JP3959620B2

JP3959620B2 - ロータリーキルンにおける可燃性廃棄物の燃焼方法とその装置

Info

Publication number: JP3959620B2
Application number: JP2002096954A
Authority: JP
Inventors: 久範青山; 泰史山本; 宇幹玉重; 哲雄大桐; 宣久田中; 秀次薬師寺; 敏夫今井
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2022-03-29
Also published as: JP2003294213A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータリーキルンにおける可燃性廃棄物の燃焼方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来埋め立てもしくは焼却処分されていた可燃性廃棄物のうち、特に高い熱量を有する廃プラスチックについては、環境汚染の問題あるいは資源の有効活用の見地から再利用が促進されつつあり、例えば特開昭５７−２７９５４号公報に示すように、セメント原料を焼成する際の燃料として、上記の廃プラスチックを使用する方法が開示されている。しかし、その廃プラスチックの具体的な投入方法についての技術開示はなされていない。
【０００３】
廃プラスチックは、高い熱量を有するが、微粉炭や重油などの燃料に比べて、セメント原料等の焼成用ロータリーキルン内に於ける燃焼性が低く、セメント原料等の焼成に寄与させるためには、その燃焼性を高めた投入方法が必要である。
【０００４】
廃プラスチックを該ロータリーキルン内の空中で燃焼させ、その焼成に寄与させるために、廃プラスチックを粉砕し、ノズルからロータリーキルン内に吹き込む方法について、種々検討がなされているが、従来技術ではその燃焼の過程で、未燃焼の廃プラスチックがセメント等の焼成原料上に着地して、未燃焼の廃プラスチックが焼成物中に混入し、焼成品の品質を低下するおそれがある。
【０００５】
また、焼成原料上に着地した未燃焼の廃プラスチックが焼成原料上で燃焼を完了した場合にも、その周辺が還元性雰囲気になるため、焼成品の品質低下の原因となる場合がある。
【０００６】
このような現象をなくするため、特開平７−２７７７８８号公報や特開平８−２８３０５２号公報においては、着地した未燃焼の廃プラスチックが十分に酸化性雰囲気に曝されるようにする方法を開示している。
【０００７】
しかし、廃プラスチック等の可燃性廃棄物をセメント原料等の焼成のための燃料として利用するためには、ロータリーキルン内に投入された可燃性廃棄物が空気中に浮遊した状態で燃焼を完了することが望ましい。そのためには、可燃性廃棄物を微粉砕してロータリーキルン内に吹き込む方法が考えられる。しかし、可燃性廃棄物の微粉砕を実施するためには、工業上の限界がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、工業上実施可能な程度に予め粉砕された可燃性廃棄物をロータリーキルン内の空気中により長く浮遊させて燃焼させ、望ましくはより高い空間密度でロータリーキルン内に浮遊している状態で燃焼を完了させるように、可燃性廃棄物をロータリーキルン内に吹き込んで燃焼させる方法を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、セメント原料等の焼成用ロータリーキルンにおいては、その焼成品を冷却するためのクーラーが該ロータリーキルンに接続され、そのクーラーを通過した高温の空気がロータリーキルン内に流入したときに、ロータリーキルン内に空気の旋回流を生じることに着目した。
【００１０】
