JP2001524449A - 最終産物の硫黄含有量の分析によるセメントクリンカー製造の制御 - Google Patents

最終産物の硫黄含有量の分析によるセメントクリンカー製造の制御

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ドゥーメット，ヨセフ・エリアス
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Abstract

(57)【要約】 キルン中で高硫黄燃料を燃焼することにより、セメントクリンカーが、高硫黄燃料を使用して製造される。原料物質はキルンの入り口に導入され、そして燃料の燃焼により焼結されて焼結物質を形成する。焼結物質は冷却され、セメントクリンカーを形成する。焼結物質の製造は、セメントクリンカーの硫黄含有量を測定することにより、そしてその測定をキルンの入り口の酸素濃度を制御するために使用することによって制御される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の背景 本発明はセメントクリンカーの製造に関する。
【０００２】 セメントクリンカーの製造の既知の方法において、ロータリーキルンに送入さ
れる原料物質は、ロータリーキルン及び予備か焼器から排出された燃焼ガスの熱
を使用することによって、多段吊り下げサイクロン予熱器及び予備か焼器で予熱
されそして部分的に脱炭酸される。燃焼ガス及び原料物質が混合した場合、原料
物質中の生石灰（ＣａＯ）及び燃焼ガス中の二酸化硫黄（ＳＯ2）が反応して、 亜硫酸カルシウム（ＣａＳＯ3）が形成される。亜硫酸カルシウムは、予熱器及 び煙突の主電気集塵器で形成される。亜硫酸カルシウムは、次には、充分な酸素
がある場合、予熱器系で酸素と反応し、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ4）を形成す る。キルン入り口でガス中に十分な酸素が無い場合、硫酸カルシウムは生石灰及
び二酸化硫黄に分解し、キルン入り口に析出物を残すことができる。ロータリー
キルン中に充分な過剰酸素が無い場合、硫酸カルシウムは１２００℃の温度で分
解することができる。同様に、予熱器に十分な酸素が無い場合、亜硫酸カルシウ
ムは生石灰及び二酸化硫黄に分解することができる。この分解はまたキルン内の
ガスの二酸化硫黄濃度を増加させ、これは予熱器のサイクロン及び導管の胴体及
び壁にカルシウム塩が析出することに導く。燃焼燃料が、石油コークス、オイル
シェール、及び農業又は工業廃棄物のような高硫黄（即ち２％以上）の固体燃料
、或いは高硫黄含有量の燃料油の場合、結果としてキルンガス中の二酸化硫黄の
濃度が増加するために、析出物形成の量は増加することができる。循環ガス中の
硫黄を増加することは、亜硫酸カルシウムの量を増加させる。これはキルン入り
口、予熱器、予熱器サイクロン及びサイクロンを接続する導管を閉塞するに充分
な量の析出となり、それによって製造を停止することになることができる。この
問題は、ロータリーキルン及び予熱器間のガスの小部分を抜き出し、そしてそれ
をバイパス塔に送ることによって緩和することができる。バイパス塔では、ガス
はより冷たい大気の空気によりクエンチされ、そして二酸化硫黄に富んだ塵が凝
結する。脱硫されたガスは、次いで予熱器に送られ結果として予熱器のガス中の
二酸化硫黄の濃度の全体的な減少となる。この解決法は二つの重要な問題で困っ
たことになる：熱エネルギーの損失及び凝結した塵の処分についての環境問題で
ある。
【０００３】 別の方法として、キルンでの過剰酸素濃度を確保し、そしてバイパス塔の必要
を無くすように酸素を制御することができる。然しながら、この可能性のある解
決方法は、酸素濃度が更になお重要なキルン入り口で更に落ちる、キルンの環境
下での酸素検知素子の信頼性に関連する問題を含んでいる。入り口で、酸素分析
器のガス採取口が、キルン環境中で循環している微紛によって満たされる可能性
がある。現在の酸素検知素子はキルン環境では信頼性が無いと思われるために、
酸素検知素子を使用するセメントクリンカー製造の連続制御を設置することは実
際的ではない。キルン、予備か焼器及び予熱器を通る空気の流量を、単に増加さ
せることにより過剰酸素を得ることは、熱効率の減少及び圧力損失に関連する他
の問題を引き起こすかもしれない。
【０００４】 発明の概要 本発明は、セメントクリンカー最終産物中で、硫黄又は三酸化硫黄（ＳＯ3） として測定された硫酸カルシウムの量に基づいて制御された、空気の取り込み量
を有する方法を提供する。空気取り込み量は、ＣａＳＯ3をＣａＳＯ4に転換する
反応に利用できるキルン中の酸素量に直接影響し、そしてまた、それを分解する
速度にも影響する。４．５ないし５．５％への酸素濃度の増加は、硫酸カルシウ
ムが分解する温度を焼結温度より高い温度に増加させ、ＣａＳＯ4は、むしろガ ス及びキルン、予熱器及び予熱器のサイクロン中の残留析出物に分解せずに、最
