(57)【要約】【課題】  粒状物質を低温、屋外プロセスで熱処理するための流動床ドライヤーのような熱処理装置を提供する。【解決手段】  好ましくは、周囲の工業用プラント操業内の入手可能な廃熱源を使用して前記ドライヤーに熱を提供するようにする。更に、コンベヤー手段が前記ドライヤー内に設けられ、それにより大きく、高密度の粒子を除去するようにする。このような粒子は、さもなくば、ドライヤーを通る粒状物質の連続的流れを妨害したり、流動化ドライヤーの目詰まりを生じさせるものである。本発明は特に、電力プラントのための石炭の乾燥に有用である。【選択図】  図１５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造操業での製品の熱処理装置であって、製品およびこの製品に適用される熱の源を受理するための容器と、該容器に操作自在に接続された熱交換器と、該熱交換器に対し設けられた熱源であって、それに含まれる熱量を前記容器に対し３００°Ｆを超えない温度で放出させるものとを具備してなり；前記熱源に曝された容器内にて、前記製品を、所望の熱処理を達成するのに十分な温度および時間、維持するようにした熱処理装置。
【請求項２】
前記熱源が一次熱源である請求項１記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記熱源が廃熱源である請求項１記載の熱処理装置。
【請求項４】
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３記載の熱処理装置。
【請求項５】
前記容器が流動床ドライヤーである請求項１記載の熱処理装置。
【請求項６】
前記容器が固定床ドライヤーである請求項１記載の熱処理装置。
【請求項７】
前記製品が石炭である請求項１記載の熱処理装置。
【請求項８】
前記製造操業が電力プラントである請求項１記載の熱処理装置。
【請求項９】
前記熱源により前記容器に放出される温度が２００〜３００°Fの範囲である請求項１記載の熱処理装置。
【請求項１０】
関連する熱交換器により前記容器に放出される少なくとも１つの付加的熱源を更に具備してなり、この関連する熱交換器に対し別のタイプの廃熱又は一次熱が提供されるようになっている請求項１記載の熱処理装置。
【請求項１１】
熱処理の間に前記容器に流動化ガス流を吐出させるため、操作自在に前記容器に接続された散布用パイプを更に具備してなり、該容器内での凝縮を抑制するようにした請求項１記載の熱処理装置。
【請求項１２】
熱処理の間により大きい比重を有する製品の一部を前記容器の離れた領域に搬送するため該容器内に収容されたコンベヤー手段を更に具備してなり、該容器内に残留する製品の熱処理を向上させるようにした請求項１記載の熱処理装置。
【請求項１３】
前記コンベヤー手段がねじ錐である請求項１２記載の熱処理装置。
【請求項１４】
前記容器と操作自在に関連させたスクラバーアッセンブリーを更に具備してなり、それにより熱処理の間に前記製品の比重が大きい部分を前記コンベヤー手段が該容器の完全に外側へ移送させると同時に前記スクラバーアッセンブリー内に導入させ、この部分の製品の更なる処理、使用又は処分に供するようにした請求項１２記載の熱処理装置。
【請求項１５】
前記製品の比重が大きい部分の更なる処理が、この比重が大きい部分の製品内に捕捉されている比重がより小さい残留製品部分を除去することである請求項１４記載の熱処理装置。
【請求項１６】
前記製品の比重が大きい部分の更なる処理が、該製品中に含まれる少なくとも１種の好ましくない成分を処理することである請求項１４記載の熱処理装置。
【請求項１７】
前記の好ましくない成分が、硫黄、灰分および水銀からなる群から選択されるものである請求項１６記載の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は粒状物質を商業的に実行可能な様式で熱処理するための装置に関する。特に、本発明は流動床乾燥装置などの連続処理乾燥装置を利用して粒状物質を低温で（常温）、屋外プロセスで乾燥し、その熱量又は加工性を改善し、工場放出物を減少させるものであり、その後、この粒状物質を工業的処理プラントで処理又は燃焼させるようにする。この装置は多くの様々な工業で効率的、経済的な様式で利用することができるが、特に、発電プラントで使用し、燃焼させる前に石炭中の水分を減少させるのに適している。
【背景技術】
【０００２】
電力は周知のように人の生活にとって必要である。電力は工場で機械を操作すること、農場で水を汲み上げること、オフィスでコンピュータを駆動させること、殆どの家庭で光、加熱、冷却のためのエネルギーを提供することなど、あらゆることを行っている。
【０００３】
この電力を提供する大きな電力プラントは、スチーム又は流水のエネルギーを利用してタービンのシャフトを回転させ、それにより発電機を駆動させるようにしている。幾つかの電力プラントは水力電気又は核エネルギー源により操業しているが、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。
【０００４】
スチームがタービンを通過すると、凝縮器に導入され、そこで冷却水を伴ったパイプの周囲を通過させることによりこのスチームから熱が吸収される。スチームが冷却されると、水に凝縮し、その水はついで、ポンプによりボイラーに戻され、それを加熱して再びスチームとなるプロセスが繰り返される。多くの電力プラントにおいて、スチームから熱を吸収した凝縮用パイプ内の水は噴霧池又は冷却塔へ移送され、冷却される。この冷却された水はついで、凝縮器を介してリサイクルされるか、若しくは、湖、河川、その他の水路へと排水される。
【０００５】
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。
【０００６】
石炭には、４つの主たるタイプがある。すなわち、無煙炭、瀝青炭、亜瀝青炭および亜炭である。これらの石炭の４つのタイプの全ては、主として、炭素、水素、窒素、酸素、硫黄および水分を含むものであるが、石炭に含まれるこれらの元素(ｓｏｌｉｄ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ)および水分の具体的量は大きく異なる。例えば、最も高くランクされている無煙炭は、炭素を約９８重量%含み、他方、最も低くランクされている亜炭（褐炭とも呼ばれる）では炭素を僅か約３０重量%含むに過ぎない。同時に、水分量は、無煙炭および瀝青炭の場合は１％未満であり、Ｐｏｗｄｅｒ  Ｒｉｖｅｒ  Ｂａｓｉｎ（ＰＲＢ）などの亜瀝青炭の場合は２５〜３０％であり、Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａｎ亜炭の場合は３５〜４０％である。オーストラリアおよびロシアでは、亜炭の水分レベルはそれぞれ５０％および６０％と高くなる。これらの高水分量の亜瀝青炭および亜炭は、瀝青炭および無煙炭と比較して発熱量が小さい。なぜなら、これらを燃焼させたとき、より小さな熱量を生成するに過ぎないからである。更に、高い燃料水分は、性能および放出物を含む電力ユニット操業の全ての面で悪影響を及ぼす。高い燃料水分は、より高いランクの石炭と比較して、可なり低いボイラー効率をもたらすと共に、より高い単位加熱速度を生じさせる。高い水分量は更に、燃料の取扱い、燃料粉砕、ファン能力、高い燃料ガス流量などの面で問題を生じさせる。
【０００７】
従って、瀝青炭はその豊富な量や比較的高い発熱量のために、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。
【０００８】
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。これらの低ランク石炭を燃料源として燃焼させることにより電力プラントを連邦又は州の汚染基準に適応させることがより容易となる。更に重要な関連事項は、米国の西部における入手可能な石炭埋蔵量の多くがこれら亜瀝青炭および亜炭からなるという事実である。しかし、このようなタイプの低ランク石炭の高水分量は燃焼熱源としての発熱量を減少させるものである。更に、このようなより高い水分レベルは、その発熱量と対比させたとき、石炭の輸送費がより高価なものとなってしまう。更に、これら石炭が水分を失ったときに破壊し、埃りぽくなり、取り扱い並びに輸送が困難になるという理由から、産業界にとって問題となる。
【０００９】
汚染に対する関心から、家庭用加熱燃料として、石炭は天然ガスおよび燃料オイルに殆ど全て置き換えられているが、オイルおよび天然ガスの上昇コストのため、幾つかの工場および商業施設では石炭を熱源として見直すことがなされている。より高い発熱量のため、瀝青炭および無煙炭は加熱に使用する場合に一般的に好ましい。
【００１０】
石炭は更に、コークス生産のための主成分であり、これは鉄、スチールの製造に使用される。瀝青炭は気密性炉内で約２０００°Ｆ（１１００℃）に加熱されるが、この場合、酸欠状態にして石炭が燃焼するのを防止している。この高い熱レベルにより固体の或るものはガスに変換され、残留するほぼ純粋な炭素からなる固くて気泡状の物質がコークスである。殆どのコークスプラントは精鋼所の一部であり、ここで、鉄鉱石がコークスと共に焼かれ、鉄鉱石が銑鉄となり、その後、スチールへと処理される。
【００１１】
コークス製造プロセスでの乾留の間に生成したガスの或るものは冷却されて液体アンモニアおよびコールタールに変換される。更なる処理を介して、これらの残留ガスは軽油へと変換される。このようなアンモニア、コールタールおよび軽油は、製造業者により、薬品、染料、肥料などの製造のために使用される。コールタールは、それ自体、屋根材並びに路面への適用のために使用することができる。
【００１２】
コークス製造プロセスでの乾留の間に生成したガスの或るものは液体とはならない。この“石炭ガス”は天然ガスのように燃焼し、コークス製造およびスチール製造プロセスのための熱として提供することができる。別の燃料工業では、乾留を介さずに石炭を直接ガス化するためのプロセスも開発されている。このガス化プロセスによれば、ガソリンおよび燃料オイルの代替となる高エネルギーガスおよび高エネルギー液体燃料が得られる。このように、石炭は、その固有発熱量の他に、多くの貴重な用途が存在する。
【００１３】
以前から産業界では、石炭を加熱することにより水分が減少し、従って、石炭を乾燥することにより石炭のランク並びにＢＴＵ生産を向上させると認識されていた。ホット・ウォータ・ボイラー内で燃焼させる前に、石炭を乾燥させることによりボイラーの効率を向上させることができるというものである。
【００１４】
石炭を乾燥させるため、様々な乾燥装置が使用されてきた。例えば、米国特許第５，１０３，７４３号（Ｂｅｒｇ）(特許文献１)にはロータリーキルンが開示されており、この場合、ロータリーキルンの外殻表面と、この外殻表面を囲むジャケットとにより画成された乾燥用空間内でウェット石炭が乾燥されるようになっている。このロータリーキルン内で生成した燃料ガスは、ウェット石炭と共にこの乾燥用空間を通過し、それにより外殻表面からの輻射熱と、この高温燃料ガスの熱とにより、ウェット石炭が同時に乾燥されるようになっている。他方、米国特許第４，４７０，８７８号（Ｐｅｔｒｏｖｉｃら）(特許文献２)には、コークス化プロセスに供された石炭を予熱するためのカスケード形旋回床ドライヤーが開示されている。この場合、石炭は、石炭−スチーム混合物内で旋回しながら間接的熱伝達に曝される。コークス炉からの高温コークスを冷却するのに使用される冷却ガスは旋回床ドライヤーの連続的カスケードへと再循環され、石炭を予熱するようになっている。
【００１５】
長尺スロットドライヤーが米国特許第４，６１７，７４４号（Ｓｉｄｄｏｗａｙら）(特許文献３)に開示されており、これは石炭のようなウェット粒状固体物質を乾燥させるためのものである。石炭はスロットドライヤーの溝部の頂部を介して導入され、底孔を通って排出され、その間、向流的に乾燥用流体と接触するようになっている。この乾燥用流体は上記溝内を下向き方向に流され、ついで静かに上向きに反転され、降下する湿潤粒子と向流的に接触するようになっている。スロットドライヤーの底に沿ってコンベヤーシステムが配置され、乾燥した石炭粒子を搬送するようになっている。
【００１６】
米国特許第５，０３３，２０８号（Ｏｈｎｏら）(特許文献４)には、ホッパー・ドライヤーが開示されている。この装置は二重シリンダー構成からなりその間に環状領域が形成されている。石炭粒子はこの環状領域内に導入され、高温ガスを内側シリンダー内の孔(複数)を通過させ、石炭粒子と接触させたのち、外側シリンダー内の孔(複数)から排出させるようにしている。
【００１７】
米国特許第４，６０６，７９３号（Ｐｅｔｒｏｖｉｃら）(特許文献５)には、コークス炉に供給された石炭を予熱するための走行床ドライヤーが開示されている。コークスの乾燥冷却から排出された高温ガス又は廃熱蒸気中の熱が、走行床ドライヤー内に配置されている熱交換管へと再循環されるようになっている。
【００１８】
米国特許第４，４４４，１２９号（Ｌａｄｔ）(特許文献６)には、振動流動床ドライヤーが開示されている。これは２８メッシュより小さいサイズの石炭粒子を乾燥するのに使用される。石炭だきバーナーが高温乾燥用ガスをドライヤーに供給するようになっている。このバーナーと、振動流動床ドライヤーとの間に配置された再生セパレータが石炭粒子からの灰分を除去するようにしている。高温排ガスからも石炭粒子が除去され、この石炭粒子はついで、石炭だきバーナーのために再使用される。
【００１９】
