JP6926444B2 - Cooling system - Google Patents
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Description
本開示は、加熱により乾燥された含水石炭を冷却する冷却装置に関する。 The present disclosure relates to a cooling device for cooling hydrous coal dried by heating.
石炭は、可採年数が石油の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。このため、石炭は、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、無煙炭に分類される。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。 Coal has more than three times the recoverable life of petroleum, and its reserves are not unevenly distributed compared to petroleum. Therefore, coal is expected as a natural resource that can be stably supplied for a long period of time. Coal is classified into peat, lignite, lignite, subbituminous coal, bituminous coal, semi-smokeless coal, and smokeless coal in ascending order of carbon content. Peat, sub-coal, brown coal, and sub-bituminous coal (hereinafter referred to as hydrous coal) have a higher water content (moisture content) than bituminous coal, semi-anthracite coal, and smokeless coal (hereinafter referred to as anthracite coal and the like).
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。したがって、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。 Of the hydrous coal, lignite is said to account for half of the world's coal reserves, so effective use of lignite is being considered. However, as described above, hydrous coal such as lignite has a higher water content than anthracite coal and the like. Therefore, hydrous coal has a low calorific value per unit weight and low energy efficiency as a fuel with respect to transportation costs.
そこで、含水石炭に過熱蒸気を供給することで、含水石炭を流動させながら加熱乾燥させる技術が開発されている(例えば、特許文献1)。加熱により乾燥された含水石炭(以下、乾燥された含水石炭を「乾燥炭」と称する)は、高温の状態(例えば、80℃〜150℃程度)で大気に接触すると発火するおそれがある。このため、特許文献1の技術では、高温の乾燥炭を収容した収容槽の底面から低温の不活性ガスを供給することで、乾燥炭を冷却している。
Therefore, a technique has been developed in which superheated steam is supplied to the hydrated coal to heat and dry the hydrated coal while flowing it (for example, Patent Document 1). Hydrous coal dried by heating (hereinafter, dried hydrous coal is referred to as "dry coal") may ignite when it comes into contact with the atmosphere at a high temperature (for example, about 80 ° C. to 150 ° C.). Therefore, in the technique of
上述した特許文献1の技術では、乾燥炭の冷却に、大量の不活性ガスを使用する必要がある。このため、不活性ガスに要するコストがかかるという問題がある。
In the technique of
本開示は、このような課題に鑑み、乾燥炭を低コストで冷却することが可能な冷却装置を提供することを目的としている。 In view of such a problem, the present disclosure aims to provide a cooling device capable of cooling dry coal at low cost.
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る冷却装置は、加熱により乾燥された含水石炭が導入される導入口と、前記導入口よりも下方に設けられ、前記含水石炭が排出される排出口とが形成される本体部と、前記本体部内に設けられ、導入された前記含水石炭を分散させる分散器と、前記本体部内における前記分散器の下方に、沸点が100℃以下の有機溶媒を噴霧するスプレー部と、を備える。 In order to solve the above problems, the cooling device according to one aspect of the present disclosure is provided at an introduction port into which the hydrous coal dried by heating is introduced and below the introduction port, and the hydrous coal is discharged. Organic comprising a spray unit for spraying a solvent.
また、前記スプレー部によって噴霧された前記有機溶媒が前記乾燥された含水石炭と接触することで気化したガスを冷却して凝縮させる凝縮部を備え、前記スプレー部は、前記凝縮部で生成された前記有機溶媒を前記乾燥された含水石炭に噴霧してもよい。
Further, the organic solvent sprayed by the spray unit is provided with a condensing unit that cools and condenses the vaporized gas by contacting with the dried hydrous coal, and the spray unit is generated by the condensing unit. The organic solvent may be sprayed onto the dried hydrous coal.
乾燥炭を低コストで冷却することが可能となる。 It is possible to cool dry coal at low cost.
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。 An embodiment of the present disclosure will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, other specific numerical values, etc. shown in such an embodiment are merely examples for facilitating understanding, and do not limit the present disclosure unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are designated by the same reference numerals to omit duplicate description, and elements not directly related to the present disclosure are omitted from the illustration. do.
