JPS6365878B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、セメント原料等の粉粒体加熱などに
用いられる噴流層式熱交換装置に関するものであ
る。

従来のセメント原料焼成装置の全体系統図の一
例を第１図に示す。

図中、原料粉粒体の流れを破線矢印で示し、熱
ガスの流れを実線矢印で示している。

この装置は主として、原料粉粒体予熱用のサイ
クロンC₁〜C₄及び仮焼炉２を縦方向に配列して
なるサスペンシヨンプレヒータ１と、クリンカ焼
成用のロータリーキルン３、及びクリンカ冷却機
４より構成されている。

このようなセメント原料焼成装置では、C₁〜
C₃の予熱用サイクロンを経由しながら順次下降
する原料粉粒体は、その間に排ガス誘引通風機８
により吸引されてガスダクト７を上昇する熱ガス
によつて徐々に予熱された後、仮焼炉２へ供給さ
れる。

仮焼炉２では、抽気ダクト１３を通してクリン
カ冷却機４からの高温空気が導入されていると共
に、バーナ６ａから仮焼用燃料が供給されてお
り、これらの熱を受けて供給口５から予熱用サイ
クロンC₁〜C₃を経て仮焼炉２へ供給された原料
粉粒体が仮焼される。

仮焼された原料粉粒体は、最下段のサイクロン
C₄に入り、継いで接続ハウジング１２を経てロ
ータリーキルン３に導入される。

ロータリーキルン３には、前記クリンカ冷却機
４からの高温空気とバーナ６ｂからの焼成用燃料
とが導入されており、高温下で焼成を受けたクリ
ンカはクリンカ冷却機４に排出される。又、排出
されたクリンカは、冷却機４の通気性格子上を移
送される過程で、押込送風機１０から送り込まれ
る冷風によつて冷却された後コンベア１１によつ
て次工程へ搬出される。

尚、クリンカ冷却機４での余剰空気は、誘引通
風機９により吸引されて排出される。

この様なセメント原料焼成装置における仮焼炉
などに使用される多段噴流層式熱交換装置は、例
えば第２図に示す如く略円筒状の熱交換容器２１
ａ及び２１ｂを上下方向に連通状に２段に積み重
ねたもので、各熱交換容器２１ａ及び２１ｂは、
その下部が截頭逆円錐状に形成されたテーパ部２
２ａ及び２２ｂによつて形成され、下段側の熱交
換容器２１ａの上部排出口２３と、上段側の熱交
換容器２１ｂ下部のテーパ部２２ｂ下端の導入口
２４とは、上記両熱交換容器２１ａ及び２１ｂの
直径よりも小径に絞られた頚部２５を介して連通
状に接続されている。また下段側の熱交換容器２
１ａの下部に設けた導入口２６には、熱ガスを熱
交換容器２１ａ内に送り込むための気体導入ダク
ト２７が接続され、且つ上段の熱交換容器２１ｂ
の側壁２８には、気体排出ダクト２９が接続され
ている。

従つて、気体導入ダクト２７から導入口２６を
経て、下段の熱交換容器２１ａへ高速で流入した
高温ガスの噴流は、主として上記熱交換容器２１
ａの中心部を通過して上昇し、熱交換容器２１ａ
の側壁３０の近傍には図に実線矢印３０ａで示す
ような垂直方向の渦が形成される。

また上方へ向かつて直進する高温ガス流は、前
記頚部２５を通つて上段の熱交換容器２１ｂ内へ
流入し、同様に熱交換容器２１ｂの側壁２８の近
傍に垂直方向の渦流２８ａを形成しつつ頂部壁３
１に衝突した後、気体排出ダクト２９から外部へ
排出される。

