CN102964070A - 水泥制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水泥制造方法，即使在水泥原料中的P₂O₅量改变时，也可将水泥熟料中的P₂O₅量保持在规定范围内。在通过设置在窑前(4)的主燃烧器(5)的火焰将内部保持在1400℃以上的高温气氛下的水泥窑(1)内，从窑尾(2)投入到内部的水泥原料向窑前(4)侧移送并烧成而制造水泥熟料的水泥制造方法中，将对上述水泥原料中的P₂O₅量的改变量或制造的上述水泥熟料所包含的P₂O₅量的改变量进行补偿的量的干燥污泥投入到水泥窑(1)内，从而控制所述水泥熟料所包含的P₂O₅量在0.3～1.0重量％的范围内。

Description

水泥制造方法

技术领域

本发明涉及在保持在高温气氛下的水泥窑中烧成水泥原料而制造水泥熟料的方法，具体地涉及可将上述水泥熟料中包含的P₂O₅量控制在期望范围内的水泥制造方法。

背景技术

通常，在水泥制造设备中，将水泥原料在预热器中预热至规定温度并导入水泥窑，在该水泥窑内由来自设置在窑前的主燃烧器的火焰在约1450℃的高温气氛下烧成而形成水泥熟料后，对该水泥熟料加入防止快速凝结用的二水石膏并进行微粉碎来制造水泥。

然而，在上述制造工艺得到的水泥熟料中，混有水泥原料自身或燃料中包含的磷(P)成分。而且，已知如此混入的磷成分(P₂O₅)对水泥的诸多物性带来影响，为了保持最终的水泥品质，对水泥原料自身或燃料中的P₂O₅量进行管理，以使上述水泥熟料中的P₂O₅量不超出规定值。

另一方面，在上述水泥窑的主燃烧器中燃烧的燃料通常使用煤炭和焦炭，但近年随着燃料的飞跃发展，对上述煤炭等添加作为工业废弃物的废油等副燃料作为上述燃料的一部分使用。进而，除了其他的工业废弃物的废塑料或废轮胎，在下述专利文献1中还提出了对下水污泥、食品加工残渣污泥、造纸污泥等含水有机污泥进行造粒、干燥，将它们均作为水泥制造用的辅助燃料进行有效利用。

然而，上述有机污泥大多在其固含量中包含5重量％以上的P₂O₅，根据用量有可能引起水泥的凝结延迟或压缩强度的降低。

此外，在下述专利文献2中，提出了一种水泥制造方法，该方法的特征在于，包括能从含水污泥中减少磷成分的含量的除磷工序、对上述除磷工序得到的磷成分的含量降低的含水污泥进行加热干燥的干燥工序以及在水泥制造设备中将上述干燥工序中得到的干燥污泥用作水泥制造用燃料和原料而制造水泥的水泥制造工序，磷在该干燥污泥固含量中占有的含量调整为4重量％以下。

对于该水泥制造方法，通过将污泥中的P₂O₅量降低至4重量％以下，具有可在水泥制造设备中处理比以往更多量的含水污泥的优点，但在水泥制造工序投入的含水污泥量变得过多时或水泥原料中的P₂O₅量增加时，水泥熟料中的P₂O₅量增加，从而具有引起水泥的凝结延迟或压缩强度降低的问题。

进而，除了上述的水泥的凝结延迟或压缩强度的改变，水泥熟料的被粉碎性也因含有的P₂O₅量而变化。因此，在将上述含水污泥等有机污泥投入水泥制造工艺并要作为燃料的一部分有效利用时，在水泥的品质管理上强烈要求将水泥熟料中的P₂O₅量保持在一定范围内。

专利文献1：日本专利公开平成11-217576号公报

专利文献2：日本专利公开2004-203662号公报书

发明内容

本发明鉴于上述问题而作出，目的在于提供一种水泥制造方法，即使在水泥原料中的P₂O₅量改变时，也可将水泥熟料中的P₂O₅量保持在规定范围内，因而可稳定地维持水泥的品质。

为了解决上述问题，本发明的特征在于，[1]在由设置在窑前的主燃烧器的火焰将内部保持在1400℃以上的高温气氛下的水泥窑内，将从该水泥窑的窑尾投入到内部的水泥原料向着上述窑前侧移送并烧成来制造水泥熟料的水泥制造方法中，将对上述水泥原料中的P₂O₅量的改变量或制造的上述水泥熟料所包含的P₂O₅量的改变量进行补偿的量的干燥污泥投入到上述水泥窑内，从而控制上述水泥熟料所包含的P₂O₅量在0.3～1.0重量％的范围内。

