(57)【要約】      （修正有）【課題】気流加熱装置の高さを最小限に抑え、投入部での粉体の落下によるダクト閉塞が防止でき、加熱部での粉体の停滞が防止でき、粉体粒子の加熱効率を上げることができる大型の実用的な気流式加熱装置を提供する。【解決手段】  鉛直に設置したダクト内に高温気流をベンド部を経由して下方から上方に流し、ダクト下部側壁に設置した投入口２から低温粉体を投入し、当該粉体が気流により上方に運ばれながら高温ガスと熱交換する、２５ｔ／ｈｒ超の処理能力のある気流式加熱装置１において、投入部の高さでの水平断面が矩形で加熱部の水平断面が円形であり、ダクトのベンド部と投入部の配置について、ベンド部から投入部までの距離ｘ、投入部から拡大部までの助走距離ｙ、ダクト曲率半径Ｒ並びに、粉体投入高さでのダクトの曲率半径方向の幅Ｗ３［ｍ］及び粉体投入方向に垂直な方向のダクト幅Ｗ１［ｍ］が所定の数式を満たす気流式加熱装置。【選択図】図８
2006299228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直に設置したダクト内に高温気流をベンド部を経由して下方から上方に流し、ダクト下部側壁に設置した投入口から低温粉体を投入し、当該粉体が気流により上方に運ばれながら高温ガスと熱交換する２５ｔ／ｈｒ超の処理能力のある気流式加熱装置において、投入部の高さでの水平断面が矩形で加熱部の水平断面が円形であり、ダクトのベンド部と投入部の配置について、ベンド部から投入部までの距離ｘが（１）式を、投入部から拡大部までの助走距離ｙが（２）式を、ダクト曲率半径Ｒが（３）式を、粉体投入高さでのダクトの曲率半径方向の幅Ｗ３［ｍ］と粉体投入方向に垂直な方向のダクト幅Ｗ１［ｍ］が（４）式を満たすことを特徴とする気流式加熱装置。
６≧ｘ／Ｄ≧１．４６  ・・・（１）
３≧ｙ／Ｄ≧１．１７  ・・・（２）
１０≧Ｒ／Ｄ≧２．９３  ・・・（３）
２≧Ｗ１／Ｗ３≧１．６  ・・・（４）
ただし、Ｄは（５）式で表される水力直径、Ａ２は投入部の高さでのダクト断面積、ｓ［ｍ］は前記ダクト断面の周長とする。
Ｄ＝４Ａ２／ｓ＝２Ｗ１Ｗ３／（Ｗ１＋Ｗ３）  ・・・（５）
【請求項２】
粉体投入口をそのダクト内壁両脇に（６）式を満たすスペースの幅Ａを設けて設置することを特徴とした請求項１記載の気流式加熱装置。
Ａ≧δ  ・・・（６）
Ａは、ダクトの壁面と投入口との間の気流が吹き抜けるスペースの幅［ｍ］である。また、粉体投入高さでの壁面境界層の厚さδ［ｍ］は、（７）式で定義される。また、ｘ［ｍ］はダクトの下端からの高さである。
δ＝０．０１８４ｘ６／７  ・・・（７）
【請求項３】
前記のスペースの幅Ａが（８）式を満たすことを特徴とした請求項１または２に記載の気流式加熱装置。
Ａ≦Ｌ
Ｌ＝Ｌ１−Ｌ２  ・・・（８）
ただし、投入部からダクト上端までの粉体の横方向の片側拡散距離Ｌ１とダクトの片側拡大長さＬ２との差をＬ［ｍ］とする。
【請求項４】
前記の投入部からダクト上端までの粉体の横方向の片側拡散距離Ｌ１とダクトの片側拡大長さＬ２が（９）式を満たすことを特徴とした請求項１〜３のいずれかに記載の気流式加熱装置。
Ｌ１＝Ｈｔａｎθ、Ｌ２＝（ｗ２−ｗ１）／２  ・・・（９）
