JP2011026174A - Method for firing cement clinker by blowing gypsum from clinker discharge port side - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、セメントクリンカの焼成方法に係るものであり、セメントクリンカに必要となるSO3成分を石膏から確保する技術に関する。 The present invention relates to a method for firing a cement clinker, and relates to a technique for securing an SO 3 component necessary for a cement clinker from gypsum.
セメントクリンカの焼成において、求められるクリンカの性状によっては、クリンカ中のSO3含有量をある程度高くするよう調整することが望ましい場合がある。例えば早強セメントのクリンカを焼成する場合は、SO3含有量を多くすることで初期強度発現性のよいクリンカが得られることが知られている。 In firing the cement clinker, it may be desirable to adjust the SO 3 content in the clinker to a certain degree depending on the properties of the clinker required. For example, when firing a clinker made of early-strength cement, it is known that a clinker with good initial strength can be obtained by increasing the SO 3 content.
クリンカ中のSO3含有量を高くするには、原料のSO3組成を高くするように調整するほか、セメント焼成の燃料にオイルコークスなどのSO3含有量の高いものを使用するといった方法がある。すなわち、オイルコークスの微粉末をセメント焼成炉のクリンカ排出口側（窯前）に設置されたバーナに供給して燃焼させる。しかしながら、近年の燃料事情では、オイルコークスのようなSO3含有量の高い燃料は次第に入手が困難になりつつある。 In order to increase the SO 3 content in the clinker, there are methods such as adjusting the SO 3 composition of the raw material to be high and using a high SO 3 content such as oil coke as the fuel for cement firing. . That is, the fine powder of oil coke is supplied to the burner installed on the clinker discharge port side (before the kiln) of the cement firing furnace and burned. However, in recent fuel circumstances, fuels with a high SO 3 content such as oil coke are becoming increasingly difficult to obtain.
一方、建築物の天井や壁材として広く用いられている石膏ボードは、建築物の解体などによって廃棄物となるが、従来は、廃石膏ボードを破砕した上でその表面の紙を分離し、産業廃棄物として処分されるのが一般的であった。たとえば特許文献１には、廃石膏ボードを破砕した上で、石膏は安定型最終処分場に、分離された紙は管理型処分場に処分する技術が開示されている。 On the other hand, gypsum boards widely used as building ceilings and wall materials become waste due to the dismantling of buildings, etc., but conventionally, the waste gypsum board is crushed and the paper on its surface is separated, It was common to be disposed of as industrial waste. For example, Patent Document 1 discloses a technique in which waste gypsum board is crushed, gypsum is disposed in a stable final disposal site, and separated paper is disposed in a managed disposal site.
セメント製造工程において、廃石膏ボードに由来する石膏を利用することも行われているが、従来は、セメントクリンカに添加する凝結調整剤としての利用が一般的であった。例えば特許文献２では、廃石膏ボードから表面の紙を分離した石膏をセメントの仕上げミルに投入する技術が開示されている。また特許文献３では、石膏ボード廃材をセメント焼成炉から取り出されて余熱を有するクリンカ上に添加して紙を燃焼して除去し、その上でクリンカとともに粉砕する技術が開示されている。 In the cement manufacturing process, gypsum derived from waste gypsum board is also used, but conventionally, it has been generally used as a coagulation adjusting agent added to cement clinker. For example, Patent Document 2 discloses a technique in which gypsum obtained by separating paper on a surface from waste gypsum board is put into a cement finishing mill. Patent Document 3 discloses a technology in which gypsum board waste material is taken out from a cement firing furnace and added onto a clinker having residual heat to burn and remove paper, and then pulverized with the clinker.
