JPH0378131B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、竪形筒状の器内で上昇気流と粉粒
体との流動層及び噴流層を形成して粉粒体の乾
燥、予熱、焙焼、焼結・反応、冷却等の処理をす
る多段噴流層装置に関するものである。

従来の技術並びに問題点 流動層や噴流層を用いる装置は、優れた伝熱特
性を持つ反面、完全混合型であるため熱効率や反
応率が低く、そのことが構造的短所となつてい
る。

従つてこれを改善するために、上昇気流と粉粒
体の粒れを向流としかつ多段の層を形成し得るこ
とがこの種の装置の理想形と考えられている。

流動層又は噴流層を多段に形成する装置で、従
来提案されている代表的なものとしては第２図に
示すものがある。この装置は、矢印Ａのように上
段に供給された粉粒体は各段で漸次処理され、更
に溢流管１２，１２′，１２″を介して下段に移動
し、その後排出口１３から排出される。一方、上
昇気流は導入口１４から供給されて各段の多孔板
１５，１５′，１５″，１５で分散供給され、そ
の後排出口１６から排出される構造となつてい
る。

そして一般に多段の流動層装置（噴流層装置を
含む）においては、粉粒体と上昇気流とを向流に
接触させ、各段で流動層を形成させながら粉粒体
を一定量づつ下段に送る機構に最大の難点があ
る。また上述の第２図に示すように各段の流動層
底板として多孔板を用いる多段流動層装置では、
ある限定された操作領域でなければ安定な流動層
状態を示さないため実用化が困難であつて、実際
的には向流をやめ横型多室化への展開を余儀なく
されている。

一方本発明者は、先に特公昭59−11334号、60
−22273号、60−22274号の各公報によつて空塔形
式の多段噴流（流動）装置を提案して実用化し
た。この装置は、上述の多孔板を用いないで向流
多段化を進めたものであるが、これも２段以上と
することは難かしく、それ故上昇気流の排出ガス
温度はまだ高く、より効率的な熱回収が求められ
ていた。また、この装置は、その構造上、粉粒体
が微粉の場合、該微粉が上昇気流の流れに伴われ
て気流排出口から系外に飛散する恐れがあり、微
粉焼成の面で制約されるという問題も残されてい
た。

そこで本発明者は種々研究の結果、上述の理想
形の実現のためには、上昇気流の量（以下ガス量
という）を変えずに流動層（噴流層）における粉
粒体の滞留量を容易に増減制御することができ、
かつ一定量づつ下段に送ることが必要であること
に着目し、先願（特願昭61−25787号）で開示し
た「周壁噴流式流動層装置」（以下先願という）
を提案した。

すなわち多段の流動層（噴流層）における粉粒
体の滞留量と下段へ落下する量を調節するには、
主として吹上げる上昇気流の流速に関係するの
で、流速を変えるのにガス量を増減しなければな
らないが、先願では面積可変構造の開口部を周壁
部に設けて周壁噴流式としたために、ガス量一定
でも上昇気流の流速が変えられかつ滞留量と落下
量を容易に制御することができる。一般に流動層
（噴流層）に滞留する粉粒体の量は式(1)に示す関
係で決まり、各段の落下量は式(2)により粉粒体の
滞留量に比例し、上昇気流の流速に逆比例する関
係にある。

Ｗ＝△ｐ・AT ……(1)， Ｗ：滞留量（Kg） △ｐ：粉粒体の流動層における上昇気流の圧力損
失（Kg／m²） AT：流動層装置筒状器の横断面積（m²） Ｆ∽ｗ／u² ……(2)， Ｆ：落下量（Kg／sec） Ｗ：滞留量（Kg） ｕ：流速（ｍ／sec） つまり上昇気流の圧力損失（△ｐ）に相当する
量が浮遊流動するが、粉粒体の原料が継続的に供
給されると上記(1)式のバランスがくずれ供給量に
比例した量が開口部から自動的に押出されるよう
に落下する。

従つて上述の面積可変構造の開口部落下方式に
よれば、各段毎に落下量を強制的（ガス量を変化
させる）に落下させる必要がない。すなわち一定
ガス量の下で開口部（落下部）の面積を変えるこ
とができれば、吹上げ流速が変わり、それに応じ
て落下量が変るので一定の原料供給速度のもとで
新しい滞留量が形成される。つまり開口部面積変
化→吹上げ流速変化→△ｐ変化→滞留量変化の関
係が成立する。