これらの様々なドライヤー装置は全て、石炭のような粒状物質から水分を除去するのに使用することができるが、これらは構造が比較的に複雑であり、熱伝達において比較的非効率であり、或る場合においては、連続的操業よりもバッチ操業に好適なものとなっている。従って、流動床ドライヤー又は反応器が石炭を乾燥させるためのものとして産業界では周知となっている。このようなドライヤーにおいては、流動化媒体が流動床の底の複数の孔を介して導入され、石炭粒子を分離、浮揚させ、乾燥性能を改善するようになっている。この流動化媒体は、直接加熱媒体として兼用させてもよいし、さもなくば、別の間接的熱源を流動床反応器内に配置させてもよい。石炭粒子は、この反応器の一端に導入され、石炭粒子を流動化状態で流動床の長手方向に沿って搬送させる推進手段を提供するものとなる。すなわち、流動床反応器は連続乾燥プロセスに好適なものであり、各流動化粒子と、乾燥媒体との間に大きな表面接触を生じさせるものである。例えば、米国特許第５，５３７，９４１号（Ｇｏｌｄｉｃｈ）(特許文献７)、米国特許第５，５４６，８７５号（Ｓｅｌｌｅら）(特許文献８)、米国特許第５，８３２，８４８号（Ｒｅｙｎｏｌｄｓｏｎら）(特許文献９)、米国特許第５，８３０，２４６号（Ｄｕｎｌｏｐ）(特許文献１０)、米国特許第５，８３０，２４７号（Ｄｕｎｌｏｐ）(特許文献１１)、米国特許第５，８５８，０３５号（Ｄｕｎｌｏｐ）(特許文献１２)、米国特許第５，６３７，３３６号（Ｋａｎｎｅｎｂｅｒｇら）(特許文献１３)、米国特許第５，４７１，９５５号（Ｄｉｅｔｚ）(特許文献１４)、米国特許第４，３００，２９１号（Ｈｅａｒｄら）(特許文献１５)、米国特許第３，６８７，４３１号（Ｐａｒｋｓ）(特許文献１６)を参照のこと。
【００２０】
しかしながら、これらの従来の多くの乾燥プロセスは非常に高い温度と、圧力を使用している。例えば、ビューロウ・オブ・マインズ（Ｂｕｒｅａｕ  ｏｆ  Ｍｉｎｅｓ）プロセスでは１５００psigの圧力で行われ、米国特許第４，０５２，１６８号（Ｋｏｐｐｅｌｍａｎ）(特許文献１７)では１０００〜３０００psiの圧力を必要としている。同様に、米国特許第２，６７１，９６８号（Ｃｒｉｎｅｒ）(特許文献１８)では、１０００°Ｆでの上昇気流の使用を開示している。同じく、米国特許第５，１４５，４８９号（Ｄｕｎｌｏｐ）(特許文献１９)には石炭およびオイルの燃料特性を同時に改善する方法が開示されていて、その場合、温度８５０〜１０５０°Ｆに維持させた反応器が使用されている。その他、米国特許第３，４３４，９３２号（Ｍａｎｓｆｉｅｌｄ）（１４００〜１６００°Ｆ）(特許文献２０)および同第４，５７１，１７４号（Ｓｈｅｌｔｏｎ）（≦１０００°Ｆ）(特許文献２１)を参照されたい。
【００２１】
石炭を乾燥ないしその他処理するためにこのような非常に高い温度を使用する場合は、膨大なエネルギー消費並びにその他、資本および操業コストを必要とし、より低いランクの石炭の使用をたちまちの内に経済的に成り立たないものとするであろう。更に、乾燥プロセスのためのより高い温度は他の放出物の流れを生じさせ、その管理が必要となる。この経済方程式を更に複雑にするものは、従来の石炭乾燥プロセスは、乾燥される石炭の発熱量を改善するためのまさしく熱源を提供するために石炭、オイル又は天然ガスなどの化石燃料の燃焼にしばしば依存するという事実である。これについては、例えば、米国特許第４，５３３，４３８号（Ｍｉｃｈａｅｌら）(特許文献２２)、上記特許文献１９、米国特許第４，３２４，５４４号（Ｂｌａｋｅ）(特許文献２３)、米国特許第４，１９２，６５０号（Ｓｅｉｔｚｅｒ）(特許文献２４)、米国特許第４，４４４，１２９号（Ｌａｄｔ）(特許文献２５)、上記特許文献１を参照されたい。或る場合には、この燃焼させた燃料源が、石炭乾燥プロセス内にて分離され循環された石炭微粉を構成するものとなる。これについては、例えば、米国特許第５，３２２，５３０号（Ｍｅｒｒｉａｍら）(特許文献２６)、米国特許第４，２８０，４１８号（Ｅｒｈａｒｄ）(特許文献２７)、米国特許第４，２４０，８７７号（Ｓｔａｈｌｈｅｒｍら）(特許文献２８)を参照されたい。
【００２２】
従って、必要とする温度がより低くて済む石炭乾燥プロセスの開発のための努力が従来からなされている。例えば、米国特許第３，９８５，５１６号（Ｊｏｈｎｓｏｎ）(特許文献２９)には、乾燥媒体として４００〜５００°Ｆの範囲の流動床内で加温不活性ガスを使用する低ランク石炭のための乾燥プロセスが教示されている。米国特許第４，８１０，２５８号（Ｇｒｅｅｎｅ）(特許文献３０)には、過熱ガス状乾燥媒体を使用して、石炭を３００〜４５０°Ｆに加熱すること（但し、好ましい温度および圧力は、それぞれ８５０°Ｆ、０．５４１ｐｓｉである）が開示されている。これについては、更に、米国特許第４，４３６，５８９号および第４，４３１，５８５号（いずれも、Ｐｅｔｒｏｖｉｃら）(特許文献３１，３２)（３９２°Ｆ）、米国特許第４，３３８，１６０号（Ｄｅｌｌｅｓｓａｒｄら）(特許文献３３) （４８２〜１２０２°Ｆ）、米国特許第４，４９５，７１０号（Ｏｔｔｏｓｏｎ）(特許文献３４) （４００〜９００°Ｆ）、米国特許第５，５２７，３６５号（Ｃｏｌｅｍａｎら）(特許文献３５) （３０２〜５７２°Ｆ）、米国特許第５，５４７，５４９号（Ｆｒａｃａｓ）(特許文献３６) （５００〜６００°Ｆ）、上記特許文献１２、米国特許第５，９０４，７４１号および第６，１６２，２６５号（いずれもＤｕｎｌｏｐら）(特許文献３７，３８) （４８０〜６００°Ｆ）、を参照されたい。
【００２３】
従来の石炭乾燥プロセスの幾つかのものは、更に低い温度を使用している。しかし、それは石炭を限られた程度まで乾燥させるに過ぎない。例えば、上記特許文献１１には、流動床密度が２０〜４０lbs/ft３の第１の流動床反応器を使用する不可逆的乾燥石炭を製造するための方法が開示されており、この場合、水分１５〜３０重量%、酸素含量１０〜２０％、０〜２インチ粒径の石炭を１５０〜２００°Ｆで１〜５分間曝し、石炭を粉砕すると同時に脱水させるようにしている。この石炭はついで、第２の流動床反応器に供給され、ここで鉱油が塗布された後、更に４８０〜６００°Ｆで１〜５分間曝し、石炭を更に粉砕すると同時に脱水させるようにしている。このように、この方法は比較的低い水分（すなわち、１５〜３０重量%）の石炭に適用されるだけでなく、石炭粒子は１５０〜２００°Ｆで操作される第１の流動床反応器内で僅か部分的に脱水され、実際の乾燥は、より高い４８０〜６００°Ｆの床温度で操作される第２の流動床反応器内で行われるようになっている。
【００２４】
同じく、米国特許第６，４４７，５５９号（Ｈｕｎｔ）(特許文献３９)には、不活性雰囲気内で石炭を処理し、最初に２００〜２５０°Ｆで加熱し、その表面水分を除去し、ついで連続的漸進的加熱を、４００〜７５０°Ｆ、９００〜１１００°Ｆ、１３００〜１５５０°Ｆ、２０００〜２４００°Ｆで行い、炭素粒子の孔内の水分を除去し、水分量が２重量％未満、揮発分が１５重量％未満の石炭を製造するプロセスが教示されている。この場合も、明らかに、最初の２００〜２５０°Ｆでの加熱工程は石炭粒子に対し制限された程度の乾燥がなされるに過ぎない。
【００２５】
石炭を乾燥するため流動床反応器を使用する場合に遭遇する１つの問題は、流動化媒体内に大量の微粉が捕捉されてしまうことである。特に、より高温での流動床操業条件では、これらの微粉が自然に燃焼し、爆発を生じさせる。従って、従来の石炭乾燥プロセスの多くは、燃焼を防止するため空気非含有流動床環境内で不活性の流動化ガスを使用することに依存している。この不活性ガスの例としては、窒素、二酸化炭素およびスチームが含まれる。これについては、例えば、米国特許第３，０９０，１３１号（Ｗａｔｅｒｍａｎ，Ｊｒ）(特許文献４０）、米国特許第４，４３１，４８５号（Ｐｅｔｒｏｖｉｃｄら）(特許文献４１)、上記特許文献１５、米国特許第４，２３６，３１８号（Ｈｅａｒｄら）(特許文献４２) 、米国特許第４，２９２，７４２号（Ｅｋｂｅｒｇ）(特許文献４３）、米国特許第４，１７６，０１１号（Ｋｎａｐｐｓｔｅｉｎ）(特許文献４４)、上記特許文献１２、米国特許第５，０８７，２６９号（Ｃｈａら）(特許文献４５) 、米国特許第４，４６８，２８８号（Ｇａｌｏｗら）(特許文献４６)、米国特許第５，３２７，７１７号（Ｈａｕｋ）(特許文献４７)、上記特許文献３９、上記特許文献３７を参照されたい。上記特許文献３５には、石炭のような低品質炭素質燃料を“緩やかな還元環境”内で乾燥するためのプロセスが開示されている。この場合、この緩やかな還元環境はプロパン又はメタンのような低級アルカン不活性ガスの使用を介して達成されている。更に他の従来のプロセスでは、石炭が流動床反応器の長手方向に沿って移動するとき、石炭を漸進的に減少する温度に維持させる多数の加熱流動化流を使用し、石炭の適当な冷却を確保し、爆発を防止するようにしているものがある。これについては、例えば、上記特許文献２１、米国特許第４，４９３，１５７号（Ｗｉｃｋｅｒ）(特許文献４８)を参照されたい。
【００２６】
石炭を乾燥させるとき、産業界で以前から遭遇している他の問題は、乾燥プロセスが完了した後、時間が経つにつれて大気中の水分を再度自然に吸収する傾向を示すことである。そのため、乾燥した石炭粒子の表面を鉱油又は他の炭化水素製品で塗布し、石炭粒子の孔での湿気の吸着を防止するバリヤを形成する努力がなされてきた。これについては、例えば、上記特許文献１０、上記特許文献１２、上記特許文献２９、米国特許第４，７０５，５３３号および第４，８００，０１５号（いずれもＳｉｍｍｏｎｓ）(特許文献４９，５０)を参照されたい。
【００２７】
低ランク石炭を乾燥させるプロセスの経済性を高めるため、一次燃焼燃料熱源に対する補助熱源として廃熱流を使用することが知られている(上記特許文献２６参照)。高温コークスにより加熱された冷却用ガスを熱交換器内の乾燥用ガスを加熱する目的で再循環させるコークス用炭製造においては、このことは全くその通りである。これについては、例えば、米国特許第４，０５３，３６４号（Ｐｏｅｒｓｃｈ）(特許文献５１)、米国特許第４，３０８，１０２号（Ｗａｇｅｎｅｒら）(特許文献５２)、上記特許文献３３、米国特許第４，３５４，９０３号（Ｗｅｂｅｒら）(特許文献５３)、米国特許第３，８００，４２７号（Ｋｅｍｍｅｔｍｕｅｌｌｅｒ）(特許文献５４)、上記特許文献２２、上記特許文献５、上記特許文献４１を参照されたい。同様に、流動床燃焼炉からの煙道ガスが、石炭を乾燥させるための流動床反応器内に収容された熱交換器のための補助熱源として使用されてきた。これについては、例えば、上記特許文献７、上記特許文献４７を参照されたい。上記特許文献１には、ロータリーキルン内でウェット石炭のような固体を乾燥させるための方法が開示されており、この場合、乾燥された物質をガス化してホットガスを生成させ、これをキルン内の物質を乾燥するのに使用する輻射ヒータのための燃焼熱源として使用している。米国特許第４，２８４，４７６（Ｗａｇｅｎｅｒら）(特許文献５５)には、関連する冶金施設からのスタックガス（煙道ガス）をコークス製造プロセス内の高温コークス中に通過させてコークスを冷却させ、それによりスタックガスを加熱し、ついで、このスタックガスを、コークスに変換される前の湿潤石炭原料を予熱するのに使用することが開示されている。
【００２８】
しかしながら、これらの従来のプロセスは全て、石炭乾燥操作において、廃熱流を石炭乾燥のための唯一の熱源として使用しようとするものではないと思われる。むしろ、これらの従来のプロセスでは、石炭、オイル又は天然ガスなどの化石燃料の燃焼を継続させる一次熱源の単なる補助として廃熱流が用いられている。これは一部、従来のドライヤー並びに関連プロセスで使用される乾燥温度が比較的高いためと思われる。このように、低ランク石炭を含めて、石炭製品の乾燥のためのプロセスの経済性は、プロセスプラント(例えば、電力プラント)内でボイラーを焚くための発熱量を改善するため、化石燃料を燃焼させて化石燃料（すなわち、石炭）を乾燥させる必要性により依然として制限されたものとなる。
【００２９】
更に、従来の多くの流動床ドライヤーは、その底部に沈着する比較的大きく、密度が高い石炭粒子による目詰まりが生じ、残りの粒子の流動化をより困難にするという問題を伴う。このドライヤーの上方領域内での縮合も流動化粒子を凝縮させ、ドライヤーの床底に落下させ、この目詰まりの問題を悪化させることになる。この理由からして、従来の流動床ドライヤーの設計の多くは、垂直に配向させ、あるいは多重カスケード形ドライヤーの様相を持たせ、流動化媒体としての流入ジェット流を、ドライヤー内に収容されている石炭粒子のための改善した流動化パターンを形成するよう配向させている。
【００３０】
【特許文献１】米国特許第５，１０３，７４３号明細書
【特許文献２】米国特許第４，４７０，８７８号明細書
【特許文献３】米国特許第４，６１７，７４４号明細書
【特許文献４】米国特許第４，４７０，８７８号明細書
【特許文献５】米国特許第４，６０６，７９３号明細書
【特許文献６】米国特許第４，４４４，１２９号明細書
【特許文献７】米国特許第５，５３７，９４１号明細書
【特許文献８】米国特許第５，５４６，８７５号明細書
【特許文献９】米国特許第５，８３２，８４８号明細書
【特許文献１０】米国特許第５，８３０，２４６号明細書
【特許文献１１】米国特許第５，８３０，２４７号明細書
【特許文献１２】米国特許第５，８５８，０３５号明細書
【特許文献１３】米国特許第５，６３７，３３６号明細書
【特許文献１４】米国特許第５，４７１，９５５号明細書
【特許文献１５】米国特許第４，３００，２９１号明細書
【特許文献１６】米国特許第３，６８７，４３１号明細書
【特許文献１７】米国特許第４，０５２，１６８号明細書
