JP2013023423A

JP2013023423A - セメント製造設備

Info

Publication number: JP2013023423A
Application number: JP2011161685A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Sakaniwa; 大輔坂庭; Junzhu Wang; 俊柱王; Hirokazu Shima; 裕和島
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2011-07-25
Filing date: 2011-07-25
Publication date: 2013-02-04
Anticipated expiration: 2031-07-25
Also published as: US9890080B2; US20140120486A1; CN103687827A; KR101833587B1; EP2738146A4; JP4998639B1; CN103687827B; KR20140047673A; EP2738146A1; WO2013014816A1; EP2738146B1

Abstract

【課題】塩素濃度が低い仮焼炉排ガスの混入を防いで、塩素濃度が高いキルン排ガスの一部を抽気することにより、少量の排ガス抽気によって効率的にセメントキルン内の塩素濃度を低減させることができる塩素バイパス装置を備えたセメント製造設備を提供する。
【解決手段】セメントキルン１の窯尻部２から立ち上がる排ガス管９の導管傾斜部１４に接続された仮焼炉の排気ダクト１６の下面１６ａに、水平面に対して２０〜６０°の範囲の傾斜角度αで導管傾斜部１４側へと突出する整流壁２０を形成するとともに、整流壁の下端縁２０ａと導管傾斜部の対向壁面１４ａとの間隔を、両者間における排ガス平均流速が１５〜３５ｍ／ｓの範囲になるように設定した。
【選択図】図１

Description

本発明は、排ガスの一部とともに系内の塩素分を抽気して除去する塩素バイパス装置を備えたセメン製造設備に関するものである。

図５および図６は、一般的な従来のセメント製造設備を示すものである。
このセメント製造設備は、セメント原料を焼成するためのセメントキルン１と、このセメントキルン１の窯尻部２に設けられた複数のサイクロン４ａ〜４ｄを備えたプレヒータ４と、このプレヒータ４の最下段のサイクロン４ｄからセメント原料をセメントキルン１の窯尻部２に供給するシュート５と、最上段のサイクロン４ａに接続されて燃焼排ガスを排出する排気ファン６を有する排気ライン７と、窯前３に設けられてセメントキルン１の内部を加熱するための主バーナ８とを備え、さらに３段目のサイクロン４ｃと４段目のサイクロン４ｄとの間に、下端部にセメントキルン１の窯尻部２から排ガス管９を通じて高温の排ガスが導入されるとともに、内部に微粉炭の燃焼装置を有する仮焼炉１０が設けられたものである。

そして、上記セメントクリンカの製造設備においては、最上段のサイクロン４ａに供給された上記セメント原料が、順次下方のサイクロン４へと落下するにしたがって、下方から上昇するセメントキルン１からの高温の排ガスによって予熱された後に、サイクロン４ｃから抜き出されて仮焼炉１０に送られ、この仮焼炉１０において仮焼された後に、最下段のサイクロン４ｄからシュート５を介してセメントキルン１の窯尻部２に導入され、軸線廻りに回転駆動されるセメントキルン１内を、窯尻部２側から窯前３へと送られる過程において焼成されてセメントクリンカになる。

他方、セメントキルン１から排出された燃焼排ガスは、排ガス管９において仮焼炉１０からの排ガスが混合された後に、最下段のサイクロン４ｄへと送られ、順次上方のサイクロン４へと送られて、上記セメント原料を予熱するとともに、最終的には最上段のサイクロン４ａの上部から、排気ファン６によって排気ライン７を介して排気されて行くようになっている。

このようなセメント製造設備においては、セメント原料に含まれる塩素分や燃料の一部として投入したプラスチック等の廃棄物に含まれる塩素分が、セメントキルン１内における高温（約１４００℃）雰囲気下において、主にＫＣｌやＮａＣｌ等のアルカリ塩化物として揮発して排ガス中に移行する。そして、この排気ガスは、セメントキルン１の窯尻部２からプレヒータ４側に排気されて順次下方から上方のサイクロン４ｄ〜４ａへと上昇する際に、セメント原料を予熱することにより冷却され、当該排ガス中に含まれる塩素分が再びセメント原料側に移行してしまう。

