JPH04136498U - 流動層炉の分散板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 流動層炉が本来的に有する落鉱、焼結、ダス
ト付着等の課題に同時解決を与えて長期間の連続運転を
可能にした流動層炉の分散板を提供する。 【構成】 分散板４にストレート状の分散孔５を有し、
粒度分布の広い流動媒体の各種反応又は焼成を目的とす
る流動層炉において、その分散孔５をダスト付着によっ
ても所定期間連続運転可能な且つ流動媒体がほぼ流動可
能なストレート孔径とする。その分散孔５上部を上方に
向かって末広がり状の拡径部５Ａに形成し、この拡径部
５Ａを分散板４上面から下方に向かって拡径部５Ａ内面
に沿って引いた接線と水平面とのなす角度Ｂがその流動
媒体の安息角より大きくなるように形成し、かつ、この
時の前記接線の拡径部５Ａ内面における接点と隣り合う
孔に関する同様の接点との水平方向の最短距離Ａが流動
媒体の停滞層を生じない距離に設定する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、石灰焼成用および鉱石の焼成／反応用に用いられる流動層炉にお ける分散板に係り、詳しくは、分散板に開設したストレート状の分散孔にダスト を含む高温ガスを通して粒度分布の広い鉱石を炉内で流動させる場合に発生する 落鉱、アグロメレイション（団塊化）、ダスト付着等の問題に対処すべくなされ た流動層炉の分散板の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】

例えば、精練炉からの高温の排ガスによる石灰焼成設備においては高温のガス がダクトを経由して流動層炉に到り、その下部に位置する分散板の分散孔から分 散噴出され、炉内へ投入された原料を流動させながら焼成するようになっている 。そして、この焼成された原料は外部に取り出される。

【０００３】 しかし、上記高温排ガス中に含まれている付着性ダストが分散板の分散孔に付 着して付着層を形成し、次第にそれが成長してついには分散孔を閉塞してしまう 現象を生じる。また、ダストが分散孔に付着すると、上述のような分散孔の閉塞 にまでは至らずとも分散板差圧が過大になる等の不都合を生じる。これにより流 動層炉の長時間の運転が不能となり、設備の稼働率が大幅に低下し、その生産性 の悪化を招来する。

【０００４】 ところで、上記分散板における分散孔の形式には、従来、図１０に示すキッャ プ式と図１１に示すストレート式がある。このうち、キャップ式の場合（例えば 実開昭５９−９２３１０号公報参照）は、ガス流がキャップ１０内で曲げられる ため、ガス中に含まれるダストがキャップ１０の上面に付着、成長してついには 側面に設けた孔１１を閉塞するに至る。これに対し、図１１のストレート式の場 合には、流れが衝突する部分がなく、分散板４の分散孔５内側面へのダスト付着 は、少ないものの、避けられない。そして、上述したように長期間の連続運転中 ダストが徐々に付着成長してついには孔５を閉塞するに至る。

【０００５】 そこで、分散孔の閉塞を防止するため一定時間運転後、分散孔内の付着ダスト を機械的に掃除するようにしたダスト除去装置が提案されている（例えば実開昭 ６２−７６８９６号、実開昭６２−７６８９７号公報参照）。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、上記機械的なダスト除去装置では、クリーニング棒の回転装置や収納 室、風箱間の仕切り板およびこの進退装置等、装置全体が非常に大掛かりで複雑 なものとなるため、その設備コストと保守コストが膨大なものとなる。