すなわちクーラーからロータリーキルンへの上記高温の空気の流入口の上方に、予め粉砕した可燃性廃棄物を吹き込むことにより、可燃性廃棄物の粉体が前記高温の空気の旋回流中に浮遊し、従来から行われているように、主燃料吹き込みノズルの上方から可燃性廃棄物の粉体を吹き込む場合より、長く空気中に浮遊状態で予め粉砕された可燃性廃棄物を燃焼させることができることを見出し、本発明を完成した。
【００１１】
すなわち本発明のロータリーキルンにおける可燃性廃棄物の燃焼方法は、クーラーを通過した高温の冷却空気を回転中のロータリーキルンの下流端側からその内方に向けて導入して、主燃料バーナーの火炎の周りに螺旋状空気流を形成し、該螺旋状空気流中に予め粉砕した可燃性廃棄物を浮遊し、その状態で前記主燃料バーナーの火炎によって燃焼することである。
【００１２】
また、本発明のロータリーキルンにおける可燃性廃棄物の燃焼装置はロータリーキルンの下流端側に於ける横向き内側面と、主燃料バーナーの横向き側面の間に存在する導入空間の下方に、クーラーを通過した高温の冷却空気の出口を配置すると共に、該導入空間と該高温の冷却空気の出口との間に形成する該高温の冷却空気の流路に向けて、可燃性廃棄物吹き込みノズルを配置するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明に於ける可燃性廃棄物の燃焼方法の実施の形態を別紙添付図面によって説明すると、焼成後のセメントクリンカ９を冷却するためのクーラー７を通過した高温の冷却空気7aを、その流れの中に吹き込みノズル10から投入した予め粉砕した可燃性廃棄物11と共に、クーラーの出口7cの上方に位置する回転中のロータリーキルン４の下流端６の内壁面に於ける横向き内側面6aと、主燃料バーナー５の横向き側面5aの間の導入空間7dから、そのキルン４の内壁面に対して接線方向に導入して、主燃料バーナー５の火炎８の周りに螺旋状空気流7bを形成し、該螺旋状空気流7b中に前記可燃性廃棄物12を浮遊し、その状態で前記主燃料バーナーの火炎によって燃焼する方法である。
【００１４】
また、同可燃性廃棄物の燃焼装置の実施の形態を別紙添付図面によって説明すると、ロータリーキルン４の下流端６に於ける横向き内側面6aと、主燃料バーナー５の横向き側面5aの間に位置する導入空間7dの下方に、クーラー７を通過した高温の冷却空気7aの出口7cを配置すると共に、該導入空間7dと該高温の冷却空気7aの出口7cとの間に形成する該高温の冷却空気7aの流路に向けて、可燃性廃棄物吹き込みノズル10を配置するものである。ここで導入空間7dの下方に出口7cを配置するとは、出口7cの全体が導入空間7dの下方に位置する必要はなく、出口7cの中心線が導入空間7dの下方に位置すればよい。
【００１５】
本発明における上記の可燃性廃棄物とは、燃焼によって熱量を発し、セメント原料等の焼成に必要な焼成温度の維持に寄与できるものであれば、特に限定されないが、例えば、廃プラスチック、木屑、紙屑、ゴム屑、廃タイヤ等を挙げることができる。高い熱量を発する点で、特に廃プラスチックが好ましい。可燃性廃棄物は、最大粒径が０．５〜５ｍｍ、好ましくは１〜３ｍｍとなるように予め粉砕し、サイロに貯蔵した後、サイロから空気搬送により、ロータリーキルン内に吹き込む。ロータリーキルン内に吹き込んだ後、キルン内に十分浮遊させるためには、最大粒径が小さいほど好ましく、５ｍｍ以下、特に３ｍｍ以下であることが好ましいが、０．５ｍｍより小さくなると粉砕コストがかさむ上、流動性が低下し、サイロ詰りを起こしやすくなるので好ましくなく、１ｍｍ以上であることがより好ましい。
【００１６】
また本発明におけるロータリーキルンは、セメント焼成や生石灰、焼ドロマイトの製造等に広く使用されるものであるが、セメント焼成用のロータリーキルンを例に詳細に説明すると、図１にセメント焼成用ロータリーキルンの設備の概要を示した。セメントの調合原料は、原料サイロ１からプレヒーター２に供給され、予めロータリーキルンからの排ガスによって予熱され、さらに仮焼炉３にて加熱され、脱炭酸反応の後、ロータリーキルン４に装入される。ロータリーキルン４は鉄皮を耐火物で内張りされた円筒状の加熱炉で、一定の速度で軸の回りに回転している。
