JP2005519019A - セメントクリンカーの製造方法及び製造プラント - Google Patents

Abstract

【解決手段】 セメントクリンカーを製造するための、セメントの粉砕原料が、か焼炉（３，２３）の中で、か焼されるような方法及びプラントが開示される。か焼炉（３，２３）は、上部領域（３ａ，２３ａ）と下部領域（３ｂ，２３ｂ）とを備えていて、燃料と燃焼ガスと粉砕原料とは、か焼炉の上部領域に導入されて、か焼炉を通って下方へ導かれる。燃焼ガスと粉砕原料とは、か焼炉に接線方向に導入されて螺旋状の経路に従った回転を受け、重力作用によって、粉砕原料は主としてか焼炉の壁に沿って下方へ導かれる。か焼炉の少なくとも下部領域においては、燃焼ガスの回転が止められ、これと略同時に又はこれに続いて、少なくともいくらかの燃焼ガスと少なくともいくらかの粉砕原料とが、か焼炉の下部領域において、か焼炉の中心線へ向けた方向へ導かれる。

Description

本発明は、セメントクリンカーを製造するための方法であって、該方法においては、セメントの粉砕原料は、上部領域と下部領域とを備えてなるか焼炉の中でか焼され、燃料と燃焼ガスと粉砕原料とは、か焼炉の上部領域に導入されて、か焼炉を通って下方へ導かれ、燃焼ガスと粉砕原料とは、か焼炉に接線方向に導入されて螺旋状の経路に従った回転を受け、重力作用によって、粉砕原料は主としてか焼炉の壁に沿って下方へ導かれるような上記方法に関する。また、本発明は、かかる方法を実施するためのプラントに関する。

セメントを製造するための、上述したような種類のプラントは、各種の文献から知られている。
例えば、米国特許第４，０１４，６４１号及び国際公開ＷＯ９７／３０００３号によれば、分離ライン下向型のか焼炉（ＳＬＣ−Ｄ:Separate Line Calcinator Downdraft type）によるキルンプラントが知られている。この型のプラントは、チャンバとして構成されているか焼炉を備えていて、その下端は上向きのガスダクトに結合され、これはキルンにおける排ガスの出口端に結合されている。国際特許出願ＰＣＴ／ＩＢ０１／０１２９６号によれば、直列下向型のか焼炉（ＩＬＣ−Ｄ:In Line Calcinator Downdraft type）によるキルンプラントが知られていて、か焼炉は主としてひとつの大きなチャンバから構成されている。２つの型のプラントにおける共通した特徴は、か焼炉で使用される燃料の大部分が、か焼炉の上部に軸線方向に注入されることである。クリンカー冷却装置で予熱された空気と、予熱された粉砕原料とは、か焼炉の上部において接線方向に導入される。ＩＬＣ−Ｄ型のキルンプラントにおいては、キルンからの排ガスもまた、か焼炉の上部、代表的には予熱空気が導入される箇所の上方の位置に、接線方向に導入されて、か焼炉の最上部に、ＮＯxの還元領域を確立する。いずれの型のプラントにあっても、燃料は、か焼炉の中心線のまわりの領域にて主として燃焼し、一方、接線方向に導入を行うという方法のために、粉砕原料と燃焼空気とは、螺旋状の経路に従って、か焼炉を通って下方へ流れ、これによって、粉砕原料は、か焼炉の壁に向かって押し出され、重力作用によって、か焼炉の壁に沿って滑り落ちる。この結果、か焼のプロセスと同時に、粉砕原料は効果的に、か焼炉のライニングを保護する。これらの公知の型のプラントの利点は、揮発成分の含有量が少ない燃料を使用することができると共に、ＮＯxの発生が比較的低レベルであることにある。しかしながら、そうしたキルンプラントにおける明瞭な欠点は、か焼炉から放出される粉砕原料にあって、最適なか焼を達成できていないことである。また、か焼炉から排出される排ガスは、大部分がＣＯの形態である、未燃焼の燃料を含んでいて、このことは、か焼炉の全横断面領域にわたって、必要な過剰空気を提供するために要求される程度に十分なまでには、燃焼空気が燃料と混合されていないことに原因があると考えられる。

米国特許第４，０１４，６４１号 国際公開ＷＯ９７／３０００３号 国際特許出願ＰＣＴ／ＩＢ０１／０１２９６号

本発明の目的は、粉砕原料を高効率にて、か焼できると共に、か焼炉における高い燃焼効率を達成することができるような、セメント製造のための方法及びプラントを提供することである。

