JP6515672B2 - 乾燥システム - Google Patents

Description

本発明は、褐炭等の被乾燥物を乾燥させる乾燥システムに関する。

石炭は、可採年数が１５０年程度と、石油の可採年数の３倍以上であり、また、石油と比較して埋蔵地が偏在していないため、長期に亘り安定供給が可能な天然資源として期待されている。石炭は、炭素含有量の低い順に、泥炭、亜炭、褐炭、亜瀝青炭、瀝青炭、半無煙炭、無煙炭に分類され、泥炭、亜炭、褐炭、亜瀝青炭（以下、含水石炭と称する）は、瀝青炭、半無煙炭、無煙炭（以下、無煙炭等と称する）と比較して水の含有率（含水率）が高い。

含水石炭のうち、褐炭は、世界の石炭埋蔵量の半分を占めると言われているため、褐炭の有効利用が検討されている。しかし、上述したように、褐炭等の含水石炭は、無煙炭等と比較して含水率が高いため、単位重量あたりの発熱量が低く、輸送コストに対する燃料としてのエネルギー効率が低い。

そこで、熱媒体が流通する伝熱配管を収容槽内に配しておき、収容槽内において含水石炭の流動層を形成するとともに、圧縮機によって生成された高温高圧の水蒸気を熱媒体として伝熱配管に流通させることで、含水石炭に熱媒体の熱を伝達して含水石炭を乾燥させる技術が開発されている（例えば、特許文献１〜３）。

特開２００１−１５３５４５号公報 特開２０１３−１７８０２６号公報 特開２０１３−１７８０２８号公報

ところで、褐炭等の含水石炭は、自由水と結合水とを含んでいる。自由水は、含水石炭の表面、含水石炭内部のマクロな空隙に存在する水であり、バルク水と同じ熱物性を示す。結合水は、含水石炭の毛細管に凝縮した水、含水石炭の表面で多層または単層となっている吸着水、含水石炭表面の水素に結合した結合水である。結合水は、自由水より蒸発し難い水であるため、結合水を蒸発させるためには、自由水より大きな熱エネルギーを必要とする。

特許文献１の技術では、自由水と結合水とを区別するという概念がそもそもないため、自由水および結合水を一度に気化させることができる熱エネルギー（気化熱）を有する水蒸気を、熱媒体として伝熱配管内に流通させている。そうすると、このような水蒸気を生成するための圧縮機自体のコスト（イニシャルコスト）、および、圧縮機の消費エネルギー（ランニングコスト）がかかるという問題がある。したがって、コストや消費エネルギーを低減して、含水石炭を効率よく乾燥できる技術の開発が希求されている。

そこで本発明は、このような課題に鑑み、コストや消費エネルギーを低減して、被乾燥物を効率よく乾燥させることが可能な乾燥システムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の乾燥システムは、上部から下部へ向かって被乾燥物を移動させることで、被乾燥物の移動層を形成する予熱部と、予熱部内に配され、熱媒体が流通するとともに、流通過程において、熱媒体が有する熱で被乾燥物を加熱する上部伝熱部と、予熱部内において上部伝熱部より下方に配され、上部伝熱部を流通する熱媒体より熱エネルギーが大きい熱媒体が流通するとともに、流通過程において、熱媒体が有する熱で被乾燥物を加熱する下部伝熱部と、を有する予熱ユニットと、予熱ユニットによって予熱された被乾燥物に含まれる自由水を気化させて除去する第１乾燥炉と、自由水が除去された被乾燥物が導入され、被乾燥物に含まれる結合水を気化させて除去する第２乾燥炉と、を備えたことを特徴とする。

また、第１乾燥炉は、被乾燥物を収容する第１収容部と、第１収容部の底面から第１流動化ガスを供給して、第１収容部内において被乾燥物を流動させ流動層を形成する第１流動化ガス供給部と、第１収容部内に配され、熱媒体が流通するとともに、流通過程において、熱媒体が有する熱で被乾燥物を加熱する第１伝熱部と、を備え、第２乾燥炉は、第１乾燥炉において自由水が除去された被乾燥物を収容する第２収容部と、第２収容部の底面から第２流動化ガスを供給して、第２収容部内において被乾燥物を流動させ流動層を形成する第２流動化ガス供給部と、を備えるとしてもよい。

また、第１流動化ガス供給部は、第１流動化ガスとして、少なくとも、第１収容部において被乾燥物が加熱されて自由水が気化したことで生じる水蒸気を回収して供給するとしてもよい。

また、第１伝熱部を流通する熱媒体は、少なくとも、第１収容部において被乾燥物が加熱されて自由水が気化したことで生じる水蒸気であるとしてもよい。

また、第２流動化ガス供給部は、第２流動化ガスとして、少なくとも、第２収容部において被乾燥物が加熱されて結合水が気化したことで生じる水蒸気を回収して供給するとしてもよい。

また、第２流動化ガス供給部は、第２流動化ガスとして、燃焼排ガスを供給するとしてもよい。

また、第２乾燥炉は、第２収容部内に配され、熱媒体として、スチームタービンで生じたスチームが流通するとともに、流通過程において、熱媒体が有する熱で被乾燥物を加熱する第２伝熱部を備えるとしてもよい。