終産物の成分となる。従ってセメントクリンカー最終産物中の硫黄の分析は、キ
ルン中の酸素濃度の制御に使用することができ、そしてそれにより、セメントク
リンカーの一部として系内に存在する硫黄の比率を間接的に制御する。
【０００５】 キルンへの空気の取り込みは、負の圧力を作り出し、キルン、予熱器、予熱器
サイクロン及び予備か焼器ヘ、そしてそれらを通して空気を吸い込む、主排出機
の速度を増加させ又は減少させることによって機械的に調節される。空気はキル
ン及び予備か焼器からの燃焼された燃料ガスを予熱器に運ぶ。予熱器及び予熱器
のサイクロン中で、原料物質は予熱されそしてガスと分離される。原料物質はま
た部分的に予備か焼される、即ち、原料物質中の炭酸カルシウムは、生石灰及び
炭素を含むガス（ＣＯ2）に部分的に分解される。予備か焼器において原料物質 は更に９０ないし９５％の水準まで脱炭酸される。更に、ガスは煙突及び予熱器
の主電気集塵器で、ＣａＯ＋ＳＯ2→ＣａＳＯ3の反応によってガス中の硫黄を原
料物質へ移動することにより脱硫される。従って、原料物質中の９０ないし９５
％の炭素を含むガスは、原料物質がキルン入り口に到達する前に放出される。
【０００６】 空気取り込みの制御は、セメントクリンカーを製造するために、ロータリーキ
ルンを使用する場合に達成してもよい。原料物質は、全体として予熱器上部端か
ら系に入り、そして予熱器出口に接続された、キルンの上流端にある入り口を通
ってロータリーキルンに入る。入り口はまた予備か焼器への縦方向の接続を含み
、そこを通って、ロータリーキルンの燃焼器で燃料を燃焼することによって発生
する燃焼ガスが通過する。ロータリーキルンの下流端に位置する燃焼器は、キル
ン中で原料物質を焼結するために必要な熱を発生する。キルンは物質の流れを容
易にするために傾斜している。セメントクリンカーがキルンの焼結域を通って通
過した後、燃焼器に近接した出口を通りロータリーキルンから冷却器に出る。セ
メントクリンカーの出口は、またセメントクリンカーを冷却する冷却器に吹き込
まれる空気の一部のための、ロータリーキルンへの入り口としても働く。空気は
セメントクリンカーを冷却することにより加熱される。空気は複数の送風機で吹
き込まれ、そして冷却器の圧力を増加させる。
【０００７】 キルンに流れない冷却用空気は二つの出口を通って排出される。一つの出口は
、クリンカーの微紛を回収するための電気集塵器に送り、その後空気は大気に放
出される。他の出口は、空気をクリンカー微紛を冷却器に戻す集塵室に送り、そ
して空気を予備か焼器へ送る。集塵室及び予備か焼器間の管路に置かれた弁は、
予備か焼器への空気の流れを調節し、そしてこれら二つの管路及びキルンを通る
空気の流れの比率に影響を与える。弁を閉じることによりより少ない空気を予備
か焼器に送ることにより、より多くの空気がキルン及び冷却器の電気集塵器を通
って流れる。
【０００８】 予備か焼器は、ロータリーキルンからの燃焼ガスを使用し、そして予備か焼器
の燃焼器で燃料を燃焼することにより、原料物質を脱炭酸する。燃焼のための酸
素は、ロータリーキルンから予備か焼器に入る加熱された空気の成分として、及
び三次空気導管に接続され、そして予備か焼器の底部に位置した空気入り口を通
して供給される。原料物質は、吊り下げサイクロン予熱器の微紛出口から予備か
焼器に送入される。
【０００９】 本発明は、ロータリーキルン中でのセメントクリンカーの製造における、固体
、液体又はガス状の高硫黄燃料の、更に経済的な使用を可能にする。本発明はま
た、燃料中の硫黄をＣａＳＯ4の形でセメントクリンカーに移動するような操作 条件を維持することを可能にし、工程中のＳＯ2濃度を徹底的に減少し、そして それによりＳＯ2放出を減少する。本発明は、セメントクリンカーを製造する方 法を、硫黄を１０％まで含む燃料の使用を可能にすることにより、そしてＳＯ2 及びＮＯXガスの放出を減少することによって改良する。硫黄の１０％という制 限は、燃料のキログラム当たり約８，０００キロカロリーの発熱量の燃料を使用
することに基づいている。ＮＯXガスの放出は、予備か焼器中にＮＯXのＯ2を 使用する還元雰囲気を作り出すことによって減少される。更にクリンカー中に充
分な硫酸カルシウムがある場合、セメント製造のためにクリンカーを粉砕する時
に、セメント凝結遅延剤として働く追加の石膏を加える必要が無い。
【００１０】 一つの一般的な側面として、本発明はキルン中で燃焼する高硫黄燃料を使用し
、その中にキルン入り口から送入物質を導入することにより、セメントクリンカ
ーを製造することができる。送入物質は焼結物質を形成するために焼結され、そ
れは冷却されてセメントクリンカーを形成する。この方法は、冷却されたセメン
トクリンカー中の硫黄濃度をセメントクリンカー冷却器出口で測定し、キルン入
り口の酸素濃度を制御することによって制御される。
【００１１】 態様は以下の特徴の一つ又はそれ以上を含んでいてもよい。例えば、送入物質
は、予備か焼器で燃焼する高硫黄燃料を使用して予備か焼し、そしてキルン及び