【００１７】
さらにロータリーキルン４は図１に示すとおり、右側の調合原料の裝入口4aから左側の下流端６の方向に向かって若干下向きに傾斜しており、装入された調合原料はロータリーキルン内で焼成され、次第にセメントクリンカ鉱物を形成しながら該キルンの下流端６の方向に移動する。
【００１８】
その下流端においては、微粉炭や重油などの主燃料がノズル５を介してキルン４内に吹き込まれて燃焼し、炉内の最高温度を１４００℃以上の高温に保持する。この熱により調合原料は焼成され、セメントクリンカが得られる。ロータリーキルン４の下流端６にはセメントクリンカを冷却するためのクーラー７が接続されている。
【００１９】
クーラー７に吹き込まれた冷却空気は、クーラー７を通過することにより熱交換を行い、一方では高温のセメントクリンカを冷却し、他方では高温となった冷却空気はキルンの下流端６から上記ロータリーキルン４の内壁面に対して接線方向に吹き込まれ、前記主燃料を燃焼するための酸素の供給源になる。
【００２０】
ロータリーキルンの下流端６の付近の状態を図２により、さらに詳細に説明する。図２はロータリーキルン出口付近の縦断面を模式的に示したものである。ロータリーキルン４の下流端において主燃料の吹き込みノズル５を介して主燃料は炉内に吹き込まれ、主燃料の燃焼により火炎８が形成される。
【００２１】
図３は図２のＡ−Ａ線部の断面から炉内を見た状況を示す。同図においてロータリーキルン４は時計方向（矢印A4方向）に回転しているものとする。この場合、クリンカ鉱物形成を終えた焼成クリンカ９は図３に示すように炉内の左下に偏った状態で存在する。
【００２２】
主燃料の吹き込みノズル５は、焼成原料９に直接火炎８が接触することを避けるため、図３に示すようにロータリーキルン４の中心軸4bよりも右上側にずらして設置する場合が一般的である（但し、図ではズレを誇張して示している）。クーラー出口（被焼成物排出口）7cは、クリンカ９を効率よくクーラー７へ排出するため、図３に示すごとくキルン４の末端の左下に偏って開口している。なお、図４の7hはクーラー出口7cの中心線、4hはロータリーキルン４の中心軸4bを通る垂線、をそれぞれ示す。
【００２３】
クーラー７を通過した空気7aは、その出口7cを通って図２及び図３に示す如くキルン下流端６の左下方からキルン４内に流入し、キルン４の回転方向A4と同じ向きに中心軸4bを中心として旋回しながら原料装入口4a側に向かって進む螺旋状の空気流7bを生じる。
【００２４】
本発明における可燃性廃棄物の吹き込み位置10は、クーラー出口（被焼成物排出口）7cの上方であり、図３においては、キルンの中心軸4bより左側である。特に好ましくは、ロータリーキルンの中心軸4bの水平側方の位置から、仰角が６０°までの範囲の位置に吹き込むことが好ましい。すなわち、上記旋回流の上向きモーメントが十分に得られる位置である。
【００２５】
上記旋回流の上向きモーメントは、炉体中心軸4bの水平側方の位置で最大になるが、水平側方より下方では、吹き込まれた可燃性廃棄物がクリンカ９に接触する可能性があるため、水平側方またはそれより上方の位置に吹き込むことがより好ましい。
【００２６】
粉砕された可燃性廃棄物は、図示しないサイロに貯蔵した後、サイロから空気搬送により、可燃性廃棄物吹き込みノズル10からロータリーキルン４内に吹き込まれる。吹き込まれた可燃性廃棄物の粉体は、クーラー７から流入した高温空気の旋回流7bにより、螺旋軌道10aを描いて、原料挿入口4a側に進む。
【００２７】
螺旋軌道を描く可燃性廃棄物の粉体の少なくとも一部は、主燃料バーナーの火炎８に接触し、火炎の中に引込まれる。また、ロータリーキルン４内に吹き込まれた可燃性廃棄物の粉体は、主燃料バーナー５の火炎８に接触し、または接触することなく、主燃料バーナー５の火炎８の熱により発火し、ロータリーキルン４内の空間で燃焼する。
【００２８】
