专利名称：球状粒子制造装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用火焰熔融原料粒子的球状粒子制造装置。
背景技术：
众所周知有一种使作为原料的无机粉体在火焰中通过而使其熔融、从而获得球状 粒子的装置。例如，为了熔融石灰之类的无机粉体，需要120(TC以上的火焰，现有的球状粒 子制造装置使用砖等耐火物来形成炉体。 专利文献1及2所记载的球状粒子制造装置中，沿炉体的内壁喷射冷却用空气，将 内壁冷却至800°C以下，以抑制熔融的原料向内壁的附着(熔渣)。 如果炉体的最高温度为800°C以下，就会发现可以通过采用例如SUS316L等的金 属制品作为炉体来实现成本的降低。但是，由于向炉体内壁的整个面供给充足的冷却空气 并不容易，炉体很可能会出现局部高温，因此专利文献1及2所记载的球状粒子制造装置的 炉体采用金属体的结构是危险的。 此外，为了提高球状粒子制造装置的处理能力，需要为确保火焰的空间而扩大炉 体。此时，为了冷却炉体的内壁，需要导入大量的冷却用空气，废气量会增大，因此，用于处 理废气的集尘器和处理塔等设备也需要大型的设备，成本增高。 此外，此种球状粒子制造装置中也希望通过排热的回收来提高热效率。球状粒子 制造装置中，为使冷却至粒子的熔点以下的燃烧废气的温度进一步降低至袋滤器之类的球 状粒子回收装置的耐热温度(例如使用特氟隆(日文7 口 > )(注册商标)进行涂覆的 袋滤器大致为250C)以下，导入稀释空气。因此，已经无法从分离出球状粒子后的废气进行 有效的热回收。 此外，由于在从含有球状粒子的燃烧废气进行热回收时使用多管式和板式的对流
型换热器，因此发生堵塞和摩擦等不良情况的危险性大。即便是使用辐射型换热器，也存在
不能进行充分的热回收、装置大型化的问题。此外，由于需要定期地除去附着于换热器的粒
子，因此也存在维护成本增高的问题。 专利文献1 :日本专利特开平11-337042号公报 专利文献2 :日本专利特开2002-166161号公报
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种排热的回收容易并能抑制设备成本的
球状粒子制造装置。 为解决上述技术问题，本发明的球状粒子制造装置具有金属制的内筒、包围上述
内筒的外筒和配设在上述内筒的上部的火焰燃烧装置，使冷却用空气穿过上述内筒与上述 外筒间的间隙。 采用此种结构，通过将炉体形成为套管结构，能对金属制的内筒的整个外表面无 遗漏地供给冷却用空气进行冷却，保证炉体处于耐用温度以下。通过采用金属制的炉体，能降低成本，设置空间也可以很小。此外，由于冷却用空气与燃烧气体被分离开，因此通过再 利用隔着内筒进行热交换而变为高温的冷却用空气，可以回收热能。此外，由于在燃烧气体 内没有导入冷却用空气，因此废气量没有增加，粉体回收设备(旋风分离器和袋滤器等)和 废气的处理设备的容量也可以很小。 此外，本发明的球状粒子制造装置中，也可将通过上述内筒与上述外筒间的间隙 后的冷却用空气作为上述球状粒子制造装置的上述火焰燃烧装置的燃烧用空气使用。