この結果、塩素分は上記セメントキルン１およびプレヒータ４からなる系内を循環するために、新たに上記燃料あるいはセメント原料から系内に持ち込まれる塩素分等によって、内部の塩素濃度が徐々に上昇し、ひいてはプレヒータ４のサイクロンを閉塞させ、運転に支障をきたす。

そこで近年、上記セメント製造設備には、系内の塩素分を除去するための塩素バイパス装置が設けられている。
この塩素バイパス装置は、窯尻部２からの排ガス管９に接続されて、排ガスの一部を抜き出すとともに冷却する抽気管１１と、この抽気管１１によって抜き取られた排ガスから、粒径の大きなセメント原料を分離して除去するサイクロン１２と、このサイクロン１２を経た排ガスに含まれる塩素分を捕集するバッグフィルター１３とから概略構成されたものである。

上記塩素バイパス装置によれば、定期的に、抽気管１１によってセメントキルン１から排ガス管９を介して排出される排ガスの一部を抜き取り、冷却することで塩素分をアルカリ塩化物として、後段のバッグフィルター１３において回収することにより、系内の塩素濃度が上昇することを防止することができる。

ところで、一般に上記構成からなるセメント製造設備においては、図６に示すように、軸線を略水平としたセメントキルン１の窯尻部２から排出された排ガスを、加熱源として上方のプレヒータ４へと供給するために、セメントキルン１の窯尻部２に接続された排ガス管９が、当該窯尻部２からキルン排ガス（イ）の下流側に向けて漸次上方へ傾斜する導管傾斜部１４と、この導管傾斜部１４の上端部に接続されて排ガス（イ）をプレヒータ４へ導くライジングダクト（鉛直部）１５とから形成されている。

そして、導管傾斜部１４の上側面に、仮焼炉１０の排気ダクト１６が接続されるとともに、この排気ダクト１６と窯尻部２との間の導管傾斜部１４の上側面に、塩素バイパス装置の抽気管１１が接続されている。ここで、仮焼炉１０からの排気ダクト１６は、通常、仮焼炉排ガス（ロ）に同伴した原料ダストと、セメントキルン１からの排ガス（イ）との熱交換が効率良く行われるように、極力窯尻部２側に近接するように設けられている。

この結果、図中一点鎖線で示すように、排気ダクト１６から排出される仮焼炉排ガス（ロ）の一部が、窯尻部２側に向けて降下し、キルン排ガス（イ）の一部とともに、塩素バイパス装置の抽気管１１から抜き出されるという現象が生じている（図７に示す解析結果を参照）。

ところが、塩素バイパス装置においては、極力塩化物ガス濃度が高いキルン排ガス（イ）を少量抽気することを前提として設計されているのに対して、上記仮焼炉排ガス（ロ）は、キルン排ガス（イ）と比較して、塩化物ガスの濃度が低いために、実際の操業においては、仮焼炉排ガス（ロ）によって塩化物ガス濃度が希釈された排ガスを抽気管１１から抜き出していることになる。

この結果、設計仕様通りにセメントキルン１内の塩化物ガス濃度を低下させることが難しいという問題点があった。そこで、塩素バイパス装置における脱塩素量を増加させて、セメントキルン１内における所定の塩化物ガス濃度の低減効果を得るために、抽気管１１において抽気する排ガスの量を増大させると、系内における熱ロスが過多になり、クリンカの製造コストが増加して生産性が悪化するという問題点があった。

なお、この種の仮焼炉および塩素バイパス装置を備えた従来のセメント製造設備としては、例えば下記特許文献１、２において開示されているものが知られている。

特許第３５０３４０２号公報特許第４０９３１６８号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、塩素濃度が低い仮焼炉排ガスの混入を防いで、当該塩素濃度が高いキルン排ガスの一部を抽気することにより、少量の排ガス抽気によって効率的にセメントキルン内の塩素濃度を低減させることができる塩素バイパス装置を備えたセメント製造設備を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、プレヒータで予熱された上記セメント原料を仮焼する仮焼炉と、この仮焼炉で仮焼された上記セメント原料を焼成するセメントキルンと、このセメントキルンの窯尻部から排出された排ガスを上記プレヒータに供給する排ガス管と、この排ガス管に接続されて上記排ガスの一部を抜き出す塩素バイパス装置とを備え、上記排ガス管は、上記窯尻部から上記排ガスの下流側に向けて漸次上方へ傾斜する導管傾斜部と、この導管傾斜部の上端部に接続されて上記排ガスを上記プレヒータへ導くライジングダクトとを有し、上記導管傾斜部の上側面に上記仮焼炉の排気ダクトが接続されるとともに、当該排気ダクトと上記窯尻部との間の上記導管傾斜部に、上記塩素バイパス装置の抽気管が接続されたセメント製造設備において、上記仮焼炉の排気ダクトの下面に、水平面に対して２０〜６０°の範囲の傾斜角度で上記導管傾斜部側へと突出する整流壁を形成するとともに、上記整流壁の下端縁と上記導管傾斜部の対向壁面との間隔を、当該下端縁と対向面との間における排ガス平均流速が１５〜３５ｍ／ｓの範囲になるように設定したことを特徴とするものである。

