JP5977515B2 - 冷却ユニット、及びそれを備えるクーラ装置 - Google Patents

Description

本発明は、高温の粒状搬送物、例えば粒状のセメントクリンカを搬送しながら冷却するクーラ装置の冷却ユニットに関する。

セメントプラントには、予熱、仮焼及び焼成を経て生成された高温のセメントクリンカを冷却しながら搬送するクーラが備わっており、例えば、特許文献1のようなクーラがある。このクーラは、複数の冷却格子を有しており、この冷却格子を縦方向に並べて組立てられている。冷却格子は、複数のＶ字プロフィルを有しており、このＶ字プロフィルを鏡面対称に離れて且つ互いにオフセットするように配置して構成されている。また、隣接するＶ字プロフィルの脚部同士は、その間に隙間をあけて配置されており、その隙間によって冷却空気を流すためのラビリンスが形成される。このように構成される冷却格子の上に高温のセメントクリンカが載せられ、ラビリンスを介して冷却空気を送ることでセメントクリンカを冷却しながら搬送することができる。

特開２００７−５１５３６５号公報

特許文献1に記載のクーラでは、冷却格子にラビリンスを構成し、このラビリンスを介して冷却空気を送ることでセメントクリンカの落下を防いでいる。しかし、冷却格子にラビリンスを構成しているために全てのセメントクリンカの落下を防ぐことができるわけではなく、細かな粒状のものは、このラビリンスを介して落下することがある。細かな粒状のセメントクリンカの落下も防ぐようにするためにはラビリンスの流路面積を狭くすることが考えられるが、ラビリンスの流路面積を狭くすると冷却空気の通過圧損が増加する。冷却格子の通過圧損は、層圧損の３０％前後が好ましく、これ以上になると電力消費量が無駄に増加することになる。

そこで本発明は、搬送する粒状物を均一に冷却し、且つ大きな粒状物だけでなく細かな粒状物の落下をも防ぐことができる冷却ユニット及びそれを備えるクーラ装置を提供することを目的としている。

本発明の冷却ユニットは、高温の粒状搬送物を搬送しながら冷却するクーラ装置に備わり、底板を有し、前記底板の上に前記粒状搬送物より低温の粒状埋設物を堆積させてデッド層を形成させ、前記デッド層を介して前記粒状搬送物を支持する支持部材と、前記デッド層の中に埋設される位置に、前記デッド層に冷却空気を放出するための散気管とを備えるものである。

本発明に従えば、冷却空気を送る散気管が底板とは別に設けられているので、底板に冷却空気を送るラビリンスを構成する必要がなくなる。これにより、底板から粒状物が落下することを防ぐことができる。

また、本発明では、デッド層の中に散気管を埋設させることができるので、散気管から放出される冷却空気をデッド層を介して粒状搬送物に送ることができる。これにより、冷却空気に適度な通過圧損を与えることができ、適正な熱交換を行うことができる。これにより、粒状搬送物を均一に冷却することができる。

更に、本発明では、底板上に設けられている低温の粒状埋設物によるデッド層内に散気管を埋設することができるので、散気管が高温の粒状搬送物に直接接触することがない。それ故、散気管が熱によって損傷したり、粒状搬送物の搬送によって磨耗したりすることを防ぐことができる。

上記発明において、前記散気管は、前記粒状搬送物を搬送する搬送方向と平行に配置され、前記冷却空気を放出するための複数の散気口を有し、前記複数の散気口は、前記散気管において前記搬送方向に間隔をあけて配置されていることが好ましい。

上記構成に従えば、散気管が搬送方向に延在し、散気口が搬送方向に間隔をあけて配置されているので、粒状搬送物の移動と停止を繰り返しながら搬送するクーラ装置において粒状搬送物を均一に冷却することができる。

また、本発明では、複数の散気口から冷却空気を供給するようになっているので、散気口の開口面積、個数、及び配置を適切に行なうことで、冷却空気と高温のセメントクリンカとの間で最適な熱交換を行うことができる。

上記発明において、前記散気口は、下方を向いて開口していることが好ましい。

上記構成に従えば、散気口から散気管内へと粒状埋設物が入り込むことを防ぐことができる。

上記発明において、前記デッド層に埋設される位置には、複数の前記散気管と、前記複数の散気管を連結させて前記各散気管に冷却空気を供給するヘッダとが設けられ、前記ヘッダは、前記搬送方向と直交する方向に配置されていることが好ましい。

