JP2001335347A

JP2001335347A - セメント原料の仮焼装置

Info

Publication number: JP2001335347A
Application number: JP2000150057A
Authority: JP
Inventors: Shozo Kanamori; 省三金森; Noboru Ichitani; 昇市谷; Isao Hayashi; 功林; Mikio Murao; 三樹雄村尾
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-05-22
Filing date: 2000-05-22
Publication date: 2001-12-04
Anticipated expiration: 2020-05-22
Also published as: JP3768070B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】セメント原料の仮焼装置の仮焼炉におけるキル
ン排ガス中のＮＯｘの脱硝率をさらに向上させられるよ
うに、二次空気の供給、燃料供給、炉本体内のガス（キ
ルン排ガス、燃料、原料、二次空気の混合ガス）の流れ
を改善すべく、セメント原料の仮焼装置の炉本体の機
構、構造を改善すること。【解決手段】仮焼炉の炉本体４０の円筒部下端に、接線
方向に二次空気を供給４６ａして当該二次空気によって
炉内のロータリーキルン排ガスに旋回流を生じさせて、
二次空気供給位置よりも下方において燃料を供給４８し
て酸素欠乏環境における還元脱硝作用を助長し、炉本体
下部の円錐部内面の一部を円周方向に平坦な平面部にし
て原料落下速度を高めたセメント原料の仮焼装置を前提
として、上記二次空気供給ダクトを炉本体に接線状に接
続したときのダクト中心の偏心量をＲ_０とするとき、上
記二次空気供給位置を０．５Ｒ_０〜０．８Ｒ_０の半径方
向位置としたこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は仮焼炉付セメントクリ
ンカ焼成装置（ＮＳＰ方式）を構成するセメント原料の
仮焼装置、殊にその仮焼炉の炉本体に関するものであ
り、仮焼装置の排ガス中のＮＯｘ濃度、即ちプラントか
らのＮＯｘ排出量を著しく低減することができるもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】ＮＳＰ方式には、種々の形式の仮焼炉が
知られているが、ロータリーキルン窯尻に直接仮焼炉を
立設する形式のものが、以下の理由でキルン排ガス中の
ＮＯｘを脱硝し、ＮＯｘ排出量の低減を図るためには、
最も適した形式といえる。この種の従来技術の一つは、
サスペンションプレヒータで余熱され、仮焼炉で仮焼さ
れたセメント原料をロータリーキルンで約１５００℃で
焼成して、この焼成品をクリンカクーラで冷却するセメ
ントクリンカの焼成装置において、ロータリーキルンか
らの高温排ガスが仮焼炉の炉本体の下端から吹き込まれ
て噴流層を形成し、また、余熱された燃焼用二次空気が
仮焼炉本体の側方から接線状に吹込まれて渦流部を形成
し、仮焼炉本体に供給された燃料が、この渦流部で効率
よく燃焼すると同時に、仮焼炉本体に投入されたセメン
ト原料の仮焼（脱炭酸反応ＣａＣＯ_３→ＣａＯ＋Ｃ
Ｏ_２）が効率よくなされるとともに、ロータリーキルン
からの排ガス（ＮＯｘ高濃度ガス）の脱硝がなされる
（ＮＯｘの還元反応）。他方、仮焼炉の炉本体からの排
ガスがサスペンションプレヒータの下端に供給され、サ
スペンションプレヒータでセメント原料を余熱し、これ
が炉本体に供給され、仮焼炉で仮焼された原料は最下段
のサイクロンで分離されてロータリーキルンに供給され
る。ロータリーキルンでは燃料が供給されて燃焼加熱さ
れるとともに、セメント原料中の酸化カルシウムと粘土
（ＳｉＯ_２，ＡｌＯ_３，ＦｅＯ_３）とが反応してセメン
トクリンカが生成される。このセメントクリンカ生成反
応は、高温（１５００℃）を要するので、ロータリーキ
ルンバーナの火炎温度は１８００〜２０００℃の高温に
なり、空気中の窒素が酸素と反応して多量のサーマルＮ
Ｏｘが生じる。このＮＯｘを如何にして分解するかが、
仮焼装置の排ガスＮＯｘを低減するための重要な課題で
ある。一方、燃料の燃焼過程で生成するＨＣ、ＮＨｉ等
の中間生成ガスによってＮＯｘが分解され、さらに、Ｃ
Ｏ、Ｈ等によってもセメント原料を触媒として脱硝され
ることが知られている。従って、仮焼炉に吹込まれた燃
料が二次空気の旋回流中で燃焼進行中の渦流部と、多量
のＮＯｘを含むキルン排ガスの噴流部を如何に混合する
かが脱硝率向上のためのキーポイントである。

