(57)【要約】【課題】  粒状物質を密度及び/又はサイズで分離するための装置を提供する。【解決手段】  この装置は、流動化すべき粒状物質を受理するための粒状物質受理入口を有する流動床を備えている。この流動床は第１の流動化流を受理するための開口部と、流動化粒状物質のための排出口と、非流動化粒状物質のための少なくとも１つの排出口とを有する。コンベヤーが流動床内に操作自在に配置され、非流動化粒状物質を前記非流動化粒状物質排出口に搬送させるようになっている。収集ボックスが流動床と操作自在に連通していて非流動化粒状物質を受理するようになっている。非流動化粒状物質がこの収集ボックス内にあるとき、第２の流動化流が該非流動化粒状物質を通るよう向けさせ、そこから可流動化粒子を分離させるようにした手段を更に備えている。【選択図】  図１５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒状物質を密度及び/又はサイズで分離し、汚染物質を濃縮して供給粒状物質流から分離するための装置であって：
（ａ）供給粒状物質を受理するための受理入口と、流動化流を受理するための開口部と、流動化粒状製品流を排出するための排出口と、非流動化粒子流を排出するための排出口とを具備してなる流動床と；
（ｂ）流動化流を前記流動床に導入し、前記流動化粒状製品流を前記非流動化粒子流から分離するため前記開口部に操作自在に接続された流動化流源と；
（ｃ）前記流動床から排出された前記流動化粒状製品流を受理するための受理手段と；
（ｄ）前記流動床内の前記非流動化粒子を前記排出口を介して前記受理手段に搬送させるためのコンベヤーと；
を具備してなり；
（ｅ）前記流動化粒状製品流が前記供給粒状物質との関連で約２３〜５４％減少した汚染物質を含み、前記非流動化粒子流が前記供給粒状物質に含有されていた汚染物質の約９〜４５％を含むものであることを特徴とする粒状物質分離装置。
【請求項２】
前記粒状物質が石炭である請求項１記載の粒状物質分離装置。
【請求項３】
前記汚染物質がフライアッシュ、硫黄、水銀および灰分からなる群から選択されるものである請求項１記載の粒状物質分離装置。
【請求項４】
前記流動化粒状製品流中のフライアッシュの減少が約２３〜４３％である請求項３記載の熱処理装置。
【請求項５】
前記流動化粒状製品流中の硫黄の減少が約２５〜５１％である請求項３記載の熱処理装置。
【請求項６】
前記流動化粒状製品流中の水銀の減少が約２７〜５４％である請求項３記載の熱処理装置。
【請求項７】
前記流動化流が空気である請求項１記載の粒状物質分離装置。
【請求項８】
前記流動化流がスチームである請求項１記載の粒状物質分離装置。
【請求項９】
前記流動化流が不活性ガスである請求項１記載の粒状物質分離装置。
【請求項１０】
前記流動化流が、流動床への導入の前に熱源により加熱されるようになっている請求項１記載の粒状物質分離装置。
【請求項１１】
前記熱源が一次熱源である請求項１０記載の粒状物質分離装置。
【請求項１２】
前記熱源が廃熱源である請求項１０記載の粒状物質分離装置。
【請求項１３】
前記廃熱源が高温凝縮器冷却水、高温スタックガス、高温煙道ガス、使用済みプロセス流、および操作機器からの廃熱からなる群から選択されるものである請求項１２記載の粒状物質分離装置。
【請求項１４】
前記流動化流により流動床に伝達される温度が３００°Fを超えない請求項１０記載の粒状物質分離装置。
【請求項１５】
前記流動化流により流動床に伝達される温度が２００〜３００°Fの範囲である請求項１０記載の粒状物質分離装置。
【請求項１６】
前記装置が発電プラントとの関連で使用されるものである請求項２記載の粒状物質分離装置。
【請求項１７】
前記装置がコークス化プラントとの関連で使用されるものである請求項２記載の粒状物質分離装置。
【請求項１８】
前記非流動化粒子流を受理するための非流動化粒子流受理手段と操作自在に接続されている収集チャンバーを更に具備してなり、該収集チャンバーが第２の流動床と、該収集チャンバーに収容されている前記非流動化粒子を通るよう第２の流動化流を向けさせる手段とを具備してなり、そこから可流動粒子を分離し、前記非流動化粒子流内の汚染物質を更に濃縮させるようにした請求項１記載の粒状物質分離装置。
【請求項１９】
該収集チャンバー内で前記非流動化粒子流から分離された可流動粒子を前記第２の流動化流により前記第１の流動床へ戻すようになっている請求項１８記載の粒状物質分離装置。
【請求項２０】
粒状物質を密度及び/又はサイズで分離するための装置であって：
（ａ）流動化すべき粒状物質を受理するための粒状物質受理入口と、第１の流動化流を受理するための開口部と、流動化粒状物質排出口と、非流動化粒状物質排出口とを具備してなる流動床と；
（ｂ）前記流動床内の前記非流動化粒状物質を前記非流動化粒状物質排出口に搬送させるためのコンベヤーと； 
（ｃ）前記流動床から排出する前記非流動化粒状物質を受理するため配置された収集ボックスであって、前記収集ボックスから前記非流動化粒状物質が抽出されたとき、第２の流動化流を該非流動化粒状物質を通るよう向けさせ、そこから可流動化粒子を分離させる手段を備えてなるものと；
（ｄ）前記流動床および前記収集ボックスに操作自在に接続された流動化流源と；
を具備してなることを特徴とする分離装置。
【請求項２１】
が収集ボックスから出たとき、前記非流動化粒状物質から分離された前記可流動化粒子が前記流動化流により前記流動床に戻るよう向けさせるようにした請求項２０記載の分離装置。
【請求項２２】
前記粒状物質が石炭である請求項２０記載の粒子を分離するための方法。
【請求項２３】
前記収集ボックスから出る非流動化石炭流を方向的に制御するため、前記収集ボックスに整合させた１又は２以上のシュートを具備してなる請求項２０記載の粒状物質分離装置。
【請求項２４】
前記収集ボックスから出る非流動化石炭流を方向的に制御するため、前記収集ボックスに整合させたシュートを具備してなり、該シュートが、前記収集ボックスから出る流動化流を方向づけるための第１の開口部と、前記収集ボックスから出る非流動化粒状物質流を方向づけるための第２の開口部とを具備してなる請求項２０記載の粒状物質分離装置。
【請求項２５】
前記流動化流が空気である請求項２０記載の粒状物質分離装置。
【請求項２６】
第２の流体流が前記非流動化粒状物質を通るように方向づけるための手段がコレクター・ディストリビュータ・プレートであって、該ディストリビュータ・プレートが傾斜した孔を有し、それを介して前記流動化流を前記非流動化粒状物質に向けさせるようにした請求項２０記載の粒状物質分離装置。
【請求項２７】
第２の流体流が前記非流動化粒状物質を通るように方向づけるための手段がコレクター・ディストリビュータ・プレートであって、該ディストリビュータ・プレートが傾斜した孔を有し、それを介して前記流動化流を前記非流動化粒状物質に向けさせるようにすると共に、該ディストリビュータ・プレートが傾斜していて前記流動化粒状物質および非流動化粒状物質の流れの制御を助けるようにした請求項２０記載の粒状物質分離装置。
【請求項２８】
進退自在なゲートを更に具備してなり、それが開口するまで、前記非流動化粒状物質が前記流動床および収集ボックスから出るのを防止するようにした請求項２０記載の粒状物質分離装置。
【請求項２９】
第２の流体流が前記非流動化粒状物質を通るよう方向づけるための手段が傾斜したコレクター・ディストリビュータ・プレートであって、該ディストリビュータ・プレートが傾斜した孔を有し、それを介して前記流動化流を前記非流動化粒状物質に向けさせるようにすると共に、前記流動床から流れて前記収集ボックスを通る非流動化粒状物質の流れを、流動床内の流動化流の圧力、前記収集ボックスの流動化流および前記ディストリビュータ・プレートの傾斜の内の１又は２以上によって制御するようにした請求項２０記載の粒状物質分離装置。
【請求項３０】
前記流動床内に収容された粒状物質を支持するため、該流動床の底部近傍に配置させたベッド・ディストリビュータ・プレートを更に具備してなり、該ベッド・ディストリビュータ・プレートが弁を備え、該弁によって粒状物質を流動化させるため、前記流動床内に選択的に配向させた流動化流のパターンを形成するようにした請求項２０記載の粒状物質分離装置。
【請求項３１】
前記流動床内に収容された粒状物質を支持するため、該流動床の底部近傍に配置させたベッド・ディストリビュータ・プレートを更に具備してなり、該ベッド・ディストリビュータ・プレートが複数の互いに離間して傾斜した孔を備え、該孔によって流動化流が流動床内に収容された粒状物質を通るよう方向づけるため、流動床内に複数の流動化流を生じさせるようにした請求項２０記載の粒状物質分離装置。
【請求項３２】
前記流動床内に収容された粒状物質を支持するため、該流動床の底部近傍に配置させたベッド・ディストリビュータ・プレートを更に具備してなり、該ベッド・ディストリビュータ・プレートが傾斜面を有し、それにより前記非流動化粒状物質の前記コンベヤーに向けた重力流を促進させるようにした請求項２０記載の粒状物質分離装置。
【請求項３３】
前記流動床内に収容された粒状物質を支持するため、該流動床の底部近傍に配置させたベッド・ディストリビュータ・プレートを更に具備してなり、該ベッド・ディストリビュータ・プレートが傾斜してその下に充気室を画成してなり、前記流動化流が流動床全体に分配される前にこの充気室に導入されるようにした請求項２０記載の粒状物質分離装置。
【請求項３４】
前記流動化流を流動床に導入させる前に、粒状物質の温度を超える温度に加熱するようにした請求項２０記載の粒状物質分離装置。
【請求項３５】
前記流動化流を流動床に導入させる前に、粒状物質の温度を超える温度に加熱するようにすると共に、該装置が副産物として過剰の熱を発生させるプラントシステムで使用されるものであり、この過剰の熱を該流動化流を加温するための熱源として使用するようにした請求項２０記載の粒状物質分離装置。
【請求項３６】
前記流動床がせきにより分離された第１段階と、第２段階とを有し、流動化粒状物質のみが前記流動化流により前記第２段階に向けられるよう前記せきが配置され、前記コンベヤーおよび非流動化粒状物質排出口の双方が前記第１段階内に位置している請求項２０記載の粒状物質分離装置。
【請求項３７】
粒状物質を密度又はサイズで分離するための方法であって：
（ａ）流動化すべき粒状物質を受理するための粒状物質受理入口と、第１の流動化流を受理するための開口部と、流動化粒状物質排出口と、非流動化粒状物質排出口とを具備してなる流動床を提供すること；
（ｂ）前記流動床内の前記非流動化粒状物質を前記非流動化粒状物質排出口に搬送させるためのコンベヤーを提供すること； 
（ｃ）前記流動床から排出する前記非流動化粒状物質を受理するため配置された収集ボックスを提供することであって、該収集ボックスが、そこから前記非流動化粒状物質が出されたとき、第２の流動化流を該非流動化粒状物質を通るよう向けさせ、そこから可流動化粒子を分離させるようにした手段を有するものと；
（ｄ）前記流動床および前記収集ボックスに操作自在に接続された流動化流源を提供すること；
（ｅ）前記流動床の粒状物質受理入口を介して粒状物質を処理のため移送すること；
を具備してなることを特徴とする方法。
【請求項３８】
前記非流動化粒状物質排出口が、前記収集ボックスからの流動化流が前記流動化粒状物質を前記流動床に戻させるよう向けさせる第１の開口部と、前記流動床から非流動化粒状物質を除去するための第２の開口部とを含む請求項２０記載の粒状物質分離装置。
【請求項３９】
前記コンベヤーがねじ錐である請求項２０記載の粒状物質分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は汚染物質又は他の好ましくない成分を含有する密度及び/又はサイズの比較的大きい物質から粒状物質を分離すると同時に、この密度及び/又はサイズの比較的大きい物質を濃縮し、この汚染物質又は成分を含む物質を取除き、更に処理又は廃棄するための装置および方法に関する。特に、本発明はスクラバーアッセンブリーを流動床と操作自在に連通させつつ利用して、石炭又は他の有機物質を処理し、汚染物質又は他の好ましくない成分を含有する密度及び/又はサイズの比較的大きい物質を残りの石炭又は他の有機物質から分離するものである。
【背景技術】
【０００２】
世界の電力の約６３％、米国で生産されている電力の７０％は、石炭、石油、天然ガスなどの化石燃料の燃焼から供給されている。このような燃料は、電力プラントの燃焼チャンバーで燃焼させて熱を発生させ、ボイラー内の水をスチームに変換させる。このスチームはついで過熱され、巨大なスチームタービンへ導入され、そこでタービンの扇風機形羽根を押し、タービンのシャフトを回転させる。この回転シャフトがついで、発電機のロータを回転させ、電気を生じさせる。
【０００３】
米国で採掘された石炭の８９％は電力プラントのための熱源として使用されている。石油、天然ガスと異なり、地球から経済的に抽出することができる石炭の利用可能な供給量は膨大である。瀝青炭はその豊富な量、比較的高い発熱量のため、電力生産について最も広く使用されるランクの石炭である。しかし、これは中ないし高レベルの硫黄を含有する。米国におけるクリーン・エア条例のような次第に厳しくなる環境規制の結果、電力プラントではこれらの石炭の燃焼からもたらされる二酸化硫黄(ＳＯ２)、亜酸化窒素(ＮＯｘ)、水銀化合物およびフライアッシュにより空気が汚染されるのを防止するため、これらのプラントの煙突の上流に高価なスクラバー装置を設置しなければならなかった。
【０００４】
亜瀝青炭および亜炭のような低ランクの石炭は、その低い硫黄含量のため、電力プラントの熱源として次第に注目されるようになっている。しかし、このような石炭を燃やしたとき、依然として可なりのレベルのＳＯ２やＮＯｘを発生させ、そのため、連邦並びに州の汚染基準に適合するように煙道ガスを処理することが求められている。更に、灰分および硫黄は石炭中の主な不純物となっている。この灰分は主として、アルミニウム、カルシウム、鉄および珪素の鉱物質化合物からなっている。石炭中の硫黄の或るものは鉱物の形態（特に黄鉄鉱）であり、これは鉄と硫黄との化合物である。石炭中の硫黄の残りのものは有機硫黄の形態であって、石炭中にて炭素と密に結合している。
【０００５】
