(57)【要約】【課題】熱交換の効率を高く維持することができる伝熱管、伝熱管ユニット及びこれを備える流動層乾燥装置を提供することにある。【解決手段】内部に流体を流通させる管路１３１と、管路１３１の内部に配置された少なくとも１つの乱流促進体１３２と、を有する。乱流促進体１３２は、流体の流れ方向の下流側に、管路１３１の内壁面側の領域の流れを乱す乱流を形成する。これにより、熱交換の効率が低下することを抑制でき、高く維持することができる。【選択図】図６Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流体を流通させる管路と、
前記管路の内部に配置された少なくとも１つの乱流促進体と、を有し、
前記乱流促進体は、前記流体の流れ方向の下流側に、前記管路の内壁面側の領域の流れを乱す乱流を形成することを特徴とする伝熱管。
【請求項２】
前記乱流促進体は、管路の中心側に前記流体を遮る遮蔽部と、壁面側に前記流体を通過させる通過部と、を含み、前記通過部で前記流体を通過させて、前記内壁面に噴流を形成することを特徴とする請求項１に記載の伝熱管。
【請求項３】
前記乱流促進体は、前記通過部に前記管路の軸を通り、当該軸に平行な面に対して傾斜した羽根部を有し、前記噴流を前記軸周りに回転する旋回流とすることを特徴とする請求項２に記載の伝熱管。
【請求項４】
前記乱流促進体を、複数有し、
前記複数の乱流促進体は、前記管路の延在方向に複数配置され、
前記乱流促進体は、フレキシブルな線形状の連結体で連結されていることを特徴とする請求項２または３のいずれか一項に記載の伝熱管。
【請求項５】
前記乱流促進体の少なくとも１つは、前記管路の前記内壁面に形成され、前記管路の延在方向に伸びるらせん形状の凹部であ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伝熱管。
【請求項６】
前記乱流促進体の少なくとも１つは、前記管路の前記内壁面に形成され、他の前記内壁面よりも前記管路の中心側に凸となる突出部であ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伝熱管。
【請求項７】
前記流体は、不凝縮ガスが混入した蒸気であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の伝熱管。
【請求項８】
前記管路は、２つの直線部の端部を連結する湾曲部を有し、
前記直線部が前記湾曲部を介して、他の直線部と連結していることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の伝熱管。
【請求項９】
前記乱流促進体の少なくとも１つは、前記湾曲部と前記直線部の連結部よりも前記流体の流れ方向の下流側に配置されている請求項８に記載の伝熱管。
【請求項１０】
請求項１から７のいずれか一項に記載の伝熱管と、
前記伝熱管に前記流体を供給する供給ヘッダと、
前記伝熱管を流れた流体を回収する回収ヘッダと、を有し、
前記伝熱管は、前記管路は、複数の直線部を有し、前記乱流促進体は、前記直線部にそれぞれ設けられ、
前記供給ヘッダは、複数の前記直線部の一方の端部に連結され、前記直線部に流体を供給し、
前記回収ヘッダは、複数の前記直線部の他方の端部に連結され、前記直線部を流れた流体を回収することを特徴とする伝熱管ユニット。
【請求項１１】
前記乱流促進体の少なくとも１つは、前記直線部の前記供給ヘッダ側の端部に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の伝熱管ユニット。
【請求項１２】
中空形状をなす乾燥容器と、
該乾燥容器の一端側に湿潤燃料を投入する湿潤燃料投入部と、
前記乾燥容器の他端側から湿潤燃料が加熱乾燥した乾燥物を排出する乾燥物排出部と、
前記乾燥容器の下部に流動化ガスを供給することで湿潤燃料と共に流動層を形成する流動化ガス供給部と、
前記乾燥容器の上方から流動化ガス及び発生蒸気を排出するガス排出部と、
前記流動層に配置された請求項１から９のいずれか一項に記載の伝熱管と、を備えていることを特徴とする流動層乾燥装置。
【請求項１３】
中空形状をなす乾燥容器と、
該乾燥容器の一端側に湿潤燃料を投入する湿潤燃料投入部と、
前記乾燥容器の他端側から湿潤燃料が加熱乾燥した乾燥物を排出する乾燥物排出部と、
前記乾燥容器の下部に流動化ガスを供給することで湿潤燃料と共に流動層を形成する流動化ガス供給部と、
前記乾燥容器の上方から流動化ガス及び発生蒸気を排出するガス排出部と、
請求項１０または１１に記載の伝熱管ユニットと、を有し、
前記伝熱管は、前記流動層に配置されていることを特徴とする流動層乾燥装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部に流体を流通させる伝熱管及び流動化ガスにより湿潤燃料を流動層を用いて乾燥させる湿潤燃料の流動層乾燥装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、適用炭種を拡大することにより、さらにメリットが大きくなることが知られている。
【０００３】
従来の石炭ガス化複合発電設備は、一般的に、給炭装置、乾燥装置、石炭ガス化炉、ガス精製装置、ガスタービン設備、蒸気タービン設備、排熱回収ボイラ、ガス浄化装置などを有している。従って、石炭が乾燥されてから粉砕され、石炭ガス化炉に対して、微粉炭として供給されると共に、空気が取り込まれ、この石炭ガス化炉で石炭が燃焼ガス化されて生成ガス（可燃性ガス）が生成される。そして、この生成ガスがガス精製されてからガスタービン設備に供給されることで燃焼して高温・高圧の燃焼ガスを生成し、タービンを駆動する。タービンを駆動した後の排気ガスは、排熱回収ボイラで熱エネルギが回収され、蒸気を生成して蒸気タービン設備に供給され、タービンを駆動する。これにより発電が行なわれる。一方、熱エネルギが回収された排気ガスは、ガス浄化装置で有害物質が除去された後、煙突を介して大気へ放出される。
【０００４】
このような石炭ガス化複合発電設備に用いられる石炭の乾燥装置としては、下記特許文献に記載されたものがある。特許文献１に記載された振動流動層装置は、粒子が充填された領域を振動させることで流動層を設け、流動層を仕切板で仕切り、各隔室に粉流体の流れ方向に延在させて伝熱管を上下及び左右方向に複数本配置するものである。また、特許文献２に記載された加熱乾留装置は、内部に伝熱管を配置し、伝熱管に過熱ガスを流通させることで、貯留している乾燥炭を加熱乾留する。また、乾燥装置としては、粒子が充填された領域の下側から流動化ガスを供給することで粒子を流動化させる流動層乾燥装置がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３２３７２４号公報
【特許文献２】特開昭６０−１０６８８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
流動化ガスを供給することで粒子を流動化させる流動層乾燥装置も、特許文献１に示すように、被乾燥物が流動する流動層に伝熱管を配置し、この伝熱管で石炭を加熱することで、乾燥を促進している。
【０００７】
ここで、伝熱管には、基本的に熱交換に利用する流体を流通させる。この流体には、熱媒に不凝縮ガスが混入することがある。流体が熱媒と不凝縮ガスの混合物となると、伝熱管の伝熱効率が低下する場合がある。伝熱管は、伝熱効率が低下すると、熱交換が円滑に行われなくなるため、伝熱管としての性能が低下することになる。
【０００８】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、熱交換の効率を高く維持することができる伝熱管、伝熱管ユニット及びこれを備える流動層乾燥装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための本発明の伝熱管は、内部に流体を流通させる管路と、前記管路の内部に配置された少なくとも１つの乱流促進体と、を有し、前記乱流促進体は、前記流体の流れ方向の下流側に、前記管路の内壁面側の領域の流れを乱す乱流を形成することを特徴とするものである。
