JPH04149046A - 粉塊状固体物の焼成方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は石灰石やドロマイトのような粒塊状固体物を所
定温度で均一に焼成して高品質の焼成品を製造し、さら
には、高い熱効率をもって長期間安定操業を行うに適し
た粒塊状固体物の焼成方法及び装置に関する。

［従来の技術］ 石灰石、ドロマイトなどの粒塊状固体物に、例えばコー
クスのような炭素質材料を混合して焼成する技術は古く
から公知である。例えば、垂立せる背の高い筒状の炉体
内に上記混合物を該炉体の上部から充填し、炉体の底部
から燃焼用空気を送入することにより、充填層の高さ方
向の中間レベルの位置に燃焼・焼成帯を形成させ、炉体
底部より焼成品を取り出すと同時に上記充填層の上層に
原料を補給するものであり、粒塊状固体物と燃焼用空気
および燃焼ガス流が上下方向で互に反対となるように流
れて接触する、いわゆる向流移動層の方式になっている
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述の従来の方式では燃焼・焼成帯の高
さ方向位置は、炭素質材料混合比や空気送入流速などの
操作条件が微妙に変動することによって大きく影響を受
け、しかも充填層内で粒塊および燃焼ガスの両方に偏流
の生じていることが多い。そのため、燃焼・焼成帯を平
面内で均一に形成しかつこれを所定の高さ位置に保つこ
とが難しく、操作をあやまると上記燃焼・焼成帯が上昇
して充填層の上層に及んだり、あるいは下降してしまう
こともある。炉体内では高温の充填層が徐々に下降する
系であるために燃焼・焼成帯の温度を定常的に測定する
ことも困難であり、操作条件を変えた場合の応答は長時
間後に炉底から排出される焼成品によって判断しなけれ
ばならなないことも自動制御を指向する場合の大きな障
害になっている。

上述の従来の方式では、さらに、充填層の高さが大きい
ので、その中に燃焼ガスを貫流せしめる際の圧損失が大
きく、特に粒径の小さい粒塊状原料を焼成する場合には
、燃焼用空気を送入するために高価な高圧力の送風機を
使用する必要があり、空気送入のための動力費が大きな
負担となる。

本発明は、かかる従来方式が有していた問題を解決し、
コークス等の炭素質材料を混合して粒塊状固体物を焼成
する場合に、操作条件に拘らず、コークスの着火帯と粒
塊状固体物の焼成帯の高さ位置を一定にさせ、しかも粒
径の小さい粒塊状固体でも低圧の送風機を用いて動力費
が少なくて安定な操業を可能とする粒塊状固体物の焼成
方法及び装置を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、上記目的はその焼成方法に関し、第一
の発明として、 実質的に直立筒状をなす炉体の空間に粒塊状固体物と炭
素質材料の混合物を充填し、上記炉体の底部から空気を
送入して炭素質材料を燃焼することにより上記粒塊状固
体物を焼成する方法において、 炉体の高さ方向の中間部における一定高さ位置にて、８
〜２１％の酸素を含有する高温ガス体を炉体内に送入し
、一定レベルの着火帯を形成する、ことにより達成され
る。

その際、第一の発明において、 着火帯を流通する燃焼ガスの一部を着火帯の上方の位置
にて炉体外に抜き出し、その熱エネルギーを用いて空気
を加熱し、該加熱空気を用いて、８〜２１％の酸素を含
有する高温ガス体を生成し、これを上記炉体内に供給す
る、 こととすれば、着火帯の位置、したがって焼成帯の位置
が確定すると共に、その熱効率が改善される。

次に、焼成装置に関しては、第二の発明とて、実質的に
直立筒状をなす炉体の空間に粒塊状固体物と炭素質材料
の混合物を充填し、上記炉体の底部から空気を送入して
炭素質材料を燃焼することにより上記粒塊状固体物を焼
成する装置において、 炉外に高温ガス生成室を有し、 炉体には、その高さ方向における中間部で、上記高温ガ
ス生成室で生成した所定濃度の酸素を含有する高温ガス
体を炉内に送入するための高温ガス送入管が設けられて
いる、 ことにより達成される。

その場合、第二の発明において、 炉体の高温ガス送入管より上方位置には、炉体の内部の
空間に連通し該空間から燃焼ガスの一部を吸引する吸気
管が設けられ、該吸気管は高温ガス生成室への空気と熱
交換器を介して熱交換可能となっている、 こととするならば、着火帯の位置、したがって焼成帯の
位置が確定すると共に、その熱効率は向上される。