【０００７】 また他の解決策として、ストレート式の分散孔において、多少のダストが付着 しても長時間の連続運転に耐えられるよう孔を大きくする策が考えられる。この 場合孔の数を変更しないとすれば孔を通過するガスの流速が低下し、その値が所 定の値以下になるとガスが流動媒体（例えば鉱石）を上方に押し上げる力よりも 流動媒体の重力が大きくなる結果、流動媒体が孔を通って下方に落下するいわゆ る落鉱現象を生じる。逆に、落鉱を防止するため孔を通過するガスの流速を低下 させないよう孔数を減らした場合、図１２に示す如く孔間の水平距離Ａが大きく なる結果、分散板４上面に流動媒体が停滞し停滞層１２を形成し、温度が上昇す るため焼結すると共に次第に成長して大塊となり、この大塊が分散孔５を閉塞す るといった不都合を発生する。

【０００８】 尚、数10μm の粒度の小さいほぼ均一のセメント原料粉を数mmの大きな粒子に 造粒させるための噴流層炉において、噴流孔の上部にコーン( 逆円錐状) 空間を 形成したものが知られている( 例えば実開昭６３−４０７９２号公報参照) 。 この場合の噴流層炉の噴流孔の形状そのものは、本案で提案する流動層炉の分散 孔の形状に類似してはいるが、本案のような比較的大きい粒度を有し、かつ、そ の粒度分布が広い(0.3〜11mm程度) 原料鉱石を対象として、その流動化を目的と するものとは、本質的に異なる。噴流層形造粒炉における噴流孔上部のコーン空 間はあくまで造粒作用を得るためのものであり、この孔を通過する流速は、粒度 及び造粒を目的とする関係上小さくてもよい(10m/s強) が、本案の流動層炉の場 合は一定値（上記粒度分布では100 m/s)以上大きくしなければかかる粒度分布の 広い原料鉱石の落鉱を防止しつつ流動させることは困難で炉本来の目的が充分達 成されない。このように噴流層形造粒炉と本案が対象とする流動層炉とは目的や 炉内に装入される流動媒体の粒度や粒度分布等が本来的に異なり、かかる噴流層 炉における噴流孔の形状自体の技術思想をそのまま本考案の分散孔に導入しても 、本考案が解決すべき課題、つまり、炉内の流動媒体（例えば鉱石）を流動させ る場合に発生する落鉱、焼結、ダスト付着等の課題には同時に対処できない。

【０００９】 本考案は、かかる点に鑑みなされたものであって、分散板の分散孔をストレー ト状とし、炉内の鉱石を流動させる場合に発生する落鉱、焼結（大塊化）、ダス ト付着等といった流動層炉が本来的に有する課題に同時解決を与えて長期間の連 続運転を可能にした流動層炉の分散板を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

前記目的達成のために提案された本考案に係る流動層炉の分散板は、分散板に ストレート状の分散孔を有し、粒度分布の広い流動媒体の各種反応又は焼成を目 的とする流動層炉において、その分散孔上部を上方に向かって末広がり状拡径部 に形成し、該分散孔にダストが付着しても所定期間連続運転可能でかつ前記流動 媒体がほぼ流動可能なガス流速を確保できる孔径に形成し、しかも前記末広がり 状拡径部は前記分散板上面から下方に向かって該拡径部内面に沿って引いた接線 と水平面とのなす角度がその流動媒体の安息角より大きくなるように形成し、か つ、その角度が安息角を超えた時の前記接線の拡径部内面における接点と隣合う 孔の同様の接点との水平方向の最短距離が流動媒体の停滞層を生じない距離に設 定してあることを特徴とする。

【００１１】

【作用】

上記構成において、流動層炉内の流動媒体は、分散孔の上部の末広がり状の拡 径部の傾斜度が安息角より大きく、且つ孔と孔の間の距離を小さくすることが可 能となるため、滞留することなく常に移動し、また孔からの落鉱を防止するに充 分な流速を有するガス流によって攪拌されて流動する。この結果、分散板上面で の流動媒体の停滞層の発生はなく、流動媒体の焼結／大塊化が阻止される。また ダストが分散孔に徐々に付着成長しても、その孔径を所定期間連続運転可能なよ う所定の大きさ以上にしてあるため孔の極端な縮小又は閉塞もなく流動層炉の稼 働率が高められ、生産性も向上する。