予備か焼器からの燃焼ガスを使用して予熱してもよい。予備か焼器中の酸素濃度
は、またキルンからの過剰酸素を使用し、そしてＮＯX放出を減少するために予 備か焼器中に還元雰囲気を作り出すことを補助するために制御してもよい。予備
か焼器及びキルン中の酸素濃度は、キルン、予熱器及び予備か焼器を通して空気
を抜き出す排出機の速度を調節することによって変化させてもよい。予備か焼器
及び冷却器間の管路に置かれた弁も、またキルン及び予備か焼器に流れる空気の
量を変化させるために、制御器により調節してもよい。
【００１２】 酸素濃度は、硫酸カルシウムの分解を避けるために、キルン中の硫酸カルシウ
ムの高められた分解温度を維持するために制御してもよい。燃焼器に使用される
燃料は、１０％までの硫黄を含んでいてもよく、そして燃料中の硫黄は、送入物
質中のＣａＯと反応して、セメントクリンカーの重量濃度３％までの成分となる
、硫酸カルシウムを形成する。セメントクリンカー中に硫酸カルシウムがあるた
めに、セメント製造のためにセメントクリンカーを粉砕する時に石膏を追加する
必要がない。キルン中の酸素を制御することにより、キルン、サイクロン、及び
サイクロンを接続する導管内の析出を防ぐための、キルン中のＳＯ2の循環を毎 時８０ｋｇ以下に減少することができる。
【００１３】 態様は、また、原料物質を焼結するための燃焼器を持つロータリーキルン、セ
メントクリンカーを冷却する冷却器、セメントクリンカー中の硫黄含有量を測定
する硫黄分析器、及び測定された冷却されたセメントクリンカーの硫黄含有量に
基づいてキルン中の酸素濃度を制御する制御器を含んでいてもよい。制御器は、
キルン中の酸素濃度を制御する排出機の速度を制御するために、測定された硫黄
含有量を使用してもよい。キルンは、原料物質を予備か焼（即ち、脱炭酸）する
ために高硫黄燃料を燃焼する予備か焼器に接続されていてもよい。吊り下げサイ
クロン予熱器は、原料物質がキルンに入る前に、それを予熱しそして一部脱炭酸
するために、キルン及び予備か焼器に接続されていてもよい。冷却器及び予備か
焼器間の三次空気管路及び弁は、予備か焼器への空気の流れを調節するために使
用してもよい。酸素検知素子を、酸素を監視するために、キルン入り口及び吊り
下げサイクロン予熱器からのガス出口に設置してもよい。吊り下げサイクロン予
熱器のガス出口の酸素濃度を、三次空気管路の弁を制御する制御器に使用しても
よい。電気集塵器を、冷却器から大気へ通過する空気の濾過のために使用しても
よい。
【００１４】 その他の特徴及び利益は、図面を含む以下の詳細な説明並びに特許請求の範囲
から明らかであろう。
【００１５】 発明の詳細な説明 図１において、セメントクリンカーを製造する系は、ロータリーキルン２５及
びキルンの出口３５に設置されたセメントクリンカー冷却器３０を含んでいる。
三次空気導管管路４０は、セメントクリンカー冷却器を予備か焼器４５に接続し
ている。ガス排出管路２０は、ロータリーキルン及び予備か焼器を接続している
。多段吊り下げサイクロン予熱器５０は、ロータリーキルン入り口５５、予備か
焼器４５、及び排出機６５に導く出口管路６０に接続されている。
【００１６】 原料物質は、入り口管６７から系に供給される。原料物質は、ロータリーキル
ンの燃焼器６９及び予備か焼器の燃焼器７０で発生した燃焼ガスと混合する。燃
焼ガスは、キルン２５、吊り下げ予熱器系５０及び予備か焼器４５を通って、排
出機６５により吸い出される。原料物質は、吊り下げ予熱器のサイクロン中で燃
焼ガスにより加熱され、そして分離される。加熱された原料物質は、予備か焼器
に流入し、そこで脱炭酸の程度が増加される。原料物質は、次いで吊り下げ予熱
器の一番下のサイクロンに流入し、そこで燃焼ガスから分離され、そしてロータ
リーキルン２５の入り口に流入する。
【００１７】 原料物質は、ロータリーキルンを流れるに従って焼結され、セメントクリンカ
ーを形成する。セメントクリンカーは、次いでキルン出口３５を通ってセメント
クリンカー冷却器に流入する。セメントクリンカーは、格子を通って吹き込まれ
る冷却用空気によって冷却される。冷却用空気は次いでロータリーキルン２５、
三次空気導管管路４０、及び電気集塵器７３に流入する。電気集塵器は冷却器の
過剰空気を大気に放出する前に濾過する。
【００１８】 キルン及び予備か焼器への酸素の流れは、系を通して空気を吸い込む排出機に
よって制御される。予備か焼器への酸素の流れは、また三次空気導管の弁７５の
開度によっても制御される。硫黄の濃度は測定されそしてこれらの値は制御箱８
０によって使用され排出機の速度を変化させる。
【００１９】 本発明の二つの重要な側面は、燃焼器での高硫黄燃料の使用、及び硫酸カルシ
ウムの形でセメントクリンカー最終産物の成分として排出することにより、工程
から硫黄を除去することである。高硫黄燃料の使用、及び硫黄を最終産物の成分
として除去することを可能にするために、排出機６５の速度制御はキルン２５中
の酸素の量を制御するように調節される。（過剰空気は、クリンカーの焼結温度
