(57)【要約】  本発明は、流動床乾燥技術及び他の利用可能な熱源によって増える廃熱流を回収及び利用して、供給原料又は燃料を乾燥させるものである。この方法は、石炭火力発電所等の多くの業界で有用である。石炭が石炭粉砕器及び炉／ボイラー配置に行く前に、本発明を用いて石炭を乾燥させて、ボイラー効率を改善し、放出物を低減する。これはいずれも、低温開放型システムで行われる。流動化されるべき粒子状物を受け取るための粒子状受取口を有する誘導床等の密度及び／又は粒径によって粒子状物を分離する装置も含まれる。これは、製品流から硫黄及び水銀等の汚染物を分離する上で有用である。【選択図】図３４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも二つの異なる種類の廃熱を生じる工業プラント運転内の供給流、副生成物流又は製品流を熱処理する方法であって、
（ａ）供給流、副生成物流又は製品流に使用される少なくとも二つの異なる熱源を受け取る手段を含む、供給流、副生成物流又は製品流を受け取るための熱処理装置を提供する段階；
（ｂ）熱処理装置に動作可能につながった熱混合機に動作可能につながった第１の熱交換器を提供する段階；
（ｃ）第１の廃熱源を第１の熱交換器に提供することで、第１の廃熱源に含まれる熱含量を熱混合機への熱源の一つとして送る段階；
（ｄ）熱混合機に動作可能につながった第２の熱交換器を提供する段階；
（ｅ）第１の廃熱源とは種類が異なる第２の廃熱源を第２の熱交換器に提供することで、第２の廃熱源に含まれる熱含量を熱混合機への第２の熱源として送る段階；
（ｆ）第１の熱源及び第２の熱源を熱混合機内で混合することで、所定温度を特徴とする組み合わせ熱源を生産する段階；
（ｇ）所望の程度の熱処理を達成するだけの期間にわたり、熱処理装置内の供給流、副生成物流又は製品流を組み合わせ熱源に曝露した状態に維持する段階；及び
（ｈ）熱処理装置から供給流、副生成物流又は製品流を取り出す段階；
を有する前記方法。
【請求項２】
熱混合機が、第１の熱源及び第２の熱源を混合するための混合ボックスを有する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
熱混合機が、第３の熱交換器及び第４の熱交換器を含む熱伝達ループを有し、第１の熱源が第３の熱交換器に提供され、第２の熱源が第４の熱交換器に提供される請求項１に記載の方法。
【請求項４】
別の熱源が設けられていた関連する熱交換器によって熱処理装置に送られる少なくとも一つの別の熱源をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
別の熱源が、廃熱源である請求項４に記載の方法。
【請求項６】
別の熱源が、主熱源である請求項４に記載の方法。
【請求項７】
熱処理装置に供給される供給流、副生成物流又は製品流を予熱するための熱処理装置内に配置されたさらなる熱交換器に、第１の熱源、第２の熱源又は組み合わせ熱源を送る段階をさらに有する請求項１に記載の方法。
【請求項８】
熱処理装置の下流端に動作可能につながった冷却器をさらに有し、熱処理された供給、副生成物又は製品を、熱処理製品を所定温度まで下げるだけの期間にわたり、熱処理装置によって冷却器に送る請求項１に記載の方法。
【請求項９】
冷却器が、熱処理装置と一体の部分である請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
冷却器が、別個の冷却装置を含む請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
熱処理装置が、固定床乾燥機を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
熱処理装置が、流動化媒体を用いる流動床乾燥機を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
熱混合機によって送られる組み合わせ熱源によって加熱される流動床乾燥機に流動化媒体を供給する請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
所定温度で冷却器に送られる流動化媒体をさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
流動化媒体の所定温度が、少なくとも一つの廃熱源による処理によって達成される請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
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及び装置運転からの廃棄熱からなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
製品が、石炭である請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
石炭製品が、亜炭である請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
石炭製品が、亜瀝青炭である請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
熱処理プロセスが、石炭の含水量の低減を含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
石炭製品が、含水量が約２０〜２６％（約７〜９パーセントポイント）低減された亜炭である請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
組み合わせ熱源によって熱処理装置に送られる温度が、約３００°Ｆを超えない請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
工業プラント運転が、発電所である請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
第１の熱交換器及び第２の熱交換器に送られる廃熱源が、工業プラント運転内の同じ廃熱源を構成している請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
流動化媒体が、空気を含む請求項１２に記載の方法。
【請求項２６】
流動化媒体が、水蒸気を含む請求項１２に記載の方法。
【請求項２７】
流動化媒体が、不活性ガスを含む請求項１２に記載の方法。
【請求項２８】
供給流、副生成物流又は製品流の材料を、大気存在下に熱処理装置中で処理する請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
供給流、副生成物流又は製品流の材料を、不活性ガス非存在下に熱処理装置中で処理する請求項１に記載の方法。
【請求項３０】
供給流、副生成物流又は製品流の材料を、水蒸気を熱処理装置に送らずに、熱処理装置中で処理する請求項１に記載の方法。
【請求項３１】
水分低減した石炭を燃焼させて、約１４〜２１％の高位発熱量（ＨＨＶ）を増加させる請求項２０に記載の方法。
【請求項３２】
少なくとも二つの廃熱源を生じる工業プラント運転内で粒子状材料を加熱処理する方法であって、
（ａ）粒子状材料に与える少なくとも二つの熱源を受け取るための手段を含む、粒子状材料を受け取るための乾燥機を提供する段階；
（ｂ）乾燥機に動作可能につながった熱混合機に動作可能につながった第１の熱交換器を提供する段階；
（ｃ）第１の廃熱源を第１の熱交換器に提供し、第１の廃熱源に含まれる熱含量を熱混合機への熱源のうちの一つとして送る段階；
（ｄ）熱混合機に動作可能につながった第２の熱交換器を提供する段階；
（ｅ）第１の熱源とは温度が異なる第２の廃熱源を第２の熱交換器に提供することで、第２の廃熱源に含まれる熱含量を第２の熱源として熱混合機に送る段階；
（ｆ）第１の熱源及び第２の熱源を熱混合機中で混合して、約３００°Ｆを超えない所定温度を特徴とする組み合わせ熱源を形成する段階；
（ｇ）所望の程度の熱処理を達成するだけの期間にわたり、乾燥機中の粒子状材料を組み合わせ熱源に曝露された状態に維持する段階；及び
（ｈ）熱処理装置から製品を取り出す段階；
を有する前記方法。
【請求項３３】
密度及び／又は粒径によって粒子状材料を分離して、汚染物を濃縮し粒子状材料供給流から分離する装置であって、
（ａ）粒子状材料の供給を受け取るための受取入口、流動化流を受け取るための入口開口、流動化した粒子状材料の製品流を排出するための排出出口及び流動化されていない粒子状材料流を排出するための排出出口を有する流動床；
（ｂ）流動化流を流動床に導入することで流動化されていない粒子状材料流から流動化された粒子状材料の製品流を分離するための入口開口に動作可能につながった約３００°Ｆ以下の温度の流動化流源；
（ｃ）流動床から放出される流動化粒子状材料の製品流を受け取るための受取手段；及び
（ｄ）流動床内の流動化されていない粒子状材料を、排出出口を通じ受取手段に輸送するためのコンベア手段を有し；
（ｅ）流動化粒子状材料の製品流が、粒子状材料の供給流と比較して低減された汚染物を含有し、流動化されていない粒子状材料流が、粒子状材料の供給流と比較して汚染物を多く含有する、前記装置。
【請求項３４】
粒子状材料が、石炭である請求項３３に記載の粒子状材料分離装置。
【請求項３５】
石炭材料が、亜炭である請求項３４に記載の粒子状材料分離装置。
【請求項３６】
石炭材料が、亜瀝青炭である請求項３４に記載の粒子状材料分離装置。
【請求項３７】
汚染物が、フライアッシュ、硫黄、水銀及び灰分からなる群から選択される請求項３４に記載の粒子状材料分離装置。
【請求項３８】
流動化されていない石炭粒子状材料流が、石炭粒子状材料の供給流に最初に含まれている水銀の約２１〜４６％を含み、それが流動化石炭粒子の製品流から除去される請求項３７に記載の粒子状材料分離装置。
【請求項３９】
流動化されていない石炭粒子状材料流が、石炭粒子状材料の供給流に最初に含まれている硫黄の約１９〜３６％を含み、それが流動化石炭粒子の製品流から除去される請求項３７に記載の粒子状材料分離装置。
【請求項４０】
流動化されていない石炭粒子状材料流が、石炭粒子状材料の供給流に最初に含まれているフライアッシュの約２３〜４３％を含み、それが流動化石炭粒子の製品流から除去される請求項３７に記載の粒子状材料分離装置。
【請求項４１】
燃焼させた時に、流動化粒子状材料の製品流の石炭が、ＳＯｘが約４％減少した煙道ガスを発生する請求項３４に記載の粒子状材料分離装置。
【請求項４２】
燃焼させた時に、流動化粒子状材料の製品流の石炭が、ＮＯｘが約１０％減少した煙道ガスを発生する請求項３４に記載の粒子状材料分離装置。
【請求項４３】
流動化流が、空気である請求項３３に記載の粒子状材料分離装置。
【請求項４４】
流動化流が、水蒸気である請求項３３に記載の粒子状材料分離装置。
【請求項４５】
流動化流が、不活性ガスである請求項３３に記載の粒子状材料分離装置。
【請求項４６】
流動化流を、流動床に導入する前に熱源によって加熱する請求項３３に記載の粒子状材料分離装置。
【請求項４７】
熱源が、主熱源である請求項４６に記載の粒子状材料分離装置。
【請求項４８】
熱源が、廃熱源である請求項４６に記載の粒子状材料分離装置。
【請求項４９】
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、使用済みプロセス水蒸気及び装置運転からの廃棄熱からなる群から選択される請求項４８に記載の粒子状材料分離装置。
【請求項５０】
装置を発電所に関して使用する請求項３３に記載の粒子状材料分離装置。
【請求項５１】
流動化されていない粒子状材料流を受け取るための流動化されていない粒子状材料流受取手段に動作可能につながった回収チャンバをさらに含む請求項３３に記載の粒子状材料分離装置であって、回収チャンバが、第２の流動床と、第２の流動化流を回収チャンバ内に含まれる流動化されていない粒子状材料を通って流動させ、流動化されていない粒子状材料から流動化可能な粒子を分離して流動化されていない粒子状材料流内の汚染物をさらに濃縮する手段とを含む前記装置。
【請求項５２】
回収チャンバ中で流動化されていない粒子状材料流から分離された流動化可能な粒子を、第２の流動化流によって第１の流動床に戻す請求項５１に記載の粒子状材料分離装置。
【請求項５３】
供給流、副生成物流又は製品流を熱処理するための工業プラント運転内で使用される方法であって、熱注入を含み、約３００°Ｆ以下の温度の廃熱源が前記熱注入を供給する前記方法。
【請求項５４】
（ａ）供給流、副生成物流又は製品流に与えられる少なくとも二つの異なる熱源を受け取る手段を含む、供給流、副生成物流又は製品流を受け取るための熱処理装置；
（ｂ）熱処理装置に動作可能につながった熱混合機に動作可能につながった第１の熱交換器を提供する段階；
（ｃ）第１の廃熱源を第１の熱交換器に提供することで、第１の廃熱源内に含まれる熱含量を熱源のうちの一つとして熱混合機に送る段階；
（ｄ）熱混合機に動作可能につながった少なくとも一つの別の熱交換器を提供する段階；
（ｅ）第１の廃熱源からの種類が異なる少なくとも一つの別の廃熱源を別の熱交換器に提供することで、別の廃熱源に含まれる熱含量を別の熱源として熱混合機に送る段階；
（ｆ）第１の熱源及び別の熱源を熱混合機内で混合して、所定温度を特徴とする組み合わせ熱源を形成する段階；
（ｇ）熱処理装置内の供給流、副生成物流又は製品流を、所望の程度の熱処理を達成するだけの期間にわたり、組み合わせ熱源に曝露された状態に維持する段階；及び
（ｈ）熱処理装置から供給流、副生成物流又は製品流を除去する段階；
をさらに有する請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
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及び装置運転からの廃棄熱からなる群から選択される請求項５３に記載の方法。
【請求項５６】
工業プラント運転が、二酸化炭素又は有機酸を隔離した状態で用いられるアミン類又はその他の抽出剤の再生プロセスを含む請求項５３に記載の方法。
【請求項５７】
工業プラント運転が、パルプ化ミルを含む請求項５３に記載の方法。
【請求項５８】
工業プラント運転が、廃棄物由来燃料燃焼プラントを含む請求項５３に記載の方法。
【請求項５９】
工業プラント運転が、食品処理施設を含む請求項５３に記載の方法。
【請求項６０】
工業プラント運転が、温室を含む請求項５３に記載の方法。
【請求項６１】
工業プラント運転が、工場又は建物の暖房又は区域暖房を含む請求項５３に記載の方法。
【請求項６２】
工業プラント運転が、穀物又はその他の農業材料の乾燥運転を含む請求項５３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭等の高水分材料の品質特性を改善するための装置及び方法に関するものである。より具体的には、本発明は、そのような材料を乾燥させる上で低温の野外プロセスにおいて既存の工業プロセスプラントの廃棄熱源を利用して、その熱含有量又は処理性を改善し、特定の材料をプラントで処理もしくは燃焼させる前におけるプラントの排ガスを減らすものである。本発明の別の態様では、流動床と動作可能に連結しているスクラバーアセンブリを用いて、汚染物その他の望ましくない構成成分を含む相対的に高密度ないし嵩高い材料を石炭又は他の有機材料の残りの部分から分離するような形で、石炭又は別の有機材料を処理する。このプロセス及びスクラバーアセンブリは効率的又は経済的な方法で非常に多様な業界で利用可能であるが、それは特に、燃焼させる前に石炭における含水量や硫黄、水銀及びフライアッシュ成分を減らすため、発電プラントで使用するのに適している。
【背景技術】
【０００２】
世界の電力の約６３％及び米国で生産される電力の７０％が、発電所での石炭、石油又は天然ガス等の化石燃料の燃焼から発生するものである。そのような燃料は発電所における燃焼室で燃やされて、ボイラー中の水を水蒸気に変換するのに用いられる熱を発生させる。この水蒸気は過熱され、巨大な蒸気タービンに導入され、そこで蒸気はタービンの扇形翼を押すことで、シャフトを回転させる。次に、この回転するシャフトが、発電機のローターを回して電気を発生させる。
【０００３】
蒸気はタービンを通過すると、凝縮器に入り、そこで冷却水を運ぶ配管の周囲を通過し、その配管は蒸気から熱を吸収する。蒸気が冷えるにつれて、それは凝縮して水となり、次にその水をボイラーにポンプ送りで戻して、それを再度過熱して蒸気にするプロセスを繰り返すことができる。多くの発電所で、蒸気からこの熱を吸収した凝縮器配管中のこの水は、噴水池又は冷却塔にポンプ送りされて冷却される。次に、冷却された水は、凝縮器を通ってリサイクルされるか、湖、川その他の水系に廃棄される。
【０００４】
米国で採掘される石炭の８９％が、発電所用の熱源として用いられる。石油や天然ガスとは異なり、地球から経済的に取り出される石炭の利用可能な供給量は、非常に豊富である。
【０００５】
石炭には、無煙炭、瀝青炭、亜瀝青炭、及び亜炭の４つの主要な種類がある。これら４種類全ての石炭は基本的に炭素、水素、窒素、酸素及び硫黄ならびに水分を含むが、石炭に含まれるこれら固体元素及び水分の具体的な量は非常に多様である。例えば、最高等級とされる無煙炭は、約９８重量％の炭素を含むが、最低等級とされる亜炭（褐炭とも称される）では炭素含有率は約３０重量％となることがある。同時に、水分量は、無煙炭及び瀝青炭では１％未満であり得るが、パウダーリバー盆地炭（ＰＲＢ）のような亜瀝青炭では２５〜３０重量％、北米亜炭では３５〜４０重量％である。オーストラリア及びロシアの場合、これらの亜炭水分レベルは、それぞれ５０％及び６０％という高いものとなる可能性がある。これらの高水分亜瀝青炭及び亜炭は、燃焼する時に相対的に生じる熱が少ないことから、瀝青炭及び無煙炭と比較して低位の発熱量を有する。さらに、高い燃料水分量は、性能及び放射等の発電ユニット運転のあらゆる側面に影響する。高い燃料水分では、より高い等級の石炭の場合と比較して、ボイラー効率は非常に低くなり、ユニットの発熱率は高くなる。高い含水量は、燃料取り扱い、燃料粉砕、ファン能力及び高い燃焼排ガス流量等の分野で問題を生じる可能性もある。
【０００６】
瀝青炭は、豊富に存在し、比較的発熱量が高いことから、発電用に米国で最も広く使用されてきた等級の石炭である。しかしながら、それは中ないし高レベルの硫黄も含む。米国での大気汚染防止法のような環境規制が徐々に強化されるにつれて、発電所は、これらプラントの煙突の前にコストの高いスクラバー装置を設置して、この石炭の燃焼から生じて大気を汚染する二酸化硫黄（ＳＯ２）、窒素酸化物（ＮＯｘ）及びフライアッシュを防止しなければならなかった。
【０００７】
亜瀝青炭及び亜炭のような相対的に等級の低い石炭が、硫黄含有量及びコストが低いことから、発電所用の熱源として注目度が高くなってきた。しかしながら、それらもなお、燃焼する時に十分なレベルのＳＯ２、ＮＯｘ及びフライアッシュを発生させることから、燃焼排ガスを処理して、連邦及び州の汚染基準に適合するようにする必要がある。さらに、アッシュ及び硫黄は、石炭で見られる主要な不純物である。アッシュは主として、アルミニウム、カルシウム、鉄及びケイ素の無機化合物からなる。石炭中の硫黄の一部も、無機物の形態であり、特には鉄及び硫黄の化合物である黄鉄鉱である。石炭中の硫黄の残りのものは、石炭中の炭素と強く結合した有機硫黄の形態である。
【０００８】
石炭を加熱するとその水分が減少することから、石炭の乾燥によって石炭の等級及び発熱量（ＢＴＵ／ポンド）が高くなることは、業界内においては以前から知られていた。高温水ボイラーでの燃焼に先だって、石炭を乾燥させると、結果的にボイラーの効率を高めることができる。
【０００９】
非常に多様な乾燥機が、石炭の乾燥に先行技術の範囲内で用いられており、それには回転炉（Ｂｅｒｇに対して発行された特許文献１）、カスケード式旋回床乾燥機（Ｐｅｔｒｏｖｉｃらに対して発行された特許文献２）、細長スロット乾燥機（Ｓｉｄｄｏｗａｙらに対して発行された特許文献３）、ホッパー乾燥機（Ｏｈｎｏらに対して発行された特許文献４）、移動床乾燥機（Ｐｅｔｒｏｖｉｃらに対して発行された特許文献５）及び振動流動床乾燥機（Ｌａｄｔに対して発行された特許文献６）等がある。当業界においては、床の底にある穴から流動性媒体が導入されて、石炭粒子を分離及び浮遊させることで乾燥性能を向上させる流動床乾燥機又はリアクターも知られている。流動性媒体が直接加熱媒体を兼ねても良いし、別の間接熱源が流動床リアクター内に配置されていても良い。例えば、Ｇｏｌｄｉｃｈに対して発行された特許文献７；Ｓｅｌｌｅらに対して発行された特許文献８；Ｒｅｙｎｏｌｄｓｏｎらに対して発行された特許文献９；Ｄｕｎｌｏｐに対して発行された特許文献１０、特許文献１１及び特許文献１２；Ｋａｎｎｅｎｂｅｒｇらに対して発行された特許文献１３；Ｄｉｅｔｚに対して発行された特許文献１４；Ｈｅａｒｄらに対して発行された特許文献１５；及びＰａｒｋｓに対して発行された特許文献１６を参照する。
【００１０】
しかしながら、これら従来の乾燥プロセスの多くが、非常に高い温度及び圧力を採用している。例えば、鉱山局のプロセスは１５００ｐｓｉｇで行われ、Ｋｏｐｐｅｌｍａｎに対して発行された特許文献１７に開示の乾燥プロセスでは１０００〜３０００ｐｓｉの圧力を必要とする。同様に、Ｃｒｉｎｅｒに対して発行された特許文献１８には、約１０００°Ｆの上昇空気の使用が記載されている。同様に、Ｄｕｎｌｏｐに対して発行された特許文献１９には、石炭及び石油の燃料特性を同時に改善する方法が開示されており、そこでは約８５０〜１０５０°Ｆに維持されたリアクターを用いる。Ｍａｎｓｆｉｅｌｄに対して発行された特許文献２０（約１４００〜１６００°Ｆ）；及びＳｈｅｌｔｏｎに対して発行された特許文献２１（≦約１０００°Ｆ）も参照する。
【００１１】
石炭の乾燥又は他の形態での処理のためのそのような非常に高温の使用には、大量のエネルギー消費ならびに他の使用及び運転コストが必要となり、そのため、非常に速やかに、相対的に等級の低い石炭の使用が経済的に実現不可能なものとなる。さらに、乾燥プロセスを相対的に高い温度とすると別の排気流が生じ、それは揮発分を追い出す時に管理する必要がある。この経済的等式をさらに複雑にするものに、先行技術の石炭乾燥プロセスが、乾燥される石炭の発熱量を改善するためのまさに熱源を提供するのに、石炭、石油又は天然ガス等の化石燃料の燃焼に依存している場合が多いという事実がある。例えば、Ｍｉｃｈａｅｌらに対して発行された特許文献２２；Ｄｕｎｌｏｐに対して発行された特許文献２３；Ｂｌａｋｅに対して発行された特許文献２４；Ｓｅｉｔｚｅｒに対して発行された特許文献２５；Ｌａｄｔに対して発行された特許文献６；及びＢｅｒｇに対して発行された特許文献１を参照する。一部の例において、この燃焼燃料源は、石炭乾燥プロセス内で分離及びリサイクルされる石炭微粉を構成することができる。例えば、Ｍｅｒｒｉａｍらに対して発行された特許文献２６；Ｅｒｈａｒｄに対して発行された特許文献２７；及びＳｔａｈｌｈｅｒｍらに対して発行された特許文献２８を参照する。
【００１２】
従って、温度要件が比較的低い石炭乾燥法を開発するために努力が払われてきた。例えば、Ｊｏｈｎｓｏｎに対して発行された特許文献２９には、乾燥媒体として約４００〜５００°Ｆの範囲内の流動床での温不活性ガスを用いる低等級石炭の乾燥方法が記載されている。Ｇｒｅｅｎｅに対して発行された特許文献３０には、過熱気体乾燥媒体を用いて石炭を約３００〜約４５０°Ｆに加熱することが開示されているが、その好ましい温度及び圧力は８５０°Ｆ及び０．５４１ｐｓｉである。Ｐｅｔｒｏｖｉｃらに対して発行された特許文献３１及び特許文献３２（３９２°Ｆ）；Ｄｅｌｌｅｓｓａｒｄらに対して発行された特許文献３３（４８２〜約１２０２°Ｆ）；Ｏｔｔｏｓｏｎに対して発行された特許文献３４（４００〜９００°Ｆ）；Ｃｏｌｅｍａｎらに対して発行された特許文献３５（３０２〜５７２°Ｆ）；Ｆｒａｃａｓに対して発行された特許文献３６（５００〜６００°Ｆ）；Ｄｕｎｌｏｐに対して発行された特許文献３７；及びＤｕｎｌｏｐらに対して発行された特許文献３８及び特許文献３９（４８０〜６００°Ｆ）も参照する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【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５，０３３，２０８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４，１４５，４８９号明細書
【特許文献２４】米国特許第４，３２４，５４４号明細書
【特許文献２５】米国特許第４，１９２，６５０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５，８５８，０３５号明細書
【特許文献３８】米国特許第５，９０４，７４１号明細書
【特許文献３９】米国特許第６，１６２，２６５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
いくつかの先行技術の石炭乾燥方法がさらに低い温度を用いているが、それは石炭を限られた範囲まで乾燥させることを目的としたものである。例えば、Ｄｕｎｌｏｐに対して発行された米国特許第５，８３０，２４７号明細書には、流動床密度が２０〜４０ｌｂｓ／ｆｔ３である第１の流動床リアクターを用いる不可逆的に乾燥させた石炭の製造方法が開示されており、含水量が１５〜３０重量％、酸素含有率が１０〜２０％、粒径が０〜２インチの石炭を１〜５分間にわたって１５０〜２００°Ｆとして、石炭の粉砕と脱水を同時に行う。次に、石炭を鉱油でコーティングされた第２の流動床リアクターに送り、４８０〜６００°Ｆの温度で１〜５分間処理して、製造物をさらに粉砕及び脱水する。従って、この方法を比較的低い含水量（すなわち、１５〜３０％）の石炭に応用するだけでなく、石炭粒子を１５０〜２００°Ｆで運転される第１の流動床リアクターで部分的にのみ脱水し、真の乾燥はより高い４８０〜６００°Ｆの床温度で運転される第２の流動床リアクターで行われることは明らかである。
【００１５】
