JP4689618B2 - 粒子又は粉末原料を予熱する方法及び設備 - Google Patents

Description

本発明は、セメント原粉又は同様な原料などの粒子又は粉末原料をサイクロンプレヒータで予熱する方法に関し、該サイクロンプレヒータは少なくとも２つのサイクロンステージから成り、各ステージには立上りダクト及びサイクロンを備える。本発明は本方法を実施するための設備にも関する。

セメント工業では、慣行として、所謂サイクロンプレヒータを使い、セメント原粉を予熱した後キルンで焼成してセメントクリンカにし、次に該クリンカをクリンカクーラで冷却する。典型的には、４〜６つのサイクロンステージを備えるサイクロンプレヒータが使用される。原粉を第１サイクロンステージに導入し、逆流原理に従い、キルンからの高温の排ガスと直接接触させて加熱する。この種のプレヒータは、一般的に特許文献から知られており、一例として欧州特許第０４５５３０１が挙げられる。

セメント製造工程で使用する原料には、多くの場合、例えば硫化鉱（ＦｅＳ_２）の形で硫化物が含まれ、プレヒータでの加熱処理中に酸素と反応してＳＯ_２が生成され、このＳＯ_２はプレヒータから排出される排ガス流中で同伴される。ＳＯ_２は、例えば、主に３００〜５５０°Cの温度範囲内でＦｅＳ_２の部分酸化により生成される。５つのサイクロンステージを有するプレヒータを備える従来のセメント製造設備では、硫化物を含有する原料からのＳＯ_２は典型的には第２サイクロンステージで生成されるが、本文脈及び請求項では第２ステージを第３サイクロンからの排ガス用排出ダクト及び第２サイクロンを備えるものと定義し、第２サイクロンでは原料を典型的には温度３００〜３５０°Cから約５００°Cにまで加熱する。

欧州特許第１２００１７６から、焼成原粉を排ガスに、排ガスの移動方向から見て、ＳＯ_２が生成された直後の位置で導入することを用いる方法が知られている。原理上は、この既知の方法は十分に機能するが、主な欠点として、追加の処理装置及び主にエネルギーに関する追加操業費用による比較的多大な資本コストを必要とする点がある。

さらに、オーストリア特許第３９０２４９（ＡＴ３９０２４９）から、一部又は全ての原料をより高温区域に導入し、それによりＳＯ_２に対する結合能力を増強すること、又はキルン系の高温領域からの高温のガスを用いて、ＳＯ_２を含有する排ガスが供給される低温に覆われている領域の温度を調節することによる方法と設備が知られている。この既知の技術の欠点として、必然的にプレヒータを出る排ガス温度が上昇してしまい、そのためエネルギー消費が増大する点が挙げられる。

本発明の目的は、上記の欠点を緩和した、粒子又は粉末原料を予熱する方法及び設備を提供することである。

この目的は、導入部で言及したような方法であって、少なくとも１つのサイクロンステージに供給する原料の一部分を、立上りダクトの、排ガスの移動する方向から見て、第１部分に導入し、最高４５０℃から少なくとも５５０℃温度まで加熱することを特徴とし、同じサイクロンステージに供給する残りの原料を上記立上りダクトの最終部分に導入することを特徴とする方法により達成される。

結果として、セメント設備のプレヒータから排気として排出されるＳＯ_２量を削減でき、同時にエネルギー消費も増加しない。その理由は、立上りダクトの第１区分で一部の原料だけ導入するので、高温ゾーンに十分な熱の余剰ができて、生成されたＳＯ_２が原粉で元々発生するＣａＯ及びＣａＣＯ_３と反応して、其々ＣａＳＯ_４及びＣａＳＯ_３、加えてＣＯ_２も生成するようになるためと、その後残りの原料を導入して、それにより特定のサイクロンステージの排出温度を、プレヒータを従来の方法で稼動したとする場合に適用するのと同等レベルにまで低下させるため、である。このように、本特許出願を出願した出願人が実施した研究では、５５０℃を超える温度でＣａＯ及びＣａＣＯ_３がＳＯ_２を吸収する程度が大幅に増大したことを示している。また、排ガス／原粉懸濁物の温度を最低５５０℃のレベルまで上昇させた後、次のプレヒータサイクロンで排ガスと原料の分離を行なう場合、原料の硫化物の酸化により生成されたＳＯ_２の基本的には全てを、その理由で原料のＣａＯ及びＣａＣＯ_３により吸収できることも示している。

