JP2004506582A - 材料を冷却する方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、回転式管形窯で処理した石灰などの材料を、窯に付随する冷却器で冷却する方法および装置に関する。冷却器は少なくとも１つの室を備え、その入口に、窯で処理された高温の材料が、窯と前記室を接続する単数／複数のシュートを介して落下し、前記室の最下部分に材料床を形成して、材料はさらに冷却ガス流に対して逆流し、室の出口端から放出される。材料は、冷却室の入口端で循環し、材料はそこに復帰し、したがって循環している材料と復帰した材料とが、単数／複数のシュートの位置で前記層を形成し、その上に釜から落下する新鮮で高温の材料が新しい床を形成し、循環している材料および復帰した材料と混合される。

Description

【０００１】
本発明は、回転式管形窯で処理した石灰などの材料を、窯に付随する冷却器内で冷却する方法および装置に関する。
【０００２】
本発明は、回転式管形窯で処理し、そこから高温状態で放出された材料の冷却を強化する点にある。回転式管形窯に使用する冷却器は、いわゆる扇形冷却器である。これは、管形窯のシェルの外側に配置され、一方が他方の内側に配置された２本のシリンダで形成され、窯と一緒に回転する。入口に端で窯の外壁に取付けられ、放出端で滑動継手で取付けることにより、窯に支持される。冷却器の目的は、それぞれ、石灰泥から生成した酸化カルシウムのような石灰から生じる高温の材料を冷却し、窯に入る燃焼空気を予熱することである。冷却器の外側シェルと内側シェルは、半径方向に配置された細長い板によって相互に結合され、それによってシェル間に形成された環状空間を、所望の数の冷却扇形に分割することができる。冷却器はその入口端が溶接によってドロップ・シュートを介して窯に固定されている。ドロップ・シュートを通して高温材料が窯から冷却器の入口端に導かれる。入口端には円錐形部品を設け、ドロップ・シュートを介して通過する材料を受ける。冷却した材料の放出ホッパに固定接続した輻射シールドが、冷却器を囲む。
【０００３】
扇形冷却器内では、その入口端は通常、円錐形で、比較的細長い要素である。窯のシェルと冷却器の間にあるドロップ・シュート（ドロップ・ダクト）の数は、通常８から１０本なので、冷却器の円錐形部品への冷却材料の供給は、通常は脈動し、それによって特に供給コーンが非常に鋭角の場合、例えば高温の石灰が窯から直接、迅速かつ部分的に、さらに不均一に扇形部品へと通過する。扇形に入る材料流の全部が等しいわけではなく、これは材料の逆流にも寄与する。それに加え、扇形部分の前部の比較的短い長さに局所的熱負荷が発生し、この熱負荷も構造の負担になる。
【０００４】
上述の事項により、特に冷却すべき材料が過剰に加熱され、粘着性になっている場合、主要温度ピークが優勢となる場所に冷却すべき材料が蓄積される、というさらなる問題が生じることもある。つまり、扇形の前部が詰まることがあり、これによって石灰の流れが部分的に阻止され、例えば逆流にさらに寄与する。さらに、供給コーンは冷却器の前部に、燃焼空気および冷却材料に関して使用されない大きい空間を生成し、これが冷却器の効率的な熱伝達面積および長さを減少させ、したがって熱伝達係数も低下させる。大抵は、コーンの最下部分にのみ、冷却空気との接触面が比較的小さい１つの連続石灰床がある。石灰床の表面層は、石灰床の内側の石灰を空気から隔離して石灰の冷却を阻げてしまう。
【０００５】
米国公報第Ａ−４０８９６４１号は、回転式管形窯の衛星冷却器に関する構造について記載し、その構造の目的は、冷却器の内壁を、窯から通過する高温材料の影響から保護することである。衛星冷却器の内側に配置された偏向板が材料の通過を制限し、したがって以前の回転中に窯から冷却器に放出された材料が保護層を形成し、その上に窯から放出された材料が衝突する。上記特許によると、これは、セメント窯でクリンカを生成する場合に、耐火性ライニングの急速な摩耗を防止する。他方で、保護層から環境への熱伝達、つまり材料の冷却は、基本的に、衛星冷却器が窯とともにその最下位置へ到達するまで、窯が１回転する間でのみ実行される。窯から放出された高温材料から燃焼空気への熱伝達は、特には向上されない。