[2]本发明的特征在于，在[1]记载的发明中，上述干燥污泥为加热处理过的下水污泥，且粉碎至5mm以下的粒度后，从上述窑前侧投入上述水泥窑内。

[3]本发明的特征在于，在[1]或[2]记载的发明中，测定上述水泥原料中的P₂O₅量的改变量，计量补偿该改变量的量的上述干燥污泥的量并将该干燥污泥投入到上述水泥窑内。

[4]本发明的特征在于，在[1]中记载的发明中，测定制造的上述水泥熟料所包含的P₂O₅量的改变量，计量补偿该改变量的量的上述干燥污泥的量并将该干燥污泥投入到上述水泥窑内。

[5]本发明的特征在于，在[1]中记载的发明中，上述主燃烧器的燃料为在磨碎机中粉碎固体燃料得到的微粉末固体燃料，且向上述磨碎机供给上述干燥污泥并与上述固体燃料一起粉碎后由上述主燃烧器投入到上述水泥窑内。

[6]本发明的特征在于，在[1]中记载的发明中，由设置在上述主燃烧器的上方的辅助投入管向上述主燃烧器的火焰投入上述干燥污泥。

根据[1]～[6]中任意之一记载的发明，若在水泥窑内的1400℃以上的高温气氛中投入干燥污泥，则干燥污泥在上述高温气氛下燃烧、分解，从而不燃烧成分中的P₂O₅混入被烧成的水泥原料中。

因此，在制造的水泥熟料所包含的P₂O₅量不足时，通过使投入上述水泥窑内的干燥污泥量增加，能够容易且可靠地将上述水泥熟料所包含的P₂O₅量控制在预先设定的0.3～1.0重量％的范围内。

此时，通过将上述干燥污泥投入到水泥窑内的1400℃以上的高温气氛中，可完全燃烧、分解并生成P₂O₅，从而可有效地调整水泥熟料中的P₂O₅量。

因此，即使在水泥调合原料中的P₂O₅量改变时或制造的水泥熟料所包含的P₂O₅量减少时，也可将水泥熟料中的P₂O₅量保持在0.3～1.0重量％的范围内，因而可稳定地维持水泥的品质。

在此，若对水泥熟料中的P₂O₅量限定为保持在0.3～1.0重量％的范围内的理由进行说明，通常，在作为最终产品的水泥中，随着含有的P₂O₅量增加，得到因硅酸三钙促进水合反应性而带来的强度表现效果，但如果该P₂O₅量变得过多，则强度因熟料构成物的量的变化、即二钙硅酸盐量的增加等而降低。

于是，本发明人等进行了用于确认使水泥(＝水泥熟料)中的P₂O₅量变化时的水泥固化体强度变化的实证实验。图4示出了上述实证实验的结果，示出了使水泥中的P₂O₅量变化时的3天后、7天后和28天后的水泥固化体的压缩强度值。

而且，通过上述实证实验，如图4所见，水泥固化体的压缩强度在水泥中的P₂O₅量为0.3重量％以上时增加，在0.5重量％表现出最大值，但随着P₂O₅量进一步增加压缩强度反而降低，在1.0重量％变得与0.1重量％相同。

基于以上观点，控制投入到水泥窑内的干燥污泥量，从而使水泥熟料中的P₂O₅保持在0.3～1.0重量％的范围内。因此，在水泥熟料中的P₂O₅量改变时，通过控制投入水泥窑内的干燥污泥量使水泥熟料中的P₂O₅量为0.3重量％以上1.0重量％以下，总能制造强度表现性提高的水泥。

顺便说一下，未通过投入干燥污泥来调整P₂O₅量时，除非将其他P₂O₅量多的废弃物作为原燃料使用，否则上述水泥中的P₂O₅量为约0.1重量％以下。

因此，制造的水泥熟料中所包含的P₂O₅量减少时，通过将干燥污泥投入到水泥窑内使该P₂O₅量至少为0.3重量％以上，可提高水泥的强度表现性。

而且，在确定上述干燥污泥的投入量时，可采用[3]或[4]记载的方法。但是，从投入该干燥污泥到通过上述燃烧、分解而生成的P₂O₅混入水泥熟料中为止会产生时间差，所以与如[4]记载的发明一样，根据制造的上述水泥熟料中所包含的P₂O₅量的改变量确定上述投入量相比，优选如[3]记载的发明一样，使用着的原料变化时，预先比较新原料中的P₂O₅量和至此使用的原料中的P₂O₅量，投入补偿该改变量的量的干燥污泥。

