JP5615818B2 - セメント・プラントおよびセメント・プラントを運転する方法 - Google Patents

Description

本発明は、セメント・プラントおよびセメント・プラントを運転する方法に関する。

セメント・クリンカー製造において、原料は、先ず予熱され、それから予焼成され、最後に炉で燃やされる。実際の燃焼工程は、材料が１４００℃から１５００℃の温度に加熱される、炉の焼結ゾーンで行われる。

特許文献１は、硫黄リッチな燃料を用いてセメント・クリンカーを製造する方法に関し、酸素濃度が燃焼炉の注入口で４．５％から５．５％に増加され、それによって、硫酸カルシウムが化学変化を起こす温度が焼結温度より高い温度に増加され、それでＣａＳＯ_４がガス中で化学変化を起こす代わりに最終製品の成分となり、燃焼炉、予熱炉、および予熱サイクロンの中に沈着物を残す。

特定の成分、特に塩素及び硫黄と結合したアルカリ金属は、炉の焼結ゾーンにおいて揮発し、炉排気ガス（揮発性）と共に排出される。炉排気ガスは、焼成ゾーンおよび予熱ゾーン中の材料を熱的に処理するために使用される。その熱交換の間、揮発性の成分が原料に凝縮し（吸着）、そして再び焼結ゾーンに導入される。焼結ゾーンで、それらは部分的に再び揮発し、よって成分の循環路が形成される。その結果として、セメント・クリンカー又は排気ガスと共にシステムから排出されないものは全て、その循環路に残留し、循環路中で運ばれる非常に高濃度の成分に到達し得る。全ての循環路は、その結果として、焼成ゾーンおよび予熱ゾーンにおける望ましくない沈着物を形成し、運転を途絶する。この原因は、循環路の成分の特定の混合物がかなり低い温度で溶ける共晶組成を結果として生じるからである。原料が溶けて、プラント壁に結晶化されると、沈着物が形成される。

この状況における特定の問題は、循環路に原料と燃料を介して導入される、硫黄にある。その為、燃焼材料において許される最大のＳＯ_３濃度は、目下のところ、５％である。より高い濃度では、閉塞のリスクがあり、プラントはもはや運転され得ない。もし塩素がさらに存在すると、ＳＯ_３の耐性量はさらに減少する。図１による例において、ＳＯ_３とＣｌとの相互作用が、円筒状回転キルン（kiln）の入り口での沈着物として図示されている。沈着物は領域Ａにおいて作られていないのに対して、普通の清浄が領域Ｂおいて必要であり、強力な清浄が領域Ｃにおいて必要である。領域Ｄにおいては５％より高いＳＯ_３濃度で、閉塞のリスクがある。

従って、従来から、循環路や揮発性を防止することが試みられている。循環路の濃度を減少するために、炉排気ガスの一部を除くバイパスを設けることが知られている。その結果、循環路の成分は、循環路から除かれ、循環路の量は減少する。循環路の濃度は、それによって、減少され、沈着物の形成は減少され、プラントの利用可能性はそれによって改善される。

しかしながら、比較的高い硫黄濃度を持ち、従って以前にはセメント製造において使用され得ない、燃料がある。特許文献２は、５％より高い硫黄濃度を持つ燃料で製造するのを企図した、セメント・クリンカーを提示しているけれども、その明細書は、予熱器や焼成器内での沈着物の形成や増加したＳＯ_２の排出を引き起こすことなく、どのようにしてセメント・クリンカーを製造するのかを、より詳細に提示していない。

ＤＥ６９８０６１８２ ＥＰ−Ａ２−１４２８８０４

したがって、本発明によって対処される課題は、セメント・プラントを運転するための方法および装置を提供することにあり、それは、ＳＯ_２排気を増加させることなく、高い硫黄含有量を持つ燃料を使用することが可能で、更に適切な運転の安全を保証することにある。