石炭採鉱会社は一般に、その石炭製品を精製し、不純物を除去し、その後、その製品は電力プラントおよびコークス製造プラントのような末端ユーザーに供給される。篩別装置により石炭片を分類し、粗大、中間および微細粒子の流れに分けられ、これら３つの石炭流が洗浄装置に送られ、そこで石炭粒子が水と混合される。比重の原理を利用し、不純物を大量に含有する最も重い粒子のものを洗浄器の底部に沈積させ、ついで、その後の処分のためごみ箱内に落下させる。この３つの流れから得られた洗浄済み石炭粒子はついで、一緒に組み合わされ、バイブレータ、ジグ、又はホットエアー・ブロアーにより乾燥させ、それにより最終石炭製品が製造され、末端ユーザーへの運送準備が完了する。
【０００６】
石炭採鉱操業で使用されている洗浄プロセスにより、石炭から多くの灰分が除去されるが、硫黄に対する効果は殆どない。なぜならば、有機硫黄は石炭内の炭素と密に結合しているからである。従って、石炭を燃やす前に、他の方法を使用して石炭を更に精製することになる。例えば、石炭粒子を大きい機械内に供給し、そこで振動および脈動空気流により処理される。米国特許第３，８５２，１６８号（Ｏｅｔｉｋｅｒ）(特許文献１)には、トウモロコシ穀粒を殻部分から分離するための方法および装置が開示されている。他方、米国特許第５，２４４，０９９号（Ｚａｌｔｚｍａｎら）(特許文献２)には、粒状物質を上向きに傾斜させたトラフを通過させ、同時に流動化空気をこのトラフの底部から噴出させ流動化物質ベッドを形成させることが開示されている。このトラフに対し、更に垂直振動動作を加え、この物質混合物内の種々の成分の分離を助けるようにしている。この混合物中の密度の小さい成分は、この流動床の表面に上昇し、他方、密度の大きい成分は、この流動床の底部に沈降する。このトラフの出口端に、流れスプリッターを使用して物質の異なる層を回収することができるようになっている。この装置は農業製品および砂を分離するのに適している。
【０００７】
この粒子分離を達成するのに、或る場合には、機械的振動又は垂直動揺を加えることなく、流動床を使用することができることが従来から知られている。例えば、米国特許第４，４４９，４８３号（Ｓｔｒｏｈｍｅｙｅｒ）(特許文献３)には、加熱流動床ドライヤーを使用し、都市ごみを処理し、ごみからガラスなどの重い粒子を除去し、その後、ごみを燃焼させ、熱を発生させることが開示されている。他方、米国特許第３，５３９，００１号（Ｂｉｎｎｉｘら）(特許文献４)には、所定のサイズおよび比重の物質の中間選択的除去により、混合物から物質を分類することが開示されている。物質混合物を下向き傾斜の篩に沿って移動させ、上向き空気パルスを利用して浮遊させるようにしている。米国特許第２，５１２，４２２号（Ｆｌｅｔｃｈｅｒら）(特許文献５)には、上向き空気パルスを利用した下向き傾斜流動床を使用することが開示されている。この場合、流動床の総断面積と比較して十分な断面積を有する流動床ユニットの頂部に孔を設けて、流動床内の静圧レベルを制御し、より大きい比重の小さな粒子のものが流動床内で上昇するのを防止しつつ、石炭の小さい粒子を石炭混合物から分離、精製させるようになっている。
【０００８】
これら文献３，４，５に開示されているプロセスおよび装置はしかしながら全て、比重が比較的大きな差の成分からなる混合物内の異なる成分の分離に向けられている。このような方法は石炭からナット、ボルト、岩などを分離するのに有効であるが、有機硫黄を含有する石炭粒子を、硫黄を殆ど含まない石炭粒子から分離するのに有効であるとは思われない。なぜならば、これらの２つの石炭分画の比重は互いに比較的近いものであるからである。
【０００９】
空気汚染物質の他の大きな関心事は、石炭に自然にふくまれている水銀である。米国環境保護局（ＥＰＡ）により公表されている規則によれば、石炭だき電力プラントは、その煙道ガスに含まれる水銀レベルを２０１０年まで極端に減少させることが求められている。産業界で煙道ガスから水銀を除去するために集中してなされている主な努力は、カーボン系収着剤を使用して、あるいは水銀を捕捉するための現行の煙道ガス放出制御技術の最適化を図って煙道ガスから水銀を除去するようにしている。しかし、カーボン系収着剤に基づくスクラバー装置はその設置および操作が非常にコスト高となる。更に、現行の煙道ガス放出制御技術は、高ランク石炭（無煙炭および瀝青炭）ほど低ランク石炭（亜瀝青炭および亜炭）に対しては旨く働かない。
【００１０】
ウエスターン・リサーチ社（Ｗｅｓｔｅｒｎ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）は従って、水銀を除去するため、低ランク石炭のための予備燃焼サーマルプロセスを開発し、特許を取得している。２−ゾーン反応器を使用し、原料炭を第１ゾーンで約３００°Ｆで加熱して水分を除去し、この水分はこの第１ゾーンから清掃ガスとして排除される。乾燥された石炭はついで、第２ゾーンに移され、そこで温度が約５５０°Ｆに上昇される。石炭に含まれている水銀の７０〜８０％が気化され、このゾーンから第２の清掃ガスとして排除される。この水銀は後に、清掃ガスと共に分離され、処分のため収集される。例えば、文献、８５Ｆｕｅｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  ５２１−３１（２００４）“水銀放出の制御のための低ランク石炭の熱的前処理”、Ｇｕｆｆｅｙ，Ｆ．Ｄ．およびＢｌａｎｄ，Ａ．Ｂ．(非特許文献１)；文献、Ｔｏｐｉｃａｌ  Ｒｅｐｏｒｔ  ＷＲＩ−９３−Ｒ０２１（１９９３）“低温熱処理によるＰＲＢ炭からの水銀の除去”、Ｍａｒｒｉａｎ  Ｎ．Ｗ．(非特許文献２)；米国特許第５，４０３，３６５号（Ｍｅｒｒｉａｍら）(特許文献６)参照。  
しかし、この予備燃焼熱的予備処理プロセスは依然として、大きな資本を要する。なぜならば、乾燥工程および水銀気化工程を実行するために二重ゾーン反応器を必要とするからである。更に、５５０°Ｆのベッド温度を生じさせるためのエネルギー源が必要となる。更に、このようなプロセスでは、２０〜３０％の水銀を石炭から除去することができない。なぜならば、水銀が石炭中の炭素に密に結合しているからである。このように、この方法により前処理された石炭の燃焼から生じる煙道ガスを処理するために依然として高価なスクラバー技術が必要である。なぜならば、可なりのレベルの水銀がこの燃焼熱的予備処理プロセス完了後の石炭内に残留するからである。
【特許文献１】米国特許第３，８５２，１６８号明細書
【特許文献２】米国特許第５，２４４，０９９号明細書
【特許文献３】米国特許第４，４４９，４８３号明細書
【特許文献４】米国特許第３，５３９，００１号明細書
【特許文献５】米国特許第２，５１２，４２２号明細書
【特許文献６】米国特許第５，４０３，３６５号明細書
【非特許文献１】８５Ｆｕｅｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  ５２１−３１（２００４）
【非特許文献２】Ｔｏｐｉｃａｌ  Ｒｅｐｏｒｔ  ＷＲＩ−９３−Ｒ０２１（１９９３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、石炭に含まれる汚染成分（例えば、水銀および硫黄）の殆どを分離、除去するため、機械的又は化学的付加物なしで、且つ、非常に低温で操作される流動床を用いて、石炭のような粒状物質を処理することができれば、それは望ましいことである。そのようなプロセスは全てのランクの石炭に適用できるものであり、更に、石炭燃焼後の煙道ガスを処理するための高価なスクラバー技術の使用を軽減させるものとなろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、粒状物質を密度及び/又はサイズで分離し、汚染物質又は他の好ましくない成分を濃縮し、前記粒状物質から分離するための装置を提供する。この装置は、流動化すべき粒状物質を受理するための受理入口を有する流動床を有する。この流動床も、第１の流動化流を受理するための開口部を有する。この第１の流動化流は、一次熱流、二次熱流、少なくとも１つの排気流又はこれらの組合せであってもよい。少なくとも１つの排出口が、好ましい流動化粒子流を排出するため流動床に設けられ、同じく、少なくとも１つの排出口が、汚染物又は他の好ましくない成分の濃縮物を含む非流動化粒子流を排出するために設けられている。コンベヤーが、前記非流動化粒子を前記非流動化粒子排出口に搬送させるために流動床内に操作可能に設けられている。収集ボックスが、排出された非流動化粒子流を受理するため、前記流動床と操作自在に連通している。前記非流動化粒子が前記収集ボックス内にあるとき、第２の流動化流を、この非流動化粒子を通過させるための任意の手段が前記収集ボックス内に設けられていて、前記汚染物質又は他の好ましくない成分をそこに更に濃縮させるようになっている。
【００１３】
本発明の１つの利点は、粒状物質のほぼ連続的処理を可能にすることである。非流動化粒子流が流動床から前記収集ボックスに向けて排出されたとき、更なる粒状物質供給を処理のため流動床に添加することができる。
【００１４】
本発明の他の利点は、非流動化粒子の略水平な搬送である。この非流動化粒子の略水平な搬送は、その搬送時に、それを混合して動揺することにより、確実に粒状物質の全てを均一、かつ、迅速に処理する。
【００１５】
本発明の更に他の利点は、汚染物質の分離と、粒状物質供給物からの汚染物質の除去である。これは工業プラント操業について有意な環境上の利益を提供するものとなる。
【００１６】
本発明の更に他の利点は、第２の流動化工程又は装置を含み、依然として捕捉されていない、又は既に捕捉されている非汚染流動化粒子を非流動化粒子内により多く捕捉するようにしたことである。流動化粒子の多くを捕捉することにより、使用可能な非汚染粒子の量を増大させることができ、同時に、汚染された粒子の量を減少させる。なお、この汚染された粒子は更なる処理又は処分に供される。使用可能な非汚染粒子をより多く捕捉し、汚染された粒子の量を減少させることにより、会社はその効率を増大させることができ、そのコストを軽減させることができる。
【００１７】
上述の本発明の要旨は単に例示を目的とするものであり、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、種々の変更、配置が可能である。従って、図示の例は制限を意図するものではなく、以下の詳細な記載に含まれる新規な概念を当業者が理解するのを助けるためのものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、粒状物質供給流を、汚染物質又は他の好ましくない成分（汚染物）の減少した流動化粒状物流と、汚染物の濃度が増大した密度及び/又はサイズの大きい粒子から形成された非流動化粒子流とに分離するための装置および方法を提供する。本発明で利用される分離方法は汚染物の物理的特徴を利用するものである。特に、汚染物質と、非汚染物質との比重差を利用するものである。汚染物が濃縮された密度及び/又はサイズの大きい物質を分離し、除去することにより汚染物を粒状物質の多くから除去することができる。本発明は、汚染された密度及び/又はサイズの大きい物質を、非汚染物質から分離する流動化方法を利用するものである。
【００１９】
本発明は様々な最終用途、例えば、農業、製造プラント操業、工業プラント操業に適用可能であるが、説明の便宜上、ここでは、石炭供給物を乾燥するため流動乾燥ベッドを利用する石炭燃焼発電プラントとの関連で本発明を説明する。これは、本発明の装置および方法の、石炭又は発電工業以外の他の適当な又は望ましい最終用途に対する適用を制限することを意味するものではない。
【００２０】
本願発明の目的において、“粒状物質”とは任意の粒状又は粉状化合物、物質、元素又は成分など工業用プラント操業に対して不可欠な投入材であり、例えば、限定されるものではないが、石炭、バイオマス、樹皮、ピート、森林廃棄物質のような燃焼用燃料；ボーキサイト並びに他の鉱石；工業プラントの操業にて変化又は変形されるべき基材、例えば穀粒、穀物、モルト、ココアなどが含まれる。
【００２１】
本発明の文脈において、“工業用プラント操業”とは、物質の任意の燃焼、消費、変形、変化、改善により有益な結果又は最終製品を提供することを意味する。このような操業には、限定的ではないが、電力プラント、コークス化操業、鉄、スチール又はアルミニウム製造施設、セメント製造操業、ガラス製造プラント、エタノール製造プラント、穀粒、その他の農業産物のための乾燥操作、食品処理施設、工場およびビルのための暖房操作などが含まれる。工業用プラント操業には、製品又はシステムの熱処理を組み込んだ他の製造操業をも包含するものであり、例えば制限するものではないが、温室、地区暖房、二酸化炭素又は有機酸隔離に使用されるアミン又は他の抽出剤のための再生プロセスなどが含まれる。
【００２２】
本明細書で使用されている“石炭”とは、無煙炭、瀝青炭、亜瀝青炭および亜炭(又は褐炭)、更にピートを意味する。特に、Ｐｏｗｄｅｒ  Ｒｉｖｅｒ  Ｂａｓｉｎも含まれる。
【００２３】
本願発明で“品質特性”とは、工業用プラント操業において、粒状物質がその燃焼、消費、変形、変化又は改善に影響する粒状物質の特徴的属性を意味するものであり、例えば制限するものではないが、水分量、炭素量、硫黄分、水銀量、フライアッシュ量、ＳＯ２の生成、並びに燃焼させたときの灰分、二酸化炭素、水銀酸化物などが含まれる。
【００２４】
本明細書で使用されている“熱処理装置”とは、製品に対し熱を適用するのに使用される任意の装置を意味し、例えば制限するものではないが、ドライヤー、釜、オーブン、定温器、生育チャンバー、ヒータなどが含まれる。
【００２５】
本発明の文脈において、“ドライヤー”とは、直接的又は間接的な熱の適用により粒状物質の水分量を減少させるのに有用な任意の装置を意味し、例えば制限するものではないが、流動床ドライヤー、振動流動床ドライヤー、固定床ドライヤー、走行床ドライヤー、カスケード形旋回床ドライヤー、長尺スロットドライヤー、ホッパードライヤー、キルンなどが含まれる。これらドライヤーは、単一又は多重容器からなるもの、単一又は多重段階からなるもの、積重ねたもの若しくは積重ねられていないもの、内部又は外部熱交換器を有するものなどが含まれる。
【００２６】