そして先願の流動層装置は流動層底板を用い
て、その底板と筒状器の内周壁の間に開口部を多
段に設け、各々の開口部毎に噴流層、流動層を形
成する方式としたものである。

しかしこの方式では流動層（噴流層）の形成は
安定しているが、各層に滞留する粉粒体の量が密
であつてかつ流動状態がはげしい撹拌状態となら
ない場合がある。

このような場合に焼結性材料の焼成などの処理
をすれば、その材料の融着、クリンカーの生成が
おこり運転不能となることがある。

そこで本発明者は「周壁噴流式流動層」と粉粒
体がはげしい撹拌噴流状態となる「空筒噴流層」
を上下に形成することによりこの問題を解決する
ことができ、また前述した微粉焼成の面での制約
なども解決することができることを見出した。

問題点を解決するための手段 本発明は上述の知見に基づくものであつて、竪
形筒状の器内でその内周壁に沿つてその周壁と流
動層底板との間に形成される上昇気流を吹上げる
ための面積可変構造の開口部と、該開口部より上
部に位置する粉粒体の供給口及び気流排出口と、
該開口部より下部に位置する気流導入口及び粉粒
体の排出口とを有し、上記筒状器内で上昇気流と
粉粒体との流動層並びに噴流層を形成して用いる
装置において、上記面積可変構造の開口部が筒状
器内の上下方向において複数段設けられかつ各段
の開口部が個々に面積調節可能に形成されてお
り、該開口部は筒状器内に固定配置された流動層
底板と筒状器の内周壁の間に形成されるととも
に、該開口部に、筒状器の外側から水平方向に出
し入れ可能で、該開口部の面積を筒状器の内周壁
に沿つて均等な間隔で変化させる複数の面積調節
板からなる面積可変手段が配置されており、さら
に最下段の開口部より下部に空筒状の噴流室が設
けられ、かつ該空噴流室とその直下に設けた上記
気流導入口との接合部を介して上記粉粒体の排出
口が設れられていることを特徴とする多段噴流層
装置である。

以下この発明の構成と作用を実施例に基づいて
説明する。

実施例 第１図は、この発明を実施する多段噴流層装置
の側断面図である。図において、１は多段噴流層
装置本体をなす竪型の筒状器、２は原料粉粒体の
供給口、３は粉粒体の排出口、４，４′，４″は気
流の導入口、５は気流排出口である。

つぎに６，６′，６″は流動層底板、７，７′は
上昇気流を吹上げるための開口部８，８′の面積
調節装置である。そして開口部８〜８″は流動層
底板６〜６″と筒状器１の内周壁の間の円周面に
そつて形成される。

そして９は開口部８の直下に設けた空筒状の噴
流室である。

矢印Ａのように装置内に供給された粉粒体は、
開口部８〜８″において吹上げる上昇気流によつ
て流動層並びに噴流層を形成する。

ここに流動層とは一般に比較的低速の上昇気流
の中で粒子が浮遊する層を形成する場合をいい、
噴流層とはやゝ高速の上昇気流により粒子が噴水
状に浮遊する層を形成する場合をいう。

この発明において、開口部８〜８″における上
昇気流の吹上げ流速は、従前の多孔板による開口
部（多孔部）からの吹上げに比べ噴流層を形成す
る条件となりやすい。そのため一般に粒子の浮遊
流動がはげしい撹拌状態になりやすく、反応、焙
焼などの前記の処理に効果的である。

そして開口部８〜８″からやや上部に離れたと
ころでは流速がおそくなり流動層を形成するので
滞留する粉粒体の量が密になる。

つぎに、この実施例において流動層並びに噴流
層において粒子が滞留する量の調節並びに開口部
８〜８″を通つて落下する機構について説明する。

第３図は第１図の流動層底板６、面積調節装置
７、開口部８の部分拡大図である。第４図は第３
図のＡ−A′断面図である。この実施例では、面
積調節装置７は第４図に示すように６つに分割さ
れた面積調節板７ａ〜７ｆを有していて、これら
の面積調節板の各々が筒状器１の器壁につば１ａ
によつて挟まれて外部から操作できるように摺動
自在に取付けられている。なお、つば１ａは全周
にわたりガスケツトにより気密保持がされてい
る。

