１は、原炭バンカ２１と、石炭供給機２２と、クラッシャ２３とを有している。原炭バンカ２１は、原炭（石炭）を貯留可能であって、所定量の原炭を石炭供給機２２に投下することができる。石炭供給機２２は、原炭バンカ２１から投下された原炭をコンベアなどにより搬送し、クラッシャ２３に投下することができる。このクラッシャ２３は、投下された原炭を所定の大きさの石炭に破砕することができる。

流動層乾燥装置１２は、給炭装置１１により投入された石炭に流動化ガスを供給することで、この石炭を流動させながら加熱乾燥するものであり、石炭に含有される水分を除去することができる。そして、この流動層乾燥装置１２は、取り出された乾燥炭を冷却する冷却器３１が設けられ、乾燥炭が乾燥炭バンカ３２に貯留される。また、流動層乾燥装置１２は、取り出された排ガスから乾燥炭の粒子を分離するサイクロン３３が設けられ、排ガスから分離された乾燥炭の粒子が乾燥炭バンカ３２に貯留され、乾燥炭が分離された排ガスは、流動層乾燥装置１２に流動化ガスとして戻される。

微粉炭機１３は、石炭粉砕機であって、流動層乾燥装置１２により乾燥された石炭（乾燥炭）を細かい粒子状に粉砕して微粉炭を製造するものである。即ち、微粉炭機１３は、乾燥炭バンカ３２に貯留された乾燥炭が石炭供給機３６により投下され、この乾燥炭を所定粒径以下の微粉炭とするものである。そして、微粉炭機１３で粉砕後の微粉炭は、バグフィルタ３７ａ，３７ｂにより搬送用ガスから分離され、微粉炭供給ホッパ３８ａ，３８ｂに貯留される。

石炭ガス化炉１４は、微粉炭機１３で処理された微粉炭が供給可能であると共に、チャー回収装置１５で回収されたチャー（石炭の未燃分）が戻されてリサイクル可能となっている。

即ち、石炭ガス化炉１４は、ガスタービン設備１７（圧縮機６１）から圧縮空気供給ライン４１が接続されており、このガスタービン設備１７で圧縮された圧縮空気が供給可能となっている。空気分離装置４２は、大気中の空気から窒素と酸素を分離生成するものであり、第１窒素供給ライン４３が石炭ガス化炉１４に接続され、この第１窒素供給ライン４３に微粉炭供給ホッパ３８ａ，３８ｂからの給炭ライン４４ａ，４４ｂが接続されている。また、第２窒素供給ライン４５も石炭ガス化炉１４に接続され、この第２窒素供給ライン４５にチャー回収装置１５からのチャー戻しライン４６が接続されている。更に、酸素供給ライン４７は、圧縮空気供給ライン４１に接続されている。この場合、窒素は、石炭やチャーの搬送用ガスとして利用され、酸素は、酸化剤として利用される。

石炭ガス化炉１４は、例えば、噴流床形式のガス化炉であって、内部に供給された石炭、チャー、空気（酸素）、またはガス化剤としての水蒸気を燃焼・ガス化すると共に、二酸化炭素を主成分とする可燃性ガス（生成ガス、石炭ガス）が発生し、この可燃性ガスをガス化剤としてガス化反応が起こる。なお、石炭ガス化炉１４は、微粉炭の混入した異物を除去する異物除去装置４８が設けられている。この場合、石炭ガス化炉１４は噴流床ガス化炉に限らず、流動床ガス化炉や固定床ガス化炉としてもよい。そして、この石炭ガス化炉１４は、チャー回収装置１５に向けて可燃性ガスのガス生成ライン４９が設けられており、チャーを含む可燃性ガスが排出可能となっている。この場合、ガス生成ライン４９にガス冷却器を設けることで、可燃性ガスを所定温度まで冷却してからチャー回収装置１５に供給するとよい。

チャー回収装置１５は、集塵装置５１と供給ホッパ５２とを有している。この場合、集塵装置５１は、１つまたは複数のバグフィルタやサイクロンにより構成され、石炭ガス化炉１４で生成された可燃性ガスに含有するチャーを分離することができる。そして、チャーが分離された可燃性ガスは、ガス排出ライン５３を通してガス精製装置１６に送られる。供給ホッパ５２は、集塵装置５１で可燃性ガスから分離されたチャーを貯留するものである。そして、供給ホッパ５２からのチャー戻しライン４６が第２窒素供給ライン４５に接続されている。