本発明の目的において、“一次熱源”とは、或る装置内で行われる主作業目的のために、直接的に生成される熱量を意味するものであり、この場合の装置には、ボイラー、オーブン、炉、ドライヤー、熱交換器、反応器、蒸留塔などが含まれる。このような一次熱源の例としては、例えば制限するものではないが、燃焼熱、ボイラーから直接排出されるプロセス流などが含まれる。
【００２７】
本明細書で使用されている“廃熱源”とは、工業用プラント操業において装置内で一次熱源により既に行われた作業からもたらされる高温熱量を有する任意の残留ガス状又は液状副産物流を意味するものであり、廃棄される代わりに、装置内において二次的目的で作業を行うのに使用されるものを意味する。このような廃熱源の例としては、例えば制限するものではないが、冷却水流、高温凝縮器冷却水、高温煙道又は排気塔ガス、タービンなどからの使用済みプロセス流、あるいはコンプレッサー、反応器又は蒸留塔の操業からもたらされる廃熱などが含まれる。
【００２８】
本発明の目的において、“汚染物”とは、粒状物質に含まれるあらゆる汚染物質又は他の好ましくない元素、化合物、薬品又は成分であって、工業プラント操業において、粒状物質の使用、消費、燃焼の前に、粒状物質内から分離すること、又は粒状物質内から減少させることが望ましいものを意味する。
【００２９】
背景技術について説明すると、図１は、発電のための石炭駆動電力プラント１０の操業を簡略して示している。原料石炭１２は、必要とされるまで、石炭バンカー(燃料庫)１４内に蓄積される。ついで、フィーダー１６により石炭ミル１８へ供給され、そこで当業界で公知のように、一次空気流２０の助けを借りて適当なサイズに粉砕される。この粉砕された石炭粒子はついで、炉２５へ供給され、そこで二次空気流３０との関連で燃焼され、熱が生成される。この燃焼反応により煙道ガス２７も生成することになる。煙道ガス２７は後に、環境機器を介して排気塔に移送される。
【００３０】
炉からのこの熱源をついで使用して、ボイラー３２内の水３１をスチーム３３に変換させる。このスチーム３３はついで、スチームタービン３４へ送られる。スチームタービン３４は、少なくとも、高圧スチームタービン３６、中間圧スチームタービン３８および低圧スチームタービン４０からなり、これらは操作上一連のものとして接続されている。このスチーム３３は、シャフト上に装着された各タービンユニット内の一連のホイールに接続された扇風機状羽根を押圧することにより作業を行うようになっている。スチームがこのように羽根を押圧すると、ホイール並びにタービンシャフトの双方が回転することになる。この回転するシャフトにより発電機４３のロータが回転し、電気４５が生成される。
【００３１】
低圧スチームタービン４０から排出されたスチーム４７は凝縮器５０へ送られ、そこで冷却水５２により冷却され、スチームが水に変換される。スチーム凝縮器の殆どは水冷され、ここで、開放又は閉塞冷却回路が使用される。図１に示す閉ループ構成において、スチーム４７内に含まれる潜熱により、冷たい冷却水５２の温度が上昇し、高温冷却水５４としてスチーム凝縮器５０から排出される。この高温冷却水５４はその後、冷却塔５６内で冷却され、冷たい冷却水５２として閉ループ構成内にて循環される。他方、開放冷却回路において、冷却水により運ばれた熱は水の冷却体(例えば、河川又は湖)中に放出される。これとは対照的に、閉ループ構成においては、冷却水により運ばれた熱は冷却塔内に放出される。
【００３２】
図１の電力プラント１０の操業効率は、図２に示すように、電力プラントの廃熱および副産物流の幾らかを抽出し、利用することにより高めることができる。化石燃料だきプラントボイラーは一般にエア予熱器（ＡＰＨ）を備えている。これは石炭粉砕並びに燃焼プロセスで使用される一次空気流および二次空気流を加熱するのに利用される。燃焼させた石炭はボイラーシステム（炉、バーナーおよびボイラー機構）において水をスチームに変換させるのに使用される。この変換されたスチームはついで、発電機に作動的に接続されたスチームタービンを駆動するのに使用される。熱交換器（しばしば、スチーム・ツー・エア・プレヒータ“ＳＡＨ”とも呼ばれる）はスチームタービンから抽出されたスチームを使用してエア予熱器の上流側の一次空気流および二次空気流を予熱するようになっている。タービンからのスチーム抽出により、タービン(並びにプラント)の出力が減少し、サイクルおよび単位加熱速度が減少することになる。
【００３３】
典型的なＡＰＨは復熱式(Ｌｊｕｎｇｓｔｒｏｍ又はＲｏｔｈｅｍｕｌｅ)若しくはチューブ構造のものであってもよい。ＳＡＨｓは、ＡＰＨ入口での空気の高い温度を維持し、ＡＰＨの低温(常温)端部がＡＰＨ熱伝達表面に堆積された硫酸により腐食されるのを防止すると共に、目詰まりの発生を防止するのに使用される。なお、この目詰まりは流れ抵抗を増大させると共に、必要とする送風機出力の増大を招くものとなる。ＡＰＨ入口の空気温度を高くすることにより、ＡＰＨガス出口温度がより高くなり、ＡＰＨの低温端部におけるＡＰＨ熱伝達表面（復熱式ＡＰＨにおける熱伝達通路又はチューブ状ＡＰＨにおけるチューブ）の温度がより高くなる。このより高い温度により、ＡＰＨにおける酸堆積領域が減少し、酸堆積速度も減少する。
【００３４】
すなわち、変形システム６５において、ＳＡＨ７０は中間圧力スチームタービン３８から抽出される使用済みプロセススチームの一部７１を使用して一次空気流２０および二次空気流３０を予熱するものであり、それをこれら空気流がそれぞれ石炭ミル１８および炉２５へ送られる前に行うものである。ＳＡＨ７０により達成することができる一次空気流２０および二次空気流３０の最大温度は、スチームタービン３８から排出される抽出スチーム７１の温度と、ＳＡＨ７０の熱抵抗とにより制限される。更に、一次空気流２０および二次空気流３０はそれぞれＰＡファン７２およびＦＤファン７４によりトリセクターＡＰＨ７６ヘと供給され、そこでこれら空気流は煙道ガス流２７により更に加熱された後、大気中に排出される。このようにして、一次空気流２０および二次空気流３０は高温に加熱されることにより、石炭ミル１８の操作効率および炉２５内のプロセス熱の生成を高めるものとなる。更に、凝縮器５０により排出された水流７８はボイラー３２へと再循環させ、再びプロセススチームへと変換させることができる。スチームタービン３８から排出される煙道ガス２７およびプロセススチーム７１並びに凝縮器から排出され、廃棄されたかも知れなかった水７８が成功裏に使用され、それにより電力発生プラント６５の全体的効率を向上させることができる。
【００３５】
上述のように、石炭１２の水分レベルを炉２５への供給前に減少させることができれば、発電プラントの操業効率にとって更に有益なものとなる。このような予備的乾燥プロセスは更に、亜瀝青炭および亜炭のような低ランク石炭を経済的ベースで使用することを可能にするものである。
【００３６】
本願と同一日に出願され、発明者および出願人も本願のものと共通する特許出願であって、発明の名称が、“粒状物質の熱処理のための装置”となっているもの（ここに参照のため組み込まれるものとする）に、本発明との関連で使用される流動床ドライヤーおよび他のドライヤー機器についての説明が詳細に記述されている。しかし、この流動床および分離機器の詳細について以下に開示する。
【００３７】
図３は、石炭１２の水分量を減少させる目的で使用される流動床ドライヤー１００を示している。但し、その他のタイプのドライヤーも本発明の範疇において使用可能であることを理解されるべきである。更に、流動床装置システム全体が、多数の石炭ドライヤーを直列で、又は並列で接続させたものからなり、それにより石炭から水分を除去するようにしてもよい。同一の石炭乾燥ユニットを多数設けるようにした多重ドライヤー方式を採用することにより、操作およびメンテナンスの柔軟性が図られ、その全体的により小さなサイズで済むことから、これら石炭ドライヤーを現存の電力プラント装置内に設置、合体させることができ、一度に段階的に配置させることができる。これにより正常なプラント操業との干渉を少なくすることができる。
【００３８】
流動床は比較的低温領域で屋外で操作することができる。イン・ベッド（ｉｎ−ｂｅｄ）熱交換器を静止流動床又は固定流動床との関連で使用して石炭乾燥のための熱を追加的に提供し、それにより必要な装置のサイズを小さくするようにしてもよい。流動床ドライヤーにおいて十分なイン・ベッド熱伝達表面を設けることにより、流動化／乾燥用空気流を最小流動化速度に相当する値まで減少させることができる。これによりドライヤーに対する腐食損傷および水ひ速度が減少することになる。
【００３９】
イン・ベッド熱交換器のための熱は直接的に、又は間接的に供給することができる。直接的熱供給は、高温流動化空気流、高温凝縮器冷却水、プロセス流、高温煙道ガス又は他の廃熱源の一部を分岐させ、それをイン・ベッド熱交換器に通過させることにより行われる。間接的熱供給は、高温一次空気流、高温凝縮器冷却水、スチームタービンサイクルから抽出されたスチーム、高温煙道ガス又は他の廃熱源により加熱された水又は他の熱伝達液を外部熱交換器にて使用し、その後、それをイン・ベッド熱交換器に通過させることにより行われる。
【００４０】
流動床容積は単一のもの、又は幾つかのセクションに分割されたもの、ここでは“段階(複数)”と呼ぶものでもよい。流動床ドライヤーは、石炭が燃焼される場所と同じ場所で所定サイズのウェット石炭を乾燥させるのに良好なものとして選択される。多段階のものを単一容器又は多重容器に収容することができる。多段階構造のものは、流動床混合、隔離および乾燥特性の最大限の利用を可能する。石炭ドライヤーは石炭を乾燥するため、直接的熱源又は間接的熱源を含むものであってもよい。
【００４１】
図３は、工業用プラントの場所における流動床ドライヤー１００並びに関連装置の形態の石炭ドライヤーを示している。ウェット石炭１２はバンカー(燃料庫)１２内に貯蔵され、ついで供給ゲート１５を介して振動フィーダー１６へと搬送され、更に振動フィーダー１６により石炭ミル１８へ供給され、そこで石炭粒子に粉砕される。この粉砕された石炭粒子はついで篩１０２を通過させ、１／４インチ未満の径の粒子に正しく大きさが揃えられる。この所定サイズに粉砕された石炭粒子はコンベヤー１０４により流動床ドライヤー１００の上部領域まで搬送され、そこで高温空気１６０により流動化され、乾燥される。ついで、この乾燥された石炭粒子は下方乾燥石炭コンベヤー１０８、バケット・エレベータ１１０および上方乾燥石炭コンベヤー１１２を介して乾燥石炭バンカー１１４および１１６の上部まで搬送され、そこで、ボイラー炉５により必要とされるまでこの乾燥石炭粒子は貯蔵される。
【００４２】
流動床ドライヤー１００内の湿った空気および水ひされた微粉はダスト・コレクター１２２（バッグハウスとも呼ばれている）へと運ばれ、そこで水ひされた微粉が湿った空気から分離される。ダスト・コレクター１２２はこの湿った空気および水ひされた微粉をダスト・コレクター内に引き入れる力を提供するものである。最後に、水ひされた微粉が除去された空気は排気塔１２６を通過し、この空気流に含まれる硫黄、灰分、水銀などの他の汚染物質のためのスクラバーユニット(図示しない)内での後の処理に供せられる。
【００４３】
図４は本発明の石炭乾燥用ベッドの１例を示している。これは直接的熱供給を備えた単段、単一容器流動床ドライヤー１５０である。この流動床ドライヤー１５０について、多くの様々な構成が可能であるが、共通の機能部材として、流動化および搬送のための石炭支持用容器１５２が含まれる。この容器１５２は、トラフ、密閉容器、又は他の適当な構造のものであってもよい。この容器１５２は、その底に向って床面を形成し、容器を流動床領域１５６と、充気領域１５８とに分割するディストリビュータ・プレート１５４を有している。図５に示すように、ディストリビュータ・プレート１５４は孔開きのもの、あるいは適当な弁手段を有するものであって、流動化空気１６０が容器１５２の充気領域１５８に侵入することができるようになっている。流動化空気１６０は充気領域１５８全体に分配され、ディストリビュータ・プレート１５４の開口部１５５又は弁を介して高圧で上方に向けて付勢され、流動床領域１５６内に横たわる石炭１２を流動化するようになっている。
【００４４】
容器１５２の上部はフリーボード領域１６２を画成している。所定サイズのウェット石炭１２は図４に示すように、入口点１６４を介して流動床ドライヤー１５０の流動床領域１５６内に導入される。この所定サイズのウェット石炭１２が流動化空気１６０により流動化されると、石炭の水分および水ひされた微粉が、容器１５２のフリーボード領域１６２を介して推進され、図示のように典型的には流動床ドライヤー１５０の頂部の通気出口点１６６から容器外に排出される。他方、流動化石炭製品１６８は排出シュート１７０を介して容器１５２からコンベヤー１７２へ送られ、それにより貯蔵ビン又は炉ボイラーへ搬送される。流動化石炭粒子が図４に示すようにディストリビュータ・プレート１５４上を“Ａ”方向に流動床領域１５６を横切って移動するとき、流動床ドライヤーの幅を横断する壁面を構成するせき１７４に向って蓄積することになる。このせき１７４の高さはドライヤー内の石炭粒子の流動床の最大厚みを規定することになる。なぜならば、蓄積された石炭粒子がこのせきの高さを越えて上昇すると、これら石炭粒子は必ずせきの頂部を越え、排出シュート１７０に隣接する流動床ドライヤー１５０の領域内に落下することになるからである。他方、より大きく、密度がより大きい石炭粒子（アンダーカット）は、その高い比重のため、流動床１５６の底部に向けて自然に沈降する。ここに詳細に記述されているコンベヤー手段１７８は、排出口１７９を介して非流動化アンダーカット石炭粒子を押出し、又は移送させ、流動床から排出されるようになっている。石炭入口１６４、出口点１６９、水ひされた微粉出口１６６並びにディストリビュータ・プレート１５４の構造および位置および容器１５２の形状については、最良の結果をもたらすべく所望に応じて変更してもよい。
【００４５】
