JP6919473B2 - 乾燥装置および乾燥方法 - Google Patents

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Description

本開示は、乾燥装置および乾燥方法に関する。
石炭のうち、泥炭、亜炭、褐炭、および、亜瀝青炭といった含水石炭は、水の含有率(含水率)が相対的に高い。このため、含水石炭は、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、収容槽において含水石炭の流動層を形成させて乾燥させる技術が開発されている(例えば、特許文献1)。収容槽には、伝熱管が配されている。流動層となった含水石炭は、伝熱管によって加熱される。
特開2011−214812号公報
ところで、上記の含水石炭などの含水固形物を収容槽で乾燥させる場合、含水固形物を収容槽に投入し始めたときには、十分な流動層が形成されていない。そのため、投入された含水固形物が直接伝熱管に接触してしまうことがある。伝熱管で水分が蒸発した含水固形物は、伝熱管に付着してしまうおそれがある。
本開示は、このような課題に鑑み、伝熱管への含水固形物の付着を抑制することが可能な乾燥装置および乾燥方法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、本開示の一態様に係る乾燥装置は、内部に伝熱管が配された収容槽と、収容槽の内部に下方から流動化ガスを供給するガス供給部と、収容槽のうち、伝熱管の鉛直上方に設けられた第1投入口と、収容槽のうち、伝熱管よりも高い位置であって、伝熱管に対して水平方向にずれて配された第2投入口と、含水固形物の供給先を、第1投入口、および、第2投入口とで切り換える切換部と、を備える。
伝熱管が配され、第1投入口および伝熱管が含まれる第1領域と、第2投入口が含まれる第2領域とに収容槽の内部を区画する仕切板と、第1領域と第2領域とを連通する連通部と、を備えてもよい。
収容槽のうち、第1投入口よりも第2投入口に近い位置に設けられた排出口を備えてもよい。
一端側が第1投入口の鉛直上方に位置し、他端側が第2投入口の鉛直上方に位置し、切換部によって搬送方向が逆転する無端状の搬送体と、搬送体の上面に含水固形物を供給する固形物供給部と、を備えてもよい。
第2投入口から投入する含水固形物の単位時間当たりの投入量を、第1投入口から投入する含水固形物の単位時間当たりの投入量よりも少量とする投入量制御部を備えてもよい。
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る乾燥方法は、内部に伝熱管が配された収容槽の内部に下方からの流動化ガスの供給を開始する工程と、収容槽のうち、伝熱管よりも高い位置であって、伝熱管に対して水平方向にずれて配された第2投入口からの含水固形物の投入を開始する工程と、含水固形物の供給先を、第2投入口から、収容槽のうち、伝熱管の鉛直上方に設けられた第1投入口に切り換える工程と、を含む。
本開示によれば、伝熱管への含水固形物の付着を抑制することが可能となる。
乾燥装置を説明する図である。 制御装置の機能ブロック図である。 切換部の制御を説明するための図である。 変形例における供給機構を説明するための図である。 乾燥装置による含水石炭の乾燥処理の流れを示すフローチャートである。
以下に添付図面を参照しながら、本開示の一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、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、本開示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、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。
図1は、乾燥装置100を説明する図である。なお、図1中、水蒸気などのガスの流れを実線の矢印で示す。含水石炭が、例えば、泥炭、亜炭、褐炭、亜瀝青炭等の水を含む石炭である。ここでは、乾燥装置100は、含水石炭を乾燥させる場合について説明する。ただし、乾燥装置100は、含水石炭以外の含水固形物(例えば、鉱物)の乾燥に用いられてもよい。
図1に示すように、乾燥装置100は、収容槽210と、供給機構220と、排出管230と、伝熱管240と、仕切板250と、ガス供給部260と、圧力センサ270とを含む。
収容槽210は、第1投入口212、第2投入口214、排出口216を有する。第1投入口212および第2投入口214は、収容槽210の上部に位置する。第1投入口212および第2投入口214は、水平方向(図1中、左右方向)に離隔する。第1投入口212および第2投入口214を介して、供給機構220から収容槽210内に含水石炭が投入される。収容槽210は、含水石炭を収容する。
