JP2015535922A - 回転窯における二次燃料の燃焼を向上する方法及び装置、並びに、バーナー組立体を有する回転窯の据え付け方法 - Google Patents
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Abstract
Description
異なる燃料が窯を加熱するために使用され得る。
一般に、回転窯は、油、ガス、粉炭などの一次燃料用のバーナー本体を少なくとも1つ有する。いわゆる二次燃料と呼ばれるその他の付加的な燃料も任意で使用可能である。二次燃料としては、多くの材料が考えられるが、例えばプラスチック廃棄物、繊維廃棄物、古いタイヤなどが含まれる。これらの二次燃料は、一般的に、小粒、小片、小屑片などとして、圧縮空気によって供給される。通常、二次燃料の発熱量は、一次燃料よりも少ない。結果として、その完全燃焼には、多くの場合において、特に汚染物質の放出を防止又は抑制するための付加的な手段を要する。
同様に、回転窯の基本構造が、例えば、欧州特許出願公開第1065461B1号に記載されている。ここにおいても、酸素の添加による二次燃料の燃焼の向上について提案されている。
米国特許第6318278B1号において、本発明において構成されるような回転窯が記載されている。本文献においては、後部内燃領域における酸素ランスの使用について記載され、ここにおいては、バーナー本体の方向に対して角度を保って酸素供給を行うことも考慮に入れられている。
欧州特許出願公開第0726437A1号は、回転窯における異なる酸素ランスに関しており、ここにおいては、酸素ランスの1つがバーナー組立体の中心に導入されている。しかしながら、ここにおいては、二次燃料の使用については言及されていない。
この目的を達成するために、請求項13に係る方法、並びに、請求項5に係る装置が採用される。単独又は組み合わせて使用可能である有利な実施形態が、それぞれ、従属項において開示されている。
しかしながら、また、酸素ランスは、供給路の上にも設置可能である。即ち、酸素ランスは、バーナーの高温側における(即ち、炉内部側)供給路の先端の上に設置可能である。後者の場合においては、特に、酸素ランスは短くてもよく、或いは、傾斜ノズルそれ自体から実質的に構成されていてもよい。
使用される酸素ガスは、技術的に使用可能な純度及び濃度を有している。同様に、液体酸素もまた、工業的に使用可能な純度を有している。
「高酸素濃度ガス」は、酸素(O2)の含有量が、50体積パーセント〜100体積パーセント、好ましくは80体積パーセント〜100体積パーセントであるガスを示し、
「酸素ガス」は、酸素(O2)の含有量が、90体積パーセント〜100体積パーセント、好ましくは95体積パーセント〜100体積パーセント、さらに好ましくは99体積パーセント〜100体積パーセント、好ましくは80体積パーセント〜100体積パーセントであるガスを示し、
「高酸素濃度液体」は、酸素(O2)の含有量が、50体積パーセント〜100体積パーセントである液体を示し、
「液体酸素」は、酸素(O2)の含有量が、90体積パーセント〜100体積パーセント、好ましくは95体積パーセント〜100体積パーセント、さらに好ましくは99体積パーセント〜100体積パーセントである液体を示し、
2つの流体流れは、それらがそれぞれの注入地点よりも下流側で合流可能なように、互いに傾斜した方向となっているときに、互いに衝突又は突き当たるようになっており、
「屈曲ノズル」は、「傾斜ノズル」の同意語であり、ノズルの上流側において、ランスの軸方向、即ち幾何学的中心軸、に対して非ゼロ角度を成す注入方向に流体の流れを向かわせるように、ランスの供給端に位置するノズルを示す。
一般に、二次燃料は、回転窯のバーナー本体の上方に供給されるか、バーナー本体の上側領域に供給され、それにより、二次燃料が、バーナー本体の一次燃料火炎からの上昇熱によって点火され、周囲の酸素で燃焼される。
