JP2012154605A - Hydrous solid fuel drying device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、バイオマスのように含水率の高い固体燃料を乾燥させる含水固体燃料の乾燥装置に関するものである。 The present invention relates to a water-containing solid fuel drying device that dries a solid fuel having a high water content such as biomass.
従来、バイオマスのような含水固体燃料を乾燥させるものとして、下記の特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された含水固体燃料の乾燥装置及び乾燥方法は、乾燥容器の内部に掃気用ガスを投入する乾燥機と、乾燥容器から流出した微粒子含有混合ガス流体から微粒子を除去する集塵装置と、蒸気を含む混合ガス流体を圧縮する圧縮機と、低圧の混合ガス流体を圧縮機で圧縮された高圧の混合ガス流体で予熱する蒸気熱交換器と、高圧の混合ガス流体が伝熱管を通過して放熱する熱交換器と、放熱により生成した蒸気の凝縮水を含んで伝熱管から流出した含水高圧ガスの気液分離を行う気液分離装置とを備え、混合ガス流体の潜熱及び顕熱を利用して乾燥容器内で含水固体燃料を加熱して乾燥させるものである。 Conventionally, as a method for drying a hydrous solid fuel such as biomass, there is one described in Patent Document 1 below. The apparatus and method for drying a hydrous solid fuel described in Patent Document 1 includes a dryer for introducing a scavenging gas into a drying vessel, and a collection device for removing fine particles from a mixed gas fluid containing fine particles flowing out from the drying vessel. A dust device, a compressor that compresses a mixed gas fluid containing steam, a steam heat exchanger that preheats a low pressure mixed gas fluid with a high pressure mixed gas fluid compressed by the compressor, and a high pressure mixed gas fluid. A heat exchanger that dissipates heat through the heat pipe, and a gas-liquid separator that performs gas-liquid separation of the hydrous high-pressure gas that has flowed out of the heat transfer pipe, including the condensed water of the steam generated by heat dissipation, and the latent heat of the mixed gas fluid In addition, the hydrated solid fuel is heated and dried in a drying container using sensible heat.
上述した従来の固体燃料の乾燥装置では、乾燥機にて、混合ガス流体の潜熱及び顕熱を利用して含水固体燃料を加熱して乾燥させているが、この含水固体燃料は、その前に、１次乾燥用熱交換器により１次乾燥し、予熱を行ってから乾燥機に投入している。この場合、１次乾燥用熱交換器は、含水固体燃料を乾燥機から排出された流動化ガス及び凝縮水により加熱乾燥している。ところが、一般的に、含水固体燃料の投入口は、乾燥機よりも上方に設けられるものであり、１次乾燥用熱交換器はこの投入口の近傍に設けられることが多い。そのため、下方にある乾燥機から上方にある１次乾燥用熱交換器へ流動化ガス及び凝縮水を供給することは困難であり、気体（流動化ガス）と流体（凝縮水）が分離してしまい、１次乾燥用熱交換器への安定した供給が難しい。 In the conventional solid fuel drying apparatus described above, the water-containing solid fuel is heated and dried using the latent heat and sensible heat of the mixed gas fluid in the dryer. Primary drying is performed with a heat exchanger for primary drying, preheating is performed, and then the dryer is charged. In this case, the primary drying heat exchanger heats and drys the hydrated solid fuel with the fluidized gas and the condensed water discharged from the dryer. However, generally, the inlet of the hydrous solid fuel is provided above the dryer, and the primary drying heat exchanger is often provided in the vicinity of this inlet. Therefore, it is difficult to supply fluidized gas and condensed water from the lower dryer to the upper primary drying heat exchanger, and the gas (fluidized gas) and fluid (condensed water) are separated. Therefore, it is difficult to stably supply the primary drying heat exchanger.
また、この固体燃料の乾燥装置では、圧縮機で圧縮された高圧の混合ガス流体を蒸気熱交換器で加熱してから乾燥機に供給している。この圧縮機から排出される混合ガス流体の圧力と温度の関係は、圧縮機の効率から熱力学的に決定される。そのため、乾燥機に含水固体燃料を加熱乾燥する好適な温度の混合ガス流体を供給することは難しく、含水固体燃料の乾燥不良や変質（炭化）などが発生するおそれがある。 In this solid fuel drying apparatus, a high-pressure mixed gas fluid compressed by a compressor is heated by a steam heat exchanger and then supplied to the dryer. The relationship between the pressure and temperature of the mixed gas fluid discharged from the compressor is thermodynamically determined from the efficiency of the compressor. For this reason, it is difficult to supply a mixed gas fluid having a suitable temperature for heating and drying the hydrated solid fuel to the dryer, which may cause poor drying or alteration (carbonization) of the hydrated solid fuel.
本発明は、上述した課題を解決するものであり、含水固体燃料を適正に加熱して乾燥可能とする含水固体燃料の乾燥装置を提供することを目的とする。 This invention solves the subject mentioned above, and it aims at providing the drying apparatus of the water-containing solid fuel which can heat and dry a water-containing solid fuel appropriately.