(乾燥システム100)
図1は、乾燥システム100を説明する図である。図1に示すように、乾燥システム100は、乾燥装置110と、冷却装置120と、貯留部130とを含んで構成され、含水石炭を乾燥する。なお、ここでは、含水石炭として褐炭を例に挙げて説明する。
(Drying system 100)
FIG. 1 is a diagram illustrating a
乾燥装置110は、褐炭BCを加熱することで、褐炭BCを乾燥させる。乾燥装置110は、例えば、流動層乾燥炉であり、収容槽と、流動化ガス供給部と、伝熱管とを含んで構成される。収容槽は、褐炭BCを収容する。流動化ガス供給部は、流動層(収容槽)の下部から流動化ガス(例えば、水蒸気)を供給する。伝熱管は、流動層(収容槽)内に配され、褐炭BCより高温の熱媒体が通過する。なお、褐炭BCを乾燥させる技術については、様々な既存の技術を適用できるので、ここでは、詳細な説明を省略する。
The
冷却装置120は、乾燥装置110によって乾燥された褐炭BC(乾燥炭DC)を冷却する。冷却装置120の具体的な構成については、後に詳述する。
The
貯留部130は、冷却装置120によって冷却された乾燥炭DCを貯留する。貯留部130に貯留された乾燥炭DCは、ボイラ等の乾燥炭利用設備に供給される。
The
以下、本実施形態にかかる冷却装置120について詳述する。
Hereinafter, the
(冷却装置120)
図2は、第1の実施形態にかかる冷却装置120を説明する図である。図2に示すように、冷却装置120は、本体部210と、第1冷却部220と、スプレー部230と、凝縮部240とを含んで構成される。なお、図2中、ガスの流れを破線の矢印で示し、液体の流れを実線の矢印で示し、固体の流れを白抜きの矢印で示す。
(Cooling device 120)
FIG. 2 is a diagram illustrating a
本体部210は、上部212と、中央部214と、下部216とを含んで構成される。上部212は、円錐形状であり、頂部が鉛直上方に配される。上部212は、頂部に配管212aが接続される。乾燥装置110で乾燥された褐炭BC(乾燥炭DC、例えば、80℃〜150℃程度)は、配管212aを通じて本体部210(上部212)に導入される。
The
また、上部212の内部空間には、分散器212bが設けられている。分散器212bは、配管212aを通じて導入された乾燥炭DCを分散させる。本実施形態において分散器212bは、複数の円錐形状の部材212ca、212cbで構成される。最も鉛直上方に配される部材212caは、頂部が配管212aの開口に臨むように、上部212の内部空間に配される。部材212caの下方には、部材212cbが配される。部材212cbは、頂部が部材212caの下端に臨むように配される。
Further, a disperser 212b is provided in the internal space of the
したがって、配管212aを通じて上部212に導入された乾燥炭DCは、落下搬送されて部材212caの頂部に衝突し、部材212caの径方向外方に分散される。分散された乾燥炭DCは、部材212caの外壁面を流下し、下端から落下搬送される。そして、部材212caから落下搬送された乾燥炭DCは、部材212cbの頂部に衝突し、部材212cbの径方向外方に分散される。分散された乾燥炭DCは、部材212cbの外壁面を流下し、下端から中央部214に落下搬送される。
Therefore, the dry coal DC introduced into the
中央部214は、上部212の下端に連続した、円筒形状の管であり、中心軸が鉛直方向に沿うように設置される。下部216は、円錐形状であり、中央部214の下端に連続しており、頂部が鉛直下方に配される。下部216の頂部には、配管216aが接続される。
The
したがって、配管212aを通じて上部212に導入された乾燥炭DCは、中央部214、下部216を落下して(落下搬送されて)、配管216aを通じて上記貯留部130に導入されることとなる。
Therefore, the dry coal DC introduced into the
第1冷却部220は、例えば、水冷装置で構成され、本体部210を冷却する。したがって、乾燥炭DCが本体部210を通過(落下)する過程で、乾燥炭DCが冷却されることとなる。
The
スプレー部230は、本体部210を通過(落下)する乾燥炭DCに液体(例えば、常温(25℃)程度)を噴霧する。具体的に説明すると、本実施形態において、スプレー部230は、ノズル232と、ポンプ234とを含んで構成される。ノズル232は、開口が本体部210の内部空間に臨むように配される。ポンプ234は、後述する回収部242で生成された液体をノズル232に供給する。そうすると、ノズル232から本体部210内に液体が噴霧されることとなる。
The
これにより、乾燥炭DC(80℃〜150℃程度)は、液体と接触し、乾燥炭DCと液体とで熱交換が為されることとなる。ここで、スプレー部230が乾燥炭DCに噴霧する液体は、沸点が100℃以下の有機溶媒(例えば、メタノール)である。したがって、液体が乾燥炭DCと接触することで、液体が気化してガスになる。つまり、液体の潜熱によって乾燥炭DCが冷却されることとなる。また、ガスと乾燥炭DCとが接触することで、ガスの顕熱によって乾燥炭DCが冷却されることとなる。
