JPS602885A - 粉粒体の多段噴流層式熱交換装置 - 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】 本発明は、セメント原料等の粉粒体加熱などに用いられ
る噴流層式熱交換装置に関するものである。

従来のセメント原料焼成装置の全体系統図の一例を第１
図に示す。

図中、原料粉粒体の流れを破線矢印で示し、熱ガスの流
れを実線矢印で示している。

この装置は主として、原料粉粒体予熱用のサイクロンｃ
、−Ｃ４及び仮焼炉２を縦方向に配列してなるサスペン
ションプレヒータ１と、クリンカ焼成用のロータリーキ
ルン３、及びクリンカ冷却機４より構成されている。

このようなセメント原料焼成装置では、Ｃ１〜Ｃ３の予
熱用サイクロンを経由しながら順次下降する原料粉粒体
は、その間に排ガス誘引通風機８により吸引されてガス
ダクト７を一ヒ昇する熱ガスによ゛って徐々に予熱され
た後、仮焼炉２へ供給される。

仮焼炉２では、抽気タリト１３を通してクリンカ冷却機
４からの高温空気が導入されていると共に、バーナ６ａ
から仮焼用燃料が供給されており、これらの熱を受けて
供給口５から予熱用サイクロンＣ，〜Ｃ３を経て仮焼炉
２へ供給された原料粉粒体が仮焼される。

仮焼された原料粉粒体は、最下段のサイクロンＣ４に入
り、継いで接続ハウジング１２を経てロータリーキルン
３に導入される。

ロータリーキルン３には、前記クリンカ冷却機４からの
高温空気とバーナ６１．からの焼成用燃料とが導入され
ており、高温下で焼成を受けたタリン力はクリンカ冷却
機４に排出される。又、排出されたタリンカは、冷却機
４の通気性格子上を移送される過程で、押込送風機１０
から送り込まれる冷風によって冷却された後コンベア１
１によって次工程へ搬出される。

尚、クリンカ冷却機４での余剰空気は、誘引通風機９に
より吸引されて排出される。

この様なセメント原料焼成装置における仮焼炉などに使
用される多段噴流層式熱交換装置は、例えば第２図に示
す如く略円筒状の熱交換容器２１゜及び２１しを上下方
向に連通状に２段に積み重ねたもので、各熱交換容器２
１．及び２１トは、その下部が截頭逆円錐状に形成され
たテーパ部２２□及び２２しによって形成され、下段側
の熱交換容器２１．の上部排出口２３と、上段側の熱交
換容器２１１．下部のテーパ部２２し下端の導入口２４
とは、−ヒ記両熱交換容器２１ａ及び２１しの直径より
も小径に絞られた頚部２５を介して連通状に接続されて
いる。また下段側の熱交換容器２１゜の下部に設けた導
入口２６には、熱ガスを熱交換容器２１．内に送り込む
ための気体導入ダクト２７が接続され、且つ上段の熱交
換容器２１ｂの側壁２８には、気体排出ダクト２９が接
続されている。

従って、気体導入ダクト２７から導入口２６を経て、下
段の熱交換容器２１．へ高速で流入した高温ガスの噴流
は、主として上記熱交換容器２１ａの中心部を通過して
上昇し、熱交換容器２１．の側壁３０の近傍には図に実
線矢印３０８で示すような垂直方向の渦が形成される。

また上方へ向かって直進する高温ガス流は、前記頚部２
５を通って上段の熱交換容器２１ト内へ流入し、同様に
熱交換容器２１ｂの側壁２８の近傍に垂直方向の渦流２
８．を形成しつつ頂部壁３１に衝突した後、気体排出ダ
クト２９から外部へ排出される。

この様な高温ガスの流れにもとづき、導入口２６の方向
に指向して下段の熱交換容器２１．の側壁３０に接続さ
れた粉粒体供給シュート３２から投入された原料粉粒体
は、上昇する上記の高温ガス流に乗って吹き上げられる
が、この際粉粒体の一部は、前記側壁３０の近傍に発生
する垂直方向の渦流３０．に巻き込まれ、側壁３０に沿
って下降し、熱交換容器２１ａの下端に達して、ここよ
り流入する」−昇気流により再び吹き上げられる。

