(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向を上下方向として配置された外筒と、
この外筒の内部に同軸配置されて前記外筒と共に二重筒状構造をなし前記外筒との間に原料通路を形成する内筒と、
前記外筒の上端に設置されて原料を前記原料通路に投入して前記原料通路に原料充填層を形成する投入装置と、
前記原料通路に接続して形成されて燃焼用空気を導入してバーナによる熱ガスを発生させる燃焼室と、
前記燃焼室で発生された熱ガスの一部を前記原料通路の下端部及び内筒を経由して前記外筒の外部に吸引することにより、前記燃焼室から下側の前記原料充填層の原料と熱ガスが共に下方に移動しながら焼成される並流焼成帯を形成する吸引装置と、
前記並流焼成帯の下端部に設けられ、前記原料通路から焼成品を排出する焼成品排出機構と、
前記焼成品排出機構の下方に接続されて内部に焼成品充填層を形成する焼成品導入管を有し、この焼成品導入管の下方に外部から冷却用空気を導入して焼成品を冷却する焼成品冷却機構とを備え、
前記焼成品充填層は、前記焼成品導入管の下方から前記焼成品導入管内まで連続し、前記焼成品導入管の高さよりも低い所定の充填層高さを維持するように形成されることにより、前記冷却用空気の上方への流れを低減する抵抗機能を有する
ことを特徴とする竪型焼成炉。
【請求項２】
前記焼成品冷却機構は、前記焼成品充填層に連続する焼成品を収容し、この収容された焼成品を冷却する
ことを特徴とする請求項１記載の竪型焼成炉。
【請求項３】
軸方向を上下方向として配置された外筒と、
この外筒の内部に同軸配置されて前記外筒と共に二重筒状構造をなし前記外筒との間に原料通路を形成する内筒と、
前記外筒の上端に設置されて原料を前記原料通路に投入して前記原料通路に原料充填層を形成する投入装置と、
前記原料通路に接続して形成されて燃焼用空気を導入してバーナによる熱ガスを発生させる燃焼室と、
前記燃焼室で発生された熱ガスの一部を前記原料通路の下端部及び内筒を経由して前記外筒の外部に吸引することにより、前記燃焼室から下側の前記原料充填層の原料と熱ガスが共に下方に移動しながら焼成される並流焼成帯を形成する吸引装置と、
前記並流焼成帯の下端部に設けられ、前記原料通路から焼成品を排出する焼成品排出機構と、
前記焼成品排出機構の下方に接続されて内部に焼成品充填層を形成する焼成品導入管を有し、この焼成品導入管の下方に外部から冷却用空気を導入して焼成品を冷却する焼成品冷却機構とを備え、
前記焼成品充填層は、前記冷却用空気の上方への流れを低減する抵抗機能を有し、
前記焼成品冷却機構は、前記焼成品充填層に連続する焼成品を収容し、この収容された焼成品を冷却する
ことを特徴とする竪型焼成炉。
【請求項４】
前記冷却用空気は、前記焼成品冷却機構の内部の焼成品を通過して熱交換された後に、前記燃焼室における燃焼用空気の一部として用いられる
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の竪型焼成炉。
【請求項５】
前記焼成品排出機構は、
前記外筒の下端部に設けられ、前記内筒の外径よりも小さな径の孔部を備えるシュートが前記内筒の中心線と同心に形成された底板と、
前記並流焼成帯の下端部近傍にて前記外筒の円周上に複数配置され、前記底板の床面上を前記シュートの中心方向に向かって往復動可能なプッシャーとを有し、
前記内筒の下端外周縁と前記底板の孔部とを結ぶ面が、前記焼成品の自由安息角面を形成するように構成されている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の竪型焼成炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、石灰石やドロマイト等の塊状原料を焼成するための竪型焼成炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、石灰石やドロマイト等の塊状原料を焼成するための二重円筒構造の竪型焼成炉が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。図４は、従来の二重円筒構造の竪型焼成炉を示す図である。図４に示すように、竪型焼成炉１００は、円筒状の外筒１０１及びその内側に同心状に配置された内筒１０２を備える。
【０００３】
また、外筒１０１の上端部には、搬送装置から供給される原料の投入装置１０３が設けられ、更にこの外筒１０１の上端部は配管１０４を介して排ガス吸引ファン（図示せず）に接続される。そして、外筒１０１からの排ガスは、図示しない集塵装置を介して大気中に排出される。
【０００４】
内筒１０２内には、内筒１０２の冷却用空気の通路１０５が形成されており、この通路１０５には配管１０６を介してファン１０７から冷却用空気が供給される。内筒１０２内を冷却した空気は、配管１０８ａに集合されて燃焼用空気として用いられる。また、内筒１０２の上端部は、配管１０９を介して作動用空気熱交換器１１０の上端部に接続され、この作動用空気熱交換器１１０の下端部は、配管１１１を介して排ガス吸引ファンに接続される。