ＳＯ _２ の生成は、温度に応じて変化するが、セメント原粉の組成に大きく依存する。実際に、最も費用効果がある原粉の初期温度では、原粉を１つの単独のサイクロンステージ内で１つの同じ処理段階で少なくとも５５０°Cまで加熱する必要がある。ＣａＯ及びＣａＣＯ _３ がＳＯ _２ を吸収する吸収度又は能力は、時間に応じて変化する他、温度にも左右される。特定の処理段階での排ガスや原粉の保持時間は、このため原粉の加熱に必要な最低温度の主な決定要因となる。典型的には、最適な初期温度は、３００〜４５０°Cの範囲内であり、一方処理段階では原粉を典型的には５５０〜７００°Cの温度範囲まで加熱する必要がある。

最高４５０°Cの温度で先のサイクロンステージから排出された原粉全てを、サイクロンステージ内で最低５５０°Cの温度まで加熱できる。５つのサイクロンステージを備える典型的なサイクロンプレヒータでは、第３サイクロンステージから第２サイクロンステージに流入する排ガス温度は約７００°Cのレベルであり、そのため最高４５０°Cから少なくとも５５０°Cまで全原粉を加熱するのに十分なエネルギー量を典型的には有していない。このエネルギー量を獲得するのに、キルン又は別の高温区域からの排ガスを特定のサイクロンステージに導入することが可能であり、又はサイクロンステージでの燃焼に基づいて獲得するかも知れない。しかしながら、上述したように、両解決法ではプレヒータからの排ガス温度は上昇するものの、それにより熱経済に不利な影響を与えてしまう。

代わりに、１つの処理段階で一部の原粉だけを最高４５０℃から最低５５０℃に加熱するのが好ましい。さらに具体的には、１つの処理段階で最高４５０℃から最低５５０℃に加熱する原粉の量を、第３サイクロンステージから第２サイクロンステージに流入する排ガスの温度及び量に従い適合させる。これは、原粉の流れを分割することで達成される可能性がある。本発明の第１の好適な実施例では、第１サイクロンから排出される原粉を少なくとも２つの副流に分割し、副流の１つを通常の方法で、第２サイクロンステージの立上りダクトに、第３サイクロンの排ガス出口の上で案内し、導入する。一方２つ目の副流をこの立上りダクトに第２サイクロンのガス入口の直前方の位置で導入する。

第２の別の実施例では、サイクロンプレヒータに供給する原粉を少なくとも２つの副流に分割してもよい。副流の１つを第１サイクロンステージで通常の方法で予熱し、次に第２サイクロンステージの立上りダクトに、第３サイクロンの排ガス出口の直上にて、案内して導入する。一方２つ目の副流を、第１サイクロンステージを迂回させ、第２サイクロンステージの立上りダクトに、第２サイクロンのガス入口の直前の位置で導入する。この実施例では、熱消費は好適な実施例と比べて少し多くなるかも知れない。

第２サイクロンステージでは、両実施例はＳＯ_２生成及び吸収を行なう、比較的高温の第１区域、及び残り部分の原粉を予熱でき、それにより通常レベルにまで温度を低下させる第２区域を備えている。このように、排ガス温度の上昇、ひいては熱消費を増大させずに、原粉中の硫化物含有量の結果生成されるＳＯ_２のかなりの量を除去できる。上述した実施例以外の実施例及びそれらの組み合わせが考えられ、本特許出願による適用の対象として考慮されなければならない。

