JP3768070B2 - セメント原料の仮焼装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は仮焼炉付セメントクリンカ焼成装置（ＮＳＰ方式）を構成するセメント原料の仮焼装置、殊にその仮焼炉の炉本体に関するものであり、仮焼装置の排ガス中のＮＯｘ濃度、即ちプラントからのＮＯｘ排出量を著しく低減することができるものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＮＳＰ方式には、種々の形式の仮焼炉が知られているが、ロータリーキルン窯尻に直接仮焼炉を立設する形式のものが、以下の理由でキルン排ガス中のＮＯｘを脱硝し、ＮＯｘ排出量の低減を図るためには、最も適した形式といえる。この種の従来技術の一つは、サスペンションプレヒータで余熱され、仮焼炉で仮焼されたセメント原料をロータリーキルンで約１５００℃で焼成して、この焼成品をクリンカクーラで冷却するセメントクリンカの焼成装置において、ロータリーキルンからの高温排ガスが仮焼炉の炉本体の下端から吹き込まれて噴流層を形成し、また、余熱された燃焼用二次空気が仮焼炉本体の側方から接線状に吹き込まれて渦流部を形成し、仮焼炉本体に供給された燃料が、この渦流部で効率よく燃焼すると同時に、仮焼炉本体に投入されたセメント原料の仮焼（脱炭酸反応ＣａＣＯ３→ＣａＯ＋ＣＯ２）が効率よくなされるとともに、ロータリーキルンからの排ガス（ＮＯｘ高濃度ガス）の脱硝がなされる（ＮＯｘの還元反応）。
他方、仮焼炉の炉本体からの排ガスがサスペンションプレヒータの下端に供給され、サスペンションプレヒータでセメント原料を余熱し、これが炉本体に供給され、仮焼炉で仮焼された原料は最下段のサイクロンで分離されてロータリーキルンに供給される。ロータリーキルンでは燃料が供給されて燃焼加熱されるとともに、セメント原料中の酸化カルシウムと粘土（ＳｉＯ２，ＡｌＯ３，ＦｅＯ３）とが反応してセメントクリンカが生成される。このセメントクリンカ生成反応は、高温（１５００℃）を要するので、ロータリーキルンバーナの火炎温度は１８００〜２０００℃の高温になり、空気中の窒素が酸素と反応して多量のサーマルＮＯｘが生じる。このＮＯｘを如何にして分解するかが、仮焼装置の排ガスＮＯｘを低減するための重要な課題である。
一方、燃料の燃焼過程で生成するＨＣ、ＮＨｉ等の中間生成ガスによってＮＯｘが分解され、さらに、ＣＯ、Ｈ等によってもセメント原料を触媒として脱硝されることが知られている。
従って、仮焼炉に吹き込まれた燃料が二次空気の旋回流中で燃焼進行中の渦流部と、多量のＮＯｘを含むキルン排ガスの噴流部を如何に混合するかが脱硝率向上のためのキーポイントである。
【０００３】
ところで、以上のようなセメントクリンカ焼成装置におけるサスペンションプレヒータと仮焼炉本体の配置関係、炉本体への燃料供給、クリンカクーラによって余熱された二次空気の炉本体への供給、セメント原料の炉本体への供給について様々のものがある。
例えば、特公昭５８−４６４６２号は二次空気供給位置よりも下方に燃料供給ノズルを配置して、仮焼炉の下部が酸素欠乏雰囲気になるよう燃料を供給して、原料の触媒作用下で、燃料が熱分解したＨＣなどの還元性ガスによってＮＯｘの脱酸素反応を積極的に起こさせ、これによってロータリーキルン排ガス中のＮＯｘを脱硝し、プラント排ガスのＮＯｘ濃度を低減しようとするものがある。
また、特開平２−２９３３５７号公報のものは、仮焼炉に供給する燃料の燃焼用二次空気の一部を分岐して再燃焼用空気として上方の絞り部に導入するいわゆる二段燃焼を行い、仮焼炉下部に酸素欠乏雰囲気を形成して、ロータリーキルン排ガス中のＮＯｘを還元しようとするものである。
他方、仮焼炉本体では、ロータリーキルンから高速で吹き上げられてくる排ガスと、供給される燃料、セメント原料（以下「原料」という）、二次空気が十分に撹拌、混合されることが必要であり、原料が炉本体内で吹き上げられることなく、炉本体内壁面にそってロータリーキルンへ落下することは極力回避しなければならず、この問題を解決したものが上記特公昭５８−４６４６２号公報に記載された仮焼炉の炉本体の構造である（以下これを「従来技術」という）。
また、炉本体の底に高速（３０ｍ／ｓ）で吹き込まれた排ガスが炉本体の中央を上方に吹き抜けることを極力回避しなければならない。
また、上記従来技術の炉本体は図１、図２に示す機構、構造を有するものであり、仮焼炉の炉本体１０の下部の円錐部１１の下端が、角筒１２を介してロータリーキルン１４の尻部に接続されている。
円錐部１１の内側の曲面部１１ａに周方向に平坦な平面部１１ｂを設けてある。仮焼炉の炉本体１０の円筒部１０ａの下部に二次空気管１５を、円筒部１０ａの外周に接線方向に向けて接続している。
【０００４】
この従来技術では、炉本体１０の円錐部１１に燃料ノズル１６を設けて円錐部１１内に燃料を供給し、二次空気管１５の上方に原料供給管１７を接続して二次空気供給位置よりも上方において原料を供給し、接線方向に吹き込まれた二次空気流によって、炉本体１０内に旋回流を生じさせ、これによって排ガス、燃料、原料の混合を促進させようとしている。これとともに、円錐部１１の内面にそって旋回する原料Ｐ（図１参照）が上記平面部１１ｂにそって円周方向に流れるとき（平面部１１ｂを横切るとき）、平面部１１ｂの曲率半径は無限大であるから、原料に作用する遠心力が低下し、その結果、原料の下方への落下速度（図１における分力Ｗ１により、摩擦抵抗などに抗して落下する速度）を増すことにより下向きに方向を変えるとともに、原料が分散され円錐部１１の内面から離れる。
このような現象が平面部１１ｂを横切る度に繰り返されながら、原料は円錐部の下端に向かって壁の平面部に沿って落下する。原料が円錐部の下端から角筒１２に落ち込むとき、上記原料は角筒１２の上端中央部（排ガスの噴流速度が最も早い部分）に向かってゆっくり滑り落ちることになり、そのため、排ガスの高速噴流に吹き上げられるから、角筒１２の壁面にそってロータリーキルンの排出口に直接落下することが防止される。このようにロータリーキルンへの原料の直接落下を防止できるから、角筒１２の上端中央部の排ガス流速を、上記平面部１１ｂを有しないものよりも低下させることができ、また、炉本体中央を上昇する排ガス流を一層拡散させて、この排ガス噴流の上方への吹き抜けを防止することができるものである。
【０００５】
このものは、角筒１２から仮焼炉の炉本体１０の底、すなわち円錐部１１の下端に吹き込まれる高速のキルン排ガス流が原料流の作用で炉本体１０の中央を吹き抜けることが防止されるので、キルン排ガスの仮焼炉本体内での拡散を改善するから、炉本体１０内での脱硝率を向上させることができ、したがって、キルン排ガス中のＮＯｘ濃度を仮焼炉本体１０内で低減することができる。
さらに、このものにおいては二次空気管１５から二次空気が吹き込まれる位置よりも下部に燃料ノズルを配置しているので、円錐部１１の酸素欠乏雰囲気に燃料が吹き込まれることになるから、燃料の熱分解によって生じるＨＣ等の中間生成物（還元性ガス）による、炉本体下部における還元反応が促進されるというものである。
しかし、上記従来技術については、燃焼用二次空気を炉本体に接線方向に導入しているので、旋回流が強すぎるため、炉本体内壁面近傍に二次空気の領域が形成される。そして、そこに燃料を供給するので、燃焼性は良好であるが、ほぼ燃焼を完結して還元性ガスが消失（燃焼）した後キルン排ガスと混合することになるので、キルン排ガス中のＮＯｘの脱硝作用は必ずしも充分なものではない。
また、このものは、二次空気を円筒部１０ａの外周部に接線方向に導入しているので炉本体１０内の旋回流が強すぎて、炉本体の中央を吹き抜けようとする排ガスに対する撹拌混合作用は不充分であるので吹抜防止効果がなく、キルン排ガス中のＮＯｘの一部がそのまま排出される。従って、仮焼炉内での脱硝作用が必ずしも充分ではない。