【０００５】
作動用空気熱交換器１１０の下方には、ブロワ１１２から外気が導入され、作動用空気熱交換器１１０内にて排ガスとの間で熱交換が行われる。この熱交換により加熱された外気は、配管１１３を介して外筒１０１に設けられた上部燃焼室１１４の上部バーナ１１４ａ、下部燃焼室１１５の下部バーナ１１５ａ、及び吸引装置１１６の上端部に供給され、燃焼用空気及び吸引装置１１６の作動用空気として用いられる。
【０００６】
なお、内筒１０２を冷却した冷却済空気は、配管１０８，１０８ａを通って上部及び下部バーナ１１４ａ，１１５ａに供給され、燃焼用空気として用いられる。各バーナ１１４ａ，１１５ａを備える各燃焼室１１４，１１５からの燃焼ガスは、図中実線矢印で示すように外筒１０１及び内筒１０２の間に形成された原料通路１１７内に形成された原料充填層中を上向きに流れ、下部燃焼室１１５からの燃焼ガスの一部は、図中実線矢印で示すように下向きに流れる。
【０００７】
外筒１０１の側面には、吸引装置１１６が設けられている。この吸引装置１１６は、インジェクタ機構を備え、外筒１０１の下部より上昇した冷却用空気と下部燃焼室１１５からの下向きの燃焼ガスと下向きの燃焼ガスにより焼成された原料より発生する原料分解ガス（例えば、ＣＯ２ガス）を内筒１０２側に吸引させる。これら冷却用空気と燃焼ガスと原料が分解して発生するガスとの混合ガスは、内筒１０２内を通って配管１１８に導かれる。この配管１１８は、吸引装置１１６の上端部に接続され、この吸引装置１１６の上端部は、更に燃焼用空気を供給する配管１１３に接続され、下端部は下部燃焼室１１５に連結されている。
【０００８】
また、外筒１０１の下端部には、焼成品を排出する焼成品排出装置１１９が設けられ、内筒１０２の下端部とこの焼成品排出装置１１９との間に焼成品を冷却する焼成品冷却帯ＣＺが形成される。焼成品排出装置１１９には、冷却空気ファン１１９ａから外気が導入され、図中実線矢印で示すように焼成品冷却帯ＣＺに充填されている焼成品中を上向きに冷却用空気が流れる。焼成品は、図中破線矢印で示すように、焼成品排出装置１１９の下方に流れ、外部に排出される。
【０００９】
なお、原料通路１１７においては、下部燃焼室１１５から上部が熱ガスと原料とが逆方向に流れる向流帯を形成し、下部燃焼室１１５から下部が熱ガスと原料とが同方向に流れる並流帯を形成し、それぞれ下部燃焼室１１５から内筒１０２の下端部までの間に並流焼成帯ＰＦＺ、下部燃焼室１１５から上部燃焼室１１４までの間に下部焼成帯ＤＦＺ、上部燃焼室１１４から上方の所定範囲までの間に上部焼成帯ＵＦＺ、及び上部焼成帯ＵＦＺの上方所定範囲内に予熱帯ＰＺが形成される。
【００１０】
このように構成された竪型焼成炉の並流焼成帯ＰＦＺにおいては、燃焼ガスが原料中を並列に流れて焼成が行われ、原料が分解してガス（ＣＯ２）が発生する。この燃焼ガスと原料が分解して発生するガス（燃焼ガスと原料が分解して発生するガスの混合ガスを並流ガスと称する。）が冷却用空気と混合されて吸引装置１１６に吸引される構造となっている。そして、上述したように吸引された混合ガスは、燃焼用空気として用いられると共に、燃料の燃焼熱により加熱されて再度炉内の原料通路１１７の原料充填層に導入され、焼成熱源として用いられる。
【００１１】
なお、並流ガスの温度は、例えば並流焼成帯ＰＦＺの下端部において約９００℃以上と高温であり、焼成品を冷却した後の冷却用空気も約５００℃〜８９０℃程度となる。このため、吸引装置１１６の機構として機械的なファン類等を採用することは難しく、主としてインジェクタ機構が用いられている。
【００１２】
このインジェクタ機構を採用した場合の吸引装置１１６は、作動のために有圧空気（例えば、３０〜７０ｋＰａの圧力、４００℃〜５００℃の温度）等の作動用空気（又は作動用ガス）を装置内のインジェクタノズルに供給して、高速の噴流をインジェクタ機構内で形成することで吸引圧力を発生させている。
【００１３】
（１）吸引装置１１６の特性
このような吸引装置１１６は、基本的に耐火物で構成されているので、炉の操業中に吸引装置１１６の寸法等を可変にすることはできず、寸法が固定されることで次のような特性を備えることとなる。図５は、吸引装置１１６に吸引される混合ガス量と吸引圧力との関係を示す図である。
【００１４】
図５からも明らかなように、作動用空気量Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３（Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３）がそれぞれ一定の場合、混合ガス量が多くなるほど吸引圧力は低下する。また、作動用空気量をＶ１→Ｖ２→Ｖ３のように増加させると吸引圧力は大きくなり、逆に作動用空気量をＶ３→Ｖ２→Ｖ１のように減少させると吸引圧力は小さくなる。
【００１５】
竪型焼成炉の操業においては、一般的に混合ガス量は系の流路抵抗と吸引圧力とが同一となった時点でバランスするので、作動用空気量を増やせば混合ガス量を増加させることができ、作動用空気量を減らせば混合ガス量を減少させることができる。