そして多段噴流層装置の運転中でも面積調節板
７ａ〜７ｆを筒状器１内に押し入れれば、開口部
８の横断面積がそれだけ狭められ、引き出せばそ
れだけ広くなる。

また第３図及び第４図の１１は流動層底板６を
固定して支持する部材である。

それから第１図の最上開口部８″の開口面積は、
同図に示すように流動層底板６を逆円錐形状の筒
状器の部分に設けて、昇降機１０で上下可動とす
れば自由に調節される。

つぎに開口部８（第１図の８′，８″を含む）に
おける上昇気流によつて支えられる粉粒体の滞留
量は、前述の式(1)で説明した関係にあり、滞留し
ている粉粒体が落下する量は式(2)で説明したよう
な関係にある。

従つて今、開口部８〜８″の面積を一定にして
かつ気流の流速を一定（ガス量一定）にすれば粉
粒体の滞留量は式(1)でバランスした量となり、継
続して粉粒体を供給すれば滞留量が多くなつた分
だけ継続して落下する（式(2)でバランスする）。
従つて開口部８〜８″の面積を一定とすれば、ガ
ス量を増減しない限り滞留量を調節することはで
きない。

ところが本実施例によれば、ガス量を一定にし
ておいても面積調節装置７の面積調節板７ａ等あ
るいは昇降機１０により開口部８〜８″の面積を
調節することができ、その調節分だけ開口部８〜
８″における上昇気流の流速を増減できる。式(1)、
(2)の関係からして流速が増せば落下量が減つて滞
留量が増し、一方流速が減少すれば落下量が増し
て滞留量が減少する。そして何れにおいてもその
流速に相当した滞留量と落下量でバランスする。

このようにこの実施例によれば、ガス量が一定
であつても或範囲で任意に滞留量を調節すること
ができるので、装置内の反応温度、時間、雰囲気
の条件変更が容易である。なおこの発明における
開口部８〜８″の開口比（開口部における筒状部
の横断面積当りの開口面積）は所望の滞留量のも
とで良好な流動、噴流条件が得られるように選択
されるが、これは粒子の大きさとガス量によつて
異なり、粒径が0.6〜1.7ｍ／ｍの粉粒体原料によ
る実験によれば15〜30％の範囲が好ましい。

そして従前のような多孔板の開口部による全断
面における吹上げではなく、周壁開口部で粒子が
吹上げられるので、噴流層がドーナツ状に形成さ
れ、かつ上層部では流動層状態となつて、全体と
して粒子が噴流降下の撹拌を受けることになる
が、開口部から離れた流動層や流動層底板６の直
上付近では攪拌状態が不十分で滞留する粒子の量
が密になる。

従つて焼結性の粉粒体材料の焼成などを行う場
合に、上述の開口部８〜８″によつて形成される
流動層（噴流層）の何れかを最高温度帯としかつ
当該粉粒体の焼結温度（融着温度）に近い温度で
加熱焼成する必要がある場合は、粒子相互の融着
がおこり装置壁（筒状器、流動層底板）に大きな
融着塊となつて付着することがある。このような
状態では、当該粉粒体の焼成処理は不可能とな
る。

そこで本発明は最下段の開口部の下部に空筒状
の噴流室９を設けた。空筒噴流室９では、上述の
ような粉粒体の融着現象を防ぐため激しい撹拌状
態となるような噴流層を形成する必要がある。そ
のためには噴流室空筒の横断面積を狭くし、上昇
気流の流速が粒子終末速度の0.4〜1.0倍の範囲に
なるように比較的高速気流にすることが好まし
い。

また、粉粒体の排出口３の位置は空筒噴流室９
とその直下に設けた気流導入口４との接合部を介
して設けることが望ましい。そして上述の空筒噴
流層を最高温度帯として焼結性材料の焼成を行う
場合は、焼成された粉粒体は融着を防止するため
に排出口付近に堆積させることなく装置外に解放
排出して冷却する必要がある。

また、上述の最高温度を維持するために排出口
３からの外気冷風の吹込みと内部のお高温気流の
吹出しを防ぐ必要がある。そのためには上述の接
合部付近の装置内静圧を大気圧近くに維持しなけ
ればならない。そしてこの静圧維持と正常な焼成
物排出並びに噴流層の形成をするためには、排出
口３を上述の接合部にすることが操作上必須の条
件となる。

