本発明は、褐炭を乾燥させる乾燥システム、および、乾燥システムの起動方法に関する。

石炭は、可採年数が150年程度と、石油の可採年数の3倍以上であり、また、石油と比較して埋蔵地が偏在していないため、長期に亘り安定供給が可能な天然資源として期待されている。石炭は、炭素含有量の低い順に、泥炭、亜炭、褐炭、亜瀝青炭、瀝青炭、半無煙炭、無煙炭に分類され、泥炭、亜炭、褐炭、亜瀝青炭(以下、含水石炭と称する)は、瀝青炭、半無煙炭、無煙炭(以下、無煙炭等と称する)と比較して水の含有率(含水率)が高い。

含水石炭のうち、褐炭は、世界の石炭埋蔵量の半分を占めると言われているため、褐炭の有効利用が検討されている。しかし、上述したように、褐炭等の含水石炭は、無煙炭等と比較して含水率が高いため、単位重量あたりの発熱量が低く、輸送コストに対する燃料としてのエネルギー効率が低い。

そこで、含水石炭を収容した収容槽の底面から高温の流動化ガスを供給することで、収容槽内において含水石炭の流動層を形成するとともに、含水石炭に流動化ガスの熱を加えて含水石炭を乾燥させる技術が開発されている(例えば、特許文献1)。

特開平5−117661号公報

褐炭は、揮発性有機物を多く含んでいるため、褐炭を乾燥させる際の流動化ガスとして、酸素(O₂)を含むガス(例えば、空気)を用いると、酸素によって褐炭が燃焼してしまうおそれがある。このため、流動化ガスとして酸素を含まないガスを利用する必要があるが、例えば、窒素はコストがかかるという問題がある。

そこで、流動化ガスとして水蒸気を用いることが考えられる。しかし、水蒸気を用いると、褐炭の乾燥を開始する際に褐炭の粒子同士が凝集して、褐炭の粒子の流動性が損なわれ、効率的な乾燥ができなくなるおそれがある。

そこで本発明は、このような課題に鑑み、褐炭の凝集を抑制して、褐炭を効率よく乾燥させることが可能な乾燥システムおよび乾燥システムの起動方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の乾燥システムは、少なくとも褐炭を含む被収容物を収容する収容部と、前記収容部の底面から流動化ガスを供給して、該収容部内において前記被収容物を流動させ流動層を形成するとともに、該流動化ガスによって前記褐炭を乾燥させる流動化ガス供給部と、少なくとも前記褐炭を前記収容部に導入する導入部と、前記収容部から前記被収容物を排出する排出部と、を備え、前記褐炭の乾燥を開始する前に、前記導入部は、前記被収容物として、オイルコークス、タイヤを粉砕することで得られる粒子、および、活性炭のうちいずれか1または複数である固体燃料粒子を前記収容部に導入し、前記流動化ガス供給部は、前記流動化ガスとして空気を前記収容部に供給して、該収容部内において前記固体燃料粒子を流動させ流動層を形成し、前記固体燃料粒子の温度が110℃以上になったら、前記流動化ガス供給部は、前記流動化ガスを空気から水蒸気に切り替え、前記流動化ガスが水蒸気に切り替わったら、前記導入部は、前記褐炭を前記収容部に導入して褐炭の乾燥を開始し、前記排出部は、前記固体燃料粒子を前記収容部から排出することを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明の乾燥システムの起動方法は、収容部の底面から流動化ガスを供給して、該収容部内において少なくとも褐炭を含む被収容物を流動させ流動層を形成するとともに、該流動化ガスによって該褐炭を乾燥させる乾燥システムの起動方法であって、前記流動化ガスとして空気を前記収容部に供給して、該収容部内において、前記被収容物としての、オイルコークス、タイヤを粉砕することで得られる粒子、および、活性炭のうちいずれか1または複数である固体燃料粒子を流動させ流動層を形成し、前記固体燃料粒子の温度が110℃以上になったら、前記流動化ガスを空気から水蒸気に切り替え、前記流動化ガスが水蒸気に切り替わったら、前記褐炭を前記収容部に導入して褐炭の乾燥を開始し、前記固体燃料粒子を前記収容部から排出することを特徴とする。

