JPS6330350A - 石灰等の流動焼成装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は石灰等の流動焼成装置に係り、詳しくは、多段
サイクロン式予熱装置で予熱された原料石灰石を流動層
焼成炉で焼成することができる流動焼成装置に関するも
のである。

〔従来技術〕

高炉や製鋼炉などに投入される副原料である石灰石は、
焼成されて説炭素、脱珪酸、脱硫機能などを有する製品
とされる。石灰石は採取されたとき大きな塊であったり
するが、焼成に適したサイズとなるように予め所望の粒
状とされる。そのような石灰石を焼成するために、従来
から竪型炉やロータリキルンまたは流動層焼成炉などが
使用される。その焼成のために使用される燃料は重油や
石炭などであって、燃料事情や価格に応じて選択される
が、近年、石炭を燃焼させる竪型炉や流動層焼成炉の利
用が多くなってきている。ところで、竪型炉にあっては
、石灰石の微粉の混入による目詰りなどを生じ、また、
焼成に時間を要するので、最近では流動層焼成炉による
焼成が行なわれるようになってきている。例えば実公昭
５８−５５２１５号公報には、流動層焼成炉を使用して
石灰を焼成する装置が提案されている。この種の流動層
焼成炉によれば、焼成時間を極めて短くできる利点があ
るだけでなく、微粉の焼成が可能であって粉粒状石灰原
料を使用することができる利点もある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述の流動層焼成炉により石灰を焼成する装置にあって
は、第１図に示すサイクロン０１〜Ｃ４よりなる多段サ
イクロン式予熱装置２が採用され、原料投入口５より投
入される石灰石原料が予熱されるようになっている。一
方、流動層焼成炉３における流動層６で石灰石を焼成し
た後の排ガス９は、排ガス送出口１０よりサイクロン１
１に導出され、サイクロン０１〜Ｃ４の順に上昇してＣ
４の上部から排出される。また、原料投入口５に投入さ
れた粉粒状石灰石が、それぞれのダクトを上昇する排ガ
スと熱交換しながら順次サイクロンＣ４、Ｃ３，Ｃ２，
ＣＩで捕集されて降下し、所定の温度に予熱される。そ
の予熱によって、排ガス送出口１０における温度が約９
００℃であった排ガスは、サイクロンＣ４において約３
００℃に降温される。そして、粉粒状石灰石はサイクロ
ン０４〜Ｃ１の順に加熱されて約８００℃程度になり、
石灰石供給シュート８から流動層焼成炉３に導入される
。このような予熱装置を採用することにより、排ガスの
廃熱を利用することが可能となると共に予熱物の捕集が
でき、流動焼成装置１における熱効率の向上を図ること
ができる利点がある。

ところで、上述した多段サイクロン０１〜Ｃ４の中段に
位置するサイクロンＣ２やＣ３にあっては、前段に位置
するサイクロンからそれぞれ約６００〜８００℃の排ガ
スが流過する。なお、サイクロン０１〜Ｃ４は、第８図
および第９図に示すような一般に採用される平らな天井
部１２Ａを有するサイクロン１２で、熱交換後の排ガス
は排ガスダクト１２Ｄを上昇する。その熱交換時、排ガ
ス中には流動層６で焼成されて脱炭酸された流動層焼成
炉３からの酸化カルシウムの微粉と、原料の微粉が含ま
れる。それらの微粉は、サイクロン１２の天井部１２Ａ
に沿って矢印１３方向に進行する。

粉粒状石灰石中の大きい粒は沈降し、小さい粒は旋回す
ることによりサイクロン内壁に衝突するなどして降下し
、他のサイクロンに向かうシュートに投入される。一方
、微粉にあっては、排ガスと共に旋回することによる遠
心力と、本体１２Ｂに内挿された排ガスダクト１２Ｄに
よる吸引力との影響を受けて、天井部１２Ａの下部空間
である排ガス流入部１２Ｅに長時間にわたって浮遊する
。