流動床ドライヤー１５０は好ましくはウェットベッド・ロータリー・エアロック１７６を備え、これはウェット石炭１２の流動床１５６への導入を可能にしつつ、石炭供給部と、ドライヤーとの間の圧力シールを維持するためのウェット石炭入口１６４に操作自在に接続されている。ロータリー・エアロック１７６は炭化ニッケル被覆孔を有する鋳鉄のハウジングを有するものとする。このエアロックの末端プレートは炭化ニッケル被覆面を有する鋳鉄構造のものとする。エアロック・ロータは、閉塞端部、水平にしたチップおよび溶接されたサテライト（ｓａｔｅｌｌｉｔｅ）を備えた鋳鉄構造のものとする。本発明の一実施例において、エアロック１７６は供給ウェット石炭をほぼ１１５トン／時間、取扱うことができる大きさとし、この寸法規制基準に合致するよう、６０％充填量でほぼ１３ｒｐｍで回転するものとする。エアロックは３ｈｐインバータ負荷ギアモータおよびエアパージキットを用いて供給されるようにする。エアロック１７６は上記モータに直接接続されているが、流動床ドライヤーに対する付加的ウェット石炭入口に設けた付加的エアロックをチェーンで駆動するようにしてもよい。なお、炭化ニッケルのような適当な被覆材料が、研磨性石炭粒子の通過から経時的に損傷されると思われるエアロックの鋳鉄表面に使用されている。この被覆材料は更に“非粘着面”を、石炭粒子と接触することになるエアロック部に提供するものとなる。
【００４６】
ロータリー・エアロック１７８は好ましくは、流動床ドライヤー出口点１６９と操作自在に接続され状態で空気が供給され、乾燥された石炭１６８をドライヤーから排出される際に取扱うようにしている。本発明の一実施例において、エアロック１７８は炭化ニッケル被覆孔を有する鋳鉄のハウジングを有するものとする。このエアロックの末端プレートは炭化ニッケル被覆面を有する鋳鉄構造のものとする。エアロック・ロータは、閉塞端部、水平にしたチップおよび溶接されたサテライトを備えた鋳鉄構造のものとする。好ましくは、このエアロックはこの寸法規制基準に合致するよう、６０％充填量でほぼ１９ｒｐｍで回転するものとする。このエアロックは２ｈｐインバータ負荷ギアモータ、チェーン駆動およびエアパージキットを用いて供給されるようにする。
【００４７】
ディストリビュータ・プレート１５４は高温空気導入充気領域１５８を流動床乾燥チャンバー１５６および１６２から分離するものである。このディストリビュータ・プレートは好ましくは、図５に示すように、厚み３／８インチの水噴射孔付き５０，０００psi降伏炭素鋼から作られる。このディストリビュータ・プレート１５４は平らなものでよく、流動床ドライヤー１５０との関連で水平面に配置される。開口部１５５は直径がほぼ１／８インチで、ディストリビュータ・プレートの供給端から排出端に向う中心間距離が１インチ、横断方向の中心間距離が１／２インチで、ディストリビュータ・プレートに対し垂直に配向されている。より好ましくは、この開口部１５５はディストリビュータ・プレートに対し、ほぼ６５°の角度で配向させ、それによりディストリビュータ・プレート内の開口部１５５を強制的に通過する流動化空気１６０が流動床領域１５６内の流動化石炭粒子をドライヤーユニットの中央部に向け、かつ、その側壁から離れた部位に吹き上げさせるようにする。このようにして流動化された石炭粒子は図５の“Ｂ”方向に移送される。この平坦な平面状ディストリビュータ・プレート１５４はコンベヤー手段１７８が、ベルト、ラム、ドラッグチェーンあるいはディストリビュータ・プレート上の流動床内に配置された他の同様の装置である場合によく機能するであろう。
【００４８】
ディストリビュータ・プレート１８０の他の具体例が図６、７に示されている。平坦な平板の代わりに、このディストリビュータ・プレート１８０は２つの穿孔プレート１８２，１８４からなっており、これらは夫々、平坦部１８２ａおよび１８４ａと、湾曲部１８２ｂおよび１８４ｂと、垂直部１８２ｃおよび１８４ｃとを有している。２つの垂直部１８２ｃおよび１８４ｃは、ディストリビュータ・プレート１８０を形成するためにボルト１８６，１８８によりボルト締めされている。このディストリビュータ・プレート１８０の平坦部１８２ａおよび１８４ａは実際には、ドライヤーユニットの中間部に向けて５°の角度で傾斜させており、石炭粒子がディストリビュータ・プレートの中央部に向って流れるようにしている。他方、ディストリビュータ・プレートユニットの湾曲部１８２ｂおよび１８４ｂは一緒になって、図８に明示するようにねじ錐１９４を収容させるため、約１フィートの半円形領域１９０を画成している。ディストリビュータ・プレートユニット１８２，１８４内の穿孔開口部１８３，１８５は夫々、同じく、供給端から排出端に向う中心間距離が１インチ、横断方向の中心間距離が１／２インチで、ドライヤーユニットの水平面に対しほぼ６５°の角度で傾斜している。ディストリビュータ・プレートユニット１８２，１８４の平坦部１８２ａおよび１８４ａおよび垂直部１８２ｃおよび１８４ｃは厚み３／８インチの水噴射孔付き５０，０００psi降伏炭素鋼から作られるが、湾曲部１８２ｂおよび１８４ｂはスクリュートラフ１９０の周りの強度を強化させるため、１／２インチ厚の炭素鋼から形成するのが好ましい。このようにして流動化された石炭粒子は図６の“Ｃ”方向に移送される。
【００４９】
図８に示すようにねじ錐１９４がディストリビュータ・プレートのトラフ領域１９０内に配置されている。このねじ錐は直径が１２インチのものであり、ドライヤーベッド内のオーバーサイズの石炭粒子を時間当たり１１．５トン除去し得るようなサイズとなっていて、石炭粒子の４フィート厚の深さのベッドのもとで始動し得る十分なトルクを有する。駆動は１０：１ターンダウン比（ｔｕｒｎｄｏｗｎ）を有する３−ｈｐインバータ使用モータによるものでよい。ねじ錐１９４は耐久性から炭素鋼構造のものとすべきである。
【００５０】
ディストリビュータ・プレート１８０のトラフ１９０およびねじ錐１９４は、ドライヤーの長手方向に対し垂直とすべきである。これにより、操業の間、ねじ錐のフィン１９６が流動化石炭ベッドの底部に沿ってオーバーサイズの石炭粒子と係合することが可能になり、これら石炭粒子が流動床ドライヤーの排出口１７９から押出される。
【００５１】
図９は、図４の流動床ドライヤー１５０を模式的に示したものであり、ここでは理解を容易にするため、対応するドライヤー部材については同一の符号が付されている。周囲空気１６０はファン２００により燃焼源２０４により加熱されたヒータ２０２を介して引き入れられるようになっている。ヒータ２０２を通る循環により加熱された流動化空気２０６の一部は所定サイズのウェット石炭１２の流動化のため流動床領域１５６へと向けられる。石炭、オイル又は天然ガスなど任意の適当な燃焼源をヒータ２０２のために使用することができる。
【００５２】
このような加熱流動化空気２０６を、流動床領域１５６内にて流動化された石炭粒子１２を加熱し、この加熱流動化空気との接続的熱伝達により粒子表面の水分を除去するために使用することができるが、好ましくはイン・ベッド熱交換器２０８をドライヤーベッド内に配置し、石炭粒子への熱伝達を図り、この加熱および乾燥プロセスを更に促進させるようにする。直接的熱供給は流動化空気２０６（ヒータ２０２により加熱された）の残りをこのイン・ベッド熱交換器２０８を介して分岐させることにより得ることができる。このイン・ベッド熱交換器２０８は流動床領域１５６全体に延出し、流動化石炭を加熱し、水分を取り出すものである。このイン・ベッド熱交換器２０８から出た流動化空気２０６はファン２００へ再循環され、再びヒータ２０２を通り、それにより加熱されるようになっている。流動化空気２０６の幾らかの損失が、この流動化空気２０６が充気領域１５８を通って流動床領域１５６へと直接導入されるときに生じる。この損失した空気は、更なる周囲空気１６０を循環サイクル内に引き入れることにより置き換えられる。
【００５３】
図１０は、図４に示す単段、単一容器流動床ドライヤー１５０の他の具体例であるが、ここではヒータ２０２の代りに外部熱交換器２１０が使用され、周囲の工業プロセスプラントからのプロセス廃熱２１２を用いてこの外部熱交換器を加熱するようになっている。発電プラントのような工業プロセスプラントは一般に、さもなければ廃棄される入手可能なプロセス廃熱源を有するから、本発明のこの構造のものは、流動床ドライヤー１５０においてウェット石炭１２を加熱、乾燥させるため、このプロセス廃熱を生産的に利用することを可能にするものであり、このような乾燥石炭の燃焼によってボイラー効率を、より経済的実行可能なベースで向上させるものである。図９に示すような、石炭、オイル又は天然ガスなどの一次熱源の使用は、石炭粒子を乾燥させる場合に、よりコストのかかる選択と言える。
【００５４】
図１１は、図１０に示すものと同様の単段、単一容器流動床ドライヤー２２０の他の具体例であるが、ここではプロセス廃熱２１２は外部熱交換器２１０およびイン・ベッド熱交換器２０８の双方の加熱のために使用されてはいない。その代わりに、発電プラント操業において他からの高温凝縮器冷却水２２２の一部がイン・ベッド熱交換器２０８へと分岐して用いられ、必要な熱源を提供するようになっている。すなわち、図１１に示す流動床ドライヤー２２０においては、石炭乾燥プロセスの操業効率を向上させるために、２つの廃熱源(すなわち、プロセス廃熱および高温凝縮器冷却水)が使用されている。
【００５５】
図１２は、図１１に示すものと同様の単段、単一容器流動床ドライヤー２３０の更に他の具体例であるが、ここでは電力プラントのスチームタービンから抽出された高温プロセス流２３２が高温凝縮器冷却水２２２の代わりにイン・ベッド熱交換器２０８のための熱源として用いられている。同じく、流動床ドライヤー２３０は、石炭乾燥プロセスの操業効率を向上させるために、２つの異なる廃熱源(すなわち、プロセス廃熱２１２および高温プロセス流２３２)が使用されている。
【００５６】
流動床ドライヤーの他の具体例が図１３、１４に示されており、ここでは間接的熱供給を備えた単段、単一容器流動床ドライヤー２４０が用いられている。イン・ベッド熱交換器２０８に対する間接的熱供給が、流動化空気２０６により加熱された水又は他の熱伝達液２４２、高温凝縮器冷却水２２２、スチームタービンサイクルから抽出されたスチーム２３２、又は外部熱交換器２１０内の炉排気塔からの高温煙道ガス２４８の使用により提供される。ついで、図１３に説明するようにこの間接的熱はポンプ２４６によりイン・ベッド熱交換器２０８を通過、循環される。これらの熱源(並びに他の熱源)の任意の組合せも利用することができる。
【００５７】
本発明の屋外低温流動床ドライヤー構造の更に他の具体例が図１５、１６に示されている。これは多段、単一容器流動床ドライヤー２５０であり、イン・ベッド熱交換器２０８への直接的熱供給(電力プラントの冷却塔からの高温凝縮器冷却水２５２)を備えている。容器１５２は２段階、すなわち、第１段階２５４および第２段階２５６に分割されている。図１５、１６では、２段階ドライヤーとして説明されているが、更なる段階を追加し、更なる処理を達成するようにしてもよい。典型的には、所定サイズのウェット石炭１２がフリーボード領域１６２を介して入口点１６４で流動床ドライヤー２５０の第１段階２５４に導入される。この所定サイズのウェット石炭１２は高温凝縮器冷却水２５２により予熱され、部分的に乾燥される（すなわち、表面水分の一部が除去される）。なお、この高温凝縮器冷却水２５２は第１段階２５４(直接的加熱)内に収容されているイン・ベッド熱交換器２５８の加熱コイルを介して導入され、循環され、かつ排出されるようになっている。この所定サイズのウェット石炭１２は更に、高温流動化空気２０６により加熱、流動化されるようになっている。流動化空気２０６は、外部熱交換器２１０内でプロセス廃熱２１２により加熱された後、ファン２００により流動床ドライヤー２５０の第１段階２５４のディストリビュータ・プレート１５４を強制的に通るようになっている。
【００５８】
第１段階２５４において、高温流動化空気２０６は、ディストリビュータ・プレート１５４上に支持されている所定サイズのウェット石炭１２を強制的に通過し、石炭を乾燥させ、石炭内に含まれる流動化粒子と非流動化粒子とを分離させる。より重く又はより密度が大きい非流動化粒子は流動床内で分離され、ディストリビュータ・プレート１５４の底部に集められる。これらの非流動化粒子（アンダーカット）はついで、ストリーム１（流れ１）（２６０）として第１段階２５４から排出される。これについては本願と発明者並びに出願人が共通し、本願と同一日に米国に出願されている米国一部継続出願、Ｕ．Ｓ．Ｓ．Ｎ．１１／１０７，１５３(２００５年４月１５日出願)（参照としてここに組み込まれるものとする）により詳細に説明されている。流動床ドライヤーは一般に、流動床の底部に４インチの厚みまで集められた非流動化物質を取扱うように設計されている。非流動化物質は石炭供給流の２５％までも占めるといえる。このアンダーカット流２６０は他の選鉱プロセスに向けられるか、若しくは単に排除することができる。ディストリビュータ・プレート１５４に沿って、アンダーカット流２６０のための排出点へ至る分離された物質の動きは、図１６に示すように傾斜させた水平方向指向ディストリビュータ・プレート１５４により達成される。従って、第１段階２５４は流動化粒子と非流動化粒子とを分離し、所定サイズのウェット石炭１２を予備乾燥させ、予熱し、所定サイズのウェット石炭１２の均一な流れを流動床ドライヤー２５０内に収容された第２段階２５６へと提供するものである。第１段階２５４から、流動化された石炭１２が第１のせき２６２を越えて流動床ドライヤー２５０の第２段階２５６へと空輸される。流動床ドライヤー２５０のこの第２段階２５６において、流動化された石炭１２は更に、直接的熱並びに第２段階２５６に収容され、内部の顕熱を発散させる流動床イン・ベッド熱交換器２６４の加熱コイルを介して導入され、循環され、かつ排出される高温凝縮器冷却水２５２により所望の出口水分レベルまで加熱され、乾燥される。この石炭１２は更に、高温流動化空気２０６により加熱、流動化されるようになっている。この流動化空気２０６は、外部熱交換器２１０内でプロセス廃熱２１２により加熱された後、ファン２００によりディストリビュータ・プレート１５４を強制的に通って流動床ドライヤー２５０の第２段階２５６へ送られるものである。
【００５９】
