JP6393981B2 - 流動仮焼炉 - Google Patents
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Description
本発明は、微粉炭の供給位置を最適化することにより、仮焼炉出口における燃料の未燃率低減を可能とする流動仮焼炉に関するものである。
従来、図６に示すように、流動仮焼炉を備えたセメント製造設備１０においては、サスペンションプレヒータ７において、高温ガスとの熱交換により加熱された原料が、サスペンションプレヒータ７の下段サイクロン８から排出され、その一部がロータリキルン排ガス導管９の中に分散投入され、残りが流動仮焼炉１１の原料供給シュート１２に供給されている。
この流動仮焼炉１１においては、流動化用空気吹込口１３、エアチャンバ１３ａおよび空気分散板１４を通じて、高圧空気が吹き込まれ、流動層１５が形成される。その際、上記高圧空気は、微粉炭供給管１６から供給される燃料の一部を燃焼させるとともに、被仮焼原料を流動層１５に所定時間滞留させた後に、当該流動層１５上方のフリーボード１７に飛散させる。また、高温のクリンカクーラ１８からの空気が吸引口１９から略接線方向に吸引され、フリーボード１７においても、微粉炭供給管１６から供給される燃料が燃焼する。それにより、上部原料供給シュート１２から投入された原料および流動層１５表面より上方に飛散した原料が効率良くかつ迅速に仮焼される。
そして、仮焼された原料は、その全量が仮焼炉排ガスに同伴されて分離サイクロン２１に入る。一方、ロータリキルン排ガス導管９内に分散投入された原料もロータリキルン排ガスによって一部が仮焼され、当該ロータリキルン排ガスとともに分離サイクロン２１に入る。さらに、分離サイクロン２１で捕集された仮焼原料は、原料シュート２２を経てロータリキルン２０に導入される。
他方、クリンカクーラ１８で発生した高温空気は、誘引ファン２３の吸引力によって、ロータリキルン２０と流動仮焼炉１１とに各々吸引される。しかし、通風抵抗の小さいロータリキルン２０への吸入量が過大になるため、ロータリキルン排ガス導管９の一部において、断面積を縮小するとともに、流動仮焼炉１１への吸入量をダンパ２４によって調整する。
ところで、流動仮焼炉において、セメント原料を仮焼する燃料として、石炭などの固形燃料を用いることが一般的である。その中でも、燃焼性の良い瀝青炭を微粉末に粉砕して使用している。しかし、限られた資源を有効活用するために、燃焼性の悪い石炭やオイルコークスといった幅広い種類の燃料の使用が求められている。
ところが、燃料として石炭やコークスなどの燃焼性の悪い微粉炭を使用した場合、流動仮焼炉出口での未燃率が高く、サスペンションプレヒータ内で燃焼するため、その結果プレヒータ内の温度が高くなり、サイクロンや原料シュートにて付着物が生成することによりプレヒータでの閉塞が多発し、運転の支障となるといった問題がある。また、流動仮焼炉内は高温かつダスト濃度が非常に高いため、燃焼状態の把握が困難であった。
そこで、下記特許文献１においては、筒軸心方向を上下方向とした筒状の炉体と、該炉体の底部に略水平に設けられた空気分散板および該空気分散板の下側のエアチャンバと、該空気分散板の上側の原料を供給する原料供給シュートと、該空気分散板の上側の流動層に固形燃料を供給する燃料供給ノズルと、該空気分散板の上側に２次空気（抽気空気）を供給する２次空気ダクトと、を有するセメント原料の流動仮焼炉において、該燃料供給ノズルは、水平面に対し２０°以上の下り勾配にて、かつ求心方向よりもタンゼンシャル側に偏向して該炉体に接続されているセメント原料の流動仮焼炉が提案されている。
上記従来のセメント原料の流動仮焼炉は、燃料の燃焼により原料を仮焼させるものであるが、上記燃料供給ノズルの接続位置などは、経験値に基づくものであり、流動仮焼炉内での原料濃度やガス濃度（特に、Ｏ2）の分布の有無などが考慮されていないため、燃料に石炭やコークスなどの燃焼性の悪い微粉炭を使用した際に、十分な仮焼が行えない上に、導管の閉塞により運転に支障が生じるという問題がある。
また、炉体などの耐火物については、燃焼性能が高くなりすぎると、炉壁付近の温度が局所的に高くなり過ぎてしまい、焼損する可能性が高いという問題が生じる。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、燃料に石炭やコークスなどの燃焼性の悪い微粉炭を使用しても、流動仮焼炉出口における未燃焼率を低減させて、プレヒータでの閉塞を防止しつつ、十分な仮焼を行うことが可能な流動仮焼炉を提供することを課題とするものである。