かかる目的を達成するための方法は、導入部にて説明した種類の方法であって、か焼炉の少なくとも下部領域においては、燃焼ガスの回転が止められ、これと略同時に又はこれに続いて、少なくともいくらかの燃焼ガスと少なくともいくらかの粉砕原料とが、か焼炉の下部領域において、か焼炉の中心線へ向けた方向へ導かれることを特徴としている。
これによって、粉砕原料のか焼の効率と、か焼炉における燃焼効率とを改善することができる。これは、か焼炉の壁の最も近くにある粉砕原料及び酸素含有空気が、か焼炉の中心部にあるより高温の排ガス及び燃料と効果的に混合されて、このために、粉砕原料は排ガスからより多量の熱を吸収することができ、燃料は酸素含有空気と接触して燃焼することを意味している。

本発明による方法を実施するためのプラントは、上部領域と下部領域とを備えていて、実質的に回転対称である、か焼炉を備え、該か焼炉は、か焼炉の上部領域へ燃料を導入するための手段と、か焼炉の上部領域へ燃焼ガスと粉砕原料とを導入するための手段とを備えているような上記プラントにおいて、か焼炉の少なくとも下部領域において、燃焼ガスの回転を止める手段と共に、これと略同時に又はこれに続いて、少なくともいくらかの燃焼ガスと少なくともいくらかの粉砕原料とを、か焼炉の下部領域において、か焼炉の中心線へ向けた方向へ導くような手段を備えていることを特徴としている。
好ましい実施形態において、かかる手段は、垂直である側面と斜めの上面とを形成されているような、複数の内部取付物から構成されている。外部からの清掃を容易にするために、垂直である側面と斜めの上面とは実質的に平坦面になっている。内部取付物は四分円の部分として形成することができる。特に好ましい実施形態においては、プラントは、４つの内部取付物を備えていて、これらの間には、十字状の開放空間が形成されている。
本発明についての追加的な特徴は、以下の詳細な説明と添付図面とから明らかになるだろう。

以下、本発明について、添付図面を参照して詳細に説明する。

（実施例１）
図１は、セメントクリンカーを製造するためのＩＬＣ−Ｄ型のキルン・プラントを示している。このプラントは、サイクロン予熱装置（図には最後のサイクロン１のみを描いている。）と、分離サイクロン４を備えた、か焼炉３と、回転キルン５と、クリンカー冷却装置７とを備えている。また、このプラントは、キルンの排ガスを、か焼炉３へ迂回させるためのキルン上昇管ダクト９と、クリンカー冷却装置７から、か焼炉３へと予熱空気を導くためのダクト１１とを備えている。予熱された粉砕原料は、サイクロン１の中で予熱装置から分離され、か焼炉３へと導かれ、そこでか焼を受ける。か焼された粉砕原料は、分離サイクロン４の底部出口から、ダクト８を経て、回転キルン５へ導かれ、そこで燃焼されてセメントクリンカーとなって、続いてクリンカー冷却装置７にて冷却される。回転キルン５、及び、か焼炉３からの排ガスは、模式的に描かれたファン６によって、サイクロン４を介してか焼炉３から、予熱装置を介して上流側へ吸引される。
図示の実施態様において、燃料は、か焼炉３の上部に燃料を軸線方向に導入すべく配置されてなるバーナー１３を介して、か焼炉３に導入され、一方、回転キルン５からの排ガスは、入口ダクト１５を介して導入されて、か焼炉の上部領域３ａに接線方向に放出される。従って、バーナー１３を介して、か焼炉３に導入される燃料の燃焼は、その初期においては、低酸素濃度であるキルンの排ガスからなる雰囲気中にて開始する。この結果、還元領域が発生し、そこではキルンの排ガスと一緒に供給されるＮＯxが燃料と反応して、このためにＮＯxのレベルは低下する。
か焼炉におけるさらに下流側の箇所において、適当な長さだけ還元領域を過ぎた後には、ダクト１１を介してクリンカー冷却装置７からの予熱空気が、か焼炉３の中へ向けて接線方向に導入される。予熱装置からの予熱粉砕原料の大部分は、冷却装置からの空気と一緒に、矢印にて示すように、か焼炉３に導入される。接線方向に導入を行うという方法のために、冷却空気／粉砕原料の懸濁物は、螺旋状の経路に従って、続く燃焼領域を下方へ向かって通過して流れることになり、粉砕原料は、か焼炉の壁に向かって放出され、それから重力作用によって、か焼炉の壁に沿って滑り落ち、他方、クリンカー冷却装置からの空気は、か焼炉の中心部で火炎を包み、徐々に排ガス／燃料の懸濁物と混合する。その結果、か焼炉の燃焼領域の中心部における粉砕原料の量は十分小さくなるが、このことは、たとえ揮発成分の含有量が少ない燃料を使用しても、高温、つまり高い燃料燃焼率を実現することができることを意味する。か焼炉の壁に沿って滑落する粉砕原料は、か焼炉の中心にある燃焼領域の蓄熱によって、か焼され、これにより、燃焼領域に広がる高温に対して、か焼炉の壁を保護する熱シールドとして働く。