二次燃料の点火前又は点火中に、特に第1の流れの二次燃料に対して酸素を供給することによって、二次燃料の燃焼が大幅に向上することが、実験によって分かっている。酸素又は高酸素濃度流体の第2の流れが二次燃料の第1の流れに合流又は衝突する場合に、その後の二次燃料の燃焼における一酸化炭素の発生が、2つの流れの衝突がない場合と比べて非常に少ない。
なお、大型の回転窯用の典型的なバーナー組立体は、それ自体の長さが約10mである場合があることに留意されたい。従って、(通常、バーナー組立体の幾何学的中心軸と一致する)主流方向又は二次燃料(第1の流れ)の流れ方向に対して斜めに伸びる酸素ランスを、設置又は組み立てに大幅な変更なしで、配置する実用的方法がない。
本発明によれば、酸素ランスは、典型的なバーナー組立体に設けられる幾つかの供給路の1つに導入されるが、当該供給路は、窯の所定動作状態においては使用されない。例えば、このような供給路は、バーナー組立体の幾何学軸に平行であってもよい。酸素ランスの供給端における屈曲又は傾斜ノズルは、(酸素又は高酸素濃度流体の)第2の流れを所望の方向に向ける。
二次燃料の使用時に、バーナー本体が一次燃料で動作し続けることにより、その後の回転窯の工程において、一次燃料の燃焼によって、二次燃料の完全燃焼が補助又は促進される。
例えば、前述のような大型設備の場合に、本発明の方法は、第2の流れが、バーナー組立体から発生した後、5m未満、好ましくは2m未満の範囲内で第1の流れに突き当たるように構成されることが好ましい。この方法によって、酸素ランスからの酸素が、窒素酸化物の発生の増加の要因となり得る、回転窯のさらに下流側における一次燃料の燃焼時の温度上昇を主に起こさず、二次燃料の燃焼の促進に主に使用される。
また、酸素ランスによって供給される酸素によって、僅かな過化学量論的比率、即ち炉における燃料に対する酸素の超過、がもたらされ、それにより、回転窯の長手方向における全ての燃料(一次及び二次燃料)の可能な限り完全な燃焼を実現する。
この方法によって、高酸素濃度流体の第2の流れが、バーナー組立体から発生した後、比較的短い距離の範囲内で二次燃料の第1の流れに突き当たることができる。高酸素濃度液体を使用した場合には、ノズルの設計が、第2の流れの特性に影響を及ぼし得る。特に、ノズルは、第2の流れにおける高酸素濃度液体の所望の微粒化度を実現するように設計可能である。
特に適切なノズルの使用によって回転窯内において十分に長い酸素流れが確保されているときに、酸素ランス上の非傾斜ノズル、即ち酸素の軸方向の注入、によってある程度の燃焼の向上が実現されることが実験的に分かっている。このような理由により、前述の機能を担う、非傾斜補助ノズル又は傾斜角がより小さい補助ノズルを、第2ノズルとして、酸素ランスの端部に設けてもよい。
典型的なバーナー組立体は、異なる燃料又はその他の目的のために、異なる幾つかの供給路を備える。それらのうちの1つは、酸素ランス用の酸素路として好適に選択され得る。前述の直径差によって、付着物が存在していても、酸素ランスを挿入、調整、又は取り外しする際の問題が発生しないことを確実にする。
好ましくは、酸素ランスは、供給路内において回転可能且つ摺動可能に設置されており、これにより、酸素ランスの位置が自重によって(即ち重力によって)決定され、それにより十分に固定される。酸素ランスは、その重さによって、酸素路内の底部に常に確実に位置し、摩擦が十分に大きいことによって、酸素路内において偶発的に発生する不要なランスの回転又は変位を防止する。
必要性及び寸法に応じて、比較的高い圧力下で酸素を酸素ランスに供給しなければならないときは、2つの可撓管を接続するためのフランジなどの2つの注入接続部を設け、前述のような、高酸素濃度流体の供給容器から酸素ランスへの管において圧力低下を低く抑えることが有利である。