同様に、Ｈｕｎｔに対して発行された米国特許第６，４４７，５５９号明細書には、石炭を最初に２００〜２５０°Ｆで加熱してそれの表面水分を除去し、次に４００〜７５０°Ｆ、９００〜１１００°Ｆ、１３００〜１５５０°Ｆ及び２０００〜２４００°Ｆの順に徐々に加熱する段階を行って、石炭粒子の細孔内の水を除去して、含水量及び揮発分含有率がそれぞれ２重量％未満及び１５重量％未満の石炭を生産することで石炭の等級を上げる、不活性雰囲気下での石炭の処理方法が記載されている。やはり、最初の２００〜２５０°Ｆの加熱段階では、石炭粒子の乾燥度は限られたものでしかないことは明らかである。
【００１６】
石炭の乾燥に流動床リアクターを用いることで生じ得る問題の一つは、流動性媒体に捕捉された大量の微粉末が生じることである。特に、より高い床運転条件では、その微粉末が自然燃焼して爆発を引き起こす可能性がある。従って、多くの先行技術の石炭乾燥法で、空気を含まない流動床環境内で不活性流動化ガスを使用することで、燃焼を防止している。そのような不活性ガスの例には、窒素、二酸化炭素及び水蒸気等がある。例えば、Ｗａｔｅｒｍａｎ，Ｊｒ．に対して発行された米国特許第３，０９０，１３１号明細書；Ｐｅｔｒｏｖｉｃらに対して発行された同４，４３１，４８５号明細書；Ｈｅａｒｄらに対して発行された同４，３００，２９１号明細書及び４，２３６，３１８号明細書；Ｅｋｂｅｒｇに対して発行された同４，２９２，７４２号明細書；Ｋｎａｐｐｓｔｅｉｎに対して発行された同４，１７６，０１１号明細書；Ｃｈａらに対して発行された同５，０８７，２６９号明細書；Ｇａｌｏｗらに対して発行された同４，４６８，２８８号明細書；Ｈａｕｋに対して発行された同５，３２７，７１７号明細書；Ｈｕｎｔに対して発行された同６，４４７，５５９号明細書；及びＤｕｎｌｏｐらに対して発行された同５，９０４，７４１号明細書を参照する。Ｃｏｌｅｍａｎらに対して発行された米国特許第５，５２７，３６５号明細書では、プロパン又はメタン等の低級アルカン不活性ガスの使用によって達成される「軽度に還元的環境」で石炭等の低品質炭素質燃料を乾燥する方法が提供される。さらに他の先行技術の方法は、石炭が流動床リアクターの長さを通過するにつれて徐々に温度が低下するように維持された多くの加熱流動化流を用いて、爆発を回避する上で十分な程度に石炭を冷却するものである。例えば、Ｓｈｅｌｔｏｎに対して発行された米国特許第４，５７１，１７４号明細書；及びＷｉｃｋｅｒに対して発行された同４，４９３，１５７号明細書を参照する。
【００１７】
石炭を乾燥する際にこれまでに業界で遭遇してきたさらに別の問題は、乾燥プロセスが終了した後に経時的に周囲空気条件中の水分を再吸収する石炭の自然の傾向である。従って、乾燥させた石炭粒子の表面を鉱油又は何らかの他の炭化水素製品でコーティングして、石炭粒子の細孔内での水分の再吸着に対する障壁を形成するための努力が払われてきた。例えば、Ｄｕｎｌｏｐに対して発行された米国特許第５，８３０，２４６号明細書及び同５，８５８，０３５号明細書；Ｊｏｈｎｓｏｎに対して発行された同３，９８５，５１６号明細書；及びＳｉｍｍｏｎｓに対して発行された同４，７０５，５３３号明細書及び同４，８００，０１５号明細書を参照する。
【００１８】
低等級石炭乾燥のプロセス経済性を高めるため、主要燃焼燃料熱源に対する補助的熱源として廃熱流を用いることが知られている。Ｍｅｒｒｉａｍらに対して発行された米国特許第５，３２２，５３０号明細書を参照する。これは、熱交換器での乾燥ガス加熱のために高温コークスによって加熱された冷却ガスを再循環させることができるコークス用炭生産においては特に当てはまるものである。例えば、Ｐｏｅｒｓｃｈに対して発行された４，０５３，３６４号明細書；Ｗａｇｅｎｅｒらに対して発行された４，３０８，１０２号明細書；Ｄｅｌｌｅｓｓａｒｄらに対して発行された４，３３８，１６０号明細書；Ｗｅｂｅｒらに対して発行された４，３５４，９０３号明細書；Ｋｅｍｍｅｔｍｕｅｌｌｅｒに対して発行された３，８００，４２７号明細書；Ｍｉｃｈａｅｌらに対して発行された４，５３３，４３８号明細書；及びＰｅｔｒｏｖｉｃらに対して発行された４，６０６，７９３号明細書及び４，４３１，４８５号明細書を参照する。同様に、流動床燃焼炉からの燃焼排ガスが、石炭を乾燥させるための流動床リアクター内に入っている熱交換器用の補助熱源として用いられている。例えば、Ｇｏｌｄｉｃｈに対して発行された米国特許第５，５３７，９４１号明細書；及びＨａｕｋに対して発行された同５，３２７，７１７号明細書を参照する。Ｂｅｒｇに対して発行された米国特許第５，１０３，７４３号明細書には、乾燥した材料を気化させて高温ガスを発生させ、それを次にキルン内の材料を乾燥させるのに用いられる輻射ヒーター用の燃焼熱源として用いる、回転炉中の湿った石炭等の固体を乾燥させる方法が開示されている。Ｗａｇｅｎｅｒらに対して発行された米国特許第４，２８４，４７６号明細書では、関連する金属設備からの煙道ガスをコークス製造工程で高温コークスに通過させてそれを冷却することで、煙道ガスを加熱し、それを用いて湿った石炭の供給物を前加熱してから、それをコークスに変換する。
【００１９】
しかしながら、これら先行技術の方法において、石炭を乾燥させるのに用いられる単独の熱源として、石炭乾燥操作での廃熱流を用いるように思われるものは全くない。そうではなく、それらの方法では、相変わらず石炭、石油又は天然ガス等の化石燃料の燃焼を行う主要熱源を加えるだけである。従って、低等級石炭等の石炭製品乾燥のプロセス経済性は、プロセスプラント（例：発電所）でのボイラー火入れの発熱量を改善するために化石燃料を燃やして化石燃料（すなわち石炭）を乾燥させる必要性があるために常に制限されることになる。
【００２０】
採炭企業は、通常は、発電所及びコークス製造プラント等の末端ユーザーに石炭製品を供給する前に、石炭製品のクリーニングを行って不純物を除去する。スクリーニング装置によって石炭片を選別して粗石炭流、中等度石炭流及び細石炭流を形成した後、これら３つの石炭流を洗浄装置に送り、そこで石炭粒子は水と混合される。比重の原理を用いて、最も多量の不純物を含む最も重い石炭片は洗浄装置の底に沈み、そこでごみ箱に入って、後に廃棄される。次に、３つの石炭流からのクリーニングされた石炭粒子を再度合わせ、バイブレータ、治具又は熱風ブロワによって乾燥させて、最終石炭製品を製造して、エンドユーザー向けに輸送される。
【００２１】
採炭操作で用いられるクリーニングプロセスは石炭から大部分の灰を除去するが、有機硫黄は石炭中の炭素に強く結合していることから、それは硫黄にはほとんど効果がない。従って、他の方法を用いて、燃焼前に石炭をさらに精製する必要がある。各種の粒子状材料を分離する方法が業界では知られている。例えば、Ｏｅｔｉｋｅｒに対して発行された米国特許第３，８５２，１６８号明細書には、トウモロコシ穀粒を皮部分から分離するための大型機械が開示されており、そこではトウモロコシを振動及び空気流パルスで処理する。他方、Ｚａｌｔｚｍａｎらに対して発行された米国特許第５，２４４，０９９号明細書には、上方向に傾斜した谷部からの粒状材料の送出が記載されており、そこでは流動化ガスが谷部の底から強制的に送られて流動材料床を作る。垂直方向の振動運動も加えられて、材料混合物中に含まれる各種成分の分離を助ける。混合物のうちの密度の低い成分は流動床の表面に上がってくるが、相対的に密度の高い成分は底の方に沈む。谷部の排出端では、流れスプリッターを用いて、材料の異なる相を回収することができる。この装置は、農業製品及び砂の分離に適している。
【００２２】
状況によっては、機械的振動や垂直振動を加えることなく流動床を用いて粒子分離を行うことが可能であることが、先行技術で知られている。例えば、Ｓｔｒｏｈｍｅｙｅｒに対して発行された米国特許第４，４４９，４８３号明細書では、加熱流動床乾燥機を用いて都市ゴミを処理し、そのゴミからガラス等の粒子を除去してから、それを燃やして熱を発生させている。一方、Ｂｉｎｎｉｘらに対して発行された米国特許第３，５３９，００１号明細書では、所定の大きさ及び比重の材料の中間の選択的除去によって混合物から材料を分類している。材料混合物は、下方に勾配を有する篩支持体を流れ、上方向に向いた空気圧パルスによって浮遊させられる。Ｆｌｅｔｃｈｅｒらに対して発行された米国特許第２，５１２，４２２号明細書もやはり、下方向に勾配を有する流動床と上方向に向いた空気パルスを用いており、床の総断面積と比較して十分な断面積の流動床ユニットの頂部に穴を設けて、流動床の静圧レベルを制御することで、比重が相対的に高い小粒子が石炭床で上昇するのを防止することで、石炭混合物から石炭の小粒子を分離及び精製することができる。
【００２３】
しかしながら、これらのＳｔｒｏｈｍｅｙｅｒ、Ｂｉｎｎｉｘ及びＦｌｅｔｃｈｅｒの特許に開示の方法及び装置はいずれも、比重に比較的大きい差を有する混合物中の異なる成分の分離に関するものであるように思われる。そのような方法は、ナット、ボルト、岩石等を石炭から分離するのには容易に機能し得るが、ほとんど硫黄を含まない石炭粒子から有機硫黄を含む石炭粒子を分離することは、それら二つの石炭画分の比重が比較的近い可能性があるために期待できないものと考えられる。
【００２４】
非常に関心の高い別の大気汚染物質は、石炭中に自然に入っている水銀である。米国環境保護庁（ＥＰＡ）が公布した規則では、石炭火力発電所が２０１０年までにその燃焼排ガス中に含まれる水銀レベルを大幅に低下させることが要求されている。業界内における主要な努力は、炭素系の吸着剤の使用による燃焼排ガスからの水銀の除去又は既存の燃焼排ガス排出抑制技術の至適化による水銀の捕捉に主眼を置いたものであった。しかしながら、炭素系吸着剤に基づくセルバー（serubber）装置の利用では、設置及び運転の費用が非常に大きくなり得る。さらに、現在ある排出抑制装置は、低等級石炭（亜瀝青炭及び亜炭）と比べて高等級石炭（無煙炭及び瀝青炭）にはあまり良好に機能しない可能性がある。
【００２５】
従って、ウェスタン研究所（Western Research Institute）は、低等級石炭を処理して水銀を除去する前燃焼熱プロセスを開発及び特許請求している。２ゾーンのリアクターを用い、粗炭を第１のゾーン中で約３００°Ｆで加熱して水分を除去し、その水分はスイープガスでそのゾーンからパージされる。次に、乾燥した石炭を第２のゾーンに移し、そこで昇温させて約５５０°Ｆとする。石炭に含まれる水銀のうちの最大７０〜８０％までが気化し、第２のスイープガス流によってゾーンから排出される。次に、水銀をスイープガスから分離し、回収して処分する。グーフィらの報告（Guffey, F.D. & Bland, A.E., "Thermal Pretreatment of Low-Ranked Coal for Control of Mercury Emissions," 85 Fuel Processing Technology 521-31 (2004)）；メリアムの著作（Merriam, N.W., "Removal of Mercury from Powder River Basin Coal by Low-Temperature Thermal Treatment," Topical Report WRI-93-R021 (1993)）；Merriamらに対して発行された米国特許第５，４０３，３６５号明細書を参照する。
【００２６】
しかしながら、この前燃焼熱前処理プロセスもなお、乾燥段階及び水銀気化段階を行うのに２ゾーンリアクターを必要とするという点において資本集約的である。さらに、５５０°Ｆの床温度を得るのにエネルギー源が必要である。さらに、水銀は石炭に含まれる炭素と強固に結合していることから、この方法によっては、水銀の２０〜３０％が石炭から除去できない。従って、この熱前処理プロセスの完了後に石炭にかなりのレベルの水銀が残留することから、この方法によって前処理した石炭の燃焼から生じる燃焼排ガスを処理するのに、高価なスクラバー技術がなおも必要とされる。
【００２７】
従って、機械的添加剤及び化学的添加剤を用いることなく非常に低温で運転される流動床で石炭等の粒子状材料を前処理して、石炭内の汚染成分（例えば、水銀及び硫黄）のほとんどを分離及び除去することができることが望ましいものと考えられる。そのような方法は、あらゆる等級の石炭に適用可能であると考えられ、石炭の燃焼後の燃焼排ガスを処理するための高価なスクラバー技術の必要性を低下させるものと考えられる。
【００２８】
ボイラー炉に石炭を入れる前にその石炭の乾燥用の専用熱源として、処理しなければ失われると考えられるボイラーを用いる工業プラント内で利用可能な廃熱源を調和的に使用することで、亜瀝青炭及び亜炭等の低等級石炭の使用のプロセス経済性を高めることも望ましいと考えられる。そのような低等級石炭源は、突如として、より従来的に用いられている瀝青炭及び無煙炭と比較して、発電所用の使用可能な燃料源となり得るものである。汚染の原因となる石炭中で認められる望ましくない元素の除去に加えて、硫黄分が比較的低い亜瀝青炭及び亜炭を経済的に使用することは、環境にとっても非常に有益であると考えられる。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
プラント運転で入手可能な廃熱源の使用によって工業プラント運転で必須要素として用いられる材料の品質特性を高める方法が、本発明によって提供される。そのような材料には、工業プラント運転内で燃焼される燃料源又はプラント運転から生じる最終製品を製造するのに用いられる原材料等があり得る。そのような廃熱源には、炉からの高温煙道ガス又は煙道ガス、高温の凝縮器冷却水又は空気、タービンからのプロセス蒸気及び発熱量が高い他のプロセス蒸気等があるが、これらに限定されるものではない。本発明は特に、各種の入手可能な廃熱源を単独又は組み合わせて確認及び活用して、材料の品質又は特性を高める上で必要な適切な大きさ及び温度レベルの熱を提供する方法に関するものである。
【００３０】
本発明は、多くの多様な業界及び粒子状材料に利用されるが、説明のため、本明細書において本発明は、乾燥機で石炭から一部の水分を除去することが、その石炭の発熱量及びプラントのボイラー効率を高める上で望ましい代表的な石炭火力発電所に関して記載されている。このように石炭を乾燥させることで、亜瀝青炭及び亜炭等の低等級石炭の使用を促進することができるか、さらにはその使用を可能とすることができる。石炭の含水量を低下させることで、低等級石炭を構成しているか高等級石炭を構成しているかということとは無関係に、他の運転効率の上昇も実現可能である。例えば、より乾燥した石炭は、発電所での石炭取り扱いシステム、コンベヤー及び石炭粉砕機の負荷を低下させる。より乾燥した石炭は運搬が容易になることから、これによって維持コストが下がり、石炭取り扱いシステムの利用性が高まる。より乾燥した石炭は粉砕も容易になることから、同じ粉砕径（石炭の微細度）を得るのに要する「ミル」動力が少なくなる。燃料水分が少ないと、ミルから出る水分量が少なくなる。これによって、石炭粉砕の結果が改善される。さらに、石炭を運搬、流動化及び加熱するのに用いられる一次空気の必要量が少なくなる。そのような相対的に低いレベルの一次空気は空気速度を低下させ、一次空気速度が相対的に低いと、石炭ミル、石炭移動配管、石炭バーナー及び関連する設備における腐食が大幅に低減される。これは、亜炭燃焼プラントでは非常に高いものである石炭移動配管及びミルの維持コスト削減に有効である。排気塔放出の低減も実現されるはずであり、それによって下流環境保護設備の回収効率が高められる。
【００３１】
そのような石炭燃料ストックは、経済的に実行可能性基準で発電所ボイラーを燃焼させるのに、水分レベルを絶対ゼロまで乾燥させる必要はない。そうではなく、十分なレベルまで石炭を乾燥させるのにそのような利用可能な廃熱源を用いることで、経済的に実行可能なレベルに処理コストを維持しながら、ボイラー効率を顕著に高めることができる。これによって、プラント運転者は真に経済的に有利となる。亜炭の含水量を代表的な３９〜６０％のレベルから１０％以下まで低下させることが可能であるが、２７〜３２％が好ましい。この好ましいレベルは、タービンに送られる蒸気を過熱又は再過熱するためのボイラーの移動熱における物質移動限界によって影響される。
【００３２】
本発明は好ましくは、各種組み合わせで複数のプラント廃熱源を利用して、プラント運転に悪影響を与えることなく材料を乾燥させる。代表的な発電所では、廃プロセス熱が、多くの熱源からさらなる使用に利用可能なままとなっている。一つの可能な熱源は蒸気タービンである。蒸気タービンサイクルから蒸気を抜き取って、石炭を乾燥させることが可能である。多くの既存のタービンにおいて、これによって電力出力が低下し、抜き取り箇所から下流のタービン段の性能に悪影響が生じる可能性があるため、この熱源は熱抜き取りにおいて望ましいか否かは限られたものとなっている。しかしながら、新たに建設される発電所の場合、蒸気タービンは、段効率に対して負の効果を及ぼすことなく蒸気抜き取りを行うよう設計されることで、蒸気抜き取りを、新たなプラント用の石炭乾燥に用いられる廃熱源の一部とすることができる。
【００３３】
石炭乾燥用の別の可能な廃熱源は、プラントを出る燃焼排ガスに含まれる熱エネルギーである。石炭水分を除去するのに燃焼排ガスに含まれる廃熱を用いることで、排気塔温度が下がる可能性があり、それが次に排気塔における浮力低下につながり、排気塔壁での水蒸気及び硫酸の凝縮を引き起こす可能性がある。このために、特に湿式スクラバーを取り付けたユニットにおいて石炭乾燥用の燃焼排ガスから回収可能な熱の量が制限されることから、本発明では、多くの末端用途で、高温の燃焼排ガスが単独の廃熱源ではないことがわかる。
【００３４】
ランキン動力サイクルでは、蒸気凝縮器及び／又は冷却塔では、熱はそのサイクルから遮断される。用役プラントで通常使用される蒸気凝縮器で遮断された熱は、廃熱の大きい発生源を代表するものであり、それの二次的目的での使用がプラント運転に与える影響はわずかである。従って、代わりに、凝縮器を出るこの高温凝縮器冷却水の一部を分流させ、石炭乾燥に用いることができると考えられる。完全ユニット負荷で、石炭含水量を４パーセント低下させるのに、凝縮器で遮断された熱の２％のみが必要であることが、工学解析によって明らかになっている。この熱源を単独で又は他の利用可能なプラント廃熱源と組み合わせて用いることで、プラント運転に対して有害な影響を与えることなく、プラント廃熱源が至適に用いられる。
【００３５】
本発明は利用可能な廃熱源を用いて水分低減又は他の処理段階を可能とすることに焦点を当てたものであるが、理解すべき点として、燃焼熱等の一次熱源を、廃熱源を利用するシステムに加えて、経済性基準で所望の結果を得ることができる。通常これは、使用される廃熱源と比較して小さい量の一次熱となる。
【００３６】
本発明は、１段及び多段の両方で固定床乾燥機及び流動床乾燥機を用いて、材料を呼び乾燥及びさらにはクリーニングしてから、それを工業プラント運転内で消費するが、他の商業的に公知の種類の乾燥機を用いることが可能である。さらに、この乾燥プロセスは、低温の開放系で行うことで、工業プラントの運転コストがさらに削減される。乾燥温度は有利には、３００°Ｆ以下、より好ましくは２００〜３００°Ｆに維持することができる。
【００３７】
本発明によると、凝縮器を出る高温の凝縮器冷却水の一部を分流させ、ＡＰＨに向かう吸気を予熱するのに用いることができると考えられる。
【００３８】
本発明はまた、密度及び／又は粒径に従って粒子状材料を分離し、フライアッシュ、硫黄及び水銀を含む材料その他の望ましくない構成成分のような汚染物質を濃縮して粒子状材料供給物から分離する装置を含むものである。石炭を燃焼させた後の汚染物質及び他の汚染物を除去しようとする現在の先行技術システムとは対照的に、本発明の装置は、流動化される粒子状材料を受け取るための受取口を有する流動床を含む。流動床には、一次熱流、二次熱流、少なくとも一つの廃棄物流又はそれらのいずれかの組み合わせであることができる第１の流動化流を受け取るための開口も含む。所望の流動化粒子流を排出するために、少なくとも一つの排出出口が流動床に設けられており、さらにはある濃度の汚染物質その他の望ましくない構成成分を含む非流動化粒子流を排出するための少なくとも一つの排出出口も設けられている。流動床には、非流動化粒子状物を非流動化粒子排出出口に運ぶために、コンベヤーが動作可能に配置されている。捕集器ボックスが、排出される非流動化粒子状材料流を受け取るために、流動床と動作可能に連通している。さらには、第２の流動化流が非流動化粒子状材料を通るようにするため、捕集器ボックス中に適宜の手段があり、それが捕集器ボックス中にあることで、含まれる汚染物質その他の望ましくない構成成分がさらに濃縮される。
【００３９】
石炭を燃やす前にそのような汚染物質及び他の汚染物を除去することで、プラントプロセスにおける汚染物によって環境に対して生じ得る害が排除され、放出量、石炭投入レベル、プラントを運転する上での補助電力の必要性、プラント水使用、金属腐食及び他の要素による設備維持コスト、及びこれら汚染物を燃焼排ガスから抜き取るのに必要な設備に起因する資本費用の低下という効果が期待される。
【００４０】
本発明の一つの利点は、それによって粒子状材料の連続処理が可能となるという点である。非流動化粒子流が流動床から排出されるにつれて、処理用に流動床に対して、より多くの粒子状材料供給を加えることができる。
【００４１】
本発明の別の利点は、非粒子状材料のほぼ水平の運搬である。非流動化粒子状材料のこのほぼ水平運搬によって、材料が運搬されている間に、それを混合又は撹拌することで、粒子状材料の全てが均一かつ迅速に処理されるようになる。
【００４２】
本発明のさらに別の利点は、それによって、粒子状材料供給物からの汚染物の分離及びそれの除去が可能になるという点である。それは、工業プラント運転に対して大きな環境上の効果をもたらすことができる。
【００４３】
本発明のさらに別の利点は、非流動化粒子状材料でなおも捕捉されるか捕捉されているより多くの汚染されていない流動化可能な粒子物を捕捉するために、それに第２の流動化段階又は装置が含まれているという点である。より多くの流動化粒子状物を捕捉することで、使用可能な汚染されていない粒子状物の量が増えるとともに、さらなる処理又は処分を受けることになる汚染された粒子状物の量が減る。より多くの使用可能な汚染されていない粒子状物を捕捉し、汚染された粒子状材料の量を減らすことで、企業は、コストを削減しながらそれの効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】発電を行うための簡略化した石炭火力発電所運転を示す模式図である。
【図２】燃焼排ガス及び蒸気タービン廃熱流を利用してボイラー効率を高める改善された石炭火力発電所を示す模式図である。
【図３】本発明の流動床乾燥機ならびに石炭及び高温流動化空気を運搬するためのその関連設備の図である。
【図４】本発明の１段流動床乾燥機の模式図である。
【図５】本発明の流動床乾燥機用のディストリビュータ・プレートの平面図である。
【図６】流動床乾燥機用の分配プレートの別の実施形態の平面図である。
【図７】図６の７−７線で切った分配プレートの図である。
【図８】ねじ錐を含む図６の分配プレートの平面図である。
【図９】石炭の乾燥及び流動化の両方を行うのに用いられる流動化空気を間接的に加熱するのに、一次熱源を利用する本発明の１段流動床乾燥機の模式図である。
【図１０】石炭の乾燥及び流動化の両方を行うのに用いられる流動化空気を間接的に加熱するのに、廃プロセス熱を利用する本発明の１段流動床乾燥機の模式図である。
【図１１】石炭を流動化するのに用いられる流動化空気を加熱するための廃プロセス熱（直接熱）及び石炭を乾燥するための流動床乾燥機内に設けられたイン・ベッド熱交換器を通って循環する高温凝縮器冷却水（直接熱）の組み合わせを利用する本発明の１段流動床乾燥機の模式図である。
【図１２】石炭を流動化するのに用いられる流動化空気を加熱するための廃プロセス熱（間接熱）及び石炭を乾燥するための流動床乾燥機内に設けられたイン・ベッド熱交換器を通って循環する蒸気タービンサイクルから抜き取られた高温蒸気（直接熱）の組み合わせを利用する本発明の１段流動床乾燥機の模式図である。
【図１３】廃プロセス熱を利用して、石炭を流動化するのに用いられる流動化空気を加熱する（間接熱）とともに石炭を乾燥するための流動床乾燥機内に設けられたイン・ベッド熱交換器を通って循環する移動液体の加熱も行う（間接熱）本発明の１段流動床乾燥機の模式図である。
【図１４】石炭を流動化するのに用いられる流動化空気を加熱するとともに（間接熱）、石炭を乾燥するための流動床乾燥機内に設けられたイン・ベッド熱交換器を通って循環する移動液体の加熱も行う（間接熱）ために、プラント炉排気塔からの高温燃焼排ガスを利用する本発明の１段流動床乾燥機の模式図である。
【図１５】本発明の２段流動床乾燥機の図である。
【図１６】流動床乾燥機の両方のチャンバで石炭を流動化させるのに用いられる流動化空気を加熱し（間接）、石炭を乾燥させるための流動床乾燥機の両方のチャンバ内に設けられたイン・ベッド熱交換器を通って循環する高温凝縮器冷却水を加熱するのに（直接熱）、プラント運転からの廃プロセス熱を利用する本発明の２段流動床乾燥機の模式図である。
【図１７】乾燥機床で用いられる加熱コイルの側面図である。
【図１８】図１７の１８−１８線で切った加熱コイルの図である。
【図１９】石炭微粉から汚染物を分離するための手段と組み合わせた流動床乾燥機の模式図である。
【図２０】石炭微粉から汚染物を分離し、汚染物を燃焼させて電力を発生させる手段と組み合わせた流動床乾燥機の模式図である。
【図２１ａ】流動床乾燥機から分離流粒子状を除去するのに用いられるスクラバーアセンブリの斜視切欠図である。
【図２１ｂ】流動床乾燥機から分離流粒子状を除去するのに用いられるスクラバーアセンブリの斜視切欠図である。
【図２２】本発明の別のスクラバーアセンブリ実施形態の斜視図である。
【図２３】図２２のスクラバーアセンブリの平面図である。
【図２４】図２２に示したスクラバーアセンブリの一部の拡大斜視図である。
【図２５】本発明の実施形態例によるスクラバーアセンブリのゲート又は材料流量レギュレータの端面図である。
【図２６】本発明の実施形態例によるゲートの断面図である。
【図２７】ウィンドウアセンブリの断面図である。
【図２８】本発明の２段流動床パイロット乾燥機の模式図である。
【図２９】図２８の流動床乾燥機のいくつかの運転上の特徴をグラフで描いたものである。
