JP6617469B2

JP6617469B2 - 乾燥炉

Info

Publication number: JP6617469B2
Application number: JP2015157139A
Authority: JP
Inventors: 志宏劉
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2015-08-07
Filing date: 2015-08-07
Publication date: 2019-12-11
Anticipated expiration: 2035-08-07
Also published as: JP2017036858A

Description

本発明は、褐炭等の被乾燥物を乾燥させる乾燥炉に関する。

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、褐炭等の被乾燥物を乾燥炉で乾燥させることが考えられる。例えば、特許文献１のように、被乾燥物を収容した収容部の底面から流動化ガスを供給することで被乾燥物の流動層を形成するとともに、被乾燥物に流動化ガスの熱を加えて乾燥させる乾燥炉が公知になっている。

国際公開第２０１３／０２１４７０号明細書

上述した乾燥炉では、収容部の底面から流動化ガスが供給されて被乾燥物の流動層が形成され、収容部の１側面に設けられた導入口から未乾燥の被乾燥物が導入され、それによって体積が増した流動層から被乾燥物が導出口に押し出されることで、乾燥した被乾燥物を得ることができる。

しかし、流動化ガスは被乾燥物の乾燥のため高温に維持されるので、導入口から導入されたばかりの、まだ温度が高まっていない（例えば室温と同温度の）被乾燥物と、高温の流動化ガスとが接触すると、流動化ガスが凝縮し、被乾燥物同士の粘着性が増して、被乾燥物同士が凝集するおそれがある。そうすると、被乾燥物の流動性が低下し、乾燥炉の正常運転ができなくなってしまう問題があった。

そこで本発明は、このような課題に鑑み、流動層の流動性の低下を防止し、被乾燥物を効率よく乾燥させることが可能な乾燥炉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、本発明の乾燥炉は、被乾燥物を収容し、流動化ガスにより被乾燥物を流動させつつ、被乾燥物に熱を加える収容部と、収容部に被乾燥物を導入する導入口と、収容部内において、上部が、被乾燥物がオーバーフロー可能な高さとなるように立設され、導入口側への流動化ガスの流入を抑制する仕切板と、導入口と仕切板との間に形成された仕切領域と、仕切領域の下方に設けられ、被乾燥物を強制的に移動させる強制移動機構と、を備え、流動化ガスにより熱が加えられた被乾燥物が仕切板をオーバーフローすることで仕切領域に流入し、強制移動機構は、仕切領域から鉛直下方に流れてきた被乾燥物を導入口側から仕切板側に移動させることを特徴とする。

収容部の底面における仕切領域の下方に対応する領域には、導入口側から仕切板側に向かって垂直断面積が広がるように傾斜する傾斜部をさらに備えてもよい。

仕切板は、下部を導入口側に屈曲してなってもよい。

仕切板は、上部を導入口と反対側に屈曲してなってもよい。

本発明によれば、流動層の流動性の低下を防止し、被乾燥物を効率よく乾燥させることが可能となる。

乾燥炉を説明するための図である。収容部の導入口近傍の構造を示した説明図である。収容部の導入口近傍の構造を示した説明図である。

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。

（乾燥炉１００）
図１は、乾燥炉１００を説明するための図である。なお、図１中、被乾燥物の流れを黒い塗りつぶしの矢印で、流動化ガスの流れを白抜き矢印で、熱媒体の流れを破線の矢印で示す。また、本実施形態では、被乾燥物として、褐炭を例に挙げて説明する。図１に示すように、乾燥炉１００は、収容部１１０と、風箱１１２と、伝熱管１１４と、分離装置１１６と、仕切板１１８とを含んで構成される。

収容部１１０には、導入口１１０ａが設けられており、導入口１１０ａを通じて収容部１１０内に褐炭が導入される。また、収容部１１０の下方には、風箱１１２が設けられており、乾燥炉１００を運転する際には、風箱１１２を通じて収容部１１０の底面から当該収容部１１０内に高温（例えば、１００℃以上）の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１１２の上部は、収容部１１０の底面としても機能し、通気可能である分散板１１２ａで形成されている。分散板１１２ａ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を有するノズルを設けた板で構成される。風箱１１２は、分散板１１２ａの開孔を介して流動化ガス（例えば、水蒸気）を収容部１１０内に供給する。こうして収容部１１０に供給された高温の流動化ガスは、収容部１１０内で褐炭を流動させて流動層を形成するとともに、褐炭と接触することで褐炭を乾燥させる。

また、収容部１１０内には伝熱管１１４が設けられており、伝熱管１１４には、不図示の供給源より熱媒体（例えば、水蒸気）が供給される。このような伝熱管１１４を備えることで、収容部１１０内において、熱媒体と、流動化ガスとの間で熱交換が行われ、上方に移動する流動化ガスをさらに加熱することができる。これにより、流動化ガスによる褐炭の乾燥がより促進されることとなる。

