JP3653716B2 - ロータリーキルンバーナー - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータリーキルンバーナーに関し、更に詳しくはフレームの長さと形状を任意に制御して、所望のキルン長さ方向の熱流量分布を得ることができるロータリーキルンバーナーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、ポルトランドセメントは、土木・建設分野を中心にして大量に消費される重要な素材であり、このようなセメントの生産に必要な中間体であるセメントクリンカーの焼成技術は、湿式ロングキルンの時代以降、種々の型式の予熱器（プレヒーター）や冷却機等を開発し、生産効率の向上と省エネルギーを実現し、現在に至っている。
【０００３】
しかしながら、これらの進歩に比べると、ロータリーキルンは、内部の計測が難しいことと時間遅れが大きい難解な制御系であるため、長い歴史があるにもかかわらず、その解明が遅れ、能力を十分活用していないのが現状である。このような中で、ロータリーキルンのバーナーを改良したものとして、図５に示されるものが断面図で示されており、図５において、１はバーナーであり、この中心にオイル吐出口（オイルランス）２を有し、このオイル吐出口２を中心に冷却空気吐出口３、粉末固体燃料吐出口４、気体燃料吐出口５、旋回空気吐出口６、直進空気吐出口７が同心円状に形成されている。このバーナーは、長い安定したフレームを形成し、温度分布が平滑な特長を有するとされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の如く図５に示されるロータリーキルン用バーナーは、長い安定したフレームを形成し、温度分布が平滑な特長を有する点で好ましいものであるが、キルン長さ方向の熱流量の分布の制御機能を有しないという欠点があり、したがって、ロータリーキルンの焼成帯の形成を厳密に制御し、クリンカー反応容器としての性能を十分に発揮させることができなかった。このような状況下で、ロータリーキルンを解析した結果、以下のことが判った。焼成帯を長くして、その温度分布を最適にすることにより、生産能力を大きくすることができる上に、焼成温度を下げることが可能で、キルン内面の耐火物の寿命が長くなり長期連続安定操業が可能となるなどの効果を奏する。そこで、本発明者はロータリーキルンにおいて、焼成帯の長さを最適にし、かつその温度分布を最適に制御するためには、ロータリーキルンバーナーを改良し、燃料吐出口のうち同一形態燃料の吐出口を二個以上同心円状に設けることにより容易に成し得ることを見出した。
【０００５】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、ロータリーキルン内に従来より長いフレームを形成することができるとともにその長短の制御性がよく、しかもフレームからキルンの内壁および原料への熱流量のキルン長さ方向の分布を任意に制御でき、更にフレームが燃え切り性が良い形状を形成し得るロータリーキルンバーナーを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記課題は、燃料吐出口及び空気吐出口をそれぞれ複数個有すると共に、エアーガイドリングを有するロータリーキルンバーナーにおいて、前記燃料吐出口のうち同一形態燃料の吐出口が二個以上同心円状にあり、かつ該同一形態燃料が少なくとも固体燃料又は液体燃料であることを特徴とするロータリーキルンバーナーによって達成される。。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明のロータリーキルンバーナーは、燃料吐出口のうち同一形態燃料の吐出口が二個以上同心円状にあることを特徴とするもので、これによりフレームを従来より格段に長くすることができ、かつキルン内の熱流量分布の制御を容易にできるとともに、前記焼成帯の温度分布を適性に低目に保持することができ、しかも、クリンカー生成反応が十分進行しクリンカーの生成量が増大するという優れた効果を奏する。
【０００８】
以下に、本発明を更に詳しく説明すると、本発明において同一形態燃料とは、固体、液体、気体燃料の種別を示す。固体燃料は、石炭、オイルコークスなどを粉砕した粉末及びプラスチックや都市ゴミなどの廃棄物またはこれらを二次加工して製造した固体燃料などを微粉砕または粗粉砕して製造したもの及びこれらの混合物を含めた広い意味で用いている。気体燃料とは、天然ガス、石油ガスなどの気体の形態の燃料および気体燃料に固体燃料を分散させた混合体を示す。液体燃料とは、原油、重油、灯油、廃油などの液体燃料及び液体燃料又は液体に固体燃料を分散させた混合体を示す。固体燃料は、粉末にして通常理論燃焼空気量の１〜１０％の空気に分散させて燃料吐出口より吐出させる。気体燃料及び気体燃料と固体燃料の混合体は、気体燃料に固体燃料粉末を分散させ、固体燃料と同様に吐出する。
【０００９】