この課題は、請求項１および１２の特徴による本発明によって解決される。

セメント・プラントを運転するための本発明による方法において、未処理の粉は予熱ゾーン中で予熱され、予熱した材料は焼成ゾーン中で予焼成され、最終的に予焼成した材料は焼結ゾーン中で焼結される。セメント・プラントは、焼結ゾーンに供給される予焼成した材料が、少なくとも５．５質量％のＳＯ_３濃度と、総塩含有量の少なくとも７５質量％、好ましくは９０重量％のＣａＳＯ_４比率とを持つように調整された状態で、プラントが運転される。

本発明によるセメント・プラントは、未処理の粉を予熱するための予熱ゾーンと、予熱した材料を予焼成するための焼成ゾーンと、予焼成した材料を焼結するための焼結ゾーンと、を持つ。上記方法によるセメント・プラントを運転するための制御および調整装置をさらに備える。

本発明は、沈着物の形成が、硫黄濃度ばかりでなく、塩組成、特にＣａＳＯ_４比率に依存する、という認識に基づいている。相当高いＣａＳＯ_４比率により、ＳＯ_３濃度は、以前の許容できる量よりかなり上昇され得る。総塩含有量の９０重量％のＣａＳＯ_４比率で、ＳＯ_３濃度は、１０質量％以上に増加され得る。

本発明の根拠を形成する試験において、プラントの運転のために、循環路における硫黄濃度を決定した、「吸着」および「揮発度」の処理に選択的に影響を及ぼすことができる、ことを見い出した。

従属請求項は、本発明の他の利点と構成に関する。

本発明の好ましい構成によれば、次の運転パラメータ測定値の少なくとも幾つかが実行され、セメント・プラントを制御するために使用される。
ａ．焼結ゾーン、焼成ゾーンの入り口領域および／または予熱ゾーンの開始前のガス分析、
ｂ．焼結ゾーン中の材料および／またはガスの温度測定、
ｃ．焼成ゾーン中の材料および／またはガスの温度測定、
ｄ．予熱ゾーン中の材料および／またはガスの温度測定、
ｅ．予焼成した材料、原料または燃料の実験分析、
ｆ．焼結ゾーンにおいて燃やされたセメント・クリンカーの実験分析、
ｇ．焼結ゾーンの領域における熱またはサーモグラフィー分析。

ＳＯ_３濃度および予焼成した材料中のＣａＳＯ_４比率は、１つ以上の次の工程によって影響され得る、
ａ．原料を選択する工程、
ｂ．焼結ゾーンにおいて使用される燃料を選択する工程、
ｃ．焼結ゾーンにおいて運転されるバーナーの勢いを調整する工程、
ｄ．焼結ゾーンにおける燃焼空気と燃料の関係を調整する工程、
ｅ．プラントの少なくとも１つの燃料供給位置での燃料の量と未処理の粉の量の関係を調整する工程、
ｆ．焼成ゾーンの後の未処理の粉の予焼成する程度を調整する工程、
ｇ．未処理の粉の細かさを調整する工程。

セメント・プラントは、焼結ゾーンにおける硫黄揮発度が、少なくとも６０％、好ましくは少なくとも８０％であるように、かつ、予熱ゾーン、焼成ゾーンおよび／または焼結ゾーンにおける硫黄吸着が、少なくとも８０％、好ましくは少なくとも９０％であるように、さらに有利に運転される。

予熱器に残る排気ガスが、１０％のＯ_２で６００ｍｇ／Ｎｍ^３より少ない、好ましくは１０％のＯ_２で３００ｍｇ／Ｎｍ^３より少ない、ＳＯ_２の含有量を持つように、さらにもくろまれる。これは、調整された揮発度と一緒に吸着を増加することによって、達成される。