【０００６】
本発明の目的は、回転式管形窯の冷却器内で窯から通過する高温材料の冷却を向上することである。特に、本発明の目的は、石灰などの高温材料から冷却器の入口端における、さらに窯と冷却器間のドロップ・シュート内における冷却空気流への熱伝達を向上することである。それと同時に、本発明の目的は、冷却器の構造が受ける熱負荷を減少させることである。
【０００７】
これらの目的を実行するため、本発明は窯に付随する冷却器内で、回転式管形窯で処理した石灰などの材料を冷却する方法に関し、冷却器は、少なくとも１つの室を備え、その入口へと窯で処理された高温材料が、窯と前記室を接続する単数／複数のシュートを介して窯から落下し、前記室の最下部分で材料床を形成し、それによってシュートの位置にある材料が、以前にシュートから落下した材料で形成された材料層上に落下し、材料はさらに、冷却ガス流に対して逆流で室を流れ、室の出口から放出される。本発明の独特の特徴は、材料が冷却室の入口端で循環して、そこに復帰し、したがって単数／複数のシュートの位置では、循環している材料と復帰する材料とが層を形成し、その上に窯から落下した新鮮な高温材料が連続的に新しい床を形成し、循環している材料および復帰する材料と混合されることである。さらに、形成された材料床は、冷却ガス流を通して落下し、前記材料床を形成する部分へと連続的に分割されることが好ましい。
【０００８】
本発明は、管形窯で処理された材料を冷却する装置にも関し、装置は、内側一方が他方のに配置され、窯を囲み、窯とともに窯の縦軸の周囲で回転する少なくとも２つの円筒形シェルを備え、シェルは、窯と同心で窯の放出端に装着され、シェル間に環状空間が形成され、前記空間が、窯と前記空間を接続する単数／複数のシュートを介して窯と連絡し、窯内で処理された高温の材料が、前記シュートを介して窯から前記環状空間の入口端に落下して、前記空間の最下部分に材料の床を形成する。装置の独特の特徴は添付請求の範囲で開示される。
【０００９】
本発明では、既に多少冷却された材料が循環し、したがって高温の材料床と冷却器室の入口端における冷却器、または窯から来る石灰などの最高温材料が落下する先の区域にある環状空間との間の断熱材として作用する保護層が提供される。
【００１０】
本発明によると、冷却の向上は、接触面、つまり冷却空気と冷却すべき材料との間の熱伝達面の増大に基づく。フィンランド特許出願第２００００７８２号は、扇形冷却器を開示し、これにより入口端の円錐形構造を円筒形に置換し、それによって冷却空気流の効果が対処できる材料の量が増加し、冷却が向上される。本発明は、この種の冷却器構造との関連で適用することが好ましい。本発明による方法を実践する場合、冷却は、さらに、材料床と冷却用燃焼空気の間の熱伝達面を増加させることによって向上され、その熱伝達面の増加は、石灰などの冷却すべき材料の循環および復帰による前記材料床の降着の結果である。冷却中に高温材料から伝達される熱は、燃焼空気の予熱に使用することが最も適切である。供給シリンダの容積は、以前の冷却器で使用した供給コーンの容積より大きいので、より大きい石灰床を収容することができ、冷却扇形の前部から復帰し、既に多少冷却されている循環石灰は、窯の回転運動により、窯から来る高温の石灰と効率的に混合される。混合の結果、冷却扇形部分に供給される石灰が冷却され、したがって扇形部分の前部壁における高温石灰の焼結が防止される。
【００１１】