液体燃料及び液体燃料と固体燃料の混合燃料は霧化する必要があるので、その吐出口の態様が異なる。同心円上に配列した複数個の噴霧口の群より噴霧して吐出するが、直径が異なる噴霧口の群が複数あり、その間に噴霧口の群と中心を共有する同心円形の一次空気吐出口が一つ以上ある配列とする。
【００１０】
焼成帯とは、クリンカー焼成時、ロータリーキルンの中で最も高温な領域である。焼成帯においては、セメント原料が部分的に溶融して液相を形成し、エーライトの生成反応が進行し、その結果クリンカーのフリーＣａＯが減少する。焼成帯における主な反応は以下の如くビーライト（２ＣａＯ・ＳｉＯ₂)からエーライト（３ＣａＯ・ＳｉＯ₂)の生成反応である。
２ＣａＯ・ＳｉＯ₂ ＋ＣａＯ → ３ＣａＯ・ＳｉＯ₂
【００１１】
また「所望の熱流量分布を得る」とは、望ましい燃焼帯の長さが得られ、熱を消費する液相生成領域において十分熱量を供給し、局部的に高過ぎない適正な温度分布にすることである。このフレームの重要な特性として、「燃え切り性」があるが、この「燃え切り性」がよいということは、フレーム先端における燃焼に勢いがありかつ燃焼終結の切れが良く、だらだらした燃焼が継続しないことで、この「燃え切り性」のよいフレームを形成することで、燃焼量を増やして生産能力を大きくすると共に、キルン尻やプレヒーターにおけるコーチングトラブル等を避ける上で重要である。
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。また、多種の燃料を混焼する場合、これらを多重に組み合わせた構造にすることやエアーガイドリングを省いた構造も、本特許の範囲に入ることはいうまでもない。
【００１３】
図１〜図４は、本発明によるロータリーキルン用バーナーの例を示したもので、何れも中心にオイルランスが位置するが、これは液体燃料吐出筒で、従来からある一般的構造を有している。
【００１４】
図１は、本発明のロータリーキルン用バーナーを示す略正面図乃至略断面図であり、図１のＡは、その正面図であり、図１のＢは、その断面図である。図２は、本発明のロータリーキルン用バーナーの別の実施態様を示す略正面図乃至略断面図であり、図２のＡは、その正面図であり、図２のＢは、その断面図である。図３は、本発明のロータリーキルン用バーナーの更に別の実施態様を示す略正面図乃至略断面図であり、図３のＡは、その正面図であり、図３のＢは、その断面図である。図４のＡはその正面図であり、図２のＢはその断面図である。またこれらの図には明記されてないが、燃料および燃料吐出口の内側から吐出する一次空気は直進と旋回の場合を含む。
【００１５】
図１において、バーナー１１の中心部にオイルを噴出するオイルランス１２を有しているが、このオイルランス１２は、通常使用ないときには引き抜くことができる構造となっている。バーナー１１は、このオイルランス１２を中心にして順に中心一次空気吐出口１３、内側燃料吐出口１４、内筒一次空気吐出口１５、外側燃料吐出口１６、外筒旋回空気吐出口１７、外筒直進空気吐出口１８及びエアガイドリング１９が同心円状に形成されている。このバーナー１１は、前述の図５に示されるバーナーの有する旋回流と直進流の吐出口先端部を円錐構造とし、円筒の出し入れにより吐出口面積を調整する機構は、図示されていないが、本発明のバーナーにも任意に適用し得るものであり、これを適用したものも本発明の範囲に入ることは言うまでもない。
【００１６】
この他、本発明のバーナーとしては、図２に示されるものが使用される。図２は、本発明の他の実施の形態であるバーナーを示す断面図である。図２において、中心軸側からオイルランス２２、中心一次空気吐出口２３、内側燃料吐出口２４、内筒一次空気吐出口２５、外側燃料吐出口２６及び外筒旋回空気流吐出口２７及びエアーガイドリング２８よりなる。これらの各吐出口の作用は、図１に記載のバーナーと同様である。また別の実施の形態は、図３に示されている。図３は、内筒旋回流を有するバーナーを示す断面図である。図３において、中心軸側からオイルランス３２ａ、冷却空気吐出口３３、内筒旋回空気吐出口３４、内側燃料吐出口３５、内筒空気吐出口３６、外側燃料吐出口３７及び外筒直進空気流吐出口３８よりなる。これらの各筒の作用は、図１に記載のバーナーと同様である。更に別の実施の形態が、図４に示されている。図４は、液体燃料を燃焼する場合のバーナーを示す断面図である。図４において、中心軸側からオイルランス４２、オイルランス４３、中心冷却空気４４、内筒一次空気口４５、オイルランス４６、外筒旋回空気流吐出口４７、外筒直進空気流吐出口４８、及びエアーガイドリング４９よりなる。これらの各吐出口の作用は、図１に記載のバーナーと同様である。
【００１７】
【作用】
本発明のバーナーでは、内側燃料吐出口と外側燃料吐出口とが同心円状に形成され、これら吐出口より同一形態燃料が吐出される。このように燃料を二つの流れにすることにより、所望のフレームを得る上で、従来のバーナーではできなかった新規な以下の制御要素を獲得することができる。
【００１８】
（１）外側燃料の拡散が速く、早く燃焼するので、外側燃料の量比を増やすと短炎となり、キルンの手前側の温度が上がり、内側燃料の拡散が遅く、遅く燃焼するので、内側燃料の量比を増やすと長炎となりキルンの奥側の温度が上昇し、温度分布が制御できるとともに、フレームの長短も制御できる。