上記構成に従えば、ヘッダにより複数の散気管に一斉に冷却空気を送ることができる。

上記発明において、前記支持部材は、前記底板の外周縁部に立設される壁を有して箱状に構成されていることが好ましい。

上記構成に従えば、底側だけでなく前後左右からの粒状埋設物の落下を防ぐことができる。

本発明のクーラ装置は、前述のいずれかの前記冷却ユニットを前記搬送方向に一列に並べて構成されている複数の冷却ユニット列を備え、前記複数の冷却ユニット列は、前記搬送方向に直交する方向に並設されているものである。

上記構成に従えば、前述するような機能を有するクーラ装置を実現することができる。

本発明によれば、搬送する粒状物を均一に冷却し、且つ大きな粒状物だけでなく細かな粒状物の落下をも防ぐことができる。

本発明に係るクーラ装置を備えるセメントプラントの構成を示す概略図である。 図１のクーラ装置の構成の概略を示す斜視図である。 図２のクーラ装置が備える冷却ユニットの構成を示す正面図である。 図３に示す切断線Ａ−Ａで切断して見た冷却ユニットの構成を示す断面図である。 図４に示す散気管周りを拡大して示す拡大断面図である。

以下では、前述する図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る冷却ユニット1及びそれを備えるクーラ装置２について説明する。なお、実施形態における上下左右前後等の方向の概念は、説明の便宜上使用するものであって、冷却ユニット１及びクーラ装置２に関して、それらの構成の配置及び向き等をその方向に限定することを示唆するものではない。また、以下に説明する冷却ユニット１及びクーラ装置２は、本発明の一実施形態に過ぎず、本発明は実施の形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。

［セメントプラント］
セメントは、石灰石、粘土、けい石、及び鉄等を含むセメント原料を粉砕する原料粉砕工程と、粉砕されたセメント原料を焼成する焼成工程と、最終工程である仕上げ工程を経て生成され、これらの３つの工程がセメントプラントにて行われる。これら３つの工程のうちの１つである焼成工程では、粉砕されたセメント原料を焼成して冷却し、粒状のセメントクリンカを生成している。図１に示す構成は、セメントプラントの焼成設備３を示すものであり、セメント製造における焼成工程を行っている部分である。焼成設備３は、原料粉砕工程にて粉砕されたセメント原料を予熱、仮焼、及び焼成し、焼成されて高温となった粒状のセメントクリンカを冷却するようになっている。

焼成工程を行う部分について更に詳細に説明すると、焼成設備３は、予熱器４を備えており、予熱器４は、複数のサイクロン５によって構成されている。サイクロン５は、上下方向に並べて段状に設けられており、その中の排気を上段のサイクロン５に吹き上げ（図１の破線の矢印参照）、投入されたセメント原料を旋回流により分離し、下段のサイクロン５へと投入するようになっている（図１の実線の矢印参照）。最下段の一段上に位置するサイクロン５は、セメント原料を仮焼炉６に投入するようになっている。仮焼炉６は、バーナを有しており、このバーナによる熱と後述する排気の熱とによって投入されたセメント原料中の炭酸ガスを分離する反応（即ち、仮焼反応）が行われる。仮焼炉６で仮焼反応が促進されたセメント原料は、後述のように最下段のサイクロン５に導かれ、更にこのサイクロン５内のセメント原料がロータリキルン７へと供給されるようになっている。

このロータリキルン７は、いわゆる回転窯であり、数十メートル以上の横長円筒状に形成されている。ロータリキルン７は、サイクロン５側である入口から先端側にある出口に向かって僅かに下向きに傾いて配置されている。それ故、軸線を中心にロータリキルン７を回転させることによって、入口側にあるセメント原料が出口側へと搬送されるようになっている。また、ロータリキルン７の出口には、燃焼装置８が設けられている。燃焼装置８は、高温の火炎を形成し、セメント原料を焼成するようになっている。

また、燃焼装置８は、高温の燃焼ガスを入口側に向かって噴射し、燃焼装置８から噴射された燃焼ガスは、セメント原料を焼成しながらロータリキルン７内を入口の方へと流れる。燃焼ガスは、高温の排気として仮焼炉６の下端から噴流となって仮焼炉６内を上方に吹き上がり（図１の破線の矢印参照）、仮焼炉６内に投入されたセメント原料を上方に吹き上げるようになっている。セメント原料は、この排気及びバーナによって約９００℃まで加熱される、即ち仮焼される。また、吹き上げられたセメント原料は、排気と共に最下段のサイクロン５に流入し、ここで流入する排気とセメント原料とが分離される。分離されたセメント原料は、ロータリキルン７に供給され、排気は、一段上のサイクロン５へと吹き上げられる。吹き上げられた排気は、各サイクロン５でそこに投入されたセメント原料と熱交換を行ってセメント原料を加熱し、再びセメント原料と分離される。分離された排気は、更にその上のサイクロン５へと上昇して熱交換を繰り返す。そして、最上段のサイクロン５から大気に排出される。