As a result, the dry charcoal DC (about 80 ° C. to 150 ° C.) comes into contact with the liquid, and heat exchange is performed between the dry charcoal DC and the liquid. Here, the liquid sprayed by the
このように、スプレー部230が、沸点が100℃以下の液体を乾燥炭DCに噴霧するだけで、液体の潜熱および顕熱で乾燥炭DCを冷却することができる。したがって、不活性ガスの顕熱のみで冷却する従来技術と比較して、極めて少量の液体で乾燥炭DCを冷却することができる。これにより、乾燥炭DCを低コストで冷却することが可能となる。
In this way, the
こうして、冷却された乾燥炭DC(例えば、50℃程度)は、貯留部130に導入され、貯留部130において貯留される。なお、貯留部130に貯留されている間に、乾燥炭DCは、常温(例えば、25℃)に曝される。したがって、乾燥炭DCに付着した液体(残留した液体)は、気化してガスとなる。
The dried coal DC cooled in this way (for example, about 50 ° C.) is introduced into the
また、本実施形態において、スプレー部230は、本体部210に導入される乾燥炭DCの温度(例えば、80℃〜150℃程度)と、本体部210から排出する際に所望される乾燥炭DCの温度(例えば、50℃程度)との差分を、潜熱と顕熱で吸熱できる最低限の量の液体を噴霧する。これにより、乾燥炭DCの冷却に必要な最低限の液体のみを噴霧することができる。
Further, in the present embodiment, the
凝縮部240は、回収部242と、第2冷却部244とを含んで構成される。回収部242には、本体部210において生じたガス、および、貯留部130において生じたガスが導入される。第2冷却部244は、例えば、冷媒が流通する配管で構成され、回収部242内に配される。第2冷却部244は、冷媒の流通過程において、ガスが有する熱を冷媒が吸収(吸熱)することで、ガスを冷却して液体に凝縮させる。こうして、凝縮部240において凝縮した液体は、スプレー部230によって乾燥炭DCに噴霧されることとなる。
The condensing
凝縮部240を備える構成により、液体を再利用することができる。したがって、さらに、低コストで乾燥炭DCを冷却することが可能となる。
The liquid can be reused by the configuration including the
以上説明したように、本実施形態にかかる冷却装置120によれば、沸点が100℃以下の液体を乾燥炭DCに噴霧するだけといった簡易な構成で、乾燥炭DCを低コストで冷却することが可能となる。
As described above, according to the
(第2の実施形態:冷却装置320)
上記第1の実施形態では、本体部210において、乾燥炭DCが落下搬送される冷却装置120を例に挙げて説明した。したがって、冷却装置120は、動力を要さずに乾燥炭DCを搬送できる。しかし、冷却装置120は、他の構成で乾燥炭DCを搬送してもよい。
(Second embodiment: cooling device 320)
In the first embodiment, the
図3は、第2の実施形態にかかる冷却装置320を説明する図である。図3に示すように、冷却装置320は、本体部310と、スプレー部230と、凝縮部240とを含んで構成される。なお、図3中、ガスの流れを破線の矢印で示し、液体の流れを実線の矢印で示し、固体の流れを白抜きの矢印で示す。また、上述した冷却装置120と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
FIG. 3 is a diagram for explaining the
本体部310は、収容部312と、搬送部314とを含んで構成される。収容部312は、水平方向に延在しており、内部が中空である。搬送部314は、例えば、コンベアで構成され、収容部312の底面に配される。搬送部314は、収容部312の一端側から他端側に向かって、乾燥炭DCを搬送する。本実施形態において、乾燥装置110によって乾燥された乾燥炭DCは、搬送部314の一端側に導入される。
The
スプレー部230のノズル232は、収容部312の上面に開口が臨むように配される。したがって、搬送部314による乾燥炭DCの搬送過程において、液体が噴霧される。この際、乾燥炭DC(80℃〜150℃程度)は、液体と接触し、乾燥炭DCと液体とで熱交換が為されることとなる。
The
以上説明したように、本実施形態においても、冷却装置320が、沸点が100℃以下の液体を乾燥炭DCに噴霧するだけといった簡易な構成で、乾燥炭DCを低コストで冷却することが可能となる。
As described above, also in the present embodiment, the
(変形例)
上記実施形態において、スプレー部230は、沸点が100℃以下の液体として有機溶媒を噴霧する構成を例に挙げて説明した。しかし、スプレー部230は、沸点が100℃以下の液体であれば、有機溶媒に限らず、水を噴霧してもよい。