【００１２】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面を参照しながら説明する。

【００１３】 図１は石灰石を焼成する流動層炉の概略断面図を示し、図２は分散孔の第１実 施例を示す分散板の部分拡大断面図であり、図３はその分散孔部分の拡大図であ る。

【００１４】 図１において、１は流動層炉、２はダストを含む高温（最大1200℃) の供給ガ スの導入口、3 はこの導入口２と連通する炉下部に形成された風箱、4 は炉内に 設けた分散板、5 はこの分散板４に開設した分散孔で、導入口２から供給され高 温ガスは風箱３からこの分散孔５を通過して上方に分散噴出して、分散板４上に 投入された鉱石を流動させながら焼成する。図中、６は原料鉱石の投入シュート 、７は処理済鉱石の抜き出し口、８は排ガス出口、９は炉内に形成された流動層 である。

【００１５】 上記分散孔５は、図２ないし図３に示すように、下部は一定の径を有するスト レート孔で、ダスト付着があっても所定期間連続運転可能な、かつ、粒度分布が 0.3 〜11mmと広い流動媒体がほぼ流動可能なガス流速を確保できるような孔径に 形成してある。分散孔５の上部の出口部分は上向き方向に末広がり状になった拡 径部５Ａを有する。分散孔５の出口部分をこのように末広がり状に形成すること により、拡径部の傾斜角度Ｂ（一般的に言えば、分散板４上面から下方に向かっ て拡径部５Ａ内面に沿って引いた接線と水平面とのなす角度Ｂ）を流動媒体の一 つである原料鉱石の安息角より大きい角度の傾斜をもたせることが可能となり、 かつ、分散板４上面に停滞層が発生しないように一つの孔５と隣合う孔５との分 散板４上面における水平方向の距離Ａ（一般的には、角度Ｂが流動媒体の安息角 を超えた時の前記接線の拡径部５Ａ内面における接点Ｄと隣合う孔５に関する同 様の接点Ｅとの水平方向の最短距離Ａ）が小さくできる。後述するように、好ま しい態様としてＡは200mm 以下、Ｂは流動媒体が鉱石の場合その安息角の約30° を超える値とする。

【００１６】 図３の拡大図に示すように、傾斜面Ｃ上にある流動媒体たる鉱石Ｍは傾斜面Ｃ の傾斜角Ｂがその安息角30°よりも大きいため、図示のように鉱石Ｍが停滞する ことなく下方へ移動し、その途中または下端にてガス流によって上方に吹き上げ られ流動する。また、図２のように隣合う孔同士間の水平距離Ａが200mm 以下で あるので、この分散板４上における鉱石は、拡径部５Ａの傾斜面Ｃに沿って吹き 上ってきたガス流によって流動させられ、ここに停滞層を発生させない。

【００１７】 図４は分散孔の第２実施例で、分散孔５の上部出口がラッパ状に形成されたも のである。エッジ部分をなくして鉱石による摩耗を少なくしようとするものであ る。図上のＤとＥ点は、内断面の接線と水平線の間の角度が流動媒体の安息角に ほぼ等しく（実際には安息角より若干大きく）なる時の接点である。つまり、分 散板４上面から下方に向かって接線を順次引いていき、その接線と水平面とのな す角度が最初にその鉱石のほぼ安息角に等しくなったときの接点である。この場 合には上記の水平距離ＡはＤＥ間の寸法をとる。

【００１８】 図５の第３実施例は、第１実施例の拡径部５Ａの傾斜の急勾配を緩和するため 、分散孔５の出口部分を２段階に末広がり状に拡大したものである。最上部の孔 の勾配が少なくとも安息角より大きくなるようにしてある。