【特許文献１８】米国特許第２，６７１，９６８号明細書
【特許文献１９】米国特許第５，１４５，４８９号明細書
【特許文献２０】米国特許第３，４３４，９３２号明細書
【特許文献２１】米国特許第４，５７１，１７４号明細書
【特許文献２２】米国特許第４，５３３，４３８号明細書
【特許文献２３】米国特許第４，３２４，５４４号明細書
【特許文献２４】米国特許第４，１９２，６５０号明細書
【特許文献２５】米国特許第４，４４４，１２９号明細書
【特許文献２６】米国特許第５，３２２，５３０号明細書
【特許文献２７】米国特許第４，２８０，４１８号明細書
【特許文献２８】米国特許第４，２４０，８７７号明細書
【特許文献２９】米国特許第３，９８５，５１６号明細書
【特許文献３０】米国特許第４，８１０，２５８号明細書
【特許文献３１】米国特許第４，４３６，５８９号明細書
【特許文献３２】米国特許第４，４３１，５８５号明細書
【特許文献３３】米国特許第４，３３８，１６０号明細書
【特許文献３４】米国特許第４，４９５，７１０号明細書
【特許文献３５】米国特許第５，５２７，３６５号明細書
【特許文献３６】米国特許第５，５４７，５４９号明細書
【特許文献３７】米国特許第５，９０４，７４１号明細書
【特許文献３８】米国特許第６，１６２，２６５号明細書
【特許文献３９】米国特許第６，４４７，５５９号明細書
【特許文献４０】米国特許第３，０９０，１３１号明細書
【特許文献４１】米国特許第４，４３１，４８５号明細書
【特許文献４２】米国特許第４，２３６，３１８号明細書
【特許文献４３】米国特許第４，２９２，７４２号明細書
【特許文献４４】米国特許第４，１７６，０１１号明細書
【特許文献４５】米国特許第５，０８７，２６９号明細書
【特許文献４６】米国特許第４，４６８，２８８号明細書
【特許文献４７】米国特許第５，３２７，７１７号明細書
【特許文献４８】米国特許第４，４９３，１５７号明細書
【特許文献４９】米国特許第４，７０５，５３３号明細書
【特許文献５０】米国特許第４，８００，０１５号明細書
【特許文献５１】米国特許第４，０５３，３６４号明細書
【特許文献５２】米国特許第４，３０８，１０２号明細書
【特許文献５３】米国特許第４，３５４，９０３号明細書
【特許文献５４】米国特許第３，８００，４２７号明細書
【特許文献５５】米国特許第４，２８４，４７６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
流動床ドライヤーのようなドライヤーユニットの操作を３００°Ｆ未満の低温で行うことは望ましいことであり、ドライヤー内での石炭粒子の自然発火を抑制する必要性を解消することができるであろう。より大きく、密度の高い粒子をドライヤーの床領域から物理的に分離、除去し流動化粒子の周りでの縮合を排除するための機械的手段を流動床ドライヤー内に組み込むことは、ドライヤーの非効率化をもたらす潜在的な目詰まりの問題を解消させるものとなるであろう。ボイラー炉への導入の前に石炭を乾燥させることは、亜瀝青炭および亜炭のような低ランク石炭を使用するプロセス経済性を改善させるものとなるであろう。このような低ランク石炭源は、伝統的に使用されてきた瀝青炭および無煙炭と比較して、急速に電力プラントのための実行可能な燃料源になり得る。汚染を生じさせる石炭内に見られる好ましくない元素の除去に加えて、低硫黄亜瀝青炭および亜炭の経済的使用は環境にとって非常に有益なものとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
工業用プラントの操業において必須成分として使用される粒状物質の品質特性を熱処理ないし向上させるための装置が本願発明により提供される。このような粒状物質には、工業用プラントの操業において燃焼される燃料源若しくは、このプラントの操業から生じる完成品を作るために使用される原材料が含まれる。必須のものではないが、このような熱処理装置は、工業用プラントの操業において入手可能な１又はそれ以上の廃熱源により加熱されることが好ましい。このような廃熱源には、限定的ではないが、炉からの高温煙道ガス又はスタックガス、高温凝縮器冷却水、タービンからのプロセス流、高温発熱量を有する他のプロセス流が含まれる。従って、本発明は、粒状物質の熱処理をより経済的なベースで行うことを可能にし、工業用プラントの操業において実行可能でなかったかも知れない低ランク(例えば、水分含有のより高いもの)材料の使用を可能にするものである。
【００３３】
本発明は多くの様々な工業分野で適用可能であるが、説明の便宜上、ここでは、典型的な石炭燃焼発電プラントとの関連で本発明を説明する。この場合、石炭の発熱量を改善させ、それによりプラントのボイラー効率を向上させるため、ドライヤーにおいて石炭から幾らかの水分を除去することが望ましい。このようにして石炭を乾燥させることにより、亜瀝青炭および亜炭のような低ランク石炭の品質を向上させ、その使用をも可能にするものである。石炭の水分量を減少させることにより、石炭が低ランク又は高ランクである無しに関係なく、他の操業効率の向上が同じく実現可能となる。
【００３４】
このような石炭燃料原料は、経済的に実現可能なベースで電力プラントのボイラーを焚くために絶対ゼロ水分レベルまで乾燥させる必要はない。むしろ、入手可能な廃熱源を使用して石炭を十分なレベルまで乾燥させることにより、ボイラーの効率を著しく向上させ、同時に、経済的に実現可能なレベルでの処理コストの維持を図ることができる。これはプラントのオペレータにとって、真の経済的利益を与えるものとなる。亜炭の水分量を典型的な３９〜６０％のレベルから１０%以下のレベルまで減少させることができるが、２７〜３２％のレベルが好ましいものといえる。この好ましいレベルは、熱伝達に対するボイラーの能力により決定される。
【００３５】
本発明の熱処理装置は、スチームタービンからの使用済みスチームのような入手可能な廃熱源、プラントから排出される煙道ガス内の熱エネルギー、又は凝縮器から排出される高温凝縮器冷却水を使用することに焦点を向け、水分減少又は他の処理工程を行うものであるが、燃焼熱などの一次熱源を、廃熱源を利用するシステムに加えて経済ベースで望ましい結果を達成するようにしてもよいことを理解されたい。典型的には、この一次熱源は、使用される廃熱源との関連で少量のものとなろう。
【００３６】
本発明は固定床ドライヤーおよび流動床ドライヤーを利用するものであり、この双方とも単一段又は多段のものであってもよく、物質を予め乾燥し、更に清浄化し、その後、工業用プラントの操業において消費されるようになっている。しかし、他のタイプの産業上公知のドライヤーを使用してもよい。更に、この乾燥プロセスは低温屋外システムで行われ、それにより工業用プラントのための操業コストを更に減少するようにしている。この場合、乾燥温度は好ましくは３００°Ｆ以下、より好ましくは２００〜３００°Ｆの範囲に保つようにする。本発明において、凝縮器から排出される高温凝縮器冷却水の一部を分岐させ、ＡＰＨに向けられた流入空気を予熱するのに使用し、“熱増幅”効果を生じさせるようにしてもよい。
【００３７】
本発明の熱処理装置は更に、ドライヤーユニット内に配置されたねじ錐などのコンベヤー手段を提供するものであり、これはドライヤーを通過する粒状物質の連続的流れを妨害したり、ドライヤーの目詰まりを生じさせるところの粒状（アンダーカット）物質のより大きく、高密度の粒子を前記ユニットの脇に移動させるか、又はこのユニット外に除去させるものである。このようなアンダーカットの粒子の除去はドライヤーの効率を増大させることができ、これは多段ドライヤーの第１の段階で容易に達成することができる。
【００３８】
本発明は更に、フライアッシュ、硫黄、水銀担持物質並びに他の有害な汚染物質を石炭から除去するためのシステムを提供するものである。この場合、流動床の物質隔離、分類機能が利用され、これは従来のシステム、すなわち、石炭を燃焼させた後、汚染物質並びに他の異物を除去しようとするものとは対照的なものである。石炭を燃焼させる前に汚染物質並びに他の異物を除去することにより、プラントのプロセスにおける汚染物質により環境にもたらされる潜在的な公害を排除することができ、これにより放出物の減少、石炭入力レベルの低減、プラント操業に要する補助電力の低減、プラントの水使用の低減、金属腐食および他の要因によるメンテナンスコストの低減、煙道ガスからこれらの汚染物質の抽出に要する装置設置からもたらされる資本コストの低減などの利益が予測される。
【発明の効果】
【００３９】
本発明は、目詰まりを防止しつつ、比較的低温で粒状物質を熱処理するための装置を提供するものである。本発明によれば、より経済的なベースで物質の乾燥を行うことが可能となり、それにより工業プラント操業では実行可能と思われないような低ランク(例えば、水分がより高い)物質の使用が可能となる。更に、この熱処理装置の使用により、物質内に含まれる汚染物質並びに好ましくない元素を、工業プラント操業で処理される前に減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
本発明は多くの様々な産業に適用可能であるが、説明の便宜上、ここでは、典型的な石炭燃焼発電プラントとの関連で本発明を説明する。この場合、石炭の発熱量を改善させ、それによりプラントのボイラー効率を向上させるため、ドライヤーにおいて石炭から幾らかの水分を除去することが望ましい。このようにして石炭を乾燥させることにより、亜瀝青炭および亜炭のような低ランク石炭の品質を向上させ、その使用をも可能にするものである。石炭の水分量を減少させることにより、石炭が低ランク又は高ランクである無しに関係なく、他の操業効率の向上が同じく実現可能となる。例えば、より乾燥させた石炭は、発電プラントにおける石炭取扱いシステム、コンベヤーおよび石炭クラッシャーに対する負担を軽減させることになる。より乾燥させた石炭は搬送が容易となるから、メンテナンスコストを軽減させ、石炭取扱いシステムの利用可能性を増大させる。より乾燥させた石炭は更に、粉砕が容易となり、従って同じ粉砕サイズ(石炭粒度)を達成するのに必要な“粉砕”電力が少なくて済む。燃料の水分が少ないことにより、微粉機から放出される水分量が減少することになる。これにより、石炭粉砕の結果も改善される。更に、石炭を搬送し、流動化させ、加熱するのに使用される一次空気も少なくて済む。一次空気のこのような低いレベルは空気の速度を減少させることになり、このより低い空気の速度により、石炭用ミル、石炭搬送パイプ、石炭バーナー、関連する装置における腐食を有意に減少させることができる。これは石炭移送パイプおよびミルメンテナンスコストを軽減させる効果をもたらし、これは亜炭駆動プラントにとって非常に大きなものである。排気塔放出物の減少も実現され、それにより下流側環境保護装置の収集効率が改善されることになる。
【００４１】
このような石炭燃料原料は、経済的に実現可能なベースで電力プラントのボイラーを焚くために絶対ゼロ水分レベルまで乾燥させる必要はない。むしろ、入手可能な廃熱源を使用して石炭を十分なレベルまで乾燥させることにより、ボイラーの効率を著しく向上させ、同時に、経済的に実現可能なレベルでの処理コストの維持を図ることができる。これはプラントのオペレータにとって、真の経済的利益を与えるものとなる。亜炭の水分量を典型的な３９〜６０％のレベルから１０%以下のレベルまで減少させることができるが、２７〜３２％のレベルが好ましいものといえる。この好ましいレベルは、熱伝達に対するボイラーの能力により決定される。
【００４２】
本発明は好ましくは、多数のプラント廃熱源を種々の組合せで利用するものであり、それによりプラント操業に悪影響をもたらすことなく物質の乾燥を行うことができる。典型的な電力プラントにおいて、プロセス廃熱は更なる利用のため多くの熱源から入手可能である。１つの可能な熱源はスチームタービンである。スチームは石炭の乾燥のため、スチームタービンサイクルから抽出することができる。多くの現存するタービンにおいて、これは電力出力を減少させ、この抽出点から下流側のタービン部位での性能に好ましくないインパクトを与えることになり、この熱源が熱抽出のために好ましくないものとさせる。しかし、新しく建設された電力プラントにおいては、工程効率に悪影響を生じさせることなくスチームの抽出が可能なようにスチームタービンが設計されている。それにより、このようなスチーム抽出が新規なプラントにおいて石炭乾燥のために使用される廃熱源の一部として利用され得る。
【００４３】
石炭を乾燥させるための廃熱の他の可能な熱源は、プラントから放出される煙道ガスに含まれる熱エネルギーである。煙道ガスに含まれる廃熱を使用して石炭の水分を除去することは排気塔温度を減少させ、それにより排気塔内の浮力を減少させ、排気塔壁面の水蒸気および硫酸の凝縮を生じさせるものとなる。これは石炭乾燥のための煙道ガスから取得可能な熱量を制限するものとなり、これは特にウェット・スクラバーを備えたユニットに当てはまり、それにより本発明における多くの最終用途において、高温煙道ガスが唯一の廃熱源として使用されないものとする。
【００４４】
ランキン動力サイクルでは、スチーム凝縮器及び/又は冷却塔内において、熱がこのサイクルから排出される。ユーティリティ・プラントで一般に使用されているスチーム凝縮器内で排出される熱は、廃熱の大きな熱源を提供するものであり、それを二次的目的で使用することはプラント操業に対するインパクトも少ない。この凝縮器から放出されるこの高熱凝縮器冷却水の一部を分岐させ、石炭乾燥のために使用することができる。工業的分析によれば、全ユニット負荷において、凝縮器内に排出される熱の僅か２％で石炭の水分量を４％減少させることができる。この熱源を単独で、又は、他の入手可能なプラント廃熱源との組合せで利用することにより、プラント操業に悪影響を及ぼすことなく、プラント廃熱源の最適な使用を提供するものとなる。
