JP2001046861A - 鉱石系物質のか焼方法 - Google Patents

鉱石系物質のか焼方法

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JP2001046861A
JP2001046861A JP2000197946A JP2000197946A JP2001046861A JP 2001046861 A JP2001046861 A JP 2001046861A JP 2000197946 A JP2000197946 A JP 2000197946A JP 2000197946 A JP2000197946 A JP 2000197946A JP 2001046861 A JP2001046861 A JP 2001046861A
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Dyugu Jacques
ジャック・デュグ
Thierry Borissoff
ティエリー・ボリッソフ
Ovidiu Marin
オビデイウ・マラン
Ivan Milosavljevic
イバン・ミロサブルジュビック
Dora Sophia Alves
ドラ・ソフィア・アルベ
Michel Viardot
ミシェル・ビアルドー
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B7/00—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined
    • F27B7/20—Details, accessories, or equipment peculiar to rotary-drum furnaces
    • F27B7/2016—Arrangements of preheating devices for the charge
    • F27B7/2025—Arrangements of preheating devices for the charge consisting of a single string of cyclones
    • F27B7/2033—Arrangements of preheating devices for the charge consisting of a single string of cyclones with means for precalcining the raw material

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Abstract

(57)【要約】 【課題】低品質の燃料を用いて廉価なクリンカーの製造
を可能とし、同時に汚染物質の発生を抑制し得る鉱石系
物質をか焼するための方法を提供する。 【解決手段】出口において燃料注入ゾーンを形成する少
なくとも１つの燃料インジェクタを備える予備か焼装置
（３）に鉱石系物質を通じ、ついで少なくとも部分的に
か焼された鉱石系物質を下流端に一次燃焼ユニット（１
６）を備えるロータリーキルン（４）に通じることによ
り鉱石系物質をか焼する方法において、燃料注入ゾーン
近傍に、ロータリーキルン（４）からの燃焼生成物の酸
素濃度よりも高い酸素濃度を有する少なくとも１の酸素
リッチ流体を注入して、燃料インジェクタにより注入さ
れる燃料の燃焼に必要な酸素の化学量論量の１％から４
０％までその酸素リッチ流体が供給し得るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉱石系物質のか焼
方法に係り、特には、少なくとも１つの燃料インジェク
タを備える予備か焼装置であってその燃料インジェクタ
の出口に燃料注入ゾーンを形成するように少なくとも１
の燃料が供給され、かつ鉱石系物質の流れ方向に関して
該予備か焼装置の下流に位置するロータリーキルンから
の燃焼生成物により酸化剤が供給されるところの予備か
焼装置に鉱石系物質を通じ、ついで少なくとも部分的に
か焼された鉱石系物質を下流端に一次（primary）燃焼
ユニットを備える該ロータリーキルンに通じることによ
り鉱石系物質（ore-based material）をか焼する方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】セメントの製造は、クリンカーとして知
られている生成物の製造を含む中間段階を経る。クリン
カーは、鉱石系物質、特にクレーおよび石灰石を焼成す
ることにより得られる生成物である。粉末の形態にある
この物質は乾燥形態（乾式法）または水性ペースト（ス
ラリー）の形態でロータリーキルンに供給することがで
きる。クリンカーの組成は、一般に、種々の無機物質、
特に炭酸カルシウム、シリカ、アルミナ、鉄酸化物およ
び炭酸マグネシウムの所望の組成を得るために、注意深
く制御される。キルン内に置かれた後、クリンカー製造
の前駆体である物質は、まず、絶乾され、加熱される。
次に、この物質は、か焼を受け、種々のミネラルの炭酸
塩が、二酸化炭素の除去により、それら物質の酸化物に
変換される。温度がなお高い間に、こうして得られた物
質は互いに化学的に反応して本質的にケイ酸カルシウム
とアルミン酸カルシウムを生成する。この最後のプロセ
スは、クリンカープロセスとして知られており、ロータ
リーキルンの熱ゾーン内で生じる。次に、得られたクリ
ンカーは、冷却され、粉砕された後、追加の成分と混合
されてポルトランドセメントのようなセメントを生成す
る。
【０００３】クリンカー製造プロセスは、過去、典型的
に直径３〜５ｍ、長さ６０〜２００ｍのロータリーキル
ン内で行われていた。このプロセスに対する改良は、こ
のプロセスにおけるロータリーキルンに先立つ段階にお
いて、原料の変化するフラクションを脱炭もしくはか焼
して、より短く、より熱効率のよいロータリーキルンを
使用し得るようにすることにより行われていた。この段
階のようなプロセス段階は、予備加熱タワー（またはサ
スペンション予備加熱器）、レポル火格子（LEPOL grat
e）またはフラッシュか焼装置内で行うことができる。
【０００４】原料が、ロータリーキルンに入る前に脱炭
される程度は、典型的に、サスペンション加熱器の場合