このため、可及的に脱硝効果を高めるという観点からすれば、脱硝率の点において必ずしも満足できるものではない。
【０００６】
【解決しようとする課題】
この発明は、上記従来技術を前提として、その脱硝率をさらに向上させられるように、上記の二次空気の供給、燃料供給、炉本体内のガス（排ガス、燃料、原料、二次空気の混合ガス）の流れを改善すべく、セメント原料の仮焼装置の炉本体の機構、構造を改善することをその課題とするものである。
【０００７】
【課題解決のために講じた手段】
【解決手段１】
上記課題解決のために講じた手段１は、ロータリーキルンの窯尻に立設する形式の仮焼炉の炉本体の円筒部下端に、接線方向に燃焼用二次空気を供給し、旋回流を生じさせて仮焼炉内壁面近傍に二次空気の領域を形成し、二次空気供給位置よりも下方において燃料を供給して燃焼させると共に、原料の脱炭酸反応を行い、かつ、酸素欠乏環境におけるキルン排ガス中のＮＯｘの還元脱硝作用を助長し、炉本体下部の円錐部内面の一部を円周方向に平坦な平面部にして原料落下方向を下向きに変えるようにしたセメント原料の仮焼装置を前提として、
上記二次空気の旋回流と、燃料および原料との撹拌混合により燃焼進行中の渦流部を形成し、該渦流部と上記キルン排ガスとの撹拌混合によるキルン排ガス中ＮＯｘの脱硝効果が最大になるよう、上記旋回流の旋回強さを強すぎることも弱すぎることもないようにするため、上記二次空気ダクトを炉本体に接線状に接続したときのダクト中心の偏心量をＲ０とするとき、上記二次空気ダクト中心位置を０．５Ｒ０〜０．８Ｒ０の半径方向位置とし、
炉本体はそのほぼ中央に環状の括れ部を有しており、この括れ部に、再燃焼用空気を炉本体に吹き込む再燃焼用空気ダクトが括れ部中心から半径方向にｒだけ偏心して設けられており、その偏心量ｒを、括れ部に折線状に接続した場合の偏心量ｒｏに対して０．５ｒｏ〜０．８ｒｏにしたことである。
【０００８】
【作用】
上記炉本体の円筒部下端において接線方向に向けられた上記二次空気供給口の位置が半径方向外方に位置するほど炉内旋回流が強くなり、供給された燃料および原料との混合撹拌が良好になる反面、炉本体下端から吹き上げられるロータリーキルン排ガスとの混合作用、上記排ガスの吹抜防止作用は小さくなる。他方、二次空気供給口の位置がある位置までは半径方向内側に位置するに従って炉内旋回流は弱くなり、炉本体下端から吹き上げられるロータリーキルン排ガスと二次空気との撹拌混合作用およびロータリーキルン排ガスの上方への吹抜防止作用は大きくなる。
しかし、あまり旋回流を弱くすると、かえって二次空気と供給された燃料および原料との撹拌混合作用が弱くなるため燃焼性・熱効率が低下する。また、酸素欠乏雰囲気（二次空気供給位置よりも下方の炉内雰囲気）で生成されたＨＣ等の還元性ガスとキルン排ガスとの混合が悪くなり、キルン排ガス中ＮＯｘの脱硝率が低下する。
二次空気供給ダクトを炉本体に接線状に接続した時のダクト中心の偏心量をＲ０とするとき、二次空気供給ダクト中心の位置を０．５Ｒ０〜０．８Ｒ０にすることによって、二次空気の吹き込みによる旋回流によって撹拌作用、吹抜防止作用のバランスがよく、炉本体底部での燃料、原料とロータリーキルン排ガスとの撹拌、混合が効果的になされ、その結果、燃料の燃焼進行中に生成するＨＣ等の還元性ガスが、触媒となるセメント原料の存在下で、キルン排ガス中のＮＯｘを効果的に還元脱硝するので、脱硝率が最も高くなる。
また、再燃焼用空気ダクトが炉本体の上記括れ部の中心から半径方向にｒだけ偏心して配置されており、偏心量ｒは、括れ部に接線状に接続した場合の偏心量ｒ ０ に対して、ｒ＝０．５ｒ ０ 〜０．８ｒ ０ にていることによって、当該再燃焼用空気ダクトから再燃焼用空気を炉本体に吹き込むと、炉本体下部で酸素欠乏のために残留したＨＣ，ＣＯ等の未燃焼分を含む排ガスと再燃焼用空気との撹拌、混合が良好となり、炉本体上部で未燃分を完全に燃焼させることができ、未燃損失が発生しない。この再燃焼用空気量の割合をあまり多くすると仮焼炉出口で未燃分が残る状態（未燃損失）が発生し熱効率が低下する。また、炉本体上部で未燃分が燃焼する際に再生成されるＮＯｘが増加し、全体としての脱硝率がかえって低下することとなる。逆に、この割合が少なすぎると炉本体下部での還元性ガスが少なくなり脱硝効果も少なくなる。全燃焼空気量の２０％程度にすることによって、未燃分を排出することなく排ガスＮＯｘ濃度を最少にすることができる。
【０００９】
【解決手段２】
解決手段２は上記解決手段１による仮焼装置について、その炉本体の中間に環状の括れ部を設け、炉本体に供給される原料のほぼ１／２を炉本体の円筒部下端に設けた上記二次空気供給口近傍に投入し、残りの原料の１／２を上記括れ部に投入することである。
【００１０】
【作用】
炉本体の中間に環状の括れ部を設けたことで、旋回しながら上昇する炉内ガスの上昇流が、上記括れ部で絞られて半径方向内方に向けられ、これで半径方向に撹拌される。従って、炉本体下部での燃料、原料と二次空気との混合およびキルン排ガスとの撹拌混合がより良好となり脱硝効果が向上する。また、炉本体下部に未燃分（ＨＣ，ＣＯ等）が残存しても、絞り効果で排ガス中の余剰Ｏ２と反応するので、炉本体上部で完全燃焼し、熱効率低下に至ることはない。
また、余熱された原料のほぼ１／２が、炉本体中間の括れ部に供給されるので、原料が炉本体中心部を上昇するキルン排ガスと衝突し、キルン排ガス中ＮＯｘの一部がそのまま吹き抜けることを防止するので、炉本体内での脱硝率が向上する。
【００１１】
【解決手段３】
解決手段３は上記解決手段１によるセメント原料の仮焼装置について、その炉本体下端の上記円錐部の下端に燃料供給ノズルを設け、炉本体内に投入される全燃料の１０〜２０％を、上記燃料供給ノズルから上記円錐部内に供給することである。
【００１２】
【作用】
上記角筒から炉本体内に吹き込まれるロータリーキルン排ガスの噴流内に、上記炉本体に供給される燃料の１０〜２０％が吹き込まれるので、最も高温でかつ最も酸素が欠乏した環境に燃料が吹き込まれることになる。したがって、上記キルン排ガス中の残酸素が効率的に奪われて燃料の燃焼過程で生成するＨＣ等の還元性ガスとキルン排ガス中のＮＯｘが効果的に接触し反応するので、脱硝率が高くなり、プラントから排出するＮＯｘ濃度を大幅に低減することができる。
【００１３】
【解決手段４】
解決手段４は、上記解決手段２における、炉本体円筒部下端部に供給される二次空気供給量を炉本体に供給される全燃焼用空気量の７０〜９０％とし、上記括れ部に供給される再燃焼用空気量を残りの３０〜１０％にしたことである。
そして、再燃焼用空気吹込ダクトを炉本体の括れ部に接線状に接続したときダクト中心の偏心量をｒ０とすると、上記再燃焼用空気吹込ダクト中心位置をｒ＝０．５ｒ０〜０．８ｒ０の半径位置としたことである。
【００１４】
【作用】
炉本体円筒部下端には、全燃焼用空気量の７０〜９０％しか供給されないので、上記円錐部の酸素欠乏によるＨＣ等の還元性ガスの発生量が確実に多くなり、
括れ部より下部の炉本体内全体が還元性雰囲気になる。これにより、キルン排ガス中のＮＯｘはいっそう確実に還元されるので、仮焼炉内でのキルン排ガス中ＮＯｘの脱硝率は著しく向上する。また、上記括れ部に半径方向０．５ｒ０〜０．８ｒ０偏心させた位置に供給された再燃焼用空気による半径方向への撹拌作用によって、炉本体下部から上昇してきた排ガス中のＨＣ，ＣＯ等の未燃分が、再燃焼用空気と十分混合されるので、炉本体上部で確実に燃焼を完結し、二段燃焼しても未燃損失による熱効率の低下はない。
【００１５】
【解決手段５】
解決手段５は、解決手段による炉本体中間の上記括れ部の中心に邪魔部材を設けたことである。
【００１６】
【作用】