この様な高温ガスの流れにもとづき、導入口２
６の方向に指向して下段の熱交換容器２１ａの側
壁３０に接続された粉粒体供給シユート３２から
投入された原料粉粒体は、上昇する上記の高温ガ
ス流に乗つて吹き上げられるが、この際粉粒体の
一部は、前記側壁３０の近傍に発生する垂直方向
の渦流３０ａに巻き込まれ、側壁３０に沿つて下
降し、熱交換容器２１ａの下端に達して、ここよ
り流入する上昇気流により再び吹き上げられる。
同様の粉粒体の流れは上段の熱交換容器２１ｂ内
においても形成される。

上記のような渦流の発生及び側壁に沿つて下降
する粉粒体の流れを効果的に形成するためには、
前記各熱交換容器２１ａ及び２１ｂの下部にテー
パ部２２ａ及び２２ｂを構成するのが好適であ
る。

このような高温ガス及びこれにより運搬される
粉粒体の流れにより、熱交換容器２１ａ及び２１
ｂ内には、粉粒体が上下に内部循環する所謂噴流
層が形成され、高速の上昇ガス流により粉粒体の
強力な撹拌が行われ、この間に高温ガスと粉粒体
との間に熱交換が行われる。そして、粉粒体の一
部は上昇ガス流に随伴して上段の熱交換容器２１
ｂから気体排出ダクト２９を経て排出されるよう
になつている。

従つてこのような噴流層式熱交換装置では、他
の熱交換装置と較べて容器内における粉粒体の平
均滞溜時間が比較的長いため、セメント原料等の
脱炭酸反応が促進され、しかも脱炭酸反応に長い
時間を要する粒径の大きい原料ほど渦流内に効率
よく捕捉されて長時間熱交換容器内に滞溜するこ
ととなり、十分な脱炭酸反応が促進される。

また上記のように、原料粉粒体が熱交換容器内
に滞溜する平均滞溜時間が延長される結果、容器
内における粉粒体の濃度が増大し、熱交換容器の
部分的加熱を防ぐことができる。

又、このように粉粒体の熱交換容器内での濃度
が増大する結果、燃料として液体燃料を使用する
場合の燃焼性能が改善されるという長所をも合わ
せ持つものである。

しかしながら、近年のエネルギー価格の高騰に
伴い、セメント原料等を予熱するための熱交換装
置における熱交換効率を従来のものよりも更に向
上させる必要があり、更に重油価格の高騰により
燃料を微粉炭等の安価な固体燃料へ転換する必要
に迫られており、熱交換容器内における原料及び
燃料粉粒体の平均滞溜時間を更に増長させ得るよ
うな装置の開発が望まれている。

この点、特開昭56−84624に記載された粉末原
料を多段噴流層式の仮焼炉に導入し、仮焼炉から
熱ガスに伴われて導出される粉末原料を集塵器で
捕集するようにした粉末原料の仮焼装置におい
て、仮焼炉と集塵器との間に粉末原料の一部を捕
集するための捕集手段を介在させ、捕集手段で捕
集した粉末原料を仮焼炉に戻すようにした粉末原
料の焼成装置が知られているが、この場合捕集手
段として捕集室や衝突板等の気流に対して抵抗と
なるものを用いる必要がある為、この部分でのエ
ネルギーロスが大きく、熱ガス誘引の為の動力消
費の面で極めて不経済である。

本発明は上記のような点に鑑みてなされたもの
で、流体抵抗となるような装置を付加することな
く、熱交換容器内での粉粒体の平均滞溜時間を更
に増大させることにより、熱ガスと原料粉粒体と
の間の熱交換効率の向上を図ると共に、微粉炭等
の固体燃料を使用する場合にも燃料粉粒体を十分
に滞溜させ、固体燃料の十分な燃焼を達成するこ
とのできる多段噴流層式熱交換装置を提供するこ
とを目的とし、その要旨とする処が、下部を截頭
逆円錐状に形成した噴流層式熱交換容器を小径の
頚部を介して上下方向に連通状に複数段積重し、
且つ最下段の噴流層式熱交換容器の下端に気体導
入ダクトを、また最上段の噴流層式熱交換容器の
上端、或いはその側壁に気体排出ダクトをそれぞ
れ接続すると共に、上記噴流層式熱交換容器また
は気体導入ダクトの一部に粉粒体供給シユートを
接続した粉粒体の多段噴流層式熱交換装置におい
て、上方段の噴流層式熱交換容器の截頭逆円錐状
壁面に粉粒体捕集用ホツパを接続し、当該粉粒体
捕集用ホツパと下方段の噴流層式熱交換容器とを
粉粒体シユートを介して連接した点にある粉粒体
の多段噴流層式熱交換装置を提供するものであ
る。