【００４５】
本発明は、入手可能な廃熱源を使用することに焦点を向け、水分減少又は他の処理工程を行うものであるが、燃焼熱などの一次熱源を、廃熱源を利用するシステムに加えて経済ベースで望ましい結果を達成するようにしてもよいことを理解されたい。典型的には、この一次熱源は、使用される廃熱源との関連で少量のものとなろう。
【００４６】
本発明は固定床ドライヤーおよび流動床ドライヤーを利用するものであり、この双方とも単一段又は多段のものであってもよく、物質を予め乾燥し、更に清浄化し、その後、工業用プラントの操業において消費されるようになっている。しかし、他のタイプの産業上公知のドライヤーを使用してもよい。更に、この乾燥プロセスは常温屋外システムで行われ、それにより工業用プラントのための操業コストを更に減少するようにしている。この場合、乾燥温度は好ましくは３００°Ｆ以下、より好ましくは２００〜３００°Ｆの範囲に保つようにする。
【００４７】
本発明の熱処理装置は更に、フライアッシュ、硫黄、水銀担持物質並びに他の有害な汚染物質を石炭から除去するためのシステムを提供するものである。この場合、流動床の物質隔離、分類機能が利用され、これは従来のシステム、すなわち、石炭を燃焼させた後、汚染物質並びに他の異物を除去しようとするものとは対照的なものである。石炭を燃焼させる前に汚染物質並びに他の異物を除去することにより、プラントのプロセスにおける汚染物質により環境にもたらされる潜在的な公害を排除することができ、これにより放出物の減少、石炭入力レベルの低減、プラント操業に要する補助電力の低減、プラントの水使用の低減、金属腐食および他の要因によるメンテナンスコストの低減、煙道ガスからこれらの汚染物質の抽出に要する装置設置からもたらされる資本コストの低減などの利益が予測される。
【００４８】
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物、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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
電力プラントのボイラー炉内で燃やされる石炭は、本発明の目的において、工業用プラント操業での粒状物質の例として使用できるが、工業用プラント操業で有用のもの、必要なもの、又は有益なものとして投入し得る他の任意の物質も本発明において同じく包含されると理解されることが重要である。
【００５７】
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。
【００５８】
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り、排気中に排出される。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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、石炭乾燥システム全体が、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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
流動床容積は単一のもの(図３参照)、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（図１５，１６参照）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とする。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。
【００６９】
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)１４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１０６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２５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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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、乾燥された石炭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。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。
【００７３】
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・ローターは、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１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”を提供するものとなる。
【００７４】
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１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・ローターは、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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
石炭粒子がドライヤーユニットの流動床領域１５６内で流動化され、流動床に沿って“Ｄ”方向に移送されるとき、より大きく、より密度の大きい粒子は大きい比重のため、当然、流動床の底部に向って沈下する。同時に、より軽い石炭粒子および水ひされた微粉は、小さい比重のため、流動床の頂部に向って移動する。通常は、これらの密度が大きい“オーバーサイズ”の石炭粒子はディストリビュータ・プレート１８０を覆い、ディストリビュータ・プレートの穿孔開口部１８３，１８５に目詰まりを生じさせ、それにより加圧高温空気の石炭粒子流動化用ドライヤーへの流入を妨害することになる。更に、流動化石炭粒子がドライヤーユニットの長手方向を横切って不均一に蓄積し、それによりドライヤーの供給端から排出端への流動化粒子の必要な流れを妨害することになる。従って、流動床ドライヤー１５０を定期的に操業停止にし、流動床領域１５６からオーバーサイズの石炭粒子を除去し、高温空気１６０が再び石炭粒子を流動化するようにし、石炭粒子がドライヤーの長手方向に沿って均一に流れるようにする必要がある。このようなドライヤーのメンテナンスはドライヤーの連続的操業を可なり妨げることになる。
【００７８】
従って、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。
【００７９】
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、これら石炭粒子をドライヤーユニットの一方の側に引き入れ、それによりディストリビュータ・プレートの孔がオーバーサイズの石炭粒子により目詰まりを起こすのを防止することができ、且つ、ドライヤーベッドの長手方向に沿う流動化石炭粒子の流れが妨害されるのを防止することができる。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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な熱はポンプ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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。このねじ錐およびスクラバーユニット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。
【００９２】
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。１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。
【００９３】
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。
【００９４】
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（水ボックス）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、水入口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。
【００９５】
第１段熱交換器２５８の１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１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本のチューブを有する。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わせた表面積はほぼ８．４８３ft２である。
【００９６】
第１段堰２６２が図１９により明瞭に示されている。これは第１段階２５４と、第２段階２５６との間の流動床ドライヤー２５０の幅を横切るようにして延出している。ドライヤーの１４フィート幅のため、この堰２６２は２つの堰ゲートパネル３００と３０２とからなっている。これら堰ゲートパネルは夫々、ドライヤーの底部および側壁の所定位置に溶接された下方部位３０１，３０３と、ドライヤーの側壁に沿ってトラック内を垂直に摺動可能にされていると共に、ドライヤーユニットの全幅に亘って架設された５インチｘ５インチ角パイプ支持体３１０に接続された連結チェーン３０８により吊り下げられた調整自在な上方部位３０４，３０５とからなっている。このような連結チェーンにより、堰ゲートの上方部位３０４，３０５が垂直に移動し堰ゲートの高さを調整することが可能になっている。堰ゲート内の孔３１４は堰ゲートを横切って流動化された石炭粒子が均等に分布するようにするものであり、それにより石炭粒子が流動床を横切って均一の深さを維持するようにしている。ドライヤー２５０の目的に応じて、各堰ゲートには３つの孔３１５が設けられていて、その各々は一辺が１２インチのダイヤモンド形をなしている。しかし、この孔について他の形状、サイズおよび数を、流動床ドライヤー２５０内の流動化条件に応じて選択することができる。このゲートの上方部が下方部との関連で摺動するようになっているから、これらの孔のサイズが大きくなったり、小さくなったりして堰ゲートの高さについて或る程度の調整を可能にしている。
【００９７】
第２のドライヤー段階２５６の排出端における堰ゲート２６６が図２０により明瞭に示されている。第１の堰ゲート２６２と同様に、この第２の堰ゲート２６６は２つの小さな堰ゲートパネル３２０および３２２とからなっていて、その下方部位３２１，３２３は夫々、ドライヤーユニットの底部および側壁に溶接されている。調整自在な上方部位３２４，３２５がドライヤーの側壁に沿ってトラック内を垂直に摺動可能にされていると共に、その上縁に沿って５インチｘ５インチ角パイプ支持体３３０に連結チェーン３３２を介して固定されている。この場合も、好ましくは一辺が１２インチのダイヤモンド形孔３３４が石炭粒子を堰ゲートを横切って均一に分布するのを助けている。
【００９８】
堰ゲートパネルの夫々の下部にはフロップゲート３３６および３３８が配置されている。これらのフロップゲートはヒンジを介して堰ゲートに接続され、関連するリンク仕掛けを備えた空気作動シリンダー３４０および３４２により駆動され、各堰ゲートパネル内の８インチx３フィート開口部３４４を開閉するようになっている。フロップゲートが開放されると、ドライヤーの第２段階２５６内の流動化石炭粒子が排出ホッパー３４６内に落下し、この排出ホッパー３４６から乾燥された石炭製品が後に排出され、従ってドライヤーから排出される。これら堰ゲート２６２、２６６は1／２インチ炭素鋼から作られている。
【００９９】
ドライヤー２５０のフリーボード領域１６２に位置する散布用パイプ３５０は流動床上のドライヤー内の空気を露点以上に保つのを助けている。このことは重要である。なぜならば、ドライヤーベッド内の流動化石炭粒子から蒸発した水分がフリーボード領域に上昇し、この区域を湿潤化させるからである。このドライヤー内の温度条件がこの湿気を帯びた空気を凝縮させるものであると、水滴が流動床内へと落下し、石炭粒子を凝集させ、ドライヤーベッド並びにディストリビュータ・プレートを目詰まりさせるからである。
【０１００】
