JP2006029667A

JP2006029667A - ロータリキルンのシェル冷却装置及び冷却方法並びにロータリキルンの排熱回収方法

Info

Publication number: JP2006029667A
Application number: JP2004208199A
Authority: JP
Inventors: Katsutoshi Kogure; 勝利木暮; Takeshi Kofuchi; 武小渕; Kunimitsu Yamada; 邦光山田
Original assignee: KOGURE SEISAKUSHO KK
Current assignee: KOGURE SEISAKUSHO KK
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2006-02-02

Abstract

【目的】ロータリキルンのシェル全周を良好に冷却することのできる簡易構造の装置および方法を提供する。
【構成】内周面に耐火物から成るライニング層１５が設けられるロータリキルンのシェル１４を被覆するジャケットカバー７を備える。ジャケットカバー７は冷却空気を受け入れる導入口９と、シェル１４からの放散熱により加熱された冷却空気を外部に排出するための排気口１１とを有する。導入口９には送風機１０が接続され、排気口１１には排風機１２が接続される。又、ジャケットカバー７の内周面には、フィン１８が設けられる。そして、送風機１０と排風機１２の作動により導入口９より流入した冷却空気を、フィン１８によりシェル１４の外周面に沿って螺旋状に旋回させながら排気口１１へと導き、シェル１４からの放散熱によって加熱された高温状態の冷却空気を排気口１１からジャケットカバー７の外部に排出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、可燃性廃材の焼却や無機質材料などの加熱、焼成に用いられるロータリキルンに係わり、特に耐火物が内張りされた金属製シェルを効果的に冷却できるようにした冷却装置及び冷却方法並びに排熱回収方法に関する。

ロータリキルンは内熱式と外熱式に大別されるが、内熱式のロータリキルンでは一般に円筒状を成す金属製のシェルに耐火物による内張りが施される。

係る耐火物としては、キャスタブル耐火物、耐火モルタル、あるいはプラスチックス耐火物といった不定形耐火物のほか、粘土質レンガや高アルミナ質レンガといった定形のプレキャストブロックが用いられるが、その種の耐火物に比して金属製のシェルは熱膨張率が大きいため、シェルが２５０℃を超えるような高温状態に達すると、内張りされた耐火物に亀裂等が生じて耐久性を著しく損ね、最悪の場合にはライニング層が崩落するという問題があった。

例えば、熱膨張率０．５％／１０００℃（アサヒＣＬＣ−Ａ５３９・ＲＥキルン用炉材）、長さ１０ｍの耐火物の場合、平均温度を４２５℃とすると、その伸びＬ_１＝１００００×０．００５×４２５／１０００＝２１．２５ｍｍとなる。

一方、熱膨張率１４×１０^−６（ＳＳ４００）、長さ１０ｍのシェルの場合には、平均温度を２５０℃とすると、その伸びＬ_２＝１００００×２５０×１４×１０^−６＝３５ｍｍとなる。

故に、両者の差（Ｌ_２−Ｌ_１）は１３．７５ｍｍとなり、耐火物に亀裂が発生し易い状況となる。尚、その差がシェル長さ１ｍに対して１ｍｍ以下では耐火物に亀裂は生じないとされているが、金属製シェルとその内張り耐火物（ライニング層）との伸度差を１ｍｍ以下に抑えることは甚だ困難である。

このため、従来のロータリキルンでは内張り耐火物に亀裂が発生し、これを頻繁に補修しているという実情にある。尚、耐火物の亀裂、損傷を放置して運転を続けた結果、シェル自体が熱変形を起こして運転不能な状態に陥り、シェルの部分交換を余儀なくされる状況も発生している。

そこで、耐火物による内張りが施されたシェル（ジャケット）を環状ケーシングで包囲し、環状ケーシングの内側に形成される環状給気室に冷却空気を吹き込むと共に、その冷却空気を環状給気室の外側に形成される環状排気室内に吸い出してシェルの冷却を行うという方法が提案されている（例えば、特許文献１）。

特許第２９６０１６３号公報

しかしながら、特許文献１では外壁と多孔内壁とで構成される環状給気室に複数のチューブを放射状にして貫通せしめ、環状給気室の外壁に形成される冷却空気入口から給気室内に吹き込まれた冷却空気が上記チューブを通じて環状排気室に吸い出されるようにしている。

このため、装置構造が非常に複雑となり、しかも給気室内に吹き込まれた冷却空気の多くはシェル（ジャケット）の外周全域に行き渡らず、冷却空気入口の付近からチューブ内を通じて排気室内に直ぐさま吸い出されてしまうので大きな冷却効果が得られないという欠点がある。