采用此种结构，由于在高温的燃烧气体与冷却用空气之间进行热交换，因此冷却 用空气的温度升高。通过将此高温的冷却用空气作为燃烧用空气再利用，能提高火焰的温 度。由此，不用消耗多余的能量(燃料)就能提高粒子的球状化率。 此外，本发明的球状粒子制造装置也可具有将通过上述内筒与上述外筒间的间隙 后的冷却用空气的一部分排放到外部，并调节供给到上述火焰燃烧装置的空气量的燃烧用 空气量调节装置。 采用此结构，能在维持用于内筒的冷却的最佳的冷却用空气的流量的同时调节燃 烧用空气的量，将空燃比维持在最佳的值，因此，能获得高的燃烧效率。 此外，本发明的球状粒子制造装置也可具有将上述内筒与上述外筒间的间隙螺旋 状划分的隔板。 采用此结构，能使冷却用空气的流路变窄、提高流速，由此，能将内筒充分冷却。
此外，本发明的球状粒子制造装置中，上述内筒或上述外筒也可具有在纵向上可 伸縮的伸縮构件。 采用此结构，能吸收内筒与外筒的温度差造成的膨胀率的差异。 此外，本发明的球状粒子制造装置中，上述冷却用空气也可通过和上述内筒与上
述外筒间的间隙在整周上连通的环状缓冲室供给。 采用此结构，冷却用空气流能以不产生偏流的状态内筒在周向上均匀地冷却。
此外，本发明的球状粒子制造装置中，上述冷却用空气也可朝上述内筒与上述外 筒间的间隙的上部供给，并从下部排出。 采用此结构，由于能从因靠近火焰的内筒而得到很多热量的上部供给温度低的冷 却用空气，因此可实现高效的热交换，能降低内筒的最高温度，减少冷却用空气的流量。
如上所述，本发明中，通过将炉体形成为金属制的套管结构，设置热交换机构，能 将炉体保持在耐用温度以下。此外，由于采用使冷却用空气与燃烧气体分离而不导入炉体 内的结构，因此在降低废气量的同时通过冷却用空气的2次利用能进行高效的热回收。
图1是本发明一实施方式的球状粉体制造装置的概略剖视图。 图2是表示图1的球状粉体制造装置中的燃烧气体、内筒及冷却用空气的温度变 化的图表。(符号说明)
1球状粒子制造装置
2火焰燃烧装置
3炉体
4熔融室5上部本体6冷却室7下部本体8内筒9外筒10隔板ll波纹管(伸縮构件)12屏蔽板13间壁14吸气缓冲室15鼓风机17吸气管19排气缓冲室20排气管23排气阀(燃烧用空气调节装置)
具体实施例方式以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。 图1表示本发明一实施方式的球状粒子制造装置1。球状粒子制造装置1具有大 致圆筒形的炉体3，炉体3的上端配设有火焰燃烧装置2，下端减径。 炉体3具有上部本体5和下部本体7，上部本体5形成包含火焰燃烧装置2的火 焰的熔融室4，下部本体7形成与熔融室4连通的冷却室6。上部本体5具有由例如内径 1100mm、有效高度1800mm的SUS316L制的内筒8和包围内筒8的SUS304L制的外筒9的2 双重管形成的套管结构。例如，内筒8与外筒9间的间隙为18mm，内筒8或外筒9上设有将 内筒8与外筒9间的间隙螺旋状划分的2条带状的隔板10。 此外，上部本体5中，上端配合火焰燃烧装置2的直径减径为伞状，内筒8的上端 设有包围火焰燃烧装置2的形成为折皱状的自由伸縮的波纹管(伸縮构件)ll。波纹管11 吸收因内筒8与外筒9的温度的差异而引起的热膨胀的差。在此，由于波纹管11配置在火 焰燃烧装置2的周围，因此口径可以很小，也不会直接被火焰烤到。本实施方式中，在波纹 管11的内侧还配置屏蔽板12屏蔽来自火焰的辐射热量，并防止粉体进入波纹管ll，保护 其伸縮功能不被破坏。此外，外筒9的减径的上端设有向上方延伸以包围波纹管11的间壁 13。 