上述したように、特定の処理段階における任意の温度での排ガスと原粉の保持時間は、存在するＣａＯ及びＣａＣＯ_３の同タイムスパン内におけるＳＯ_２吸収能力の決定要因となる。従来通りに構成されたサイクロンプレヒータでは、例えば第２サイクロンステージでの排ガスの保持時間が比較的短く、多くの場合０．５〜１秒であるのに対して、原粉の保持時間は、通常若干長めで、多くの場合平均約１０秒である。最高４５０°Cから最低５５０°Cまで原粉を加熱する処理段階における原粉及び排ガスの懸濁物の保持時間を長くし、それにより確実に十分で良好な混合を行い所望の化学反応を起こす、という明確な目的で、立上りダクト又は特定の処理段階のサイクロンと次の処理段階とを連絡するダクトを延在させ、例えば上方へ向かう第１区分、湾曲部、処理段階のサイクロンに連絡する下方に向かう第２区分から成るスワンネック形状に形成してもよい。第２の実施例では、立上りダクト及びダクトの直径を、少なくとも一部の該ダクト延在部に渡り増大させてもよい。

本発明による方法を実施する設備は、少なくとも２つのステージを有するサイクロンプレヒータを備えるような設備であり、各ステージには立上りダクト及びサイクロンを備え、上記の設備は、１つの同じ処理段階において１サイクロンステージ内で一部の原料を最高４５０℃から少なくとも５５０℃温度まで加熱する手段を備えることを特徴とする。

本発明による設備のさらなる特徴については、これ以降の詳細な記述、本特許のクレーム及び図面により明らかになる。

図１及び図２では、セメントクリンカ製造用のキルン設備の２つのほぼ同一の例を示している。図示した両キルン設備はＩＬＣ型であるが、ＳＬＣ型の設備又はそうした設備の組み合わせである任意の他の設備と関連しての使用も可能である。

図示した各設備には、４つのサイクロン１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを有するサイクロンプレヒータ１を備えており、１ａは第１サイクロン、１ｂは第２サイクロン、１ｃは第３サイクロン又は最後から２番目のサイクロン、及び１ｄは第４サイクロン及び最後のサイクロンである。サイクロンは連続して接続され、ガス／原粉の懸濁物が立上りダクト又はガスダクト２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを通して供給される。このように、設備は４つのサイクロンステージから成り、第１サイクロンステージは、立上りダクト２ａ及びサイクロン１ａで構成され、第２サイクロンステージは、立上りダクト２ｂ及びサイクロン１ｂで構成され、第３サイクロンステージは、立上りダクト２ｃ及びサイクロン１ｃで構成され、第４サイクロンステージは、立上りダクト２ｄ及びサイクロン１ｄで構成されている。

設備には、仮焼炉３も組み込まれており、該仮焼炉３は、最後のサイクロン１ｄからその原料出口６を経由して予熱した原粉を導入するための開口部９を備え、分離サイクロン４、ロータリキルン５及びクリンカクーラ７と連結している。また設備には、キルンの排ガスを仮焼炉３に案内するキルン立上りダクト１０、及び予熱空気をクリンカクーラ７から仮焼炉３に案内するダクト１１を備えている。原料ミル設備（図示せず）から原粉を、ダクト１３を通してプレヒータ１に送り、プレヒータで予熱し、排ガスとは逆の流れで、次にサイクロン１ｄのプレヒータから排出し、仮焼を受ける仮焼炉３に案内する。最下部出口である分離サイクロン４から、仮焼した原粉を続けてダクト８を通してロータリキルン５に送る。該ロータリキルン５では、仮焼した原粉をセメントクリンカに焼成し、次にセメントクリンカをクリンカクーラ７で冷却する。ロータリキルン５及び仮焼炉３からの排ガスを仮焼炉３から分離サイクロン４を通して収集し、図式的に示したファン１４を用いてプレヒータを経由して上昇させる。

本発明によれば、第２サイクロンステージの立上りダクト２ｂに案内する一部の原粉を最高温度４５０℃から最低温度５５０℃まで加熱する。一方、残りの原料をその後上記立上りダクトの最後部分に導入し、それにより原粉で元々発生するＣａＯ及びＣａＣＯ_３と反応して其々ＣａＳＯ_４及びＣａＳＯ_３を生成するＳＯ_２の量が増加し、その結果排気の形でセメント設備のプレヒータから排出されるＳＯ_２量が減少する。