ただし、粉体拡散角度をθ［ｄｅｇ］  ２≦θ≦１２、投入口を基準とする気流式加熱装置の加熱部有効高さをＨ［ｍ］、粉体投入高さでの粉体投入方向ベクトルに垂直な水平方向のダクト幅をＷ１［ｍ］、ダクト上端での粉体投入方向ベクトルに垂直な水平方向のダクト幅をＷ２［ｍ］とする。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載された気流式加熱装置を用いて、投入部の平均ガス速度Ｕｇ１が（１０）式を満たし、かつ、加熱部の平均ガス速度Ｕｇ２が（１１）式を満たすことを特徴とする粉体の加熱方法。
【数１】
2006299228.tif 000012
【数２】
2006299228.tif 000013
ｇ［ｍ／ｓ］は重力加速度、ｄｍａｘ［ｍ］は最大粒子直径、ρ［ｋｇ／ｍ３］はガス密度、σ［ｋｇ／ｍ３］は粒子密度、Ｃｄｓ［無次元］は球形状の粒子の抵抗係数、Ｃｄｒ［無次元］は実形状の粒子の抵抗係数である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鉛直に設置したダクト内に高温気流を下方から上方に流し、ダクト下部側壁に設置した投入口から低温粉体を投入し、当該粉体が気流により上方に運ばれながら高温ガスと熱交換する気流式加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コークス炉の熱効率向上を目的とした気流式加熱装置を利用した石炭粉を予熱する操業がたとえば特許文献１に開示されるように行われている。
図４は従来サイズでの従来技術の気流式加熱装置１とその周辺を含めた全体図である。熱風発生装置１２で発生した熱風は、ガス導入管９により、気流式加熱装置１のダクト下端５へ導かれている。ダクト下端５からｘの高さに、粒子投入口２がある。低温の粉体粒子は粉体ホッパー１３からシュート１４を通り、吹き出し中に詳しく描くように、ダクト下端５の幅と同じ幅のロータリーフィーダー１５により一定速度で粒子投入口２から気流式加熱装置１内に供給され、熱風と熱交換し、あたためられて、投入口２から有効高さＨに位置する気流式加熱装置の加熱部上端６に接続された、粉体混合ガス排出管１０を通り、予熱粉体捕集装置１６で回収されるようになっている。
有効高さＨは、高温ガスと低温の粉体粒子との熱交換を行う高さであり、実際の装置の高さはこれ以上に設計されれば良い。
図６は、従来技術を用いた従来サイズの気流式加熱装置内部を示した図である。従来サイズの気流式加熱装置１１は、本発明を適用する気流式加熱装置１より小規模で、非特許文献１に示されるように、粉体の処理量は、２５ｔ／ｈｒ以下である。
従来サイズの気流式加熱装置１１は、鉛直に設置したダクト内にダクト下端５から上方に気流式加熱装置の加熱部上端６に向かって高温気流を流し、ダクト下部側壁に設置した粉体投入口２から低温粉体を投入し、当該粉体が気流により上方に運ばれながら粉体粒子の軌跡３を描きながら、高温ガスと熱交換する装置であり、熱交換の効率を高くするために、粉体投入口２の幅Ｗ３を投入部のダクト幅Ｗ１と等しくし、全幅で粉体を投入していた。
なお、気流式加熱装置は文献や資料により気流塔と呼ばれることもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