そのサイクロンが約６００〜８００℃の排ガスが通過す
るものである場合には、その浮遊の間に、酸化カルシウ
ムの微粉はその高温雰囲気中で排ガスに含まれた炭酸ガ
スを吸収する再炭酸化反応を起こす。その結果、微粉は
炭酸カルシウムに戻りかつその反応が進行して、サイク
ロン１２の排ガス流入部１２Ｅにおける耐火材１２Ｇの
表面に付着し硬化する。微粉の硬化が始まるとさらに新
たな微粉が付着してそれらが固化し、コーチング１４が
発生する。そのコーチング１４に微粉の付着が続き急速
に成長する一方、上記温度の排ガスに曝されることによ
り硬質化して、除去の困難な硬質コーチング１４になる
。第１図に示す多段サイクロン式予熱装置２にあっては
、通常、運転開始から１〜３週間を経過した時点で、コ
ーチング１４が著しい通風抵抗となり、ファンの容量が
不足するなどして、流動焼成装置１の連続稼働が不可能
となる。その結果、コーチングを除去するための保守作
業が繰り返し行なわれるようになり、流動焼成装置ｌの
生産性が大幅に低下する問題がある。

本発明は上述の問題を解決するためになされたもので、
その目的は、サイクロンの内面における微粉の付着が行
なわれ難＜シ、コーチングが発生した場合にも、その成
長や拡大を抑制することが可能な石灰等の流動焼成装置
を提供することである。さらには、コーチングにクラッ
クの発生を促すことによって剥離させることができ、装
置の稼働率と生産性のより一層の向上を図ることができ
るようにすることである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の石灰等の流動焼成装置の特徴を説明すると、第
１図に示すように、流動層焼成炉３と多段サイクロン式
予熱装置２を備えた石灰等の流動焼成装置ｌにおいて、
予熱装置２の約６００〜８００℃の排ガスが流過する領
域に位置するサイクロンＣ２，Ｃ３および／またはＣ１
にあって、その直胴部１６Ｂ（第２図参照）の排ガス流
入部１６Ｃ近傍に、冷却用ジャケット１７が形成されて
いることである。

第２の発明にあっては、直胴部４０Ｂ（第６図参照）の
排ガス流入部４０Ｇ近傍の円周方向に、複数室Ｊｌ、Ｊ
２．Ｊ３．Ｊ４の冷却用ジャケット４１が形成され、１
つの冷却室に冷却媒体が時間的に交互に供給または滞留
されるようになっていることである。

〔作　　　用〕

石灰等を流動層焼成炉３で焼成する流動焼成装置１にあ
って、その多段サイクロン式予熱装置２における約６０
０〜８００℃の排ガスが流過する領域に位置しているの
は、サイクロンＣ２，Ｃ３または、０１〜Ｃ３で、それ
らのサイクロンとして冷却用ジャケット付きサイクロン
１６が採用される。

サイクロン１６では、導入された粉粒状石灰石が直胴部
１６Ｂの内面に衝突や離反を繰り返しながら旋回・落下
する。その衝突によって、内面に付着した微粉は冷却用
ジャケット１７の内面１７ａで冷却され、約６００℃以
下の温度となることにより、付着した微粉は再炭酸化反
応を起こさず内面１７ａに付着・硬化するようなことが
殆どない。

なお、付着しても硬化する速度が抑えられ、コーチング
１４の発生を遅らせることができると共に、発生後のコ
ーチング１４の成長を抑制できる。また、付着面が低温
であることがらコーチング２６の両面における温度差に
よりその剥離が促進される。

第２の発明にあっては、複数室Ｊｌ、Ｊ２．Ｊ３、Ｊ４
よりなる冷却用ジャケット４１の内面４１ａは、一定時
間毎に温度が交互に変化する。その結果、コーチング４
２が発生してもそれに熱歪が与えられ、クランクが入る
などしてコーチング４２の剥離が促される。

〔発明の効果〕

本発明の石灰等の流動焼成装置にあっては、予熱装置の
約６００〜８００℃の排ガスが流過する領域に位置する
サイクロンに、排ガス流入部近傍で冷却用ジャケットが
形成されているサイクロンを採用したので、サイクロン
内面への微粉の付着・硬化が行なわれ難くなり、また、
微粉が付着することによりコーチングが発生した場合で
も、コーチングの成長速度を大幅に遅らせると共に、剥
離を助長させることができる。その結果、多段サイクロ
ン式予熱装置において、通風抵抗となるコーチングを除
去するための保守作業が不要となり、流動焼成装置の稼
働率および生産性を著しく向上させることができる。

