(57)【要約】【課題】仕切板の下方に堆積する固形物の単位時間当たりの滞留量を低減する。【解決手段】流動層システム１００は、第１側壁２２２に設けられる投入口２２２ａと、第１側壁２２２と対向する第２側壁２２４に設けられる排出口２２４ａとを有する流動層室２２０と、流動層室２２０内における第１側壁２２２と第２側壁２２４との間に、第２側壁２２４との距離が、スラッギングに基づいて決定される距離Ｂの０．８倍〜３倍の範囲内となるように設けられ、底面との連通状態を維持したまま、流動層室２２０内を上流室２７２と下流室２７４とに区画する仕切板２７０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１側壁に設けられる投入口と、該第１側壁と対向する第２側壁に設けられる排出口とを有する流動層室と、
前記流動層室内における前記第１側壁と前記第２側壁との間に、該第２側壁との距離が、下記式（Ａ）で示される距離Ｂの０．８倍〜３倍の範囲内となるように設けられ、底面との連通状態を維持したまま、該流動層室内を上流室と下流室とに区画する仕切板と、
を備えた流動層システム。
【数１】
2018096639.tif 000006
【請求項２】
前記流動層室の底面のうち、前記仕切板の鉛直下方から前記第２側壁の鉛直下方までの間に設けられる抜出口を備えた請求項１に記載の流動層システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、固形物の流動層が形成される流動層室を備えた流動層システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
粒子状の固形物が収容された流動層室の下方から上方に向けてガスを噴出させることで形成される流動層を用いた流動層システムは、固形物の乾燥、燃焼、ガス化、造粒等様々な分野で利用されている。
【０００３】
流動層システムでは、鉛直方向に延在した仕切板を流動層室内に設けることで、固形物の滞留時間を均等化する技術も開発されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１６０３４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、流動層システムで取り扱う固形物は、大きさ（粒径）にバラツキがある場合がある。この場合、相対的に大きい固形物が仕切板の下方に滞留（堆積）して、仕切板の下方が固形物で閉塞されてしまい、運転ができなくなる。このため、メンテナンス頻度が増加してしまうという問題がある。
【０００６】
本開示は、このような課題に鑑み、仕切板の下方に堆積する固形物の単位時間当たりの滞留量を低減することが可能な流動層システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る流動層システムは、第１側壁に設けられる投入口と、該第１側壁と対向する第２側壁に設けられる排出口とを有する流動層室と、前記流動層室内における前記第１側壁と前記第２側壁との間に、該第２側壁との距離が、下記式（Ａ）で示される距離Ｂの０．８倍〜３倍の範囲内となるように設けられ、底面との連通状態を維持したまま、該流動層室内を上流室と下流室とに区画する仕切板と、を備える。
【数１】
2018096639.tif 000003
【０００８】
また、前記流動層室の底面のうち、前記仕切板の鉛直下方から前記第２側壁の鉛直下方までの間に設けられる抜出口を備えてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
仕切板の下方に堆積する固形物の単位時間当たりの滞留量を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】流動層システムを説明する図である。
【図２】仕切板と、第２側壁との距離を説明する図である。
【図３】下流室における距離の違いによる粒子の移動をシミュレーションした結果を説明する図である。