また、第２乾燥炉は、第２収容部内に配され、少なくともスチームタービンで生じたスチームが熱媒体として流通するとともに、流通過程において、熱媒体が有する熱で被乾燥物を加熱する第２伝熱部を備えるとしてもよい。

また、第２収容部において被乾燥物が加熱されて結合水が気化したことで生じる水蒸気を加熱する加熱部を備え、第２流動化ガス供給部は、第２流動化ガスとして、加熱された水蒸気を供給するとしてもよい。

また、第１伝熱部から送出された熱媒体を気液分離する気液分離ユニットを備え、上部伝熱部を流通する熱媒体は、気液分離ユニットで分離された液体状態の熱媒体であり、下部伝熱部を流通する熱媒体は、気液分離ユニットで分離された気体状態の熱媒体であるとしてもよい。

本発明によれば、コストや消費エネルギーを低減して、被乾燥物を効率よく乾燥させることが可能となる。

自由水および結合水を説明するための図である。 第１の実施形態にかかる乾燥システムの概略図を示す図である。 第２の実施形態にかかる乾燥システムの概略図を示す図である。 第３の実施形態にかかる乾燥システムの概略図を示す図である。 第４の実施形態にかかる乾燥システムの概略図を示す図である。 第５の実施形態にかかる乾燥システムの概略図を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（第１の実施形態：乾燥システム１００）
図１は、自由水および結合水を説明するための図である。なお、図１中、褐炭に含まれている水の割合（褐炭の含水率）を横軸に示し、褐炭に接触させる水蒸気の温度（℃）を縦軸に示す。上述したように、褐炭等の被乾燥物は、自由水と結合水とを含んでいる。図１に示すように、常圧で１００℃の水蒸気を褐炭に接触させて加熱した場合、褐炭の含水率が３０％程度まで低下する。このように、褐炭に含まれる水のうち、１００℃程度で気化する水が自由水である。一方、１００℃を上回り２００℃未満の水蒸気を褐炭に接触させて加熱した場合、褐炭の含水率が３％程度まで低下する。このように、褐炭に含まれる水のうち、１００℃を上回り２００℃未満で気化する水が結合水である。つまり、自由水は、結合水よりも、気化に要する熱エネルギー（気化熱、蒸発熱）が小さい。そこで、本実施形態では、まず、被乾燥物から自由水を気化させて除去し、続いて、自由水が除去された被乾燥物から結合水を気化させて除去する。ここで熱エネルギーは、被乾燥物に含まれる水を気化させるために必要なエネルギー（ｋＪ／ｍｏｌ）である。

図２は、第１の実施形態にかかる乾燥システム１００の概略図を示す図である。なお、図２中、褐炭の流れを破線の矢印で、水蒸気および空気等のガスの流れを実線の矢印で示す。本実施形態では、被乾燥物として褐炭を乾燥させる場合を例に挙げて説明する。

図２に示すように、乾燥システム１００は、被乾燥物導入部１０２と、第１乾燥炉１１０と、第２乾燥炉１２０と、冷却部１３０と、気液分離ユニット１５０、１５２とを含んで構成される。

本実施形態の乾燥システム１００では、被乾燥物導入部１０２によって第１乾燥炉１１０に未乾燥の褐炭が導入され、第１乾燥炉１１０において、褐炭に含まれる自由水を気化させて除去し、第２乾燥炉１２０において、自由水が除去された褐炭に含まれる結合水を気化させて除去し、第２乾燥炉１２０において乾燥された褐炭を冷却部１３０で冷却する。

以下、第１乾燥炉１１０、第２乾燥炉１２０、冷却部１３０、気液分離ユニット１５０、１５２の具体的な構成について説明する。

（第１乾燥炉１１０）
第１乾燥炉１１０は、第１収容部１１２と、第１流動化ガス供給部１１４と、第１伝熱部１１６とを含んで構成される。

第１収容部１１２は、被乾燥物導入部１０２によって導入された褐炭を収容する。第１流動化ガス供給部１１４は、風箱１１４ａと、風箱１１４ａに第１流動化ガスを送り込むブロワ１１４ｂ、１１４ｃとを含んで構成される。風箱１１４ａは、第１収容部１１２の下方に設けられ、乾燥システム１００を運転する際には、風箱１１４ａを通じて第１収容部１１２の底面から当該第１収容部１１２内に第１流動化ガスが供給されることとなる。

具体的に説明すると、風箱１１４ａの上部は、第１収容部１１２の底面としても機能し、通気可能である分散板１１４ｄで形成されている。分散板１１４ｄは、例えば、褐炭の粒径よりも小さい径の開孔が複数設けられた板や、褐炭の粒径よりも小さい径の開孔が設けられたノズルを設置した板で構成される。

ブロワ１１４ｂ、１１４ｃは、第１流動化ガスを風箱１１４ａに送り込む。本実施形態においてブロワ１１４ｂは、第１収容部１１２において褐炭が加熱されて自由水が気化したことで生じる水蒸気（例えば、１０３℃。以下、「自由水由来の水蒸気」と称する）を回収したものを加圧（圧縮）して、第１流動化ガスとして風箱１１４ａに送り込む。また、ブロワ１１４ｃは、第２乾燥炉１２０において褐炭が加熱されて結合水が気化したことで生じる水蒸気（例えば、１１５℃。以下、「結合水由来の水蒸気」と称する）を回収したものを加圧（圧縮）して、第１流動化ガスとして風箱１１４ａに送り込む。

