JP5822504B2

JP5822504B2 - 流動層乾燥設備

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Publication number: JP5822504B2
Application number: JP2011079356A
Authority: JP
Inventors: 昇吾澤
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2015-11-24
Anticipated expiration: 2031-03-31
Also published as: JP2012215318A

Description

本発明は、湿潤原料を流動させながら乾燥させる流動層乾燥装置を備える流動層乾燥設備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、適用炭種も拡大できる事が知られている。

このような石炭ガス化複合発電設備は、褐炭（湿潤原料）を燃料として用いた場合、ガス化炉内に持ち込まれる水分量が多く、この水分の蒸発潜熱のためガス化炉内温度が低下し発電効率が低下してしまう。高水分炭の利用のためには流動層乾燥装置を設け、この流動層乾燥装置により石炭を乾燥して水分を除去してから粉砕して石炭ガス化炉に供給する必要がある。流動層乾燥装置としては、特許文献１に記載されている流動層乾燥装置がある。

特開２００８−８９２４３号公報

ところで、流動層乾燥装置は、流動化ガスを供給しつつ湿潤原料を乾燥させる際に発生する蒸気と流動化ガスとを発生蒸気として装置外部に排出する。流動層乾燥装置を有する流動層乾燥設備は、発生蒸気の熱を回収したり、発生蒸気を流動化ガスとして利用したりすることで、装置の熱利用効率や空気の利用効率を向上させることができる。しかしながら、この発生蒸気には、大量の飛散粉塵（ダスト）が混入している。このため、発生蒸気に混入した大量の粉塵が潜熱を回収する装置や、流動化ガスとして再度供給する装置に対して悪影響を与える恐れがある。

そこで、本発明は、流動層乾燥装置から排出される発生蒸気から粉塵を効率よく除去することができる流動層乾燥設備を提供することを課題とする。

本発明の流動層乾燥設備は、乾燥容器、前記乾燥容器の一方の端部に湿潤原料を投入する投入部、前記乾燥容器の他方の端部から湿潤原料が加熱乾燥した乾燥物を排出する排出部、前記乾燥容器内に投入された湿潤原料が乾燥される乾燥室と前記乾燥室よりも鉛直方向下側のチャンバ室とに分離し、前記チャンバ室から前記乾燥室内にガスを供給可能な貫通孔が形成されたガス分散板、前記乾燥室で湿潤原料と共に流動層を形成する流動化ガスを、前記チャンバ室に供給する流動化ガス供給部および前記流動化ガスが供給されて形成された前記流動層の前記湿潤原料が乾燥されることにより発生する発生蒸気を前記乾燥容器の上方から排出する蒸気排出部を備え、水分含量が高い前記湿潤原料を前記乾燥容器内で乾燥する流動層乾燥装置と、前記流動層乾燥装置の前記蒸気排出部から排出される発生蒸気を外部に排出する発生蒸気ラインと、前記発生蒸気ラインに介装され、前記発生蒸気を冷却し前記発生蒸気に含まれる粉塵を除去する冷却トラップと、前記排出部から排出された前記湿潤原料を乾燥させた乾燥物を冷却する冷却器と、を備えることを特徴とする。

流動層乾燥設備は、上記構成とすることで、流動層乾燥装置から排出される発生蒸気から粉塵を効率よく除去することができる。

ここで、前記流動層乾燥装置は、前記乾燥容器の前記流動層の内部に配置された配管および前記配管に過熱媒体を供給する過熱媒体供給装置を有する加熱手段を、さらに備えることが好ましい。これにより、湿潤原料をより効率よく乾燥させることができる。

また、前記発生蒸気ラインにおける前記冷却トラップの下流側に介装され、前記冷却された前記発生蒸気を前記乾燥容器の内部の前記流動層よりも鉛直方向上側の領域に案内し、前記乾燥容器の内部の発生蒸気で過熱する過熱手段をさらに備えることが好ましい。これにより、冷却トラップを通過した発生蒸気を装置系内の熱を利用して高温にすることができ、各種用途に用いることができる。

また、前記発生蒸気ラインにおける前記冷却トラップの下流側に介装され、前記冷却された前記発生蒸気を前記加熱手段の前記流動層の内部を通過した後の領域の前記配管を流れる過熱媒体で過熱する過熱手段をさらに備えることが好ましい。これにより、冷却トラップを通過した発生蒸気を装置系内の熱を利用して高温にすることができ、各種用途に用いることができる。

また、前記過熱手段で加熱された前記発生蒸気の一部を分岐し、前記流動化ガスとして前記流動化ガス供給部に供給するラインと、をさらに備えることが好ましい。これにより、装置系内に発生した熱および蒸気を効率よく利用することができる。

また、前記過熱手段で加熱された前記発生蒸気の一部を分岐し、前記発生蒸気の熱を回収する熱回収システムと、をさらに備えることが好ましい。これにより、装置系内に発生した熱を効率よく利用することができる。