第２の発明にあっては、１つの冷却室に冷却媒体が時間
的に交互に供給または滞留されるようになっているので
、サイクロンの内面への微粉の付′着・硬化が軽減され
、かつ、コーチングが発生した場合でも温度差を与えて
クランクの発生を促し、コーチングの剥離を助長させる
ことができる。

〔実　施　例〕

以下、本発明の石灰等の流動焼成装置をその実施例に基
づいて詳細に説明する。第１図に示す石灰等の流動焼成
装置１は、多段サイクロン式予熱装置２、流動層焼成炉
３および冷却装置４を主たる構成とし、予熱された石灰
石を焼成および冷却して、製鉄用副原料などを製造する
ものである。

多段サイクロン式予熱装置２は例えば複数個のサイクロ
ンよりなる浮遊式熱交換器であり、原料投入口５から投
入された粉粒状石灰石が、それぞれのダクト内を上昇す
る排ガスと熱交換しながら順次サイクロンＣ４，Ｃ３，
Ｃ２，ＣＩで捕集されて降下し、所定の温度に予熱され
るようになっている。流動層焼成炉３は予熱された粉粒
状石灰石を流動層６内で焼成する流動層炉であり、冷却
装置４を流過した空気７が流動化空気として導入される
。この流動層焼成炉３には、予熱装置２のサイクロンＣ
１で捕集された石灰石を、流動層６に供給する石灰石供
給シヱート８が設けられ、炉上には微粉が浮遊した焼成
炉排ガスを排出する送出口１０が開口されている。

このような石灰等の流動焼成装置１における流動層焼成
炉３には、その流動層６から飛散する微粉を捕集するサ
イクロン１１が付設されている。

このサイクロン１１で捕集された微粉を製品として排出
する製品シュート１５が接続され、払い出された微粉は
冷却装置４へ導入され、焼成された粒状の石灰と共に冷
却されることによって製品とされる。また、サイクロン
１１において微粉と分離された約９００℃の排ガスはサ
イクロンＣ１に導入され、予熱装置２における原料石灰
石の予熱に供される。

上述の４個のサイクロンＣ４，Ｃ３，Ｃ２，Ｃ１よりな
る多段サイクロン式予熱装？ｉ！２にあっては、サイク
ロン１１よりサイクロンＣ１に供給された排ガスの温度
は約９００℃で、サイクロンＣ４から排出されるガス温
度は約３００℃に降温される。

このような予熱装置２では、中段に位置するサイクロン
Ｃ２，Ｃ３またはＣ１〜Ｃ３を流過する排ガス温度は約
６００〜８００℃となっている。この温度状態にあるサ
イクロン内で脱炭酸化された酸化カルシウムの微粉が長
時間浮遊すれば炭酸ガスを吸収して再炭酸化反応を起こ
すことになる。すなわち、本発明者らの研究によれば、
酸化カルシウムの再炭酸化反応速度は、第４図のグラフ
で示すように、約６００〜８００℃の温度領域で最も大
きくなることが確認された。言い換えれば、約６００℃
以下では再炭酸化反応が著しく不活発であり、約８００
℃以上では逆に脱炭酸化反応域に入るので、付着・硬化
性が低（なることが確認されたのである。

本例にあっては、上述の結果に基づいて、約６００〜８
００℃の高温雰囲気中にある微粉が浮遊をする間に付着
性が高くなっても、サイクロンの内面での微粉の付着・
硬化を回避できるように、従来のサイクロン１２（第８
図参照）に代えて、第２図に示すサイクロン１６が、サ
イクロンＣ２，Ｃ３あるいは０１〜Ｃ３に採用される。