ガス精製装置１６は、チャー回収装置１５によりチャーが分離された可燃性ガスに対して、硫黄化合物や窒素化合物などの不純物を取り除くことで、ガス精製を行うものである。そして、ガス精製装置１６は、可燃性ガスを精製して燃料ガスを製造し、これをガスタービン設備１７に供給する。なお、このガス精製装置１６では、チャーが分離された可燃性ガス中にはまだ硫黄分（Ｈ_２Ｓ）が含まれているため、アミン吸収液によって除去することで、硫黄分を最終的には石膏として回収し、有効利用する。

ガスタービン設備１７は、圧縮機６１、燃焼器６２、タービン６３を有しており、圧縮機６１とタービン６３は、回転軸６４により連結されている。燃焼器６２は、圧縮機６１から圧縮空気供給ライン６５が接続されると共に、ガス精製装置１６から燃料ガス供給ライン６６が接続され、タービン６３に燃焼ガス供給ライン６７が接続されている。また、ガスタービン設備１７は、圧縮機６１から石炭ガス化炉１４に延びる圧縮空気供給ライン４１が設けられており、中途部に昇圧機６８が設けられている。従って、燃焼器６２では、圧縮機６１から供給された圧縮空気とガス精製装置１６から供給された燃料ガスとを混合して燃焼し、タービン６３にて、発生した燃焼ガスにより回転軸６４を回転することで発電機１９を駆動することができる。

蒸気タービン設備１８は、ガスタービン設備１７における回転軸６４に連結されるタービン６９を有しており、発電機１９は、この回転軸６４の基端部に連結されている。排熱回収ボイラ２０は、ガスタービン設備１７（タービン６３）からの排ガスライン７０に設けられており、空気と高温の排ガスとの間で熱交換を行うことで、蒸気を生成するものである。そのため、排熱回収ボイラ２０は、蒸気タービン設備１８のタービン６９との間に蒸気供給ライン７１が設けられると共に、蒸気回収ライン７２が設けられ、蒸気回収ライン７２に復水器７３が設けられている。そして、排熱回収ボイラ２０にガス浄化装置７４及び煙突７５が連結されている。

このように構成された本実施例の石炭ガス化複合発電設備１０では、給炭装置１１にて、原炭が石炭供給機２２によりクラッシャ２３に投下されて破砕され、流動層乾燥装置１２により加熱乾燥された後、冷却器３１により冷却され、乾燥炭バンカ３２に貯留される。乾燥炭バンカ３２の乾燥炭は、微粉炭機１３で粉砕されて微粉炭が製造され、微粉炭供給ホッパ３８ａ，３８ｂに貯留される。この微粉炭供給ホッパ３８ａ，３８ｂに貯留される微粉炭は、石炭ガス化炉１４に供給され、圧縮空気により燃焼してガス化することで、二酸化炭素を主成分とする可燃性ガス（石炭ガス）が生成される。そして、この可燃性ガスは、チャー回収装置１５によりチャーが分離されてガス精製装置１６に送られる。

ガス精製装置１６にて、可燃性ガスは、硫黄化合物や窒素化合物などの不純物が取り除かれてガス精製され、燃料ガスが製造される。ガスタービン設備１７では、圧縮機６１が圧縮空気を生成して燃焼器６２に供給すると、この燃焼器６２は、この圧縮空気と燃料ガスとを混合して燃焼することで燃焼ガスを生成し、タービン６３を駆動して発電機１９による発電を行う。そして、ガスタービン設備１７から排出された排気ガスは、排熱回収ボイラ２０で蒸気を生成し、蒸気タービン設備１８に供給する。蒸気タービン設備１８では、この蒸気によりタービン６９を駆動して発電機１９により発電を行う。その後、ガス浄化装置７４では、排熱回収ボイラ２０から排出された排気ガスの有害物質が除去され、浄化された排ガスが煙突７５から大気へ放出される。

ここで、本実施例の湿潤燃料の乾燥システムについて詳細に説明する。

本実施例の湿潤燃料の乾燥システムは、図２に示すように、流動層乾燥装置１２と、サイクロン３３と、流動化ガス供給装置２０２と、加熱装置２０３とを有している。流動層乾燥装置１２は、流動化ガスを供給することで石炭（湿潤燃料）を流動化させて乾燥するものである。本実施例では、流動化ガスとして不活性ガス（例えば、窒素ガスなど）が適用される。