乾燥された石炭流は、流動床ドライヤー２５０の排出端１６９で第２のせき２６６を越えて空輸、排出され、水ひされた微粉１６６および湿った空気はドライヤーユニットの頂部を介して排出される。この第２段階２５６も石炭１２からのフライアッシュおよび他の不純物を更に分離するのに使用することができる。分離された物質は、図１６に示すようにストリーム２（流れ２）（２６８）およびストリーム３（流れ３）（２７０）として、流動床２５０の底部に位置する多重抽出点２６８，２７０(その他の適当な部位でもよい)を介して第２段階２５６から除去されるようになっている。抽出点の必要数は、所定サイズのウェット石炭１２のサイズおよび他の特性、例えば、限定的なものではないが、好ましくない不純物の性質、流動化パラメータなど、更に流動床の構造に応じて適当に変えることができる。分離された物質の排出点２６０，２６８，２７０への移動は図１６に示す傾斜ディストリビュータ・プレート１５４により、又は現存する市販の水平方向ディストリビュータ・プレートにより行うことができる。ストリーム１，２および３はプロセスから除去され埋め立てられるか、あるいは更に処理して好ましくない不純物を除去するようにしてもよい。
【００６０】
流動化空気流２０６は、石炭ベッド２５０および流動床領域１５６の第１段階２５４および第２段階２５６の双方に収容された所定サイズのウェット石炭１２を通過して流されたとき、冷却され、増湿される。ドライヤーベッド内の石炭１２から除去し得る水分量は流動化空気流２０６の乾燥能力により制限される。従って、イン・ベッド熱交換器２５８および２６４の加熱コイルにより流動床１５６に入力される熱は流動化空気流２０６の乾燥能力を増加させ、所望の石炭乾燥度を達成するのに要する乾燥用空気の量を減少させることになる。十分なベッド内熱伝達表面を備えさせることにより、乾燥用空気流２０６を、石炭粒子の浮遊を維持するのに要する最小流動化速度に相当する値まで減少させることができる。これは典型的には、０．８ｍ／秒程度であるが、この速度をより高い値、例えば１．４ｍ／秒まで増大させて操作し、プロセスがこの最小要求速度より低く降下せずに確実に進行するようにしてもよい。
【００６１】
最大乾燥効率を達成するため、乾燥用空気流２０６が飽和状態（すなわち、１００％相対湿度）で流動床１５６から離れるようにする。流動床ドライヤー２５０およびそれより下流のフリーボード領域１６２における湿気の凝縮を防止するため、石炭ドライヤー２５０は出口相対湿度が１００%未満となるよう設計される。更に、高温流動化空気流２０６の一部を流動床１５６の周りにバイパスさせ、フリーボード領域１６２内の飽和空気と混合させ（例えば、噴霧させること）、その相対湿度を低下させるようにしてもよい。これについては以下に更に詳述する。その他、再加熱表面を流動床ドライヤー２５０のフリーボード領域１６２内に追加したり、容器外皮の加熱又は他の技法を利用して、流動床ドライヤー２５０から離れる流動化空気２０６の温度を増大させたり、その相対湿度を低下させ、下流での凝縮を防止するようにしてもよい。このドライヤーで除去された湿気は、流動化空気に含まれる熱入力およびイン・ベッド熱交換器により放出される熱に正比例する。より高い熱入力はより高いベッド温度およびより高い出口温度をもたらし、空気の水分輸送能力を増大させ、所望の乾燥度を達成するのに要する空気対石炭比を低下させるものとなる。乾燥のための所要動力は、空気流およびファン差圧に依存する。ドライヤーベッドにおいて熱を付加する能力は、ベッドと加熱水との間の温度差、熱伝達係数、熱交換器の表面積に依存する。より低い温度の廃熱を利用するためには、従って、より大きい熱伝達面積が熱をプロセスに導入するために必要となる。これは典型的には、イン・ベッド熱交換器の加熱コイルについて必要な容積を提供するため、より深いベッドを意味するものである。従って、意図する目標は、本発明の流動床ドライヤーの正確な寸法および構造により規定される。
【００６２】
このドライヤーを出入する石炭流としては、所定サイズのウェット石炭１２、加工石炭流、水ひされた微粉１６６、アンダーカット流２６０，２６８および２７０が含まれる。非流動化石炭を取扱うため、流動床ドライヤー２５０にはねじ錐１９４が備えられ、これは本明細書に詳述するように、アンダーカット石炭粒子を収集するための収集ホッパーおよびスクラバーユニットと関連して第１段階ディストリビュータ・プレート１８０のトラフ領域１９０内に収容されている。
【００６３】
ドライヤーの典型的関連部材としては、とりわけ、石炭搬送装置、石炭貯蔵バンカー、流動床ドライヤー、空気搬送加熱システム、流動床イン・ベッド熱交換器、環境制御装置(ダスト・コレクター)、計器、制御およびデータ取得システムが含まれる。一実施例において、ねじ錐は湿潤石炭をドライヤーに供給し、乾燥した石炭製品をドライヤーから取り出すのに使用される。羽根フィーダーを、供給速度を制御し、ドライヤーを出入する石炭流に対しエアロックを提供するのに使用することができる。石炭バンカー上のロードセルは石炭粒子の流量、ドライヤーへの総石炭入力を規制するものである。計器としては、熱電対、圧力計、エア湿度計、流量計、歪みゲージなどが含まれるが、これらに限定されるものではない。
【００６４】
流動床ドライヤーに関して、第１段階では非流動化石炭の予熱および分離が行われる。これは石炭を分離させるため、高速、かつ、小さなチャンバーとして設計することができる。第２段階では水蒸気と石炭との間の分圧の差により石炭水分の蒸発により石炭が乾燥する。好ましい実施例において、水分の殆どがこの第２段階で除去される。
【００６５】
流動床ドライヤー２５０のイン・ベッド熱交換器２５８，２６４に収容されている複数の加熱コイル２８０が図１７−１８により明瞭に示されている。各加熱コイルは、ツーパス（ｔｗｏ−ｐａｓｓ）Ｕ字管コイル接続部２８２からなる炭素鋼構造のものであり、これにカバー、入口フランジ２８６、出口フランジ２８８およびリフト用ラグ２９０を有する一体的ウォーターボックス２８４が接続されている。これらの加熱コイル束は１５０ｐｓｉｇ（３００°Ｆ）用に設計され、水出口２８６および水出口２８８のための１５０#ＡＮＳＩフランジを有する。これら加熱コイル２８０は、ドライヤーユニットの第１段階２５４および第２段階２５６の幅を横切るよう配向されている。リフト用ラグを有する支持プレート２９２は加熱コイル束の長手方向に沿って間をあけて設けられ、横方向支持を提供している。
【００６６】
第１段熱交換器２５８の一実施例では、５０本の加熱コイルパイプ（２８０）を備え、夫々が１．５インチの直径のＳｃｈ４０ＳＡ−２１４炭素鋼ひれ付きパイプからなり、１／２インチフィン高さ、１／２インチフィンピッチｘ１６ゲージ中実らせん状溶接炭素鋼フィンで１インチの水平クリアランスと、１．５インチの対角線クリアランスを有するものである。他方、第２段熱交換器２６４はチューブ束の１つの長尺セットのもの、又はチューブ束を直列に接続した多重セットからなるものでもよく、これはドライヤーの第２段の長さに依存して決定されるものである。第２段熱交換器２６４のチューブは、１〜１．５インチＯＤチューブｘ１０ＢＷＧ−ｗａｌｌ−ＳＡ−２１４炭素鋼ひれ付きパイプからなり、１／４〜１／２フィン高さ、１／２〜３／４インチフィンピッチｘ１６ゲージ中実らせん状溶接炭素鋼フィンで１インチの水平クリアランスと、１．５インチの対角線クリアランスを有するものである。本発明の一実施例において、この第２段階の加熱コイルパイプは１１０〜１４０本のチューブを有し、これらは第２段階の長手方向に沿って延出している。第１段熱交換器２５８および第２段熱交換器２６４の双方のチューブ束の組合せた表面積はほぼ８．４８３ft２である。
【００６７】
本発明において、流動床に提供される熱源は一次熱であってもよい。より好ましくは、この熱源は、高温凝縮器冷却水、プロセス廃熱、高温煙道ガス又は使用済みタービンスチームなどの廃熱源とすべきであり、これら熱源は単独でも、他の廃熱源又は一次熱との組合せで使用することができる。このような廃熱源は、殆どでないとしても、多くの工業プラント操業において入手可能であり、従って、本発明の汚染物分離プロセスを、工業プラント操業内で廃棄される代わりに、より商業的経済ベースで操作させるのに使用することができる。本願と発明者並びに出願人が共通し、米国に出願されているＵ．Ｓ．Ｓ．Ｎ．１１／１０７，１５２(２００５年４月１５日出願)（参照としてここに組み込まれるものとする）には、このような一次熱源又は廃熱源をどのように流動床装置に一体化させるかについて詳細な説明がなされている。
【００６８】
アンダーカット流２６０，２６８および２７０内に含まれる硫黄および水銀汚染物の濃度がウェット石炭原料流１２のものよりも可なり大きいことが意外なことにも見出された。同様に、流動床ドライヤーの頂部から出る水ひ微粒流１６６はフライアッシュ、硫黄および水銀のような汚染物がより多く存在することが見出された。本発明の粒子分離方法を利用することにより、石炭製品流１６８の水銀濃度を、ウェット石炭原料流１２と比較して約２７％減少させることができる。更に、石炭製品流１６８の硫黄濃度を約４６％、灰分濃度を５９％、減少させることができる。別の言い方をすれば、本発明を利用することにより、ウェット石炭原料中の水銀の約２７〜５４％をアンダーカット排出流および水ひ微粒排出流中に濃縮させることができる。従って、ボイラー炉に送られる石炭製品流からこのような水銀を除去することができる。同様に、硫黄および灰分の除去については、これに対応する値は、夫々、２５〜５１%および２３〜４３％となる。このようにして、アンダーカット流内に汚染物質を濃縮させ、燃焼のためボイラー炉に送られる石炭製品流１６８中の汚染物質の存在を著しく減少させることにより、得られる煙道ガス内に含まれる水銀、ＳＯ２および灰分の量を少なくすることできる。従って、煙道ガスを大気中に放出させる前に、この煙道ガスを処理するため、工業プラント操業内で従来使用されているスクラバー技術に対する負荷を軽減させることができる。これは、典型的な工業プラント操業にとって、可なりの操業上並びに資本設備コストの節減につながる。
【００６９】
本発明のドライヤーベッドの設計は、石炭を３００°Ｆを超える温度、好ましくは２００〜３００°Ｆの範囲を超える温度に曝すことなく、種々の電力プラントのプロセスから入手可能な廃熱流を最大限に利用するよう注文設計されることを意図したものである。達成しようとする目標、燃料又は供給原料の特性および所望の結果に関係する他の因子に応じて、他の供給原料又は燃料温度勾配および流体の流れを変更することができる。温度が３００°Ｆを超えた場合、特に４００°Ｆに近い場合は、酸化が生じ、揮発分が石炭から除去され、管理を必要とする好ましくない成分を含む他の流れが生じたり、プラント操業についての他の潜在的問題を生じさせることになる。
【００７０】
ドライヤーへの空気入力を３００°Ｆ未満に和らげ、その熱をベッド内の熱交換器コイルに入力することにより、ドライヤーは高温廃熱源をうまく取扱うことができる。流動床ドライヤーの多段階構造は、加熱媒体の向流を介してより効率的な熱伝達を達成するのに利用できる温度ゾーンを生じさせるものとなる。本発明のドライヤーベッドからの石炭出口温度は比較的低く(典型的には１４０°Ｆ未満)、貯蔵および取扱いが比較的容易な製品を生産させる。もし、特定の粒状物質がより低い又はより高い生産温度を必要とする場合は、低下させた又は上昇させた温度を提供するようドライヤーを設計することができる。
【００７１】
粒子制御機器により収集された水ひ微粉６００は一般には非常に小さなサイズのものであり、フライアッシュ、硫黄および水銀を多く含む。図１９は、活性化流６０２を使用して水銀を除去し、活性炭６０４を製造するプロセスを示す模式図である。図１９に示すように、水ひ微粉流６００が流動床ヒータ又はマイルド・ガス化装置６０６内で４００°Ｆ以上の温度に加熱され、水銀を気化させる。流動床６０８を通って強制的に送られる流動化空気６０８が水銀をオーバーヘッド流６１０へ駆逐させる。オーバーヘッド流６１０内の、この気化した水銀は当業者に公知の水銀制御技法(例えば、空気流に活性炭を注入する方法)を用いて除去してもよいし、あるいはこの水銀含有空気流６１０を図１９に示すように活性炭６１２のベッドに通過させてもよい。この処理流６１０内の水銀濃度は、炉３３０を離れる煙道ガス３０６と比較して非常に高く、処理を必要とする空気流の総量は、炉を離れる煙道ガスと比較して非常に小さいから、これは非常に効果的な水銀除去方法であると言える。冷却流体６１６が循環する熱交換器６１４は高温水銀非含有流６１８を冷却するのに使用することができる。この冷却プロセスで熱を得ることができ、その熱で、流動床ヒータ又はマイルド・ガス化装置６０６への流動化空気６２０を予熱することができる。水銀非含有微粉６２２は炉３３０内で燃焼させてもよいし、あるいは図１９に示すように、流れ６０２により活性化させ、活性炭６０４を生成させてもよい。この生成した活性炭６０４は石炭乾燥部位で水銀制御のために使用するか、あるいは他の石炭だき電力ステーションに販売することもできる。
【００７２】
図２０は水ひ微粉６００をガス化するためのプロセスを示すものである。この水ひ微粉流６００は流動床ガス化装置７００内で、流動化空気７０２との組合せでガス化される。ガス化装置は一般に４００°Ｆ程度の高温で利用され、可燃ガスおよび揮発分は追い出される。製品ガス流７０４は、燃焼チャンバー７０８、コンプレッサー７１０、ガスタービン７１２および発電機７１４からなる燃焼タービン７０６内で燃焼される。流動床ガス化装置内の残留石炭７１６は水銀を含まず、従って、現存の炉３３０内で燃焼させたり、スチーム７１８で処理して活性炭７２０を生成させたりすることができる。
【００７３】
アンダーカット流には硫黄および水銀が多く存在することもある。従って、これらの流れは本プロセスから除去し、埋立てるか、若しくは水ひ微粉流と同様に、更に処理して好ましくない不純物を除去するようにする。
【００７４】
本発明の好ましい実施例において、アンダーカット石炭粒子流１７０又は２６０はスクラバーアッセンブリー６００に直接、移送され、そこで内部に捕捉されている微細な石炭粒子が除去され、汚染物質の濃度が更に高められる。本発明のスクラバーアッセンブリー６００の一実施例が図２１ａおよび図２１ｂに切欠図として示されている。このスクラバーアッセンブリー６００は、側壁６０２と、端部壁面６０４と、底部６０６と、上面６０８（図示しない）とを有するボックス状外囲器からなっている。このスクラバーアッセンブリー６００はドライヤー２５０の側壁に、アンダーカット排出ポート６１０を囲むようにして取着され、このアンダーカット排出ポート６１０を介してねじ錐１９４の一部が延出している。なお、アンダーカット石炭粒子を水平方向に移送し得る他の適当な装置をこのねじ錐に代えることもできることに留意すべきである。その例としては、ベルト、ラム、ドラッグチェーンなどが含まれる。