【００１６】
（２）供給空気量の適正化
また、上部燃焼室１１４と下部燃焼室１１５とに供給される燃料の量は、炉内で必要な熱量の分配を可能にするため、ほぼ一定の比率で最適な合計量となるように設定される。各燃焼室１１４，１１５での燃焼温度は、耐火物や焼成原料に最適な許容温度内で最高の温度を選定し、効率的な（すなわち、熱消費量が最少になるような）操業を目指すことになる。従って、可能な限り少ない空気量（又はガス量）で良好な燃焼が行われることが要求される。ここで、燃焼用の空気量は一般的に次式で表される。
【００１７】
［数１］
Ｖａ＝ｍ・Ａｏ・Ｆｗ
Ｖａ：燃焼用として炉に供給する全空気量（Ｎｍ３／ｈｒ）
Ｆｗ：炉に供給する燃料量（ｋｇ／ｈｒ）
Ａｏ：理論燃焼空気量（Ｎｍ３／ｋｇ燃料）…燃料１ｋｇを完全燃焼させるために必要な理論的空気量
ｍ：空気係数
【００１８】
通常、竪型燃焼炉では、例えば上記式における空気係数ｍは１．１〜１．３７とされる。すなわち、理論的に必要な空気量の１．１〜１．３７倍の空気量が供給されている。なお、使用する燃料の種類により空気係数ｍの最適値は異なるが、一般的には空気係数ｍを最小限にすることが熱消費量を最少にするための１つの要素として求められる。
【００１９】
また、インジェクタ機構の作動用空気は、下部燃焼室１１５に流入するため、下部燃焼室１１５の燃料の燃焼条件にも影響を及ぼすこととなる。更に、吸引される混合ガスも同様に燃焼室内の温度条件や燃焼炎の状態に影響する。具体的には、バーナに供給される燃焼用空気以外に下部燃焼室１１５に流入する空気としては、作動用空気と焼成品の冷却用空気とがある。これらの空気は上記空気係数ｍに直接関連することとなる。
【００２０】
（３）品質確保・熱消費量低減からの要求事項
更に、焼成品の品質確保の観点から、上記並流ガス量は、原料の焼成に影響して結果的に焼成品の品質に影響するものである。このため、一定量の確保が必要不可欠である。また、熱消費量（燃料消費量）の低減を図るためには、焼成品冷却帯ＣＺの出口温度を低下させ、焼成品が炉外に持ち出す損失熱（焼成品の保有熱）を低減し、熱回収量を増加させる必要がある。このためには、一定の冷却用空気量も確保する必要がある。
【００２１】
ところで、上述した（１）の吸引装置１１６の特性における吸引圧力は、並流焼成帯での並流ガス量を決定付ける要素となる。並流焼成帯は、焼成工程の最終段階であるため、その下流端でガスが所定の温度となるように炉全体の制御がなされる。このことからも、一定量の並流ガスを確保することは、焼成炉を操業する上で極めて重要な要素である。
並流ガスを一定量確保するためには、吸引圧力を確保することが必要であり、上述した（１）のインジェクタ機構を備える吸引装置１１６の特性からインジェクタ機構への作動用空気量を多くするか、混合ガス量を少なくする必要がある。しかし、作動用空気量を多くすることは上記（２）の供給空気量の適正化に反し、混合ガス量を低減することは、焼成品の冷却空気量を低減することになるため、（３）の要求事項に反することになる。このため、多くの場合には、（３）の要求事項を犠牲にし、作動用空気量を一定とした上で、焼成品の冷却用空気量を少なくすることにより、混合ガス量を減少させるようにした操業が行われている。この結果、吸引圧力を上昇させて並流ガス量を多く確保する操作方針が採用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開昭５７−１２２２７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
しかしながら、上述したように焼成品の冷却用空気量を減ずることで、焼成品の排出温度が高くなり損失熱が大きくなる。上記のような焼成品冷却帯ＣＺの冷却容量は十分確保されているが、冷却用空気量の絶対的な不足により備えられた冷却機能を十分発揮できていないという場合がある。このため、インジェクタ機構による吸引装置を用いた並流焼成帯を備える竪型焼成炉においては、操業時の操作制御の自由度が制限される場合が生じ得る。
【００２４】
この発明は、上述した問題点を解消するため、吸引装置のインジェクタ機構の作動用空気量を低減して並流ガス量を確保しつつ焼成品の冷却用空気量を確保可能にし、これにより排出される焼成品の保有熱を有効に回収すると共に、操作制御の自由度を向上させることができる竪型焼成炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る竪型焼成炉は、軸方向を上下方向として配置された外筒と、この外筒の内部に同軸配置されて前記外筒と共に二重筒状構造をなし前記外筒との間に原料通路を形成する内筒と、前記外筒の上端に設置されて原料を前記原料通路に投入して前記原料通路に原料充填層を形成する投入装置と、前記原料通路に接続して形成されて燃焼用空気を導入してバーナによる熱ガスを発生させる燃焼室と、前記燃焼室で発生された熱ガスの一部を前記原料通路の下端部及び内筒を経由して前記外筒の外部に吸引することにより、前記燃焼室から下側の前記原料充填層の原料と熱ガスが共に下方に移動しながら焼成される並流焼成帯を形成する吸引装置と、前記並流焼成帯の下端部に設けられ、前記原料通路から焼成品を排出する焼成品排出機構と、前記焼成品排出機構の下方に接続されて内部に焼成品充填層を形成する焼成品導入管を有し、この焼成品導入管の下方に前記焼成品充填層に連続する焼成品を収容し、この収容された焼成品を外部からの冷却用空気を導入して冷却する焼成品冷却機構とを備え、前記焼成品充填層は、前記冷却用空気の上方への流れを低減する抵抗機能を有することを特徴とする。