此外，近年水泥熟料内包含脱磷炉渣等P₂O₅的工业废弃物也作为原料的一部分投入。这些废弃物因与其他成分的关系而限定用量，可以说对上述水泥熟料中P₂O₅量的改变带来的影响少。然而，如果除了上述水泥原料中的P₂O₅量的改变，也考虑上述废弃物所包含的P₂O₅量的改变来确定上述干燥污泥的投入量，可更进一步将水泥熟料中的P₂O₅量的改变控制在上述规定的范围内。

进而，如[2]记载的发明一样，投入的干燥污泥优选为加热处理过的下水污泥，且粉碎至5mm以下的粒度。通过使用这种干燥污泥，从窑前侧投入到水泥窑内时，可防止在燃烧器发生堵塞。

而且，通过使用不具有水分的干燥污泥，在燃烧时不会夺取汽化热而使热效率降低，且通过预先粉碎至5mm以下，在上述水泥窑内的高温气氛下，可瞬间完全热分解并生成期望量的P₂O₅。

此外，作为投入到水泥窑内的方法，如[5]记载的发明一样，可与燃料一起从主燃烧器投入，或如[6]记载的发明一样，也可从设置在主燃烧器的上方的辅助投入管向着上述主燃烧器的火焰投入。通过采用上述结构，能够可靠地在最处于高温气氛下的主燃烧器的火焰附近投入上述干燥污泥并燃烧、分解。

此时，主燃烧器的燃料为煤炭时，特别如[5]记载的发明一样，如果在将上述干燥污泥投入到使煤炭为微粉炭的煤炭磨碎机并与上述煤炭一起粉碎混合的基础上，从上述主燃烧器投入到水泥窑内，则由于能够更进一步可靠地由主燃烧器的火焰热分解该干燥污泥而优选。

进而，投入到上述煤炭磨碎机之前的污泥不必极度干燥，含水率可为50％以下。顺便说一下，上述含水率大于50％时，污泥可能会附着在煤炭磨碎机内，不到30％时，如后所述，干燥所需的热能变得浪费。因此，投入的污泥的含水率优选为30～50％。

此外，在煤炭磨碎机粉碎煤炭时，出于安全上的问题，从粉碎机排出的微粉炭的温度需要保持在85℃以下。因此，如果投入含水率为30～50％的污泥，可削减向粉碎机内的冷却用空气的导入量，可期待上述干燥所需的热能的削减的同时，可期待进一步的成本削减效果。

附图说明

图1为用于实施本发明第一实施方式的水泥制造设备的结构简图。

图2为用于实施本发明第二实施方式的水泥制造设备的结构简图。

图3示出了使用本发明第一实施方式的实验结果，为表示投入干燥污泥时的水泥熟料中的P₂O₅量的改变的曲线图。

图4为表示用于确认水泥熟料中的P₂O₅量与水泥固化体的压缩强度的关系的实证实验结果的曲线图。

符号说明

1：水泥窑

2：窑尾部

4：窑前

5：主燃烧器

10：煤炭储仓

11：煤炭磨碎机

12：燃料供给管

13：计量器

16：粉碎机

17：辅助投入管

具体实施方式

(第一实施方式)

图1示出了用于实施本发明中的水泥制造方法的第一实施方式的水泥制造设备，图中符号1为用于烧成水泥原料的水泥窑。该水泥窑1为设置成在轴心周围自由旋转的回转窑，在图中左侧的窑尾部2设置有用于预热水泥原料的预热器3，并在图中右侧的窑前4设置有用于加热内部的主燃烧器5。而且，图中符号6为用于对烧成后的水泥熟料进行冷却的熟料冷却器。

在此，预热器3由在上下方向上排成一列配置的多段的旋风分离器构成，通过供给管7向最上段的旋风分离器供给水泥原料，最下段的旋风分离器的底部与将内部的水泥原料送到水泥窑1的窑尾部2的移送管3a连接。

另一方面，窑尾部2设置有将水泥窑1排出的燃烧排气供给至最下段的旋风分离器的排气管3b，从最上段的旋风分离器的上部排出的排气由未图示的排气扇通过排气管路8进行排气。