【０００３】ところで、以上のようなセメントクリンカ
焼成装置におけるサスペンションプレヒータと仮焼炉本
体の配置関係、炉本体への燃料供給、クリンカクーラに
よって余熱された二次空気の炉本体への供給、セメント
原料の炉本体への供給について様々のものがある。例え
ば特公昭５８−４６４６２号は二次空気供給位置よりも
下方に燃料供給ノズルを配置して、仮焼炉の下部が酸素
欠乏雰囲気になるよう燃料を供給して、原料の触媒作用
下で、燃料が熱分解したＣＨなどの還元性ガスによって
ＮＯｘの脱酸素反応を積極的に起こさせ、これによって
ロータリーキルン排ガス中のＮＯｘを脱硝し、プラント
排ガスのＮＯｘ濃度を低減しようとするものがある。ま
た、特開平２−２９３３５７号公報のものは、仮焼炉に
供給する燃料の燃焼用二次空気の一部を分岐して再燃焼
用空気として上方の絞り部に導入するいわゆる二段燃焼
を行い、仮焼炉下部に酸素欠乏雰囲気を形成して、ロー
タリーキルン排ガス中のＮＯｘを還元しようとするもの
である。他方、仮焼炉本体では、ロータリーキルンから
高速で吹き上げられてくる排ガスと、供給される燃料、
セメント原料（以下「原料」という）、二次空気が十分
に撹拌、混合されることが必要であり、原料が炉本体内
で吹き上げられることなく、炉本体内壁面にそってロー
タリーキルンへ落下することは極力回避しなければなら
ず、この問題を解決したものが上記特公昭５８−４６４
６２号公報に記載された仮焼炉の炉本体の構造である
（以下これを「従来技術」という）。また、炉本体の底
に高速（３０ｍ／ｓ）で吹き込まれた排ガスが炉本体の
中央を上方に吹き抜けることを極力回避しなければなら
ない。また、上記従来技術の炉本体は図１、図２に示す
機構、構造を有するものであり、仮焼炉の炉本体１０の
下部の円錐部１１の下端が、角筒１２を介してロータリ
ーキルン１４の尻部に接続されている。円錐部１１の内
側の曲面部１１ａに周方向に平坦な平面部１１ｂを設け
てある。仮焼炉の炉本体１０の円筒部１０ａの下部に二
次空気管１５を、円筒部１０ａの外周に接線方向に向け
て接続している。

【０００４】この従来技術では、炉本体１０の円錐部１
１に燃料ノズル１６を設けて円錐部１１内に燃料を供給
し、二次空気管１５の上方に原料供給管１７を接続して
二次空気供給位置よりも上方において原料を供給し、接
線方向に吹き込まれた二次空気流によって、炉本体１０
内に旋回流を生じさせ、これによって排ガス、燃料、原
料の混合を促進させようとしている。これとともに、円
錐部１１の内面にそって旋回する原料Ｐ（図１参照）が
上記平面部１１ｂにそって円周方向に流れるとき（平面
部１１ｂを横切るとき）、平面部１１ｂの曲率半径は無
限大であるから、原料に作用する遠心力が低下し、その
結果、原料の下方への落下速度（図１における分力Ｗ_１
により、摩擦抵抗などに抗して落下する速度）を増すこ
とにより下向きに方向を変えるとともに、原料が分散さ
れ円錐部１１の内面から離れる。このような現象が平面
部１１ｂを横切る度に繰り返されながら、原料は円錐部
の下端に向かって壁の平面部に沿って落下する。原料が
円錐部の下端から角筒１２に落ち込むとき、上記原料は
角筒１２の上端中央部（排ガスの噴流速度が最も早い部
分）に向かってゆっくり滑り落ちることになり、そのた
め、排ガスの高速噴流に吹上げられるから、角筒１２の
壁面にそってロータリーキルンの排出口に直接落下する
ことが防止される。このようにロータリーキルンへの原
料の直接落下を防止できるから、角筒１２の上端中央部
の排ガス流速を、上記平面部１１ｂを有しないものより
も低下させることができ、また、炉本体中央を上昇する
排ガス流を一層拡散させて、この排ガス噴流の上方への
吹き抜けを防止することができるものである。

【０００５】このものは、角筒１２から仮焼炉の炉本体
１０の底、すなわち円錐部１１の下端に吹き込まれる高
速のキルン排ガス流が原料流の作用で炉本体１０の中央
を吹き抜けるのを防止されるので、キルン排ガスの仮焼
炉本体内での拡散を改善するから、炉本体１０内での脱
硝率を向上させることができ、したがって、キルン排ガ
ス中のＮＯｘ濃度を仮焼炉本体１０内で低減することが
できる。さらに、このものにおいては二次空気管１５か
ら二次空気が吹き込まれる位置よりも下部に燃料ノズル
を配置しているので、円錐部１１の酸素欠乏雰囲気に燃
料が吹き込まれることになるから、燃料の熱分解によっ
て生じるＨＣ等の中間生成物（還元性ガス）による、炉
本体下部における還元反応が促進されるというものであ
る。しかし、上記従来技術については、燃焼用二次空気
を炉本体に接線方向に導入しているので、旋回流が強す
ぎるため、炉本体内壁面近傍に二次空気の領域が形成さ
れる。そして、そこに燃料を供給するので、燃焼性は良
好であるが、ほぼ燃焼を完結して還元性ガスが消失（燃
焼）した後キルン排ガスと混合することになるので、キ
ルン排ガス中のＮＯｘの脱硝作用は必ずしも充分なもの
ではない。また、このものは、二次空気を円筒部１０ａ
の外周部に接線方向に導入しているので炉本体１０内の
旋回流が強すぎて、炉本体の中央を吹き抜けようとする
排ガスに対する撹拌混合作用は不充分であるので吹き抜
け防止効果がなく、キルン排ガス中のＮＯｘの一部がそ
のまま排出される。従って、仮焼炉内での脱硝作用が必
ずしも充分ではない。このため、可及的に脱硝効果を高
めるという観点からすれば、脱硝率の点において必ずし
も満足できるものではない。