【００１０】
従って、乱流促進体を設けることで、管路の内壁面側と中心軸側とで、流体の成分が変わることを抑制でき、熱交換の効率を高く維持することができる。
【００１１】
本発明の伝熱管では、前記乱流促進体は、管路の中心側に前記流体を遮る遮蔽部と、壁面側に前記流体を通過させる通過部と、を含み、前記通過部で前記流体を通過させて、前記内壁面に噴流を形成することを特徴としている。
【００１２】
従って、噴流により乱流を好適に発生させることができ、熱交換の効率を高く維持することができる。
【００１３】
本発明の伝熱管では、前記乱流促進体は、前記通過部に前記管路の軸を通り、当該軸に平行な面に対して傾斜した羽根部を有し、前記噴流を前記軸周りに回転する旋回流とすることを特徴としている。
【００１４】
従って、旋回流により乱流を好適に発生させることができ、熱交換の効率を高く維持することができる。
【００１５】
本発明の伝熱管では、前記乱流促進体を、複数有し、前記複数の乱流促進体は、前記管路の延在方向に複数配置され、前記乱流促進体は、フレキシブルな線形状の連結体で連結されていることを特徴としている。
【００１６】
従って、簡単な構成で管路内に複数の乱流促進体を配置することができる。
【００１７】
本発明の伝熱管では、前記乱流促進体の少なくとも１つは、前記管路の前記内壁面に形成され、前記管路の延在方向に伸びるらせん形状の凹部であることを特徴としている。
【００１８】
従って、凹部とすることで、乱流を好適に発生させることができ、熱交換の効率を高く維持することができる。
【００１９】
本発明の伝熱管では、前記乱流促進体の少なくとも１つは、前記管路の前記内壁面に形成され、他の前記内壁面よりも前記管路の中心側に凸となる突出部であることを特徴としている。
【００２０】
従って、突出部とすることで、乱流を好適に発生させることができ、熱交換の効率を高く維持することができる。
【００２１】
本発明の伝熱管では、前記流体は、不凝縮ガスが混入した蒸気であることを特徴としている。
【００２２】
従って、蒸気に不凝縮ガスが混入しても不凝縮ガスの割合が内壁面の近傍で高くなることを抑制することができ、熱交換の効率を高く維持することができる。
【００２３】
本発明の伝熱管では、前記管路は、２つの直線部の端部を連結する湾曲部を有し、前記直線部が前記湾曲部を介して、他の直線部と連結していることを特徴としているものである。
【００２４】
従って、乱流促進体を設けることで、管路が折りたたみ形状であり、長くなった場合でも、管路の内壁面側と中心軸側とで、流体の成分が変わることを抑制でき、熱交換の効率を高く維持することができる。
【００２５】
本発明の伝熱管では、前記乱流促進体の少なくとも１つは、前記湾曲部と前記直線部の連結部よりも前記流体の流れ方向の下流側に配置されていることを特徴としているものである。
【００２６】
従って、より長い領域で乱流を発生させることができ、熱交換率の低減を抑制することができる。
【００２７】
上記の目的を達成するための本発明の伝熱管ユニットは、上記のいずれか一項に記載の伝熱管と、前記伝熱管に前記流体を供給する供給ヘッダと、前記伝熱管を流れた流体を回収する回収ヘッダと、を有し、前記伝熱管は、前記管路は、複数の直線部を有し、前記乱流促進体は、前記直線部にそれぞれ設けられ、前記供給ヘッダは、複数の前記直線部の一方の端部に連結され、前記直線部に流体を供給し、前記回収ヘッダは、複数の前記直線部の他方の端部に連結され、前記直線部を流れた流体を回収することを特徴とするものである。
【００２８】
従って、複数の直線部のそれぞれに乱流促進体を設けることで、複数の直線部に供給ヘッダから並列で流体を供給する場合でも、熱交換の効率を高く維持することができる。
【００２９】
本発明の伝熱管ユニットでは、前記乱流促進体の少なくとも１つは、前記直線部の前記供給ヘッダ側の端部に配置されていることを特徴としている。
【００３０】
従って、より長い領域で乱流を発生させることができ、熱交換率の低減を抑制することができる。
【００３１】
上記の目的を達成するための本発明の流動層乾燥装置は、中空形状をなす乾燥容器と、該乾燥容器の一端側に湿潤燃料を投入する湿潤燃料投入部と、前記乾燥容器の他端側から湿潤燃料が加熱乾燥した乾燥物を排出する乾燥物排出部と、前記乾燥容器の下部に流動化ガスを供給することで湿潤燃料と共に流動層を形成する流動化ガス供給部と、前記乾燥容器の上方から流動化ガス及び発生蒸気を排出するガス排出部と、前記流動層に配置された上記のいずれかに記載の伝熱管と、を備えていることを特徴とするものである。
【００３２】
従って、伝熱管で効率よく湿潤燃料を加熱することができ、乾燥性能を向上させることができる。
【００３３】
上記の目的を達成するための本発明の流動層乾燥装置は、中空形状をなす乾燥容器と、該乾燥容器の一端側に湿潤燃料を投入する湿潤燃料投入部と、前記乾燥容器の他端側から湿潤燃料が加熱乾燥した乾燥物を排出する乾燥物排出部と、前記乾燥容器の下部に流動化ガスを供給することで湿潤燃料と共に流動層を形成する流動化ガス供給部と、前記乾燥容器の上方から流動化ガス及び発生蒸気を排出するガス排出部と、上記に記載の伝熱管ユニットと、を有し、前記伝熱管は、前記流動層に配置されていることを特徴とするものである。
【００３４】
従って、伝熱管で効率よく湿潤燃料を加熱することができ、乾燥性能を向上させることができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の伝熱管、伝熱管ユニット及びこれを備える流動層乾燥装置によれば、管路内に乱流促体を設けることで、管路を流れる流体に不凝縮ガスが混入しても効率よく熱交換を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本実施例の流動層乾燥装置が適用された石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の一実施例に係る湿潤燃料の乾燥システムを表す概略構成図である。
【図３】図３は、本実施例の流動層乾燥装置を表す概略側面図である。
【図４】図４は、本実施例の流動層乾燥装置を表す概略背面図である。
【図５】図５は、伝熱管の一例を示す説明図である。
【図６Ａ】図６Ａは、伝熱管の設置位置と乱流促進体との関係を示す説明図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、乱流促進体の一例を示す説明図である。
【図７】図７は、不凝縮ガスの質量割合と熱伝達率との関係を示す図である。
【図８】図８は、乱流促進体の他の例を示す説明図である。
【図９Ａ】図９Ａは、乱流促進体の設置構造の一例を示す説明図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、乱流促進体の設置構造の一例を示す説明図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、乱流促進体の一例を示す説明図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図１０Ａの正面図である。
【図１１】図１１は、乱流促進体の一例を示す説明図である。
【図１２】図１２は、乱流促進体の一例を示す説明図である。
【図１３】図１３は、乱流促進体の一例を示す説明図である。
【図１４】図１４は、伝熱管に蒸気を循環させる機構の一例を示す説明図である。
【図１５】図１５は、伝熱管の一例を示す断面図である。
【図１６】図１６は、伝熱管の一例を示す説明図である。