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、軸心方向を上下方向とした内径が４ｍであって炉長が２５ｍの筒状の炉体と、この炉体の側部に、当該炉体内に微粉炭を１１ｍ／ｓの流速の搬送空気によって５０℃の温度かつ７．４ｔ／ｈのフィード量で吹き込む１つの微粉炭吹込ラインおよびセメント原料を０．５ｍ／ｓの流速の搬送空気によって７４０℃の温度かつ２００ｔ／ｈの供給量で投入する１つの原料シュートならびに円周方向の４箇所に配置されて８８０℃の抽気空気を１５．８ｍ／ｓの流速で吸引する抽気導管が接続されているとともに、上記炉体の底部に当該炉体内に８００℃の流動化空気を１．６４ｍ／ｓの流速で上記軸心方向の上方に向けて吹き込む流動化用空気吹込口が配設された流動仮焼炉において、上記微粉炭吹込ラインの吹込口は、その中心が上記抽気導管の上記軸心方向の下方において当該抽気導管の中心と鉛直方向に対して同一線上であって、上記流動化用空気吹込口から上記軸心方向の上方に２００ｍｍの位置であり、かつ上記原料シュートの投入口の中心から上記炉体の円周方向に対して３５〜１４５°の位置に配設されていることを特徴とするものである。
また、請求項２に記載の発明は、軸心方向を上下方向とした内径が４ｍであって炉長が２５ｍの筒状の炉体と、この炉体の側部に、当該炉体内に微粉炭を１１ｍ／ｓの流速の搬送空気によって５０℃の温度かつ７．４ｔ／ｈのフィード量で吹き込む１つの微粉炭吹込ラインおよびセメント原料を０．５ｍ／ｓの流速の搬送空気によって７４０℃の温度かつ２００ｔ／ｈの供給量で投入する１つの原料シュートならびに円周方向の４箇所に配置されて８８０℃の抽気空気を１５．８ｍ／ｓの流速で吸引する抽気導管が接続されているとともに、上記炉体の底部に当該炉体内に８００℃の流動化空気を１．６４ｍ／ｓの流速で上記軸心方向の上方に向けて吹き込む流動化用空気吹込口が配設された流動仮焼炉において、上記微粉炭吹込ラインの吹込口は、その中心が上記抽気導管の上記軸心方向の下方において当該抽気導管の中心と鉛直方向に対して同一線上であって、上記流動化用空気吹込口から上記軸心方向の上方に３５０ｍｍ以上５００ｍｍ未満の位置であり、かつ上記原料シュートの投入口の中心から上記炉体の円周方向に対して９０〜１４５°の位置に配設されていることを特徴とするものである。
そして、請求項３に記載の発明は、軸心方向を上下方向とした内径が４ｍであって炉長が２５ｍの筒状の炉体と、この炉体の側部に、当該炉体内に微粉炭を１１ｍ／ｓの流速の搬送空気によって５０℃の温度かつ７．４ｔ／ｈのフィード量で吹き込む１つの微粉炭吹込ラインおよびセメント原料を０．５ｍ／ｓの流速の搬送空気によって７４０℃の温度かつ２００ｔ／ｈの供給量で投入する１つの原料シュートならびに円周方向の４箇所に配置されて８８０℃の抽気空気を１５．８ｍ／ｓの流速で吸引する抽気導管が接続されているとともに、上記炉体の底部に当該炉体内に８００℃の流動化空気を１．６４ｍ／ｓの流速で上記軸心方向の上方に向けて吹き込む流動化用空気吹込口が配設された流動仮焼炉において、上記微粉炭吹込ラインの吹込口は、その中心が上記抽気導管の上記軸心方向の下方
において当該抽気導管の中心と鉛直方向に対して同一線上であって、上記流動化用空気吹込口から上記軸心方向の上方に２００ｍｍ以上８５０ｍｍ未満の位置であり、かつ上記原料シュートの投入口の中心から上記炉体の円周方向に対して１００〜１２０°の位置に配設されていることを特徴とするものである。
において当該抽気導管の中心と鉛直方向に対して同一線上であって、上記流動化用空気吹込口から上記軸心方向の上方に２００ｍｍ以上８５０ｍｍ未満の位置であり、かつ上記原料シュートの投入口の中心から上記炉体の円周方向に対して１００〜１２０°の位置に配設されていることを特徴とするものである。
請求項１〜３に記載の発明によれば、軸心方向を上下方向とした筒状の炉体の側部に接続された微粉炭吹込ラインの吹込口が、当該炉体の側部に接続された抽気導管の吸引口の下方であり、かつ上記炉体の底部に配設された流動化用空気吹込口の上方に配設されているため、燃料の流れが抽気空気の流れの影響を強く受け、原料濃度が低く（脱炭酸による吸熱が起こりにくい）、かつＯ２濃度が高い領域に燃料を吹き込むことができ、燃焼を良化することができる。これにより、上記炉体上部の出口における燃料の未燃率を低下させ、プレヒータ内の温度を低く抑えてサイクロンや原料シュートでの付着物の生成によるプレヒータでの閉塞を防ぎ、良好な運転を行うことができる。
