JP4183278B2 - セメントクリンカの製造プラント及び製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、セメントクリンカの製造プラントに関する。このプラントは、原材料がその内部で予熱されるプレヒータと、原材料がその内部にて800℃以上の温度にてか焼され、また、酸素を含んだ気体がか焼装置の最下方領域に供給されるか焼装置と、原材料がその内部にて燃焼されて、クリンカに変換されるキルンとから成っている。
従来のセメントクリンカの製造プラントにおいて、仕上がったセメント製品の品質を犠牲にすることなく、ロータリキルン内の主燃料の20％までをゴムタイヤのような安価な廃物燃料にて代替することが可能である。
通常、セメントプラントの必要な全燃料の最大40％がセメントキルン内にて燃焼され、残りの60％は、か焼装置内にて燃焼されている。この結果として、通常のキルンプラントにおいて、ロータリキルン内にて燃焼される40％の燃料の約20％、すなわち全燃料量の約８％を廃物燃料で代替することが可能である。このため、か焼装置内にて燃焼される燃料のより大きい比率分を廃物燃料にて代替することが可能であるならば、有利なことである。
しかしながら、か焼装置内にて有利に燃焼させることのできる燃料の種類には、一定の制限がある。
か焼装置内の温度は、典型的に、850℃乃至950℃の範囲にある。このことは、有毒な廃物を燃焼させるには何ら利益がないことを意味する。なぜなら、有害な廃物中の有毒物質を燃焼中に分解し且つ中性化するためにはか焼装置で利用可能な温度よりも高温で且つ長時間の保持時間を要するからである。か焼装置は、通常、懸垂型であり、クリンカ冷却器から又はキルンからの予熱した空気がダクト及び撓みパイプの曲がり部分を介してか焼装置の底部まで運ばれることを伴う。粉砕ゴムのような塊状の廃物をか焼装置に供給する場合、その廃物は、パイプの曲がり部分に落下し、そのパイプを詰まらせることになる。その結果、このような形態とされた底部を有するか焼装置は、塊状の燃料を燃焼するのに適していない。
また、着火が困難な燃料、例えば、揮発性成分の含有量が少ない特定種類の石炭は、か焼装置内での保持時間が比較的短く、その温度が比較的低いから、利用することは難しい。
オランダ国特許出願第870/82号（メタルゲゼルシャフト社（metallgesellschaft ＡＧ）には、酸素を含んだ流動化空気がか焼装置の底部を通じて供給され、更に、流動化空気の入口箇所の上方の少なくとも１ｍからか焼装置の最下方の30％まで伸長する領域に対して水平に、酸素を含んだ二次的な空気を供給することのできる、流動床か焼装置が記載されている。この装置において、全体の必要熱量を賄うために使用される燃料の少なくとも65％は、か焼装置に供給され、その燃料の少なくとも10％は、後続のキルンに供給される。か焼装置内にて流動床を形成することにより、粒子寸法の分布の点にて変化が生じる場合であっても、高度のか焼を実現することが可能である。しかしながら、流動化は、熱経済性にとって悪影響を与える可能性がある相当量の不要な空気が装置内に導入されることを意味する。また、流動化空気を実際に噴射するためには、特定のエネルギ入力を必要とする。
か焼装置に接続した状態にて設置された分解チャンバまで粉砕した自動車タイヤのような塊状の材料を供給することは、オランダ国特許170368号（Ｆ．Ｌ．スミス・アンド・カンパニー（Smidth & Co．Ａ／Ｓ）から公知である。この特許の明細書によれば、予熱し又は部分的にか焼した原材料の粉体を分解チャンバに供給し、廃物燃料を加熱する。分解チャンバ内にて達成することが望ましい温度は、熱分解過程を確実にするのに十分な高温でなければならないが、他方にて、原材料の粉体が顆粒化（granulation）する程、高温であってはならない。分解チャンバからの可燃性気体は、その後に、か焼装置自体から成る燃焼チャンバ内に流動し、残留生成物は、分解チャンバの底部から排出され、また、ロータリキルンまで運ばれる。しかしながら、その内部にて空気の不足状態が生じる分解チャンバを使用することは、十分な酸素供給状態下にて完全燃焼に関して得られるであろうと同量のエネルギをか焼装置内にて廃物から得ることはできない。
本発明の目的は、保持時間を長くし、及びか焼装置内の最下方領域に供給される材料の温度を保つと同時に、か焼装置内で塊状の燃料を燃焼させることてができる、セメント製造用プラントを提供することである。
この目的は、本発明に従って達成される。本発明によれば、か焼装置には、固定の底部が設けられ、これにより、か焼装置に供給された可燃性材料が底部に沈着することを許容し、また、酸素を含んだ気体は、か焼装置の最下方領域の開口部を介して、か焼装置まで水平方向に供給される。酸素を含んだ気体が水平方向に供給されることは、底部からではなくて、か焼装置の垂直側部／壁を通じて酸素を含んだ気体が導入されることとなる。