排出口216は、収容槽210のうち、第1投入口212、第2投入口214より下方に形成される。排出口216は、例えば、収容槽210の側壁のうち、伝熱管240より上方に形成される。排出口216は、後述する第2領域bに含まれる。排出口216は、第1投入口212よりも第2投入口214に近い位置に設けられる。
排出管230は、排出口216に接続される。排出管230には、排出バルブ232が設けられる。排出バルブ232によって、排出管230が開閉される。
伝熱管240は、熱媒体が流通する管で構成され、少なくとも一部が収容槽210内に配される。伝熱管240は、熱媒体の流通過程において、熱媒体が有する熱で含水石炭を加熱する。伝熱管240には、後述するガス供給部260によって収容槽210に供給された後、収容槽210から排気された排気ガス(水蒸気)が熱媒体として供給される。なお、伝熱管240に供給される排気ガス(熱媒体)は、含水石炭を効率よく乾燥させる温度および流量に調整される。
仕切板250は、収容槽210の内部に配される。仕切板250は、例えば、鉛直方向(図1中、上下方向)に延在する。仕切板250によって、収容槽210の内部が水平方向に、伝熱管240が配された第1領域aと、伝熱管240が配されない第2領域bとに区画される。第1領域aには、第1投入口212が含まれる(すなわち、第1領域aの上方に第1投入口212がある)。第2領域bには、第2投入口214が含まれる(すなわち、第2領域bの上方に第2投入口214がある)。
仕切板250は、収容槽210の底面(後述する分散板262a)から上方に離隔している。仕切板250と分散板262aとの隙間によって、連通部252が形成される。連通部252は、第1領域aと第2領域bとを連通する。ただし、仕切板250は、分散板262aに当接し、仕切板250に形成された貫通孔によって連通部252が構成されてもよい。
ガス供給部260は、収容槽210の内部に下方から上方に向かって水蒸気(流動化ガス)を供給する。ガス供給部260は、風箱262と、ブロワ264とを含む。
風箱262は、収容槽210の下方に設けられる。風箱262の上部は、通気可能な分散板262aで形成されている。分散板262aは、例えば、含水石炭(含水石炭の粒子のうち最小の粒径の粒子)の粒径よりも小さい径の開孔が複数設けられた板や、含水石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。分散板262aは、収容槽210の底面としても機能する。
ブロワ264は、収容槽210から排気された排気ガス(水蒸気)を風箱262に供給する。なお、排気ガスは、不図示の除塵装置によって除塵される。また、ブロワ264は、収容槽210内で含水石炭の流動層を形成させる流速で、排気ガスを風箱262に供給する。こうして、ガス供給部260によって収容槽210に供給された排気ガスは、収容槽210内で含水石炭を流動させて、含水石炭の流動層を形成する。
圧力センサ270は、分散板262a近傍に配される。圧力センサ270は、収容槽210の内部の分散板262a近傍の流動層による圧力を検知する。圧力センサ270が検知する圧力によって、流動層の層高が把握される。
乾燥装置100では、ガス供給部260によって収容槽210に供給された排気ガスが含水石炭と接触することにより、含水石炭を乾燥させる(含水石炭に含まれる水を気化させる)。なお、収容槽210に供給される排気ガスは、不図示の加熱器によって、含水石炭を効率よく乾燥させる温度に調整される。
また、伝熱管240により、収容槽210内において、熱媒体(水蒸気)と、流動化ガス(水蒸気)との間で熱交換が行われ、上方に移動する流動化ガスが加熱される。したがって、流動化ガスによる含水石炭の乾燥をより促進することが可能となる。また、伝熱管240の外表面と含水石炭とが接触することにより、含水石炭と熱媒体(水蒸気)との間で熱交換が行われ、含水石炭を乾燥させることができる。
このように、乾燥装置100では、収容槽210に未乾燥の含水石炭が導入され、ガス供給部260および伝熱管240によって含水石炭が加熱され、含水石炭が乾燥される(含水石炭から水が気化されて除去される)。また、収容槽210に未乾燥の含水石炭が導入されると、導入された含水石炭の体積分、流動層の体積が増加する。そうすると、乾燥された含水石炭が排出口216からオーバーフローして、排出管230に排出される。
ところで、乾燥装置100の起動時、収容槽210の内部では、まだ流動層が十分な高さ(層高)となっていない。そのため、収容槽210に投入された含水石炭が伝熱管240に接触すると、含水石炭が乾燥して伝熱管240の外表面に付着してしまうおそれがある。そこで、乾燥装置100では、含水石炭の投入処理によって改善が図られる。
具体的には、供給機構220は、供給部222(固形物供給部)と、ベルトコンベア224(搬送体)とを備える。供給部222は、内部に含水石炭が貯留される本体部222aと、本体部222aの下部に形成された供給口222bと、供給口222bの開度を制御する供給バルブ222cを有する。