〔作用］ 第一の発明及び第二の発明によれば、所定値の酸素を含
む高温ガス体が一定の高さ位置から炉体内に送入されて
粒塊状固体中に混在する炭素質材料に接触し直ちに着火
がおこる。この着火がおこる位置は、該位置まで降下す
る間に炭素質材料がすべて着火完了しているという着火
下限をなし２でいる。該着火下限にて生じた燃焼ガスは
上昇するにしたがい下降する炭素質材料を次々と着火せ
しめる。そして、燃焼ガスは含有酸素が所定量以下にま
で低下しまた温度も降下するために着火条件を具備しな
くなる。この高さ位置が着火上限となる。すなわち、該
着火上限と着火下限の範囲が着火帯となり、下降せる炭
素質材料は、着火上限で一部が着火し下降に伴い着火下
限に至るまでの間にすべてが着火完了する。その際、着
火下限の位置が一定であるので、着火上限もそれに伴い
変動せず、着火帯は確定され、操作条件の変動によって
もその帯域位置が高さ方向にて変動しない。

したがって粒塊状固体物の充填層が着火帯よりも下方に
て下降するに伴って、混在する着火済の炭素質材料は燃
焼をつづけて熱エネルギーを発生することにより粒塊状
固体物を焼成して焼成帯を形成し、自ずと該焼成帯の位
置も確定し、操作条件によって変動することがない。

また、粒塊状固体物と炭素質材料の混合物からなる充填
層の着火帯中に所定酸素濃度の高温ガス体が流入するの
で、焼成帯中で発生し着火帯に入って上昇する燃焼ガス
中の一酸化炭素ガスはこれにより実質的に完全に燃焼さ
れ、炉体の上部に達したときには、アフターバーナーで
焼却する必要が無くなる。

さらに、好ましい形態として、炉内の着火帯の上部位置
から燃焼ガスの一部を抜き出して、これを熱交換により
高温ガス生成室への空気を加熱する場合には、炉体内に
充填された粒塊状固体物と炭素質材料の混合物から成る
充填層の上方を上昇する燃焼ガスの炉内での流量が炉外
への一部吸引により少なくなるので、その帯域における
上記上昇燃焼ガスは上記混合物との熱エネルギーのバラ
ンスがよくなり、混合物を高温に加熱する一方で、燃焼
ガス自体はその温度を常温に近くまで低下する。その結
果、炉体の頂部より排出される燃焼ガスのもち去る顕熱
損失を著しく減少させることができる。また燃焼ガスの
吸気管から抜き出される一部の燃焼ガスの保有する熱エ
ネルギーは、熱交換によって空気の予熱エネルギーとし
て回収される。そのために、着火用のために送入する高
温ガス体を生成させるために必要な気体あるいは液体の
燃料は少なくてすむので全体としての熱効率が高くなる
。

（実施例〕 以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の第一実施例装置を示す縦断面図である
。

第１図において、１は耐火材料によって構成される直立
筒状の炉体である。該炉体１はその頂部の開口２から焼
成されるべき粒塊状固体物と燃料となる炭素質材料との
混合物が投入され、焼成後の上記粒塊状固体物が底部か
ら取り出されるようになっている。

上記炉体１の底部には、ロータリバルブ３をもつ排出管
４が接続された底部ケーシング５を備えており、該底部
ケーシング５内に殻状の錐体６が設けられている。該錐
体６の底縁と底部ケーシング５の底板部５Ａとの間には
隙間が形成され、該隙間に焼成後の製品を掻き出すスク
レーバ７が設けられている。

炉体工の高さ方向中間部には燃焼ガス等の高温ガス体を
炉体１の内に送入するための高温ガス送入管８が炉体１
の直径方向の対称位置に設けられている。該高温ガス送
入管８により炉体１内に送入される燃焼ガスは、高温ガ
ス生成室９に燃料供給管１０から燃料を、そして空気供
給管１１がら空気を導入することにより生成され、所定
量、好ましくは８〜２１％の酸素を含んでいる。炉体１
内には好ましい形態として上記高温ガス送入管８の接続
位置の直上位置にアーチ１２が設けられており（第２図
をも参照）、その直下に空間１２Ａが粒塊状固体物の安
息角をもって形成され、上記高温ガス送入管８からの燃
焼ガスが該空間１２Ａを通じて均一に拡散するようにな
っている。

上記高温ガス送入管８に対し所定距離だけ上方の位置に
は、炉体１に炉体中の燃焼ガスの取出口１３が周方向複
数箇所で形成されており、これらに吸気管１４が取付け
られている（第３図参照）。該吸気管１４は熱交換器１
５に接続され、上記高温ガス生成のための空気供給管１
１との間で熱交換が行われ、該空気供給管１１内の空気
を加熱昇温せしめるようになっている。