【図１７】図１７は、伝熱管に蒸気を循環させる機構の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る伝熱管、伝熱管ユニット及びこれを備える流動層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。
【実施例】
【００３８】
図１は、本実施例の流動層乾燥装置が適用された石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。図２は、本発明の一実施例に係る湿潤燃料の乾燥システムを表す概略構成図である。図３は、本実施例の流動層乾燥装置を表す概略側面図である。図４は、本実施例の流動層乾燥装置を表す概略背面図である。
【００３９】
本実施例の石炭ガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｏａｌ  Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｃｏｍｂｉｎｅｄ  Ｃｙｃｌｅ）は、空気を酸化剤としてガス化炉で石炭ガスを生成する空気燃焼方式を採用し、ガス精製装置で精製した後の石炭ガスを燃料ガスとしてガスタービン設備に供給して発電を行うものである。即ち、本実施例の石炭ガス化複合発電設備は、空気燃焼方式（空気吹き）の発電設備である。
【００４０】
本実施例において、図１に示すように、石炭ガス化複合発電設備１０は、給炭装置１１、流動層乾燥装置１２、微粉炭機（ミル）１３、石炭ガス化炉１４、チャー回収装置１５、ガス精製装置１６、ガスタービン設備１７、蒸気タービン設備１８、発電機１９、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：Ｈｅａｔ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｓｔｅａｍ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）２０を有している。
【００４１】
給炭装置１１は、原炭バンカ２１と、石炭供給機２２と、クラッシャ２３とを有している。原炭バンカ２１は、石炭を貯留可能であって、所定量の石炭を石炭供給機２２に投下することができる。石炭供給機２２は、原炭バンカ２１から投下された石炭をコンベアなどにより搬送し、クラッシャ２３に投下することができる。このクラッシャ２３は、投下された石炭を所定の大きさに破砕することができる。
【００４２】
流動層乾燥装置１２は、給炭装置１１により投入された石炭に流動化ガスを供給することで、この石炭を流動させながら加熱乾燥するものであり、石炭に含有される水分を除去することができる。そして、この流動層乾燥装置１２は、取り出された乾燥炭を冷却する冷却器３１が設けられ、乾燥炭が乾燥炭バンカ３２に貯留される。また、流動層乾燥装置１２は、取り出された排ガスから乾燥炭の粒子を分離するサイクロン３３が設けられ、排ガスから分離された乾燥炭の粒子が乾燥炭バンカ３２に貯留され、乾燥炭が分離された排ガスは、流動層乾燥装置１２に流動化ガスとして戻される。
【００４３】
微粉炭機１３は、石炭粉砕機であって、流動層乾燥装置１２により乾燥された石炭（乾燥炭）を細かい粒子状に粉砕して微粉炭を製造するものである。即ち、微粉炭機１３は、乾燥炭バンカ３２に貯留された乾燥炭が石炭供給機３６により投下され、この乾燥炭を所定粒径以下の微粉炭とするものである。そして、微粉炭機１３で粉砕後の微粉炭は、バグフィルタ３７ａ，３７ｂにより搬送用ガスから分離され、供給ホッパ３８ａ，３８ｂに貯留される。
【００４４】
石炭ガス化炉１４は、微粉炭機１３で処理された微粉炭が供給可能であると共に、チャー回収装置１５で回収されたチャー（石炭の未燃分）が戻されてリサイクル可能となっている。
【００４５】
即ち、石炭ガス化炉１４は、ガスタービン設備１７（圧縮機６１）から圧縮空気供給ライン４１が接続されており、このガスタービン設備１７で圧縮された圧縮空気が供給可能となっている。空気分離装置４２は、大気中の空気から窒素と酸素を分離生成するものであり、第１窒素供給ライン４３が石炭ガス化炉１４に接続され、この第１窒素供給ライン４３に微粉炭供給ホッパ３８ａ，３８ｂからの給炭ライン４４ａ，４４ｂが接続されている。また、第２窒素供給ライン４５も石炭ガス化炉１４に接続され、この第２窒素供給ライン４５にチャー回収装置１５からのチャー戻しライン４６が接続されている。更に、酸素供給ライン４７は、圧縮空気供給ライン４１に接続されている。この場合、窒素は、石炭やチャーの搬送用ガスとして利用され、酸素は、酸化剤として利用される。
【００４６】
石炭ガス化炉１４は、例えば、噴流床形式のガス化炉であって、内部に供給された石炭、チャー、空気（酸素）、またはガス化剤としての水蒸気を燃焼・ガス化すると共に、二酸化炭素を主成分とする可燃性ガス（生成ガス、石炭ガス）が発生し、この可燃性ガスをガス化剤としてガス化反応が起こる。なお、石炭ガス化炉１４は、微粉炭の混入した異物を除去する異物除去装置４８が設けられている。この場合、石炭ガス化炉１４は噴流床ガス化炉に限らず、流動床ガス化炉や固定床ガス化炉としてもよい。そして、この石炭ガス化炉１４は、チャー回収装置１５に向けて可燃性ガスのガス生成ライン４９が設けられており、チャーを含む可燃性ガスが排出可能となっている。この場合、ガス生成ライン４９にガス冷却器を設けることで、可燃性ガスを所定温度まで冷却してからチャー回収装置１５に供給するとよい。
【００４７】
チャー回収装置１５は、集塵装置５１と供給ホッパ５２とを有している。この場合、集塵装置５１は、１つまたは複数のバグフィルタやサイクロンにより構成され、石炭ガス化炉１４で生成された可燃性ガスに含有するチャーを分離することができる。そして、チャーが分離された可燃性ガスは、ガス排出ライン５３を通してガス精製装置１６に送られる。供給ホッパ５２は、集塵装置５１で可燃性ガスから分離されたチャーを貯留するものである。そして、供給ホッパ５２からのチャー戻しライン４６が第２窒素供給ライン４５に接続されている。
【００４８】
ガス精製装置１６は、チャー回収装置１５によりチャーが分離された可燃性ガスに対して、硫黄化合物や窒素化合物などの不純物を取り除くことで、ガス精製を行うものである。そして、ガス精製装置１６は、可燃性ガスを精製して燃料ガスを製造し、これをガスタービン設備１７に供給する。なお、このガス精製装置１６では、チャーが分離された可燃性ガス中にはまだ硫黄分（Ｈ２Ｓ）が含まれているため、アミン吸収液によって除去することで、硫黄分を最終的には石膏として回収し、有効利用する。
【００４９】
ガスタービン設備１７は、圧縮機６１、燃焼器６２、タービン６３を有しており、圧縮機６１とタービン６３は、回転軸６４により連結されている。燃焼器６２は、圧縮機６１から圧縮空気供給ライン６５が接続されると共に、ガス精製装置１６から燃料ガス供給ライン６６が接続され、タービン６３に燃焼ガス供給ライン６７が接続されている。また、ガスタービン設備１７は、圧縮機６１から石炭ガス化炉１４に延びる圧縮空気供給ライン４１が設けられており、中途部に昇圧機６８が設けられている。従って、燃焼器６２では、圧縮機６１から供給された圧縮空気とガス精製装置１６から供給された燃料ガスとを混合して燃焼し、タービン６３にて、発生した燃焼ガスにより回転軸６４を回転することで発電機１９を駆動することができる。
【００５０】
蒸気タービン設備１８は、ガスタービン設備１７における回転軸６４に連結されるタービン６９を有しており、発電機１９は、この回転軸６４の基端部に連結されている。排熱回収ボイラ２０は、ガスタービン設備１７（タービン６３）からの排ガスライン７０に設けられており、空気と高温の排ガスとの間で熱交換を行うことで、蒸気を生成するものである。そのため、排熱回収ボイラ２０は、蒸気タービン設備１８のタービン６９との間に蒸気供給ライン７１が設けられると共に、蒸気回収ライン７２が設けられ、蒸気回収ライン７２に復水器７３が設けられている。そして、排熱回収ボイラ２０にガス浄化装置７４及び煙突７５が連結されている。