上部本体5设有环状的吸气缓冲室14，吸气缓冲室14配置成包围外筒9上端的 减径部，通过波纹管11与间壁13间的间隙，和内筒8与外筒9间的间隙的上端在整周上连 通。吸气缓冲室14设有吸气管17，吸气管17用于从鼓风机15经调整阀16导入冷却上部 本体5、尤其是内筒8用的冷却空气。调整阀16根据温度检测器18检测出的内筒8的温度 来调整开度，以使内筒8的温度达到设定温度。 此外，上部本体5设有环状的排气缓冲室19，排气缓冲室19进一步包围外筒9的下端部，和内筒8与外筒9间的间隙的下端在整周上连通。排气缓冲室19具有排气管20， 排气管20用于将穿过内筒8与外筒9间的间隙的冷却用空气排出。 下部本体7中，外周上具有冷却水穿过的水冷套管21，下端设有用于将制造出的 球状粒子与搬运用空气混合并移送至未图示的粉体回收装置(例如袋滤器)的输送管22。
火焰燃烧装置2具有大致3重管状的结构，供给有作为原料的无机粉体、可燃气体 和燃烧用空气，火焰燃烧装置2在熔融室4内形成垂直向下的火焰，能在高温的火焰内加热 无机粉体。球状粒子制造装置1中，通过将无机粉体供给到熔融室4内的火焰内加热熔融， 然后在冷却室6内与燃烧气体一起冷却至熔点以下，获得通过粒子自身的表面张力而球形 化的粉体。 供给到火焰燃烧装置2的燃烧用空气再利用了通过内筒8与外筒9间的间隙的冷 却用空气。为了保证内筒8处于耐用温度以下，冷却用空气需要确保一定的流量。另一方 面，燃烧用空气的流量由对应可燃气体的流量的最佳的空燃比决定。本实施方式中，必要的 燃烧用空气的流量比冷却用空气的下限流量要小。因此，过剩的空气通过排气阀23排放到 外部。具体来说，供给到火焰燃烧装置2的空气的质量流量由流量检测器24例如根据空气 在通过孔口前后的差压和空气温度进行计算而测出，根据流量检测器24的检测值对排气 阀23的开度进行调节控制、例如PID控制，以使上述流量达到由对应可燃气体的流量的最 佳空燃比算出的值(燃烧用空气量调节装置)。 例如，为了无机粉体的熔融，火焰温度需要大约120(TC时，可燃气体的LPG(发热 量21800kcal/m3N)需要12m3N/h，为此必要的燃烧用空气为287m3N/h。
此外，本实施方式中，设计成例如从鼓风机15经吸气管17在通常条件下如下地供 给390m3N/h的冷却用空气，以将内筒8维持在耐用温度以下。吸气缓冲室14暂时将供给 来的冷却用空气的流速降低，以大致均匀的流量向内筒8与外筒9间的间隙的整个上端供 给冷却用空气。由此，能使冷却用空气沿着内筒8的外表面在周向上均匀地穿过。
此外，本实施方式中，通过设置间壁13，形成沿波纹管11外周的冷却用空气的通 路。由此，冷却用空气能从吸气缓冲室14向波纹管11的周围以均一且足够的流速穿过，冷 却波纹管11。 此外，本实施方式中由于在内筒8与外筒9间的间隙中设有螺旋状的隔板IO，因此 冷却用空气能在内筒8外侧均匀地流动，并能提高冷却用空气的流速。通过提高冷却用空 气的流速，能促进内筒8与冷却用空气间的热交换。 本实施方式中，若冷却用空气的平均温度为20(TC，则由隔板10划分的内筒8与外 筒9间的间隙中的冷却用空气的流速大致为8. 9m/sec。在此8. 9m/sec的流速下，火焰燃烧 装置2的燃烧气体与冷却用空气间的内筒8上的单位面积的热传导率按圆筒壁的热传导模 型计算大致为32. 8kcal/m2 h 。C 。 图2表示因上部本体5上的高度不同而引起的熔融室4内的燃烧气体温度、内筒8 的内表面温度、内筒8与外筒9间的间隙的冷却用空气温度的变化。如图所示，此条件下， 内筒8的最高温度大致为65(TC，因此即便考虑安全率等，在结构上也能充分经得起。