(Modification example)
In the above embodiment, the
ただし、この際、スプレー部230は、本体部210、310に導入される乾燥炭DCの温度(例えば、80℃〜150℃程度)と、本体部210、310から排出する際に所望される乾燥炭DCの温度(例えば、50℃程度)との差分を、潜熱と顕熱で吸熱できる最低限の量の水を噴霧する。これにより、乾燥炭DCに、液体の水が付着する事態を回避しつつ(乾燥炭DCの乾燥状態を維持しつつ)、乾燥炭DCを冷却することが可能となる。
However, at this time, the
また、スプレー部230が、上記差分を潜熱と顕熱で吸熱できる最低限の量より、わずかに多量の水を噴霧しても、液体の水の付着を抑制して、乾燥炭DCを冷却することができる。
Further, even if the
具体的に説明すると、褐炭BC等の含水石炭(乾燥前)は、そもそも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、含水石炭の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。 Specifically, hydrous coal (before drying) such as lignite BC contains free water and combined water in the first place. Free water is water that exists in the macroscopic voids inside the hydrous coal on the surface of the hydrous coal, and exhibits the same thermophysical characteristics as bulk water. The bound water is water condensed in the capillary tube of the hydrous coal, adsorbed water having multiple layers or a single layer on the surface of the hydrous coal, and bound water bonded to hydrogen on the surface of the hydrous coal. Since bound water is harder to evaporate than free water, it requires more thermal energy than free water to evaporate bound water.
図4は、自由水および結合水を説明する図である。なお、図4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。図4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。 FIG. 4 is a diagram illustrating free water and combined water. In FIG. 4, the ratio of water contained in lignite (moisture content of lignite) is shown on the horizontal axis, and the temperature (° C.) of water vapor in contact with lignite is shown on the vertical axis. As shown in FIG. 4, when steam at 100 ° C. is brought into contact with lignite and heated at normal pressure, the water content of lignite decreases to about 30%. As described above, among the water contained in lignite, the water that vaporizes at about 100 ° C. is free water. On the other hand, when steam exceeding 100 ° C. and lower than 200 ° C. is brought into contact with lignite and heated, the water content of lignite decreases to about 3%. As described above, among the water contained in lignite, the water that vaporizes above 100 ° C. and below 200 ° C. is the bound water. That is, free water requires less heat energy (heat of vaporization, heat of vaporization) for vaporization than bound water.