散布用パイプ３５０は図２１に示されているように、端部３５８，３６０を有し、相互に接続された一連のパイプ部分３５２，３５４，３５６からなっている。一端３５８は図１５に明示すようにドライヤー内に延出している。散布用パイプ３５０の他端３６０はダクトパイプ３６２に接続されている。このダクトパイプ３６２は高温流動化空気を移送するパイプから前記の２つのドライヤー段階へと延出している。このようにして、高温流動化空気２０６の一部が散布用パイプ３５０によりドライヤーのフリーボード領域へ移送されるようになっている。この散布用パイプ３５０は好ましくは直径が２０インチで、３列の１インチ孔３６４が穿設されていて、この流動化空気を流動床ドライヤー２５０の幅に沿って移送させるものとする。この散布用パイプ３５０は好ましくは前記第１の段階の終端に近いドライヤーのフリーボード領域に位置させる。なぜならば、ドライヤー内に蓄積された大量の湿気がそこに存在することがあるからである。更に、この散布用パイプの孔の或るものは傾斜させてもよく、それにより流動化空気を、ドライヤー壁面に石炭粒子の凝結が生じるのを減少させるべく指向させる。
【０１０１】
図２２は供給端部から見た流動床ドライヤー２５０を示している。特に注目すべきは消火器アッセンブリー３７０である。ドライヤーベッド内の乾燥した石炭粒子および微粉の自然発火の可能性は、ドライヤーベッドが３００°Ｆ以下、好ましくは２００〜３００°Ｆの範囲で加熱されるという事実により減少するが、爆発の可能性は依然として存在する。従って、消火器アッセンブリー３７０は水氾濫システムを備え、これにより操業の間の緊急時に水をドライヤーへ散布するようにしている。これはスプレーノズルを有する鍔付きパイプ接続部からなっている。２４時間規格の待機用バッテリーバックアップを備えた単一ゾーン・マイクロプロセッサー装着制御ユニットが上記システムを監視するようになっている。流動床ドライヤー内から発生する初期の爆発が検出されたとき、アラームを遠隔発信させるためのドライ接点が設けられている。この爆発を抑制し、化学的分離バリヤを形成するため高速吐出（ＨＲＤ）消火器が使用される。このＨＲＤは乾燥窒素を用いて５００psigに加圧され、加工グレードの重炭酸ナトリウムからなる抑制剤が充填されている。初期爆発が感知されたとき、検出器が制御ユニットを介して電気インパルスを、ＨＲＤの首部に配置させた爆発アクチュエータに送信する。それによりこのアクチュエータが迅速に、サプレッサーの底部に配置されている破裂ディスクを開口させ、それにより抑制剤が放出されるようになっている。ここに使用されている爆発検出器は低慣性ステンレス鋼薄膜からなる一対の圧力検出器である。不快なアラームを少なくするため、圧力検出器の装着にはスタンド-オフ・キットが使用される。６個の３０リットル・５インチＨＲＤ消火器(ドライヤーの各側面に３個づつ配置される)が入れ子式フラッシュ・スプレッダーノズルを介して放出を行うようになっている。
【０１０２】
本発明の目的のための石炭ベッドドライヤーの他のタイプのものは、直接的又は間接的熱源を備えた単一容器、単段、固定床ドライヤーである。直接的熱源を備えたこのドライヤーの１例が図２３に示されている。但し、その他の様々な構成も可能である。固定床ドライヤーは、他の電力プラント又は他の工業用プラントへ販売される石炭を乾燥させる場合に好ましい選択となる。これは、必要量の石炭を所望の水分減少まで乾燥させる場合に、流動床ドライヤーと比較して、低い乾燥速度並びにより長い滞留時間が固定床ドライヤーにとって必要であるからである。更に、採鉱現場などのプラントの存在しない状況において、流動床ドライヤーを使用するには実際上の制約が通常存在する。このような状況下で希少廃熱源、例えば高温凝縮器冷却水又はコンプレッサー熱などをこの乾燥操作のために入手することは不可能であろう。更に、流動床に必要な流動化空気の必要量を安価に得ることはより困難であろう。
【０１０３】
図２３に示す構成において、固定床ドライヤー４００は２つの同心壁部を有する。すなわち、略円筒状の外側壁部４０２と、略円筒状の内側壁部４０４とであり、これらの間に空気流のための環状空間４０６が画成されている。基底の直径が内側壁部４０４のものより小さい円錐構造４０８が固定床ドライヤー４００の底部に配置されており、これは内側壁部４０４と同軸的に整合されていて、乾燥された石炭４１２の排出のための円環状床面排出ポート４１０がそれらの間に形成されている。
【０１０４】
石炭(排他的ではないが、一般に所定サイズのウェット石炭１２)は開放頂部４１４から固定床ドライヤー４００内に導入される。所定サイズのウェット石炭１２が重力により固定床ドライヤー４００の底部に引き込まれる。流動化空気流４１６がファン４１８により発生し、常温乾燥用空気４２０を空気対水熱交換器４２２に通過させる。この流動化空気４２０は、図２３に示すように、スチーム凝縮器(図示しない)からの高温凝縮器冷却水４２４のような廃熱により加熱される。本出願で記載されている全ての実施例と同様に、その他の廃熱源も本発明の実施のために使用することが可能である。
【０１０５】
流動化空気４２０は、円錐構造４０８並びに内側壁部４０４と外側壁部４０２との間に形成された環状空間４０６の双方を介して固定床ドライヤー４００の底部に導入される。円錐構造４０８および内側壁部４０４には、双方とも孔が形成されているか、あるいは適当なものが備えられていて、図２３に示すように、流動化空気４１６が、固定床ドライヤー４００の内側壁部４０４内方に収容されている所定サイズのウェット石炭１２を通って流れるようになっている。この流動化空気４１６は固定床ドライヤー４００の開放頂部４１４を介して大気中に飛散される。
【０１０６】
この固定床ドライヤー４００は内蔵ヒートコイル４２６を備えている。この内蔵熱伝達コイル４２６のための熱は、廃熱（この場合、高温凝縮器冷却水４２４）により提供される。他の熱源からの廃熱又はスチームタービンサイクルから抽出されたスチーム、又はそれらの組合せも、単独で、又は凝縮器冷却水４２４との組合せで使用することもできる。所定サイズのウェット石炭１２が固定床ドライヤー４００内で加熱され、空気に曝される間において、乾燥された石炭４１２が重力により、又は他の市販の機械的手段によりドライヤーの底部へと引き込まれ、固定床ドライヤー４００の底部に形成された排出リング４１０を介して排出される。
【０１０７】
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。達成しようとする意図する目標、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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
ドライヤーの設計、ドライヤー温度、およびベッド内に収容されている石炭の滞留時間を適当に選択することにより、水分量を所望のレベルまで減少させることができる。電力プラントでの使用のための低ランク石炭について述べると、北米亜炭についての水分減少は、ほぼ３５〜４０重量％から１０〜３５重量％、より好ましくは２７〜３２重量％にすることを必要とする。他の地理的マーケット、例えば５０〜６０重量％もの高い水分レベルの亜炭から出発するオーストラリア、ロシアの場合は、石炭ユーザーは乾燥を介して水分レベルを２７%未満に減少させることを選択するであろう。亜瀝青炭の場合、この水分減少は、略２５〜３０重量％から略１０〜３０重量％、より好ましくは２０〜２５重量％になるようにする。本発明の正しく設計されたドライヤープロセスによれば、発電プラント操業の場合に低温(常温)の熱を利用して粒状物質の水分レベルを０%に減少させることができるが、それは不必要であり、処理コストを増大させることになる。注文設計により、高湿度石炭を特定の発電プラントに最も適したレベルまで乾燥させるようドライヤーベッドを構築することができる。
【０１１０】
発電プラント５００内に一体化された２段、単一容器流動床ドライヤー５０２の実施例が図２４に示されている。これは高温凝縮器冷却水５０４および高温煙道ガス５０６を唯一の熱源として屋外乾燥プロセスで使用するものである。水分レベルが３５〜４０重量％の原料亜炭１２が篩５１０に供給され、このプロセスでの取扱いに適したサイズの石炭粒子に篩別される。２インチ未満、より好ましくは０．２５インチ以下の適当なサイズの石炭１２が標準的手段により再処理石炭貯蔵ビン５１２へ直接搬送される。０．２５インチより大きいオーバーサイズの石炭は、再処理石炭貯蔵ビン５１２へ搬送される前に、最初にクラッシャー５１４で処理される。
【０１１１】
この貯蔵ビンから、所定サイズのウェット石炭１２が、当業者に公知の搬送システムにより流動床ドライヤー５０２へ搬送される。ここで、石炭粒子の表面上および孔内の総水分が所定のレベルまで減少され、略２８〜３０重量%の平均水分レベルを有する“乾燥された”石炭５１６が生産される。この得られた乾燥石炭５１６はコンベヤー５１８を介してバケットエレベータ５２０へ送られ、そこから乾燥石炭貯蔵ホッパー５２２へ運ばれ、ここでボイラー炉にとって必要とされるまで保存される。
【０１１２】
貯蔵サイロ５２２内に集められた乾燥石炭５１６は常套手段により石炭ミル５２４へと移送され、ここで粉砕されて乾燥粉砕石炭５２６にされ、その後、炉５３０への導入のための風箱(ウインドボックス)５２８ヘ移送される。本発明の目的のため、４百万ポンド/時間ボイラー能力についてのノース・ダコタにおける典型的な“ウインターコンデション”のプロセスパラメータが図２４に示す石炭乾燥プロセスについて提供されている。炉５３０での石炭５２６の燃焼により、６０億ＢＴＵ／時間域の発熱量がボイラー５３４内に収容されている水５３２に伝達される。平均温度１０００°Ｆ、圧力２，５２０psigでスチーム５３６が、電力生産のための少なくとも１つの発電機(図示しない)を駆動させるのに使用される一連の高圧、中間圧および低圧スチームタービン(図示しない)の最初のものに移送される。使用済のスチームは一般に、高圧タービンを６００°Ｆ、圧力６５０psigで離れ、下流の中間圧タービンを約５５０−６００°Ｆ、圧力７０psigで離れる。
【０１１３】
約１２５〜１３０°Ｆ、圧力１．５psigで低圧タービンから出た使用済スチーム５３８は、その後、凝縮器５４０へ送られ、そこで水に変換される。約８５°Ｆの低温冷却水５４２は凝縮器５４０を介して循環され、使用済スチーム５３８から潜熱エネルギーを引出す。このプロセスにおいて、冷却水５４２は加温され、ほぼ１２０°Ｆの高温冷却水５４４として凝縮器から出る。この高温冷却水５４４はついで、冷却塔５４６へ送られ、そこでその温度が再び減少して約８５°Ｆの低温凝縮器冷却水となり、再循環のため凝縮器５４０へ送られる。凝縮器からの凝縮したスチームはその後、再循環され、ボイラー５３４を通り、再加熱されてスチーム５３６となり、スチームタービンを駆動させるのに再度使用される。
【０１１４】
流動床ドライヤー５０２は、乾燥されるべき石炭１２を受理するための７０ft２の分配面積を有する第１の段階５５０と、分配面積が２４５ft２の大きい第２の段階５５２とからなっている。流動床ドライヤー５０２のこれらの段階にはイン・ベッド熱交換器５５４，５５６が夫々備えられている。これについては、以降、詳述する。
【０１１５】
高温凝縮器冷却水の一部５０４は分岐され、熱交換器５５４を循環してドライヤーの第１段階５５０への直接的熱源を供給する。この高温凝縮器冷却水５０４は典型的には平均温度が１２０°Ｆであり、それにより第１段階のイン・ベッド熱交換器が２．５百万ＢＴＵ/時間の熱量を放出させるものとなる。使用済の高温凝縮器冷却水５５８は約１００°Ｆで熱交換器を出て、冷却塔へ戻され、そこで使用済の高温凝縮器冷却水５５８の冷却が援助され、再び高温凝縮器冷却水５０４となる。
【０１１６】
高温凝縮器冷却水の一部５０４ａは外部熱交換器５６０を通って循環される。この熱交換器５６０は、予備ファンルームコイル５６４を加熱するのに使用されたグリコール系循環液５６２を加熱するのに使用される。この予備ファンルームコイル５６４は一次空気流５６６および二次空気流５６８の温度を周囲温度（年間を通して、ほぼ２５〜３０°Ｆ(冬季)変化する）から上昇させるものである。グリコールは低温でも凍らないから、一次および二次空気流も同じく２５°Ｆの最低温度より下に下がることはない。
【０１１７】
予備ファンルームコイル５６４を離れた一次空気流５６６および二次空気流５６８はついで、空気−水熱交換器ユニットを構成する主ファンルームコイル５７０へ送られる。高温凝縮器冷却水５０４の一部５０４ｂは主ファンルームコイル５７０を通って循環され、必要な熱源を提供する。一次空気流５６６および二次空気流５６８は主ファンルームコイルを約８０〜１００°Ｆで離れ、ついで、ＰＡファン５７２およびＦＤファン５７４により、夫々１４０°Ｆおよび１１２°Ｆで外部エアヒータ５７６に向けて移送される。なお、この外部エアヒータ５７６は３セクター回転再生エア・プレヒータを構成するものである。
【０１１８】
エアプレヒータ５７６並びに高温および低温一次空気流５８０，５６６ａへの夫々の流入空気を予熱するためにファンルームコイル５６４，５７０を使用することにより、外側熱交換器５８６および熱伝達液体流５８８に導入される熱の温度が１２０°Ｆ域から２００°Ｆプラス域へと上昇することになる。これは流動化／乾燥用空気５５２の流量並びにイン・ベッド熱交換器５５６の必要な表面積に対し、プラスの作用を奏するものである。この双方は、乾燥用並びに加熱用ストリームの温度が増加すると減少する。
【０１１９】
一次空気流５６６の一部５６６ａは外部空気プレヒータ５７６の前に分岐して約１４５°Ｆで混合ボックス５７８へ送られる。一次空気のより熱い流れ（ストリーム）３８０ａ（約５８３°Ｆ）と混合した後、約１８７°Ｆの流動化空気５８２を形成する。この流動化空気５８２は流動床ドライヤー５０２の第１段階５５０および第２段階５５２の双方のための流動化媒体として使用される。この１８７°Ｆの流動化空気温度を達成するため、混合ボックス５７８に入る空気の約５４％が高温ＰＡ空気５８０ａにより提供され、残りの４６％が低温ＰＡ空気５６６ａにより提供される。流動化空気５８２は、約３．５フィート／秒の速度で第１段階５５０に導入され、石炭粒子の約４０インチ厚のベッドを流動化させる。石炭粒子１２はほぼ１３２，０００ポンド／時間で第１の段階５５０を横切って移動し、その間、イン・ベッド熱交換器５５４および流動化空気により略９２°Ｆに加熱され、僅かな水分減少が行われる。第１段階５５０の終端に到達したとき、堰の頂部を越えて第２の段階５５２内にこぼれることになる。