【００２６】
前記冷却用空気は、例えば前記焼成品冷却機構の内部の焼成品を通過して熱交換された後に、前記燃焼室における燃焼用空気の一部として用いられる。また、前記焼成品冷却機構は、例えば前記焼成品充填層に連続する焼成品を収容し、この収容された焼成品を冷却する。
【００２７】
前記焼成品排出機構は、例えば前記外筒の下端部に設けられ、前記内筒の外径よりも小さな径の孔部を備えるシュートが前記内筒の中心線と同心に形成された底板と、前記並流焼成帯の下端部近傍にて前記外筒の円周上に複数配置され、前記底板の床面上を前記シュートの中心方向に向かって往復動可能なプッシャーとを有し、前記内筒の下端部周縁と前記底板の孔部とを結ぶ面が、前記焼成品の自由安息角面を形成するように構成されている。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、吸引装置のインジェクタ機構の作動用空気量を低減して並流ガス量を確保しつつ焼成品の冷却用空気量を確保可能にし、これにより排出される焼成品の保有熱を有効に回収すると共に、操作制御の自由度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係る竪型焼成炉を示す図である。
【図２】並流焼成帯ＰＦＺにおける並流ガス量と圧力損失との関係、並流ガス量と焼成品冷却帯ＣＺを通過した冷却用空気及び並流ガスの混合ガス量との関係、及び吸引装置にて発生する吸引圧力と混合ガス量との関係をまとめて示す図である。
【図３】焼成品の冷却用空気量と焼成品温度と焼成品保有熱との関係を示す図である。
【図４】従来の二重円筒構造の竪型焼成炉を示す図である。
【図５】吸引装置に吸引される混合ガス量と吸引圧力との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下に、添付の図面を参照して、この発明に係る竪型焼成炉の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る竪型焼成炉を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係る竪型焼成炉１は、円筒状の外筒２及びその内側に同心状に懸垂配置された内筒３を備えて構成されている。
【００３１】
また、外筒２の上端部には、搬送装置から供給される原料の投入装置４が設けられ、更にこの外筒２の上端部は配管５を介して図示しない排ガス吸引ファンに接続されている。排ガス吸引ファンにより吸引された外筒２からの排ガスは、図示しない集塵装置を介してダスト除去された後に、大気中に排出される。
【００３２】
内筒３内には、内筒３の冷却用空気の通路６が形成されており、この通路には配管７を介して冷却空気ファン８から冷却用空気が供給される。内筒３内を冷却した冷却済空気は、配管９に集合されて燃焼用空気熱交換器１０に供給され、燃焼用空気として用いられる。また、内筒３の上端部は、配管１１を介して燃焼用空気熱交換器１０及び作動用空気熱交換器１２のそれぞれの上端部に接続されている。
【００３３】
これら各熱交換器１０，１２の下端部は、配管１３を介して排ガス吸引ファンに接続される。作動用空気熱交換器１２の下方には、ブロワ１４から外気が導入され、作動用空気熱交換器１２内にて排ガスとの間で熱交換が行われる。この熱交換により加熱された外気は、配管１５を介して外筒２に設けられた上部燃焼室１６の上部バーナ１６ａ、下部燃焼室１７の下部バーナ１７ａ、及び吸引装置１８の上端部に供給され、燃焼用空気及び吸引装置１８の作動用空気として用いられる。
【００３４】
内筒３を冷却し燃焼用空気熱交換器１０で熱交換された空気は、配管１９を通って上部及び下部バーナ１６ａ，１７ａに供給されて燃焼用空気として用いられる。各バーナ１６ａ，１７ａを備える各燃焼室１６，１７からの燃焼ガスは、図中実線矢印で示すように、外筒２及び内筒３の間に形成された原料通路２０内に形成された原料充填層中を上向きに流れ、下部燃焼室１７からの燃焼ガスの一部は、図中実線矢印で示すように下向きに流れる。
【００３５】
外筒２の側面には、吸引装置１８が設けられている。この吸引装置１８は、インジェクタ機構を備え、内筒３の下方に設けられた焼成品冷却装置２１から焼成品導入管２２内の焼成品充填層２３を通って僅かに上昇した冷却用空気と下部燃焼室１７からの下向きの燃焼ガスと下向きの燃焼ガスにより焼成された原料より発生する原料分解ガス（例えば、ＣＯ２ガス）を内筒３及び配管２４を介して吸引する。
【００３６】