流動層乾燥装置１２は、プラグフロー式の乾燥装置であって、図３及び図４に示すように、乾燥容器１０１と、石炭投入口１０２と、乾燥炭排出口１０３と、流動化ガス供給部１０４（１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ）と、ガス排出口１０５と、伝熱管１０６，１０７，１０８とを有している。

乾燥容器１０１は、中空箱型形状をなしており、一端側に石炭を投入する石炭投入口１０２が形成される一方、他端側の下部に石炭を加熱乾燥した乾燥炭を排出する乾燥炭排出口１０３が形成されている。この場合、石炭投入口１０２や乾燥炭排出口１０３を乾燥容器１０１の端部に１つずつ設けたが、複数であってもよい。この場合、乾燥容器１０１は、石炭供給機２２（図１参照）により石炭投入口１０２から内部への石炭供給量を調整することができる。また、乾燥容器１０１は、乾燥炭排出口１０３に設けられた図示しないロータリバルブの回転数を調整することで、石炭排出量を調整することができる。

また、乾燥容器１０１は、下部に底板１０１ａから所定距離をあけて複数の貫通孔を有する分散板１０９が設けられることで、上部の乾燥室（１１１，１１２，１１３）と下部の風箱１１０とに区画されている。そして、乾燥容器１０１は、この底板１０１ａに風箱１１０を介して分散板１０９の上方に流動化ガスを供給する流動化ガス供給部１０４（１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ）が設けられている。更に、乾燥容器１０１は、乾燥炭排出口１０３側の天井板１０１ｂに流動化ガス及び発生蒸気を排出するガス排出口１０５が形成されている。

この乾燥容器１０１は、石炭投入口１０２から石炭が供給されると共に、流動化ガス供給部１０４から風箱１１０及び分散板１０９を通して流動化ガスが供給されることで、この分散板１０９の上方に所定厚さの流動層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が形成されると共に、この流動層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の上方にフリーボード部Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３が形成される。

そして、乾燥容器１０１は、内部が石炭の流動方向の上流側に設けられた第１乾燥室１１１と、この第１乾燥室１１１より下流側に設けられた第２乾燥室１１２と、石炭の流動方向の最も下流側に設けられた第３乾燥室１１３とが設けられている。

詳細に説明すると、乾燥容器１０１は、複数（本実施例では、２個）の仕切板（仕切部材）１１４，１１５により流動層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が石炭の流動方向に複数（本実施例では、３個）に分割され、各仕切板１１４，１１５により原炭の通過開口部１１６，１１７が形成されている。この各仕切板１１４，１１５は、原炭の流動方向に直交する鉛直方向に沿って配置されると共に、石炭の流動方向に所定間隔で配置されており、左右の端部が乾燥容器１０１の内壁面に取付けられている。そして、各仕切板１１４，１１５は、下端部が分散板１０９と所定隙間をもって位置し、上端部が流動層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３より上方に延出するように位置している。即ち、各仕切板１１４，１１５と分散板１０９との間に、所定の高さと幅（開口面積）を有する通過開口部１１６，１１７が確保されており、この通過開口部１１６，１１７は、ほぼ同じ開口面積に設定されている。

このように乾燥容器１０１は、各仕切板１１４，１１５が設けられることで、第１乾燥室１１１と第２乾燥室１１２と第３乾燥室１１３に区画され、各乾燥室１１１，１１２，１１３は、この仕切板１１４，１１５の上方で連通されている。この場合、第１乾燥室１１１は、フリーボード部Ｆ１と流動層Ｓ１が形成され、石炭の初期乾燥を行う領域（予熱乾燥領域）となっている。第２乾燥室１１２は、フリーボード部Ｆ２と流動層Ｓ２が形成され、原炭の中期乾燥を行う領域（定率乾燥領域）となっている。第３乾燥室１１３は、フリーボード部Ｆ３と流動層Ｓ３が形成され、原炭の後期乾燥を行う領域（減率乾燥領域）となっている。