而且，水泥窑1的主燃烧器5设置有供给作为燃料的微粉炭(微粉末固体燃料)的供给单元。该供给单元包括储存作为上述燃料源的煤炭、焦炭和副燃料的混合物(固体燃料)的煤炭储仓10、将该煤炭储仓10供给的煤炭等粉碎为规定粒度的微粉炭的干式煤炭磨碎机11、以及通过由未图示的供给管路供给的压缩空气将该煤炭磨碎机11中得到的微粉炭由主燃烧器5投入到水泥窑1的内部的燃料供给管12。

进而，在该水泥制造设备中设有计量下水污泥等的干燥物的计量器13，在该计量器13中计量的干燥污泥与来自煤炭储仓10的煤炭一起供给至煤炭磨碎机11。

在此，计量器13计量应投入的干燥污泥量，该应投入的干燥污泥量基于通过未图示的荧光X射线分析等公知的计测单元测定的水泥调合原料中的P₂O₅量14或从熟料冷却器6排出的水泥熟料中的P₂O₅量15来确定。

接着，对使用由以上结构构成的水泥制造设备的本发明中的水泥制造方法的第一实施方式进行说明。

首先，在该水泥制造设备中，由供给管7向预热器3的最上段的旋风分离器供给通过粉碎混合石灰石、粘土、硅石和氧化铁原料而得到的水泥原料。而且，供给至该最上段的旋风分离器的水泥原料随着逐渐向下方的旋风分离器下落，被从下方上升的来自水泥窑1的高温排气预热，最终由最下段的旋风分离器通过移送管3a导入到水泥窑1。

另一方面，储存在煤炭储仓10内的作为燃料源的煤炭等适当地被送入煤炭磨碎机11进行粉碎，成为微粉炭后由燃料供给管12供给至设置在水泥窑1的窑前4的主燃烧器5。而且，通过由该主燃烧器5燃烧投入到水泥窑1内的微粉炭，水泥窑1内的窑前4侧保持在约1450℃以上的高温气氛下。

由此，由该窑尾部2送入水泥窑1内的上述水泥原料在缓慢送至窑前4侧的过程中，由来自主燃烧器5的燃烧排气加热至约1450℃，烧成来形成水泥熟料。接着，到达窑前4的水泥熟料下落到熟料冷却器6内并送至图中右侧。此时，由供给至熟料冷却器6内的空气冷却至规定温度并最终从该熟料冷却器6取出。

此外，与其同时，搬入该水泥制造设备的下水污泥等污泥预先在100℃～300℃的加热气氛下干燥至含水率为30～50％，与水泥调合原料中的P₂O₅量14比较，在计量器13中计量与不足的P₂O₅量相当的量的上述干燥污泥，供给至煤炭磨碎机11。由此，水泥熟料中的P₂O₅量总是控制为保持0.3～1重量％的范围内。

另外，上述干燥污泥的计量，也可以在由熟料冷却器6排出的水泥熟料所包含的P₂O₅量15减少时，计量与减少的P₂O₅量相当的量的上述干燥污泥，供给至煤炭磨碎机11。

而且，在该煤炭磨碎机11中，与煤炭储仓10供给的上述煤炭等混合的同时，微粉碎至5mm以下的粒度而成为干燥污泥粉末，与上述微粉炭一起由主燃烧器5投入水泥窑1内并被1400℃以上的主燃烧器5的火焰热分解。

(实施例1)

图3示出了使用上述水泥制造设备的水泥制造方法中的实验结果。

上述水泥制造设备中，在以时产130吨的配额制造水泥熟料时，预测水泥熟料中的P₂O₅量为0.1重量％左右。

因而，为了对其进行补偿，在计量器13中，计量P₂O₅的含量为6重量％的干燥污泥并以6500kg/小时的投入量(50kg干燥污泥/1吨熟料)与微粉炭一起由主燃烧器5投入。

其结果如图3所见，之后由熟料冷却器6排出的水泥熟料中的P₂O₅量也在0.4重量％前后推移。

如上所述，根据上述的水泥制造方法，在水泥调合原料中的P₂O₅量改变时或制造的水泥熟料所包含的P₂O₅量减少时，通过增加从水泥窑1的窑前4侧投入到1400℃以上的高温气氛中的干燥污泥粉末量，能够容易且可靠地将水泥熟料中所包含的P₂O₅量控制在预先设定的0.3～1.0重量％的范围内。

