JP4926442B2

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

Info

Publication number: JP4926442B2
Application number: JP2005301320A
Authority: JP
Inventors: 秀起青木; 美津留池田; 春彦星野
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2005-10-17
Filing date: 2005-10-17
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2025-10-17
Also published as: JP2007105687A

Description

本発明は、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に関し、更に詳しくは、セメント焼成設備のセメントキルンから排出される排ガスの一部を抽気する際に、この抽気した排ガスを、この排ガスに含まれる塩素化合物の融点以下に冷却することにより、この排ガス中に残存する塩素化合物の捕集効率を高め、塩素循環によるセメント焼成設備でのコーチングトラブルを防止する技術に関するものである。

一般に、セメントクリンカを、ロータリーキルンにセメント原料予熱装置のサスペンションプレヒータ（プレヒータと略称）を備えたサスペンションプレヒータ付キルン（ＳＰキルンと略称）またはニューサスペンションプレヒータ付キルン（ＮＳＰキルンと略称）にて焼成する場合、セメント原料及び燃料から持ち込まれる塩素、アルカリ、硫黄等の揮発性成分は、ロータリーキルンとプレヒータとの系内で循環することにより順次濃縮される。
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。

この場合、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が多いと、セメントクリンカ中の揮発性成分の量も多くなる。この揮発性成分は、生産されるセメントの品質に悪影響を及ぼす。
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。

しかしながら、セメント焼成設備にて産業廃棄物の有効利用を推進していると、どうしても塩素含有量の多い産業廃棄物を利用せざるを得ない状況になってきている。そこで、産業廃棄物から効率的に揮発性成分を除去する必要がある。
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。

（ａ）キルンの窯尻に連なるキルン排ガス用の立ち上がりダクトと、このキルン排ガスの一部を系外に抜くために先端がダクト内に開口するバイパス管（いわゆるキルン排ガス抽気用プローブ）と、このバイパス管の後端に接続されたキルン排ガスのガス抽気排出系とを備えた装置である（特許文献１参照）。
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。

（ｂ）二重管構造のプローブをキルン排ガス流路に連通させ、このプローブの内管を介してキルン排ガスの一部を抽気するとともに、このプローブの内管と外管との間の流路に冷却気体を供給するキルン排ガスの塩素バイパスであり、この冷却気体を内管の先端部内方に案内し、このプローブの先端部に混合急冷域を形成している（特許文献２〜４参照）。
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。

また、この二重管構造のプローブにおいては、プローブの先端部に混合急冷域を形成するために、冷却気体を先端部内方に導くための案内手段を設けている。
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。

（ｃ）キルン排ガスの一部を抽気する抽気管と、このキルン排ガスから揮発性成分を除去する処理装置とを備えたセメントクリンカ焼成装置であり、プレヒータとキルンとを連結するダクトの曲がり部（インレットフッド）の位置に抽気管（いわゆるキルン排ガス抽気用プローブ）が設けられた構成である（特許文献５参照）。
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。

この装置では、プレヒータのインレットフッドから上方に延びているキルン排ガスの立ち上がりダクト（ライジングダクト）の下部がキルン側に張り出した張り出し部のキルン長手方向側から見て側面に、抽気管を接続したものもある。
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。

（ｄ）抽気管、冷却室、冷却室出口ダクト、チャンバ、チャンバと集塵機を接続するダクト及び集塵機を順に具備し、抽気管の軸方向の長さがその内径の２倍以下であり、前記冷却室には冷却用空気が旋回流を生じるように周方向から吹き込めための吹込口が１個所以上設けられ、この冷却室の出口ダクトは、この冷却室で発生させた旋回流を維持するようにこの冷却室とチャンバに接続され、このチャンバは旋回流を乱して気流を混合し、かつ、重力沈降室として塊状物を分離する構成である（特許文献６参照）。
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。
特開平０２−１１６６４９号公報特許第３３１８７１４号公報特開２００２−１７２３１４号公報特許第３１２５２４８号公報特許第３５０３４０２号公報特許第３４３８４８９号公報

しかしながら、従来の（ａ）〜（ｄ）の各方法（装置）では、次のような問題点があった。
（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。

（ｂ）の二重管構造の抽気管では、外管の先端部を絞ることで冷却空気の吹き抜け防止を図っているが、キルンの運転期間の長期化、例えば、従来３ヶ月〜６ヶ月であった運転期間が、６ヶ月、あるいは１年間と長期化するにしたがって、外管先端の絞り部へのコーチング付着や熱損傷による形状の保持が困難となる虞があり、性能を維持することが難しいという問題点があった。
（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。