同様の粉粒体の流れは上段の熱交換容器２１し内におい
ても形成される。

」−記のような渦流の発生及び側壁に沿って下降する粉
粒体の流れを効果的に形成するためには、前記各熱交換
容器２Ｌ及び２１しの下部にテーパ部２２ａ及び２２ｂ
を構成するのが好適である。

このような高温ガス及びこれにより運搬される粉粒体の
流れにより、熱交換容器２１．及び２１１シ内には、粉
粒体が上下に内部循環する所謂噴流層が形成され、高速
の上昇ガス流による粉粒体の強力な攪拌が行われ、この
間に高温ガスと粉粒体との間に熱交換が行われる。そし
て、粉粒体の一部は上昇ガス流に随伴して上段の熱交換
容器２１ｂから気体排出ダクト２９を経て排出されるよ
うになっている。

従ってこのような噴流層式熱交換装置では、他の熱交換
装置と較べて容器内における粉粒体の平均滞溜時間が比
較的長いため、セメント原料等の脱炭酸反応が促進され
、しかも脱炭酸反応に長い時間を要する粒径の大きい原
料はど渦流内に効率よく捕捉されて長時間熱交換容器内
に滞溜することとなり、十分な脱炭酸反応が促進される
。

また上記のように、原料粉粒体が熱交換容器内に滞溜す
る平均滞溜時間が延長される結果、容器内における粉粒
体の濃度が増大し、熱交換容器の部分的加熱を防ぐこと
ができる。

又、このように粉粒体の熱交換容器内での濃度が増大す
る結果、燃料として液体燃料を使用する場合の燃焼性能
が改善されるという長所をも合わせ持つものである。

しかしながら、近年のエネルギー価格の高騰に伴い、セ
メント原料等を予熱するための熱交換装置における熱交
換効率を従来のものよりも更に向上させる必要があり、
更に重油価格の高騰により燃料を微粉炭等の安価な固体
燃料へ転換する必要に迫られており、熱交換容器内にお
ける原料及び燃料粉粒体の平均滞溜時間を更に増長させ
得るような装置の開発が望まれている。

この点、特開昭５６−８４６２４に記載された粉末原料
を多段噴流層式の仮焼炉に導入し、仮焼炉から熱ガスに
伴われて導出される粉末原料を集塵器で捕集するように
した粉末原料の仮焼装置において、仮焼炉と集塵器との
間に粉末原料の一部を捕集するための捕集手段を介在さ
せ、捕集手段で捕集した粉末原料を仮焼炉に戻すように
した粉末原料の焼成装置が知られているが、この場合捕
集手段として捕集室や衝突板等の気流に対して抵抗とな
るものを用いる必要がある為、この部分でのエネルギー
ロスが大きく、熱ガス誘引の為の動力消費の面で極めて
不経済である。

本発明は上記のような点に鑑みてなされたもので、流体
抵抗となるような装置を付加することなく、熱交換容器
内での粉粒体の平均滞溜時間を更に増大させることによ
り、熱ガスと原料粉粒体との間の熱交換効率の向上をし
すると共に、微粉炭等の固体燃料を使用する場合にも燃
料粉粒体を十分に滞溜させ、固体燃料の十分な燃焼を達
成することのできる多段噴流層式熱交換装置を提供する
ことを目的とし、その要旨とする処が、下部を截頭逆円
錐状に形成した噴流層式熱交換容器を小径の頚部を介し
て上下方向に連通状に複数段積重し、且つ最下段の噴流
層式熱交換容器の下端に気体導入ダクトを、また最上段
の噴流層式熱交換容器の」二輪、或いはその側壁に気体
排出ダクトをそれぞれ接続すると共に、上記噴流層式熱
交換容器または気体導入ダクトの一部に粉粒体供給シュ
ートを接続した粉粒体の多段噴流層式熱交換装置におい
て、上方段の噴流層式熱交換容器の截頭逆円錐状壁面に
粉粒体捕集用ホッパを接続し、当該粉粒体捕集用ホッパ
と下方段の噴流層式熱交換容器とを粉粒体シュートを介
して連接した点にある粉粒体の多段噴流層式熱交換装置
を提供するものである。

