JP2013167418A - 熱処理物の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱処理物の冷却装置において、流動不良の発生を防止する。
【解決手段】一端側に乾燥炭投入口２０２が設けられると共に他端側に冷却炭排出部２０３が設けられる中空形状をなす冷却容器２０１と、冷却容器２０１に流動化ガスを供給することで乾燥炭と共に流動層Ｓｃを形成する流動化ガス供給部２０４と、内部に冷却水を流通させることで流動層Ｓｃの乾燥炭を冷却する伝熱管２０６と、冷却水の温度が冷却容器２０１内の露点温度より高くなるように設定する制御装置２２３とを設ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、熱処理により、例えば、乾燥された熱処理物を冷却する熱処理物の冷却装置に関するものである。

例えば、石炭ガス化複合発電設備は、石炭をガス化し、コンバインドサイクル発電と組み合わせることにより、従来型の石炭火力に比べてさらなる高効率化・高環境性を目指した発電設備である。この石炭ガス化複合発電設備は、資源量が豊富な石炭を利用可能であることも大きなメリットであり、適用炭種を拡大することにより、さらにメリットが大きくなることが知られている。

従来の石炭ガス化複合発電設備は、一般的に、給炭装置、乾燥装置、石炭ガス化炉、ガス精製装置、ガスタービン設備、蒸気タービン設備、排熱回収ボイラ、ガス浄化装置などを有している。従って、石炭が乾燥されてから粉砕され、石炭ガス化炉に対して、微粉炭として供給されると共に、空気が取り込まれ、この石炭ガス化炉で石炭が燃焼ガス化されて生成ガス（可燃性ガス）が生成される。そして、この生成ガスがガス精製されてからガスタービン設備に供給されることで燃焼して高温・高圧の燃焼ガスを生成し、タービンを駆動する。タービンを駆動した後の排気ガスは、排熱回収ボイラで熱エネルギが回収され、蒸気を生成して蒸気タービン設備に供給され、タービンを駆動する。これにより発電が行なわれる。一方、熱エネルギが回収された排気ガスは、ガス浄化装置で有害物質が除去された後、煙突を介して大気へ放出される。

ところで、このような石炭ガス化複合発電設備にて使用する石炭は、瀝青炭や無煙炭のように高い発熱量を有する高品位の石炭（高品位炭）だけでなく、亜瀝青炭や褐炭のように比較的低い発熱量を有する低品位の石炭（低品位炭）がある。この低品位炭は、持ち込まれる水分量が多く、この水分により発電効率が低下してしまう。そのため、低品位炭の場合には、上述した乾燥装置により石炭を乾燥して水分を除去してから粉砕して石炭ガス化炉に供給する必要がある。そして、乾燥装置は、石炭を加熱して乾燥することから高温状態となって排出されるため、この高温の石炭を冷却装置により冷却する必要がある。

このような熱処理により加熱乾燥した石炭を冷却するものとしては、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された熱処理石炭の冷却方法は、まず、水を噴霧した酸素含有量の低い燃焼排ガスにより熱処理石炭を適当な温度まで冷却し、次に、空気により最終温度まで冷却するようにしている。

特開昭６２−１１５０９０号公報

上述したように、低品位炭は含水量が多いことから、乾燥後の乾燥炭がまだ水分を有していることがあり、このような乾燥炭を冷却すると、冷却装置の内部で結露が生じ、乾燥炭の表面が濡れて周辺の乾燥炭と付着しやすくなり、塊状物（アグロメ）が発生してしまう。すると、冷却装置は、発生した塊状物により流動不良や搬送不良などを引き起こしてしまうおそれがある。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、流動不良の発生を防止する熱処理物の冷却装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の熱処理物の冷却装置は、一端側に熱処理物投入部が設けられると共に他端側に冷却物排出部が設けられる中空形状をなす冷却容器と、前記冷却容器に流動化ガスを供給することで熱処理物と共に流動層を形成する流動化ガス供給部と、伝熱管の内部に冷却媒体を流通させることで前記流動層の熱処理物を冷却する冷却部と、冷却媒体の温度が前記冷却容器内の露点温度より高くなるように設定する冷却温度設定装置と、を備えることを特徴とするものである。

従って、流動化ガス供給部が冷却容器内に流動化ガスを供給することで、熱処理物が流動層を移動し、冷却部が伝熱管の内部に冷却媒体を流通させることで、流動層を構成する熱処理物が冷却される。このとき、冷却温度設定装置が冷却媒体の温度を冷却容器内の露点温度より高く設定することで、熱処理物から発生する水蒸気が凝結することはなく、乾燥物同士の付着による塊状物の発生を防止し、その結果、流動層での熱処理物及び乾燥物の流動不良を防止することができる。

本発明の熱処理物の冷却装置では、前記冷却温度設定装置は、冷却媒体の温度が前記冷却容器内の露点温度より高くなるように熱処理物の水分率に応じて変更することを特徴としている。

従って、冷却媒体の温度を熱処理物の水分率に応じて変更することで、冷却媒体の温度を冷却容器内の露点温度より高く、熱処理物の状態に応じた最適な温度に調整することができる。

本発明の熱処理物の冷却装置では、前記熱処理物投入部から投入される熱処理物の水分率を検出する水分率検出装置と、冷却媒体の温度を調節可能な熱交換器を設け、前記冷却温度設定装置は、前記水分率検出装置が検出した熱処理物の水分率に基づいて、前記熱交換器により冷却媒体の温度を調整することを特徴としている。