本発明の他の利点や構成は、明細書および図面を参照して以下にさらに詳細に説明されるだろう。

円筒状回転キルンの入り口における沈着物の、ＳＯ_３とＣｌの相互作用の図である。 セメント・プラントの概略図である。

図２によるセメント・プラントは、実質的に、例えば、多段懸架型熱交換器によって形成される予熱ゾーン１と、焼成ゾーン２と、円筒状回転キリンの形状の焼結ゾーン３と、例えば、置換火格子冷却器の形の下流冷却ゾーン４とから構成される。焼結ゾーン３の排気ガスは、連続して、焼成ゾーン２および予熱ゾーン１を介して流れ、未処理の粉は、排気ガスに逆流するような周知の方法で、予焼成した材料が焼結ゾーン３で焼かれる前に、予熱ゾーン１および引き続いて焼成ゾーン２に供給される。焼結ゾーンは、少なくとも１つの調整可能な勢いを持つバーナー５を持つ。

焼結ゾーン３は、勢いを調整することによって、炎の形状、寸法および／または温度が調整され得る、調整可能な勢いを持つバーナーで運転される。

図示の実施形態において、焼成ゾーン２は、曲げられたパイプを介して底部サイクロン１ａに接続された、斜線によって形成されている。焼成ゾーン２の下領域に、少なくとも１つの燃料供給位置６と、例えば、三次空気である、燃焼空気を、冷却ゾーン４へ供給するための手段７とを備える。予熱ゾーン１の少なくとも１つの未処理の粉ライン８は、さらに、焼成ゾーン２に開いている。燃料、燃焼空気および未処理の粉は、焼成ゾーンへ、上下に配置された１つ以上の位置で、導入され得る。このように、異なった燃焼ゾーンが、焼成ゾーンにおいて構成され得る。

プラントは、更に、次に述べる運転パラメータ測定の少なくともいずれかを実行するための適当な手段を備える：
ａ．焼結ゾーン、焼成ゾーンの入り口領域および／または予熱ゾーンの開始前のガス分析、それは、ガス雰囲気の組成によって吸着条件を調整することが可能であり：より多くの酸素は、より多くの吸着を意味し、したがって、予焼成した材料中のより多くのＳＯ_３含有量と排気煙突中のより少ないＳＯ_２を意味する、
ｂ．焼結ゾーン中の材料および／またはガスの温度測定、それは、焼結ゾーンの温度によって焼結ゾーン中の硫黄蒸発のための条件を変化することが可能であり、したがって、循環路、更にクリンカーおよび予焼成した材料中のＳＯ_３濃度に影響を与えることができる、
ｃ．焼成のためまたは吸着のための適当な温度を確保するのを保証するために、焼成ゾーン中の材料および／またはガスの温度測定、
ｄ．プラントの全般の制御を支持するために、予熱ゾーン中の材料および／またはガスの温度測定、
ｅ．予焼成した材料、原料または燃料の実験分析、
ｆ．焼結ゾーン中で焼かれたセメント・クリンカーの実験分析、
ｇ．焼結ゾーンの領域における熱またはサーモグラフィー分析。

セメント・プラントは、焼結ゾーンに供給される予焼成した材料が、少なくとも５．５質量％のＳＯ_３濃度と、総塩含有量の少なくとも７５質量％、好ましくは少なくとも９０質量％のＣａＳＯ_４比率とを持つように、運転される。予焼成した材料中のＳＯ_３濃度とＣａＳＯ_４比率とは、次の工程によって影響され得る：
ａ．原料を選択する工程、
ｂ．焼成ゾーンにおいて使用される燃料を選択する工程、
ｃ．焼結ゾーンにおいて操作されるバーナー５の勢いを調整する工程、
ｄ．焼結ゾーン中の燃焼空気と燃料の関係を調整する工程、
ｅ．プラントの少なくとも１つの燃料供給位置で、燃料の量と未処理の粉の量の関係を調整する工程、
ｆ．焼成ゾーンの後の未処理の粉の予焼成程度を調整する工程、
ｇ．未処理の粉の細かさを調整する工程。