炉本体の中央を吹き抜けようとする排ガスが上記邪魔部材によって邪魔され、半径方向外方に押しやられるので、これによって上記吹き抜けが防止されるとともに、炉内中央の排ガス流が燃料、原料濃度の比較的高い周囲の排ガスとよく混合される。したがって、炉内全体で排ガスと燃料、原料、二次空気との混合が促進され、濃度分布の均一化が計られる。特に二段燃焼した場合には、括れ部での撹拌混合効果がいっそう促進されるので、再燃焼用空気割合を多くすることにより、未燃損失なく、よりいっそう脱硝率の向上を図ることができる。
【００１７】
【実施例】
図３〜図６を参照しながら実施例を説明する。
この実施例は、図１、図２に示す従来例と基本的に類似しており、ロータリーキルン窯尻に立設して炉本体下端部にキルン排ガスを噴入し噴流層を形成すると共に、炉本体下部円筒部下端に接線状に二次空気を導入して渦流室を形成する仮焼炉である。
この実施例の仮焼炉の炉本体４０はそのほぼ中央に環状の括れ部４０ｂを有し、この括れ部４０ｂに炉本体円筒下端部に導入する二次空気吹込ダクト４６ａから分岐して、再燃焼用空気として炉本体に吹き込む再燃焼用空気ダクト４３，４３を半径方向に設けてあり、また、この括れ部４０ｂの下方円錐部４４に原料供給管４５を設けている。この原料供給管４５からの原料は仮焼炉本体の中心に向かって投入され、炉本体中心部を吹き抜けようとするキルン排ガス噴流と衝突し吹き抜けを防止する。この括れ部４０ｂの内径は、炉本体の円筒部の内径の約７５％である。この括れ部の内径が小さいほど排ガスの上昇流に対する絞り効果は大きいが、圧力損失も大きくなるので、これらの兼ね合いから概略上記の値が適当である。
炉本体に供給される全燃焼空気量の１０〜３０％を上記一対の再燃焼用空気ダクト４３，４３から供給すればよいが、この例においては、再燃焼用空気ダクト４３，４３からの吹込流速が２０ｍ／ｓであり、流量については炉本体に供給される全燃焼用空気量の２０％を供給している。この再燃焼用空気ダクトは括れ部を上方に向かって通過するガス流に対して、括れ部の中心から半径方向にｒだけ偏心して配置されており、偏心量ｒは、括れ部に接線状に接続した場合の偏心量ｒ０に対して、ｒ＝０．５ｒ０〜０．８ｒ０にすれば良いが、この例では、０．７ｒ０にしている。
このように、再燃焼用空気を炉本体に吹き込むと、炉本体下部で酸素欠乏のために残留したＨＣ，ＣＯ等の未燃焼分を含む排ガスと再燃焼用空気との撹拌、混合が良好となり、炉本体上部で未燃分を完全に燃焼させることができ、未燃損失が発生しない。この再燃焼用空気量の割合をあまり多くすると仮焼炉出口で未燃分が残る状態（未燃損失）が発生し熱効率が低下する。また、炉本体上部で未燃分が燃焼する際に再生成されるＮＯｘが増加し、全体としての脱硝率がかえって低下することとなる。逆に、この割合が少なすぎると炉本体下部での還元性ガスが少なくなり脱硝効果も少なくなる。
この例においては、上記のように選定したことによって未燃分を排出することなく排ガスＮＯｘ濃度を最少にすることができる。
【００１８】
仮焼炉本体下部の円筒部４０ａの下端に一対の二次空気ダクト４６，４６ａを設けてあり、この二次空気ダクト４６の偏心量Ｒは炉本体下部の円筒部４０ａに二次空気ダクトを接線状に接続した場合の偏心量ｒ０の７０％である。
クリンカクーラーで余熱された二次空気が、上記二次空気ダクト４６，４６ａおよび再燃焼用空気吹込ダクト４３，４３ａから炉本体４０に供給されるが、全燃焼用空気量の８０％が二次空気ダクト４６及び４６ａから供給される。
なお、この例においては、一方の二次空気ダクト４６ａの炉本体との接続部付近の天井面に原料供給管４７を直接接続しているので、この二次空気ダクト４６ａから二次空気とともに還元触媒のための原料が吹き込まれることになる。この原料供給管４７から上記原料供給管４５とほぼ等しい量の原料が供給される。
仮焼炉本体４０に供給される二次空気量および再燃焼用空気量の合計量は、本仮焼装置の燃料供給量に応じて調整され、必要な理論燃焼空気量の１．０５〜１．１５倍にすると未燃分を排出することなく、排ガスＮＯｘ濃度を最少にすることができる。
二次空気吹込流速はキルン排ガス噴流流速の約８０％にすると撹拌、混合性が良く、キルン排ガス中ＮＯｘの脱硝率が最も高くなる。
この実施例の仮焼炉の炉本体においては、二次空気ダクト４６，４６ａから下方円筒部４０ａに吹き込まれる二次空気の流速をほぼ２０ｍ／ｓにしている。上記偏心量ＲはＲ０の５０〜８０％の範囲で選択すればよいが、二次空気ダクト４６からの二次空気の吹込流速およびキルン排ガスの噴流流速を勘案して偏心量を上記の値に選定している。二次空気およびキルン排ガスの流入流速が高いほど上記偏心量を小さくし、流速が低いほど上記偏心量を大きくするのが望ましい。
上記二次空気ダクト４６，４６ａよりも下方に上中下三段の燃料ノズル４８ａ、４８ｂ、４８ｃが設けられており、排ガスとの混合を良好にするために、各段の燃料ノズルが円周方向にほぼ等間隔に複数設けられている。
上段の燃料ノズル４８ａは二次空気ダクト４６の高さとほぼ等しい高さ位置にあって、斜め下方に向けられていて、当該燃料ノズルからの燃料が炉本体４０下部の円錐部４１の内部空間に吹き込まれる。
なお、上記円錐部４１の内面は、上記従来例と同様に曲面部４１ａに平面部４１ｂを設けたものになっている。
【００１９】
中段、下段の燃料ノズル４８ｂ，４８ｃはほぼ水平に向けられているが、下段の燃料ノズル４８ｃは円錐部４１の下端にあって半径方向内方に向けられて、当該燃料ノズル４８ｃからの燃料が、角筒４９からのロータリーキルン排ガス噴流の中心に向かって吹き込まれるようにしている。これによって燃料ノズル４８ｃから吹き込まれた燃料が、ロータリーキルン排ガス噴流に直接吹き込まれるので、ロータリーキルン排ガスの噴流と燃料とがよく混合され、最も酸素欠乏状態にある排ガス噴流から残酸素が効果的に奪われるので、一層脱硝能率が向上する。
この下段燃料ノズル４８ｃからの燃料供給量は、炉本体４０に供給される燃料全量の１０〜２０％の範囲で選択すればよいのであるが、この実施例では１５％にしている。下段燃料ノズル４８ｃからの燃料供給割合をどの程度とするかは角筒４９からのロータリーキルン排ガス噴流中の残存Ｏ２量と関連することであり、通常キルン排ガスのＯ２濃度は１．５〜３％なので、下段燃料ノズル４８Ｃからの燃料供給割合を上記の範囲に設定すると、キルン排ガス中のＯ２を消費して適量のＨＣ、ＣＯ等未燃焼ガスが残る状態となる。他方、この割合が高過ぎると、未燃ガスが吹き抜けて熱効率を低下させ、また、再燃焼時のＮＯｘ再生成量も多くなる。低過ぎると、還元性ガス発生量が少なく、キルン排ガスＮＯｘの脱硝も少なくなるので、これらを勘案して上記割合を適宜選択すればよい。
【００２０】
また、この実施例においては、角筒４９からのロータリーキルン排ガス噴流の流速が２０ｍ／ｓ〜２５ｍ／ｓの範囲で運転されるように設計される。
この噴流速度は２５ｍ／ｓ以下であればよいのであるが、噴流速度が余り低いと、一部の原料がキルンに直接落下する現象が発生し、熱効率低下と運転が不安定になる問題を生じることになる。したがって、噴流速度を２０ｍ／ｓ以下にすることは実際にはできない。これらのことから、実際には上記噴流速度を２０ｍ／ｓ〜２５ｍ／ｓの範囲で適宜選択することになる。
【００２１】
さらに、この実施例においては、上下両端を円錐状にした円筒状の邪魔部材５０を上記括れ部４０ｂの中心に配置している。
上記括れ部４０ｂの内径は６０００ｍｍであり、これに対して上記邪魔部材５０の直径は１０００ｍｍであるから括れ部と邪魔部材５０によって環状の流路が形成される。なお、円錐面５０ａの高さは２０００ｍｍである。また、邪魔部材５０の上下を円錐面５０ａにしているのは、原料の堆積、固結を防止し、邪魔部材による炉内ガスの圧力損失をできるだけ少なくするためである。
邪魔部材５０は、耐熱性がなければならないが、その表面に原料が付着し難いものであることが望ましい。この例においては邪魔部材の材料をＳＵＳ３１０Ｓにしている。この邪魔部材５０は適宜の支持部材（図示略）を介して括れ部４０ｂの内面に支持させねばならないが、この支持部材の材料についても邪魔部材５０と同様である。