【図４】距離の違いによる上流室から下流室への質量流量のシミュレーション結果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
（流動層システム１００）
図１は、流動層システム１００を説明する図である。本実施形態では、流動層システム１００が、流動媒体として褐炭を乾燥させる構成を例に挙げて説明する。図１中、ガスの流れを実線の矢印で示し、流動媒体の流れを破線の矢印で示す。図１に示すように、流動層システム１００は、導入部１１０と、流動層部２１０とを含んで構成される。
【００１３】
（導入部１１０）
導入部１１０は、コンベア１１２と、ホッパ１１４と、導入管１１６と、導入バルブ１１８とを含んで構成される。コンベア１１２は、褐炭の供給源からホッパ１１４に褐炭を搬送する。ホッパ１１４は、コンベア１１２によって搬送された褐炭を一時的に貯留する。導入管１１６は、ホッパ１１４と流動層部２１０（流動層室２２０の投入口２２２ａ）とを連通する配管である。導入バルブ１１８は、導入管１１６に設けられ、導入管１１６の開度を調整する。
【００１４】
（流動層部２１０）
流動層部２１０は、流動層室２２０と、流動化ガス供給部２３０と、伝熱部２４０と、オーバーフロー部２５０と、サイクロン２６０と、仕切板２７０とを含んで構成される。
【００１５】
流動層室２２０は、直方体形状の容器である。流動層室２２０を構成する第１側壁２２２には、投入口２２２ａが設けられている。また、流動層室２２０を構成する側壁のうち、第１側壁２２２と対向する第２側壁２２４には、排出口２２４ａが設けられている。投入口２２２ａには、導入管１１６が接続されており、投入口２２２ａを通じて流動層室２２０に褐炭が導入される。そして、流動層室２２０は、導入された褐炭を収容する。
【００１６】
流動化ガス供給部２３０は、流動層室２２０の底面から流動化ガス（例えば、水蒸気）を供給する。具体的に説明すると、流動化ガス供給部２３０は、風箱２３２と、流動管２３４と、ブロワ２３６とを含んで構成される。
【００１７】
風箱２３２は、流動層室２２０の下方に設けられる。風箱２３２の上部は、第１側壁２２２の底面としても機能し、通気可能である分散板２３２ａで形成されている。分散板２３２ａ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、ノズルを設置した板で構成される。流動管２３４は、風箱２３２に接続される。また、流動管２３４には、流動化ガスを送り込むブロワ２３６が設けられている。ブロワ２３６は、流動層室２２０において褐炭の流動層が好適に形成される流量で、流動管２３４に流動化ガスを供給する。
【００１８】
こうして、ブロワ２３６によって流動層室２２０内に流動化ガスが供給される。流動化ガスは、流動層室２２０内で褐炭を流動させて、褐炭の流動層を形成する。また、ブロワ２３６は、流動化ガスを褐炭と接触させることで褐炭に含まれる水の一部を蒸発させる。
【００１９】
伝熱部２４０は、例えば、熱媒体が流通する配管で構成され、流動層室２２０内（本実施形態では、後述する上流室２７２）に配される。伝熱部２４０は、熱媒体の流通過程において、熱媒体が有する熱で褐炭を加熱する。伝熱部２４０を備える構成により、流動層室２２０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。したがって、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。
【００２０】
オーバーフロー部２５０は、排出口２２４ａに接続されたオーバーフロー管２５２を含んで構成される。オーバーフロー部２５０は、排出口２２４ａからオーバーフローした褐炭を外部に送出する。具体的に説明すると、投入口２２２ａを通じて、流動層部２１０（流動層室２２０内）に褐炭が導入されると、導入された褐炭の体積分だけ、流動層の体積が増加する。そうすると、褐炭（流動層）が排出口２２４ａからオーバーフローして、オーバーフロー管２５２を通じて外部に送出される。
【００２１】
