JP2002212568A

JP2002212568A - 間接加熱式回転乾燥機

Info

Publication number: JP2002212568A
Application number: JP2001010102A
Authority: JP
Inventors: Shuzo Ueki; 修三植木
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-01-18
Filing date: 2001-01-18
Publication date: 2002-07-31

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】加熱管の長寿命化、熱効率の向上、ランニング
コストの低減をはかった間接加熱式回転乾燥機を提供す
る。【解決手段】回転胴体４の内側に複数の加熱管２ａ〜２
ｅを配置し、該加熱管２ａ〜２ｅに加熱流体を流しなが
ら、これら加熱管２ａ〜２ｅの間に粉粒体６を通過させ
て乾燥させるようにした間接加熱式回転乾燥機におい
て、上記加熱管２ａ〜２ｅの少なくとも粉粒体６が投入
される部分を炭化珪素質セラミックスで形成し、排出側
をステンレスで形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は石炭などの被乾燥物
を間接加熱する間接加熱式回転乾燥機に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】コークス炉の製造に際して、原料炭を予
め適当な水分含有量にまで乾燥し調湿すること、及び予
熱することはコークス炉での消費熱量の削減、コークス
炉の生産性の向上及びコークスの品質向上等の点から極
めて有利なものである。

【０００３】そこで粉粒体を所定の水分まで乾燥する方
法が種々検討されている。

【０００４】例えば、石炭を間接加熱により乾燥する方
法や、排ガスを用いて直接加熱により乾燥する方法及び
その併用タイプ等種々のタイプが提案されている。

【０００５】直接加熱により乾燥する方法は、通気回転
乾燥機、通気バンド乾燥機、気流乾燥機、流動層乾燥機
等があり、供給された材料は吹き込まれる熱風によって
直接加熱により乾燥されるが、耐磨耗性、耐食性等の点
では間接式よりも劣っている。

【０００６】また予熱に当たっても、コークス乾式消火
設備の循環ガスの廃熱を有効利用させて、粉炭予熱の簡
易化を図る方法や加熱媒体との間接熱交換によって流動
床内の石炭を予熱する方法、装置等が知られている（特
開昭５７−７３０７４号公報参照）。

【０００７】従来より、一般に粉粒体の間接加熱式の回
転乾燥機としては水蒸気を用いた多管束の回転乾燥機が
用いられてきた。

【０００８】以下に従来の間接加熱式回転乾燥機につい
て図面に従って説明する。

【０００９】図７は間接加熱式の回転乾燥機１の一例を
示す概略図で、２ａ〜２ｅは加熱管、４は回転胴体、８
は装入シュート、９は排出シュート、１０はサイクロン
等の集塵装置を示している。

【００１０】又、図５は粉粒体の流動を示す回転胴体４
の縦断面図、図６は横断面図を示しており、回転胴体４
の内側に同心円的に加熱管２ａ〜２ｅを多数配設し、回
転胴体４を回転させる時、内部の材料層７が回転流動
し、その時加熱管２ａ〜２ｅからの伝熱により材料層７
を乾燥させるものである。

【００１１】又、装入シュート８、排出シュート９は地
上から固定され、加熱管２ａ〜２ｅの一端は乾燥機出口
端のマニホールド１１に、他端は管板１２に熱膨張可能
な構造で取り付けられており、これらは一体で回転す
る。

【００１２】加熱管２ａ〜２ｅに通す熱媒体には、水蒸
気、温水あるいは熱媒体溶液を用い、プラントの中で回
収される熱量を熱交換して使用する。

【００１３】水蒸気を使用する場合はマニホールド１１
から各加熱管２ａ〜２ｅに分配され、温水あるいは熱媒
体溶液を使用する場合は、マニホールド１１の中を区切
って供給温溶液と排出戻り温溶液を分離する構造を採用
している。

【００１４】凝縮したドレン（温水あるいは熱媒体溶
液）は乾燥機の傾斜に従ってマニホールド１１に集めら
れ排出される。

【００１５】これらは、乾燥機の熱源として使用され、
加熱管２ａ〜２ｅからの伝熱により粉粒体を乾燥させる
ものである。

【００１６】粉粒体６は挿入シュート８より間接加熱式
の回転乾燥機１に供給される。投入された粉粒体６は、
乾燥機本体の傾斜と回転胴体４の回転運動によって材料
層７として転動し出口側へ移動し、排出シュート９より
出ていく。

【００１７】また、乾燥機内及び排出端部で発生した微
粉はサイクロン等の集塵装置１０で捕集される。一方、
間接加熱式の回転乾燥機１で乾燥予熱を経た粉粒体６は
間接加熱式の回転乾燥機１の出口側に設けられた排出シ
ュート９から排出される。