この邪魔部材は炉中央を吹き抜けるガス流を半径方向外方に押しやって周囲の旋回流に合流させるものであるから、それほど大径である必要はない。余り大径であると炉内旋回流を乱して括れ部４０ｂより上方における旋回流を弱めてしまうことになり兼ねない。したがって、この邪魔部材は所期の機能を奏する限度においてできるだけ小さい方が望ましい。この例で邪魔部材の直径の上記値は、以上の観点から選定した値である。
上記支持部材は炉内ガスの上昇、旋回の障害となり、本体内ガス流を乱すことになるから、その影響が炉内に均等に及ぶように、炉中心に対して対称に配置するのが望ましい。
【００２２】
【効果】
以上述べたところから、この発明の効果は明らかであるが、これをまとめると次のとおりである。
炉本体の円筒部下端に、接線方向に燃焼用二次空気を供給し、旋回流を生じさせて炉内壁面近傍に二次空気の領域を形成し、二次空気供給位置よりも下方において燃料を供給して燃料を燃焼させると共に、原料の脱炭酸反応を行い、かつ、酸素欠乏環境におけるキルン排ガス中のＮＯｘの還元脱硝作用を助長し、炉本体下部の円錐部内面の一部を円周方向において平坦な平面部にして原料落下方向を下向きに変えるようにしたセメント原料の仮焼装置を前提として、上記二次空気の旋回流と、燃料および原料との撹拌混合により燃焼進行中の渦流部を形成し、該渦流部と上記キルン排ガスとの撹拌混合によるキルン排ガス中ＮＯｘの脱硝効果が最大になるよう、上記二次空気ダクトを炉本体に接線状に接続した時のダクト中心の偏心量をＲ０とするとき、上記二次空気供給ダクト中心位置を０．５Ｒ０〜０．８Ｒ０の半径方向位置としたことで、二次空気によって生じる旋回流による撹拌作用、吹抜防止作用のバランスがよくなり、炉本体底部での燃料、原料
とロータリーキルン排ガスとが炉本体内全体で効果的に混合され、その結果、燃料の燃焼進行中に生成するＨＣ等の還元性ガスが触媒となるセメント原料の存在下で、キルン排ガス中のＮＯｘを効果的に還元脱硝するので脱硝率が最も高くなる。
【００２３】
さらに、上記炉本体の中間に環状の括れ部を設け、炉本体に供給される原料のほぼ１／２を炉本体の円筒部下端に設けた上記二次空気供給口近傍に投入し、残りの原料の１／２を上記括れ部に投入することで、旋回しながら上昇する炉内ガスの上昇流が、上記括れ部で絞られて半径方向内方に向けられ、ここで半径方向に撹拌される。したがって、炉本体下部での燃料、原料と二次空気との混合、およびキルン排ガスとの撹拌、混合がより良好となり脱硝効果が向上する。
また、炉下部に未燃分（ＨＣ、ＣＯ等）が残存しても、絞り効果で排ガス中の余剰Ｏ２と混合・反応するので、炉本体上部で完全に燃焼し、熱効率低下に至ることはない。
また、余熱された原料のほぼ１／２が、炉本体中間の括れ部に供給されるので、原料が炉本体中心部を上昇するキルン排ガスと衝突し、キルン排ガス中のＮＯｘの一部がそのまま吹き抜けるのを防止するので炉本体内での脱硝率が向上する。
【００２４】
さらに、上記炉本体の上記円錐部の下端に燃料供給ノズルを設け、当該燃料供給ノズルから炉本体に投入される燃料の１０〜２０％を、上記円錐部内に供給することで、上記角筒から炉本体内に吹き込まれるロータリーキルン排ガスの噴流内に、上記炉本体に供給される燃料の１０〜２０％が吹き込まれるので、最も高温でかつ最も酸素が欠乏した環境に燃料が吹き込まれることになる。
したがって、上記キルン排ガス中の残酸素が効率的に奪われ、燃料の燃焼過程で生成するＨＣ等の還元性ガスとキルン排ガス中のＮＯｘが効果的に接触し反応するので、脱硝率が高くなり、プラントから排出するＮＯｘ濃度を大幅に低減することができる。
【００２５】
さらに、上記炉本体円筒部下端部に供給される二次空気供給量を炉本体に供給される全燃焼用空気量の７０〜９０％とし、上記括れ部に供給される再燃焼用空気量を残りの３０〜１０％にし、更に、再燃焼用空気吹込ダクトを炉本体の括れ部に接線状に接続したときのダクト中心の偏心量をｒ０とすると、上記再燃焼用空気吹込ダクト中心位置をｒ＝０．５ｒ０〜０．８ｒ０の半径位置としたことで、炉本体下部円筒部には全燃焼用空気量の７０〜９０％しか供給されないので、より確実に、上記円錐部の酸素欠乏によるＨＣ等の還元性ガスの発生量が多くなり、括れ部より下部の炉本体内全体が還元性雰囲気になる。これにより、キルン排ガス中のＮＯｘはいっそう確実に還元されるので、仮焼炉内でのキルン排ガス中の脱硝率は著しく向上する。
また、上記括れ部に半径方向に０．５ｒ０〜０．８ｒ０偏心させた位置に供給された再燃焼用空気による半径方向の撹拌作用によって炉本体下部から上昇してきたキルン排ガス中のＨＣ、ＣＯ等の未燃分が再燃焼用空気と十分混合されるので、炉本体上部で確実に燃焼を完結し、二段燃焼しても未燃損失による熱効率の低下はない。
【００２６】
さらに、炉本体中間の上記括れ部の中心に邪魔部材を設けたことで、炉本体の中央を吹き抜ける排ガス流が上記邪魔部材によって邪魔され、半径方向外方に押しやられるので、これによって上記吹き抜けが防止されるとともに、中央の排ガス流が、燃料、原料濃度の比較的高い周囲の排ガスとよく混合される。したがって、排ガスと燃料、原料、二次空気との混合が促進される。特に二段燃焼した場合には、括れ部での撹拌効果が、いっそう促進されるので、再燃焼用空気割合を多くすることにより、未燃損失なく、いっそうの脱硝率の向上を図ることができる。
【００２７】
以上のとおりこの発明は、上記解決手段１乃至解決手段５によって、仮焼炉の炉本体内での脱硝促進のための種々の方向からの様々な効果を生じるが、これらの解決手段を種々に組み合わせて講じることで、それぞれの効果が重畳して、全体として、従来技術におけるものに比してその脱硝効果を顕著に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は従来例の炉本体の要部断面図である。
【図２】は図１のＸ−Ｘ断面図である。
【図３】は実施例の縦断面図である。
【図４】は図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】は図３のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】は図３のＣ−Ｃ断面図である。
【符号の説明】
１０：従来例の炉本体
１１：円錐部
１１ａ：曲面部
１１ｂ：平面部
１２：角筒
１４：ロータリーキルン
１５：二次空気管
１６：燃料ノズル
１７：原料供給管
４０：実施例の炉本体
４０ａ：下方円筒部
４０ｂ：括れ部
４１：円錐部
４１ａ：曲面部
４１ｂ：平面部
４３：再燃焼用空気ダクト
４４：下方円錐部
４５：原料供給管
４６，４６ａ：二次空気ダクト
４７：原料供給管
４８ａ，４８ｂ，４８ｃ：燃料ノズル
４９：角筒
５０：邪魔部材
５０ａ：円錐面
【産業上の利用分野】
この発明は仮焼炉付セメントクリンカ焼成装置（ＮＳＰ方式）を構成するセメント原料の仮焼装置、殊にその仮焼炉の炉本体に関するものであり、仮焼装置の排ガス中のＮＯｘ濃度、即ちプラントからのＮＯｘ排出量を著しく低減することができるものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＮＳＰ方式には、種々の形式の仮焼炉が知られているが、ロータリーキルン窯尻に直接仮焼炉を立設する形式のものが、以下の理由でキルン排ガス中のＮＯｘを脱硝し、ＮＯｘ排出量の低減を図るためには、最も適した形式といえる。この種の従来技術の一つは、サスペンションプレヒータで余熱され、仮焼炉で仮焼されたセメント原料をロータリーキルンで約１５００℃で焼成して、この焼成品をクリンカクーラで冷却するセメントクリンカの焼成装置において、ロータリーキルンからの高温排ガスが仮焼炉の炉本体の下端から吹き込まれて噴流層を形成し、また、余熱された燃焼用二次空気が仮焼炉本体の側方から接線状に吹き込まれて渦流部を形成し、仮焼炉本体に供給された燃料が、この渦流部で効率よく燃焼すると同時に、仮焼炉本体に投入されたセメント原料の仮焼（脱炭酸反応ＣａＣＯ３→ＣａＯ＋ＣＯ２）が効率よくなされるとともに、ロータリーキルンからの排ガス（ＮＯｘ高濃度ガス）の脱硝がなされる（ＮＯｘの還元反応）。