本発明は以上のような事情に鑑みて成されたものであり、その主たる目的はロータリキルンのシェルの全周を良好に冷却することのできる簡易構造の装置および方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係るシェル冷却装置は、円筒状の金属製シェルの内周面に耐火物から成るライニング層を設けたロータリキルンにおいて、前記シェルを被覆するジャケットカバーと、該ジャケットカバー内に冷却空気を強制流入させるための通気手段とを備え、前記ジャケットカバーは冷却空気を受け入れる導入口と、前記シェルからの放散熱により加熱された高温状態の冷却空気を外部に排出するための排気口とを有すると共に、該ジャケットカバーの内周面には前記通気手段の作動により導入口より流入した冷却空気を前記シェルの外周面に沿って螺旋状に旋回させながら前記排気口へと導くフィンが設けられることを特徴とする。

又、本発明に係るシェル冷却方法は、円筒状の金属製シェルの内周面に耐火物から成るライニング層を設けたロータリキルンにおいて、前記シェルを内周面にフィンをもつジャケットカバーにより被覆し、そのジャケットカバー内に冷却空気を強制流入せしめると共に、該ジャケットカバー内に流入した冷却空気を前記フィンにより前記シェルの外周面に沿って螺旋状に旋回させながら、前記シェルからの放散熱によって加熱された高温状態の冷却空気を前記ジャケットカバーの外部に排出することを特徴とする。

特に、上記方法と並行して、ジャケットカバー内から排出された高温状態の冷却空気を、シェル内に放射するための火炎又は熱風を発生するバーナの燃焼用空気として該バーナ内に送り込むことが好ましく、これによってシェルの冷却による内張り耐火物の損傷を防止しながら、シェルからの放散熱量の有効利用を図れる。

尚、本発明において、ロータリキルンとは処理物（内部装入物）を１００〜４００℃程度で乾燥させるロータリドライヤも含む。

本発明に係るロータリキルンのシェル冷却装置によれば、シェルを被覆するジャケットカバーの内周面に、導入口から流入した冷却空気をシェルの外周面に沿って螺旋状に旋回させながら排気口へと導くフィンが設けられることから、簡易構造にしてシェルを良好に冷却し、これによりシェルの熱膨張を抑制して内張り耐火物（ライニング層）の損傷を防止することができる。

又、本発明のシェル冷却方法では、ジャケットカバー内に流入せしめた冷却空気をフィンによりシェルの外周面に沿って螺旋状に旋回させながら、加熱された冷却空気を外部に排出することから、シェルの外周面をその全周に亘って効率よく冷却することができる。

更に、シェルの冷却と並行して、ジャケットカバー内から排出された高温状態の冷却空気をロータリキルン内の加熱源であるバーナの燃焼用空気として該バーナ内に送り込むようにしていることから、ロータリキルンの入熱比を低減させて省エネルギー効果を得られる。

以下、図面に基づいて本発明を詳しく説明する。図１において、１はやや傾斜した状態で回転自在に設けられる内熱式のロータリキルンであり、その上流側は入口フード２により閉鎖されると共に下流側は出口フード３により閉鎖される。

４は入口フードの上部からロータリキルンの内部に挿入されるフィーダ（例えば、スクリューフィーダ）であり、このフィーダ４を通じてロータリキルン１の上流側の一端からその内部に処理物が導入される構成となっている。

一方、出口フード３には、ロータリキルン１の上流側に向かってバーナ５が貫通状態で取り付けられ、そのバーナ５からロータリキルン１内に火炎が放射され、これによりロータリキルン１内に導入された処理物が加熱、燃焼されながら下流側に送られて出口フード３の下部から処理物の残渣あるいは焼成物が排出される構成となっている。尚、出口フード３の下端には処理物の残渣あるいは焼成物を搬送する搬出装置６が接続される。

ここで、ロータリキルン１の外周にはそのほぼ全体を覆う鋼板製のジャケットカバー７が設けられる。尚、ロータリキルン１は、その外周に環状のドラムタイヤ８を有して該タイヤが図示せぬ転動ローラにより回転自在に支持されるのであり、このためジャケットカバー７は転動ローラに対応する位置が部分的に切り欠かれる。

係るジャケットカバー７は、後述のシェルを冷却するシェル冷却装置を構成する非回転の構造体であり、ロータリキルン１の上流側で当該ジャケットカバー７の一端部には冷却空気（外気）を受け入れるための導入口９が形成され、その導入口９に冷却空気を強制流入せしめる送風機１０（通気手段）が接続される構成としてある。送風機１０は導入口９からジャケットカバー７内に冷却空気を吹き込むためのもので、これには公知のファンやブロワが用いられる。