【図３０】図２８の流動床乾燥機のいくつかの運転上の特徴をグラフで描いたものである。
【図３１】第１の乾燥機段に含まれる石炭を加熱し、両方の乾燥機段にある石炭を流動化するのに用いられる流動化空気を加熱するのに高温凝縮器冷却水を用いる発電所に組み込まれた本発明の２段流動床乾燥機の模式図である（高温燃焼排ガスと組み合わせた高温凝縮器冷却水が、第２の乾燥機段における石炭を乾燥させる）。
【図３２】高温凝縮器冷却水及び高温燃焼排ガスによって提供される合わせた廃熱を用いて両方の乾燥機段で石炭を加熱及び／又は乾燥させる発電所に組み込まれた本発明の２段流動床乾燥機の模式図である。
【図３３】高温燃焼排ガスを用いて両方の乾燥機段で石炭を加熱及び／又は乾燥させる、発電所に組み込まれた本発明の２段流動床乾燥機の模式図である。
【図３４】高温凝縮器冷却水及び高温燃焼排ガスを用いて、乾燥機用の流動化空気流を加熱し、乾燥機内に配置されたイン・ベッド熱交換器に熱源を提供する、発電所に組み込まれた２段流動床乾燥機の別の好ましい実施形態の模式図である。
【図３５】石炭予熱器及び乾燥石炭冷却器をさらに含む図３４の廃熱源を利用する低温乾燥プロセスについての別の変形形態である。
【図３６】本発明の石炭冷却器の模式図である。
【図３７ａ】一体化石炭冷却器段につながる流動床乾燥機内に配置されたウェヤーゲートの図である。
【図３７ｂ】石炭冷却器段の排出ゲートの図である。
【図３７ｃ】石炭冷却器放出端壁及び排出ゲートの部分図である。
【図３８】３セクター空気予熱器を有する閉冷却回路を示す図である。
【図３９】２セクター空気予熱器を有する閉冷却回路を示す図である。
【図４０】３セクター回転再生式空気予熱器を有する開冷却回路を示す図である。
【図４１】３セクター回転再生式空気予熱器を有する開冷却回路の第２の実施形態を示す図である。
【図４２】は、固定床乾燥機の１実施形態の模式図である。
【図４３】各種水分レベルでの石炭の正味ユニット発熱率における改善のグラフ表示である。
【図４４】各種水分レベルでの石炭のＨＨＶ値のグラフ表示である。
【図４５】本発明の構成Ａ（基本ケース）の模式図である。
【図４６】本発明の構成Ｂ（高温）の模式図である。
【図４７】本発明の構成Ｃ（低温）の模式図である。
【図４８】本発明の構成Ｄ（超低温）の模式図である。
【図４９】各種石炭乾燥構成を用いる各種水分レベルでの石炭についての発電所効率の各種評価基準を示すグラフ表示である。
【図５０】各種石炭乾燥構成を用いる各種水分レベルでの石炭についての発電所効率の各種評価基準を示すグラフ表示である。
【図５１】各種石炭乾燥構成を用いる各種水分レベルでの石炭についての発電所効率の各種評価基準を示すグラフ表示である。
【図５２】各種石炭乾燥構成を用いる各種水分レベルでの石炭についての発電所効率の各種評価基準を示すグラフ表示である。
【図５３】各種石炭乾燥構成を用いる各種水分レベルでの石炭についての発電所効率の各種評価基準を示すグラフ表示である。
【図５４】各種石炭乾燥構成を用いる各種水分レベルでの石炭についての発電所効率の各種評価基準を示すグラフ表示である。
【図５５】各種石炭乾燥構成を用いる各種水分レベルでの石炭についての発電所効率の各種評価基準を示すグラフ表示である。
【図５６】各種石炭乾燥構成を用いる各種水分レベルでの石炭についての発電所効率の各種評価基準を示すグラフ表示である。
【図５７】各種石炭乾燥構成を用いる各種水分レベルでの石炭についての発電所効率の各種評価基準を示すグラフ表示である。
【図５８】各種石炭乾燥構成を用いる各種水分レベルでの石炭についての発電所効率の各種評価基準を示すグラフ表示である。
【図５９】各種石炭乾燥構成を用いる各種水分レベルでの石炭についての発電所効率の各種評価基準を示すグラフ表示である。
【図６０】本発明の試作品乾燥機システムの模式図である。
【図６１】試作品乾燥機の性能の各種評価基準のグラフ表示である。
【図６２】試作品乾燥機の性能の各種評価基準のグラフ表示である。
【図６３】試作品乾燥機の性能の各種評価基準のグラフ表示である。
【図６４】試作品乾燥機の性能の各種評価基準のグラフ表示である。
【図６５】試作品乾燥機の性能の各種評価基準のグラフ表示である。
【図６６】試作品乾燥機の性能の各種評価基準のグラフ表示である。
【図６７】試作品乾燥機の性能の各種評価基準のグラフ表示である。
【図６８】試作品乾燥機の性能の各種評価基準のグラフ表示である。
【図６９】試作品乾燥機の性能の各種評価基準のグラフ表示である。
【図７０】試作品乾燥機の性能の各種評価基準のグラフ表示である。
【図７１】試作品乾燥機の性能の各種評価基準のグラフ表示である。
【図７２】試作品乾燥機の性能の各種評価基準のグラフ表示である。
【図７３】試作品乾燥機の性能の各種評価基準のグラフ表示である。
【図７４】流動床乾燥機周囲の水銀マスバランスである。
【図７５】流動床乾燥機周囲の水銀マスバランスである。
【図７６】水銀スペシエーションに対する燃焼排ガス含水量及び滞留時間の効果のグラフ表示である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以上のまとめは、例示のみを目的としたものであり、本発明の精神及び範囲に包含される各種の変更及び配列を受ける可能性があるものである。従って、図は本発明を限定するものと見なすべきではなく、むしろ、以下の詳細な説明に含まれる新規な概念を当業者が理解する上での支援を与える補助と見なすべきである。
【００４６】
本発明により、プラント運転で利用可能な１以上の廃熱源の使用によって工業プラント運転での必須要素として用いられる材料の品質特性を高める方法が提供される。そのような発明では、より高い経済性での材料乾燥が可能となることで、それ以外では工業プラント運転内で使えないと考えられる低等級（例：より高水分量）材料の使用が可能となる。本発明は、工業プラント運転内で処理する前に、材料中に含まれる汚染物質及び他の望ましくない要素の低減をも可能とするものである。
【００４７】
本発明はさらに、粒子状材料供給流を、汚染物質その他の望ましくない構成成分（汚染物）のレベルが低くなった流動化粒子流及び汚染物濃度が高くなった密度及び／又は大きさが相対的に大きい粒子から形成された非流動化粒子状流に分けるための装置及び方法を含むものである。本発明で用いられる分離の方法は、汚染物の物理特性を十分に利用するものである。特にそれは、汚染材料と非汚染材料の間の比重差を十分に利用するものである。そのような汚染物が濃縮されている密度及び／又は大きさが相対的に大きい材料を分離及び除去することで、粒子状材料の大半から汚染物を除去することができる。本発明は、汚染されていない材料から汚染されている密度及び／又は大きさが相対的に大きい材料を分離する流動化方法を用いる。
【００４８】
本発明に関して、「粒子状材料」とは、石炭、バイオマス、樹皮、ピート、林業廃棄物、トウモロコシ茎葉及びスイッチグラス等の燃焼燃料；汚物等の廃棄物由来燃料；ボーキサイト及び他の鉱石；及び穀粒、穀類、麦芽、カカオ及び紙パルプ等の工業プラント運転内で変性又は変換される物質等（これらに限定されるものではない）の工業プラント運転への一体投入物を構成する顆粒状又は粒子状の化合物、物質、元素又は成分を意味する。
【００４９】
本発明の文脈において、「工業用プラント運転」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。このような運転には、限定的ではないが、電力プラント、コークス化運転、鉄、スチール又はアルミニウム製造施設、セメント製造運転、ガラス製造プラント、エタノール製造プラント、穀粒、その他の農業産物及びトウモロコシ茎葉、スイッチグラス、樹皮及びピート等のバイオマス材料のための乾燥操作；食品処理施設；廃棄物由来燃料燃焼プラント；パルプ化ミル；工場及びビルのための暖房操作等が含まれる。工業用プラント運転には、製品又はシステムの熱処理を組み込んだ他の製造運転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、区域暖房、二酸化炭素又は有機酸を隔離した状態で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、及び石炭液化等の合成燃料生産等が含まれる。
【００５０】
本明細書で使用されている「石炭」とは、無煙炭、瀝青炭、亜瀝青炭及び亜炭（又は褐炭）、さらにピートを意味する。特に、Ｐｏｗｄｅｒ  Ｒｉｖｅｒ  Ｂａｓｉｎ炭も含まれる。
【００５１】
本願発明で「品質特性」とは、工業用プラント運転において、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、ならびに燃焼させたときの灰分、二酸化炭素、水銀酸化物等が含まれる。
【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、乾燥機、釜、オーブン、定温器、生育チャンバ、ヒーター等が含まれる。
【００５３】
本発明の文脈において、「乾燥機」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、流動床乾燥機、振動流動床乾燥機、固定床乾燥機、走行床乾燥機、カスケード形旋回床乾燥機、長尺スロット乾燥機、ホッパー乾燥機、キルン等が含まれる。これら乾燥機は、単一又は多重容器からなるもの、単一又は多重段からなるもの、積み重ねたものもしくは積み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等が含まれる。
【００５４】
本発明の目的において、「一次熱源」とは、あ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、乾燥機、熱交換器、反応器、蒸留塔等が含まれる。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等が含まれる。
【００５５】
本明細書で使用されている「廃熱源」とは、工業用プラント運転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、高温凝縮器冷却空気、高温煙道又は排気塔ガス、タービン等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運転からもたらされる廃熱等が含まれる。
【００５６】
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、工業プラント運転において、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。
【００５７】
単に例示的なものであるが、農業、製造又は工業プラント運転等の多様な末端用途で本発明は使用可能であるが、本明細書において本発明は、流動化乾燥床を用いて石炭供給物を乾燥する石炭火力発電所に関して説明されている。これは、いかなる形でも、石炭又は発電工業外の他の適切もしくは望ましい末端用途に、本発明の装置及び方法の利用を限定することを意味するものではない。
【００５８】
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の運転を簡略して示している。原料石炭１２は、必要とされるまで、石炭貯蔵所（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。
【００５９】
炉からのこの熱源をついで使用して、接線方向壁面燃焼ボイラー３２内の水３１を水蒸気３３に変換させる。この水蒸気３３はついで、水蒸気タービン３４へ送られる。水蒸気タービン３４は、少なくとも、高圧水蒸気タービン３６、中間圧水蒸気タービン３８及び低圧水蒸気タービン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。この水蒸気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。水蒸気がこのように羽根を押圧すると、ホイールなら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のローターが回転し、電気４５が生成される。
【００６０】
低圧水蒸気タービン４０から排出された水蒸気４７は凝縮器５０へ送られ、そこで冷却水５２により冷却され、水蒸気が水に変換される。水蒸気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、水蒸気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として水蒸気凝縮器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】
留意すべき点として、他の凝縮器は空冷式である。そのような冷却段階によって生じる加熱空気を、本発明の方法内における廃熱源として用いることができると考えられる。
【００６２】
図１の電力プラント１０の運転効率は、図２に示すように、電力プラントの廃熱及び副産物流のいくらかを抜き取り、利用することにより高めることができる。化石燃料燃焼プラントボイラーは一般に空気予熱器（ＡＰＨ）を備えている。これは石炭粉砕ならびに燃焼プロセスで使用される一次空気流及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、バーナー及びボイラー機構）において水を水蒸気に変換させるのに使用される。この変換された水蒸気はついで、発電機に作動的に接続された水蒸気タービンを駆動するのに使用される。熱交換器（しばしば、水蒸気−空気予熱器「ＳＡＨ」とも呼ばれる）は蒸気タービンから抜き取られた蒸気を使用して空気予熱器の上流側の一次空気流及び二次空気流を予熱するようになっている。タービンからの水蒸気抜き取りにより、タービン（ならびにプラント）の出力が減少し、サイクル及び単位加熱速度が減少することになる。
【００６３】
代表的なＡＰＨは復熱式（Ｌｊｕｎｇｓｔｒｏｍ又はＲｏｔｈｅｒｍｕｌｅ）もしくはチューブ構造のものであってもよい。ＳＡＨ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。
【００６４】
すなわち、変形システム６５において、ＳＡＨ７０は中間圧力水蒸気タービン３８から抜き取られる使用済みプロセス水蒸気の一部７１を使用して一次空気流２０及び二次空気流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及び炉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及び二次空気流３０の最大温度は、水蒸気タービン３８から排出される抜き取り水蒸気７１の温度と、ＳＡＨ７０の熱抵抗とにより制限される。さらに、一次空気流２０及び二次空気流３０はそれぞれＰＡファン７２及びＦＤファン７４により３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によりさらに加熱された後、大気中に排出される。このようにして、一次空気流２０及び二次空気流３０は高温に加熱されることにより、石炭ミル１８の操作効率及び炉２５内のプロセス熱の生成を高めるものとなる。さらに、凝縮器５０により排出された凝縮物７８はボイラー３２へと再循環させ、再びプロセス水蒸気へと変換させることができる。水蒸気タービン３８から排出される煙道ガス２７及びプロセス水蒸気７１ならびに凝縮器から排出され、廃棄されたかも知れない凝縮物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。
【００６５】
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、発電プラントの運転効率にとってさらに有益なものとなる。このような予備的乾燥プロセスはさらに、亜瀝青炭及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。
【００６６】
本願と共通の共同発明者及び所有者を共有する２００５年８月８日出願の発明の名称が「粒状物質の熱処理のための装置」である特許出願ＵＳＳＮ１１／１９９８３８は、本発明との関連で使用される流動床乾燥機及び他の乾燥機機器についての説明を詳細に開示しており、参照によってそれの全体が本明細書に組み込まれる。しかし、この流動床及び分離機器の詳細について以下に開示する。
【００６７】
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乾燥機１００を示している。ただし、その他のタイプの乾燥機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。さらに、流動床装置システム全体が、多数の石炭乾燥機を直列で、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乾燥機方式を採用することにより、操作及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、これら石炭乾燥機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運転との干渉を少なくすることができる。
【００６８】
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。流動床乾燥機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。これにより乾燥機に対する腐食損傷及び水ひ速度が減少することになる。
【００６９】
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、高温凝縮器冷却空気、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、高温凝縮器冷却空気、水蒸気タービンサイクルから抜き取られた水蒸気、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。
【００７０】
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」と呼ぶものでもよい。流動床乾燥機は、石炭が燃焼される場所と同じ場所で所定粒径の湿った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。多段構造のものは、流動床混合、隔離及び乾燥特性の最大限の利用を可能にする。石炭乾燥機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。
【００７１】
図３は、工業用プラントの場所における流動床乾燥機１００ならびに関連装置の形態の石炭乾燥機を示している。湿った石炭１２は貯蔵所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、さらに振動フィーダー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により流動床乾燥機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ー１１０及び上方乾燥石炭コンベヤー１１２を介して乾燥石炭貯蔵所１１４及び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。
【００７２】
流動床乾燥機１００内の湿った空気及び水ひされた微粉は集塵機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。集塵機１２２はこの湿った空気及び水ひされた微粉を集塵機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、水銀等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。
【００７３】
図４は本発明の石炭乾燥用床の１例を示している。これは直接的熱供給を備えた単段、単一容器流動床乾燥機１５０である。この流動床乾燥機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、流動化及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、その底に向かって床面を形成し、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。
【００７４】
容器１５２の上部はフリーボード領域１６２を画定している。所定粒径の湿った石炭１２は図４に示すように、入口点１６４を介して流動床乾燥機１５０の流動床領域１５６内に導入される。この所定サイズの湿った石炭１２が流動化空気１６０により流動化されると、石炭の水分及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、図示のように代表的には流動床乾燥機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、流動床乾燥機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の高さは乾燥機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に隣接する流動床乾燥機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（分離流）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を介して非流動化分離流石炭粒子を押出し、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ならびにディストリビュータ・プレート１５４の構造及び位置及び容器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。
【００７５】
流動床乾燥機１５０は好ましくは湿床・ロータリー・エアロック１７６を備え、これは湿った石炭１２の流動床１５６への導入を可能にしつつ、石炭供給部と、乾燥機との間の圧力シールを維持するための湿った石炭入口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、水平にしたチップ及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。本発明の一実施例において、エアロック１７６は供給湿った石炭をほぼ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及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、流動床乾燥機に対する別の湿った石炭入口に設けた別の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。この被覆材料はさらに「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。
【００７６】
ロータリー・エアロック１７８は好ましくは、流動床乾燥機出口点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を乾燥機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、水平にしたチップ及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、チェーン駆動及びエアパージキットを用いて供給されるようにする。
【００７７】
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１５６及び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５００００ｐｓｉ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、流動床乾燥機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乾燥機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。
【００７８】
ディストリビュータ・プレート１８０の別の具体例が図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、これらはそれぞれ、平坦部１８２ａ及び１８４ａと、湾曲部１８２ｂ及び１８４ｂと、垂直部１８２ｃ及び１８４ｃとを有している。２つの垂直部１８２ｃ及び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及び１８４ａは実際には、乾燥機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及び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を画定している。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はそれぞれ、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、乾燥機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及び１８４ａ及び垂直部１８２ｃ及び１８４ｃは厚み３／８インチの水噴射孔付き５００００ｐｓｉ降伏炭素鋼から作られるが、湾曲部１８２ｂ及び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。
【００７９】
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、乾燥機床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床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。
【００８０】