また、特許文献３では、廃石膏ボードのように繊維（紙）を含む廃棄物を、繊維の影響を受けないようにするため、ロータリーキルンの窯尻部、ロータリーキルンの前段に設けた仮焼炉またはロータリーキルンの前段に位置するプレヒータに投入する技術が開示されている。この場合、廃石膏ボードの石膏に由来するSO3は、他のセメント原料に取り込まれてクリンカ成分の一部となると思われる。しかし、石膏をプレヒータや窯尻に投入すると、焼成帯の温度低下によるフリーライムの増加や硫黄分の揮発・濃縮によるドラフト障害の可能性があり、クリンカ品質の低下が生じたり、キルンの安定操業に対する障害となったりすることが懸念される。 Moreover, in patent document 3, in order to prevent the waste containing a fiber (paper) like a waste gypsum board from receiving the influence of a fiber, the kiln bottom provided in the kiln bottom part of the rotary kiln, or the front | former stage of a rotary kiln or A technique for charging a preheater located at the front stage of a rotary kiln is disclosed. In this case, SO 3 derived from the gypsum of the waste gypsum board seems to be incorporated into other cement raw materials and become a part of the clinker component. However, if gypsum is added to the preheater or kiln bottom, there may be an increase in free lime due to a decrease in the temperature of the calcining zone and a draft failure due to volatilization / concentration of the sulfur content. There is a concern that it may be an obstacle to this.
本発明の課題は、以上のような背景に鑑み、クリンカのSO3含有量を必要に応じて高めるための新たな方法を提供するとともに、廃石膏ボードなどから得られる石膏廃材を有効に利用するための方法を提供することにある。 In view of the background as described above, the object of the present invention is to provide a new method for increasing the SO 3 content of clinker as necessary, and to effectively use gypsum waste obtained from waste gypsum board and the like. To provide a method for this.
本発明の発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討を行い、石膏をセメントクリンカ焼成炉の排出口すなわち窯前から導入すれば効果的であることを見出し、本発明を完成した。 The inventors of the present invention have intensively studied to solve the above problems, and found that it is effective to introduce gypsum from the outlet of the cement clinker firing furnace, that is, before the kiln, and completed the present invention. .
すなわち、本発明は、セメントクリンカの焼成工程において、石膏をセメントクリンカ焼成炉のクリンカ排出口側から焼成炉内に導入することを特徴とする、セメントクリンカ焼成方法である（請求項１）。 That is, the present invention is a cement clinker firing method characterized in that, in the cement clinker firing step, gypsum is introduced into the firing furnace from the clinker discharge port side of the cement clinker firing furnace (claim 1).
石膏の導入は、セメントクリンカ焼成炉のクリンカ排出口側に設けた吹き込みノズルを通じて空気流とともに導入する方法としてもよい（請求項２）。 The introduction of gypsum may be a method of introducing the gypsum together with the air flow through the blowing nozzle provided on the clinker discharge port side of the cement clinker firing furnace.
石膏は、廃石膏ボードを粉砕した粉末状の石膏であることが好適である（請求項３）。 The gypsum is preferably powdered gypsum obtained by pulverizing waste gypsum board (claim 3).
また、本発明は、 ロータリーキルンのクリンカ排出口側に、主燃料をバーナに供給する手段と併設して、石膏を空気流によりロータリーキルン内に圧送する手段を備えてなることを特徴とする、セメントクリンカ焼成炉に関する（請求項４）。 Further, the present invention provides a cement clinker characterized in that, on the clinker discharge port side of the rotary kiln, a means for supplying main fuel to the burner is provided, and a means for pumping gypsum into the rotary kiln by an air flow is provided. The present invention relates to a firing furnace (claim 4).
本発明によれば、クリンカに含まれるSO3含有量を高め、初期強度発現性に優れたクリンカを得ることができる。また、石膏の硫黄分が揮発することによるセメントクリンカ焼成設備への悪影響を生じさせることなく、焼成設備の安定運転を保ったまま、廃石膏ボードの有効利用量を増大させることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a clinker excellent in initial strength development by increasing the SO 3 content contained in the clinker. Moreover, the effective utilization amount of a waste gypsum board can be increased, maintaining the stable operation of a baking equipment, without producing the bad influence on the cement clinker baking equipment by volatilization of the sulfur content of gypsum.