本発明によれば、褐炭の凝集を抑制して、褐炭を効率よく乾燥させることが可能となる。

褐炭ボイラシステムを説明するための図である。

乾燥システムを説明するための図である。

乾燥システムを起動する際の制御部による制御を説明するための図である。

乾燥システムの起動方法の処理の流れを説明するための図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

(褐炭ボイラシステム100) 図1は、褐炭ボイラシステム100を説明するための図である。図1に示すように、褐炭ボイラシステム100は、乾燥システム110と、分離装置120と、ボイラー130とを含んで構成される。乾燥システム110は、未乾燥の褐炭(未乾燥褐炭)を乾燥させ、乾燥させた褐炭(乾燥褐炭)を分離装置120に送出する。分離装置120は乾燥システム110から送出された乾燥褐炭および流動化ガスを固気分離し、得られた乾燥褐炭をボイラー130に送出する。そして、ボイラー130は、乾燥褐炭を燃焼させることで、水を加熱し、水蒸気や加熱水を生成する。こうして生成された水蒸気は、例えば、蒸気タービンで利用される。以下、褐炭を乾燥させる乾燥システム110について説明する。

(乾燥システム110) 図2は、乾燥システム110を説明するための図である。なお、図2中、被収容物の流れを実線の矢印で、流動化ガスの流れを白抜き矢印で、熱媒体の流れを一点鎖線の矢印で、制御指令の流れを破線の矢印で示す。図2に示すように、乾燥システム110は、導入部210と、収容部220と、流動化ガス供給部230と、伝熱管240と、制御部250と、分離装置260とを含んで構成される。

導入部210は、後述する制御部250による制御に応じて、少なくとも褐炭を含む被収容物を収容部220に導入する。なお、通常運転時において、導入部210は、被収容物として褐炭を予め定められた速度(kg/h)で連続的に収容部220に導入する。

収容部220には、導入口222aが設けられており、導入口222aを通じて導入部210から被収容物が導入される。そして、収容部220は、導入部210によって導入された被収容物を収容する。

流動化ガス供給部230は、風箱232と、風箱232に流動化ガスを送り込む流動化ガス送出部234とを含んで構成される。風箱232は、収容部220の下方に設けられ、風箱232を通じて収容部220の底面から当該収容部220内に流動化ガスが供給されることとなる。

具体的に説明すると、風箱232の上部は、収容部220の底面としても機能し、通気可能である分散板232aで形成されている。分散板232aは、例えば、被収容物(褐炭および後述する固体燃料粒子)の粒径よりも小さい径の開孔が複数設けられた板や、被収容物の粒径よりも小さい径の開孔が設けられたノズルを設置した板で構成される。流動化ガス送出部234は、制御部250による制御に応じて、分散板232aの開孔を介して流動化ガスを収容部220内に供給する。こうして収容部220に供給された流動化ガスは、収容部220内で被収容物を流動させて、流動層を形成するとともに、高温(100℃以上、例えば、110℃)の流動化ガスを被収容物と接触させることで、少なくとも褐炭を乾燥させる。

また、収容部220内には伝熱管240が設けられており、伝熱管240には、不図示の供給源より熱媒体(例えば、水蒸気)が供給される。伝熱管240を備える構成により、収容部220内において、熱媒体と、流動化ガスとの間で熱交換が行われ、上方に移動する流動化ガスをさらに加熱することができる。これにより、流動化ガスによる褐炭の乾燥がより促進されることとなる。

制御部250は、CPU(中央処理装置)を含む半導体集積回路で構成され、ROMからCPU自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、ワークエリアとしてのRAMや他の電子回路と協働して乾燥システム110全体を管理および制御する。本実施形態において、制御部250は、導入部210および流動化ガス供給部230(流動化ガス送出部234)を制御する。制御部250による導入部210および流動化ガス供給部230の制御については、後に詳述する。

また、収容部220には、上部に設けられたガス排出口222b、ガス排出口222bに接続されたガス排出管222cを介して、分離装置260が接続されている。収容部220は、収容部220内のガス(流動化ガス、および、褐炭から蒸発した水蒸気)とともに、収容部220内において飛散した粒子状の褐炭を分離装置260に送出する。分離装置260は、固気分離装置(サイクロン)であり、気体(流動化ガスおよび水蒸気)と固体(粒子状の褐炭)とを分離し、分離された粒子状の褐炭は、下降管262から排出される。