ベルトコンベア224は、無端状であり、供給部222と収容槽210との間に配される。ベルトコンベア224は、例えば、上面および下面が大凡水平方向に延在する。ベルトコンベア224の上面には、供給部222の供給口222bが上方から対向する。供給部222の供給口222bから、ベルトコンベア224の上面に含水石炭が落下する。
ベルトコンベア224の一端は、第1投入口212の鉛直上方に位置する。ベルトコンベア224の他端は、第2投入口214の鉛直上方に位置する。ベルトコンベア224が図1中、矢印Aの向きに回転すると、ベルトコンベア224の上面の含水石炭が、第1投入口212に落下して収容槽210に供給される。ベルトコンベア224は、図2に示す制御装置280によって制御される。
図2は、制御装置280の機能ブロック図である。制御装置280は、CPU(中央処理装置)を含む半導体集積回路で構成される。制御装置280は、ROMからCPU自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出す。制御装置280は、ワークエリアとしてのRAMや他の電子回路と協働して、乾燥装置100全体を管理および制御する。
また、制御装置280は、図2に示すように、風量制御部282、切換部284、バルブ制御部286(供給量制御部)として機能する。風量制御部282は、ブロワ264を制御し、流動化ガスの流量を制御する。切換部284は、圧力センサ270の出力値に基づいて、ベルトコンベア224の回転方向を制御する。バルブ制御部286は、供給バルブ222cおよび排出バルブ232の開度を制御する。
図3は、切換部284の制御を説明するための図である。切換部284は、圧力センサ270の出力値によって特定される圧力(すなわち、流動層の層高)が閾値未満の場合、ベルトコンベア224を、図3中、矢印Bの向きに回転させる。
ベルトコンベア224が矢印Bの向きに回転すると、ベルトコンベア224の上面の含水石炭が、第2投入口214に落下して収容槽210に供給される。上記のように、第2投入口214は、収容槽210の第2領域bに含まれる。第2領域bには、伝熱管240が配されていない。そのため、第2投入口214から収容槽210に供給された含水石炭は、伝熱管240に接触しないまま分散板262a近傍まで落下する。落下した含水石炭は、連通部252を通って第1領域aに流入する。その過程で、含水石炭が流動化ガスに晒されて乾燥する。
含水石炭が第1領域aに流入し、伝熱管240に接触するまでに、含水石炭が十分に乾燥する。そのため、含水石炭が伝熱管240に接触しても、伝熱管240の外表面に付着し難い。このように、乾燥装置100では、伝熱管240への含水石炭の付着を抑制することが可能となる。
バルブ制御部286は、第2投入口214からの含水石炭の投入の開始から、含水石炭の投入量を徐々に増加させる。具体的に、バルブ制御部286は、供給バルブ222cの開度を、含水石炭の投入の開始から徐々に大きくする。流動層の層高は、徐々に高くなり、層高が高くなるにつれて、流動層と伝熱管240の接触面積が増加し、伝熱管240による加熱量が増加する。それに応じて含水石炭の投入量を漸増させる。そのため、投入量が少量で一定の場合に比べて、流動層の生成に要する時間を短縮することができる。また、投入量が多量で一定の場合に比べて、流動層の流動不良(伝熱管240などへの含水石炭の付着など)が抑制される。
また、バルブ制御部286は、第2投入口214から含水石炭が投入されている間、排出バルブ232を閉弁する。そのため、未乾燥の含水石炭が排出口216から排出される事態が回避される。
そして、切換部284は、圧力センサ270の圧力が閾値以上となると、ベルトコンベア224の回転方向を逆転させる。すなわち、切換部284は、ベルトコンベア224を、図1に示す矢印Aの向きに回転させる。含水石炭は、ベルトコンベア224から第1投入口212に落下し、第1投入口212から収容槽210に供給される。このとき、流動層の層高は十分に高くなっており(例えば、流動層が伝熱管240より高い位置まで形成されており)、含水石炭は、伝熱管240に接触する前に流動層に合流する。そのため、乾燥前の含水石炭が伝熱管240に接触し難くなる。このように、乾燥装置100では、伝熱管240への含水石炭の付着を抑制することが可能となる。
また、バルブ制御部286は、第2投入口214から投入する含水石炭の単位時間当たりの投入量を、第1投入口212から投入する含水石炭の単位時間当たりの投入量よりも少量とする。具体的に、バルブ制御部286は、第2投入口214から含水石炭が投入されるとき、第1投入口212から含水石炭が投入されるときよりも、供給バルブ222cの開度を小さくする。そのため、流動層の層高が十分に大きくなる前に、多量の含水石炭が投入されて、乾燥が不十分の含水石炭が伝熱管240に接触する事態が生じにくくなる。