【０１２０】
煙道ガス５０６は略８２５°Ｆでボイラー炉５３０を出る。この廃熱源は外部エアヒータ５７６を通過し加熱媒体を提供する。この煙道ガスはこの外部エアヒータをほぼ３４３°Ｆで出て、集塵器およびスクラバーを介して排気塔へ吐出される。しかし、このプロセスにおいて、この煙道ガスは一次空気流５６６および二次空気流５６８を夫々、略７５７°Ｆおよび７４０°Ｆに加熱し、高温一次空気５８０および加熱された二次空気５８２を形成する。加熱された二次空気５８２は、燃焼プロセスを補助し、ボイラー効率を向上させるのに要するものの略１１７%を以って炉５３０へ送られる。
【０１２１】
略７５７°Ｆの高温一次空気５８０は石炭ミル５２４へ送られ、そこで粉砕された石炭粒子をウインドボックス５２８および炉５３０へ押し込む陽圧源が形成される。再度、このように粉砕石炭粒子５２６を予熱することによりボイラー効率が向上し、より小さいボイラーおよび関連装置の使用が可能となる。
【０１２２】
より乾燥した石炭により、水分蒸発損失が少なくなるため、炎温度がより高くなり、炉５３０内の熱伝達プロセスが改良される。炎温度がより高いことにより、炉５３０の壁面への輻射熱束がより大きくなる。排出する煙道ガス５０６の水分量が減少しているため、炎の輻射特性が変化し、これは更に、炉５３０の壁面に対する輻射束に影響を与える。炎温度がより高いことにより、炉５３０を出る石炭灰粒子の温度が高くなり、それにより炉の汚れおよびスラグ形成が増大することになる。炉壁へのスラグの堆積は熱伝達を減少させ、炉出口での煙道ガス温度（ＦＥＧＴ）の上昇を生じさせる。燃料の水分が減少することによる石炭流量の減少のため、ボイラーに入る灰分の量も減少する。これによりボイラー５３４における固体粒子侵食が減少し、ボイラー５３４のメンテナンスを減少させる（例えば、ボイラーの内面上に溜まるすすの必要な除去）。
【０１２３】
高温一次空気５８０の一部が熱交換器５８６に分岐され、これが液状媒体５８８を略２０１°Ｆに加熱し、この液状媒体５８８が流動床ドライヤー５０２の第２段階５５２に収容されているイン・ベッド熱交換器５５６のための熱源として使用される。この液状媒体はこの熱交換器から略１６０°Ｆで排出され、そこで熱交換器５８６に戻され、再加熱される。前述のように、略２８３°Ｆで熱交換器５８６を離れる一次空気流５８０ａは混合ボックス５７８内の低温一次空気５６６ａと一緒にされ、流動床ドライヤー５０２に向けられる流動化空気流５８２を形成する。この混合ボックスは流動化空気の温度を所望のレベルに調整させるものである。
【０１２４】
略９２°Ｆで、水分が若干減少されて第１の段階５５０から流動床ドライヤーの第２段階５５２へ吐出された流動化石炭粒子は、ほぼ３８〜４２インチの深さのベッドを形成し、これは空気流５８２により流動化され、イン・ベッド熱交換器５５６により更に加熱される。これらの石炭粒子は流動床の第２段階５５２の長さを走行するのにほぼ１２分を要し、ついで、略１１８°Ｆ、水分２９．５重量％の乾燥石炭５１６として排出される。より重要なことは、略６２００ＢＴＵ／ｌｂでドライヤー５０２の第１段階に導入された石炭１２の熱量が略７０４５ＢＴＵ／ｌｂに増加したことである。
【０１２５】
工業界において、“Ｘ比”は、煙道ガス５０６から一次空気５６６および二次空気５６８へのエアヒータ５７６を横切る熱の伝達の相対的効率を表すものとして計算される。これは以下の式により表される。
【０１２６】
ｍＰＡ＋ＦＤ・ｃｐＰＡ＋ＦＤ・（Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ）ＰＡ＋ＦＤ＝ｍｆｌｕｅ・ｃｐｆｌｕｅ・（Ｔｉｎ−Ｔｏｕｔ）ｆｌｕｅ
【０１２７】
ここで、各燃焼用空気(すなわち、一次空気および二次空気)および煙道ガス流のそれぞれについて、ｍは質量流れ;ｃｐは比熱；Ｔｉｎは入口温度；Ｔｏｕｔは出口温度である。各燃焼用空気流について（ｍ・ｃｐ）の積は、通常、煙道ガス流についての対応する値の僅か８０％であるから、これは、電力プラントについて通常の状況下では空気熱交換器を横切る煙道ガスにおける温度降下は燃焼用空気流における温度利得の僅か８０%に等しいことを意味する。しかしながら、石炭の水分量を減少させることにより、従って、本発明により炉内でこの石炭製品の燃焼から生成する煙道ガスを減少させることにより、煙道ガス流５０６についての質量流量および比熱は減少することになり、他方、ファンルームコイル５６４および５７０を介しての一次空気流５６６および二次空気流５６８の予熱は燃焼用空気流についての質量流量を増加させることになる。これはＸ比を１００%に向けて増加させ、それにより電力プラント操業のボイラー効率が著しく向上する。更に、本発明の原理に従ってドライヤーシステムを注意深く設計することにより、Ｘ比の値を更に、略１１２％に向上させることができ、それにより、ボイラー操業が電力生産効率を更に向上させるものとなる。更に、空気熱交換器およびボイラー効率についてのこの著しく向上したＸ比は電力プラント操業内での入手可能な廃熱源の使用を介して達成されたものであり、それにより電力プラントの操業の経済的改善が相乗効果を以って可能となる。本発明のドライヤー装置を使用する他の低温、屋外乾燥プロセスの履行については、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）に開示がなされている。
【０１２８】
本発明を使用することにより多くの利点が得られる。このプロセスによれば、多くの熱源から廃熱を得ることができる。例えば、高温凝縮器冷却水、高温煙道ガス、プロセス抽出スチームおよび乾燥プロセスで使用するため許容される広範な温度範囲で入手可能な他の熱源から廃熱を得ることができる。このプロセスは更に、ファンルーム(ＡＰＨ)を僅かなコストで５０〜１００°Ｆ加熱することにより高温凝縮器循環水廃熱を利用することができ、それにより感知可能な熱損失を少なくし、空気予熱器を出る一次並びに二次空気流５８０，５８２からの熱を抽出することができる。この熱は空気予熱交換機を使用することにより煙道ガスからも直接抽出することができる。これにより、ドライヤー空気流／石炭流比の可なりの減少、並びに必要とするドライヤーのサイズの可なりの減少をもたらすことができる。
【０１２９】
ドライヤーは、ベッド差動およびダストコレクターファン能力を調整することにより、流動床に必要な空気供給のための現存するファンの利用が可能になるよう設計することができる。このベッドは種々の構造のダストコレクター(その幾つかがここに記載されている)を利用することができる。ここに記載した実施例では一次空気流の節減が得られる。なぜならば、より乾燥した石炭の１つの効果は、ボイラーを加熱するために要する石炭の量が少なくて済むからであり、従って、石炭を粉砕するのに要するミルの数が少なくて済み、ドライヤーに空気を供給するためミルに対し必要とする空気流も少なくて済む。
【０１３０】
ドライヤーをバンカーの直ぐ上流で石炭処理システムに一体化させることにより、ボイラーシステムには、ミルに導入される石炭供給温度の増加による利益がもたらされる。なぜならば、石炭が高温でドライヤーを出ることになるからである。煙道ガス量の減少、ベッドドライヤーにおける滞留時間の減少、煙道ガス水分量の減少、より高い洗気(スクラビング)速度は、プラントからの水銀放出に可なりの影響をもたらすものと予想される。
【０１３１】
ＡＰＨに対する流入空気を予熱することによる利点は、ＡＰＨの低温末端での熱伝達表面の温度の増加である。より高い表面温度は酸堆積速度を低下させ、その結果、目詰まりおよび腐食速度を低減させることができる。これは、ファン動力、ユニット容量およびユニット性能にプラス効果を与える。スチームタービンから抽出されたスチームの代わりに、凝縮器からの廃熱を使用しＡＰＨに対する流入空気を予熱することは、タービンおよびユニット出力の増大並びにサイクルおよびユニット性能の改善をもたらすものとなる。ＡＰＨ入口での空気の温度を増加させることにより、ＡＰＨ空気漏れ速度の減少をもたらすものとなる。これは空気の密度が減少するからである。ＡＰＨ空気漏れ速度の減少は、強制通風および誘導通風ファンパワーにプラス効果を与えるものであり、これにより、ステーション・サービス使用量の減少、ネットユニット出力の増大、ユニット性能の改善をもたらされる。冷却塔を備えた電力プラントにおいて、ＡＰＨに対する流入空気を予熱するのに廃熱を利用することにより、冷却塔熱能力を低減させ、冷却塔水使用量を減少させることができる。
【０１３２】
ここに開示したプロセスを使用して石炭を乾燥させることにより、ボイラーシステムでの水損失を低減させ、より高いボイラー効率がもたらされる。ボイラーシステムにおいて感知可能なガスの損失を低減することにより、より高いボイラー効率がもたらされる。更に、煙道ガス量を減少することにより、二酸化炭素、硫黄酸化物、水銀、粒状物質および窒素酸化物の放出をパーメガワット(ＭＷ)ベースで低減させることができる。更に、石炭導管の侵食(例えば、石炭、粒状物および空気による導管の侵食)の低減、微粉砕メンテナンスの低減、装置を操作するのに要する補助動力の低減によるユニット容量の増大、灰分およびスクラバー・スラッジ量の低減、プラントによる水使用量（スチームタービンサイクルから先に捕捉された水は影響されない）の低減、空気予熱器低温端部の汚れおよび腐食の低減、煙道ガスダクトの侵食の低減、洗気された煙道ガスの％の増加がもたらされる。このベッドドライヤーには、スクラバー（より大きい密度の粒子を分離させる装置）を装着させ、それにより汚染物を除去し、石炭の燃焼前処理を行うようにすることもできる。温度レベルおよび構造設計について多種多様な構成を、本発明との関連で利用し、他の供給原料および燃料を同じく処理することができる。
【０１３３】
ＡｐＨ−高温凝縮器冷却水の組合せ構造は、石炭乾燥のため、より小さく、より効率的なベッドを可能にする。スチームタービンサイクルからのプロセス熱を利用する現行のシステムは、より大きいベッドを必要とする。本発明では物質の分離が行われる。それにより乾燥効率の増大が可能となる。本発明の構成は、静的(流動化)ベッドドライヤー又は固定ベッドドライヤーとの関連で使用することができる。２段階ドライヤーにおいて、第１段階と、第２段階との間の相対的速度差を調整することができる。種々の温度勾配、種々の段階での熱範囲の柔軟性を適当に選択して、所望の結果を最大にすることができる。多段流動床構造において、非流動化物質の分離、再燃焼、酸素制御が行われる。第１段階において(１実施例において、ドライヤー分配表面積の２０％を占める)、より多くの空気流、水銀および硫黄濃度が引出される。２段階ベッドドライヤーは、より小さいシステムとすることができるから、必要とするファンパワーも小さく、電力消費を著しく節減することができる。石炭乾燥において、ファン馬力について可なり経済的ファクターが要求されるに過ぎない。本発明を洗気ボックスと組合せることができる。このシステムは更に、ＮＯｘ制御のための水ひ、又は水銀制御のための炭素注入を提供する。
【０１３４】
システムの観点から見て、石炭取扱いコンベヤーおよびクラッシャーの疲労、裂けおよびメンテナンスが少なくなり、灰分の量が減少し、侵食も低減することになる。石炭の粉砕が容易になり、従って、ミルでより完全な乾燥が可能で、ラインの目詰まりも少なく、必要とする一次空気も少なくて済み、一次空気の速度を遅くすることができる。必要とするステーション・サービス動力(すなわち、補助動力)も軽減され、プラント能力も増大することができ、スクラビングおよびエミッション(ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ)も改善される。
【０１３５】
乾燥粉砕石炭５２６を燃焼させる炉５３０から離れる煙道ガス５０６の流量は湿潤粉砕石炭と比較して小さい。更に、煙道ガス５０６の比熱は乾燥粉砕石炭５２６中のより低い水分量のため、比較的小さい。その結果、煙道ガス５０６の熱エネルギーは減少し、必要とする環境処理装置は小さくて済む。煙道ガス５０６に比較的小さい流量は更に、対流熱伝達の速度の低減をもたらす。従って、より乾燥した燃料でのＦＥＧＴの増大にも拘わらず、より小さい熱がボイラー５３４内で加工流体（水又はスチーム、図示しない）に伝達される。固定熱伝達構造を有するボイラーの場合、高温再加熱スチーム(循環リサイクルプロセススチーム)の温度は、より湿潤な燃料を用いた操業と比較して低くてよい。高温再加熱スチームの温度の或る程度の低下は、再加熱器(図示しない)の表面積を増大させたり、あるいは、バーナーの傾き(ボイラーに適用される熱の角度)を上げたりするなどボイラー操作条件を変更させたり、あるいはより高いレベルの過剰空気で操作するなどして修正することができる。新規なボイラーとして、煙道ガス５０６が減少した流量で伝達路（炉を通る煙道ガスの排出路）を通過するよう設計し、正常な操作条件で所望のスチーム温度を達成できるようにすることができる。これにより、更にサイズを減少させ、建設コストを節減することができる。
【０１３６】