か焼炉の下部領域３ｂにおいて、粉砕原料は、下向きに流れる排ガスの流れ中に懸濁し、粉砕原料は、さらにか焼されて、排ガスの温度を下げることになる。次に、排ガス／粉砕原料の懸濁物は、移行区間３ｃを経て、分離サイクロン４まで導かれ、そこで、粉砕原料は排ガスから分離され、サイクロン４の底部出口から回転キルン５へ運ばれる。
燃焼領域の温度を制御すると同時に、か焼炉からの排ガスの排出温度を確実に引き下げるために、破線の矢印にて示す如く、か焼炉の下部領域３ｂに、または、移行区間３ｃに、少量の予熱された粉砕原料を導入してもよい。さらに、破線の矢印にて示す如く、回転キルン５から排出された直後における、キルンの排ガスの流れに、予熱装置から少量の予熱粉砕原料を導入してもよい。この結果、キルンの排ガス温度は引き下げられて、このために、ダクト９におけるケーキングの潜在的な問題は軽減される。この粉砕原料は、その触媒効果のために、か焼炉３におけるＮＯxのレベルをさらに下げる結果をもたらす。

（実施例２）
図２は、セメントクリンカーを製造するためのＳＬＣ−Ｄ型のキルン・プラントを示している。このプラントもまた、サイクロン装置（図には最後のサイクロン１のみを描いている。）と、上部領域２３ａと下部領域２３ｂとを備えた、か焼炉２３と、回転キルン５と、クリンカー冷却装置７とを備えている。また、このプラントは、クリンカー冷却装置７から、か焼炉２３へと予熱空気を導くためのダクト１１を備えている。予熱された粉砕原料は、サイクロン１の中で予熱装置から分離され、クリンカー冷却装置７からの空気と一緒に、か焼炉２３へと導かれ、そこでか焼を受ける。次に、粉砕原料とガスとの懸濁物は、上方へ向いたガスダクト２９の中へ導入され、その中で、回転キルン５からの排ガスと共に混合される。混合された懸濁物は、分離サイクロン４へ導かれ、そこから、ダクト８を経て、か焼された粉砕原料は、回転キルン５へ導かれ、この中で燃焼されてセメントクリンカーになってから、クリンカー冷却装置７の中で冷却される。回転キルン５、及び、か焼炉２３からの排ガスは、模式的に描かれたファン６によって、サイクロン４を介して吸引され、予熱装置を通って上昇する。

図示の実施態様において、燃料は、か焼炉２３の上部に燃料を軸線方向に導入すべく配置されてなるバーナー１３を介して、か焼炉２３の上部領域２３ａに導入され、一方、クリンカー冷却装置７からの予熱空気は、ダクト１１を介して導入されて、か焼炉２３の上部領域２３ａに接線方向に放出される。予熱装置からの予熱粉砕原料の大部分は、冷却装置からの空気と一緒に、矢印にて示すように、か焼炉２３に導入される。図１の実施形態の場合と同様に、冷却空気／粉砕原料の懸濁物は、接線モードにて導入を行うために、螺旋状の経路に従って、か焼炉２３を通って下方へ向かって流れることになり、粉砕原料は、か焼炉の壁に向かって放出され、それから重力作用によって、か焼炉の壁に沿って滑り落ち、他方、クリンカー冷却装置からの空気は、か焼炉の中心部で火炎を包み、徐々に燃料と混合する。その結果、か焼炉の燃焼領域の中心部における粉砕原料の量は十分小さくなるが、このことは、高温、つまり高い燃料燃焼率を実現することができることを意味する。か焼炉の壁に沿って滑落する粉砕原料は、か焼炉の中心にある燃焼領域の蓄熱によって、か焼され、これにより、燃焼領域に広がる高温に対して、か焼炉の壁を保護する熱シールドとして働く。