第２図および第３図に示すサイクロン１６は、平板状に
形成された天井部１６Ａと、円筒形の直胴部１６Ｂと、
排ガス流入部１６Ｃに位置して直胴部１６Ｂの一部を形
成する冷却用ジャケット１７と、直胴部１６Ｂの下部に
一体化された逆円錐形体１６Ｄと、それに接続するシュ
ート１６Ｅと、サイクロン入口１６Ｆと、天井部１６Ａ
を貫通して直胴部１６Ｂに内挿される排ガスダクト１６
Ｇよりなる。冷却用ジャケット１７は排ガスが矢印２２
方向に流入して旋回し始める位置から、第３図における
直胴部１６Ｂの中心角θが約１２０度までの範囲（図示
は９０度）の円弧部分に配置される。ちなみに、約１２
０度を越えた範囲では微粉の付着量は多くなく、冷却用
ジャケット１７を形成する必要のない場合が多い。しか
し、必要に応じて全周に冷却用ジャケットを形成してお
いてもよい。そして、直胴部１６Ｂの内面は耐火材２１
が張り付けられ、冷却用ジャケット１７の内面１７ａは
鋼板などで形成されている。なお、直胴部１６Ｂの耐火
材２１の内面と内面１７ａとは、段差のない滑らかな筒
面に形成されている。もちろん、サイクロン入口１６Ｆ
を含むサイクロン１６の全内面と、ダクト１６Ｅおよび
排ガスダクト１６Ｇの内面にも、耐火材２１が施されて
おり、サイクロン１６は高温ガスと接触しても十分耐え
ることができるようになっている。

冷却用ジャケット１７の内部は、冷却媒体である水やフ
ロン液などの流通を可能にする密閉空間に形成され、例
えば６０〜１６０℃の冷却水が流過して冷却用ジャケッ
ト１７全体を冷却するので、排ガス温度約６００〜８０
０℃に比較して内面１７ａが著しく低い温度に保持され
る。その結果、微粉が付着しても冷却され、急速に付着
・硬化性を失って落下する。また、コーチングの発生が
あってもその両表面に生じる温度差によりクラックが生
じ、剥離したり成長が抑制される。なお、冷却用ジャケ
ット１７の外面には、冷却水の止め弁１８．１９が取り
付けられ、冷却水は下方から取り入れられ上方から排出
される。

第１図に示す流動焼成装置１にあっては、サイクロンＣ
４からの約３００℃の排ガスが廃熱ポイラ２６の加熱に
利用されて熱回収が行なわれる。その廃熱ボイラ２６で
発生した蒸気により駆動されるタービン２７が、発電機
２８を回転させて発電できるようになっている。廃蒸気
は復水器２９で復水され、その復水後の６０℃の水は、
サイクロンＣ１，Ｃ２，Ｃ３の冷却用ジャケット１７の
冷却水として利用される。

ちなみに、従来のサイクロンと直胴部に冷却用ジャケッ
トを備えたものにおけるコーチングの成長寸法は、運転
時間を含めた全ての条件を同一にして比較すると以下の
表のようであった。

（単位ｌｌｌｌ１１） このような実施例によれば、第１図に示す多段サイクロ
ン式予熱装置２における原料投入口５に投入された粉粒
状石灰石は、サイクロンＣ４に気流搬送され、順次サイ
クロンＣ３，Ｃ２を経てサイクロンＣ１で捕集される。

その間に、粉粒状石灰石がサイクロン１１を経由した流
動層焼成炉３からの排ガス９と熱交換して予熱され、約
９００℃の排ガス９が約３００℃に降温される。その予
熱された粉粒状石灰石は、石灰石供給シュート８から流
動層焼成炉３に導入され、流動層６での焼成により説炭
酸されて酸化カルシウムになった後、冷却装置４に導入
され、冷却後の製品は後工程に送られる。冷却装置４の
上部から取り出された空気７は、流動層焼成炉３の下部
に送られて流動化空気として燃料の燃焼に使用される。

サイクロン１１で捕集された焼成後の微粉が、製品シュ
ート１５より冷却装置４に導入される。

上述の予熱装置２における中段に位置するサイクロンＣ
２と０３あるいはサイクロンＣｌ−Ｃ５にあっては、第
２図および第３図に示す直胴部１６Ｂの排ガス流入部１
６Ｇ近傍に、冷却用ジャケット１７が設けられている。