材料床では、表面層が最初に冷める。混合していない連続的な材料床を１つだけ冷却器に提供する場合は、その表面上にある材料が、冷却後に断熱材として作用し、床の内側から周囲空気への熱伝達を効率的に防止する。本発明の好ましい実施形態によると、冷却は、さらに、冷却器の入口端で材料床を複数の区間に分割し、高温材料と冷却空気との接触面を増加させることによって、さらに強化することができる。したがって、冷却される材料の空気と接触する部分が大きくなる。材料床の少なくとも一部を、冷却器の上昇側または下降側で、冷却ガス流への別個の粒子に分解することにより、冷却をさらに強化することができる。
【００１２】
１つの実施形態によると、材料床の少なくとも一部を、ドロップ・シュートの領域で窯に復帰させることがさらに可能であり、それによってシュートを通って流れ、材料より低温の燃焼空気により、さらに「洗われる」。これは、窯の回転中に適切な手段によって材料床を上昇させることによって実行され、それにより材料は、最上位置でドロップ・シュートを通って落下し、釜に戻り、下向きのドロップ・シュートを通り、さらに冷却器に向う。
【００１３】
本発明を、添付図面に関してさらに詳細に開示する。
【００１４】
図１は、回転式管形窯の冷却端の断面図であり、その冷却端を介して、窯で処理した材料がそこから放出される。
【００１５】
回転式管形窯１の放出端は、窯がその縦軸Ｌの周囲に回転するにつれ、支持リング（図示せず）によって支持ロールにそれ自体知られている方法で支持される。石灰泥などの熱処理される材料は、窯を通してそれ自体知られているように移送され、煙道ガスおよび熱放射によって窯内で加熱され、酸化カルシウムと二酸化炭素に分解される。熱処理した材料は、窯の出口５を介して放出され、その出口は冷却器２と連絡する。
【００１６】
冷却器２は、内側と外側に配置された２つの円筒形シェル６および７を備え、シェルは、窯と同心で窯１の放出端に装着され、窯を囲んで、窯とともに回転する。その間に環状空間８が形成される。内部円筒形シェル６は、一方端がドロップ・シュート（ドロップ・ダクト）３を介して窯に締め付けられる。窯からの高温材料を冷却器２へと導くため、ドロップ・シュートを介して、冷却器の環状空間８の入口開口１１が、窯の放出開口５と連絡する。窯の周囲に複数のドロップ・シュート３を設ける。シェル６および７は、環状空間を冷却扇形に分割する長手方向の中間壁１６によって相互に締め付けられる。
【００１７】
環状空間８は、少なくとも２つの別個の部分を有するよう配置され、したがって各円筒形シェル６および７は少なくとも２つのシリンダを備え、これは相互に締め付けられ、窯の縦軸Ｌの方向に連続的に配置される。内部シェル６は、連続的な円筒形部品、シリンダ６ａおよび６ｂを備え、外部シェル７は、連続的なシリンダ７ａおよび７ｂを備える。
【００１８】
２つの部品内にあるシェルの構造のため、冷却器は長手方向に２つの別個の部品に分割される。処理すべき材料が最初に流れる冷却器部品は、以下では「前置冷却器」１２と呼び、材料が窯を出てプロセスへと通過する部品は、以下では「２次冷却器」１３と呼ぶ。
【００１９】
シリンダ６ａおよび７ａを備える前置冷却器１２は、冷却器２の入口端に配置されて、ドロップ・シュートから来る高温の材料を受け、この材料は、外部シリンダ７ａの内面に床２６を形成する。シリンダ６ａの入口端は、これらのドロップ・シュート３を介して窯１に支持される。前置冷却器１２の放出端は、前置冷却器と２次冷却器の接合部２０において、それ自体知られている軽量滑動継手２２によって２次冷却器の入口端に支持され、それによって必要な半径方向および軸方向の運動が可能になる。シリンダ６ａおよび７ａは、前置冷却器と２次冷却器１３の間に滑動継手を形成するため、継手２０において、シリンダ６ｂおよび７ｂによって形成された環状空間１３の内側に十分延在する。２次冷却器の内部シリンダ６ｂの入口端は、要素２４によって、放出端は要素２５によって窯１のシェルに締め付けられる。
【００２０】