本発明の流動層乾燥設備によれば、流動層乾燥装置から排出される発生蒸気から粉塵を効率よく除去することができるという効果を奏する。

図１は、本実施形態の流動層乾燥設備を適用した石炭ガス化複合発電システムの一実施形態を示す概略図である。図２は、図１に示す流動層乾燥装置を備える流動層乾燥設備の一実施形態を示す概略図である。図３は、図２に示す流動層乾燥装置の一実施形態を示す概略図である。図４は、流動層乾燥装置を備える流動層乾燥設備の他の実施形態を示す概略図である。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための形態（以下、実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。本実施形態では、本発明に係る流動層乾燥設備を石炭ガス化複合発電システムに適用した例を説明するが、本発明の適用対象は石炭ガス化複合発電システムに限定されるものではない。例えば、流動層乾燥設備で乾燥した製品炭を用いた発電システムとして流動層乾燥設備で乾燥した製品炭をボイラ火炉に供給し、当該ボイラ火炉で発生した蒸気で蒸気タービンを駆動して発電機により出力を得る褐炭炊ボイラによる発電システムに用いることもできる。また、本発明を石炭ガス化複合発電システムに適用する場合でも、その方式は問わない。また、本実施形態では、湿潤原料（被乾燥物）として褐炭を用いる場合で説明するが、水分含量の高いものであればよく、亜瀝青炭等を含む低品位炭や、スラッジ等を用いることもできる。

図１は、本実施形態の流動層乾燥設備を適用した石炭ガス化複合発電システムの一例を示す概略図である。図２は、図１に示す流動層乾燥装置を備える流動層乾燥設備の一例を示す概略図である。

図１に示すように、石炭ガス化複合発電（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｏａｌＧａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎＣｏｍｂｉｎｅｄＣｙｃｌｅ：ＩＧＣＣ）システム１０は、燃料である褐炭１３２を乾燥させて製品炭１４０とする流動層乾燥設備１００と、製品炭１４０を粉砕して微粉炭４０とするミル２０と、微粉炭４０を処理してガス化ガス４２に変換する石炭ガス化炉１３と、前記ガス化ガス４２を燃料として運転されるガスタービン（ＧＴ）１４と、ガスタービン１４からのタービン排ガス４６を導入する排熱回収ボイラ（ＨｅａｔＲｅｃｏｖｅｒｙＳｔｅａｍＧｅｎｅｒａｔｏｒ：ＨＲＳＧ）１６と、排熱回収ボイラ１６で生成した蒸気４８により運転される蒸気タービン（ＳＴ）１８と、ガスタービン１４および／または蒸気タービン１８と連結された発電機（Ｇ）１９と、を備える。また、石炭ガス化複合発電システム１０は、蒸気タービン１８から排出された蒸気を凝縮し排熱回収ボイラ１６に戻す復水器３４と、ガスタービン１４と連結されガスタービン１４と共に回転し、空気５４を圧縮する圧縮機３６と、空気を窒素（Ｎ_２）と酸素（Ｏ_２）とに分離し、分離した酸素を圧縮機３６で圧縮された空気が流れる配管に供給し、窒素をミル２０から石炭ガス化炉１３に搬送される微粉炭４０の搬送経路に供給する空気分離装置（ＡＳＵ）３８と、を備える。なお、圧縮機３６が圧縮した空気５４は、石炭ガス化炉１３と燃焼器２６とに供給される。

この石炭ガス化複合発電システム１０は、流動層乾燥設備１００で褐炭１３２を乾燥させて製品炭１４０を生成し、この製品炭１４０をミル２０で粉砕した微粉炭４０を石炭ガス化炉１３でガス化し、生成ガスであるガス化ガス４２を得る。石炭ガス化複合発電システム１０は、ガス化ガス４２をサイクロン２２およびガス精製装置２４で除塵およびガス精製した後、発電手段であるガスタービン１４の燃焼器２６に供給し、ここで燃焼して高温・高圧の燃焼ガス５０を生成する。そして、石炭ガス化複合発電システム１０は、この燃焼ガス５０によってガスタービン１４を駆動する。石炭ガス化複合発電システム１０は、ガスタービン１４が発電機１９と連結されており、ガスタービン１４を駆動することによって発電機１９で電力を発生させる。ここで、ガスタービン１４を駆動した後のタービン排ガス４６は、まだ約５００〜６００℃の温度を持っている。石炭ガス化複合発電システム１０は、タービン排ガス４６を排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）１６に送り、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）１６でタービン排ガス４６の熱エネルギーを回収する。石炭ガス化複合発電システム１０は、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）１６で、タービン排ガス４６から回収した熱エネルギーによって蒸気４８を生成し、この蒸気４８によって蒸気タービン１８を駆動する。石炭ガス化複合発電システム１０は、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）１６でタービン排ガス４６から熱エネルギーを回収したガスである排ガス５２から、ガス浄化装置３０でＮＯｘおよびＳＯｘ分を除去した後、煙突３２を介して大気中へ放出する。