には１０〜４５％であり、フラッシュか焼装置の場合に
は９０〜９５％である。高吸熱脱炭段階に要するエネル
ギーは、燃料の一部をか焼ゾーンに導入することにより
供給される。
【０００５】このように、クリンカーの製造のためのプ
ロセスは、一般に、原料が導入され、必要により乾燥を
行った後、原料の加熱と一部のか焼が行われる予備か焼
装置と、部分的にか焼された物質が導入され、か焼が完
了し、引き続きクリンカー化反応（clinkering reactio
n）が行われる傾斜ロータリーキルンを備えたプラント
で行われる。
【０００６】上述のもの以外の予備か焼装置のタイプ
は、ライザーダクトの名称で知られているか焼チャンバ
ーまたは装置であり得る。
【０００７】以下の記述において、「上流」および「下
流」という用語は、そのようなプラントにおいて鉱石系
物質が流れる方向に関してのものである。
【０００８】ロータリーキルンを動作させるために必要
とされる熱エネルギーを供給するために、ロータリーキ
ルンの下流端には、１またはそれ以上のバーナーが設け
られている。ロータリーキルンの下流側のバーナーによ
り生成された煙道ガスは、プラント中の物質の流れと反
対に流れ、予備か焼装置の動作に必要とされる熱エネル
ギーの一部を供給する。追加のエネルギーは、１または
それ以上のバーナーによりこの予備か焼装置に与えられ
る。
【０００９】一般に、研究は、クリンカーの製造コスト
を制限し、クリンカーの製造に使用される方法を改善す
るために続けられている。
【００１０】それ故、ＵＳ−５５７２９３８およびＵＳ
−５５８０２３７は、ロータリーキルンの下流に設けら
れるバーナーに関するものであり、これらのバーナーの
インジェクタを、酸素注入ランスがそれに導入されえる
ように修正することを提案している。これら文献に記載
されている解決策は、高品質燃料を使用して、生産効率
を向上させおよび／または汚染物質の生成を低減させる
ことを可能としている。
【００１１】しかしながら、これらの解決策は、なお、
比較的有意の汚染物質の発生をもたらす。
【００１２】それ以外に、研究は、クリンカー製造プラ
ントの駆動に必要とされる熱エネルギーを供給するため
に低品質の燃料を使用するために続けられている。
【００１３】低品質の燃料は、１５ＭＪ／ｋｇ未満の総
熱量値（net calorific value）（ＮＣＶ）または２０
重量％を超える水分含有率を有する燃料を意味するもの
と理解すべきである。このカテゴリーは、２０重量％未
満の揮発分または小サイズ粒子もしくは小滴に減小し得
ない物質を含む燃料をもカバーする。この最後の基準に
関し、２００μｍを超えるサイズの粒子もしくは小滴の
割合が７５重量％よりも多い減小燃料は、低品質の燃料
とみなされる。
【００１４】廃水または例えばプラスチックやボール紙
の固形廃棄物のような産業廃棄物は、クリンカーの製造
に使用し得る低品質燃料を構成する。
【００１５】クリンカーの製造者は、非常に廉価である
ので低品質燃料の消費を増大させるよう目を向けてお
り、ときには廃水のような産業廃棄物を焼却するために
報酬を受けてさえいる。
【００１６】しかしながら、そのような燃料を多量に使
用することは、それら燃料を用いて生成する火炎がクリ
ンカー製造プロセスの正しい実施に要求される熱的束縛
に適合し得ないので、問題を生じさせる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、特
に、低品質の燃料を用いて、特に、廉価なクリンカーの
製造を可能とし、同時に汚染物質の発生を抑制する鉱石
系物質をか焼するための方法を提供することにより、上
記の種々の問題を解決することを目的とするものであ
る。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、少なくとも１つの燃料インジェクタを備
える予備か焼装置であってその燃料インジェクタの出口
に燃料注入ゾーンを形成するように少なくとも１の燃料
が供給され、かつ鉱石系物質の流れ方向に関して該予備
か焼装置の下流に位置するロータリーキルンからの燃焼
生成物により酸化剤が供給されるところの予備か焼装置
に鉱石系物質を通じ、ついで少なくとも部分的にか焼さ
れた鉱石系物質を下流端に一次燃焼ユニットを備える該
ロータリーキルンに通じることにより鉱石系物質をか焼
する方法において、該燃料注入ゾーン近傍に、該予備か
焼装置を通る該ロータリーキルンからの燃焼生成物の体
積による酸素濃度よりも高い体積による酸素濃度を有す
る少なくとも１の酸素リッチ流体を注入して、該燃料イ
ンジェクタにより注入される燃料の燃焼に必要な酸素の
化学量論量の１％から４０％まで、好ましくは１％から
１０％までを該酸素リッチ流体が供給し得るようにした
ことを特徴とする鉱石系物資のか焼方法を提供する。
【００１９】本発明は、以下の特徴を単独でまたは適切
な組合せにおいて備えることができる。
【００２０】燃料の燃焼に必要な酸素の化学量論量の６
０％から９９％までを該ロータリーキルンからの燃焼生
成物により提供すること。
【００２１】ロータリーキルンからの燃焼生成物の体積
による酸素濃度が、１％以上であること。
【００２２】酸素リッチ流体が、燃焼生成物の一部と少
なくとも約２０％の酸素を含有するガスとの混合物であ
ること。
【００２３】燃焼生成物の一部を引き抜き、空気もしく
は酸素富化空気および／または約８８％より高い濃度を
有する工業的に純粋な酸素をこれと混合すること。
【００２４】燃料インジェクタの出口に生成される火炎
の断熱温度が１０００℃よりも高いこと。
【００２５】燃料インジェクタの出口に生成される火炎
の断熱温度が１２５０℃よりも高いこと。
【００２６】燃料インジェクタに供給される燃料が、低
品質燃料であること。
【００２７】燃料インジェクタとは異なる酸素リッチ流
体インジェクタを用いて該酸素リッチ流体を注入するこ
と。
【００２８】酸素リッチ流体インジェクタの出口と燃料
インジェクタの出口の間の距離が、該酸素リッチ流体イ
ンジェクタの内部幅の約５０倍未満であること。
【００２９】酸素リッチ流体を燃料インジェクタの燃料
注入ゾーンにむけて注入すること。
【００３０】燃料を燃料インジェクタを用いて注入し、