このように構成される焼成設備３では、セメント原料が最上段のサイクロン５付近から投入され、排気と熱交換しながら十分に予熱されて最下段より一段上のサイクロン５まで降り、そして仮焼炉６に投入される。仮焼炉６では、セメント原料がバーナ及び高温のガスにより仮焼され、その後、セメント原料は、最下段のサイクロン５へと導かれそこで排気から分離されてロータリキルン７に供給される。供給されたセメント原料は、ロータリキルン７内で焼成されながら出口側へと搬送される。このように予熱、仮焼、及び焼成されることによって、セメントクリンカが成形される。ロータリキルン７の出口には、クーラ装置２が設けられており、ロータリキルン７の出口からクーラ装置２に成形されたセメントクリンカが排出される。

＜クーラ装置＞
クーラ装置２は、ロータリキルン７から排出されるセメントクリンカ（高温の粒状搬送物）を予め定められる搬送方向に搬送しながら冷却するようになっている。クーラ装置２は、図２に示すように、ロータリキルン７の出口直下に固定傾斜グレート１１を有している。固定傾斜グレート１１は、ロータリキルン７の出口側から搬送方向に向かって下方に傾斜している。ロータリキルン７の出口から排出された粒状のセメントクリンカは、固定傾斜グレード１１上を転がるように搬送方向に落ちていくようになっている。また、固定傾斜グレート１１の搬送方向先端部には、複数の冷却ユニット列１３が設けられており、セメントクリンカが複数の冷却ユニット列１３上に堆積してクリンカ層１４を形成するようになっている。

冷却ユニット列１３は、搬送方向に延在する構造体であり、隙間を空けずに隣接するように搬送方向に直交する横方向（以下、「直交方向」ともいう）に並設されている。また、冷却ユニット列１３の間は、セメントクリンカが下方に落ちないようにシールされている。このように隙間を空けず、且つシールされて並設された複数の冷却ユニット列１３の全てを覆い隠すようにその上にクリンカ層１４（図２の２点鎖線参照）が載っている。

また、複数の冷却ユニット列１３は、このクリンカ層１４を冷却しながら搬送方向に搬送するようになっている。冷却ユニット列１３では、クリンカ層１４の移動と停止が繰り返されながら粒状のセメントクリンカが搬送される。その具体的な搬送方法としては、例えば全ての冷却ユニット列１３を前進させた後に隣接しない冷却ユニット列１３を複数回に分けて後退させる方法や、直交方向に延在するクロスバーを冷却ユニット列１３の上部に設けて、そのクロスバーを搬送方向に動かすことでクリンカ層１４を搬送方向に送る方法がある。なお、クリンカ層１４を搬送方向に送る構成及び方法については、上述する構成及び方法に限定されず、クリンカ層１４を搬送方向に送ることができる構成及び方法であればよい。このように構成される冷却ユニット列１３は、複数の冷却ユニット１を有しており、この冷却ユニット１を搬送方向に一列に並べて構成されている。

冷却ユニット１は、図３及び図４に示すように大略長方体の箱状に形成されたケーシング２１を有している。ケーシング２１は、下側に平坦な底板２１ａを有しており、上側が開口している。また、ケーシング２１は、底板２１ａに立設されている４つの壁２１ｂ〜２１ｅを有している。このように構成されるケーシング２１の底板２１ａには、直交方向に延在するヘッダ２２が設けられている。

ヘッダ２２は、その下側に開口を有する断面Ｕ字状になっており、底板２１ａのヘッダ２２の開口に対応する位置には、直交方向に延在する開口溝２１ｆが形成されている。また、ヘッダ２２は、一方の側壁２１ｄから他方の側壁２１ｅまで延在しており、その左右両端部が２つの側壁２１ｄ及び２１ｅによって塞がれている。これにより、ヘッダ２２内には、底板２１ａの下方空間２３に繋がる供給通路２２ａが形成されている。底板２１ａの下方空間２３には、冷却空気を供給するための冷却空気供給ユニット２４（図２参照）が繋がっており、底板２１ａの下方空間を介して供給通路２２ａに冷却空気が供給されるようになっている。このように構成されるヘッダ２２は、搬送方向に間隔をあけてケーシング２１内に複数（本実施形態では２つ）配置されており、これらのヘッダ２２には、複数の散気管２５が設けられている。