従って、熱処理物の水分率を検出し、この検出した熱処理物の水分率に基づいて熱交換器により冷却媒体の温度を調整することで、冷却媒体の温度を早期に熱処理物の状態に応じた最適な温度に調整することができる。

本発明の熱処理物の冷却装置では、前記冷却容器の外面に沿って冷却媒体を流動する冷却配管を設け、前記冷却温度設定装置は、前記冷却配管を流動する冷却媒体の温度が前記冷却容器内の露点温度より高くなるように変更することを特徴としている。

従って、冷却容器の外面に沿って設けられた冷却配管内の冷却媒体の温度を冷却容器内の露点温度より高く変更することで、外気温に拘わらず、熱処理物から発生する水蒸気の凝結を抑制し、乾燥物同士の付着による塊状物の発生を防止することができる。

本発明の熱処理物の冷却装置では、前記熱処理物投入部に連結される熱処理物搬送通路に不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置が設けられることを特徴としている。

従って、熱処理物搬送通路に不活性ガスを供給することで、水蒸気分圧を低減することが可能となり、熱処理物から発生する水蒸気の凝結を抑制し、乾燥物同士の付着による塊状物の発生を防止することができる。

本発明の熱処理物の冷却装置によれば、伝熱管の内部に冷却媒体を流通させることで流動層の熱処理物を冷却する冷却部を設けると共に、冷却媒体の温度が冷却容器内の露点温度より高くなるように設定する冷却温度設定装置を設けるので、熱処理物から発生する水蒸気が凝結することはなく、乾燥物同士の付着による塊状物の発生を防止し、その結果、流動層での熱処理物及び乾燥物の流動不良を防止することができる。

図１は、本発明の一実施例に係る流動層乾燥装置を表す概略側面図である。 図２は、本実施例の流動層乾燥装置を表す概略背面図である。 図３は、本実施例の冷却器を表す概略図である。 図４は、本実施例の冷却器における乾燥炭水分率に対する冷却水温度を表すグラフである。 図５は、本実施例の石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る熱処理物の冷却装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。

図１は、本発明の一実施例に係る流動層乾燥装置を表す概略側面図、図２は、本実施例の流動層乾燥装置を表す概略背面図、図３は、本実施例の冷却器を表す概略図、図４は、本実施例の冷却器における乾燥炭水分率に対する冷却水温度を表すグラフ、図５は、本実施例の石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。

本実施例の石炭ガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｏａｌ Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｙｃｌｅ）は、空気を酸化剤としてガス化炉で石炭ガスを生成する空気燃焼方式を採用し、ガス精製装置で精製した後の石炭ガスを燃料ガスとしてガスタービン設備に供給して発電を行っている。即ち、本実施例の石炭ガス化複合発電設備は、空気燃焼方式（空気吹き）の発電設備である。この場合、ガス化炉に供給する湿潤燃料として低品位炭を使用している。

本実施例において、図５に示すように、石炭ガス化複合発電設備１０は、給炭装置１１、流動層乾燥装置１２、微粉炭機（ミル）１３、石炭ガス化炉１４、チャー回収装置１５、ガス精製装置１６、ガスタービン設備１７、蒸気タービン設備１８、発電機１９、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：Ｈｅａｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｓｔｅａｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）２０を有している。

給炭装置１１は、原炭バンカ２１と、石炭供給機２２と、クラッシャ２３とを有している。原炭バンカ２１は、低品位炭を貯留可能であって、所定量の低品位炭を石炭供給機２２に投下することができる。石炭供給機２２は、原炭バンカ２１から投下された低品位炭をコンベアなどにより搬送し、クラッシャ２３に投下することができる。このクラッシャ２３は、投下された低品位炭を所定の大きさに破砕することができる。

流動層乾燥装置１２は、給炭装置１１により投入された低品位炭に対して乾燥用蒸気（過熱蒸気）を供給することで、この低品位炭を流動させながら加熱乾燥するものであり、低品位炭が含有する水分を除去することができる。そして、この流動層乾燥装置１２は、下部から取り出された乾燥済の低品位炭を冷却する冷却器（熱処理物の冷却装置）３１が設けられ、乾燥冷却済の乾燥炭が乾燥炭バンカ３２に貯留される。また、流動層乾燥装置１２は、上部から取り出された蒸気から乾燥炭の粒子を分離する乾燥炭サイクロン３３と乾燥炭電気集塵機３４が設けられ、蒸気から分離された乾燥炭の粒子が乾燥炭バンカ３２に貯留される。なお、乾燥炭電気集塵機３４で乾燥炭が分離された蒸気は、蒸気圧縮機３５で圧縮されてから流動層乾燥装置１２に乾燥用蒸気として供給される。

微粉炭機１３は、石炭粉砕機であって、流動層乾燥装置１２により乾燥された低品位炭（乾燥炭）を細かい粒子状に粉砕して微粉炭を製造するものである。即ち、微粉炭機１３は、乾燥炭バンカ３２に貯留された乾燥炭が石炭供給機３６により投下され、この乾燥炭を所定粒径以下の低品位炭、つまり、微粉炭とするものである。そして、微粉炭機１３で粉砕後の微粉炭は、微粉炭バグフィルタ３７ａ，３７ｂにより搬送用ガスから分離され、微粉炭供給ホッパ３８ａ，３８ｂに貯留される。

石炭ガス化炉１４は、微粉炭機１３で処理された微粉炭が供給可能であると共に、チャー回収装置１５で回収されたチャー（石炭の未燃分）が戻されてリサイクル可能となっている。