での硫酸カルシウムの分解を防ぐ）。排出機の速度は、冷却器３０の出口でクリ
ンカーを分析する一対のイオウ分析器７７及び７９によって測定される、冷却さ
れたセメントクリンカー中の、硫黄又は三酸化硫黄の量に基づいて制御される。
冷却されたセメントクリンカー中の硫黄の分析は、燃料及び原料物質中の硫黄が
クリンカーに排出される程度を示す。硫黄含有量を増加させなくてはならない場
合、制御箱は排出機の速度を増加させる。
【００２０】 図２に示すように、予熱器５０は、４個のサイクロンを含む吊り下げ予熱器を
使用することによって実行してもよい。以下に記載するように、３個のサイクロ
ンは、原料物質が予備か焼器を通過する前にそれを加熱し、そして４番目は、加
熱された物質がキルンの入り口に送入される前に、加熱し、そして加熱された物
質をガスから分離する。
【００２１】 原料物質は入り口管６７に送入され、そして物質の大部分はガス出口１４５を
通ってサイクロン１０５に通過する。入り口管６７から送入された物質の一部は
、サイクロン１０５流れ出るガスで吊り下げ予熱器５０の対のサイクロン１１０
に運ばれる。対のサイクロン１１０は、入り口６７から上昇ガスと共に入ってく
る細かい原料物質を分離するように構成されている。対のサイクロン１１０にお
いて、サイクロン効果により、殆どの原料物質からガスを、ガス出口１１５から
予熱器を出るガスの流れ、及び微紛出口１２０から出る原料物質の流れに分離す
る。予熱器５０のガス出口１１５は、全系の空気を吸い集める排出機６５の取り
入れ配管６０に接続されている。
【００２２】 原料物質は、予熱器のサイクロンを通って下方に通過し、一方ガスはサイクロ
ンを通って上方に通過する。対のサイクロン１１０の微紛出口１２０は、原料物
質をサイクロン１２５のガス出口１３５に接続された管路、及びサイクロン１０
５の入り口１４０に送入する。サイクロン１２５からのガスの流れは、原料物質
の殆どと混合し、そして混合した流れがサイクロン１０５に入る前に更に原料物
質を加熱する。残りの原料物質は、サイクロン１２５に流入する。サイクロン１
０５において、サイクロン効果により、ガス及び原料物質を、ガス出口１４５か
ら出るガスの流れ、及び微紛出口１５０から出る原料物質の流れに分離する。
【００２３】 微紛出口１５０は、原料物質をサイクロン１６５のガス出口１６０に接続され
た管路、及びサイクロン１２５の入り口１５５に送入する。原料物質の一部はサ
イクロン１６５に通過し、そして一部はサイクロン１２５の出口１７０に通過す
る。サイクロン１６５に流入する物質は、微紛出口１８５を通って、予備か焼器
４５に管路１９０により接続されている、ロータリーキルン入り口５５に通過す
る。ロータリーキルン２５の熱ガスの大部分、及び原料物質のある部分は、管路
１９０を通って、予備か焼器４５に吸入される。残りの原料物質は、ロータリー
キルン２５へ通過する。サイクロン１２５において、サイクロン効果により、ガ
スを原料物質の殆どから、サイクロン１２５のガス出口１３５から出るガスの流
れ、及びサイクロン１２５の微紛出口１７０から出る微紛の流れに分離する。微
紛の流れは、予備か焼器４５に流入する。 管路１９０及び１７０を通って予備か焼器４５に送入された原料物質は、二次
燃焼器７０で発生された熱によって更に脱炭酸され、そして燃焼ガスと共にサイ
クロン１６５の入り口１８０に運ばれる。サイクロン１６５において、サイクロ
ン効果により、ガスを殆どの原料物質から、ガスの流れ及び原料物質の流れに分
離する。ガスの流れは、サイクロン１６５のガス出口１６０からサイクロン１２
５の入り口１５５に流れる。先に記載したように、原料物質の流れは、サイクロ
ン１６５の微紛出口１８５を通過して、ロータリーキルン２５の原料物質入り口
５５に送入される。
【００２４】 図３において、高度に脱炭酸された原料物質は、ロータリーキルン入り口５５
からロータリーキルン２５に送入される。物質はキルン２５の出口３５の方向に
流れ続け、そしてクリンカー化域で、キルン燃焼器６９で燃焼されたガスによっ
て焼結される。焼結された物質（即ち、セメントクリンカー）は、ロータリーキ
ルン２５からクリンカー冷却器３０に、キルン出口３５を通って流れる。冷却さ
れたセメントクリンカーは、クリンカー冷却器３０からクリンカー出口２１５か
ら流れ出る。冷却用送風機系２２０は、セメントクリンカーと交差して冷却用空
気を吹き込む。冷却用空気は、過剰空気出口２２５、三次空気導管管路４０、及
びキルン出口３５を通って、冷却器３０を出る。三次空気導管管路４０に流入す
る空気は、予備か焼器４５に流入する前に集塵室２３５を通過する。集塵室２３
５で回収された微紛は、集塵室２３５を冷却器３０に接続する管路２８０を通っ
て冷却器３０に戻される。管路２８０は、釣り合い錘フラップ２８５を含み、冷
却器３０への微紛の流れを制御する。空気は、一対の三次空気導管出口２５０及
び２５５を通って予備か焼器４５に流入する。集塵室２３５及び予備か焼器４５
の間に位置する三次空気導管弁７５は、予備か焼器４５に入る空気の流れの速度
