(57)【要約】【課題】原料の分級点をより正確にコントロールすることができ、かつ、分級効率を向上することが可能な、新規かつ改良された流動床装置を提供する。【解決手段】上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、流動化ガスにより原料の流動床が形成される流動床部と、流動床部の上側に形成され、側壁と水平面とがなす角度である朝顔角が６５°±５°の範囲内の値となる第１のフリーボード部と、第１のフリーボード部の上側に形成された第２のフリーボード部と、第２のフリーボード部の上側に形成され、流動化ガスが排出される排出口と、を備えることを特徴とする、流動床装置が提供される。【選択図】図１
2014037907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動化ガスにより原料の流動床が形成される流動床部と、
前記流動床部の上側に形成され、側壁と水平面とがなす角度である朝顔角が６５°±５°の範囲内の値となる第１のフリーボード部と、
前記第１のフリーボード部の上側に形成された第２のフリーボード部と、
前記第２のフリーボード部の上側に形成され、前記流動化ガスが排出される排出口と、を備えることを特徴とする、流動床装置。
【請求項２】
前記流動床部の幅Ｗ０と、前記第２のフリーボード部の幅Ｗとの比Ｗ／Ｗ０が１．７より大きく２．１より小さいことを特徴とする、請求項１記載の流動床装置。
【請求項３】
前記流動床部の下端面から前記第２のフリーボード部の上端面までの高さは、以下の式（１）で示される搬送解放高さＴＤＨの０．６倍以上であることを特徴とする、請求項１または２記載の流動床装置。
【数１】
2014037907.tif 000006
【請求項４】
前記流動床の高さは、静止層厚の１．５〜２倍であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の流動床装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動床装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コークスを製造する技術として、石炭を乾留前に乾燥、分級する技術が提案されている。そして、石炭の分級を行う装置として、流動床装置が提案されている。流動床装置は、概略的には、石炭が導入される流動床本体と、プレナム室とを備える。流動床本体は、複数のノズルが形成された目皿板を備え、目皿板に石炭が載せられる。プレナム室は、目皿板の下方に設けられる。プレナム室には、石炭を流動化させるための流動化ガスが導入される。流動化ガスは、目皿板のノズルを通って流動床本体内に噴出する。
【０００３】
このような流動床装置では、以下の処理が行われる。すなわち、流動床本体に石炭が導入される一方、プレナム室に流動化ガスが導入される。流動化ガスは、目皿板のノズルから流動床本体内に噴出する。これにより、流動化ガスは、石炭を流動化させる。すなわち、石炭は流動化ガスにより流動床とされる。流動床を通過した流動化ガスは、フリーボード部を通過し、その後、排出口から排出される。
【０００４】
ここで、流動床本体内の石炭の一部（多くは粒度が０．３ｍｍ以下の微粉）は、流動化ガスによりフリーボード部内に吹き飛ばされる。フリーボード部内の石炭は、終端速度を超える速度を有する場合、流動化ガスとともに排出口から排出されるが、終端速度以下の速度を有する場合、流動床に沈降する。終端速度は、石炭の粒度によって定まる。
【０００５】
そこで、従来は、分級したい粒度（分級点、または分級粒度とも称される）にもとづいて終端速度を算出し、この終端速度にもとづいて、フリーボード部内の流動化ガスの平均流速を調整していた。具体的には、プレナム室に導入される流動化ガスの熱風量及びフリーボード部の平断面積を調整することで、フリーボード部内の流動化ガスの平均流速を調整していた。ここで、平断面積は、フリーボード部の水平断面の面積である。これにより、分級点以下の石炭は排出口から排出されるので、石炭を分級することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許３２９０５７４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記の分級方法は、フリーボード部内の流動化ガスの平均流速だけで分級点をコントロールするだけだったので、分級の精度（分級のコントロール性）が十分でなかった。具体的には、例えば、分級点を０．５ｍｍとし、これに応じてフリーボード部内の流動化ガスの平均流速を設定しても、フリーボード部の水平断面の形状（例えばフリーボード部の縦横比）によって分級点が０．３〜０．５ｍｍの範囲でばらついていた。また、乾燥後の石炭への微粉の混入率、すなわち分級効率もフリーボード部の水平断面の形状によってばらついていた。