又、ロータリキルン１の下流側でジャケットカバー７の一端部には排気口１１が形成され、その排気口１１を通じてロータリキルン１からの放散熱により加熱されたジャケットカバー７内における高温状態の冷却空気が外部に排出される構成としてある。

特に、排気口１１には加熱された冷却空気をジャケットカバー７内から吸い出す排風機１２（通気手段）が接続されると共に、その排風機１２とバーナの空気取込口５Ａがダクト１３で接続され、排気口１１から排出された高温状態の冷却空気がバーナ５の燃焼用空気として該バーナ内に送り込まれる構成としてある。

これによれば、シェル温度７５〜１５０℃で入熱比１〜３％、シェル温度１５０〜２５０℃では入熱比２〜５％の省エネルギー効果を実現できる。

尚、排風機１２は送風機１０と協同して導入口９からジャケットカバー７内に冷却空気を強制流入させる働きをするが、これを省略して送風機１０による冷却空気の流入圧で加熱された冷却空気を排気口１１からバーナ５内に送り込むようにしたり、又は送風機１０を省略して排風機１２による吸引力で外部の冷却空気を導入口９からジャケットカバー７内に強制流入せしめるようにしてもよい。

次に、図２は図１におけるＸ−Ｘ断面を示す。この図で明らかなように、ロータリキルン１は円筒状のシェル１４の内周面に耐火物から成るライニング層１５を設けて構成される。シェル１４は鋼板などから成る金属製であり、その内側に設けられるライニング層１５を形成する耐火物としては耐火性骨材と水硬性セメントとの混合物から成るキャスタブル耐火物、熱硬性、気硬性、乃至は水硬性の耐火モルタル、若しくはプラスチックス耐火物といった不定形耐火物のほか、プレキャストブロックが用いられる。

尚、図２にはライニング層１５の内表面を平滑面として示してあるが、その内表面をシェル１４の長手方向に延びる図示せぬ谷部と山部とから成る凹凸面とし、係る谷部と山部をシェル１４の周方向に交互に形成することが好ましく、これにより処理物のスリップを抑制し、ライニング層１５の摩耗を抑制しながら処理物を良好に撹拌して一様な処理を施すことができる。

一方、図２において、ジャケットカバー７はロータリキルン１と同心の円筒形であり、これによりロータリキルンのシェル１４が被覆され、ジャケットカバー７の内周面とシェル１４の外周面との間に冷却空気を流通させるための環状の冷却室１６が形成される構成となっている。

又、本例において、ジャケットカバー７は両側縁に鍔部１７を有する一対の半割円筒体７Ａ，７Ｂから成り、その両半割円筒体７Ａ，７Ｂが互いの鍔部１７をボルトなどで締結されることによって円筒状に結合されるようになっている。これによれば、シェル１４の周りでの組み付けや解体が容易であり、後述するフィンの取り付けも分割状態で容易に行うことができる。

特に、ジャケットカバー７に形成される導入口９と排気口１１は、該ジャケットカバー７の接線方向に差し向けられると共に、ジャケットカバー７の内周面には金属の薄板などから成る上記フィン１８（旋回羽根）が設けられ、このフィン１８により導入口９からジャケットカバー７内に流入した冷却空気（流速３〜３０ｍ／ｓ）がシェル１４の外周面に沿って螺旋状に旋回されつつ排気口１１へと導かれるようにしてある。

尚、図示例ではフィン１８の先端縁がシェル１４の外周面に近接されているが、これをシェル１４の外周面に摺接させるようにしてもよく、この場合には冷却空気の一部がフィン１８の先端縁とシェル１４の外周面との隙間を通じて直線状に流れることを防止することができる。

又、フィン１８による冷却空気の旋回方向はロータリキルン１の回転方向に対して逆向きになるよう設定することが好ましく、これによってシェル１４の外周面に対する冷却空気の流速を上げてシェル１４の冷却効果を一段と高めることができる。

次に、図３及び図４はフィンの構成例を示す。これらの図で明らかなように、係るフィン１８は多翼形であり、その各フィン１８はジャケットカバー７の内周面にその周方向に対し斜めの状態で規則的に取り付けられる。

このようなフィン１８によれば、ジャケットカバー７内に流入した冷却空気を旋回流（スワール）としながら、ジャケットカバー７を補強するリブとしてジャケットカバー７を定形状態に保つことができる。又、上記の送風機１０と排風機１２の作動によりジャケットカバー７内に流入せしめられた冷却空気は、上記の如くフィン１８によりシェル１４回りの旋回流とされてシェル１４を冷却しながら、シェル１４からの熱伝達により加熱されたフィン１８を冷却する働きもする。