上記の目的を達成するための本発明の含水固体燃料の乾燥装置は、乾燥容器に含水固体燃料及び高圧の混合ガス流体を流す伝熱管が配設されて混合ガス流体に含まれる蒸気の潜熱及び顕熱により含水固体燃料を加熱して乾燥させる乾燥機と、前記乾燥容器で含水固体燃料から蒸発した蒸気及び含水固体燃料の微粒子を含む混合ガス流体から微粒子を除去する集塵装置と、前記集塵装置から導入される低圧の混合ガス流体を圧縮して高圧の混合ガス流体とした乾燥ガスを前記伝熱管に供給する圧縮機と、前記集塵装置から前記圧縮機へ導入される低圧の混合ガス流体を前記圧縮機で圧縮された高圧の混合ガス流体により予熱する乾燥ガス用熱交換器と、前記伝熱管からガス中の蒸気が凝縮した水分を含んだ状態で流出する混合ガス流体を導入して気液分離させて水分を分離する気液分離器と、前記乾燥容器へ投入する前の含水固体燃料を前記気液分離器で分離された水分により予熱する１次乾燥用熱交換器と、を備えることを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, a water-containing solid fuel drying apparatus according to the present invention includes a heat transfer pipe for flowing a water-containing solid fuel and a high-pressure mixed gas fluid in a drying container, and the latent heat of steam contained in the mixed gas fluid and A drier for heating and drying the hydrous solid fuel by sensible heat, a dust collector for removing fine particles from a mixed gas fluid containing vapor evaporated from the hydrous solid fuel in the drying container and the fine particles of the hydrous solid fuel, and the collector A compressor that compresses a low-pressure mixed gas fluid introduced from the dust device to form a high-pressure mixed gas fluid to the heat transfer tube, and a low-pressure mixture introduced from the dust collector to the compressor Introduced a heat exchanger for dry gas that preheats the gas fluid with the high-pressure mixed gas fluid compressed by the compressor, and a mixed gas fluid that flows out from the heat transfer tube in a state containing moisture condensed from the vapor in the gas. Shi A gas-liquid separator that separates moisture by gas-liquid separation; and a primary drying heat exchanger that preheats the hydrated solid fuel before being put into the drying container with moisture separated by the gas-liquid separator. It is characterized by comprising.
従って、乾燥ガスの混合ガス流体が有する顕熱及び潜熱を有効利用し、含水固体燃料を効率良く加熱して乾燥させることができる。また、含水固体燃料の乾燥用熱源となる乾燥ガスは、混合ガス流体と蒸気との混合ガス流体であるから、水蒸気分圧の低下により蒸気の沸点を下げることができ、蒸気沸点を低下させた分だけ乾燥温度を低くすることができる。更に、１次乾燥用熱交換器により、含水混合ガス流体が保有する顕熱を有効利用して含水固体燃料を予熱するため、含水固体燃料の温度を上昇させて乾燥容器へ投入することとなり、乾燥機で必要な熱量を低減することができる。そして、この場合、１次乾燥用熱交換器は、含水固体燃料を気液分離器で分離された水分により予熱するため、気液分離器から１次乾燥用熱交換器へ水分を適正に供給することが可能となり、含水固体燃料を適正に加熱して乾燥可能とすることができる。 Therefore, the sensible heat and latent heat of the mixed gas fluid of the dry gas can be effectively used, and the hydrated solid fuel can be efficiently heated and dried. Also, since the drying gas that is a heat source for drying the hydrous solid fuel is a mixed gas fluid of a mixed gas fluid and steam, the boiling point of the steam can be lowered by lowering the steam partial pressure, and the steam boiling point is lowered. The drying temperature can be lowered by the amount. Furthermore, in order to preheat the hydrated solid fuel by effectively using the sensible heat possessed by the hydrated mixed gas fluid by the primary drying heat exchanger, the temperature of the hydrated solid fuel will be raised and put into the drying container, The amount of heat required in the dryer can be reduced. In this case, since the primary drying heat exchanger preheats the hydrated solid fuel with the water separated by the gas-liquid separator, the moisture is appropriately supplied from the gas-liquid separator to the primary drying heat exchanger. And the water-containing solid fuel can be appropriately heated and dried.
本発明の含水固体燃料の乾燥装置では、前記気液分離器で水分が分離された混合ガス流体を前記乾燥容器へ投入する前に減圧する減圧機構を設けることを特徴としている。 The apparatus for drying a hydrous solid fuel according to the present invention is characterized in that a depressurization mechanism is provided that depressurizes the mixed gas fluid from which water has been separated by the gas-liquid separator before being introduced into the drying container.
従って、減圧機構により、大気圧の乾燥容器内へ混合ガス流体を容易に投入することができ、混合ガス流体の循環系を容易に形成し、混合ガス流体を流動化ガスや乾燥ガスに容易に用いることができる。 Accordingly, the depressurization mechanism can easily introduce the mixed gas fluid into the dry container at atmospheric pressure, easily form a circulation system of the mixed gas fluid, and easily convert the mixed gas fluid into fluidized gas or dry gas. Can be used.
本発明の含水固体燃料の乾燥装置では、前記減圧機構から前記乾燥容器へ流動化ガスとして投入される混合ガス流体を、前記伝熱管から流出する混合ガス流体により加熱する混合ガス流体用熱交換器を設けることを特徴としている。 In the water-containing solid fuel drying apparatus of the present invention, the mixed gas fluid heat exchanger that heats the mixed gas fluid that is input as the fluidized gas from the decompression mechanism to the drying vessel by the mixed gas fluid that flows out of the heat transfer tube. It is characterized by providing.
従って、混合ガス流体用熱交換器により、乾燥容器へ掃気用ガスとして投入される混合ガス流体を伝熱管からの混合ガス流体により加熱することとなり、混合ガス流体の熱の有効利用を図ることができる。 Therefore, the mixed gas fluid heat exchanger is used to heat the mixed gas fluid supplied as the scavenging gas to the drying container with the mixed gas fluid from the heat transfer tube, thereby effectively using the heat of the mixed gas fluid. it can.
本発明の含水固体燃料の乾燥装置では、前記気液分離器は、前記伝熱管から流出する混合ガス流体を前記減圧機構へ投入する前に気液分離させる第１気液分離器と、前記減圧機構で減圧されて前記乾燥容器へ投入する前に気液分離させる第２気液分離器とを有することを特徴としている。 In the water-containing solid fuel drying apparatus of the present invention, the gas-liquid separator includes a first gas-liquid separator that performs gas-liquid separation before the mixed gas fluid flowing out of the heat transfer tube is introduced into the pressure reducing mechanism, and the pressure reducing device. And a second gas-liquid separator that is gas-liquid separated before being introduced into the drying container after being depressurized by a mechanism.