可燃性廃棄物吹き込みノズル10は、可燃性廃棄物の粉体を空気搬送によりロータリーキルン４内の所定の位置に吹き込むことができれば、特にその形状は限定されず、例えば、ロータリーキルン４内の高熱に耐えるための冷却手段を備えたものが挙げられる。また、キルン４の長手方向の中心軸4bと平行に吹き込むものであっても、斜め上方に向かって吹き込むものであっても良い。
【００２９】
その際の吹き込む速度は、５〜３０ｍ／ｓが好ましく、５〜２５ｍ／ｓがより好ましく、５〜１５ｍ／ｓが特に好ましい。５ｍ／ｓより低い速度では、空気圧送による吹き込みが困難である。３０ｍ／ｓより高い速度では、可燃性廃棄物の粉体が主燃料バーナー５の火炎８の先端より遠方にまで達し、空間燃焼を完了しない可能性があるため好ましくない。
【００３０】
また、３０ｍ／ｓ以下の吹き込み速度であっても、速度が高いほど可燃性廃棄物の粉体が分散しやすく、空間密度が下がるため、全ての可燃性廃棄物の粉体が空間燃焼しても、輻射熱としてセメント原料の焼成に寄与する熱量が低下する。したがって、より低い吹き込み速度で可燃性廃棄物の粉体を吹き込み、高い空間密度で空間燃焼させることがより好ましい。
【００３１】
【実施例】
内径が３ｍ、長さが７２ｍ、生産量が２４００ｔ−クリンカ／日、キルン焚き量が４．５ｔ／ｈのセメント焼成用ロータリーキルンに対して、３チャンネルの主燃料バーナーを用いて、主燃料（オイルコークス）を空気流（内流及び外流）とともに、内流１８０ｍ／ｓ（旋回４５°）、燃料流３０ｍ／ｓ（旋回１８°）、外流１８０ｍ／ｓ（旋回無）の条件で吹き込んだ。クーラーからの２次空気旋回流の流速は８ｍ／ｓとした。ここに、空気ジャケット式１チャンネルの可燃性廃棄物の吹き込みノズルを用いて、最大粒径が３ｍｍ、発熱量が９０００ｋｃａｌ／ｋｇの廃プラスチックを送入量１．５ｔ／ｈ、流速１０ｍ／ｓで、キルン中心軸側方水平線から仰角４５°の位置から吹き込んだところ、全て空間燃焼し、その場合の代替寄与率は９８％であった。一方上記の仰角４５°の位置から吹き込む代わりに仰角９０°の位置、即ち上記主燃料バーナのほぼ真上の位置から吹き込んだ場合の代替寄与率は７５％であり、一部の着地燃焼が認められた。ここで、代替寄与率とは、主燃料に代替して投入した可燃性廃棄物が空間燃焼して、その熱量のうち輻射熱に変換された割合を示す。
【００３２】
【発明の効果】
この発明の可燃性廃棄物の焼成方法とその装置は上述の通りであって、クーラーを通過した高温の冷却空気をその流れの中に投入された可燃性廃棄物の粉体と共に、回転中のロータリーキルンの下流端側からその内壁面に向けて接線方向に導入して、主燃料バーナーの火炎の周りに螺旋状空気流を形成し、その螺旋状空気流中に可燃性廃棄物の粉体を浮遊し、その状態で主燃料バーナーの火炎によって燃焼するので、そのロータリーキルンの内の空中で能率的に燃焼して、その際に生ずる輻射熱で被焼成物の焼成に寄与することができる。
【００３３】
また、可燃性廃棄物として、特に高い熱量を持っている廃プラスチックを燃焼する場合に於いても、従来技術のようにそのロータリーキルンの内に於ける燃焼の過程で、未燃焼の廃プラスチックの粉砕物がセメント等の焼成原料上に着地して、未燃焼の廃プラスチックが焼成物中に混入し、または着地燃焼によって焼成品の品質を低下するおそれがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明を実施するセメント焼成用ロータリーキルンの設備の概略を示す正面図である。
【図２】図１の一部分の拡大縦断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線からキルン側を見た横断面図である。
【図４】図２と図３の連関図であり、１点破線はロータリキルンの中心軸及び被焼成物排出口（クーラー出口）の中心線を示す。
【符号の説明】
１・・・原料サイロ
２・・・プレヒータ
３・・・仮焼炉
４・・・ロータリーキルン
4a・・・装入口
4b・・・中心軸
4h・・・中心軸鉛直線
５・・・主燃料バーナ
5a・・・横向き側面