【００１８】加熱管２ａ〜２ｅの材質として要求される
特性は、耐薬品性（特に耐酸性）、耐摩耗性、耐熱性が
挙げられ、これらの要求に総合的に優位性を持つものと
して、現在ではステンレスが広く使用されている。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、水分を
含んだ原料炭の乾燥等においては、ステンレス製加熱管
２ａ〜２ｅでは摩耗、腐食の複合要因により寿命が短
く、特に硫酸アタック等によってその寿命が短いという
問題をもっていた。

【００２０】硫酸アタックとは、被乾燥材料が石炭粉の
場合、色々な成分の不純物が含まれており、水分が含ま
れる状態ではその中の硫黄成分が反応して硫酸となり、
これが加熱管を腐食させる原因となることである。

【００２１】更には、ステンレス製加熱管２ａ〜２ｅの
熱伝導率の低さから熱効率が悪く、又重量が大きいため
に運転時の電力コストが高くなるという問題があった。

【００２２】これに対し、アルミナ、ジルコニア、窒化
珪素等の耐摩耗性、耐腐食性に優れたセラミックスの適
用が考えられたが、アルミナ,窒化珪素、ジルコニアで
は熱伝導性が小さく、またジルコニアでは比重が大きく
装置が重くなる等の点から、十分に満足させることは出
来なかった。

【００２３】又、加熱管２ａ〜２ｅ全部を炭化珪素にし
た場合は、機能的には問題がないものの、強度的に若干
問題があり、しかも従来品に比べて初期の製作コストが
かかるという問題があった。

【００２４】

【課題を解決するための手段】これらに鑑みて、本発明
では、回転円筒体の内側に複数の加熱管を配置し、該加
熱管に加熱流体を流しながら、これら加熱管の間に粉粒
体を通過させて乾燥させるようにした間接加熱式回転乾
燥機において、上記加熱管の少なくとも粉粒体が投入さ
れる部分を炭化珪素質セラミックスで形成し、排出側を
ステンレスで形成したものである。

【００２５】又、上記加熱管をなす炭化珪素質セラミッ
クスが、ビッカース硬度１８００ｋｇｆ／ｍｍ²以上、
２０℃における熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上になるも
のとした。

【００２６】また、上記加熱管をなす炭化珪素質セラミ
ックスが、金属酸化物を焼結助剤として含有し液相焼結
したもの、又は硼素（Ｂ）と炭素（Ｃ）を焼結助剤とし
て含有し固相焼結したものからなることにより、加熱管
の長寿命化の達成、及び熱効率の向上、ランニングコス
トの低減を可能とした。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下本発明の間接加熱式回転乾燥
機について図面に従って説明する。

【００２８】図７は間接加熱式の回転乾燥機１の一例を
示す概略図で、２ａ〜２ｅは加熱管、４は回転胴体、８
は装入シュート、９は排出シュート、１０はサイクロン
等の集塵装置を示している。

【００２９】又、図５は粉粒体の流動を示す回転胴体４
の縦断面図、図６は横断面図を示しており、回転胴体４
の内側に同心円的に加熱管２ａ〜２ｅを多数配設し、回
転胴体４を回転させる時、その回転に伴って材料層７は
加熱管２ａ〜２ｅに持ち上げられる形で上方へ転動し、
ある傾斜角まで持ち上がった後に、滑り落ちてＦなる落
下荷重が作用することになる。

【００３０】又、装入シュート８、排出シュート９は地
上から固定され、加熱管２ａ〜２ｅの一端は乾燥機出口
端のマニホールド１１に、他端は管板１２に熱膨張可能
な構造で取り付けられており、これらは一体で回転す
る。

【００３１】加熱管２ａ〜２ｅに通す熱媒体には、水蒸
気、温水あるいは熱媒体溶液を用い、プラントの中で回
収される熱量を熱交換して使用する。

【００３２】水蒸気を使用する場合はマニホールド１１
から各加熱管に分配される、一方、温水あるいは熱媒体
溶液を使用する場合は、マニホールド１１の中を区切っ
て供給温水と排出戻り温水を分離する構造を採用してい
る。

【００３３】粉粒体６は挿入シュート８より間接加熱式
の回転乾燥機１に投入され、投入された粉粒体６は、乾
燥機本体の傾斜と回転胴体４の回転運動によって材料層
７として転動し出口側へ移動し、排出シュート９より出
ていく。