【０００６】

【解決しようとする課題】この発明は、上記従来技術を
前提として、その脱硝率をさらに向上させられるよう
に、上記の二次空気の供給、燃料供給、炉本体内のガス
（排ガス、燃料、原料、二次空気の混合ガス）の流れを
改善すべく、セメント原料の仮焼装置の炉本体の機構、
構造を改善することをその課題とするものである。

【０００７】

【課題解決のために講じた手段】

【解決手段１】上記課題解決のために講じた手段１は、
ロータリーキルンの窯尻に立設する形式の仮焼炉の炉本
体の円筒部下端に、接線方向に燃焼用二次空気を供給
し、旋回流を生じさせて仮焼炉内壁面近傍に二次空気の
領域を形成し、二次空気供給位置よりも下方において燃
料を供給して燃焼させると共に、原料の脱炭酸反応を行
い、かつ、酸素欠乏環境におけるキルン排ガス中のＮＯ
ｘの還元脱硝作用を助長し、炉本体下部の円錐部内面の
一部を円周方向に平坦な平面部にして原料落下方向を下
向きに変えるようにしたセメント原料の仮焼装置を前提
として、上記二次空気ダクトを炉本体に接線状に接続し
たときのダクト中心の偏心量をＲ_０とするとき、上記二
次空気ダクト中心位置を０．５Ｒ_０〜０．８Ｒ_０の半径
方向位置としたことである。

【０００８】

【作用】上記炉本体の円筒部下端において接線方向に向
けられた上記二次空気供給口の位置が半径方向外方に位
置するほど炉内旋回流が強くなり、供給された燃料およ
び原料との混合撹拌が良好になる反面、炉本体下端から
吹き上げられるロータリーキルン排ガスとの混合作用、
上記排ガスの吹抜防止作用は小さくなる。他方、二次空
気供給口の位置がある位置までは半径方向内側に位置す
るに従って炉内旋回流は弱くなり、炉本体下端から吹き
上げられるロータリーキルン排ガスと二次空気との撹拌
混合作用およびロータリーキルン排ガスの上方への吹抜
防止作用は大きくなる。しかし、あまり旋回流を弱くす
ると、かえって二次空気と供給された燃料および原料と
の撹拌混合作用が弱いため燃焼性・熱効率が低下する。
また、酸素欠乏雰囲気（二次空気供給位置よりも下方の
炉内雰囲気）で生成されたＨＣ等の還元性ガスとキルン
排ガスとの混合が悪くなり、キルン排ガス中ＮＯｘの脱
硝率が低下する。二次空気供給ダクトを炉本体に接線状
に接続した時のダクト中心の偏心量をＲ_０とするとき、
二次空気供給ダクト中心の位置を０．５Ｒ_０〜０．８Ｒ
_０にすることによって、二次空気の吹き込みによる旋回
流によって撹拌作用、吹抜防止作用のバランスがよく、
炉本体底部での燃料、原料とロータリーキルン排ガスと
の撹拌、混合が効果的になされ、その結果、燃料の燃焼
進行中に生成するＨＣ等の還元性ガスが、触媒となるセ
メント原料の存在下で、キルン排ガス中のＮＯｘを効果
的に還元脱硝するので、脱硝率が最も高くなる。

【０００９】

【解決手段２】解決手段２は上記解決手段１による仮焼
装置について、その炉本体の中間に環状の括れ部を設
け、炉本体に供給される原料のほぼ１／２を炉本体の円
筒部下端に設けた上記二次空気供給口近傍に投入し、残
りの原料の１／２を上記括れ部に投入することである。

【作用】炉本体の中間に環状の括れ部を設けたことで、
旋回しながら上昇する炉内ガスの上昇流が、上記括れ部
で絞られて半径方向内方に向けられ、これで半径方向に
撹拌される。従って、炉本体下部での燃料、原料と二次
空気との混合およびキルン排ガスとの撹拌混合がより良
好となり脱硝効果が向上する。また、炉本体下部に未燃
分（ＨＣ，ＣＯ等）が残存しても、絞り効果で排ガス中
の余剰Ｏ_２と反応するので、炉本体上部で完全燃焼し、
熱効率低下に至ることはない。また、余熱された原料の
ほぼ１／２が、炉本体中間の括れ部に供給されるので、
原料が炉本体中心部を上昇するキルン排ガスと衝突し、
キルン排ガス中ＮＯｘの一部がそのまま吹き抜けるのを
防止するので、炉本体内での脱硝率が向上する。