本発明においては、石膏をセメントクリンカ焼成炉のクリンカ排出口側（窯前）から焼成炉内に導入する。焼成炉としては、典型的にはロータリーキルンである。ロータリーキルン内の窯前には、バーナが設置され、バーナから燃料を噴出させつつ燃焼することで、キルン内部をセメントクリンカの焼成に適した高温に保っている。セメント焼成において主燃料として用いら入れるのは微粉炭の場合が多い。また、セメント原料はロータリーキルン内部で焼成反応を行いながら窯尻から窯前へと移動し、窯前の排出口から排出される。 In the present invention, gypsum is introduced into the firing furnace from the clinker outlet side (before the kiln) of the cement clinker firing furnace. A typical kiln is a rotary kiln. A burner is installed in front of the kiln in the rotary kiln, and the inside of the kiln is kept at a high temperature suitable for cement clinker firing by burning the fuel from the burner. In many cases, pulverized coal is used as a main fuel in cement firing. Also, the cement raw material moves from the kiln bottom to the front of the kiln while performing a firing reaction inside the rotary kiln, and is discharged from the outlet before the kiln.
石膏をロータリーキルンの窯前側からキルンに導入すると、石膏はバーナの熱で分解されながらキルンの内部を進み、そのSO3成分はキルン内部の焼成工程途中にあるセメント原料に取り込まれ、最終的にはクリンカの成分の一部となる。この結果、クリンカのSO3含有量が大きくなり、そのクリンカを初期強度発現性に優れたセメントの製造に用いることができる。例えば早強セメントの製造には有用である。 When gypsum is introduced into the kiln from the front of the kiln of the rotary kiln, the gypsum proceeds through the kiln while being decomposed by the heat of the burner, and its SO 3 component is taken into the cement raw material in the middle of the firing process inside the kiln, and finally Part of clinker ingredients. As a result, the SO 3 content of the clinker is increased, and the clinker can be used for producing a cement having excellent initial strength development. For example, it is useful for the production of early strong cement.
石膏をセメント焼成炉のクリンカ排出口側からキルンに導入すると、バーナの炎による高温にさらされ、急速に分解する。分解の結果生じたカルシウム成分およびSO3成分はいずれもセメントクリンカに取り込まれる。そのため、当該カルシウム成分やSO3成分がセメント焼成設備に影響を与えることはない。また、石膏の導入量にもよるが、導入された石膏はセメントクリンカに取り込まれる前にバーナの高温の炎にさらされることになるため、セメント原料の焼成反応には直接関与しない。そのためキルン内部の温度低下を防ぐことができる。 When gypsum is introduced into the kiln from the clinker outlet side of the cement baking furnace, it is exposed to the high temperature of the burner flame and decomposes rapidly. Both the calcium component and the SO 3 component resulting from the decomposition are taken into the cement clinker. Therefore, the calcium component and SO 3 component do not affect the cement firing facility. Further, although it depends on the amount of gypsum introduced, the introduced gypsum is exposed to the high-temperature flame of the burner before being taken into the cement clinker, so it is not directly involved in the firing reaction of the cement raw material. Therefore, the temperature drop inside the kiln can be prevented.
キルンの温度低下を招くことのない石膏の導入量は、バーナの性能やクリンカの生産量にもよるが、おおむねクリンカ1tあたり1.8kg,から6.0kgの範囲である。このほかに、セメントクリンカの望ましいSO3含有量に応じて調整するのはもちろんであるが、セメント原料にはじめから含まれるSO3量と焼成過程の前段で揮発するSO3量を考慮して窯前に導入する石膏量を定めればよい。 The amount of gypsum that will not cause a temperature drop in the kiln is generally in the range of 1.8 kg to 6.0 kg per ton of clinker, depending on the burner performance and clinker production. Besides this, although it is of course adjusted depending on the desired SO 3 content of the cement clinker, in consideration of the SO 3 content of volatilized preceding SO 3 content and baking processes involved from the beginning in the cement material kiln What is necessary is just to determine the amount of gypsum to introduce before.