即ち、石炭ガス化炉１４は、ガスタービン設備１７（圧縮機６１）から圧縮空気供給ライン４１が接続されており、このガスタービン設備１７で圧縮された圧縮空気が供給可能となっている。空気分離装置４２は、大気中の空気から窒素と酸素を分離生成するものであり、第１窒素供給ライン４３が石炭ガス化炉１４に接続され、この第１窒素供給ライン４３に微粉炭供給ホッパ３８ａ，３８ｂからの給炭ライン４４ａ，４４ｂが接続されている。また、第２窒素供給ライン４５も石炭ガス化炉１４に接続され、この第２窒素供給ライン４５にチャー回収装置１５からのチャー戻しライン４６が接続されている。更に、酸素供給ライン４７は、圧縮空気供給ライン４１に接続されている。この場合、窒素は、石炭やチャーの搬送用ガスとして利用され、酸素は、酸化剤として利用される。

石炭ガス化炉１４は、例えば、噴流床形式のガス化炉であって、内部に供給された石炭、チャー、空気（酸素）、またはガス化剤としての水蒸気を燃焼・ガス化すると共に、二酸化炭素を主成分とする可燃性ガス（生成ガス、石炭ガス）が発生し、この可燃性ガスをガス化剤としてガス化反応が起こる。なお、石炭ガス化炉１４は、微粉炭の混入した異物を除去する異物除去装置４８が設けられている。この場合、石炭ガス化炉１４は噴流床ガス化炉に限らず、流動床ガス化炉や固定床ガス化炉としてもよい。そして、この石炭ガス化炉１４は、チャー回収装置１５に向けて可燃性ガスのガス生成ライン４９が設けられており、チャーを含む可燃性ガスが排出可能となっている。この場合、ガス生成ライン４９にガス冷却器を設けることで、可燃性ガスを所定温度まで冷却してからチャー回収装置１５に供給するとよい。

チャー回収装置１５は、集塵装置５１と供給ホッパ５２とを有している。この場合、集塵装置５１は、１つまたは複数のバグフィルタやサイクロンにより構成され、石炭ガス化炉１４で生成された可燃性ガスに含有するチャーを分離することができる。そして、チャーが分離された可燃性ガスは、ガス排出ライン５３を通してガス精製装置１６に送られる。供給ホッパ５２は、集塵装置５１で可燃性ガスから分離されたチャーを貯留するものである。なお、集塵装置５１と供給ホッパ５２との間にビンを配置し、このビンに複数の供給ホッパ５２を接続するように構成してもよい。そして、供給ホッパ５２からのチャー戻しライン４６が第２窒素供給ライン４５に接続されている。

ガス精製装置１６は、チャー回収装置１５によりチャーが分離された可燃性ガスに対して、硫黄化合物や窒素化合物などの不純物を取り除くことで、ガス精製を行うものである。そして、ガス精製装置１６は、可燃性ガスを精製して燃料ガスを製造し、これをガスタービン設備１７に供給する。なお、このガス精製装置１６では、チャーが分離された可燃性ガス中にはまだ硫黄分（Ｈ_２Ｓ）が含まれているため、アミン吸収液によって除去することで、硫黄分を最終的には石膏として回収し、有効利用する。

ガスタービン設備１７は、圧縮機６１、燃焼器６２、タービン６３を有しており、圧縮機６１とタービン６３は、回転軸６４により連結されている。燃焼器６２は、圧縮機６１から圧縮空気供給ライン６５が接続されると共に、ガス精製装置１６から燃料ガス供給ライン６６が接続され、タービン６３に燃焼ガス供給ライン６７が接続されている。また、ガスタービン設備１７は、圧縮機６１から石炭ガス化炉１４に延びる圧縮空気供給ライン４１が設けられており、中途部に昇圧機６８が設けられている。従って、燃焼器６２では、圧縮機６１から供給された圧縮空気とガス精製装置１６から供給された燃料ガスとを混合して燃焼し、タービン６３にて、発生した燃焼ガスにより回転軸６４を回転することで発電機１９を駆動することができる。

蒸気タービン設備１８は、ガスタービン設備１７における回転軸６４に連結されるタービン６９を有しており、発電機１９は、この回転軸６４の基端部に連結されている。排熱回収ボイラ２０は、ガスタービン設備１７（タービン６３）からの排ガスライン７０に設けられており、空気と高温の排ガスとの間で熱交換を行うことで、蒸気を生成するものである。そのため、排熱回収ボイラ２０は、蒸気タービン設備１８のタービン６９との間に蒸気供給ライン７１が設けられると共に、蒸気回収ライン７２が設けられ、蒸気回収ライン７２に復水器７３が設けられている。従って、蒸気タービン設備１８では、排熱回収ボイラ２０から供給された蒸気によりタービン６９が駆動し、回転軸６４を回転することで発電機１９を駆動することができる。

そして、排熱回収ボイラ２０で熱が回収された排ガスは、ガス浄化装置７４により有害物質を除去され、浄化された排ガスは、煙突７５から大気へ放出される。

ここで、本実施例の石炭ガス化複合発電設備１０の作動について説明する。

本実施例の石炭ガス化複合発電設備１０において、給炭装置１１にて、原炭（低品位炭）が原炭バンカ２１に貯留されており、この原炭バンカ２１の低品位炭が石炭供給機２２によりクラッシャ２３に投下され、ここで所定の大きさに破砕される。そして、破砕された低品位炭は、流動層乾燥装置１２により加熱乾燥された後、冷却器３１により冷却され、乾燥炭バンカ３２に貯留される。また、流動層乾燥装置１２の上部から取り出された蒸気は、乾燥炭サイクロン３３及び乾燥炭電気集塵機３４により乾燥炭の粒子が分離され、蒸気圧縮機３５で圧縮されてから流動層乾燥装置１２に乾燥用蒸気として戻される。一方、蒸気から分離された乾燥炭の粒子は、乾燥炭バンカ３２に貯留される。