サイクロン２６０は、流動層室２２０の天井２２６に形成された通気口２２６ａに接続されている。サイクロン２６０は、通気口２２６ａを通じて流動層室２２０から排出された流動化ガスを固気分離する。流動層室２２０を通過した流動化ガスには、褐炭が含まれている。したがって、サイクロン２６０を備えることにより、通気口２２６ａを通じて流動層室２２０から排出された流動化ガス（褐炭を含む）を固気分離する。そして、サイクロン２６０によって分離された流動化ガスは、外部に排気される。また、サイクロン２６０によって分離された褐炭は、外部に送出される。
【００２２】
このように、流動層室２２０内に未乾燥の褐炭が導入され、流動化ガス供給部２３０および伝熱部２４０によって褐炭が加熱され、褐炭から水の一部が蒸発されて除去される。一方、褐炭の流れについて説明すると、投入口２２２ａを通じて、流動層室２２０に導入された褐炭は、流動層室２２０内において流動層となり、流動層室２２０内を移動して、排出口２２４ａ、オーバーフロー管２５２を通じ、流動層室２２０内から外部に排出される。
【００２３】
ところで、褐炭は、大きさ（粒径）にバラツキがある。このため、ブロワ２３６が供給する流動化ガスの流速を、相対的に小さい粒子（以下、「小粒子」と称する）が流動層を形成できるように設定すると、相対的に大きい粒子（以下、「大粒子」と称する）は流動化せず、流動層室２２０の下部に堆積してしまう。一方、大粒子が流動層を形成できるように流速を設定すると、小粒子が飛散し、通気口２２６ａを通じて外部に排出されてしまう。そこで、ブロワ２３６は、平均粒径の粒子が流動層を形成できる流速で流動化ガスを供給する。しかし、粒子の大きさによって、流動層室２２０内の移動速度が異なり、流動層室２２０内における粒子の滞留時間が異なる。このため、乾燥されずに、排出される褐炭が生じ得る。
【００２４】
そこで、本実施形態の流動層部２１０では、流動層室２２０内に仕切板２７０を備える。仕切板２７０は、流動層室２２０内における第１側壁２２２と第２側壁２２４との間に、流動層室２２０の天井２２６および底面（分散板２３２ａ）から離隔して設けられる。また、仕切板２７０は、第１側壁２２２と第２側壁２２４と略平行に設けられる。仕切板２７０は、流動層室２２０を構成する側壁のうち、第１側壁２２２、第２側壁２２４以外の両側壁に接続され、流動層室２２０内を上流室２７２と、下流室２７４とに区画する。上流室２７２は、第１側壁２２２と仕切板２７０との間に形成され、下流室２７４は、仕切板２７０と第２側壁２２４との間に形成される。したがって、上流室２７２内に形成された流動層（褐炭）は、仕切板２７０の下方を通じて下流室２７４に移動する。また、本実施形態において、仕切板２７０は、上流室２７２より下流室２７４の方が、水平断面積（容積）が小さくなるように、流動層室２２０内に設けられる。
【００２５】
仕切板２７０を備える構成により、大きさに拘わらず粒子は、仕切板２７０の下方を通過することとなる。これにより、粒子が、投入口２２２ａから排出口２２４ａまでを最短距離で移動する事態を回避することが可能となる。したがって、滞留時間のバラツキを低減する（滞留時間を均等化（平均化）する）ことができる。
【００２６】
一方、仕切板２７０を備えると、仕切板２７０の下方（仕切板２７０の下端と、分散板２３２ａとの間）に褐炭が詰まることがある。具体的に説明すると、流動化しない大粒子が流動層室２２０の下部に滞留する。そうすると、大粒子が堆積し、大粒子によって仕切板２７０の下方が閉塞してしまう。
【００２７】
そこで、流動層室２２０の底面（分散板２３２ａ）に、抜出口２８０を設けておき、抜出口２８０を通じて、流動層室２２０から大粒子を抜き出す。抜出口２８０には、抜出管２８２が接続されており、抜出管２８２には開閉バルブ２８４が設けられている。
【００２８】
しかし、抜出口２８０から抜き出す粒子は、乾燥が不十分である。具体的に説明すると、分散板２３２ａの機能確保やメンテナンス等を勘案して、伝熱部２４０は、分散板２３２ａから所定距離上方に設けられる。このため、流動層室２２０の下部に堆積した粒子は乾燥が不十分となる。したがって、抜出口２８０から抜き出す粒子は、乾燥が不十分となる。このため、抜出口２８０から抜き出す粒子の量を低減する技術が希求されている。
