(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被乾燥物を収容する収容部と、
前記収容部の底面から水蒸気を供給して、該収容部内において前記被乾燥物を流動させ流動層を形成するとともに、該水蒸気によって該被乾燥物を乾燥させる水蒸気供給部と、
前記被乾燥物の乾燥を開始する際に、前記被乾燥物のうち、被乾燥物の凝集に基づく予め定められた凝集粒径より大きい被乾燥物を抽出して前記収容部に導入し、続いて、該大きい被乾燥物を抽出した残りの被乾燥物のうち少なくとも一部を該収容部に導入する導入部と、
を備えたことを特徴とする乾燥炉。
【請求項２】
前記導入部は、前記被乾燥物の乾燥を開始する際に、該被乾燥物を複数のグループに分級し、相対的に大きい粒径の被乾燥物を有するグループから順に前記収容部に導入することを特徴とする請求項１に記載の乾燥炉。
【請求項３】
前記導入部は、前記被乾燥物の乾燥を開始する際に、該被乾燥物を分級し、相対的に大きい粒径の被乾燥物から順に前記収容部に導入することを特徴とする請求項１に記載の乾燥炉。
【請求項４】
前記被乾燥物は褐炭であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の乾燥炉。
【請求項５】
被乾燥物を収容する収容部を備え、被乾燥物を乾燥させる乾燥炉の起動方法であって、
前記被乾燥物のうち、該被乾燥物の凝集に基づく予め定められた凝集粒径より大きい被乾燥物を抽出し、
前記抽出した被乾燥物を前記収容部に導入し、
前記収容部の底面から水蒸気を供給して、該収容部内において前記被乾燥物を流動させ流動層を形成するとともに、該水蒸気によって該被乾燥物を乾燥させ、
前記大きい被乾燥物を抽出した残りの被乾燥物のうち少なくとも一部を前記収容部に導入することを特徴とする乾燥炉の起動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水蒸気を用いて被乾燥物を乾燥させる乾燥炉、および、乾燥炉の起動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭は、可採年数が１５０年程度と、石油の可採年数の３倍以上であり、また、石油と比較して埋蔵地が偏在していないため、長期に亘り安定供給が可能な天然資源として期待されている。石炭は、炭素含有量の低い順に、泥炭、亜炭、褐炭、亜瀝青炭、瀝青炭、半無煙炭、無煙炭に分類され、泥炭、亜炭、褐炭、亜瀝青炭（以下、含水石炭と称する）は、瀝青炭、半無煙炭、無煙炭（以下、無煙炭等と称する）と比較して水の含有率（含水率）が高い。
【０００３】
含水石炭のうち、褐炭は、世界の石炭埋蔵量の半分を占めると言われているため、褐炭の有効利用が検討されている。しかし、上述したように、褐炭等の含水石炭は、無煙炭等と比較して含水率が高いため、単位重量あたりの発熱量が低く、輸送コストに対する燃料としてのエネルギー効率が低い。
【０００４】
そこで、含水石炭（被乾燥物）を収容した収容槽の底面から高温の流動化ガスを供給することで、収容槽内において含水石炭の流動層を形成するとともに、含水石炭に流動化ガスの熱を加えて含水石炭を乾燥させる技術が開発されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１１７６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
褐炭は、揮発性有機物を多く含んでいるため、褐炭を乾燥させる際の流動化ガスとして、酸素（Ｏ２）を含むガス（例えば、空気）を用いると、酸素によって褐炭が燃焼してしまうおそれがある。このため、流動化ガスとして酸素を含まないガスを利用する必要があるが、例えば、窒素はコストがかかるという問題がある。
【０００７】
そこで、流動化ガスとして水蒸気を用いることが考えられる。しかし、水蒸気を用いると、褐炭の乾燥を開始する際に褐炭の粒子同士が凝集して、褐炭の粒子の流動性が損なわれ、効率的な乾燥ができなくなるおそれがある。