他方、仮焼炉の炉本体からの排ガスがサスペンションプレヒータの下端に供給され、サスペンションプレヒータでセメント原料を余熱し、これが炉本体に供給され、仮焼炉で仮焼された原料は最下段のサイクロンで分離されてロータリーキルンに供給される。ロータリーキルンでは燃料が供給されて燃焼加熱されるとともに、セメント原料中の酸化カルシウムと粘土（ＳｉＯ２，ＡｌＯ３，ＦｅＯ３）とが反応してセメントクリンカが生成される。このセメントクリンカ生成反応は、高温（１５００℃）を要するので、ロータリーキルンバーナの火炎温度は１８００〜２０００℃の高温になり、空気中の窒素が酸素と反応して多量のサーマルＮＯｘが生じる。このＮＯｘを如何にして分解するかが、仮焼装置の排ガスＮＯｘを低減するための重要な課題である。
一方、燃料の燃焼過程で生成するＨＣ、ＮＨｉ等の中間生成ガスによってＮＯｘが分解され、さらに、ＣＯ、Ｈ等によってもセメント原料を触媒として脱硝されることが知られている。
従って、仮焼炉に吹き込まれた燃料が二次空気の旋回流中で燃焼進行中の渦流部と、多量のＮＯｘを含むキルン排ガスの噴流部を如何に混合するかが脱硝率向上のためのキーポイントである。
【０００３】
ところで、以上のようなセメントクリンカ焼成装置におけるサスペンションプレヒータと仮焼炉本体の配置関係、炉本体への燃料供給、クリンカクーラによって余熱された二次空気の炉本体への供給、セメント原料の炉本体への供給について様々のものがある。
例えば、特公昭５８−４６４６２号は二次空気供給位置よりも下方に燃料供給ノズルを配置して、仮焼炉の下部が酸素欠乏雰囲気になるよう燃料を供給して、原料の触媒作用下で、燃料が熱分解したＨＣなどの還元性ガスによってＮＯｘの脱酸素反応を積極的に起こさせ、これによってロータリーキルン排ガス中のＮＯｘを脱硝し、プラント排ガスのＮＯｘ濃度を低減しようとするものがある。
また、特開平２−２９３３５７号公報のものは、仮焼炉に供給する燃料の燃焼用二次空気の一部を分岐して再燃焼用空気として上方の絞り部に導入するいわゆる二段燃焼を行い、仮焼炉下部に酸素欠乏雰囲気を形成して、ロータリーキルン排ガス中のＮＯｘを還元しようとするものである。
他方、仮焼炉本体では、ロータリーキルンから高速で吹き上げられてくる排ガスと、供給される燃料、セメント原料（以下「原料」という）、二次空気が十分に撹拌、混合されることが必要であり、原料が炉本体内で吹き上げられることなく、炉本体内壁面にそってロータリーキルンへ落下することは極力回避しなければならず、この問題を解決したものが上記特公昭５８−４６４６２号公報に記載された仮焼炉の炉本体の構造である（以下これを「従来技術」という）。
また、炉本体の底に高速（３０ｍ／ｓ）で吹き込まれた排ガスが炉本体の中央を上方に吹き抜けることを極力回避しなければならない。
また、上記従来技術の炉本体は図１、図２に示す機構、構造を有するものであり、仮焼炉の炉本体１０の下部の円錐部１１の下端が、角筒１２を介してロータリーキルン１４の尻部に接続されている。
円錐部１１の内側の曲面部１１ａに周方向に平坦な平面部１１ｂを設けてある。仮焼炉の炉本体１０の円筒部１０ａの下部に二次空気管１５を、円筒部１０ａの外周に接線方向に向けて接続している。
【０００４】
この従来技術では、炉本体１０の円錐部１１に燃料ノズル１６を設けて円錐部１１内に燃料を供給し、二次空気管１５の上方に原料供給管１７を接続して二次空気供給位置よりも上方において原料を供給し、接線方向に吹き込まれた二次空気流によって、炉本体１０内に旋回流を生じさせ、これによって排ガス、燃料、原料の混合を促進させようとしている。これとともに、円錐部１１の内面にそって旋回する原料Ｐ（図１参照）が上記平面部１１ｂにそって円周方向に流れるとき（平面部１１ｂを横切るとき）、平面部１１ｂの曲率半径は無限大であるから、原料に作用する遠心力が低下し、その結果、原料の下方への落下速度（図１における分力Ｗ１により、摩擦抵抗などに抗して落下する速度）を増すことにより下向きに方向を変えるとともに、原料が分散され円錐部１１の内面から離れる。
このような現象が平面部１１ｂを横切る度に繰り返されながら、原料は円錐部の下端に向かって壁の平面部に沿って落下する。原料が円錐部の下端から角筒１２に落ち込むとき、上記原料は角筒１２の上端中央部（排ガスの噴流速度が最も早い部分）に向かってゆっくり滑り落ちることになり、そのため、排ガスの高速噴流に吹き上げられるから、角筒１２の壁面にそってロータリーキルンの排出口に直接落下することが防止される。このようにロータリーキルンへの原料の直接落下を防止できるから、角筒１２の上端中央部の排ガス流速を、上記平面部１１ｂを有しないものよりも低下させることができ、また、炉本体中央を上昇する排ガス流を一層拡散させて、この排ガス噴流の上方への吹き抜けを防止することができるものである。
【０００５】
このものは、角筒１２から仮焼炉の炉本体１０の底、すなわち円錐部１１の下端に吹き込まれる高速のキルン排ガス流が原料流の作用で炉本体１０の中央を吹き抜けることが防止されるので、キルン排ガスの仮焼炉本体内での拡散を改善するから、炉本体１０内での脱硝率を向上させることができ、したがって、キルン排ガス中のＮＯｘ濃度を仮焼炉本体１０内で低減することができる。
さらに、このものにおいては二次空気管１５から二次空気が吹き込まれる位置よりも下部に燃料ノズルを配置しているので、円錐部１１の酸素欠乏雰囲気に燃料が吹き込まれることになるから、燃料の熱分解によって生じるＨＣ等の中間生成物（還元性ガス）による、炉本体下部における還元反応が促進されるというものである。
しかし、上記従来技術については、燃焼用二次空気を炉本体に接線方向に導入しているので、旋回流が強すぎるため、炉本体内壁面近傍に二次空気の領域が形成される。そして、そこに燃料を供給するので、燃焼性は良好であるが、ほぼ燃焼を完結して還元性ガスが消失（燃焼）した後キルン排ガスと混合することになるので、キルン排ガス中のＮＯｘの脱硝作用は必ずしも充分なものではない。
また、このものは、二次空気を円筒部１０ａの外周部に接線方向に導入しているので炉本体１０内の旋回流が強すぎて、炉本体の中央を吹き抜けようとする排ガスに対する撹拌混合作用は不充分であるので吹抜防止効果がなく、キルン排ガス中のＮＯｘの一部がそのまま排出される。従って、仮焼炉内での脱硝作用が必ずしも充分ではない。
このため、可及的に脱硝効果を高めるという観点からすれば、脱硝率の点において必ずしも満足できるものではない。
【０００６】
【解決しようとする課題】
この発明は、上記従来技術を前提として、その脱硝率をさらに向上させられるように、上記の二次空気の供給、燃料供給、炉本体内のガス（排ガス、燃料、原料、二次空気の混合ガス）の流れを改善すべく、セメント原料の仮焼装置の炉本体の機構、構造を改善することをその課題とするものである。
【０００７】
【課題解決のために講じた手段】
【解決手段１】
上記課題解決のために講じた手段１は、ロータリーキルンの窯尻に立設する形式の仮焼炉の炉本体の円筒部下端に、接線方向に燃焼用二次空気を供給し、旋回流を生じさせて仮焼炉内壁面近傍に二次空気の領域を形成し、二次空気供給位置よりも下方において燃料を供給して燃焼させると共に、原料の脱炭酸反応を行い、かつ、酸素欠乏環境におけるキルン排ガス中のＮＯｘの還元脱硝作用を助長し、炉本体下部の円錐部内面の一部を円周方向に平坦な平面部にして原料落下方向を下向きに変えるようにしたセメント原料の仮焼装置を前提として、