より乾燥した石炭を燃焼させることにより、強制通風（ＦＤ）、誘導通風（ＩＤ）および一次空気（ＰＡ）ファンパワーの夫々の減少並びにミル動力の減少のため、ステーション・サービス・パワーは減少することになる。より低い石炭流量、より低い空気流要求量およびより乾燥した石炭を燃焼させることにより生じるより低い煙道ガス流量の組合せによりボイラーシステムの効率並びにユニット加熱速度の改善がもたらされるであろう。これは主として、排気塔損失の低減並びにミルおよびファン動力の低減に起因するものである。この性能の改善により、既存の装置でプラント能力を増大させることが可能となる。石炭燃焼エネルギー使用プラントで一般に使用されている最終過程環境制御システム(スクラバー、電気集塵器および水銀捕捉装置)の性能は、より乾燥した石炭を使用することにより改善されるであろう。なぜならば、煙道ガス流量が減少し、滞留時間が増加するからである。
【０１３７】
より乾燥した石炭を使用することにより、更に、好ましくない放出を減少させるプラス効果がある。必要とする石炭流量の低減は、灰分、ＣＯ２，ＳＯ２および粒状物質の大量放出の減少に直接つながるものである。一次空気はＮＯｘに影響を与える。より乾燥した石炭を使用することにより、一次空気の流量が湿潤石炭の場合と比較して低くなる。これにより、ＮＯｘ放出の減少が達成される。なぜならば、ドライヤーの前部での燃焼用空気の設定について柔軟性が得られるからである。
【０１３８】
ウェット・スクラバーを備えた電力ユニットにおいて、より乾燥した石炭を燃焼することからもたらされる水銀放出を、空気予熱器ガス排出温度の低減により減少させることができる。これは、元素状水銀生成に代って、ＨｇＯおよびＨｇＣｌ２の形成が優先されるからである。これら水銀酸化物の形は水溶性であり、従って、スクラバーにより除去することができる。更に、煙道ガスの水分は、水溶性形への水銀酸化を抑制する。燃料の水分を減少することにより、煙道ガスの水分量を低減することができ、それにより水溶性形への水銀酸化が促進される。従って、より乾燥した石炭を用いることにより、水銀の放出が、より湿った石炭を使用する場合と比較して、低減されることになる。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、石炭からの硫黄、灰分、水銀および他の好ましくない成分を除去するためのドライヤーの使用について、より詳細な説明がなされている。
【０１３９】
石炭がこのシステムの限られた部分に搬送される際において、石炭の水分量の低いことによりもたらされる利点は次の通りである。すなわち、より乾燥した石炭は粉砕し易く、同じ粉砕サイズ(石炭粉末度)を達成するのに要するミル動力が小さくて済むこと；ミル出口温度が高くなること（ミル出口での石炭／一次空気混合物の温度）；および石炭を炉５３０へ搬送する石炭パイプ中での石炭の良好な搬送性(目詰まりが少ない)が得られることである。更に、石炭の乾燥および搬送に要する一次空気流５８０は少なくて済む。一次空気流の速度が低いことは、石炭ミル５２４、石炭パイプ、バーナーおよび関連する装置での侵食に対し、有意なプラス効果がある。これにより、石炭パイプおよびミルのメンテナンスコスト（これは亜炭燃焼プラントについては非常に高い）を低減することが可能となる。
【０１４０】
より乾燥した石炭を用いた場合、炉５３０内の炎温度が、低い水分蒸発損失のため、より高くなり、熱伝達プロセスが改善される。このより高い炎温度により、炉５３０の壁面への輻射熱束がより大きくなる。排出する煙道ガス５０６の水分量が減少しているため、炎の輻射特性が変化し、これは更に、炉５３０の壁面に対する輻射束に影響を与える。炎温度がより高いことにより、炉５３０を出る石炭灰粒子の温度が高くなり、それにより炉の汚れおよびスラグ形成が増大することになる。炉壁へのスラグの堆積は熱伝達を減少させ、炉出口での煙道ガス温度の上昇を生じさせる。燃料の水分が減少することによる石炭流量の減少のため、ボイラーに入る灰分の量も減少する。これによりボイラー５３４における固体粒子侵食が減少し、ボイラー５３４のメンテナンスを減少させる（例えば、ボイラーの内面上に溜まるすすの除去）。
【０１４１】
乾燥粉砕石炭５２６を燃焼させる炉５３０から離れる煙道ガス５０６の流量は湿潤粉砕石炭と比較して小さい。より低い煙道ガス流量は環境制御装置のサイズを小さくすることを可能にする。更に、煙道ガス５０６の比熱は乾燥粉砕石炭５２６中のより低い水分量のため、比較的小さい。その結果、煙道ガス５０６の熱エネルギーは減少する。煙道ガス５０６の比較的小さい流量は更に、対流熱伝達の速度の低減をもたらす。従って、より乾燥した燃料でのＦＥＧＴの増大にも拘わらず、より小さい熱がボイラーシステムの伝達路内で加工流体（水又はスチーム）に伝達される。
【０１４２】
経済的理由により、石炭の完全な乾燥は必要とせず、且つ、推奨されない。なぜならば、総燃料水分量の一部の除去で十分であるからである。除去される水分の最適分量は、現場特異的条件（例えば、石炭のタイプ、その特性）、ボイラーの設計、商業的取合せ(例えば、他の動力ステーションへの乾燥燃料の販売)に依存して決定される。重要なことは、石炭に十分な水分を残し、それにより主スチームへの熱伝達のための必要な質量流を提供すること、又は発電プラント内のスチーム流を再加熱することである。さもなければ、タービンの駆動のためボイラーにより生産されるスチーム量が不十分となるであろう。プロセス廃熱は好ましくは、排他的ではないが、イン・ベッド熱交換器での使用のため、加熱及び/又は流動化（乾燥、流動化用空気５８２）のために使用される。図示のように、この熱は、１又はそれ以上の段階で直接的又は間接的に供給することができる。
【０１４３】
前述のように、第１の流動化ドライヤーベッド段階２５４のディストリビュータ・プレート１８０のトラフ１９０内に収容されているねじ錐１９４(図７−８および１５参照)は一般にベッドの底部に横たわっている高密度、非流動化アンダーカット石炭粒子を、ドライヤーベッドの一側に向けて水平方向に移送するようにしている。このようなアンダーカット物質は、ドライヤーを定期的に停止させアンダーカット物質を除去することが必要となるまで、ドライヤーの一側に単に蓄積させたままとしてもよい。但し、流動化石炭粒子をドライヤーベッドの排出端へ向けて総体的搬送流を生じさせることは、このようなねじ錐を有しないドライヤーと比較して改善をもたらすものである。流動床ドライヤーの好ましい実施例ではしかしながら、ドライヤーの操業の間において流動化ドライヤーベッド領域からアンダーカット粒子のこの蓄積を自動的に除去するためのスクラバーアッセンブリーが組み込まれており、それによりドライヤーの連続的操業を妨害するこのようなドライヤーベッド清浄化メンテナンスの必要性を少なくしている。このような非流動化アンダーカット粒子を自動的に除去することにより、これらアンダーカット粒子を、その組成および工業用電力プラントでの必要性に応じて別の石炭プロセス流として取扱うことができる。例えば、これら粒子を燃焼のためボイラー炉へ移送すること；これら粒子を処理して、アンダーカット粒子内に捕捉されている付加的微粒を除去すること；アンダーカット粒子を処理して、硫黄元素、灰分又は水銀などの好ましくない成分を除去すること;又はアンダーカット粒子を適当な埋立て内に処分することなどである。
【０１４４】
本発明のスクラバーアッセンブリー６００の１実施例が図２５ａおよび図２５ｂ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。
【０１４５】
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。これはアンダーカット粒子を除去するためにドライヤーの操作を停止させる必要性をなくさせるものとなる。このスクラバーアッセンブリー内に収容されたアンダーカット粒子が十分に蓄積されたとき、若しくは、その他の目的のため必要となったとき、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は端部壁面内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ねじ錐１９４により加えられるアンダーカット粒子に対する陽圧により、若しくは、他の適当な機械的搬送手段により押出される。ゲート６１２もタイマー回路により操作させ、定期的スケジュールで開口させ、蓄積したアンダーカット粒子を排出させることも可能である。
【０１４６】
スクラバーボックス６００の好ましい例が図２６に示されている。この場合、ディストリビュータ・プレート６２０が、図２５の実施例の中実床パネル６０６に置換されている。この場合、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２６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２６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、更なる処理のため、生産的使用のため、又は処分のために純粋なアンダーカット粒子流として残される。
【０１４７】
スクラバーアッセンブリーの更に他の例６３０が図２７〜２９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２８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。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。
【０１４８】
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３０参照)、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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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使用は、その組成に依存する。もし、これらのアンダーカット粒子が許容レベルの硫黄元素、灰分又は水銀などの好ましくない成分を含むものであれば、これらのアンダーカット粒子は燃焼のため炉ボイラーへ搬送することができる。なぜならば、これらのアンダーカット粒子は望ましい熱量を有するからである。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。
【０１５１】
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。
実施例１−亜炭の熱量の改良に対する水分減少の作用
石炭テスト燃焼を、Ｇｒｅａｔ  Ｒｉｖｅｒ  Ｅｎｅｒｇｙ‘ｓ  Ｃｏａｌ  Ｃｒｅｅｋ  Ｕｎｉｔ  ２（ノース・ダコタ)で行い、ユニット操作に対する作用を判定した。屋外備蓄石炭乾燥システムを用いて亜炭をこのテストのために乾燥させた。その結果を図３０に示す。
【０１５２】
ここに明示されているように、平均して、石炭水分が３７．５％から３１．４％に６．１%減少された。これらの結果は図３０に示すように、理論予想値によく合致していた。更に重要なことは、亜炭の水分量の６％の減少は、燃焼させたとき、石炭の正味ユニット加熱速度においてほぼ２．８%の改善につながったことであり、他方、亜炭について、水分量の８％の減少は、正味ユニット加熱速度においてほぼ３．６%の改善につながったことである。これは、石炭の乾燥が実際にその熱量を増加させることを実証するものである。
【０１５３】
実施例２−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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
【表１】
2008516182.tif 000003
【０１５６】
実施例３−石炭熱量に対する水分レベルの作用
表１に示す組成値を用い、５７０ＭＷ電力プラントが８２５°Ｆの煙道ガスを放出するものと仮定して、極限分析計算を行い、５％ないし４０％の異なる水分レベルでのこれらの石炭サンプルについてＨＨＶ熱量を予測した。その結果を図３１に示す。ここに明示されているように、ＨＨＶ値と水分レベルとの間に直線関係があり、ＨＨＶ値が高いほど、水分レベルが低くなる。より具体的には、ＰＲＢ石炭サンプルは５%水分量で１１，３００ＢＴＵ／ｌｂのＨＨＶ値を示し、２０%水分量では９，５４１ＢＴＵ／ｌｂであり、３０%水分量では僅か８，４００ＢＴＵ／ｌｂであった。他方、亜炭サンプルは１０%水分量で９，４００ＢＴＵ／ｌｂのＨＨＶ値を示し、２０%水分量では８，３３３ＢＴＵ／ｌｂであり、４０%水分量では僅か６，２００ＢＴＵ／ｌｂであった。このことは、ボイラー炉で燃焼させる前に、石炭を乾燥することによりボイラー効率が向上することを示唆するものである。更に、ボイラー内で同じ量の熱を生成させるのに要する石炭の量を少なくすることができる。
【０１５７】
実施例４−パイロットドライヤーによる石炭乾燥結果
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の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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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３２参照)。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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