【０００８】
そこで本発明は、このような課題に鑑み、水蒸気を用いて被乾燥物を乾燥させる際に、被乾燥物の凝集を抑制して、被乾燥物を効率よく乾燥させることが可能な乾燥炉および乾燥炉の起動方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の乾燥炉は、被乾燥物を収容する収容部と、前記収容部の底面から水蒸気を供給して、該収容部内において前記被乾燥物を流動させ流動層を形成するとともに、該水蒸気によって該被乾燥物を乾燥させる水蒸気供給部と、前記被乾燥物の乾燥を開始する際に、前記被乾燥物のうち、被乾燥物の凝集に基づく予め定められた凝集粒径より大きい被乾燥物を抽出して前記収容部に導入し、続いて、該大きい被乾燥物を抽出した残りの被乾燥物のうち少なくとも一部を該収容部に導入する導入部と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、前記導入部は、前記被乾燥物の乾燥を開始する際に、該被乾燥物を複数のグループに分級し、相対的に大きい粒径の被乾燥物を有するグループから順に前記収容部に導入するとしてもよい。
【００１１】
また、前記導入部は、前記被乾燥物の乾燥を開始する際に、該被乾燥物を分級し、相対的に大きい粒径の被乾燥物から順に前記収容部に導入するとしてもよい。
【００１２】
また、前記被乾燥物は褐炭であるとしてもよい。
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の乾燥炉の起動方法は、被乾燥物を収容する収容部を備え、被乾燥物を乾燥させる乾燥炉の起動方法であって、前記被乾燥物のうち、該被乾燥物の凝集に基づく予め定められた凝集粒径より大きい被乾燥物を抽出し、前記抽出した被乾燥物を前記収容部に導入し、前記収容部の底面から水蒸気を供給して、該収容部内において前記被乾燥物を流動させ流動層を形成するとともに、該水蒸気によって該被乾燥物を乾燥させ、前記大きい被乾燥物を抽出した残りの被乾燥物のうち少なくとも一部を前記収容部に導入することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、水蒸気を用いて被乾燥物を乾燥させる際に、被乾燥物の凝集を抑制して、被乾燥物を効率よく乾燥させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】乾燥炉を説明するための図である。
【図２】乾燥炉を起動する際の褐炭の導入を説明するための図である。
【図３】褐炭の温度変化、および、水蒸気の空塔速度を説明するための図である。
【図４】乾燥炉の起動方法の処理の流れを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１７】
図１は、乾燥炉１００を説明するための図である。なお、図１中、被乾燥物の流れを実線の矢印で、水蒸気の流れを白抜き矢印で、熱媒体の流れを破線の矢印で示す。なお、ここでは、被乾燥物として褐炭を例に挙げて説明する。図１に示すように、乾燥炉１００は、導入部１１０と、収容部１２０と、水蒸気供給部１３０と、伝熱管１４０と、分離装置１５０とを含んで構成される。
【００１８】
導入部１１０は、通常運転時において、褐炭を予め定められた速度（ｋｇ／ｈ）で連続的に収容部１２０に導入する。
【００１９】
収容部１２０には、導入口１２２ａが設けられており、導入口１２２ａを通じて導入部１１０から褐炭が導入される。そして、収容部１２０は、導入部１１０によって導入された褐炭を収容する。
【００２０】
水蒸気供給部１３０は、風箱１３２と、風箱１３２に水蒸気を送り込む水蒸気送出部１３４とを含んで構成される。風箱１３２は、収容部１２０の下方に設けられ、乾燥炉１００を運転する際には、風箱１３２を通じて収容部１２０の底面から当該収容部１２０内に水蒸気が供給されることとなる。
【００２１】