ディストリビュータ・プレート１８０のトラフ１９０及びねじ錐１９４は、乾燥機の長手方向に対し垂直とすべきである。これにより、運転の間、ねじ錐のフィン１９６が流動化石炭床の底部に沿って分離流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乾燥機の排出口１７９から押出される。
【００８１】
図９は、図４の流動床乾燥機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、対応する乾燥機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ー２０２を介して引き入れられるようになっている。ヒーター２０２を通る循環により加熱された流動化空気２０６の一部は所定粒径の湿った石炭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等任意の適当な燃焼源をヒーター２０２のために使用することができる。
【００８２】
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を乾燥機床内に配置し、石炭粒子への熱伝達を図り、この加熱及び乾燥プロセスをさらに促進させるようにする。直接的熱供給は流動化空気２０６（ヒーター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、再びヒーター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、さらなる周囲空気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。
【００８３】
図１０は、図４に示す単段、単一容器流動床乾燥機１５０の別の実施形態であるが、ここではヒーター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、流動床乾燥機１５０において湿った石炭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等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。
【００８４】
図１１は、図１０に示すものと同様の単段、単一容器流動床乾燥機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及びイン・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、発電プラント運転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に示す流動床乾燥機２２０においては、石炭乾燥プロセスの運転効率を向上させるために、２つの廃熱源（すなわち、プロセス廃熱及び高温凝縮器冷却水）が使用されている。
【００８５】
図１２は、図１１に示すものと同様の単段、単一容器流動床乾燥機２３０のさらに別の実施形態であるが、ここでは電力プラントの水蒸気タービンから抜き取ら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、流動床乾燥機２３０は、石炭乾燥プロセスの運転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及び高温プロセス流２３２）が使用されている。
【００８６】
流動床乾燥機の別の実施形態が図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、単一容器流動床乾燥機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、水蒸気タービンサイクルから抜き取られた水蒸気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（ならびに他の熱源）の任意の組合せも利用することができる。
【００８７】
本発明の屋外低温流動床乾燥機構造のさらに別の実施形態が図１５、１６に示されている。これは多段、単一容器流動床乾燥機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、すなわち、第１段２５４及び第２段２５６に分割されている。図１５、１６では、２段乾燥機として説明されているが、さらなる段を追加し、さらなる処理を達成するようにしてもよい。代表的には、所定粒径の湿った石炭１２がフリーボード領域１６２を介して入口点１６４で流動床乾燥機２５０の第１段２５４に導入される。この所定粒径の湿った石炭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。この所定粒径の湿った石炭１２はさらに、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により流動床乾燥機２５０の第１段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。
【００８８】
第１段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粒径の湿った石炭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（分離流）はついで、ストリーム１（流れ１）（２６０）として第１段２５４から排出される。これについては本願と発明者なら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。流動床乾燥機は一般に、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。この分離流２６０は他の選鉱プロセスに向けられるか、も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、流れ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２５４は流動化粒子と非流動化粒子とを分離し、所定粒径の湿った石炭１２を予備乾燥させ、予熱し、所定粒径の湿った石炭１２の均一な流れを流動床乾燥機２５０内に収容された第２段２５６へと提供するものである。第１段２５４から、流動化された石炭１２が第１のせき２６２を越えて流動床乾燥機２５０の第２段２５６へと輸送される。流動床乾燥機２５０のこの第２段２５６において、流動化された石炭１２はさらに、直接的熱ならびに第２段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はさらに、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乾燥機２５０の第２段２５６へ送られるものである。
【００８９】
乾燥された石炭流は、流動床乾燥機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及び湿った空気は乾燥機ユニットの頂部を介して排出される。この第２段２５６も石炭１２からのフライアッシュ及び他の不純物をさら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）及びストリーム３（流れ３）（２７０）として、流動床２５０の底部に位置する多重抜き取り点２６８、２７０（その他の適当な部位でもよい）を介して第２段２５６から除去されるようになっている。抜き取り点の必要数は、所定粒径の湿った石炭１２の粒径及び他の特性、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、流動化パラメータ等、さら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。分離流１、２及び３はプロセスから除去され埋め立てられるか、あるいはさら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。
【００９０】
流動化空気流２０６は、石炭床２５０及び流動床領域１５６の第１段２５４及び第２段２５６の双方に収容された所定粒径の湿った石炭１２を通過して流されたとき、冷却され、増湿される。乾燥機床内の石炭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及び２６４の加熱コイルにより流動床１５６に投入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。十分な床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。これは代表的には、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。
【００９１】
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。流動床乾燥機２５０及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、石炭乾燥機２５０は出口相対湿度が１００％未満となるよう設計される。さらに、高温流動化空気流２０６の一部を流動床１５６の周りに迂回させ、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さらに詳述する。その他、再加熱表面を流動床乾燥機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、流動床乾燥機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。この乾燥機で除去された湿気は、流動化空気に含まれる熱投入量及びイン・ベッド熱交換器により放出される熱に正比例する。より高い熱投入量はより高い床温度及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、空気流及びファン差圧に依存する。乾燥機床において熱を付加する能力は、床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。これは代表的には、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、より深い床を意味するものである。従って、意図する目標は、本発明の流動床乾燥機の正確な寸法及び構造により規定される。
【００９２】
この乾燥機を出入する石炭流としては、所定粒径の湿った石炭１２、加工石炭流、水ひされた微粉１６６、分離流２６０、２６８及び２７０が含まれる。非流動化石炭を取扱うため、流動床乾燥機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、分離流石炭粒子を収集するための収集ホッパー及びスクラバーユニットと関連して第１段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。
【００９３】
乾燥機の代表的関連部材としては、とりわけ、石炭搬送装置、石炭貯蔵所、流動床乾燥機、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（集塵機）、計器、制御及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乾燥機に供給し、乾燥した石炭製品を乾燥機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、乾燥機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。石炭貯蔵所上のロードセルは石炭粒子の流量、乾燥機への総石炭投入量を規制するものである。計器としては、熱電対、圧力計、空気湿度計、流量計、歪みゲージ等が含まれるが、これらに限定されるものではない。
【００９４】
流動床乾燥機に関して、第１段では非流動化石炭の予熱及び分離が行われる。これは石炭を分離させるため、高速、かつ、小さなチャンバとして設計することができる。第２段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段で除去される。
【００９５】
流動床乾燥機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、２路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及びリフト用ラグ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１５０ｐｓｉ（３００°Ｆ）用に設計され、水出口２８６及び水出口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、乾燥機ユニットの第１段２５４及び第２段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。
【００９６】
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、それぞれが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×１６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、これは乾燥機の第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インチのＯＤチューブ×１０ＢＷＧ−ｗａｌｌ−ＳＡ−２１４炭素鋼ひれ付きパイプからなり、１／４〜１／２インチフィン高さ、１／２〜３／４インチフィンピッチ×１６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段の長手方向に沿って延出している。第１段熱交換器２５８及び第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。
【００９７】
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、高温凝縮器冷却空気、高温水排液、プロセス廃熱、高温煙道ガス又は使用済みタービン水蒸気等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運転において入手可能であり、従って、本発明の低温処理及び汚染物分離プロセスを、工業プラント運転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。本願と発明者ならびに出願人が共通し、米国に出願されているＵ．Ｓ．Ｓ．Ｎ．１１／１０７１５２（２００５年４月１５日出願）（参照により本明細書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。
【００９８】
本発明における乾燥機床設計は、石炭を３００°Ｆより高い温度に曝露させることなく、好ましくは２００〜３００°Ｆで各種発電所プロセスから利用可能な廃熱流の使用が最大となるように特注で設計されるものである（他の供給原料又は燃料温度勾配及び流量は、達成されるべき所期の目標、燃料もしくは供給原料の特性及び所望の結果に関連する他の要素に応じて変わるものである）。３００°Ｆより高温、代表的には４００°Ｆに近い温度で酸化が起こり、揮発分が石炭から追い出されて、管理する必要がある望ましくない構成成分（例：ＳＯ２及び水銀ならびにプラント運転に対する他の可能な問題）を含む別の流れが生じる。
【００９９】
乾燥機は、乾燥機への投入空気を３００°Ｆ未満に調節し、この熱を床内の熱交換器コイルに入れることで、より高い温度の廃熱源を扱うことができる。流動床乾燥機の多段設計により、加熱媒体の逆流によってより効率的な熱移動を達成するのに用いることができる温度ゾーンが形成される。乾燥機床からの石炭排出温度は比較的低く（代表的には、１４０°Ｆ未満）、貯蔵及び取り扱いが比較的容易な製造物が得られる。特定の粒子状材料がより低い又はより高い製造物温度を必要とする場合、乾燥機は、その低温又は高温を提供するよう設計することができる。
【０１００】
適切な乾燥機設計、乾燥機温度及び床内に含まれる石炭の滞留時間を選択することで、水分の所望レベルへの低減が生じる。発電所用途での低等級石炭の場合、それによって、北米亜炭の水分を約３５〜４０重量％から、１０〜３５重量％、より好まくは２７〜３２重量％とすることができる。亜炭の水分レベルが５０〜６０重量％と高いところから始まるオーストラリア及びロシア等の他の地域別市場では、石炭ユーザーは、水分レベルを乾燥によって２７重量％以下に減らすことを選択することができる。亜瀝青炭の場合、この水分低減は、約２５〜３０重量％を約１０〜３０重量％、より好ましくは２０〜２５重量％とするものであることができると考えられる。本発明下での適切に設計された乾燥機プロセスは、粒子状材料の水分レベルを低温加熱を用いて０％まで低下させることができるが、発電所運転用の石炭の場合、これは不必要であり、加工コストを上昇させる可能性がある。特注設計によって、特定の発電所プロセスに最も適したレベルまで高水分石炭を乾燥させるように床を構築することができる。
【０１０１】
多くの可能な実行選択肢が、工業プラント運転内で本発明の廃熱選択肢を用いる低温の開放型乾燥プロセスの使用において利用可能である。好ましい実施形態を、乾燥運転用の単一熱源として高温凝縮器冷却水３０４及び高温燃焼排ガス３０６を用いる、発電プラント３００内に組み込まれた２段の単一容器流動床乾燥機３０２一体化の形態で図３１に示してある。水分レベルが３５〜４０重量％である原料亜炭１２を篩３１０に送って、プロセス内で取り扱うのに好適な粒径に石炭を選別する。２インチ未満、より好ましくは０．２５インチ以下の範囲内で適切に分粒された石炭１２を、標準的な手段によって、前処理石炭貯蔵所３１２に直接運搬される。０．２５インチより大きい過大な石炭は、最初に粉砕機３１４を通って流れ、その後に標準的な手段によって石炭貯蔵所３１２に運搬される。
【０１０２】
貯蔵所からは、湿った分粒済み石炭１２が当業界内で公知のコンベヤーシステムによって、流動床乾燥機３０２に送られ、そこで石炭粒子の表面及び孔内の全水分が所定レベルまで低下して、平均水分レベルが約２８〜３０重量％である「乾燥」石炭３１６が得られる。この結果的に得られた乾燥石炭３１６は、コンベヤー３１８によってバケットエレベーター３２０に運ばれ、乾燥石炭貯蔵ホッパー３２２に運ばれて、そこでボイラー炉用に必要となるまで保存される。
【０１０３】
貯蔵ホッパー３２２に集められた乾燥石炭３１６は、従来の手段によって石炭ミル３２４に運ばれ、そこで粉砕されて、乾燥粉砕石炭３２６となってから、ウィンドボックス３２８に運ばれて、炉３３０に入る。本願に関しては、４００万ｌｂｓ／時のボイラー能力についてのノース・ダコタでの「冬条件」に代表的なプロセスパラメータが、図３１に示した石炭乾燥プロセスについて提供されている。炉３３０での石炭３２６の燃焼時には、生じた６００億ＢＴＵ／時の範囲の熱が、ボイラー３３４に入っている水３３２に移動する。次に、平均温度１０００°Ｆ及び圧力２５２０ｐｓｉの蒸気３３６が、発電用に少なくとも一つの発電機（不図示）を駆動するのに用いられる一連の高圧、中圧及び低圧蒸気タービン（不図示）のうちの第１のものに伝わる。使用済み蒸気は代表的には、６００°Ｆ及び６５０ｐｓｉで高圧タービンを出て、約５５０〜６００°Ｆ及び７０ｐｓｉで下流中圧タービンを出る。
【０１０４】
約１２５〜１３０°Ｆ及び１．５ｐｓｉで低圧タービンを出る使用済み蒸気３３８はその後、凝縮器３４０に送られ、そこで水に変換される。約８５°Ｆの低温冷却水３４２を、凝縮器３４０を通って循環させて、使用済み蒸気３３８から潜熱エネルギーを抜き取る。そのプロセスにおいて、冷却水３４２はより高温となり、約１２０°Ｆの高温冷却水３４４として凝縮器を出る。この高温凝縮器冷却水３４４を冷却塔３４６に通し、そこでその温度は再度約８５°Ｆまで低下して、低温凝縮器冷却水を生じ、凝縮器３４０へと循環する。その後、凝縮器からの凝縮物をボイラー３３４を通って再循環させて再過熱して蒸気３３６として、それを再度用いて蒸気タービンを駆動する。
【０１０５】
流動床乾燥機３０２は、乾燥される石炭１２を受け取るための７０ｆｔ２の分配面積を有する第１の段３５０及び２４５ｆｔ２の分配面積を有するより大きい第２の段３５２からなる。流動床乾燥機３０２のこれらの段には、それぞれイン・ベッド熱交換器３５４及び３５６が設けられており、それについては下記でさらに詳細に説明する。
【０１０６】
高温凝縮器冷却水の一部３０４を分流させ、熱交換器３５４を通って循環させて、乾燥機の第１の段３５０に対する直接熱源を提供する。この高温凝縮器冷却水３０４は代表的には、平均１２０°Ｆであり、それによって第１の段イン・ベッド熱交換器は２５０万ＢＴＵ／時の熱を放出するようになる。約１００°Ｆで熱交換器を出る使用済み高温凝縮器冷却水３５８は間接的に凝縮器に戻り、そこで使用済みタービン蒸気３５８の冷却を助け、再度高温凝縮器冷却水３０４となる。
【０１０７】
高温凝縮器冷却水の一部３０４ａを外部熱交換器３６０を通って循環させ、その熱交換機を用いて、予備ファン室コイル３６４を加熱するのに用いられるグリコール循環液３６２を加熱する。この予備ファン室コイル３６４は、一次空気流３６６及び二次空気流３６８の温度を、時節を通じて変動する室温から上昇させて、約２５〜３０°Ｆ（冬の条件）とする。グリコールは低温で凍結しないことから、それを用いることで、一次及び二次空気流は約２５°Ｆの最低温度より下がらないようになる。
【０１０８】
次に、予備ファン室コイル３６４を出る一次空気流３６６及び二次空気流３６８が空気−水熱交換器ユニットを構成する主要ファン室コイル３７０に送られる。高温凝縮器冷却水３０４の一部３０４ｂを、主要ファン室コイル３７０を通って循環させて、必要な熱源を得る。一次空気流３６６及び二次空気流３６８は約８０〜１００°Ｆで一次ファン室コイルを出て、そこでそれらはそれぞれ１４０°Ｆ及び１１２°ＦでＰＡファン３７２及びＦＤファン３７４によって、３セクターの回転再生式空気予熱器を構成する外部空気ヒーター３７６に運ばれる。
【０１０９】
空気予熱器３７６ならびに高温及び低温一次空気流３８０及び３６６ａそれぞれへの吸気を予熱するのにファン室コイル３６４及び３７０を用いることで、外側熱交換器３８６及び熱伝達液流３８８に対して利用可能な熱の温度を１２０°Ｆ範囲〜２００°Ｆ＋範囲に上昇させる。これは、流動体化／乾燥空気３８２の流量及びイン・ベッド熱交換器３０２の必要表面積に対して正の効果を有する。乾燥及び加熱流の温度が上昇するにつれて、その両方とも低下する。
【０１１０】
一次空気３６６の一部３６６ａを、外部空気予熱器３７６の前で分流させて、約１４５°Ｆで混合ボックス３７８に入れる。一次空気のより高温の流れ３８０ａ（約２８３°Ｆ）と混合した後、それは約１８７°Ｆの流動化空気３８２を形成し、それは流動床乾燥機３０２の第１の段３５０及び第２の段３５２の両方用の流動性媒体として用いられる。この約１８７°Ｆの流動化空気温度を得るためには、混合ボックス３７８に入る空気の約５４％が、高温ＰＡ空気３８０ａによって提供され、約４６％が低温ＰＡ空気３６６ａによって提供される。流動化空気３８２は、約３．５フィート／秒の速度で第１の段３５０に入ることで、石炭粒子の約４０インチの厚さの床を流動体化する。石炭粒子１２は、約１３２，０００ｌｂｓ／時で第１の段３５０を通って進み、そこでそれらはイン・ベッド熱交換器３５４及び流動化空気によって加熱されて約９２°Ｆとなり、わずかな水分低下を受ける。第１の段３５０の末端に到達したら、それらはせきの頂部から溢れ出て第２の段３５２に入る。
【０１１１】
燃焼排ガス３０６は、約８２５°Ｆでボイラー炉３３０を出る。この廃熱源は、外部空気ヒーター３７６を通過して、加熱媒体を提供する。燃焼排ガスは約３４３°Ｆで外部ヒーターを出て、集塵器及びスクラバーを介してスタックに放出される。しかしながら、そのプロセスでは、燃焼排ガスが一次空気流３６６及び二次空気流３６８を加熱してそれぞれ約７５７°Ｆ及び約７４０°Ｆとして、高温一次空気３８０及び加熱二次空気３８２を形成する。その加熱二次空気流３８２を炉３３０に送られ、それの約１１７％が燃焼プロセスを助け、ボイラー効率を高める上で必要である。
【０１１２】
約７５７°Ｆの高温一次空気３８０が石炭ミル３２４に送られ、そこでそれは粉砕された石炭粒子をウィンドボックス３２８及び炉３３０に押し出すための陽圧源を形成する。やはり、このように粉砕された石炭粒子３２６を予熱することでボイラー効率が高くなり、より小型のボイラー及び関連設備を用いることができるようになる。
【０１１３】
より乾燥された石炭を用いると、水分蒸発損失が低くなることで、火炎温度が高くなり、炉３３０での熱伝達プロセスが変わる。より高い火炎温度では、炉３３０の壁への放射熱フラックスが大きくなる。出てくる燃焼排ガス３０６の含水量が減ることから、火炎の放射特性が変わり、それも炉３３０の壁への放射フラックスに影響する。火炎温度が高くなると、炉３３０を出る石炭灰粒子の温度が高くなり、炉の汚れ及びスラグ堆積を増やすものと考えられる。炉壁へのスラグ堆積は熱伝達を低下させ、炉出口での燃焼排ガス温度（ＦＥＧＴ）が高くなる。燃料水分が低下するにつれて石炭流量が低下することから、ボイラーに入る灰の量も低下する。これにより、ボイラー３３４での固体粒子腐食及びボイラー３３４のメンテナンスが少なくなる（例えば、ボイラーの内側表面上に集まるすす除去の必要性）。
【０１１４】
高温一次空気流３８０の一部を熱交換器３８６に分流させ、そこで液体媒体３８８を加熱して約２０１°Ｆとし、それを流動床乾燥機３０２の第２の段３５２にあるイン・ベッド熱交換器３５６の熱源として用いる。この液体媒体は約１６０°Ｆで熱交換器を出て、その時点で熱交換器３８６に戻って再加熱される。前述のように、約２８３°Ｆで熱交換器３８６を出る一次空気流３８０ａは、混合ボックス３７８で低温一次空気３６６ａと合流して、流動床乾燥機３０２に向かう流動化空気流３８２を形成する。この混合ボックスによって、流動化空気の温度を所望のレベルに調節することが可能となる。
【０１１５】
