JPS6026295Y2 - 粉粒体と気体との熱交換ユニツト - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は粉粒体と気体との熱交換ユニットの構成に関し
、特に分離交率を高く維持しながら気体の通風圧損を少
なくすることにより、効率よく熱交換できる様にしたも
のである。

セメント原料粉末や水酸化アルミニウム粉末等の予熱、
或は燃焼アルミナの冷却等に際して、上昇する気体中へ
これらの粉粒体を投入し、該気体に随伴させなから熱交
換して粉粒体の加熱或は冷却を行なうことがある。

気体中に投入された粉粒体は、熱交換の終った後で気体
から分離しなければならないが、その分離手段としては
一段にサイクロン分離器が利用されている。

第１図はセメント原料粉末を予熱、仮焼、焼成、冷却す
る工程を示す線図的系統図で、図中の実線矢印は熱風の
流れ、破線矢印は原料粉末の流れを示している。

そして装置の概要は、原料予熱装置１、仮焼炉２、ロー
タリーキルン等の焼成炉３及びクリンカー冷却機４から
成り、原料投入シュート５から供給されたセメント原料
粉末は、第１〜第３の各サイクロン分離器Ｃ１〜Ｃ３を
順次降下腰他方焼成炉３及び仮焼炉２からの高温排ガス
は誘引通風機７により吸引されて原料予熱装置１内を上
昇するから、各ダクト８内及びサイクロン分離器Ｃ１〜
Ｃ３内では原料粉末と高温ガスとの熱交換が繰り返され
る。

予熱された原料粉末は、原料予熱装置１における下から
２段目のサイクロン分離器Ｃ３より排出されシュート９
を通じて仮焼炉２へ導入される。

他方仮焼炉２内ではクリンカー冷却機４から導入される
高温の燃焼用２次空気と、バーナ６から燃焼用１次空気
と共に供給される燃料によって燃焼が起こり、その燃焼
熱と焼成炉排ガスのもつ顕熱を受けることにより原料粉
末の仮焼が行なわれる。

仮焼された原料粉末は燃焼ガスと共に仮焼炉２から最下
段のサイクロン分離’４Ｃｑに入って分離されたのちシ
ュートを通じて焼成炉３に入り、焼成炉３の下部側に設
置したバーナ６ａから供給される燃料により焼成炉３内
で必要な熱処理を受けてクリンカーになったのち、冷却
機４で冷却される。

尚、クリンカー冷却用の空気は押込送風機１０によって
供給され、クリンカーを熱交換を行なって昇温した空気
の一部は仮焼炉２及び焼成炉３に分配導入されるか余剰
の空気は誘引通風機１１により排出される。

そしてクリンカー冷却機４から排出されるクリンカーは
コンベヤ１２によって次工程へ搬出される。

この様な熱交換装置に利用される前記サイクロン分離器
のもつとも一般的な構成は第２図（一部破断見取図）に
示す様になっており、気体をほぼ水平方向に導入してほ
ぼ水平方向旋回させながら分離器の内壁に沿わせる様に
降下させ、サイクロン下部で反転して今度はこの中心部
を旋回上昇させながら垂直方向へ排出するものであるか
ら、圧力損失が極めて大きい、また気体送り出し側ダク
トにはザイクロン分離器内で発生した強力な旋回流が残
存しており、且つ該ダクトは比較的長くほぼ垂直状に立
ち上り、続いてほぼ水平方向に折れ曲って上段側のサイ
クロン分離器に接続されるのでここでも大きい圧力損失
を受ける。

その為この様な熱交換装置に設ける前記通風機７として
は吸込圧の大きい誘引通風機が必要となり、消費電力も
多くなる。

また、サイクロン分離器は背高であるため装置全体が大
形になり、設備費も高価となる。

この様なところから圧力損失が少なく、シかも設備費及
び運転経費の安価な分離手段並びに装置の開発が望まれ
ている。

本出願人は先にこれらを満足させる様な粉粒体と気体と
の熱交換方法及びその装置を発明して特許出願をした。

その方法は気体を上昇案内するダクトの一部に、中心軸
がほぼ水平となる様な螺旋状ダクトを形成し、その送り
込み側ダクトに粉粒体を供給して旋回させたのを螺旋状
ダクトの下端部から熱交換された粉粒体を取り出す様に
したものであった。

ところでこの様な水平型又は横型とでも言うべき新型の
サイクロンについては例えば特開昭５５−７９０６１号
に示される様ら発明が公知となっている。

当該発明は水平軸を有する筒体〔後述する本考案の第１
分離室部分に相当〕の下部に形成される錐体〔本考案の
粉粒体排出シュートに相当〕の内部を改良したものであ
るが。