バルブ制御部286は、第1投入口212から含水石炭が投入され始めると、排出バルブ232を開弁する。そのため、流動層の層高が十分に大きくなった後、排出バルブ232が開弁されることになり、オーバーフローした含水石炭が排出口216から排出管230に排出される。上述したように、排出口216は、第1投入口212よりも第2投入口214に近い位置に設けられる。そのため、第1投入口212から投入された含水石炭は、排出口216に到達するまでに十分な時間が確保される。つまり、収容槽210における含水石炭の滞留時間を長くすることができる。こうして、含水石炭の効率的な乾燥が可能となる。
図4は、変形例における供給機構320を説明するための図である。図4に示すように、供給機構320の供給部322(固形物供給部)は、内部に含水石炭が貯留される本体部322aと、本体部322aの下部に形成された供給口322bと、供給口322bに連結された分岐配管322cと、分岐配管322cに設けられた分岐バルブ322dとを有する。
分岐配管322cの上端は、供給口322bに連結される。分岐配管322cは、二股に分岐しており、分岐された一方の下端が第1投入口212に連結される。分岐された他方の下端が第2投入口214に連結される。分岐バルブ322dは、不図示のアクチュエータにより駆動し、分岐配管322cの内部において、第1投入口212に連通する通路322eと、第2投入口214に連通する通路322fとを開閉する。
供給機構320においても、上述した実施形態と同様、含水石炭を投入する投入口を第1投入口212と第2投入口214とで切換可能となっている。
このように、含水石炭を投入する投入口を第1投入口212と第2投入口214とで切換可能であれば、供給機構320など、他の構成が用いられてもよい。ただし、上記の供給機構220のように、ベルトコンベア224を用いた構成では、含水石炭は、ベルトコンベア224の下面側に回ると落下するために付着し難い。そのため、配管が含水石炭で詰まるといった事態が回避される。
また、例えば、供給機構として、回転フィーダが用いられてもよい。具体的に、水平に配置された円盤上に、第1投入口212に連通する第1開口と、第2投入口214に連通する第2開口とが形成される。第1開口、第2開口は、バルブによって開閉可能となる。円盤上に落下した含水石炭が、円盤上を回転する押圧部によって押圧されて、円盤上を回転する。第1開口のバルブを開弁すれば、第1開口に落下した含水石炭が第1投入口212に供給される。第2開口のバルブを開弁すれば、第2開口に落下した含水石炭が第2投入口214に供給される。
図5は、乾燥装置100による含水石炭の乾燥処理の流れを示すフローチャートである。
(S400)
風量制御部282は、ブロワ264を制御して、収容槽210への流動化ガスの供給を開始する。
(S402)
切換部284は、圧力センサ270の出力値の圧力が閾値未満であるか否かを判定する。圧力が閾値未満であれば、S404に処理を移し、圧力が閾値以上であれば、S408に処理を移す。
(S404)
切換部284は、含水石炭が第2投入口214から収容槽210に供給されるように、ベルトコンベア224を制御する。バルブ制御部286は、排出バルブ232が開弁していれば閉弁させる。
(S406)
バルブ制御部286は、供給バルブ222cを制御し、第2投入口214からの含水石炭の投入が開始されていなければ投入を開始し、投入の開始から含水石炭の投入量を徐々に増加させる。
(S408)
切換部284は、含水石炭が第1投入口212から収容槽210に供給されるように、ベルトコンベア224を制御する。バルブ制御部286は、排出バルブ232が閉弁していれば開弁させる。
(S410)
バルブ制御部286は、含水石炭の単位時間当たりの投入量を、第2投入口214から含水石炭が投入されていたときよりも多量の所定値に固定するように、供給バルブ222cを制御する。
以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示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技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、上述した実施形態および変形例では、乾燥装置100の起動時に第2投入口214が用いられ、層高が高くなってから第1投入口212が用いられる場合について説明した。ただし、乾燥装置100では、例えば、含水石炭の水分量が所定閾値未満の場合に、第1投入口212が用いられ、含水石炭の水分量が所定閾値以上の場合に、第2投入口214が用いられてもよい。この場合、水分量が少ない含水石炭は、第1投入口212から投入されることで、伝熱管240に迅速に接触することになる。水分量が多い含水石炭は、第2投入口214から投入されることで、収容槽210における含水石炭の滞留時間が長く確保され、十分に乾燥させることができる。こうして、排出口216から排出される石炭の水分量のバラつきが抑制される。