【００５１】
このように構成された本実施例の石炭ガス化複合発電設備１０では、給炭装置１１にて、原炭が石炭供給機２２によりクラッシャ２３に投下されて破砕され、流動層乾燥装置１２により加熱乾燥された後、冷却器３１により冷却され、乾燥炭バンカ３２に貯留される。乾燥炭バンカ３２の乾燥炭は、微粉炭機１３で粉砕されて微粉炭が製造され、微粉炭供給ホッパ３８ａ，３８ｂに貯留される。この微粉炭供給ホッパ３８ａ，３８ｂに貯留される微粉炭は、石炭ガス化炉１４に供給され、圧縮空気により燃焼してガス化することで、二酸化炭素を主成分とする可燃性ガス（石炭ガス）が生成される。そして、この可燃性ガスは、チャー回収装置１５によりチャーが分離されてガス精製装置１６に送られる。
【００５２】
ガス精製装置１６にて、可燃性ガスは、硫黄化合物や窒素化合物などの不純物が取り除かれてガス精製され、燃料ガスが製造される。ガスタービン設備１７では、圧縮機６１が圧縮空気を生成して燃焼器６２に供給すると、この燃焼器６２は、この圧縮空気と燃料ガスとを混合して燃焼することで燃焼ガスを生成し、タービン６３を駆動して発電機１９による発電を行う。そして、ガスタービン設備１７から排出された排気ガスは、排熱回収ボイラ２０で蒸気を生成し、蒸気タービン設備１８に供給する。蒸気タービン設備１８では、この蒸気によりタービン６９を駆動して発電機１９により発電を行う。その後、ガス浄化装置７４では、排熱回収ボイラ２０から排出された排気ガスの有害物質が除去され、浄化された排ガスが煙突７５から大気へ放出される。
【００５３】
ここで、本実施例の流動層乾燥装置を備える湿潤燃料の乾燥システムについて詳細に説明する。
【００５４】
本実施例の湿潤燃料の乾燥システムは、図２に示すように、流動層乾燥装置１２と、サイクロン３３と、流動化ガス供給装置２０２と、加熱装置２０３とを有している。流動層乾燥装置１２は、流動化ガスを供給することで石炭（湿潤燃料）を流動化させて乾燥するものである。本実施例では、流動化ガスとして不活性ガス（例えば、窒素ガスなど）が適用される。
【００５５】
流動層乾燥装置１２は、プラグフロー式の乾燥装置であって、図３及び図４に示すように、乾燥容器１０１と、石炭投入口１０２と、乾燥炭排出口１０３と、流動化ガス供給部１０４（１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ）と、ガス排出口１０５と、伝熱管１０６，１０７，１０８とを有している。
【００５６】
乾燥容器１０１は、中空箱型形状をなしており、一端側に石炭を投入する石炭投入口１０２が形成される一方、他端側の下部に石炭を加熱乾燥した乾燥炭を排出する乾燥炭排出口１０３が形成されている。この場合、石炭投入口１０２や乾燥炭排出口１０３を乾燥容器１０１の端部に１つずつ設けたが、複数であってもよい。この場合、乾燥容器１０１は、石炭供給機２２（図１参照）により石炭投入口１０２から内部への石炭供給量を調整することができる。また、乾燥容器１０１は、乾燥炭排出口１０３に設けられた図示しないロータリバルブの回転数を調整することで、石炭排出量を調整することができる。
【００５７】
また、乾燥容器１０１は、下部に底板１０１ａから所定距離をあけて複数の貫通孔を有する分散板１０９が設けられることで、上部の乾燥室（１１１，１１２，１１３）と下部の風箱１１０とに区画されている。そして、乾燥容器１０１は、この底板１０１ａに風箱１１０を介して分散板１０９の上方に流動化ガスを供給する流動化ガス供給部１０４（１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ）が設けられている。更に、乾燥容器１０１は、乾燥炭排出口１０３側の天井板１０１ｂに流動化ガス及び発生蒸気を排出するガス排出口１０５が形成されている。
【００５８】
この乾燥容器１０１は、石炭投入口１０２から石炭が供給されると共に、流動化ガス供給部１０４から風箱１１０から分散板１０９を通して流動化ガスが供給されることで、この分散板１０９の上方に所定厚さの流動層Ｓが形成されると共に、この流動層Ｓの上方にフリーボード部Ｆが形成される。
【００５９】
そして、乾燥容器１０１は、内部が石炭の流動方向の上流側に設けられた第１乾燥室１１１と、この第１乾燥室１１１より下流側に設けられた第２乾燥室１１２と、石炭の流動方向の最も下流側に設けられた第３乾燥室１１３とが設けられている。
【００６０】
詳細に説明すると、乾燥容器１０１は、複数（本実施例では、２個）の仕切板（仕切部材）１１４，１１５により流動層Ｓが石炭の流動方向に複数（本実施例では、３個）に分割され、各仕切板１１４，１１５により石炭の通過開口部１１６，１１７が形成されている。この各仕切板１１４，１１５は、石炭の流動方向に直交する鉛直方向に沿って配置されると共に、石炭の流動方向に所定間隔で配置されており、左右の端部が乾燥容器１０１の内壁面に取付けられている。そして、各仕切板１１４，１１５は、下端部が分散板１０９と所定隙間をもって位置し、上端部が流動層Ｓより上方に延出するように位置している。即ち、各仕切板１１４，１１５と分散板１０９との間に、所定の高さと幅（開口面積）を有する通過開口部１１６，１１７が確保されており、この通過開口部１１６，１１７は、ほぼ同じ開口面積に設定されている。
【００６１】
このように乾燥容器１０１は、各仕切板１１４，１１５が設けられることで、第１乾燥室１１１と第２乾燥室１１２と第３乾燥室１１３に区画され、各乾燥室１１１，１１２，１１３は、この仕切板１１４，１１５の上方で連通されている。この場合、第１乾燥室１１１は、フリーボード部Ｆ１と流動層Ｓ１が形成され、石炭の初期乾燥を行う領域（予熱乾燥領域）となっている。第２乾燥室１１２は、フリーボード部Ｆ２と流動層Ｓ２が形成され、石炭の中期乾燥を行う領域（定率乾燥領域）となっている。第３乾燥室１１３は、フリーボード部Ｆ３と流動層Ｓ３が形成され、石炭の後期乾燥を行う領域（減率乾燥領域）となっている。
【００６２】
この場合、各乾燥室１１１，１１２，１１３は、床面積がほぼ同様となるように設定されているが、石炭の含水量などに応じて最適な比率に設定してもよく、例えば、第２乾燥室１１２の床面積を最大に設定することが望ましい。即ち、第１乾燥室１１１は、投入される石炭の含水率が高いことから、所定の含水率まで石炭の乾燥速度が上昇する予熱乾燥領域である。石炭の乾燥速度は、所定の乾燥速度まで上昇して一定となることから、第２乾燥室１１２は、石炭の乾燥速度が一定となる定率乾燥領域である。石炭の乾燥速度は、石炭の含水率が所定の含水率（限界含水率）になると、下降することから、第３乾燥室１１３は、石炭の乾燥速度が減少する減率乾燥領域である。従って、定率乾燥領域である第２乾燥室１１２の容積を最大にすることで、乾燥効率が向上する。
【００６３】
また、乾燥容器１０１は、３つの乾燥室１１１，１１２，１１３に対応するように、複数（本実施例では、２個）の区画板（区画部材）１１８，１１９により風箱１１０が石炭の流動方向に複数（本実施例では、３個）に区画されている。即ち、風箱１１０は、２個の区画板１１８，１１９により３個の風箱１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃに区画され、この３個の風箱１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃに対応するように３個の流動化ガス供給部１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃが設けられている。流動層乾燥装置１２は、各乾燥室１１１，１１２，１１３に対して流動化ガスを供給するガス供給ライン１２１が設けられており、このガス供給ライン１２１から分岐した３個の分岐ライン１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃがそれぞれ風箱１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ（流動化ガス供給部１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ）に連結されている。