【００１９】 図６の第４実施例は、第１実施例において分散板４上面を片方向へ傾斜α（例 えばα＝10°）をつけたものである。これは、原料鉱石のうちには10〜20mm径の ものも含まれることがあり、この粒径のものは流動化しがたく炉内に止まる可能 性があるため、分散板５上面に適度の傾斜を付けてかかる粒径の大きい原料が最 終的には炉外に排出されるようにするためである。本考案によればかかる大径の 鉱石でも落鉱することなく、且つ分散板上に停滞することなく移動させることが 可能である。

【００２０】 ここで、鉱石を高温のガスにより焼成する流動層の場合についての試算例を示 す。

【００２１】 １．条件 1)分散板入り口ガス条件 流量 70000 〜100000 Nm³/H 圧力 1.5 kg/cm²G 温度 1100 ℃ 2)鉱石サイズ 投入鉱石 0.03 〜7 mm 流動鉱石 0.5 mm 以上 3)分散板差圧の許容範囲 700 〜5000 mmH₂O 4)分散孔内面へのダスト付着速度 0.454 mm/ 日 5)必要とされる最低連続運転日数 20日 ２．必要とされる最低孔径d ダストが付着していない状態での分散孔内径をdmm とし、ダストが分散孔内面 にほぼ均一に付着すると仮定した場合、最低連続運転日数20日後の孔径をD mmは 次式で求められる。

【００２２】 D＝d −0.454 ×20×2 ＝d −18.16 今孔径がd の時の分散板差圧を1500mmH₂O 、D の時の分散板差圧を5000mmH₂O とすると、分散板差圧はほぼ孔径の4 乗に逆比例するため次式が得られる。

【００２３】 d⁴/D⁴＝5000/1500 即ち d⁴ /(d −18.16)⁴ ＝5000/1500 これより、d ＝70 mm を得る。

【００２４】 以上の結果、d は70mm以上でなければならない。即ち、d が70mmよりも小さい 場合は20日間の連続運転が出来ない。例えばd が30mmの場合、運転開始後9 日目 で分散孔の内径はダストの付着により21.8mmとなり、その場合の分散板差圧が最 大ガス流量時5380mmH₂O となり、許容最大差圧5000mmH₂O をオーバーしてしまう 。また、d が15mmの場合は、たとえガス流量を少なくして分散板差圧を許容範囲 内におさえても、ダスト付着により計算上運転開始後17日目には孔が閉塞するこ とがわかる。

【００２５】 以下、d が70mmの場合につき更に詳しく説明する。

【００２６】 ３．孔径70mmの場合の孔数と孔間距離 孔数を多くし、孔内ガス流速を小さくすると、流動層が不安定となり正常な運 転が不可能となるだけでなく、孔を通して鉱石が風箱へ落下するため運転が続行 できない。そこで安定した流動層が得られ、且つ孔を通して鉱石が風箱へ落下し ないようにするために、最大ガス流量時の分散板差圧を1500mmH₂O 、孔内ガス流 速を170m/sに設定すると、孔の数は 86 個となる。この孔を炉内径4000mmにおけ る分散板に均等に配置すると、図９に示す如く孔中心線間の距離は411mm となる 。この場合一つの孔５と隣合う孔５との水平距離Ａは341mm となり、このままで は、この部分に位置する鉱石は動きが極めて鈍く、停滞層を形成し、オーバーヒ ートして焼結、大塊化し、やがて運転の続行が不可能となる。そこで、上述した 如く本案では、かかる現象を防止すべく分散板４の上部を円錐形の末広がり状に 拡径し( 図上想像線で示す) 、安息角Ｂ以上を確保しつつ孔間距離Ａを200 mm以 下になるようにしている。この200 mmの値は本案が対象とする流動媒体の粒度分 布等を条件に実験により求められたものであり、この値を超えると急激に停滞層 の発生が見られることが判明している。