配管２４は、吸引装置１８の上端部に接続され、この吸引装置１８の上端部は、更に作動用空気を供給する配管１５に接続され、下端部は下部燃焼室１７に連結されている。
【００３７】
また、外筒２の下端部には、焼成品を炉から排出する焼成品排出機構が設けられている。更に、焼成品排出機構の下方には、冷却空気ファン２５により外部からの冷却用空気を導入して焼成品の冷却を行う焼成品冷却機構が設けられている。焼成品排出機構は、例えば次のように構成されている。
【００３８】
具体的には、焼成品排出機構は、外筒２の下端部側を覆う金属製の底板２６と、外筒２の円周上に複数配置され、底板２６の床面上にあり、充填層下端部の焼成品を移動させる耐熱金属製のプッシャー２７とを備えて構成されている。底板２６は、内筒３の外周径よりも小さな径の孔部２６ａを備えるシュート２６ｂが内筒３の中心線と同心に形成された構造を備える。
【００３９】
この底板２６は、耐火物でライニングされ、焼成品や燃焼ガス等の温度に十分耐えることができるように構成されている。プッシャー２７は、油圧シリンダで駆動されるストローク可変ピストン２７ａによりシュート２６ｂの中心方向に向かって図中実線矢印で示すように往復動可能な構造を備える。
【００４０】
なお、内筒３の下端外周端点と底板２６のシュート２６ｂの上端内周端点とを結ぶ破線で示す面は、焼成品の自由安息角面３１を形成する。これにより、原料通路２０内に形成される原料充填層の原料の降下を、円環状面において均一にすることが可能となる。
【００４１】
また、焼成品冷却機構は、具体的には、シュート２６ｂの下端部に伸縮継手２８を介して外部と気密状態で配置された焼成品導入管２２と、この焼成品導入管２２の下端部に設けられた焼成品冷却装置２１とで構成されている。なお、焼成品冷却装置２１内には、冷却空気ファン２５により導入され風量調整用のダンパ２５ａにより風量が調整された冷却用空気を、図中実線矢印で示すように装置内の焼成品充填層２１ｂに分散供給する傘状のスリット２１ａが設けられている。
【００４２】
焼成品充填層２１ｂを通って焼成品と熱交換された冷却用空気は、焼成品充填層２１ｂの上方空間部２１ｃに接続されたダクト３０を通って風量調整用のダンパ３０ａにより風量が調整された上で、ダクト３０が接続された下部燃焼室１７に供給される。なお、焼成品冷却装置２１のスリット２１ａの下端部から焼成品導入管２２の下端部までの間が焼成品を冷却する焼成品冷却帯ＣＺとなっている。
【００４３】
また、原料通路２０においては、下部燃焼室１７から上部が熱ガスと原料とが逆方向に流れる向流帯を形成し、下部燃焼室１７から下部が熱ガスと原料とが同方向に流れる並流帯を形成し、それぞれ下部燃焼室１７から内筒３の下端部までの間に並流焼成帯ＰＦＺ、下部燃焼室１７から上部燃焼室１６までの間に下部焼成帯ＤＦＺ、上部燃焼室１６から上方の所定範囲までの間に上部焼成帯ＵＦＺ、及び上部焼成帯ＵＦＺの上方所定範囲内に予熱帯ＰＺがそれぞれ形成されている。
【００４４】
このように構成された竪型焼成炉１においては、投入装置４から原料通路２０内に投入された原料が、底板２６から予熱帯ＰＺの最上端より上方まで充填層を形成している。原料は、予熱帯ＰＺ及び各焼成帯ＵＦＺ，ＤＦＺ，ＰＦＺを通って焼成され、焼成品となって底板２６の床面上に到達する。到達した焼成品は、予め設定された排出量でプッシャー２７によりシュート２６ｂ及び伸縮継手２８を介して焼成品導入管２２内に排出される。
【００４５】
焼成品導入管２２内を通った焼成品は、焼成品冷却装置２１内に充填され、この焼成品充填層２１ｂから続く焼成品充填層２３が焼成品導入管２２内に導入管高さＨ１よりも低い充填層高さＨ２を持って形成される。なお、焼成品導入管２２の下端は、焼成品充填層２１ｂに接するように配置される。
【００４６】
焼成品冷却装置２１内で冷却された焼成品は、焼成品充填層２３の充填層高さＨ２が必要な高さを維持するように制御されて排出部２１ｄから外部に排出される。焼成品充填層２１ｂから続く焼成品充填層２３が所定の充填層高さＨ２を持って形成されるため、焼成品充填層２１ｂを通った冷却用空気は、焼成品充填層２３の上方にはほとんど導かれないこととなる。
【００４７】
すなわち、焼成品充填層２３によって、冷却用空気をある程度シールする空気シール効果が発揮される。なお、焼成品導入管２２の径及び充填層高さＨ２は、焼成品による空気シール効果が最大限発揮されるように構成されるので、焼成品充填層２３を通って並流ガスと合流する冷却用空気量は少量となる。
【００４８】
従って、本実施形態に係る竪型焼成炉１は、上記のような構成によって、混合ガス量が少なくなるため、吸引装置１８におけるインジェクタ機構の作動用空気量を低減することが可能となる。通常、作動用空気の温度は４５０℃〜４８０℃となっており、作動用空気の低減量に比例して作動用空気による炉への熱供給量が減少する。
【００４９】
この竪型焼成炉１では、上部焼成帯ＵＦＺの上端部位置において内筒３に設けられた導入路３ａを経由し配管１１を通って炉内の燃焼ガスの一部が燃焼用空気熱交換器１０及び作動用空気熱交換器１２にそれぞれ導入されている。従って、作動用空気熱交換器１２を小型化しても作動用空気を十分に加熱することができる。