続いて第３図以下の添付図面を参照して、本発
明を具体化した実施例につき説明し、本発明の理
解に供する。

ここに第３図乃至第６図は本発明の第１乃至第
４の実施例に係る多段噴流層式熱交換装置の側面
図である。

尚、これらの実施例において第２図に示した装
置と同様の構成要素を用いる場合には、同一の記
号を使用する。

第１の実施例を示す第３図においては、上段の
熱交換容器２１ｂの下部に形成されたテーパ部２
２ｂに粉粒体捕集用ホツパ３３が接続され、該粉
粒体捕集用ホツパ３３は、途中にダンパ３４を有
する粉粒体シユート３５を介して、前記下段の熱
交換容器２１ａの側壁３０に接続された複数の粉
粒体供給シユート３２の内の１つ３２ａに接続さ
れており、下部の熱交換容器２１ａから頚部２５
を通つて上段の熱交換容器２１ｂに流入した粉粒
体の一部は、側壁２８の近傍で垂直渦流２８ａ
（第２図示）に導かれて、該側壁２８に沿つて下
降し、テーパ部２２ｂから上記粉粒体捕集用ホツ
パ３３に捕集され、粉粒体シユート３５を通つて
粉粒体供給シユート３２ａより下段の熱交換容器
２１ａ内へ還流されるため、下段の熱交換容器２
１ａ内を上昇する高温ガス流と再度接触し、十分
に加熱される。

この第１の実施例では、上記したように上段の
熱交換容器２１ｂへ流入した粉粒体の一部が再度
下段の熱交換容器２１ａへ戻されるため、粉粒体
の熱交換装置内における平均滞溜時間が全体とし
て増大し、所期の目的が達成される。

上記の実施例においては、各熱交換容器２１ａ
及び２１ｂが円筒状の側壁３０，２８とその下部
のテーパ部２２ａ及び２２ｂによつて形成されて
いる場合について説明したが、かかる直円筒状の
部分である側壁３０や２８は必ずしも必要ではな
く、熱交換容器全体を第４図に示す如く截頭逆円
錐状に形成しても良く、又粉粒体捕集用ホツパ３
３及び粉粒体シユート３５は一箇所のみでなく、
上下段の熱交換容器に複数個接続することも可能
である。

第４図に示す第２の実施例においては、上下段
の熱交換容器３６ａ及び３６ｂが共に全体として
截頭逆円錐状に形成され、上段の熱交換容器３６
ｂの側壁には、２個の粉粒体捕集用ホツパ３３
ａ，３３ａが接続され、両粉粒体捕集用ホツパ３
３ａは、共に粉粒体シユート３５を経て、下段の
熱交換容器３６ａの側壁に連接した粉粒体供給シ
ユート３２ｂ，３２ｂにそれぞれ接続されてい
る。

又この場合、新たな粉粒体を供給する粉粒体供
給シユート３２は、下段の熱交換容器３６ａ自身
に接続することなく、第４図に示す如くその下部
に接続した気体導入ダクト２７ａに開口する如く
なしてもよい。

更に第４図に示した実施例では、気体排出ダク
ト２９ａが上段の熱交換容器３６ｂの頂部壁３１
ａに接続され、この気体排出ダクト２９ａの下端
２９a′及び上下段の熱交換容器３６ａと３６ｂを
連通させる頚部２５ａの下端２５a′はそれぞれ上
段の熱交換容器３６ｂ及び下段の熱交換容器３６
ａ内へ垂直方向に突出し、これらの部分での渦流
を増大させて粉粒体の熱交換容器内での滞溜を促
進させている。