約９２°Ｆで、若干水分量が低下して第１の段３５０から流動床乾燥機の第２の段３５２に送られた流動化石炭粒子は、深さ約３８〜４２インチの床を形成し、それは空気流３８２によって流動化され、イン・ベッド熱交換器３５６によってさらに加熱される。これらの石炭粒子は、流動床の第２の段３５２の長さを移動するのに約１２分を要し、そこでそれは約１１８°Ｆ及び２９．５重量％水分で乾燥石炭３１６として排出される。より重要な点として、約６２００ＢＴＵ／ｌｂで乾燥機３０２の第１の段に進入した石炭１２の発熱量は増加して約７０４５ＢＴＵ／ｌｂとなっている。
【０１１６】
当業界内において、燃焼排ガス３０６から一次空気３６６及び二次空気３６８への空気予熱器３７６を通る熱伝達の相対的効率を表すのに、「Ｘ比」が計算される。それは下記式によって表される。
【数１】
2010523935.tif 000003
【０１１７】
式中、ｍはマスフローであり、ｃｐは比熱であり、Ｔｉｎは入口温度であり、Ｔｏｕｔは個々の燃焼空気（すなわち、一次空気及び二次空気）及び燃焼排ガス流それぞれについての出口温度である。燃焼空気流についての（ｍ・ｃｐ）の積（ＢＴＵ／時と表記）は代表的には燃焼排ガス流についての相当する値の８０％のみであることから、これは、発電所についての通常の環境下では、空気熱交換器を通る燃焼排ガスの温度降下が燃焼空気流における温度取得の８０％に等しくなるのみであり得ることを意味している。しかしながら、石炭の含水量を減らし、結果的に本発明による炉での石炭製造物の燃焼を介して発生する燃焼排ガスを減らすことで、燃焼排ガス流３０６におけるマスフロー率及び比発熱量は低下するが、ファン室コイル３６４及び３７０を介した一次空気流３６６及び二次空気流３６８の予熱で燃焼空気流についてのマスフロー率は高くなる。これによってＸ比が１００％に向かって上昇するようになり、それによって発電所運転のボイラー効率が大きく向上する。さらに、本発明の原理による乾燥機システムの注意深い設計により、Ｘ比の値がさらに高くなって約１１２％となることで、ボイラー運転を発電においてさらに効率の良いものとすることができる。さらに、空気熱交換器におけるこの大きく向上したＸ比及びボイラー効率は、発電所運転での利用可能な廃熱源の使用によって達成されており、それによって発電所運転の経済性を相乗的に高めることが可能である。
【０１１８】
理解すべき重要な点として、図３１〜３３に示した流動床乾燥機配置に対して他の変形を行うことが可能である。例えば、タービンから出てくる使用済みプロセス蒸気のような発電所内で利用可能な他の廃熱流を、高温燃焼排ガス又は高温凝縮器冷却水流に代えて用いることができると考えられる。さらに、流動床の第１及び第２の段に流動化空気を送るのに用いられるライン内に別の混合ボックスを挿入して、各流動化流の温度の別個の調節及び制御を可能とすることができると考えられる。さらに、２セクター又は外部空気ヒーターを、他方の側を通って移動する高温燃焼排ガスによって加熱される一方の側を通過する一次及び二次の両方の空気流とともに用いることができると考えられる。必要に応じて、蒸気−空気予熱器（ＳＡＨ）を高温一次空気流に設置して、その温度をさらに上昇させてから、それを混合ボックスに到達させることができる。このＳＡＨについての熱注入は、蒸気タービンサイクル又はプラント内で利用可能な他の廃熱源から抜き取られる蒸気によって提供され得ると考えられる。さらに別の変形形態は、図３３に示したように、燃焼排ガスが外部空気予熱器を出た後に燃焼排ガスの通路に低温エコノマイザー熱交換器を設置して、循環液を加熱し、それにより、一次及び／又は二次空気流が外部空気ヒーターに到達する前に、それら空気流に対してさらに強い加熱が行われるものであると考えられる。そのような熱交換器は、外部空気予熱器の前に設置するものであっても良い。
【０１１９】
図３２には、図３１と比較して、流動床乾燥機３０２の発電所３００への組み込みが若干異なるものを示してあり、その図において理解を助けるため、同様の要素には同じ番号を割り付けている。やはり高温凝縮器冷却水３０４を用いて、予備ファン室コイル３６４及び一次ファン室コイル３７０用のグリコールヒーター３６０を加熱し、それが次に一次空気流３６６及び二次空気流３６８をまとめて予熱してから、それらは外部空気ヒーター３７６において燃焼排ガス３０６によってさらに加熱されて、高温二次空気３８２及び高温一次空気３８０を生じる。低温一次空気流３６６ａもやはり、混合ボックス３７８を通過して流れて、流動床乾燥機の第１の段３５０及び第２の段３５２の底を通って流れる流動化空気の温度を制御する。しかしながら、熱交換器３８６で加熱される循環液体媒体３８８は、第１の段３５０でのイン・ベッド熱交換器３５４及び第２の段３５２でのイン・ベッド熱交換器３５６の両方に対する加熱媒体として用いられる。図３１に示した配置とは異なり、高温凝縮器冷却水３０４は、第１の段３５０におけるイン・ベッド熱交換器３５４用の加熱媒体としては用いられない。この図３２の実施形態は、より高い温度の熱を流動床乾燥機３０２における両方の熱交換器に向けることを可能とし、乾燥システム全体の柔軟性を高める。
【０１２０】
図３３は、流動床乾燥機３０２及び発電所３００についてのさらに若干異なる配置を示してある。図３２と同様、流動床乾燥機３０２の第１の段３５０及び第２の段３５２に含まれる両方のイン・ベッド熱交換器に、共通の廃熱源を用いている。しかしながら、外部空気ヒーター３７６を出る高温一次空気３８０を用いて熱交換器循環液３８８を加熱する図３２とは異なり、図３３では、この循環液３８８は、外部空気予熱器３７６を出る燃焼排ガス流４０２によって外部熱交換器４００内部で加熱される。このようにして、循環液３８８は、イン・ベッド熱交換器３５４及び３５６で用いるために約２００〜３００°Ｆまで加熱することができる。さらに、この図３３の実施形態は、それによって燃焼排ガス流の熱含量のさらなる生産的使用が可能となり、乾燥機システム設計に対する柔軟性がさらに高まって、図３１及び３２に示した実施形態と比較して、同等又はそれより良好な乾燥性能を得る上でさらに効率的となることから、さらなる進歩を提供するものである。
【０１２１】
本発明の廃熱源を利用する低温開放型プロセスのさらに別の可能かつ好ましい実施形態を図３４に示している。図３１〜３３からの同様の要素は、読者が理解しやすいように前記で用いたものと同じ番号割り付けで図３４に示している。
【０１２２】
図３１〜３３に示したグリコールヒーター３６０によって加熱される単一の初期ファン室コイル３６４に代えて、図３４の実施形態には、最初に一次及び二次空気流３６６及び３６８を予熱するのに用いられる別個の熱交換器５３０及び５３２がある。高温凝縮器冷却水後流３０４ａによって加熱されたグリコールループ３６２が、熱交換器５３０及び５３２を通って循環して、二つの空気流の温度を上昇させる。そのようなグリコール予熱ループは、低温プロセスシステムを寒冷環境で運転させる際に特に役立つ。
【０１２３】
図３１〜３３の一次ファン室コイル３７０は、図３４の実施形態では別個の熱交換器５３４及び５３６に分かれている。この配置により、一次空気流３６６及び二次空気流３６８に対して与えられる温度上昇の個別の制御をさらに強くすることができる。一次空気流３６６及び二次空気流３６８は、約１００°Ｆで熱交換器５３４及び５３６を出る。高温凝縮器冷却水３０４は熱交換器５３６に熱源を提供し、高温凝縮器冷却水後流３０４ａは熱交換器５３４に熱源を提供する。高温凝縮器冷却水流３０４及び３０４ａは合流して流れ３５８となり、冷却塔３４６に戻り、その塔は蒸気凝縮器３４０における使用済みタービン蒸気３３８を冷却するのに用いられる低温冷却水３４２を作る。
【０１２４】
図３１〜３３の実施形態と同様、一次空気流３６６及び二次空気流３６８を３セクター空気予熱器３７６によって加熱してから、それらを空気流３８０及び３８２としてそれぞれ石炭ミル３２４及び炉３３０に向かわせる。燃焼排ガス３０６はＡＰＨ３７６に向かうことで、その貴重な廃熱含量を利用してから、それをプラントの環境スクラバーに送ることができる。ＡＰＨ３７６は、一次空気流３８０及び二次空気流３８２の温度を約１００°Ｆから約６６０〜６９０°Ｆに上昇させる。ＡＰＨ３７６を加熱するのに用いられる燃焼排ガス３０６の温度は、約８００〜８３０°Ｆから約２６５〜２７７°Ｆに降下する。
【０１２５】
低温一次空気流３６６ａは、ＡＰＨ３７６の上流で一次空気流３６６から分流されて、流動床乾燥機３０２の第１の段３５０及び第２の段３５２用の流動化空気流３８２を提供する。そのような低温ＰＡ３６６ａは代表的には、１４５〜１５０°Ｆである。しかしながら、それを熱交換器５４０によって加熱して、それの温度を制御下に上昇させることができる。熱交換器５４０用の熱源は、熱交換器５４０及び熱交換器５４４を通って循環する熱伝達ループ５４２によって提供される。次に、熱交換器５４４は、熱交換器５４８における燃焼排ガス支流３０６ａから熱源を抜き取る熱伝達ループ５４６によって加熱される。熱交換器５４８を出る燃焼排ガス支流３０６ａは、ＡＰＨ３７６を出る燃焼排ガス流３０６と合流し、環境スクラバー設備に送られてから、環境に排気される。
【０１２６】
熱伝達ループ５４２の熱含有量も、石炭を乾燥させるための流動床３０２内にあるイン・ベッド熱交換器３５４及び３５６に流れ５５０として送られる。イン・ベッド熱交換器３５４及び３５６を出る流れ５５０は、熱伝達ループ５４２（熱含有量の低下を考慮して熱交換器５４０を迂回）と再合流し、そこで熱交換器５４４中の燃焼排ガス３０６によって再度加熱されてから、低温ＰＡ３６６ａ熱交換器５４０及びイン・ベッド熱交換器３５４及び３５６に再度向かう。このようにして、高温凝縮器冷却水３４４及び高温燃焼排ガス３０６を組み合わせて利用して空気流３８２を加熱し、それが乾燥機３０２を通過する石炭を液化し、石炭を乾燥させるイン・ベッド熱交換器３５４及び３５６への熱源を提供する。このようにして、システムに含まれる複数の熱交換器３６０、５３０、５３２、５３４、５３６、５４０、５４４及び５４８により、石炭を乾燥させる上での廃熱源の使用をより強く制御することができ、各種の石炭及びプロセスサイクルに対するシステムの柔軟性を最大とすることができる。バイパスライン５５２により、熱伝達ループ５４２内に含まれる熱流体の一部を、熱交換器５４０に分流させて、熱伝達ループの温度の制御をより強力に行うことができる。
【０１２７】
高温ＰＡ空気支流３８０ａは、高温ＰＡ空気流３８０から分流して、混合ボックス５５６及び５５８に移動する。熱交換器５４０内で熱的に変えられた低温ＰＡ空気流３８２は、高温ＰＡ空気支流３８０ａと合流して、乾燥機３０２の第１の段３５０及び第２の段３５２に提供される流動化空気流の温度を制御する。別個の混合ボックス５５６及び５５８により、温度が異なる流動化空気流を、２つの乾燥機段に向かわせて、石炭の乾燥をより効率良く行うことが可能となる。
【０１２８】
図３５には、本発明の低温開放プロセスのさらに別の可能な実施形態を示してある。それは二つの重要な例外以外は、図３４に示した実施形態と同様である。図３４及び３５にあるものと同じ構成要素については、同様の番号を用いている。
【０１２９】
低温ＰＡ３６６ａの温度を上昇させるのに用いられる熱交換器５４０を、図３５の実施形態内の高温燃焼排ガス３０６によって直接加熱する。熱伝達ループ５４６は、燃焼排ガス３０６によって熱交換器５４８に提供される熱含有量を直接運ぶ別の熱伝達ループ５６０につながっている。熱交換器５４０から出る加熱液５６０が、バルブ５６２で熱伝達ループ５４６と再合流する。バルブ５６２と５６４の間の配管５６６により、熱伝達ループ５４６を熱伝達ループ５６０から分離することができる。燃焼排ガス３０６の熱含有量の熱交換器５４０への直接伝達により、熱交換器５４０が外側熱伝達ループ５４２を介して燃焼排ガス３０６によって間接的に加熱される図３４の実施形態と比較して、低温ＰＡ３６６ａにおける温度上昇を大きくすることができる。
【０１３０】
図３４の実施形態と同様、図３５の実施形態の熱伝達ループ５４２内に含まれる熱含有量は、流れ５５０を介して乾燥機３０２のイン・ベッド熱交換器３５４及び３５６に運ばれる。しかしながら、使用済み流５５０をバルブ５４３でイン・ベッド熱交換器から熱伝達ループ５４２に直ちに戻す代わりに（図３４参照）、図３５の実施形態では使用済み熱流５５０を、供給ホッパー３０３内にある熱交換器５７２に流れ５７０として分流させる。このようにして、流５７０を用いて石炭１２を予熱してから、石炭を乾燥機３０２の第１の段３５０に送り、そこで石炭はさらに予熱され、部分的に乾燥される。流れ５７０は熱交換器５７２を出て、そこで熱伝達ループ５４２と再合流する。この予熱器は、室温が低くなる冬期に石炭を処理する上で有用であることができる。それは、石炭が天然により高い水分レベルを含むオーストラリアのような国での本発明の低温処理システムの運転においても有用となり得る。予熱器は、廃棄物由来の燃料、バイオマス等の他の粒子状材料の熱処理の効率を大幅に高めることもできる。
【０１３１】
図３５に示したプロセスの実施形態の別の特徴は、石炭冷却器５７４である。それは、図３５に示した独立のユニット又は出口端での乾燥機３０２の第３の段を構成しても良い。流動床乾燥機に組み込まれたそのような石炭冷却器のこの場合では、乾燥された石炭は、ウェヤー（weir）を越えて第２の段３５２を出て石炭冷却器段セクション５７４に行く。
【０１３２】
図３６に模式的に示したように、独立の石炭冷却器５７４は容器５７６を構成しており、その容器は石炭投入口５７８及びa石炭排出口５８０を有する。容器５７６内には分配プレート５８２が配置されており、それは流動床乾燥機３０２の第１の及び第２の段内で用いた分配プレートと非常に類似している、複数の貫通孔を有する金属プレートを有する、流動化空気５８４は、加熱コイル５８６によって予熱することができ、そのコイルで、加圧下に、分配プレート５８２下の容器５７６のプレナム領域５８８に入る。
【０１３３】
約２８％の水分及び約１３９°Ｆで乾燥機３０２の第２の段３５２で乾燥された石炭１２は、投入口５７８を通って移動し、容器５７６内に集積して流動床５９０を形成する。約１００°Ｆ及び混合比約０．０２１０の空気流５８４を、分配プレート５８２における孔を通らせて、石炭５９０を流動化する。それを行う際に、流動化空気が石炭の温度を低下させ、それの水分を若干取ることで、それをさらに乾燥させる。石炭は、排出口５８０で容器５７６から排出されて、約２７％水分及び約１１７°Ｆの冷却された石炭５９２を与える。石炭を冷却することで、それが炉に送られる前に貯蔵所で自然燃焼する確率は大幅に低下する。先行技術のシステムとは異なり、自然燃焼を起こさないようにするために、不活性ガスを導入して乾燥した石炭と接触させる必要がない。
【０１３４】
石炭冷却器５７４での石炭の流動化により、粒子状微粉５９４が生じ、それは排出口５９６で出され、バグハウス３２１に運ばれ、そこで回収されてから、空気流がスタック３２３を通って大気中に行く。この汚れた空気５９４（前バグハウス処理）は、約６９°Ｆ及び０．０５５７混合比を特徴とする。
【０１３５】
第３の段として流動床乾燥機３０２の排出端に一体で取り付けられた石炭冷却器５７４の部分を図３７に示してある。図３７ａには、チェーン５９６によって調節可能に吊られていることで、冷却器段５７４を乾燥機の第２の段３５２から分け、ウェヤー５９５の頂部を越えて通過して冷却器段に至る際に第２の段内での流動化石炭床の高さを画定するウェヤー５９５を示してある。
【０１３６】
図３７ｂには、いくつかの出口フリップゲート５９８を有する冷却器５７４の排出端５９７が描かれている。これらのゲートは、閉じた時に乾燥機の排出端５９７における出口孔の周囲を囲むガスケット５９９を押して、冷却機内での流体化条件を維持する。空気式バルブ５８１は、フリップゲート５９８に操作可能に連結されていることで、それをシャフト５８３を中心として開けて、冷却器５７４内に入っている冷却された石炭を排出する。フリップゲートは、冷却器が石炭で一杯になった時にオペレータからの手動での投入量に応答して、あるいはタイマーのシグナルに応答して開けることができる。このようにして、流動床乾燥機３０２で連続的に乾燥される石炭は、同様に、冷却器５７４で連続的に冷却されて、自然燃焼を起こすことなく炉３３０又は貯蔵所への輸送が可能な乾燥石炭を与えることができる。
【０１３７】
従って、本発明の石炭冷却器３７４は、乾燥機の一体型又は独立の流動化段を構成し、イン・ベッド熱交換器がないものであることができる。流動化空気を用いて、好ましくは１２０°Ｆ以下の温度条件まで石炭を冷却し、それをさらに若干乾燥させる。流動化空気単独によって提供可能なものより高い程度の温度降下が要求される場合、イン・ベッド熱交換器を石炭冷却器３７４の内側に配置することができるものと考えられる。しかしながら、冷水又はグリコールのような冷却剤液をイン・ベッド熱交換器に通して、石炭温度以下の温度条件を得て、それを冷却できるようにすることになると考えられる。
【０１３８】
上記で説明した石炭乾燥プロセス及び乾燥機に関連する発電所環境に戻ると、蒸気タービンから抜き取られる高温燃焼排ガス２７及び高温蒸気７１の使用については、発電所６５の効率向上のために図２ですでに説明した。しかしながら、他の別配置も可能である。例えば、図３８において、３セクター回転再生式空気予熱器７６を有する閉冷却回路の別の実施形態を示してある。この場合、蒸気タービンからの使用済み蒸気７１を分流させて、一次空気流２０及び二次空気流３０が空気ヒーター７６に達する前にそれらを予熱するための熱交換器７０用の熱源として作用するのではなく（図２参照）、図３８における高温凝縮器冷却水５５の一部を、それを目的として熱交換器７０における加熱コイルに送る。
【０１３９】
一方、図３９には、図３８の配置の別の実施形態を示してあり、そこでは高温凝縮器冷却水５４を用いて熱交換器７０を加熱する。しかしながらこの場合、２セクター回転再生式空気予熱器４２０を用いて、一次及び二次空気流を、それらが予備熱交換器７０を出る前にさらに加熱する。一つの空気流４１８を２セクター空気予熱器４２０の片側に流し、高温燃焼排ガス２７を他方の側に流して加熱媒体を提供する。さらに加熱された空気流４２２が空気予熱器４２０の下流で分かれて、別個の一次空気流４２４及び二次空気流４２６となる。一次空気流４２４を石炭ミル１８に送って、炉２５に送られた粉砕石炭に陽圧を与えて、そのプロセスで粉砕石炭を予熱する。二次空気４２６は炉２５のウィンドボックス４２８に送られ、その後に炉２５に進入して、炉内での石炭の燃焼を促進する。
【０１４０】
３セクター回転再生式空気予熱器７６を有する開冷却回路を図４０に示してある。石炭火力発電所配置は、高温凝縮器冷却水を用いて予備熱交換器７０を加熱する図３８に示したものと類似している。しかしながら、この場合、凝縮器５０は、冷却塔５６ではなく開冷却回路によって冷却される。さらに、凝縮器内熱交換器４４０を用いて、入口予熱用に廃熱を利用する。別個の熱交換器４４０を、配置されている凝縮器チューブ（不図示）の上の蒸気凝縮器５０のシェル内に置く。この設計は、通常は流れ凝縮器５０を出て水純度がかなり高い高温凝縮器冷却水５４より温度が若干高い高温循環水４４２を与える。
【０１４１】
凝縮器内熱交換器４４０を出た高温循環水４４２は、空気−水予備熱交換器７０にポンプ送りされて、一次空気流２０及び二次空気流３０を予熱してから、３セクター空気予熱器７６に達する。熱交換器７０の加熱コイル内で顕熱を放出した後、冷却器低温循環水４４４は凝縮器内熱交換器４４０に戻り、そこで入ってくる使用済みタービン流によって再加熱される。
【０１４２】
開放システムでは、湖や川からの低温冷却水４４６を用いて、蒸気凝縮器５０で使用済みタービン蒸気を凝縮させる。蒸気から低温冷却水４４６に伝達された熱は、高温冷却水４４８として蒸気凝縮器５０を出て、代表的には同じ湖又は川に排出される。
【０１４３】
凝縮器内熱交換器４４０によって達成可能なものより高い吸気予熱温度が必要とされる場合、図４１に示したように、補助熱交換器４５０を加えて空気予熱温度を高めることが可能であると考えられる。３セクター空気予熱器７６を出る燃焼排ガス２７の一部４５２を補助熱交換器４５０に分流させて、凝縮器内熱交換器４４０を出る高温循環水４４２の温度を上昇させる。このより高温の循環水４５４は次に、予備空気熱交換器７０の加熱コイルに顕熱を与える。補助熱交換器４５０を出る冷却された燃焼排ガス流４５６は、空気ヒーター７６を出てきた主燃焼排ガス流２７と合流する。
【０１４４】
当然のことながら、図３９に描いた２セクター空気予熱器を、図４０〜４１に示した３セクター空気予熱器７６に代えて用いることが可能であると考えられる。多くの他の空気予熱器配置が可能であり、例を挙げると、合わせた一次及び二次空気流２０、３０が管状設計の同じ空気予熱器を通って流れる管状空気予熱器ならびに一次空気流２０は管状空気予熱器で加熱されるが二次空気流３０は２セクター回転式空気予熱器で加熱される管状及び回転式の空気予熱器の組み合わせ等があり得ると考えられる。さらに、当業界で利用可能なプレート熱交換器設計を、管状空気予熱器設計に代えて用いることが可能であると考えられる。吸気予熱コイルの実施は、上記で説明したものと同様であると考えられる。
【０１４５】
本発明に関する別の種類の石炭床乾燥機は、直接もしくは間接の熱源を有する単一容器の１段固定床乾燥機である。直接熱源を有するそのような乾燥機の１実施形態を図４２に示してあるが、多くの他の配置が可能である。固定床乾燥機は、他の発電所又は他の工業プラントに売られる乾燥石炭の良好な選択肢である。その理由は、低い乾燥速度及び必要な量の石炭を所望の水分低減度まで乾燥させる上で、流動床乾燥機と比較して、固定床乾燥機の場合にはかなり長い滞留時間が必要とされる点にある。さらに、通常は、採掘場等のプラント以外の状況での流動床乾燥機の使用には実際の制限がある。この環境下では、高温凝縮器冷却水又はコンプレッサー熱等の非常に優れた廃熱源を、乾燥運転に利用できない可能性がある。さらに、流動床に要求される必要な量の流動化空気を安価に提供することはより困難なものとなり得る。
【０１４６】
図４２に示した配置を用いると、固定床乾燥機１８０は二つの同心壁を有し、ほぼ円柱形の外壁１８２及びほぼ円柱形の内壁１８４であって、外壁１８２と内壁１８４の間で空気流動のために空間環状部１８６が画定されている。内壁１８４の直径より小さい底直径を有する円錐構造１８８が、内壁１８４と軸方向に並んでいる固定床乾燥機１８０の底にあることで、乾燥した石炭１９２を排出するための環形状の床排出口１９０が形成されている。
【０１４７】
石炭（代表的には、湿った分粒済み石炭１２であるが、それに限らない）が、開放頂部１９４で固定床１８０に入る。湿った分粒済み石炭１２は重力によって、床乾燥機１８０の底に引き込まれる。空気−水熱交換器２０２を通って低温乾燥空気２００を引くファン１９８によって、流動化空気流１９６が発生する。高温凝縮器冷却水２０４が蒸気凝縮器（不図示）から引かれる際に、図４２に示した廃熱により、流動化空気２００が加熱される。本願で説明した全ての実施形態と同様に、本発明を実施するにおいては他の廃熱源が可能である。
【０１４８】
流動化空気２００は、円錐構造１８８及び内壁１８４と外壁１８２の間に形成された空間環状部１８６の両方を通って固定床１８０の底に進入する。図４２に示したように、円錐構造１８８及び内壁１８４の両方とも多孔性であるか、流動化空気１９６が固定床乾燥機１８０の内壁１８４内にある湿った分粒済み石炭１２を通って流れることができるように好適な装備が施してある。流動化空気１９６は、固定床乾燥機１８０の開口頂部１９４から大気中に逃げる。
【０１４９】
固定床乾燥機１８０には、イン・ベッド加熱コイル２０６等がある。イン・ベッド熱伝達コイル２０６に対する熱は、廃熱、この場合は高温凝縮器冷却水２０４によって提供される。他の熱源又は蒸気タービンサイクルから抜き取られた蒸気又はそれらのいずれかの組み合わせからの廃熱も、単独で、又は凝縮器廃熱２０４と組み合わせて用いることができると考えられる。湿った分粒済み石炭１２が加熱され、固定床乾燥機１８０で曝気される時に、乾燥された石炭１９２は重力又は他の市販の機械的手段によって乾燥機の底の方に引かれ、そこで固定床乾燥機１８０の底に形成された排出環１９０から排出される。
【０１５０】
本システムを用いると、多くの利点が得られる。そのプロセスにより、高温凝縮器循環水、高温燃焼排ガス、プロセス抜き取り蒸気及び乾燥プロセスでの使用に許容される広い温度範囲で利用可能ないずれか他の熱源等の多くの熱源由来のものとすることができる。そのプロセスは、少ないコストでファン室（ＡＰＨ）を５０〜１００°Ｆだけ加熱することで、高温凝縮器循環水廃熱をより良好に利用することによって、顕熱損失を減らし、空気予熱器を出る出口の一次及び二次空気流２０、３０から熱を抜き取ることができる。この熱は、空気予熱交換器を用いることで燃焼排ガスから直接抜き取ることも可能であると考えられる。それによって、乾燥機空気流量／石炭流量の比及び要求される乾燥機の大きさが大幅に小さくなる。
【０１５１】
その乾燥機は、床の差及び集塵器ファン能力を調節することで、流動床に要求される空気を供給するのに、既存のファンを利用するよう設計することができる。その床は、各種配置の集塵器を利用することができ、その一部を本明細書に記載している。より乾燥した石炭の一つの効果は、ボイラーを加熱するのに要する石炭が少なくなることで、石炭を粉砕するのに必要なミルの数が少なくなり、乾燥機に空気を供給する上でミルに要求される空気流が少なくなることであることから、開示された実施形態では、一次空気が節減される。
【０１５２】
貯蔵所のちょうど上流にある石炭取り扱いシステムに乾燥機を組み込むことで、石炭が高温で乾燥機を出ることから、ボイラーシステムは、石炭送り温度の上昇から恩恵を受ける。燃焼排ガス温度、床乾燥機での滞留時間、燃焼排ガス含水量及びより高い洗浄速度への変化は、プラントからの水銀放出に大きく影響を与えるものと期待される。
【０１５３】
ＡＰＨへの吸気を予熱することの利点は、ＡＰＨの低温端での熱伝達表面の温度を上げることである。表面温度が高くなると、酸降下速度が低くなり、その結果、閉塞及び腐食速度が低くなる。これは、ファンのパワー、ユニットの能力及びユニット性能に対して正の効果を有する。蒸気タービンから抜き取られる蒸気に代えて、凝縮器からの廃熱を利用してＡＰＨに行く吸気を予熱することで、タービン及びユニットの電力出力が上昇し、サイクル及びユニット性能が向上する。ＡＰＨ入口での空気温度の上昇により、ＡＰＨ空気漏れ速度が低下する。これは、空気密度の低下によるものである。ＡＰＨ空気漏れ速度の低下は、強制通風及び吸出し通風ファンのパワーに対して正の効果を有するものであり、それは所内使用量の低減、正味ユニット電力出力の増加及びユニット性能の向上につながる。冷却塔を有する発電所の場合、ＡＰＨへの吸気を予熱する上での廃熱利用により、冷却塔の熱負荷が低下し、冷却塔水使用が少なくなる。