【０００８】
一方、特許文献１には、石炭の乾燥及び分級を行う流動床装置が開示されている。この流動床装置では、流動床本体が仕切りによって複数の領域に分割され、領域ごとにフリーボード部内の流動化ガスの平均流速が調整される。この技術によれば、領域ごとに分級点を調整することができる。しかし、この技術によっても、フリーボード部内の流動化ガスの平均流速のみで分級点をコントロールすることには変わりがない。また、この技術では、領域ごとにフリーボード部内の流動化ガスの平均流速を調整するので、流動床装置から排出された石炭の含水率がばらつくという別の問題もあった。含水率が高いと、後工程のコークス炉で多くのエネルギーが必要になり、かつ、コークスの品質もばらついてしまう。一方、含水率が低い場合、石炭が発火する可能性がある。
【０００９】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、分級点をより正確にコントロールすることができ、かつ、分級効率を向上することが可能な、新規かつ改良された流動床装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、流動化ガスにより原料の流動床が形成される流動床部と、流動床部の上側に形成され、側壁と水平面とがなす角度である朝顔角が６５°±５°の範囲内の値となる第１のフリーボード部と、第１のフリーボード部の上側に形成された第２のフリーボード部と、第２のフリーボード部の上側に形成され、流動化ガスが排出される排出口と、を備えることを特徴とする、流動床装置が提供される。
【００１１】
ここで、流動床部の幅Ｗ０と、第２のフリーボード部の幅Ｗとの比Ｗ／Ｗ０が１．７より大きく２．１より小さくてもよい。
【００１２】
さらに、流動床部の下端面から第２のフリーボード部の上端面までの高さは、以下の式（１）で示される搬送解放高さＴＤＨの０．６倍以上であってもよい。
【００１３】
【数１】
2014037907.tif 000003
【００１４】
また、流動床の高さは、静止層厚の１．５〜２倍であってもよい。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように本発明によれば、朝顔角θが６５°±５°の範囲内の値となるので、流動床装置は、分級点以下の原料をより正確に排出口から排出させる一方、分級点より大きい原料をより正確に流動床に沈降させることができる。したがって、流動床装置は、原料の分級点をより正確にコントロールすることができる。言い換えれば、流動床装置は、分級点のばらつきを抑えることができる。さらに、流動床装置は、分級効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る流動床装置の概略構成を示す側断面図である。
【図２】塊成炭製造装置の概略構成を示す側断面図である。
【図３】フリーボード部のＣ−Ｃ’断面形状及び流速分布を示す説明図である。
【図４】流速分布を詳細に示す説明図である。
【図５】流動床装置の他の例を示す側断面図である。
【図６】朝顔角と分級粒度（分級点）との対応関係を示すグラフである。
【図７】朝顔角と分級効率との対応関係を示すグラフである。
【図８】Ｗ／Ｗ０と分級粒度（分級点）との対応関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１８】
＜１．流動床装置の構成＞
まず、図１に基づいて、流動床装置１００の構成について説明する。図１に示すように、流動床装置１００は、流動床本体１２０と、プレナム室１３０と、ホッパ１６５とを備える。流動床装置１００は、いわゆる乾燥分級装置であり、流動床Ｘ２を用いて石炭Ｘ１の乾燥及び分級を行う。
【００１９】
ホッパ１６５は、石炭Ｘ１を貯蔵する。また、ホッパ１６５は、流動床本体１２０に接続されており、石炭Ｘ１を流動床本体１２０に導入する。
【００２０】