酸素リッチ流体を２５°未満の集中角（angle of conve
rgence）で注入すること。
【００３１】予備か焼装置が、それぞれ少なくとも１の
燃料が供給されて燃料注入ゾーンをその出口に形成する
少なくとも２つの燃料インジェクタを備え、該ロータリ
ーキルンからの燃焼生成物の体積による酸素濃度よりも
高い体積による酸素濃度を有する少なくとも１の酸素リ
ッチ流体を該少なくとも２つの燃料インジェクタの燃料
注入ゾーン近傍に注入すること。
【００３２】該ロータリーキルンからの燃焼生成物の体
積による酸素濃度よりも高い体積による酸素濃度を有す
る少なくとも１の酸素リッチ流体を予備か焼装置に属す
る燃料インジェクタにより注入すること。
【００３３】酸素リッチ流体を、燃料を燃料インジェク
タ中に運ぶためのキャリヤー流体として使用すること。
【００３４】酸素リッチ流体が９０％より高い純度を有
する酸素であり、これを酸素用通路を介して燃料インジ
ェクタ中に通じること。
【００３５】酸素用通路の近傍の燃料インジェクタの通
路を介して高品質燃料を導入して燃料インジェクタの出
口にパイロット火炎を形成すること。
【００３６】少なくとも１のもしくは各々の酸素リッチ
流体が酸素富化空気であること。
【００３７】少なくとも１の酸素リッチ流体が、９０％
より高い酸素濃度を有すること。
【００３８】空気の酸素濃度よりも高い酸素濃度を有す
る酸素リッチ流体をロータリーキルンの一次燃焼ユニッ
ト燃料注入ゾーン内に導入すること。
【００３９】酸素リッチ流体をロータリーキルンの一次
燃焼ユニットに属する燃料インジェクタの内部に導入す
ること。
【００４０】酸素リッチ流体が、９０％よりも高い純度
を有する酸素であり、これを酸素用通路を介して燃料イ
ンジェクタ中に通じること。
【００４１】酸素用通路が、燃料インジェクタの半径方
向内側に位置していること。
【００４２】酸素通路が、燃料インジェクタの半径方向
外側に位置していること。
【００４３】酸素用通路近傍の燃料インジェクタの通路
を、該燃料インジェクタの出口にパイロット火炎を形成
するように少なくとも１の高品質燃料を導入するために
使用すること。
【００４４】燃料インジェクタ内に少なくとも１の燃料
流と少なくとも１の空気流を生じさせ、該燃料インジェ
クタ内に生成した少なくとも１の空気流および／または
燃料流を酸素で富化すること。
【００４５】燃料とこの燃料用のキャリヤー流体を燃料
インジェクタ中に導入することにより該燃料インジェク
タ内に燃料流を生じさせ、この燃料流を、該キャリヤー
流体を酸素で富化することにより酸素で富化すること。
【００４６】燃料を流体の形態でインジェクタ中に導入
すること。
【００４７】燃料を固体粒子の形態で該インジェクタ中
に導入すること。
【００４８】キャリヤー流体をそれが３５％と高くあり
得る酸素濃度を有するまで酸素で富化すること。
【００４９】燃料が、低品質燃料であること。
【００５０】一次燃焼ユニットにより注入される燃料の
完全燃焼により供給される理論パワーのＭＷ当たり２な
いし２０ｍ3 ／時（ＳＴＰ）の流量で酸素を該ロータリ
ーキルンの一次燃焼ユニットの燃料注入ゾーンに導入す
ること。
【００５１】本方法が、クリンカーの製造のための方法
であること。
【００５２】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明をよ
り詳しく説明する。
【００５３】図１は、特に石灰石およびクレーに基づく
物質２からクリンカーを製造するためのプラント１を示
している。
【００５４】このプラント１は、連続的に、かつ物質２
が流れる方向において、予備か焼装置３、チューブ状ロ
ータリーキルン４、および出口シュート５を備えてい
る。
【００５５】予備か焼装置３は、例えばレポル火格子で
あり得、物質２が導入される上流端６、加熱手段７また
は燃焼ユニット、および予備か焼された物質が排出され
る下流端８を備える。
【００５６】ロータリーキルン４は、上流端から下流端
に向かって水平に対して下方に傾斜している。従って、
予備か焼装置の下流端８と連通するロータリーキルンの
上流端１０は、その下流端１１よりも高い位置にある。
【００５７】プラント１は、また、ロータリーキルン４
をその長手軸の回りに回転させるための手段１２を備え
ている。
【００５８】出口シュート５は、ロータリーキルン４の
下流端１１と連通する上流端１３、および製造されたク
リンカーの後の処理のための装置（図示せず）、特に冷
却装置に接続される下流端１４を備える。
【００５９】出口シュート５は、また、加熱手段１５ま
たは一次燃焼ユニットを備えている。
【００６０】図２に示すように、これら加熱手段１５
は、複数のバーナー１６を備えている（そのうちの１つ
だけが図示されている）。以下、そのうちの１つについ
て説明する。
【００６１】バーナー１６は、出口シュート５の垂直壁
１８により支持されたインジェクタまたはブラストパイ
プ１７を備え、垂直壁１８は、図１に示すように、ロー
タリーキルン４の下流端１１に面して設置されている。
【００６２】インジェクタ１７は、壁１８からロータリ
ーキルン４の軸に平行に延び、ロータリーキルン４の下
流端１１に入っている。
【００６３】インジェクタ１７は、環状断面を有する外
側通路２１により外側を取り囲まれている円形断面を有
する内側通路２０を有する。また、インジェクタ１７
は、入口２２と出口２３を有する。
【００６４】通路２０は、インジェクタ１７の入口２２
において、燃料の供給源２４とこの燃料のためのキャリ
ヤー流体の供給源２５の双方に接続されている。
【００６５】燃料は、例えば、５または１０ｍｍを超え
ていてもよいサイズを有する粒子に裁断されたプラスチ
ック、すなわち低品質燃料である。キャリヤー流体は、
例えば、加圧空気である。
【００６６】外側通路２１は、インジェクタ１７の入口
２２において、共通のパイプにより、酸化剤例えば空気
の供給源２６および酸素の供給源２７に接続されてい
る。
【００６７】供給源２７からの酸素の純度は、例えば、
９０％よりも高い。
【００６８】図３に示すように、予備か焼装置３を加熱
するための手段７は、複数のバーナー（そのうち、２つ
のバーナー２８および２９が図示されている）を備えて
いる。以下、これらのバーナー２８および２９、並びに