【００１９】
（２）燃料の円筒状の二つの流れは、隣り合う一次空気吐出口より吐出する一次空気の量、速度、旋回角度などを調整することにより、円筒状の流れである燃料の直進性と分散を制御することができる。直進性を優勢にすれば長炎が得られ、分散を優勢にすれば短炎が得られる。
【００２０】
（３）内側燃料と外側燃料の吐出速度により、燃料の到達距離と分散の程度を制御できるのでフレームの長短を制御できる。
【００２１】
本発明のバーナーは、以上に述べた新規な制御要素に加えて、従来バーナーの制御要素を組み合わせることが任意にでき、これにより本キルンバーナーは制御される。したがって、本バーナーは従来にない新規な制御方式が可能であり、画期的に「所望の熱流量分布を得る」ことができる。本発明のバーナーの制御に付加される従来の制御要素としては、以下のものが挙げられる。（１）バーナーを構成する吐出口の直径を大きくすると短炎にすることができ、小さくすると長炎にすることができる。（２）外筒旋回流の風量、速度、旋回角度などにより、フレームの長さと形状が制御される。（３）外筒直進流は、フレームの形状を整え、旋回流の旋回強さを調整する、など。
【００２２】
ここで、本発明のロータリーキルン用バーナーの操作手順の好ましい方法について、図１のバーナー１１により固体燃料である微粉炭を燃焼する場合を例にして、以下に更に詳しく説明するが、本発明は、これのみに限定されるものではない。
【００２３】
図１において、（１）内側微粉炭吐出口１４から吐出される内側微粉炭流と外側微粉炭吐出口１６から吐出される外側微粉炭流の各速度を決める。（２）内側微粉炭流と外側微粉炭流の燃焼量を秤量器により調整する。（３）前記内側微粉炭吐出口１４の内側の中心一次空気吐出口１３と外側微粉炭吐出口１６の内側に位置する内筒一次空気吐出口１５の各一次空気量１３、１５を調整し、吐出された各微粉炭流１４および１６の形状、即ち分散の程度を制御する。（４）外筒旋回吐出口１７から吐き出される旋回流と外筒直進流１８から吐き出される直進流の組み合わせ制御する。（５）前項（４）を制御することにより、前記二つの微粉炭流１４及び１６は影響を受けるので、これを調整するために、前項（３）項の制御を繰り返す。（６）また、熱流量分布を適正にするために、内側微粉炭と外側微粉炭の秤量値を制御する。（７）必要により再度、前記（１）〜（６）の制御を繰り返して調整する。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は、ロータリーキルン用バーナーの同一形態燃料の吐出口を二個以上同心円状に形成することにより、フレームを長くすることができると共に長短の制御が容易にでき、かつキルン内の熱流量分布も制御性できる。したがって、フレームを長くすることにより焼成帯の長さを長くし、かつ最高温度を適正に低目に制御できるので、燃料の燃焼量を増やしクリンカーの生産能力を増大させることができるとともに、局部的な熱負荷がなくなり熱負荷が平均化されて長期安定操業が可能となる。また同一形態燃料吐出口を二個以上同心円状に形成することにより、従来にない新規な制御要素による新しい原理に基づくバーナーとなり、ロータリーキルンの生産能力を最大限引き出すことができるという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のロータリーキルン用バーナーを示す図面である。Ａはその正面図であり、Ｂはその断面図である。
【図２】本発明のロータリーキルン用バーナーを示す別の例であり、Ａはその正面図であり、Ｂはその断面図である。
【図３】本発明のロータリーキルン用バーナーを示す更に別の例であり、Ａはその正面図であり、Ｂはその断面図である。
【図４】本発明のロータリーキルン用バーナーを示す更に別の例であり、Ａはその正面図であり、Ｂはその断面図である。
【図５】従来のロータリーキルン用バーナーを示す断面図である。
【符号の説明】
１、１１、２１、３１、４１ バーナー
１８、２８、４９ エアーガイドリング
２、１２、２２、３２、４２、４３ａ〜ｄ、４６ａ〜ｄ オイルランス
３、３３、４４ 冷却空気吐出口
４ 粉末固体燃料吐出口
５ 気体燃料吐出口
６ 旋回空気吐出口
７ 直進空気吐出口
１３、２３、４５ 一次空気吐出口
１４、２４、３５ 内側燃料吐出口
１５、２５ 内筒一次空気吐出口
１６、２６、３７ 外側燃料吐出口
１７、２７、４７ 外筒旋回空気吐出口
１８、４８ 外筒直進空気吐出口
３４、３６ 内筒旋回空気吐出口
３８ 外筒直進流吐出口

Claims (1)

1. 燃料吐出口及び空気吐出口をそれぞれ複数個有すると共に、エアーガイドリングを有するロータリーキルンバーナーにおいて、前記燃料吐出口のうち同一形態燃料の吐出口が二個以上同心円状にあり、かつ該同一形態燃料が少なくとも固体燃料又は液体燃料であることを特徴とするロータリーキルンバーナー。

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