すなわち、本実施形態では、流動床装置１００に導入される原料は石炭Ｘ１となっている。石炭Ｘ１は、総質量に対して約９〜１０質量％程度の水分を含む。また、石炭Ｘ１の平均粒度は１〜２ｍｍ程度である。石炭Ｘ１は、粗粒（粒度０．５ｍｍ以上の粒子）と、微粉（粒度０．３ｍｍ以下の粒子）とを含む。
【００２１】
なお、平均粒度は、例えば以下のように測定される。まず、目開きの大きさが異なる篩を複数用意し、これらの篩を用いて石炭Ｘ１を複数の粒度区分の各々に区分する。そして、各粒度区分の中央値と、各粒度区分に属する石炭Ｘ１の割合（石炭Ｘ１の総質量に対する質量％）とに基づいて、粒度の算術平均値を平均粒度として測定する。粗粒は、粒度が０．５ｍｍ以上の粒度区分に属する粒子であり、微粉は、粒度が０．３ｍｍ以下の粒度区分に属する粒子である。
【００２２】
また、本実施形態では、原料として石炭Ｘ１を使用したが、石炭Ｘ１以外の原料に本発明を適用できることはもちろんである。本発明は、好適には、石炭Ｘ１と同じ比重を有する原料に適用される。
【００２３】
流動床本体１２０は、平面視で略長方形の形状となっており、流動床部２００と、フリーボード部２１０と、原料投入口１６０と、処理済み原料排出口１７０と、排ガス排出口１８０とを備える。流動床本体１２０は、概略的には、石炭Ｘ１を流動化ガス１３０ａにより流動化させることで流動床Ｘ２を形成するものである。
【００２４】
流動床部２００は、石炭Ｘ１の流動床Ｘ２が形成される領域であり、流動床部２００の底面が目皿板１４０となっている。目皿板１４０は、複数のノズル１４１を有する。ノズル１４１は、目皿板１４０を厚さ方向に貫通する穴である。
【００２５】
フリーボード部２１０は、流動床部２００の上側の領域である。フリーボード部２１０の幅は、天井に近いほど広くなるように設計されている。本実施形態では、フリーボード部２１０を特定の形状とすることで、分級点のコントロール性及び分級効率を向上させている。詳細は後述する。原料投入口１６０は、流動床本体１２０の長さ方向の後端面１２０ａに設けられる。原料投入口１６０は、ホッパ１６５に接続されており、石炭Ｘ１は、原料投入口１６０を介して流動床本体１２０内に投入される。処理済み原料排出口１７０は、流動床本体１２０の長さ方向の先端面１２０ｂに設けられる。乾燥後の石炭Ｘ３は、処理済み原料排出口１７０から流動床装置１００の外部に排出される。
【００２６】
排ガス排出口１８０は、流動床本体１２０の天井に設けられている。流動化ガス１３０ａは、石炭Ｘ１から発生した水蒸気及び一部の石炭Ｘ１（主に粒度の低い石炭Ｘ１）と混合され、排ガス１８０ａとなる。排ガス１８０ａはフリーボード部内で上昇し、流動床本体１２０の天井に設けられた排ガス排出口１８０から排出される。
【００２７】
プレナム室１３０は、流動化ガス１３０ａが外部から導入される部分である。流動化ガス１３０ａの温度は、例えば、石炭Ｘ１の水分をどの程度蒸発させるのかに応じて設定される。具体的には、流動化ガス１３０ａは、例えば常温〜５００℃程度の温度でプレナム室１３０内に供給される。流動化ガス１３０ａは、目皿板１４０のノズル１４１を通って流動床本体１２０内の石炭Ｘ１に導入される。
【００２８】
そして、流動化ガス１３０ａは、石炭Ｘ１を流動化させることで、流動床Ｘ２を形成する。その後、流動化ガス１３０ａは、石炭Ｘ１の乾燥によって生じた水蒸気及び一部の石炭Ｘ１と混合され、排ガス１８０ａとなる。排ガス１８０ａはフリーボード部２１０内で上昇し、流動床本体１２０の天井に設けられた排ガス排出口１８０から排出される。ここで、フリーボード部２１０内の排ガス１８０ａの流速は、分級点に応じて設定される。詳細は後述する。
【００２９】
流動床装置１００では、以下の処理が行われる。まず、ホッパ１６５は、原料導入口１６０から石炭Ｘ１を流動床本体１２０内に導入する。なお、石炭Ｘ１は、継続して導入される。一方、流動床装置１００は、プレナム室１３０に流動化ガス１３０ａを導入する。流動化ガス１３０ａは、目皿板１４０のノズル１４１を通って流動床本体１２０内の石炭Ｘ１に導入される。これにより、流動床本体１２０内の石炭Ｘ１が流動化される。すなわち、石炭Ｘ１は流動床Ｘ２とされ、乾燥される。乾燥後の石炭Ｘ３は、処理済み原料排出口１７０から流動床装置１００の外部に排出される。石炭Ｘ１の流動床本体１２０内での滞留時間は、乾燥後の石炭Ｘ３の含水率等に応じて設定されるが、例えば１〜５分となる。一方、流動化ガス１３０ａは、石炭Ｘ１の乾燥によって生じた水蒸気及び一部の石炭Ｘ１と混合され、排ガス１８０ａとなる。排ガス１８０ａはフリーボード部２１０内で上昇し、流動床本体１２０の天井に設けられた排ガス排出口１８０から排出される。これにより、石炭Ｘ１が乾燥される。このように、流動床装置１００は、含水率の高い石炭Ｘ１を乾燥させることで、より組織が密な石炭Ｘ３を製造することができる。これにより、後工程で強度の高いコークスを製造することができる。