を制御する。弁７５を調節することは、また電気集塵器７３へ入る過剰空気出口
２２５及びキルン出口３５を通る空気の流れの速度にも影響を与える。排出機の
速度を増加せずに、キルン中の酸素濃度に僅かな増加を与えるために、予熱器出
口６０の酸素濃度に基づいて、予備か焼器により少ない空気を送るように、弁７
５を調節することができる。キルン出口３５を通ってキルン２５に出る空気は、
キルンを通って流れ、キルンガス出口２４５を通ってキルンを出て、そして管路
１９０を通って予備か焼器４５に流入する。予備か焼器を通って流れる空気は、
入り口配管６０に接続された排出機６５によって作り出される負圧によって吸い
出される。
【００２５】 図４において、制御箱８０は、モーター制御器３１０を経由して排出機６５の
速度を制御する。制御箱８０は、また三次空気管路弁７５の開度を制御する。制
御箱８０は、冷却器出口２１５の冷却されたセメントクリンカー中の硫黄濃度に
基づいて、焼結域に充分な酸素を送入するために排出機６５の速度を制御する。
先に記載したように、焼結域での充分な酸素が硫酸カルシウムの分解を防ぐであ
ろうために、硫酸カルシウムは冷却されたセメントクリンカーの一部となる。
【００２６】 酸素濃度は、導管６０で酸素分析器３３５によって測定される。酸素分析器３
３５によって測定された値は、制御箱８０に送られ、排出機６５への管路中の酸
素の量を１．５ないし２％以下に保つように、三次空気導管弁７５の開度を調節
する。この制御は、ロータリーキルン２５の焼結域を出る過剰酸素、及びロータ
リーキルン２５中で生成されるかもしれないＮＯX汚染物質の一部の酸素の使用 を可能にする。制御箱８０は、またキルン入り口の酸素濃度を測定する、酸素分
析器３２０の酸素濃度の値も受け取る。この値は、キルン入り口のような環境下
における酸素検知素子の信頼性に欠けるために、記録の目的にのみ使用される。
【００２７】 一酸化炭素分析器３１５は、導管６０の一酸化炭素濃度を測定し、そして値を
制御箱８０に送る。導管６０の一酸化炭素濃度は、一酸化炭素濃度が非常に高く
なった場合に起こり得る、下流の主電気集塵器での爆発を防ぐ手段として監視さ
れる。導管６０で測定された一酸化炭素濃度が０．６％以上に上昇した場合、制
御箱８０は、燃焼器６９及び７０の燃料の流れを遮断する。条件が修正された後
、制御箱８０の押しボタンにより燃焼器６９及び７０へ燃料が流れることを可能
にする。酸素又は一酸化炭素濃度が、ゼロと測定された場合、制御箱８０は、分
析器３３５及び３１５のガス取り入れ口が物質の蓄積を除去するための掃除が必
要なことを示すために警報を出す。
【００２８】 図５は、予熱器のサイクロン及び予備か焼器を通って流れる物質及びガスの流
れを更に示す。入り口６７から導入された原料物質の殆どは、サイクロン１０５
へ通過する。より細かい原料物質のあるものは、サイクロン１０５からのガスの
上向きの流れでサイクロン１１０に運ばれる。物質がガスを通して通過する時に
ガスにより加熱される。また、ガス中の二酸化硫黄は、原料物質中の生石灰と反
応してＣａＳＯ3を形成し、それによりガス中の二酸化硫黄が除去される。この 反応はサイクロン１０５に限らず、他のサイクロン、予備か焼器４５並びにその
入り口及び出口管路でも起こる。
【００２９】 サイクロン１１０において、サイクロン効果は、ガスを細かい原料物質から、
ガスをサイクロン頂部から、そして原料物質をサイクロン底部から送り出すこと
により分離する。サイクロンを出たガスは、管路を通って排出機に吸い込まれそ
して以下に記載する、いかなる残留微紛も除去する電気集塵器を含む分離系に排
出される。排出機の速度は、空気が系に、そして吊り下げ予熱器のサイクロン１
０５、１１０、１２５及び１６５並びに予備か焼器４５を通って吸い込まれる速
度を決定する。排出機の速度は、所定の条件及び測定されたセメントクリンカー
最終産物中の硫黄濃度に基づいて、排出機のモーターの速度を調節する制御箱８
０により自動的に制御される。
【００３０】 図６において、排出機６５は、ガスを主電気集塵器２００に送り、そこからガ
スは排出機２０５によって除去され、そして煙突２１０に送られる。排出機６５
からのガスは、二つの流れに分割される：一つの流れは主ガス冷却塔２１５に流
入し、そして第２の流れは乾燥粉砕機２２０に流入する。両方の流れは、一対の
制御フラップ２２６及び２３０により調節される。サイロ２２７が一杯になった
場合のような、粉砕機が停止した場合、全てのガスは、電気集塵器２００にはい
る前に、冷却塔２１５を通るように送られる。原料物質の乾燥に全てのガスを乾
燥粉砕機２２０を通過させることが必要な場合、フラップ２２６を完全に閉鎖す
ることができ、そしてフラップ２３０を完全に開放することができる。乾燥粉砕
機２２０に流入する原料物質の流れは、粉砕機原料入り口２３５、及び分離器２
４５から粗い物質を戻すための循環管路２４０を有する。乾燥粉砕機２２０は、
ガス及び乾燥された物質を分離器２４５に送入し、そこで粗い粒子は分離され、