続いて第３図以下の添付図面を参照して、本発明を具体
化した実施例につき説明し、本発明の理解に供する。

ここに第３図乃至第６し１は本発明の第１乃至第４の実
施例に係る多段噴流層式熱交換装置の側面図である。

尚、これらの実施例において第２図に示した装置と同様
の構成要素を用いる場合には、同一の記号を使用する。

第１の実施例を示す第３図においては、上段の熱交換容
器２１１．の下部に形成されたテーパ部２２しに粉粒体
捕集用ホッパ３３が接続され、該粉粒体捕集用ホッパ３
３は、途中にダンパ３４を有する粉粒体シュート３５を
介して、前記下段の熱交換容器２１．の側壁３ｏに接続
された複数の粉粒体供給シュート３２の内の１っ３２ａ
に接続すれており、下部の熱交換容器２１ａがら頚部２
５を通って上段の熱交換容器２１しに流入した粉粒体の
一部は、側壁２８の近傍で垂直渦流２８ａ　（第２図示
）に導かれて、該側壁２８に沿って下降し、テーパ部２
２ｂから上記粉粒体捕集用ホッパ３３に捕集され、粉粒
体シュート３５を通って粉粒体供給シュー）３２ａより
下段の熱交換容器２１ａ内へ還流されるため、下段の熱
交換容器２１゜内をト弄する高温ガス流と再度接触し、
十分に加熱される。

この第１の実施例では、上記したように上段の熱交換容
器２１ｂへ流入した粉粒体の一部が再度下段の熱交換容
器２１．へ戻されるため、粉粒体の熱交換装置内におけ
る平均滞溜時間が全体として増大し、所期の目的が達成
される。

上記の実施例においては、各熱交換容器２１ａ及び２１
ｔ、が円筒状の側壁３０．２８とその下部のテーパ部２
２．及び２２Ｉ）によって形成されている場合について
説明したが、かかる直円筒状の部分である側壁３０や２
８は必ずしも必要ではなく、熱交換容器全体を第４図に
示す如く截頭逆円錐状に形成しても良く、又粉粒体捕集
用ホッパ３３及び粉粒体シュート３５は一箇所のみでな
く、上下段の熱交換容器に複数個接続することも可能で
ある。

第４図に示す第２の実施例においては、上下段の熱交換
容器３６ａ及び３６トが共に全体として截頭逆円錐状に
形成され、上段の熱交換容器３６ｂの側壁には、２個の
粉粒体捕集用ホッパ３３ａ。

３３、が接続され、両粉粒体捕集用ホッパ３３ａは、共
ど粉粒体シュート３５を経て、下段の熱交換容器３６．
の側壁に連接した粉粒体供給シュート３２ｂ　、３２Ｉ
、にそれぞれ接続されている。

又この場合、新たな粉粒体を供給する粉粒体供給シュー
ト３２は、下段の熱交換容器３６．自身に接続すること
なく、第４図に示す如くその下部に接続した気体導入ダ
ク）２７．に開口する如くなしてもよい。

更に第４図に示した実施例では、気体排出ダクト２９ａ
が上段の熱交換容器３６トの頂部壁３１ａに接続され、
この気体排出ダクト２９ａの下端２９ａ′及び上下段の
熱交換容器３６．と３６Ｉ、を連通させる頚部２５．の
下端２５ａ′はそれぞれ上段の熱交換容器３６ト及び下
段の熱交換容器３６ａ内へ垂直方向に突出し、これらの
部分での渦流を増大させて粉粒体の熱交換容器内での滞
溜を促進させている。