以下、図２を用いて、流動層乾燥設備１００について説明する。図２に示すように、流動層乾燥設備１００は、被乾燥物として湿潤原料の１つである水分含量が高い褐炭１３２を供給する供給ホッパ１０１と、供給された褐炭１３２を乾燥させる流動層乾燥装置１０２と、流動層乾燥装置１０２から排出される発生蒸気１３４を冷却し、発生蒸気１３４中の粉塵を除去する冷却トラップ１０３と、冷却トラップ１０３で冷却された発生蒸気１３５ａを過熱する過熱手段１０４と、過熱手段１０４で過熱された発生蒸気１３５ｂを分岐する分岐部１０５と、流動層乾燥装置１０２から抜き出された乾燥褐炭１３８を冷却して製品炭１４０とする冷却器１１０と、分岐部１０５の下流側に介装され、発生蒸気１３５ｂの熱を回収する熱回収システム１１１と、熱回収システム１１１で熱を回収された発生蒸気１３５ｂを処理して排水１４２として排出する水処理部１１２と、分岐部１０５で分岐された発生蒸気１３５ｂを循環させ流動化蒸気１３６として流動層乾燥装置１０２に供給する循環装置１１４と、を備える。

また、流動層乾燥設備１００は、各部を接続する配管として、褐炭１３２を乾燥させる際に発生する発生蒸気１３４を流動層乾燥装置１０２の外部に排出し分岐部１０５に案内する発生蒸気ラインＬ_１と、分岐部１０５で分岐されたラインであり、流動化蒸気（流動化ガス）１３６として流動層乾燥装置１０２内に供給するラインＬ_２と、乾燥褐炭１３８を冷却器１１０で冷却して生成した製品炭１４０を排出する製品ラインＬ_３と、を備える。

供給ホッパ１０１は、褐炭１３２を貯留する設備である。供給ホッパ１０１は、貯留している褐炭１３２を流動層乾燥装置１０２内に供給する。

流動層乾燥装置１０２は、供給ホッパ１０１から供給される褐炭１３２と流動化蒸気１３６とで流動層を形成し褐炭１３２を移動させつつ、加熱手段で加熱することで褐炭１３２を乾燥させ乾燥褐炭１３８とする。また、流動層乾燥装置１０２は、流動化蒸気１３６と褐炭１３２の乾燥時に生じる蒸気とが混合され発生蒸気１３４となる。流動層乾燥装置１０２は、内部に設けられた加熱手段としての伝熱部材１２８と、伝熱部材１２８に過熱蒸気（高温ガス）Ａを供給可能な過熱蒸気供給装置（高温ガス供給手段）１２９と、を備える。

次に図３を用いて、流動層乾燥装置１０２について説明する。ここで、図３は、図２に示す流動層乾燥装置の一実施形態を示す概略図である。なお、図３には、流動層乾燥装置１０２に加え、冷却トラップ１０３および過熱手段１０４の概略構成も示す。

流動層乾燥装置１０２は、内部に褐炭１３２が投入される乾燥容器１２０と、褐炭１３２が投入される投入部（投入口）１２２と、褐炭１３２を乾燥させた乾燥褐炭１３８を排出する排出部（排出口）１２３と、乾燥容器１２０の内部に設けられたガス分散板１２４と、流動化ガス１３６を乾燥容器１２０に供給する流動化ガス供給部（流動化ガス供給口）１２６と、発生蒸気１３４を排出する蒸気排出部（蒸気排出口）１２７と、を備える。また、流動層乾燥装置１０２は、上述したように、内部に設けられた加熱手段としての伝熱部材１２８と、伝熱部材１２８に過熱蒸気（高温ガス）Ａを供給可能な過熱蒸気供給装置（高温ガス供給手段）１２９とを備える（図２参照）。

乾燥容器１２０は、ガス分散板１２４によって内部の空間が、鉛直方向上方側（図示上側）に位置する乾燥室１５０と鉛直方向下方側（図示下側）に位置するチャンバ室１５２とに区分けされている。なお、乾燥室１５０は、褐炭１３２が供給される領域であり、チャンバ室１５２は、流動化ガス１３６が供給される領域である。乾燥容器１２０は、チャンバ室１５２に供給された流動化ガス１３６がガス分散板１２４を通過して乾燥室１５０に供給される。乾燥室１５０は、流動化ガス１３６により褐炭１３２が移動されることで、流動層１５５が形成される。

投入部１２２は、乾燥容器１２０の乾燥室１５０の一方の端部に連結されている。投入部１２２は、供給ホッパ１０１と連結しており、供給ホッパ１０１から供給された褐炭１３２を一方の端部の乾燥室１５０に投入する。排出部１２３は、乾燥容器１２０の乾燥室１５０の他方の端部の鉛直方向下側、つまり、ガス分散板１２４の近傍に連結されている。排出部１２３は、冷却器１１０と連結した配管と連結しており、当該配管に乾燥室１５０内の乾燥褐炭１３８を排出する。