なお、流動焼成装置ｌの稼働に先立って、冷却用ジャケ
ット１７の止め弁１８．１９が開かれて冷却水が流過さ
れ、その内面１７ａは冷却されている。例えばサイクロ
ンＣ２に排ガスと共に導入される粉粒状石灰石は矢印２
２方向（第２図参照）に進み、粒状の石灰石は矢印２３
方向に旋回しながら落下する。一方、温度約６００〜８
００℃の微粉は排ガスと一緒に、冷却用ジャケット１７
の内面１７ａに衝突や離反を繰り返しながら旋回する。

その衝突の際に、微粉は熱を奪われて約６００℃以下に
降温される。その状態で、排ガスダクト１６Ｇを上昇す
る排ガスの流れの影響を受けて、サイクロンＣ２の天井
部１６Ａの下部位置で浮遊するしたり、旋回や衝突を繰
り返しながら次第に降下し、あるいは、排ガスと一緒に
排ガスダクト１６Ｇを上昇する。その間、微粉の温度は
約６００℃以下に維持されるので、流動層焼成炉３から
の微粉の酸化カルシウムは、再炭酸化反応速度が遅くさ
れている。したがって、浮遊に伴う長時間の滞留や集合
があっても、微粉は再炭酸化することなく、付着性も低
い状態であって内面１７ａへの付着が防止される。仮に
、付着が生じた場合にも、微粉が降温されているため、
その付着量の増大は大幅に抑制される。さらに、コーチ
ング２４となって冷却用ジャケット１７の内面１７ａに
強固に付着しても、コーチング２４の両面に著しい温度
差が常時生じることになるので、剥離が助長される。例
えば前記表からも判るようにその厚みの成長速度は著し
く低下し、十数週間にわたる流動焼成装置の長期的な連
続稼働が実現される。なお、冷却用ジャケット１７を流
過して昇温された冷却水は、廃熱ボイラ２６　（第１図
参照）に戻されて熱回収され、一方、サイクロンＣ４か
らの排ガスも常時廃熱ボイラ２６に導入されて熱回収が
行なわれる。

第５図は異なる実施例で、そのサイクロン３０には複数
個（図示は２個）に分割された冷却用ジャケット３１．
３２が、直胴部３０Ｂの排ガス流入部３０Ｃに設けられ
ている。冷却用ジャケット３１．３２は、その内面３１
ａ、３２ａが低温に保持される。また、冷却用ジャケッ
ト３１．３２に挟まれた耐火材３３の表面３３ａの幅寸
法は適宜選択される。このようなサイクロン３０にあっ
ては、上述の実施例におけるサイクロン１６と同様に微
粉が付着され難くなり、また、付着量の増大も抑制され
る。加えて、表面３３ａと内面３１ａ、３２ａに跨るコ
ーチング３４には、温度差が生じ、クランクが発生し小
片となって剥離し易くなる。なお、３個あるいはそれ以
上に分割された冷却用ジャケットを用いてもよいことは
言うまでもない。

第６図は第２の発明における実施例で、第１の発明にお
ける実施例のサイクロン１６に採用された冷却用ジャケ
ット１７に代えて、冷却媒体の温度が異なる冷却用ジャ
ケット４１が採用されている。そのサイクロン４０の直
胴部４０Ｂの排ガス流入部４０Ｃ近傍の円周方向に、複
数の冷却室（図示は４室）Ｊｌ、Ｊ２．Ｊ３．Ｊ４が形
成される。そして、それら４室の配列および冷却水の供
給順序などは、冷却用ジャケット４１の内面４１ａにコ
ーチング４２が付着したとき、その付着面での温度差を
与えることにより、コーチング４２を歪ませてクラック
を生じさせ易くし、その剥離を促すことができるによう
に決定される。すなわち、それら４室の冷却室Ｊ１〜Ｊ
４にあっては、１６０℃と６０℃の冷却水が交互に供給
される。一定時間中は、１つの冷却室Ｊ１に６０℃の冷
却水が供給され、冷却に伴って昇温した１６０℃の冷却
水が隣り合う他の冷却室Ｊ２に供給される。その一定時
間の経過後、逆に冷却室Ｊ２に６０℃の冷却水が供給さ
れ、昇温した１６０℃の冷却水が冷却室Ｊ１に供給され
るように切り換えられる。加えて、隣り合う冷却室Ｊ１
とＪ２、Ｊ２とＪ３、Ｊ３とＪ４の組合せにおいて、例
えば冷却室Ｊ１とＪ２では、前者が６０℃で後者は冷却
室Ｊｌ内で昇温した１６０℃とされる。他の組合せにあ
っても同様であり、ある時間帯では、冷却室Ｊ１とＪ３
に温度６０℃の冷却水が供給され、１６０℃の冷却水が
冷却室Ｊ２とＪ４に供給される。このように、一定時間
の経過毎に供給される冷却水の温度を逆転させることに
より、コーチング４２のクランクの発生を促すことがで
きる。