【００５０】
この場合、小型化した作動用空気熱交換器１２への燃焼ガスの導入量を減少させることができるので、これにより生じる余剰の燃焼ガスを燃焼用空気熱交換器１０に導入し、各バーナ１６ａ，１７ａの燃焼用空気として用いる内筒３の冷却済空気（例えば、１９０℃〜２１０℃の温度を有する）をこの熱交換器１０内で加熱して、３９０℃〜４３０℃の温度を有する燃焼用空気を供給することが可能となる。
【００５１】
ここで、竪型焼成炉１を上記のような構成にした説明として、まず、インジェクタ機構を備えた吸引装置１８の作動用空気量の低減について説明する。以下においては、具体例として焼成能力３００ｔ／ｄａｙの竪型焼成炉１が３００ｔ／ｄａｙの焼成品を生産している場合を例に挙げて説明する。前提として、竪型焼成炉における並流ガスの重要性について簡単に説明する。
【００５２】
すなわち、並流焼成帯は、燃焼ガスを原料通路２０内の原料の降下方向に沿って流すことにより原料の焼成を行う機能を有すると共に、焼成工程の最終段階にあるものである。従って、一定量の並流ガスを流した場合、並流焼成帯の下端部における燃焼ガスと焼成された原料より発生する原料分解ガスの混合ガスである並流ガスの温度を監視して、この温度が所定の温度となるように炉全体の調整を行えば、その最終結果が並流焼成帯の下端部の温度となって表現されることとなる。
【００５３】
つまり、並流ガスの温度が所定の温度に一致した場合には、最終的に得られる焼成品が所定の品質となることが経験的に判明しているといえる。このように、並流ガスは炉の操業において重要な役割を果たしているので、実際の操業においては、並流ガス量の安定した確保が望まれるのである。
【００５４】
このような前提の下、作動用空気量の低減について説明する。図２は、並流焼成帯における並流ガス量と圧力損失の関係、並流ガス量と焼成品冷却帯を通過した冷却用空気及び並流ガスの混合ガス量との関係、及び吸引装置にて発生する吸引圧力と混合ガス量との関係をまとめて示す図である。
【００５５】
なお、図２のグラフＡにおいては、並流ガス量（Ｎｍ３／ｈｒ）が増加すると共に圧力損失も増加することが分かる。また、グラフＢにおける線αは、冷却用空気量が８，０００Ｎｍ３／ｈｒで一定量が流入する場合の並流ガス量と混合ガス量との関係を示し、線βは、冷却用空気量が０の場合の並流ガス量と混合ガス量との関係を示し、線γは、冷却用空気量が６００Ｎｍ３／ｈｒで一定量が流入する場合の並流ガス量と混合ガス量との関係を示している。この線γは、本実施形態に係る竪型焼成炉１の場合に相当し、６００Ｎｍ３／ｈｒの冷却用空気量は焼成品充填層２３からのリーク量を示している。
【００５６】
また、グラフＣは、吸引装置にて発生する吸引圧力と共に並流焼成帯の下端部における吸引圧力も示すものであり、線Ａ１，Ａ２，Ａ３は吸引装置で発生する吸引圧力を、線Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は並流焼成帯の下端部での吸引圧力をそれぞれ示している。上記並流焼成帯の下端部での吸引圧力は、この下端部と吸引装置との間の圧力損失を、吸引装置で発生する吸引圧力から差し引くことで求められる。これら吸引圧力は、混合ガス量が減少すると上昇することが分かる。
【００５７】
なお、グラフＣにおいて、線Ａ１は従来炉における吸引装置にて発生する吸引圧力及び線Ｂ１はこの従来炉での並流焼成帯の下端部での吸引圧力の例を示し、作動用空気量が４，９００Ｎｍ３／ｈｒで一定量としたものである。線Ａ３は同じく従来炉において作動用空気量を減少させた場合の吸引圧力及び線Ｂ３はこの場合の並流焼成帯の下端部での吸引圧力の例を示し、作動用空気量を上記４，９００Ｎｍ３／ｈｒから３，０００Ｎｍ３／ｈｒに減らしたものである。
【００５８】
また、線Ａ２及び線Ｂ２は、本実施形態に係る竪型焼成炉１において適用される少ない混合ガス量と作動用空気量とに対応して、新規設計された吸引装置１８にて発生する吸引圧力及び並流焼成帯ＰＦＺの下端部での吸引圧力をそれぞれ示し、作動用空気量が２，５００Ｎｍ３／ｈｒで一定量としたものである。
【００５９】
実際の竪型焼成炉では、グラフＣに示した並流焼成帯の下端部での吸引圧力とグラフＡに示した並流焼成帯での圧力損失とが、横線Ｄ１で示すように一致した点でバランスする。そして、グラフＡにおける一致圧力点Ｄ２から横軸に図中実線矢印で示すように垂直に引いた線Ｄ３と横軸との交点が並流ガス量となる。
【００６０】
グラフＢ，Ｃにおいて、図中破線矢印で示したものは、グラフＢにて冷却用空気量を６００Ｎｍ３／ｈｒ（実際には、リーク量相当）とした線γの場合の並流ガス量と並流焼成帯の下端部での吸引圧力とを示したものである。これらのことから、混合ガス量を減少させることにより、少ない量の作動用空気量で混合ガス量を減少させない場合と同一の並流焼成帯の下端部での吸引圧力を発生させることができるといえる。従って、並流ガス量を確保しながら、作動用空気量を減らすことが可能である。
【００６１】