気流式加熱装置をスケールアップしたときの課題を、図３と図４を用いて説明する。図３と図４は従来技術を用いた大規模気流式加熱装置を示した図である。スケールアップした気流式加熱装置１は、特許文献１の実施例のような１００ｔ／ｈｒクラスの気流式加熱装置である。スケールアップした気流式加熱装置１では、熱風発生装置１２から高温ガスを導く、ダクト下端へのガス導入管９内のガス２次流れを抑制するため、フィンなどを設置することが良いと特許文献２で開示されている。しかし、ガスを循環させて使用する場合、回収できなかった微粉でフィンが磨耗し、長時間使用できない。そのためフィンなどを用いずにガス２次流れを抑制する手段として半径を大きくする場合、ｘ、ｙはＤ（ｘ、ｙ、Ｄの定義は後述する）に対してそれぞれ６倍、３倍以上に大きくする必要が経験的にあったので、（１’）〜（２’）式とし、Ｒ（定義については後述する）については非特許文献４を参考にして（３”）式とするとあまりにも大きくなるため、（３’）式とし、Ｗ１、Ｗ２については経験的に（４’）式としていた。ここで、（３”）式中のＫｄはディーン数で約４０、Ｒｅはレイノルズ数で約１０の７乗である。それに従うと、ガス２次流れがほぼ解消されるが、気流式加熱装置の高さが高くなり、建設コストが高くなる。
ｘ／Ｄ≧６  ・・・（１’）
ｙ／Ｄ≧３  ・・・（２’）
Ｒ／Ｄ≧１／２（Ｒｅ／Ｋｄ）２  ・・・（３”）
Ｒ／Ｄ≧１０  ・・・（３’）
Ｗ１／Ｗ３≧２  ・・・（４’）
また、経験的に投入部のガス速度Ｕｇ１を（１０’）式のように、最大粒子径の球形状の粒子の終末速度の２倍以上、加熱部のガス速度Ｕｇ２を（１１’）式のように、最大粒子径の実形状の粒子の終末速度の２倍以上となるように設定することで、逆行する粒子でも浮上するようにしていたが、それに従うと、加熱する距離を長くすることが必要で、結果的に気流塔の高さが高くなり、建設コストが高くなる。なお、（１０’）、（１１’）式中の記号は、後述する（１０）、（１１）式中の記号と同じである。
【数３】
2006299228.tif 000003
【数４】
2006299228.tif 000004
また、後述するように、境界層に入り込み落下する粉体粒子の軌跡８（図３参照）を描いて、ダクト下端５に落下する粉体粒子の量が増大し、ダクトが閉塞し、操業をストップせざるを得ない場合もあった。その対策として、ガスの流量を上げると、粉体粒子が気流式加熱装置から早く流出するため、ガスと粉体粒子の熱交換時間が短く、粉体粒子の温度が上がらず、加熱の効率が減少した。
処理量２５ｔ／ｈｒ以下ではこのような境界層に粉体粒子が入り込んで落下する現象はほとんど生じておらず、処理量２５ｔ／ｈｒ超になって生じた問題であった。なお、特許文献１において、この現象に関する記述はない。
【特許文献１】特開平８−２８３７４０号公報
【特許文献２】実開平５−６４５１０号公報
【非特許文献１】桐栄良三編、乾燥装置、日刊工業新聞社、（昭和４１年）Ｐ214
【非特許文献２】生井武文著、粘性流体の力学、理工学社、1978、P148、P151、P195
【非特許文献３】日本混相流学会編、混相流用語事典、1996、コロナ社、P233
【非特許文献４】辻正一著、容器内流れ学、日刊工業新聞社、昭和59年、P28
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上記課題に鑑み、気流式加熱装置の高さを最小限に抑え、投入部での粉体の落下によるダクト閉塞を防止でき、加熱部での粉体の停滞を防止でき、従来のものより粉体粒子の加熱効率を上げることができる大型の実用的な気流式加熱装置を提供することを目的としている。
【０００５】
上記の目的を達成するため、本発明者は気流式加熱装置への粉体投入装置について広く研究を行い、これにより以下の知見を得た。
図３は従来技術を用いた大規模気流式加熱装置を示した図である。気流式加熱装置１は、次の機能を持つ装置である。