その直接の包囲物についてのみ説明する。
【００６９】バーナー２８および２９は、それぞれ、１
つのインジェクタ３０，３１を備えている。インジェク
タ３０および３１は、予備か焼装置３の垂直壁３２によ
り支持されている。この垂直壁３２は、図１に見られる
ように、ロータリーキルン４の上流端１０の上方に配置
されている。
【００７０】インジェクタ３０は、その軸が実質的に水
平となるように設置され、環状断面を有する外側通路３
５により外側を取り囲まれた円形断面を有する内側通路
３４を備える。
【００７１】内側通路３４は、インジェクタ３０の入口
３６の領域において、燃料例えば高品質燃料である天然
ガスの供給源３７に接続されている。
【００７２】外側通路３５は、インジェクタ３０の入口
３６の領域において、酸化剤例えば空気の供給源３８に
接続されている。
【００７３】インジェクタ３１は、インジェクタ３０の
下方に設置されており、好ましくは２５°よりも小さな
角度で、その入口４１からその出口４２に向かって垂直
平面内で上方に傾斜している。このインジェクタ３１
は、インジェクタ３１の入口１１の領域において、燃料
の供給源４４およびこの燃料のためのキャリヤー流体の
供給源４５の双方に接続される円形断面の内部通路４３
を備える。
【００７４】供給源４４からの燃料は、例えば、廃水か
らなり、キャリヤー流体は、例えば、加圧空気からな
る。
【００７５】加熱手段７は、空気を注入するためのラン
ス４７をさらに備え、そのランスも、壁３２により支持
されている。
【００７６】ランス４７は、インジェクタ３０と３１の
間に位置し、その軸は水平である。このランス４７は、
一方ではインジェクタ３０の近傍に、他方ではインジェ
クタ３１の近傍に設置されており、ランス４７の出口４
８とインジェクタ３１の出口４２との間の距離がランス
４７の内部通路４９の直径の５０倍未満となるようにな
っている。
【００７７】なお、ランス４７の通路４９は、ランス４
７の入口５０の領域において、酸素の供給源５１と接続
されている。
【００７８】供給源５１の酸素の純度は、例えば、９０
％よりも高い。
【００７９】次に、プラント１の全体的な操作について
説明する。物質２の流れの方向は、図１に矢印５５で示
されている。
【００８０】物質２は、予備か焼装置３の上流端６を介
して導入される。この装置の内部で、物質２は、コンベ
ヤにより搬送されて、特に所要の熱エネルギーの一部を
供給する加熱手段７により、乾燥され、加熱され、脱炭
される。
【００８１】ついで、物質２は、予備か焼装置３の下流
端１０およびロータリーキルン４の上流端１０を通って
流れ、床５４の形態でロータリーキルン４内に流入す
る。
【００８２】物質２の脱炭的か焼は、加熱手段１５の結
果としてロータリーキルン４内で続行され、ついでか焼
された物質２は、クリンカー化反応を受ける。
【００８３】しかる後、熱いクリンカーに変換された物
質２は、シュート５の下流端１４を介して冷却装置等プ
ラント１の他の装置へと取り出される。
【００８４】次に、加熱手段７および１５から得られる
キルン４の内部および予備か焼装置３の内部への熱エネ
ルギーの供給をより詳しく説明する。
【００８５】加熱手段１５に関して説明すると、供給源
２４からの燃料は、供給源２５からの加圧空気ととも
に、内側通路２０に導入される。かくして、固体プラス
チック粒子の流れが、内側通路２０内に生じる。つい
で、供給源２４からの燃料は、インジェクタ１７の出口
２３において固体粒子の形態で吹き付けられる。
【００８６】供給源２６からの空気は、供給源２７によ
り酸素で富化された後、通路２１内を流れる。この酸素
富化空気は、インジェクタ１７の出口２２から、供給源
２４からの吹き付けられた燃料を外側から取り囲む流れ
の形態で噴出される。その結果、バーナー１６の出口で
火炎５７が生成する。供給源２６からの酸素富化空気
は、対応する燃焼に必要な酸化剤のほとんどを提供す
る。火炎５７は、図１に見られるように、ロータリーキ
ルン４の下流端１１の領域において、物質２の床５４の
上方に位置する。
【００８７】火炎５７により生成した煙道ガスは、図１
において矢印５８により示されるように、物質の流れ２
と反対に、キルン４を通って予備か焼装置３内に流れ
る。
【００８８】加熱手段７に関して説明すると、天然ガス
は、インジェクタ３０から注入ゾーン６１内に、供給源
３８からの空気の流れにより取り囲まれた燃料ジェット
の形態で噴出される。
【００８９】供給源４４からの廃水は、供給源４５から
の加圧空気とともに、バーナー２９の通路４１内に導入
されて注入ゾーン６２において微細小滴の形態で噴霧さ
れた廃水ジェットを形成する。
【００９０】供給源５１からの酸素は、通路４９内に導
入され、インジェクタ４７から、注入ゾーン６１および
６２と一部重複する注入ゾーン６３においてジェットの
形態で噴出される。
【００９１】かくして、酸素ジェットは、噴霧された廃
水のジェットおよび供給源３８からの空気の流れにより
囲まれた天然ガスのジェットに衝突する。
【００９２】供給源３８および４５からの空気と供給源
５１からの酸素による廃水の燃焼、および矢印５８の方
向に流れる煙道ガスにより搬送される加熱手段１５から
の未燃焼物と加熱手段１５からのこれら煙道ガスに含ま
れる酸素の燃焼の結果、ゾーン６１、６２および６３に
火炎６４が生成する。
【００９３】供給源４４からの廃水の燃焼効率は、この
廃水と供給源５１からの酸素が近接して注入されるの
で、満足し得るものとなる。
【００９４】この酸素の注入は廃水が注入されるゾーン
６２近傍にホットスポットを生じさせ、このことが、廃
水を迅速にその発火点までもたらすことにより、燃焼を
安定化させ、予備か焼装置３への熱エネルギーの供給を
より容易に制御することを可能とすることとなる。
【００９５】さらに、供給源５１からの酸素が注入され
るゾーン６３が、供給源３７からの燃料が注入されるゾ
ーン６１に近接しているため、加熱手段１５からの未燃
焼物は燃焼し尽くされる。従って、プラント１から排出
される未燃焼物の量が減少する。
【００９６】より一般的に、ランス４７による酸素の供
給は、供給源３７からの同じ燃料流量および同じ燃焼温
度について焼却される廃水の量を増加させるか、または