上記のような熱交換容器内での粉粒体の滞溜時
間を増大させる試みは、第５図に示す第３の実施
例において、更に良好な結果を生む。即ち、第５
図に示した実施例では、上段、中段、下段の３段
に連接された熱交換容器３７ａ，３７ｂ，３７ｃ
が設けられており、このように熱交換容器の段数
を増加させることにより、粉粒体の滞溜時間の延
長が図り得ると共に、この実施例の場合例えば最
上段の熱交換容器３７ａの垂直軸芯３８ａとその
下部に連接した頚部２５ｂの中心線３９ａとが距
離ｌの分だけ偏心しており、このような偏心によ
り頚部２５ｂを通つて最上段の熱交換容器３７ａ
内に流入する粉粒体を含んだ高温空気が、垂直軸
芯３８ａに対して頚部２５ｂの中心線３９ａとは
反対側の側面４０ａの方向へ偏向され、この偏向
流によつて垂直方向の渦流の発生が促進されるも
のである。また上方の熱交換容器のテーパ部に接
続した粉粒体シユート３５を接続させる下方の熱
交換容器としては、必ずしも第３図、第４図に示
したように隣接する下段の熱交換容器である必要
は無く、例えば第５図に示す如く、１つ又は複数
の熱交換容器を飛び越えてその下段の熱交換容器
に接続してもよい。

そのため、側壁４０ａの下部のテーパ部４１ａ
には熱交換容器３７ａの中心線３８ａに対して頚
部２５ｂとは反対側の位置に粉粒体捕集用ホツパ
４２ａを接続し、上記偏向されたガス流からの粉
粒体の分離を図り、粉粒体シユート３５を経て最
下段の熱交換容器３７ｃへ戻す如く構成してい
る。

中段の熱交換容器３７ｂについても同様で、そ
の垂直軸芯３８ｂは、頚部２５ｂに通る中心線３
９ｂに対して距離ｌの分だけ偏心し、中段の熱交
換容器３７ｂの下部のテーパ部４１ｂへは垂直軸
芯３８ｂに対して中心線３９ｂとは反対側の側面
に粉粒体捕集用ホツパ４２ｂが接続され、この粉
粒体捕集用ホツパ４２ｂも粉粒体シユート３５を
経て、最下段の熱交換容器３７ｃの側壁に接続さ
れている。

以上述べた第１乃至第３の実施例においては、
いずれも新しい粉粒体を熱交換装置の下部から投
入し、最終的には上部の気体排出ダクト２９又は
２９ａから上昇する高温ガスと共に取り出す所謂
並流形の熱交換装置について説明したが、本発明
は向流形の熱交換装置についても同様に適用が可
能であり、第６図にはこのような向流形の熱交換
容器に本発明を適用した第４の実施例が示されて
いる。

即ちこの場合、熱交換容器は上下に２段積みさ
れた４３ａ及び４３ｂが例示的に示され、各熱交
換容器４３ａ及び４３ｂの軸芯４４ａ及び４４ｂ
はそれぞれ頚部２５ｃを通る中心線４５に対して
左右方向に距離ｌだけ偏心した状態で、頚部２５
ｃを介して上下方向に連通状に接続され、上段の
熱交換容器４３ａの頂部４６に接続された連絡ダ
クト４７は、更にその上部に設けたサイクロン分
離器４８の円筒状側壁４９に円周方向に接続さ
れ、且つこの連絡ダクト４７の中間には、粉粒体
供給シユート５０が接続されている。