すなわち、請求項１に記載の発明によれば、上記微粉炭吹込ラインの吹込口中心が、上記流動化用空気吹込口から２００ｍｍの位置に配設され、かつ原料シュートの投入口の中心から上記炉体の円周方向に対して３５〜１４５°の位置に配設されているため、平均チャー反応率を６０％以上、また平均原料脱炭酸率を５０％以上にすることができ、燃料に石炭やコークスなどの燃焼性の悪い微粉炭を使用しても、上記炉体上部の出口における未燃率を低下させ、プレヒータ内の温度を低く抑えて閉塞を防止することができるとともに、耐火物の損耗低減を図ることができる。
請求項２に記載の発明によれば、上記微粉炭吹込ラインの吹込口中心が、上記流動化用空気吹込口から３５０ｍｍ以上５００ｍｍ未満の位置に配設され、かつ上記原料シュートの投入口の中心から上記炉体の円周方向に対して９０〜１４５°の位置に配設されているため、平均チャー反応率を６０％以上、また平均原料脱炭酸率を５０％以上にすることができ、燃料に石炭やコークスなどの燃焼性の悪い微粉炭を使用しても、上記炉体上部の出口における未燃率を低下させ、プレヒータ内の温度を低く抑えて閉塞を防止することができるとともに、耐火物の損耗低減を図ることができる。
請求項３に記載の発明によれば、上記微粉炭吹込ラインの吹込口中心が、上記流動化用空気吹込口から２００ｍｍ以上８５０ｍｍ未満の位置に配設され、かつ上記原料シュートの投入口の中心から上記炉体の円周方向に対して１００〜１２０°の位置に配設されているため、燃料に石炭やコークスなどの燃焼性の悪い微粉炭を使用しても、上記炉体上部の出口における未燃率をより低下させ、プレヒータ内の温度を低く抑えて閉塞を防止することができるとともに、耐火物の損耗低減をさらに図ることができる。
図１および図２に示すように、本発明の流動仮焼炉１の実施形態１は、軸心方向を上下方向とした筒状の炉体２と、この炉体２の側部に、当該炉体２内に燃料である微粉炭を吹き込む微粉炭吹込ライン３およびセメント原料を投入する原料シュート４ならびに抽気空気を吸引する複数（図では４つ）の抽気導管５が接続されているとともに、炉体２の底部に当該炉体内に流動化空気を吹き込む流動化用空気吹込口６が配設されて概略構成されている。ちなみに、上記炉体２の内径は、４〜６ｍである。
ここで、４つの抽気導管５は、炉体２の側部にて下り勾配により接続されているとともに、各々の吸引口の中心が同一円周上に配置されている。具体的には、抽気導管５の中心線と水平面とのなす角度は、５５〜６５°の範囲に設定されている。また、抽気導管５内のガス流速は概ね１５〜１８ｍ／ｓに設定されている。さらに、抽気導管５の吸引口の中心は、流動化用空気吹込口６から上方に１５００〜２５００ｍｍの高さ寸法に配置されている。なお、抽気導管５は、炉底部に均等に空気を供給する観点から、円周方向に略等間隔を置いた位置に複数本（通常は、図示のように４本）配置されている。
そして、原料シュート４は、抽気導管５の間に下り勾配により接続されているとともに、水平面との角度は、原料粒子の摩擦係数や安息角によって経験的に決められている。なお、通常のセメント原料の場合においては、上記水平面との角度が概ね５０°〜７０°に設定されている。また、原料シュート４の直径は、原料投入量に見合うように設計されており、このため当該原料シュート４投入口の中心は、流動仮焼炉の生産能力によって異なるが、概ね流動化用空気吹込口６から上方に１５００〜３０００ｍｍの範囲の高さ寸法に配置されている。
また、流動化用空気吹込口６は、例えば、図６の従来例に示すように、エアチャンバ１３ａおよび空気分散板１４を通じて、高圧空気が炉体２内に吹き込まれるものである。なお本実施形態においては、空気分散板１４が流動化用空気吹込口６として、炉体２の径方向に平行に配設されている。ここで、上記流動化用空気吹込口６からの流動化空気の吹込み速度は、原料密度や粒度分布によって決定されるものであり、通常のセメント原料では、１．０〜２．０ｍ／ｓに設定されている。
そして、燃料である微粉炭、例えば、石炭やコークスを炉体２内に吹き込む微粉炭吹込ライン３は、４つある抽気導管５の何れか一つの下方であり、かつ流動化用空気吹込口６の上方に接続されている。また、微粉炭吹込ライン３は、炉体２の側部に対して垂直かつ中心方向に接続されているとともに、当該微粉炭吹込ライン３の吹込口の中心が、例えば、抽気導管５の中心と鉛直方向に対して同一線上に配設されている。また、微粉炭吹込ラインの搬送空気速度は、運転上の調整項目であるが、通常その範囲は１０〜２０ｍ／ｓの範囲に設定されている。
なお、流動化用空気吹込口６からの微粉炭吹込ライン３の吹込口の高さは、原料シュート４の位置によって異なる。例えば、微粉炭吹込ライン３の吹込口の中心と原料シュート４の投入口の中心とが、炉体２の円周方向に対して３５〜１４５°の範囲の位置に配設されている場合には、高さ寸法が２００ｍｍに配置されている。