予め定められた原料と焼結ゾーン用の予め定められた燃料を用いたとしても、ＳＯ_３濃度とＣａＳＯ_４比率とは、まだ、上記工程ｃ〜ｆによって決定的に影響を受け得る。特に、焼結ゾーンの領域中の焼結ゾーンの硫黄揮発度は、従って、影響を受け得る。この場合において、少なくとも６０％、好ましくは８０％より多くの硫黄揮発度が望ましい。

セメント・プラントにおける本発明の他の非常に重要なメカニズムは、予熱ゾーン１内、焼成ゾーン２内および／または焼結ゾーン３の入り口領域内の硫黄吸着にあり、それは、少なくとも８０％、好ましくは少なくとも９０％の吸着レベルを達成することができる。焼成ゾーンにおける吸着は、次の反応に基づく：
ＣａＯ ＋ ＳＯ_２ ＋ ^１／２Ｏ_２ → ＣａＳＯ_４

この反応において、Ｏ _２ が焼成ゾーンにＣａＯと共に十分に提供されなければならない。例えば、酸素は、空気入り口位置７を介して焼成ゾーンに到達する。燃焼空気は、一般的に、冷却ゾーンからの三次空気であるが、しかしながら、その冷却ゾーンは、さらに、純粋な酸素で濃縮され得る。

焼成ゾーンにおける酸素濃度と硫黄揮発度とは、また、焼結ゾーンにおけるプラントの運転特性と、燃焼空気と燃料の量との間の関係の調整とによって、影響される。

そのようなセメント・プラントにおいて、焼結ゾーンおいておよび必要に応じて焼成ゾーンおいて、少なくとも３．５質量％の硫黄濃度を持つ燃料を使用することができる。本発明のように、焼結ゾーンに供給される予焼成した材料が、少なくとも５．５質量％のＳＯ_３濃度と、総塩含有量の少なくとも７５質量％のＣａＳＯ_４比率とを持つように調整された状態で、プラントが運転されると、プラントの運転安全を保証することができ、沈着物と閉塞とを、システム内の高量の硫黄と酸化硫黄の低い排出（予熱器から排出される排気ガスは、１０％のＯ_２で６００ｍｇ／Ｎｍ^３より少ない、好ましくは１０％のＯ_２で３００ｍｇ／Ｎｍ^３より少ない、ＳＯ_２の含有量を持つ）とにも拘わらず、防止することができる。

焼結ゾーンにおいて焼かれたセメント・クリンカーは、それから、少なくとも１質量％、好ましくは少なくとも２質量％のＳＯ_３濃度を持つ。

たとえば、バイパス装置である、循環路を遮断する装置が、さらに装着され得、特に、硫黄、アルカリおよび／または塩素の循環路が影響され得、したがって、その運転およびダストおよび／またはガスの分離した量への変化によって調整され得る。

複数の空気噴射装置が、また、危険ゾーンの掃除を改良するため、および運転の安全を増加するために、予熱器および／または焼成器の特定の領域に有利に装着され得る。

セメント・プラントは、低ＳＯ_２排出の操作上安全な上記方法で、運転され得る。

１ 予熱ゾーン
１ａ 底部サイクロン
２ 焼成ゾーン
３ 焼結ゾーン
４ 下流冷却ゾーン
５ バーナー
６ 燃料供給位置
７ 燃焼空気を供給するための手段
８ 未処理の粉ライン

Claims (13)