また、前記サイクロン分離器４８の下部の粉粒
体排出口５１は、シユート５２を介して上段の熱
交換容器４３ａの側壁に開口する粉粒体供給シユ
ート５３に接続され、また上段の熱交換容器４３
ａの下部のテーパ部５４ａに接続された粉粒体捕
集用ホツパ５５は、下段の熱交換容器４３ｂの側
壁に開口する粉粒体供給シユート５６に粉粒体シ
ユート５７を介して接続され、更に最下段の熱交
換容器４３ｂの下部に接続されたテーパ部５４ｂ
には、最終的製品取り出し用の粉粒体捕集用ホツ
パ５８が接続されている。

従つてこの第４の実施例の場合、最下段の熱交
換容器４３ｂの下端に接続した気体導入ダクト５
９から流入した高温ガスの一部は、そのまま上昇
して上段の熱交換容器４３ａへ頚部２５ｃを通つ
て流入し、その一部は下段の熱交換容器の側壁近
傍において垂直方向の渦流を形成する。上段の熱
交換容器４３ａ内に流入した高温ガスは、下段の
場合と同様に一部はそのまま上昇して気体排出ダ
クト４７へ排出され、また一部は上段の熱交換容
器４３ａの側壁近傍において垂直方向の渦流を形
成せしめる。

上記のようなガスの流れに対して粉粒体供給シ
ユート５０から投入された原料粉粒体は、連絡ダ
クト４７中を通る高温ガスに運ばれてサイクロン
分離器４８に至り、ここで高温ガスから分離さ
れ、粉粒体排出口５１、シユート５２、粉粒体供
給シユート５３を経て、上段の熱交換容器４３ａ
へ供給され、その一部は上段の熱交換容器４３ａ
内を上昇する気流に乗つて再び連絡ダクト４７へ
搬出され、残りは旋回する渦流に巻き込まれてテ
ーパ部５４ａの方向に下降し、粉粒体捕集用ホツ
パ５５及び粉粒体シユート５７、粉粒体供給シユ
ート５６を経て、下段の熱交換容器４３ｂへ供給
される。

また下段の熱交換容器４３ｂへ粉粒体供給シユ
ート５６から供給された粉粒体の一部は、気体導
入ダクト５９から流入する高温の上昇ガス流に乗
つて上段の熱交換容器４３ａへ運搬され、また一
部は下段の熱交換容器４３ｂの側壁に沿つた垂直
渦流に巻き込まれてその側壁に沿つて下降し、粉
粒体捕集用ホツパ５８を通つて外部へ取り出され
る。

以上述べたようにこの第４の実施例では、上段
の熱交換容器４３ａとその上部に設けたサイクロ
ン分離器４８との間、及び上下段の熱交換容器４
３ａと４３ｂとの間において粉粒体が循環し、し
かも粉粒体の流れは全体的に上段の粉粒体供給シ
ユート５０から下段の粉粒体捕集用ホツパ５８に
向けて下降するのに対し、高温ガスは下方の気体
導入ダクト５９から上方の気体排出ダクト６０へ
向けて上昇し、こうして高温ガス流と粉体の流れ
が対向流となるため、熱交換効率が従来よりも更
に向上するものである。

尚、第３図、第４図及び第６図においては、粉
粒体シユート３５等にガス流の短絡を規制するた
めのダンパ３４を設けた場合について示したが、
熱交換容器内の粉粒体の濃度が高い場合には、上
記のようなシユート中のダンパを第５図に示した
如く省略することも可能である。

以上述べたような熱交換容器はその側壁部にバ
ーナや微粉炭供給機構等の燃料供給装置を付加し
たり、或いは必要に応じて燃焼用空気の導入口を
設けることによりそのまま仮焼炉としても用いる
ことが出来るものである。

尚、以上の説明において、熱交換の種類（加熱
又は冷却）、ガス体の種類及び温度、粉粒体の種
類、或いは熱交換容器の段数又は断面形状などを
自由に選べることは勿論である。