【００７５】
ねじ錐１９４は、流動床の底部近傍に横たわるアンダーカット粒子を、流動床を横切り、アンダーカット排出ポート６１０を通って、スクラバーアッセンブリー６００内に移動させ、そこに流動床から別に離して蓄積させることができる。高温流動化空気２０６の下方流がディストリビュータ・プレート６２０内の複数の孔６２２を通って上に向けて通過しスクラバーアッセンブリー内に収容されているアンダーカット流を流動化するようになっている。もちろん、アンダーカット粒子はその大きい比重のため流動床の底部近傍に滞留するが、アンダーカット粒子内に捕捉された水ひされた微粉は流動床の頂部に向って上昇し、入口６２４を介して流動化ドライヤーベッド内に吸い込まれる(熱交換器コイル２８０が図２２に示すこの孔を介して示されている)。このようにして、アンダーカット粒子流は更に図２２のスクラバーアッセンブリー６００内にて処理され、水ひされた微粉が除去され、それにより汚染物質の濃度が高められたアンダーカット石炭粒子流が残され、汚染物質が低減された微粒が更なる処理のため流動床に戻される。
【００７６】
スクラバーアッセンブリーに送入されたアンダーカット粒子が十分に蓄積されると、若しくは、他の目的のために必要になったとき、端部壁面６０４のゲート６１２が開放され、この蓄積されたアンダーカット粒子が端部壁面中の出口を介して排出される。この場合、これらのアンダーカット粒子は、それに印加されるねじ錐２９４からの陽圧により、又は他の適当な機械的搬送手段により押し出されるようになっている。このゲート６１２をタイマー回路により操作させ、周期的スケジュールに基づいて蓄積されたアンダーカット粒子を排出させるようにしてもよい。
【００７７】
スクラバーアッセンブリーの更に他の例６３０が図２２〜２４に示されている。これは流動床ドライヤー２５０により生じたアンダーカット粒子を大量に取扱うため、２つのスクラバーサブアッセンブリー６３２および６３４から構成されている。図２４により明瞭に示すように、ねじ錐１９４は出入り場６３６を介して延出している。アンダーカット石炭粒子はねじ錐１９４を介してこの出入り場６３６へ搬送され、ついで、収集チャンバー６３８および６４０内に導入される。なお、これら収集チャンバー６３８および６４０はそれぞれゲート６４２および６４４で、若しくは他の適当なタイプのフロー制御手段により終わっている。
【００７８】
上述のように、ディストリビュータ・プレート６５４および６５６を収集チャンバー６３８および６４０内に収納し(図２６参照)、これらディストリビュータ・プレート内の孔６５８および６６０を通過する流動用空気流によりアンダーカット粒子を流動化させ、密度のより大きいアンダーカット粒子内に捕捉されている水ひ微粒を分離させる。ゲート６４２および６４４がいったん開放されると、水ひされた微粉は孔６６０および６６２を介してシュート６４６および６４８の頂部に上昇し、適当な機械的手段により流動床ドライヤー２５０へと搬送され、戻される。アンダーカット粒子は前述のように、シュート６４６および６４８の底部を介して落下する。
【００７９】
いったん、アンダーカット粒子の所定量が収集チャンバー６３８および６４０内に蓄積されると、若しくは、所定時間が経過すると、ゲート６４２および６４４が開放され、アンダーカット粒子はそれぞれシュート６４６および６４８内に排出される。アンダーカット粒子はシュート６４６および６４８の底部の出口６５０および６５２を介して重力により他の貯蔵容器又は搬送手段に落下し、更なる使用、更なる処理又は処分に供される。
【００８０】
ゲート６４２および６４４は収集チャンバー６３８および６４０に枢着させることができる。但しこれらゲートはスライド式に配置させてもよいし、あるいは上方向に枢動するようにしたり、下方向に枢動するようにしたり、横方向に枢動するようにしたり、その他、適当に配置させることができる。更に、多重ゲートを収集チャンバーと操作自在に関連させアンダーカット石炭粒子のそこからの排出速度を増大させてもよい。
【００８１】
図２５に示すように、一実施例において、ゲート６４２又は６４４は、収集チャンバー６３８，６４０の排出ポート６３２を覆う平面ドア部６７２を有するものであってもよい。この平面ドア部６７２は排出ポート６３２の面積よりも大きい面積を有する。この平面ドア部６７２は硬質材料、例えば、スチール、アルミニウム、鉄、その他の同様の物理的特徴を有する材料からなるものであってもよい。他の実施例として、ゲート６７０は繰り返し開口されるから、重量を軽くすることができる薄い材料からなるものは有利である。この実施例において、ドア部６７２はブレーシング（筋かい）又は支持部材（図示しない）を更に有し、それにより収集チャンバー６３８，６４０内からの外側に作用する圧力に対向する付加的支持が提供される。
【００８２】
ゲート６７０は更に、ドア部６７２の内面上又は内面に対し配置させた少なくとも１つの封止部６７４を有し、排出ポート６３２に対し総体的に積極的な封止を形成するようになっている。この封止部６７４は排出ポート６３２の面積よりも大きい面積を有する。封止部材６７４は任意の弾性圧縮可能な材料、例えば、ゴム、プラスチック、その他の同様の物理的特徴を有する部材からなるものであってもよい。
【００８３】
カバー６７６を封止部材６７２上に配置し、封止ゲート６７０と直面する流動化物質又は非流動化物質から封止部材６７２を保護ないし覆うようにしてもよい。図２６に示す特定の実施例において、カバー６７６は、排出ポート６３２の面積よりも小さな面積を有する。ゲート６７０が閉塞状態にあるとき、カバー６７６は排出ポート６３２内に収納される。カバー６７６は、硬質材料、例えば、スチール、アルミニウム、鉄、その他の同様の物理的特徴を有する材料からなるものであってもよい。しかし、その他の材料もカバー６７６のために利用することができる。
【００８４】
一実施例において、作動アッセンブリー６８０がゲート６７０に操作自在に連結されていて、ゲートをその開放位置と、閉塞位置とに移動させ、それによりゲート６７０の開放位置において石炭を流動化コレクター６２０から排出させるようになっている。この作動アッセンブリー６８０は、空気ピストンロッド６８４と、シリンダー６８６とを具備してなり、これらは流体空気圧システム（図示しない）と操作自在に連通している。この流体空気圧システムは、流体熱流（例えば、廃熱流、一次熱流又はこれらの組合せ）の利用を含むものであってもよい。
【００８５】
流動化は流動化コレクター６２０内で発生するから、密度及び/又はサイズの大きい汚染物質から微細粒子を分離するのに要する圧力に耐え得る構築物質を用いて流動化コレクターは構築される。このような構築物質としてはスチール、アルミニウム、鉄、その他の同様の物理的特徴を有する合金が用いられる。しかし、流動化収集チャンバー６３８，６４０の構築において、他の物質を使用してもよい。
【００８６】
流動化収集チャンバー６３８，６４０は更に、必ずしも必要ではないが、コレクター内蔵ヒータ（図示しない）を含むものであってもよい。このコレクター内蔵ヒータは流体熱流と操作自在に連結されていて、石炭に対し、更なる熱および乾燥を提供するものである。このコレクター内蔵ヒータに対しては、電力プラントで入手可能な任意の流体熱流、例えば、一次熱流、廃熱流、これらの任意の組合せを供給することができる。
【００８７】
図２３および２４に示すように、流動化収集チャンバー６３８，６４０の天井壁６３２ａおよび６３２ｂは、流動化収集チャンバー６３８，６４０内に送入される流体熱流が矢線ＡおよびＢで示すように、通路Ａ又は第２の通路Ｂに向けられて流動床内に導入されるよう、或る角度を以って流動床から横向きに離れている。これら天井壁６３２の内面には、窪み、チャンネルなどの形状、インデンテーション（ギザギザ）、リッジ（稜線）、又は類似構造であって、通路Ａ又は第２の通路Ｂを通り、流動床に導入される流動化粒状物の流れを容易にさせるものが形成されていてもよい。
【００８８】
図２２および２７を参照すると、窓アッセンブリー６５０が周縁壁部６５１に設けられていて、流動化収集チャンバー６３８，６４０の内部で生じている流動化を観察することができるようになっている。本発明の一実施例において、この窓アッセンブリー６５０は、プラスチック、熱可塑性プラスチックなどの透明及び/又は耐破砕性材料からなる少なくとも１つの内側窓６５２を窓用開口部６５４に横切るよう延出、固定させたものを含む。この内側窓６５２の周縁外面には支持体又はプレート６５６が配置され、この内側窓６５２に対し外側に向って作用する圧力に抗する支持部材となっている。この支持体６５６はスチール、アルミニウムなどの任意の硬質材料からなるものであってもよい。第２又は外側窓６５８を支持体６５６の外面に配置させ、流動化収集チャンバー６３８，６４０内で外向きに作用する圧力に対する付加的支持を提供するようにしてもよい。ブラケット６６０およびファスナー６６２を利用して窓アッセンブリー６５０を所定位置に固定してもよい。ブラケット６６０は、Ｌ形、Ｃ形又は類似形状のものからなり、窓アッセンブリー６５０を固定し得るものとなっている。ファスナー６６２としては、ボルト、ネジ、ｃ−クランプ、その他の当業者にとって任意のファスナーからなるものでよい。
【００８９】
接続部（ジャンクション）３００は、底面３０２、天井壁３０４および複数の側壁３０６からなり内部３０８を画成している。ディストリビュータ・プレート３１０は接続部３００の底面３０２から離間して設けられ、少なくとも１つの入口３１６を介して導入される少なくとも１つの流体熱流を受理するための充気室３１２を画成している。接続部３００のディストリビュータ・プレート３１２は好ましくは流動化コレクター２２０に向って傾斜させることが好ましく、流動床ドライヤー１３０からの非流動化物質の移送を助けるようする。非流動化物質が接続部３００を通過するとき、ディストリビュータ・プレート３１２を通って延出する孔３１４が流体熱流を非流動化物質を通って拡散させ、それにより、微細な粒状物質を分離させる。すなわち、微細な粒状物質が流動化され、流動床ドライヤー１３０の内部１０６に流され、戻される。接続部３００のディストリビュータ・プレート３１２を通って延出する孔３１４を、製造時に傾斜させ、流体熱流の方向を制御するようにしてもよい。
【００９０】
スクラバーアッセンブリー６００によりドライヤー２５０から分離されたアンダーカット粒子の利用は、その組成に依存する。もし、アンダーカット粒子に含まれる硫黄、灰分、水銀および他の好ましくない成分のレベルが許容し得るものである場合、アンダーカット粒子は燃焼のため炉又はボイラーへ搬送させることができる。なぜならば、アンダーカット粒子は望ましい熱量を含んでいるからである。もし、これらアンダーカット粒子に好ましくない成分が許容範囲を超えて多く含まれている場合は、これらアンダーカット粒子を更に処理し好ましくない成分の一部又は全部を除去するようにする。これについては、本願と発明者並びに出願人が共通し、本願と同一日に米国に出願されている米国一部継続出願、Ｕ．Ｓ．Ｓ．Ｎ．１１／１０７，１５２；１１／１０７，１５３(双方とも、２００５年４月１５日出願)（ここに組み込まれるものとする）に詳細に記述されている。もし、これらアンダーカット粒子に含まれている好ましくない成分のレベルが高過ぎて更なる処理でも実行可能に減少できない場合に限って、そのアンダーカット粒子を埋立てで処分する。なぜならば、これはアンダーカット粒子に含まれている望ましい熱量を無駄にすることになるからである。このように、本発明のスクラバーアッセンブリー６００は、アンダーカット粒子流を自動的に流動床から除去しドライヤーの効率的および連続的操業を向上させるだけでなく、更に、これらアンダーカット粒子を更に処理し、発電プラント又は他の工業用プラントの操業に生産的に活用することを可能にする。
【００９１】
以下の実施例は本発明の一部である低温石炭ドライヤーを説明するものである。
【００９２】
実施例１−石炭組成に対する水分減少の作用
ＰＲＢ石炭および亜炭サンプルを化学分析および水分分析し、その元素および水分組成を判定した。その結果を下記表１に示す。ここに見られるように、亜炭サンプルは平均で、３４．０３ｗｔ％の炭素、１０．９７ｗｔ％の酸素、１２．３０ｗｔ％のフライアッシュ、０．５１ｗｔ％の硫黄、３８．５０ｗｔ％の水分を示した。他方、ＰＲＢ亜瀝青炭サンプルは平均で、４９．２２ｗｔ％の炭素、１０．９１ｗｔ％の酸素、５．２８ｗｔ％のフライアッシュ、０．３５ｗｔ％の硫黄、３０．００ｗｔ％の水分を示した。
【００９３】
これらの亜炭およびＰＲＢ石炭についての“受入れられたまま”の値を用いて“極限分析”を行い、０%水分および０％灰分(水分および灰分無し)、２０%水分レベルと仮定して、これら元素組成値についての修正値を計算した。これらについても表１に示す。表１に示すように、石炭サンプルの化学組成および水分レベルは可なり変化した。より具体的には、２０%水分の場合は、亜炭およびＰＲＢ石炭サンプルは炭素量が夫々、４４．２７ｗｔ%および５６．２５ｗｔ%と大きく増加した。それと共に、酸素量も１４．２７ｗｔ%および１２．４７ｗｔ%と若干増加した。硫黄およびフライアッシュ成分も若干増加下(絶対ベースに基づいていないが？)。同じく重要なことは、亜炭の熱量（ＨＨＶ）は６，４０６ＢＴＵ／ｌｂから８，３３３ＢＴＵ／ｌｂに増加した。他方、ＰＲＢ石炭についてのＨＨＶ値は８，３４８ＢＴＵ／ｌｂから９，５４１ＢＴＵ／ｌｂに増加した。
【表１】
2008517738.tif 000003
【００９４】
実施例２−パイロットドライヤーによる石炭粒子分離結果
グレート・リバー・エナジー社（Ｕｎｄｅｒｗｏｏｄ，  Ｎｏｒｔｈ  Ｄａｋｏｔａ）により建設されたパイロット流動床石炭ドライヤーで、２００３年の秋、２００４年の夏の間において、２００トンを超える亜炭が乾燥された。このドライヤーの能力は２トン／時間であり、低温廃熱を使用してノース・ダコタ亜炭を乾燥する経済性を判定したり、あるいは流動床の比重分離機能を使用して水銀、灰分および硫黄などの不純物を濃縮を図る有効性を判定したりすることができるよう設計されていた。
【００９５】