また、ガス分散板１２４は、多数の貫通孔１２４ａが形成されている。ガス分散板１２４は、乾燥室１５０内の褐炭１３２がチャンバ室１５２内に落下することを抑制しつつ、乾燥室１５０とチャンバ室１５２との間でガスが流通可能な状態とする。流動化ガス供給部１２６は、チャンバ室１５２に連結しており、ラインＬ_２から供給される流動化ガス１３６をチャンバ室１５２内に供給する。蒸気排出部１２７は、乾燥室１５０の上面に連結されている。蒸気排出部１２７は、乾燥容器１２０内の発生蒸気１３４を発生蒸気ラインＬ_１に案内する。

ここで、流動層乾燥装置１０２は、乾燥室１５０の内部に配置された複数、本実施形態では分割板１５４を備える。また、本実施形態では分割板の枚数を４枚としたがこれに限るものではなく最も相応しい枚数にて構成される。分割板１５４は、乾燥容器１２０の幅方向及び鉛直方向に延在する板であり、投入部１２２と排出部１２３とを結んだ線に直交する面が正面（面積が最も大きい面）となる板である。分割板１５４は、図３に示すように、鉛直方向下側の端部がガス分散板１２４と接しており、鉛直方向上側の端部が流動層１５５の上端よりも下側の位置となる。また、分割板１５４は、乾燥室１５０全域に配置されている。また、複数の分割板１５４は、投入部１２２から排出部１２３に向かう方向に所定の間隔で配置されている。これにより、流動層乾燥装置１０２は、複数の分割板１５４によって乾燥容器１２０の乾燥室１５０内が投入部１２２から排出部１２３に向かう方向において複数の乾燥分室１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄ、１５０ｅに分割される。なお、乾燥分室１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄ、１５０ｅは、投入部１２２から排出部１２３に向かって、乾燥分室１５０ａ、乾燥分室１５０ｂ、乾燥分室１５０ｃ、乾燥分室１５０ｄ、乾燥分室１５０ｅの順で配置されている。また、チャンバ室１５２も、乾燥分室１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄ、１５０ｅに対応して５つのチャンバ分室１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃ、１５２ｄ、１５２ｅに分割されている。

また、流動化ガス供給部１２６は、チャンバ分室１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃ、１５２ｄ、１５２ｅに対応して５つ設けられており、それぞれのチャンバ分室１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃ、１５２ｄ、１５２ｅに流動化ガス１３６を供給する。伝熱部材１２８は、乾燥分室１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄ、１５０ｅのそれぞれの流動層１５５に幅方向に延在する向きで配置されている。

流動層乾燥装置１０２は、供給ホッパ１０１により褐炭１３２が乾燥容器１２０の乾燥分室１５０ａ内に投入され、チャンバ分室１５２ａに流動化蒸気１３６が導入される。チャンバ室１５２ａ内に導入された流動化蒸気１３６は、ガス分散板１２４の貫通孔１２４ａを通過して乾燥分室１５０ａ内に流入する。乾燥分室１５０ａ内に流入した流動化蒸気１３６は、乾燥分室１５０ａ内に投入された褐炭１３２を吹き上げ、流動させる。これにより、流動層乾燥装置１０２は、乾燥分室１５０ａ内に、褐炭１３２が流動する流動層１５５が形成される。乾燥分室１５０ａで流動化された褐炭１３２の一部は、分割板１５４よりも鉛直方向上側に移動し、矢印１５６ａに示す方向に移動し、乾燥分室１５０ｂに移動する。

流動層乾燥装置１０２は、チャンバ分室１５２ｂにも流動化蒸気１３６が導入される。チャンバ室１５２ｂ内に導入された流動化蒸気１３６は、ガス分散板１２４の貫通孔１２４ａを通過して乾燥分室１５０ｂ内に流入する。乾燥分室１５０ｂ内に流入した流動化蒸気１３６は、乾燥分室１５０ｂ内に投入された褐炭１３２を吹き上げ、流動させる。これにより、流動層乾燥装置１０２は、乾燥分室１５０ｂ内に、褐炭１３２が流動する流動層１５５が形成される。乾燥分室１５０ｂで流動化された褐炭１３２の一部は、分割板１５４よりも鉛直方向上側に移動し、矢印１５６ｂに示す方向に移動し、乾燥分室１５０ｃに移動する。流動層乾燥装置１０２は、乾燥分室１５０ｃ、１５０ｄ、１５０ｅでも同様に移動した褐炭１３２が供給される流動化ガス１３６とともに流動層１５５を構成する。また、乾燥分室１５０ｃの流動層１５５の褐炭１３２の一部は、分割板１５４よりも鉛直方向上側に移動し、矢印１５６ｃに示す方向に移動し、乾燥分室１５０ｄに移動する。乾燥分室１５０ｄの流動層１５５の褐炭１３２の一部は、分割板１５４よりも鉛直方向上側に移動し、矢印１５６ｄに示す方向に移動し、乾燥分室１５０ｅに移動する。流動層乾燥装置１０２は、乾燥分室１５０ｅで流動層１５５となっている褐炭１３２のうち、排出部１２３に到達した褐炭１３８を乾燥褐炭１３８として排出部１２３から排出する。