【０１５４】
開示のプロセスを用いる石炭乾燥により、ボイラーシステムでの水損失が低下し、結果的にボイラー効率が高くなる。ボイラーシステムにおける感知されるガス損失の低下により、ボイラー効率が高くなる。さらに、燃焼排ガス体積が減少することで、メガワット（ＭＷ）当たりでの二酸化炭素、硫黄酸化物、水銀、粒子状物及び窒素酸化物の放出を低減することができる。石炭導管侵食（例：石炭、粒子状物及び空気によって引き起こされる導管配管での侵食）の低減、粉砕メンテナンスの低減、ユニット能力の向上によって生じる設備運転に必要な補助電力の低下、灰及びスクラバースラッジ体積の減少、プラントで使用される水量の低減（蒸気タービンサイクルからすでに出ている水には影響はない）、空気予熱器低温端の付着物及び腐食の低減、燃焼排ガスダクト侵食の低減及び洗浄される燃焼排ガスのパーセント増加もある。床乾燥機には、スクラバー、すなわち汚染物を除去する装置を取り付けて、石炭の前燃焼処理を提供することもできる。本発明を利用して、他の供給原料及び燃料も同様に処理することができる温度レベル及び設計構成は無限にある。
【０１５５】
ＡＰＨ−高温凝縮器冷却水配置の組み合わせにより、より小型でより効率的な石炭乾燥用床が可能となる。蒸気タービンサイクルからのプロセス熱を利用する現在のシステムは、かなり大きい床を必要とする。本発明には材料の分離がある。これによって、ＳＯ２及び水銀等の汚染物の放出を低減することができる。本配置は、より乾燥した静的（流動化）床又はより乾燥した固定床とともに用いることができる。２段乾燥機では、第１の段と第２の段の間の相対速度差を調節することができる。各種の段において多様な温度勾配及び熱範囲の柔軟性を持たせることで、所望の結果を最大とすることができる。多段流動床配置では、非流動化材料の分離を行う。乾燥機分配表面積の２０％に相当する第１の段では、より多くの空気流、水銀及び硫黄の濃度が小さくなる。２段床乾燥機は相対的に小さいシステムであることができることから、要求されるファン電力が小さくなり、それによって電気代が大幅に低下する。石炭の乾燥では、かなりの経済的要素がファンの馬力に要求される。
【０１５６】
システムの見地からすると、摩耗や亀裂及び石炭取り扱いコンベヤー及び粉砕機のメンテナンスが少なくなり、灰の量が少なくなり、侵食が減る。石炭を粉砕するのが容易になることから、ミルでの乾燥がより完全となり、ミル電力が小さくなり、要求される一次空気が少なくなり、一次空気速度が低くなる。所内電力（すなわち補助電力）のニーズが減り、プラント能力を高めることができ、スクラバー及び放出が改善される。
【０１５７】
乾燥された粉砕石炭３２６を燃やす炉３３０を出る燃焼排ガス３０６の流量は、湿った粉砕石炭と比較して低くなる。さらに、乾燥された粉砕石炭３２６の含水量が相対的に低いため、燃焼排ガス３０６の比熱は低くなる。その結果、燃焼排ガス３０６の熱エネルギーが少なくなり、必要な環境処理設備が小規模となる。燃焼排ガス３０６の流量が低下すると、対流熱伝達の速度も低下する。従って、より乾燥した燃料ではＦＥＧＴが増加するにもかかわらず、ボイラー３３４における作業液（水又は蒸気、不図示）に送られる熱は少なくなる。固定熱伝達の配置を有するボイラーの場合、高温再加熱蒸気（リサイクルされる循環プロセス蒸気）の温度は、より湿った燃料での運転と比較して低くすることができる。高温の再加熱蒸気温度の若干の低下は、再加熱装置（不図示）の表面積の増加、バーナーの傾き（ボイラーに熱を当てる角度）の上昇等のボイラー運転条件の変更、又はより高い過剰空気レベルでの運転によって補うことができる。対流路（炉を通過する燃焼排ガスの排出路）を通る燃焼排ガス３０６の流量を減らすことで、通常の運転条件で所望の蒸気温度を達成するように、新たなボイラー設計を行うことができると考えられる。これにより、規模及び建設コストはさらに低減されるはずである。
【０１５８】
より乾燥した石炭を燃やすことで、強制通風（ＦＤ）、吸出し通風（ＩＤ）及び一次空気（ＰＡ）ファンの電力が小さくなり、ミル電力が小さくなることから、所内電力が少なくなる。より乾燥した石炭を燃やすことによって生じる石炭流量の低下、空気流要件の低下及び燃焼排ガス流量の低下の組み合わせにより、主としてスタック損失の低下及びミル及びファン電力の低下のために、ボイラーシステム効率及びユニット発熱率が改善する。この性能改善によって、既存の設備でプラント能力を高めることが可能となる。燃焼排ガス流量が低下し、滞留時間が長くなるため、より乾燥した石炭を用いると、石炭火力エネルギープラントで通常使用される後置の環境制御システム（スクラバー、静電気集塵器及び水銀捕捉装置）の性能が向上する。
【０１５９】
より乾燥した石炭の燃焼は、望ましくない放出物の低減にも良い効果を有する。要求される石炭流量の低減はそのまま、ＮＯｘ、ＣＯ２、ＳＯ２及び粒子状物の放出量の低減を意味する。一次空気もＮＯｘに影響する。より乾燥した石炭を用いることで、一次空気の流量が、湿った石炭と比較して小さくなる。これにより、ＮＯｘ放出速度が低下する。
【０１６０】
湿式スクラバーを取り付けた電力ユニットの場合、空気予熱器ガス出口温度が低下するために、より乾燥した石炭を燃やすことで生じる水銀放出物を低減することができ、それは、元素水銀を減らしてＨｇＯ及びＨｇＣｌ２の形成を促進する。これら酸化型の水銀は水溶性であることから、スクラバーによって除去することができる。さらに、燃焼排ガスの水分は、水銀が酸化して水溶性型となるのを妨害する。燃料水分が低下すると、燃焼排ガス含水量が低下することになり、それは水銀の酸化による水溶性型の発生を促進することになると考えられる。従って、より乾燥した石炭を用いると、より湿った石炭の場合と比較して、水銀放出物が少なくなる。
【０１６１】
石炭がシステムのこの限られた部分を通る際に、石炭中の含水量が低いことの利点には、より乾燥した石炭は粉砕が容易になり、同じ粉砕径（石炭の微細度）を得るのに必要なミル電力が少ないこと；ミル出口温度（ミル出口での石炭及び一次空気混合物の温度）の上昇；及び石炭を炉２５に運ぶ石炭配配管での石炭の運搬が良好になること（閉塞が少ない）等がある。さらに、石炭の乾燥及び運搬に必要な一次空気流２０が少なくなる。一次空気速度が低くなることは、石炭ミル３２４、石炭配管、バーナー及び関連設備における侵食に対してかなりの良好な影響を与え、それによって、亜炭燃焼プラントでは非常に高い石炭配管及びミルの維持コストが削減される。
【０１６２】
より乾燥した石炭を用いると、水分蒸発損失が低くなるために炉３３０での火炎温度が高くなり、熱伝達プロセスが改善される。火炎温度が高くなると、炉３３０の壁への放射熱フラックスが大きくなる。出て行く燃焼排ガス３０６の含水量が低下することから、火炎の放射特性が変わり、それも炉３３０の壁への放射フラックスに影響する。火炎温度が高くなると、炉３３０を出る石炭灰粒子の温度が上がり、それによって炉の付着物及びスラグ形成が増えるものと考えられる。炉壁へのスラグの堆積は熱伝達を低下させ、それによって炉出口での燃焼排ガス温度が上昇する。燃料水分が低下すると石炭流量が小さくなるため、ボイラーに入る灰の量も少なくなる。これにより、ボイラー３２での固体粒子侵食及びボイラー３２におけるメンテナンス要件（例：ボイラーの内部表面に集まる煤煙の除去）が低減される。
【０１６３】
乾燥した粉砕石炭３２６を燃やす炉３３０を出る燃焼排ガス３０６の流量は、湿った粉砕石炭と比較して低い。燃焼排ガス速度が相対的に低いことで、環境制御設備及びファンを小さくすることが可能である。さらに、乾燥した粉砕石炭３２６中の含水量が低いために、燃焼排ガス３０６の比熱が低くなる。その結果、燃焼排ガス３０６の熱エネルギーが低くなる。燃焼排ガス３０６の流量が低くなると、対流熱伝達の速度も低くなる。従って、より乾燥した燃料ではＦＥＧＴが高くなるにもかかわらず、ボイラーシステム対流路での作業液（水又は蒸気）への熱の伝達は少なくなる。
【０１６４】
経済的な理由から、全燃料水分の一部を除去することで十分であるため、石炭を完全に乾燥させる必要はなく、推奨もされない。除去される水分の至適な割合は、石炭の種類及びそれの特性、ボイラー設計及び商業的手配（例えば、他の発電所への乾燥燃料の販売）等の施設固有の条件によって決まる。廃プロセス熱は好ましくは、イン・ベッド熱交換器で使用される熱及び／又は流動化（乾燥、流動化空気２０８）に使用されるが、それに限定されるものではない。上記で示したように、この熱は、１以上の段で直接又は間接的に供給することができる。
【０１６５】
分離流２６０、２６８及び２７０内に含まれる硫黄及び水銀汚染物の濃度が湿った石炭原料流１２のものよりもかなり大きいことが意外なことにも見出された。同様に、流動床乾燥機の頂部から出る水ひ微粒流１６６はフライアッシュ、硫黄及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、湿った石炭原料流１２と比較して約２７％減少させることができる。さらに、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、湿った石炭原料中の水銀の約２７〜５４％を分離流及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、硫黄及び灰分の除去については、これに対応する値は、それぞれ、２５〜５１％及び２３〜４３％となる。このようにして、分離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及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、工業プラント運転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、代表的な工業プラント運転にとって、かなりの運転上ならびに資本設備コストの節減につながる。
【０１６６】
本発明の乾燥機床の設計は、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及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及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、プラント運転についての他の潜在的問題を生じさせることになる。
【０１６７】
乾燥機への空気投入量を３００°Ｆ未満に和らげ、その熱を床内の熱交換器コイルに投入することにより、乾燥機は高温廃熱源をうまく取扱うことができる。流動床乾燥機の多段構造は、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。本発明の乾燥機床からの石炭出口温度は比較的低く（代表的には１４０°Ｆ未満）、貯蔵及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乾燥機を設計することができる。
【０１６８】
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、硫黄及び水銀を多く含む。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が流動床ヒーター又は温和な気化装置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の床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、流動床ヒーター又はマイルド・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発電所に販売することもできる。
【０１６９】
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、可燃ガス及び揮発分は追い出される。製品ガス流７０４は、燃焼チャンバ７０８、コンプレッサー７１０、ガスタービン７１２及び発電機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、水蒸気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。
【０１７０】
分離流には硫黄及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、もしくは水ひ微粉流と同様に、さらに処理して好ましくない不純物を除去するようにする。
【０１７１】
本発明の好ましい実施例において、分離石炭粒子流１７０又は２６０はスクラバーアセンブリ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、汚染物質の濃度がさらに高められる。本発明のスクラバーアセンブリ６００の一実施例が図２１ａ及び図２１ｂに切欠図として示されている。このスクラバーアセンブリ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。このスクラバーアセンブリ６００は乾燥機２５０の側壁に、分離流排出口６１０を囲むようにして取着され、この分離流排出口６１０を介してねじ錐１９４の一部が延出している。なお、分離流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、ドラッグチェーン等が含まれる。
【０１７２】
ねじ錐１９４は、流動床の底部近傍に横たわる分離流粒子を、流動床を横切り、分離流排出口６１０を通って、スクラバーアセンブリ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センブリ内に収容されている分離粒子流を流動化するようになっている。当然のことながら、分離流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、分離流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を介して流動化乾燥機床内に吸い込まれる（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、分離粒子流はさらに図２２のスクラバーアセンブリ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分離石炭粒子流が残され、汚染物質が低減された微粒がさらなる処理のため流動床に戻される。
【０１７３】
スクラバーアセンブリに送入された分離流粒子が十分に蓄積されると、もしくは、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、この蓄積された分離流粒子が端部壁面中の出口を介して排出される。この場合、これらの分離流粒子は、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分離粒子を排出させるようにしてもよい。
【０１７４】
スクラバーアセンブリのさらに他の例６３０が図２２から２４に示されている。これは流動床乾燥機２５０により生じた分離流粒子を大量に取扱うため、２つのスクラバーサブアセンブリ６３２及び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。分離流石炭粒子はねじ錐１９４を介してこの出入り場６３６へ搬送され、ついで、回収チャンバ６３８及び６４０内に導入される。なお、これら回収チャンバ６３８及び６４０はそれぞれゲート６４２及び６４４で、も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。
【０１７５】
上述のように、ディストリビュータ・プレート６５４及び６５６を回収チャンバ６３８及び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及び６６０を通過する流動用空気流により分離流粒子を流動化させ、密度のより大きい分離流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及び６４４がいったん開放されると、水ひされた微粉は孔６６０及び６６２を介してシュート６４６及び６４８の頂部に上昇し、適当な機械的手段により流動床乾燥機２５０へと搬送され、戻される。分離流粒子は前述のように、シュート６４６及び６４８の底部を介して落下する。
【０１７６】
いったん、分離流粒子の所定量が回収チャンバ６３８及び６４０内に蓄積されると、もしくは、所定時間が経過すると、ゲート６４２及び６４４が開放され、分離流粒子はそれぞれシュート６４６及び６４８内に排出される。分離流粒子はシュート６４６及び６４８の底部の出口６５０及び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、さらなる使用、さらなる処理又は処分に供される。
【０１７７】
ゲート６４２及び６４４は回収チャンバ６３８及び６４０に枢着させることができる。ただ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。さらに、多重ゲートを回収チャンバと操作自在に関連させ分離流石炭粒子のそこからの排出速度を増大させてもよい。
【０１７８】
図２５に示すように、一実施例において、ゲート６４２又は６４４は、回収チャンバ６３８、６４０の排出口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は排出口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）をさらに有し、それにより回収チャンバ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。
【０１７９】
ゲート６７０はさらに、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、排出口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は排出口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。
【０１８０】
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、排出口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は排出口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。
【０１８１】
１実施例において、作動アセンブリ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。この作動アセンブリ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。
【０１８２】
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、流動化回収チャンバ６３８、６４０の構築において、他の物質を使用してもよい。
【０１８３】
流動化回収チャンバ６３８、６４０はさらに、必ずしも必要ではないが、コレクター内蔵ヒーター（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ーは流体熱流と操作自在に連結されていて、石炭に対し、さらなる熱及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ーに対しては、発電所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。
【０１８４】
図２３及び２４に示すように、流動化回収チャンバ６３８、６４０の天井壁６３２ａ及び６３２ｂは、流動化回収チャンバ６３８、６４０内に送入される流体熱流が矢線Ａ及び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、あ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、チャンネル等の形状、刻み目、尾根部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。
【０１８５】
図２２及び２７を参照すると、窓アセンブリ６５０が周縁壁部６５１に設けられていて、流動化回収チャンバ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、この窓アセンブリ６５０は、プラスチック、熱可塑性プラスチック等の透明及び／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、アルミニウム等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、流動化回収チャンバ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及びファスナー６６２を利用して窓アセンブリ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、窓アセンブリ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。
【０１８６】
接合部３００は、底面３０２、天井壁３０４及び複数の側壁３０６からなり内部３０８を画定している。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を画定している。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、流動床乾燥機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じて拡散させ、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、流動床乾燥機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。
【０１８７】
スクラバーアセンブリ６００により乾燥機２５０から分離された分離流粒子の利用は、その組成に依存する。もし、分離流粒子に含まれる硫黄、灰分、水銀及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、分離流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、分離流粒子は望ましい熱量を含んでいるからである。もし、これら分離流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、これら分離流粒子をさら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、本願と発明者なら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、これら分離流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さらなる処理でも実行可能に減少できない場合に限って、その分離流粒子を埋立てで処分する。なぜならば、これは分離流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センブリ６００は、分離流石炭粒子を自動的に流動床から除去し乾燥機の効率的及び連続的運転を向上させるだけでなく、さらに、これら分離流粒子をさらに処理し、発電所又は他の工業用プラントの運転に生産的に活用することを可能にする。
【実施例】
【０１８８】
以下の実施例は本発明の一部を形成する低温石炭乾燥プロセス及び乾燥機及びスクラバー装置を説明するものである。
【０１８９】
実施例Ｉ−亜炭の熱堆積（Heat Volume）の改善に対する水分減少の効果
石炭の試験燃焼を、ノース・ダコタにあるＧｒｅａｔ  Ｒｉｖｅｒ  Ｅｎｅｒｇｙ社のＣｏａｌ  Ｃｒｅａｋ  Ｕｎｉｔ２で実施して、ユニット運転に対する効果を調べた。屋外貯蔵石炭乾燥システムにより、この試験用に亜炭を乾燥した。結果を図４３に示している。
【０１９０】
明らかにわかる通り、平均で、石炭水分は３７．５％から３１．４％へと６．１％減少した。この結果は、図４３に示した理論的予想と良好な一致を示している。より重要な点として、亜炭の含水量における６％の低下は、燃焼させた場合の石炭の正味ユニット発熱率における約２．８％の改善に相当し、８％の水分減少により、亜炭における正味ユニット発熱率に約３．６％の改善が生じた。これは、石炭の乾燥が実際にその発熱量を増加させることを示している。
【０１９１】
実施例ＩＩ−石炭組成に対する水分減少の効果
ＰＲＢ石炭及び亜炭サンプルを化学分析及び水分分析し、その元素及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、３４．０３重量％の炭素、１０．９７重量％の酸素、１２．３０重量％のフライアッシュ、０．５１重量％の硫黄、３８．５０重量％の水分を示した。他方、ＰＲＢ亜瀝青炭サンプルは平均で、４９．２２重量％の炭素、１０．９１重量％の酸素、５．２８重量％のフライアッシュ、０．３５重量％の硫黄、３０．００重量％の水分を示した。
【０１９２】
これらの亜炭及びＰＲＢ石炭についての「入荷時」の値を用いて「極限分析」を行い、０％水分及び０％灰分（水分及び灰分無し）、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及び水分レベルはかなり変化した。より具体的には、２０％水分の場合は、亜炭及びＰＲＢ石炭サンプルは炭素量がそれぞれ、４４．２７重量％及び５６．２５重量％と大きく増加した。それと共に、酸素量も１４．２７重量％及び１２．４７重量％と若干増加した。硫黄及びフライアッシュ成分も若干増加している（ただし、絶対基準ではない）。同じく重要なことは、亜炭の熱量（ＨＨＶ）は６４０６ＢＴＵ／ｌｂから８３３３ＢＴＵ／ｌｂに増加した。他方、ＰＲＢ石炭についてのＨＨＶ値は８３４８ＢＴＵ／ｌｂから９５４１ＢＴＵ／ｌｂに増加した。