請求項１に記載の本願発明に係るセメント製造設備によれば、仮焼炉の排気ダクトの下面に、水平面に対して２０〜６０°の範囲の傾斜角度で導管傾斜部側へと突出する整流壁を形成し、かつこの整流壁の下端縁と導管傾斜部の対向壁面との間隔を、両者間の排ガス平均流速が１５〜３５ｍ／ｓの範囲になるように設定している。

このため、後述する実験結果から明らかなように、排気ダクトからの仮焼炉排ガスがセメントキルンの窯尻部側へと降下することを防止して、もっぱら塩素濃度が高いキルン排ガスを抽気管から塩素バイパス装置へと送ることができ、よって少量の排ガス抽気によって効率的にセメントキルン内の塩素濃度を低減させることができる。

なお、仮焼炉の排気ダクトに形成する上記整流壁の水平面に対する傾斜角度を２０〜６０°とした理由は、当該傾斜角度が６０°を超えると、排気ダクトからの仮焼炉排ガスが窯尻部側に降下して塩素バイパス装置の抽気管から抜き出される可能性が高くとともに、上記仮焼炉排ガスの流れがセメントキルンの窯尻部側からのキルン排ガスの流れを妨げて、当該排ガス流に圧力損失を与えるからであり、他方２０°に満たないと、当該整流壁に仮焼炉排ガス中の原料ダストが堆積して操業に支障を生じるおそれがあるからである。

また、整流壁の下端縁と導管傾斜部の対向壁面との間隔を、両者間の排ガス平均流速が１５〜３５ｍ／ｓの範囲になるように設定したのは、上記排ガス平均流速が１５ｍ／ｓに満たないと、仮焼炉排ガスの流れが勝って窯尻部側へと降下するおそれがあり、逆に３５ｍ／ｓを超えるように上記間隔を設定すると、当該間隔が狭くなり過ぎて導管傾斜部における圧力損失が増大し、同様に操業に支障を来すおそれが生じるからである。

本発明の一実施形態を示す要部の縦断面図である。図１の実施形態を用いた実施例の解析結果である排ガスの流線を示す図である。上記実施例において傾斜角度および排ガス平均流速を変化させた場合の解析結果を示す図表である。図３の結果をプロットしたグラフである。一般的なセメント製造設備を示す概略構成図である。図５の要部を排ガスの流れとともに示す拡大図である。上記実施例において従来のセメント製造設備を用いた解析結果である排ガスの流線を示す図である。

図１は、本発明に係るセメント製造設備の一実施形態の要部を示すもので、他の構成部分については図５に示したものと同様であるために、以下同一符号を用いて説明を簡略化する。
図１に示すように、このセメント設備においては、仮焼炉１０の排気ダクト１６の下面１６ａの下部（導管傾斜部１４との接続部）に、当該下面１６ａよりも水平面に対する傾斜角度が緩やかな整流壁２０が形成されている。ちなみに、この整流壁２０は、水平面に対してα＝２０〜６０°の範囲の傾斜角度の平坦面であり、導管傾斜部１４側へと突出するように形成されている。

さらに、この整流壁２０の下端縁２０ａと、導管傾斜部１４の下側面の内壁となる対向壁面１４ａとの間隔は、これら下端縁２０ａおよび対向面１４ａ間を通過する排ガスの平均流速が１５〜３５ｍ／ｓの範囲になるように設定されている。