いずれの場合においても、第1の流れが、第2の流れよりも垂直方向において高い位置で回転窯に進入し、第2の流れが、垂直方向下方又は斜め下方から第1の流れに突き当たることが有利である。
以下、図面に示す幾つかの実施形態を参照して、本発明を詳細に説明する。図面は以下の通りである。
2 セメント
3 バーナー組立体
4 バーナー組立体の幾何学的中心軸
5 バーナー本体
6 (一次燃料の燃焼による)一次火炎
7 (二次燃料の)第1の流れ
8 (高酸素濃度流体の)第2の流れ
9 第1及び第2の流れの交差領域
10 二次燃料
11 高酸素濃度流体
12 酸素ランス
13 角度位置指示部
14 傾斜ノズル
15 補助ノズル
16 第1供給路
17 第2供給路
18 さらなる供給路
19 二次燃料用の供給路
20 酸素ランス用の供給路
21 酸素タンク
22 酸素ライン
23 注入フランジ
24 排気フード
25 分析部
26 絶縁体
27 酸素ランスの幾何学的中心軸
α ノズル角度
D 酸素ランス用の供給路の直径
d 酸素ランスの直径
E 交差領域とバーナー組立体との距離
Claims (15)
- 第1の流れ(7)によって回転窯(1)に供給され、圧縮空気の流れにおいて好ましくは粒子状又は小片状である二次燃料(10)の燃焼を向上する方法であって、前記回転窯(1)は、一次燃料用のバーナー本体(5)と各種媒体用の複数の供給路(16、17、18、19、20)とを有するバーナー組立体(3)を有し、二次燃料路(19)と呼ばれる、前記供給路のうちの1つは、前記二次燃料(10)の前記第1の流れを供給するために設けられる方法において、
高酸素濃度ガス、好ましくは酸素ガス(11)、或いは、高酸素濃度液体、好ましくは液体酸素(11)を供給する管状の酸素ランス(12)が、酸素路(20)と呼ばれる、前記供給路のうちの別の1つの内部又はその上に設けられ、前記ランス(12)は、その供給端に配置される傾斜ノズル(14)を有し、前記酸素ランス(12)は、前記ノズル(14)から出射される前記高酸素濃度ガス又は液体(11)が、前記第1の流れ(7)に衝突する第2の流れ(8)を発生させるように位置決めされていることを特徴とする方法。 - 前記回転窯(1)における排気ガス内の特に一酸化炭素(CO)である1種以上の汚染物質のレベルが計測され、前記排気ガス内における前記汚染物質のレベル又は前記汚染物質の合計のレベルが最小化されるように、前記酸素ランス(12)が回転するか、前記高酸素濃度ガス又は液体(11)の供給が調節されるか、或いは、その両方であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記第2の流れ(8)が、前記バーナー組立体(3)から発生した後、5m未満、好ましくは2m未満の範囲内で前記第1の流れ(7)に突き当たることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記高酸素濃度ガス又は液体(11)が、前記回転窯(1)において過化学量論的総酸素対燃料比率となるような量で供給されることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の方法。
- 回転窯を備え、第1の流れ(7)によって前記回転窯(1)に供給される二次燃料(10)の燃焼を向上することを意図した装置であって、前記回転窯(1)は、一次燃料を供給するバーナー本体(5)と各種媒体用の複数の供給路(16、17、18、19、20)とを有するバーナー組立体(3)を有し、前記供給路のうちの1つは、圧縮空気の流れにおいて好ましくは粒子状又は小片状である前記二次燃料(10)の前記第1の流れを供給する二次燃料路(19)である装置において、