可燃性材料及び酸素を含んだ空気を供給することにより、か焼装置内の最下方領域内に燃焼チャンバを形成することが可能となる。燃焼チャンバ内の温度は、好ましくは、1100℃乃至1300℃の範囲に保たれ、か焼装置内の残りの部分において一般的な温度よりも高温となる。供給される燃料に関して何らの条件が課されないことは、この燃焼チャンバの特に有利な点である。また、塊状燃料の寸法、燃料の密度、燃料のカロリー値、及び残量成分の点にて何らの条件も必要とされない。
また、か焼装置の底部及び給気システムを改変するだけでよいから、既存のプラントを改変することは比較的簡単に行い得る。
最下方領域内の温度を制御するためには、原材料の粉体の供給量を確実に制御し得るようにすることが必須である。なぜなら、か焼は吸熱反応であるから、原材料の粉体を多量に供給すると、温度が低下するからである。
最下方領域に対し制御された供給量の原材料の粉体を確実に供給するためには、か焼装置内にて最下方領域に供給される原材料の粉体が最下方領域まで降下しないことを確実にすることが必須である。
か焼装置の最下方領域の上方部分において上方に流れる空気の速度プロファイルが正であり且つ比較的均一であることを確実にすることにより、原材料の粉体のかかる降下を適宜に防止することができる。
最下方領域の全断面部分に亙って正の速度プロファイルを確保する多数の方法がある。１つの簡単な方法は、断面部分における下方への流れが生じないような方法にて、酸素を含む気体が最下方領域まで流動することを確実にすることである。
酸素を含んだ空気が導入され且つ適宜な方法にて分配される、本発明の特に適切な実施の形態において、か焼装置の最下方領域内の１つ又は２つ以上の側部には、より小さい幾つかの開口部が形成されており、これらの開口部の全てには、環状チャンバから酸素を含んだ高温の気体が供給される。この過程において、環状チャンバには、１つの高温気体の供給箇所だけが設けられていればよい。
本発明を図面を参照しながら以下に更に詳細に説明する。添付図面において、
図１は、従来のセメント製造プラントの図である。
図２及び図３は、本発明によるプラント内のか焼装置の一つの実施例を示す図である。
図４は、本発明によるプラント内のか焼装置の一つの好適な実施の形態の図である。
図５は、図４の線IIにおける燃焼チャンバ２３内の気体の速度プロファイルの図である。
図１に、一般的に公知のセメント製造プラントを示す。該プラントは、３つのプレヒータサイクロンａ、ｂ、ｃから成るプレヒータ１と、か焼装置２と、か焼装置に続いて設置されている分離サイクロン３と、キルン４と、キルン４に連設されている冷却器５と、から成っている。
原材料は、か焼装置２及びプレヒータ１を貫通して上方に流れる、キルン４及び冷却器５からの高温の気体と反対方向に流れる状態にてプラント内を降下する。このように、この原材料は、ダクト６を介してプレヒータ１の最上端にてプラント内に導入される。この原材料は、その後、高温の気体流としてプレヒータサイクロンａ内に懸濁状態にて運ばれる。このプレヒータサイクロンａ内にて、材料は懸濁状態から分離され且つダクトを介して均一の更に高温の気体流に向かって下方に向けられる。均一な高温の気体流は原材料をプレヒータサイクロンｂに運ぶ。同様の方法にて、原材料はサイクロンｂからサイクロンｃに運ばれる。サイクロンａ内にて原材料が分離された気体は、ダクト７を介して静電沈澱器内に導かれ、その後に、煙突に排気される。
原材料がプレヒータ１を通過したならば、その原材料は、ダクト８を介してか焼装置２に向けられ、予熱された原材料は、通常、か焼装置内で底部の真上に供給される。
図１のか焼装置２は、ＳＬＣ型（別個のラインのか焼装置）であり、このため、このか焼装置には、ダクト９を介して冷却器から酸素濃度の濃い空気のみが供給される。ＩＬＣ型（ライン内か焼装置）のか焼装置には、冷却器からの酸素を含んだ高温の空気と共にキルンから高温の空気が供給される。ＳＬＣ型か焼装置に関連して、キルンからの高温の空気は、か焼装置の周りを迂回され且つプレヒータに直接、供給される。
１つ以上のバーナ１０は、か焼装置内の温度を約850℃乃至950℃の程度まで確実に上昇させ、原材料の粉体をか焼させる。か焼された原材料は、分離サイクロン３を横断して懸濁状態で運ばれる。この分離サイクロン内にて、か焼された原材料は懸濁状態から分離して、ダクト１１を介してクリンカキルン４に向けられる。か焼装置２からの高温の気体は、上昇して分離サイクロン３の頂部から出て、また、プレヒータ１に送られる。最終的に、か焼した原材料の粉体は、キルン４を通過し、このキルン内にて、その原材の粉体料には1400℃以上の温度が加えられる。その結果、クリンカ鉱物を形成することのできる溶融した質量体が形成される。クリンカ鉱物を有するこの溶融質量体は小塊とされて、その後、仕上がったクリンカは冷却器内に落下し、この冷却器にて、クリンカは約100℃程度まで冷却される。