乾燥炭バンカ３２に貯留される乾燥炭は、石炭供給機３６により微粉炭機１３に投入され、ここで、細かい粒子状に粉砕されて微粉炭が製造され、微粉炭バグフィルタ３７ａ，３７ｂを介して微粉炭供給ホッパ３８ａ，３８ｂに貯留される。この微粉炭供給ホッパ３８ａ，３８ｂに貯留される微粉炭は、空気分離装置４２から供給される窒素により第１窒素供給ライン４３を通して石炭ガス化炉１４に供給される。また、後述するチャー回収装置１５で回収されたチャーが、空気分離装置４２から供給される窒素により第２窒素供給ライン４５を通して石炭ガス化炉１４に供給される。更に、後述するガスタービン設備１７から抽気された圧縮空気が昇圧機６８で昇圧された後、空気分離装置４２から供給される酸素と共に圧縮空気供給ライン４１を通して石炭ガス化炉１４に供給される。

石炭ガス化炉１４では、供給された微粉炭及びチャーが圧縮空気（酸素）により燃焼し、微粉炭及びチャーがガス化することで、二酸化炭素を主成分とする可燃性ガス（石炭ガス）を生成することができる。そして、この可燃性ガスは、石炭ガス化炉１４からガス生成ライン４９を通して排出され、チャー回収装置１５に送られる。

このチャー回収装置１５にて、可燃性ガスは、まず、集塵装置５１に供給されることで、ここで可燃性ガスからこのガスに含有するチャーが分離される。そして、チャーが分離された可燃性ガスは、ガス排出ライン５３を通してガス精製装置１６に送られる。一方、可燃性ガスから分離した微粒チャーは、供給ホッパ５２に堆積され、チャー戻しライン４６を通して石炭ガス化炉１４に戻されてリサイクルされる。

チャー回収装置１５によりチャーが分離された可燃性ガスは、ガス精製装置１６にて、硫黄化合物や窒素化合物などの不純物が取り除かれてガス精製され、燃料ガスが製造される。そして、ガスタービン設備１７では、圧縮機６１が圧縮空気を生成して燃焼器６２に供給すると、この燃焼器６２は、圧縮機６１から供給される圧縮空気と、ガス精製装置１６から供給される燃料ガスとを混合し、燃焼することで燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスによりタービン６３を駆動することで、回転軸６４を介して発電機１９を駆動し、発電を行うことができる。

そして、ガスタービン設備１７におけるタービン６３から排出された排気ガスは、排熱回収ボイラ２０にて、空気と熱交換を行うことで蒸気を生成し、この生成した蒸気を蒸気タービン設備１８に供給する。蒸気タービン設備１８では、排熱回収ボイラ２０から供給された蒸気によりタービン６９を駆動することで、回転軸６４を介して発電機１９を駆動し、発電を行うことができる。

その後、ガス浄化装置７４では、排熱回収ボイラ２０から排出された排気ガスの有害物質が除去され、浄化された排ガスが煙突７５から大気へ放出される。

以下、まず、上述した石炭ガス化複合発電設備１０における流動層乾燥装置１２について詳細に説明する。

流動層乾燥装置１２は、プラグフロー式の乾燥装置であって、図１及び図２に示すように、乾燥容器１０１と、原炭投入口１０２と、乾燥炭排出口１０３と、流動化蒸気供給部１０４（１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ）と、ガス排出口１０５と、伝熱管（加熱部）１０６，１０７，１０８とを有している。

乾燥容器１０１は、中空箱型形状をなしており、一端側に原炭を投入する原炭投入口１０２が形成される一方、他端側の下部に原炭を加熱乾燥した乾燥物を排出する乾燥炭排出口１０３が形成されている。この場合、原炭投入口１０２や乾燥炭排出口１０３を乾燥容器１０１の端部に１つずつ設けたが、複数であってもよい。この場合、乾燥容器１０１は、石炭供給機２２（図５参照）により原炭投入口１０２から内部への原炭供給量を調整することができる。また、乾燥容器１０１は、乾燥炭排出口１０３に設けられた図示しないロータリバルブの回転数を調整することで、原炭排出量を調整することができる。

また、乾燥容器１０１は、下部に底板１０１ａから所定距離をあけて複数の開口を有する分散板１０９が設けられることで、風箱１１０が区画されている。そして、乾燥容器１０１は、この底板１０１ａに風箱１１０を介して分散板１０９の上方に流動化蒸気（過熱蒸気）を供給する流動化蒸気供給部１０４（１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ）が設けられている。更に、乾燥容器１０１は、乾燥炭排出口１０３側の天井板１０１ｂに流動化蒸気及び発生蒸気を排出するガス排出口１０５が形成されている。

この乾燥容器１０１は、原炭投入口１０２から原炭が供給されると共に、流動化蒸気供給部１０４から風箱１１０及び分散板１０９を通して流動化蒸気が供給されることで、この分散板１０９の上方に所定厚さの流動層Ｓが形成されると共に、この流動層Ｓの上方にフリーボード部Ｆが形成される。