具体的に説明すると、風箱１３２の上部は、収容部１２０の底面としても機能し、通気可能である分散板１３２ａで形成されている。分散板１３２ａは、例えば、褐炭の粒径よりも小さい径の開孔が複数設けられた板や、褐炭の粒径よりも小さい径の開孔が設けられたノズルを設置した板で構成される。水蒸気送出部１３４は、分散板１３２ａの開孔を介して水蒸気を収容部１２０内に供給する。こうして収容部１２０に供給された水蒸気は、収容部１２０内で褐炭を流動させて、流動層を形成するとともに、高温（１００℃以上、例えば、１１０℃）の水蒸気を褐炭と接触させることで褐炭を乾燥させる。
【００２２】
また、収容部１２０内には伝熱管１４０が設けられており、伝熱管１４０には、不図示の供給源より熱媒体（例えば、水蒸気）が供給される。伝熱管１４０を備える構成により、収容部１２０内において、熱媒体と、水蒸気との間で熱交換が行われ、上方に移動する水蒸気をさらに加熱することができる。これにより、水蒸気による褐炭の乾燥がより促進されることとなる。
【００２３】
また、収容部１２０には、上部に設けられたガス排出口１２２ｂ、ガス排出口１２２ｂに接続されたガス排出管１２２ｃを介して、分離装置１５０が接続されている。収容部１２０は、収容部１２０内のガス（水蒸気供給部１３０から供給された水蒸気、および、褐炭から蒸発した水蒸気）とともに、収容部１２０内において飛散した粒子状の褐炭を分離装置１５０に送出する。分離装置１５０は、固気分離装置（サイクロン）であり、気体（水蒸気）と固体（粒子状の褐炭）とを分離し、分離された粒子状の褐炭は、下降管１５２から排出される。
【００２４】
このように、導入口１２２ａから未乾燥の褐炭が導入され、それによって体積が増した流動層から褐炭が排出口１２２ｄに押し出されることで、乾燥した褐炭を得ることができる。
【００２５】
以上説明したように、乾燥炉１００では、水蒸気によって褐炭が乾燥されることとなるが、褐炭の乾燥を開始する際（乾燥炉１００を起動する際）に、褐炭が凝集して、流動性が損なわれることがある。具体的に説明すると、褐炭のうち、予め定められた粒径（以下、「凝集粒径」と称する）以下の褐炭は、水（液体）によって凝集することがあり、塊状の凝集体（所謂アグロメ、agglomeration）となる。凝集体は、流動性が極めて低いため、収容部１２０内において凝集体が生じてしまうと、流動層の形成が困難となり、褐炭が乾燥できなくなる事態が生じる。
【００２６】
また、乾燥炉１００の起動前は、収容部１２０内が空であり（収容部１２０に褐炭等の固形物が収容されておらず）、収容部１２０内の雰囲気温度は、常温（例えば、５℃〜３５℃）である。そして、乾燥炉１００を起動する際には、水蒸気供給部１３０が収容部１２０内に高温の水蒸気を供給するとともに、導入部１１０が常温の褐炭を収容部１２０内に導入する。そうすると、収容部１２０に収容された固形物は、常温の褐炭のみとなり、常温の褐炭と水蒸気が接触することによって、水蒸気が凝縮して水（液体）となる。そうすると、上記凝集粒径以下の褐炭が凝集して塊状の凝集体となり、流動層が形成されなくなってしまう。
【００２７】
そこで、本実施形態では、乾燥炉１００を起動する際に、導入部１１０による褐炭の導入手順を工夫する。図２は、乾燥炉１００を起動する際の褐炭の導入を説明するための図であり、図３は、褐炭の温度変化、および、空塔速度を説明するための図である。なお、理解を容易にするために、図２では、伝熱管１４０、水蒸気送出部１３４、分離装置１５０を省略する。また、図２中、褐炭の粒径を大小の円で示す。
【００２８】
乾燥炉１００を起動する際、図２（ａ）に示すように、導入部１１０は、褐炭を、凝集粒径より大きい褐炭（以下、「非凝集褐炭」と称する）と、凝集粒径以下の褐炭（以下、「凝集褐炭」）とに分級し、さらに凝集粒径を複数のグループに分級する。なお、凝集粒径は、試験等を実施し、予め算出しておく。なお、褐炭の質量密度（比重）が実質的に等しい場合、凝集粒径に相当する質量（凝集質量）によって分級してもよい。
【００２９】