ドライヤーを出入りする石炭流としては、原料石炭供給物、処理された石炭流、水ひ微粉およびアンダーカットが含まれていた。テストの間、石炭サンプルがこれらの流れから採取され、水分、熱量、硫黄、灰分および水銀についての分析が行われた。サンプルの或るものについてはサイズ測定が行われ、種々のサイズ分について更なる分析が行われた。
【００９６】
パイロット石炭ドライヤーは、種々の操業条件下で乾燥速度の実験的判定が可能なように機器を備えさせた。データ収集システムにより１分ベースでドライヤー機器の記録を可能にさせた。設置した機器は、このシステムについて質量およびエネルギーバランス計算を可能にするのに十分なものであった。
【００９７】
このパイロットドライヤーの主な構成部材は、石炭用篩、石炭搬送装置、貯蔵バンカー、流動床ドライヤー、空気吐出・加熱システム、イン・ベッド熱交換器、環境制御装置(ダストコレクター)、計器、および制御／データ取得システムであった(図２８参照)。ねじ錐は石炭をドライヤーに供給したり、製品をドライヤーから取り出すのに使用した。羽根フィーダーは供給速度を制御したり、ドライヤーを出入りする石炭流にエア・ロックを提供するのに使用した。石炭バーナー上のロードセルは流量およびドライヤーへの総石炭投入量を提供させるのに使用した。アンダーカットおよびダスト（ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ  ｅｌｕｔｒｉａｔｉｏｎ）は運搬箱(複数)に集められ、これら運搬箱はテストの前および後に計量した。産出製品流を、スケールを備えたグラビティー・トレーラに集めた。この石炭供給システムは、１／４インチマイナスの石炭を８０００lbs/hrでドライヤーに供給するよう設計されていた。空気供給システムは６０００ＳＣＦＭを４０インチの水で供給するよう設計されていた。空気加熱コイルは４３８，０００ＢＴＵ／ｈｒを入力し、ベッドコイルは約２５０，０００ＢＴＵ／ｈｒを入力するものであった。これは毎時約６５５ポンドの水を除去するのに十分な熱量および空気流であった。
【００９８】
典型的なテストにおいて、石炭バンカーに１８，０００ポンドの１／４インチ以下のサイズの石炭を充填した。運搬箱を空にし、グラビティー・トレーラのスケールの読みを記録した。原料の石炭サンプルをバンカーへの充填の間、又はテストの間に、ダストコレクター、アンダーカットおよびグラビティー・トレーラと同じ時間間隔(通常、定常状態に達した後、３０分毎)で集めた。ついで、このダストコレクターおよび全てのねじ錐並びにエアロックをスタートさせた。供給エアファンをスタートさせ、５０００scfmに設定した。ついで、ドライヤーへの石炭供給をスタートさせ、ドライヤーを満たすため高速で操作させた。ドライヤーにおいて、いったん、ベッドが確立したとき、空気温度を上昇させ、加熱をベッドコイルに割り当て、空気流を所望の値に調整した。ついで、これらテストを２−３時間継続させた。１つのテストは８時間継続させた。テストの後、運搬箱を計量し、グラビティー・トレーラのスケールの読みを記録した。このテストからの計器の読みをエクセル・スプレッド（excel spread）・シートに移し、石炭サンプルを分析のため実験室へ運んだ。ついで、運搬箱およびグラビティー・トレーラを空にし、次のテストのための準備を行った。
【００９９】
２００３年の秋、１５０トンの亜炭を、３９の異なるテストにおいて、２３．５ft2の分配面積を有する単一段パイロットドライヤーに通過させた。石炭は流動床内に３０００−５０００ポンド/時間の流量で供給した。空気流は、４４００scfm（３．１ft/sec）から５４００scfm（３．８ft/sec）に変化させた。石炭中の水分減少は、ドライヤーへの供給速度および熱入力の関数である。第１パイロットモジュールは、２００°Ｆの設計水温で毎時間、約６５５ポンドの水を除去する能力を有していた。石炭を８３．３lbs/minで供給した場合、水除去速度は０．１３lbs / lb石炭となることが期待される。
【０１００】
２００４年の夏、ドライヤーを２段階のものに変更し、非流動化粒子の除去の改善を図り、より大きいベッドコイルを設置した。ドライヤーモジュールを変更した後、そのドライヤーの能力は、約７５０，０００ＢＴＵ／ｈｒに増加し、水の除去速度は１１００lbs/hrとなった。この新たなモジュールでは更なる５０トンの石炭が乾燥された。この変更モジュールでは更に、第１段階からのアンダーカット流の収集が可能であった。このアンダーカットは非流動化物質であり、第１段階の底部から除去された。これは主として、オーバーサイズで、高密度の物質からなり、これらは第１段階で比重分離された。総ディストリビュータ・プレートの面積は２２．５ft2であった。
【０１０１】
表２はこのドライヤーでの、供給流、水ひ流、アンダーカット流および製品流の石炭の品質を示している。このデータは、水ひ流は水銀および灰分が多く、アンダーカット流は水銀および硫黄が多く、製品流では、熱量、水銀、灰分およびＳＯ２／mbtusについての可なりの改善がなされたことを示している。この水ひ流は主に、４０メッシュ未満のものからなり、アンダーカット流は８メッシュ以上のものからなっていた。
【表２】
2008517738.tif 000004
【０１０２】
従って、テスト４４では、製品流において、水銀および硫黄を夫々、４０%および１５%減少させた。
【０１０３】
ベッド温度の時間的変化をベッドの６箇所で測定したもの、および出口空気温度が図２９に示されている。この温度情報は石炭の水分量についての情報(石炭サンプルから得られたもの)と共に、ドライヤーについての質量およびエネルギーバランスを閉じ、石炭から除去された水分の量を判定するのに使用される。
【０１０４】
図３０は、改良されたパイロットドライヤーを使用した７つのテストについてのアンダーカット製品の構成を示している。テスト４１では、４８％の硫黄および水銀、僅か２３％のｂｔｕ、２５％のウエイト（ｗｅｉｇｈｔ）を含むものを用いたもので最良の結果が得られた。モジュール４でのエア・ジグ（ａｉｒ  ｊｉｇ）テストからの結果を適用することにより、水銀の４８%の内から３７%、硫黄の４８%の内から１８%、２７％、ＢＴＵ(損失１．６％)の２３%から１３%および７．１%を除去できると予想された。
【０１０５】
実施例３−更なる石炭粒子分離結果
２００４年の９月と１２月の間において、Ｕｎｄｅｒｗｏｏｄ，  Ｎｏｒｔｈ  Ｄａｋｏｔａに建設された改良２段パイロットドライヤーで、１１５トンのカナデアン亜炭を乾燥した。１日のテストで３ないし２０トンの亜炭を２０００−７０００lbs/hrの流速でドライヤーを通過させた。これにより、３１%の水分量の原料石炭から１５−２４％の水分レベルの石炭が製造された。
【０１０６】
石炭バンカー上に配置させたロードセル（荷重検出器）により、ドライヤーへの流量および総石炭入力を検出した。アンダーカットおよびダスト（ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ  ｅｌｕｔｒｉａｔｉｏｎ）は運搬箱(複数)に集められ、これら運搬箱はテストの前および後に計量した。産出製品流を、スケールを備えたグラビティー・トレーラに集めた。この石炭供給システムは、１／４インチマイナスの石炭を８０００lbs/hrでドライヤーに供給するよう設計されていた。空気供給システムは６０００ＳＣＦＭを４０インチの水で供給するよう設計されていた。空気加熱コイルは４３８，０００ＢＴＵ／ｈｒを入力し、ベッドコイルは約５００，０００ＢＴＵ／ｈｒを入力するものであった。これは、周囲条件および加熱流体の温度にもよるが、毎時約９００ポンドの水を除去するのに十分な熱量および空気流であった。
【０１０７】
ドライヤーの出力は、典型的には、７０００lbs/hrの流量で、２０％の水ひ物およびアンダーカットと、８０%の製品とであり、この割合はドライヤーへの石炭流量を減少させたとき増大した。テストの間、サンプルを各流れから採取し、供給原料と比較した。アンダーカット（ＵＣ）流は一般に４２０−８４０lbs/hrに設定した。ドライヤーへの流量を減少させたとき、それにより出力流の割合が多くなった。水ひ流も、石炭流量が減少したとき、出力%として増加する傾向を示した。これはドライヤー内での滞留時間がより長くなり、摩滅が大きくなり、水分レベルが低くなったことに起因するものであった。
【０１０８】
典型的なテストにおいて、石炭バンカーに１８，０００ポンドの１／４インチ以下（マイナス）のサイズの石炭を充填した。カナダ鉱山Ｎｏ．１からの亜炭を最初に２インチ以下に粉砕した。この物質をついで篩別し、１／４インチ以下物質（５０％）を１つのパイルに収容し、１／４インチを超える（プラス）物質（５０％）を他のパイルに収容した。パイロットドライヤーに、これら２つのパイルからのバケットを交互に添加することにより充填させた。１／４インチプラス物質を上記バンカーに供給する前にクラッシャーに通過させ、１／４インチマイナス物質は直接、充填させた。カナダ鉱山Ｎｏ．２からの亜炭をクラッシャーに直接、通過させ、ついで篩別することなく、パイロットバンカーへ送入させた。供給原料についての石炭サンプルを各原料パイルから採取した。ダストコレクター（ＤＣ）、アンダーカット（ＵＣ）および重力トレーラ（ｇｒａｖｉｔｙ  ｔｒａｉｌｅｒ）（ＧＴ）サンプルを、定常状態になった後に３０分毎に採取した。大量の上記鉱山Ｎｏ．１石炭をドライヤーに通過、処理した際に、重力トレーラ、ＤＣ運搬箱およびＵＣ運搬箱についてサンプルを毎日、グレイン・プローブを用いて採取した。
【０１０９】
これらの運搬箱を空にして、重量スケールの読みを記録した。ついで、ダストコレクターおよび全ての製品ねじ錐およびエアーロックを始動させた。供給エアーファンをスタートさせ、約５０００ＳＣＦＭに設定した。次に、ドライヤーへの石炭供給を開始し、高速で操作し、ドライヤーに充填させた。ドライヤー内において、ベッドが確立したとき、空気温度を上昇させ、ベッドコイルまで位置させた水を加熱し、空気流を所望の値に調整させた。これらのテストを２〜７時間続行させた。これらテスト間において常に空にすることはなかった。得られた結果は、通常の３０００ポンドの物質についてのものである。
【０１１０】
表４、５はカナデアン亜炭のテストの結果を示すものである。表４には、ドライヤー入力、合計又は出力流、実際のものおよび計算によるもの、総水分量および入力の変化に基づくものが含まれている。表５には前記鉱山Ｎｏ．１石炭のテストについての３つの出力流についてのデータが含まれている。
【表４】
2008517738.tif 000005
【表５】
2008517738.tif 000006
【０１１１】
テスト５２，５７，５８および５９は前記鉱山Ｎｏ．１石炭について行ったものである。テスト５８は管理されたテストであり、テスト５２，５８および５９では、ドライヤー操業の間において、バンカーに石炭を満たしたものである。
【０１１２】
テスト５２は、石炭中の水分の２５％を除去し、更なるテストのためＧＴＩへの輸送のため袋詰めする目的で行った。このタイプのテストの間において、石炭をドライヤー内に供給すると同時に、バンカーに石炭を充填させ、それにより入力を追跡することが困難であった。このテストのため、総出力を供給石炭総水分に対し修正することにより入力を概算した。テスト５２は３週間に亘り、別々の６日に行った。このテストの２日目の後、ベッドは投棄せず、石炭をドライヤー内にプラス２日間、可なり乾燥した条件下で残した。この石炭の燻りをＵＣ運搬箱およびドライヤーベッド内で行った。ドライヤーを始動させたとき、発火が生じ、数枚の破裂板を交換する必要があった。石炭の非常に乾燥した状態およびそれがなされた時間、このユニットの運転停止の時のベッドの温度は、この問題に寄与するものであった。我々はテストを１日を越えて継続させずに、適当な冷却を施すことなく、石炭をドライヤーベッドに残したままにした。このことは上記問題を解消するものと思われた。
【０１１３】
テスト５７，５８および５９は全て１日のテストである。このテスト５７および５９において、乾燥操業の間において石炭をバンカーに添加したものであり、石炭供給を概算する必要があった。テスト５７は、石炭入口流量を約７０００lbs/hrで行った。テスト５８および５９は、石炭入口流量を約５０００lbs/hrで行った。１２月初期のより冷たい温度によりドライヤーの能力が低減された。テスト５９では水銀分析器は誤作動した。
【０１１４】
表５の結果は、ＵＣ流が、石炭供給流の熱量を維持させつつ、石炭供給流から硫黄および水銀の可なりの部分を除去するのに有効であることを明瞭に実証するものである。
【０１１５】
上記した明細書および図面は、本発明の熱処理装置の構造および操作について完全な記述を提供するものである。しかし、本発明は他の種々の組合せ、変更、実施例、環境での使用が、本発明の趣旨、範囲を逸脱することなく可能である。従って、以上の記述は本発明がそれらの特定形態に制限されることを意図したものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】発電のための石炭駆動電力プラントの操業を簡略して示す模式図。
【図２】煙道ガスおよびスチームタービンの廃熱流を利用してボイラー効率を高めるようにした改善された石炭駆動電力プラントを示す模式図。
【図３】本発明の流動床ドライヤー並びにそれに関連する石炭および高温流動化空気を搬送するための機器を示す側面図。
【図４】本発明の単一段流動床ドライヤーを示す模式図。
【図５】本発明の流動床ドライヤーのためのディストリビューター・プレートを示す平面図。
【図６】流動床ドライヤーのためのディストリビューター・プレートの他の例を示す平面図。
【図７】図６の７-７線に沿うディストリビューター・プレートの断面図。
【図８】ねじ錐を備えた図６のディストリビューター・プレートの平面図。
【図９】石炭を乾燥並びに流動化するのに使用される流動化空気を間接的に加熱する一次熱源を利用する本発明の単一段流動床ドライヤーを示す模式図。
【図１０】石炭を乾燥並びに流動化するのに使用される流動化空気を間接的に加熱するプロセス廃熱を利用する本発明の単一段流動床ドライヤーを示す模式図。
【図１１】石炭を流動化するのに使用される流動化空気を加熱するプロセス廃熱(間接加熱)と、石炭を乾燥するための流動床ドライヤー内に収容されたイン・ベッド熱交換器を通って循環される高温凝縮器冷却水(直接加熱)との組合せを利用する本発明の単一段流動床ドライヤーを示す模式図。