従って、第１気液分離器により高温の混合ガス流体に対して気液を分離させ、第２気液分離器により低温の混合ガス流体に対して気液を分離させることとなり、気液分離性能を向上することができる。 Accordingly, the gas-liquid is separated from the high-temperature mixed gas fluid by the first gas-liquid separator, and the gas-liquid is separated from the low-temperature mixed gas fluid by the second gas-liquid separator. Can be improved.
本発明の含水固体燃料の乾燥装置では、前記圧縮機で圧縮された高圧の混合ガス流体を蒸気熱交換器で集塵機から排出される混合ガスで冷却する冷却装置を設けることを特徴としている。 The water-containing solid fuel drying apparatus of the present invention is characterized in that a cooling device is provided for cooling the high-pressure mixed gas fluid compressed by the compressor with the mixed gas discharged from the dust collector by the steam heat exchanger.
従って、高圧の混合ガス流体が冷却装置により冷却されてから乾燥ガスとして伝熱管に供給されることとなり、乾燥機にて、含水固体燃料を好適な温度の乾燥ガスにより加熱乾燥することができ、含水固体燃料の乾燥不良や変質（炭化）などを抑制することができる。 Therefore, after the high-pressure mixed gas fluid is cooled by the cooling device, it is supplied to the heat transfer tube as a dry gas, and the hydrous solid fuel can be heated and dried with a dry gas at a suitable temperature in the dryer. It is possible to suppress poor drying and alteration (carbonization) of the hydrous solid fuel.
本発明の含水固体燃料の乾燥装置では、前記冷却装置は、前記圧縮機で圧縮された高圧の混合ガス流体に対して前記１次乾燥用熱交換器により含水固体燃料を予熱した水分を噴射する噴射機構を有することを特徴としている。 In the water-containing solid fuel drying apparatus of the present invention, the cooling device injects moisture preheated from the water-containing solid fuel by the primary drying heat exchanger to the high-pressure mixed gas fluid compressed by the compressor. It has an injection mechanism.
従って、噴射機構は、高圧の混合ガス流体に対して水分を噴射することで、混合ガス流体の蒸発潜熱を利用して冷却することとなり、冷却装置の簡素化を可能とすることができる。 Therefore, the injection mechanism injects moisture into the high-pressure mixed gas fluid to cool it using the latent heat of vaporization of the mixed gas fluid, thereby enabling simplification of the cooling device.
本発明の含水固体燃料の乾燥装置では、前記冷却装置は、冷却後に前記伝熱管に乾燥ガスとして供給される混合ガス流体の温度に応じて冷却度合を調整可能であることを特徴としている。 The water-containing solid fuel drying apparatus of the present invention is characterized in that the cooling device can adjust the degree of cooling according to the temperature of the mixed gas fluid supplied as the dry gas to the heat transfer tube after cooling.
従って、冷却後の乾燥ガス（混合ガス流体）の温度に応じて冷却度合を調整することとなり、乾燥機にて、含水固体燃料を最適な温度の乾燥ガスにより加熱乾燥することができる。 Accordingly, the degree of cooling is adjusted according to the temperature of the dried drying gas (mixed gas fluid), and the hydrous solid fuel can be heated and dried with the drying gas at the optimum temperature in the dryer.
本発明の含水固体燃料の乾燥装置によれば、乾燥機、集塵装置、圧縮機、乾燥ガス用熱交換器、気液分離器を設けると共に、乾燥容器へ投入する前の含水固体燃料を気液分離器で分離された水分により予熱する１次乾燥用熱交換器を設けるので、気液分離器から１次乾燥用熱交換器へ水分を適正に供給することが可能となり、含水固体燃料を適正に加熱して乾燥可能とすることができる。 According to the water-containing solid fuel drying apparatus of the present invention, a dryer, a dust collector, a compressor, a drying gas heat exchanger, and a gas-liquid separator are provided, and the water-containing solid fuel before being put into the drying container is gasified. Since the primary drying heat exchanger that preheats with the water separated by the liquid separator is provided, it becomes possible to properly supply moisture from the gas-liquid separator to the primary drying heat exchanger, It can be properly dried by heating.
以下に添付図面を参照して、本発明の含水固体燃料の乾燥装置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。 Exemplary embodiments of a water-containing solid fuel drying apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by this Example, Moreover, when there exists multiple Example, what comprises combining each Example is also included.
図１は、本発明の実施例１に係る含水固体燃料の乾燥装置を表す概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a water-containing solid fuel drying apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
実施例１の含水固体燃料の乾燥装置（以下、乾燥装置と称する。）は、原料となる高含水率の含水固体燃料（例えば、バイオマスなど）を加熱して水分を蒸発させ、所定の含水率に低下するまで水分を除去して乾燥させた後、燃焼装置やガス化装置や発酵装置等での使用に支障のない乾燥固体燃料として次工程へ供給するための装置である。 The water-containing solid fuel drying device of Example 1 (hereinafter referred to as a drying device) heats a water-containing solid fuel having a high water content (for example, biomass) as a raw material to evaporate water, thereby obtaining a predetermined water content. This is an apparatus for supplying moisture to the next process as a dry solid fuel that does not interfere with use in a combustion apparatus, gasification apparatus, fermentation apparatus, etc.