こうして、第１流動化ガス供給部１１４によって第１収容部１１２に供給された第１流動化ガスは、第１収容部１１２内で褐炭を流動させて、流動層を形成するとともに、第１流動化ガス（高温（例えば、３０ｋＰａＧ程度、１１５℃程度）の水蒸気）を褐炭と接触させることで褐炭に含まれる自由水の一部を気化させる。

第１伝熱部１１６は、例えば、熱媒体が流通する配管で構成され、第１収容部１１２内に配される。第１伝熱部１１６は、熱媒体の流通過程において、熱媒体が有する熱で褐炭を加熱する。本実施形態において、第１伝熱部１１６には、熱媒体として、ブロワ１１４ｅによって加圧（圧縮）された水蒸気が供給される。ブロワ１１４ｅは、自由水由来の水蒸気および結合水由来の水蒸気、つまり、凝縮温度が１００℃程度の水蒸気を０．２ＭＰａ程度に加圧する。こうすることで、第１伝熱部１１６に供給される水蒸気の凝縮温度を１２０℃程度に上昇させることができる。

第１伝熱部１１６を備える構成により、第１収容部１１２内において、熱媒体と、第１流動化ガスとの間で熱交換が行われ、上方に移動する第１流動化ガスをさらに加熱することができる。したがって、第１流動化ガスによる褐炭の乾燥（自由水の気化）がより促進されることとなる。

また、第１伝熱部１１６（第１伝熱部１１６を構成する管の外面）において、熱媒体と第１流動化ガスとで熱交換がなされると、熱媒体の一部が第１伝熱部１１６内で凝縮することとなる。そこで、気液分離ユニット１５０を設けておき、気液分離ユニット１５０によって、第１伝熱部１１６から送出された熱媒体を気液分離する。こうして、分離された、凝縮した熱媒体（液体の水）は、外部に送出されることとなる。

以上説明したように、第１乾燥炉１１０では、第１収容部１１２に未乾燥の褐炭が導入され、第１流動化ガス供給部１１４および第１伝熱部１１６によって褐炭が加熱され、褐炭から自由水が気化されて除去される。一方、褐炭の流れについて説明すると、第１収容部１１２に未乾燥の褐炭が導入されると、導入された褐炭の体積分、流動層の体積が増加する。そうすると、自由水が除去された褐炭（流動層）が第１収容部１１２の出口からオーバーフローして、第１収容部１１２と第２乾燥炉１２０の第２収容部１２２とを連通する配管を通じて第２収容部１２２に導入されることとなる。また、第１乾燥炉１１０において気化された自由水（１０３℃程度の水蒸気）は、ブロワ１１４ｂによって風箱１１４ａに再度送り込まれたり、ブロワ１１４ｅによって第１伝熱部１１６に供給されたりすることとなる。

（第２乾燥炉１２０）
第２乾燥炉１２０は、第２収容部１２２と、第２流動化ガス供給部１２４と、第２伝熱部１２６とを含んで構成される。

第２収容部１２２は、第１乾燥炉１１０によって自由水が除去された褐炭を収容する。第２流動化ガス供給部１２４は、第１乾燥炉１１０を構成する第１流動化ガス供給部１１４と同様に、風箱１２４ａと、風箱１２４ａに第２流動化ガスを送り込むブロワ１２４ｂとを含んで構成される。風箱１２４ａは、第２収容部１２２の下方に設けられ、乾燥システム１００を運転する際には、風箱１２４ａを通じて第２収容部１２２の底面から当該第２収容部１２２内に第２流動化ガスが供給されることとなる。

具体的に説明すると、風箱１２４ａの上部は、第２収容部１２２の底面としても機能し、通気可能である分散板１２４ｃで形成されている。分散板１２４ｃは、例えば、褐炭の粒径よりも小さい径の開孔が複数設けられた板や、褐炭の粒径よりも小さい径の開孔が設けられたノズルを設置した板で構成される。

ブロワ１２４ｂは、第２流動化ガスを風箱１２４ａに送り込む。本実施形態においてブロワ１２４ｂは、結合水由来の水蒸気を回収したものを加圧（圧縮）して、第２流動化ガスとして風箱１２４ａに送り込む。

こうして、第２流動化ガス供給部１２４によって第２収容部１２２に供給された第２流動化ガスは、第２収容部１２２内で褐炭を流動させて、流動層を形成するとともに、第２流動化ガス（高温（例えば、０．３ｋＰａＧ程度、１３１℃程度）の水蒸気）を褐炭と接触させることで褐炭に含まれる結合水の一部を気化させる。

第２伝熱部１２６は、第１乾燥炉１１０を構成する第１伝熱部１１６と同様に、例えば、熱媒体が流通する配管で構成され、第２収容部１２２内に配される。第２伝熱部１２６は、熱媒体の流通過程において、熱媒体が有する熱で褐炭を加熱する。本実施形態において、第２伝熱部１２６には、熱媒体として、スチームタービン１４０で生じたスチーム（例えば、２００℃、９ａｔｍ）が供給される。