【図１２】石炭を流動化するのに使用される流動化空気を加熱するプロセス廃熱(間接加熱)と、スチームタービン・サイクルから抽出されると共に石炭を乾燥するための流動床ドライヤー内に収容されたイン・ベッド熱交換器を通って循環される高温スチーム(直接加熱)との組合せを利用する本発明の単一段流動床ドライヤーを示す模式図。
【図１３】石炭を流動化するのに使用される流動化空気を加熱すると共に、石炭を乾燥するための流動床ドライヤー内に収容されたイン・ベッド熱交換器を通って循環されるトランスファー液を加熱する(間接加熱)プロセス廃熱を利用する本発明の単一段流動床ドライヤーを示す模式図。
【図１４】石炭を流動化するのに使用される流動化空気を加熱すると共に、石炭を乾燥するための流動床ドライヤー内に収容されたイン・ベッド熱交換器を通って循環されるトランスファー液を加熱する(間接加熱)プラント炉排気塔からの高温煙道ガスを利用する本発明の単一段流動床ドライヤーを示す模式図。
【図１５】本発明の２段流動床ドライヤーを示す模式図。
【図１６】流動床ドライヤーの双方のチャンバー内の石炭を流動化するのに使用される流動化空気を加熱するためプラント操業からのプロセス廃熱(間接加熱)と、石炭を乾燥するための流動床ドライヤーの双方のチャンバー内に収容されたイン・ベッド熱交換器を通って循環される高温凝縮器冷却水とを利用する本発明の２段流動床ドライヤーを示す模式図。
【図１７】ドライヤーベッド内で使用される加熱コイルの側面図。
【図１８】図１７の１８-１８線に沿う加熱コイルの断面図。
【図１９】石炭微粒から汚染物を分離するための手段との組合せからなる流動床ドライヤーの模式図。
【図２０】汚染物質を分離し、それを燃焼させ発電させるための手段との組合せからなる流動床ドライヤーの模式図。
【図２１ａ】流動床ドライヤーからアンダーカット粒子を除去するのに使用されるスクラバーアッセンブリーの一部切欠斜視図。
【図２１ｂ】流動床ドライヤーからアンダーカット粒子を除去するのに使用されるスクラバーアッセンブリーの一部切欠斜視図。
【図２２】本発明のスクラバーアッセンブリーの他の例を示す斜視図。
【図２３】図２２のスクラバーアッセンブリーの平面図。
【図２４】図２２のスクラバーアッセンブリーの一部の拡大斜視図。
【図２５】本発明の一実施例に係わるスクラバーアッセンブリーのゲート又は物質流量調節器の端部を示す図。
【図２６】本発明の一実施例に係わるゲートの断面図。
【図２７】窓アッセンブリーの断面図。
【図２８】本発明の２段流動床パイロットドライヤーの模式図。
【図２９】図２８の流動床ドライヤーの異なる操業特性を示すグラフ図。
【図３０】図２８の流動床ドライヤーの異なる操業特性を示すグラフ図。
【符号の説明】
【０１１７】
１０      石炭駆動電力プラント
１２      原料石炭
１４      石炭バンカー
１６      フィーダー
１８      石炭ミル
２０      一次空気流
２５      炉
２７      煙道ガス
３０      二次空気流
３１      水
３２      ボイラー
３３      スチーム
３４      スチームタービン
４０      低圧スチームタービン
４３      発電機
４５      電気
４７      スチーム
５０      凝縮器
５２      冷却水
５４      高温冷却水
５６      冷却塔
６０      廃水
６５      変形システム
７０      ＳＡＨ
７１      抽出スチーム
７２      ＰＡファン
７４      ＦＤファン
７６      トリセクターＡＰＨ
１００    流動床ドライヤー
１０４    コンベヤー
１０８    下方乾燥石炭コンベヤー
１１０    バケット・エレベータ
１１２    上方乾燥石炭コンベヤー
１１４    乾燥石炭バンカー
１１６    乾燥石炭バンカー
１２２    ダスト・コレクター
１２６    排気塔
１５０    流動床ドライヤー
１５２    容器
１５４    ディストリビュータ・プレート
１５６    流動床領域
１５８    充気領域
１６０    流動化空気
１６２    フリーボード領域
１６４    石炭入口
１６６    通気出口点
１６８    石炭
１７０    排出シュート
１７２    コンベヤー
１７４    せき
１８０    ディストリビュータ・プレート
１８２    穿孔プレート
１８４    穿孔プレート
１９０    スクリュートラフ
１９４    ねじ錐
２００    ファン
２０２    ヒータ
２０４    燃焼源
２０６    流動化空気
２０８    イン・ベッド熱交換器
２１０    外部熱交換器
２１２    プロセス廃熱
２２２    高温凝縮器冷却水
２３０    流動床ドライヤー
２３２    高温プロセス流
２４０    単一容器流動床ドライヤー
２４２    熱伝達液
２４６    ポンプ
２５０    単一容器流動床ドライヤー
２５２    高温凝縮器冷却水
２５４    第１段階
２５６    第２段階
２６６    せき
２８０    加熱コイル
２８２    Ｕ字管コイル接続部
２８４    ウォーターボックス
２８６    入口フランジ
２８８    出口フランジ
２９０    リフト用ラグ
２９２    支持プレート
３００    接続部
３０２    底面
３０４    天井壁
３０８    内部
３１０    ディストリビュータ・プレート
３１２    充気室
３１６    入口
３３０    炉
６００    水ひ微粉
６０２    活性化流
６０４    活性炭
６０６    マイルド・ガス化装置
６０８    流動化空気
６１０    水銀含有空気流
６１４    熱交換器
６１８    高温水銀非含有流
６２０    流動化空気
６２２    水銀非含有微粉
６３２    スクラバーサブアッセンブリー
６３４    スクラバーサブアッセンブリー
６３６    出入り場
６３８    収集チャンバー
６４２    ゲート
６４６    シュート
６５４    ディストリビュータ・プレート
６５８    孔
６６０    孔
６７０    封止ゲート
６７２    封止部材
６７４    封止部材
６７６    カバー
６８０    作動アッセンブリー
６８４    空気ピストンロッド
６８６    シリンダー
７００    流動床ガス化装置
７０２    流動化空気
７０４    製品ガス流
７０６    燃焼タービン
７０８    燃焼チャンバー
７１０    コンプレッサー
７１２    ガスタービン
７１４    発電機
７１６    残留石炭
７１８    スチーム
７２０    活性炭
【図１】
2008517738.tif 000007
【図２】
2008517738.tif 000008
【図３】
2008517738.tif 000009
【図４】
2008517738.tif 000010
【図５】
2008517738.tif 000011
【図６】
2008517738.tif 000012
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１ａ】
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【図２１ｂ】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年8月3日(2007.8.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒状物質を密度及び/又はサイズで分離し、汚染物質を濃縮して供給粒状物質流から分離するための装置であって：
（ａ）供給粒状物質を受理するための受理入口と、流動化流を受理するための開口部と、流動化粒状製品流を排出するための排出口と、非流動化粒子流を排出するための排出口とを具備してなる流動床と；
（ｂ）流動化流を前記流動床に導入し、前記流動化粒状製品流を前記非流動化粒子流から分離するため前記開口部に操作自在に接続された流動化流源と；
（ｃ）前記流動床から排出された前記流動化粒状製品流を受理するための受理手段と；
（ｄ）前記流動床内の前記非流動化粒子を前記排出口を介して前記受理手段に搬送させるためのコンベヤーと；
を具備してなり；
（ｅ）前記流動化粒状製品流が前記供給粒状物質との関連で約２３〜５４％減少した汚染物質を含み、前記非流動化粒子流が前記供給粒状物質に含有されていた汚染物質の約９〜４５％を含むものであることを特徴とする粒状物質分離装置。
【請求項２】
前記汚染物質がフライアッシュ、硫黄、水銀および灰分からなる群から選択されるものである請求項１記載の粒状物質分離装置。
【請求項３】
前記流動化粒状製品流中のフライアッシュの減少が約２３〜４３％である請求項２記載の粒状物質分離装置。
【請求項４】
前記流動化粒状製品流中の硫黄の減少が約２５〜５１％である請求項２記載の粒状物質分離装置。
【請求項５】
前記流動化粒状製品流中の水銀の減少が約２７〜５４％である請求項２記載の粒状物質分離装置。
【請求項６】
前記流動化流が、流動床への導入の前に熱源により加熱されるようになっている請求項１記載の粒状物質分離装置。
【請求項７】
前記熱源が一次熱源である請求項６記載の粒状物質分離装置。
【請求項８】
前記熱源が廃熱源である請求項６記載の粒状物質分離装置。
【請求項９】
前記廃熱源が高温凝縮器冷却水、高温スタックガス、高温煙道ガス、使用済みプロセス流、および操作機器からの廃熱からなる群から選択されるものである請求項８記載の粒状物質分離装置。
【請求項１０】
前記流動化流により流動床に伝達される温度が３００°Fを超えない請求項６記載の粒状物質分離装置。
【請求項１１】
前記非流動化粒子流を受理するための非流動化粒子流受理手段と操作自在に接続されている収集チャンバーを更に具備してなり、該収集チャンバーが第２の流動床と、該収集チャンバーに収容されている前記非流動化粒子を通るよう第２の流動化流を向けさせる手段とを具備してなり、そこから可流動粒子を分離し、前記非流動化粒子流内の汚染物質を更に濃縮させるようにした請求項１記載の粒状物質分離装置。
【請求項１２】
前記収集チャンバー内で前記非流動化粒子流から分離された可流動粒子を前記第２の流動化流により前記流動床へ戻すようになっている請求項１１記載の粒状物質分離装置。
【請求項１３】
粒状物質を密度及び/又はサイズで分離するための装置であって：
（ａ）流動化すべき粒状物質を受理するための粒状物質受理入口と、第１の流動化流を受理するための開口部と、流動化粒状物質排出口と、非流動化粒状物質排出口とを具備してなる流動床と；
（ｂ）前記流動床内の前記非流動化粒状物質を前記非流動化粒状物質排出口に搬送させるためのコンベヤーと； 
（ｃ）前記流動床から排出する前記非流動化粒状物質を受理するため配置された収集ボックスであって、前記収集ボックスから前記非流動化粒状物質が抽出されたとき、第２の流動化流を該非流動化粒状物質を通るよう向けさせ、そこから可流動化粒子を分離させる手段を備えてなるものと；
（ｄ）前記流動床および前記収集ボックスに操作自在に接続された流動化流源と；
を具備してなることを特徴とする粒状物質分離装置。
【請求項１４】
収集ボックスから出た前記非流動化粒状物質から分離された前記可流動化粒子が前記流動化流により前記流動床に戻るよう向けさせるようにした請求項１３記載の粒状物質分離装置。
【請求項１５】
前記収集ボックスから出る非流動化石炭流を方向的に制御するため、前記収集ボックスに整合させた１又は２以上のシュートを具備してなる請求項１３記載の粒状物質分離装置。
【請求項１６】
前記収集ボックスから出る非流動化石炭流を方向的に制御するため、前記収集ボックスに整合させたシュートを具備してなり、該シュートが、前記収集ボックスから出る流動化流を方向づけるための第１の開口部と、前記収集ボックスから出る非流動化粒状物質流を方向づけるための第２の開口部とを具備してなる請求項１３記載の粒状物質分離装置。
【請求項１７】
第２の流体流が前記非流動化粒状物質を通るように方向づけるための手段がコレクター・ディストリビュータ・プレートであって、該ディストリビュータ・プレートが傾斜した孔を有し、それを介して前記流動化流を前記非流動化粒状物質に向けさせるようにした請求項１３記載の粒状物質分離装置。
【請求項１８】
第２の流体流が前記非流動化粒状物質を通るよう方向づけるための手段が傾斜したコレクター・ディストリビュータ・プレートであって、該ディストリビュータ・プレートが傾斜した孔を有し、それを介して前記流動化流を前記非流動化粒状物質に向けさせるようにすると共に、前記流動床から流れて前記収集ボックスを通る非流動化粒状物質の流れを、流動床内の流動化流の圧力、前記収集ボックスの流動化流および前記ディストリビュータ・プレートの傾斜の内の１又は２以上によって制御するようにした請求項１３記載の粒状物質分離装置。
【請求項１９】
前記流動床内に収容された粒状物質を支持するため、該流動床の底部近傍に配置させたベッド・ディストリビュータ・プレートを更に具備してなり、該ベッド・ディストリビュータ・プレートが複数の互いに離間して傾斜した孔を備え、該孔によって流動化流が流動床内に収容された粒状物質を通るよう方向づけるため、流動床内に複数の流動化流を生じさせるようにした請求項１３記載の粒状物質分離装置。
【請求項２０】
前記流動化流を流動床に導入させる前に、粒状物質の温度を超える温度に加熱するようにした請求項１３記載の粒状物質分離装置。
【請求項２１】
前記流動床がせきにより分離された第１段階と、第２段階とを有し、流動化粒状物質のみが前記流動化流により前記第２段階に向けられるよう前記せきが配置され、前記コンベヤーおよび非流動化粒状物質排出口の双方が前記第１段階内に位置している請求項１３記載の粒状物質分離装置。
【請求項２２】
前記流動化流が空気である請求項１または１３記載の粒状物質分離装置。
【請求項２３】
前記粒状物質が石炭である請求項１または１３記載の粒状物質分離装置。
【請求項２４】
前記装置が発電プラントとの関連で使用されるものである請求項１または１３記載の粒状物質分離装置。
【国際調査報告】
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