この乾燥装置は、乾燥用の加熱源として、以下に説明するように、乾燥ガスの顕熱及び乾燥水分（蒸気）の潜熱を利用している。この場合、乾燥ガスは、系内を循環する流動化ガスと加熱を受けて含水固体燃料から蒸発した乾燥水分の蒸気が含まれる混合ガス流体である。なお、乾燥装置の容器が流動床の場合は、乾燥ガスの非凝縮成分は流動化ガスとして用いられる。 This drying apparatus uses sensible heat of a dry gas and latent heat of dry moisture (steam) as a heating source for drying, as will be described below. In this case, the dry gas is a mixed gas fluid containing fluidized gas circulating in the system and dry moisture vapor evaporated from the water-containing solid fuel by heating. When the container of the drying device is a fluidized bed, the non-condensed component of the drying gas is used as a fluidizing gas.
実施例１の乾燥装置において、図１に示すように、乾燥対象となる含水固体燃料は、最初に１次乾燥用熱交換器１１を通過することにより、１次加熱を受けて１次乾燥（温度上昇）された状態で乾燥機１０の乾燥容器２１内に投入される。この含水固体燃料は、乾燥容器２１で加熱され、所定の含水率になるまで水分を蒸発させる。このようにして乾燥機１０を通過した含水固体燃料は、所定の含水率に乾燥された高温の乾燥固体燃料となり、下流側に配設された放熱熱交換器１２に供給される。この放熱熱交換器１２では、高温の乾燥固体燃料と後述する流動化ガス（混合ガス流体）とが熱交換するので、流動化ガスに放熱して温度を低下させた乾燥固体燃料が次工程へ供給される。
In the drying apparatus of Example 1, as shown in FIG. 1, the hydrated solid fuel to be dried first undergoes primary heating by passing through the primary
乾燥機１０は、１次乾燥後に投入された含水固体燃料を撹拌して乾燥効率を高めるため、乾燥容器２１の内部が流動床として構成される。また、乾燥機１０は、乾燥容器２１の内部に含水固体燃料を加熱する伝熱管２２が設けられている。乾燥機１０の流動床は、乾燥容器２１の底部から撹拌手段として非凝縮性の流動化ガスを導入することにより形成される。ここで、好適な非凝縮性の流動化ガスを例示すると、乾燥容器２１の内部で結露しない物性のガスを使用する必要があり、発火しにくい含水固体燃料を乾燥させる場合には空気の使用が好ましく、また、発火しやすい含水固体燃料を乾燥させる場合には、たとえば窒素、二酸化炭素あるいは窒素や二酸化炭素等を含んで低酸素濃度となる排気ガス等の使用が好ましい。
In order to increase the drying efficiency of the
一方、乾燥容器２１の内部に配設された伝熱管２２には、圧縮機３０で加圧した流体が乾燥ガス（加熱媒体）として導入される。この乾燥ガスは、流動床を形成した流動化ガスに、乾燥機１０の内部で含水固体燃料から蒸発した水分（蒸気）が加わった混合ガス流体である。この混合ガス流体は、乾燥機１０から流出した時点で飛散した固体燃料の微粒子を含んでいるため、以下の説明では、蒸気及び微粒子を含んだ流動化ガスを「微粒子含有混合ガス流体」と呼び、蒸気のみを含んでいる流動化ガスを「混合ガス流体」と呼んで区別する。
On the other hand, the fluid pressurized by the
このため、微粒子含有混合ガス流体から固体燃料の微粒子を除去する集塵装置１３を乾燥機１０の下流側に配設し、集塵装置１３を通過した混合ガス流体のみが圧縮機３０に供給されるようになっている。なお、集塵装置１３で混合ガス流体から分離・除去された固体燃料の微粒子は、乾燥機１０と放熱熱交換器１２との間で固体燃料の主流に合流して回収されるので、乾燥固体燃料として使用可能になる。
Therefore, a
また、集塵装置１３と圧縮機３０との間には、混合ガス流体中に含まれる蒸気を加熱する蒸気熱交換器（乾燥ガス用熱交換器）３１が配設されている。この蒸気熱交換器３１は、圧縮前の低圧蒸発水分（蒸気）と、圧縮後の高圧蒸発水分（蒸気）とを熱交換させるものであり、集塵装置１３から導入した混合ガス流体中の低圧蒸気を飽和温度以上に加熱することができる。即ち、圧縮機３０で圧縮された流体は温度上昇する特性を有しているので、圧縮後に高温となった高圧蒸気が圧縮前の低圧蒸気を加熱し、混合ガス流体中の低圧蒸気を飽和温度以上の高温に加熱することができる。換言すれば、蒸気熱交換器３１は、圧縮前の低圧蒸気を予熱して過熱度を増すための熱交換器である。このとき、上流の集塵装置１３で乾燥機１０から飛散した固体燃料の微粒子が除去されているので、蒸気熱交換器３１の伝熱面に微粒子が付着して伝熱性能を劣化させることや、微粒子が圧縮機３０の翼摩耗を促進する原因となることを防止できる。
Further, a steam heat exchanger (dry gas heat exchanger) 31 for heating the steam contained in the mixed gas fluid is disposed between the
蒸気熱交換器３１を通過して低圧蒸気を加熱した混合ガス流体は、乾燥機１０の伝熱管２２に導入される。即ち、伝熱管２２の内部には、低圧水蒸気が飽和温度以上に加熱された後に昇圧されてさらに温度上昇し、高い過熱度を有する高圧の混合ガス流体が乾燥ガスとして通気される。
The mixed gas fluid that has passed through the
この混合ガス流体は、乾燥機１０の乾燥容器２１内に投入された含水固体燃料を加熱することになるが、このとき、伝熱管２２の内面では、混合ガス流体中の水分（蒸気）が凝縮して液体（水）になるので、この際に放熱される凝縮潜熱を乾燥の加熱に有効利用することができる。こうして蒸気が凝縮した混合ガス流体は、流動化ガスと水との混合流体となるので、以下では「含水流動化ガス」と呼んで区別する。
The mixed gas fluid heats the hydrated solid fuel charged in the drying
更に、混合ガス流体中に含まれている蒸気の凝縮温度は、混合ガス流体が圧縮機３０の昇圧を受けて高圧になっているため、大気圧の乾燥容器２１内で加熱を受ける含水固体燃料に含まれている水分の沸点よりも高くなる。従って、伝熱管２２の内部で凝縮する蒸気の凝縮潜熱は、伝熱管２２内の混合ガス流体から含水固体燃料へ効率よく熱移動することができるため、含水固体燃料の効果的な加熱が可能となる。