第２伝熱部１２６を備える構成により、第２収容部１２２内において、熱媒体と、第２流動化ガスとの間で熱交換が行われ、上方に移動する第２流動化ガスをさらに加熱することができる。したがって、第２流動化ガスによる褐炭の乾燥（結合水の気化）がより促進されることとなる。

また、第２伝熱部１２６（第２伝熱部１２６を構成する管の外面）において、熱媒体と第２流動化ガスとで熱交換がなされると、熱媒体の一部が第２伝熱部１２６内で凝縮することとなる。そこで、気液分離ユニット１５２を設けておき、気液分離ユニット１５２によって、第２伝熱部１２６から送出された熱媒体を気液分離する。こうして、分離された、凝縮した熱媒体（液体の水）は、スチームタービン１４０を構成するボイラに返送されることとなる。

以上説明したように、第２乾燥炉１２０では、第２収容部１２２に自由水が除去された褐炭が導入され、第２流動化ガス供給部１２４および第２伝熱部１２６によって褐炭が加熱され、褐炭から結合水が気化されて除去される。一方、褐炭の流れについて説明すると、第１乾燥炉１１０から第２収容部１２２に自由水が除去された褐炭が導入されると、導入された褐炭の体積分、流動層の体積が増加する。そうすると、結合水が除去された褐炭（流動層）が第２収容部１２２の出口からオーバーフローして、第２収容部１２２と冷却部１３０の第３収容部１３２とを連通する配管を通じて第３収容部１３２に導入されることとなる。また、第２乾燥炉１２０において気化された結合水（１１５℃程度の水蒸気）は、ブロワ１２４ｂによって、風箱１２４ａに再度送り込まれたり、ブロワ１１４ｃによって、第１乾燥炉１１０に送出されたりすることとなる。

（冷却部１３０）
冷却部１３０は、第３収容部１３２と、冷却ガス供給部１３４とを含んで構成される。第３収容部１３２は、第２乾燥炉１２０によって結合水が除去された褐炭を収容する。冷却ガス供給部１３４は、第１流動化ガス供給部１１４、第２流動化ガス供給部１２４と同様に、風箱１３４ａと、風箱１３４ａに冷却ガス（例えば、空気）を送り込むブロワ１３４ｂとを含んで構成される。風箱１３４ａは、第３収容部１３２の下方に設けられ、乾燥システム１００を運転する際には、風箱１３４ａを通じて第３収容部１３２の底面から当該第３収容部１３２内に冷却ガスが供給されることとなる。冷却部１３０を備える構成により、自由水および結合水が除去された褐炭を冷却（例えば、５０℃程度）することができる。こうして冷却された褐炭は、後段の褐炭利用設備に送出されることとなる。

以上説明したように、本実施形態にかかる乾燥システム１００は、第１乾燥炉１１０において自由水を除去し、第２乾燥炉１２０において結合水を除去する。すなわち、自由水と結合水を異なる乾燥炉で段階的に除去する。

従来の構成では、１の乾燥炉で自由水および結合水を一度に気化させるため、結合水の気化熱（熱エネルギー）を有する熱媒体を伝熱部に供給する必要がある。そうすると、結合水よりも気化熱が小さい自由水についても、過剰な熱エネルギーを有する熱媒体（結合水の気化熱を有する熱媒体）で気化させることとなり、オーバースペックな熱エネルギーを有する熱媒体を生成することとなっていた。

しかし、本実施形態にかかる乾燥システム１００では、少なくとも自由水を気化させることができる気化熱を有する熱媒体（水蒸気）を第１伝熱部１１６に供給すればよい。したがって、従来と比較して第１伝熱部１１６に流通させる熱媒体を生成するための装置自体のコスト、および、ランニングコストを低減することができる。

また、第２乾燥炉１２０の第２伝熱部１２６には、スチームタービン１４０で生じたスチームを熱媒体として流通させている。近年、スチームタービン１４０で生じたスチームが有する熱エネルギーの利用手段が開発されているものの、効率的な利用手段の開発には至っていない。そこで、褐炭の結合水を気化するために、スチームが有する熱エネルギーを利用することにより、スチームが有する熱エネルギーを効率よく利用しつつ、褐炭を乾燥させる（褐炭の結合水を気化させる）ことが可能となる。したがって、従来と比較して、高温高圧の熱媒体を生成するための装置自体のコスト、および、この装置の消費エネルギーを削減することが可能となる。

さらに、気液分離ユニット１５２を備える構成により、第２伝熱部１２６において熱媒体として利用したスチームをスチームタービン１４０に返送することができるため、スチームを有効に利用することができる。

また、本実施形態の第１流動化ガス供給部１１４は、自由水由来の水蒸気および結合水由来の水蒸気を第１収容部１１２に供給しており、第１伝熱部１１６は、熱媒体として自由水由来の水蒸気および結合水由来の水蒸気を流通させているため、自由水由来の水蒸気および結合水由来の水蒸気の潜熱を有効に利用（回収）することができ、エネルギー効率を向上することが可能となる。同様に、第２流動化ガス供給部１２４は、結合水由来の水蒸気を第２収容部１２２に供給しているため、結合水由来の水蒸気の顕熱を有効に利用（回収）することができる。