このように、流動層乾燥装置１０２は、乾燥室１５０の鉛直方向下方側の部分である乾燥分室１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄ、１５０ｅを含む部分に流動層１５５が形成される。褐炭１３２は、投入部１２２で投入された後、流動層１５５を構成して移動され、乾燥分室１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄ、１５０ｅをこの順で順番に通過し、排出部１２３から排出される。なお、褐炭１３２は、乾燥分室１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄ、１５０ｅの通過時に徐々に乾燥され、排出部１２３からの排出時には乾燥褐炭１３８となっている。

流動層乾燥装置１０２は、乾燥室１５０の流動層１５５よりも鉛直方向上方側の部分にフリーボード部Ｆが形成される。このフリーボード部Ｆは、流動層１５５の褐炭１３２が乾燥されることにより発生蒸気１３４が発生する領域となる。なお、流動化蒸気１３６は、一定温度以上の蒸気であり、褐炭１３２を流動させつつ加熱することで、褐炭１３２を乾燥させる。

次に、伝熱部材１２８は、上述したように、乾燥分室１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄ、１５０ｅの流動層１５５が形成される領域に配置されている。伝熱部材１２８は、流動層１５５の褐炭１３２を加熱し、褐炭１３２中の水分を除去する加熱手段であり、過熱蒸気Ａが流通可能な配管である。伝熱部材１２８は、内部に供給されて流通される高温の過熱蒸気Ａの潜熱を利用して流動層１５５を構成する褐炭１３２を乾燥させる。伝熱部材１２８は、乾燥に利用された過熱蒸気Ａを凝縮水Ｂとして流動層乾燥装置１０２の外部に排出する。

すなわち、伝熱部材１２８は、流動層１５５と接している領域で過熱蒸気Ａを凝縮させて液体（水分）にすることで、この際に放熱される凝縮潜熱で褐炭１３２の乾燥の加熱に有効利用する。なお、伝熱部材１２８に流通させる高温の過熱蒸気Ａとしては、相変化を伴う熱媒であればいずれでもよく、例えばフロンやペンタンやアンモニア等を例示することができる。また、伝熱部材１２８は、熱媒体を流通させる配管を用いる構成に限定されない。伝熱部材１２８は、褐炭１３２に熱を供給し乾燥させることができればよく、例えば電気ヒータを設置してもよい。なお、伝熱部材１２８によって褐炭１３２が乾燥される際に発生する発生蒸気１３４は、鉛直方向上方側（発生蒸気１３４の流れ方向の下流側）のフリーボード部Ｆへ流れる。過熱蒸気供給装置１２９は、加熱ラインＬ_４を介して、伝熱部材１２８に過熱蒸気Ａを供給している。

流動層乾燥装置１０２において、流動層１５５の内部に設けられた伝熱部材１２８は、流動層１５５の褐炭１３２を加熱することにより、褐炭１３２を乾燥させる。褐炭１３２を乾燥させることにより発生した発生蒸気１３４は、流動層１５５からフリーボード部Ｆに流れ込む。そして、フリーボード部Ｆに流れ込んだ発生蒸気１３４は、蒸気排出部１２７から流動層乾燥装置１０２の外部に排出される。蒸気排出部１２７から排出された発生蒸気１３４は、発生蒸気ラインＬ_１に供給される。

流動層乾燥装置１０２は、乾燥室１５０を複数の乾燥分室１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄ、１５０ｅに分割し、投入部１２２から排出部１２３まで移動する間に複数の乾燥分室１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄ、１５０ｅを順番に通過する構成とすることで、褐炭をより均一に乾燥させることができる。つまり、流動層１５５の流れによって短時間で排出部１２３まで到達する褐炭１３２や、長時間経過しても排出部１２３に到達しない褐炭１３２が生じることを抑制できる。

また、本実施形態のように、流動層１５５の上側の一部の褐炭１３２が次の乾燥分室に移動する構成とすることで、１つの乾燥分室の中で含有水分が比較的少なく上側に移動している褐炭１３２を次の乾燥分室に移動させることができる。つまり、当該乾燥分室の中で含有水分が比較的多く、乾燥されていない褐炭１３２は、重いため、乾燥分室の下側に移動され、当該乾燥分室の中で乾燥させることができる。これにより、褐炭１３２は、それぞれの乾燥分室１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄ、１５０ｅで一定程度まで乾燥された後に次の乾燥分室に移動するため、排出部１２３に到達した状態では、高い確率で一定程度まで乾燥された状態とすることができる。

また、本実施形態の流動層乾燥装置１０２は、褐炭１３２を好適に乾燥できるため、乾燥室１５０を分割板１５４で複数の乾燥分室に分割した形状としたがこれに限定されない。流動層乾燥装置１２０は、乾燥室１５０の形状によらず、褐炭１３２の滞留、沈降を抑制することができ、乾燥室内での褐炭１３２の閉塞が生じることを抑制することができ、褐炭１３２を均一に乾燥させることができる形状であればよい。