また、例えば、微粉炭吹込ライン３の吹込口の中心と原料シュート４の投入口の中心とが、炉体２の円周方向に対して９０〜１４５°の範囲の位置に配設されている場合には、高さ寸法が３５０ｍｍ以上に配置されている。
上記構成による流動仮焼炉１は、発明者らが行った数値流体力学計算ＣＦＤ(Computational Fluid Dynamics)により、微粉炭吹込ライン３から吹き込まれた微粉炭の流れが、原料シュート４から投入される原料の流れおよび抽気導管５からのガス流れの影響を受けていることを突きとめ、さらに下記実施例１および実施例２において示すように、流動化用空気吹込口６からの微粉炭吹込ライン３の吹込口の高さ、および炉体２の円周方向における微粉炭吹込ライン３と原料シュート４との好適な位置関係を見出した結果に基づいて構成されたものである。
なお、抽気空気は、抽気導管５に吹込みまたは吸込みでも微粒炭の流れに与える影響は同じである。
なお、抽気空気は、抽気導管５に吹込みまたは吸込みでも微粒炭の流れに与える影響は同じである。
上記数値流体力学計算は、実際の流動仮焼炉の形状、および操業条件を数値化し、解析プログラムのインストールされたコンピュータによって、ガス流れ、粒子移動、化学反応、伝熱を数値計算し、コンピュータグラフィックを用いて、実測では困難である流動仮焼炉内での燃焼・仮焼の状況を把握するものである。
数値流体力学計算の方法、モデルは下記のとおりである。
(1) 数値流体力学計算ソフト：Rflow （株式会社アールフロー）
(2) 乱流モデル：k −ε Model
(3) 流体：非圧縮性理想気体
(4) 圧力−速度カップリング：SIMPLE
(5) 離散化スキーム：Finite Volume Method
(6) 運動量：Second Order Upwind
(7) 乱流運動エネルギー：First Order Upwind
(8) 乱流散逸率：First Order Upwind
(9) エネルギー：Second Order Upwind
(10)粒子解析：Discrete Element Method
(11)粒子流体練成：Two Way Coupling
(12)燃焼反応：Ｈ２＋Ｏ２−Ｈ２Ｏ、ＣＨ４＋Ｏ２−Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２、ＣＯ＋Ｏ２−ＣＯ２、Ｃ＋Ｏ２−ＣＯ２
(13)原料脱炭酸モデル：ＣａＣＯ３−ＣａＯ＋ＣＯ２、未反応核モデル
なお、(2)〜(11)はガスの流れ等についての数値流体解析を行う際に、(12)は燃焼解析を行う際に、(13)は石灰石の脱炭酸反応を解析する際に、いずれも当業者において広く用いられている汎用のモデルである。
(1) 数値流体力学計算ソフト：Rflow （株式会社アールフロー）
(2) 乱流モデル：k −ε Model
(3) 流体：非圧縮性理想気体
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(10)粒子解析：Discrete Element Method
(11)粒子流体練成：Two Way Coupling
(12)燃焼反応：Ｈ２＋Ｏ２−Ｈ２Ｏ、ＣＨ４＋Ｏ２−Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２、ＣＯ＋Ｏ２−ＣＯ２、Ｃ＋Ｏ２−ＣＯ２
(13)原料脱炭酸モデル：ＣａＣＯ３−ＣａＯ＋ＣＯ２、未反応核モデル
なお、(2)〜(11)はガスの流れ等についての数値流体解析を行う際に、(12)は燃焼解析を行う際に、(13)は石灰石の脱炭酸反応を解析する際に、いずれも当業者において広く用いられている汎用のモデルである。
なお、上記数値流体力学計算による評価は、図３に示すように、互いに異なる複数の微粉炭吹込ライン３の位置および微粉炭吹き込み高さ（ｈ）のケースについて、微粉炭吹込ライン３の吹込口と原料シュート４の投入口の角度に対する平均原料脱炭酸率（％）、および図４に示すように、同様に複数の微粉炭吹込ライン３の位置および微粉炭吹き込み高さ（ｈ）のケースについて、微粉炭吹込ライン３の吹込口と原料シュート４の投入口の角度に対する平均チャー反応率（％）を算出することによって行った。
また、平均原料脱炭酸率（％）は、仮焼炉出口における原料粒子ごとの脱炭酸率を仮焼される前の質量に応じて加重平均したものであり、平均チャー反応率（％）は、仮焼炉出口における微粉炭粒子ごとのチャー反応率を、反応する前のチャーの質量に応じて加重平均したものである。さらに、平均原料脱炭酸率（％）は５０％以上、平均チャー反応率（％）は６０％以上において、その性能が高いと評価される。