１）鉛直に設置したダクト内にダクト下端５から上方に気流式加熱装置の加熱部上端６に向かって高温気流を流す。
２）ダクト下部側壁に設置した粉体投入口２から低温粉体を投入する。
３）当該粉体は気流により軌跡３を描きながら上方に運ばれ、粉体粒子の高温ガスと熱交換する。
この従来技術でのサイズの小さい装置では、ダクトベンド部起因の２次流れによる粒子落下を防ぐため、ダクトの高さを（１’）〜（４’）式を満たすようにしていたが、スケールアップしたときに、どの式一つを満たしていても、気流塔の高さが高くなり、建設コストが高くなった。また、投入部のガス速度、加熱部のガス速度を（１０’）、（１１’）式を満たすように設定していたが、それに従うと、気流塔の高さが高くなり、建設コストが高くなった。しかし、粉体流れを伴うガス流れの数値シミュレーションを行うと、後述する（１）〜（５）式を満たせば、２次流れを最小限に抑え、投入部での粉体の落下によるダクト閉塞が防止でき、加熱部での粉体の停滞が防止でき、気流式加熱装置の高さを最小限に抑えることができることがわかった。
また、この従来技術での装置では、熱交換の効率を高くするために、全幅にわたり、粉体を投入していた。
ところが、本発明者らは気流流速分布７（図３参照）に着目して以下の現象を発見した。
１）境界層４と呼ばれる壁面で流速が遅い領域が発生する。
２）ダクト下端５からダクト壁に沿って境界層４の厚さは増大する。
３）大きな設備となると境界層４の厚さが５ｃｍ以上となる。
４）境界層４に入り込み落下する粉体粒子の軌跡８が示すように、その境界層４内に粒径の大きい粉体粒子が入り込んで壁を伝って粉体粒子が落下する。
これら一連の現象は、非特許文献１による最大処理量２５ｔ／ｈｒクラスでは境界層は小さく問題とならなかったが、処理量２５ｔ／ｈｒ超である例えば特許文献１の実施例のような１００ｔ／ｈｒクラスでは境界層は大きくなり粉体粒子落下の増加につながる危険性がある。
対策として壁付近の境界層４より粉体粒子が流れの中心側に位置するようにすれば、粉体粒子の落下は防ぐことができることがわかった。また、粉体粒子の拡散した幅が気流式加熱装置の加熱部上端６でＷ２以上となり、壁に達するようにすると、低温の粉体粒子と熱交換されずに通り抜ける高温ガスがないため、熱交換効率が大きくなることがわかった。つまり、投入する粉体とダクト壁面間に境界層より大きいスペースがあるため、投入された粉体粒子を取り囲むようにガス流れが広がり、境界層厚さを小さくするため、本来、境界層内に粒径の大きい粉体粒子が入り込んで壁を伝って粉体粒子が落下していた現象がなくなり、また、ダクト上端で粉体がダクト幅全域に広がっているため、熱交換効率は高く維持できることがわかった。
【０００６】
本発明は上記の知見を基になされたものであって、その要旨は以下のとおりである。
（１）  鉛直に設置したダクト内に高温気流をベンド部を経由して下方から上方に流し、ダクト下部側壁に設置した投入口から低温粉体を投入し、当該粉体が気流により上方に運ばれながら高温ガスと熱交換する２５ｔ／ｈｒ超の処理能力のある気流式加熱装置において、投入部の高さでの水平断面が矩形で加熱部の水平断面が円形であり、ダクトのベンド部と投入部の配置について、ベンド部から投入部までの距離ｘが（１）式を、投入部から拡大部までの助走距離ｙが（２）式を、ダクト曲率半径Ｒが（３）式を、粉体投入高さでのダクトの曲率半径方向の幅Ｗ３［ｍ］と粉体投入方向に垂直な方向のダクト幅Ｗ１［ｍ］が（４）式を満たすように設定することを特徴とする気流式加熱装置。