かかる本実施例装置において粒塊状固体物は次の要領で
焼成される。

先ず、炉体１内に上部開口２から粒塊状固体物と炭素質
材料との混合物が投入され、内部に堆積し充填層を形成
する。この混合物は、既述の高温ガス送入管８そして吸
気管１４の位置に関連して、第１図に図示のごとく上方
から予熱帯Ａ、着火帯Ｂ、焼成帯Ｃそして冷却帯りを形
成するようになる。

高温ガス生成室９の内部で生成された高温燃焼ガスは、
高温ガス送入管８を通して粒塊状固体物と炭素質材料の
混合物層の着火帯Ｂの直下に送入される。その際、燃焼
ガス中には所定量、好ましくは８〜２１％の酸素が含有
され、その温度は例えば７００〜９００″Ｃ位となって
いる。炉体１内に送入された燃焼ガスはアーチＩ２の直
下の空間１２Ａから、水平面内で均一に流れ拡散する。

また、炉体１の底部に設けられた送気管１６から送入さ
れた空気は、冷却帯りの中で焼成後の粒塊状固体物を冷
却すると同時に自身は高温になって焼成帯Ｃに入り、混
合層中に混在する炭素質材料を燃焼し、酸素濃度を減少
しながら焼成帯Ｃを出る。

上記、空間１２Ａ内に拡がった燃焼ガスは上昇して着火
帯Ｂ内に流入し、上記の焼成帯Ｃ中での炭素質材料の燃
焼により発生して焼成帯Ｃから着火帯Ｂの中に流入して
くる高温の燃焼ガスと混合されて、着火帯Ｂ中を上昇し
ながら炭素質材料を次々と着火し、その酸素含有濃度を
着火可能限界にまで低下して着火帯の上限を形成する。

すなわち、炭素質材料は着火帯Ｂを降下する過程におい
て、予熱帯Ａとの境界をなす該着火帯Ｂの上限で一部が
着火し残部は下限に至るまでの間に着火完了する。なお
、着火帯では、その上部に比して下限近傍にてかなりの
多くの炭素質材料が着火される。かくして燃焼ガスは着
火帯Ｂの上限を出るときには、着火可能限界製以下であ
る１〜４％程度の酸素を含む燃焼ガスとなって上昇し予
熱帯Ａに入り込む。しかる後燃焼ガスは予熱帯Ａにて着
火を行うことなくさらに上昇して混合物を予熱した後、
燃焼ガスはそれ自身の温度を低下して予熱帯Ａを経て炉
体の開口２から流出する。

また、上記着火帯Ｂ内を上昇する燃焼ガスは、その一部
が取出口１３から吸い出され、吸気管１４を経て熱交換
器１５にもたらされ、ここで空気供給管１１内の空気を
加熱昇温せしめ、燃焼ガス自身は低温となって系外に排
出される。上記吸気管１４により取り出される燃焼ガス
の量は、着火帯Ｂを上昇する全体の燃焼ガス量に対し任
意であるが、多くの場合１０〜４０％が好ましい値とな
る。

一方、炉体１の開口２から供給された粒塊状固体物と炭
素質材料の混合物は、予熱帯Ａ内を降下する間に該予熱
帯Ａの中を上方に流通する燃焼ガスと向流して熱エネル
ギー交換を行って加熱されて着火帯Ｂに入る。そして、
着火帯Ｂ内では混合物層中の炭素質材料は既述のごとく
高温ガス送入管８から送入された所定量の酸素を含む高
温燃焼ガスによって着火され、高さ方向において安定し
た位置で着火領域を形成する。着火した炭素質材料は混
在する粒塊状固体とともに着火帯Ｂの下方に形成された
焼成帯Ｃに入るが、さらにその下方の冷却帯りから上昇
流入してくる高温の空気によって燃焼され、実質的に殆
ど燃焼し切り、焼成がなされる。粒塊状固体物は混在す
る炭素質材料の燃焼によって発生する熱エネルギーを受
けて焼成された後粒塊状固体物の冷却帯りに入り、実質
的に向流接触する冷却用空気によって冷却されたのち、
炉体１の底部からスクレーバ７によって炉外に排出され
る。

なお、本実施例では所定濃度の酸素を含有する燃焼ガス
を定位置で高温ガス送入管から炉内に送入する系に加え
、その上方位置から着火帯内部の燃焼ガスを一部抜き出
してその熱により上記高温ガス送入管へ送られる空気を
加熱する系と、二つの系をもって構成されているが、こ
れは好ましい形態として示すものであり、本発明は前者
の系のみでも成立する。