（第２の実施形態：乾燥システム２００）
上述したように、第１乾燥炉１１０の第１収容部１１２には、第１流動化ガスとして水蒸気が導入されることになるが、第１収容部１１２に常温の褐炭が導入されると、常温の褐炭と水蒸気とが接触することで、水蒸気が凝縮して水になる場合がある。褐炭は、このような水（液体）によって凝集することがあり、凝集すると、塊状の凝集体（所謂アグロメ）となる。凝集体は、流動性が極めて低いため、第１収容部１１２内において凝集体が生じてしまうと、流動層の形成が困難となり、褐炭を正常に乾燥できなくなるおそれがある。そこで、本実施形態では、第１乾燥炉１１０に導入する前の褐炭を予熱する。

図３は、第２の実施形態にかかる乾燥システム２００の概略図を示す図である。なお、図３中、褐炭の流れを破線の矢印で、水蒸気および水の流れを実線の矢印で示す。図３に示すように、乾燥システム２００は、被乾燥物導入部２０２と、予熱ユニット２１０と、第１乾燥炉１１０と、第２乾燥炉１２０と、冷却部１３０と、気液分離ユニット１５０、１５２とを含んで構成される。なお、上記乾燥システム１００の構成と実質的に等しい構成については、同一の符号を付して説明を省略し、ここでは、被乾燥物導入部２０２および予熱ユニット２１０について詳述する。

被乾燥物導入部２０２は、予熱ユニット２１０に未乾燥の褐炭を導入する。予熱ユニット２１０は、予熱部２１２と、上部伝熱部２１４と、下部伝熱部２１６とを含んで構成される。

予熱部２１２は、被乾燥物導入部２０２によって導入された未乾燥の褐炭を収容するとともに、褐炭の自重によって上部から下部へ向かって褐炭を移動させることで、褐炭の移動層を形成する。

上部伝熱部２１４は、熱媒体が流通する配管で構成され、予熱部２１２内に配される。上部伝熱部２１４は、熱媒体の流通過程において、褐炭と熱媒体とで熱交換を行い、褐炭を加熱する。本実施形態において、上部伝熱部２１４には、熱媒体として気液分離ユニット１５０で気液分離された液体（１２０℃の水）が、ポンプ２１４ａによって供給される。つまり、第１乾燥炉１１０の第１伝熱部１１６を流通した使用済みの熱媒体のうち、凝縮した熱媒体が供給されることとなる。

下部伝熱部２１６は、上部伝熱部２１４と同様に、熱媒体が流通する配管で構成され、予熱部２１２内において上部伝熱部２１４より下方に配される。下部伝熱部２１６は、熱媒体の流通過程において、褐炭と熱媒体とで熱交換を行い、褐炭を加熱する。本実施形態において、下部伝熱部２１６には、熱媒体として、気液分離ユニット１５０で気液分離された気体（１２０℃の水蒸気）、すなわち、第１乾燥炉１１０の第１伝熱部１１６を流通した使用済みの熱媒体のうち、気体状態に維持された熱媒体が供給される。気液分離ユニット１５０で気液分離された気体（気体状態の熱媒体）は、同じ温度であったとしても液体（凝縮した熱媒体）よりも、潜熱の分だけ、褐炭に付与できる熱エネルギーが大きい。したがって、下部伝熱部２１６を流通する熱媒体は、上部伝熱部２１４を流通する熱媒体より、大きい熱エネルギーを有していると言える。

つまり、予熱部２１２において褐炭は、まず、上部伝熱部２１４で加熱され、その後、下部伝熱部２１６で加熱されることとなる。ここで、上部伝熱部２１４の熱媒体の方が、下部伝熱部２１６より熱エネルギーが高い場合、褐炭の移動速度の関係によっては、十分な熱移動が行われず、予熱部２１２の下部において褐炭が予熱されないおそれがある。本実施形態の予熱ユニット２１０では、上部伝熱部２１４を流通する熱媒体より、下部伝熱部２１６を流通する熱媒体の方が、熱エネルギーが高いため、常温の褐炭を段階的に（徐々に）加熱することができ、予熱部２１２内において効率よく褐炭を予熱することが可能となる。

また、予熱ユニット２１０として、移動層を形成する予熱部２１２を備える構成により、褐炭は、自重で移動することとなるため、褐炭を移動させるための動力を削減することができる。

こうして、下部伝熱部２１６において熱媒体と褐炭とで熱交換がなされると、熱媒体の一部が凝縮することとなる。そこで、気液分離ユニット２２０を設けておき、気液分離ユニット２２０によって、上部伝熱部２１４から送出された、凝縮した熱媒体と、下部伝熱部２１６から送出された熱媒体とを合わせて気液分離する。そして、気液分離ユニット２２０によって分離された、凝縮した熱媒体（液体の水）は、外部に送出されることとなる。

以上説明したように、本実施形態にかかる乾燥システム２００によれば、予熱ユニット２１０を備える構成により、常温の褐炭を予熱して第１乾燥炉１１０に導入することができる。したがって、第１乾燥炉１１０において褐炭と第１流動化ガス（水蒸気）とが接触しても水蒸気の凝縮を低減することができ、褐炭の凝集を抑制することが可能となる。また、予熱ユニット２１０は、第１乾燥炉１１０で使用済みの熱媒体で、褐炭を予熱することから、褐炭の予熱に要するエネルギーを削減することが可能となる。