実際には、処理段階で最高４５０℃から最低５５０℃まで加熱する原粉の量を第３サイクロンステージから第２サイクロンステージに流入する排ガスの温度及び量に関連して調節するのが好ましい。これは、図１及び図２に示した実施例から明らかなように原粉の流れを分割することで達成可能である。

図１に示した第１の好適な実施例では、第１サイクロン１ａから排出した原粉を、分割ゲート１５又は同様なメカニズムを用い、少なくとも２つの副流に分割する。その内の１つの副流を通常の方法で、第３サイクロン１ｃの排ガス出口の直上にある第２サイクロンステージの立上りダクト２ｂの第１部分に、ダクト１５ａを通して、案内し、導入する。 一方、２つ目の副流を、ダクト１５ｂを通して、第２サイクロンステージの立上りダクト２ｂの最後部分に、第２サイクロン１ｂのガス入口の直前で導入する。

図２で示す第２の別の実施例では、サイクロンプレヒータ１に供給する原粉を分割ゲート１６又は同様なメカニズムを用い、少なくとも２つの副流に分割する。その内の１つの副流を通常の方法で、ダクト１６ａを通して、第１サイクロンステージの立上りダクト２ａに導入して予熱し、その後、第１サイクロン１ａを経由して、第３サイクロン１ｃの排ガス出口の直上にある第２サイクロンステージの立上りダクト２ｂの第１部分に案内して、導入する。一方、２つ目の副流を、ダクト１６ｂを通して、第１サイクロンステージ２ａ、１ａの周りを迂回させ、第２サイクロンステージの立上りダクト２ｂに、第２サイクロン１ｂのガス入口の直前で導入する。

本発明による上記の両実施例により、立上りダクト２ｂの下方部分で比較的高温を有する第１区域を獲得可能であり、該区域でＳＯ_２の形成及び吸収が実行できる。別の区域では、残った部分の原粉を予熱し、それにより温度を通常レベルに低下させる。

セメントクリンカ製造用の既存のキルン設備の中には、第１サイクロンステージが２つの所謂ツインサイクロンを備えるものもある。そうした場合では、明らかに原粉の分割を用いており、分割はツインサイクロン間で行なわれる。このように、ツインサイクロンの一方からの原粉を、ダクト１５ａを通して、第３サイクロン１ｃの排ガス出口の直上にある第２サイクロンステージの立上りダクト２ｂの第１部分に案内して、導入してもよい。一方、２つ目のツインサイクロンからの原粉を、第２サイクロン１ｂのガス入口の直前にある第２サイクロンステージの立上りダクト２ｂの最後部分に導入してもよい。２つ目のツインサイクロンを効果的により高い位置に配置して、それによりこのサイクロンからの原粉を立上りダクト２ｂに、同様により高い位置で導入してもよい。

上述した実施例以外の実施例及びそれらの組み合わせが考えられ、本特許出願による適用の対象として考慮されなければならない。

図３及び４では、立上りダクト又はダクト２ｂを、例えば上向きの第１区分、湾曲部、サイクロン１ｂに連結する下向きの第２区分から成るスワンネック状に構成してもよく、これには第２サイクロンステージの立上りダクト２ｂでの原粉と排ガスの懸濁物の保持時間を延ばす目的がある。従って、所望の化学作用を得るために、高温区域での排ガスや原粉の保持時間を最適化できる。典型的には、立上りダクト２ｂを、保持時間を３〜５倍に延長する方法で構成するのが好ましい。

図５では、プレヒータタワー１全体の建造物高さを大幅に増大させずに、高温のＳＯ_２を減少させる区域での滞留時間を延長可能な方法を示している。図示した実施例では、立上りダクト２ｂは上方に、下方に、そして再び上方に延在している。サイクロン１ａからの一部の原料を立上りダクト２ｂにサイクロン１ｃの直後で導入し、一方サイクロン１ａからの残りの原料を立上りダクト２ｂのＵ字型の湾曲部の後に導入する。立上りダクト２ｂ内の懸濁した原料の一部は、立上りダクト２ｂのＵ字型湾曲部の底部で必ず分離されるようになっている。しかしながら、この原料を図示したように単に立上りダクト２ｃに導入してもよい。加熱シミュレーションでは、製造するクリンカの質量当たりの総エネルギー消費量が、立上りダクト２ｂにおけるこの追加分離により減少することを示している。