上記のような熱交換容器内での粉粒体の滞溜時間を増大
させる試みは、第５図に示す第３の実施例において、更
に良好な結果を住む。即ち、第５図に示した実施例では
、上段、中段、下段の３段に連接された熱交換容器３７
．　、　３７ｔ、　、３７ｃが設けられており、このよ
うに熱交換容器の段数を増加させることにより、粉粒体
の滞溜時間の延しが図り得ると共に、この実施例の場合
例えば最上段の熱交換容器３７．の垂直軸芯３８．とそ
の下部に連接した頚部２５ｂの中心線３９．とが距離ｌ
の分だけ偏心しており、このような偏心により頚部２５
トを通って最上段の熱交換容器３７゜内に流入する粉粒
体を含んだ高温空気が、垂直軸芯３８．に対して頚部２
５トの中心線３９．とは反対側の側面４０ａの方向へ偏
向され、この偏向流によって垂直方向の渦流の発生が促
進されるものである。また上方の熱交換容器のテーパ部
に接続した粉粒体シュート３５を接続させる下方の熱交
換容器としては、必ずしも第３図、第４図に示したよう
に隣接する下段の熱交換容器である必要は無く、例えば
第５図に示す如く、１つ又は複数の熱交換容器を飛び越
えてその下段の熱交換容器に接続してもよい。

そのため、側壁４０．の下部のテーパ部４１゜には熱交
換容器３７．の中心線３８．に対して頚部２５トとは反
対側の位置に粉粒体捕集用ホッパ４２、を接続し、上記
偏向されたガス流からの粉粒体の分離を図り、粉粒体シ
ュート３５を経て最下段の熱交換容器３７ｏへ戻す如く
構成している中段の熱交換容器３７ｂについても同様で
、その垂直軸芯３８Ｉ、は、頚部２５しを通る中心線３
９Ｉ、に対して距離ｌの分だけ偏心し、中段の熱交換容
器３７トの下部のテーパ部４１１．へは垂直軸芯３８Ｉ
、に対して中心線３９トとは反対側の側面に粉粒体捕集
用ホッパ４２トが接続され、この粉粒体捕集用ホッパ４
２Ｉ、も粉粒体シュート３５を経て、最下段の熱交換容
器３７ｃの側壁に接続されている。

以上述べた第１乃至第３の実施例においては、いずれも
新しい粉粒体を熱交換装置の下部から投入し、最終的に
は上部の気体排出ダクト２９又は２９ａから上昇する高
温ガスと共に取り出す所謂並流形の熱交換装置について
説明したが、本発明は向流形の熱交換装置についても同
様に適用が可能であり、第６図にはこのような向流形の
熱交換容器に本発明を適用した第４の実施例が示されて
いる。

即ちこの場合、熱交換容器は上下に２段積みされた４３
．及び４３ｂが例示的に示され、各熱交換容器４３．及
び４３しの軸芯４４ａ及び４４Ｉ。

はそれぞれ頚部２５ｃを通る中心線４５に対して左右方
向に距離βだけ偏心した状態で、頚部２５ｃを介して上
下方向に連通状に接続され、上段の熱交換容器４３ａの
頂部４６に接続された連絡ダクト４７は、更にその上部
に設けたサイクロン分離器４８の円筒状側壁４９に円周
方向に接続され、且つこの連絡ダクト４７の中間には、
粉粒体供給シュート５０が接続されている。

また、前記サイクロン分離器４８の下部の粉粒体排出口
５１は、シュート５２を介して一ヒ段の熱交換容器４３
．の側壁に開口する粉粒体供給シュート５３に接続され
、また上段の熱交換容器４３゜の下部のテーパ部５４．
に接続された粉粒体排出口ホッパ５５は、下段の熱交換
容器４３Ｉ、の側壁に開口する粉粒体供給シュート５６
に粉粒体シュート５７を介・して接続され、更に最下段
の熱交換容器４３トの下部に接続されたテーバ部５４ト
にば、最終的製品取り出し用の粉粒体捕集用ホッパ５８
が接続されている。