【００２９】
そこで、仕切板２７０と第２側壁２２４との距離を工夫して、流動層室２２０の底部に滞留する粒子の単位時間当たりの滞留量を低減する。
【００３０】
図２は、仕切板２７０と、第２側壁２２４との距離を説明する図である。なお、理解を容易にするために、図２中、投入口２２２ａ、排出口２２４ａ、通気口２２６ａ、抜出口２８０を省略する。図２に示すように、本実施形態において、仕切板２７０と第２側壁２２４との距離Ｒが、下記式（Ａ）で示される距離Ｂの０．８倍〜３倍の範囲内となるように、仕切板２７０が流動層室２２０内に設けられる。
【数２】
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ここで、平均層高Ｈは、脈動する流動層の高さ（層高）の時間的な平均値である。
【００３１】
下流室２７４における粒子の流速を高くすることで、流動層室２２０の下部に滞留する粒子を排出口２２４ａまで持ち上げる。具体的に説明すると、下流室２７４における粒子の流速は、下記式（Ｂ）を用いて算出される。
粒子の流速＝（投入量−抜出量−オーバーフロー量）／（Ｒ×Ｌ）      …式（Ｂ）
したがって、距離Ｒが小さいほど、下流室２７４における粒子の流速を向上することができる。
【００３２】
しかし、距離Ｒが距離Ｂの１．０倍（以下、「１．０Ｂ」と称する）未満であると、下流室２７４においてスラッギング（突沸）が生じてしまう。スラッギングが生じると、流動層室２２０および下流（流動層室２２０の下流）側の設備に衝撃を与えてしまう。一方、距離Ｒが距離Ｂの３．０倍（以下、「３．０Ｂ」と称する）を上回ると、気泡が大きくならず、大粒子を持ち上げることができなくなり、大粒子が下流室２７４の底面に滞留する。
【００３３】
図３は、下流室２７４における距離Ｒの違いによる粒子の移動をシミュレーションした結果を説明する図である。なお、図３（ａ）は、距離Ｒを１．０Ｂとした場合のシミュレーション結果を示し、図３（ｂ）は、距離Ｒを３．０Ｂとした場合のシミュレーション結果を示す。なお、図３中、粒径が５００μｍ以上の大粒子のみを示す。
【００３４】
図３（ａ）に示すように、距離Ｒ＝１．０Ｂであると、下流室２７４の大粒子を排出口２２４ａまで到達させる（持ち上げる）ことができる。一方、図３（ｂ）に示すように、距離Ｒ＝３．０Ｂであると、下流室２７４の流速が低く、大粒子を排出口２２４ａまで到達させることができない。
【００３５】
また、下流室２７４における距離Ｒを小さくするほど、上流室２７２から下流室２７４に移動する大粒子の量が増加する。図４は、距離Ｒの違いによる上流室２７２から下流室２７４への質量流量のシミュレーション結果を説明する図である。なお、図４（ａ）は、粒径が２０μｍ〜３０００μｍの粒子の質量流量を示し、図４（ｂ）は、図４（ａ）における粒径が５００μｍ〜１１００μｍまでの質量流量の拡大図を示し、図４（ｃ）は、図４（ａ）における粒径が１１００μｍ〜３０００μｍまでの質量流量の拡大図を示す。また、図４中、距離Ｒ＝１．０Ｂを実線で示し、距離Ｒ＝３．０Ｂを破線で示す。
【００３６】
図４に示すように、距離Ｒ＝１．０Ｂでは、平均粒径が５００μｍ以上の大粒子が上流室２７２から下流室２７４に移動することが分かる。一方、距離Ｒ＝３．０Ｂでは、平均粒径が５００μｍ以上の大粒子がほとんど下流室２７４に移動しないことが分かった。
【００３７】
以上説明したように、距離Ｒを１．０Ｂ以上３．０Ｂ以下の範囲内とすることで、流動層室２２０の底部に滞留する粒子を排出口２２４ａまで効率よく移動させることができる。なお、上記したように、距離Ｒが短いほど、下流室２７４の流速が向上するため、距離Ｒは１．０Ｂが好ましい。ただし、距離Ｒが０．８Ｂであっても、流動層室２２０の耐久性を維持できる。このため、距離Ｒは、０．８Ｂ以上３．０Ｂ以下の範囲内としてもよい。
【００３８】