【表１】
2010523935.tif 000004
【０１９３】
実施例ＩＩＩ−石炭熱量に対する水分レベルの効果
表１に示す組成値を用い、５７０ＭＷ発電所が約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８４００ＢＴＵ／ｌｂであった。他方、亜炭サンプルは１０％水分量で９４００ＢＴＵ／ｌｂのＨＨＶ値を示し、２０％水分量では８３３３ＢＴＵ／ｌｂであり、４０％水分量では僅か６２００ＢＴＵ／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。さらに、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。
【０１９４】
実施例ＩＶ−発電所効率に対する石炭水分レベルの影響
この実施例４の目的のため、４つの異なる乾燥機システム形態（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）が使用された。これらは以下の通りである。
【０１９５】
構成Ａ：基本例（ＢＣ）
このＢＣオプションは、発電所機器と密に一体化されている。この場合、図４５に明瞭に示すように、３セクター回転再生空気予熱器（ＡＰＨ）、一次空気流及び二次空気流を予熱するための熱交換器、流動床乾燥機及びイン・ベッド熱交換器用熱伝達媒体の加熱のための熱交換器が使用されている。この構成において、ＡＰＨは廃熱の温度レベルを高めるために使用されている。
【０１９６】
蒸気凝縮器からの廃熱が、一次空気（ＰＡ）、二次空気（ＳＡ）及び流動化空気（ＦＡ）の流れを予熱するのに使用される。これは高温凝縮器冷却水の僅かな部分を、残りの流れから分岐させ、それを水対空気熱交換器へ通過させることにより達成され、ここで、ＰＡ、ＳＡ及びＦＡ流は約１００°Ｆの温度に予熱される。ついで、低温冷却水が循環して塔に戻される。これは冷却塔の負荷を軽減させ、冷却塔について必要な水量を減少させることになる。
【０１９７】
予熱されたＰＡ及びＳＡ流は、ＰＡファン及びＦＤファンへ送られ、ついでＡＰＨの一次及び二次空気セクターを通るようになっている。ＡＰＨのＳＡセクター内で加熱されたＳＡ流はボイラー風箱（ウィンドボックス）へ送られ、そこでバーナーへ分配される。ＳＡ流の一部（ここでは、高温ＰＡと呼ぶ）がＡＰＨの下流で抜き取られる。低温ＰＡ流の温度は１４０°Ｆ程度であり、高温ＰＡの温度は７５０°Ｆ程度である。ＰＡ流の残りの部分は石炭粉砕機へ送られる。
【０１９８】
高温ＰＡ流は空気対水熱交換器に通過させ、そこで熱を熱伝達液（この場合、水）へ移す。この温水はイン・ベッド熱交換器を通って循環され、その熱を流動床へ移す。熱交換器を通過した後の高温ＰＡ流は温度が２００〜２４０°Ｆの範囲となっている。ＦＡ流はその名が示すように、流動床乾燥機内の石炭を流動化させ、乾燥させるものである。
【０１９９】
一定の形状寸法（すなわち、所定の分配面積）の乾燥機にとって、ＦＡ量（すなわち、低温（常温）及び高温ＰＡ流の合計）は一定である。このＢＣ構成において、ＦＡ流の温度は、高温ＰＡ流と低温ＰＡ流との比を変化させることにより制御することができる。高温ＰＡ流が増大すると、イン・ベッド熱交換器にとって利用可能な熱量が増大する。これにより、流動床乾燥機において石炭から除去できる石炭水分の量が増加する。乾燥機にとって必要な全てのＦＡが高温ＰＡ流として吐出された場合に、最大の石炭乾燥が達成される。この運転モードはイン・ベッド熱交換器配管の最大表面温度及び最大ベッド温度を生じさせることになる。
【０２００】
高温ＰＡ流が増大すると、ＡＰＨを通るＰＡ流及び総空気流の量（ＰＡ＋ＳＡ）が増大する。ＡＰＨを通るこの空気流の増大はＡＰＨを離れる煙道ガス温度を低下させることになり、これは排気塔での損失低下、ならびにボイラー効率及びユニット効率の増大をもたらすものとなる。従って、このＢＣ構成での性能改善は、乾燥された石炭が発電所に送られ、現場乾燥なしで燃焼させた場合と比較してより高いものとなる。
【０２０１】
このＢＣオプションは、高水分の亜炭又はＰＲＢ炭を燃焼させる現存の発電所の改装又は新規な発電所の設計に使用し得る可能性が大きい。なぜならば、これらのものは一般にトリセクターＡＰＨ（複数）を備えているからである。
【０２０２】
構成Ｂ：高温（ＨＴ）例
このＨＴオプションは、ＢＣオプションと比較して、より小さい密接度で発電所機器と一体化されている。この場合、図４６に明瞭に示すように、ＦＡ流は、ＰＡ流及びＳＡ流から別れている。このＨＴ例は、２セクターＡＰＨ、ＰＡ／ＳＡ流及びＦＡ流を予熱するための熱交換器、流動床乾燥機（ＦＢＤ）ファン、流動床乾燥機及び高温煙道ガスを使用してイン・ベッド熱交換器のためのＦＡ流及び水を加熱するための熱交換器を含むものである。
【０２０３】
ＢＣ例と同様に、蒸気凝縮器からの廃熱を使用してＰＡ＋ＳＡ流及びＦＡ流を予熱するようになっている。これは高温凝縮器冷却水の一部を流れの残部から分流させ、それを水対空気熱交換器に通過させることにより達成され、ここで、ＰＡ＋ＳＡ流及びＦＡ流が約１００°Ｆの温度に予熱される。ついで、低温冷却水が循環して塔に戻される。これは冷却塔の負荷を軽減させ、冷却塔について必要な水量を減少させることになる。
【０２０４】
予熱された一次（ＰＡ＋ＳＡ）流は、ＦＤファンを通過し、ついでＡＰＨを通り、ここでさらに加熱される。このＰＡ流はＳＡ流から分岐され、石炭粉砕機へ送られる。ＳＡ流はボイラーの風箱に送られ、そこでバーナーに分配される。
【０２０５】
予熱されたＦＡ流はＦＤファンを通過し、そこで、その圧力が約４０”に増大する。ついでこのＦＡ流は空気対水熱交換器を通過し、そこでその温度が２００〜２４０°Ｆの範囲に上昇する。この加熱されたＦＡ流はついで、流動床乾燥機へ送られ、そこで石炭を流動化させ、乾燥させる。イン・ベッド熱交換器のための水は、直列的に配置された水対水熱交換器内で加熱される。
【０２０６】
双方の熱交換器のための熱が、ＡＰＨの上流の高温煙道ガスから抜き取られる。この場合、熱伝達媒体として、水又は他の適当な液体が使用される。他の、より簡単な構成も可能である。例えば、熱伝達媒体を、上述の３つの熱交換器を組み合わせて１つの組合せ熱交換器とすることにより省略することができる。このような構成において、ＦＡ流は組合せ熱交換器の煙道ガス対ＦＡ部内で加熱され、イン・ベッド熱交換器のための水は組合せ熱交換器の煙道ガス対水部内で加熱される。しかし、この分析の目的において、熱交換器の構成の細部は重要な事柄でない。
【０２０７】
熱交換器を通過した後、より冷たくなった煙道ガスは２セクターＡＰＨを通過し、そこでさらに冷却される。この熱交換器配置の結果、ＡＰＨを離れた煙道ガスの温度は、ＡＰＨの上流での熱抜き取りがない場合に比較してより低温となる。しかし、ＡＰＨに導入されるＰＡ＋ＳＡ流が凝縮器からの廃熱を使用して予熱されるから、ＡＰＨの低温端の金属マトリックスの温度は、硫酸の付着に起因する熱伝達面の腐食及び目詰まりを増大させるほど低過ぎることはない。
【０２０８】
ＨＴ構成により達成することができる性能の改善はＢＣ構成のものと比較して小さいものと予想される。予備的計算の結果はこれを確認させるものである。さらに、ＦＡをＢＣ構成と同様の温度に加熱することができるから、流動床乾燥機のサイズはＢＣ構成のものと似たもの、あるいは同一のものとなろう。
【０２０９】
このＨＴ構成は、イースタン瀝青炭（ＥＢ）用に当初、設計された発電所であって、放出物及び／又は運転コストを減少させるために、Ｐｏｗｅｒ  Ｒｉｖｅｒ  Ｂａｓｉｎ（ＰＲＢ）炭やＰＲＢ／ＥＢ炭ブレンドを使用しない発電所で組み込まれる可能性が大きい。
【０２１０】
構成Ｃ：低温（ＬＴ）例
このＬＴオプションは、ＨＴオプションと似ている。しかし、図４７に明瞭に示すように、主な違いは、ＦＡ流を予熱するための熱はＡＰＨの下流の煙道ガスから抜き取られることである。ＦＡ流はＰＡ流及びＳＡ流から別れている。このＬＴ構成も、２セクターＡＰＨ、ＰＡ／ＳＡ流及びＦＡ流を予熱するための熱交換器、ＦＢＤファン、流動床乾燥機及び低温煙道ガスを使用してイン・ベッド熱交換器のためのＦＡ流及び水を加熱するための熱交換器を含むものである。
【０２１１】
ＢＣ構成及びＨＴ構成のものと同様に、蒸気凝縮器からの廃熱を使用してＰＡ＋ＳＡ流及びＦＡ流を予熱するようになっている。これは高温凝縮器冷却水の一部を流れの残部から分流させ、それを水対空気熱交換器に通過させることにより達成され、ここで、ＰＡ＋ＳＡ流及びＦＡ流が約１００°Ｆの温度に予熱される。ついで、低温冷却水が循環して冷却塔に戻される。これは冷却塔の負荷を軽減させ、冷却塔について必要な水量を減少させることになる。
【０２１２】
予熱された一次（ＰＡ＋ＳＡ）流は、ＦＤファンを通過し、ついでＡＰＨを通り、ここでさらに加熱される。このＰＡ流はＳＡ流から分岐され、石炭粉砕機へ送られる。ＳＡ流はボイラーの風箱に送られ、そこでバーナーに分配される。
【０２１３】
蒸気凝縮器からの廃熱により予熱されたＦＡ流はＦＤファンを通過し、そこで、その圧力が約４０”に増大する。ついでこの高圧ＦＡ流は空気対水熱交換器を通過し、そこでその温度が約２５０＋°Ｆの範囲に上昇する。プロセス廃蒸気源が利用可能である場合は、蒸気／空気ヒーター（ＳＡＨ）を使用してこのＦＡ流の温度をさらに上昇させ、流動床乾燥機の乾燥能力を増大させることができる。この加熱されたＦＡ流はついで、流動床熱交換器へ送られ、そこでイン・ベッド熱交換器のための水が加熱される。より冷たくなったＦＡ流は流動床乾燥機へ送られ、そこで石炭を流動化させ、乾燥させる。
【０２１４】
この場合、ＦＡ流及びイン・ベッド熱交換器のための温水の温度が、ＢＣ及びＨＴ構成と比較して低いから、これは流動床乾燥機の乾燥能力を低下させるものとなる。その結果、流動床乾燥機はＢＣ及びＨＴ構成と比較してサイズがより大きいものとなる。これはより大きいＦＡ要求及びより高いＦＢＤファン出力をもたらすものとなる。さらに、この乾燥機で除去できる石炭水分量が少なくなる。従って、このＬＴ構成の性能はＢＣ及びＨＴ構成のものと比較して劣ることになる。
【０２１５】
ＬＴオプションはＨＴ例と比較して何らの利点を提供するものではない。なぜならば、その機器は非常に似ているが、異なって構成されており、システムの性能はＢＣ及びＨＴ構成と比較して劣っている。
【０２１６】
ＨＴ構成と、ＬＴ構成との組合せも可能である。その場合は、熱はＡＰＨの上流及び下流の煙道ガスから抜き取られる。これをさらに、蒸気凝縮器からの廃熱利用と組み合わせることができる。ＨＴ／ＬＴの組合せオプションは運転上の柔軟性を増大させるものとなるが、必要機器の量及び資本コストがかなり増大することになる。
【０２１７】
構成Ｄ：超低温（ＵＬＴ）例
図４８に示すＵＬＴ構成においては、ＦＡ流はＰＡ＋ＳＡ流から分岐され、凝縮器からの廃熱を使用して約１００°Ｆの温度に加熱される。イン・ベッド熱交換器のための熱は、高温凝縮機冷却水を熱交換器配管を通って循環させることにより直接、供給される。その結果、配管表面温度がほぼ１００°Ｆとなる。この場合、煙道ガスからの廃熱は利用されない。
【０２１８】
ＦＡ流の温度及びイン・ベッド熱交換器のための水の温度が前述の構成、Ａ、Ｂ及びＣのものと比較してかなり低くなるから、非常に大きいＦＢ乾燥機が必要となる。さらに、乾燥機の乾燥能力ならびに乾燥機で除去可能な石炭の水分量がかなり小さいものとなる。しかし、このオプションで必要となる機器は少なくて済み、それにより資本コストが節減されることになる。
【０２１９】
このオプションは、凝縮器からの廃熱を使用し、冬季において、ＡＰＨへのＰＡ＋ＳＡ流を予熱することにより変更することができる。これによりＰＡ＋ＳＡ流を凍結温度以下にならないように保持するためプロセス蒸気を使用しなくともよくなる。
【０２２０】
このＵＬＴ例の他の可能な変更は、ＳＡＨの使用であり、それによりＦＡ流の温度を上昇させ、乾燥機の性能の改善を図ることができる。
【０２２１】
構成Ｂの乾燥機システムに従って亜炭（８２５°Ｆ対６５０°Ｆの煙道ガス）及びＰＲＢ（８２５°Ｆの煙道ガス）炭を異なるレベルに乾燥させたときのボイラーの効率に対する影響が図４９に示されている。より乾燥させた石炭は、ボイラーの燃焼効率をより高いものとする。この場合、８％のボイラー効率の上昇が実現された。
【０２２２】
４つの異なる乾燥機構成、Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤを、８２５°Ｆの煙道ガス温度での亜炭へ適用した場合の結果が図５０に示されている。低温及び超低温構成（Ｃ及びＤ）はボイラー効率の最良の向上を示した。
【０２２３】
上記の４つの異なる乾燥機構成を使用し、亜炭を燃焼させた場合、ならびに上記高温構成を使用し、ＰＲＢ炭を燃焼させた場合についてＡＰＨから出る煙道ガス温度に対する影響が図５１に示されている。これらのオプションの全てについて、煙道ガスは８２５°ＦでＡＰＨに導入された。最も低い煙道ガス出口温度（２０％水分の石炭について２１０°Ｆ）が上記低温構成（Ｃ）について実現されている。このことは、ＡＰＨに流入する煙道ガス内に含まれる熱量がこのオプションで、より生産的に使用されたことを意味する。
【０２２４】
亜炭及びＰＲＢ炭について、ＡＰＨ（ＩＤファン入口）から出る煙道ガスの流量に対する影響が図５２に示されている。より低い水分量の石炭がボイラー内で燃やされたとき、より低い流量がもたらされた。従って、より乾燥した石炭が使用された場合は、煙道ガスを処理するのに必要なスクラバー及び集塵器の大きさはより小さくて済む。さらに、煙道ガスを汲出すのに要するＩＰファンを操作させるのに使用されるエネルギーのレベルはより低くてよい。
【０２２５】
図５２には、異なる水分レベルの亜炭及びＰＲＢ炭について、ボイラーに入る空気流に対する影響が示されている。水分レベルが低いほど、この空気流量も減少する。従って、必要なファンの大きさは、より小さくてよく、エネルギーコストも節減できる。
【０２２６】
二次空気流を駆動させるのに使用されるＦＤファンについて、要求電力に対する影響が図５３に示されている。石炭中の水分レベルが低いほど、要求電力が若干減少する。これは空気流が、より小さくなるからである。
【０２２７】
上記の４つの異なる乾燥機構成における亜炭及びＰＲＢ炭について煙道ガスを駆動させるのに使用されるＩＤファンについて要求電力に対する影響が図５４に示されている。この領域において、より大きいエネルギー節減が達成されている。再び、低温構成Ｃが、最も大きいエネルギー要求低減を提供するものと思われる。これは非常に有意義なことである。なぜならば、発電所は４つのＩＤファンを使用するので、その効果が４倍になるからである。
【０２２８】
亜炭（８２５°Ｆ対６５０°Ｆの煙道ガス）及びＰＲＢ（８２５°Ｆの煙道ガス）炭について、石炭流量に対する影響が図５５に示されている。ボイラー効率の利得のため、必要とする石炭流量が低減し、乾燥プロセスのため、石炭の重量が減少する。従って、発電所を操作させるのに必要な熱を生じさせるために石炭をできるだけ迅速にボイラーに供給しなければならないというような必要性はなくなる。
【０２２９】
図５６に示すように、石炭の水分量が低ければ低いほど、粉砕機を操作させるのに要するミル駆動力も、より小さくて済む。要求電力の２０％の減少が実現されている。これは有意義なことである。なぜならば、発電所は石炭を粉砕するのに、６〜８個の粉砕機を必要とすることがあるからである。
【０２３０】
亜炭及びＰＲＢ炭を乾燥させるのに使用された異なるタイプの乾燥機構成について、正味ユニット発熱率に対する影響が図５７に示されている。正味ユニット発熱率は、ボイラー効率の増大、タービン効率の増大、乾燥システムにより生じる所内要求度の軽減に関係する。これは電力を作るのに必要な総エネルギーを示すものである。図５８に示すように、この正味ユニット熱流は、より低い水分量の石炭の場合に減少する。上述の低温度構成が最良の結果を示している。しかし、上述の基本例も良好な結果を示している。
【０２３１】
図５９は、前記の異なる種類の乾燥機構成について、冷却塔に戻された熱に対する影響を示している。高温凝縮機冷却水のある部分が分流されファンルームコイルを加熱するようにしたから、冷却塔における熱の損失は小さい。前記超低温オプションは最良の結果を示し、前記低温オプションはその次の良好な結果を示している。
【０２３２】
これらの結果は、石炭原料を乾燥させるための本発明の低温乾燥プロセスにおいて、発電所で利用可能な廃熱源の使用が、発電所運転効率を有意に向上させることを総合的に実証するものである。すなわち、ボイラー効率、正味ユニット熱流、及びファンならびにミルパワーの全てについて改善がもたらされた。これらの改善の程度は、使用される特定の石炭乾燥システムの構成によって決まるが、３８．５％から２０％への亜炭水分量の減少により、３５０から５７０ＢＴＵ／ｋＷｈ（３．４〜５．４％）の範囲内の熱流改善がもたらされる。ＰＲＢ炭についての性能改善は、幾分小さいが、ＰＲＢ炭の場合は、亜炭の３８．５％水分量ではなく、３０％水分量で出発したという事実に主として起因するものである。
【０２３３】
実施例Ｖ−パイロット乾燥機による石炭粒子分離結果
Ｇｒｅａｔ  Ｒｉｖｅｒ  Ｅｎｅｒｇｙ社（ノース・ダコタ、アンダーウッド）により建設されたパイロット流動床石炭乾燥機で、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。この乾燥機の能力は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、灰分及び硫黄等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。
【０２３４】
乾燥機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、水ひ微粉及び分離流が含まれていた。試験の間、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、灰分及び水銀についての分析が行われた。サンプルのあ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さらなる分析が行われた。
【０２３５】
パイロット石炭乾燥機は、種々の運転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分ベースで乾燥機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及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。
【０２３６】
このパイロット乾燥機の主な構成部材は、石炭用篩、石炭搬送装置、貯蔵所、流動床乾燥機、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（集塵器）、計器、及び制御／データ取得システムであった（図２８参照）。ねじ錐は石炭を乾燥機に供給したり、製品を乾燥機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、乾燥機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及び乾燥機への総石炭投入量を提供させるのに使用した。分離流及び集塵器水ひ物（elutriation）は運搬箱に集められ、これら運搬箱は試験の前及び後に計量した。産出製品流を、秤を備えた重力トレーラに集めた。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／時で乾燥機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／時を投入し、床コイルは約２５０，０００ＢＴＵ／時を投入するものであった。これは毎時約６５５ポンドの水を除去するのに十分な熱量及び空気流であった。
【０２３７】
代表的な試験において、石炭貯蔵所に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、重力トレーラの秤の読みを記録した。原料の石炭サンプルを貯蔵所への充填の間、又は試験の間に、集塵器、分離流及び重力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、この集塵器及び全てのねじ錐ならびにエアロックをスタートさせた。供給エアーファンをスタートさせ、５０００ｓｃｆｍに設定した。ついで、乾燥機への石炭供給をスタートさせ、乾燥機を満たすため高速で操作させた。乾燥機において、いったん、床が確立したとき、空気温度を上昇させ、加熱を床コイルに割り当て、空気流を所望の値に調整した。ついで、これら試験を２〜３時間継続させた。１つの試験は８時間継続させた。試験の後、運搬箱を計量し、重力トレーラのスケールの読みを記録した。この試験からの計器の読みをエクセルのスプレッドシートに移し、石炭サンプルを分析のため実験室へ運んだ。ついで、運搬箱及び重力トレーラを空にし、次の試験のための準備を行った。
【０２３８】
２００３年の秋、１５０トンの亜炭を、３９の異なる試験において、２３．５ｆｔ２の分配面積を有する単一段パイロット乾燥機に通過させた。石炭は流動床内に３０００〜５０００ポンド／時の流量で供給した。空気流は、４４００ｓｃｆｍ（３．１ｆｔ／秒）〜５４００ｓｃｆｍ（３．８ｆｔ／秒）に変化させた。石炭中の水分減少は、乾燥機への供給速度及び熱投入量の関数である。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／分で供給した場合、水除去速度は０．１３ｌｂｓ／ｌｂ石炭となることが期待される。
【０２３９】
２００４年の夏、乾燥機を２段のものに変更し、非流動化粒子の除去の改善を図り、より大きい床コイルを設置した。乾燥機モジュールを変更した後、その乾燥機の能力は、約７５０，０００ＢＴＵ／時に増加し、水の除去速度は１１００ｌｂｓ／時となった。この新たなモジュールではさらなる５０トンの石炭が乾燥された。この変更モジュールではさらに、第１段からの分離流の収集が可能であった。この分離流は非流動化物質であり、第１段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。
【０２４０】
表２はこの乾燥機での、供給流、水ひ流、分離及び製品流の石炭の品質を示している。このデータは、水ひ流は水銀及び灰分が多く、分離流は水銀及び硫黄が多く、製品流では、熱量、水銀、灰分及びＳＯ２／ｍＢＴＵｓについてのか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、分離流は８メッシュ以上のものからなっていた。
【表２】
2010523935.tif 000005
【０２４１】
従って、試験４４では、製品流において、水銀及び硫黄をそれぞれ、４０％及び１５％減少させた。
【０２４２】
床温度の時間的変化を床の６箇所で測定したもの、及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、乾燥機についての質量及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。
【０２４３】
図３０は、改良されたパイロット乾燥機を使用した７つの試験についての分離流製品の構成を示している。試験４１では、４８％の硫黄及び水銀、わずか２３％のＢｔｕ、２５％の重量を含む分離流を用いたもので最良の結果が得られた。
【０２４４】
実施例ＶＩ−いくつかのさらなる粒子分離結果
２００４年の９月と１２月の間において、ノースダコタ州アンダーウッドに建設された改良２段パイロット乾燥機で、１１５トンのカナデアン亜炭を乾燥した。１日の試験で３ないし２０トンの亜炭を２０００〜７０００ｌｂｓ／時の流速で乾燥機を通過させた。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。
【０２４５】
石炭貯蔵所上に配置させたロードセルにより、乾燥機への流量及び総石炭投入量を検出した。分離流及び集塵器洗浄物は運搬箱（複数）に集められ、これら運搬箱は試験の前及び後に計量した。産出製品流を、スケールを備えた重力トレーラに集めた。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／時で乾燥機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／時を投入し、床コイルは約５００，０００ＢＴＵ／時を投入するものであった。これは、周囲条件及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及び空気流であった。
【０２４６】
乾燥機の排出量は、代表的には、７０００ｌｂｓ／時の流量で、２０％の水ひ物及び分離流と、８０％の製品とであり、この割合は乾燥機への石炭流量を減少させたとき増大した。試験の間、サンプルを各流れから採取し、供給原料と比較した。分離流（ＳＳ）流は一般に４２０〜８４０ｌｂｓ／時に設定した。乾燥機への流量を減少させたとき、それにより排出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、排出量％として増加する傾向を示した。これは乾燥機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。
【０２４７】
代表的な試験において、石炭貯蔵所に１８，０００ポンドの１／４インチ以下（マイナス）の大きさの石炭を充填した。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。パイロット乾燥機に、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貯蔵所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、パイロット貯蔵所へ送入させた。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。集塵器（ＤＣ）、分離流（ＳＳ）及び重力トレーラ（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石炭を乾燥機に通過、処理した際に、重力トレーラ、ＤＣ運搬箱及び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。