散気管２５は、搬送方向に延在する円筒部材である。散気管２５は、直交方向に間隔をあけて位置しており、隣り合う２つのヘッダ２２間、及びヘッダ２２と前後壁２１ｂ，２１ｃとの間に夫々架設されている。散気管２５は、その中に冷却通路２５ａを有しており、この冷却通路２５ａがヘッダ２２内の供給通路２２ａに繋がっている。他方、前後壁２１ｂ，２１ｃに夫々設けられている散気管２５の端部は、前後壁２１ｂ，２１ｃによって塞がれている。このようにして設けられる散気管２５は、ヘッダ２２から冷却空気が供給され、この冷却空気が冷却通路２５ａを流れるようになっている。そして、散気管２５には、複数の散気口２６が設けられている。

散気口２６は、図５に示すように、散気管２５の軸線に直交する平面において散気管２５の下半面において直交方向両側に離して配置され、半径方向に且つ斜め下方に向かってに開口している。このように開口する散気口２６は、搬送方向に略等間隔で位置するように散気管２５に形成されている。散気管２５は、これら散気口２６が底板２１ａによって覆われないように底板２１ａから高さｈだけ上方に離して設けられ、且つ底板２１ａに平行に設けられている。これにより散気管２５内を流れる冷却空気は、この散気口２６から外方へと放出されるようになっている。

このような散気管２５が設けられるケーシング２１内には、キルン７から排出される通常のセメントクリンカより低温（例えば、２０℃〜６０℃の常温）のセメントクリンカが入れられており、ケーシング２１内がセメントクリンカによって満たされている。これにより、セメントクリンカが底板２１ａの上に堆積してデッド層２７（図３乃至５の二点鎖線参照）を形成している。このデッド層２７上には、搬送すべき粒状のセメントクリンカ（クリンカ層１４、図３及び４の二点鎖線参照）が載せられており、底板２１ａがこのデッド層２７を介して粒状のセメントクリンカ（クリンカ層１４）を支持している。

また、ケーシング２１内をセメントクリンカで満たすことで、デッド層２７に散気管２５が埋まっている。即ち、散気管２５がデッド層２７の中に埋設されている。このように、デッド層２７に散気管２５を埋めることで、散気管２５から排出される冷却空気をこのデッド層２７のセメントクリンカの間を通してその上のクリンカ層１４に送ることができる。これにより、デッド層２７により冷却空気に適正な通過圧損を与えることができる。

デッド層２７の通過圧損は、その層高と散気口２６の配置とサイズに対応した値となっており、ケーシング２１内を満たすことで形成されるデッド層２７の層高は、ケーシング２１の側壁２１ｄ，２１ｃに応じて決まる。それ故、デッド層２７の通過圧損は、ケーシング２１の形状と散気口２６の配置とに応じた値に定まっており、散気管２５の配置高さｈ、並びに散気口２６の口径及び個数を適切に設定することで、冷却ユニット１全体の通過圧損を所望の値にすることができる。

このように通過圧損を所望の値にすることで、クリンカ層１４の層高差やセメントクリンカの粒径分布の偏りによるクリンカ層１４内における冷却空気の偏流を抑えることができる。即ち、略均一な分布の流量の冷却空気をクリンカ層１４に送ることができ、クリンカ層１４を均一に冷却することができる。具体的に説明すると、冷却ユニット１全体の通過圧損を適正な値にすることによって、冷却ユニット１及びクリンカ層１４の通過圧損に対するクリンカ層１４の層高差やセメントクリンカの粒径分布の偏りによる圧損差の割合を小さくすることができる。これにより、クリンカ層１４内において冷却空気が略真上に流れるようになり、冷却空気の偏流を抑えることができる。それ故、クリンカ層１４を均一に冷却することができる。

また、散気管２５をデッド層２７内に埋設する構造であるので、散気管２５が高熱且つ移動するクリンカ層１４に直接接触することがない。それ故、散気管２５が熱によって損傷したり、クリンカ層１４の移動によって磨耗したりすることを防ぐことができる。

更に、散気管２５を用いることで従来技術のように底板２１ａに冷却空気を供給する溝または孔を形成する必要がないので、底板２１ａから下方にセメントクリンカ及び粒状のセメントクリンカがこぼれ落ちることがない。また、搬送方向及び直交方向に壁２１ｂ〜２１ｅが立設されているので、ケーシング２１内からセメントクリンカが搬送方向及び直交方向（即ち、前後左右）にこぼれ落ちることも防ぐことができる。更に、散気管２５の散気口２６が斜め下方に向かって開口しているので、セメントクリンカが散気口２６を介して散気管２５内に入ることを防ぐことができる。つまり、散気口２６は、セメントクリンカやセメントクリンカが散気口２６を通じて散気管２５内に進入しないような角度θをもって形成されている。これにより、散気口２６及び散気管２５がセメントクリンカによって詰まる事を防ぐことができ、所望の流量の冷却空気をデッド層２７を介してクリンカ層１４に送ることができる。