６≧ｘ／Ｄ≧１．４６  ・・・（１）
３≧ｙ／Ｄ≧１．１７  ・・・（２）
１０≧Ｒ／Ｄ≧２．９３  ・・・（３）
２≧Ｗ１／Ｗ３≧１．６  ・・・（４）
ただし、Ｄは（５）式で表される水力直径、Ａ２は投入部の高さでのダクト断面積、ｓ［ｍ］は前記ダクト断面の周長とする。
Ｄ＝４Ａ２／ｓ＝２Ｗ１Ｗ３／（Ｗ１＋Ｗ３）  ・・・（５）
（２）  前記の気流式加熱装置において、粉体投入口をそのダクト内壁両脇に（６）式を満たすスペースの幅Ａを設けて設置することを特徴とした（１）に記載の気流式加熱装置。
Ａ≧δ  ・・・（６）
ただし、Ａは、ダクトの壁面と投入口との間の気流が吹き抜けるスペースの幅［ｍ］であり、粉体投入高さでの壁面境界層の厚さδ［ｍ］は、（７）式で定義される。また、ｘ［ｍ］はダクトの下端からの高さで定義されるものである。
δ＝０．０１８４ｘ６／７  ・・・（７）
（３）  前記のスペースの幅Ａが（８）式を満たすことを特徴とした（１）または（２）に記載の気流式加熱装置。
Ａ≦Ｌ
Ｌ＝Ｌ１−Ｌ２  ・・・（８）
ただし、投入部からダクト上端までの粉体の横方向の片側拡散距離Ｌ１とダクトの片側拡大長さＬ２との差をＬ［ｍ］とする。
（４）  前記の投入部からダクト上端までの粉体の横方向の片側拡散距離Ｌ１とダクトの片側拡大長さＬ２との差Ｌ［ｍ］が（９）式を満たすことを特徴とした（１）〜（３）のいずれかに記載の気流式加熱装置。
Ｌ１＝Ｈｔａｎθ、Ｌ２＝（Ｗ２−Ｗ１）／２  ・・・（９）
ただし、粉体拡散角度をθ［ｄｅｇ］、２≦θ≦１２、投入口を基準とする気流式加熱装置の加熱部有効高さをＨ［ｍ］、粉体投入高さでの粉体投入方向ベクトルに垂直な水平方向のダクト幅をＷ１［ｍ］、ダクト上端での粉体投入方向ベクトルに垂直な水平方向のダクト幅をＷ２［ｍ］とする。
（５）請求項１〜４のいずれかに記載された気流式加熱装置を用いて、投入部の平均ガス速度Ｕｇ１が（１０）式を満たし、かつ、加熱部の平均ガス速度Ｕｇ２が（１１）式を満たすことを特徴とする粉体の加熱方法。
【数５】
2006299228.tif 000005
【数６】
2006299228.tif 000006
ｇ［ｍ／ｓ］は重力加速度、ｄｍａｘ［ｍ］は最大粒子直径、ρ［ｋｇ／ｍ３］はガス密度、σ［ｋｇ／ｍ３］は粒子密度、Ｃｄｓ［無次元］は球形状の粒子の抵抗係数、Ｃｄｒ［無次元］は実形状の粒子の抵抗係数である。
なお、投入部からダクト上端までの粉体の横方向の片側拡散距離Ｌ１とは拡散幅の１／２のことである。ダクトの片側拡大長さＬ２はダクト拡大の１／２のことである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により処理量２５ｔ／ｈｒ超にスケールアップした気流式加熱装置において、装置の高さを抑えることによって建設費のコストアップを回避し、粉体粒子の落下によるダクト閉塞を防ぎ、粉体粒子の加熱の効率を上げることができる。具体的には特許文献１で開示されたコークス炉用石炭の予熱装置に利用できる。投入粉体粒子とダクト壁面間に境界層より大きいスペースがあるため、投入された粉体粒子を取り囲むようにガス流れが広がり、本来、境界層内に粒径の大きい粉体粒子が入り込んで壁を伝って粉体粒子が落下していた現象がなくなり、さらに、ダクトの閉塞を防ぐことができる。また、ダクト上端で粉体粒子がダクト幅全域に広がり、加熱の効率を保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