また、上述した実施形態および変形例では、流動化ガスとして水蒸気が収容槽210内に供給される構成を例に挙げて説明した。これにより、乾燥装置100は、燃焼(酸化)させることなく、低コストで含水石炭を乾燥させることができる。しかし、流動化ガスの種類に限定はない。例えば、流動化ガスとして燃焼排ガスや窒素を供給してもよい。
また、上述した実施形態および変形例では、ガス供給部260が風箱262を有し、収容槽210の底部から水蒸気を供給する構成を例に挙げて説明した。しかし、ガス供給部260は、収容槽210の下部から水蒸気を供給してもよい。例えば、ガス供給部260は、収容槽210の下部に配される散気管(複数の孔が形成された管)と、散気管に水蒸気を供給するブロワとで構成されてもよい。
また、上述した実施形態および変形例では、ガス供給部260は、収容槽210から排気された排気ガス(水蒸気)を流動化ガスとして収容槽210内に供給する構成を例に挙げて説明した。換言すれば、ガス供給部260が収容槽210に排気ガスを循環させる構成を例に挙げて説明した。これにより、含水石炭の乾燥に要する水蒸気のコストを削減することが可能となる。しかし、ガス供給部260は、水蒸気を収容槽210に供給すればよい。例えば、ガス供給部260は、蒸気タービンやボイラから排気された水蒸気を収容槽210に供給してもよい。
また、上述した実施形態および変形例では、仕切板250および連通部252が設けられる場合について説明した。この場合、第2投入口214から投入された含水石炭が、伝熱管240に直接接触する可能性を一層低減できる。ただし、仕切板250および連通部252は必須構成ではない。
また、上述した実施形態および変形例では、排出口216が、第1投入口212よりも第2投入口214に近い位置に設けられる場合について説明した。ただし、排出口216は、第1投入口212および第2投入口214と等距離の位置に設けられてもよい。排出口216は、第2投入口214よりも第1投入口212に近い位置に設けられてもよい。
また、上述した実施形態および変形例では、バルブ制御部286が、第2投入口214から投入する含水石炭の単位時間当たりの投入量を、第1投入口212から投入する含水石炭の単位時間当たりの投入量よりも少量とする場合について説明した。ただし、含水石炭の単位時間当たりの投入量は、任意に設定されてよい。
本開示は、乾燥装置および乾燥方法に利用することができる。
100 乾燥装置
210 収容槽
212 第1投入口
214 第2投入口
216 排出口
222 供給部(固形物供給部)
224 ベルトコンベア(搬送体)
240 伝熱管
250 仕切板
252 連通部
284 切換部
286 バルブ制御部(投入量制御部)
322 供給部(固形物供給部)

Claims (6)

  1. 内部に伝熱管が配された収容槽と、
    前記収容槽の内部に下方から流動化ガスを供給するガス供給部と、
    前記収容槽のうち、前記伝熱管の鉛直上方に設けられた第1投入口と、
    前記収容槽のうち、前記伝熱管よりも高い位置であって、前記伝熱管に対して水平方向にずれて配された第2投入口と、
    含水固形物の供給先を、前記第1投入口、および、前記第2投入口とで切り換える切換部と、
    を備える乾燥装置。
  2. 前記伝熱管が配され、前記第1投入口および前記伝熱管が含まれる第1領域と、前記第2投入口が含まれる第2領域とに前記収容槽の内部を区画する仕切板と、
    前記第1領域と前記第2領域とを連通する連通部と、
    を備える請求項1に記載の乾燥装置。
  3. 前記収容槽のうち、前記第1投入口よりも前記第2投入口に近い位置に設けられた排出口を備える請求項1または2に記載の乾燥装置。
  4. 一端側が前記第1投入口の鉛直上方に位置し、他端側が前記第2投入口の鉛直上方に位置し、前記切換部によって搬送方向が逆転する無端状の搬送体と、
    前記搬送体の上面に前記含水固形物を供給する固形物供給部と、
    を備える請求項1から3のいずれか1項に記載の乾燥装置。
  5. 前記第2投入口から投入する前記含水固形物の単位時間当たりの投入量を、前記第1投入口から投入する前記含水固形物の単位時間当たりの投入量よりも少量とする投入量制御部を備える請求項1から4のいずれか1項に記載の乾燥装置。
  6. 内部に伝熱管が配された収容槽の内部に下方からの流動化ガスの供給を開始する工程と、
    前記収容槽のうち、前記伝熱管よりも高い位置であって、前記伝熱管に対して水平方向にずれて配された第2投入口からの含水固形物の投入を開始する工程と、
    前記含水固形物の供給先を、前記第2投入口から、前記収容槽のうち、前記伝熱管の鉛直上方に設けられた第1投入口に切り換える工程と、
    を含む乾燥方法。
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