（第３の実施形態：乾燥システム３００）
上述した第１の実施形態では、第２乾燥炉１２０の第２流動化ガス供給部１２４が第２流動化ガスとして結合水由来の水蒸気を直接供給して、褐炭の流動層を形成する構成を例に挙げて説明した。しかし、第２流動化ガス供給部は、第２流動化ガスとして、結合水由来の水蒸気を加熱したものを第２収容部１２２に供給してもよい。

図４は、第３の実施形態にかかる乾燥システム３００の概略図を示す図である。なお、図４中、褐炭の流れを破線の矢印で、水蒸気の流れを実線の矢印で示す。図４に示すように、乾燥システム３００は、被乾燥物導入部１０２と、第１乾燥炉１１０と、第２乾燥炉３２０と、冷却部１３０と、気液分離ユニット１５０、１５２とを含んで構成される。なお、上記乾燥システム１００の構成と実質的に等しい構成については、同一の符号を付して説明を省略し、ここでは、第２乾燥炉３２０について詳述する。

第２乾燥炉３２０は、第２収容部１２２と、第２流動化ガス供給部３２４とを含んで構成される。本実施形態の第２流動化ガス供給部３２４は、第２流動化ガスとして、結合水由来の水蒸気を加熱して、第２収容部１２２に供給する。

具体的に説明すると、第２流動化ガス供給部３２４は、第２流動化ガス供給部１２４と同様に、風箱１２４ａと、風箱１２４ａに流動化ガスを送り込むブロワ３２４ｂと、加熱部３２４ｃとを含んで構成される。加熱部３２４ｃは、例えば、熱交換器で構成され、結合水由来の水蒸気と、スチームタービン１４０で生じたスチームとで熱交換して、結合水由来の水蒸気を加熱する。

そして、ブロワ３２４ｂは、加熱された水蒸気を圧縮することでさらに加熱（例えば、２５０℃）したものを、第２流動化ガスとして風箱１２４ａに送り込む。

以上説明したように、本実施形態にかかる乾燥システム３００によれば、第２流動化ガス供給部３２４が、加熱部３２４ｃによって加熱された結合水由来の水蒸気を第２収容部１２２に供給するため、結合水由来の水蒸気を第２流動化ガスとして利用する場合と比較して、第２流動化ガスのみで結合水を気化させることができる。したがって、第２伝熱部１２６を省略することができ、第２伝熱部１２６に要するコストを削減することが可能となる。

また、加熱部３２４ｃは、結合水由来の水蒸気の加熱源として、スチームタービン１４０で生じたスチームを利用することで、従来、有効な利用手段が開発されていないスチームが有する熱エネルギーを効率よく利用することが可能となる。

（第４の実施形態：乾燥システム４００）
上述した第１の実施形態では、第２乾燥炉１２０の第２流動化ガス供給部１２４が第２流動化ガスとして水蒸気を供給して、褐炭の流動層を形成する構成を例に挙げて説明した。しかし、第２流動化ガス供給部は、水蒸気以外の他のガスを第２流動化ガスとして第２収容部１２２に供給してもよい。

図５は、第４の実施形態にかかる乾燥システム４００の概略図を示す図である。なお、図５中、褐炭の流れを破線の矢印で、水蒸気および燃焼排ガスの流れを実線の矢印で示す。図５に示すように、乾燥システム４００は、被乾燥物導入部１０２と、第１乾燥炉１１０と、第２乾燥炉４２０と、冷却部１３０と、気液分離ユニット１５０、１５２とを含んで構成される。なお、上記乾燥システム１００の構成と実質的に等しい構成については、同一の符号を付して説明を省略し、ここでは、第２乾燥炉４２０について詳述する。

第２乾燥炉４２０は、第２収容部１２２と、第２流動化ガス供給部４２４とを含んで構成される。本実施形態の第２流動化ガス供給部４２４は、第２流動化ガスとして燃焼排ガスを第２収容部１２２に供給する。ここで、燃焼排ガスは、石油や石炭等の燃料を燃焼させることで、発生した高温のガスのことである。

具体的に説明すると、第２流動化ガス供給部４２４は、第２流動化ガス供給部１２４と同様に、風箱１２４ａと、風箱１２４ａに第２流動化ガスを送り込むブロワ４２４ｂとを含んで構成される。ブロワ４２４ｂは、燃焼排ガス（例えば、８０℃）を圧縮することでさらに加熱（例えば、９５℃）したものを、第２流動化ガスとして、風箱１２４ａに送り込む。

燃焼排ガスは、非凝縮性のガスであり、水蒸気を殆ど含まないため、第２流動化ガスとして第２収容部１２２内に供給した場合、第２流動化ガスとして水蒸気を供給した場合と比較して、第２収容部１２２内の水蒸気の濃度（水蒸気圧）を低減することができる。これにより、第２流動化ガスとして燃焼排ガスを供給した場合、第２収容部１２２内において、水蒸気よりも低温で結合水を気化させることが可能となる。

したがって、第２流動化ガス供給部４２４が第２流動化ガスとして燃焼排ガスを供給することにより、冷却部１３０における冷却に要するエネルギーを低減することが可能となる。また、燃焼排ガスには、酸素がほとんど含まれていないため、酸素によって褐炭が燃焼してしまう事態を回避することができる。