図２及び図３には、本発明によるプラント用のか焼装置２の一つの実施の形態が図示されている。図３において、図２のか焼装置２は、線１にて切り欠いた状態で示してある。
高温の気体は、２つのダクト２１を介してか焼装置２に供給される。これら２つのダクトは、高温の気体を２つの開口部２０を通じてか焼装置２まで水平方向に導く。２つの開口部２０の一方を図３に示す。原材料の粉体はダクト８を介してか焼装置２の上方部分に供給され、全ての原材料の粉体がか焼装置２の最下方領域で止まるのを防止し得るようにダクト８の下方に「スキージャンプ」２２を取り付けることができる。
また、「スキージャンプ」を展開させるか、又は原材料の粉体が適正に懸濁されることを確実にする別の分配機構を使用するかの何れかにより、か焼装置の断面領域を横切って原材料の粉体を効率的に分配する結果、か焼装置のこの部分における圧力損失を最小にすることができる。
か焼装置の最下方領域には、ダクト２４を介して燃料が供給される燃焼チャンバ２３が形成されており、この燃焼チャンバ２３内の温度は、ダクト２５を介してより少量の原材料の粉体を追加することにより制御することができる。か焼装置の上方領域への燃料は、１つ以上のバーナ１０を介して供給される。燃焼チャンバ２３の底部には、固定した底部２７が設けられている。この底部が固定されることは、ダクト２４を介して供給される可燃性材料が底部に沈澱することを許容し、これにより、定常火（stationary fire）を発生させることを意味する。この底部２７は、材料を掻き落とすか又は材料を底部を通じて落下させるか、又は懸濁状態となるように吹き込むことにより、何れの残留材料も除去し得るような形態とすることができる。この実施の形態において、残留材料を排出する開口部２６が底部２７の下方に取り付けられている。
図４には、本発明によるプラント用のか焼装置の別の実施の形態が図示されている。この実施の形態において、か焼装置２の最下方領域には、ダクト２１を通じて高温の気体が供給され、このダクトは、環状チャンバ２８を介してその高温の気体をか焼装置の側部の幾つかの開口部２０を通じて分配する。
図５には、環状チャンバ２８を介して燃焼チャンバ２３に高温の酸素を含む気体が供給される図４に示したものと同様のプラントにおいて、線ＩＩで示すレベルでのプラント内の最下方領域の最上方部分に対する速度プロファイルが示されている。
図面から明らかなように、速度プロファイルは正、すなわち、断面領域全体に亙って上昇する。もし、例えば気体を接線方向に供給するなどして、気体がチャンバ内で回転させられると、最中央領域に対する速度プロファイルは負、すなわち、下降流を伴う危険性がある。

Claims (7)

1. セメント原材料の粉体が800℃以上の温度にてか焼され、燃料及び酸素を含んだ気体がか焼装置の最下方領域に供給されるか焼装置と、
   プレヒータと、
   原材料の粉体が燃焼され且つクリンカに変換されるキルンとを備える、セメントクリンカの製造プラントにおいて、
   該か焼装置（２）の下端には、固定された底部（２７）が設けられ、酸素を含んだ気体が水平方向に最下方領域（２３）に供給され、
   ダクト（６）を介して導入される量と比較してより少量の制御された量の未か焼の原材料の粉体をか焼装置内の最下方領域（２３）に供給することができるようにしたことを特徴とする、セメントクリンカの製造プラント。
2. 請求項１に記載のプラントにおいて、
   か焼装置（２）内の最下方領域（２３）の温度がか焼装置の上方領域の温度よりも高温であることを特徴とするプラント。
3. 請求項１又は２に記載のプラントにおいて、
   か焼装置（２）内の最下方領域（２３）の温度が1000℃以上であることを特徴とするプラント。
4. 請求項１又は２に記載のプラントにおいて、
   か焼装置（２）内の最下方領域の温度が1100℃乃至1300℃の範囲に保たれることを特徴とするプラント。
5. 請求項１乃至４に記載のプラントにおいて、
   酸素を含んだ気体が、か焼装置（２）の側部に形成された少なくとも２つの開口部（２０）を通じてか焼装置（２）の最下方領域（２３）に供給されることを特徴とするプラント。
6. 請求項１乃至５に記載のプラントにおいて、
   酸素を含んだ気体が、か焼装置（２）の側部に形成された少なくとも２つの開口部（２０）を通じてか焼装置（２）の最下方領域（２３）に供給され、
   該開口部が、最下方領域（２３）の上方部分にて上方に流れる気体流に対して正の速度プロファイルが保たれるように配置されることを特徴とするプラント。
7. 請求項１乃至５に記載のプラントにおいて、
   か焼装置の上方部分の内径が最下方領域の内径の1.5乃至２倍であることを特徴とするプラント。

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