尚、係るフィン１８を連続する螺旋羽根としてもよい。又、図３及び図４において、１９は一対の半割円筒体７Ａ，７Ｂを結合するべく鍔部１７に穿設したボルト孔、２０はジャケットカバー７の長手方向両端を閉鎖する端部プレートであり、その端部プレート２０の内周縁はシェル１４の外周面に近接乃至は摺接される。

ここで、以上のようなロータリキルン１は所定方向に回転され、その内部ではバーナ５から火炎が放射されつつフィーダ４から装入される処理物の焼却、焼成処理が行われる。このため、シェル１４は内部からの熱伝達により加熱されて熱膨張し、内部のライニング層１５が損傷されるような事態を招く。

そこで、ロータリキルン１による処理物の焼却、焼成処理に際しては、送風機１０および排風機１２を作動させる。これにより外気がシェル１４を冷却する冷却空気として導入口９からジャケットカバー７内にその接線方向から強制流入される。

すると、その冷却空気はフィン１８によりシェル１４の外周面に沿って螺旋状に旋回されつつ、排気口１１へと導かれる。これにより、シェル１４はその外周面に接触する冷却空気との熱交換で全長、全周に亘って効率よく冷却される。よって、シェル１４の熱膨張が抑制され、これによるライニング層１５の損傷を防止することができる。

そして、シェル１４からの放散熱により加熱された高温状態の冷却空気は、排風機１２により排気口１１から吸い出され、これがバーナ５の燃焼用空気としてダクト１３を通じてバーナ５内に送り込まれる。これによれば、シェル１４の排熱を回収して有効利用することができる。

因みに、本発明によれば、高温状態の冷却空気を回収し、これをバーナ５内に燃焼用空気として送り込むことにより、従来においてシェル表面平均温度１５０〜２５０℃のロータリキルンで入熱比１０〜１７％、シェル表面平均温度７５〜１５０℃の乾燥式ロータリキルン（ロータリドライヤ）で入熱比５〜１０％であった放散熱量が、それぞれ入熱比２〜５％、１〜３％低減するという省エネルギー効果を実現することができた。

以上、本発明について説明したが、排気口１１より流出した高温状態の冷却空気はバーナ５の燃焼用空気のほか、その他の熱利用装置の予熱空気として利用することもできる。

又、上記例ではバーナ５をロータリキルン１内に火炎放射するものとしたが、バーナ５の火炎により加熱した熱風をロータリキルン１内に放射する態様としてもよい。

更に、上記例ではジャケットカバー７の長手方向一端部に導入口９を設けると共に、ジャケットカバー７の長手方向他端部に排気口１１を設ける構成としたが、ジャケットカバー７の長手方向両端部にその接線方向に差し向けられる導入口９を設けると共に、ジャケットカバー７の中央部にその接線方向に差し向けられる排気口１１を設けるようにしてもよい。

本発明に係るロータリキルンのシェル冷却装置を示す側面概略図図１におけるＸ−Ｘ断面図ジャケットカバーを部分的に破断して示した内部平面図ジャケットカバーを部分的に破断して示した斜視図

符号の説明

１ロータリキルン
５バーナ
７ジャケットカバー
９導入口
１０送風機（通気手段）
１１排気口
１２排風機（通気手段）
１４シェル
１５ライニング層
１８フィン

Claims

円筒状の金属製シェルの内周面に耐火物から成るライニング層を設けたロータリキルンにおいて、前記シェルを被覆するジャケットカバーと、該ジャケットカバー内に冷却空気を強制流入させるための通気手段とを備え、前記ジャケットカバーは冷却空気を受け入れる導入口と、前記シェルからの放散熱により加熱された高温状態の冷却空気を外部に排出するための排気口とを有すると共に、該ジャケットカバーの内周面には前記通気手段の作動により導入口より流入した冷却空気を前記シェルの外周面に沿って螺旋状に旋回させながら前記排気口へと導くフィンが設けられることを特徴とするロータリキルンのシェル冷却装置。
円筒状の金属製シェルの内周面に耐火物から成るライニング層を設けたロータリキルンにおいて、前記シェルを内周面にフィンをもつジャケットカバーにより被覆し、そのジャケットカバー内に冷却空気を強制流入せしめると共に、該ジャケットカバー内に流入した冷却空気を前記フィンにより前記シェルの外周面に沿って螺旋状に旋回させながら、前記シェルからの放散熱によって加熱された高温状態の冷却空気を前記ジャケットカバーの外部に排出することを特徴とするロータリキルンのシェル冷却方法。
請求項２記載の方法と並行して、ジャケットカバー内から排出された高温状態の冷却空気を、シェル内に放射するための火炎又は熱風を発生するバーナの燃焼用空気として該バーナ内に送り込むことを特徴とするロータリキルンの排熱回収方法。