このように、従来の（ａ）〜（ｄ）では、いわゆる排ガス抽気用プローブの先端部を冷却すること等を良好に行なうことでコーチング付着を防止し、キルンの長期運転に適切な排ガス抽気の継続を図っているが、現状ではプローブの仕様を変えることなく、冷却空気を最適に調整してプローブ先端部まで冷却することは難しい。特に、排ガス抽気量を変化させた場合においては、プローブ先端部まで十分に冷却することは難しい。
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。

プローブの構造は、計画された抽気量に対して適正な冷却空気量が供給された場合を想定して設計される。したがって、冷却空気量が増加する場合においても、冷却空気はプローブ先端部の適正な位置までを冷却するのみで、プローブ先端部よりキルン側へ漏れ出すことがないのが望ましい。しかしながら、実際のプローブでは、このプローブの先端部における排ガス抽気量と冷却空気量のバランスが変化することで、プローブの先端部からの冷却空気の漏出量が変化したり、あるいはプローブの先端部まで冷却空気が到達し難くなる等により、十分な冷却効果が得られない虞がある。また、冷却空気の漏出量が大幅に増加した場合、キルン操業に影響を与え、エネルギー損失を招く虞もある。
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。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、セメント焼成設備のセメントキルンから排出される排ガスの一部を抽気する際に、この排ガス中に残存する塩素化合物の捕集効率を高めるとともに、塩素循環によるセメント焼成設備でのコーチングトラブルを防止することができる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を提供することを目的とする。

本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、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を、内筒及び外筒からなる二重管構造とし、この内筒を、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し、さらに、内筒の内部空間を抽気排ガス流路とするとともに、内筒と外筒との間の空間部を冷却空気流路とすれば、冷却空気の吹き抜け量を減少させることができ、排ガス抽気用プローブの先端部においては、冷却空気と抽気した排ガスとを十分に混合することで抽気した排ガスを急速に冷却することができることを見出し、さらには、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を防止することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の排ガス抽気用プローブは、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。

この排ガス抽気用プローブでは、内筒を、外筒内に同軸的に設けられて外筒の軸線に沿って移動自在かつ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第１の筒部の内面に対して摺動自在かつ第１の筒部内にて固定可能とされた第２の筒部とを備えたものとし、さらに、この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、内筒と外筒との間の空間部を、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により、このプローブの先端部では、抽気される排ガスと冷却空気流路から流出する冷却空気が混合することで、抽気された排ガスを効率良く急冷する。
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。

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の範囲としたことが好ましい。
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。

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が好ましい。
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。

本発明のセメント焼成設備は、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、本発明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。
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が好ましい。
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。

本発明のセメント焼成設備における排ガス処理方法は、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本発明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。

この排ガス処理方法では、抽気・冷却工程により、ロータリーキルンから排出される排ガスの一部を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し、次いで、二次冷却工程により、一次冷却された排ガスを塩素化合物の融点以下に冷却し、次いで、塵埃捕集工程により、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ことにより、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、したがって、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。

本発明の排ガス抽気用プローブによれば、内筒を、外筒内に同軸的に設けられて外筒の軸線に沿って移動自在かつ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第１の筒部の内面に対して摺動自在かつ第１の筒部内にて固定可能とされた第２の筒部とを備えたものとし、さらに、この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、内筒と外筒との間の空間部を、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としたので、排ガスの抽気量を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でき、排ガスに含まれる塩素化合物を排ガスから容易に分離することができる。したがって、排ガス中の塩素化合物を容易に除去・低減することができる。
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。

本発明のセメント焼成設備によれば、ロータリーキルンを備えたセメント焼成設備において、この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ので、冷却空気の吹き抜け量を減少させることができる。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できるので、排ガス中の塩素化合物を容易に除去・低減することができ、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することができる。

本発明のセメント焼成設備における排ガス処理方法によれば、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たので、排ガスに含まれる塩素化合物を容易に分離することができ、したがって、排ガス中の塩素化合物を容易に除去・低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。

本発明の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の最良の形態について、図面に基づき説明する。
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。

図１は、本発明の一実施形態のセメント焼成設備の要部を示す模式図であり、ロータリーキルンから排出される排ガスの一部を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段階的に冷却して塩素化合物の融点以下に冷却し、排ガス中に残存する塩素化合物を分離する装置の例である。

図において、１はロータリーキルン、２はインレットフッド（予熱用のフッド）、３はライジングダクト（排ガスの立ち上がりダクト）、４はインレットフッド２からライジングダクト３への絞り傾斜部（接続部）、５は絞り傾斜部４の上側壁面に設けられロータリーキルン１から排出される排ガスの一部を抽気するプローブ（排ガス抽気用プローブ）、６は抽気された排ガスを塩素化合物の融点以下に冷却する冷却チャンバ、７は冷却した排ガス中に残存するダスト（塵埃）を捕集するバッグフィルタ等の集塵機、８は捕集されたダストを分級する振動篩等の分級機である。