当該発明では本考案の第２分離室部分に相当するものは
設けられておらず、筒体で分離された気体はそのまま一
気に出口ダクト経由で上方へ案内させていく様になって
いる。

即ち当該公開発明では、第１分離室部分に相当する筒体
での分離効果を高める必要があり、錐体の内部を仕切板
によって区分すると共に捕集案内板を設けて粉粒体の強
制的分離を図り、更に旋回案内板を設けて気体のみを旋
回させつつ衝突板を設けることにより、分離しきれなか
った粉粒体が方力空間へ逆侵入してくるのを防止すると
いう極めて複雑な構造を採用している。

当該公開発明の直接的な評価はさておくとしても、当該
発明の生れた背景を考えると、従来は第１分離室に相当
する筒体しか無かった為に、ここで分離しきれなかった
粉粒体は出口ダクトを経て上方へ上がっていくという問
題があったことは明らかである。

即ち分離サイクロンとしての機能が十分に発揮されてい
るといいう訳ではない。

この様な背景の下で本考案者は種々検討を行ない、上記
水平型又は横型サイクロンの分離機能を高める方向で研
究を進めた。

この時点では研究の方向は主に次の２通りに分かれた。

第１は当該公開発明に記載されている筒体部分での分離
効率を高めるという方向であり、本考案の第１分離室は
その立場から改良されたものであり、構造的改良によっ
て分離効率の向上を図っている。

尚第２は補充的に第２の分離構造を与えるという方向で
あり、本明細書で補助的に説明する第２分離室はその例
である。

但し本考案の第１分離室は第２分離室の有無や構成に左
右されることなく第１分離室としての優れた分離機能を
発するものである。

し、かしてこの様な第１分離室部分を要点とする本考案
とはほぼ水平な軸を有し気体導入側端面を閉鎖し気体排
出側端面を開放した第１円筒体、該第１円筒体よりも小
径でほぼ同芯状に配置され且つ気体導入側端面を開放し
気体排出側端面を閉鎖した第２円筒体、第１円筒体の気
体導入側端部へ円周方向または接線方向に接続して下方
の熱交換装置または外部からの上昇気体を案内する導入
ダクト、上方の熱交換装置からの粉粒体を該導入ダクト
に供給する粉粒体供給シュ−ト、第１円筒体の気体排出
側開放端部と第２円筒体の気体導入側開放端部の対向部
を包囲し下部側に下方の熱交換装置または外部への粉粒
体排出シュートを接続した分離室、第２円筒体の気体排
出側端部へ円周方向または接線方向に接続して上方の熱
交換装置へ気体を上昇案内する排出ダクトとから構威し
たものである。

以下図面に基づいて本考案を詳細に説明するが、図は本
考案の具体的な実施の一例を示すもので本考案はこれら
の図示例に限定されず前・後記の趣旨に添って一部の構
成を変更したり或は一部の設計を変更しても同様に実施
することができる。

特に以下の説明では第２分離室部分についても合わせて
述べ考案の理解に資するものとする。

第３図は本考案熱交換ユニット１３を３段に組み合わせ
て構威した粉粒体予熱装置の側面図、第４図は第３図の
右側面図、第５図は第４図の平面図で、前記ユニット１
３は必要によって適当数を互いに接続して構成すること
ができる。

尚前記第１図の粉粒体予熱装置１として利用する場合は
、系外への粉粒体の流出を防止することが望まれるので
、最上段にサイクロン分離器Ｃ１を組み合わせて構威し
たものを図示したが、本考案は熱交換ユニット１３を幻
象としたものであり、これらの組み合わせ数や組み付け
に当たっては他の熱交換装置或は分離装置を接続して構
成する等の設計変更は自由に行なうことができる。

第６図は本考案に係る熱交換ユニット１３の一部破断側
面図で、第４図の中間部分に設けたユニット１２を拡大
して示したものである。

第７図は第６図の右側から見た一部破断側面図、第８図
は第６図の左側から見た一部破断側面図であり、これら
の図に示される如く本考案実施例のユニット１３は、軸
芯をほぼ水平に配置した第１円筒体１５の一端側に気体
導入ダクト１４を円周方向または接線方向に接続すると
共に該第１円筒体１５の気体導入ダクト１４側端面１５
ｂを閉鎖する。

そして搬対側は気体排出側として開放しておく。

そして第１円筒体１５の開放端１５ａ側は該第１円筒体
１５の外径より大径とした筐体１９の一方側に接続する
と共にその開放端部１５ａを筺体１９内に突出させて構
威し、筺体１９内において第１分離室１９ａを形成する
。

また筺体１９の他方側には第１円筒体１５と同芯状で且
つ該円筒体１５の内径よりも小径の第２円筒体１７を取
り付けると共に該第２円筒体１７の気体導入側開放端部
１７ａを第１分離室１９ａ内に突出させる。