さらに、図３の平均原料脱炭酸率（％）のグラフおよび図４の平均チャー反応率（％）のグラフは、各々微粉炭吹込ライン３が抽気導管５の下方に接続されて、当該微粉炭吹込ライン３の吹込口の中心が、流動化用空気吹込口６から２００ｍｍの高さ寸法の位置の実施例１、および３５０ｍｍ以上（３５０ｍｍ．５００ｍｍ、８５０ｍｍ）の高さ寸法の位置の実施例２と、さらに、各々微粉炭吹込ライン３が抽気導管５の下方以外に接続されて、当該微粉炭吹込ライン３の吹込口の中心が、流動化用空気吹込口６から２００ｍｍ、３５０ｍｍの高さ寸法の位置の比較例によるものである。
なお、下記に示す実施例１、実施例２、比較例において用いた石炭の組成は、以下のとおりである。
名称 発熱量 揮発分 固定炭素 水分 灰分
(Kcal/Kg) (%) (%) (%) (%)
瀝青炭 6700 34.3 49.4 6.8 9.5
なお、微粉炭の種類が変わった場合は、上記の工業分析値の変更に加え、仮焼炉へ投入する微粉炭の総発熱量が一定となるように微粉炭フィード量も調整した。
名称 発熱量 揮発分 固定炭素 水分 灰分
(Kcal/Kg) (%) (%) (%) (%)
瀝青炭 6700 34.3 49.4 6.8 9.5
なお、微粉炭の種類が変わった場合は、上記の工業分析値の変更に加え、仮焼炉へ投入する微粉炭の総発熱量が一定となるように微粉炭フィード量も調整した。
（実施例１）
まず、実施例１における数値流体力学計算は、実炉の形状に基づいて、図１および図２（ａ）に示すように、抽気導管５の下方に接続された微粉炭吹込ライン３から、より近い位置（図では、７５°）に原料シュート４を配置した。この際、原料シュート４の投入口の中心は、流動化用空気吹込口６から上方に２０００ｍｍの高さ寸法であり、かつ円周方向の同一線上に配置されている抽気導管５の吸引口の中心と同一線上になるように配置した。
まず、実施例１における数値流体力学計算は、実炉の形状に基づいて、図１および図２（ａ）に示すように、抽気導管５の下方に接続された微粉炭吹込ライン３から、より近い位置（図では、７５°）に原料シュート４を配置した。この際、原料シュート４の投入口の中心は、流動化用空気吹込口６から上方に２０００ｍｍの高さ寸法であり、かつ円周方向の同一線上に配置されている抽気導管５の吸引口の中心と同一線上になるように配置した。
また、抽気導管５の下方に配置された微粉炭吹込ライン３の吹込口の中心が、流動化用空気吹込口６から２００ｍｍの高さ寸法に配置して数値流体力学計算を行った。
なお、微粉炭吹込ライン３の吹込口と原料シュート４の投入口との角度は、以下の通りである。
２００ｍｍ：３５°，７５°，１１０°，１４５°
なお、微粉炭吹込ライン３の吹込口と原料シュート４の投入口との角度は、以下の通りである。
２００ｍｍ：３５°，７５°，１１０°，１４５°
さらに、セメント原料の投入量、風速、温度などの実炉の操業条件は、例えば、下記のデータを使用した。
・炉体２
炉内径＝４ｍ
炉長＝２５ｍ
・微粉炭吹込ライン３
微粉炭のフィード量＝７．４ｔ／ｈ
搬送空気流速＝１１ｍ／ｓ
温度＝５０℃
・原料シュート４
セメント原料：２００ｔ／ｈ
温度＝７４０℃
搬送空気流速＝０．５ｍ／ｓ
・抽気導管５（円周方向に４箇所配置）
抽気空気
温度＝８８０℃
流速＝１５．８ｍ／ｓ
・流動化用空気吹込口
流動化用空気
温度＝８００℃
流速＝１．６４ｍ／ｓ
・炉体２
炉内径＝４ｍ
炉長＝２５ｍ
・微粉炭吹込ライン３
微粉炭のフィード量＝７．４ｔ／ｈ
搬送空気流速＝１１ｍ／ｓ
温度＝５０℃
・原料シュート４
セメント原料：２００ｔ／ｈ
温度＝７４０℃
搬送空気流速＝０．５ｍ／ｓ
・抽気導管５（円周方向に４箇所配置）
抽気空気
温度＝８８０℃
流速＝１５．８ｍ／ｓ
・流動化用空気吹込口
流動化用空気
温度＝８００℃
流速＝１．６４ｍ／ｓ
そして、微粉炭吹込ライン３の吹込口と原料シュート４の投入口との各々の角度の平均原料脱炭酸反応率（％）および平均チャー反応率（％）を演算して割り出した。その結果は、図３および図４に示す通りである。
このように、微粉炭吹込ライン３が抽気導管５の下方であり、かつ流動化用空気吹込口６からの高さ寸法が２００ｍｍに配置した実施例１においては、微粉炭吹込ライン３の吹込口と、原料シュート４の投入口との角度を３５〜１４５°の範囲に配置することにより、図３の平均原料脱炭酸率（％）が５０％以上、また図４の平均チャー反応率（％）が６０％以上になることが判明した。
（実施例２）
次に、実施例２は、実施例１と同様に、実炉の形状に基づいて、図１および図２（ｂ）に示すように、抽気導管５の下方に接続された微粉炭吹込ライン３から、より遠い位置（図では、１１０°）に原料シュート４を配置した。この際、原料シュート４の投入口の中心は、流動化用空気吹込口６から上方に２０００ｍｍの高さ寸法であり、かつ円周方向の同一線上に配置されている抽気導管５の吹込口の中心と同一線上になるように配置した。