【００３０】
また、流動床装置１００は、排ガス１８０ａを用いて石炭Ｘ１の分級も行う。すなわち、所望の分級点（例えば０．５ｍｍ）に応じて、排ガス１８０ａの第２のフリーボード部２１０ｂ内の平均流速（図４参照）が設定される。これにより、分級点以下の石炭Ｘ１は、排ガス１８０ａとともに排ガス排出口１８０から排出され、分級点より大きい石炭Ｘ１は流動床Ｘ２に沈降する。これにより、石炭Ｘ１が分級される。本実施形態では、後述するように、フリーボード部２１０の形状等が従来と異なるため、石炭Ｘ１の分級点をより正確にコントロールすることができ、かつ、分級効率が向上する。ここで、分級効率は、石炭Ｘ３の総質量に対する微粉の質量％である。これにより、本実施形態では、石炭Ｘ３の発塵及びコークス炉内のキャリーオーバーを抑制することができる。なお、排ガス排出口１８０から排ガス１８０ａとともに排出された石炭Ｘ１は、バグフィルタによって回収されてもよい。回収された石炭Ｘ１は、後述する塊成炭製造装置４００により塊成炭とされうる。また、流動床装置１００は、分級のみ行うものであってもよい。
【００３１】
＜２．塊成炭製造装置の構成＞
次に、図２に基づいて、塊成炭製造装置４００の構成について説明する。塊成炭製造装置４００は、ホッパ４１０と、スクリュー４２０と、ロールコンパクタ４３０とを備える。ホッパ４１０は、バグフィルタによって回収された石炭Ｘ４を貯留する。スクリュー４２０は、ホッパ４１０内の石炭Ｘ４を順次ロールコンパクタ４３０に投入する。ロールコンパクタ４３０は、石炭Ｘ４を圧縮することで、塊成炭Ｘ５を製造する。塊成炭Ｘ５は、石炭Ｘ４同士を圧着させたものなので、粘結性が向上している。この塊成炭Ｘ５は、乾燥後の石炭Ｘ３に混入されてもよい。これにより、原料である石炭Ｘ１をより効率的に使用することができるとともに、コークスの強度を向上させることができる。
【００３２】
なお、石炭Ｘ４の粒度分布は、流動床装置１００の分級点によって異なる。塊成炭Ｘ５の強度及び安定製造性の観点からは、分級点が０．５ｍｍ程度とされることが好ましい。分級点が０．５ｍｍを大きく超える場合、塊成炭Ｘ５の強度が低下する。また、分級点が０．５ｍｍを大きく下回る場合、石炭Ｘ４同士が圧着されずにロールコンパクタ４３０間を落下する。したがって、分級点が０．５ｍｍ程度とされることで、塊成炭Ｘ５の強度が向上し、かつ、塊成炭Ｘ５が安定して製造される。
【００３３】
＜３．流動床部及びフリーボード部の構成＞
従来は、分級点にもとづいて終端速度を算出し、この終端速度にもとづいて、フリーボード部内の流動化ガスの平均流速を調整していた。しかし、この分級方法は、フリーボード部内の流動化ガスの平均流速だけで分級点をコントロールするので、分級の精度が十分でなかった。また、分級効率もフリーボード部の水平断面の形状によってばらついていた。
【００３４】
そこで、本発明者は、フリーボード部２１０の形状に着目した。そして、本発明者は、フリーボード部２１０の幅を流動床本体１２０の天井に向かって広くすることで、フリーボード部２１０の壁際で排ガス１８０ａの循環領域が形成されることを見出した。そして、本発明者は、フリーボード部２１０の形状、特に後述する朝顔角θ（図３参照）を特定の範囲に設定することで、分級点より大きい石炭Ｘ１（例えば粗粒）が循環流に乗って効率良く沈降し、分級点以下の石炭Ｘ１（例えば微粉）が効率良く上昇することを見出した。
【００３５】
以下、図１及び図３にもとづいて、流動床部２００及びフリーボード部２１０の詳細な構成について説明する。図３（ａ）は、フリーボード部２１０のＣ−Ｃ’断面形状を示す。流動床部２００は、上述したように、流動床Ｘ２が形成される領域である。流動床部２００の幅Ｗ０は、流動床本体１２０の長さ方向に一定となっている。
【００３６】
フリーボード部２１０は、第１のフリーボード部（いわゆる朝顔部）２１０ａと、第２のフリーボード部２１０ｂとに区分される。第１のフリーボード部２１０ａは、流動床部２００の上側に形成される。第１のフリーボード部２１０ａは、流動床本体１２０の天井に近いほど幅が広くなるように設計されている。