そして第２円筒体１７の他端側には気体排出ダクト１６
を円周方向または接線方向に接続すると共に該第２円筒
体１７の気体排出ダクト１６側端面１７ｂを閉鎖し、第
２円筒体１７の気体排出側端部に第２分離室２３を形成
する。

但し前に述べた如く第２分離室２３の有無並びにその構
成は本考案を限定する性質のものではない。

一方前記第１分離室１９ａを構成する筺体１９の下部側
は図示の如く下方に絞って延長し、粉粒体の分離部を形
成すると共に粉粒体Ｊ−１［出シュート２０を接続する
。

また第２分離室２３の下部側にも前記分離部と同じ様に
形成したホッパ一部２１を設けると共にその下部に粉粒
体排出シュート２２を接続する。

尚第１分離室１９ａ内の下方側には分離粉粒体の再飛散
防止板２５（第９図参照）を設けることが推奨される。

そし７て粉粒体は前記第１円筒体１５に接続する気体導
入ダクト１４の一部に接続された供給シュート１３から
投入され、気体排出ダクト１６は上部側に配設される本
考案熱交換ユニット１３或は他の熱交換装置に接続され
、ダクト１６には必要に応じて粉粒体供給用開口２４ａ
が形成される。

また前記第１分離室１９ａ及び第２分離室２３に接続し
た粉粒体排出シュート２０及び２２には、例えば第４図
に示す様にそれぞれ仕切弁を設け、下部側の熱交換ユニ
ット１１３の気体導入タクト１４に接続された前記粉粒
体供給シュート１８に接続させる。

この様に構成する熱交換ユニット１３では、第９図（第
６図の切断線ＩＸ−ＩＸ矢印方向断面図）に示す様に気
体排出ダクト１６に接続する吸引装置によって気体導入
ダクト１４から気体が導入される。

そして該気体は前記供給シュート１８から投入される粉
粒体を随伴して第１円筒体１５内で矢印Ａのどとく旋回
しながら該円筒体１５の開放端側へ頼旋状に移動し、こ
の間に粉粒体との熱交換が行なわれた後、粉粒体の一部
は遠心力によって第１分離室１９ａ内へ分離されて排出
シュート２０から排出される。

また、第１分離室１９ａで分離しきれなかった粉粒体は
、第２円筒体１７内を螺旋状に旋回しながら移動腰遠心
力によって気体排出側端部に形成した第２分離室２３で
分離されて排出シュート２２から排出され、粉粒体を分
離した後の気体は排出ダクト１６から排出される。

この様な熱交換過程において、導入気体は各円筒体１５
．１７内において一方向の旋回流を形成するだけであり
、前述したサイクロン分離器の様な反転流がないため圧
力損失が極めて少ない。

また気体導入ダクト１４及び排出ダクト１６には、ダク
ト断面方向の旋回流が形成されないと共に、これらのダ
クトは第３，４図に示したごとく真直ぐな立ち上りダク
トで接続できるので折れ曲がりによる圧力損失がない。

更には熱交換ユニットを小型にすることができダクトの
長さも短くすることができるので、設備容積が少なくな
り設備費を低くおさえることができる。

また特に本実施例では分離室が前記第１分離室１９ａ及
び第２分離室２３の２段で構成されるので分離効率が極
めて高い。

更に粉粒体と気体との熱交換ユニットとして使用する場
合には通常粉粒体濃度を高めにしているため粉粒体が単
一粒子としてよりも集合体として挙動する様になり、遠
心分離効果が高められる。

また図例では排出ダクト１６の下部側に第２分離室２３
を形成しているので、第４図に示す様な供給シュート２
４から投入されて上部側熱交換ユニットへ供給されてい
くべき粉粒体が導入気体流に乗ることができないことが
あっても、重力によって第２分離室２３から排出するこ
とができ゛るので、熱交換ユニット内部で粉粒体が異常
に堆積することができない等の利点がある。

尚図示例（第６図）では第１円筒体１５の開放端１５ａ
と第２円筒体１７の開放端１７ａとが一定の間隔を保っ
てそれぞれ第１分離室１９ａ内へ突出する様に構成した
ものを示したが、第１０図に示す如く第２円筒体の開放
端１７ａを第１円筒体１５内に突入させたり、或は第１
１図に示す如く第２円同体１７の開放端１７ａ側のみを
第１分離室１９ａ内へ突出させ第１円筒体１５の開放端
ｉ５ａは筺体１９の側壁内面と一致させても良く、何れ
にしても第２円筒体１７を第１円筒体１５よりも小径と
腰また第２円筒体１７の気体導入側端部１７ａを第１分
離室１９ａの内部へ突出して構成することにより高い分
離効率を得ることができる。