予備か焼装置３の上流端６に排出される煙道ガスにより
搬送される未燃焼物の量を減少させる（この結果は、供
給源３７からの同じ燃料流量および供給源４４からの同
じ廃水流量について得られるものである）ことを可能と
する。
【００９７】図１ないし図３のプラントにおいて、これ
らの効果は、インジェクタ３０とインジェクタ３１の双
方に対するランス４７の近さ故に、共同的に得られる。
【００９８】廃水の焼却をより一層促進するために、ラ
ンス４７は、廃水が導入されるインジェクタ３１に近接
して位置しなければならず、他方未燃焼物の量をより一
層減少させるために、酸素注入ランス４７は、高品質燃
料が導入されるインジェクタ３０に近接していなければ
ならない。
【００９９】さらに、加熱手段１５のインジェクタ１７
に使用されるキャリヤー空気を酸素で富化することは、
バーナー１６の出口における供給源２４からの燃料の燃
焼効率を向上させ、かくしてこのバーナー１６により生
成される未燃焼物の量を減少させ、および同時に供給源
２４からの低品質燃料を使用しながらこのバーナー１６
により生成される火炎５７を安定化させることをも可能
とする。
【０１００】これらの効果は、導入された酸素により供
給源２４からの燃料が迅速にその発火点までもたらせら
れるということによる。
【０１０１】供給源２６の空気を富化することによる酸
素の注入は、火炎を、従ってロータリーキルン４におけ
る高温焼成（firing）ゾーンを短くすることにも注意さ
れたい。その結果、生成するクリンカーを構成するアリ
ットおよびベリット結晶が酸素の注入がない場合よりも
はるかに小さいものとなる。
【０１０２】例えば、大きさは、生成するクリンカー１
トン当たり約７．６ｍ3 （ＳＴＰ）の酸素を導入するこ
とにより、アリット結晶の場合には５μｍ、ベリット結
晶の場合には２μｍ減少し得る。また、生成するクリン
カー中に存在する遊離石灰のレベルは、本発明の方法に
よる過酸素化（over-oxygenation）では平均で１．７％
減少し、これに対し過酸素化を用いない場合には２．９
％であることが見いだされている。
【０１０３】かくして、そのようなクリンカーから生成
されるセメントは、より高い短期強度および長期強度を
有する。例えば、そのようなセメントの短期強度におけ
る１．５ＭＰａの増加および長期強度における２．５Ｍ
Ｐａの増加が観察され得る。
【０１０４】バーナー１６は、通常のバーナーであり、
それが生成させる火炎５７を過酸素化させるために改変
する必要はなかった。
【０１０５】このように、本発明の方法は、特に低品質
の燃料を比較的多量に使用することにより、他方、同時
にプラント１における熱交換に対する拘束を観察し、汚
染物質の発生を制限しながら、クリンカーの製造コスト
を低下させることを可能とする。
【０１０６】加熱手段１５の代替形態によれば、図４に
示すように、インジェクタ１７の内側通路２０は、供給
源２５と、キャリヤー空気源２５および酸素源２７のた
めの共通の出口パイプとの双方に接続されている。
【０１０７】かくして、この代替形態において、火炎５
７を過酸素化するためにインジェクタ１７に導入される
前に酸素で富化されるものは、供給源２４からの燃料の
ためのキャリヤー空気である。
【０１０８】図示していないが、他の代替形態によれ
ば、供給源２５からのキャリヤー流体および供給源２６
からの空気を酸素で富化することができる。さらに、こ
の富化は、インジェクタ１７の内部で行うことができ、
酸素で富化されるべき流体および酸素は、上に述べたよ
うに同時に導入されるのではなく、別々にインジェクタ
１７に導入される。
【０１０９】一般に、酸素富化流体、特に燃料キャリヤ
ー流体は、それらが３０体積％の、さらには３５体積％
の酸素濃度を有する点まで富化することができる。
【０１１０】バーナー１６により生成される火炎５７を
過酸素化するための他の方法を以下に図５〜図７を参照
して説明する。
【０１１１】図５の態様において、インジェクタ１７
は、この場合には環状断面を有する通路２０の内部に配
置された酸素注入ランス６５を備える。
【０１１２】ランス６５は、円形断面の内部通路６６を
有し、この通路はインジェクタ１７の出口２２の領域に
おいて酸素の供給源２７に接続されている。
【０１１３】通路２０と２１は、それぞれ、供給源２
４、２５および２６に接続されている。
【０１１４】この態様は、火炎５７内に、供給源２４か
らの燃料をその発火点まできわめて迅速に加熱する安定
なパイロット火炎を作ることを可能とする。
【０１１５】図６の態様は、酸素注入ランス６５の通路
６６と通路２０との間にさらなる通路６８を形成するた
めにランス６５の回りにチューブ６７が配置されている
点で図５の態様と異なる。
【０１１６】環状断面の通路６８は、インジェクタ１７
の入口２２の領域において、高品質燃料である天然ガス
の供給源７０に接続されている。
【０１１７】かくして、通路６６と６８は、実際にバー
ナー１６内に補助的な天然ガス／酸素バーナーを形成す
る。
【０１１８】バーナー１６の半径方向（radially）内側
に位置する補助バーナー７１は、図５の態様におけるパ
イロット火炎よりも優れた性能を有するパイロット火炎
を生成する。
【０１１９】図７の態様は、補助バーナー７１がバーナ
ー１６の半径方向外側に設けられている点で図６の態様
と異なる。具体的には、この場合は環状断面の通路６６
は、通路２１を外側で取り囲み、他方通路６８は通路６
６を外側で取り囲んでいる。
【０１２０】バーナー７１により生成されるパイロット
火炎は、火炎５７の半径方向外側に位置することとな
る。
【０１２１】図２〜図７の種々の態様および代替態様
は、加熱手段１５の領域において組み合わせることがで
きる。
【０１２２】一般に、酸素の流量は、加熱手段１５によ
り注入される燃料の完全燃焼により供給される理論パワ
ーのＭＷ（メガワット）当たり２〜２０ｍ3 ／時（ＳＴ
Ｐ）でなければならない。
【０１２３】この酸素は、空気の酸素含有率よりも高い
酸素含有率を有する酸素リッチ流体により供給されるべ
きであり、加熱手段１５の燃料注入ゾーンに注入される
べきである。
【０１２４】この酸素リッチ流体の注入は、加熱手段１
５により注入される燃料を運ぶキャリヤー流体により行