次に、実施例２は、実施例１と同様に、実炉の形状に基づいて、図１および図２（ｂ）に示すように、抽気導管５の下方に接続された微粉炭吹込ライン３から、より遠い位置（図では、１１０°）に原料シュート４を配置した。この際、原料シュート４の投入口の中心は、流動化用空気吹込口６から上方に２０００ｍｍの高さ寸法であり、かつ円周方向の同一線上に配置されている抽気導管５の吹込口の中心と同一線上になるように配置した。
また、抽気導管５の下方に配置された微粉炭吹込ライン３の吹込口の中心が、流動化用空気吹込口６から上方に３５０ｍｍ以上、本実施例２では、３５０ｍｍ、５００ｍｍ、８５０ｍｍの三つの高さ寸法に配置して数値流体力学計算を行った。
なお、微粉炭吹込ライン３の吹込口の高さごとの当該微粉炭吹込ライン３の吹込口と原料シュート４の投入口との角度は、以下の通りである。
３５０ｍｍ：３５°，７５°，１１０°，１４５°
５００ｍｍ：５０°，１１０°，１６０°
８５０ｍｍ：５０°，１１０°，１６０°
なお、微粉炭吹込ライン３の吹込口の高さごとの当該微粉炭吹込ライン３の吹込口と原料シュート４の投入口との角度は、以下の通りである。
３５０ｍｍ：３５°，７５°，１１０°，１４５°
５００ｍｍ：５０°，１１０°，１６０°
８５０ｍｍ：５０°，１１０°，１６０°
さらに、セメント原料の投入量、風速、温度などの実炉の操業条件は、実施例１と同様に、例えば、下記のデータを使用した。
・炉体２
炉内径＝４ｍ
炉長＝２５ｍ
・微粉炭吹込ライン３
微粉炭のフィード量＝７．４ｔ／ｈ
搬送空気流速＝１１ｍ／ｓ
温度＝５０℃
・原料シュート４
セメント原料：２００ｔ／ｈ
温度＝７４０℃
搬送空気流速＝０．５ｍ／ｓ
・抽気導管５（円周方向に４箇所配置）
抽気空気
温度＝８８０℃
流速＝１５．８ｍ／ｓ
・流動化用空気吹込口
流動化用空気
温度＝８００℃
流速＝１．６４ｍ／ｓ
・炉体２
炉内径＝４ｍ
炉長＝２５ｍ
・微粉炭吹込ライン３
微粉炭のフィード量＝７．４ｔ／ｈ
搬送空気流速＝１１ｍ／ｓ
温度＝５０℃
・原料シュート４
セメント原料：２００ｔ／ｈ
温度＝７４０℃
搬送空気流速＝０．５ｍ／ｓ
・抽気導管５（円周方向に４箇所配置）
抽気空気
温度＝８８０℃
流速＝１５．８ｍ／ｓ
・流動化用空気吹込口
流動化用空気
温度＝８００℃
流速＝１．６４ｍ／ｓ
そして、微粉炭吹込ライン３の吹込口の高さ寸法ごとに、微粉炭吹込ライン３の吹込口と原料シュート４の投入口との各々の角度の平均原料脱炭酸反応率（％）および平均チャー反応率（％）を演算して割り出した。そして、その結果は、図３および図４に示す通りである。
このように、微粉炭吹込ライン３が抽気導管５の下方であり、かつ流動化用空気吹込口６からの高さ寸法が３５０ｍｍ以上に配置した実施例２においては、微粉炭吹込ライン３の吹込口と、原料シュート４の投入口との角度を９０〜１４５°の範囲に配置することにより、図３の平均原料脱炭酸率（％）が５０％以上、また図４の平均チャー反応率（％）が６０％以上になることが判明した。
なお、微粉炭吹込ライン３が抽気導管５の下方であり、かつ流動化用空気吹込口６からの高さ寸法が５００ｍｍ以上の場合、原料シュート４により近い抽気導管５下に微粉炭吹込ライン３を取り付けると、平均原料脱炭酸率（％）は５０％以上と高いが、５〜２０ｍの高さ位置における炉体２内の炉壁付近のガス温度が高いことが判明した。これは、炉体２のレンガの焼損が懸念されてしまうものである。
（比較例）
さらに、比較例は、実施例１、２と同様に、実炉の形状に基づいて、図２（ｃ）に示すように、抽気導管５の下方以外に接続された微粉炭吹込ライン３から、より近い位置（図では、７５°）に原料シュート４を配置した。この際、原料シュート４の投入口の中心は、流動化用空気吹込口６から上方に２０００ｍｍの高さ寸法であり、かつ円周方向の同一線上に配置されている抽気導管５の吹込口の中心と同一線上になるように配置した。
さらに、比較例は、実施例１、２と同様に、実炉の形状に基づいて、図２（ｃ）に示すように、抽気導管５の下方以外に接続された微粉炭吹込ライン３から、より近い位置（図では、７５°）に原料シュート４を配置した。この際、原料シュート４の投入口の中心は、流動化用空気吹込口６から上方に２０００ｍｍの高さ寸法であり、かつ円周方向の同一線上に配置されている抽気導管５の吹込口の中心と同一線上になるように配置した。
また、抽気導管５の下方以外に配置された微粉炭吹込ライン３の吹込口の中心が、流動化用空気吹込口６から２００ｍｍ、３５０ｍｍの二つの高さ寸法に各々配置して数値流体力学計算を行った。