上記二次空気の旋回流と、燃料および原料との撹拌混合により燃焼進行中の渦流部を形成し、該渦流部と上記キルン排ガスとの撹拌混合によるキルン排ガス中ＮＯｘの脱硝効果が最大になるよう、上記旋回流の旋回強さを強すぎることも弱すぎることもないようにするため、上記二次空気ダクトを炉本体に接線状に接続したときのダクト中心の偏心量をＲ０とするとき、上記二次空気ダクト中心位置を０．５Ｒ０〜０．８Ｒ０の半径方向位置とし、
炉本体はそのほぼ中央に環状の括れ部を有しており、この括れ部に、再燃焼用空気を炉本体に吹き込む再燃焼用空気ダクトが括れ部中心から半径方向にｒだけ偏心して設けられており、その偏心量ｒを、括れ部に折線状に接続した場合の偏心量ｒｏに対して０．５ｒｏ〜０．８ｒｏにしたことである。
【０００８】
【作用】
上記炉本体の円筒部下端において接線方向に向けられた上記二次空気供給口の位置が半径方向外方に位置するほど炉内旋回流が強くなり、供給された燃料および原料との混合撹拌が良好になる反面、炉本体下端から吹き上げられるロータリーキルン排ガスとの混合作用、上記排ガスの吹抜防止作用は小さくなる。他方、二次空気供給口の位置がある位置までは半径方向内側に位置するに従って炉内旋回流は弱くなり、炉本体下端から吹き上げられるロータリーキルン排ガスと二次空気との撹拌混合作用およびロータリーキルン排ガスの上方への吹抜防止作用は大きくなる。
しかし、あまり旋回流を弱くすると、かえって二次空気と供給された燃料および原料との撹拌混合作用が弱くなるため燃焼性・熱効率が低下する。また、酸素欠乏雰囲気（二次空気供給位置よりも下方の炉内雰囲気）で生成されたＨＣ等の還元性ガスとキルン排ガスとの混合が悪くなり、キルン排ガス中ＮＯｘの脱硝率が低下する。
二次空気供給ダクトを炉本体に接線状に接続した時のダクト中心の偏心量をＲ０とするとき、二次空気供給ダクト中心の位置を０．５Ｒ０〜０．８Ｒ０にすることによって、二次空気の吹き込みによる旋回流によって撹拌作用、吹抜防止作用のバランスがよく、炉本体底部での燃料、原料とロータリーキルン排ガスとの撹拌、混合が効果的になされ、その結果、燃料の燃焼進行中に生成するＨＣ等の還元性ガスが、触媒となるセメント原料の存在下で、キルン排ガス中のＮＯｘを効果的に還元脱硝するので、脱硝率が最も高くなる。
また、再燃焼用空気ダクトが炉本体の上記括れ部の中心から半径方向にｒだけ偏心して配置されており、偏心量ｒは、括れ部に接線状に接続した場合の偏心量ｒ ０ に対して、ｒ＝０．５ｒ ０ 〜０．８ｒ ０ にていることによって、当該再燃焼用空気ダクトから再燃焼用空気を炉本体に吹き込むと、炉本体下部で酸素欠乏のために残留したＨＣ，ＣＯ等の未燃焼分を含む排ガスと再燃焼用空気との撹拌、混合が良好となり、炉本体上部で未燃分を完全に燃焼させることができ、未燃損失が発生しない。この再燃焼用空気量の割合をあまり多くすると仮焼炉出口で未燃分が残る状態（未燃損失）が発生し熱効率が低下する。また、炉本体上部で未燃分が燃焼する際に再生成されるＮＯｘが増加し、全体としての脱硝率がかえって低下することとなる。逆に、この割合が少なすぎると炉本体下部での還元性ガスが少なくなり脱硝効果も少なくなる。全燃焼空気量の２０％程度にすることによって、未燃分を排出することなく排ガスＮＯｘ濃度を最少にすることができる。
【０００９】
【解決手段２】
解決手段２は上記解決手段１による仮焼装置について、その炉本体の中間に環状の括れ部を設け、炉本体に供給される原料のほぼ１／２を炉本体の円筒部下端に設けた上記二次空気供給口近傍に投入し、残りの原料の１／２を上記括れ部に投入することである。
【００１０】
【作用】
炉本体の中間に環状の括れ部を設けたことで、旋回しながら上昇する炉内ガスの上昇流が、上記括れ部で絞られて半径方向内方に向けられ、これで半径方向に撹拌される。従って、炉本体下部での燃料、原料と二次空気との混合およびキルン排ガスとの撹拌混合がより良好となり脱硝効果が向上する。また、炉本体下部に未燃分（ＨＣ，ＣＯ等）が残存しても、絞り効果で排ガス中の余剰Ｏ２と反応するので、炉本体上部で完全燃焼し、熱効率低下に至ることはない。
また、余熱された原料のほぼ１／２が、炉本体中間の括れ部に供給されるので、原料が炉本体中心部を上昇するキルン排ガスと衝突し、キルン排ガス中ＮＯｘの一部がそのまま吹き抜けることを防止するので、炉本体内での脱硝率が向上する。
【００１１】
【解決手段３】
解決手段３は上記解決手段１によるセメント原料の仮焼装置について、その炉本体下端の上記円錐部の下端に燃料供給ノズルを設け、炉本体内に投入される全燃料の１０〜２０％を、上記燃料供給ノズルから上記円錐部内に供給することである。
【００１２】
【作用】
上記角筒から炉本体内に吹き込まれるロータリーキルン排ガスの噴流内に、上記炉本体に供給される燃料の１０〜２０％が吹き込まれるので、最も高温でかつ最も酸素が欠乏した環境に燃料が吹き込まれることになる。したがって、上記キルン排ガス中の残酸素が効率的に奪われて燃料の燃焼過程で生成するＨＣ等の還元性ガスとキルン排ガス中のＮＯｘが効果的に接触し反応するので、脱硝率が高くなり、プラントから排出するＮＯｘ濃度を大幅に低減することができる。
【００１３】
【解決手段４】
解決手段４は、上記解決手段２における、炉本体円筒部下端部に供給される二次空気供給量を炉本体に供給される全燃焼用空気量の７０〜９０％とし、上記括れ部に供給される再燃焼用空気量を残りの３０〜１０％にしたことである。
そして、再燃焼用空気吹込ダクトを炉本体の括れ部に接線状に接続したときダクト中心の偏心量をｒ０とすると、上記再燃焼用空気吹込ダクト中心位置をｒ＝０．５ｒ０〜０．８ｒ０の半径位置としたことである。
【００１４】
【作用】
炉本体円筒部下端には、全燃焼用空気量の７０〜９０％しか供給されないので、上記円錐部の酸素欠乏によるＨＣ等の還元性ガスの発生量が確実に多くなり、
括れ部より下部の炉本体内全体が還元性雰囲気になる。これにより、キルン排ガス中のＮＯｘはいっそう確実に還元されるので、仮焼炉内でのキルン排ガス中ＮＯｘの脱硝率は著しく向上する。また、上記括れ部に半径方向０．５ｒ０〜０．８ｒ０偏心させた位置に供給された再燃焼用空気による半径方向への撹拌作用によって、炉本体下部から上昇してきた排ガス中のＨＣ，ＣＯ等の未燃分が、再燃焼用空気と十分混合されるので、炉本体上部で確実に燃焼を完結し、二段燃焼しても未燃損失による熱効率の低下はない。
【００１５】
【解決手段５】
解決手段５は、解決手段による炉本体中間の上記括れ部の中心に邪魔部材を設けたことである。
【００１６】
【作用】
炉本体の中央を吹き抜けようとする排ガスが上記邪魔部材によって邪魔され、半径方向外方に押しやられるので、これによって上記吹き抜けが防止されるとともに、炉内中央の排ガス流が燃料、原料濃度の比較的高い周囲の排ガスとよく混合される。したがって、炉内全体で排ガスと燃料、原料、二次空気との混合が促進され、濃度分布の均一化が計られる。特に二段燃焼した場合には、括れ部での撹拌混合効果がいっそう促進されるので、再燃焼用空気割合を多くすることにより、未燃損失なく、よりいっそう脱硝率の向上を図ることができる。
【００１７】
【実施例】
図３〜図６を参照しながら実施例を説明する。
この実施例は、図１、図２に示す従来例と基本的に類似しており、ロータリーキルン窯尻に立設して炉本体下端部にキルン排ガスを噴入し噴流層を形成すると共に、炉本体下部円筒部下端に接線状に二次空気を導入して渦流室を形成する仮焼炉である。
この実施例の仮焼炉の炉本体４０はそのほぼ中央に環状の括れ部４０ｂを有し、この括れ部４０ｂに炉本体円筒下端部に導入する二次空気吹込ダクト４６ａから分岐して、再燃焼用空気として炉本体に吹き込む再燃焼用空気ダクト４３，４３を半径方向に設けてあり、また、この括れ部４０ｂの下方円錐部４４に原料供給管４５を設けている。この原料供給管４５からの原料は仮焼炉本体の中心に向かって投入され、炉本体中心部を吹き抜けようとするキルン排ガス噴流と衝突し吹き抜けを防止する。この括れ部４０ｂの内径は、炉本体の円筒部の内径の約７５％である。この括れ部の内径が小さいほど排ガスの上昇流に対する絞り効果は大きいが、圧力損失も大きくなるので、これらの兼ね合いから概略上記の値が適当である。