【００３７】
第２のフリーボード部２１０ｂは、第１のフリーボード部２１０ａの上側に形成される。第２のフリーボード部２１０ｂの幅Ｗは、流動床本体１２０の長さ方向に一定となっている。第２のフリーボード部２１０ｂの上端面（すなわち、流動床本体１２０の天井）には、排ガス排出口１８０が連結されている。なお、第２のフリーボード部２１０ｂの上側に第３のフリーボード部をさらに設けてもよい。第３のフリーボード部は、例えば、流動床本体１２０の天井に近いほど幅が狭くなるように設計される。第３のフリーボード部が設けられる場合、フリーボード部１２０内で排ガス１８０ａがより円滑に流動する。
【００３８】
このような構成により、フリーボード部２１０内には、排ガス１８０ａの上昇領域３００と、排ガス１８０ａの循環領域３１０が形成される。矢印３００ａは、上昇領域内の排ガス１８０ａの流動方向を示し、矢印３１０ａは、循環領域内の排ガス１８０ａの流動方向を示す。上昇領域３００内の石炭Ｘ１のうち、分級点以下の石炭Ｘ１は、排ガス１８０ａとともに排ガス排出口１８０から排出されるか、または、循環領域３１０に移動する。一方、上昇領域３００内の石炭Ｘ１のうち、分級点より大きい石炭Ｘ１は、流動床Ｘ２に沈降するか、循環領域３１０に移動する。
【００３９】
循環領域３１０内の石炭Ｘ１は、排ガス１８０ａとともに循環領域３１０内を循環する。その後、分級点より大きい石炭Ｘ１は、流動床Ｘ２に沈降する。一方、分級点以下の石炭Ｘ１は、上昇領域３００に移動し、上昇領域３００内の排ガス１８０ａとともに排ガス排出口１８０から排出される。なお、石炭Ｘ１は含水率が高いので、フリーボード部２１０内で擬似粒子化している場合がある。擬似粒子は、石炭Ｘ１の粒子同士が互いの水分により結着した粒子である。本実施形態では、循環領域３１０内の排ガス１８０ａは循環しているので、循環領域３１０内の擬似粒子は、排ガス１８０ａ及び他の石炭Ｘ１によってもみ洗いされ、元の粒子に分解されることが期待される。分解された粒子のうち、分級点より大きい粒子は流動床Ｘ２に沈降し、分級点以下の粒子は上昇領域３００を経由して排ガス排出口１８０から排出される。したがって、流動床装置１００は、分級点以下の粒子同士が結着することで分級点より大きい擬似粒子が形成されても、この擬似粒子を分解し、分解した粒子を排ガス排出口１８０から排出することができる。
【００４０】
図３（ｂ）に示すグラフＬ１は、Ａ−Ａ’断面での排ガス１８０ａの流速分布を示し、図３（ｃ）に示すグラフＬ２は、Ｂ−Ｂ’断面での排ガス１８０ａの流速分布を示す。図３（ｂ）の横軸は、Ａ−Ａ’断面上の各点の幅方向位置ｗ、すなわち各点から中心軸ＬＣに下ろした垂線の長さを示す。中心軸ＬＣは、フリーボード部２１０の幅方向中心を通り、かつ鉛直方向に伸びる軸である。縦軸は、排ガス１８０ａの流速の鉛直方向（ｘ方向）成分ｖｘ（以下、単に流速ｖｘとも称する）を示す。図３（ｃ）も同様である。流速ｖｘは、中心軸ＬＣでピークとなる。また、流速ｖｘは、側壁付近で正負が逆転する（排ガス１８０ａが逆流となる）。
【００４１】
なお、フリーボード部２１０内の各点における排ガス１８０ａの流速は、例えば、連続の式とナビア・ストークスの式を連立して解けば求まる。通常は、ＦＬＵＥＮＴ等の汎用流体計算パッケージを使用すればよい。
【００４２】
また、分級点に応じて、第２のフリーボード部２１０ｂ内の排ガス１８０ａの平均流速が設定される。例えば、分級点が０．５ｍｍ程度となる場合、平均流速は１．５〜２．５ｍ／ｓ程度となるが、最終的には当該流動床の運転状況を見ながら適宜調整すればよい。ここで、第２のフリーボード部２１０ｂ内の排ガス１８０ａの平均流速は、Ｂ−Ｂ’断面での排ガス１８０ａの流速の総和をＢ−Ｂ’断面積で除算した値である。具体的には、後述する式（２）で算出される。
【００４３】
図４に、流速ｖｘの詳細な計算例を示す。図４に示すグラフＬ３は、フリーボード部２１０の右半分の流速分布を示す。流速ｖ０は、分級点の粒度を有する石炭Ｘ１の終端速度を示す。また、Ｗは上述したように第２のフリーボード部２１０ｂの幅となる。また、ａ／２は、終端速度ｖ０に対応する幅方向位置を示し、この例では４／Ｗ程度となる。また、この例では、分級点は０．５（ｍｍ）となっており、終端速度ｖ０は、２．７（ｍ／ｓ）となる。したがって、ａ／Ｗは０．５程度となる。なお、ａ／Ｗは０．５〜０．６程度となることが好ましい。ａ／Ｗがこの範囲内の値となる場合、分級の精度及び分級効率が向上する。