そして、乾燥容器１０１は、内部が原炭の流動方向の上流側に設けられた第１乾燥室１１１と、この第１乾燥室１１１より下流側に設けられた第２乾燥室１１２と、原炭の流動方向の最も下流側に設けられた第３乾燥室１１３とで構成されている。

詳細に説明すると、乾燥容器１０１は、複数（本実施例では、２個）の仕切板１１４，１１５により流動層Ｓが原炭の流動方向に複数に分割され、各仕切板１１４，１１５により原炭の通過開口部１１６，１１７が形成されている。この各仕切板１１４，１１５は、原炭の流動方向に直交する鉛直方向に沿って配置されると共に、原炭の流動方向に所定間隔で配置されており、左右の端部が乾燥容器１０１の内壁面に取付けられている。そして、各仕切板１１４，１１５は、下端部が分散板１０９と所定隙間をもって位置し、上端部が流動層Ｓより上方に延出するように位置している。即ち、各仕切板１１４，１１５と分散板１０９との間に、所定の高さと幅（開口面積）を有する通過開口部１１６，１１７が確保されており、この通過開口部１１６，１１７は、ほぼ同じ開口面積に設定されている。

このように乾燥容器１０１は、各仕切板１１４，１１５が設けられることで、第１乾燥室１１１と第２乾燥室１１２と第３乾燥室１１３に区画され、各乾燥室１１１，１１２，１１３は、この仕切板１１４，１１５の上方で連通されている。この場合、第１乾燥室１１１は、フリーボード部Ｆ１と流動層Ｓ１が形成され、原炭の初期乾燥を行う領域（予熱乾燥領域）となっている。第２乾燥室１１２は、フリーボード部Ｆ２と流動層Ｓ２が形成され、原炭の中期乾燥を行う領域（定率乾燥領域）となっている。第３乾燥室１１３は、フリーボード部Ｆ３と流動層Ｓ３が形成され、原炭の後期乾燥を行う領域（減率乾燥領域）となっている。

この場合、各乾燥室１１１，１１２，１１３は、床面積がほぼ同様となるように設定されているが、原炭の含水量などに応じて最適な比率に設定してもよく、例えば、第２乾燥室１１２の床面積を最大に設定することが望ましい。即ち、第１乾燥室１１１は、投入される原炭の含水率が高いことから、所定の含水率まで原炭の乾燥速度が上昇する予熱乾燥領域である。原炭の乾燥速度は、所定の乾燥速度まで上昇して一定となることから、第２乾燥室１１２は、原炭の乾燥速度が一定となる定率乾燥領域である。原炭の乾燥速度は、原炭の含水率が所定の含水率（限界含水率）になると、加工することから、第３乾燥室１１３は、原炭の乾燥速度が減少する減率乾燥領域である。従って、定率乾燥領域である第２乾燥室１１２の容積を最大にすることで、乾燥効率が向上する。

また、風箱１１０は、３つの乾燥室１１１，１１２，１１３に対応するように、仕切部材１１８，１１９により３つの風箱１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃに区画され、この３つの風箱１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃに対応するように３つの流動化蒸気供給部１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃが設けられている。即ち、各仕切部材１１８，１１９は、各仕切板１１４，１１５の下方に配置されている。そして、流動化蒸気供給部１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃは、図示しない流動化蒸気供給管が連結されており、この流動化蒸気供給管に設けられ流量調整弁の開度を調整することで、風箱１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃに供給する流動化蒸気量を調整することができる。

即ち、乾燥容器１０１は、その室内において、供給された原炭が押し出し流れとなるようにプラグフロー方式として構成されている。この押し出し流れとは、流動層Ｓにおいて、原炭が流動方向に拡散しないように、この原炭を流動方向に押し出す流れである。

また、乾燥容器１０１は、各乾燥室１１１，１１２，１１３にて、外部から乾燥容器１０１を貫通して各流動層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３内を循環する複数の伝熱管１０６，１０７，１０８が配置されている。この伝熱管１０６，１０７，１０８は、各流動層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３内に埋設されるように位置し、内部を流れる流動化蒸気（過熱蒸気）により各流動層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の原炭を加熱して乾燥することができる。この場合、伝熱管１０６，１０７，１０８は、供給される過熱蒸気の圧力を変更することで、その温度を調整することができる。

従って、第１乾燥室１１１に供給された原炭は、ここで流動化蒸気により流動されると共に、伝熱管１０６により加熱されることで乾燥される。そして、第１乾燥室１１１で初期乾燥された原炭は、仕切板１１４の下部の通過開口部１１６を通って第２乾燥室１１２に移動され、ここで、伝熱管１０７により加熱されることで中期乾燥される。そして、第２乾燥室１１２で中期乾燥された原炭は、仕切板１１５の下部の通過開口部１１７を通って第３乾燥室１１３に移動され、ここで、伝熱管１０８により加熱されることで後期乾燥される。

これにより、各乾燥室１１１，１１２，１１３の流動層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を形成する原炭は、この流動層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３間を上流側から通過開口部１１６，１１７を通って順に移動することで、押し出し流れとすることができ、流動方向に拡散させることなく乾燥される。

次に、上述した石炭ガス化複合発電設備１０における冷却器３１について詳細に説明する。

冷却器３１は、流動式冷却装置であって、図３に示すように、冷却容器２０１と、乾燥炭投入口（熱処理物投入部）２０２と、冷却炭排出口（冷却物排出部）２０３と、流動化ガス供給部２０４と、ガス排出口２０５と、伝熱管（冷却部）２０６とを有している。