【００３４】また、乾燥機内及び排出端部で発生した微
粉はサイクロン等の集塵装置１０で捕集される。一方、
間接加熱式の回転乾燥機１で乾燥予熱を経た粉粒体６は
間接加熱式の回転乾燥機１の出口側に設けられた排出シ
ュート９から排出される。

【００３５】このときの材料層７の示す傾斜角は、乾燥
機の回転速度、乾燥粉体、加熱管の配設レイアウトなど
の要因によって決まることになる。

【００３６】そして、この内部の材料層７が回転流動す
る間に、加熱管２ａ〜２ｅからの伝熱により材料層７を
乾燥させるものである。

【００３７】又、加熱管２ａ〜２ｅは外周側に径が大き
いものを配設して各加熱管同士の間隔が一様になるよう
に設計されている。従って、表面積が大きくなる外周配
設管が熱伝達の大部分を負担することになる。

【００３８】ここで本発明は、図１に示すように、粉粒
体６が投入される部分に炭化珪素質セラミックス製加熱
管２１を、排出側にステンレス製加熱管２２を配設し、
これらをセラミックス製等の継手３で接続して、上記加
熱菅２ａ〜２ｅを形成したものである。

【００３９】又、セラミックス製加熱管２１の長さは、
容易に製造するために２ｍ以下の物とし、必要に応じて
複数本を順次接続して使用する。

【００４０】図１においては、セラミックス製加熱管２
１を２本接続し、ステンレス製加熱管２２を３本接続し
てあるが、これは特に原料の水分値が高くなる供給側に
耐薬品性の高いセラミックスを使用するためである。

【００４１】図２〜４は本発明の加熱管２ａ〜２ｅの接
合部の構造を示す概略断図である。

【００４２】図２に示すように、セラミックス製加熱管
２１とステンレス製加熱管２２とセラミック製の継手３
にネジを切り、無機接着剤をネジ部に塗布して接合す
る。あるいは、ネジを切らずに接着剤のみで固定するこ
とも可能である。又、図３に示すように、ステンレス製
加熱管２２同志の接合は溶接により行っている。

【００４３】さらに他の実施形態として、図４に示すよ
うに、一方のセラミックス製加熱管２１の端を太くして
ネジ部２１ａ、２１ｂを設ける構造を持つようにし、無
機接着剤をネジ部２１ａ、２１ｂに塗布して一体品とす
ることもできる。又、ネジを切らずに接着剤のみで固定
することも可能である。

【００４４】その結果、摩耗及び腐食性の高い粉粒体６
の投入側に高硬度及び高強度のセラミックス製加熱管２
１を用いることで耐摩耗性が向上し、耐腐食性も向上す
ることから、寿命の延長が図れるものである。しかも排
出側はステンレス製加熱菅２２とすることで製造を容易
にし、低コストとすることが出来る。

【００４５】さらに、セラミックス製加熱管２１及びス
テンレス製加熱管２２で変動荷重の大部分を負担するこ
とになるが、排出側にステンレス製加熱管２２を用いる
ことで、全体の熱交換量を低下させることなくセラミッ
クス製加熱管２１の持つ強度上の問題を無くす事も可能
となる。

【００４６】又、上記セラミックス製加熱菅２１を成す
炭化珪素質セラミックスはビッカース硬度１８００ｋｇ
ｆ／ｍｍ²以上であるものが好ましい。

【００４７】これはビッカース硬度が１８００ｋｇｆ／
ｍｍ²未満となると、粉粒体６が加熱管２ａ〜２ｅの表
面を滑っていく際の摩耗が大きくなってしまうためであ
り、好ましくは１９００〜２５００ｋｇｆ／ｍｍ²とす
ることにより、さらに耐摩耗性を向上させることができ
る。

【００４８】さらに、この炭化珪素質セラミックスは、
２０℃における熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝
導率を有するものが好ましい。これは２０℃における熱
伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ未満になると、電熱管２ａ〜２
ｅと接触することでの伝熱量が低下する為、乾燥効率が
低下するためである。

【００４９】このように熱伝導率の高い炭化珪素質セラ
ミックスを用いることによって、セラミックス製加熱管
２１が乾燥用熱量を被乾燥物に多量に伝えることがで
き、乾燥を助長することによって乾燥効率を向上させる
ことができる。

【００５０】なお、本発明の炭化珪素質セラミックスと
しては、炭化珪素質セラミックスに焼結助剤として、Ａ
１₂Ｏ₃を１〜７％及びＹ₂Ｏ₃、ＣｅＯ₂などの周期律表
第３ａ族元素の金属酸化物を０．１〜５％加え、液相焼
結したものを用いる。