そして、図２（ｂ）に示すように、導入部１１０は、まず、収容部１２０に非凝集褐炭（図２中、白丸で示す）を導入する。そうすると、水蒸気が非凝集褐炭と接触し、水蒸気が凝縮して水（液体）となるが、非凝集褐炭は、水があっても凝集することはない。
【００３０】
最初（１番目）に導入された褐炭Ｌ１（図３中、Ｌは褐炭を示し、Ｌの後に続く数字は、導入された順番を示す）、つまり、非凝集褐炭は、図３（ａ）に実線で示すように、水蒸気と接触することで、常温から温度が上昇して水の飽和温度程度になるとともに、これに伴って褐炭Ｌ１内の水（水分）が蒸発する。そして、褐炭Ｌ１内の水の蒸発が概ね終了すると、褐炭Ｌ１は飽和温度から上昇して水蒸気の温度に到達する。
【００３１】
収容部１２０内の褐炭Ｌ１（非凝集褐炭）の温度が水蒸気の温度に到達すると、導入部１１０は、分級したグループのうち、相対的に大きい粒径の褐炭を有するグループから順に段階的に導入する。そして、２番目の褐炭Ｌ２（凝集褐炭）が導入されると、図３（ａ）に示すように、褐炭Ｌ１の熱が褐炭Ｌ２に伝熱され、これによって、褐炭Ｌ１の温度が低下するとともに褐炭Ｌ２の温度（図３（ａ）中、一点鎖線で示す）が上昇する。
【００３２】
そうすると、図２（ｃ）に示すように、褐炭Ｌ１（図２中、白丸で示す）からの熱の伝達（図２（ｃ）中、破線の矢印で示す）、および、水蒸気からの熱の伝達によって、褐炭Ｌ２（図２中、黒丸で示す）に水蒸気が接触しても、凝縮しない、もしくは、凝縮する水の量が低減されることとなる。これにより、凝集褐炭（褐炭Ｌ２）の凝集を防止することができる。
【００３３】
このように、導入部１１０は、褐炭を分級して、まず、非凝集褐炭を導入し、非凝集褐炭が所期の温度に到達したら、残りの褐炭を導入する。こうすることで、凝集褐炭の凝集を防止することができ、流動層が形成されなくなってしまう事態を回避することが可能となる。これにより、効率よく褐炭を乾燥させることが可能となる。
【００３４】
なお、収容部１２０に収容された褐炭Ｌ１および水蒸気によって褐炭Ｌ２を加熱することができるため、褐炭Ｌ２が常温から飽和温度に到達するまでの時間Ｔ２は、褐炭Ｌ１が常温から飽和温度に到達するまでの時間Ｔ１より短くなる。したがって、褐炭は、導入される順番（グループの順番）が遅い程、常温から飽和温度に到達するまでの時間が短くなる。また、飽和温度に維持される時間、および、飽和温度から水蒸気温度に到達する時間も、常温から飽和温度に到達する時間と同様に、導入される順番が遅い程短くなる。
【００３５】
続いて、水蒸気供給部１３０が供給する水蒸気の流速（空塔速度）について説明する。図３（ｂ）に示すように、褐炭Ｌ１が導入される際、水蒸気供給部１３０は、空塔速度がｋＵｍｆ１となるように水蒸気を収容部１２０に供給する。ここで、ｋは、定数（例えば、２〜１０）であり、Ｕｍｆは、褐炭の最小流動化速度であり、Ｕｍｆの後に続く数字は、導入された順番を示す。つまり、Ｕｍｆ１は、１番目に導入された褐炭Ｌ１（非凝集褐炭）の最小流動化速度である。水蒸気供給部１３０がこのような空塔速度で水蒸気を供給することで、褐炭Ｌ１の流動層を形成することができる。
【００３６】
また、水蒸気供給部１３０は、褐炭Ｌ２が導入される際には、ｋＵｍｆ２と、ｋＵｍｆａｖｇ（導入された全褐炭の平均のＵｍｆ）とを比較し、これらのうち、値が大きい方となるように水蒸気を収容部１２０に供給する。例えば、ｋＵｍｆ２>ｋＵｍｆａｖｇである場合、水蒸気供給部１３０は、空塔速度をｋＵｍｆ２とする。以下、褐炭を導入する度に、ｋＵｍｆａｖｇと比較し、ｋＵｍｆｎ<ｋＵｍｆａｖｇとなったら、これ以降、水蒸気供給部１３０は、空塔速度をｋＵｍｆａｖｇとして水蒸気を供給する。
【００３７】
これにより、褐炭の飛散を抑えつつ、収容部１２０内で褐炭の流動層を形成することが可能となる。
【００３８】
