JP4926442B2 - 排ガス抽気用プローブとそれを備えたセメント焼成設備及びセメント焼成設備における排ガス処理方法 - Google Patents
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Description
これらのSPキルンやNSPキルンでは、揮発性成分の循環が数時間から数十時間で平衡に達し、セメント原料及び燃料により系内に持ち込まれる揮発性成分の量と、セメントクリンカにより系外へ持ち出される揮発性成分の量とが等しくなることが知られている。
また、ロータリーキルンとプレヒータとの系内における揮発性成分が多くなると、この系内で低融点化合物が形成されてプレヒータの閉塞が頻発するようになり、ロータリーキルンの安定操業が損なわれる原因となる。
このように、セメント原料及び燃料から持ち込まれる揮発性成分は、セメントの品質の低下、生産性の低下等を引き起こすことから、揮発性成分の含有量の少ないセメント原料及び燃料が望ましい。
特に、ロータリーキルンとプレヒータとの系内においては、揮発性成分を除去する方法として、いわゆるアルカリバイパス法、あるいは塩素バイパス法が用いられている。
最近では、特に、塩素バイパス法が抽気量も少なく、且つ、熱損失も少ないことから主流となっている。
塩素バイパス法としては、例えば、次の(a)〜(d)それぞれの方法(装置)が提案されている。
このバイパス管は、ガス抽気排出系に接続されている内管と、ダクト内への突出近傍に大気を導く外管とかなる二重管構造、実質的には、同心の小径の内管と大径の外管からなる二重管構造であり、この内管はキルン排ガス用の立ち上がりダクト内とガス抽気排出系とを接続するガス通路となり、外管は内管先端近傍に大気を導くための大気導入路となっている。ここでは、外管の立ち上がりダクト内への突出長を、内管のダクト内への突出長より長くしている。
この冷却気体の流速は、内管内の抽気ガスの流速より遅く、併せて、この冷却気体のプローブ長手方向の吐出流速は、内管内の抽気ガス流速の1/3〜2/3であり、かつ、この冷却気体は旋回流である。
この案内手段は、先端に向かって次第に小径となる外管の先端部と、内管の先端部と外管の先端部との間に設けられプローブ先端保護用空気孔を備えた傾斜板と、内管の先端部に形成されたキルン排ガス冷却空気用孔とにより構成され、外管の先端部には、プローブ先端保護用冷却手段としてリング状の水冷管が設けられた構造である。
この抽気管は、キルン長手方向側から見てインレットフッドの側面で、かつ、インレットフッドの前面の壁内面から前記抽気管の直径に500mmを加えた長さの幅と、キルン最上部よりキルン径の1/3下方の位置からインレットフッド上端までの高さとで囲まれた範囲の位置に接続されている。この範囲には、抽気管の抽気口面積の8割以上が位置している。また、この位置には、この位置の面積の1/2以上が位置する膨らみ部が形成され、この膨らみ部に前記抽気管が接続されている。
この接続位置においても、抽気管の抽気口面積の8割以上が位置するように接続され、この接続位置には、この位置の面積の1/2以上が位置する膨らみ部が形成され、この膨らみ部に前記抽気管が接続されている。
また、プレヒータのキルン長手方向側から見て側面で、この側面に接続された抽気管から抽気管径の1/2〜3倍上方のインレットフッド又はライジングダクトの内側に、幅が抽気管径の1.5〜5倍で、出っ張り長さが抽気管径の1/3〜2倍のひさしを設け、ライジングダクト下端からキルン径に相当する高さの位置に前記抽気管を接続したものもある。さらに、この抽気管を、キルン最上部よりキルン径の1/3下方の位置からインレットフッド上端までの高さの範囲に接続したものもある。