【００５１】これらの金属酸化物は、焼結助剤として炭
化珪素質セラミックスの焼結性を高めるとともに、焼結
体中で炭化珪素結晶粒子間に液相の粒界相を形成してク
ラツクの進展を防止し、セラミックスの靭性を高くする
作用がある。ただし、添加量が多すぎると、硬度、強度
が低くなるため、上記範囲のものがよい。

【００５２】又、本発明の炭化珪素質セラミックスとし
ては、硼素（Ｂ）と炭素（Ｃ）を焼結助剤として含有し
固相焼結したものを用いることもできる。その製造方法
としては、平均粒径１μｍ以下の炭化珪素粉末に対し、
Ｃ、Ｂ等を焼結助剤として添加し、これを成形後、Ａｒ
等の不活性雰囲気下で、２０００〜２０５０℃で焼成
し、生成される焼結体はα−炭化珪素質セラミックス、
又はα及びβ−炭化珪素質セラミックスより構成され
る。

【００５３】また、上述した本発明の炭化珪素質セラミ
ックスにおいて、平均結晶粒子径は１０μｍ以下、好ま
しくは０．５〜６μｍのものがよい。これは、平均結晶
粒子径が１０μｍを越えると、強度が劣化するためであ
る。

【００５４】さらに、本発明の炭化珪素質セラミックス
は、開気孔率１％以下、好ましくは０．３％以下のもの
を用いる。これは、開気孔率が１％より大きいと、強度
が低くなるためである。

【００５５】

【実施例】（実験例１）比較例として加熱管２ａ〜２ｅ
全数を従来のステンレス（ＳＵＳ３０４）材質で形成し
た回転乾燥機と、本発明実証例として、粉粒体の供給側
から全長の１／３の範囲を炭化珪素質セラミックス製加
熱管２１、残りの２／３をステンレス製加熱管２２とし
たものについて、運転条件を同じにして熱効率、ランニ
ングコストを比較した。結果を表１に示す。なお、加熱
管２ａ〜２ｅの全てを炭化珪素質セラミックス製とした
場合は、イニシャルコストが非常に高くつき、強度的に
も不十分なことから寿命的に多くは期待出来ず、今回の
比較テストからは省略した。

【００５６】表１より、全てをステンレス製加熱管２２
にした比較例では熱効率、耐食性に劣るのに対し、粉粒
体供給側の１／３を炭化珪素質セラミックス製加熱管２
１とした場合、熱効率、ランニングコスト、耐食性を合
わせた総合判定では非常に優れていることがわかる。

【００５７】

【表１】

【００５８】（実験例２）まず、本発明で用いる炭化珪
素質セラミックスとして、金属酸化物を焼結助剤として
含有し液相焼結したもの、及び硼素（Ｂ）と炭素（Ｃ）
を焼結助剤として含有し固相焼結したもので、ビッカー
ス硬度１８００ｋｇｆ／ｍｍ²を越える炭化珪素質セラ
ミックスを用意し、比較例としての表２に示す各種材料
とともに、耐摩耗性についてのテストを実施した。

【００５９】図５の加熱管２ａ〜２ｅに様々なセラミッ
クス材を用いて運転し、セラミックス材の摩耗量を調べ
る実験を行った。

【００６０】セラミックス製加熱管２１は厚さ５mm、長
さ１００mmとし、回転胴体４の径は半径１．６ｍとし
た。また、稼働条件は以下によった。

【００６１】（イ）回転胴体周速：１０ｍ／分（口）実験期間：６ケ月なお、表２におけるＳｉＣ−Ａ及びＢは本発明実施例の
炭化珪素質セラミックスであり、ＳｉＣ−Ａは金属酸化
物を焼結助剤として含有し液相焼結してなるものであ
り、ＳｉＣ−Ｂは、焼結助剤として硼素（Ｂ）と炭素
（Ｃ）を用いて固相焼結したα−炭化珪素質セラミック
スであって、これらはビツ力ース硬度が１８００〜２５
００ｋｇｆ／ｍｍ²と高いものである。