なお、微粉炭吹込ライン３の吹込口の高さごとの当該微粉炭吹込ライン３の吹込口と原料シュート４の投入口との角度は、以下の通りである。
２００ｍｍ：２０°，７５°，１１０°，１６０°
３５０ｍｍ：２０°，７５°，１１０°，１６０°
なお、微粉炭吹込ライン３の吹込口の高さごとの当該微粉炭吹込ライン３の吹込口と原料シュート４の投入口との角度は、以下の通りである。
２００ｍｍ：２０°，７５°，１１０°，１６０°
３５０ｍｍ：２０°，７５°，１１０°，１６０°
さらに、セメント原料の投入量、風速、温度などの実炉の操業条件は、実施例１、２と同様に、例えば、下記のデータを使用した。
・炉体２
炉内径＝４ｍ
炉長＝２５ｍ
・微粉炭吹込ライン３
微粉炭のフィード量＝７．４ｔ／ｈ
搬送空気流速＝１１ｍ／ｓ
温度＝５０℃
・原料シュート４
セメント原料：２００ｔ／ｈ
温度＝７４０℃
搬送空気流速＝０．５ｍ／ｓ
・抽気導管５（円周方向に４箇所配置）
抽気空気
温度＝８８０℃
流速＝１５．８ｍ／ｓ
・流動化用空気吹込口
流動化用空気
温度＝８００℃
流速＝１．６４ｍ／ｓ
・炉体２
炉内径＝４ｍ
炉長＝２５ｍ
・微粉炭吹込ライン３
微粉炭のフィード量＝７．４ｔ／ｈ
搬送空気流速＝１１ｍ／ｓ
温度＝５０℃
・原料シュート４
セメント原料：２００ｔ／ｈ
温度＝７４０℃
搬送空気流速＝０．５ｍ／ｓ
・抽気導管５（円周方向に４箇所配置）
抽気空気
温度＝８８０℃
流速＝１５．８ｍ／ｓ
・流動化用空気吹込口
流動化用空気
温度＝８００℃
流速＝１．６４ｍ／ｓ
そして、微粉炭吹込ライン３の吹込口の各々の高さ寸法ごとに、微粉炭吹込ライン３の吹込口と原料シュート４の投入口との各々の角度の平均原料脱炭酸反応率（％）および平均チャー反応率（％）を演算して割り出した。そして、その結果は、図３および図４の破線に示す通りである。
このように、微粉炭吹込ライン３が抽気導管５の下方以外であり、かつ流動化用空気吹込口からの高さ寸法が２００ｍｍおよび３５０ｍｍに配置した比較例の場合には、図３の平均原料脱炭酸率（％）が５０％以上であり、また図４の平均チャー反応率（％）が６０％以上の微粉炭吹込ライン３の吹込口と原料シュート４の投入口の性能の高い角度を得ることができなかった。
以上の数値流体力学計算の結果によれば、先ず図５に見られるように、微粉炭吹き込みライン３の吹込口を、抽気導管５の下方に配置することにより、炉体２の底部におけるガス温度が抽気導管５の下方に位置していない場合と比較して高くなっている。これにより、抽気導管５の下方に配置することにより、微粉炭の着火が速くなり、燃焼性が良化したことが分かる。
また、図３および図４に見られるように、原料シュート４から遠い抽気導管５の吸引口の下方に微粉炭吹込ライン３を取り付けた場合には、流動化用空気吹込口６より高さを２００ｍｍ以上に配置することによって、微粉炭の供給位置が最適化されることが分かる。
さらに、原料シュート４に近い抽気導管５の吸引口の下方に微粉炭吹込ライン３を取り付けた場合、流動化用空気吹込口６より高さが３５０ｍｍでは、微粉炭の流れは原料の流れの影響を強く受けてしまい、原料濃度が低く、かつＯ2濃度が高い領域から外れてしまい、チャー反応率が低い。そのため、微粉炭吹込ライン３を流動化用空気吹込口６より高さを２００ｍｍにすることによって、微粉炭の流れは、原料の流れの影響が弱くなり、所望の領域に吹き込むことが判明し、微粉炭の供給位置の最適化を行うことができた。また、流動化用空気吹込口６より高さが５００ｍｍ以上では、所望の領域に吹込むことができるが、局所的に燃焼し過ぎてしまうため、炉壁付近の温度が高くなりすぎて燃損する可能性が高いことが分かった。
また、抽気導管５の下方以外に付けた場合、抽気空気の流れからの影響は弱く、微粉炭の流れは原料の流れの影響を強く受けるため、所望の領域に微粉炭を吹き込むことができず、どこから吹き込んでも燃焼が悪化することが判明した。
以上の実施例１、２の結果に見られるように、上記実施形態に示した流動仮焼炉によれば、軸心方向を上下方向とした筒状の炉体２の側部に接続された微粉炭吹込ライン３の吹込口が、当該炉体２の側部に接続された抽気導管５の吸引口の下方であり、かつ炉体２の底部に配設された流動化用空気吹込口６の上方に配設されているため、燃料の流れが抽気空気の流れの影響を強く受け、原料濃度が低く（脱炭酸により吸熱が起こりにくい）、かつＯ2濃度が高い領域に燃料を吹き込むことができ、燃焼を良化することができる。これにより、炉体２上部の出口における燃料の未燃率を低下させ、プレヒータ内の温度を低く抑えてサイクロンや原料シュートでの付着物の生成によるプレヒータでの閉塞を防ぎ、良好な運転を行うことができる。