冷却容器２０１は、中空箱型形状をなしており、一端側に流動層乾燥装置１２で乾燥された乾燥炭を投入する乾燥炭投入口２０２が形成される一方、他端側の下部に乾燥炭を冷却した冷却炭を排出する冷却炭排出口２０３が形成されている。そして、乾燥炭投入口２０２は、流動層乾燥装置１２における乾燥容器１０１の乾燥炭排出口１０３に連通する搬送配管（熱処理物搬送通路）２０７が連結され、この搬送配管２０７にロータリバルブ２０８が設けられている。

また、冷却容器２０１は、下部に複数の開口を有する分散板２０９が設けられることで、風箱２１０が区画されている。そして、冷却容器２０１は、この風箱２１０を介して分散板２０９の上方に流動化ガス（窒素ガスなどの不活性ガス）を供給する流動化ガス供給部２０４が設けられている。更に、冷却容器２０１は、冷却炭排出口２０３側の上部に流動化ガス及び発生蒸気を排出するガス排出口２０５が形成されている。

この冷却容器２０１は、乾燥炭投入口２０２から乾燥炭が供給されると共に、流動化ガス供給部２０４から風箱２１０及び分散板２０９を通して流動化ガスが供給されることで、この分散板２０９の上方に所定厚さの流動層Ｓｃが形成されると共に、この流動層Ｓｃの上方にフリーボード部Ｆｃが形成される。

また、冷却容器２０１は、流動層Ｓｃ内を循環する複数の伝熱管２０６が配置されている。この伝熱管２０６は、流動層Ｓｃ内に埋設されるように位置し、内部を流れる冷却媒体（例えば、冷却水）により流動層Ｓｃの乾燥炭を冷却することができる。この伝熱管２０６は、一端部が冷却容器２０１に設けられた連結部２１１に連結され、他端部が冷却容器２０１に設けられた連結部２１２に連結されている。送水管２１３は、一端部が連結部２１１に連結され送水ポンプ２１４及び熱交換器２１５が設けられている。配水管２１６は、一端部が連結部２１２に連結されている。この熱交換器２１５は、送水管２１３内の冷却水と熱交換媒体との間で熱交換を行うと共に、熱交換媒体の温度を調節することで、冷却水を所定温度に冷却または加熱することができる。

また、冷却容器２０１は、外面に沿って冷却媒体（例えば、冷却水）を流動する冷却配管２１７が設けられている。そして、送水管２１３は、分岐部２１８が設けられ、この分岐部２１８からの分岐管２１９が冷却配管２１７の一端部に連結され、また、配水管２１６は、分岐部２２０が設けられ、この分岐部２２０からの分岐管２２１が冷却配管２１７の他端部に連結されている。

そして、流動層乾燥装置１２は、乾燥炭排出口１０３にこの乾燥炭の水分率（水分量）を検出する水分率センサ（水分率検出装置）２２２が設けられており、検出結果が制御装置２２３に入力される。制御装置２２３は、乾燥炭の乾燥状況に応じて送水ポンプ２１４及び熱交換器２１５を駆動制御可能となっている。

本実施例にて、制御装置（冷却温度設定装置）２２３は、送水管２１３から伝熱管２０６に供給する冷却水の温度が冷却容器２０１内の露点温度より高くなるように調整する。即ち、制御装置２２３は、この冷却水の温度が冷却容器２０１内の露点温度より高くなるように乾燥炭の水分率に応じて変更する。

この場合、流動化ガス供給部２０４が冷却容器２０１内に供給する流動化ガスの流速（流量）を一定とすれば、冷却容器２０１内の圧力が一定となることから、冷却容器２０１内の露点温度は、計測することなく、予め実験等によりわかっている。但し、冷却器３１の運転状態が変化するとき、つまり、流動化ガス供給部２０４が冷却容器２０１内に供給する流動化ガスの流速（流量）を変更する場合には、冷却容器２０１内の圧力が変動することから、冷却容器２０１内の露点温度も変化する。このような場合には、冷却容器２０１内に露点計を設ければよいものである。

そして、制御装置２２３は、図４に示すような制御マップを有しており、水分率センサ２２２が検出した乾燥炭の水分率からこの制御マップを用いて冷却水の最適温度を設定する。この制御マップは、予め実験により求めたものであり、乾燥炭の水分率に応じた冷却容器２０１内の露点温度Ｔ_Ｄと、冷却水の温度上限値Ｔ_Ｌを設定することで、乾燥炭の水分率に応じた冷却水の適正温度領域（図４の斜線部）を設定するものである。

従って、制御装置２２３は、水分率センサ２２２が検出した乾燥炭の水分率からこの制御マップを用いて冷却水の最適温度を設定し、熱交換器２１５を駆動制御することで送水管２１３から伝熱管２０６に供給する冷却水の温度を調整する。

また、このとき、送水管２１３は分岐管２１９を介して冷却配管２１７に連結されていることから、制御装置２２３は、水分率センサ２２２が検出した乾燥炭の水分率からこの制御マップを用いて冷却水の最適温度を設定し、熱交換器２１５を駆動制御することで送水管２１３から冷却配管２１７に供給する冷却水の温度も調整する。

また、冷却容器２０１は、搬送配管２０７にガス注入配管２２４が連結されると共に、流量調整弁２２５が設けられている。このガス注入配管２２４は、例えば、搬送配管２０７に不活性ガス（例えば、窒素ガス）を供給する不活性ガス供給装置であって、図示しない窒素タンクが連結されている。