【００６２】表３に摩耗腐食状態を調べた結果を示すよ
うに、比較例であるアルミナ（Ａｌ ₂Ｏ₃）、窒化珪素
（Ｓｉ₃Ｎ₄）は摩耗量が大きいことが解る。

【００６３】これは、これらのセラミックスの硬度がや
や低く、摺動性が悪いためである。

【００６４】これらに対し、本発明の炭化珪素セラミッ
クス（ＳｉＣ−Ａ，Ｂ）は摩耗量が極めて小さく、また
摺動特性も良いことが解る。

【００６５】

【表２】

【００６６】

【表３】

【００６７】（実験例３）実験２と同様の試験におい
て、水分を８〜１１％含有する石炭を水分が１．５％程
度まで乾燥させ熱伝導性を比較した。

【００６８】また加熱管２ａ〜２ｅの重量差は、回転胴
体４の稼働ランニングコストに影響してくるため、これ
を材質毎に比較した。結果は表４の様になった。

【００６９】表４より、ＳＵＳ３０４の熱伝導率が１７
Ｗ／ｍ・Ｋをはじめアルミナ（Ａｌ ₂Ｏ₃）、窒化珪素
（Ｓｉ₃Ｎ₄）等の値に対して、本発明の炭化珪素質セラ
ミックス製加熱管２１は、６２．５Ｗ／ｍ・Ｋと非常に
高い値を示しており、熱効率に有効なことがわかる。ま
た、材質の重量差から、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、ＳＵＳ
３０４は回転胴体４のランニングコストが高くつくのに
対し、本発明の炭化珪素質セラミックス製加熱管２１
は、ランニングコストを低く抑えることが出来、トータ
ルとして炭化珪素質セラミックス材料が最適であること
がわかった。

【００７０】

【表４】

【００７１】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、回転
胴体の内側に複数の加熱管を配置し、該加熱管に加熱流
体を流しながら、これら加熱管の間に粉粒体を通過させ
て乾燥させるようにした間接加熱式回転乾燥機におい
て、上記加熱管の少なくとも粉粒体が投入される部分を
炭化珪素質セラミックスで形成し、排出側をステンレス
で形成したことによって、耐摩耗性炭化珪素質セラミッ
クスを用いることで、耐腐食性が向上することから寿命
の延長が図れ、メンテナンス性も改善することが出来る
とともに、ステンレスを併用することで強度を向上させ
て、低コストとすることが出来る。

【００７２】さらに、上記加熱管をなす炭化珪素質セラ
ミックスを、金属酸化物を焼結助剤として含有し液相焼
結したもの、又は硼素（Ｂ）と炭素（Ｃ）を焼結助剤と
して含有し固相焼結したものとすることにより、加熱管
の摩耗、腐食が改善され、寿命の延長によりメンテナン
ス性を改善することができることから、省エネルギー型
の乾燥機を得ることができ、大幅な省エネルギー化が図
られると共にコークス品質の向上が図られる等工業上幾
多の優れた効果を奏することが出来る。

【００７３】これらのことから、省エネルギー型の乾燥
機を得ることができ、大幅な省エネルギー化を達成する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の間接加熱式回転乾燥機を構成する加熱
管を示す側面図である。

【図２】本発明の間接加熱式回転乾燥機を構成する加熱
管の接合部の構造を示す断面図である。

【図３】本発明の間接加熱式回転乾燥機を構成する加熱
管の接合部の構造を示す断面図である。

【図４】本発明の間接加熱式回転乾燥機を構成する加熱
管の接合部の他の構造を示す断面図である。

【図５】本発明の間接加熱式回転乾燥機における回転胴
体の縦断面図である。

【図６】本発明の間接加熱式回転乾燥機における回転胴
体の横断面図である。

【図７】間接加熱式回転乾燥機の一例を示す概略図であ
る。

【符号の説明】

１：回転乾燥機２ａ〜２ｅ：加熱管２１：セラミックス製加熱管２１ａ、２１ｂ：ねじ部２２：ステンレス製加熱管３：継手４：回転胴体５：しきり板６：粉粒体７：材料層８：装入シュート９：排出シュート１０：集塵装置１１：マニホールド１２：管板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転胴体の内側に複数の加熱管を配置し、
該加熱管に加熱流体を流しながら、これら加熱管の間に
粉粒体を通過させて乾燥させるようにした間接加熱式回
転乾燥機において、上記加熱管の少なくとも粉粒体が投
入される部分を炭化珪素質セラミックスで形成し、排出
側をステンレスで形成したことを特徴とする間接加熱式
回転乾燥機。
【請求項２】上記加熱管をなす炭化珪素質セラミックス
が、ビッカース硬度１８００ｋｇｆ／ｍｍ²以上、２０
℃における熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを
特徴とする請求項１に記載の間接加熱式回転乾燥機。
【請求項３】上記加熱管をなす炭化珪素質セラミックス
が、金属酸化物を焼結助剤として含有し液相焼結したも
のであることを特徴とする請求項１又は２に記載の間接
加熱式回転乾燥機。
【請求項４】上記加熱管をなす炭化珪素質セラミックス
が、硼素（Ｂ）と炭素（Ｃ）を焼結助剤として含有し固
相焼結したものであることを特徴とする請求項１又は２
に記載の間接加熱式回転乾燥機。