か焼炉２３の下部領域２３ｂから、か焼された粉砕原料とガスとの懸濁物は、続いて、上向きのガスダクト２９に導入され、その中で回転キルン５からの排ガスと共に混合される。ガスダクト２９において、完全にか焼されていなかったすべての粉砕原料についてのか焼が完了し、また、不図示のバーナーを介して燃料が導入される。混合された懸濁物は、前述の如く、分離サイクロン４へ導かれ、そこから、か焼された粉砕原料は、ダクト８を経て回転キルン５へ導かれる。
図１及び図２に示したプラントのそれぞれは、粉砕原料のか焼のレベルを向上させると共に、か焼炉３及び２３の中での燃料の燃焼効率を高めるために、混合ユニット１０を含んでいる。この混合ユニット１０は、図１及び図２において破線の円にて模式的に示した領域である、か焼炉３及び２３の下部領域３ｂ及び２３ｂに据え付けられている。ユニット１０は、その第１の機能として、か焼炉３の下部領域３ｂ及び２３ｂの中での排ガスの回転を止めるように、また、第２の機能として、かかる機能と同時に又はかかる機能に続いて、燃焼ガスと粉砕原料とをか焼炉３及び２３の中心線に向けて導くように、形成されている。この結果、か焼炉の壁の最も近くに集まっていた粉砕原料及び酸素含有空気流と、か焼炉の中心部にあるより高温の排ガス及び燃料との混合は、はるかに改善されて、粉砕原料は排ガスから多量の熱を吸収することができ、酸素含有空気と接触して高い燃料燃焼率を確保することができる。

図３及び図４は、か焼炉３及び２３に据え付けられる、本発明の好ましい実施形態による混合ユニット１０を示している。図３に示すように、混合ユニット１０は、四分円として形成されてなる、全く同じである４つの内部取付物３１を備えていて、これらの間には、十字の形状をもった開放空間が形成されている。図４に良く示されているように、内部取付物は、垂直な側面３３と斜めの上面３５とを備えるように形成されている。取付物３１は、金属から作られていて、内部ライニングによって保護されている。側面３３は、ガス流れの回転を効果的に止める一方、上面３５は、ガスと粉砕原料とをか焼炉の中心線に方向へ導いて、これにより、強制的に高い混合効率を確保する。

図１は、本発明による方法を実施するためのＩＬＣ−Ｄ型のプラントを示している。 図２は、本発明による方法を実施するためのＳＬＣ−Ｄ型のプラントを示している。 図３は、本発明の方法を実施するための好ましい実施形態による、か焼炉を示した横断面図である。 図４は、図３のか焼炉のＡ−Ａ線による縦断面図である。

Claims (6)

1. セメントクリンカーを製造するための方法であって、該方法においては、セメントの粉砕原料は、上部領域（３ａ，２３ａ）と下部領域（３ｂ，２３ｂ）とを備えてなるか焼炉（３，２３）の中でか焼され、燃料と燃焼ガスと粉砕原料とは、か焼炉の上部領域に導入されて、か焼炉を通って下方へ導かれ、燃焼ガスと粉砕原料とは、か焼炉に接線方向に導入されて螺旋状の経路に従った回転を受け、重力作用によって、粉砕原料は主としてか焼炉の壁に沿って下方へ導かれるような上記方法において、か焼炉の少なくとも下部領域においては、燃焼ガスの回転が止められ、これと略同時に又はこれに続いて、少なくともいくらかの燃焼ガスと少なくともいくらかの粉砕原料とが、か焼炉の下部領域において、か焼炉の中心線へ向けた方向へ導かれることを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法を実施するためのプラントであって、このプラントは、上部領域（３ａ，２３ａ）と下部領域（３ｂ，２３ｂ）とを備えていて、実質的に回転対称である、か焼炉（３，２３）を備え、該か焼炉は、か焼炉の上部領域へ燃料を導入するための手段（１３）と、か焼炉の上部領域へ燃焼ガスと粉砕原料とを導入するための手段（１１）とを備えているような上記プラントにおいて、か焼炉の少なくとも下部領域において、燃焼ガスの回転を止めると共に、これと略同時に又はこれに続いて、少なくともいくらかの燃焼ガスと少なくともいくらかの粉砕原料とを、か焼炉の下部領域において、か焼炉の中心線へ向けた方向へ導くような、混合ユニット（１０）を備えていることを特徴とするプラント。
3. 混合ユニット（１０）は、垂直である側面（３３）と斜めの上面（３５）とを形成されているような、複数の内部取付物（３１）から構成されていることを特徴とする請求項２に記載のプラント。
4. 垂直である側面（３３）と斜めの上面（３５）とは平坦面になっていることを特徴とする請求項３に記載のプラント。
5. 内部取付物（３１）は四分円の部分として形成されていることを特徴とする請求項３に記載のプラント。
6. ４つの内部取付物（３１）を備えていて、これらの間には、十字状の開放空間（３１）が形成されていることを特徴とする請求項３に記載のプラント。

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