Further, the condensation temperature of the vapor contained in the mixed gas fluid is high in the pressure of the mixed gas fluid due to the pressurization of the
また、乾燥機１０の出口においては、流動化ガス及び凝縮水の温度が高いため、即ち、含水流動化ガスの温度が高いため、この含水流動化ガスのうちの水分だけを１次乾燥用熱交換器１１に供給し、顕熱を加熱の熱源として利用することができる。この第１気液分離器１４は、含水流動化ガスを気体の流動化ガスと液体の水分とに分離する。そして、第１気液分離器１４により分離された水分は、供給ポンプ１９により１次乾燥用熱交換器１１に供給され、顕熱を加熱の熱源として利用することができる。つまり、高温の水分の熱により含水固体燃料を予熱することができる。そして、１次乾燥用熱交換器１１を通過して含水固体燃料を１次加熱した水分は、減圧弁２０で減圧した後、後述する凝縮水熱交換器１８に供給されて顕熱が流動化ガスの予熱に使用される。こうして凝縮水熱交換器１８で温度低下した凝縮水は、系外の適所へ排水される。
Further, since the temperature of the fluidized gas and the condensed water is high at the outlet of the
一方、第１気液分離器１４で分離された流動化ガスは、減圧機構として設けた膨張タービン１５に供給される。この膨張タービン１５は、流動化ガスが保有する圧力等のエネルギーを回転駆動力に変換して回収する。この膨張タービン１５は、電動機１６と同軸に連結され、圧縮機３０を運転する駆動源として使用される。この結果、膨張タービン１５の動力回収分だけ圧縮機３０の駆動に要する電動機１６の消費電力を低減できるため、運転の省エネルギー化が可能になる。また、膨張タービン１５を通過した流動化ガスは、大気圧で運転される乾燥容器２１内へ投入可能な程度の低圧まで減圧される。
On the other hand, the fluidized gas separated by the first gas-
こうして膨張タービン１５で仕事をした流動化ガスは減圧され、第２気水液離器１７により気液分離される。即ち、この第２気液分離器１７は、含水流動化ガスを気体の流動化ガスと液体の水分とに分離する。そして、第２気液分離器１７により分離された流動化ガスは、凝縮水熱交換器１８及び放熱熱交換器１２を通過する際に予熱されて温度上昇した後、更に、蒸気熱交換器（混合ガス流体熱交換器）２３を通過する際に予熱されて温度上昇する。なお、第２気液分離器１７で分離された凝縮水は、系外の適所へ排水される。この蒸気熱交換器２３は、凝縮水熱交換器１８及び放熱熱交換器１２を通過した流動化ガスを乾燥機１０の伝熱管２２から流出する流動化ガスにより加熱する。そして、加熱された流動化ガスが流動床を形成する流動化ガスとして大気圧の乾燥容器２１内へ再投入される。凝縮水熱交換器１８、放熱熱交換器１２、蒸気熱交換器２３を通過して予熱された流動化ガスは、乾燥容器２１内に投入されても容器内温度の低下を最小限に抑えることができる。
The fluidized gas that has worked in the expansion turbine 15 in this manner is decompressed and gas-liquid separated by the second gas /
ところで、凝縮水熱交換器１８、放熱熱交換器１２、蒸気熱交換器２３については、必要に応じて、あるいは、凝縮水や乾燥固体燃料が保有する顕熱に応じて、直列もしくは並列での設置や、設置するか否かを適宜判断すればよい。なお、本実施例では、熱交換器１８，１２，２３をこの順序に従って直列に設置した場合を例として示してある。
By the way, about the condensed
即ち、流動化ガスは、乾燥機１０の乾燥容器２１、集塵装置１３、蒸気熱交換器３１、圧縮機３０、蒸気熱交換器３１、乾燥機１０の伝熱管２２、混合ガス流体用熱交換器２３、第１気液分離器１４、膨張タービン１５、第２気液分離器１７、凝縮水熱交換器１８、放熱熱交換器１２、蒸気熱交換器２３の順に循環し、流動化ガスから微粒子含有混合ガス流体、混合ガス流体及び含水流動ガスの順に状態変化した後、再度流動化ガスに戻って再利用される。なお、この循環系において、乾燥機１０の乾燥容器２１内では、蒸発した含水固体燃料の水分に流動化ガスの一部が溶存し、凝縮水と共に系外に放出されるため、例えば、乾燥容器２１の入口側上流で補充用流動化ガスを追加投入して必要量を確保する。
That is, the fluidized gas is used in the drying
このように、上述した乾燥装置１０は、流動化ガスの循環系を形成し、含水固体燃料の乾燥用熱源（乾燥ガス）として蒸気を含む混合ガス流体を使用し、加熱により蒸気が凝縮して生成された水を含む含水流動化ガスは、気液分離により水を分離させた後に流動化ガスとして再利用するように構成されているので、乾燥ガスとなる混合ガス流体が保有する顕熱及び凝縮潜熱を有効利用することにより乾燥を増長している。
As described above, the drying
そして、含水固体燃料の乾燥用熱源（乾燥ガス）は、流動化ガスと蒸気との混合ガス流体であるから、水蒸気分圧の低下により蒸気の沸点を下げることができる。このとき、流動化ガスの投入量に応じて乾燥容器２１内の水蒸気分圧を調整できるので、蒸気沸点を低下させた分だけ乾燥温度を低くできるため、特に、高温で乾燥すると変質する含水固体燃料の乾燥に適している。また、上述した乾燥機１０は、乾燥容器２１に投入する流動化ガスに非凝縮性ガスを使用することにより、投入部で凝縮した流動化ガスにより含水固体燃料の流動不良が発生することを防止でき、安定した運転が可能になる。
And since the heat source (drying gas) for drying a hydrous solid fuel is a mixed gas fluid of fluidized gas and steam, the boiling point of steam can be lowered by lowering the water vapor partial pressure. At this time, since the water vapor partial pressure in the drying
また、上述した乾燥機１０は、非凝縮性ガスを使用した流動化ガスの循環系を形成することにより、非凝縮性ガスを循環再利用するように構成にしたので、たとえば膨張タービン１５等において非凝縮性ガスから動力回収することが可能になり、しかも、非凝縮性ガスは運転による溶出分を補充するだけですむため、使用量を抑制できて経済的である。また、上述した乾燥機１０は、１次乾燥用熱交換器１１による含水固体燃料の１次加熱、蒸気熱交換器３１による混合ガス流体加熱後の圧縮、凝縮水熱交換器１８及び放熱熱交換器１２による流動化ガスの予熱を行うことによって、排熱を最小限に抑えた効果的な熱利用を実現できる。
Further, the