また、収容部１１０には、上部に設けられたガス排出口１１０ｃに接続されたガス排出管１１０ｄを介して、分離装置１１６が接続され、収容部１１０は、収容部１１０内のガス（流動化ガスおよび褐炭から蒸発した水蒸気）とともに、収容部１１０内において飛散した粒子状の褐炭を分離装置１１６に送出する。

分離装置１１６は、固気分離装置（サイクロン）であり、気体（流動化ガスおよび水蒸気）と固体（粒子状の褐炭）とを分離し、分離された粒子状の褐炭は、下降管１１６ａから導出される。

このような収容部１１０では、上述したように、底面から流動化ガスが供給されて褐炭の流動層が形成されているが、流動化ガスのみでは、褐炭の水平方向の移動方向が定まらない。ここでは、導入口１１０ａから未乾燥の褐炭が導入され、それによって体積が増した流動層から褐炭が導出口１１０ｂに押し出されることで、乾燥した褐炭を得ることができる。

ただし、上述したように、流動化ガスは褐炭の乾燥のため高温に維持されるので、導入口１１０ａから導入されたばかりの、まだ自体の温度が高まっていない（例えば室温と同温度の）褐炭と、高温の流動化ガスとが接触すると、流動化ガスの温度が低下して凝縮し、褐炭同士の粘着性が増して、褐炭同士が凝集するおそれがある。そこで、本実施形態では、収容部１１０に仕切板１１８を設け、流動層の流動性の低下を防止しつつ、褐炭を効率よく乾燥させる。

図２は、収容部１１０の導入口１１０ａ近傍の構造を示した説明図である。図２においても、褐炭の流れを黒い塗りつぶしの矢印で、流動化ガスの流れを白抜き矢印で示す。また、説明の便宜のため図２では伝熱管１１４を省略している。

仕切板１１８は、導入口１１０ａが設けられた側壁１１０ｅと平行になるように立設され、風箱１１２から供給される高温の流動化ガスの導入口１１０ａ側、具体的に、導入口１１０ａと仕切板１１８との間の図中破線で示した仕切領域１２０への流入を抑制する。また、上述したように風箱１１２の上部には、通気可能である分散板１１２ａが設けられているが、分散板１１２ａの仕切領域１２０の下方に対応する領域には、開孔やノズルが配されないように構成されている。すなわち、仕切領域１２０の下方からは流動化ガスが供給されない。したがって、流動化ガスは、仕切領域１２０を通過することはなく、図中仕切板１１８の右側に一点鎖線で示した流動領域１２２のみを通過して収容部１１０上方に抜けることとなる。

一方、仕切板１１８の上部は、流動層の上面と面一となる、または、上面と所定長さだけ高さが異なる高さ関係に配置される。そして、流動領域１２２に位置する褐炭が流動化ガスによって押し上げられ、仕切板１１８をオーバーフローして（仕切板１１８を超えて）、仕切領域１２０に流入する。また、仕切領域１２０の下方に対応する収容部１１０の底面では、導入口１１０ａ側から仕切板１１８側にむかって収容部１１０の垂直断面積が広がるように傾斜する傾斜部１１０ｆが設けられている。かかる傾斜部１１０ｆにより、仕切板１１８をオーバーフローした褐炭が堆積することで生じる褐炭の鉛直下方の圧力を、傾斜部１１０ｆに作用させることで、仕切領域１２０の褐炭を流動領域１２２側に移動させることができる。ただし、傾斜部１１０ｆに位置する褐炭が斜面を滑り、自発的に流動領域１２２に移動するように、傾斜部１１０ｆの角度は安息角以上とするのが望ましい。

したがって、流動領域１２２からオーバーフローした褐炭は、図２中、黒い塗りつぶしの矢印で示したように、仕切領域１２０において鉛直下方に移動し、再び流動領域１２２に流入することとなる。

そして、未乾燥の褐炭は、導入口１１０ａから導入され、流動領域１２２からオーバーフローした褐炭と合流し、仕切領域１２０において、流動領域１２２からオーバーフローした褐炭とともに鉛直下方に移動し、流動領域１２２に流入する。

このような仕切板１１８の構成により、仕切領域１２０への流動化ガスの流入が抑制されるので、導入口１１０ａから導入されたばかりの、温度が高まっていない褐炭と、高温の流動化ガスが接触することがなくなる。したがって、流動化ガスが凝縮し、褐炭同士を凝集させ、褐炭の流動性を低下させることもない。

また、仕切板１１８を褐炭のみオーバーフローさせ、仕切領域１２０において鉛直下方の流れを形成することで、導入口１１０ａから導入された褐炭を安定的に流動領域１２２に流入させることができる。ここで、導入口１１０ａから導入された褐炭と、流動領域１２２からオーバーフローした褐炭とが接触することとなるが、オーバーフローした高温の褐炭は、流動化ガス程は水分を含まないので、凝縮することもなく、むしろ、熱交換によって導入口１１０ａから導入された褐炭を飽和温度以上に予熱（加熱）する効果を得ることができる。こうして、導入口１１０ａから導入された褐炭も十分に高温（飽和温度以上）になり、流動領域１２２に流入しても凝縮しない。