そして乾燥粉砕機２２０に戻される。残りの物質及びガスは、一連のサイクロン
２５０を通り、そこで物質はガスから分離される。完成した粉砕原料物質は、貯
蔵サイロ２２７へ通過する。ガスは、サイクロンから、電気集塵器２００に接続
され、そしてまた主ガス冷却塔２１５からのガスを受け入れる管路にガスを送る
排出機２６０によって吸引される。電気集塵器からの微紛は、貯蔵サイロ２２７
に送られるか又はキルン原料入り口６７に送られる。
【００３１】 図５において、吊り下げサイクロン予熱器は、原料物質を加熱し、そしてそれ
をガスから分離する。サイクロン１２５及び、程度は少ないが、管路１９０は、
加熱された原料物質を予備か焼器４５に送入し、そこで原料物質は殆ど完全にか
焼されそして脱炭酸され、そして予備か焼器４５の燃焼器７０で発生した燃焼ガ
スによってサイクロン１６５に運ばれる。サイクロン１６５において、ガス及び
原料物質は二つの流れに分離される。ガスの流れはガス出口１６０を通りサイク
ロン１２５の入り口へ出て行く。サイクロン１６５を出る加熱された原料物質は
、ロータリーキルン２５の入り口５５に流入する。原料物質を加熱することに加
えて、サイクロン及び接続導管は、原料物質中の生石灰（ＣａＯ）が、燃焼ガス
中の二酸化硫黄（ＳＯ2）と反応し、そして原料物質がＣａＳＯ3を形成する反応
容器としても働く。この反応は、排出ガスが排出機６５により大気に放出される
前にＳＯ2を除去する。
【００３２】 ロータリーキルン２５において、原料物質中のＣａＳＯ3は、酸素の存在中で ＣａＳＯ4に酸化される。反応の平衡はロータリーキルン２５中の酸素の量によ り制御される。酸素濃度の増加は、反応の平衡をＣａＳＯ4生成に好ましく移動 する。酸素の増加は、またＣａＳＯ4が分解するであろう温度を１２００℃から １５００℃以上に増加させる。
【００３３】 この反応を制御することは、四つの直接関係する利益がある。第一に、ＣａＳ
Ｏ4がキルン中で分解しないために、それはセメントクリンカー産物中の成分と して残り、そして最終産物に石膏を加える必要を減少するか又は必要としない。
第２に、分解生成物であるＳＯ2が排出機６５から放出される排出ガスの成分と ならず、系の硫黄放出を減少させる。第３に、燃料中に含まれる硫黄がセメント
クリンカーの成分となるために、キルン及び予備か焼器の燃焼器は、多すぎる硫
黄が系内に存在し、そしてＣａＳＯ3及びＣａＳＯ4析出物が容器内に蓄積する前
に、１０％のように高い硫黄含有量の燃料を使用して操作することができる。最
後に、予備か焼器の燃焼器７０は、ＮＯXを窒素に分解する還元雰囲気を作り 出し、それによりこの汚染物質の放出を減少させる。
【００３４】 歴史的に、キルン入り口５５及び焼結域２７０の酸素濃度は、１．０ないし１
．５％、最大２％に保たれてきていた。これらの領域の酸素濃度を４．５ないし
５．５％に増加させることによって、硫酸カルシウムが分解するであろう温度は
、キルンの操作温度以上である１５００℃以上に上昇する。キルンを通して流れ
る空気を増加させることは、キルンの酸素濃度を増加させるが、空気の流れの見
境のない増加は、キルンを通過する空気が燃料を燃焼することにより発生する熱
を除去するために、大きな熱の損失を招く；空気の流れが多ければ、熱及び圧力
の損失も大きい。空気の流れを硫酸カルシウムが分解するのを防ぐに必要な最低
の酸素濃度を得るためにちょうど充分なだけ、即ち、４．５ないし５．５％に増
加するために、本発明は最終産物の硫黄濃度に基づいた制御系を使用する。必要
な、そして上昇された分解温度の利益を得る程度に酸素濃度を増加させるために
、制御箱はキルン２５を通って流れる空気の量を増加させ、そして予備か焼器４
５の空気の流れを減少させる。予備か焼器の空気の流れの減少は、キルンの圧力
及び熱損失を補償する。制御箱は、酸素濃度を４．５ないし５．５％に上げるた
めに、排出機モーター６５の速度を増加することによって、空気の流れを増加さ
せる。ＣａＳＯ4の分解を減少するために、焼結域２７０に過剰酸素を与えるこ とにより、制御箱は、予熱器及び予備か焼器中の二酸化硫黄の量を減少させる。
二酸化硫黄の量を減少させることは、同様に放出を減少し、そして器機内の析出
を防ぐことになる。
【００３５】 反応をＣａＳＯ4に移動するために必要な過剰酸素の量は、燃料及び原料物質 から系に入る硫黄の量、並びに完成産物の成分（例えば、３％のＣａＳＯ4最大 濃度）となることができるＣａＳＯ4の量に基づいて制御される。セメントクリ ンカーのトン当たりの燃料消費量の既知の比率及び燃料の硫黄濃度を使用して、
ＣａＳＯ4に転換できる硫黄の量は、制御箱で計算することができる。原料物質 中に硫黄がある場合、その値はＣａＳＯ4の転換できる硫黄の量に加えなければ ならない。
【００３６】 １トンのセメントクリンカー最終産物中に受容可能なＣａＳＯ4の最大量とし て３％を使用して、制御箱は、ＣａＳＯ4が分解しそしてＳＯ2が系を通って通過