此外，本实施方式中，由于采用向内筒8与外筒9间的间隙的上端供给冷却用空气 并从下端排气的结构，因此燃烧气体和冷却用空气从同一侧供给，通过并流进行热交换，更 快地降低燃烧气体的温度，从而降低内筒8的最高温度。
这样，由于本发明的球状粉体制造装置1的炉体3能采用全金属的结构，因此可比 使用耐火物更便宜，维修也容易。 此外，如图2所示，从排气管20排出的冷却用空气的温度大致为43(TC，通过将其 作为火焰燃烧装置2的燃烧用空气再利用，可对节省能源能作出很大的贡献。也就是说，本 发明中，由于冷却用空气与高温的燃烧气体通过内壁8进行热交换，因此可实现高效的热 回收。这可省去以往从冷却至粉体的熔点以下的排气中进行热回收所必需的传热面积大的 换热器及其维护，具有很大的优点。此外，本发明的球状粉体制造装置l中，由于通过热交 换来冷却燃烧废气，因此不需要向燃烧废气导入冷却用空气。这样，由于最终的废气的体积 没有增加，因此本发明的球状粉体制造装置l还具有球状粒子的回收设备(袋滤器等)的 容量可以很小的一大优点。 此外，本发明实施方式中，内筒8与外筒9间的间隙中的冷却用空气的流路长度大 致为5m，冷却用空气的压损只有大致50mmH20。因此，用于供给冷却用空气的鼓风机15可 以使用通常的燃烧装置用的鼓风机，结构上不会对内筒8及外筒9增加大的负担。
权利要求
一种球状粒子制造装置，其特征在于，具有金属制的内筒、包围所述内筒的外筒、以及配设在所述内筒的上部的火焰燃烧装置，使冷却用空气穿过所述内筒与所述外筒间的间隙。
2. 如权利要求1所述的球状粒子制造装置，其特征在于，将通过所述内筒与所述外筒 间的间隙后的冷却用空气作为所述火焰燃烧装置的燃烧用空气使用。
3. 如权利要求2所述的球状粒子制造装置，其特征在于，具有燃烧用空气量调节装置， 该燃烧用空气量调节装置将通过所述内筒与所述外筒间的间隙后的冷却用空气的一部分 排放到外部，并调节供给到所述火焰燃烧装置的空气量。
4. 如权利要求1至3中任一项所述的球状粒子制造装置，其特征在于，具有隔板，该隔 板将所述内筒与所述外筒间的间隙螺旋状划分。
5. 如权利要求1至4中任一项所述的球状粒子制造装置，其特征在于，所述内筒或所述 外筒具有在纵向上可伸縮的伸縮构件。
6. 如权利要求1至5中任一项所述的球状粒子制造装置，其特征在于，所述冷却用空气 通过和所述内筒与所述外筒间的间隙在整周上连通的环状缓冲室供给。
7. 如权利要求1至6中任一项所述的球状粒子制造装置，其特征在于，所述冷却用空气 朝所述内筒与所述外筒间的间隙的上部供给，并从下部排出。
全文摘要
本发明提供一种排热的回收容易并能抑制设备成本的球状粒子制造装置。本发明的球状粒子制造装置(1)具有金属制的内筒(8)、包围内筒的外筒(9)、以及配设在内筒(8)上部的火焰燃烧装置(2)，使冷却用空气穿过内筒(8)与外筒(9)间的间隙，将通过内筒(8)与外筒(9)间的间隙后的冷却用空气作为火焰燃烧装置(8)的燃烧用空气使用。
文档编号B01J2/00GK101711967SQ20091017500
公开日2010年5月26日 申请日期2009年9月17日 优先权日2008年9月25日
发明者友泽健一, 藤井邦夫 申请人:中外炉工业株式会社