そしてこの空筒噴流室９において噴流層を形成
しながら滞留する粉粒体は、開口部８から継続的
に落下する粉粒体によつてその滞留量が増すこと
になるが、前述の式(1)のバランスがくずれた分だ
け排出口３から継続的に排出するので常に一定量
でバランスする。

つぎにこの発明においては、第１図に示すよう
に流動層底板を６〜６″の如く複数段設け、その
数に相当する開口部並びに開口部面積調節装置を
設け、さらに空筒噴流室９を直結しているので多
段の流動層、噴流層の各段における粉粒体の滞留
量（時間）を異にすることもできる。

そしてこのような多段であれば各段において予
熱（熱回収）、〓焼、焼成、冷却などの別々の目
的の処理を一つの装置で行うことができるので熱
効率や反応熱が大となる。

また、第１図に示すように多段噴流層装置の筒
状器１を上下方向においてその横断面積が異なる
形状とすれば、各断面における気流の流速に変化
をつけることができるので、例えば微粉粒子が排
出口５から気流に乗つて運ばれる割合を減少させ
ることができる。

そして空筒噴流室の部分も直筒に呈されるもの
ではなく逆錐形状でも差し支えない。

つぎにこの発明の多段噴流層装置において、粉
粒体の供給口は必要に応じて多段に設けることに
より各段毎の粉粒体原料、酸化剤、還元剤、固体
燃料などの粉粒体を別々に供給し種々の反応処理
を行うこともできる。また同様に、気流の導入口
も第１図に示す気流導入口４〜４″のほかに多段
に設け各段において空気、気体燃料、酸化還元ガ
ス、バーナーなどを別々に導入することができ
る。なお当然のことながら粉粒体供給口は何れか
の開口部より上部に、また気流の導入口は何れか
の開口部の下部に設けることが必要な条件とな
る。またこの発明における多段噴流層装置の筒状
器の形状は主として円筒形状について説明した
が、角筒状の形状のものでも用いることができ
る。そして流動層底板は上述の筒状器の形状に合
わせて円錐又は角錐状の形状とすれば前述のドー
ナツ状の周壁噴流層の形成に合致させることがで
きる。

発明の効果 上述のことからこの発明の効果として、つぎの
ことが得られる。

(1) この発明によれば、複数の面積調節板からな
る面積可変手段により開口部の面積を筒状器の
内周面に沿つて均等な間隔で変化するように調
節することができ、その調節分だけ開口部にお
ける上昇気流の流速を軽減できるので、装置の
運転操作中に、上昇気流の量を変えずに、各段
の流動層における粉粒体の滞留量を容易に増減
制御することができる。しかも、最下段の開口
部を周壁との間に形成する流動層底板が、気流
導入口から導入され空筒噴流室内を上昇する気
流の衝突板としての機能も果し、該上昇気流が
流動層底板に当り下方に転向して循環するた
め、粉粒体が微粉の場合でも、その微粉が上昇
気流の流れに伴われて気流排出口から系外に飛
散することがなく、該空筒噴流室を、微粉の飛
散を抑えながら、従来の噴流気流速度以上の高
速噴流による循環流動層とすることができる。

従つて、このように周壁噴流式流動層の最下
段の開口部より下部に空筒噴流室を設け、かつ
粉粒体の排出口を該空筒噴流室とその直下に設
けた気流導入口との接合部を介して設けたこと
により、その空筒噴流室を最高温度帯として操
作することができかつ焼成後直ちに装置外に解
放排出することができるので、焼結性材料の焼
成処理も容易となり、軽量細粒材の場合は発泡
焼結も可能となる。また、微粉の系外への飛散
を抑えることができるので、微粉焼成が可能と
なる。

(2) この発明に係る装置を粉粒体の焼成に用いる
場合は、最下部を焼成帯とし、上段に行くに従
い上昇気流から粉粒体への伝熱が行われ所望の
温度まで熱回収ができるので、熱効率が大巾に
改善される。