さらに、収容部220には、排出口222d(排出部)が設けられており、導入口222aから未乾燥の褐炭が導入されると、それによって流動層の体積が増し、乾燥された褐炭が排出口222dからオーバーフローして収容部220外に排出されることで、乾燥した褐炭を得ることができる。

以上説明したように、乾燥システム110では、流動化ガスによって褐炭が乾燥されることとなるが、流動化ガスとして水蒸気を用いた場合、褐炭の乾燥を開始する際(乾燥システム110を起動する際)に、褐炭が凝集して、流動性が損なわれることがある。具体的に説明すると、褐炭のうち、予め定められた粒径(以下、「凝集粒径」と称する)以下の褐炭は、水(液体)によって凝集することがあり、塊状の凝集体(所謂アグロメ)となる。凝集体は、流動性が極めて低いため、収容部220内において凝集体が生じてしまうと、流動層の形成が困難となり、褐炭が乾燥できなくなる事態が生じる。

また、乾燥システム110の起動前は、収容部220内が空であり(収容部220に褐炭等の固形物が収容されておらず)、収容部220内の雰囲気温度は、常温(例えば、5℃〜35℃)である。そして、乾燥システム110を起動する際に、流動化ガス供給部230が収容部220内に高温の水蒸気を供給するとともに、導入部210が常温の褐炭を収容部220内に導入すると、収容部220に収容された固形物は、常温の褐炭のみとなり、常温の褐炭と水蒸気が接触することによって、水蒸気が凝縮して水(液体)となる。そうすると、上記凝集粒径以下の褐炭が凝集して塊状の凝集体となり、流動層が形成されなくなってしまう。また、起動時のみ高温の不活性ガス(酸素を含まないガス、例えば、窒素)で褐炭を流動させることも考えられるが、コストが上昇してしまうという問題がある。

そこで、本実施形態では、乾燥システム110において、主たる被収容物である褐炭を乾燥させる前に、被収容物として他の粒子を収容部220に導入して、収容部220内を予め加熱する。

図3は、乾燥システム110を起動する際の制御部250による制御を説明するための図である。なお、理解を容易にするために、図3では、伝熱管240、分離装置260を省略する。また、図3中、固体燃料粒子を白い丸で、褐炭を黒い丸で示す。

図3(a)に示すように、褐炭の乾燥を開始する前に、制御部250は、導入部210を制御して、固体燃料粒子(被収容物)を収容部220に導入させる(固体燃料粒子で収容部220を満たす)とともに、流動化ガス供給部230(流動化ガス送出部234)を制御し、流動化ガスとして高温(100℃以上、例えば、110℃)の空気を収容部220に供給させる。ここで、固体燃料粒子は、発火点が流動化ガス(空気)の温度を上回る固体粒子であり、例えば、オイルコークス、タイヤを粉砕することで得られる粒子、活性炭等である。なお、オイルコークスは、石油コークスとも呼ばれ、原油を常圧蒸留した際に生じる残油や減圧蒸留した際に生じる残油等の重質油を、熱分解処理(コーキング)したときに生じる残渣である。

そうすると、高温の空気によって、収容部220内に、固体燃料粒子の流動層が形成されるとともに、固体燃料粒子が加熱される。なお、本実施形態において、導入部210は、排出口222dからオーバーフローしない最大量の固体燃料粒子を収容部220に導入しているため、固体燃料粒子を加熱している期間(流動化ガス供給部230が空気を供給している期間)に、排出口222dから固体燃料粒子が排出されることはない。

そして、不図示の温度測定部によって測定された固体燃料粒子の温度が、予め定められた伝熱温度になったら、図3(b)に示すように、制御部250は、流動化ガス供給部230を制御して、流動化ガスを空気から水蒸気に切り替えさせる。ここで、伝熱温度は、常温の褐炭に水蒸気が接触することで生じる凝縮した水(液体)を蒸発させ、結果的に褐炭の凝集を防止できる固体燃料粒子の最低温度(例えば、110℃)以上の温度である。

流動化ガスが水蒸気に切り替わったら、図3(c)に示すように、制御部250は、導入部210を制御して、収容部220への未乾燥の褐炭の導入を開始させ、乾燥システム110の通常運転を開始する。なお、流動化ガスの空気から水蒸気への切り替えが行われたか否かは、水蒸気の流速と、流動層の高さとに基づいて判定してもよいし、ガス排出口222bから予め定められた濃度の水蒸気が排出されたか否かによって判定してもよい。