この場合、各乾燥室１１１，１１２，１１３は、床面積がほぼ同様となるように設定されているが、原炭の含水量などに応じて最適な比率に設定してもよく、例えば、第２乾燥室１１２の床面積を最大に設定することが望ましい。即ち、第１乾燥室１１１は、投入される石炭の含水率が高いことから、所定の含水率まで原炭の乾燥速度が上昇する予熱乾燥領域である。石炭の乾燥速度は、所定の乾燥速度まで上昇して一定となることから、第２乾燥室１１２は、石炭の乾燥速度が一定となる定率乾燥領域である。石炭の乾燥速度は、石炭の含水率が所定の含水率（限界含水率）になると、加工することから、第３乾燥室１１３は、石炭の乾燥速度が減少する減率乾燥領域である。従って、定率乾燥領域である第２乾燥室１１２の容積を最大にすることで、乾燥効率が向上する。

また、乾燥容器１０１は、３つの乾燥室１１１，１１２，１１３に対応するように、複数（本実施例では、２個）の区画板（区画部材）１１８，１１９により風箱１１０が石炭の流動方向に複数（本実施例では、３個）に区画されている。即ち、風箱１１０は、２個の区画板１１８，１１９により３個の風箱１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃに区画され、この３個の風箱１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃに対応するように３個の流動化ガス供給部１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃが設けられている。流動層乾燥装置１２は、各乾燥室１１１，１１２，１１３に対して流動化ガスを供給するガス供給ライン１２１が設けられており、このガス供給ライン１２１から分岐した３個の分岐ライン１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃがそれぞれ風箱１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ（流動化ガス供給部１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ）に連結されている。

この乾燥容器１０１は、その室内において、供給された石炭が押し出し流れとなるようにプラグフロー方式として構成されている。この押し出し流れとは、流動層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３において、石炭が流動方向に拡散しないように、この石炭を流動方向に押し出す流れである。

また、乾燥容器１０１は、各乾燥室１１１，１１２，１１３にて、外部から乾燥容器１０１を貫通して各流動層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３内を循環する複数の伝熱管１０６，１０７，１０８が配置されている。この伝熱管１０６，１０７，１０８は、各流動層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３内に埋設されるように位置されている。伝熱管１０６，１０７，１０８は、過熱蒸気Ｓｔ１が供給されている。伝熱管１０６，１０７，１０８は、内部を流れる過熱蒸気Ｓｔ１により各流動層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３で流動化ガスにより流動している石炭を加熱して乾燥することができる。伝熱管１０６、１０７、１０８を通過した過熱蒸気Ｓｔ１は、石炭と熱交換した後、蒸気Ｓｔ２として排出される。また、伝熱管１０６，１０７，１０８を通過した過熱蒸気Ｓｔ１は、液化した状態で排出されるようにしてもよい。伝熱管１０６，１０７，１０８は、鉛直方向上側の端部から過熱蒸気Ｓｔ１が供給され、鉛直方向下側の端部から蒸気Ｓｔ２が排出される。この場合、伝熱管１０６，１０７，１０８は、供給される過熱蒸気Ｓｔ１の圧力を変更することで、その温度を調整することができる。伝熱管１０６，１０７，１０８の配置構成については後述する。

従って、第１乾燥室１１１に供給された石炭は、ここで流動化ガスにより流動されると共に、伝熱管１０６により加熱されることで乾燥される。そして、第１乾燥室１１１で初期乾燥された石炭は、仕切板１１４の下部の通過開口部１１６を通って第２乾燥室１１２に移動され、ここで、伝熱管１０７により加熱されることで中期乾燥される。そして、第２乾燥室１１２で中期乾燥された石炭は、仕切板１１５の下部の通過開口部１１７を通って第３乾燥室１１３に移動され、ここで、伝熱管１０８により加熱されることで後期乾燥される。

これにより、各乾燥室１１１，１１２，１１３の流動層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を形成する石炭は、この流動層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３間を上流側から通過開口部１１６，１１７を通って順に移動することで、押し出し流れとすることができ、流動方向に拡散させることなく乾燥される。

次に、サイクロン３３は、流動層乾燥装置１２のガス排出口１０５から排出された排ガス（流動化ガス及び発生蒸気）から乾燥炭の微粒子を分離するものである。そのため、流動層乾燥装置１２のガス排出口１０５からこのサイクロン３３の上部に向けて排ガス供給ライン２１１が設けられている。そして、サイクロン３３は、微粒子が除去された排ガスを下部から排出する排出管２１２が設けられている。この排出管２１２は、サイクロン３３内の中央部に鉛直方向に沿って配置され、上端部の排出口がサイクロン３３の上部で、且つ、水平方向の中央側に配置され、下端部が水平方向に屈曲してサイクロン３３の下部から外方に突出している。そして、排出管２１２は、下端部が配管２１３を介して煙突２１４に連結されている。また、サイクロン３３は、排ガスから分離した微粒子を乾燥炭バンカ３２に供給する。