本発明は以上述べたように、下部を截頭逆円錐
状に形成した噴流層式熱交換容器を小径の頚部を
介して上下方向に連通状に複数段積重し、且つ最
下段の噴流層式熱交換容器の下端に気体導入ダク
トを、また最上段の噴流層式熱交換容器の上端、
或いはその側壁に気体排出ダクトをそれぞれ接続
すると共に、上記噴流層式熱交換容器または気体
導入ダクトの一部に粉粒体供給シユートを接続し
た粉粒体の多段噴流層式熱交換装置において、上
方段の噴流層式熱交換容器の截頭逆円錐状壁面に
粉粒体捕集用ホツパを接続し、当該粉粒体捕集用
ホツパと下方段の噴流層式熱交換容器とを粉粒体
シユートを介して連接したことを特徴とする粉粒
体の多段噴流層式熱交換装置であるから、粉粒体
の熱交換容器内における平均滞溜時間が増大し、
これにより熱交換が促進されると共に、粉粒体の
濃度が増大し、熱交換容器の部分的加熱を防止す
ることができ、特にこの熱交換容器を仮焼炉等に
用いた場合、原料粒度にかかわらず十分な脱炭酸
反応が達成され、且つ微粉炭等の固体燃料を使用
した場合にも燃料の滞溜時間が増大し燃焼が促進
され、とりわけセメント原料焼成装置に用いて好
適の多段噴流層式熱交換装置を提供するもので、
設備面においても既設の多段噴流層式熱交換装置
にも容易に適用することが可能で、実質的にコス
トダウンに寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のセメント原料焼成装置の全体系
統図、第２図は従来の多段噴流層式熱交換装置の
側面図、第３図乃至第６図はそれぞれ本発明の第
１乃至第４の実施例に係る多段噴流層式熱交換装
置の側面図である。 （符号の説明）、２１ａ，２１ｂ，３６ａ，３
６ｂ，３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，４３ａ，４３ｂ
……熱交換容器、２２ａ，２２ｂ，４１ａ，４１
ｂ，５４ａ，５４ｂ……テーパ部、２７，２７
ａ，５９……気体導入ダクト、２９，２９ａ，６
０……気体排出ダクト、３３，３３ａ，４２ａ，
４２ｂ，５５，５８……粉粒体捕集用ホツパ、３
２，５０……粉粒体供給シユート、２５，２５
ａ，２５ｂ，２５ｃ……頚部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 下部を截頭逆円錐状に形成した噴流層式熱交
   換容器を小径の頚部を介して上下方向に連通状に
   複数段積重し、且つ最下段の噴流層式熱交換容器
   の下端に気体導入ダクトを、また最上段の噴流層
   式熱交換容器の上端、或いはその側壁に気体排出
   ダクトをそれぞれ接続すると共に、上記噴流層式
   熱交換容器または気体導入ダクトの一部に粉粒体
   供給シユートを接続した粉粒体の多段噴流層式熱
   交換装置において、上方段の噴流層式熱交換容器
   の截頭逆円錐状壁面に粉粒体捕集用ホツパを接続
   し、当該粉粒体捕集用ホツパと下方段の噴流層式
   熱交換容器とを粉粒体シユートを介して連接した
   ことを特徴とする粉粒体の多段噴流層式熱交換装
   置。 ２ 粉粒体供給シユートが最下段の噴流層式熱交
   換容器、またはその下端に接続する気体導入ダク
   トに接続されている特許請求の範囲第１項に記載
   した粉粒体の多段噴流層式熱交換装置。 ３ 粉粒体供給シユートが最上段の噴流層式熱交
   換容器に接続されていると共に、最下段の噴流層
   式熱交換容器に粉粒体捕集用ホツパが接続されて
   いる特許請求の範囲第１項に記載した粉粒体の多
   段噴流層式熱交換装置。 ４ 噴流層式熱交換容器の垂直軸芯が該容器下端
   に接続した頚部の中心に対して偏心されており、
   且つ上記垂直軸芯に対して頚部の反対側に存在す
   る截頭逆円錐状壁面に粉粒体捕集用ホツパが接続
   されている特許請求の範囲第１項、第２項若しく
   は第３項に記載した粉粒体の多段噴流層式熱交換
   装置。