【００６４】
この乾燥容器１０１は、その室内において、供給された石炭が押し出し流れとなるようにプラグフロー方式として構成されている。この押し出し流れとは、流動層Ｓにおいて、石炭が流動方向に拡散しないように、この石炭を流動方向に押し出す流れである。
【００６５】
また、乾燥容器１０１は、各乾燥室１１１，１１２，１１３にて、外部から乾燥容器１０１を貫通して各流動層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３内を循環する複数の伝熱管１０６，１０７，１０８が配置されている。この伝熱管１０６，１０７，１０８は、各流動層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３内に埋設されるように位置されている。伝熱管１０６，１０７，１０８は、過熱蒸気Ｓｔ１が供給されている。伝熱管１０６，１０７，１０８は、内部を流れる過熱蒸気により各流動層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３で流動化ガスにより流動している石炭を加熱して乾燥することができる。伝熱管１０６，１０７，１０８を通過した過熱蒸気Ｓｔ１は、石炭と熱交換した後、蒸気Ｓｔ２として排出される。また、伝熱管１０６，１０７，１０８を通過した過熱蒸気Ｓｔ１は、液化した状態で排出されるようにしてもよい。伝熱管１０６，１０７，１０８は、鉛直方向上側の端部から過熱蒸気Ｓｔ１が供給され、鉛直方向下側の端部から蒸気Ｓｔ２が排出される。この場合、伝熱管１０６，１０７，１０８は、供給される過熱蒸気の圧力を変更することで、その温度を調整することができる。伝熱管１０６，１０７，１０８については後述する。
【００６６】
従って、第１乾燥室１１１に供給された石炭は、ここで流動化ガスにより流動されると共に、伝熱管１０６により加熱されることで乾燥される。そして、第１乾燥室１１１で初期乾燥された石炭は、仕切板１１４の下部の通過開口部１１６を通って第２乾燥室１１２に移動され、ここで、伝熱管１０７により加熱されることで中期乾燥される。そして、第２乾燥室１１２で中期乾燥された石炭は、仕切板１１５の下部の通過開口部１１７を通って第３乾燥室１１３に移動され、ここで、伝熱管１０８により加熱されることで後期乾燥される。
【００６７】
これにより、各乾燥室１１１，１１２，１１３の流動層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を形成する石炭は、この流動層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３間を上流側から通過開口部１１６，１１７を通って順に移動することで、押し出し流れとすることができ、流動方向に拡散させることなく乾燥される。
【００６８】
次に、サイクロン３３は、流動層乾燥装置１２のガス排出口１０５から排出された排ガス（流動化ガス及び発生蒸気）から乾燥炭の微粒子を分離するものである。そのため、流動層乾燥装置１２のガス排出口１０５からこのサイクロン３３の上部に向けて排ガス供給ライン２１１が設けられている。そして、サイクロン３３は、微粒子が除去された排ガスを下部から排出する排出管２１２が設けられている。この排出管２１２は、サイクロン３３内の中央部に鉛直方向に沿って配置され、上端部の排出口がサイクロン３３の上部で、且つ、水平方向の中央側に配置され、下端部が水平方向に屈曲してサイクロン３３の下部から外方に突出している。そして、排出管２１２は、下端部が配管２１３を介して煙突２１４に連結されている。また、サイクロン３３は、排ガスから分離した微粒子を乾燥炭バンカ３２に供給する。
【００６９】
流動化ガス供給装置２０２は、サイクロン３３により微粒子が除去された排気ガスを流動化ガスとして流動層乾燥装置１２に供給するものである。この流動化ガス供給装置２０２は、配管２１３とガス供給ライン１２１を連結する流動化ガス戻しライン２１６と、この流動化ガス戻しライン２１６に設けられた循環ブロワ２１７とを有している。また、流動化ガス供給装置２０２は、流動層乾燥装置１２に供給する流動化ガスを加熱する加熱装置２０３が設けられている。この加熱装置２０３は、流動化ガス戻しライン２１６における循環ブロワ２１７より流動化ガスの流れ方向の下流側に設けられている。加熱装置２０３は、例えば、燃焼バーナ、熱交換器などである。
【００７０】
ここで、本実施例の流動層乾燥装置を備える湿潤燃料の乾燥システムの作動について説明する。
【００７１】
湿潤燃料の乾燥システムにおいて、流動層乾燥装置１２では、図３に示すように、石炭投入口１０２から乾燥容器１０１に石炭が供給されると共に、流動化ガス供給部１０４から分散板１０９を通して流動化ガスが供給されることで、この分散板１０９の上方に所定厚さの流動層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が形成される。石炭は、流動化ガスにより流動層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を乾燥炭排出口１０３側に移動し、このとき、伝熱管１０６，１０７，１０８から熱を受けることで加熱されて乾燥される。
【００７２】
即ち、石炭投入口１０２から石炭が供給されると、まず、第１乾燥室１１１では、流動化ガス供給部１０４ａから分散板１０９を通して流動化ガスが供給されると共に、伝熱管１０６から熱を受けることで、流動層Ｓ１で流動しながら乾燥される。次に、第１乾燥室１１１で初期乾燥が終了した石炭は、仕切板１１４の通過開口部１１６を通って第２乾燥室１１２に流動する。この第２乾燥室１１２では、流動化ガス供給部１０４ｂから分散板１０９を通して流動化ガスが供給されると共に、伝熱管１０７から熱を受けることで、流動層Ｓ２で流動しながら乾燥される。そして、第２乾燥室１１２で中期乾燥が終了した石炭は、仕切板１１５の通過開口部１１７を通って第３乾燥室１１３に流動する。この第３乾燥室１１３では、流動化ガス供給部１０４ｃから分散板１０９を通して流動化ガスが供給されると共に、伝熱管１０８から熱を受けることで、流動層Ｓ３で流動しながら乾燥される。このように石炭は、流動層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３にて、伝熱管１０６，１０７，１０８により加熱されながら、供給される流動化ガスにより流動し、押し出し流れとなって流動方向に拡散することなく乾燥される。
【００７３】
その後、石炭が乾燥された乾燥炭は、乾燥炭排出口１０３から外部に排出され、流動層Ｓで石炭が加熱乾燥されることで発生した蒸気は、流動化ガスと共に上昇し、乾燥炭排出口１０３側に流れ、ガス排出口１０５から外部に排出される。
【００７４】
流動層乾燥装置１２のガス排出口１０５から排出された排ガス（流動化ガス及び発生蒸気）は、排ガス供給ライン２１１を通してサイクロン３３に供給される。このサイクロン３３に供給された排ガスは、内部を旋回することで、石炭の微粒子が外周部側に分離される。微粒子が除去された排ガスは、冷却水により冷却されると共に蒸気が凝縮され、不活性ガスが排出管２１２に吸い込まれ、この排出管２１２から配管２１３を介して煙突２１４で処理される。分離された微粒子は、乾燥炭バンカ３２に供給される。
【００７５】
ここで、サイクロン３３から排出管２１２を通して配管２１３に排出された排ガスは、一部が流動化ガス供給装置２０２により流動化ガスとして流動層乾燥装置１２に供給される。即ち、循環ブロワ２１７が作動することで、配管２１３に排出された排ガスの一部は、流動化ガス戻しライン２１６に吸引され、加熱装置２０３により所定温度まで加熱された後にガス供給ライン１２１に送られ、流動化ガスとして流動層乾燥装置１２に供給される。