うことができる。この燃料は、高品質または低品質燃料
であり得、また流体の形態すなわち液状および／または
ガス状、または固体の形態であり得る。
【０１２５】次に、加熱手段７につき、他の態様を説明
する。
【０１２６】図８は、加熱手段７の第２の態様を示し、
ランス４７はインジェクタ３１の内部にこれと同軸的に
配置され、このインジェクタ３１の一部を、従ってバー
ナー２９の一部を形成している。
【０１２７】従って、通路４３は、環状断面を有し、酸
素注入ゾーン６２は、廃水注入ゾーン６３の中心に位置
される。
【０１２８】従って、供給源５１からの酸素は、水平方
向に対するランス４７の傾き角に対応する集中角、すな
わち２５°未満の角度をもって燃料注入ゾーン６１に向
けて注入される。
【０１２９】この第２の態様は、酸素が廃水のちょうど
中心に注入される結果、ランス４７により注入される酸
素の量を制限することを可能とする。この第２の態様
は、特に、焼却される廃水の量を増加させることが意図
されている。
【０１３０】図９は、加熱手段７の第３の態様を示し、
ランス４７が省略され、火炎６４の領域における過酸素
化は、供給源４５から噴出される空気を供給源７５から
の酸素で富化することにより、および供給源３８からの
空気を供給源７６からの酸素で富化することにより行わ
れる。
【０１３１】かくして、酸素注入ゾーン６３がインジェ
クタ３０の出口において燃料注入ゾーン６１を囲む一
方、酸素注入ゾーン６３はインジェクタ３１の出口にお
いて燃料注入ゾーン６２と一致する。
【０１３２】供給源７５および７６からの酸素の純度
は、例えば、９０％よりも高い。
【０１３３】この態様の代替形態において、図１０に示
すように、空気源３８は、ロータリーキルン４からの煙
道ガスまたは燃焼生成物を引き出すためのパイプ７７に
より置き換えられている。このパイプ７７は、予備か焼
装置３の下流側領域からこれらの煙道ガスを引き抜き、
供給源７６からの酸素とともに、供給源３８からの燃料
のための酸化剤を形成する。
【０１３４】この図１０には、バーナー２９への供給物
は示されていない。
【０１３５】図１１は、加熱手段７の第４の態様を示
し、図３のバーナー２８，２９およびランス４７は、１
個のバーナー７８により置き換えられており、そのイン
ジェクタ７９は、その軸を水平にして配置されている。
壁３２により支持されたインジェクタ７９は、環状断面
の外側通路８２により外側を取り囲まれた環状断面の中
間通路８１により外側を取り囲まれた内側通路８０を備
える。
【０１３６】内側通路８０は、インジェクタ７９の入口
８３において、天然ガスの供給源３７に接続されてい
る。
【０１３７】内側通路８１は、インジェクタ７９の入口
８３において、酸素の供給源５１に接続され、通路８２
は、入口８３において、廃水の供給源４４と噴出される
空気の供給源４５の双方に接続されている。
【０１３８】この第４の態様は、インジェクタ７９に導
入されるすべての燃料および酸化剤の良好な混合を確保
し、加熱手段７の大きさを制限する（小さくする）こと
を可能とする。
【０１３９】事実、この態様において、通路８０および
８１は、バーナー７８内において補助的な天然ガス／酸
素バーナー８４を形成してインジェクタ７９の出口にお
いてパイロット火炎を作り出す。
【０１４０】図３および図８〜図１１に関して説明した
態様および代替形態は、加熱手段７に関して組み合わせ
ることができる。
【０１４１】一般に、予備か焼装置を通るロータリーキ
ルンからの煙道ガスもしくは燃焼生成物よりも体積によ
る酸素濃度が高い酸素リッチ流体は、加熱手段７により
生じる燃焼に必要な酸素の１〜４０％、好ましくは１〜
１０％を提供し得るものとみなされる。
【０１４２】ロータリーキルンからの燃焼生成物は、こ
の燃焼に必要な酸素の化学量論量の６０〜９９％を供給
し得る。
【０１４３】酸素リッチ流体は、酸素濃度が１〜４体積
％である燃焼生成物の一部を、より酸素リッチの流体例
えば空気と、酸素富化空気とおよび／または８８％より
高い純度を有する酸素と混合することによって得ること
ができる。
【０１４４】好ましくは、導入される酸素リッチ流体の
量は、加熱手段７により生成される火炎６４の断熱温度
（adiabatic temperature）が１０００℃よりも高く、
より好ましくは１２５０℃よりも高くなるようなもので
ある。
【０１４５】より一般的には、過酸素化は、加熱手段７
においてまたは加熱手段１５においてのみ提供され得
る。かくして、加熱手段１５のバーナー１６には、燃料
および過酸素化されていない空気もしくは他の酸化剤だ
けが供給される。
【０１４６】この場合、過酸素化は、酸素リッチ流体を
加熱手段７の燃料注入ゾーン近傍に注入することにより
加熱手段７において提供される。
【０１４７】この過酸素化は、加熱手段１５からの未燃
焼物等の未燃焼物を減少させることを可能とする。
【０１４８】この方策は、焼却される低品質燃料の量を
増加させるために特に適している。具体的には、製造プ
ロセスにおいて、予備か焼装置３の領域において課せら
れている拘束は、主に、温度と、過酸素化について容易
に観察され得る未燃焼物とに関係する閾値であることが
見いだされており、このことは、多量の低品質燃料が予
備か焼装置３で焼却され得ることを意味している。
【０１４９】反対に、過酸素化は、少なくとも１の低品
質燃料が供給される加熱手段１５においてのみ提供され
得る。
【０１５０】より一般的には、本発明の方法は、鉱石系
物質が脱炭されるところの物質の処理方法に適用するこ
とができる。かくして、本発明の方法は、石灰石または
ドロマイトの製造に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施するためのクリンカー製造
プラントを側断面で示す概略図。
【図２】図１に示すプラントのロータリーキルンの一次
燃焼ユニットを縦断面で示す拡大概略図。
【図３】図１に示すプラントの予備か焼装置の燃焼ユニ
ットを縦断面で示す拡大概略図。
【図４】図１に示すプラントのロータリーキルンの他の
一次燃焼ユニットを縦断面で示す拡大概略図。
【図５】図１に示すプラントのロータリーキルンの他の
一次燃焼ユニットを縦断面で示す拡大概略図。
【図６】図１に示すプラントのロータリーキルンの他の