また分離室内に設ける再飛散防止板２５については第１
分離室１９ａに設けたものを示したが第２分離室２３に
も同じ様に設けることができ、これらは固定式或は可動
式等自由に選択できると共にその形状についても適当に
変更できる。

更に第１円筒体１５及び第２円筒体１７は完全開芯状に
形成したものを示したが、第１２図のごとく第２円筒体
１７の中心を第１円筒体１５の中心より上方に偏心させ
て構成してもよいし、第１分離室１９ａ内に突出させる
円筒体の開放端１５ａ、１７ａの長さについても自由に
設計できる。

要は実質的に同芯状でありさえすれば本考案を満足させ
ることができる。

また各円筒体の長さの設計に当たっては、円筒体１５．
１７の内部を流れる旋回流の主流が第１分離室１９ａの
位置において船具下方付近を通過する様にそれぞれ設計
することにより分離効率を最大に高めることができる。

この主旨で前記円筒状の突出部分を摺動自在としておき
、互いに開放端側位置を調節し得る様に構成することも
できる。

また必要によっては熱交換ユニットの内部へ耐火断熱材
を内張すしたり、外部へ保温材を施工して構成してもよ
く、適所にマンホール、点検孔、掃除用孔後を設けるこ
ともある。

また、本熱交換ユニットを粉粒体の冷却に使用する場合
には、外部から気体導入ダクトへ供給される気体を冷却
用気体と腰第１分離室および第２分離室の下部シュート
から冷却済みの粉粒体を外部へ排出する様に構成するこ
とができる。

本考案に係る粉粒体と気体との熱交換ユニットはこの様
に構成したから、第１分離室部分において極めて高い分
離効率及び熱交換効率が得られる。

また圧力損失の少ない小型で安価な設備ができ、しかも
運転維持管理の容易な熱交換ユニットとすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はセメント原料粉末を予熱、仮焼、焼成、冷却す
る工程の線図的系統図、第２図はサイクロン分離器の一
部破断説明見取図、第３図以降は本考案の実施例を示す
もので、第３図は熱交換ユニットを利用した予熱装置の
一例を示す側面図、第４図は第３図の右側面図、第５図
は第４図の平面図、第６図は熱交換ユニットの一部破断
側面図で第４図の中間部ユニットを拡大して示す。 第７図は第６図の右側から見た一部破断側面図、第８図
は第６図の左側から見た一部破断側面図、第９図は第６
図の切断線ＩＸ−ＩＸに沿う矢印方向断面図、第１０図
、第１１図及び第１２図は本考案の他の実施例を示す構
成略図である。 １・・・・・・原料予熱装置、２・・・・・・仮焼炉、
３・・・・・・焼成炉、４・・・・・・冷却機、５・・
・・・・原料投入シュート、６・・・・・・バーナ、７
・・・・・・誘引通風機、８・・・・・・通気ダクト、
９・・・・・・シュート、１０・・・・・・押込送風機
１１・・・・・・誘引通風機、１３・・・・・・熱交換
ユニット、１４・・・・・・気体導入ダクト、１５・・
・・・・第１円筒体、１６・・・・・・気体排出ダクト
、１７・・・・・・第２円筒体、１８・・・・・・供給
シュート、１９・・・・・・第１分離室構成筐体、１９
ａ・・・・・・第１分離室、２０・・・・・・排出シュ
ート、２１・・・・・・ホッパ一部、２２・・・・・・
排出シュート、２３・・・・・・第２分離室、２４・・
・・・・供給シュート、２５・・・・・・再飛散防止板
、Ｃ４・・・・・・分離サイクロン。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. （１） はぼ水平な軸を有し気体導入側端面を閉鎖し
   気体排出側端面を開放した第１円筒体、該第１円筒体よ
   りも小径でほぼ同心状に配置され且つ気体導入側端面を
   開放し気体排出側端面を閉鎖した第２円筒体、第１円筒
   体の気体導入側端部へ円周方向または接線方向に接続し
   て上方の熱交換装置または外部からの上昇気体を案内す
   る導入ダクト、上方の熱交換装置からの粉粒体を該導入
   ダクトに供給する粉粒体供給シュート、第１円筒体の気
   体排出側開放端部と第２円筒体の気体導入側開放端部の
   対向部を包囲し下部側に下方の熱交換装置または外部へ
   の粉粒体排出シュートを接続した分離室、第２円筒体の
   気体排出側端部へ円周方向または接線方向に接続して上
   方の熱交換装置へ気体を上昇案内する排出ダクトとから
   構成したことを特徴とする粉粒体と気体との熱交換ユニ
   ット。
2. （２）実用新案登録請求の範囲第１項における第２円筒
   体の気体導入側端部は、分離室の内部へ突出して構成し
   たものである粉粒体と気体との熱交換ユニット。