炉本体に供給される全燃焼空気量の１０〜３０％を上記一対の再燃焼用空気ダクト４３，４３から供給すればよいが、この例においては、再燃焼用空気ダクト４３，４３からの吹込流速が２０ｍ／ｓであり、流量については炉本体に供給される全燃焼用空気量の２０％を供給している。この再燃焼用空気ダクトは括れ部を上方に向かって通過するガス流に対して、括れ部の中心から半径方向にｒだけ偏心して配置されており、偏心量ｒは、括れ部に接線状に接続した場合の偏心量ｒ０に対して、ｒ＝０．５ｒ０〜０．８ｒ０にすれば良いが、この例では、０．７ｒ０にしている。
このように、再燃焼用空気を炉本体に吹き込むと、炉本体下部で酸素欠乏のために残留したＨＣ，ＣＯ等の未燃焼分を含む排ガスと再燃焼用空気との撹拌、混合が良好となり、炉本体上部で未燃分を完全に燃焼させることができ、未燃損失が発生しない。この再燃焼用空気量の割合をあまり多くすると仮焼炉出口で未燃分が残る状態（未燃損失）が発生し熱効率が低下する。また、炉本体上部で未燃分が燃焼する際に再生成されるＮＯｘが増加し、全体としての脱硝率がかえって低下することとなる。逆に、この割合が少なすぎると炉本体下部での還元性ガスが少なくなり脱硝効果も少なくなる。
この例においては、上記のように選定したことによって未燃分を排出することなく排ガスＮＯｘ濃度を最少にすることができる。
【００１８】
仮焼炉本体下部の円筒部４０ａの下端に一対の二次空気ダクト４６，４６ａを設けてあり、この二次空気ダクト４６の偏心量Ｒは炉本体下部の円筒部４０ａに二次空気ダクトを接線状に接続した場合の偏心量ｒ０の７０％である。
クリンカクーラーで余熱された二次空気が、上記二次空気ダクト４６，４６ａおよび再燃焼用空気吹込ダクト４３，４３ａから炉本体４０に供給されるが、全燃焼用空気量の８０％が二次空気ダクト４６及び４６ａから供給される。
なお、この例においては、一方の二次空気ダクト４６ａの炉本体との接続部付近の天井面に原料供給管４７を直接接続しているので、この二次空気ダクト４６ａから二次空気とともに還元触媒のための原料が吹き込まれることになる。この原料供給管４７から上記原料供給管４５とほぼ等しい量の原料が供給される。
仮焼炉本体４０に供給される二次空気量および再燃焼用空気量の合計量は、本仮焼装置の燃料供給量に応じて調整され、必要な理論燃焼空気量の１．０５〜１．１５倍にすると未燃分を排出することなく、排ガスＮＯｘ濃度を最少にすることができる。
二次空気吹込流速はキルン排ガス噴流流速の約８０％にすると撹拌、混合性が良く、キルン排ガス中ＮＯｘの脱硝率が最も高くなる。
この実施例の仮焼炉の炉本体においては、二次空気ダクト４６，４６ａから下方円筒部４０ａに吹き込まれる二次空気の流速をほぼ２０ｍ／ｓにしている。上記偏心量ＲはＲ０の５０〜８０％の範囲で選択すればよいが、二次空気ダクト４６からの二次空気の吹込流速およびキルン排ガスの噴流流速を勘案して偏心量を上記の値に選定している。二次空気およびキルン排ガスの流入流速が高いほど上記偏心量を小さくし、流速が低いほど上記偏心量を大きくするのが望ましい。
上記二次空気ダクト４６，４６ａよりも下方に上中下三段の燃料ノズル４８ａ、４８ｂ、４８ｃが設けられており、排ガスとの混合を良好にするために、各段の燃料ノズルが円周方向にほぼ等間隔に複数設けられている。
上段の燃料ノズル４８ａは二次空気ダクト４６の高さとほぼ等しい高さ位置にあって、斜め下方に向けられていて、当該燃料ノズルからの燃料が炉本体４０下部の円錐部４１の内部空間に吹き込まれる。
なお、上記円錐部４１の内面は、上記従来例と同様に曲面部４１ａに平面部４１ｂを設けたものになっている。
【００１９】
中段、下段の燃料ノズル４８ｂ，４８ｃはほぼ水平に向けられているが、下段の燃料ノズル４８ｃは円錐部４１の下端にあって半径方向内方に向けられて、当該燃料ノズル４８ｃからの燃料が、角筒４９からのロータリーキルン排ガス噴流の中心に向かって吹き込まれるようにしている。これによって燃料ノズル４８ｃから吹き込まれた燃料が、ロータリーキルン排ガス噴流に直接吹き込まれるので、ロータリーキルン排ガスの噴流と燃料とがよく混合され、最も酸素欠乏状態にある排ガス噴流から残酸素が効果的に奪われるので、一層脱硝能率が向上する。
この下段燃料ノズル４８ｃからの燃料供給量は、炉本体４０に供給される燃料全量の１０〜２０％の範囲で選択すればよいのであるが、この実施例では１５％にしている。下段燃料ノズル４８ｃからの燃料供給割合をどの程度とするかは角筒４９からのロータリーキルン排ガス噴流中の残存Ｏ２量と関連することであり、通常キルン排ガスのＯ２濃度は１．５〜３％なので、下段燃料ノズル４８Ｃからの燃料供給割合を上記の範囲に設定すると、キルン排ガス中のＯ２を消費して適量のＨＣ、ＣＯ等未燃焼ガスが残る状態となる。他方、この割合が高過ぎると、未燃ガスが吹き抜けて熱効率を低下させ、また、再燃焼時のＮＯｘ再生成量も多くなる。低過ぎると、還元性ガス発生量が少なく、キルン排ガスＮＯｘの脱硝も少なくなるので、これらを勘案して上記割合を適宜選択すればよい。
【００２０】
また、この実施例においては、角筒４９からのロータリーキルン排ガス噴流の流速が２０ｍ／ｓ〜２５ｍ／ｓの範囲で運転されるように設計される。
この噴流速度は２５ｍ／ｓ以下であればよいのであるが、噴流速度が余り低いと、一部の原料がキルンに直接落下する現象が発生し、熱効率低下と運転が不安定になる問題を生じることになる。したがって、噴流速度を２０ｍ／ｓ以下にすることは実際にはできない。これらのことから、実際には上記噴流速度を２０ｍ／ｓ〜２５ｍ／ｓの範囲で適宜選択することになる。
【００２１】
さらに、この実施例においては、上下両端を円錐状にした円筒状の邪魔部材５０を上記括れ部４０ｂの中心に配置している。
上記括れ部４０ｂの内径は６０００ｍｍであり、これに対して上記邪魔部材５０の直径は１０００ｍｍであるから括れ部と邪魔部材５０によって環状の流路が形成される。なお、円錐面５０ａの高さは２０００ｍｍである。また、邪魔部材５０の上下を円錐面５０ａにしているのは、原料の堆積、固結を防止し、邪魔部材による炉内ガスの圧力損失をできるだけ少なくするためである。
邪魔部材５０は、耐熱性がなければならないが、その表面に原料が付着し難いものであることが望ましい。この例においては邪魔部材の材料をＳＵＳ３１０Ｓにしている。この邪魔部材５０は適宜の支持部材（図示略）を介して括れ部４０ｂの内面に支持させねばならないが、この支持部材の材料についても邪魔部材５０と同様である。
この邪魔部材は炉中央を吹き抜けるガス流を半径方向外方に押しやって周囲の旋回流に合流させるものであるから、それほど大径である必要はない。余り大径であると炉内旋回流を乱して括れ部４０ｂより上方における旋回流を弱めてしまうことになり兼ねない。したがって、この邪魔部材は所期の機能を奏する限度においてできるだけ小さい方が望ましい。この例で邪魔部材の直径の上記値は、以上の観点から選定した値である。
上記支持部材は炉内ガスの上昇、旋回の障害となり、本体内ガス流を乱すことになるから、その影響が炉内に均等に及ぶように、炉中心に対して対称に配置するのが望ましい。
【００２２】
【効果】
以上述べたところから、この発明の効果は明らかであるが、これをまとめると次のとおりである。
炉本体の円筒部下端に、接線方向に燃焼用二次空気を供給し、旋回流を生じさせて炉内壁面近傍に二次空気の領域を形成し、二次空気供給位置よりも下方において燃料を供給して燃料を燃焼させると共に、原料の脱炭酸反応を行い、かつ、酸素欠乏環境におけるキルン排ガス中のＮＯｘの還元脱硝作用を助長し、炉本体下部の円錐部内面の一部を円周方向において平坦な平面部にして原料落下方向を下向きに変えるようにしたセメント原料の仮焼装置を前提として、上記二次空気の旋回流と、燃料および原料との撹拌混合により燃焼進行中の渦流部を形成し、該渦流部と上記キルン排ガスとの撹拌混合によるキルン排ガス中ＮＯｘの脱硝効果が最大になるよう、上記二次空気ダクトを炉本体に接線状に接続した時のダクト中心の偏心量をＲ０とするとき、上記二次空気供給ダクト中心位置を０．５Ｒ０〜０．８Ｒ０の半径方向位置としたことで、二次空気によって生じる旋回流による撹拌作用、吹抜防止作用のバランスがよくなり、炉本体底部での燃料、原料