【０２４８】
これらの運搬箱を空にして、重量秤の読みを記録した。ついで、集塵器及び全ての製品ねじ錐及びエア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、乾燥機への石炭供給を開始し、高速で操作し、乾燥機に充填させた。乾燥機内において、床が確立したとき、空気温度を上昇させ、床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。これらの試験を２〜７時間続行させた。これら試験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。
【０２４９】
表３、４はカナデアン亜炭の試験の結果を示すものである。表４には、乾燥機投入量、合計又は排出流、実際のもの及び計算によるもの、総水分量及び投入量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石炭の試験についての３つの排出流についてのデータが含まれている。
【表３】
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【表４】
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【０２５０】
試験５２、５７、５８及び５９は前記鉱山Ｎｏ．１石炭について行ったものである。試験５８は管理された試験であり、試験５２、５８及び５９では、乾燥機運転の間において、貯蔵所に石炭を満たしたものである。
【０２５１】
試験５２は、石炭中の水分の２５％を除去し、さらなる試験のためＧＴＩへの輸送のため袋詰めする目的で行った。このタイプの試験の間において、石炭を乾燥機内に供給すると同時に、貯蔵所に石炭を充填させ、それにより投入量を追跡することが困難であった。この試験のため、総排出量を供給石炭総水分に対し修正することにより投入量を概算した。試験５２は３週間にわたり、別々の６日に行った。この試験の２日目の後、床は投棄せず、石炭を乾燥機内にプラス２日間、かなり乾燥した条件下で残した。この石炭の燻りをＳＳ運搬箱及び乾燥機床内で行った。乾燥機を始動させたとき、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及びそれがなされた時間、このユニットの運転停止の時の床の温度は、この問題に寄与するものであった。我々は試験を１日を越えて継続させずに、適当な冷却を施すことなく、石炭を乾燥機床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。
【０２５２】
試験５７、５８及び５９は全て１日の試験である。この試験５７及び５９において、乾燥運転の間において石炭を貯蔵所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。試験５７は、石炭入口流量を約７０００ｌｂｓ／時で行った。試験５８及び５９は、石炭入口流量を約５０００ｌｂｓ／時で行った。１２月初期のより低い温度により乾燥機の能力が低減された。試験５９では水銀分析器は誤作動した。
【０２５３】
表４の結果は、分離流が、石炭供給流の熱量を維持させつつ、石炭供給流から硫黄及び水銀のか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。
【０２５４】
実施例ＶＩＩ−試作システムの結果
Ｃｏａｌ  Ｃｒｅｅｋで用いた試作の石炭乾燥システムは、蒸気凝縮器及び高温燃焼排ガスからの廃熱を用いて石炭乾燥に用いられる空気を加熱することに基づいたものである。そのプロセスの工程系統図を、図６０に模式的に示してある。
【０２５５】
試作石炭乾燥システム及びＦＢＤは、Ｇｒｅａｔ  Ｒｉｖｅｒ  Ｅｎｅｒｇｙ（ＧＲＥ）が召集したチームが設計した。流動化／乾燥空気を高温冷却水の一部の主冷却水流からの分流ならびにそれの水−空気熱交換器（ファン室コイル）通過のシミュレーションを行うのに用いられる高温水源によって間接的に加熱することで、空気予熱器（ＡＰＨ）入口での空気温度を上昇させた。
【０２５６】
低温ＰＡ流と称される一次空気（ＰＡ）流の一部を、ファン室コイルの下流でＡＰＨから上流の主ＰＡ流から抜き取った。ＰＡの残りの部分はＡＰＨを通って流れ、その温度は上昇した。高温ＰＡ流と称されるＰＡ流の一部は、ＡＰＨの下流で抜き取った。ＰＡの残りの部分は石炭ミルに流れていった。
【０２５７】
高温ＰＡは空気−水熱交換器を通ってながれ、そこでそれは、流動床に沈められた熱交換器（イン・ベッド熱交換器）を取って循環する水と熱交換した。循環水との熱交換の後、その温ＰＡを、混合ボックス１及び２（ＭＢ１及び２）で低温ＰＡと混合した。これら二つのＰＡ流の混合物は、石炭乾燥機の第１及び第２の段用の流動化／乾燥空気流を形成した。この試作設計を用いると、高温及び低温のＰＡ流の比を変えることで、流動化／乾燥空気流の温度を変動させることが可能となった。
【０２５８】
この配置により、流動化／乾燥空気の温度及びイン・ベッド熱交換器への高温循環水の温度を１１０°Ｆレベルから２００°Ｆ以上に上昇させることが可能となった。この大幅な温度上昇は、流動化空気及び熱源の温度が上がるにつれて小さくなる流動化／乾燥空気の流量及びＦＢＤディストリビュータの大きさならびにイン・ベッド熱交換器の大きさに対して非常に良好な効果を有していた。
【０２５９】
ＦＢＤに要求される高温ＰＡ流は、ミルに要求されるＰＡ流とともにＡＰＨを通って流れた。これにより、合計ＰＡ流が増加し、従ってＡＰＨを通る合計空気流が増加した。結果的に、ＡＰＨ冷却能力及びＡＰＨ能力率比（Ｘ比）が上昇し、ＡＰＨ出口での燃焼排ガス温度が低下した。出口燃焼排ガス温度が低くなることで、ボイラー効率及びユニット性能はさらに向上する。
【０２６０】
乾燥機用の石炭供給は、既存の石炭貯蔵所Ｎｏ．２８から供給した。湿った石炭（供給流）を振動式石炭フィーダーによって石炭粉砕機に送り、粉砕及び篩い分けして１／４インチとした。粉砕した石炭を振動篩によって篩い分けし、乾燥機入口ホッパーに運んだ。２台の回転式石炭フィーダー（エアロック）が、石炭をＦＢＤの第１の段に供給した。篩迂回流を、迂回コンベヤーを用いて、乾燥機を出る製品流と混合した。その二つの流れの混合は、石炭サンプリング箇所の下流で行った。
【０２６１】
乾燥機を出た乾燥した石炭（製品流）は、石炭貯蔵所Ｎｏ．２６に貯蔵して、石炭ミル２６に送った。石炭コンベヤー及びバケットエレベーターを用いて、乾燥石炭をＮｏ．２６貯蔵所に輸送した。乾燥機から貯蔵所に製品流を輸送しながら、それを冷却したところ、その温度は約１０°Ｆ低下した。
【０２６２】
試作石炭乾燥システムは、モジュール方式で設計して、石炭の漸進的乾燥ができるようにした。各石炭乾燥モジュールは、全石炭流の一部を乾燥させるものであり、環境制御にも含まれる（防塵用のバグハウス）。使用される４つ全ての石炭乾燥モジュールを用いると、石炭供給物の１００％を乾燥させることが可能である。
【０２６３】
石炭の流動化及び加熱ならびに石炭水分の除去は、高温流動化空気によって流動床内で行った。その空気流は、石炭床を通って上方に流れながら、冷却及び加湿した。流動化石炭の床から除去可能な水分の量は、流動化空気流の乾燥能力によって制限された。流動化空気流の乾燥能力は、イン・ベッド熱交換器によって床にさらなる熱を供給することで高めることができた。イン・ベッド熱交換器は、流動化空気流の乾燥能力を高めるだけでなく、所望の程度の石炭乾燥を達成するのに必要な乾燥空気の量をも低減する。イン・ベッド熱伝達表面が十分であることで、流動化／乾燥空気流を、１〜１．２ｍ／ｓの表面流動化速度に相当する値まで低下させることができた。
【０２６４】
試作乾燥機設計データを表５にまとめてある。総ディストリビュータ面積は３０８ｆｔ２であり、総イン・ベッド熱交換器面積は８６３６ｆｔ２であった。乾燥機を３０５ｋｌｂ／時の空気を用いることで流動化して、１．０〜１．２ｍ／ｓの範囲の表面流動化速度となった。
【０２６５】
表５のデータで明らかなように、設計によって決まる個々の床コイルについての熱伝達面積は、１１４４〜１９８２ｆｔ２で変動した。１８Ｂｔｕ／時−ｆｔ２−Ｆのフィン付きチューブについての平均熱伝達係数を、ＧＲＥ及びＢａｒｒの技術者が実験で測定した。
【表５】
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【０２６６】
試験用流量計によって測定した全ての床コイルを通る循環水の流量は、約１６００ｇｐｍ（７５８ｋｌｂｓ／時）であった。プラント流量計の指示値は約１４％低かった（すなわち、６５０ｋｌｂｓ／時）。
【０２６７】
２００６年３月２２日から５月１２日までの期間中、基底線石炭供給速度７５トン／時、流動化空気温度範囲１６５〜１９０°Ｆ及び平均床コイル温度２１０°Ｆの制御条件下に、１６の乾燥機性能試験を行った。これらの運転条件下で、乾燥機へのイン・ベッド熱投入は、１５〜１６ＭＢｔｕ／時の範囲であった。
【０２６８】
測定及び予測（シミュレーション）乾燥機性能の比較を、図６１及び６２に示してある。製品流で測定された総含水量を、流動化空気温度の関数として図６１に示してある。乾燥機シミュレーション結果は、実線で示している。図６１で明らかなように、測定製品含水量と予測製品含水量との間には非常に良好な一致がある。その結果は、試作品乾燥機が比較的低い流動化空気温度で運転されたことも示している。流動化温度の上昇は、乾燥機性能に対して良好な効果を有する。
【０２６９】
図６２は、試作乾燥機での石炭水分減少の測定値と予測値を比較している。いくつかの試験点を除き、測定値とシミュレーションの間には非常に良好な一致がある。目標とする水分除去レベル８．４５％は、１８０°Ｆ以上の流動化温度で試作乾燥機を運転させることで容易に到達した。
【０２７０】
制御乾燥機試験時に供給流及び製品流で測定された総石炭水分（ＴＭ）及び高位発熱量（ＨＨＶ）を表６にまとめており、図６３及び６４に示している。試験１６の結果は、他の試験と比較して、ＴＭ含有量がかなり高く、ＨＨＶ値が高いことを示しており、従ってデータの統計解析には含めなかった。結果は、平均水分減少が８．０８±０．４２％であったことを示している。ＨＨＶは平均で、７２７±６２Ｂｔｕ／ｌｂ改善された。表６における偶然誤差は、９５％信頼区間を表している。制御試験時のＴＭ及びＨＨＶにおける変動を図６３及び６４に示している。ＨＨＶにおける改善及び総石炭含水量における低下を図６５に示している。
【表６】
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【０２７１】
注：試験１６からのデータは異常値と見なし、平均及び標準偏差の計算値には含めていない。
【０２７２】
石炭品質データを、２００６年３月〜４月の期間にわたる通常乾燥機運転時に集めた。結果を表７ならびに図６６及び６７に示している。
【表７】
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【０２７３】
通常乾燥機運転時に達成された平均水分低下は、８．２３±０．６％であった。これは、制御性能試験時に達成された合計水分低下とほぼ同じである。通常乾燥機運転時のＨＨＶにおける改善は７５２±７４Ｂｔｕ／ｌｂであった。データの正確さの範囲内では、これは制御乾燥機性能試験時に達成されたＨＨＶにおける改善と同じである。これは、制御試験時に測定された乾燥機性能が長期間にわたって維持可能であることを意味している。
【０２７４】
試作乾燥機についての最大設計石炭供給速度は、１１２．５トン／時である。それぞれ最大供給速度で動作する４台の乾燥機を使用すると、Ｃｏａｌ  Ｃｒｅｅｋでのユニット２における全負荷石炭供給量全て（４５０トン／時）を乾燥させることが可能であると考えられる。
【０２７５】
３つの最大能力試験（ＣＴ１、ＣＴ２及びＣＴ３）を２００６年６月２３日に実施し、その際に、石炭供給速度を最初の７５トン／時の基底線値から９０トン／時に、最後に１０１トン／時の最大値に上昇させた。石炭運搬システム及び集塵器ファンパワーにより、最大石炭供給速度に制限が加わり、それは設計値に１０％足りないように思われた。
【０２７６】
最大能力試験データは、表８〜１０にまとめてある。表８に示した乾燥機の運転条件は、流動化空気及び循環水の入口温度を上げて、乾燥機に対するより高い石炭供給を扱うために、基底線値より高くしたことを示している。１０１トン／時の最大石炭供給速度では、流動化空気温度は基底線運転と比較して４０°Ｆ高く、循環水温度は２０°Ｆ高かった。これは、混合ボックス１及び２への高温ＰＡ流を増加させることで達成された。１０１トン／時の供給速度では、乾燥した石炭は、ボイラーへの合計石炭供給量の２１％を占めていた。
【表８】
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【表９】
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【表１０】
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【０２７７】
最大能力試験で達成された石炭水分の低下を、表９にまとめてある。結果は、７〜９％分の範囲（相対２０〜２６％）での石炭水分低下が達成されたことを示している。ボイラーへの石炭供給中の平均石炭水分（乾燥お石炭及び湿った石炭の混合物）は、１．３〜１．７％の範囲であった。
【０２７８】
表１０に示したように、水分として改善された石炭ＨＨＶを、試作石炭乾燥機中の石炭から除去した。達成されたＨＨＶ改善は、８７５〜１２８０Ｂｔｕ／ｌｂの範囲又は１４から２１％であった。ボイラー石炭供給のＨＨＶでの改善は、１６０〜２７０Ｂｔｕ／ｌｂの範囲又は２．６〜４．４％であった。
【０２７９】
第１の乾燥機段の底に沈んだ流動化できない材料は、機械駆動ねじ錐ならびにロック、ゲート及び洗浄ボックスのシステムにより、分離流として乾燥機から除去した。サンプルを分離流から取り、分析してそれの組成を求めた。基底線石炭供給装置について、結果を表１１及び１２ならびに図６８〜７１に示してある。
【０２８０】
５月から６月の期間中に回収したサンプルから測定した供給流、製品流及び分離流の総水分、硫黄及び水銀含有量ならびにＨＨＶを表１１にまとめてある。供給流と比較して、製品流の総含水量はかなり低く、それのＨＨＶは高かったが、アンダーカット流の含水量及びＨＨＶは、供給流と同様であった。これらの実験所見は、乾燥機で除去される総水分のうちの１０％のみが第１の段で除去されることを示す乾燥機シミュレーション結果と一致している。
【０２８１】
表１２は、供給流のパーセントとしての分離流の硫黄、水銀及びＨＨＶを表す。その結果は、乾燥機に入る供給流中の硫黄及び水銀の約３０％が第１の段で除去され、分離流として放出されたことを示している。その分離流も、入口ＨＨＶの約１０％を含んでいた。硫黄及び水銀をさらに濃縮し、ＨＨＶ含有量を減らすには、分離流をさらに処理する必要があった。分離流処理は、商業的な石炭乾燥システムに組み込まれる。
【０２８２】
最大乾燥機能力試験時に、分離流サンプルも回収した。これらの試験の際、ゲートサイクル時間を、パラメトリックに７から１５秒で変動させて、第１段の分離特性を改善した。
【表１１】
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【表１２】
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【０２８３】
１６対の性能試験についてのプラントＣＥＭによって測定したＮＯｘ及びＳＯｘ放出、燃焼排ガス流量及び燃焼排ガスＣＯ２組成を表１３にまとめてある。前記で説明したように、部分乾燥した石炭を燃やすことで、燃焼排ガス流量は低くなった。乾燥機性能試験で達成された１．１４％の石炭水分低下の場合、燃焼排ガス質量流量の低下は０．５５％であった。
【表１３】
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【０２８４】
ペアのある性能試験時に測定されたＮＯｘ質量放出における平均７．５％の低下（図７２）は、燃焼排ガス流量における低下パーセントよりかなり高かった。ＮＯｘ放出におけるこの低下は、燃焼排ガス流量が低くなっていることでは説明できない。代わりに、その原因は、部分乾燥石炭を扱っていたミルＮｏ．２６への一次空気流量が低くなっていたためである。１９９７年にＣｏａｌ  ＣｒｅｅｋでＥＲＣ及びＧＲＥの技術者が行った燃焼至適化試験から、このプラントでのＮＯｘ放出は一次空気流に対して非常に感受性であり、一次空気流が低下するにつれてＮＯｘが減少することがわかっている。部分乾燥石炭を用いたら、Ｎｏ．２６ミルへの一次空気流量は平均で、３５５〜３１０ｋｌｂｓ／時へと低下して、１２％の低下であった。石炭ミルに変更を加えることで、一次空気流をさらに２５５ｋｌｂｓ／時まで低下させることが可能であろう。これは、ＮＯｘ放出のさらなる低減につながるものと期待される。
【０２８５】
稼働している商業的石炭乾燥システムを用いると、すなわち石炭ミルに送られる１００％乾燥石炭を用い、ミルへのＰＡ流が低下すると、ＮＯｘ放出における低下は１０％を超えることが期待される。
【０２８６】
一連の１６対パラメトリック試験時に測定された部分乾燥石炭を用いてＳＯｘ放出において測定された低下は、約０．８％であった（表１４及び図７３）。試験１４における赤色棒線は、誤った読みを表す。
【０２８７】
記録されたプラントデータ及び図７３で示された結果について精査すると、測定ＳＯｘ放出が湿った石炭と比較して部分乾燥石炭では高かった試験１２〜１４中に起こったＳＯｘ測定での問題が示唆される。これらの不一致は、ＳＯｘモニターによる誤動作で試験１２〜１４についてＳＯｘの読みが信頼性のないものであったことで説明される。最初の１１対試験及び１６対全ての試験についての結果比較では、ＳＯｘ低下に有意差が示される（最初の１１の試験では１．９％であるのに対して１６全ての試験では０．８％）。従って、部分乾燥石炭で達成されたＳＯｘ放出における実際の低下が１．９％の範囲であると仮定するのが妥当である。
【０２８８】
ＳＯｘ放出における低下パーセントは、燃焼排ガス質量流量における低下パーセントより大きい。これは、燃焼排ガス流量が低くなると、スクラバー周囲での燃焼排ガス迂回が減り（ＣＣＳは部分ガス洗浄床である）、結果的にＳＯｘ除去が高くなるためである。１００％部分乾燥石炭をボイラーで燃焼させると、湿ったスクラバーへの燃焼排ガス流量は、推定で４％低下する。ダブルエッジＡＰＨシールを用いることで達成できると考えられるＡＰＨ漏れの低下と組み合わせると、ガス洗浄した燃焼排ガス流のパーセントはさらに高くなり、ゼロスクラバー迂回構成に近づく。これにより、ＳＯｘ放出がさらに低下することになる。
【０２８９】
第１の乾燥機段で起こっている重力分離のため、分離流での硫黄濃度は、製品流及び供給流と比較して３倍高い。分離流における硫黄含有量のこの上昇は、第１の乾燥機段では、石炭より高い密度を有する黄鉄鉱が分離されることによって説明することができる。ＣＣＳでの試作石炭乾燥システムの本構成の場合、分離流が石炭乾燥機からの製品流に戻り、それと混合する。従って、第１の乾燥機段での硫黄除去の恩恵は実現されておらず、ＳＯｘ放出において測定された低減は、専ら燃焼排ガス流及びスクラバー迂回流が低くなっていることによるものである。
【０２９０】
商業的石炭乾燥システムを設計して、さらに分離流を処理する。処理後、分離流は、商業的乾燥機からの製品流とは混合しない。乾燥機供給の５〜１０％に相当する分離流を用いると、ボイラーへの硫黄の質量流量低下は７〜１２％の範囲になると考えられる。スクラバー迂回の低下及びボイラーへの硫黄投入量の低下による低下を組み合わせることで、１００％能力で動作するＣＣＳでの商業的石炭乾燥システムで達成できると考えられるＳＯｘ放出低下の可能性は、１２〜１７％の範囲であることが期待される。
【０２９１】
ＣＯ２質量放出における低下は、ユニット性能（正味ユニット発熱率）における改善に比例する。目標とする水分低下が８．５％であり、稼働中のファン室コイルを用いると、ＣＯ２における予想低下は約２．４％である。
【０２９２】
ＣＣＳでのペアのある性能試験中に達成されるＨｇ放出低下は、ユニット性能における改善に比例し、０．４％の範囲であると推定される。
【０２９３】
第１の乾燥機段からの分離流は、製品流及び供給流と比較して約３．５〜４倍のＨｇを含む（図７４〜７５参照）。分離流でのＨｇ含有量のこの上昇は、フォールカーク亜炭の場合、かなりの部分の水銀が第１の乾燥機段で分離される黄鉄鉱に結合していることで説明することができる。
【０２９４】
ＣＣＳでの試作石炭乾燥システムの本構成では、分離流は石炭乾燥機からの製品流に戻る。従って、Ｈｇ放出に対する第１の乾燥機段でのＨｇ除去の恩恵は実現されない。
【０２９５】
商業的石炭乾燥システムを設計して、分離流をさらに処理する。処理後、分離流は商業的分離機からの製品流とは混合せず、ＣＣＳボイラーでは燃焼されない。分離流が乾燥機供給の５〜１０％に相当すると、ボイラーへの水銀の質量流量低下推定値は１３〜２５％の範囲である（図７４〜７５を参照する）。
【０２９６】
多くの要素の中で、燃焼排ガス含水量及び滞留時間によって水銀スペシエーションが影響を受ける。目標の水分除去が８．５％であると、燃焼排ガス含水量は、湿った石炭の場合と比較して２．５％である。図７６に示した理論気相結果によれば、これによって、燃焼排ガスにおいて元素状水銀Ｈｇ０に約２０％の低下が生じるものと考えられる。異なった表現では、部分乾燥石炭を用いると、湿った石炭と比較して、約２０％多い元素状水銀が酸化される。酸化された水銀Ｈｇ＋２は水溶性であり、湿式スクラバーで除去することができる。
【０２９７】
さらに、滞留時間の増加が水銀酸化に良好な効果を有する。しかしながらこの効果は小さく、滞留時間の１秒増加当たり１％のレベルである。部分乾燥石炭を用いると、流量が低下するために滞留時間が長くなる。
【０２９８】
ＣＣＳでの総気相水銀濃度は、１５〜１８μｇ／Ｎｍ３の範囲である。これは、石炭及び燃焼排ガス流量中の水銀含有量から計算した燃焼排ガスＨｇ濃度と比べて遜色がない。さらに、ＣＣＳでの気相水銀の約６５％（１２μｇ／Ｎｍ３）が元素状水銀Ｈｇ０である。燃焼排ガス含水量の低下及び滞留時間延長による元素状水銀における２０％相対低下を仮定すると、湿式スクラバーにおいて９８％Ｈｇ除去とすると、燃焼排ガス流でのＨｇ０における低減は、１３％又は約２．３μｇ／Ｎｍ３になると考えられる。
【０２９９】
流動床石炭乾燥機での重力分離による石炭水銀の低減（１３〜２５％）及び燃焼排ガス含水量低下によるＨｇ０の低減（１３％）を組み合わせることで、１００％能力で動作する商業的石炭乾燥システムを用いるＣＣＳで達成可能と考えられるＨｇ放出における総低減は、２５〜３５％の範囲であると予想される。
【０３００】
上記の明細書、図面及び実施例は、本発明の粒子状材料分離装置の構造及び運転についての完全な説明を提供するものである。しかしながら本発明は、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、各種の他の組み合わせ、改変、実施形態及び環境での使用を可能とするものである。
【０３０１】
例えばそれは、直接熱源もしくは間接熱源、流動床もしくは非流動床、ならびに１段もしくは多段のいずれかの組み合わせとともに利用することができる。さらに、本発明に記載の乾燥アプローチは、事業用もしくは工業用ボイラーで燃焼される石炭の品質を高めることに限られず、ガラス、アルミニウム、パルプ及び紙ならびに他の業界用の粒子状材料を乾燥するのに適用することもできる。例えば、ガラス業界で供給原料として使用される砂は、砂がガラス炉に供給される前に炉スタックを出る燃焼排ガスから回収される廃熱を用いる流動床乾燥機によって乾燥及び予熱することができる。これは、ガラス製造プロセスの熱効率を改善するものである。
【０３０２】
別の例として、流動床乾燥機をアルミニウム製造における焼炉として用いることができる。原ボーキサイト鉱石からアルミナを精錬するため、鉱石を砕き、必要に応じて篩分けして、石等の大きい不純物を除去する。粉砕ボーキサイトを、ダイジェスターにて熱苛性ソーダの溶液中で混合する。これにより、アルミナ水和物を鉱石から溶解させることが可能となる。赤色の泥状残留物を傾斜法及び濾過によって除去した後、苛性液を集塵器と称される巨大なタンクにパイプ送りし、そこでアルミナ水和物が結晶化する。その水和物を濾過し、か焼炉に送って乾燥させ、非常に高温下で、アルミナと称される微細な白色粉末に変換する。本発明は、このプロセス及び類似のプロセスにおいて、か焼炉として用いることができると考えられる。
【０３０３】
例示を目的としたさらに別の例として、トマトその他の作物を育てるのに用いられる温室に、廃熱源を利用することが可能であると考えられる。従って、本記載は、本発明を開示されている特定の形態に限定するものではない。
【０３０４】
従って、本記載は、本発明を開示されている特定の形態に限定するものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【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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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７ａ】
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【図３７ｂ】
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【図３７ｃ】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【国際調査報告】
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