ここで、本実施例の流動層乾燥装置１２及び冷却器３１の全体の作動について説明する。

流動層乾燥装置１２において、図１及び図２に示すように、乾燥容器１０１に対して、原炭投入口１０２から原炭が供給されると共に、流動化蒸気供給部１０４から分散板１０９を通して流動化蒸気が供給されることで、この分散板１０９の上方に所定厚さの流動層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が形成される。原炭は、流動化蒸気により流動層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を乾燥炭排出口１０３側に移動し、このとき、伝熱管１０６，１０７，１０８から熱を受けることで加熱されて乾燥される。

即ち、原炭投入口１０２から原炭が供給されると、まず、第１乾燥室１１１では、流動化蒸気供給部１０４ａから分散板１０９を通して流動化蒸気が供給されると共に、伝熱管１０６から熱を受けることで、流動層Ｓ１で流動しながら乾燥される。次に、第１乾燥室１１１で初期乾燥が終了した原炭は、仕切板１１４の通過開口部１１６を通って第２乾燥室１１２に流動する。この第２乾燥室１１２では、流動化蒸気供給部１０４ｂから分散板１０９を通して流動化蒸気が供給されると共に、伝熱管１０７から熱を受けることで、流動層Ｓ２で流動しながら乾燥される。そして、第２乾燥室１１２で中期乾燥が終了した原炭は、仕切板１１５の通過開口部１１７を通って第３乾燥室１１３に流動する。この第３乾燥室１１３では、流動化蒸気供給部１０４ｃから分散板１０９を通して流動化蒸気が供給されると共に、伝熱管１０８から熱を受けることで、流動層Ｓ３で流動しながら乾燥される。このように原炭は、流動層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３にて、伝熱管１０６，１０７，１０８により加熱されながら、供給される流動化蒸気により流動し、押し出し流れとなって流動方向に拡散することなく乾燥される。

その後、原炭が乾燥された乾燥炭は、乾燥炭排出口１０３から外部に排出され、流動層Ｓで原炭が加熱乾燥されることで発生した蒸気は、流動化蒸気と共に上昇し、乾燥炭排出口１０３側に流れ、ガス排出口１０５から外部に排出される。

流動層乾燥装置１２で加熱乾燥された原炭は、乾燥炭として冷却器３１に送られる。この冷却器３１において、図３に示すように、冷却容器２０１に対して、乾燥炭投入口２０２から乾燥炭が供給されると共に、流動化ガス供給部２０４から分散板２０９を通して窒素ガスが供給されることで、この分散板２０９の上方に所定厚さの流動層Ｓｃが形成される。乾燥炭は、流動化ガスにより流動層Ｓｃを冷却炭排出口２０３側に移動し、このとき、伝熱管２０６に熱を奪われることで冷却される。その後、乾燥炭が冷却された冷却炭は、冷却炭排出口２０３から外部に排出され、流動層Ｓｃで乾燥炭から発生した蒸気は、流動化ガスと共に上昇し、ガス排出口２０５から外部に排出される。

このとき、水分率センサ２２２は、流動層乾燥装置１２の乾燥炭排出口１０３から排出された乾燥炭、つまり、冷却器３１の乾燥炭投入口２０２から投入される乾燥炭の水分率を検出しており、検出結果を制御装置２２３に出力している。制御装置２２３は、乾燥炭の水分率と図４に示す制御マップに基づいて冷却水の最適温度を設定し、熱交換器２１５を駆動制御することで送水管２１３を流れる冷却水の温度を調整する。具体的に、冷却水の温度が冷却容器２０１内の露点温度より高くなるように調整する。

すると、適正温度に調整された冷却水は、送水管２１３から伝熱管２０６に供給され、流動層Ｓｃの乾燥炭を冷却した後、配水管２１６に排出される。また、適正温度に調整された冷却水は、送水管２１３から冷却配管２１７に供給され、冷却容器２０１で冷却した後、配水管２１６に排出される。更に、乾燥炭が乾燥炭投入口２０２から冷却容器２０１に投入される前に、不活性ガスがガス注入配管２２４から搬送配管２０７に供給されることで、水蒸気分圧が低減される。加熱乾燥後の乾燥炭は高温であることから、冷却容器２０１に投入されても、水蒸気が発生している。しかし、冷却水の温度が冷却容器２０１内の露点温度より高いことから、この高温の乾燥炭から発生する水蒸気が凝結することはなく、乾燥炭同士の付着による塊状物の発生が防止される。

このように本実施例の熱処理物の冷却装置にあっては、一端側に乾燥炭投入部２０２が設けられると共に他端側に冷却炭排出口２０３が設けられる中空形状をなす冷却容器２０１と、冷却容器２０１に流動化ガスを供給することで乾燥炭と共に流動層Ｓｃを形成する流動化ガス供給部２０４と、内部に冷却水を流通させることで流動層Ｓｃの乾燥炭を冷却する伝熱管２０６と、冷却水の温度が冷却容器２０１内の露点温度より高くなるように設定する制御装置２２３とを設けている。

従って、流動化ガス供給部２０４が冷却容器２０１内に流動化ガスを供給することで、乾燥炭が流動層Ｓｃを移動し、伝熱管２０６の内部に冷却水を流通させることで、流動層Ｓｃを構成する乾燥炭が冷却される。このとき、冷却水の温度を冷却容器２０１内の露点温度より高く設定することで、乾燥炭から発生する水蒸気が凝結することはなく、乾燥炭同士の付着による塊状物の発生を防止し、その結果、流動層Ｓｃでの乾燥炭や冷却炭の流動不良を防止することができる。