従ってこの第４の実施例の場合、最下段の熱交換容器４
３ｂの下幅に接続した気体導入ダクト５９から流入した
高温ガスの一部は、そのまま−上昇して上段の熱交換容
器４３．へ頚部２５．を通って流入し、その一部は下段
の熱交換容器の側壁近傍において垂直方向の渦流を形成
する。上段の熱交換容器４３．内に流入した高温ガスは
、下段の場合と同様に一部はそのまま上昇して気体排出
ダクト４７へ排出され、また一部は上段の熱交換容器４
３ａの側壁近傍において垂直方向の渦流を形成せしめる
。

上記のようなガスの流れに対して粉粒体供給シュート５
０から投入された原料粉粒体は、連絡ダクト４７中を通
る高温ガスに運ばれてサイクロン分離器４８に至り、こ
こで高温ガスから分離され、粉粒体排出口５１、シュー
ト５２、粉粒体供給シュート５３を経て、上段の熱交換
容器４３ａへ供給され、その一部は上段の熱交換容器４
３ａ内を上昇する気流に乗って再び連絡ダクト４７へｌ
ｌｉ出され、残りは旋回する渦流に巻き込まれてテーパ
部５４ａの方向に下降し、粉粒体捕集用ホ・２バ５５及
び粉粒体シュート５７、粉粒体供給シュート５６を経て
、下段の熱交換容器４３しへ供給される。

また下段の熱交換容器４３トヘ粉粒体供給シューＩ−５
６から供給された粉粒体の一部は、気体導入ダクト５９
から流入する高温の上昇ガス流に乗って上段の熱交換容
器４３ａへ運搬され、また一部は下段の熱交換容器４３
トの側壁に沿った垂直渦流に巻き込まれてその側壁に沿
って下降し、粉粒体捕集用ホッパ５８を通って外部へ取
り出される。

以上述べたようにこの第４の実施例では、上段の熱交換
容器４３ａとその上部に設けたサイクロン分離器４８と
の間、及び上下段の熱交換容器４３、と４３しとの間に
おいて粉粒体が循環し、しかも粉粒体の流れは全体的に
上段の粉粒体供給シュート５０から下段の粉粒体捕集用
ホッパ５８に向けて下降するのに対し、高温ガスは下方
の気体導入ダクト５９から上方の気体排出ダクト６０へ
向けて上昇し、こうして高温ガス流と粉体の流れが対向
流となるため、熱交換効率が従来よりも更に向上するも
のである。

面、第３図、第４図及び第６図においては、粉粒体シュ
ート３５等にガス流の短絡を規制するためのダンパ３４
を設けた場合について示したが、熱交換容器内の粉粒体
の濃度が高い場合には、上記のようなシュート中のダン
パを第５図に示した如く省略することも可能である。

以上述べたような熱交換容器はその側壁部にバーすや微
粉炭供給機構等の燃料供給装置を付加したり、或いは必
要に応じて燃焼用空気の導入口を設けることによりその
まま仮焼炉としても用いることが出来るものである。

尚、以上の説明において、熱交換の種類（加熱又は冷却
）、ガス体の種類及び温度、粉粒体の種類、或いは熱交
換容器の段数又は断面形状などを自由に選べることは勿
論である。