図２および図３を用いて、流動層乾燥設備１００の他の構成要素の説明を続ける。冷却トラップ１０３は、流動層乾燥装置１０２の蒸気排出部１２７から発生蒸気ラインＬ_１に排出された発生蒸気１３４を冷却し、発生蒸気１３４中に含まれる粉塵等のダスト（固形成分）を分離する。冷却トラップ１０３は、発生蒸気１３４を冷却する冷却機構１８０と、発生蒸気１３４が冷却されることで凝集したダストを含む水滴を捕集する捕集部１８２と、を有する。なお、冷却トラップ１０３は、冷却機構１８０と捕集部１８２とを一体化した一定温度以下に冷却した捕集部を備える構成としてもよい。冷却トラップ１０２の冷却機構１８０は、種々の冷却機構を用いることができ、発生蒸気ラインＬ_１の周囲を覆う配管を配置して二重管構造とし、発生蒸気ラインＬ_１の周囲を覆う配管に冷却媒体を流して発生蒸気ラインＬ_１の発生蒸気１３４を冷却する機構や、発生蒸気ラインＬ_１の周りにペルチェ素子を配置し、発生蒸気ラインＬ_１を冷やす構造等を用いることができる。また、冷却性能が落ち、配管を長くする必要があるが、冷却機構１８０は、積極的な冷却機構を備えず、発生蒸気ラインＬ_１を一定距離通過させることで発生蒸気１３４を冷却する機構とすることもできる。冷却トラップ１０３の捕集部１８２は、発生蒸気ラインＬ_１に配置された複数枚の板状部材で構成される。なお、板状部材は、多数の穴が開いた網形状でもよい。冷却トラップ１０３は、発生蒸気１３４を冷却し飽和蒸気とする。この時蒸気中の水分はダストをコアとして凝集する。つまり、水滴はダストを含んだ状態で形成される。冷却トラップ１０３は、このダストを含んだ水滴を捕集部で捕集することで、発生蒸気１３４中に含まれるダストを除去または低減する。なお、発生蒸気１３４は、冷却トラップ１０３を通過することで、温度が低下し、かつダストを除去または低減した発生蒸気１３５ａとなる。

過熱手段１０４は、発生蒸気ラインＬ_１を流れ、冷却トラップ１０３を通過した発生蒸気１３５ａを過熱する手段である。過熱手段１０４は、図３に示すように、発生蒸気ラインＬ_１を流動層乾燥装置１０２の内部、具体的には乾燥容器１２０のフリーボード部Ｆに導入し、発生蒸気ラインＬ_１を流れる発生蒸気１３５ａを流動層乾燥装置１０２の内部にある発生蒸気１３４で過熱する。過熱手段１０４は、発生蒸気ラインＬ_１を流れる発生蒸気１３５ａを過熱することで、発生蒸気１３５ａよりも高温になった発生蒸気１３５ｂとする。なお、過熱手段１０４は、発生蒸気１３５ａが流れる配管として外部から熱を吸収しやすい材料で形成した配管を用いることが好ましい。また、過熱手段１０４は、フリーボード部Ｆで配管を屈曲させ、発生蒸気１３５ａがフリーボード部Ｆでより長い距離移動する形状とすることが好ましい。また、伝熱部材１２８出口の凝縮水との熱交換によっても加熱する事ができる。

分岐部１０５は、発生蒸気ラインＬ_１を流れ、過熱手段１０４を通過した発生蒸気１３５ｂを２つのラインに分岐する機構である。分岐部１０５で分岐された一方のラインは、熱回収システム１０６に連結し、他方のラインは、分岐ラインＬ_２として循環装置１１４に連結する。

冷却器１１０は、流動層乾燥装置１０２から抜き出された乾燥褐炭１３８に固形成分１４４が混合された乾燥した粉体を冷却する。冷却器１１０は、冷却した粉体を製品炭１４０として製品ラインＬ_３から排出する。この製品炭１４０は、上述したように、ガス化炉１３に供給される。

熱回収システム１１１は、発生蒸気１３５ｂの熱を熱交換等で回収するシステムである。分岐部１０５により分岐された一方の配管を流れる発生蒸気１３５ｂは、例えば１０５〜１１０℃の蒸気である。熱回収システム１１１は、この発生蒸気１３５ｂに対して熱回収を行う。水処理部１１２は、熱回収システム１１１で熱回収された発生蒸気１３５ｂを処理する処理装置である。水処理部１１２は、熱回収システム１１１で熱回収された発生蒸気１３５ｂを処理し、排水１４２として流動層乾燥設備１００の外部に排出する。

また、循環装置１１４は、分岐ラインＬ_２に介装されており、分岐ラインＬ_２を流れる空気を所定方向に送る。具体的には、循環装置１１４は、分岐部１０５で分岐され分岐ラインＬ_２を流れる発生蒸気１３５ｂを流動層乾燥装置１０２内に送る。なお、流動層乾燥装置１０２内に送られる発生蒸気１３５ｂは、褐炭１３２の流動層を流動させる流動化蒸気１３６として利用される。なお、本実施形態の流動層乾燥設備１００は、流動層を流動化させる流動化媒体として、発生蒸気１３５ｂの一部を再利用しているが、これに限定されず、例えば窒素、二酸化炭素またはこれらのガスを含む低酸素濃度の空気を用いてもよい。