この装置では、抽気管で抽気したキルン排ガスを冷却室に導き、この冷却室内壁及び抽気管の窯尻側先端部に至るまでの内壁面に沿って冷却用空気の旋回流が生じるように、チャンバ出口における排ガス温度を350℃以下まで冷却するに十分な冷却用空気を冷却室内の外周から吹き込ませ、冷却室に接続した冷却室出口ダクトまで旋回流を維持させることで徐々に排ガスと冷却用空気を混合する。次いで、この混合空気をチャンバに導入し、旋回流を乱すことで排ガスと冷却用空気を混合して350℃以下まで冷却すると共に塊状物を除去し、その後、集塵機に導入して粉状物を除去する。冷却用空気を冷却室に吹き込むための吹き込み口の断面積は可変である。
(a)の二重管構造のバイパス管では、冷却空気を外管と内管との間の空気通路を通ってキルンの窯尻部の立ち上がりダクトに流すことにより、抽気されるキルン排ガスを冷却しているので、冷却空気の吹き抜け量が多くなり、したがって、バイパス管の先端部にて冷却空気とキルン排ガスとが十分に混合されない虞があり、そのため、バイパス管先端部では、抽気ガスを瞬時に冷却することが困難になる虞があるという問題点があった。
そこで、バイパス管の冷却空気量を増加させることで、急冷却できるようにする方法も考えられているが、冷却空気量を増やすと、プレヒータ系へ吹き抜ける空気量も多くなり、したがって、プレヒータの風量増加となり、熱量ロス及び電力ロスとなる。
(c)及び(d)の抽気管では、単管で、軸方向の長さはその内径の2倍以下で、接続する冷却室で旋回流を生じるように周方向から吹き込まれる冷却空気と混合して350℃以下まで抽気ガスを冷却する構造とし、キルン窯尻抽気部と抽気管との間に間隙を設けているが、気管先端部のコーチング付着を防止する手段としては、キルンの窯尻抽気部と抽気管との間隙からの空気流入のみであり、気管先端部のコーチング付着を十分に防止することはできない。
例えば、抽気ガス冷却後の温度を一定、例えば350℃とすると、プローブにおける排ガスに対する抽気量を2%から3%に増加させると、プローブ先端部を冷却するための空気量も大凡5割増加することになる。
さらに、プローブのインレットフッド(プレヒータとロータリーキルンとを連通するダクトの曲部)〜ライジングダクト(プレヒータのインレットフッドから上方に延びるキルン排ガスの立ち上がりダスト)部付近の取り付け位置は一般的に垂直壁であるから、プローブは前記垂直壁に水平、あるいは比較的傾斜角度の小さな状態(プローブ先端部を下向きに数十度傾けた状態)で設置されるのが一般的である。したがって、キルン排ガス抽気量を大幅に下げた低抽気運転とした場合、プローブあるいはそれに連結されているダクト内に抽気ガス中のダストが沈降堆積し、付着する虞がある。
これにより、排ガスの抽気量を変化させた場合においても、抽気による排ガス量の変化に対して内筒の先端側位置を調整することにより、排ガスを効率良く抽気することが可能になる。また、抽気された排ガスを急冷することで、排ガスに含まれる塩素化合物が微粒化し、この塩素化合物を排ガスから分離することが容易になり、排ガス中の塩素化合物を除去・低減することが容易になる。
また、冷却空気の流量を調整することが可能であるから、冷却空気の吹き抜け量を大幅に削減することが可能になる。
さらに、前記内筒を、前記外筒内に同軸的に設けられて前記外筒の軸線に沿って移動自在かつ前記外筒内の任意の位置に固定可能とされた第1の筒部と、先端部が前記第1の筒部の先端部より後退する位置に位置するとともに前記第1の筒部の内面に対して摺動自在かつ前記第1の筒部内にて固定可能とされた第2の筒部とを備えた構成としたことにより、第2の筒部の位置調整が容易になり、よって、排ガスの抽気量の変化に対応して内筒の位置調整を容易に行うことが可能である。
このような構成とすることで、排ガスの抽気量を0.25%〜4.0%の範囲で変化させた場合においても、排ガスを効率良く抽気することが可能になる。
このような構成とすることで、排ガスの抽気量を大幅に下げた場合においても、内筒の内部に抽気された排ガス中のダストが沈降堆積し、付着する虞がない。