(3) 反応器として使用する場合は、各段の滞留量
を任意に選択できるので、装置の運転操作中で
も反応温度、反応時間の制御が容易である。ま
た必要に応じて還元剤、酸化剤の使用でガス雰
囲気も制御できる。さらに向流多段化により反
応率を高めることができるので装置の小形化が
図れる。

(4) 空筒噴流室を冷却器として使用する場合は(2)
の逆作用で粉粒体から気流への熱交換が効率的
に行われる。

(5) 従前の流動層装置に比べ開口比が大きく、か
つ周壁部にまとまつた開口部がとれるので、多
孔板方式に見られるような目詰りの恐れがな
い。また開口部の圧力損失も小さくなる。

(6) 運転中に外部から開口部面積が変えられるの
で、供給粒子の粒径変更または反応による粒径
減少があつても、それに対応した適正な流動条
件（ガス量、流速）を作り得る。

(7) この発明の装置によれば、高さ方向で多段に
分割されることにより、常に良好な噴流状態が
作れるので一般に懸念されるようなスラツギン
グ現象や気泡発生の問題は大巾に改善される。

(8) 各段とも噴流層を形成することができるので
激しい流動がおこり、かつ各段の粒子はすべて
落下時に高束の上昇気流に接触するので伝熱速
度や反応速度が更に大きくなる。

(9) 滞留量調節により処理能力の増減に対する適
用範囲が大きい。

(10) 流動層底板を筒状器内に固定配置した固定構
造としているため、該流動層底板を耐火物で作
ることができ、1000℃以上の高温焼成が可能と
なる。また低温処理では流動層底板を金属材料
で、高温焼成では耐火物で作ることにより、広
範囲の温度に適用できる。

(11) 任意の段にバーナーが取付けられるので各
段の温度制御が容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である多段噴流層
装置の側断面図、第２図は従来の技術による流動
層装置の代表的な例を示す図、第３図は第１図の
流動層底板６、開口部８、面積調節装置７の部分
拡大図、第４図は第３図のＡ−A′断面図である。 １……筒状器、２……粉粒体供給口、３……粉
粒体排出口、４……気流導入口、６〜６″……流
動層底板、７……開口部面積調節装置、８〜８″
……開口部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 竪形筒状の器内でその内周壁に沿つてその周
   壁と流動層底板との間に形成される上昇気流を吹
   上げるための面積可変構造の開口部と、該開口部
   より上部に位置する粉粒体の供給口及び気流排出
   口と、該開口部より下部に位置する気流導入口及
   び粉粒体の排出口とを有し、上記筒状器内で上昇
   気流と粉粒体との流動層並びに噴流層を形成して
   用いる装置において、上記面積可変構造の開口部
   が筒状器内の上下方向において複数段設けられか
   つ各段の開口部が個々に面積調節可能に形成され
   ており、該開口部は筒状器内に固定配置された流
   動層底板と筒状器の内周壁の間に形成されるとと
   もに、該開口部に、筒状器の外側から水平方向に
   出し入れ可能で、該開口部の面積を筒状器の内周
   面に沿つて均等な間隔で変化させる複数の面積調
   節板からなる面積可変手段が配置されており、さ
   らに最下段の開口部より下部に空筒状の噴流室が
   設けられ、かつ該空筒噴流室とその直下に設けた
   上記気流導入口との接合部を介して上記粉粒体の
   排出口が設れられていることを特徴とする多段噴
   流層装置。 ２ 筒状器の上下方向においてその横断面積が異
   なる形状の筒状器を有することを特徴とする、特
   許請求の範囲第１項に記載の多段噴流層装置。 ３ 最上段の開口部を流動層底分と逆錐形状の筒
   状器の内周壁の間に形成し、該流動層底板を上下
   移動することにより該開口部の面積を変えるよう
   にしたことを特徴とする、特許請求の範囲第１項
   に記載の多段噴流層装置。 ４ 粉粒体の供給口を筒状器の上下方向において
   複数段設けたことを特徴とする、特許請求の範囲
   第１項又は第２項に記載の多段噴流層装置。 ５ 気流導入口を筒状器の上下方向において複数
   段設けたことを特徴とする、特許請求の範囲第１
   項又は第２項に記載の多段噴流層装置。 ６ 筒状器の形状を円筒又は角筒状としたことを
   特徴とする、特許請求の範囲第１、２、４又は５
   項の１つに記載の多段噴流層装置。