【００７６】
次に、図４から図９を用いて、伝熱管１０６の配置構成について説明する。図５は、伝熱管の一例を示す説明図である。図６Ａは、伝熱管の設置位置と乱流促進体との関係を示す説明図である。図６Ｂは、乱流促進体の一例を示す説明図である。図７は、不凝縮ガスの質量割合と熱伝達率との関係を示す図である。図８は、乱流促進体の他の例を示す説明図である。図９Ａ及び図９Ｂは、それぞれ乱流促進体の設置構造の一例を示す説明図である。
【００７７】
伝熱管１０６は、図４及び図５に示すように、複数の直線部１２０が鉛直方向に並列で配置されている。また、複数の直線部１２０は、両端が屈曲部（折り返し部）１２２と接続されている。直線部１２０は、一方の端部の屈曲部１２２で鉛直方向上側の直線部１２０と連結し、他方の端部の屈曲部１２２で鉛直方向下側の直線部１２０と連結している。また、鉛直方向の最も上側の直線部１２０は、一方の端部が過熱蒸気Ｓｔ１を供給する機構に接続されている。鉛直方向の最も下側の直線部１２０は、他方の端部が蒸気Ｓｔ２を排出する機構に接続されている。このように、伝熱管１０６は、１本に繋がった管路が折りたたまれた状態で乾燥容器１０１の内部に配置されている。また、乾燥容器１０１の内部には、同様の形状の複数の伝熱管１０６が水平方向に隣接して配置されている。また、伝熱管１０６は、水平方向に隣接する伝熱管１０６と鉛直方向の位置が異なる位置に配置されている。
【００７８】
ここで、本実施形態の伝熱管１０６は、図５に示すように、複数の設置位置１３０が設けられている。ここで、設置位置１３０は、直線部１２０の過熱蒸気Ｓｔ１の流れ方向上流側の端部に設けられている。つまり、伝熱管１０６の鉛直方向の最も上側の直線部１２０は、過熱蒸気が流入する側の端部に配置され、その他の直線部１２０は、過熱蒸気Ｓｔ１の流れ方向上流側の屈曲部１２２との連結部（境界）との接続部周辺に配置されている。
【００７９】
伝熱管１０６は、図６Ａに示すように、直線部１２０と屈曲部１２２が中空の管路１３１で形成されており、設置位置１３０に含まれる位置の管路１３１の内部に乱流促進体１３２が配置されている。つまり、伝熱管１０６は、複数の設置位置１３０のそれぞれに乱流促進体１３２が配置されている。
【００８０】
乱流促進体１３２は、伝熱管１０６の管路１３１の内部に設けられており、設けられている位置よりも過熱蒸気Ｓｔ１（流体）の流れ方向の下流側に管路１３１の内壁面に沿った噴流１３８を形成する。本実施形態の乱流促進体１３２は、図６Ａ及び図６Ｂに示すように円錐形状であり、過熱蒸気Ｓｔ１（流体）の流れ方向の上流から下流に向かって径が大きくなり、過熱蒸気Ｓｔ１（流体）の流れ方向の上流側の端部に頂点、過熱蒸気Ｓｔ１（流体）の流れ方向の下流側の端部に底面となる向きで配置されている。また、乱流促進体１３２は、円錐の底面の管路１３１の内周面の径よりも小さい。これにより。乱流促進体１３２と管路１３１との間には、隙間１３３が設けられる。隙間１３３は、管路１３１の内周壁と、乱流促進体１３２の底面の径方向外側の端部（底面の外周部）との間、つまり、管路１３１の内周壁の近傍に設けられる。また、乱流促進体１３２は、底面近傍が支持部１３４と連結されている。支持部１３４は、管路１３１と乱流促進体１３２との両方に連結されており乱流促進体１３２を、管路１３１の内部の所定位置に固定している。本実施形態の伝熱管１０６は、１つの乱流促進体１３２に対して、２つの支持部１３４を設けたが、この本数は、限定されない。例えば、１つの乱流促進体１３２に対して、４つの支持部１３４を設けてもよい。支持部１３４は、本実施形態のように隙間１３３の一部に配置してもよいが、隙間１３３に対する支持部１３４の占有割合は小さいほど好ましい。本実施形態の乱流促進体１３２は、円錐の底面の径方向の外側の全周が、管路１３１の内壁面と一定距離以上離れた位置に配置されている。つまり、乱流促進体１３２は、外周の全周に隙間１３３が設けられている。
【００８１】
乱流促進体１３２は、以上のように、管路１３１の内部の中心側に配置され、管路１３１の内壁面との間に隙間１３３を形成する。これにより、乱流促進体１３２の上流から流れてきた過熱蒸気Ｓｔ１は、乱流促進体１３２が配置された配置位置１３０の通過時に、乱流促進体１３２が配置されている管路１３１の中心側を通過することができず、隙間１３３を通過する。これにより、過熱蒸気Ｓｔ１の流れが乱れ、隙間１３３から噴流１３８として噴射される。噴流１３８は、乱流促進体１３２の下流側の壁面側の領域１４０に向けて噴射される。これにより、領域１４０の流れが乱れた状態となり、乱れた流れの過熱蒸気Ｓｔ１が領域１４０を流れる。
【００８２】
ここで、伝熱管１０６は、管路１３１を流れる過熱蒸気Ｓｔ１は、例えば空気等の不凝縮ガスが蒸気に混入する場合がある。本実施形態は、過熱蒸気Ｓｔ１として、乾燥容器１０１を流れる流動化ガスを用いている。乾燥容器１０１に供給される石炭は一定の空隙率を有するため、乾燥容器１０１への供給時に石炭とともに不凝縮ガス（空気）が乾燥容器１０１内に混入する。そのため、流動化ガスは、蒸気に不凝縮ガスが混入されている。
【００８３】
伝熱管１０６は、内部を流れる過熱蒸気Ｓｔ１からの伝熱が蒸気の凝縮形態としている。このため、伝熱係数を非常に大きくすることができる。ここで、過熱蒸気Ｓｔ１は、伝熱管１０６を流れつつ熱交換を行うため、流れ方向の下流に行くに従って一部の蒸気が液化する。また、熱交換は、管路１３１の内壁面の近傍で、管路１３１の外側の石炭、流動化ガスとの間で行われるため、内壁面の近傍ほど過熱蒸気Ｓｔ１中の蒸気が液化し、不凝縮ガスの割合が多くなる。
【００８４】
図７に示すように、過熱蒸気Ｓｔ１に不凝縮ガスが混入している場合、不凝縮ガスの質量割合が多くなると熱伝達率が低下する。したがって、伝熱管１０６は、管路１３１の内壁面の近傍である領域１４０で不凝縮ガスの質量割合が高くなりやすく、熱伝達率（凝縮伝熱係数）が低下しやすい。
【００８５】
ここで、本実施形態の伝熱管１０６は、乱流促進体１３２を設けることで、管路１３１の内壁面に沿った噴流１３８を形成することで、乱流促進体１３２の配置位置の過熱蒸気Ｓｔ１の流れ方向下流側の管路１３１の内壁面に乱流を発生させることができる。これにより、管路１３１の内壁面の近傍の過熱蒸気Ｓｔ１を攪拌することができ、管路１３１の内壁面の近傍に不凝縮ガスの割合が多い過熱蒸気が流れることを抑制することができる。また、管路１３１の内壁面の近傍の過熱蒸気Ｓｔ１を攪拌することで、管路１３１の中心軸の近傍に流れている不凝縮ガスの割合が相対的に少ない主流蒸気を管路１３１の内壁面の近傍に供給することができる。
【００８６】
以上より、伝熱管１０６は、乱流促進体１３２により、管路１３１の断面において、管路１３１の内壁面近傍と中心軸側とで流れる流体の成分が変動することを抑制することができる。これにより、過熱蒸気Ｓｔ１に、不凝縮ガスが混入しても、管路１３１の内壁面近傍のみで不凝縮ガスの割合が高くなること抑制することができ、凝縮伝熱阻害の発生を抑制できる。これにより、伝熱管１０６の伝熱効率をより高くすることができ、流動層の石炭をより効率よく乾燥させることができる。これにより、流動層乾燥装置１２の性能をより高くすることができる。
【００８７】
ここで、図６Ａ及び図６Ｂでは、乱流促進体１３２を円錐形状としたが、形状はこれに限定されない。伝熱管１０６ａは、乱流促進体１３２ａが設けられている。乱流促進体１３２ａは、円柱形状であり、円柱の軸方向が過熱蒸気Ｓｔ１の流れ方向と一致する向きで配置されている。このように乱流促進体１３２ａを、円柱形状としても、乱流促進体１３２ａと管路１３１の内壁面との間に隙間１３３ａを形成することで、過熱蒸気Ｓｔ１を隙間１３３ａから噴流として流すことができ、乱流促進体１３２ａの下流側の内壁面の近傍に乱流を形成することができる。これにより、伝熱管１０６の熱伝達率が低下することを抑制できる。