一次燃焼ユニットを縦断面で示す拡大概略図。
【図７】図１に示すプラントのロータリーキルンの他の
一次燃焼ユニットを縦断面で示す拡大概略図。
【図８】図１に示すプラントの予備か焼装置の他の燃焼
ユニットを縦断面で示す拡大概略図。
【図９】図１に示すプラントの予備か焼装置の他の燃焼
ユニットを縦断面で示す拡大概略図。
【図１０】図９の他の態様を示す予備か焼装置の部分概
略図。
【図１１】図１に示すプラントの予備か焼装置の他の燃
焼ユニットを縦断面で示す拡大概略図。
【符号の説明】
１…プラント ２…鉱石系物質 ３…予備か焼装置 ４…ロータリーキルン １６…一次燃焼ユニット １７，３０，３１，７９…燃料インジェクタ ２５…キャリヤー流体 ２７…酸素 ４７…酸素リッチ流体インジェクタ（ランス） ４９，６６，８１…酸素用通路 ６１，６２…燃料注入ゾーン ５７，６４…火炎
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２７Ｂ 7/34 Ｆ２７Ｂ 7/34 7/36 7/36 Ｆ２７Ｄ 19/00 Ｆ２７Ｄ 19/00 Ｚ (72)発明者 ティエリー・ボリッソフ フランス国、75321 パリ・セデクス 07、 カイ・ドルセイ 75 レール・リキード内 (72)発明者 オビデイウ・マラン フランス国、75321 パリ・セデクス 07、 カイ・ドルセイ 75 レール・リキード内 (72)発明者 イバン・ミロサブルジュビック フランス国、75321 パリ・セデクス 07、 カイ・ドルセイ 75 レール・リキード内 (72)発明者 ドラ・ソフィア・アルベ フランス国、75321 パリ・セデクス 07、 カイ・ドルセイ 75 レール・リキード内 (72)発明者 ミシェル・ビアルドー フランス国、75321 パリ・セデクス 07、 カイ・ドルセイ 75 レール・リキード内

Claims (33)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１つの燃料インジェクタを備
    える予備か焼装置であってその燃料インジェクタの出口
    に燃料注入ゾーンを形成するように少なくとも１の燃料
    が供給され、かつ鉱石系物質の流れ方向に関して該予備
    か焼装置の下流に位置するロータリーキルンからの燃焼
    生成物により酸化剤が供給されるところの予備か焼装置
    に鉱石系物質を通じ、ついで少なくとも部分的にか焼さ
    れた鉱石系物質を下流端に一次燃焼ユニットを備える該
    ロータリーキルンに通じることにより鉱石系物質をか焼
    する方法において、該燃料注入ゾーン近傍に、該予備か
    焼装置を通る該ロータリーキルンからの燃焼生成物の体
    積による酸素濃度よりも高い体積による酸素濃度を有す
    る少なくとも１の酸素リッチ流体を注入して、該燃料イ
    ンジェクタにより注入される燃料の燃焼に必要な酸素の
    化学量論量の１％から４０％まで、好ましくは１％から
    １０％までを該酸素リッチ流体が供給し得るようにした
    ことを特徴とする鉱石系物資のか焼方法。
  2. 【請求項２】 該燃料の燃焼に必要な酸素の化学量論量
    の６０％から９９％までを該ロータリーキルンからの燃
    焼生成物により提供することを特徴とする請求項１に記
    載の方法。
  3. 【請求項３】 該ロータリーキルンからの燃焼生成物の
    体積による酸素濃度が、１％以上であることを特徴とす
    る請求項１または２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 該酸素リッチ流体が、該燃焼生成物の一
    部と少なくとも約２０％の酸素を含有するガスとの混合
    物であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか
    １項に記載の方法。
  5. 【請求項５】 該燃焼生成物の一部を引き抜き、空気も
    しくは酸素富化空気および／または約８８％より高い濃
    度を有する工業的に純粋な酸素をこれと混合することを
    特徴とする請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 該燃料インジェクタの出口に生成される
    火炎の断熱温度が１０００℃よりも高いことを特徴とす
    る請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
  7. 【請求項７】 該燃料インジェクタの出口に生成される
    火炎の断熱温度が１２５０℃よりも高いことを特徴とす
    る請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 該燃料インジェクタに供給される燃料
    が、低品質燃料であることを特徴とする請求項１ないし
    ７のいずれか１項に記載の方法。
  9. 【請求項９】 該燃料インジェクタとは異なる酸素リッ
    チ流体インジェクタを用いて該酸素リッチ流体を注入す
    ることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に
    記載の方法。
  10. 【請求項１０】 該燃料インジェクタに供給される燃料
    が低品質燃料であり、該燃料インジェクタとは異なる酸
    素リッチ流体インジェクタを用いて該酸素リッチ流体を
    注入し、該酸素リッチ流体インジェクタの出口と該燃料
    インジェクタの出口の間の距離が、該酸素リッチ流体イ
    ンジェクタの内部幅の約５０倍未満であることを特徴と
    する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 酸素リッチ流体を該燃料インジェクタ
    の燃料注入ゾーンにむけて注入することを特徴とする請
    求項１ないし１０のいずれか１項に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 該燃料を該燃料インジェクタを用いて
    注入し、該酸素リッチ流体を２５°未満の集中角で注入
    することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 該予備か焼装置が、それぞれ少なくと
    も１の燃料が供給されて燃料注入ゾーンをその出口に形
    成する少なくとも２つの燃料インジェクタを備え、該ロ
    ータリーキルンからの燃焼生成物の体積による酸素濃度
    よりも高い体積による酸素濃度を有する少なくとも１の
    酸素リッチ流体を該少なくとも２つの燃料インジェクタ
    の燃料注入ゾーン近傍に注入することを特徴とする請求
    項１ないし１２のいずれか１項に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 該ロータリーキルンからの燃焼生成物
    の体積による酸素濃度よりも高い体積による酸素濃度を
    有する少なくとも１の酸素リッチ流体を該予備か焼装置
    に属する燃料インジェクタにより注入することを特徴と
    する請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 該酸素リッチ流体を、燃料を該燃料イ
    ンジェクタ中に運ぶためのキャリヤー流体として使用す
    ることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 酸素リッチ流体が９０％より高い純度
    を有する酸素であり、これを酸素用通路を介して該燃料
    インジェクタ中に通じることを特徴とする請求項１４ま
    たは１５に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 酸素用通路の近傍の該燃料インジェク
    タの通路を介して高品質燃料を導入して該燃料インジェ
    クタの出口にパイロット火炎を形成することを特徴とす
    る請求項１６に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 少なくとも１のもしくは各々の酸素リ
    ッチ流体が酸素富化空気であることを特徴とする請求項
    １ないし１７のいずれか１項に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 少なくとも１の酸素リッチ流体が、９
    ０％より高い酸素濃度を有することを特徴とする請求項
    １ないし１８のいずれか１項に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 空気の酸素濃度よりも高い酸素濃度を
    有する酸素リッチ流体を該ロータリーキルンの一次燃焼
    ユニット燃料注入ゾーン内に導入することを特徴とする
    請求項１ないし１９のいずれか１項に方法。
  21. 【請求項２１】 該酸素リッチ流体を該ロータリーキル
    ンの一次燃焼ユニットに属する燃料インジェクタの内部
    に導入することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 該酸素リッチ流体が、９０％よりも高
    い純度を有する酸素であり、これを酸素用通路を介して
    該燃料インジェクタ中に通じることを特徴とする請求項
    ２１に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 酸素用通路が、該燃料インジェクタの
    半径方向内側に位置していることを特徴とする請求項２
    ２に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 酸素通路が、該燃料インジェクタの半
    径方向外側に位置していることを特徴とする請求項２２
    に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 酸素用通路近傍の該燃料インジェクタ
    の通路を、該燃料インジェクタの出口にパイロット火炎
    を形成するように少なくとも１の高品質燃料を導入する
    ために使用することを特徴とする請求項２２ないし２４
    のいずれか１項に記載の方法。
  26. 【請求項２６】 該燃料インジェクタ内に少なくとも１
    の燃料流と少なくとも１の空気流を生じさせ、該燃料イ
    ンジェクタ内に生成した少なくとも１の空気流および／
    または燃料流を酸素で富化することを特徴とする請求項
    ２１ないし２５のいずれか１項に記載の方法。
  27. 【請求項２７】 燃料とこの燃料用のキャリヤー流体を
    該燃料インジェクタ中に導入することにより該燃料イン
    ジェクタ内に燃料流を生じさせ、この燃料流を、該キャ
    リヤー流体を酸素で富化することにより酸素で富化する
    ことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
  28. 【請求項２８】 該燃料を流体の形態で該インジェクタ
    中に導入することを特徴とする請求項２７に記載の方
    法。
  29. 【請求項２９】 該燃料を固体粒子の形態で該インジェ
    クタ中に導入することを特徴とする請求項２７に記載の
    方法。
  30. 【請求項３０】 該キャリヤー流体をそれが３５％と高
    くあり得る酸素濃度を有するまで酸素で富化することを
    特徴とする請求項２７ないし２９のいずれか１項に記載
    の方法。
  31. 【請求項３１】 該燃料が、低品質燃料であることを特
    徴とする請求項２６ないし３０のいずれか１項に記載の
    方法。
  32. 【請求項３２】 一次燃焼ユニットにより注入される燃
    料の完全燃焼により供給される理論パワーのＭＷ当たり
    ２ないし２０ｍ3 ／時（ＳＴＰ）の流量で酸素を該ロー
    タリーキルンの一次燃焼ユニットの燃料注入ゾーンに導
    入することを特徴とする請求項２０ないし３１のいずれ
    か１項に記載の方法。
  33. 【請求項３３】 クリンカーの製造のための方法である
    請求項１ないし３２のいずれか１項に記載の方法。
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