また、仕切板１１８は、必ずしも平面に形成する必要はなく、仕切領域１２０への流動化ガスの流入を抑制する機能を有し、褐炭をオーバーフローさせ得る配置となっていれば足りる。例えば、図２のように、仕切板１１８の鉛直下部１１８ａを導入口１１０ａ側に屈曲させる構成としてもよい。かかる構成により、流動化ガスが仕切領域１２０へ流入してしまうのを抑制し、褐炭と、高温の流動化ガスとの接触をより強力に防止することが可能となる。

また、仕切板１１８の鉛直上部１１８ｂを導入口１１０ａと反対側（導出口１１０ｂ側）に屈曲させる構成としてもよい。かかる構成により、収容部１１０の水平断面（褐炭の流路面積）を狭め、上方に流動する褐炭の流速を高めることができるので、褐炭を効率よくオーバーフローさせることができる。また、流動化ガスの流路を導入口１１０ａから遠ざけることで、褐炭と、高温の流動化ガスとの接触をより強力に防止することが可能となる。

（変形例）
図３は、収容部１１０の導入口１１０ａ近傍の構造を示した説明図である。図３においても、褐炭の流れを黒い塗りつぶしの矢印で、流動化ガスの流れを白抜き矢印で示す。また、説明の便宜のため図３でも伝熱管１１４を省略している。

上述した実施形態では、仕切領域１２０の下方に対応する収容部１１０の底面に傾斜部１１０ｆを設けることで、仕切領域１２０の褐炭を流動領域１２２側に移動させる例を示した。ただし、褐炭は、それぞれ粒径や質が異なることが多いので、そのような粒径や質に拘わらず、仕切領域１２０の褐炭を流動領域１２２側に安定的に移動させることが望まれる。そこで、変形例として、仕切領域１２０の下方において、仕切領域１２０から鉛直下方に流れてきた褐炭を仕切領域１２０（導入口１１０ａ側）から流動領域１２２（仕切板１１８側）に強制的に移動させる強制移動機構１３０（ノズル１３０ａ、傾斜開孔１３０ｂ）を設ける。

例えば、傾斜部１１０ｆにおいて、気体（室温（導入された褐炭の温度）では、凝縮しないガス、例えば、窒素）を流動領域１２２の下方に向かって水平に噴射するノズル１３０ａを設け、仕切領域１２０から降下してきた褐炭を強制的に流動領域１２２側に移動させる。また、風箱１１２の分散板１１２ａにおいて、導入口１１０ａに近い領域の開孔（またはノズル）を、流動化ガスが導入口１１０ａから離れる方向に傾斜して噴出するように、傾斜角を設け（傾斜開孔１３０ｂ）、仕切領域１２０から降下してきた褐炭を強制的に流動領域１２２側に誘導させるとしてもよい。かかるノズル１３０ａおよび傾斜開孔１３０ｂは、いずれか一方のみ採用してもよいし、両方を採用することもできる。また、かかる構成により、図３の仕切板１１８の右に黒い塗りつぶしの矢印で示したように、褐炭の下降流を作ることができ、より安定的に仕切領域１２０の褐炭を流動領域１２２側に移動させることが可能となる。

以上説明したように、本実施形態にかかる乾燥炉１００では、流動層の流動性の低下を防止しつつ、褐炭を効率よく乾燥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、乾燥炉１００で乾燥させる被乾燥物として褐炭を例に挙げて説明した。しかし、乾燥炉が、褐炭以外の被乾燥物を乾燥させることができることは、言うまでもない。

本発明は、褐炭等の被乾燥物を乾燥させる乾燥炉に利用することができる。

１００乾燥炉
１１０収容部
１１０ａ導入口
１１０ｆ傾斜部
１１８仕切板
１２０仕切領域
１３０強制移動機構

Claims

被乾燥物を収容し、流動化ガスにより該被乾燥物を流動させつつ、該被乾燥物に熱を加える収容部と、
前記収容部に前記被乾燥物を導入する導入口と、
前記収容部内において、上部が、前記被乾燥物がオーバーフロー可能な高さとなるように立設され、前記導入口側への前記流動化ガスの流入を抑制する仕切板と、
前記導入口と前記仕切板との間に形成された仕切領域と、
前記仕切領域の下方に設けられ、前記被乾燥物を強制的に移動させる強制移動機構と、
を備え、
前記流動化ガスにより熱が加えられた前記被乾燥物が前記仕切板をオーバーフローすることで前記仕切領域に流入し、
前記強制移動機構は、前記仕切領域から鉛直下方に流れてきた前記被乾燥物を前記導入口側から前記仕切板側に移動させることを特徴とする乾燥炉。
前記収容部の底面における前記仕切領域の下方に対応する領域には、前記導入口側から前記仕切板側に向かって垂直断面積が広がるように傾斜する傾斜部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の乾燥炉。
前記仕切板は、下部を前記導入口側に屈曲してなることを特徴とする請求項１から２のいずれか１項に記載の乾燥炉。
前記仕切板は、上部を前記導入口と反対側に屈曲してなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の乾燥炉。