している程度を決定するために、セメントクリンカー中の硫黄の量をＣａＳＯ4 の形で測定する。系から硫黄を除去するために必要な量より少ないセメントクリ
ンカーの硫黄含有量によって示されるように、ＣａＳＯ4が系内で分解している 場合、制御箱は排出機のモーターの速度を増加し、キルン中の酸素の量を増加さ
せる。セメントクリンカー最終産物の硫黄の量は別個の硫黄分析器７７及び７９
によって測定される。予備として、キルン入り口５５の酸素濃度が測定され、そ
して制御箱は、キルン入り口の酸素濃度の変動を記録する。
【００３７】 系の操作の一つの例として、燃焼器で使用される燃料が、１０％の硫黄を含む
発熱量がキログラム当たり８０００キロカロリーの石油コークスの場合、燃料消
費量は、製造されるクリンカーのメートルトン当たり石油コークス約１００ｋｇ
であろう。１０％硫黄の石油コークス１００キログラムは、１０キログラムの硫
黄を含み、そして硫黄と三酸化硫黄（ＳＯ3）の重量比は３２対８０であるから 、１０キログラムの硫黄は反応して２５キログラムの三酸化硫黄を形成すること
ができる。
【００３８】 ２５キログラムの三酸化硫黄の全てが、１メートルトンのセメントクリンカー
に含まれた場合、クリンカーは２．５％の三酸化硫黄を含み、これは国際的な規
準に矛盾しない濃度である。原料物質が硫黄を含む場合、燃料は、セメントクリ
ンカー中の三酸化硫黄濃度が２．５−３％を超えないように、比例的に少ない硫
黄を含まなくてはならない。
【００３９】 冷却器出口のセメントクリンカー中の三酸化硫黄の濃度の低下は、キルン及び
予備か焼器中に充分な酸素がなく、そして硫酸カルシウムが分解していることを
示している。これを修正するために、制御器は、製造されたセメントクリンカー
の硫黄濃度の値を使用して、排出機の速度を増加し、そして、出口導管６０の酸
素濃度にもよるが、更に三次空気導管管路の弁を閉めて、キルンに付加的な空気
を送る。追加された空気中の酸素は、硫酸カルシウムの分解温度を上昇し、それ
によってキルン中での硫酸カルシウムの分解を減少し、そして硫酸カルシウムを
セメントクリンカーの一部となるようにする。最終的な結果として、セメントク
リンカー中の硫酸カルシウムを２．５％に増加させる。
【００４０】 その他の態様は、特許請求の範囲内に示される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 セメントクリンカーを製造する系のブロック図である。
【図２】 図１の系の、吊り下げサイクロン予熱器、予備か焼器及びロータリーキルンの
入り口部分の線図である。
【図３】 図１の系の、ロータリーキルン、予備か焼器、セメントクリンカー冷却器、三
次空気導管管路、集塵室、及び冷却器の電気集塵器の線図である。
【図４】 図１の系に対する、制御系のブロック図である。
【図５】 図１の系の、吊り下げサイクロン予熱器、予備か焼器、及びロータリーキルン
入り口を通る物質の流れを示す系統線図である。
【図６】 図１の系の、主排出機及び付属する機器のブロック図である。
【手続補正書】
【提出日】平成１３年２月２２日（２００１．２．２２）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図５】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ， ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，Ｌ Ｕ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ， ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，Ｕ Ｇ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高硫黄燃料を使用してセメントクリンカーを製造する方法で
    あって、下記の工程を含む方法： キルン内で高硫黄燃料を燃焼し； 前記キルンの入り口に原料物質を導入し； 前記燃焼燃料の存在下、前記原料物質を前記キルンを通して通過させ、それに
    よって、前記原料物質を焼結させて焼結物質を形成し； 前記焼結物質を冷却してセメントクリンカーを形成し； 前記セメントクリンカーの硫黄含有量を測定し；そして 前記測定された硫黄含有量に基づいて前記キルン入り口の酸素濃度を制御する
    。
  2. 【請求項２】 更に、予備か焼器内で燃焼される高硫黄燃料を使用して、原
    料物質を前記予備か焼器中で予備か焼することを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 更に、前記キルン及び予備か焼器からの燃焼ガスを使用して
    、前記原料物質を予備加熱することを含む、請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 更に、予備か焼器内の酸素濃度を制御することを含む、請求
    項２に記載の方法。