このような実施例にあっては、第７図に示すサイクロン
Ｃ４からの約３００℃の排ガスは、廃熱ボイラ２６に導
入されて蒸気発生用に使用される。

その蒸気でタービン２７が駆動されて発電機２８により
発電される。廃蒸気は復水器２９で復水され、その６０
℃の水は、冷却用ジャケット４１の冷却室Ｊｌ、Ｊ３に
供給される。その際、冷却用ジャケット４１周りの配管
中に設けられた止め弁Ａ〜Ｇは開かれ、止め弁Ｈ−Ｍは
閉止される。６０℃の冷却水は冷却室Ｊ１とＪ３中で１
６０℃に昇温した後、冷却室Ｊ２とＪ４に導入され、冷
却に伴って昇温した熱は廃熱ボイラ２６で回収される。

−定時間の経過後、供給順序を逆転させるため、止め弁
Ａ−Ｇは閉止され、止め弁Ｈ−Ｍは開かれる。

このように、交互に異なる温度の冷却水が導入され、か
つ、隣り合う冷却室における冷却水温度が異なるので、
コーチング４２の発生があっても、付着面の温度変化な
どに影響され、コーチング４２には簡単にクラックが入
って剥離が促進される。

また、異なる実施例として、冷却室Ｊ１．Ｊ３に冷却媒
体を供給または滞留させ、冷却室Ｊ２゜Ｊ４には冷却媒
体を滞留または供給させることを交互に行なうようにし
てもよい。この場合も上述の実施例と同様な効果を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される多段サイクロン式予熱装置
を備えた流動焼成装置の全体構成図、第２図は本発明に
採用されるサイクロンの断面図、第３図は第２図のｍ−
ｍ線矢視断面図、第４図は排ガス温度に対する再炭酸化
反応速度の変化を示すグラフ、第５図は異なる実施例に
おけるサイクロンの断面図、第６図は異なる発明におけ
るサイクロンの断面図、第７図は冷却水の配管系統図、
第８図は従来のサイクロンの断面図、第９図は第８図の
ＩＸ−ＩＸ線矢視断面図である。 １−流動焼成装置、２・−多段サイクロン式予熱装置、
３−流動層焼成炉、１６．３０．４０．Ｃ１、Ｃ２，Ｃ
３−−−サイクロン、１６Ｂ、３０Ｂ。 ４０Ｂ−・・直胴部、１６Ｃ，３０Ｃ，４０Ｃ−排ガス
流入部、１７，３１．４１−・冷却用ジャケット、Ｊｌ
、Ｊ２．Ｊ３．Ｊ４−−〜冷却室。 第２図 第３図 第４図 遥４（’Ｃ） 第５図 第６図 第７図 阿

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）流動層焼成炉と多段サイクロン式予熱装置を備え
   た石灰等の流動焼成装置において、 前記予熱装置の約６００〜８００℃の排ガスが流過する
   領域に位置するサイクロンにあって、その直胴部の排ガ
   ス流入部近傍に、冷却用ジャケットが形成されているこ
   とを特徴とする石灰等の流動焼成装置。
2. （２）流動層焼成炉と多段サイクロン式予熱装置を備え
   た石灰等の流動焼成装置において、 前記予熱装置の約６００〜８００℃の排ガスが流過する
   領域に位置するサイクロンにあって、その直胴部の排ガ
   ス流入部近傍の円周方向に、複数室の冷却用ジャケット
   が形成され、１つの冷却室に冷却媒体が時間的に交互に
   供給または滞留されるようになっていることを特徴とす
   る石灰等の流動焼成装置。