本発明者等は、図１に示す整流壁２０の傾斜角度およびその下端縁２０ａと導管傾斜部１４の対向面１４ａとの間を通過する排ガスの平均流速を変化させた場合の実施例１〜１１および比較例１〜６について、セメントキルン１から導管傾斜部１４に至る排ガス流における圧力損失の変化等について解析を行った。

図３は、その諸元および結果を示すものであり、図４は、上記結果を、横軸を下端縁２０ａと導管傾斜部１４の対向面１４ａとの間を通過する排ガスの平均流速（ｍ／ｓ）とし、縦軸をセメントキルン１から導管傾斜部１４に至る排ガス流における圧力損失（ｍｍＡｑ）としてプロットして示したものである。

さらに、図２に示すセメント製造設備および図７に示す従来のセメント製造設備において、排気ダクト１６から排出される仮焼炉排ガスの流れを解析した。

これら図２、図３、図４および図７に示す解析結果から、実施例１〜１１においては、上記整流壁２０の水平面に対する傾斜角度を２０〜６０°の範囲とし、かつこの整流壁２０の下端縁２０ａと導管傾斜部１４の対向壁面１４ａとの間隔を、両者間の排ガス平均流速が１５〜３５ｍ／ｓの範囲になるように設定している結果、排ガスの流れに大きな圧力損失を与えることがなく、しかも排気ダクト１６からの仮焼炉排ガスがセメントキルン１の窯尻部２側へと降下して抽気管１１から抜き出されることを防止して、もっぱら塩素濃度が高いセメントキルン１からの排ガスを抽気管１１から塩素バイパス装置へと送ることができ、よって少量の排ガス抽気によって効率的にセメントキルン１内の塩素濃度を低減させることができることが判る。

これに対して、比較例１、２のように上記排ガス平均流速が３５ｍ／ｓを超えると、上記圧力損失が急激に上昇して、上記下端縁２０ａと対向壁面１４ａとの間隔が狭くなり過ぎて導管傾斜部１４における圧力損失が増大し、操業に支障を来すおそれが生じることが判る。

また、比較例３〜６のように、上記排ガス平均流速が１５〜３５ｍ／ｓの範囲内であっても、上記傾斜角度が６０°を超えると、仮焼炉排ガスの流れが、導管傾斜部１４からライジングダクト１５へ向かうキルン排ガスの流れを妨げて、同様に導管傾斜部１４における圧力損失の増大を招くことが判る。

なお、上記実施形態においては、導管傾斜部１４の上側面に塩素バイパス装置の抽気管１１が接続されている場合についてのみ説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上記導管傾斜部１４の上側面と下側面との間の側面に塩素バイパス装置の抽気管が接続されている場合においても同様に適用することが可能である。

１セメントキルン
２窯尻部
４プレヒータ
９排ガス管
１０仮焼炉
１１塩素バイパス装置の抽気管
１２同、サイクロン
１３同、バッグフィルター
１４導管傾斜部
１４ａ対向壁面
１５ライジングダクト
１６仮焼炉からの排気ダクト
１６ａ下面
２０整流壁
２０ａ下端縁
α 整流壁２０の傾斜角度

Claims

プレヒータで予熱された上記セメント原料を仮焼する仮焼炉と、この仮焼炉で仮焼された上記セメント原料を焼成するセメントキルンと、このセメントキルンの窯尻部から排出された排ガスを上記プレヒータに供給する排ガス管と、この排ガス管に接続されて上記排ガスの一部を抜き出す塩素バイパス装置とを備え、上記排ガス管は、上記窯尻部から上記排ガスの下流側に向けて漸次上方へ傾斜する導管傾斜部と、この導管傾斜部の上端部に接続されて上記排ガスを上記プレヒータへ導くライジングダクトとを有し、上記導管傾斜部の上側面に上記仮焼炉の排気ダクトが接続されるとともに、当該排気ダクトと上記窯尻部との間の上記導管傾斜部に、上記塩素バイパス装置の抽気管が接続されたセメント製造設備において、
上記仮焼炉の排気ダクトの下面に、水平面に対して２０〜６０°の範囲の傾斜角度で上記導管傾斜部側へと突出する整流壁を形成するとともに、上記整流壁の下端縁と上記導管傾斜部の対向壁面との間隔を、当該下端縁と対向面との間における排ガス平均流速が１５〜３５ｍ／ｓの範囲になるように設定したことを特徴とするセメント製造設備。