【００２７】 また、図７に示す第５実施例は、第１実施例における分散板４の分散孔５の孔 径を極端に大きく、かつ、孔５の数を極端に少なくした場合で孔間距離Ａを無く して孔同士がほとんど隣接するようにしたものである。この場合も孔５を通過す るガス流速は一定以上確保できるから落鉱は生じず、また、停滞層も当然生じな い。なお、図中、第１実施例と同じ構成には同一符号を用いて示し、説明は省略 する。

【００２８】 以上の実施例では、分散孔の末広がり部の水平面での断面形状が円または円に 近いものである場合を示したが、図８の第６実施例では製作上の理由で、その断 面形状を角形にした場合を示す。(a) は分散板５上面の平面図であり、(b) は(a ) におけるＡ−Ａ断面図、(c) は同Ｂ−Ｂ断面図である。図示するように、スト レート状の上部を四方向対称に傾斜面ａを形成して末広状に拡大し、その間を傾 斜面ｂで連設したものである。少なくとも傾斜面ａ角度は安息角以上にしてある 。尚、以上の説明でのストレート状の分散孔としては、その下部が完全なストレ ート孔となっているものだけではなく、図8(b)、(c) に示すように、ラッパ状に なっている等種々の形状であるものを含むことは当然である。

【００２９】

【考案の効果】

以上説明したように本考案によれば、次のような効果を奏する。

【００３０】 分散孔を充分大きく出来ると共に、分散孔通過ガス流速を大きく出来、且つ分 散板上での鉱石の停滞層の発生を防止出来る結果、分散孔の閉塞、流動媒体の風 箱への落下（落鉱）および停滞層の発生に伴う焼結／大塊化を防止することがで きる。同時に分散孔にダスト付着があっても、長期間の連続運転が可能であるか らその生産性を高めることができる。

【００３１】 分散孔に付着したダストを機械的に除去するような設備が不要なので、設備を 簡素化できる結果、設備コスト、保守コストが小さくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 石灰石を焼成する流動層炉の概略断面図を示
す。

【図２】 分散孔の第１実施例を示す分散板の部分拡大
断面図である。

【図３】 同分散孔部分の拡大図である。

【図４】 分散孔の第２実施例を示す要部拡大図であ
る。

【図５】 同第３実施例を示す要部拡大図である。

【図６】 同第４実施例を示す要部拡大図である。

【図７】 同第５実施例を示す流動層炉の概略断面図で
ある。

【図８】 (a) は同第６実施例にかかる分散板の平面
図、(b) は(a) におけるＡ−Ａ断面図、(c) は同Ｂ−Ｂ
断面図である。

【図９】 本案の試算例にかかる分散板部分の拡大断面
図である。

【図１０】 従来のキャップ式分散孔の拡大断面図であ
る。

【図１１】 従来のストレート状分散孔の拡大断面図で
ある。

【図１２】 同ストレート状分散孔の課題説明図であ
る。

【符号の説明】

１…流動層炉 ４…分散板 ５…分散孔 ５Ａ…（末広がり状）拡径部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 矢島 健一 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)考案者 辰田 聡 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 川崎重工業株式会社神戸工場内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 分散板にストレート状の分散孔を有し、
   粒度分布の広い流動媒体の各種反応又は焼成を目的とす
   る流動層炉において、その分散孔上部を上方に向かって
   末広がり状拡径部に形成し、該分散孔にダストが付着し
   ても所定期間連続運転可能でかつ前記流動媒体がほぼ流
   動可能なガス流速を確保できる孔径に形成し、しかも前
   記末広がり状拡径部は前記分散板上面から下方に向かっ
   て該拡径部内面に沿って引いた接線と水平面とのなす角
   度がその流動媒体の安息角より大きくなるように形成
   し、かつ、その角度が安息角を超えた時の前記接線の拡
   径部内面における接点と隣合う孔の同様の接点との水平
   方向の最短距離が流動媒体の停滞層を生じない距離に設
   定してあることを特徴とする流動層炉の分散板。