そうすると、未乾燥の褐炭の導入によって、固体燃料粒子で形成された流動層の体積が増し、加熱された固体燃料粒子が排出口222dからオーバーフローして収容部220外に排出されることとなる。こうして、排出された固体燃料粒子は、分離装置120を通じてボイラー130に送出され、ボイラー130において燃焼されることとなる。

以上説明したように、本実施形態では、水蒸気で褐炭を乾燥させる前に、固体燃料粒子を収容部220に導入して空気で流動させ加熱する。固体燃料粒子は、褐炭と比較して発火点が高いため、褐炭を乾燥させる程度の温度の空気で加熱しても燃焼することがない。したがって、固体燃料粒子を、空気を用いて加熱することができるため、水蒸気を用いる場合とは異なり、固体燃料粒子の凝集を回避することが可能となる。これにより、収容部220内において、燃焼を生じさせず、また、凝集が生じることなく、伝熱温度の固形物(固体燃料粒子)の流動層を形成することができる。

そして、固体燃料粒子が伝熱温度まで加熱された後に、流動化ガスを空気から水蒸気に切り替えるため、固体燃料粒子において水蒸気が凝縮されることはなく、固体燃料粒子の凝集を回避することが可能となる。

その後、加熱された固体燃料粒子(固形物)が収容され、水蒸気が供給される収容部220に、褐炭が導入されたとしても、固体燃料粒子の熱、および、水蒸気の熱を褐炭に伝達することができるため、褐炭に水蒸気が接触しても、凝縮しない、もしくは、凝縮する水の量を低減することが可能となる。これにより、褐炭の凝集を抑制することが可能となり、褐炭を効率よく乾燥させることができる。

(乾燥システム110の起動方法) 続いて、乾燥システム110の起動方法について説明する。図4は、乾燥システム110の起動方法の処理の流れを説明するための図である。なお、乾燥システム110の起動方法において、ユーザによって停止指示が入力された場合、制御部250は、そのときに遂行している処理を停止する。

図4に示すように、まず、制御部250は、導入部210を制御して固体燃料粒子を収容部220に導入させ、流動化ガス供給部230を制御して収容部220に空気を供給させて、収容部220内において固体燃料粒子を流動させ流動層を形成する(S110)。

そして、制御部250は、固体燃料粒子の温度が伝熱温度以上になったか否かを判定し(S120)、伝熱温度以上になるまで(S120におけるNO)、空気を供給させて固体燃料粒子の流動層を維持する。

固体燃料粒子の温度が伝熱温度以上になったら(S120におけるYES)、制御部250は、流動化ガス供給部230を制御して、流動化ガスを空気から水蒸気に切り替えさせる(S130)。

そして、制御部250は、収容部220内の流動化ガスが水蒸気に切り替わったか否かを判定し(S140)、水蒸気に切り替わるまで(S140におけるNO)、褐炭の導入を開始させない。

収容部220内の流動化ガスが水蒸気に切り替わったら(S140におけるYES)、制御部250は、導入部210を制御して、収容部220への褐炭の導入を開始させる(S150)。これにより、固体燃料粒子が排出口222dからオーバーフローして、収容部220から排出されることとなる。

以上説明したように、本実施形態にかかる乾燥システム110および乾燥システム110の起動方法によれば、乾燥システム110を起動する際に、まず、固体燃料粒子を導入して空気で流動層を形成するといった簡易な構成で、褐炭の凝集を抑制して、褐炭を効率よく乾燥させることが可能となる。これにより、褐炭の輸送コストを低減し、エネルギー効率を向上することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態において、導入部210が、褐炭の乾燥前に、オーバーフローしない最大量の固体燃料粒子を収容部220に導入する構成を例に挙げて説明した。しかし、導入部210は、少なくとも、褐炭が導入されたときに、凝集しない程度に褐炭を加熱できる量の固体燃料粒子を導入すればよく、また、オーバーフローする量の固体燃料粒子を導入してもよい。

本発明は、褐炭を乾燥させる乾燥システム、および、乾燥システムの起動方法に利用することができる。

110 乾燥システム 210 導入部 220 収容部 222d 排出口(排出部) 230 流動化ガス供給部