【００８８】
乱流促進体の形状は、円錐形状、円柱形状に限定されず、壁面に噴流が形成でき、壁面に乱流を形成できるものであればよく、種々の形状とすることができる。乱流促進体は、例えば、管路の中心側に流体を遮る遮蔽部と、壁面側に流体を通過させる通過部と、を含み、通過部で流体を通過させて、内壁面に噴流を形成するであればよい。通過部は、本実施形態では乱流促進体と管路１３１の壁面との空間となる。なお、通過部は、管路１３１の壁面側に噴流が形成できればよく、乱流促進体と管路１３１の壁面との空間ではなく、乱流促進体の内部に過熱蒸気が流れる空間を形成してもよい。例えば、乱流促進体を管路の内壁面と接触させ、乱流促進体に過熱蒸気を通過させる開口を設けてもよい。
【００８９】
伝熱管１０６，１０６ａに設ける設置位置１３０、つまり、乱流促進体１３２，１３２ａの配置位置は、本実施形態に限定されない。伝熱管１０６，１０６ａは、管路１３１の内壁面近傍での乱流を発生させ、熱伝達率が低下する領域の発生を抑制できればよく、直線部１２０毎に乱流促進体１３２，１３２ａを設けなくてもよい。例えば、過熱蒸気Ｓｔ１の流れ方向において、乱流促進体１３２，１３２ａが配置された直線部１２０と、乱流促進体１３２，１３２ａが配置されていない直線部１２０とが交互に配置されてもよい。
【００９０】
また、本実施形態では、過熱蒸気Ｓｔ１の流れ方向において、直線部１２０のより長い範囲で、壁面に乱流を発させることができるため、直線部１２０の、過熱蒸気Ｓｔ１の流れ方向の上流側の端部に乱流促進体１３２，１３２ａを配置したがこれに限定されない。伝熱管１０６，１０６ａは、直線部１２０の、過熱蒸気Ｓｔ１の流れ方向の中央に乱流促進体１３２，１３２ａを配置してもよい。また、伝熱管１０６，１０６ａは、過熱蒸気Ｓｔ１の流れ方向において、直線部１２０の複数個所に乱流促進体１３２，１３２ａを配置してもよい。また、伝熱管１０６は、屈曲部１２２に乱流促進体１３２，１３２ａを配置してもよい。
【００９１】
また、管路１３１に乱流促進体１３２，１３２ａを設置する方法は、特に限定されない。例えば、伝熱管１０６の製造時に、乱流促進体１３２，１３２ａが連結された支持部１３４を、板状の管路１３１の内周面となる部分に固定し、その後、管路１３１を巻くことで閉じられた管形状とするようにしてもよい。
【００９２】
図９Ａに示す伝熱管１０６ｂは、支持部１３４を介して乱流促進体１３２が設置された管路１３９が、管路１３１の一部に設けられている。具体的には、管路１３１一部を切断して、切断した部分に管路１３９を設けている。または、管路１３１を複数の配管で構成し、その配管の継ぎ目に管路１３９を設けている。管路１３９は、過熱蒸気Ｓｔ１を流す管路１３１の一部となる。このように、支持部１３４を介して乱流促進体１３２が設置された管路１３９を、管路１３１の一部に設置することでも、管路１３１の内部に乱流促進体１３２を設けることができる。
【００９３】
図９Ｂに示す伝熱管１０６ｃは、複数の乱流促進体１３２が連結体１３６で直列に連結されている。連結体１３６は、フレキシブルな線上の部材であり、管路１３１にそって変形することができる部材である。連結体１３６としては、鎖、紐等を用いることができる。連結体１３６は、複数の乱流促進体１３２を所定の間隔で連結させている。
【００９４】
伝熱管１０６ｃは、連結体１３６により複数の乱流促進体１３２を所定の間隔で連結させることで、作製された折り返し形状の管路１３１に、乱流促進体１３２を連結した連結体１３６を挿入し、連結体１３６の端部を所定の張力で保持した状態で管路１３１の固定することで、管路１３１内の所定の位置に乱流促進体１３２を配置することができる。これにより、折曲がり形状の管路１３１に対しても簡単に乱流促進体１３２を配置することができる。
【００９５】
次に図１０Ａから図１３を用いて、乱流促進体の変形例について説明する。図１０Ａは、乱流促進体の一例を示す説明図である。図１０Ｂは、図１０Ａの正面図である。図１０Ａ及び図１０Ｂに示す伝熱管１０６ｄは、乱流促進体１４２が配置されている。乱流促進体１４２は、外周面が管路１３１と接触している。つまり、乱流促進体１４２は、管路１３１を塞いている。乱流促進体１４２は、管路１３１の軸の径方向外側、つまり、管路１３１の内壁面側に複数の羽根１４４が配置されている。羽根１４４は、管路１３１の軸周りに等間隔で配置されている。また、羽根は、軸の径方向に伸びて配置されており、かつ、管路１３１の軸に平行な面に対して所定角度傾斜している。このように乱流促進体１４２は、スワラ型の形状であり、乱流促進体１４２を通過した、過熱蒸気Ｓｔ１の流れを、管路１３１の内壁面近傍を流れ、かつ、管路１３１の軸周りに回転する旋回流１４６とする。
【００９６】
伝熱管１０６ｄは、乱流促進体１４２により管路１３１の軸周りに回転する旋回流１４６を形成することで、管路１３１の内壁面近傍の流れをより攪拌することができる。これにより、管路１３１の断面の位置において過熱蒸気Ｓｔ１の成分が変動することを抑制することができ、管路１３１の内壁面近傍で不凝縮ガスの濃度が高くなることを抑制できる。
【００９７】
図１１は、乱流促進体の一例を示す説明図である。図１１に示す伝熱管１０６ｅは、乱流促進体１５０が設けられている。乱流促進体１５０は、管路１３１ａの内壁面に形成された溝１５２を含む。溝１５２は、管路１３１ａの内壁面に、管路１３１ａの軸方向に伸び、かつ、形成される位置が管路１３１ａの軸周りに回転するらせん形状である。なお溝１５２は、過熱蒸気の流れ方向の全域に設けてもよいし、設置位置１３０と同様に所定の位置に設けてもよい。伝熱管１０６ｅは、管路１３１ａの内部に他の部材を設けることに換えて、管路１３１ａの内壁面に溝１５２を形成し、当該溝１５２で内壁面近傍に旋回流を発生させる。内壁面近傍に旋回流を発生させることで、内壁面近傍の流れを乱すことができ、管路１３１ａの内壁面近傍の流れをより攪拌することができる。以上より、溝１５２を形成することでも、管路１３１ａの断面の位置において過熱蒸気Ｓｔ１の成分が変動することを抑制することができ、管路１３１ａの内壁面近傍で不凝縮ガスの濃度が高くなることを抑制できる。また、溝１５２を形成することで、内壁面の表面積を増加させることができ、伝熱管１０６ｅの伝熱面積を増加させ、交換熱量を増加させることができる。
【００９８】
図１２は、乱流促進体の一例を示す説明図である。図１２に示す伝熱管１０６ｆは、乱流促進体１６０が設けられている。乱流促進体１６０は、管路１３１ｂに形成された突出部１６２を含む。突出部１６２は、管路１３１ｂに形成された絞りであり、形成位置をへこませることで、内壁面を他の位置よりも中心軸側に突出させている。伝熱管１０６ｆは、乱流促進体１６０として突出部１６２を設けることで、突出部１６２が形成されている位置を過熱蒸気Ｓｔ１が通過すると流れの向きが変わる。これにより、過熱蒸気Ｓｔ１の流れが乱れる。また、内壁面の近傍を流れていた過熱蒸気Ｓｔ１の流れが管路１３１ｂの中心側に変わるため、内壁面の近傍から離れる。このように、突出部１６２を設けることでも内壁面近傍の流れを乱すことができ、管路１３１ｂの内壁面近傍の流れをより攪拌することができる。以上より、突出部１６２を形成することでも、管路１３１ｂの断面の位置において過熱蒸気Ｓｔ１の成分が変動することを抑制することができ、管路１３１ｂの内壁面近傍で不凝縮ガスの濃度が高くなることを抑制できる。なお、突出部１６２は、設置位置１３０と同様に種々の位置に設けることができ、必要に応じて形成位置を設定すればよい。また、突出部１６２は、形成位置の直管形状の管路の外周側から荷重を付与し変形させることで設けることができる。したがって、簡単な加工で設けることができる。
【００９９】