なお、本実施形態の乾燥システム４００では、第２収容部１２２から送出されるガスには、結合水由来の水蒸気に加えて燃焼排ガスが含まれるため、第１乾燥炉１１０では、第２収容部１２２から送出されるガスを利用せず、第１流動化ガス供給部１１４は、自由水由来の水蒸気を第１収容部１１２に供給し、第１伝熱部１１６は、自由水由来の水蒸気を流通させることとなる。

（第５の実施形態：乾燥システム５００）
上述した第１の実施形態では、第２乾燥炉１２０の第２伝熱部１２６が、熱媒体として、スチームタービン１４０で生じたスチームを直接流通させる構成を例に挙げて説明した。しかし、第２伝熱部を流通する熱媒体は、スチームのみでなくてもよい。

図６は、第５の実施形態にかかる乾燥システム５００の概略図を示す図である。なお、図６中、褐炭の流れを破線の矢印で、水蒸気の流れを実線の矢印で示す。図６に示すように、乾燥システム５００は、被乾燥物導入部１０２と、第１乾燥炉１１０と、第２乾燥炉５２０と、冷却部１３０と、気液分離ユニット１５０、１５２とを含んで構成される。なお、上記乾燥システム１００の構成と実質的に等しい構成については、同一の符号を付して説明を省略し、ここでは、第２乾燥炉５２０について詳述する。

第２乾燥炉５２０は、第２収容部１２２と、第２流動化ガス供給部１２４と、第２伝熱部５２６と、混合器（インジェクタ）５２８とを含んで構成される。第２伝熱部５２６は、混合器５２８で生成された混合媒体を熱媒体として流通させる。

混合器５２８は、スチームタービン１４０で生じたスチーム（例えば、２００℃、９ａｔｍ）と、第２収容部１２２から送出された結合水由来の水蒸気（例えば、１１５℃、１ａｔｍ）とを混合させ、スチームより低温の混合媒体（例えば、１４５℃、４ａｔｍ）を生成する。

スチームタービン１４０によって生じるスチームは、温度および圧力が予め定められているが、このスチームでは、結合水を気化させるためには、オーバースペックとなる場合がある。つまり、スチームに、低温低圧の水蒸気を混合し、熱媒体の熱エネルギーを低下させたとしても結合水を気化させることができる。

したがって、本実施形態にかかる乾燥システム５００のように、スチームと、結合水由来の水蒸気とを混合して混合媒体を生成する混合器５２８を備えることで、スチームの使用量を低減しつつ、褐炭に含まれる結合水を気化させることが可能となる。

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説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、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、そ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。

例えば、上記実施形態において、被乾燥物として褐炭を例に挙げて説明した。しかし、自由水と結合水とを含んで構成されるものであれば、被乾燥物として乾燥させることができる。

また、上記第１の実施形態において、第１流動化ガス供給部１１４が、自由水由来の水蒸気および結合水由来の水蒸気を第１流動化ガスとして利用する構成を例に挙げて説明した。しかし、第１流動化ガス供給部は、自由水由来の水蒸気および結合水由来の水蒸気のいずれか一方を第１流動化ガスとして利用してもよいし、供給源が異なる他の水蒸気を利用してもよい。また、酸素を含まない他のガスを第１流動化ガスとして利用することもできる。

また、上記第１の実施形態において、第１伝熱部１１６が、熱媒体として、自由水由来の水蒸気および結合水由来の水蒸気を流通させる構成を例に挙げて説明した。しかし、第１伝熱部は、自由水由来の水蒸気および結合水由来の水蒸気のいずれか一方を熱媒体として利用してもよいし、供給源が異なる他の水蒸気や水蒸気以外の流体を利用してもよい。

また、上記第１の実施形態において、第２流動化ガス供給部１２４が、結合水由来の水蒸気を第２流動化ガスとして利用する構成を例に挙げて説明した。しかし、第２流動化ガス供給部は、供給源が異なる他の水蒸気を第２流動化ガスとして利用してもよい。

また、上記第３の実施形態において、加熱部３２４ｃが、スチームタービン１４０で生じたスチームを加熱源として利用する構成を例に挙げて説明した。しかし、加熱部３２４ｃの加熱源は、スチームに限定されず、例えば、電気ヒータ等であってもよい。

また、上記第４の実施形態において、第２流動化ガス供給部４２４が第２流動化ガスとして燃焼排ガスを利用する構成を例に挙げて説明した。しかし、第２流動化ガス供給部は、第２流動化ガスとして、酸素および水蒸気を殆ど含まない他の非凝縮性のガスを利用してもよい。

また、上記第１の実施形態において、第２伝熱部１２６は、熱媒体として、スチームタービン１４０で生じた水蒸気（スチーム）を流通させる構成を例に挙げて説明した。しかし、第２伝熱部は、スチームタービン１４０で生じた水蒸気に代えて、または、スチームタービン１４０で生じた水蒸気に加えて、供給源の異なる他の水蒸気（例えば外部から供給した低圧水蒸気）や水蒸気以外の流体を利用してもよい。

また、上記第２の実施形態において、第１伝熱部１１６から送出された熱媒体のうち、凝縮された熱媒体が、上部伝熱部２１４に、ガス状の熱媒体が下部伝熱部２１６に供給される構成を例に挙げて説明した。しかし、下部伝熱部には、上部伝熱部を流通する熱媒体より熱エネルギーが大きい熱媒体が流通すればよい。