このセメント焼成設備では、ロータリーキルンに本発明の排ガス抽気用プローブを備えたことにより、冷却空気の吹き抜け量が減少する。また、抽気された排ガスを急冷することで、排ガスに含まれる塩素化合物を容易に分離することが可能になり、排ガス中の塩素化合物を除去・低減することが容易になり、排ガス抽気用プローブの先端部のコーチング付着や熱損傷も防止される。
前記排ガス抽気用プローブの先端部は、水平方向に対して45°以上かつ90°以下の角度で下向きに傾斜または直立してなることが好ましい。
このような構成とすることで、排ガス抽気用プローブを下方に傾斜または直立させることが容易になり、この排ガス抽気用プローブ内に抽気した排ガス中のダストが沈降堆積し付着する虞もなくなる。
また、冷却空気の流量を抑制することが可能であるから、冷却空気の吹き抜け量を大幅に削減することが可能になる。
また、冷却空気の流量を容易に調整することができるので、冷却空気の吹き抜け量を大幅に削減することができる。
また、冷却空気の流量を抑制することにより、冷却空気の吹き抜け量を大幅に削減することができる。
なお、本形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
内筒11は、外筒12内にて軸線Axに沿って移動自在なる長尺かつ断面円形状の(第1の)筒部21と、この筒部21内に同軸的に設けられた長尺かつ断面円形状の(第2の)筒部22とを備えたもので、筒部21の後端部側にはフランジ23が一体に設けられ、筒部22の後端部側にもフランジ24が一体に設けられ、この筒部22は、筒部21の内面21aに対して摺動自在かつ筒部21内の任意の位置にて固定可能とされている。
この外筒12の内径をDmmとした時、内筒11の筒部21の先端側の調整範囲L1は、この外筒12の最短側の先端m0を基準として、0.5D〜2.5Dの範囲、好ましくは0.7D〜1.5Dの範囲とされている。
また、筒部22は、筒部21に対して軸線Axに沿って相対移動させることにより、その位置を調整することが可能である。したがって、筒部22のフランジ24の部分は、外筒12のL字型の端部から調整範囲L2で調整可能になっている。
実際には、プローブ5内では完全な層流状態となることはなく、かつ、排ガスも非圧縮性流体ではないが、理論的な解析手法として、Re≦2300の場合に層流として取扱えるものとすれば、Hagen−Poiseuilleの法則が適用できる。
ΔP=((32μlw)/d2)
が成り立つ。但し、
ΔP:圧力損失(Pa)
μ:粘性係数(Pa・s)
l:管長さ(m)
w:管内流速 (m/s)
d:管の内径 (m)
である。
このプローブ5を、ロータリーキルン1の回転方向と反対側の奥面、ないしはロータリーキルン1の側面の奥コーナー部の排ガスの流れが弱い澱みを形成している部分に設置することにより、ほとんどセメント原料を含まない排ガスを抽気することができる。
ここでは、外筒12と内筒11の筒部21との間で冷却空気流路26を構成し、後端部よりプローブ冷却ファン(図示略)にて一次冷却用の冷却空気Cを導入することにより、先端部近傍に冷却空気Cが導入されるようになる。
なお、抽気量を増減すると、導入される冷却空気Cのプレヒータ側への吹き抜け状態に大きな変動が生じる。そこで、安定的に吹き抜け量が少なくなるようにするため、内筒11の位置を抽気量に併せて適宜調整する。
この際、約1100℃前後の高温の排ガスは、冷却空気Cと混合された際に急速に冷却されて350℃〜450℃程度となる。この間に、排ガス中に含まれる主として金属塩として存在するガス状の塩素分は、凝結して固体(ダスト)化する。
この際、排ガスGは、分級操作を必要としないため、冷却チャンバ6内での温度制御のみを考慮して操作すればよく、抽気した排ガスGの量の増減による分級操作への影響を勘案する必要はない。