本発明は以上述べたように、下部を截頭逆円錐状に形成
した噴流層式熱交換容器を小径の頚部を介して上下方向
に連通状に複数段積重し、且つ最下段の噴流層式熱交換
容器の下端に気体導入ダクトを、また最上段の噴流層式
熱交換容器の一ト端、或いはその１１１１＋壁に気体排
出タリトをそれぞれ接続すると共に、上記噴流層式熱交
換容器または気体導入ダクトの一部に粉粒体供給シュー
トを接続した粉粒体の多段噴流層式熱交換装置において
、上方段の噴流層式熱交換容器の截頭逆円錐状壁面に粉
粒体捕集用ホッパを接続し、当該粉粒体捕集用ホッパと
下方段の噴流層式熱交換容器とを粉粒体シュートを介し
て連接したことを特徴とする粉粒体の多段噴流層式熱交
換装置であるから、粉粒体の熱交換容器内における平均
滞溜時間が増大し、これにより熱交換が促進されると共
に、粉粒体の濃度が増大し、熱交換容器の部分的加熱を
防止することができ、特にこの熱交換容器を仮焼炉等に
用いた場合、原料粒度にかかわらず十分な脱炭酸反応が
達成され、且つ微粉炭等の固体燃料を使用した場合にも
燃料の滞溜時間が増大し燃焼が促進され、とりわけセメ
ント原料焼成装置に用いて好適の多段噴流層式熱交換装
置を提供するもので、設備面においても既設の多段噴流
層式熱交換装置にも容易に適用することが可能で、実質
的にコストダウンに寄与するものである。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来のセメント原料焼成装置の全体系統図、第
２図は従来の多段噴流層式熱交換装置の側面図、第３図
乃至第６図はそれぞれ本発明の第１乃至第４の実施例に
係る多段噴流層式熱交換装置の側面図である。 （符号の説明） ２１ａ、２１ｂ、３６ａ、３６し、　３７ａ、３７ｂ　
、３７ｃ　、４３ａ　、４３＋、・・４交換容器２２ａ
　、　２２ｂ、４１ａ、４１ｂ　、　５４ａ、５４１、
・・・テーバ部 ２７．２７．．５９・・・気体導入ダクト２９．２９．
．６０・・・気体排出タリト３３、　３３ａ、４２ａ、
４２ｂ　、　５５．　５８・・・粉粒体捕集用ホッパ ３２．５０・・・粉粒体供給シュート ２５、　２５−　、　２５ｂ　、２５ｏ・・・頚部出願
人　株式会社　神戸製鋼所 代理人　弁理士　本庄　弐男 第５図 第６図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）下部を截頭逆円錐状に形成した噴流層式熱交換容
   器を小径の頚部を介して上下方向に連通状に複数段積重
   し、且つ最下段の噴流層式熱交換容器の下端に気体導入
   ダクトを、また最上段の噴流層式熱交換容器の上端、或
   いはその側壁に気体排出ダクトをそれぞれ接続すると共
   に、−上記噴流層式熱交換容器または気体導入ダクトの
   一部に粉粒体供給シュートを接続した粉粒体の多段噴流
   層式熱交換装置において、上方段の噴流層式熱交換容器
   の截頭逆円錐状壁面に粉粒体捕集用ホッパを接続し、当
   該粉粒体捕集用ホッパと下方段の噴流層式熱交換容器と
   を粉粒体シュートを介して連接したことを特徴とする粉
   粒体の多段噴流層式熱交換装置。
2. （２）粉粒体供給シュートが最下段の噴流層式熱交換容
   器、またはその下端に接続する気体導入ダクトに接続さ
   れている特許請求の範囲第１項に記載した粉粒体の多段
   噴流層式熱交換装置。
3. （３）粉粒体供給シュートが最上段の噴流層式熱交換容
   器に接続されていると共に、最下段の噴流層式熱交換容
   器に粉粒体捕集用ホッパが接続されている特許請求の範
   囲第１項に記載した粉粒体の多段噴流層式熱交換装置。
4. （４）噴流層式熱交換容器の垂直軸芯が該容器下端に接
   続した頚部の中心に対して偏心されており、且つ上記垂
   直軸芯に対して頚部の反対側に存在する截頭逆円錐状壁
   面に粉粒体捕集用ホッパが接続されている特許請求の範
   囲第１項、第２項若しくは第３項に記載した粉粒体の多
   段噴流層式熱交換装置。