流動化ガス供給装置２０２は、サイクロン３３により微粒子が除去された排気ガスを流動化ガスとして流動層乾燥装置１２に供給するものである。この流動化ガス供給装置２０２は、配管２１３とガス供給ライン１２１を連結する流動化ガス戻しライン２１６と、この流動化ガス戻しライン２１６に設けられた循環ブロワ２１７とを有している。また、流動化ガス供給装置２０２は、流動層乾燥装置１２に供給する流動化ガスを加熱する加熱装置２０３が設けられている。この加熱装置２０３は、流動化ガス戻しライン２１６における循環ブロワ２１７より流動化ガスの流れ方向の下流側に設けられている。加熱装置２０３は、例えば、燃焼バーナ、熱交換器などである。

ここで、本実施例の湿潤燃料の乾燥システムの作動について説明する。

湿潤燃料の乾燥システムにおいて、流動層乾燥装置１２では、図３に示すように、石炭投入口１０２から乾燥容器１０１に石炭が供給されると共に、流動化ガス供給部１０４から分散板１０９を通して流動化ガスが供給されることで、この分散板１０９の上方に所定厚さの流動層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が形成される。石炭は、流動化ガスにより流動層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を乾燥炭排出口１０３側に移動し、このとき、伝熱管１０６，１０７，１０８から熱を受けることで加熱されて乾燥される。

即ち、石炭投入口１０２から石炭が供給されると、まず、第１乾燥室１１１では、流動化ガス供給部１０４ａから分散板１０９を通して流動化ガスが供給されると共に、伝熱管１０６から熱を受けることで、流動層Ｓ１で流動しながら乾燥される。次に、第１乾燥室１１１で初期乾燥が終了した石炭は、仕切板１１４の通過開口部１１６を通って第２乾燥室１１２に流動する。この第２乾燥室１１２では、流動化ガス供給部１０４ｂから分散板１０９を通して流動化ガスが供給されると共に、伝熱管１０７から熱を受けることで、流動層Ｓ２で流動しながら乾燥される。そして、第２乾燥室１１２で中期乾燥が終了した石炭は、仕切板１１５の通過開口部１１７を通って第３乾燥室１１３に流動する。この第３乾燥室１１３では、流動化ガス供給部１０４ｃから分散板１０９を通して流動化ガスが供給されると共に、伝熱管１０８から熱を受けることで、流動層Ｓ３で流動しながら乾燥される。このように石炭は、流動層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３にて、伝熱管１０６，１０７，１０８により加熱されながら、供給される流動化ガスにより流動し、押し出し流れとなって流動方向に拡散することなく乾燥される。

その後、石炭が乾燥された乾燥炭は、乾燥炭排出口１０３から外部に排出され、流動層Ｓで石炭が加熱乾燥されることで発生した蒸気は、流動化ガスと共に上昇し、乾燥炭排出口１０３側に流れ、ガス排出口１０５から外部に排出される。

流動層乾燥装置１２のガス排出口１０５から排出された排ガス（流動化ガス及び発生蒸気）は、排ガス供給ライン２１１を通してサイクロン３３に供給される。このサイクロン３３に供給された排ガスは、内部を旋回することで、石炭の微粒子が外周部側に分離される。微粒子が除去された排ガスは、冷却水により冷却されると共に蒸気が凝縮され、不活性ガスが排出管２１２に吸い込まれ、この排出管２１２から配管２１３を介して煙突２１４で処理される。分離された微粒子は、乾燥炭バンカ３２に供給される。

ここで、サイクロン３３から排出管２１２を通して配管２１３に排出された排ガスは、一部が流動化ガス供給装置２０２により流動化ガスとして流動層乾燥装置１２に供給される。即ち、循環ブロワ２１７が作動することで、配管２１３に排出された排ガスの一部は、流動化ガス戻しライン２１６に吸引され、加熱装置２０３及び熱交換器２４１により所定温度まで加熱された後にガス供給ライン１２１に送られ、流動化ガスとして流動層乾燥装置１２に供給される。