【００１０】

【解決手段３】解決手段３は上記解決手段１によるセメ
ント原料の仮焼装置について、その炉本体下端の上記円
錐部の下端に燃料供給ノズルを設け、炉本体内に投入さ
れる全燃料の１０〜２０％を、上記燃料供給ノズルから
上記円錐部内に供給することである。

【作用】上記角筒から炉本体内に吹き込まれるロータリ
ーキルン排ガスの噴流内に、上記炉本体に供給される燃
料の１０〜２０％が吹き込まれるので、最も高温でかつ
最も酸素が欠乏した環境に燃料が吹き込まれることにな
る。したがって、上記キルン排ガス中の残酸素が効率的
に奪われて燃料の燃焼過程で生成するＨＣ等の還元性ガ
スとキルン排ガス中のＮＯｘが効果的に接触し反応する
ので、脱硝率が高くなり、プラントから排出するＮＯｘ
濃度を大幅に低減することができる。

【００１１】

【解決手段４】解決手段４は、上記解決手段２におけ
る、炉本体円筒部下端部に供給される二次空気供給量を
炉本体に供給される全燃焼用空気量の７０〜９０％と
し、上記括れ部に供給される再燃焼用空気量を残りの３
０〜１０％にしたことである。そして、再燃焼用空気吹
込ダクトを炉本体の括れ部に接線状に接続したときダク
ト中心の偏心量をｒ_０とすると、上記再燃焼用空気吹込
ダクト中心位置をｒ＝０．５ｒ_０〜０．８ｒ_０の半径位
置としたことである。

【作用】炉本体円筒部下端には、全燃焼用空気量の７０
〜９０％しか供給されないので、確実に上記円錐部の酸
素欠乏によるＨＣ等の還元性ガスの発生量が多くなり、
括れ部より下部の炉本体内全体が還元性雰囲気になる。
これにより、キルン排ガス中のＮＯｘはいっそう確実に
還元されるので、仮焼炉内でのキルン排ガス中ＮＯｘの
脱硝率は著しく向上する。また、上記括れ部に半径方向
０．５ｒ_０〜０．８ｒ_０偏心させた位置に供給された再
燃焼用空気による半径方向への撹拌作用によって、炉本
体下部から上昇してきた排ガス中のＨＣ，ＣＯ等の未燃
分が、再燃焼用空気と十分混合されるので、炉本体上部
で確実に燃焼を完結し、二段燃焼しても未燃損失による
熱効率の低下はない。

【００１２】

【解決手段５】解決手段５は、解決手段による炉本体中
間の上記括れ部の中心に邪魔部材を設けたことである。

【作用】炉本体の中央を吹き抜けようとする排ガスが上
記邪魔部材によって邪魔され、半径方向外方に押しやら
れるので、これによって上記吹き抜けが防止されるとと
もに、炉内中央の排ガス流が燃料、原料濃度の比較的高
い周囲の排ガスとよく混合される。したがって、炉内全
体で排ガスと燃料、原料、二次空気との混合が促進さ
れ、濃度分布の均一化が計られる。特に二段燃焼した場
合には、括れ部での撹拌混合効果がいっそう促進される
ので、再燃焼用空気割合を多くすることにより、未燃損
失なく、よりいっそう脱硝率の向上を図ることができ
る。

【００１３】

【解決手段６】上記解決手段１におけるロータリーキル
ン排ガスの噴流速度を２５ｍ／ｓ以下にしたことであ
る。

【作用】解決手段１のセメント原料の仮焼装置の炉本体
では、壁面に沿ってロータリーキルンに滑り落ちる原料
が、ロータリーキルンから上記炉本体の底に噴出する排
ガス噴流で吹き上げられるので、ロータリーキルン排ガ
ス噴出口（上記角筒の上端開口）に直接落下することは
なくなる。したがって、ロータリーキルン排ガスの噴流
速度（平均流速）を２５ｍ／ｓ以下にコントロールして
も支障はない。このことから、ロータリーキルンの焼成
に支障を生じない範囲内で、仮焼炉の炉本体の下端に流
入する排ガスの噴流速度を可及的に抑制することがで
き、その結果、炉本体内の上記排ガスの上昇速度が低下
され、その吹き抜けが防止され、炉本体内での撹拌混合
効果がよくなり脱硝率が一層向上する。また、上記排ガ
ス噴流速度を低下させたことで、キルン排ガス噴流層の
圧力損失及び圧力変動を低減することができ、それだけ
操業が安定することになる。さらに、上記圧力損失の低
減により、二次空気吹込流速も低下できるので、キルン
排ガスと二次空気、燃料、原料の撹拌混合がより良好と
なり、キルン排ガス中ＮＯｘの脱硝率がいっそう向上す
る。