【００４４】
第１のフリーボード部２１０ａの側壁と水平面とがなす角度である朝顔角θによって、排ガス１８０ａの流動状況が大きく変化する。本発明者は、朝顔角θが６５°付近となる場合に、石炭Ｘ１の分級点をより正確にコントロールすることができ、かつ、分級効率が大きく向上することを見出した。具体的には、本実施形態では、朝顔角θは６５°±５°の範囲内の値となり、好ましくは、６５°±２°の範囲内の値となる。朝顔角θが７０°より過大となる場合、循環領域３１０が大きく発達し、微粉の分級（上昇分離）が進みにくくなる。すなわち、分級効率が低下する（分級効率の値が増加する）。一方、朝顔角θが６０°を下回ると、循環領域３１０での排ガス１８０ａの逆流速度（下向きの速度）が増すが、上昇領域３００の中心軸ＬＣの流速も大きく増加する。このため、上昇領域中の石炭Ｘ１のうち、分級点より大きい石炭Ｘ１は、流動床Ｘ２に沈降しにくくなる。すなわち、分級の精度が低下する（分級点よりも大きい石炭Ｘ１が排出されやすくなる）。このため、本実施形態では、朝顔角θは６５°±５°の範囲内の値とされる。なお、朝顔角θが当該範囲内の値となる場合、上述したａ／Ｗは０．５〜０．６程度となる。
【００４５】
また、流動床部２００の幅Ｗ０と、第２のフリーボード部の幅Ｗとの比である拡幅比Ｗ／Ｗ０によって、排ガス１８０ａの流動状況が大きく変化する。本発明者は、拡幅比Ｗ／Ｗ０は２．０付近となる場合に、石炭Ｘ１の分級点をより正確にコントロールすることができ、かつ、分級効率が大きく向上することを見出した。具体的には、本実施形態では、拡幅比Ｗ／Ｗ０は１．７より大きく２．１より小さいことが好ましい。拡幅比Ｗ／Ｗ０は、１．８より大きく２．０より小さいことがより好ましい。拡幅比Ｗ／Ｗ０が１．７以下となる場合、循環領域が発達せず、上昇領域中の石炭Ｘ１のうち、分級点より大きい石炭Ｘ１は、流動床Ｘ２に沈降しにくくなる。すなわち、分級の精度が低下する（分級点よりも大きい石炭Ｘ１が排出されやすくなる）。一方、拡幅比Ｗ／Ｗ０が２．１以上となる場合、循環領域３１０内の循環流が安定せず分級効率が低下する。このため、本実施形態では、拡幅比Ｗ／Ｗ０は１．７より大きく２．１より小さいことが好ましい。なお、拡幅比Ｗ／Ｗ０が上述した範囲内の値となる場合、上述したａ／Ｗは０．５〜０．６程度となる。
【００４６】
また、流動床部２００の下端面（すなわち、目皿板１４０の表面）から第２のフリーボード部２１０ｂの上端面までの高さＨは、以下の式（１）で示される搬送解放高さＴＤＨ（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ｄｉｓｅｎｇａｇｉｎｇ  Ｈｅｉｇｈｔ）の０．６倍以上であることが好ましい。
【００４７】
【数２】
2014037907.tif 000004
【００４８】
ここで、フリーボード平均流速Ｕｇは以下の式（２）で表される。
【００４９】
【数３】
2014037907.tif 000005
【００５０】
ここで、熱風量はプレナム室１３０に単位時間あたりに導入される流動化ガス１３０ａの体積であり、単位はｍ３／ｓである。フリーボード面積は、Ｂ−Ｂ’断面積である。
【００５１】
分級に要する必要最小限の飛行距離を確保することも重要な要件である。流動床Ｘ２表面から石炭Ｘ１が飛び出す速度は、石炭Ｘ１の終端速度よりも大きいことが多い。大径の石炭Ｘ１は直ちに沈降し流動床Ｘ２に沈降するが、小径の石炭Ｘ１はより高方まで到達する。従って、流動床Ｘ２から飛び出した石炭Ｘ１のうち、分級点より大きい石炭Ｘ１を流動床Ｘ２に沈降させる分の飛行距離が必要となる。
【００５２】
一方、フリーボード部２１０内の粒子濃度は、流動床Ｘ２の表面からｘ方向（高さ方向）に指数関数的に減少するが、ある高さ以上では一定の値を示す。この高さを搬送解放高さＴＤＨと呼ぶ。一方、分級点より大きい石炭Ｘ１は、少なくとも搬送解放高さＴＤＨまで到達するまでに、その速度が終端速度より小さくなっている。すなわち、分級に要する必要最小限の飛行距離は、搬送解放高さＴＤＨよりも多少低い値となる。具体的には、高さＨは、搬送解放高さＴＤＨの０．６倍以上であればよい。設備費の観点からは、高さＨは、上述した条件を満たす範囲でなるべく低いことが好ましい。
【００５３】