こうして、空塔速度がｋＵｍｆａｖｇとなり、また、収容部１２０に対する流動層の高さが所定の高さ（排出口１２２ｄの高さ）となったら、導入部１１０は、通常運転に切換え、褐炭を予め定められた速度（ｋｇ／ｈ）で連続的に収容部１２０に導入する。これにより、導入口１２２ａから褐炭が連続的に導入され、それによって流動層から褐炭が排出口１２２ｄに押し出されることで、乾燥した褐炭を連続的に得ることができる。
【００３９】
（乾燥炉１００の起動方法）
図４は、乾燥炉１００の起動方法の処理の流れを説明するための図である。なお、乾燥炉１００の起動方法において、ユーザによって停止指示が入力された場合、そのときに遂行している処理を停止する。
【００４０】
図４に示すように、導入部１１０は、まず、褐炭から非凝集褐炭を抽出する（Ｓ１１０）。そして、導入部１１０は、抽出した非凝集褐炭を収容部１２０に導入し、水蒸気供給部１３０は、収容部１２０の底面から水蒸気を供給して、収容部１２０内において褐炭を流動させ流動層を形成するとともに、水蒸気によって褐炭を乾燥させる（Ｓ１２０）。続いて、導入部１１０は、非凝集褐炭を抽出した残りの褐炭（凝集褐炭）を収容部１２０に導入して、流動層を形成するとともに、水蒸気によって褐炭を乾燥させる（Ｓ１３０）。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態にかかる乾燥炉１００および乾燥炉１００の起動方法によれば、乾燥炉１００を起動する際に、まず、非凝集褐炭を導入して流動層を形成するといった簡易な構成で、褐炭の凝集を抑制して、褐炭を効率よく乾燥させることが可能となる。これにより、褐炭の輸送コストを低減し、エネルギー効率を向上することができる。
【００４２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００４３】
例えば、上記実施形態において、導入部１１０は、褐炭を複数のグループに分級して、相対的に大きい粒径のグループの褐炭から順に収容部１２０に導入する構成を例に挙げて説明した。しかし、導入部１１０は、まず、非凝集褐炭を抽出して収容部１２０に導入して、非凝集褐炭を流動させ流動層を形成するとともに、水蒸気によって非凝集褐炭を乾燥させ、高温にする（例えば、１１０℃程度）。その後、非凝集褐炭を抽出した残りの褐炭の少なくとも一部を導入することができればよい。例えば、導入部１１０は、褐炭を分級して、相対的に大きい粒径の褐炭から順に収容部１２０に導入してもよい。また、例えば、導入部１１０は、まず、非凝集褐炭の一部を収容部１２０に導入して流動層を形成し、非凝集褐炭が乾燥したら、残りの褐炭（非凝集褐炭が含まれていても含まれていなくてもよい）を粒径に拘わらず適宜導入するとしてもよい。また、非凝集褐炭の導入後に、残りの褐炭を２段階以上の任意の段階で導入してもよい。さらに、凝集褐炭に非凝集褐炭が含まれていてもよい。
【００４４】
また、上記実施形態において、導入部１１０は、まず、分級した非凝集褐炭全てを一度に収容部１２０に導入する場合を例に挙げて説明した。しかし、導入部１１０は、導入する褐炭全体における非凝集褐炭の占有量や、収容部１２０の容量等に基づいて、非凝集褐炭を複数回に分けて導入してもよいし、非凝集褐炭をさらに分級して相対的に粒径が大きいもの（もしくは、相対的に大きい粒径のグループ）から順に段階的に導入してもよい。
【００４５】
また、上記実施形態では、被乾燥物として褐炭を例に挙げて説明した。しかし、被乾燥物に限定はなく、例えば、泥炭、亜炭、亜瀝青炭等の含水石炭を乾燥させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、水蒸気を用いて被乾燥物を乾燥させる乾燥炉、および、乾燥炉の起動方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１００  乾燥炉
１１０  導入部
１２０  収容部
１３０  水蒸気供給部
【図１】
0006520543.tif 000002
【図２】
0006520543.tif 000003
【図３】
0006520543.tif 000004
【図４】
0006520543.tif 000005