また、本実施例の熱処理物の冷却装置では、制御装置２２３は、冷却水の温度が冷却容器２０１内の露点温度より高くなるように、冷却容器２０１に投入される前の乾燥炭の水分率に応じて変更している。従って、冷却水の温度が冷却容器２０１に投入される乾燥炭水分率に応じて最適な温度に変更されることとなり、乾燥炭から発生する水蒸気の凝結を適正に防止することができる。

また、本実施例の熱処理物の冷却装置では、冷却容器２０１の外面に沿って冷却水を流動する冷却配管２１７を設け、制御装置２２３は、冷却配管２１７を流動する冷却水の温度が冷却容器２０１内の露点温度より高くなるように変更している。従って、冷却容器２０１の外部の気温に拘わらず、乾燥炭から発生する水蒸気の凝結を抑制し、乾燥炭同士の付着による塊状物の発生を防止することができる。

また、本実施例の熱処理物の冷却装置では、乾燥炭投入口２０２に連結される搬送配管２０７に不活性ガスを供給するガス注入配管２２４を設けている。従って、搬送配管２２４に不活性ガスを供給することで、水蒸気分圧を低減することが可能となり、乾燥炭から発生する水蒸気の凝結を抑制し、乾燥炭同士の付着による塊状物の発生を防止することができる。

なお、上述した実施例では、冷却容器２０１内を１つの冷却室として構成したが、乾燥容器のように、複数の冷却室としてもよい。また、冷却容器２０１の形状、乾燥炭投入口２０２、冷却炭排出口２０３、流動化ガス供給部２０４、ガス排出口２０５、伝熱管２０６の各構成や配置は、実施例に限定されるものではなく、冷却器３１の設置場所や用途などに応じて適宜変更が可能である。

また、上述した実施例にて、制御装置２２３は、水分率センサ２２２が検出した乾燥炭の水分率と図４に示す制御マップに基づいて、熱交換器２１５を制御することで、冷却水の最適温度を調整するようにしたが、この構成に限定されるものではない。即ち、流動層乾燥装置１２で乾燥する原炭の性状が安定している場合には、流動層乾燥装置１２から排出される乾燥炭の水分率も安定しており、水分率センサ２２２が不要となる。そのため、伝熱管２０６に供給する冷却水の温度が冷却容器２０１内の露点温度より高くなるように、伝熱管２０６に供給する冷却水の温度を予め設定しておけばよく、制御装置２２３や熱交換器２１５の調整機能が不要となる。

また、上述した実施例では、湿潤燃料として低品位炭を使用したが、高品位炭であっても適用可能であり、また、石炭に限らず、再生可能な生物由来の有機性資源として使用されるバイオマスであってもよく、例えば、間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ及びこれらを原料としたリサイクル燃料（ペレットやチップ）などを使用することも可能である。

１１ 給炭装置
１２ 流動層乾燥装置
１３ 微粉炭機
１４ 石炭ガス化炉
１５ チャー回収装置
１６ ガス精製装置
１７ ガスタービン設備
１８ 蒸気タービン設備
１９ 発電機
２０ 排熱回収ボイラ
１０１ 乾燥容器
１０２ 原炭投入口
１０３ 乾燥炭排出口
１０４ 流動化蒸気供給部
１０５ ガス排出口
１０６，１０７，１０８ 伝熱管（加熱部）
１１１ 第１乾燥室
１１２ 第２乾燥室
１１３ 第３乾燥室
１１４，１１５ 仕切板
１１６，１１７ 通過開口部
２０１ 冷却容器
２０２ 乾燥炭投入口
２０３ 冷却炭排出口
２０４ 流動化ガス供給部
２０５ ガス排出口
２０６ 伝熱管（冷却部）
２０７ 搬送配管（熱処理物搬送通路）
２１３ 送水管
２１５ 熱交換器
２１６ 配水管
２１７ 冷却配管
２２２ 水分率センサ（水分率検出装置）
２２３ 制御装置（冷却温度設定装置）
２２４ ガス注入配管（不活性ガス供給装置）
Ｆ，Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆｃ フリーボード部
Ｓ，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓｃ 流動層

Claims (5)

1. 一端側に熱処理物投入部が設けられると共に他端側に冷却物排出部が設けられる中空形状をなす冷却容器と、
   前記冷却容器に流動化ガスを供給することで熱処理物と共に流動層を形成する流動化ガス供給部と、
   伝熱管の内部に冷却媒体を流通させることで前記流動層の熱処理物を冷却する冷却部と、
   冷却媒体の温度が前記冷却容器内の露点温度より高くなるように設定する冷却温度設定装置と、
   を備えることを特徴とする熱処理物の冷却装置。
2. 前記冷却温度設定装置は、冷却媒体の温度が前記冷却容器内の露点温度より高くなるように熱処理物の水分率に応じて変更することを特徴とする請求項１に記載の熱処理物の冷却装置。
3. 前記熱処理物投入部から投入される熱処理物の水分率を検出する水分率検出装置と、冷却媒体の温度を調節可能な熱交換器を設け、前記冷却温度設定装置は、前記水分率検出装置が検出した熱処理物の水分率に基づいて、前記熱交換器により冷却媒体の温度を調整することを特徴とする請求項１または２に記載の熱処理物の冷却装置。
4. 前記冷却容器の外面に沿って冷却媒体を流動する冷却配管を設け、前記冷却温度設定装置は、前記冷却配管を流動する冷却媒体の温度が前記冷却容器内の露点温度より高くなるように変更することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の熱処理物の冷却装置。
5. 前記熱処理物投入部に連結される熱処理物搬送通路に不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置が設けられることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の熱処理物の冷却装置。

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