また、記流動床Ｘ２の高さＨ０は、静止層厚の１．５〜２倍であることが好ましい。静止層層厚（静止層高さ）は、流動床Ｘ２が流動していない時の高さである。高さＨ０が静止層厚の１．５倍未満である場合、石炭Ｘ１が十分流動せず、分級点以下の石炭Ｘ１がフリーボード部２１０に飛散しにくくなる。一方、高さＨ０が静止層厚の２倍を超える場合、分級点より大きい石炭Ｘ１が多数フリーボード部２１０内に飛散するので、分級の精度が低下する。
【００５４】
このように、本実施形態では、朝顔角θが６５°±５°の範囲内の値となるので、流動床装置１００は、分級点以下の石炭Ｘ１をより正確に排ガス排出口１８０から排出させる一方、分級点より大きい石炭Ｘ１をより正確に流動床Ｘ２に沈降させることができる。したがって、流動床装置１００は、石炭Ｘ１の分級点をより正確にコントロールすることができる。言い換えれば、流動床装置１００は、分級点のばらつきを抑えることができる。
【００５５】
さらに、流動床装置１００は、分級点以下の石炭Ｘ１（例えば、微粉）をより正確に排ガス排出口１８０から排出させることができるので、分級効率を向上させることができる。
【００５６】
さらに、拡幅比Ｗ／Ｗ０が１．７より大きく２．１より小さいので、流動床装置１００は、石炭Ｘ１の分級点をより正確にコントロールすることができ、かつ、分級効率を向上させることができる。
【００５７】
さらに、流動床部２００の下端面から第２のフリーボード部２１０ｂの上端面までの高さは、搬送解放高さＴＤＨの０．６倍以上となるので、石炭Ｘ１の分級点をより正確にコントロールすることができ、かつ、分級効率を向上させることができる。
【００５８】
さらに、流動床Ｘ２の高さＨ０は、静止層厚の１．５〜２倍であるので、流動床装置１００は、石炭Ｘ１の分級点をより正確にコントロールすることができ、かつ、分級効率を向上させることができる。
【００５９】
さらに、流動床装置１００は、排ガス１８０ａの第２のフリーボード部２１０ｂ内での平均流速を分級点に応じて設定することで、石炭Ｘ１を所望の分級点で分級することができる。ここで、分級点は、０．５ｍｍ程度に設定されることが好ましい。塊成炭製造装置４００が強度の大きい塊成炭Ｘ５を安定して製造することができるからである。また、流動床装置１００は、なるべく少ない熱風量で石炭Ｘ１を分級することができる。
【００６０】
＜４．変形例＞
図５に、流動床装置１００の変形例を示す。この変形例では、流動床本体１２０、プレナム室１３０、及び目皿板１４０が隔壁１１１、１３５によって流動床本体１２１、１２２、プレナム室１３１、１３２、及び目皿板１４１、１４２に分割される。なお、隔壁１１１の下端部には空間１１２が形成されており、流動床本体１２１内の石炭Ｘ１は空間１１２を通って流動床本体１２２に移動する。プレナム室１３１には、流動化ガス１３１ａが導入され、プレナム室１３２には流動化ガス１３２ａが導入される。したがって、流動床本体１２１、１２２の各々で流動床Ｘ２１、Ｘ２２が形成される。また、流動床本体１２１、１２２の各々に、排ガス排出口１８１、１８２が設けられる。排ガス排出口１８１からは排ガス１８１ａが排出され、排ガス排出口１８２からは排ガス１８２ａが排出される。
【００６１】
この変形例に係る流動床装置１００は、例えば石炭Ｘ１の乾燥分級に使用される。すなわち、前段の流動床本体１２１で石炭Ｘ１を乾燥し、後段の流動床本体１２２で石炭Ｘ１を分級する。したがって、この変形例では、少なくとも後段の流動床本体１２２が上述した構成を有する。なお、隔壁は２つ以上あってもよい。この場合、流動床本体１２０等が３つ以上に分割される。また、最後段の流動床本体が石炭Ｘ１の分級に使用される。
【実施例】
【００６２】
次に、本実施形態の実施例について説明する。本実施例は、まず、前述のようにＦＬＵＥＮＴを用いて流動床２次元断面の流速分布を計算し、その流速場において単一石炭粒子の飛行軌跡を計算して上部出口から排出するかどうかを判定した。前記単一粒子の飛行軌跡の計算を、粒子径（粒度）と初期位置（流動床目皿板上の幅方向の位置）とを変えて行うことで、排出された石炭の粒子径から分級点を、流動床内に滞留する石炭中の微粉（０．３ｍｍ以下）比率（すなわち分級効率）をそれぞれ推定した。本実施例では、図１に示す流動床装置１００において、以下のように各パラメータを固定し、その上で、朝顔角θ及び拡幅比Ｗ／Ｗ０を振ることで、これらの値の好適な範囲を検証した。
【００６３】
固定されたパラメータは以下のとおりである。
石炭Ｘ１の平均粒度＝１．０ｍｍ
第２のフリーボード部２１０ｂ内での排ガス１８０ａの平均流速＝２．０（ｍ／ｓ）