高酸素濃度ガス(11)、好ましくは気体酸素、或いは、高酸素濃度液体(11)、特に液体酸素を供給する管状の酸素ランス(12)が、酸素路(20)と呼ばれる、前記供給路のうちの別の1つの内部又はその上に位置決めされ、前記酸素ランス(12)は、その供給端に傾斜ノズル(14)を有し、動作中、前記高酸素濃度ガス又は液体(11)が前記傾斜ノズル(14)から出射されたときに、第2の流れ(8)が、前記第1の流れ(7)に衝突する前記高酸素濃度ガス又は液体(11)によって発生することを特徴とする装置。 - 前記酸素ランス(12)は、前記回転窯(1)内における前記傾斜ノズル(14)の方向を示す角度位置指示部(13)を有し、ここにおいて好ましくは、前記角度位置指示部(13)は、その後端において、前記バーナー組立体(3)から突出しており、前記管状の酸素ランス(12)は、前記酸素路(20)において好適に位置決めされていることを特徴とする請求項5に記載の装置。
- 前記傾斜ノズル(14)は、前記酸素ランス(12)の幾何学的中心軸(27)に対して、5°〜45°、好ましくは5°〜30°、さらに好ましくは5°〜25°、最も好ましくは10°〜20°の角度(α)を成すことを特徴とする請求項5又は6に記載の装置。
- 前記酸素ランス(12)は、その前記供給端において、非傾斜補助ノズル(15)、好ましくは補助ラバルノズルを有することを特徴とする請求項5から7のいずれか1項に記載の装置。
- 前記管状の酸素ランス(12)は、前記酸素路(20)において位置決めされ、ここにおいて、前記酸素路(20)の内径(D)は、前記ランス(12)の外径dよりも実質的に大きく、好ましくは少なくとも20%大きいことを特徴とする請求項5から8のいずれか1項に記載の装置。
- 前記酸素ランス(12)は、特に可撓管状である酸素供給ライン(22)に接続される2つの注入接続部(23)、好ましくは2つの注入フランジを有することを特徴とする請求項5から9のいずれか1項に記載の装置。
- 前記酸素路(20)及び前記二次燃料路(19)は、それらの供給端を繋ぐ幾何学線が、前記バーナー組立体(3)の幾何学的中心軸(4)と交差しないように、前記バーナー組立体(3)に配置されることを特徴とする請求項5から10のいずれか1項に記載の装置。
- 前記二次燃料路(19)及び前記酸素ランス(12)は、前記第1の流れ(7)が前記第2の流れ(8)よりも垂直方向において高い位置で前記回転窯(1)に進入するように配置されることを特徴とする請求項5から11のいずれか1項に記載の装置。
- 一次燃料を供給するバーナー本体(5)と各種媒体用の複数の供給路(16、17、18、19、20)とを有するバーナー組立体(3)を有する回転窯(1)を据え付ける方法であって、前記供給路のうちの1つは、二次燃料(10)の第1の流れを供給する二次燃料路(19)であり、前記二次燃料(10)は、圧縮空気の流れにおいて好ましくは粒子状又は小片状である方法において、
高酸素濃度ガス(11)、好ましくは気体酸素、或いは、高酸素濃度液体(11)、特に液体酸素を供給する管状の酸素ランス(12)を、酸素路(20)と呼ばれる、前記供給路のうちの別の1つの内部又はその上に設置することと、前記酸素ランス(12)は、その供給端に傾斜ノズル(14)を有し、
動作中、前記高酸素濃度ガス又は液体(11)が前記傾斜ノズル(14)から出射されたときに、第2の流れ(8)が、前記二次燃料(10)の前記第1の流れ(7)に衝突する前記高酸素濃度ガス又は液体(11)で発生するように、前記酸素路(20)において前記ランス(12)の位置を調節することと、を備えることを特徴とする方法。 - 前記管状の酸素ランス(12)が、前記酸素路(20)に設置される、請求項13に記載の方法。
- 動作中、前記回転窯(1)における排気ガス内の特に一酸化炭素(CO)である1種以上の不要成分の含有量を計測することと、前記排気ガス内における前記汚染物質の含有量又は前記汚染物質の合計の含有量が最小化されるように、前記酸素路(20)における前記ランス(12)の位置を調節することと、を備える請求項14に記載の方法。
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