  5. 【請求項５】 更に、前記予備か焼器内を還元雰囲気に維持してＮＯX放出 を減少することを含む、請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 更に、前記キルン及び予備か焼器を通して空気を吸い出す排
    出機の速度を調節することにより、前記キルン及び予備か焼器中の前記酸素濃度
    を変化させ、そして前記冷却器及び前記予備か焼器の間に置かれた弁を調節する
    ことにより、前記予備か焼器内の前記酸素濃度を変化させることを含む、請求項
    ４に記載の方法。
  7. 【請求項７】 更に、前記酸素濃度を制御して前記キルン中のＣａＳＯ4の 分解温度を約１５００℃以上に維持し、それによって前記キルン中でのＣａＳＯ 4 の分解を防ぐことを含む、請求項１に記載の方法。
  8. 【請求項８】 燃料が１０％までの硫黄を含む、請求項１に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記セメントクリンカーが、前記セメントクリンカーを粉砕
    してセメントを製造する場合に石膏を添加する必要がないような充分な量の硫酸
    カルシウムを含んでいる、請求項１に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 更に、前記セメントクリンカー中のＳＯ3の重量パーセン テージを約３％以下に維持することを含む、請求項１に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 更に、工程中毎時８０ｋｇ以下のＳＯ2の循環を維持し、 それによって、硫酸カルシウム及び亜硫酸カルシウムがロータリーキルン、サイ
    クロン及びサイクロン間の導管の内部に付着することを排除することを含む、請
    求項２に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 更に、中間触媒として亜硫酸カルシウム（ＣａＳＯ3）を 使用してＳＯ3を生成させることにより、前記キルン中のＳＯ2の濃度を減少させ
    ることを含む、請求項１に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 高硫黄燃料及び原料物質を使用してセメントクリンカーを
    製造する装置であって、下記の要素を有する装置： 燃焼器を有し、そして前記原料物質を焼結して焼結物質を製造するように構成
    された、ロータリーキルン； 前記焼結物質を冷却してセメントクリンカーを形成するように構成された、冷
    却器； 前記セメントクリンカー中の硫黄含有量を測定するように構成された、硫黄分
    析器；及び 前記測定された硫黄含有量に基づいて前記キルン中の酸素濃度を制御するよう
    に構成された制御器。
  14. 【請求項１４】 更に排出機を含み、前記制御器は前記排出機の速度を制御
    することによりキルン中の酸素濃度を制御するように構成されている、請求項１
    ３に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 更に、前記原料物質が前記キルンで焼結される前に、予備
    か焼器の燃焼器で高硫黄燃料を使用して前記原料物質を予備か焼する、予備か焼
    器を含む、請求項１３に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 更に下記の要素を有する、請求項１３に記載の装置： 前記原料物質が前記キルンに送入される前に、前記原料物質を予熱しそして脱
    炭酸するための、吊り下げサイクロン予熱器； 前記キルン、予備か焼器及び吊り下げサイクロン予熱器を通して空気を吸い出
    す、排出機； 前記セメント冷却器と前記予備か焼器とを接続していて、前記冷却器から前記
    予備か焼器へ空気が流れるようにする、三次空気管路； 前記予備か焼器への前記空気の流れを調節する、前記三次空気管路中の三次空
    気管路弁；及び 前記予備か焼器中の酸素濃度を測定する、酸素分析器； ここにおいて、前記制御器は、前記予備か焼器中の酸素濃度に基づいて前記三
    次空気管路弁の位置を調節するように、そして前記セメントクリンカー中の硫黄
    含有量に基づいて前記排出機のモーターの速度を調節するように構成される。
  17. 【請求項１７】 更に下記の要素を有する、請求項１６に記載の装置： 酸素濃度を監視するための、前記ロータリーキルン入り口の酸素分析器； 前記セメントクリンカー中の硫黄含有量を測定するための、前記セメントクリ
    ンカー冷却器出口の一対の硫黄分析器； 一酸化炭素濃度を監視するための、前記排出機への管路内の一酸化炭素分析器
    ；及び 前記セメントクリンカー冷却器の排気から出るガスから微紛を除去する電気集
    塵器。
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