図１３は、乱流促進体の一例を示す説明図である。図１３に示す伝熱管１０６ｇは、乱流促進体１６０ａが設けられている。乱流促進体１６０ａは、管路１３１ｃに形成された突出部１６２ａ、１６２ｂを含む。突出部１６２ａ、１６２ｂは、管路１３１ｃの軸方向、内壁面の周方向の一部に形成されており、管路１３１ｃの軸周りにおいて、形成される位置が異なる。このように、管路１３１ｃの軸周りにおいて突出部１６２ａ、１６２ｂを設けることでも同様に内壁面近傍の流れを乱すことができ、管路１３１ｃの内壁面近傍の流れをより攪拌することができる。以上より、突出部１６２ａ、１６２ｂを形成することでも、管路１３１ｃの断面の位置において過熱蒸気Ｓｔ１の成分が変動することを抑制することができ、管路１３１ｃの内壁面近傍で不凝縮ガスの濃度が高くなることを抑制できる。また、伝熱管１０６ｇは、乱流促進体１６０として位置によって、管路１３１ｃの軸周りの形成位置が異なる、突出部１６２ａ、１６２ｂを設けることで、内壁面の近傍の流れをより複雑に乱すことができる。
【０１００】
また、本実施形態では、伝熱管を、２つの直線部の端部を連結する湾曲部を有し、直線部が前記湾曲部を介して、他の直線部と連結している構造としたが、これに限定されない。流動層乾燥装置は、伝熱管の複数の直線部に連結するヘッダを設け、ヘッダから伝熱管の直線部に過熱蒸気を供給してもよい。
【０１０１】
図１４は、伝熱管に蒸気を循環させる機構の一例を示す説明図である。図１４は、伝熱管の配置の他の例を示す説明図である。図１４に示す伝熱管ユニット２５０は、過熱蒸気Ｓｔ１を供給する蒸気供給管２５２と、蒸気供給管２５２から供給された蒸気を伝熱管２５６に供給する供給ヘッダ２５４と、伝熱管２５６を流れた流体を回収する回収ヘッダ２５５と、複数の直線部２６２を有する伝熱管２５６と、使用された蒸気Ｓｔ２を回収する蒸気回収管２６０と、を有する。伝熱管２５６は、複数の直線部２６２を備え、直線部２６２は、それぞれ一方の端部が供給ヘッダ２５４に接続し、他方の端部が回収ヘッダ２５５に接続されている。伝熱管ユニット２５０は、蒸気供給管２５２から供給された過熱蒸気Ｓｔ１を供給ヘッダ２５４からそれぞれに直線部２６２に供給する。また、直線部２６２を流れた蒸気は、回収ヘッダ２５５で回収する。
【０１０２】
ここで、本実施形態の伝熱管２５６は、図１４に示すように、管路２６２の供給ヘッダ２５４側の端部、つまり過熱蒸気Ｓｔ１の流れ方向上流側の端部に設置位置２７０が設けられている。設置位置２７０は、上述した乱流促進体１３２が設けられている位置である。
【０１０３】
このように、直線部２６２を供給ヘッダ２５４、回収ヘッダ２５５で連結した伝熱管ユニット２５０とした場合でも、伝熱管に乱流促進体を設けることで、上述した各実施例と同様の効果を得ることができる。また、乱流促進体が絞りとしての機能も果たし、各直線部の過熱蒸気の流量バランスを平均化することができる。また、本実施形態のように直線部２６２を供給ヘッダ２５４、回収ヘッダ２５５で連結した構成とすることで、屈曲部の形状等を考慮する必要がなくなり、直線部２６２の配置（レイアウト）を簡単に変更することができる。
【０１０４】
ここで、上記実施形態では、いずれも伝熱管の管路の形状を円形としたが、これに限定されず、種々の形状とすることができる。ここで、図１５は、伝熱管の一例を示す断面図である。図１５に示す伝熱管３０１は、管路３０２の断面形状が楕円形状となる。具体的には、管路３０２は、長軸が短軸よりも鉛直方向に近い向きで配置されている。これにより、過熱蒸気の液化により、管路３０２内に凝縮液が貯留した場合に、長軸側の端部に凝縮液３０６を溜めることができる。これにより、管路３０２内の凝縮水の接液面積を減少させることができる。これにより、伝熱管３０１の熱伝達率の低下を抑制することができる。また、流動層乾燥装置は、鉛直方向を長軸方向とすることで、流動する石炭と伝熱管とが接触する面積をより広くすることができる。また、伝熱管は、過熱蒸気の流れ方向の下流側の一部の管路の形状を楕円形状としてもよい。
【０１０５】
図１６は、伝熱管の一例を示す説明図である。図１６に示す伝熱管３１０は、鉛直方向上側の領域３１２と鉛直方向下側の領域３１４とで、直線部３２０、３２１ａ、３２１ｂ、３２１ｃの配置が異なる。具定的には、領域３１２の直線部３２０は、中心軸が水平方向と平行な向きで配置されている。これに対して、領域３１４の直線３２１ａ、３２１ｂ、３２１ｃは、水平方向に対して、過熱蒸気Ｓｔ１の流れ方向の上流側よりも下流側の方が鉛直方向下側となる向きに傾斜している。
【０１０６】
伝熱管３１０は、領域３１４、つまり過熱蒸気Ｓｔ１の流れの下流側となる直線部３２１ａ、３２１ｂ、３２１ｃを、水平方向に対して、過熱蒸気Ｓｔ１の流れ方向の上流側よりも下流側の方が鉛直方向下側となる向きに傾斜させることで、内部で凝縮水が生じた場合、生じた凝縮水を過熱蒸気Ｓｔ１の流れの下流側に流れやすくすることができる。これにより、伝熱管３１０の内部から凝縮水を好適に排出することができ、伝熱効率の低下を抑制することができる。
【０１０７】
図１７は、伝熱管に蒸気を循環させる機構の一例を示す説明図である。図１７に示す伝熱管ユニット３５０は、伝熱管３５６の直線部３６２の向き以外は、図１４の伝熱管ユニット２５０と同様の構成である。伝熱管３５６の直線部３６２は、水平方向に対して、過熱蒸気Ｓｔ１の流れ方向の上流側よりも下流側の方が鉛直方向下側となる向きに傾斜している。
【０１０８】
このように、複数の直線部３６２を供給ヘッダ２５４と回収ヘッダ２５５で連結した場合でも、直線部３６２を、水平方向に対して、過熱蒸気Ｓｔ１の流れ方向の上流側よりも下流側の方が鉛直方向下側となる向きに傾斜させることで、内部で凝縮水が生じた場合、生じた凝縮水を過熱蒸気Ｓｔ１の流れの下流側に流れやすくすることができる。これにより、伝熱管３５６の内部から凝縮水を好適に排出することができ、伝熱効率の低下を抑制することができる。
【０１０９】
なお、上述した実施例では、流動層乾燥装置１２にて、乾燥容器１０１内を３つの乾燥室１１１，１１２，１１３に区画したが、２つの乾燥室または４つ以上の乾燥室としてもよい。また、乾燥容器１０１の形状、石炭投入口１０２、乾燥炭排出口１０３、流動化ガス供給部１０４、ガス排出口１０５の各構成や配置は、各実施例に限定されるものではなく、流動層乾燥装置１２の設置場所や用途などに応じて適宜変更が可能である。
【０１１０】
また、上述した実施例では、湿潤燃料として低品位炭を使用したが、高品位炭であっても適用可能であり、また、石炭に限らず、再生可能な生物由来の有機性資源として使用されるバイオマスであってもよく、例えば、間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ及びこれらを原料としたリサイクル燃料（ペレットやチップ）などを使用することも可能である。
【０１１１】
また、上述した実施例では、乾燥容器１０１内に流動化ガスを供給するものとして説明したが、流動化ガスとして不活性ガス以外に空気などを適用してもよい。
【符号の説明】
【０１１２】
１１  給炭装置
１２  流動層乾燥装置
１３  微粉炭機
１４  石炭ガス化炉
１５  チャー回収装置
１６  ガス精製装置
１７  ガスタービン設備
１８  蒸気タービン設備
１９  発電機
２０  排熱回収ボイラ
３３  サイクロン
１０１  乾燥容器
１０４  流動化ガス供給部
１０５  ガス排出口
１０６，１０７，１０８  伝熱管
１２０  直線部
１２２  屈曲部
１３０  設置位置
１３１  管路
１３２  乱流促進体
１３３  隙間
１３４  支持部
２０２  流動化ガス供給装置
２０３  加熱装置
２１１  排ガス供給ライン
２１２  排出管
Ｓ，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３  流動層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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