図７は本発明の気流式加熱装置と装置内のガスと粉体粒子の流れをその周辺を含めて示した図である。白抜きの矢印がガスの流れを、灰色の塗りつぶしの矢印が粉体粒子の流れを示している。熱風発生装置１２で発生した熱風は、ガス導入管９により、気流式加熱装置１のダクト下端５へ導かれている。ダクト下端５からｘの高さに、粒子投入口２がある。低温の粉体粒子は粉体ホッパー１３からシュート１４を通り、吹き出し中に詳しく描くように、ダクト下端５の幅より狭い幅で後述する幅のロータリーフィーダー１５により一定速度で粒子投入口２から気流式加熱装置１内に供給され、熱風と熱交換し、あたためられて、投入口２から有効高さＨに位置する気流式加熱装置のダクト上端６に接続された、粉体混合ガス排出管１０を通り、予熱粉体捕集装置１６で回収されるようになっている。
図８は気流式加熱装置の粒子落下抑制のための寸法を示した図である。
粒子の終末速度は非特許文献３で浮遊速度として定義され、（１２）式で表される。
【数７】
2006299228.tif 000007
粒子の終末速度は、ガス流れによる粒子の抗力と重力がつりあうガス流速であり、粒子径ｄの０．５乗に比例するので最大粒子径に対し、通常はガス流速がダクト断面内で終末速度以上となるように断面積を設定する。また粒子の終末速度は粒子の抗力係数Ｃｄの０．５乗に反比例するが、Ｃｄは球で小さく、扁平な実粒子の形状で大きくなるので、終末速度は球形状粒子より、扁平な実粒子の形状で小さくなる。一方、実際の粒子の形状にはバラツキがあり、粒子の落下をほとんどなくすためには、球形状を仮定して設計すべきである。球形状粒子では落下を抑制するには、ダクト断面積を小さくし、ガス流速を上げる必要があるが、そうすると熱交換する距離が長くなり、装置の高さが高くなり建設コストが高くなる。
しかし、粉体流れを伴うガス流れの数値シミュレーションによれば、投入部の高さでの水平断面が略矩形で加熱部の水平断面が略円形である気流式加熱装置の、ダクトのベンド部と投入部の配置について、ベンド部（ダクト下端５）から投入部（投入口２の断面中心位置）までの距離ｘが（１）式を、投入部から拡大部（ダクトの水平方向断面積が増加し始める部分）までの助走距離ｙが（２）式を、ダクト曲率半径Ｒが、（３）式を、ダクトの曲率半径方向（言い換えれば、粒子の投入方向）の幅Ｗ３［ｍ］が（４）式を満たし、投入部の平均ガス速度Ｕｇ１が（１０）式を、加熱部の平均ガス速度Ｕｇ２が（１１）式を満たすように設定すれば、２次流れを最小限に抑え、投入部での粉体の落下によるダクト閉塞が防止でき、加熱部での粉体の停滞が防止でき、気流加熱装置の高さを最小限に抑えることができることがわかった。これらの各式を満たした場合、粒子の状況は次の表のようにまとめられる。
【表１】
2006299228.tif 000008
図１は本発明の気流式加熱装置を示した断面図である。スケールアップした気流式加熱装置１において、鉛直に設置したダクト内に高温気流をダクト下端５から上方の気流式加熱装置加熱部上端６に流し、ダクト下部側壁に設置した投入口２から低温の粉体を投入し、当該粉体粒子が軌跡３を描きながら、気流により上方に運ばれながら高温ガスと熱交換するようになっている。ここで、粉体投入口２の両脇に（６）式を満たすスペースを設ける。
熱交換効率を向上させる場合は、さらに（８）式を満たすスペースを設ける。
図２は（８）式中のＬ＝Ａの場合の本発明の気流式加熱装置を示した断面図である。この場合、ダクト上端で粉体の横方向の拡散の幅がダクト幅と一致し、粒子と熱交換しないで流出するガスがなくなり、熱交換効率が低下しない。