ここで、スプレー部230が水を噴霧することで乾燥炭DCに付着する液体の水は、乾燥炭DCの表面に留まるのみである。つまり、乾燥炭DCに付着した液体の水は、自由水となる。したがって、スプレー部230が、上記差分を潜熱と顕熱で吸熱できる量より、多量の水を噴霧しても、貯留部130に貯留している間に気化することとなる。
Here, the liquid water that adheres to the dry coal DC when the
したがって、スプレー部230が、上記差分を潜熱と顕熱で吸熱できる最低限の量に、貯留部130で貯留している間に気化する量の水を噴霧することで、液体の水の付着を防止して、乾燥炭DCを冷却することが可能となる。また、液体として水を噴霧することにより、有機溶媒を噴霧する構成と比較して、低コストで乾燥炭DCを冷却することができる。
Therefore, the
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。 Although the embodiments have been described above with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the present disclosure is not limited to such embodiments. It is clear that a person skilled in the art can come up with various modifications or modifications within the scope of the claims, and it is understood that they also naturally belong to the technical scope.
例えば、上記第1の実施形態において、第1冷却部220として、水冷装置を例に挙げて説明した。しかし、第1冷却部220は、本体部210を冷却できれば、構成に限定はない。例えば、第1冷却部220を空冷装置やペルチェ素子で構成してもよい。また、第1冷却部220は、必須の構成ではない。
For example, in the first embodiment, the water cooling device has been described as an example as the
また、上記第1の実施形態において、第2冷却部244として、冷媒を循環させる装置を例に挙げて説明した。しかし、第2冷却部244は、ガスを冷却して凝縮できれば、構成に限定はない。例えば、第2冷却部244をペルチェ素子で構成してもよい。
Further, in the first embodiment, the device for circulating the refrigerant as the
また、上記第1、第2の実施形態において、スプレー部230が噴霧する有機溶媒(液体)として、メタノールを例に挙げて説明した。しかし、有機溶媒は、沸点が100℃以下であればよい。例えば、有機溶媒として、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、ベンゼン等の炭化水素、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル等のエステル、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、ジクロロエタン、トリクロロエタン、ジクロロエチレン、トリクロロエチレン等のハロゲン化物、ガソリン、灯油等の石油類や、これらの混合物であってもよい。
Further, in the first and second embodiments, methanol is taken as an example as an example of the organic solvent (liquid) sprayed by the
また、上記第1、第2の実施形態において、冷却装置120、320が凝縮部240を備える構成を例に挙げて説明した。しかし、凝縮部240は必須の構成ではない。
Further, in the first and second embodiments, the configuration in which the
また、含水石炭として褐炭を例に挙げて説明した。しかし、含水石炭は、泥炭、亜炭、亜瀝青炭であってもよいし、泥炭、亜炭、褐炭、亜瀝青炭のうち、いずれか2以上の混合物であってもよい。 Further, as the hydrous coal, lignite was taken as an example for explanation. However, the hydrous coal may be peat, lignite, or subbituminous coal, or may be a mixture of any two or more of peat, lignite, lignite, and subbituminous coal.
本開示は、加熱により乾燥された含水石炭を冷却する冷却装置に利用することができる。 The present disclosure can be used in a cooling device for cooling hydrous coal dried by heating.
120 冷却装置
230 スプレー部
240 凝縮部
320 冷却装置
120
Claims (2)
前記本体部内に設けられ、導入された前記含水石炭を分散させる分散器と、
前記本体部内における前記分散器の下方に、沸点が100℃以下の有機溶媒を噴霧するスプレー部と、
を備えた冷却装置。 An introduction port into which the hydrous coal dried by heating is introduced, a main body portion provided below the introduction port and a discharge port from which the hydrous coal is discharged are formed, and a main body portion.
A disperser provided in the main body to disperse the introduced hydrous coal, and
Below the disperser in the main body, a spray unit that sprays an organic solvent having a boiling point of 100 ° C. or lower, and a spray unit.
Cooling device equipped with.
前記スプレー部は、前記凝縮部で生成された前記有機溶媒を前記乾燥された含水石炭に噴霧する請求項1に記載の冷却装置。 The organic solvent sprayed by the spray unit is provided with a condensing unit that cools and condenses the vaporized gas by contacting with the dried hydrous coal.
The cooling device according to claim 1, wherein the spray unit sprays the organic solvent produced in the condensing unit onto the dried hydrous coal.
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