【００１４】

【実施例】図３〜図６を参照しながら実施例を説明す
る。この実施例は、図１、図２に示す従来例と基本的に
類似しており、ロータリーキルン窯尻に立設して炉本体
下端部にキルン排ガスを噴入し噴流層を形成すると共
に、炉本体下部円筒部下端に接線状に二次空気を導入し
て渦流室を形成する仮焼炉である。この実施例の仮焼炉
の炉本体４０はそのほぼ中央に環状の括れ部４０ｂを有
し、この括れ部４０ｂに炉本体円筒下端部に導入する二
次空気吹込ダクト４６ａから分岐して、再燃焼用空気と
して炉本体に吹込む再燃焼用空気ダクト４３，４３を半
径方向に設けてあり、また、この括れ部４０ｂの下方円
錐部４４に原料供給管４５を設けている。この原料供給
管４５は仮焼炉本体の中心に向かって投入され、炉本体
中心部を吹き抜けようとするキルン排ガス噴流と衝突し
吹き抜けを防止する。この括れ部４０ｂの内径は、炉本
体の円筒部の内径の約７５％である。この括れ部の内径
が小さいほど排ガスの上昇流に対する絞り効果は大きい
が、圧力損失も大きくなるので、これらの兼ね合いから
概略上記の値が適当である。炉本体に供給される全燃焼
空気量の１０〜３０％を上記一対の再燃焼用空気ダクト
４３，４３から供給すればよいが、この例においては、
再燃焼用空気ダクト４３，４３からの吹込み流速が２０
ｍ／ｓであり、流量については炉本体に供給される全燃
焼用空気量の２０％を供給している。この再燃焼用空気
は括れ部を上方に向かって通過するガス流に対して、括
れ部の中心から半径方向にｒだけ偏心して配置されてお
り、偏心量ｒは、括れ部に接線状に接続した場合の偏心
量ｒ_０に対して、ｒ＝０．５ｒ_０〜０．８ｒ_０にすれば
良いが、この例では、０．７ｒ_０にしている。このよう
に、再燃焼用空気を炉本体に吹込むと、炉本体下部で酸
素欠乏のために残留したＨＣ，ＣＯ等の未燃焼分を含む
排ガスと再燃焼用空気との撹拌、混合が良好となり、炉
本体上部で未燃分を完全に燃焼させることができ、未燃
損失が発生しない。この再燃焼用空気量の割合をあまり
多くすると仮焼炉出口で未燃分が残る状態（未燃損失）
が発生し熱効率が低下する。また、炉本体上部で未燃分
が燃焼する際に再生成されるＮＯｘが増加し、全体とし
ての脱硝率がかえって低下することとなる。逆に、この
割合が少なすぎると炉本体下部での還元性ガスが少なく
なり脱硝効果も少なくなる。この例においては、上記の
ように選定したことによって未燃分を排出することなく
排ガスＮＯｘ濃度を最少にすることができる。

【００１５】仮焼炉本体下部の円筒部４０ａの下端に一
対の二次空気ダクト４６，４６ａを設けてあり、この二
次空気ダクト４６の偏心量Ｒは炉本体下部の円筒部４０
ａに二次空気ダクトを接線状に接続した場合の偏心量ｒ
_０の７０％である。クリンカクーラーで余熱された二次
空気が、上記二次空気ダクト４６，４６ａおよび再燃焼
用空気吹込ダクト４３，４３ａから炉本体４０に供給さ
れるが、全燃焼用空気量の８０％が二次空気ダクト４６
及び４６ａから供給される。なお、この例においては、
一方の二次空気ダクト４６ａの炉本体との接続部付近の
天井面に原料供給管４７を直接接続しているので、この
二次空気ダクト４６ａから二次空気とともに還元触媒の
ための原料が吹き込まれることになる。この原料供給管
４７から上記原料供給管４５とほぼ等しい量の原料が供
給される。仮焼炉本体４０に供給される二次空気量およ
び再燃焼用空気量の合計量は、本仮焼装置の燃料供給量
に応じて調整され、必要な理論燃焼空気量の１．０５〜
１．１５倍にすると未燃分を排出することなく、排ガス
ＮＯｘ濃度を最少にすることができる。二次空気吹込流
速はキルン排ガス噴流流速の約８０％にすると撹拌、混
合性が良く、キルン排ガス中ＮＯｘの脱硝率が最も高く
なる。この実施例の仮焼炉の炉本体においては、二次空
気ダクト４６，４６ａから下方円筒部４０ａに吹き込ま
れる二次空気の流速をほぼ２０ｍ／ｓにしている。上記
偏心量ＲはＲ_０の５０〜８０％の範囲で選択すればよい
が、二次空気ダクト４６からの二次空気の吹込流速およ
びキルン排ガスの噴流流速を勘案して偏心量を上記の値
に選定している。二次空気およびキルン排ガスの流入流
速が高いほど上記偏心量を小さくし、流速が低いほど上
記偏心量を大きくするのが望ましい。上記二次空気ダク
ト４６，４６ａよりも下方に上中下三段の燃料ノズル４
８ａ、４８ｂ、４８ｃが設けられており、排ガスとの混
合を良好にするために、各段の燃料ノズルが円周方向に
ほぼ等間隔に複数設けられている。上段の燃料ノズル４
８ａは二次空気ダクト４６の高さとほぼ等しい高さ位置
にあって、斜め下方に向けられていて、当該燃料ノズル
からの燃料が炉本体４０下部の円錐部４１の内部空間に
吹き込まれる。なお、上記円錐部４１の内面は、上記従
来例と同様に曲面部４１ａに平面部４１ｂを設けたもの
になっている。