流動床Ｘ２の高さＨ０＝５００（ｍｍ）
静止層厚＝３００（ｍｍ）
第１のフリーボード部２１０ａの高さＨ１＝５９０（ｍｍ）
第２のフリーボード部２１０ｂの高さＨ２＝４４１０（ｍｍ）
流動床部２００の下端面から第２のフリーボード部２１０ｂの上端面までの高さＨ＝５５００（ｍｍ）
ＴＤＨ＝８．０（ｍ）
【００６４】
したがって、流動床Ｘ２の高さＨ０は静止層厚の１．７倍となる。また、高さＨはＴＤＨの０．６９倍となる。また、本実施例では、分級点の設計範囲（好ましい範囲）を０．４５（ｍｍ）〜０．５５（ｍｍ）とした。分級点が０．５５（ｍｍ）より大きい場合、塊成炭Ｘ５の強度が不足する。一方、分級点が０．４５（ｍｍ）未満となる場合、塊成炭Ｘ５が安定して製造することが容易でない（微粉塊成不良）。また、分級効率（石炭Ｘ３の総質量に対する微粉の質量％）の設計範囲を２（質量％）以下とした。分級効率が２質量％を超える場合、発塵及びキャリーオーバーが発生しやすくなる。
【００６５】
図６中のプロットＰ１、Ｐ２は、本実施例で実測された朝顔角θと分級点との対応関係を示す。プロットＰ１は設計範囲に含まれ、プロットＰ２は設計範囲から外れる。なお、曲線Ｌ１０は、プロットＰ１、Ｐ２から導出される近似曲線である。近似曲線Ｌ１０の導出には最小二乗法を用いた。
【００６６】
図７中のプロットＰ３、Ｐ４は、本実施例で実測された朝顔角θと分級効率との対応関係を示す。プロットＰ３は設計範囲に含まれ、プロットＰ４は設計範囲から外れる。なお、曲線Ｌ１１は、プロットＰ３、Ｐ４から導出される近似曲線である。近似曲線Ｌ１１の導出には最小二乗法を用いた。なお、朝顔角θと分級点（または分級効率）との対応関係の測定時には、第２のフリーボード部２１０ｂ内での排ガス１８０ａの平均流速（すなわち、フリーボード平均流速）＝１．９（ｍ／ｓ）とした。
【００６７】
図８中のプロットＰ５、Ｐ６は、本実施例で実測された拡幅比Ｗ／Ｗ０と分級点との対応関係を示す。プロットＰ５は設計範囲に含まれ、プロットＰ６は設計範囲から外れる。なお、曲線Ｌ１２は、プロットＰ５、Ｐ６から導出される近似曲線である。近似曲線Ｌ１２の導出には最小二乗法を用いた。なお、拡幅比Ｗ／Ｗ０と分級点との対応関係の測定時には、第２のフリーボード部２１０ｂ内での排ガス１８０ａの平均流速＝１．９ｍ／ｓ、朝顔角＝６５°とした。
【００６８】
図６〜図８によれば、朝顔角θの適正範囲は６５±５°であることが実証された。また、朝顔角θのより好ましい範囲は６５±２°であることが実証された。後者の範囲の場合、分級点が０．５ｍｍにより近くなるからである。さらに、拡幅比Ｗ／Ｗ０の適正範囲は１．７より大きく２．１より小さい範囲であることが立証された。また、拡幅比Ｗ／Ｗ０のより好ましい範囲は１．８より大きく２より小さい範囲であることが立証された。後者の範囲の場合、分級点が０．５ｍｍにより近くなるからである。
【００６９】
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詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、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、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００７０】
１００    流動床装置
１２０    流動床本体
１３０    プレナム室
１３０ａ  流動化ガス
１４０    目皿板
１４１    ノズル
１６０    原料投入口
１６５    ホッパ
１７０    処理済み原料排出口
１８０    排ガス排出口
１８０ａ  排ガス
２００    流動床部
２１０    フリーボード部
２１０ａ  第１のフリーボード部
２１０ｂ  第２のフリーボード部
３００    上昇領域
３１０    循環領域
４００    塊成炭製造装置
【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６】
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【図７】
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【図８】
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