とロータリーキルン排ガスとが炉本体内全体で効果的に混合され、その結果、燃料の燃焼進行中に生成するＨＣ等の還元性ガスが触媒となるセメント原料の存在下で、キルン排ガス中のＮＯｘを効果的に還元脱硝するので脱硝率が最も高くなる。
【００２３】
さらに、上記炉本体の中間に環状の括れ部を設け、炉本体に供給される原料のほぼ１／２を炉本体の円筒部下端に設けた上記二次空気供給口近傍に投入し、残りの原料の１／２を上記括れ部に投入することで、旋回しながら上昇する炉内ガスの上昇流が、上記括れ部で絞られて半径方向内方に向けられ、ここで半径方向に撹拌される。したがって、炉本体下部での燃料、原料と二次空気との混合、およびキルン排ガスとの撹拌、混合がより良好となり脱硝効果が向上する。
また、炉下部に未燃分（ＨＣ、ＣＯ等）が残存しても、絞り効果で排ガス中の余剰Ｏ２と混合・反応するので、炉本体上部で完全に燃焼し、熱効率低下に至ることはない。
また、余熱された原料のほぼ１／２が、炉本体中間の括れ部に供給されるので、原料が炉本体中心部を上昇するキルン排ガスと衝突し、キルン排ガス中のＮＯｘの一部がそのまま吹き抜けるのを防止するので炉本体内での脱硝率が向上する。
【００２４】
さらに、上記炉本体の上記円錐部の下端に燃料供給ノズルを設け、当該燃料供給ノズルから炉本体に投入される燃料の１０〜２０％を、上記円錐部内に供給することで、上記角筒から炉本体内に吹き込まれるロータリーキルン排ガスの噴流内に、上記炉本体に供給される燃料の１０〜２０％が吹き込まれるので、最も高温でかつ最も酸素が欠乏した環境に燃料が吹き込まれることになる。
したがって、上記キルン排ガス中の残酸素が効率的に奪われ、燃料の燃焼過程で生成するＨＣ等の還元性ガスとキルン排ガス中のＮＯｘが効果的に接触し反応するので、脱硝率が高くなり、プラントから排出するＮＯｘ濃度を大幅に低減することができる。
【００２５】
さらに、上記炉本体円筒部下端部に供給される二次空気供給量を炉本体に供給される全燃焼用空気量の７０〜９０％とし、上記括れ部に供給される再燃焼用空気量を残りの３０〜１０％にし、更に、再燃焼用空気吹込ダクトを炉本体の括れ部に接線状に接続したときのダクト中心の偏心量をｒ０とすると、上記再燃焼用空気吹込ダクト中心位置をｒ＝０．５ｒ０〜０．８ｒ０の半径位置としたことで、炉本体下部円筒部には全燃焼用空気量の７０〜９０％しか供給されないので、より確実に、上記円錐部の酸素欠乏によるＨＣ等の還元性ガスの発生量が多くなり、括れ部より下部の炉本体内全体が還元性雰囲気になる。これにより、キルン排ガス中のＮＯｘはいっそう確実に還元されるので、仮焼炉内でのキルン排ガス中の脱硝率は著しく向上する。
また、上記括れ部に半径方向に０．５ｒ０〜０．８ｒ０偏心させた位置に供給された再燃焼用空気による半径方向の撹拌作用によって炉本体下部から上昇してきたキルン排ガス中のＨＣ、ＣＯ等の未燃分が再燃焼用空気と十分混合されるので、炉本体上部で確実に燃焼を完結し、二段燃焼しても未燃損失による熱効率の低下はない。
【００２６】
さらに、炉本体中間の上記括れ部の中心に邪魔部材を設けたことで、炉本体の中央を吹き抜ける排ガス流が上記邪魔部材によって邪魔され、半径方向外方に押しやられるので、これによって上記吹き抜けが防止されるとともに、中央の排ガス流が、燃料、原料濃度の比較的高い周囲の排ガスとよく混合される。したがって、排ガスと燃料、原料、二次空気との混合が促進される。特に二段燃焼した場合には、括れ部での撹拌効果が、いっそう促進されるので、再燃焼用空気割合を多くすることにより、未燃損失なく、いっそうの脱硝率の向上を図ることができる。
【００２７】
以上のとおりこの発明は、上記解決手段１乃至解決手段５によって、仮焼炉の炉本体内での脱硝促進のための種々の方向からの様々な効果を生じるが、これらの解決手段を種々に組み合わせて講じることで、それぞれの効果が重畳して、全体として、従来技術におけるものに比してその脱硝効果を顕著に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は従来例の炉本体の要部断面図である。
【図２】は図１のＸ−Ｘ断面図である。
【図３】は実施例の縦断面図である。
【図４】は図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】は図３のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】は図３のＣ−Ｃ断面図である。
【符号の説明】
１０：従来例の炉本体
１１：円錐部
１１ａ：曲面部
１１ｂ：平面部
１２：角筒
１４：ロータリーキルン
１５：二次空気管
１６：燃料ノズル
１７：原料供給管
４０：実施例の炉本体
４０ａ：下方円筒部
４０ｂ：括れ部
４１：円錐部
４１ａ：曲面部
４１ｂ：平面部
４３：再燃焼用空気ダクト
４４：下方円錐部
４５：原料供給管
４６，４６ａ：二次空気ダクト
４７：原料供給管
４８ａ，４８ｂ，４８ｃ：燃料ノズル
４９：角筒
５０：邪魔部材
５０ａ：円錐面
Claims (5)
- ロータリーキルンの窯尻に立設したセメント原料仮焼炉の炉本体の下部円筒部下端に二次空気ダクト、原料供給管を設け、上記円筒部下方に連接する円錐部に燃料ノズルを設け、上記円錐部下端にキルン排ガスを導入するダクトを接続し、上記炉本体の下部円筒部下端に、接線方向に二次空気を供給し、旋回流を生じさせて仮焼炉内壁面近傍に二次空気の領域を形成し、二次空気供給位置よりも下方において燃料を供給して燃焼させると共に原料の脱炭酸反応を行い、かつ、炉本体内での還元脱硝作用を助長し、炉本体下部の円錐部内面の一部を円周方向に平坦な平面部にして原料落下方向を下向きに変えるようにしたセメント原料の仮焼装置において、
上記二次空気の旋回流と、燃料および原料との撹拌混合により燃焼進行中の渦流部と上記キルン排ガスとの撹拌混合によるキルン排ガス中ＮＯｘの脱硝効果が最大になるよう、上記旋回流の旋回強さを強すぎることも弱すぎることもないようにするため、上記二次空気ダクトを炉本体に接線状に接続したときのダクト中心の偏心量をＲ０とするとき、上記二次空気ダクトの中心位置は０．５Ｒ０〜０．８Ｒ０の半径方向位置にあり、
また、炉本体はそのほぼ中央に環状の括れ部を有しており、この括れ部に、再燃焼用空気を炉本体に吹き込む再燃焼用空気ダクトが括れ部中心から半径方向にｒだけ偏心して設けられており、その偏心量ｒが、括れ部に折線状に接続した場合の偏心量ｒｏに対して０．５ｒｏ〜０．８ｒｏになっているセメント原料の仮焼装置。 - 上記炉本体の中間に環状の括れ部を設け、当該炉本体に供給される原料のほぼ１／２を炉本体の円筒部下端に設けた上記二次空気供給口近傍に投入し、残りの原料の１／２を上記括れ部に投入するようにした、請求項１のセメント原料の仮焼装置。
- 上記円錐部の下端に燃料供給ノズルを設け、炉本体内に投入される全燃料の１０〜２０％を、上記燃料供給ノズルから上記円錐部内に供給するようにした請求項１のセメント原料の仮焼装置。
- 上記炉本体の円筒部下端に供給される二次空気供給量を炉本体に供給される全燃焼用空気全量の７０〜９０％とし、上記括れ部において接線方向に供給される再燃焼用空気量を残りの３０〜１０％にした請求項１または請求項２のセメント原料の仮焼装置。
- 上記炉本体中間の上記括れ部の中心に邪魔部材を設けた請求項１乃至請求項４のセメント原料の仮焼装置。
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