【００１６】中段、下段の燃料ノズル４８ｂ，４８ｃは
ほぼ水平に向けられているが、下段の燃料ノズル４８ｃ
は円錐部４１の下端にあって半径方向内方に向けられ
て、当該燃料ノズル４８ｃからの燃料が、角筒４９から
のロータリーキルン排ガス噴流の中心に向かって吹き込
まれるようにしている。これによって燃料ノズル４８ｃ
から吹き込まれた燃料が、ロータリーキルン排ガス噴流
に直接吹き込まれるので、ロータリーキルン排ガスの噴
流と燃料とがよく混合され、最も酸素欠乏状態にある排
ガス噴流から残酸素が効果的に奪われるので、一層脱硝
能率が向上する。この下段燃料ノズル４８ｃからの燃料
供給量は、炉本体４０に供給される燃料全量の１０〜２
０％の範囲で選択すればよいのであるが、この実施例で
は１５％にしている。下段燃料ノズル４８ｃからの燃料
供給割合をどの程度とするかは角筒４９からのロータリ
ーキルン排ガス噴流中の残存Ｏ_２量と関連することであ
り、通常キルン排ガスのＯ_２濃度は１．５〜３％なの
で、下段燃料ノズル４８Ｃからの燃料供給割合を上記の
範囲に設定すると、キルン排ガス中のＯ_２を消費して適
量のＨＣ、ＣＯ等未燃焼ガスが残る状態となる。他方、
この割合が高過ぎると、未燃ガスが吹き抜けて熱効率を
低下させ、また、再燃焼時のＮＯｘ再生成量も多くな
る。低過ぎると、還元性ガス発生量が少なく、キルン排
ガスＮＯｘの脱硝も少なくなるので、これらを勘案して
上記割合を適宜選択すればよい。

【００１７】またこの実施例においては、角筒４９から
のロータリーキルン排ガス噴流の流速が２０ｍ／ｓ〜２
５ｍ／ｓの範囲で運転されるように設計される。この噴
流速度は２５ｍ／ｓ以下であればよいのであるが、噴流
速度が余り低いと、一部の原料がキルンに直接落下する
現象が発生し、熱効率低下と運転が不安定になる問題を
生じることになる。したがって、噴流速度を２０ｍ／ｓ
以下にすることは実際にはできない。これらのことか
ら、実際には上記噴流速度を２０ｍ／ｓ〜２５ｍ／ｓの
範囲で適宜選択することになる。

【００１８】さらに、この実施例においては、上下両端
を円錐状にした円筒状の邪魔部材５０を上記括れ部４０
ｂの中心に配置している。上記括れ部４０ｂの内径は６
０００ｍｍであり、これに対して上記邪魔部材５０の直
径は１０００ｍｍであるから括れ部と邪魔部材５０によ
って環状の流路が形成される。なお、円錐面５０ａの高
さは２０００ｍｍである。また、邪魔部材５０の上下を
円錐面５９ａにしているのは、原料の堆積、固結を防止
し、邪魔部材による炉内ガスの圧力損失をできるだけ少
なくするためである。邪魔部材５０は、耐熱性がなけれ
ばならないが、その表面に原料が付着し難いものである
ことが望ましい。この例においては邪魔部材の材料をＳ
ＵＳ３１０Ｓにしている。この邪魔部材５０は適宜の支
持部材（図示略）を介して括れ部４０ｂの内面に支持さ
せねばならないが、この支持部材の材料についても邪魔
部材５０と同様である。この邪魔部材は炉中央を吹き抜
けるガス流を半径方向外方に押しやって周囲の旋回流に
合流させるものであるから、それほど大径である必要は
ない。余り大径であると炉内旋回流を乱して括れ部４０
ｂより上方における旋回流を弱めてしまうことになり兼
ねない。したがって、この邪魔部材は所期の機能を奏す
る限度においてできるだけ小さい方が望ましい。この例
で邪魔部材の直径の上記値は、以上の観点から選定した
値である。上記支持部材は炉内ガスの上昇、旋回の障害
となり、本体内ガス流を乱すことになるから、その影響
が炉内に均等に及ぶように、炉中心に対して対称に配置
するのが望ましい。