次に第４図に第二実施例として、熱交換器の出口側にお
ける変形例を示す、なお、前実施例と共通部分は同一符
号を付してその説明を省略する。

（以下の実施例においても同様とする）。本実施例では
、吸気管１４の燃焼ガスを熱交換器１５に送ると共にそ
の一部を高温ガス生成室９へも送入する例である。熱交
換器１５にて上記燃焼ガスにより加熱された空気はノズ
ル２１からデイフユーザ２２内に入り、上記燃焼ガスの
一部と共に高温ガス生成室９に送られるものである。

次に、高温ガス送入管及び吸気管の炉体への接続部にお
ける炉体内の構造は、第１図に示されたものに限定され
ず、第１図における互の構造を逆に入れかえて得られる
、第三実施例として示す第５回のごとくのものでも実施
可能である。さらには、第６図に第四実施例として示す
ように、両者共に第１図の吸気管におけるものの構造と
してもよい。また、両者ともに第１図のアーチ構造とし
てもよい。その際、アーチの方向は平面において交叉す
る方向が好ましい。

さらに、炉体の断面は特に円形に限定されるものではな
く、例えば、耐火物アーチを設置しない場合、あるいは
設置しない部にて、第五実施例としての第７図のごとく
楕円形、さらには第六実施例としての第８図のごとく四
角形をなすようにしてもよい。

（発明の効果］ 以上のように、本発明は炉体内に粒塊状固体物と炭素質
材料の混合物を充填し、底部付近から空気を送入して焼
成物を冷却し、これによって高温となった空気によって
混合物層中の炭素質材料を燃焼して粒塊状固体物を焼成
する場合、焼成帯の直上に所定量の酸素を含む高温ガス
体を高さ方向において定位置で送入することにより位置
の安定した着火帯が形成されるので、操作条件が変動し
ても常時定レベルにある着火帯にしたがって焼成帯は安
定した位置に保つことができる。その結果、運転・制御
が極めて容易になるだけではなく、予熱帯および焼成帯
の高さを、着火帯の変動を考慮して安全のために炉の高
さを過大にする必要がなくなるので炉の体積が小さくて
すむ。また、燃焼ガスの一部を抜き出して高温ガス用空
気の予熱に使用することとすれば、予熱帯を去る燃焼ガ
スの温度を低下させるので燃焼ガスの顕熱損失を大幅に
減少させ、したがって、熱効率を高くすることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例装置の縦断面図、第２図は
第１図における■−■断面図、第３図は第１図における
■−■断面図、第４図は第二実施例装置の要部を示す縦
断面図、第５図は第三実施例装置の縦断面図、第６図は
第四実施例装置の縦断面図、第７図は第五実施例装置の
横断面図、第８図は第六実施例装置の横断面図である。 １・・・・・・・・・炉体 ８・・・・・・・・・高温ガス送入管 ９・・・・・・・・・高温ガス生成室 １４・・・・・・・・・吸気管 １５・・・・・・・・・熱交換器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）実質的に直立筒状をなす炉体の空間に粒塊状固体
   物と炭素質材料の混合物を充填し、上記炉体の底部から
   空気を送入して炭素質材料を燃焼することにより上記粒
   塊状固体物を焼成する方法において、 炉体の高さ方向の中間部における一定高さ位置にて、８
   〜２１％の酸素を含有する高温ガス体を炉体内に送入し
   、一定レベルの着火帯を形成する、ことを特徴とする粒
   塊状固体物の焼成方法。
2. （２）着火帯を流通する燃焼ガスの一部を着火帯の上方
   の位置にて炉体外に抜き出し、その熱エネルギーを用い
   て空気を加熱し、該加熱空気を用いて、８〜２１％の酸
   素を含有する高温ガス体を生成してこれを上記炉体内に
   供給することとする請求項（１）に記載の粒塊状固体物
   の焼成方法。
3. （３）実質的に直立筒状をなす炉体の空間に粒塊状固体
   物と炭素質材料の混合物を充填し、上記炉体の底部から
   空気を送入して炭素質材料を燃焼することにより上記粒
   塊状固体物を焼成する装置において、 炉外に高温ガス生成室を有し、 炉体には、その高さ方向における中間部で、上記高温ガ
   ス生成室で生成した所定濃度の酸素を含有する高温ガス
   体を炉内に送入するための高温ガス送入管が設けられて
   いる、 ことを特徴とする粒塊状固体物の燃焼装置。
4. （４）炉体の高温ガス送入管より上方位置には、炉体の
   内部の空間に連通し該空間から燃焼ガスの一部を吸引す
   る吸気管が設けられ、該吸気管は高温ガス生成室への空
   気と熱交換器を介して熱交換可能となっていることとす
   る請求項（１）に記載の粒塊状固体物の焼成装置。