ドロップ・シュート３を囲む前置冷却器１２の入口端には、供給コーンがないが、外部シェル７ａと内部シェル６ａは両方とも、その全長に沿って円筒形であり、これによりドロップ・シュートに「供給シリンダ」を設ける。供給シリンダの領域には、シェル６と７を接続する中間壁がない。
【００２１】
冷却器の内側で冷却すべき材料の材料床２６からの移送は、冷却器空間の任意の壁に配置できる供給フライト１９などのそれ自体が知られている供給装置によって実行される。移送は、別個の部材によっても実行することができ、前記部材は、冷却器空間内に配置される。冷却器２の外周には供給らせん１４を設け、これが、場合によっては前置冷却器および２次冷却器の継手２０から通過する材料を案内し、プロセスに戻す。
【００２２】
冷却した材料は、２次冷却器１３から開口２１を通して放出ホッパ（図示せず）に放出される。冷却空気は、出口２１を通して冷却器２に入り、材料に対して逆流して、最終的にはドロップ・シュート３を介して流れ、燃焼空気として窯１に入る。
【００２３】
図１による装置では、本発明による材料の循環および復帰が、適切なサイズの樋４によって実行され、これは前置冷却器の入口端に溶接され、冷却すべき材料を循環させ、それと同時に冷却して、供給シリンダの最下部分の窯から来た高温の石灰流との混合も実行する。
【００２４】
図２による解決法では、前置冷却器の中間壁１６の前部で外周にある重量軽減開口２７（図１）が省略され、中間壁の前部に溶接することにより、適切な層状要素９を締め付ける。層状要素９は、中間壁の端部に平面の表面９ａが形成されるようにしなければならず、その平面の表面は、冷却扇形間で冷却すべき材料の供給を制限し、それによって材料は、ドロップ・シュート３を通して窯から来る高温の材料の下で、供給シリンダに復帰する。この方法で、前置冷却器の供給シリンダ内で所望の充填度およびさらに効率的な内部循環が実行される。
【００２５】
前置冷却器の供給シリンダの外周で、扇形の前部に配置された供給要素（供給平棒９）の高さおよび数、さらに相互に対する要素の傾斜は、前置冷却器の供給シリンダ内で適切な充填度および内部循環が、好ましくは実行されるよう決定する。
【００２６】
図２から図６の参照番号は、適宜、図１と同じである。
【００２７】
図３および図４による解決法では、前置冷却器に入るドロップ・シュート３の端部は、板１０（図３）または平棒１８（図４）で覆われる。したがって、各ドロップ・シュートの端部にポケット様の空間２８が形成され、この空間は、材料が前置冷却器の供給シリンダに直接落下するのを防止する。この方法で、処理される材料と冷却空気間の接触熱表面が多少増大する。
【００２８】
図５は、さらに、本発明を実行する装置を示す。ドロップ・シュート３は前置冷却器１２の自由端とともに供給シリンダの内側に延在し、したがってシュートの延長部２２が石灰床２６まで十分に延在する。シュートは、片側方法で延在し、したがって各シュート３の後側２３（窯の回転方向でシュートの後側）が短くなり、それによって例えば窯への冷却空気の流れ（図の矢印で図示）が妨げられない。したがって、ドロップ・シュートの前側２２（窯の回転方向で前側）が供給面（供給フライト）を形成し、それによって、必要に応じて冷却される材料の所望の量の循環が冷却器の供給端で実行されて、所望の量の供給が、中間壁１６によって形成された扇形部分で実行され、扇形部分から材料の一部が供給シリンダに復帰する。また、床の一部を別個の粒子に分割して、冷却器内の冷却ガス流に入れることができる。これは、窯が回転すると、ドロップ・シュート３の供給面として作用する側（延長部２２）が、冷却される材料に沿ってすくい上げ、ドロップ・シュートが窯の回転運動の影響で、材料の休止角度より傾斜した位置まで上昇するにつれ、材料が、一部は空気と混合した別個の粒子の形態で、供給シリンダの外部シェルへと下方向に流れるように実行される。ドロップ・シュートの前縁は、その供給面が材料床を効率的に除去し、持ち上げることができるような距離まで、供給シリンダ内に延在しなければならない。