石膏をセメントクリンカ焼成炉内に導入する方法はいろいろ考えられるが、窯前に設置した吹き込みノズルを通じて空気流による圧送するのが効果的である。この場合、石膏は圧送に適した粒度の粉末状にするのが好適である。吹き込みノズルとしては、例えば、焼成用のメインバーナに近接した位置に設けた専用ノズルとしてもよく、メインバーナと一体的に形成したものでもよい。または、メインバーナに主燃料以外の吹き込みポートがある場合はそこに圧送管を挿入してもよい。この場合、吹き込まれた石膏は直後にバーナの炎の中を通って直ちに分解されるので、いっそう好ましい。 Various methods of introducing gypsum into the cement clinker firing furnace are conceivable, but it is effective to pump by a flow of air through a blowing nozzle installed in front of the kiln. In this case, the gypsum is preferably powdered with a particle size suitable for pumping. The blowing nozzle may be, for example, a dedicated nozzle provided at a position close to the main burner for firing, or may be formed integrally with the main burner. Alternatively, if the main burner has an injection port other than the main fuel, a pressure feeding pipe may be inserted there. In this case, the blown gypsum immediately breaks down through the burner flame, which is even more preferred.
本発明で利用する石膏は、限定されないが、廃石膏ボードを粉砕した粉末状の石膏（廃石膏ボード粉末）がよい。具体的には、廃石膏ボードの表面の紙を機械的にはがしたあと、粉砕して粉末状とする。粉末の粒度は、前述したように圧送に適した粒度であれば問題ない。廃石膏ボードには紙の繊維が若干混入することは避けられないが、その紙の繊維も含めて圧送できる程度に粉砕されていれば、本発明で用いる廃石膏ボード粉末として利用することができる。混入している紙の繊維は、セメント焼成炉に導入されたときにバーナの炎により速やかに燃焼し、セメントクリンカの性状に影響を与えることはない。また、石膏ボードには諸々の有機混和材が含まれていることが普通だが、これらの有機混和材も、同様にセメント焼成炉内で速やかに燃焼・分解するため、問題ない。廃石膏ボード粉末を利用することで、セメントクリンカのSO3含有量の調整だけでなく、廃石膏ボードを産業廃棄物として処分することなく、有効利用することができる。 The gypsum used in the present invention is not limited, but powdery gypsum (waste gypsum board powder) obtained by pulverizing waste gypsum board is preferable. Specifically, after the paper on the surface of the waste gypsum board is mechanically peeled, it is pulverized into powder. The particle size of the powder is not a problem as long as it is suitable for pumping as described above. It is inevitable that paper fibers are mixed in the waste gypsum board, but if it is pulverized to such an extent that it can be fed together with the paper fibers, it can be used as waste gypsum board powder used in the present invention. . The mixed paper fibers are quickly burned by the flame of the burner when introduced into the cement firing furnace, and do not affect the properties of the cement clinker. In addition, gypsum board usually contains various organic admixtures, but these organic admixtures are also combusted and decomposed quickly in a cement firing furnace, so there is no problem. By using the waste gypsum board powder, not only the adjustment of the SO 3 content of the cement clinker but also the waste gypsum board can be effectively used without being disposed of as industrial waste.
本発明においては、廃石膏ボード粉末のほか、排脱石膏などの各種の石膏を利用することができる。廃石膏ボード粉末同様、圧送に好適な程度の粉末状の石膏が好ましい。 In the present invention, various types of gypsum such as waste gypsum can be used in addition to waste gypsum board powder. Like waste gypsum board powder, powdery gypsum suitable for pressure feeding is preferred.
廃石膏ボード粉末を空気流により圧送する場合、水分を含んでいると固結して圧送の障害となることがある。そのため、廃石膏ボード粉末はできるだけ乾燥するのが望ましい。固結の防止には、廃石膏ボードの含水量を10wt％以下とするのがよい。 When the waste gypsum board powder is pumped by an air flow, if it contains moisture, it may consolidate and hinder the pumping. Therefore, it is desirable to dry the waste gypsum board powder as much as possible. In order to prevent caking, the water content of waste gypsum board should be 10wt% or less.