なお、グラフＡにおける圧力損失は、冷却用空気の影響を受けないので原料性状が変化しない限り、並流ガスのみに起因して生じる。従って、並流焼成帯の下端部での吸引圧力が決まれば、並流ガス量をこのグラフＡから読み取ることができる。また、この下端部から吸引装置までの混合ガスの通路における圧力損失は、並流ガスと冷却用空気との混合ガスに起因して発生する。
【００６２】
このため、吸引装置における吸引圧力が決まれば、この圧力から上記通路における圧力損失を差し引くことで、グラフＣに示す並流焼成帯の下端部での吸引圧力が算出され、並流ガス量を把握することが可能となる。このグラフＣに示す通り、作動用空気量が一定の場合は、混合ガス量が減少すれば吸引装置の吸引圧力は高くなる。
【００６３】
並流ガスの重要性は上述した通りであるので、並流ガスと冷却用空気とを比較した場合は、並流ガス量の確保の方が優先されることとなる。つまり、冷却用空気量を減らすことによって混合ガス量を減らし、吸引装置の吸引圧力を高く維持する（結果として並流焼成帯の下端部での吸引圧力が高く維持される）ことによって並流ガス量を多くすることができる。
【００６４】
上述したように、図２に示したグラフＣの線Ａ１，Ｂ１は従来炉における各吸引圧力を示しているので、これらの線Ａ１，Ｂ１に基づけば、例えば、図２に示したグラフＡ〜Ｃから、約１１，０００Ｎｍ３／ｈｒの並流ガス量、約１９，４００Ｎｍ３／ｈｒの混合ガス量、及び約８，４００Ｎｍ３／ｈｒの冷却用空気量の具体的数値を得ることができる。
【００６５】
なお、本実施形態に係る竪型焼成炉１においては、並流焼成帯ＰＦＺと焼成品冷却装置２１とを分離配置した構造を備え、これらの中間位置に配置された焼成品導入管２２内において所望の充填層高さＨ２を有する焼成品充填層２３を形成することによって、上述したような空気シール効果を得るようにしている。
【００６６】
このため、理想的な状態としては、吸引装置１８には並流ガスのみが吸引されることになるが、実際には冷却用空気を完全にシールすることはできないので、焼成品充填層２１ｂを通過した冷却用空気が並流ガスに混入することを念頭に置いて設計する必要が生じる。
【００６７】
以上の事情を考慮して、並流ガス量が従来炉と同一程度となることを条件として設計した本実施形態に係る竪型焼成炉１における各吸引圧力は、図２に示したグラフＣの線Ａ２，Ｂ２に示すようになる。そして、これらの線Ａ２，Ｂ２に基づけば、各グラフＡ〜Ｃから、約１１，０００Ｎｍ３／ｈｒの並流ガス量、約１１，６００Ｎｍ３／ｈｒの混合ガス量、及び約６００Ｎｍ３／ｈｒの冷却用空気量の具体的数値を得ることができるようになる。
【００６８】
その結果、吸引装置の作動空気量は、竪型焼成炉１の場合に２，５００Ｎｍ３／ｈｒとなり、従来炉の場合に４，９００Ｎｍ３／ｈｒとなるので、従来炉に比べてその差異を−２，４００Ｎｍ３／ｈｒとすることができる。そして、冷却用空気量の自由度は、実操業において従来炉における冷却用空気量がＶｃ（Ｎｍ３／ｈｒ）である場合、竪型焼成炉１のものが（４，９００−２，５００）＋Ｖｃ（Ｎｍ３／ｈｒ）となるので、従来炉に比べてその差異が＋２，４００Ｎｍ３／ｈｒの範囲で得ることが可能となる。
【００６９】
従って、例えば下部燃焼室１７へ導入する総空気量を一定（すなわち、下部燃焼室１７での空気係数ｍを不変）とすれば、従来炉に比べて２，４００Ｎｍ３／ｈｒ程度（すなわち、吸引装置１８の作動用空気量の減少分程度）まで多くの冷却用空気を焼成品冷却装置２１内に導入することが可能となる。
【００７０】
次に、焼成品からの熱回収について説明する。図３は、焼成品の冷却用空気量と焼成品温度と焼成品保有熱との関係を示す図である。図３において、曲線Ｍは冷却用空気量と焼成品温度との関連曲線であり、曲線Ｎは冷却用空気量と焼成品保有熱との関連曲線である。なお、焼成品保有熱は２０℃基準として計算している。
【００７１】
図３に示すように、例えば冷却用空気量を６，７００Ｎｍ３／ｈｒとした場合、曲線Ｍより焼成品温度は１５０℃となり、曲線Ｎより焼成品保有熱は２５ｋｃａｌ／ｋｇとなる。ここで、冷却用空気量を６，１４０Ｎｍ３／ｈｒに減少させた場合は、曲線Ｍより焼成品温度は２００℃となり、曲線Ｎより焼成品保有熱は３５ｋｃａｌ／ｋｇと上昇することとなる。すなわち、冷却用空気量が５６０Ｎｍ３／ｈｒ増加すると、焼成品保有熱は１０ｋｃａｌ／ｋｇ低下することとなる。これらの関係を以下の表１に表す。
【００７２】
［表１］
0005636881.tif 000002
なお、Ｖｃは従来炉における冷却用空気量を示し、Ｖ及びＶｃ＋２，４００は本実施形態に係る竪型焼成炉１における目標冷却用空気量及び最大冷却用空気量をそれぞれ示している。
【００７３】
この表１及び図３からも明らかなように、冷却用空気量Ｖｃの場合の焼成品保有熱３５ｋｃａｌ／ｋｇと最大冷却用空気量Ｖｃ＋２，４００の場合の焼成品保有熱９．５ｋｃａｌ／ｋｇとの差異は、２５．５ｋｃａｌ／ｋｇとなる。また、上記冷却用空気量Ｖｃの場合の焼成品保有熱と目標冷却用空気量Ｖの場合の焼成品保有熱２５ｋｃａｌ／ｋｇとの差異は、１０ｋｃａｌ／ｋｇとなる。そして、目標冷却用空気量Ｖの場合の焼成品保有熱と最大冷却用空気量Ｖｃ＋２，４００の場合の焼成品保有熱との差異は、１５．５ｋｃａｌ／ｋｇとなる。