また、乾燥システム３００、４００、５００に予熱ユニット２１０を備えるとしてもよい。

また、第１乾燥炉１１０、第２乾燥炉１２０、３２０、４２０、５２０、冷却部１３０は、１つの収容部で構成されてもよいし、複数の収容部を含んで構成されてもよい。同様に、予熱ユニット２１０は、１つの予熱部２１２で構成されてもよいし、複数の予熱部を含んで構成されてもよい。

本発明は、褐炭等の被乾燥物を乾燥させる乾燥システムに利用することができる。

１００ 乾燥システム
１１０ 第１乾燥炉
１１２ 第１収容部
１１４ 第１流動化ガス供給部
１１６ 第１伝熱部
１２０ 第２乾燥炉
１２２ 第２収容部
１２４ 第２流動化ガス供給部
１２６ 第２伝熱部
１４０ スチームタービン
１５０ 気液分離ユニット
２００ 乾燥システム
２１０ 予熱ユニット
２１２ 予熱部
２１４ 上部伝熱部
２１６ 下部伝熱部
３００ 乾燥システム
３２０ 第２乾燥炉
３２４ 第２流動化ガス供給部
３２４ｃ 加熱部
４００ 乾燥システム
４２０ 第２乾燥炉
４２４ 第２流動化ガス供給部
５００ 乾燥システム
５２０ 第２乾燥炉
５２６ 第２伝熱部

Claims (10)

1. 上部から下部へ向かって被乾燥物を移動させることで、該被乾燥物の移動層を形成する予熱部と、該予熱部内に配され、熱媒体が流通するとともに、流通過程において、該熱媒体が有する熱で該被乾燥物を加熱する上部伝熱部と、該予熱部内において該上部伝熱部より下方に配され、該上部伝熱部を流通する熱媒体より熱エネルギーが大きい熱媒体が流通するとともに、流通過程において、該熱媒体が有する熱で該被乾燥物を加熱する下部伝熱部と、を有する予熱ユニットと、
   前記予熱ユニットによって予熱された前記被乾燥物に含まれる自由水を気化させて除去する第１乾燥炉と、
   前記自由水が除去された被乾燥物が導入され、該被乾燥物に含まれる結合水を気化させて除去する第２乾燥炉と、
   を備えたことを特徴とする乾燥システム。
2. 前記第１乾燥炉は、
   前記被乾燥物を収容する第１収容部と、
   前記第１収容部の底面から第１流動化ガスを供給して、該第１収容部内において前記被乾燥物を流動させ流動層を形成する第１流動化ガス供給部と、
   前記第１収容部内に配され、熱媒体が流通するとともに、流通過程において、該熱媒体が有する熱で該被乾燥物を加熱する第１伝熱部と、
   を備え、
   前記第２乾燥炉は、
   前記第１乾燥炉において自由水が除去された被乾燥物を収容する第２収容部と、
   前記第２収容部の底面から第２流動化ガスを供給して、該第２収容部内において前記被乾燥物を流動させ流動層を形成する第２流動化ガス供給部と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の乾燥システム。
3. 前記第１流動化ガス供給部は、前記第１流動化ガスとして、少なくとも、前記第１収容部において前記被乾燥物が加熱されて前記自由水が気化したことで生じる水蒸気を回収して供給することを特徴とする請求項２に記載の乾燥システム。
4. 前記第１伝熱部を流通する熱媒体は、少なくとも、前記第１収容部において前記被乾燥物が加熱されて前記自由水が気化したことで生じる水蒸気であることを特徴とする請求項２または３に記載の乾燥システム。
5. 前記第２流動化ガス供給部は、前記第２流動化ガスとして、少なくとも、前記第２収容部において前記被乾燥物が加熱されて前記結合水が気化したことで生じる水蒸気を回収して供給することを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の乾燥システム。
6. 前記第２流動化ガス供給部は、前記第２流動化ガスとして、燃焼排ガスを供給することを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の乾燥システム。
7. 前記第２乾燥炉は、前記第２収容部内に配され、熱媒体として、スチームタービンで生じたスチームが流通するとともに、流通過程において、該熱媒体が有する熱で該被乾燥物を加熱する第２伝熱部を備えたことを特徴とする請求項２から６のいずれか１項に記載の乾燥システム。
8. 前記第２乾燥炉は、前記第２収容部内に配され、少なくともスチームタービンで生じたスチームが熱媒体として流通するとともに、流通過程において、該熱媒体が有する熱で該被乾燥物を加熱する第２伝熱部を備えたことを特徴とする請求項２から６のいずれか１項に記載の乾燥システム。
9. 前記第２収容部において前記被乾燥物が加熱されて前記結合水が気化したことで生じる水蒸気を加熱する加熱部を備え、
   前記第２流動化ガス供給部は、前記第２流動化ガスとして、前記加熱された水蒸気を供給することを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の乾燥システム。
10. 前記第１伝熱部から送出された熱媒体を気液分離する気液分離ユニットを備え、
    前記上部伝熱部を流通する熱媒体は、前記気液分離ユニットで分離された液体状態の熱媒体であり、
    前記下部伝熱部を流通する熱媒体は、前記気液分離ユニットで分離された気体状態の熱媒体であることを特徴とする請求項２から９のいずれか１項に記載の乾燥システム。

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