なお、壁面境界層の厚さとは、非特許文献２のＰ１５１の（５・１２３）式に開示されている次の（７’）式で定義されるものである。
δ＝０．１４ｘＲｅ−１／７  ・・・（７’）
ここで、ｘ［ｍ］はダクトの下端からの高さ、非特許文献２のＰ１４８の（５・１１４）式に開示されているＲｅ［無次元数］はレイノルズ数で、次の（１３）式で定義されるものである。
Ｒｅ＝ｘＵ／ν  ・・・（１３）
ここで、Ｕ［ｍ／ｓ］はガス流速、ν［ｍ２／ｓ］は動粘性係数である。δにＲｅを代入すると、
δ＝０．１４ｘ６／７Ｕ−１／７ν１／７ 
を得る。δは式の中にガス流速Ｕを含んでいるものの、１／７乗と、影響が少なく、操業範囲は１５＜Ｕ＜３０［ｍ／ｓ］であるので、ν＝１０＾−５を代入し最大値を用いて（７）式を得た。
δ＝０．０１８４ｘ６／７  ・・・（７）
なお、粉体拡散角度θ［ｄｅｇ］は、投入口２における粒子の排出方向から見たときの、ダクトの長手方向に対する粉体粒子の広がり角度を示し、ガス流速、粉体投入量等によって多少異なるが、経験的に（１４）式で示された範囲であり、この範囲であることが望ましい。また、更に好ましくは、（１５）式で示された範囲が望ましい。
２≦θ≦１２  ・・・（１４）
３≦θ≦６  ・・・（１５）
以上に加え、気流式加熱装置１の粉体投入高さでの水平断面が矩形とし、その１辺の中央に粉体投入口を設けることにより、効果を確実なものとできる。
【実施例】
【０００９】
ここでは、図１及び図７、８に示した気流式加熱装置を用いた実施例を示す。
ダクトのベンド部と投入部の配置について、各長さを下記の表の値とすると、（１）〜（４）式を満たし、気流式加熱装置の高さを抑制し、ダクト２次流れを抑制でき投入部での粉体の落下が防止できた。
【表２】
2006299228.tif 000009
また投入部のガス速度と加熱部のガス速度については、粒子の終末速度が（１２）式から計算できる。ただし、重力加速度ｇ＝９．８［ｍ／ｓ］、粒子直径ｄ＝０．００９［ｍ］、０℃におけるガス密度ρ＝１．２９［ｋｇ／ｍ３］、粒子密度σ＝１２００［ｋｇ／ｍ３］、抵抗係数Ｃｄ［無次元］は球形状では０．４４、実形状においては１．３２であった。
【表３】
2006299228.tif 000010
投入部のガス速度を最大粒子径の球形状の粒子の終末速度の１．２倍以上となる断面積に設定されており、投入部での粉体の落下が防止できた。
加熱部のガス速度を最大粒子径の実形状の粒子の終末速度の１倍以上となる断面積に設定されており、加熱部での粉体の停滞が防止できた。
ダクト下端５から投入口２までの高さｘ＝３［ｍ］、投入口からの気流式加熱装置加熱部上端６までの有効高さをＨ＝２０［ｍ］、粉体投入高さでの粉体投入方向に垂直な方向のダクト幅をＷ１＝２．５［ｍ］、ダクト上端での粉体投入方向に垂直な方向のダクト幅をＷ２＝３［ｍ］とした。
鉛直に設置したダクト内に４００℃の高温気流を下方から上方に流した。ダクト下部側壁に設置した投入口から２００℃の低温粉体を処理量１００［ｔ／ｈｒ］で投入した。
粉体投入口の両脇に、壁面と投入口との間の気流が吹き抜けるスペースの幅をＡ＝０．６［ｍ］設けた。
このとき粉体投入高さでの壁面境界層の厚さは、（７）式より、
δ＝０．０１８４ｘ６／７＝０．０４３［ｍ］
であった。一方、（８）式の投入部からダクト上端までの粉体の横方向の片側拡散距離Ｌ１とダクトの片側拡大長さＬ２との差Ｌ［ｍ］は、粉体拡散角度がθ＝３［ｄｅｇ］であったので、（８）式及び（９）式より、