このように実施例１の含水固体燃料の乾燥装置にあっては、乾燥容器２１に含水固体燃料及び流動化ガスを投入可能であると共に乾燥ガスを流す伝熱管２２が配設されて流動化ガスに含まれる蒸気の潜熱及び顕熱により含水固体燃料を加熱して乾燥させる乾燥機１０と、乾燥容器２１から流出した流動化ガスが導入されて微粒子を除去する集塵装置１３と、集塵装置１３から導入される低圧の流動化ガスを圧縮して高圧の乾燥ガスとして伝熱管２２に供給する圧縮機３０と、集塵装置１３から圧縮機３０へ導入される低圧の混合ガス流体を圧縮機３０で圧縮された高圧の混合ガス流体により予熱する蒸気熱交換器３１と、伝熱管２２からガス中の蒸気が凝縮した水分を含んだ状態で流出する混合ガス流体を気液分離させて水分を分離した混合ガス流体を掃気用ガスとする気液分離器１４，１７と、乾燥容器２１へ投入する前の含水固体燃料を第１気液分離器１４で分離された水分により予熱する１次乾燥用熱交換器１１とを設けている。
As described above, in the drying apparatus for hydrous solid fuel according to the first embodiment, the hydrous gas and the fluidizing gas can be charged into the drying
従って、乾燥ガスとしての流動化ガスが有する顕熱及び潜熱を有効利用し、含水固体燃料を効率良く加熱して乾燥させることができる。また、含水固体燃料の乾燥用熱源となる乾燥ガスは、流動化ガス（掃気用ガス）と蒸気との混合ガス流体であるから、水蒸気分圧の低下により蒸気の沸点を下げることができ、蒸気沸点を低下させた分だけ乾燥温度を低くすることができる。更に、１次乾燥用熱交換器１１により、含水混合ガス流体が保有する顕熱を有効利用して含水固体燃料を予熱するため、含水固体燃料の温度を上昇させて乾燥容器２１へ投入することとなり、乾燥機１０で必要な熱量を低減することができる。
Therefore, the sensible heat and latent heat of the fluidized gas as the dry gas can be effectively used to efficiently heat and dry the hydrous solid fuel. In addition, since the drying gas that serves as a heat source for drying the hydrous solid fuel is a mixed gas fluid of fluidized gas (scavenging gas) and steam, the boiling point of the steam can be lowered by lowering the steam partial pressure. The drying temperature can be lowered by the amount by which the boiling point is lowered. Furthermore, in order to preheat the hydrated solid fuel by using the sensible heat of the hydrated mixed gas fluid by the primary
そして、この場合、１次乾燥用熱交換器１１は、含水固体燃料を第１気液分離器１４で分離された水分により予熱するため、第１気液分離器１４から供給ポンプ１９により１次乾燥用熱交換器１１へ水分を適正に、且つ、確実に供給することが可能となり、含水固体燃料を適正に加熱して乾燥可能とすることができる。即ち、乾燥機１０における乾燥容器２１にて、含水固体燃料の投入口が上方に設けられ、１次乾燥用熱交換器１１がこの投入口の近傍に設けられていても、下方にある第１気液分離器１４から上方にある１次乾燥用熱交換器１１まで水分だけを供給するため、この１次乾燥用熱交換器１１への水分の安定した供給が可能となり、含水固体燃料を適正に加熱して乾燥可能とすることができる。
In this case, the primary
また、実施例１の含水固体燃料の乾燥装置では第１気液分離器１４で水分が分離された流動化ガスを乾燥容器２１へ投入する前に減圧する減圧機構としての膨張タービン１５を設けている。従って、膨張タービン１５により、大気圧の乾燥容器２１内へ流動化ガスを容易に投入することができ、流動化ガスの循環系を容易に形成し、流動化ガスを掃気用ガスや乾燥ガスに容易に用いることができる。
Further, in the drying apparatus for hydrous solid fuel according to the first embodiment, an expansion turbine 15 is provided as a pressure reducing mechanism for reducing the pressure before the fluidized gas from which water has been separated by the first gas-
また、実施例１の含水固体燃料の乾燥装置では、膨張タービン１５から乾燥容器２１へ掃気用ガスとして投入される流動化ガスを伝熱管２２から流出する流動化ガスにより加熱する蒸気熱交換器２３を設けている。従って、蒸気熱交換器２３により、乾燥容器２１へ掃気用ガスとして投入される流動化ガスを伝熱管２２からの流動化ガスにより加熱することとなり、流動化ガスの熱の有効利用を図ることができる。
In the drying apparatus for hydrous solid fuel according to the first embodiment, the steam heat exchanger 23 that heats the fluidized gas that is input as the scavenging gas from the expansion turbine 15 to the drying
また、実施例１の含水固体燃料の乾燥装置では、伝熱管２２から流出する流動化ガスを膨張タービン１５へ投入する前に気液分離させる第１気液分離器１４と、膨張タービン１５で減圧されて乾燥容器２１へ投入する前に気液分離させる第２気液分離器１７とを設けている。従って、第１気液分離器１４により高温高圧の流動化ガスに対して気液を分離させ、第２気液分離器１７により低温低圧の混合ガス流体に対して気液を分離させることとなり、気液分離性能を向上することができる。
Further, in the water-containing solid fuel drying apparatus according to the first embodiment, the fluidized gas flowing out from the
図２は、本発明の実施例２に係る含水固体燃料の乾燥装置を表す概略構成図である。
なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating a water-containing solid fuel drying apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the function similar to the Example mentioned above, and detailed description is abbreviate | omitted.