このように構成されているクーラ装置２では、ロータリキルン７から排出された粒状のセメントクリンカを固定傾斜グレート１１上で受けて冷却ユニット列１３の方へと転がす。そして、セメントクリンカを冷却ユニット列１３の上に堆積させ、冷却ユニット列１３の上にクリンカ層１４を形成し、このクリンカ層１４を前述するような方法によって搬送方向に搬送する。搬送中、冷却空気供給ユニット２４（ファン）が可動しており、この冷却空気供給ユニット２４から下方空間２３を介してヘッダ２２の供給通路２２ａに冷却空気が供給される。ヘッダ２２内の冷却空気は、複数の散気管２５の冷却通路２５ａに一斉に送られ、各散気口２６を介して外方に放出される。散気口２６から放出された冷却空気は、デッド層２７のセメントクリンカの間を通って上昇し、クリンカ層１４へと達する。冷却空気は、クリンカ層１４の粒状のセメントクリンカと熱交換してそれを冷却しながらその間を通り、クリンカ層１４上部から上方へと抜けていく。上方に抜けた空気は、粒状のセメントクリンカと熱交換することによって高温になっており、高温になった空気の一部は、クーラ装置２から排出されて直接キルン７、もしくは排出管３１を介して仮焼炉６に導入されるようになっている。

クーラ装置２では、このように冷却ユニット１によってクリンカ層１４の粒状のセメントクリンカを冷却しつつ搬送し、粒状のセメントクリンカが大気温度より数十度高い温度まで冷却し続ける。

＜そのほかの実施形態について＞
本実施形態では、デッド層２７を形成する粒状物としてセメントクリンカを用いたが、セメントクリンカ以外の耐熱の粒状物、例えば、金属やセラミック等の粒状物を用いてもよい。また、搬送される粒状物及びデッド層２７を形成する粒状物の粒径の大小は問わない。散気管２５の外形及び配置位置も前述のような形状及び位置に限定されず、搬送方向に直交していてもよく、また散気管２５を蛇腹状に形成して配置してもよい。また、本実施形態では、底板２１ａが平板であるが、下方又は上方に突出するＶ字状の板や直交方向又は搬送方向に傾斜する傾斜板であってもよい。

１ 冷却ユニット
２ クーラ装置
１３ 冷却ユニット列
１４ クリンカ層
２１ ケーシング
２１ａ 底板
２２ ヘッダ
２５ 散気管
２６ 散気口
２７ デッド層

Claims (5)

1. 高温の粒状搬送物を搬送しながら冷却するクーラ装置の冷却ユニットであって、
   底板を有し、前記底板の上に前記粒状搬送物より低温の粒状埋設物を堆積させてデッド層を形成させ、前記デッド層を介して前記粒状搬送物を支持する支持部材と、
   前記デッド層の中に埋設される位置で延在し、前記デッド層を介して前記粒状搬送物に冷却空気を与えるための散気管とを備え、
   前記デッド層は、前記冷却空気に設定される通過圧損を与えるように形成され、
   前記散気管は、前記冷却空気を放出するべく、複数の散気口を有し、
   前記散気口は、下方を向いて開口し、且つ前記散気管において前記散気管が延在する方向に直交する直交方向両側に離して配置されている、冷却ユニット。
2. 前記散気管は、前記粒状搬送物を搬送する搬送方向と平行に延在し、
   前記散気口は、前記散気管において前記搬送方向にも間隔をあけて複数配置されている、請求項１に記載の冷却ユニット。
3. 前記デッド層に埋設される位置には、複数の前記散気管と、前記複数の散気管を連結させて前記各散気管に冷却空気を供給するヘッダとが設けられ、
   前記ヘッダは、前記搬送方向と直交する方向に延在するように配置されている、請求項２に記載の冷却ユニット。
4. 前記支持部材は、前記底板の外周縁部に立設される壁を有して箱状に構成されている、請求項１乃至３の何れか１つに記載の冷却ユニット。
5. 請求項１乃至４の何れか１つに記載の前記冷却ユニットを前記搬送方向に一列に並べて構成されている複数の冷却ユニット列を備え、
   前記複数の冷却ユニット列は、前記搬送方向に直交する方向に並設されている、クーラ装置。

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