【００２９】
ドロップ・シュートの延長部は、石灰が制御されずに、ドロップ・シュートを介して窯内のバーナ・パイプ上に復帰すること防止する働きもする。
【００３０】
材料の内部循環全体を、これもドロップ・シュート３の後側の「調整縁」によって、制御された方法で床の幾つかの部分に分割することができる。調整縁は、環状空間８内に延在するドロップ・シュートの後側２３にある部分２９である。調整縁２９によって、材料循環の一部がドロップ・シュート内の冷却空気流に復帰して、それと同時に窯に復帰し、そこから再び落下して冷却器に入ることができる。調整縁２９によって、材料循環の一部を別個の粒子に分割し、前置冷却器１２の下降領域でも冷却ガス流に入れることができ、それによってドロップ・シュートは下方向に回転する。この方法で、材料と冷却空気間の接触熱表面を制御された方法で増大させることができる。さらに、循環中に冷却される石灰などの材料が、供給シリンダの底部分で床タイプの保護層を形成し、この層が、窯から直接はいる高温の材料に対して構造を保護する。
【００３１】
図６は、ドロップ・シュートが供給シリンダ内にも延在するが、それによりドロップ・シュート３の端部と供給シリンダの外部シェル７との間に適切な距離が残された解決法を示し、この距離は基本的に図５の装置より長い。したがって、ドロップ・シュートが材料床まで延在しない。
【００３２】
供給シリンダの内面７ａに対して長手方向の半径方向にてドロップ・シュート３間に（例えば溶接によって）板状またはバケツ状の持ち上げ要素３０が取り付けられ、その要素３０の形状および高さは、これが供給シリンダの底部分に位置する材料床を、冷却器の上昇部分で上方向に材料床２６ａの一部の形で上昇させ、その上昇部分から、部分が一部落下して別個の粒子に分割され、冷却ガス流に入り、さらに一部は下に位置するドロップ・シュートにも落下するように適応させる。この方法で、冷却される材料の循環が、原則的に図５と同様に、供給シリンダの領域内で実行される。
【００３３】
本発明の用途は、上述した冷却器の構造に制限されず、本発明は、本発明の基本的特徴を実現できる他の冷却装置構造にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による方法を実行する好ましい装置を示し、管形窯の冷却器の立面図および線Ａ−Ａに沿って切り取った断面図を示す。
【図２】本発明による方法を実行する別の好ましい装置を示し、管形窯の冷却器の立面図および線Ａ−Ａに沿って切り取った断面図を示す。
【図３】本発明による方法を実行する第３の好ましい装置を示し、窯の端部から見た断面図で冷却器を示す。
【図４】本発明による方法を実行する第４の好ましい装置を示し、窯の端部から見た断面図で冷却器を示す。
【図５】本発明による方法を実行する第５の好ましい装置を示し、管形窯の冷却器の立面図および線Ａ−Ａによる断面図を示す。
【図６】本発明による方法を実行する第６の好ましい装置を示し、窯の端部から見た断面図で冷却器を示す。

Claims (9)

1. 回転式管形窯内で処理された石灰などの材料を、窯に付随する冷却器内で冷却する方法で、前記冷却器は、少なくとも１つの室を備え、その室の入口端で、窯内で処理された高温の材料が、窯と前記室を接続する単数／複数のシュートを介して窯から落下して、前記室の最下部分に材料床を形成し、それによって材料がシュートにおいて、以前に落下した材料で形成された層の上に落下し、材料がさらに室を通る冷却ガス流に対して逆流して、室の出口端から放出される方法で、材料が冷却室の入口端で循環し、材料がそこに復帰し、したがって単数／複数のシュートにて、循環している材料および復帰した材料で形成された前記層が形成され、その層の上で、釜から落下する新鮮で高温の材料が、連続的に新しい床を形成し、循環している材料および復帰した材料と混合されることを特徴とする方法。