Ｌ＝Ｈｔａｎθ−（Ｗ２−Ｗ１）／２
＝［（２０×ｔａｎ３°）−（３−２．５）／２］＝［１．０５−０．２５］＝０．８［ｍ］
となっており、スペースの幅Ａ＝０．６［ｍ］は（６）式と（８）式を満たすようになっている。
図５に粉体粒子の落下と粉体粒子加熱の効率の、壁面と投入口との間の気流が吹き抜けるスペースの幅Ａの依存性を示す。横軸は壁面と投入口との間の気流が吹き抜けるスペースの幅Ａを示す。縦軸は粉体粒子の不落下割合（左）と、ガスと粉体粒子の熱交換効率（右）を示す。スペースの幅Ａが境界層δ以下のときは、粉体粒子の不落下割合が減少し、ダクト閉塞につながるが、スペースの幅Ａが境界層δ以上のときは、ダクト閉塞の危険性が減少する。スペースの幅Ａが、投入部高さを高さの基準とし、投入口端を水平位置の基準とする、ダクト上端における、粉体の横方向の拡散距離とダクトの拡大長さとの差Ｌ以上の時は、一部の高温ガスが低温の粉体粒子と熱交換されずに通り抜けるため、熱交換効率が低下した。本実施例においては、スペースの幅Ａ＝０．６［ｍ］はδ＝０．０６６［ｍ］、Ｌ＝０．８［ｍ］であり、（６）式及び（８）式を満たした。以上により、図５に示すように、粒子の落下割合を小さくし、粒子加熱の効率を上げることができた。
以上により、装置の高さは、従来の基準では約５４ｍであったが、本発明の実施例では２８．７ｍとなり、約２５ｍ低くすることができ、建設費を下げることができた。
【表４】
2006299228.tif 000011
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の気流式加熱装置を示した断面図である。
【図２】Ｌ＝Ａの場合の本発明の気流式加熱装置を示した断面図である。
【図３】従来技術を用いた大規模気流式加熱装置を示した図である。
【図４】従来技術を用いた気流式加熱装置とその周辺の装置を含めた全体図である。
【図５】粉体粒子の落下と粉体粒子の加熱効率の、壁面と投入口との間の気流が吹き抜けるスペースの幅Ａへの依存性を示した図である。
【図６】従来技術を用いた従来サイズの気流式加熱装置を示した図である。
【図７】本発明の気流式加熱装置と装置内のガスと粉体粒子の流れをその周辺を含めて示した図である。
【図８】本発明の気流式加熱装置の粒子落下抑制のための寸法を示した図である。
【符号の説明】
【００１１】
１  本発明の気流式加熱装置
２  粉体投入口
３  粉体粒子の軌跡
４  境界層
５  ダクト下端
６  気流式加熱装置の加熱部上端
７  気流流速分布
８  境界層に入り込み落下する粉体粒子の軌跡
９  ダクト下端へのガス導入管
１０  ダクト上端からの粉体混合ガス排出管
１１  従来サイズの気流式加熱装置
１２  熱風発生装置
１３  粉体ホッパー
１４  シュート
１５  ロータリーフィーダー
１６  予熱粉体捕集装置
ｘ  ダクト下端５から粒子投入口２までの高さ
Ｈ  熱交換有効高さ
【図１】
2006299228.tif 000014
【図２】
2006299228.tif 000015
【図３】
2006299228.tif 000016
【図４】
2006299228.tif 000017
【図５】
2006299228.tif 000018
【図６】
2006299228.tif 000019
【図７】
2006299228.tif 000020
【図８】
2006299228.tif 000021