実施例２の乾燥装置において、図２に示すように、乾燥対象となる含水固体燃料は、最初に１次乾燥用熱交換器１１を通過することにより、１次加熱を受けて１次乾燥（温度上昇）された状態で乾燥機１０の乾燥容器２１内に投入され、ここで、乾燥ガスの顕熱及び乾燥水分（蒸気）の潜熱を利用して所定の含水率になるまで水分が蒸発される。そして、含水固体燃料は、この乾燥機１０により所定の含水率に乾燥された高温の乾燥固体燃料となり、放熱熱交換器１２により冷却されてから乾燥固体燃料として次工程へ供給される。
In the drying apparatus of Example 2, as shown in FIG. 2, the water-containing solid fuel to be dried first undergoes primary heating by passing through the primary
この場合、乾燥機１０で使用する乾燥ガスは、流動化ガスであって、装置の系内を循環している。即ち、流動化ガスは、乾燥機１０の乾燥容器２１、集塵装置１３、圧縮機３０、蒸気熱交換器３１、乾燥機１０の伝熱管２２、蒸気熱交換器２３、気液分離器１４、１次乾燥用熱交換器１１、膨張タービン１５、気液分離器１７、凝縮水熱交換器１８、放熱熱交換器１２、蒸気熱交換器２３の順に循環し、流動化ガスから微粒子含有混合ガス流体、混合ガス流体及び含水流動ガスの順に状態変化した後、再度流動化ガスに戻って再利用される。
In this case, the drying gas used in the
そして、実施例２では、圧縮機３０で圧縮された高圧の混合ガス流体を１次乾燥用熱交換器１１により含水固体燃料を予熱した水分により冷却する冷却装置４１が設けられている。冷却装置４１は、１次乾燥用熱交換器１１から排出された水分を供給する供給ポンプ４２と、この供給ポンプ４２により供給された水分を圧縮機３０で圧縮された高圧の混合ガス流体に対して噴射する噴射機構４３とを有している。そして、冷却装置４１は、冷却後に伝熱管２２に乾燥ガスとして供給される混合ガス流体の温度を計測する温度センサ４４を有しており、この温度センサ４４が検出した混合ガス流体の温度に応じて供給ポンプ４２を調整し、混合ガス流体の冷却度合を調整可能となっている。
In the second embodiment, a
圧縮機３０で圧縮された蒸気は温度及び圧力が上昇しており、蒸気熱交換器３１により圧縮前の低圧蒸気を加熱しているものの、高温高圧状態が維持されている。この高温高圧の蒸気（混合ガス流体）が乾燥機１０の伝熱管２２に導入されると、乾燥容器２１内の含水固体燃料を変質させてしまうおそれがある。そこで、冷却装置４１は、温度センサ４４が検出した伝熱管２２に供給される混合ガス流体の温度に応じて供給ポンプ４２により水分の供給量を調整し、噴射機構４３が混合ガス流体に対して噴射する噴射量を変更している。そのため、伝熱管２２に供給される混合ガス流体は、その温度が低下して含水固体燃料を適正に加熱乾燥することが可能な最適温度まで低下（調整）される。
The steam compressed by the
即ち、１次乾燥用熱交換器１１から流出した凝縮水を供給ポンプ４２により昇圧し、圧縮機３０から乾燥機１０の伝熱管２２に導入される混合ガス流体となる蒸気に噴射して蒸発させることにより、混合ガス流体の温度を含水固体燃料が乾燥される乾燥好適温度に制御する。このとき、蒸発潜熱は、乾燥機１０内で乾燥用として利用されるため、熱損失にならずに経済的である。つまり、蒸気の顕熱を潜熱に変換することで、混合ガス流体における乾燥好適温度の制御と、潜熱回収好適圧力の両立が可能となり、潜熱は乾燥に再利用するので経済的である。また、水投入により、乾燥機１０における加熱媒体の水蒸気濃度が増加し、潜熱回収を効果的に行うことができることから、乾燥機１０における熱交換伝熱面積の低減や圧縮機３０の出口圧力での低減を行うことができ、乾燥エネルギーを低減できる。
That is, the condensed water flowing out from the primary
このように実施例２の含水固体燃料の乾燥装置にあっては、圧縮機３０で圧縮された高圧の混合ガス流体を１次乾燥用熱交換器１１により含水固体燃料を予熱した水分により冷却する冷却装置４１を設けている。従って、高圧の混合ガス流体が冷却装置４１により冷却されてから乾燥ガスとして伝熱管２２に供給されることとなり、乾燥機１０にて、含水固体燃料を好適な温度の乾燥ガスにより加熱乾燥することができ、含水固体燃料の乾燥不良や変質（炭化）などを抑制することができる。
As described above, in the water-containing solid fuel drying apparatus according to the second embodiment, the high-pressure mixed gas fluid compressed by the
また、実施例２の含水固体燃料の乾燥装置では、冷却装置４１として、圧縮機３０で圧縮された高圧の混合ガス流体に対して１次乾燥用熱交換器１１により含水固体燃料を予熱した水分を噴射する噴射機構４３を設けている。従って、噴射機構４３は、高圧の混合ガス流体に対して水分を噴射することで、混合ガス流体の蒸発潜熱を利用して冷却することとなり、冷却装置４１の簡素化を可能とすることができる。
Further, in the water-containing solid fuel drying apparatus according to the second embodiment, as the
また、実施例２の含水固体燃料の乾燥装置では、冷却装置４１は、冷却後に伝熱管２２に乾燥ガスとして供給される混合ガス流体の温度に応じて冷却度合を調整可能としている。従って、冷却後の乾燥ガス（混合ガス流体）の温度に応じて冷却度合を調整することとなり、乾燥機１０にて、含水固体燃料を最適な温度の乾燥ガスにより加熱乾燥することができる。
Further, in the water-containing solid fuel drying device according to the second embodiment, the