セメントクリンカ焼成用のロータリーキルンにおいて、窯前側に設置されているメインバーナの内部（キルンバーナ重油ポート）に廃石膏ボードの圧送管を挿入し、該圧送管を通じて廃石膏ボード粉末を空気流によりロータリーキルンに圧送した。廃石膏ボード粉末は微粉と粗粉が混在しており、粗粉の最大粒径は5mm程度であった。また、紙と思われる繊維状粒子も若干混入していた。
一方、比較のために、排脱石膏をロータリーキルン窯尻のシュートから投入する試験もあわせて行った。
試験の各条件の概略と、その結果とを表1に示す。
In a rotary kiln for firing cement clinker, a waste gypsum board pressure feeding pipe is inserted into the main burner (kiln burner heavy oil port) installed on the front side of the kiln, and waste gypsum board powder is pumped to the rotary kiln by air flow through the pressure feeding pipe. did. The waste gypsum board powder was a mixture of fine powder and coarse powder, and the maximum particle size of the coarse powder was about 5 mm. Moreover, some fibrous particles that seem to be paper were also mixed.
On the other hand, for comparison, a test was also conducted in which waste gypsum was added from the chute of the rotary kiln kiln.
Table 1 shows an outline of the test conditions and the results.
廃石膏ボード粉末を0.8t/hの速度で窯前バーナに圧送すると、ロータリーキルンから排出されるクリンカのSO3含有量は0.3％から0.5％に上昇した。これにより、このクリンカを用いたセメントの初期強度発現性が向上することが期待され、早強セメント用のクリンカとしては好ましい範囲であった。 When waste gypsum board powder was pumped to the kiln burner at a rate of 0.8 t / h, the SO 3 content of the clinker discharged from the rotary kiln increased from 0.3% to 0.5%. This is expected to improve the initial strength development of the cement using this clinker, and was a preferable range as a clinker for early-strength cement.
一方、廃石膏ボードを圧送している間、ボトムサイクロンにおけるSO3濃度は2.0％上昇したが、キルン排ガスの電気集塵機出口のSOx濃度に変化はなく、プレヒータ等のコーチング付着も少なく、良好な運転状況であった。また、キルンバーナフレームに乱れは見られず、キルンの焼点温度、落口クリンカ温度、キルン電流にも大きな変化は見られなかった。すなわち、廃石膏ボード粉末の吹き込みを開始する前後でキルンの運転状況に特段の変化がないことが確認された。 On the other hand, while the waste gypsum board was being pumped, the SO 3 concentration in the bottom cyclone rose 2.0%, but the SOx concentration at the outlet of the electrostatic precipitator of the kiln exhaust gas did not change, and there was little adhesion to the preheater and other coatings, resulting in good operation It was a situation. In addition, no disturbance was found in the kiln burner frame, and no significant changes were observed in the kiln burning point temperature, clinker clinker temperature, and kiln current. That is, it was confirmed that there was no particular change in the operation state of the kiln before and after the start of the blowing of the waste gypsum board powder.
これに対し、排脱石膏を窯尻のシュートから投入した場合、ボトムサイクロン原料のSO3濃度が大きく上昇した。このため、より長時間の連続投入を行うと、ボトムサイクロン内のコーチング増加が予想される。また、キルン内の熱履歴が変化し、クリンカ品質のためには好ましくない結果となった。 On the other hand, when the waste gypsum was introduced from the kiln bottom chute, the SO 3 concentration of the bottom cyclone raw material increased significantly. For this reason, if continuous charging is performed for a longer time, the coaching in the bottom cyclone is expected to increase. In addition, the heat history in the kiln changed, resulting in undesirable results for clinker quality.
本発明は、セメントクリンカ焼成プロセスにおいて、SO3含有量の高い燃料を用いることなくクリンカのSO3含有量を調整する場合に有用である。また、廃石膏ボードをセメントクリンカ焼成炉で連続的に有効利用することが可能である。 The present invention is useful for adjusting the SO 3 content of a clinker without using a fuel having a high SO 3 content in a cement clinker firing process. In addition, the waste gypsum board can be effectively used continuously in a cement clinker firing furnace.
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