この石炭ガス化複合発電システム１０によれば、高い水分を有する褐炭１３２を用いてガス化する場合においても、効率的な流動層乾燥装置１０２により褐炭１３２を乾燥しているので、ガス化効率が向上し、長期間に亙って安定して発電を行うことができる。

本実施形態の流動層乾燥設備１００は、冷却トラップ１０３により発生蒸気１３４を冷却してダストを捕集することで、簡単な構成で効率よく発生蒸気１３４中のダストを除去または低減することができる。発生蒸気１３４中のダストを効率よく除去、低減することで、冷却トラップ１０３よりもガス流れの下流側に配置されている各部にダストが与える影響を少なくすることができる。これにより、冷却トラップ１０３よりもガス流れの下流側に配置されている各部の装置寿命を延ばすことができ、メンテナンスの回数や頻度を減らすことができる。

また、本実施形態の流動層乾燥設備１００は、過熱手段１０４で冷却トラップ１０３を通過した発生蒸気１３５ａを流動層乾燥設備１００の系内の熱源、具体的には乾燥容器１２０のフリーボード部Ｆの発生蒸気１３４の熱、により過熱（熱交換）し発生蒸気１３５ｂとすることで、流動層乾燥装置１０２から排出された発生蒸気１３５ｂから熱を回収することができる。以上より、本実施形態の流動層乾燥設備１００は、発生蒸気１３４を冷却トラップ１０３で冷却した後、過熱手段１０４で再過熱することで、発生蒸気から効率よくダストを除去することができかつ発生蒸気の潜熱を回収することができる。また、発生蒸気を過熱する熱源として、乾燥容器１２０のフリーボード部Ｆの発生蒸気１３４の熱を用いることで、新たな熱源を設けることなく、発生蒸気１３５ａを過熱することができる。また、前述したように、加熱源としては伝熱部材１２８から戻る凝縮水でも良い。

なお、本実施形態の流動層乾燥設備１００は、分岐部１０５により分岐された後の発生蒸気１３５ｂの一部を熱回収システム１１１で利用し、残りの部分を流動化蒸気として利用したが、これに限定されない。流動層乾燥設備１００は、過熱手段１０４により過熱した後の発生蒸気１３５ｂの熱を有効利用するようにしてもよい。

図４を用いて流動層乾燥設備の他の実施形態を説明する。ここで、図４は、流動層乾燥設備の他の実施形態を示す概略図である。図４に示す流動層乾燥設備２００は、供給ホッパ１０１と、流動層乾燥装置１０２と、冷却トラップ１０３と、過熱手段２１０と、分岐部１０５と、冷却器１１０と、熱回収システム１１１と、水処理部１１２と、循環装置１１４と、を備える。また、流動層乾燥設備２００は、各部を接続する配管として発生蒸気ラインＬ_１と、分岐ラインＬ_２と、製品ラインＬ_３と、を備える。なお、流動層乾燥設備２００は、過熱手段２１０以外の各部の構成は、流動層乾燥設備１００と同様であるので、説明は省略する。

過熱手段２１０は、発生蒸気ラインＬ_１を流れ、冷却トラップ１０３を通過した発生蒸気１３５ａを過熱する手段である。過熱手段２１０は、図４に示すように、発生蒸気ラインＬ_１の冷却トラップ１０３を通過した発生蒸気１３５ａが流れる部分と、伝熱部材１２８の凝縮水Ｂが流れる領域、つまり伝熱部材１２８のうち乾燥容器１２０の内部を通過した後の凝縮水Ｂが流れる乾燥容器１２０の外部の部分とを隣接または接触させ、発生蒸気１３５ａを凝縮水Ｂで過熱する。過熱手段２１０は、発生蒸気１３５ａと凝縮水Ｂとの間で熱交換を実行させる機構である。過熱手段２１０は、発生蒸気ラインＬ_１を流れる発生蒸気１３５ａを凝縮水Ｂで過熱することで、発生蒸気１３５ａよりも高温になった発生蒸気１３５ｂとする。なお、過熱手段２１０は、発生蒸気１３５ａが流れる配管として外部から熱を吸収しやすい材料で形成した配管を用いることが好ましい。

流動層乾燥設備２００は、過熱手段２１０を用いて伝熱部材１２８を流れる凝縮水Ｂの熱で発生蒸気１３５ａを過熱することで、上記の流動層乾燥設備と同様の効果を得ることができる。また、凝縮水Ｂは、過熱蒸気Ａが流動層を過熱することで生成されるものであるため、発生蒸気１３５ａの過熱に用いても他の処理に影響を与えない。また、凝縮水Ｂは、使用済みの物質であるため、凝縮水Ｂの熱を利用することで、流動層乾燥設備２００で発生する熱の利用効率を向上させることができる。