次に、図４及び図５を用いて、伝熱管１０６の配置構成について説明する。図５は、伝熱管の配置の一例を示す説明図である。伝熱管１０６は、図４に示すように、複数の直線部が鉛直方向に並列で配置されている。また、複数の直線部は、両端が屈曲部（折り返し部）と接続され、一方の端部の屈曲部で鉛直方向上側の直線部と連結し、他方の端部の屈曲部で鉛直方向下側の直線部と連結している。また、鉛直方向の最も上側の直線部は、一方の端部が過熱蒸気Ｓｔ１を供給する機構に接続されている。鉛直方向の最も下側の直線部は、他方の端部が蒸気Ｓｔ２を排出する機構に接続されている。このように、伝熱管１０６は、１本に繋がった管路が折りたたまれた状態で乾燥容器１０１の内部に配置されている。また、乾燥容器１０１の内部には、同様の形状の複数の伝熱管１０６が水平方向に隣接して配置されている。また、伝熱管１０６は、水平方向に隣接する伝熱管１０６と鉛直方向の位置が異なる位置に配置されている。これにより、伝熱管１０６は、直線部に直交する方向で切断した断面における配置位置が図５に示すように千鳥格子状になる。

ここで、本実施形態の伝熱管１０６は、直線部の延在方向に直交する方向で、かつ、水平方向から見た場合に隣接する直線部の間隔をａ１、ａ２とする。直線部の延在方向に直交する方向で、かつ、鉛直方向から見た場合に隣接する直線部の間隔をｂ１、ｂ２とする。ここで、間隔ａ１、ｂ１は、鉛直方向の最も上側に配置された直線部の間隔であり、間隔ａ２、ｂ２は、鉛直方向の最も下側に配置された直線部の間隔である。

伝熱管１０６は、直線部の鉛直方向上側の端部において隣接する直線部の間隔ａ１が、鉛直方向下側の端部において隣接する直線部の間隔ａ２よりも狭い。また、間隔ｂ１と間隔ｂ２は同じ間隔である。

流動層乾燥装置１２は、伝熱管１０６の直線部の延在方向に直交する方向で、かつ、水平方向から見た場合に隣接する直線部の間隔を、ａ１＜ａ２とすることで、鉛直方向上側の領域の伝熱管１０６の配置密度を高くすることができる。

ここで、流動層乾燥装置１２は、乾燥容器１０１内で原炭（被乾燥物）が乾燥され、水分が蒸発することで蒸気は発生する。また、発生した蒸気は、鉛直方向上側に流れる。これにより、乾燥容器１０１の流動層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は、鉛直方向上側に向かうに従ってガス量が増加するため、鉛直方向上側に向かうに従って流動化のガス速度が大きくなる。本実施形態の、流動層乾燥装置１２は流動化のガス速度が大きい鉛直方向上側の領域の伝熱管１０６の配置密度を高くすることで、流動化しやすい領域により多くの伝熱管を配置することができる。また、流動化のガス速度が小さい鉛直方向下側の領域の伝熱管１０６の配置密度を低くすることで流動性の低下を抑制することができる。これにより、流動性の低下を抑制しつつ、より多くの伝熱管を配置することができる。

従って、流動層乾燥装置１２では、相対的にガス量が増加し、流動性が高い鉛直方向上側での伝熱管１０６の配置密度を高くすることができる。これにより、より多くの伝熱管を配置することができ、乾燥性能を高くすることができる。また、伝熱管の配置密度が高くなっても流動性を維持できる領域の配置密度を高くしているため、流動性の低下を抑制できる。また、配置密度を高くすることができるため、装置を小型化することができる。以上より、乾燥の性能を維持しつつ、装置を小型化することができる。本実施形態の配置にすることで、伝熱管を水平方向及び鉛直方向に等間隔で配置した場合に比べ、流動性を維持しつつ、同じ領域あたりの伝熱管の配置量を多くすることができる。これにより、乾燥性能を高くすることができる。また、同じ乾燥性能をより小さい流動層で実現できるため、より小型の装置で実現することができる。また、流動層乾燥装置１２は、石炭が上部から供給されるため、鉛直方向上側での伝熱管１０６の密度が高くすることで、投入された石炭を迅速に加熱・乾燥することができ、良好な流動状態の維持が可能となる。