2. 形成された材料床が部分に分割され、これを冷却ガス流を通して落下させ、前記層を形成することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 室の入口端にて、形成された材料床の少なくとも一部が別個の粒子に分割され、冷却ガス流に入ることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 回転式管形窯（１）内で処理された石灰などの材料を冷却する装置で、前記装置は、内側と外側に配置された釜を囲み、釜とともに釜の縦軸（Ｌ）の周囲で回転する少なくとも２つの円筒形シェル（６、７）を備え、前記シェルが、釜と同心で釜の出口端に装着され、そのシェル間に環状空間（８）が形成されて、釜と前記空間を接続する単数／複数のシュート（３）を介して釜と連絡し、そのシュートを介して、釜で処理された高温の材料が釜から落下し、環状空間の入口端に入り、前記空間の最下部分に材料床（２６）を形成する装置であって、釜から落下した材料を、釜から落下した高温材料の下で復帰させるため、環状空間（８）の入口端の端壁に樋状手段（４）が配置されることを特徴とする装置。
5. 回転式管形窯（１）内で処理された石灰などの材料を冷却する装置で、前記装置は、内側と外側に配置された釜を囲み、釜とともに釜の縦軸（Ｌ）の周囲で回転する少なくとも２つの円筒形シェル（６、７）を備え、前記シェルが、釜と同心で釜の出口端に装着され、そのシェル間に環状空間（８）が形成されて、釜と前記空間を接続する単数／複数のシュート（３）を介して釜と連絡し、そのシュートを介して、釜で処理された高温の材料が釜から落下し、環状空間の入口端に入り、前記空間の最下部分に材料床（２６）を形成し、円筒形シェル（６、７）の入口端より後の部分が、半径方向で長手方向の中間壁（１６）によって相互に接続され、その壁の間に冷却される材料が流れる装置であって、平面要素（９）を、冷却される材料の流れる方向にて、長手方向中間壁（１６）の第１端に取り付けて、中間壁間の材料の流れを制限し、したがって流れる材料の一部を、釜から落下する高温材料の下で、環状空間の入口端へと復帰させることを特徴とする装置。
6. 単数／複数のドロップ・シュート（３）が、釜の回転方向にて前側（２２）および後側（２３）を有し、その前側（２２）が基本的に後側（２３）より長く、したがって前側が基本的に材料床（２６）まで延在し、それによって前側が、材料床から材料を持ち上げて除去する供給面として作用することを特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. 単数／複数のドロップ・シュートの後側（２３）が、前側（２２）によって持ち上げられた材料を複数の別個の部分で環状空間の最下部分に復帰させるような距離（２９）まで内側に延在することを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. 材料床の一部を釜の回転方向に前記シェルの上昇部分まで持ち上げるため、環状空間（８）の外部シェル（７）の内面に板状またはバケツ状の要素（３０）を取り付けることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
9. 単数／複数のドロップ・シュート（３）が、回転方向にて前側および後側を有し、その前側が後側より長く、後側は、板状またはバケツ状の要素（３０）によって持ち上げられた材料を、複数の別個の部分で環状空間の底部分に復帰させるような距離（２９）まで環状空間（８）の内側に延在することを特徴とする、請求項８に記載の装置。

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