1. 予熱ゾーン（１）中で未処理の粉を予熱し、焼成ゾーン（２）中で予熱した材料を予焼成し、焼結ゾーン（３）中で予焼成した材料を焼結する、セメント・プラントを運転する方法であって、前記焼結ゾーンに供給される前記予焼成した材料が、ＳＯ_３と塩とを含み、前記予焼成した材料中のＳＯ_３の濃度は少なくとも５．５質量％であり、前記予焼成した材料中の前記塩の総含有量の少なくとも７５質量％はＣａＳＯ_４であるように、かつ前記焼結ゾーンにおける硫黄揮発度が、少なくとも６０％であるように、調整されることを特徴とする、セメント・プラントを運転する方法。
2. 前記セメント・プラントを制御するための次の運転パラメータの測定の少なくとも幾つかが、実行される、
   ａ．前記焼結ゾーン（３）、焼成ゾーン（２）の入り口領域および／または前記予熱ゾーン（１）の開始前のガス分析、
   ｂ．前記焼結ゾーン（３）中の材料および／またはガスの温度測定、
   ｃ．前記焼成ゾーン（２）中の材料および／またはガスの温度測定、
   ｄ．前記予熱ゾーン（１）中の材料および／またはガスの温度測定、
   ｅ．前記予焼成した材料、前記原料または燃料の実験分析、
   ｆ．前記焼結ゾーンにおいて燃やされたセメント・クリンカーの実験分析、
   ｇ．前記焼結ゾーン（３）の領域における熱またはサーモグラフィー分析、
   を特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記ＳＯ_３濃度および前記予焼成した材料中の前記ＣａＳＯ_４比率は、１つ以上の次の工程によって調整される、
   ａ．前記原料を選択する工程、
   ｂ．前記焼結ゾーン（３）において使用される前記燃料を選択する工程、
   ｃ．前記焼結ゾーン（３）において運転されるバーナー（５）の勢いを調整する工程、
   ｄ．前記焼結ゾーン（３）における燃焼空気と燃料の関係を調整する工程、
   ｅ．前記プラントの少なくとも１つの燃料供給位置での燃料の量と未処理の粉の量の関係を調整する工程、
   ｆ．前記焼成ゾーン（２）の後の前記未処理の粉の予焼成する程度を調整する工程、
   ｇ．前記未処理の粉の細かさを調整する工程、
   を特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 調整可能な勢いを持つバーナー（５）が、前記焼結ゾーン（３）において使用され、前記勢いを調整することによって、炎の形状、寸法および／または温度が調整される、請求項１に記載の方法。
5. 前記焼結ゾーンにおける硫黄揮発度が、少なくとも８０％であるように、調整されることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
6. 十分なＯ_２とＣａＯとが、次の反応のために前記焼成ゾーンにおいて提供される、
   ＣａＯ ＋ ＳＯ_２ ＋ ^１／２Ｏ_２ → ＣａＳＯ_４
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記予熱ゾーン（１）、前記焼成ゾーン（２）および／または前記焼結ゾーン（３）における硫黄吸着が、少なくとも８０％であるように、調整されることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
8. 予熱器（１）に残る排気ガスが、１０％のＯ_２で６００ｍｇ／Ｎｍ^３より少ないＳＯ_２の含有量を持つように、調整されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 更に、循環路を遮断するためのバイパス装置を備え、前記装置は、その運転とダストおよび／またはガスの分離された量への変化とによって調整され得ることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記プラントの燃焼位置の少なくとも１つは、雰囲気とＣＯ_２濃度を調整するために、酸素が濃縮された燃焼空気でまたは酸素だけで運転される、ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 少なくとも３．５質量％の硫黄濃度を持つ燃料が、前記焼結および／または焼成ゾーン（２）において使用される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
12. 前記焼結ゾーン（３）において燃やされたセメント・クリンカーが、少なくとも１質量％のＳＯ_３濃度を持つ、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
13. 未処理の粉を予熱するための予熱ゾーン（１）と、前記予熱した材料を予焼成するための焼成ゾーン（２）と、前記予焼成した材料を焼結するための焼結ゾーン（３）と、を持つセメント・プラントに於いて、
    請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の方法に従って前記予焼成された材料を制御する制御・調整装置を備えることを特徴とする、セメント・プラント。

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