ここで、上記実施形態では、鉛直方向最も上側の伝熱管の間隔と、鉛直方向最も下側の伝熱管の間隔との関係を規定したが、伝熱管１０６は、隣接する直線部の間隔が、鉛直方向上側から鉛直方向下側に向かって広くなる、言い換えれば、鉛直方向下側から鉛直方向上側に向かって狭くなることが好ましい。ここで、伝熱管１０６は、間隔が同じ伝熱管があってもよく、伝熱管の間隔が変化する場合、鉛直方向上側における間隔が鉛直方向下側における間隔よりも広くなっていればよい。伝熱管は、鉛直方向上側から鉛直方向下側に向かって、間隔が徐々にまたは段階的に広くなるようにすることで、流動性に対応して伝熱管の配置量を増加させることができる。これにより流動性の低下を抑制しつつ、より乾燥効率を高くすることができる。

また、本実施形態では、直線部の延在方向に直交する方向で、かつ、水平方向から見た場合の間隔を変化させたが、これに限定されない。流動層乾燥装置は、複数の直線部が水平方向及び鉛直方向に列状に配置されており、直線部の鉛直方向上側の端部において隣接する直線部の間隔が、鉛直方向下側の端部において隣接する直線部の間隔よりも狭い形状であればよい。例えば、伝熱管は直線部延在方向に直交する方向で、かつ、鉛直方向から見た場合に、直線部の鉛直方向上側の端部において隣接する直線部の間隔が、鉛直方向下側の端部において隣接する直線部の間隔よりも狭く配置しても同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態では、伝熱管を、２つの直線部の端部を連結する湾曲部を有し、直線部が前記湾曲部を介して、他の直線部と連結している構造としたが、これに限定されない。流動層乾燥装置は、伝熱管の複数の直線部に連結するヘッダを設け、ヘッダから伝熱管の直線部に過熱蒸気を供給してもよい。

図６は、伝熱管に蒸気を循環させる機構の一例を示す説明図である。図７は、伝熱管の配置の他の例を示す説明図である。図６に示す伝熱管ユニット２５０は、過熱蒸気Ｓｔ１を供給する蒸気供給管２５２と、蒸気供給管２５２から供給された蒸気を伝熱管２５６に供給する供給ヘッダ２５４と、伝熱管２５６を流れた流体を回収する回収ヘッダ２５５と、複数の直線部２６２を有する伝熱管２５６と、使用された蒸気Ｓｔ２を回収する蒸気回収管２６０と、を有する。伝熱管２５６は、複数の直線部２６２を備え、直線部２６２は、それぞれ一方の端部が供給ヘッダ２５４に接続し、他方の端部が回収ヘッダ２５５に接続されている。伝熱管ユニット２５０は、蒸気供給管２５２から供給された過熱蒸気Ｓｔ１を供給ヘッダ２５４からそれぞれに直線部２６２に供給する。また、直線部２６２を流れた蒸気は、回収ヘッダ２５５で回収する。

ここで、本実施形態の伝熱管２５６は、図７に示すように、直線部２６２の延在方向に直交する方向で、かつ、水平方向から見た場合に隣接する直線部の間隔をａ３、ａ４とする。直線部２６２の延在方向に直交する方向で、かつ、鉛直方向から見た場合に隣接する直線部２６２の間隔をｂ３、ｂ４とする。ここで、間隔ａ３、ｂ３は、鉛直方向の最も上側に配置された直線部の間隔であり、間隔ａ４、ｂ４は、鉛直方向の最も下側に配置された直線部の間隔である。

伝熱管２５６は、水平方向から見た場合に、直線部２６２の鉛直方向上側の端部において隣接する直線部２６２の間隔ａ３が、鉛直方向下側の端部において隣接する直線部の間隔ａ４よりも狭い。また、鉛直方向から見た場合に、直線部２６２の鉛直方向上側の端部において隣接する直線部２６２の間隔ｂ３が、鉛直方向下側の端部において隣接する直線部の間隔ｂ４よりも狭い。

このように、伝熱管２５６は、水平方向と鉛直方向の両方で隣接する伝熱管の間隔を変化させることで、鉛直方向上側の配置密度をより高くすることができる。また、本実施形態のように直線部２６２を供給ヘッダ２５４、回収ヘッダ２５５で連結した構成とすることで、屈曲部の形状等を考慮する必要がなくなり、直線部２６２の配置（レイアウト）を簡単に変更することができる。