このチャンバ6内での排ガスGの温度制御は、プローブ5と冷却チャンバ6を連通する排ガス搬送用ダクトあるいは冷却チャンバ6に直接、二次冷却空気C’を導入して行ない、集塵機7の仕様にあった適宜の温度、例えば180℃〜250℃に調整する。この様に、塩素化合物の融点以下に冷却された排ガスGは集塵機7に導入される。
このように、排ガスを、冷却空気C及び二次冷却空気C’を用いて2段階にて冷却するので、抽気排ガスの排出系であるプローブ5の内筒11あるいは連結ダクト等の内壁に溶融物が付着するのが軽減・減少され、安定した塩素バイパス装置の長期連続運転が可能となった。
また、プローブ5は、冷却チャンバ6との間に設けられるダクト内に抽気した排ガス中のダストが堆積することのないよう、できるだけ垂直に近い角度にして抽気することが望ましいが、実際には、プローブ5、冷却チャンバ6及び集塵機7等の配置上の制約もあり、プローブ5の先端部を50°〜70°程度の角度で下向きに取り付けることが多い。
また、表2は、表1のプローブ5を用いて排ガスの抽気量を5割増としたときの計算値であり、表3は、表1のプローブ5を用いて排ガスの抽気量を倍増したときの計算値である。これら表1〜表3の下に記載された矢印及び数値は、各プローブにおける内筒の調整範囲を示す。
以上により、プローブ5の設計時に抽気ガス量4%でも対応できるように配慮すれば、十分4%の抽気を行なっても予測冷風回収率が100%超となるよう調整可能である。
「実施例1」
プローブ5の構造を下記の通りとした。
内筒11の筒部21は、外筒12の内径をDmmとした時、外筒12の最短側の先端L0を基準とした位置で大凡1.1D〜2.5D、実寸法では基準位置より730mm〜1600mmの位置の間で出し入れ調整できる構造とした。
なお、プローブ5の外筒内径、内筒外径、内筒内径、内筒長さ、内筒調整長さ及び外筒長さ等の各寸法は、Hagen−Poiseuilleの法則を用いて適宜に算出し、好適な値を求めて作成した。その際の排ガスの抽気量は、キルン排ガス量の2%を抽気することを基準とした。
また、集塵機7としては、最高使用温度280℃のバッグフィルタを用いた。
このプローブ5によりロータリーキルン1内の排ガスの一部を抽気し、このプローブ5内で冷却空気Cと混合して急冷し、350℃〜450℃程度の温度の排ガスとし、ダクトを介して冷却チャンバ6に送出した。
その後、集塵機7に導入し、排ガスからダストを分離した。ここでは、分級器での処理を必要としていないため、冷却チャンバ6での温度コントロールのみを考慮すればよく、抽気する排ガス量の増減による分級性能への影響を勘案する必要はなかった。
また、プローブ5を用いることで、抽気した排ガスからの塩素分の除去・低減を図ることができ、かつ、従来のプローブより熱量損失を小さくすることができた。
「冷風回収率」とは、冷風回収風量を冷風吹込風量で除したもののことで、100%以上の場合、100%と表示している。
「熱量効果」とは、未回収の風量が、冷風温度(20℃)から窯尻排ガス温度(1100℃)まで昇温するのに必要な熱量として算出したものである。
「改善効果」とは、従来例のプローブDを用いた場合の熱量効果を基準として算出・比較したものである。
一方、比較例のプローブCや従来例のプローブDでは、冷風回収率が80%以下で十分満足できる状態とならず、熱量損失が大きかった。
プローブAの冷風の吐出速度は4.04m/s、吐出角度は35度、熱風の入口速度は4.09m/s、外筒の内径Dは0.65m、内筒の外径は0.368m、プローブBの冷風の吐出速度は3.27m/s、吐出角度は35度、熱風の入口速度は4.48m/s、外筒の内径Dは1.10m、内筒の外径は0.65m、プローブCの冷風の吐出速度は7.70m/s、吐出角度は35度、熱風の入口速度は3.74m/s、外筒の内径Dは0.90m、内筒の外径は0.70mである。