特别是在本发明中，由于将上述下水污泥等污泥加热处理并干燥的同时，预先粉碎至5mm以下的粒度，由主燃烧器5与微粉炭(微粉末固体燃料)一起投入水泥窑1内，所以不会因上述污泥所包含的水分使水泥窑1内的热效率降低，且由于可完全分解上述干燥污泥粉末，从而可有效地调整水泥熟料中的P₂O₅量。

因此，即使在水泥调合原料中的P₂O₅量改变时或制造的水泥熟料所包含的P₂O₅量减少时，也可总将水泥熟料中的P₂O₅保持在0.3～1.0重量％的范围内，因而可稳定地维持水泥的品质。

此外，如果将含水率为30～50％的污泥投入到煤炭磨碎机，可削减向磨碎机内的冷却用空气的投入量，可期待上述干燥所需的热能的削减的同时，可期待进一步的成本削减效果。

(第二实施方式)

图2示出了用于实施本发明中水泥制造方法的第二实施方式的水泥制造设备，对于与图1所示的相同结构部分，赋予相同符号并简化其说明。

在该制造设备中，另外设置有将计量器13中计量的干燥污泥粉碎至5mm以下的粒度作为干燥污泥粉末的粉碎机16。而且，在水泥窑1的窑前4，辅助投入管17设置在主燃烧器5的上方位置，辅助投入管17将该粉碎机16粉碎的干燥污泥粉末与压缩空气一起投入到水泥窑1内且向着主燃烧器5的火焰投入。

在使用由以上结构构成的制造设备的本发明水泥制造方法的第二实施方式中，基于水泥调合原料中的P₂O₅量14或从熟料冷却器6排出的水泥熟料中的P₂O₅量15确定的、并在计量器13中计量的干燥污泥被供给至粉碎机16。而且，经该粉碎机16粉碎得到的上述干燥污泥粉末由辅助投入管17向着主燃烧器5的火焰投入，被1400℃以上的主燃烧器5的火焰热分解。

因此，根据第二实施方式所示的水泥制造方法，也与第一实施方式所示一样，即使在水泥调合原料中的P₂O₅量14改变时或制造的水泥熟料所包含的P₂O₅量减少时，也可总将水泥熟料中的P₂O₅保持在上述的0.3～1重量％的范围内，因而可稳定地维持水泥的品质。

而且，在上述第一和第二实施方式中，均对将干燥污泥从水泥窑1的窑前侧与微粉炭(微粉末固体燃料)一起通过主燃烧器5投入水泥窑1内，或由辅助投入管17向着主燃烧器5的火焰投入的情况进行了说明，但本发明不限于这些，也可从预热器、煅烧炉等，或者例如窑尾部2侧供给至水泥窑1的内部。

产业实用性

本发明可利用为，在制造水泥时，将水泥熟料中所包含的P₂O₅量控制在期望的范围内。

Claims (6)

1.一种水泥制造方法，在由设置在窑前的主燃烧器的火焰将内部保持在1400℃以上的高温气氛下的水泥窑内，将从该水泥窑的窑尾投入到内部的水泥原料向着所述窑前侧移送并烧成来制造水泥熟料，其特征在于，

将对所述水泥原料中的P₂O₅量的改变量或制造的所述水泥熟料所包含的P₂O₅量的改变量进行补偿的量的干燥污泥投入到所述水泥窑内，从而控制所述水泥熟料所包含的P₂O₅量在0.3～1.0重量％的范围内。

2.根据权利要求1所述的水泥制造方法，其特征在于，所述干燥污泥为加热处理过的下水污泥，且粉碎至5mm以下的粒度后，从所述窑前侧投入到所述水泥窑内。

3.根据权利要求1或2所述的水泥制造方法，其特征在于，测定所述水泥原料中的P₂O₅量的改变量，计量补偿该改变量的量的所述干燥污泥的量并将该干燥污泥投入到所述水泥窑内。

4.根据权利要求1所述的水泥制造方法，其特征在于，测定制造的所述水泥熟料所包含的P₂O₅量的改变量，计量补偿该改变量的量的所述干燥污泥的量并将该干燥污泥投入到所述水泥窑内。

5.根据权利要求1所述的水泥制造方法，其特征在于，所述主燃烧器的燃料为在磨碎机中粉碎固体燃料得到的微粉末固体燃料，且向所述磨碎机供给所述干燥污泥并与所述固体燃料一起粉碎后由所述主燃烧器投入到所述水泥窑内。

6.根据权利要求1所述的水泥制造方法，其特征在于，由设置在所述主燃烧器的上方的辅助投入管向所述主燃烧器的火焰投入所述干燥污泥。

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