プローブ５は、図２に示すように、長尺かつ断面円形状の内筒１１と、先端部側が内筒１１と同軸的かつ内筒１１を囲むように設けられ後端部側がＬ字型に屈曲された断面円形状の外筒１２とを備えている。
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。

これら筒部２１、２２により形成される内部空間は、その先端部にて抽気する排ガスＧを流動するための抽気排ガス流路２５とされ、また、内筒１１と外筒１２との間に形成される空間部は、外筒１２の先端部の開口１２ａに冷却空気Ｃを導入する冷却空気流路２６とされている。

このプローブ５の先端部、すなわち外筒１２の先端部は、水平方向に対して４５°以上かつ９０°以下の角度θで下向きに傾斜または直立したものとなっている。
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Ｌ_１は、この外筒１２の最短側の先端ｍ_０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Ｌ_２で調整可能になっている。

このプローブ５では、内筒１１及び外筒１２からなる二重管構造とすることで、長期安定運転及び維持管理を簡易にしている。この外筒１２は、直筒部分に絞りを設けていないので、抽気ガス量の変化に対して筒部２１、２２により二重管構造とした内筒１１の先端側位置を調整することで、運転中でも内筒１１の見掛け長さを調整することができ、この調整によりロータリーキルン１への冷却空気の吹き抜けを防止することが可能である。

このプローブ５では、外筒１２の内径（Ｄ）、内筒１１の内径、抽気ガス量から求められる吐出速度、各部位の設定温度については、設計段階からＨａｇｅｎ−Ｐｏｉｓｅｕｉｌｌｅの法則を適用し、プローブ５における各位置別の風速分布を求め、適正な風速バランスとなるようにする。
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。

このＨａｇｅｎ−Ｐｏｉｓｅｕｉｌｌｅの法則によれば、管の内部での摩擦による圧力損失エネルギーΔＰは、層流の場合（Ｒｅ≦２３００の時)
ΔＰ＝（（３２μｌｗ）／ｄ^２）
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は、インレットフッド２とライジングダクト３との接続部、すなわちインレットフッド２からライジングダクト３への絞り傾斜部４に、水平方向に対して４５°以上かつ９０°以下の角度θで下向きに傾斜または直立した状態で設置することにより、低抽気時においても、内部にダストが堆積・付着する虞がなくなる。

次に、このプローブ５を備えたセメント焼成設備における排ガス処理方法について説明する。
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。

このプローブ５では、ロータリーキルン１から排出される排ガスの一部を抽気する。この抽気された排ガスＧは、プローブ５の先端部にて冷却空気Ｃと混合されて一次冷却され、３５０℃〜４５０℃程度の温度の排ガスとなる。
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。

また、内筒１１の先端が外筒１２の最短側の先端Ｌ_０よりも後退しているので、このような二重管の長さの相違により、導入される冷却空気Ｃのプレヒータ側への吹き抜けが効果的に防止される。
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。

また、この冷却空気Ｃの流量は、プローブ冷却ファン（図示略）の回転数を制御することで調整することが可能である。これにより、プローブ５の先端部周辺におけるコーチング付着防止に有効で、かつプレヒータへの冷却空気の吹き抜けを減少させることができる。また、プローブ５の冷却空気Ｃの流量は、抽気した排ガス中に含まれる塩素成分を急冷してプローブ５内でできるだけ迅速に固体（ダスト）化するのに十分な流量であればよい。

冷却空気流路２６を通って先端部に導入された冷却空気Ｃは、インレットフッド２内の約１１００℃前後の高温の排ガスと混合され、内筒１１の抽気排ガス流路２５を通過した後、冷却チャンバ６、集塵機７の順に通過する。
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。

この固体（ダスト）化した塩素分を含む排ガスは、冷却チャンバ６にて均一化されると同時に、外部から導入される二次冷却空気Ｃ’によりさらに冷却され、塩素化合物の融点以下に冷却された排ガスとなる。
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。

集塵機７では、塩素化合物の融点以下に冷却された排ガスＧ中に残存する塩素化合物を含むダスト（塵埃）Ｐを捕集することにより、排ガスＧからダストＰが分離される。捕集されたダストＰは、分級機８に送られて所定の粒径のダスト、例えば、粗粒ダストと微粒ダストに分級され、粗粒ダストは原料の一部としてロータリーキルン１に送られ、微粒ダストは脱塩素ダストとして処理される。
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、冷却空気の吹き抜けを防止できるような構造であるから、水平から垂直までの何れの角度に取り付けた場合であっても、プレヒータ内部における排ガスの流れに乱れを及ぼすような虞もなく、適宜に取り付けることもできる。
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。