なお、本実施形態では、流動性を高くすることができ、かつ、効率よく伝熱管を配置できるため、直線部を千鳥格子状に配置したが、これにも限定されない。直線部をランダムに配置してもよいし、種々の規則で配置してもよい。ここで、隣接する直線部は、直線距離が最も近い直線部同士の間隔である。また、直線部の延在方向に直交する方向で、かつ、水平方向から見た場合に隣接する直線部は、鉛直方向から見た場合の配置位置が同じまたは隣接する位置にある直線部を対象とする。同様に、直線部の延在方向に直交する方向で、かつ、鉛直方向から見た場合に隣接する直線部は、水平方向から見た場合の配置位置が同じまたは隣接する位置にある直線部を対象とする。

なお、上述した実施例では、流動層乾燥装置１２にて、乾燥容器１０１内を３つの乾燥室１１１，１１２，１１３に区画したが、２つの乾燥室または４つ以上の乾燥室としてもよい。また、乾燥容器１０１の形状、石炭投入口１０２、乾燥炭排出口１０３、流動化ガス供給部１０４、ガス排出口１０５の各構成や配置は、各実施例に限定されるものではなく、流動層乾燥装置１２の設置場所や用途などに応じて適宜変更が可能である。即ち、本発明の湿潤燃料の乾燥システムは、流動層乾燥装置の形態に依存するものではない。

また、上述した実施例では、湿潤燃料として低品位炭を使用したが、高品位炭であっても適用可能であり、また、石炭に限らず、再生可能な生物由来の有機性資源として使用されるバイオマスであってもよく、例えば、間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ及びこれらを原料としたリサイクル燃料（ペレットやチップ）などを使用することも可能である。

また、上述した実施例では、乾燥容器１０１内に流動化ガスを供給するものとして説明したが、流動化ガスとして不活性ガス以外に空気などを適用してもよい。

１１ 給炭装置
１２ 流動層乾燥装置
１３ 微粉炭機
１４ 石炭ガス化炉
１５ チャー回収装置
１６ ガス精製装置
１７ ガスタービン設備
１８ 蒸気タービン設備
１９ 発電機
２０ 排熱回収ボイラ
３３ サイクロン
１０１ 乾燥容器
１０４ 流動化ガス供給部
１０５ ガス排出口
１０６，１０７，１０８ 伝熱管
２０２ 流動化ガス供給装置
２０３ 加熱装置
２１１ 排ガス供給ライン
２１２ 排出管
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ 流動層

Claims (6)

1. 中空形状をなす乾燥容器と、
   該乾燥容器の一端側に湿潤燃料を投入する湿潤燃料投入部と、
   前記乾燥容器の他端側から湿潤燃料が加熱乾燥した乾燥物を排出する乾燥物排出部と、
   前記乾燥容器の下部に流動化ガスを供給することで湿潤燃料と共に流動層を形成する流動化ガス供給部と、
   前記乾燥容器の上方から流動化ガス及び発生蒸気を排出するガス排出部と、
   前記流動層に配置され、内部を流れる過熱蒸気により前記流動層で流動化ガスにより流動化している湿潤燃料を加熱して乾燥させる伝熱管と、を備え、
   前記伝熱管は、複数の直線部が水平方向及び鉛直方向に列状に配置されており、
   前記直線部の鉛直方向上側の端部において隣接する前記直線部の間隔が、鉛直方向下側の端部において隣接する前記直線部の間隔よりも狭いことを特徴とする流動層乾燥装置。
2. 前記伝熱管は、前記直線部の延在方向に直交する方向で、かつ、水平方向から見た場合に、前記直線部の鉛直方向上側の端部において隣接する前記直線部の間隔が、鉛直方向下側の端部において隣接する前記直線部の間隔よりも狭いことを特徴とする請求項１に記載の流動層乾燥装置。
3. 前記伝熱管は、前記直線部の延在方向に直交する方向で、かつ、鉛直方向から見た場合に、前記直線部の鉛直方向上側の端部において隣接する前記直線部の間隔が、鉛直方向下側の端部において隣接する前記直線部の間隔よりも狭いことを特徴とする請求項１に記載の流動層乾燥装置。
4. 前記伝熱管は、隣接する前記直線部の間隔が、鉛直方向上側から鉛直方向下側に向かって広くなることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の流動層乾燥装置。
5. 前記伝熱管は、２つの前記直線部の端部を連結する湾曲部を有し、
   前記直線部が前記湾曲部を介して、他の直線部と連結していることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の流動層乾燥装置。
6. 複数の前記直線部の一方の端部に連結され、前記直線部に流体を供給する供給ヘッダと、
   複数の前記直線部の他方の端部に連結され、前記直線部を流れた流体を回収する回収ヘッダと、を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の流動層乾燥装置。

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