【００１９】

【効果】以上述べたところから、この発明の効果は明ら
かであるが、これをまとめると次のとおりである。炉本
体の円筒部下端に、接線方向に燃焼用二次空気を供給
し、旋回流を生じさせて炉内壁面近傍に二次空気の領域
を形成し、二次空気供給位置よりも下方において燃料を
供給して燃料を燃焼させると共に、原料の脱炭酸反応を
行い、かつ、酸素欠乏環境におけるキルン排ガス中のＮ
Ｏｘの還元脱硝作用を助長し、炉本体下部の円錐部内面
の一部を円周方向において平坦な平面部にして原料落下
方向を下向きに変えるようにしたセメント原料の仮焼装
置を前提として、上記二次空気ダクトを炉本体に接線状
に接続した時のダクト中心の偏心量をＲ_０とするとき、
上記二次空気供給ダクト中心位置を０．５Ｒ_０〜０．８
Ｒ_０の半径方向位置としたことで、二次空気によって生
じる旋回流による撹拌作用、吹き抜け防止作用のバラン
スがよくなり、炉本体底部での燃料、原料とロータリー
キルン排ガスとが炉本体内全体で効果的に混合され、そ
の結果、燃料の燃焼進行中に生成するＨＣ等の還元性ガ
スが触媒となるセメント原料の存在下で、キルン排ガス
中のＮＯｘを効果的に還元脱硝するので脱硝率が最も高
くなる。

【００２０】さらに、上記炉本体の中間に環状の括れ部
を設け、炉本体に供給される原料のほぼ１／２を炉本体
の円筒部下端に設けた上記二次空気供給口近傍に投入
し、残りの原料の１／２を上記括れ部に投入すること
で、旋回しながら上昇する炉内ガスの上昇流が、上記括
れ部で絞られて半径方向内方に向けられ、ここで半径方
向に撹拌される。したがって、炉本体下部での燃料、原
料と二次空気との混合、およびキルン排ガスとの撹拌、
混合がより良好となり脱硝効果が向上する。また、炉下
部に未燃分（ＨＣ、ＣＯ等）が残存しても、絞り効果で
排ガス中の余剰Ｏ_２と混合・反応するので、炉本体上部
で完全に燃焼し、熱効率低下に至ることはない。また、
余熱された原料のほぼ１／２が、炉本体中間の括れ部に
供給されるので、原料が炉本体中心部を上昇するキルン
排ガスと衝突し、キルン排ガス中のＮＯｘの一部がその
まま吹き抜けるのを防止するので炉本体内での脱硝率が
向上する。

【００２１】さらに、上記炉本体の上記円錐部の下端に
燃料供給ノズルを設け、当該燃料供給ノズルから炉本体
に投入される燃料の１０〜２０％を、上記円錐部内に供
給することで、上記角筒から炉本体内に吹き込まれるロ
ータリーキルン排ガスの噴流内に、上記炉本体に供給さ
れる燃料の１０〜２０％が吹き込まれるので、最も高温
でかつ最も酸素が欠乏した環境に燃料が吹き込まれるこ
とになる。したがって、上記キルン排ガス中の残酸素が
効率的に奪われ、燃料の燃焼過程で生成するＨＣ等の還
元性ガスとキルン排ガス中のＮＯｘが効果的に接触し反
応するので、脱硝率が高くなり、プラントから排出する
ＮＯｘ濃度を大幅に低減することができる。

【００２２】さらに、上記炉本体円筒部下端部に供給さ
れる二次空気供給量を炉本体に供給される全燃焼用空気
量の７０〜９０％とし、上記括れ部に供給される再燃焼
用空気量を残りの３０〜１０％にし、更に、再燃焼用空
気吹込ダクトを炉本体の括れ部に接線状に接続したとき
のダクト中心の偏心量をｒ_０とすると、上記再燃焼用空
気吹込みダクト中心位置をｒ＝０．５ｒ_０〜０．８ｒ_０
の半径位置としたことで、炉本体下部円筒部には全燃焼
用空気量の７０〜９０％しか供給されないので、より確
実に、上記円錐部の酸素欠乏によるＨＣ等の還元性ガス
の発生量が多くなり、括れ部より下部の炉本体内全体が
還元性雰囲気になる。これにより、キルン排ガス中のＮ
Ｏｘはいっそう確実に還元されるので、仮焼炉内でのキ
ルン排ガス中の脱硝率は著しく向上する。また、上記括
れ部に半径方向に０．５ｒ_０〜０．８ｒ_０偏心させた位
置に供給された再燃焼用空気による半径方向の撹拌作用
によって炉本体下部から上昇してきたキルン排ガス中の
ＨＣ、ＣＯ等の未燃分が再燃焼用空気と十分混合される
ので、炉本体上部で確実に燃焼を完結し、二段燃焼して
も未燃損失による熱効率の低下はない。

【００２３】さらに、炉本体中間の上記括れ部の中心に
邪魔部材を設けたことで、炉本体の中央を吹き抜ける排
ガス流が上記邪魔部材によって邪魔され、半径方向外方
に押しやられるので、これによって上記吹き抜けが防止
されるとともに、中央の排ガス流が、燃料、原料濃度の
比較的高い周囲の排ガスとよく混合される。したがっ
て、排ガスと燃料、原料、二次空気との混合が促進され
る。特に二段燃焼した場合には、括れ部での撹拌効果
が、いっそう促進されるので、再燃焼用空気割合を多く
することにより、未燃損失なく、いっそうの脱硝率の向
上を図ることができる。