ここで、このプローブ５を用いて抽気する排ガスの抽気量を変化させた場合における予想冷風回収率を、Ｈａｇｅｎ−Ｐｏｉｓｅｕｉｌｌｅの法則を適用して計算した結果を表１〜表３に示す。

表１は、排ガスの抽気量を、ロータリーキルン１から排出される排ガスの全体量の２％とし、この値を基準にプローブ５の寸法を設計し、吐出口からの距離をパラメータとして冷風速度等を計算したものである。
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。

表１〜表３によれば、抽気量を５割増とした場合、内筒１１の調整の範囲で予測冷風回収率を１００％超の状態とすることができるが、抽気量を倍増した場合、内筒１１を最大に調整しても８０％弱の予想冷風回収率にしかならず、プレヒータ側への冷風吹き抜けが発生する虞がある。したがって、冷風吹き抜けが生じない抽気量は、５．５割増、すなわち抽気量３．１％が上限となる。
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、２により本発明をより具体的に説明する。
「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Ｌ_０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を、インレットフッド２からライジングダクト３への絞り傾斜部４の上側壁面、かつ、キルンの回転方向と反対側の奥面コーナー部のキルン排ガス流れが弱い澱みを形成している部位に接続した。この場合の取り付け角度は水平に対して６２°であった。
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。

この排ガスを、冷却チャンバ６にて混合均一化した。この冷却チャンバ６での排ガスの温度コントロールは、プローブ５と冷却チャンバ６を連通するダクトに二次冷却空気Ｃ’を導入して行ない、集塵機７として設けられているバッグフィルタの仕様にあった温度２００℃〜２５０℃に調整した。
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。

これにより、冷風回収率はほぼ１００％となり、プローブ５内における冷風回収率が向上したことで、従来用いていた排ガス抽気プローブに比べ、熱量損失の小さな装置とすることができた。
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。

表４は、本発明の調整の幅が異なる２種類の二重管式のプローブＡ、Ｂを実施例とし、本発明の範囲外にて調整した二重管式のプローブＣを比較例とし、従来の塩素バイパス法（ｂ）にて用いられる内筒が単管式かつ長さが固定されたプローブＤを従来例としたときの、それぞれの冷風回収率及び熱量損失を示したものである。

表中、「内筒の調整範囲」とは、内筒の外側の筒部を一番先端部側に押し出した位置ｍ_１、及び内筒の外側の筒部を一番後方側に引き込んだ位置ｍ_２を外筒最短側の外筒先端位置ｍ_０（基準位置として０ｍｍとする）からの距離ｍ_ｘとし、かつ、外筒の内径をＤとした場合の「ｍ_ｘ／Ｄ」で表示される範囲のことである。
「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。

表４によれば、本発明のプローブＡ、Ｂは、プローブ内における冷風回収率が９７％以上と向上したことで、従来用いていたプローブに比べ、熱量損失の小さな装置とすることができた。
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。

表５〜表７は、本発明のプローブＡ、Ｂ及び比較例のプローブＣ各々における内筒の調整範囲と排ガス抽気率を２％とした場合の予想冷却回収率を示したものである。
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。

これらの表によれば、本発明のプローブＡ、Ｂでは、内筒の調整範囲内であれば、冷風回収率は全て１００％超となっており、したがって、プレヒータへの冷風吹き抜けがゼロとなっていることが分かる。
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２」
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。

これらプローブＡ、Ｂにおいても、内筒調整範囲の８００ｍｍ〜１６００ｍｍの位置では、予想冷風回収率が１００％超となり、プレヒータへの冷風吹き抜けがゼロとなり、大凡１００％近い冷風回収率となっていることが分かった。また、従来のプローブより熱量損失を小さくすることができることが分かった。

本発明の排ガス抽気用プローブは、排ガス中に残存する塩素化合物の捕集効率を高めるとともに、塩素循環によるセメント焼成設備でのコーチングトラブルを防止することができ、さらには熱量損失を小さくすることができるものであるから、セメント焼成設備のみならず、各種焼成炉、焼却炉、あるいはボイラー等においても、水を使用せずに冷却空気のみで抽気プローブ先端部へのコーチング付着防止や抽気プローブの機械的保護、燃焼排ガス中の塩素成分除去装置の抽気プローブとして使用することができ、工業上極めて優れたものである。

本発明の一実施形態のセメント焼成設備の要部を示す模式図である。本発明の一実施形態のプローブを示す断面図である。

符号の説明

１ロータリーキルン
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

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。