また、下記式（Ｃ）〜式（Ｅ）に示すように、下流室２７４の平均層高Ｈ、および、下流室２７４に供給される単位面積あたりの流動化ガスの流量Ｑｂが等しい場合、距離Ｒが小さいほど、気泡径Ｄｂは大きくなる。
【数３】
2018096639.tif 000005
【００３９】
上記したように、上流室２７２より下流室２７４の方が、水平断面積が小さい。すなわち、上流室２７２より下流室２７４の方が、距離Ｒが小さい。したがって、上記式（Ｃ）〜式（Ｅ）に示すように、下流室２７４における流動化ガスの気泡の大きさは、上流室２７２より大きくなる。つまり、下流室２７４に形成される流動層は、上流室２７２の流動層より密度が小さい。したがって、煙突効果により、上流室２７２から下流室２７４への粒子（褐炭）の移動を促進させることができる。
【００４０】
また、本実施形態の流動層部２１０では、上流室２７２から下流室２７４に褐炭がスムーズに移動し、また、ほとんどの大粒子を排出口２２４ａから排出することができる。したがって、抜出口２８０は、流動層室２２０の底面（分散板２３２ａ）のうち、仕切板２７０の鉛直下方から第２側壁２２４の鉛直下方の間、好ましくは、仕切板２７０の真下に設けられるとよい。これにより、仕切板２７０の下方に粒子が閉塞してしまう事態を回避することができる。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態にかかる流動層システム１００によれば、流動層室２２０内に仕切板２７０を設け、仕切板２７０と第２側壁２２４との距離Ｒを上記範囲内とすることで、大粒子を排出口２２４ａに導くことができる。これにより、仕切板２７０の下方への、単位時間当たりの固形物の堆積量を低減することが可能となる。したがって、抜出口２８０から抜き出される粒子量を低減することができる。
【００４２】
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。
【００４３】
例えば、上記実施形態において、流動媒体として褐炭を例に挙げて説明した。しかし、粒子状の固形物であれば、流動媒体の種類に限定はない。
【００４４】
また、上記実施形態において、流動層部２１０が褐炭を乾燥させる構成を例に挙げて説明した。しかし、流動層システム１００は、固形物の流動層を形成して、固形物に対して処理（乾燥、燃焼、ガス化、造粒等）を行うことができれば、流動層部２１０が行う処理に限定はない。
【００４５】
また、上記実施形態において、仕切板２７０が、流動層室２２０の天井２２６および底面（分散板２３２ａ）から離隔して設けられる構成を例に挙げて説明した。しかし、仕切板２７０は、底面との連通状態を維持したまま、上流室２７２と下流室２７４と区画できれば、形状に限定はない。例えば、仕切板が、天井２２６から底面まで延在し、上部と下部に孔が設けられた板であってもよいし、下部のみに孔が設けられた板であってもよい。また、仕切板の一部が天井２２６や底面に接続されていてもよい。
【００４６】
また、上記実施形態において、流動層部２１０が抜出口２８０を備える構成を例に挙げて説明した。しかし、仕切板２７０から第２側壁２２４までの距離Ｒを、すべての粒子を排出口２２４ａから排出することができる距離Ｒに設定した場合、抜出口２８０を省略することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本開示は、固形物の流動層が形成される流動層室を備えた流動層システムに利用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１００  流動層システム
２２０  流動層室
２２２  第１側壁
２２２ａ  投入口
２２４  第２側壁
２２４ａ  排出口
２２６  天井
２３２ａ  分散板（底面）
２７０  仕切板
２７２  上流室
２７４  下流室
２８０  抜出口
【図１】
2018096639.tif 000007
【図２】
2018096639.tif 000008
【図３】
2018096639.tif 000009
【図４】
2018096639.tif 000010