【００２４】さらに、ロータリーキルン排ガスの噴流速
度を２５ｍ／ｓ以下にしたことで、炉本体内の上記排ガ
スの上昇速度が低下され、その吹き抜けが防止され、炉
本体内での脱硝率がいっそう向上する。また、上記排ガ
スの噴流速度を低下させたことで、キルン排ガス噴流層
の圧力損失及び圧力変動を低減することができ、それだ
け操業が安定することになる。さらに、上記圧力損失の
低減により、二次空気吹込流速も低下できるので、キル
ン排ガスと二次空気、燃料、原料の撹拌、混合がより良
好となり、キルン排ガス中のＮＯｘの脱硝率がいっそう
向上する。

【００２５】以上のとおりこの発明は、上記解決手段１
乃至解決手段６によって、仮焼炉の炉本体内での脱硝促
進のための種々の方向からの様々な効果を生じるが、こ
れらの解決手段を種々に組み合わせて講じることで、そ
れぞれの効果が重畳して、全体として、従来技術におけ
るものに比してその脱硝効果を顕著に向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は従来例の炉本体の要部断面図である。

【図２】は図１のＸ−Ｘ断面図である。

【図３】は実施例の縦断面図である。

【図４】は図３のＡ−Ａ断面図である。

【図５】は図３のＢ−Ｂ断面図である。

【図６】は図３のＣ−Ｃ断面図である。

【図７】はセメントクリンカ焼成装置の全体図である。

【符号の説明】

１０：従来例の炉本体１１：円錐部１１ａ：曲面部１１ｂ：平面部１２：角筒１４：ロータリーキルン１５：二次空気管１６：燃料ノズル１７：原料供給管４０：実施例の炉本体４０ａ：下方円筒部４０ｂ：括れ部４１：円錐部４１ａ：曲面部４１ｂ：平面部４３：再燃焼用空気ダクト４４：下方円錐部４５：原料供給管４６，４６ａ：二次空気ダクト４７：原料供給管４８ａ，４８ｂ，４８ｃ：燃料ノズル４９：角筒５０：邪魔部材５０ａ：円錐面

フロントページの続き (72)発明者林功神戸市中央区東川崎町３丁目１番１号川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者村尾三樹雄神戸市長田区川西通２丁目４番地川崎エンジニアリング株式会社内Ｆターム(参考） 4G012 KC03 KC04 KC09 4K056 AA12 CA08 DA33 DB09 FA08 4K061 AA08 BA01 HA03 HA05 4K063 AA18 BA07 CA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロータリーキルンの窯尻に立設したセメン
ト原料仮焼炉の炉本体の下部円筒部下端に二次空気ダク
ト、原料供給管を設け、上記円筒部下方に連接する円錐
部に燃料ノズルを設け、上記炉本体の下部円筒部下端
に、接線方向に二次空気を供給し、旋回流を生じさせて
仮焼炉内壁面近傍に二次空気の領域を形成し、二次空気
供給位置よりも下方において燃料を供給して燃焼させる
と共に原料の脱炭酸反応を行い、かつ、炉本体内での還
元脱硝作用を助長し、炉本体下部の円錐部内面の一部を
円周方向に平坦な平面部にして原料落下方向を下向きに
変えるようにしたセメント原料の仮焼装置において、上記二次空気ダクトを炉本体に接線状に接続したときの
ダクト中心の偏心量をＲ_０とするとき、上記二次空気ダ
クトの中心位置を０．５Ｒ_０〜０．８Ｒ_０の半径方向位
置としたセメント原料の仮焼装置。
【請求項２】上記炉本体の中間に環状の括れ部を設け、
当該炉本体に供給される原料のほぼ１／２を炉本体の円
筒部下端に設けた上記二次空気供給口近傍に投入し、残
りの原料の１／２を上記括れ部に投入するようにした請
求項１のセメント原料の仮焼装置。
【請求項３】上記円錐部の下端に燃料供給ノズルを設
け、炉本体内に投入される全燃料の１０〜２０％を、上
記燃料供給ノズルから上記円錐部内に供給するようにし
た請求項１のセメント原料の仮焼装置。
【請求項４】上記炉本体の円筒部下端に供給される二次
空気供給量を炉本体に供給される全燃焼用空気全量の７
０〜９０％とし、上記括れ部において接線方向に供給さ
れる再燃焼用空気量を残りの３０〜１０％にした請求項
１または請求項２のセメント原料の仮焼装置。
【請求項５】上記炉本体中間の上記括れ部の中心に邪魔
部材を設けた請求項１乃至請求項４のセメント原料の仮
焼装置。
【請求項６】炉本体下部に流入するロータリーキルン排
ガスの噴流速度を２５ｍ／ｓ以下にした請求項１乃至請
求項５のセメント原料の仮焼装置。
【請求項７】上記邪魔部材が円柱体の上下を円錐部にし
た構造体である請求項５のセメント原料の仮焼装置。