６・・・ロータリーキルン下流端
6a・・・横向き内側面
７・・・クーラー
7a・・・高温の冷却空気
7b・・・螺旋状空気流
7c・・・クーラー出口
7d・・・導入空間
7h・・・クーラー出口中心線
８・・・火炎
９・・・クリンカ
10・・・可燃性廃棄物吹き込みノズル
10a・・・可燃性廃棄物の軌跡
11・・・可燃性廃棄物

Claims

クーラーを通過した高温の冷却空気をその流れの中に投入した予め粉砕された可燃性廃棄物の粉体と共に、回転中のロータリーキルンの下流端側からその内壁面に向けて接線方向に導入して、主燃料バーナーの火炎の周りに螺旋状空気流を形成し、該可燃性廃棄物を該螺旋状空気流中に浮遊し、その状態で前記主燃料バーナーの火炎によって燃焼することを特徴とするロータリーキルンにおける可燃性廃棄物の燃焼方法。
クーラーを通過した高温の冷却空気を、その出口の上方に配置した回転中のロータリーキルンの下流端側に於ける横向き内側面と、主燃料バーナーの横向き側面の間に存在する導入空間に向けて導入して、該主燃料バーナーの火炎の周りに螺旋状空気流を形成し、該クーラーの出口から前記導入空間に向けて導入する高温の冷却気中に、予め粉砕した可燃性廃棄物を投入して、それを前記螺旋状空気流中に浮遊した状態で前記火炎によって燃焼することを特徴とするロータリーキルンにおける可燃性廃棄物の燃焼方法。
ロータリーキルンの上流端より被焼成物原料を供給し、下流端側から主燃料を投入し燃焼させ、下流端から被焼成物を排出させ、被焼成物の排出口に被焼成物の冷却のためのクーラーが接続され、クーラーを通過した高温の冷却空気が該排出口からロータリーキルン内に流入するロータリーキルンにおいて、該排出口の中心線が、該ロータリーキルンの中心軸直下よりもロータリーキルンの回転方向に於ける下流側に偏って位置し、該排出口から該ロータリーキルン内に流入するクーラーを通過した高温の冷却空気流中に、予め粉砕された可燃性廃棄物を該排出口の上方から投入することを特徴とするロータリーキルンにおける可燃性廃棄物の燃焼方法。
ロータリーキルンの中心軸の排出口に於ける水平側方から仰角が６０°の範囲の位置から、予め粉砕された可燃性廃棄物を投入することを特徴とする請求項３に記載のロータリーキルンにおける可燃性廃棄物の燃焼方法。
ロータリーキルン内に投入された可燃性廃棄物が、被焼成物の排出口からロータリーキルン内に流入した気体によって形成される気体の螺旋状空気流に伴い、主燃料バーナーの火炎の側方から上方に旋回した後、該火炎に引込まれるような螺旋状の軌跡を描くことを特徴とする請求項３または４のいずれかに記載のロータリーキルンにおける可燃性廃棄物の燃焼方法。
予め粉砕された可燃性廃棄物が、投入用ノズルから５〜３０ｍ／ｓの速度で投入することを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載のロータリーキルンにおける可燃性廃棄物の燃焼方法。
予め粉砕された可燃性廃棄物の最大粒径が０．５〜５ｍｍであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の可燃性廃棄物の燃焼方法。
予め粉砕された可燃性廃棄物が廃プラスチックであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のロータリーキルンにおける可燃性廃棄物の燃焼方法。
ロータリーキルンがセメント焼成用ロータリーキルンであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の可燃性廃棄物の燃焼方法。
ロータリーキルンの下流端側に於ける横向き内側面と、主燃料バーナーの横向き側面の間に存在する導入空間の下方に、クーラーを通過した高温の冷却空気の出口を配置すると共に、該導入空間と該高温の冷却空気の出口との間に形成する該高温の冷却空気の流路に向けて、可燃性廃棄物吹き込みノズルを配置することを特徴とするロータリーキルンにおける可燃性廃棄物の燃焼装置。