これら表5〜表7の下に記載された矢印及び数値は、各プローブにおける内筒の調整範囲を示す。
一方、比較例のプローブCでは、内筒の調整範囲内であっても冷風回収率が低く、プレヒータへの冷風吹き抜けが多くなっていることが分かる。
実施例1と同一構造のプローブA、Bを用いた。
但し、ロータリーキルン1における排ガスの風量の違いがあるため、抽気した排ガスの風量を2%とし、プローブAの外筒内径を0.65m、内筒外径を0.368mとし、プローブBの外筒内径を1.10m、内筒外径を0.65mとした。
また、プローブA、Bの取り付け角度を水平に対して52°とした。
このプローブA、B各々の内筒の調整範囲は同じ730mm〜1600mmであるが、外筒内径をDとした比率では、プローブAでは1.12D〜2.46D、プローブBでは0.66D〜1.45Dであった。
2 インレットフッド
3 ライジングダクト
4 絞り傾斜部
5 プローブ
6 冷却チャンバ
7 集塵機
8 分級機
11 内筒
12 外筒
21、22 筒部
23、24 フランジ
25 抽気排ガス流路
26 冷却空気流路
G 排ガス
C 冷却空気
C’ 二次冷却空気
D 外筒の内径
Claims (7)
- セメント焼成設備から排出される排ガスの一部を抽気する排ガス抽気用プローブであって、
内筒と、先端部側が前記内筒から突出するように同軸的にかつ前記内筒を囲むように設けられた外筒とを備え、
前記内筒は、前記外筒内に同軸的に設けられて前記外筒の軸線に沿って移動自在かつ前記外筒内の任意の位置に固定可能とされた第1の筒部と、先端部が前記第1の筒部の先端部より後退する位置に位置するとともに前記第1の筒部の内面に対して摺動自在かつ前記第1の筒部内にて固定可能とされた第2の筒部とを備え、
前記内筒の内部空間をその先端部にて抽気する排ガスを流動する抽気排ガス流路とするとともに、前記内筒と前記外筒との間の空間部を、前記外筒の先端部の開口に冷却空気を導入する冷却空気流路とし、
前記抽気による排ガス量の変化に対して前記内筒の先端側位置を調整することを特徴とする排ガス抽気用プローブ。 - 前記外筒の内径をDとしたとき、
前記第1の筒部の先端側の調製範囲を、前記外筒の先端部の最短側の先端を基準として、0.5D〜2.5Dの範囲としたことを特徴とする請求項1記載の排ガス抽気用プローブ。 - 前記内筒及び前記外筒の先端部を、これらの軸線に対して傾斜してなることを特徴とする請求項1または2記載の排ガス抽気用プローブ。
- ロータリーキルンを備えたセメント焼成設備において、
前記ロータリーキルンに、請求項1ないし3のいずれか1項記載の排ガス抽気用プローブを備えてなることを特徴とするセメント焼成設備。 - 前記排ガス抽気用プローブは、前記ロータリーキルンの窯尻部に設けられた予熱用のフッドと排ガスの立ち上がりダクトとの接続部に設けてなることを特徴とする請求項4記載のセメント焼成設備。
- 前記排ガス抽気用プローブの先端部は、水平方向に対して45°以上かつ90°以下の角度で下向きに傾斜してなることを特徴とする請求項5記載のセメント焼成設備。
- セメント焼成設備のロータリーキルンから排出される排ガスの一部を請求項1ないし3のいずれか1項記載の排ガス抽気用プローブを用いて抽気し、この抽気された排ガスに含まれる塩素化合物を除去する排ガス処理方法であって、
前記ロータリーキルンから排出される排ガスの一部を前記排ガス抽気用プローブを用いて抽気するとともに、この抽気された排ガスを冷却空気を用いて一次冷却する抽気・冷却工程と、一次冷却された排ガスを塩素化合物の融点以下に冷却する二次冷却工程と、塩素化合物の融点以下に冷却された排ガス中に残存する塩素化合物を含む塵埃を捕集する塵埃捕集工程と、を備えてなることを特徴とするセメント焼成設備における排ガス処理方法。
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