２００４年の夏、ドライヤーを２段階のものに変更し、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。異なる入口流および出口流についての物質、温度および熱バランスを表２〜４に記載する。総ディストリビュータ・プレートの面積は２２．５ft2であった。
【０１６４】
【表２】
2008516182.tif 000004
【０１６５】
【表３】
2008516182.tif 000005
【０１６６】
ここに示すように、水分量は、供給石炭の３１．５%から石炭製品(ＧＴ)流の２４．５%に減少した。このように、このパイロットドライヤーはノース・ダコタ亜炭を電力プラントからの低温廃熱を使用して確実、且つ、経済的に乾燥することができることが実証された。
【０１６７】
表４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。
【０１６８】
【表４】
2008516182.tif 000006
【０１６９】
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。
【０１７０】
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３４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。
【０１７１】
石炭サンプルから判定され、乾燥石炭の１ポンドあたりの石炭水分量（ポンド）として表された供給流および製品流中の水分量が図３５に示されている。この結果は、入口石炭水分は０．４０ないし０．６０lbＨ２Ｏ/lb乾燥石炭の範囲で変っていたこと(ウェット石炭ベースで２８．５ないし３７．５％)を示し、製品流では水分が０．２０ないし０．４０lbＨ２Ｏ/lb乾燥石炭の範囲で変ったこと(ウェット石炭ベースで１６．５ないし２８．５％)を示している。言い換えれば、低温、流動床プロセスは、略３０分の滞留時間で略１０%の水分を除去するのに有効であった。高温流動化空気又はより大きい内蔵熱交換器熱入力は水分除去速度の増大をもたらした。供給流および製品流について得た無水分熱量の値は、評価し得るほどの炭素酸化および揮発分除去が乾燥プロセスの間において生じなかったことを示すものである。
【０１７２】
この乾燥プロセスの間において石炭から除去された水分量は４つの方法で判定した。すなわち、ドライヤーについての総質量バランス、空気水分バランス、石炭水分バランスおよびドライヤーについての総エネルギーバランスである。総エネルギーバランス法は、ドライヤーを出入りする熱流の均衡、例えば、イン・ベッド熱交換器による熱入力およびドライヤーを横切る空気および石炭の感知し得る熱の変化の均衡、並びに温度差が石炭内の水分を蒸発させるのに要した熱量を表すものとする仮定に基づくものである。環境への損失は推量されない。空気水分バランス法は空気流量および入口および出口空気の湿度の測定に基づくものである。蒸発した石炭水分の量は、入口および出口空気流の比湿度の差、並びに空気流量から計算される。同様に、石炭水分バランス法は、供給石炭流および製品石炭流に測定された水分およびこれらの流れの流量に基づくものである。総質量バランスのアプローチは、入力原料石炭流と、出力製品流との間の質量の差に基づくものであり、この場合、ベッド内に残された物質、石炭サンプルおよび１％洩れ率について修正がなされる。結果としての差は石炭から除去された水であると推定された。
【０１７３】
図３６に示した計算の結果は、４つの異なる方法により計算された石炭水分除去について近似する一致が得られたことを示している。
【０１７４】
図３７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。
【０１７５】
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。例えば、直接的又は間接的熱源、流動化床又は非流動化床、単段又は多段などの任意の組合せで本発明を利用することができる。更に、本発明で記載した乾燥アプローチは、ユーテリティー用又は工業用ボイラーで燃焼される石炭の品質の向上に限定されるものではなく、ガラス、アルミニウム、パルプ、紙、その他の工業で使用される粒状物質の乾燥にも適用することができる。例えば、ガラス工業で原料として使用される砂を、ガラス炉へ供給される前に、炉の排気塔から出る煙道ガスから得られる廃熱を使用する流動床ドライヤーにより乾燥させたり、予熱したりすることができる。これはガラス製造プロセスの熱効率を改良させるものとなるであろう。更に、本発明はアミンのスクラバー再生にも使用することができる。
【０１７６】
他の実施例として、流動床ドライヤーをアルミニウム製造での焼炉として使用することもできる。原料ボーキサイト鉱からアルミニウムを精製するため、鉱石を破砕し、必要に応じて篩にかけ、石などの大きい不純物を除去する。この粉砕したボーキサイトはついで、蒸解がま内にて加熱苛性ソーダ溶液と混合させる。これにより鉱石からアルミナ水和物が溶解することになる。更に、デカンテーションおよびろ過によりレッドマッド残渣を除去したのち、苛性アルカリ溶液がパイプで巨大なタンク(集塵器と呼ばれる)へ送られ、ここでアルミナ水和物が結晶化される。この水和物はついで、ろ過され、焼炉へ送られ、乾燥され、更に、非常に高い温度下で、アルミナとして知られる微細白色粉に変形される。本発明は、このようなプロセスでの焼炉として使用することができる。
【０１７７】
説明のため、更に他の実施例として、廃熱源をトマト又は他の作物の生育に使用される温室に適用することができる。従って、ここに開示した特定の形態に本発明が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】
【０１７８】
【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】本発明の流動床ドライヤーの１段堰ゲートの側面図。
【図２０】本発明の流動床ドライヤーの２段堰ゲートの側面図。
【図２１】本発明の流動床ドライヤー内で使用される多孔分散管の側面図。
【図２２】本発明の流動床ドライヤーの終端部を示す図。
【図２３】固定床ドライヤーの１例を示す模式図。
【図２４】電力プラントに組み込まれた本発明の２段流動床ドライヤーであって、高温凝縮器冷却水を使用して第１のドライヤー段階に収容された石炭を加熱すると共に、双方のドライヤー段階内で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ようにしたものの模式図。この場合、この高温凝縮器冷却水は高温煙道ガスとの組合せで第２のドライヤー段階内の石炭を乾燥するようになっている。
【図２５ａ】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２５ｂ】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２６】スクラバーアッセンブリー内で粒状物質を流動化するためのディストリビューター・プレートを収容したスクラバーアッセンブリーの一部切欠斜視図。
【図２７】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２８】図２７のスクラバーアッセンブリーの平面図。
【図２９】図２７のスクラバーアッセンブリーの一部の拡大斜視図。
【図３０】減少した水分の異なるレベルにおける正味単位加熱速度の改善を示すグラフ図。
【図３１】異なる水分量における亜炭およびＰＲＢについてのＨＨＶ測定を示すグラフ図。
【図３２】本発明の２段流動床パイロットドライヤーの模式図。
【図３３】図３２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３４】図３２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３５】図３２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３６】図３２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３７】図３２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】
【０１７９】
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    堰ゲートパネル
３０２    堰ゲートパネル
３０８    連結チェーン
３１０    パイプ支持体
３２０    堰ゲートパネル
３２２    堰ゲートパネル
３３４    ダイヤモンド形孔
３３６    フロップゲート
３３８    フロップゲート
３４０    空気作動シリンダー
３４２    空気作動シリンダー
３４６    排出ホッパー
３５０    散布用パイプ
３６２    ダクトパイプ
３７０    消火器アッセンブリー
４００    固定床ドライヤー
４０２    外側壁部
４０４    内側壁部
４０８    円錐構造
４１２    石炭
４１４    開放頂部
４１６    流動化空気
４２０    常温乾燥用空気
４２２    空気対水熱交換器
４２６    内蔵ヒートコイル
４４２    高温凝縮器冷却水
５００    発電プラント
５０２    単一容器流動床ドライヤー
５０４    高温凝縮器冷却水
５０６    高温煙道ガス
５１０    篩
５１２    再処理石炭貯蔵ビン
５１４    クラッシャー
５１６    石炭
５１８    コンベヤー
５２２    乾燥石炭貯蔵ホッパー
５２４    石炭ミル
５２６    乾燥粉砕石炭
５２８    ウインドボックス
５３０    炉
５３４    ボイラー
５３６    スチーム
５３８    使用済スチーム
５４０    凝縮器
５４２    低温冷却水
５４４    高温冷却水
５４６    冷却塔
５５０    第１の段階
５５２    第２の段階
５５４    熱交換器
５５８    高温凝縮器冷却水
５６０    外部熱交換器
５６２    グリコール系循環液
５６４    予備ファンルームコイル
５６６    一次空気流
５６８    二次空気流
５７０    主ファンルームコイル
５７２    ＰＡファン
５７４    ＦＤファン
５７６    外部エアヒータ
６００    スクラバーアッセンブリー
６０２    側壁
６０４    端部壁面
６０６    底部
６０８    上面
６１０    アンダーカット排出ポート
６２０    ディストリビュータ・プレート
６２２    孔
６２４    入口
６３０    スクラバーアッセンブリー
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
６４０    収集チャンバー
６４２    ゲート
６４４    ゲート
６４６    シュート
６４８    シュート
６５４    ディストリビュータ・プレート
６５６    ディストリビュータ・プレート
【図１】
2008516182.tif 000007
【図２】
2008516182.tif 000008
【図３】
2008516182.tif 000009
【図４】
2008516182.tif 000010
【図５】
2008516182.tif 000011
【図６】
2008516182.tif 000012
【図７】
2008516182.tif 000013
【図８】
2008516182.tif 000014
【図９】
2008516182.tif 000015
【図１０】
2008516182.tif 000016
【図１１】
2008516182.tif 000017
【図１２】
2008516182.tif 000018
【図１３】
2008516182.tif 000019
【図１４】
2008516182.tif 000020
【図１５】
2008516182.tif 000021
【図１６】
2008516182.tif 000022
【図１７】
2008516182.tif 000023
【図１８】
2008516182.tif 000024
【図１９】
2008516182.tif 000025
【図２０】
2008516182.tif 000026
【図２１】
2008516182.tif 000027
【図２２】
2008516182.tif 000028
【図２３】
2008516182.tif 000029
【図２４】
2008516182.tif 000030
【図２５ａ】
2008516182.tif 000031
【図２５ｂ】
2008516182.tif 000032
【図２６】
2008516182.tif 000033
【図２７】
2008516182.tif 000034
【図２８】
2008516182.tif 000035
【図２９】
2008516182.tif 000036
【図３０】
2008516182.tif 000037
【図３１】
2008516182.tif 000038
【図３２】
2008516182.tif 000039
【図３３】
2008516182.tif 000040
【図３４】
2008516182.tif 000041
【図３５】
2008516182.tif 000042
【図３６】
2008516182.tif 000043
【図３７】
2008516182.tif 000044
【国際調査報告】
2008516182.tif 000045