【００７４】
従って、本実施形態に係る竪型焼成炉１においては、最大で２５．５ｋｃａｌ／ｋｇ焼成品（焼成品１ｋｇ当たりの熱量）、最小で１０ｋｃａｌ／ｋｇ焼成品の熱回収を行うことが可能となる。また、炉を最大能力で運転する際には、焼成品の生産量に対して冷却用空気量が不足気味にならざるを得ない場合がある。
【００７５】
このような場合に対しても、竪型焼成炉１では、上述したように焼成品の冷却用空気量Ｖを従来炉の冷却用空気量Ｖｃに比べて２，４００Ｎｍ３／ｈｒ程度増加することができるので、冷却能力に余裕を持たせることが可能となる。なお、冷却能力に余裕を持たせた場合は、上述した熱回収量（２５．５ｋｃａｌ／ｋｇ焼成品〜１０ｋｃａｌ／ｋｇ焼成品）よりも熱回収量を多くすることが期待できる。
【００７６】
このように、焼成品の熱回収量を増加させることで熱消費量が低減され、種々の効果を得ることができる。また、吸引装置１８の作動用空気量が低減されることで、上述したように従来炉における作動用空気が保有していた熱量に相当する熱量を有する余剰の燃焼ガスが生じることとなる。
【００７７】
例えば、本実施形態に係る竪型焼成炉１での作動用空気量の減少量を２，４００Ｎｍ３／ｈｒとし、作動用空気の温度を４８０℃とした場合、２０℃基準で計算した余剰熱量を意味する炉への持ち込み熱減少量は３５５，４８８ｋｃａｌ／ｈｒとなり、焼成品１ｋｇ当たりの持ち込み熱減少量は２８．４ｋｃａｌ／ｋｇ焼成品となる。
【００７８】
従来炉において内筒３を冷却し温度上昇した冷却済空気はバーナでの燃焼用空気として用いられるので、冷却済空気量を５，５００Ｎｍ３／ｈｒとし、バーナへの平均供給温度を２００℃とした場合、この冷却済空気の保有熱量は３０９，８７０ｋｃａｌ／ｈｒとなる。
【００７９】
従って、作動用空気量の減少による余剰熱量を熱交換器１０にて有効利用し、内筒３の冷却済空気を加熱して保有熱６６５，３５８ｋｃａｌ／ｈｒ及び温度４００℃程度の燃焼用空気をバーナ１６ａ，１７ａに供給すれば、作動用空気の持ち込み熱の減少分を補填することが可能となる。すなわち、上述した焼成品から回収された回収熱は、すべて炉の熱消費量の低減に寄与することとなる。
【００８０】
なお、上述した実施形態においては、焼成能力３００ｔ／ｄａｙの竪型焼成炉１について説明したが、他の炉においても同様に本発明を適用することができる。また、最大で２５．５ｋｃａｌ／ｋｇ焼成品（焼成品１ｋｇ当たりの熱量）、最小で１０ｋｃａｌ／ｋｇ焼成品の熱回収量として説明したが、従来炉の焼成品１ｋｇ当たりの熱消費量は原料性状や要求品質により変化もあるが、９３０〜９８０ｋｃａｌ／ｋｇ焼成品であることを前提とし、例えば９５５ｋｃａｌ／ｋｇ焼成品を基準にすれば、竪型焼成炉１での熱消費量を１．０〜２．６％程度低減して改善することが可能となる。
【００８１】
以上のような本実施形態に係る竪型焼成炉１によれば、次のような効果を奏することができる。
（１）竪型焼成炉１の全体の熱消費量を１．０〜２．６％低減して改善することができる。
（２）竪型焼成炉１の操業時の運転制御の自由度を向上させることができる。
（３）竪型焼成炉１の各バーナ１６ａ，１７ａへ供給する燃焼用空気を高温化することができるので、燃料の燃焼状態を良好に改善することができる。
（４）竪型焼成炉１の焼成品冷却装置２１にて焼成品を十分に冷却することができるので、排出部２１ｄから排出される焼成品を搬送する搬送コンベヤとして、耐熱性ベルトコンベヤを安心して採用することができる。
（５）竪型焼成炉１の焼成品冷却装置２１を炉と分離配置したことで、理想的な冷却装置の設計が可能となり、冷却装置を小型化することができる。
従って、竪型焼成炉１の吸引装置１８のインジェクタ機構の作動用空気量を低減して並流ガス量を確保しつつ焼成品の冷却用空気量を確保可能にし、且つ炉から排出される焼成品の保有熱を焼成品冷却装置２１にて有効に回収して操業の操作制御の自由度を向上させることが可能となる。
【符号の説明】
【００８２】
１          竪型焼成炉
２          外筒
３          内筒
４          投入装置
１０        燃焼用空気熱交換器
１２        作動用空気熱交換器
１６        上部燃焼室
１６ａ      上部バーナ
１７        下部燃焼室
１７ａ      下部バーナ
１８        吸引装置
２０        原料通路
２１        焼成品冷却装置
２１ｂ      焼成品充填層
２２        焼成品導入管
２３        焼成品充填層
２６        底板
２７        プッシャー
２８        伸縮継手
３０        ダクト
【図１】
0005636881.tif 000003
【図２】
0005636881.tif 000004
【図３】
0005636881.tif 000005
【図４】
0005636881.tif 000006
【図５】
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