１０石炭ガス化複合発電システム
１００流動層乾燥設備
１０１供給ホッパ
１０２流動層乾燥装置
１０３冷却トラップ
１０４、２１０過熱手段
１０５分岐部
１１０冷却器
１１１熱回収システム
１２０乾燥容器
１２２投入部
１２３排出部
１２４ガス分散板
１２６流動化ガス供給部
１２７蒸気排出部
１２８伝熱部材
１２９過熱蒸気供給装置
１３２褐炭
１３４、１３５ａ、１３５ｂ発生蒸気
１３６流動化蒸気
１３８乾燥褐炭
１４０製品炭
１４２排水
１５０乾燥室
１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄ、１５０ｅ乾燥分室
１５２チャンバ室
１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃ、１５２ｄ、１５２ｅチャンバ分室
１５４分割板
１５５流動層
１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃ、１５６ｄ矢印
Ａ過熱蒸気
Ｂ凝縮水
Ｆフリーボード部
Ｌ_１発生蒸気ライン
Ｌ_２ライン
Ｌ_３製品ライン
Ｌ_４加熱ライン

Claims

乾燥容器、前記乾燥容器の一方の端部に湿潤原料を投入する投入部、前記乾燥容器の他方の端部から湿潤原料が加熱乾燥した乾燥物を排出する排出部、前記乾燥容器内に投入された湿潤原料が乾燥される乾燥室と前記乾燥室よりも鉛直方向下側のチャンバ室とに分離し、前記チャンバ室から前記乾燥室内にガスを供給可能な貫通孔が形成されたガス分散板、前記乾燥室で湿潤原料と共に流動層を形成する流動化ガスを、前記チャンバ室に供給する流動化ガス供給部および前記流動化ガスが供給されて形成された前記流動層の前記湿潤原料が乾燥されることにより発生する発生蒸気を前記乾燥容器の上方から排出する蒸気排出部を備え、水分含量が高い前記湿潤原料を前記乾燥容器内で乾燥する流動層乾燥装置と、
前記流動層乾燥装置の前記蒸気排出部から排出される発生蒸気を外部に排出する発生蒸気ラインと、
前記発生蒸気ラインに介装され、前記発生蒸気を冷却し前記発生蒸気に含まれる粉塵を除去する冷却トラップと、
前記排出部から排出された前記湿潤原料を乾燥させた乾燥物を冷却する冷却器と、
前記発生蒸気ラインにおける前記冷却トラップの下流側に介装され、前記冷却された前記発生蒸気を前記乾燥容器の内部の前記流動層よりも鉛直方向上側の領域に案内し、前記乾燥容器の内部の発生蒸気で過熱する過熱手段と、を備えることを特徴とする流動層乾燥設備。
乾燥容器、前記乾燥容器の一方の端部に湿潤原料を投入する投入部、前記乾燥容器の他方の端部から湿潤原料が加熱乾燥した乾燥物を排出する排出部、前記乾燥容器内に投入された湿潤原料が乾燥される乾燥室と前記乾燥室よりも鉛直方向下側のチャンバ室とに分離し、前記チャンバ室から前記乾燥室内にガスを供給可能な貫通孔が形成されたガス分散板、前記乾燥室で湿潤原料と共に流動層を形成する流動化ガスを、前記チャンバ室に供給する流動化ガス供給部、前記流動化ガスが供給されて形成された前記流動層の前記湿潤原料が乾燥されることにより発生する発生蒸気を前記乾燥容器の上方から排出する蒸気排出部及び前記乾燥容器の前記流動層の内部に配置された配管および前記配管に過熱媒体を供給する過熱媒体供給装置を有する加熱手段を備え、水分含量が高い前記湿潤原料を前記乾燥容器内で乾燥する流動層乾燥装置と、
前記流動層乾燥装置の前記蒸気排出部から排出される発生蒸気を外部に排出する発生蒸気ラインと、
前記発生蒸気ラインに介装され、前記発生蒸気を冷却し前記発生蒸気に含まれる粉塵を除去する冷却トラップと、
前記排出部から排出された前記湿潤原料を乾燥させた乾燥物を冷却する冷却器と、
前記発生蒸気ラインにおける前記冷却トラップの下流側に介装され、前記冷却された前記発生蒸気を前記加熱手段の前記流動層の内部を通過した後の領域の前記配管を流れる過熱媒体で過熱する過熱手段と、を備えることを特徴とする流動層乾燥設備。
前記流動層乾燥装置は、前記乾燥容器の前記流動層の内部に配置された配管および前記配管に過熱媒体を供給する過熱媒体供給装置を有する加熱手段を、さらに備えることを特徴とする請求項１に記載の流動層乾燥設備。
前記過熱手段で加熱された前記発生蒸気の一部を分岐し、前記流動化ガスとして前記流動化ガス供給部に供給する分岐ラインと、をさらに備え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設備。
前記過熱手段で加熱された前記発生蒸気の一部を分岐し、前記発生蒸気の熱を回収する熱回収システムと、をさらに備え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設備。