なお、上述した各実施例にて、減圧機構として膨張タービン１５を設けたが、この膨張タービン１５に代えて減圧弁を設けてもよい。この減圧弁は、第１気液分離器１４から導入した水分分離後の流動化ガスを単純に減圧するものであり、大気圧で運転される乾燥機１０の乾燥容器２１内へ投入可能な低圧まで減圧する。即ち、減圧弁は、乾燥容器２１を圧力容器にする必要がなく、しかも、凝縮水熱交換器１８、放熱熱交換器１２、蒸発熱交換器２３を通過した流動化ガスが乾燥容器２１内へ投入される程度の圧力まで減圧する。この減圧弁の採用は、例えば、乾燥機１０の規模が小さく、膨張タービン１５でエネルギー回収しても利用可能な動力を得られない場合、膨張タービン１５によるエネルギー回収のコストが消費電力低減により得られるコストより大きい場合、あるいは、膨張タービン１５の設置に伴う初期コストを抑制したい場合等に有効である。
In each of the above-described embodiments, the expansion turbine 15 is provided as a pressure reducing mechanism. However, a pressure reducing valve may be provided instead of the expansion turbine 15. This pressure reducing valve simply depressurizes the fluidized gas after the water separation introduced from the first gas-
また、上述した各実施例にて、乾燥機１０に導入される流動化ガスを伝熱管２２から排出される混合ガス流体により加熱する蒸気熱交換器２３を設けたが、ここに更にヒータを設けてもよい。更に、乾燥容器２１へ投入する前の含水固体燃料を加熱する１次乾燥用熱交換器１１を設けたが、ここにも更にヒータを設けてもよい。
Further, in each of the above-described embodiments, the steam heat exchanger 23 for heating the fluidized gas introduced into the
１０ 乾燥機
１１ １次乾燥用熱交換器
１２ 放熱熱交換器
１３ 集塵装置
１４ 第１気液分離器
１５ 膨張タービン（減圧機構）
１６ 電動機
１７ 第２気液分離器
１８ 凝縮水熱交換器
１９ 供給ポンプ
２０ 減圧弁
２１ 乾燥容器
２２ 伝熱管
２３ 蒸気熱交換器（混合ガス流体用熱交換器）
３０ 圧縮機
３１ 蒸気熱交換器（乾燥ガス用熱交換器）
４１ 冷却装置
４２ 供給ポンプ
４３ 噴射機構
４４ 温度センサ
DESCRIPTION OF
16
30
41
Claims (7)
前記乾燥容器で含水固体燃料から蒸発した蒸気及び含水固体燃料の微粒子を含む混合ガス流体から微粒子を除去する集塵装置と、
前記集塵装置から導入される低圧の混合ガス流体を圧縮して高圧の混合ガス流体とした乾燥ガスを前記伝熱管に供給する圧縮機と、
前記集塵装置から前記圧縮機へ導入される低圧の混合ガス流体を前記圧縮機で圧縮された高圧の混合ガス流体により予熱する乾燥ガス用熱交換器と、
前記伝熱管からガス中の蒸気が凝縮した水分を含んだ状態で流出する混合ガス流体を導入して気液分離させて水分を分離する気液分離器と、
前記乾燥容器へ投入する前の含水固体燃料を前記気液分離器で分離された水分により予熱する１次乾燥用熱交換器と、
を備えることを特徴とする含水固体燃料の乾燥装置。 A dry tube can be filled with hydrated solid fuel and scavenging gas, and a heat transfer tube for flowing a high-pressure mixed gas fluid is provided to heat the hydrated solid fuel with the latent heat and sensible heat of the steam contained in the mixed gas fluid. A dryer to dry,
A dust collector for removing fine particles from a mixed gas fluid containing vapor evaporated from the water-containing solid fuel in the drying container and particles of the water-containing solid fuel;
A compressor that compresses a low-pressure mixed gas fluid introduced from the dust collector to form a high-pressure mixed gas fluid to the heat transfer tube;
A dry gas heat exchanger for preheating a low-pressure mixed gas fluid introduced from the dust collector into the compressor with a high-pressure mixed gas fluid compressed by the compressor;
A gas-liquid separator that separates moisture by introducing gas-liquid separation by introducing a mixed gas fluid that flows out from the heat transfer tube in a state containing moisture condensed vapor in the gas;
A heat exchanger for primary drying that preheats the hydrated solid fuel before being put into the drying container with moisture separated by the gas-liquid separator;
An apparatus for drying a hydrous solid fuel, comprising:
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