本発明は提示した実施例に限定されるものではなく、提示した実施例は説明目的のみに使用される。従って、本発明の枠組み内にある多数の別の実施例及び提示された実施例の組み合わせによる構成が可能である。

次に、本発明について、概略した図を参照してより詳細に記述する。
本発明による設備の第１の好適な実施例である。 本発明による設備の第２の別の実施例である。 図１に示す実施例の詳細である。 図２に示す実施例の詳細である。 図３に示す詳細の別の実施例である。

符合の説明

１ プレヒータ、サイクロンヒータ
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ サイクロン
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ 立上りダクト又はガスダクト
３ 仮焼炉
４ 分離サイクロン
５ ロータリキルン
７ クリンカクーラ
１０ キルン立上りダクト
８、１１、１５ａ、１５ｂ ダクト
１５、１６ 分割ゲート

Claims (7)

1. サイクロンプレヒータ（１）における、セメント原粉を予熱する方法であって、該方法は、少なくとも２つのサイクロンステージを備え、該ステージ其々に立上りダクト（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）とサイクロン（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）を備えること、
   少なくとも１つのサイクロンステージに供給する原料の一部を、立上りダクトへ第一のダクト（１５ａ）を経由して導入し、最高４５０°Cから少なくとも５５０°Cの温度まで加熱すること、及び
   同じサイクロンステージに供給する残りの原料を前記立上りダクトへ第二のダクト（１５ｂ）を経由して導入し、ここで第一のダクト（１５ａ）は第二のダクト（１５ｂ）よりも排ガスの移動方向から見て上流にあることを特徴とする方法。
2. 前記立上りダクトの第１部分に導入される、一部の原料を温度３００〜４５０°Cから温度５５０〜７００°Cまで加熱し、その後残りの原料を前記立上りダクトの最後部分に導入すること、を特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 第１サイクロン（１ａ）から排出された原料を少なくとも２つの副流に分割し、その内の１つの副流を、ダクト（１５ａ）を通して立上りダクト（２ｂ）に、第３サイクロン（１ｃ）の排ガス出口の直上にて、案内して導入し、一方で２つ目の副流を、ダクト（１５ｂ）を通して立上りダクト（２ｂ）に第２サイクロン（１ｂ）のガス入口の直前の位置で導入すること、を特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. サイクロンプレヒータ（１）に供給する原料を少なくとも２つの副流に分割し、その内の１つの副流を、ダクト（１６ａ）を通して第１立上りダクト（２ａ）に導入して予熱し、その後サイクロン（１ａ）を経由して、立上りダクト（２ｂ）に、第３サイクロン（１ｃ）の排ガス出口の直上にて、案内して導入し、一方で２つ目の副流を、ダクト（１６ｂ）を通して第１サイクロンステージの回りに迂回させ、第２立上りダクト（２ｂ）に第２サイクロン（１ｂ）のガス入口の直前で導入すること、を特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
5. 少なくとも２つのサイクロンステージを有するサイクロンプレヒータ（１）を備え、該ステージ其々に立上りダクト（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）及びサイクロン（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）を備えるような設備であって、
   前記設備は１つのサイクロンステージ内の１つの同じ処理段階において、最高４５０°Cから少なくとも５５０°Cの温度まで、一部の原料を加熱する手段を含むこと、
   を特徴とする、請求項１から４のいずれか１つに記載の方法を実施する設備。
6. 前記手段は分割ゲート（１５、１６）を備えること、を特徴とする請求項５に記載の設備。
7. 前記ダクト（２ｂ）を、上向きの第１区分、湾曲部、サイクロン（１ｂ）に連結する下向きの第２区分から成るスワンネック状に構成すること、を特徴とする請求項５又は６に記載の設備。

Images