また、微粉炭吹込ライン３の吹込口中心を、流動化用空気吹込口６から２００ｍｍの位置に配設するとともに、原料シュート４の投入口の中心から炉体２の円周方向に対して３５〜１４５°の位置に配設することにより、平均チャー反応率において６０％以上、また平均原料脱炭酸率において５０％以上にすることができ、燃料に石炭やコークスなどの燃焼性の悪い微粉炭を使用しても、炉体２上部の出口における未燃率を低下させ、プレヒータ内の温度を低く抑えてサイクロンや原料シュートでの付着物の生成による閉塞を防止することができるとともに、耐火物の損耗低減を図ることができる。
そして、微粉炭吹込ライン３の吹込口中心を、流動化用空気吹込口６から３５０ｍｍ以上の位置に配設するとともに、原料シュート４の投入口の中心から炉体２の円周方向に対して９０〜１４５°の位置に配設することにより、平均チャー反応率において６０％以上、また平均原料脱炭酸率において５０％以上にすることができ、燃料に石炭やコークスなどの燃焼性の悪い微粉炭を使用しても、上記炉体上部の出口における未燃率を低下させ、プレヒータ内の温度を低く抑えてサイクロンや原料シュートでの付着物の生成による閉塞を防止することができるとともに、耐火物の損耗低減を図ることができる。
さらに、微粉炭吹込ライン３の吹込口中心を、流動化用空気吹込口６から２００ｍｍ以上の位置に配設するとともに、原料シュート４の投入口の中心から炉体２の円周方向に対して１００〜１２０°の位置に配設することにより、燃料に石炭やコークスなどの燃焼性の悪い微粉炭を使用しても、炉体２上部の出口における未燃率をより低下させ、プレヒータ内の温度を低く抑えてサイクロンや原料シュートでの付着物の生成による閉塞を防止することができるとともに、耐火物の損耗低減をさらに図ることができる。
軸心方向を上下方向とした筒状の流動仮焼炉に利用することができる。
１ 流動仮焼炉
２ 炉体
３ 微粉炭吹込ライン
４ 原料シュート
５ 抽気導管
６ 流動化用空気吹込口
２ 炉体
３ 微粉炭吹込ライン
４ 原料シュート
５ 抽気導管
６ 流動化用空気吹込口
Claims (3)
- 軸心方向を上下方向とした内径が４ｍであって炉長が２５ｍの筒状の炉体と、この炉体の側部に、当該炉体内に微粉炭を１１ｍ／ｓの流速の搬送空気によって５０℃の温度かつ７．４ｔ／ｈのフィード量で吹き込む１つの微粉炭吹込ラインおよびセメント原料を０．５ｍ／ｓの流速の搬送空気によって７４０℃の温度かつ２００ｔ／ｈの供給量で投入する１つの原料シュートならびに円周方向の４箇所に配置されて８８０℃の抽気空気を１５．８ｍ／ｓの流速で吸引する抽気導管が接続されているとともに、上記炉体の底部に当該炉体内に８００℃の流動化空気を１．６４ｍ／ｓの流速で上記軸心方向の上方に向けて吹き込む流動化用空気吹込口が配設された流動仮焼炉において、
上記微粉炭吹込ラインの吹込口は、その中心が上記抽気導管の上記軸心方向の下方において当該抽気導管の中心と鉛直方向に対して同一線上であって、上記流動化用空気吹込口から上記軸心方向の上方に２００ｍｍの位置であり、かつ上記原料シュートの投入口の中心から上記炉体の円周方向に対して３５〜１４５°の位置に配設されていることを特徴とする流動仮焼炉。 - 軸心方向を上下方向とした内径が４ｍであって炉長が２５ｍの筒状の炉体と、この炉体の側部に、当該炉体内に微粉炭を１１ｍ／ｓの流速の搬送空気によって５０℃の温度かつ７．４ｔ／ｈのフィード量で吹き込む１つの微粉炭吹込ラインおよびセメント原料を０．５ｍ／ｓの流速の搬送空気によって７４０℃の温度かつ２００ｔ／ｈの供給量で投入する１つの原料シュートならびに円周方向の４箇所に配置されて８８０℃の抽気空気を１５．８ｍ／ｓの流速で吸引する抽気導管が接続されているとともに、上記炉体の底部に当該炉体内に８００℃の流動化空気を１．６４ｍ／ｓの流速で上記軸心方向の上方に向けて吹き込む流動化用空気吹込口が配設された流動仮焼炉において、
上記微粉炭吹込ラインの吹込口は、その中心が上記抽気導管の上記軸心方向の下方において当該抽気導管の中心と鉛直方向に対して同一線上であって、上記流動化用空気吹込口から上記軸心方向の上方に３５０ｍｍ以上５００ｍｍ未満の位置であり、かつ上記原料シュートの投入口の中心から上記炉体の円周方向に対して９０〜１４５°の位置に配設されていることを特徴とする流動仮焼炉。 - 軸心方向を上下方向とした内径が４ｍであって炉長が２５ｍの筒状の炉体と、この炉体の側部に、当該炉体内に微粉炭を１１ｍ／ｓの流速の搬送空気によって５０℃の温度かつ７．４ｔ／ｈのフィード量で吹き込む１つの微粉炭吹込ラインおよびセメント原料を０．５ｍ／ｓの流速の搬送空気によって７４０℃の温度かつ２００ｔ／ｈの供給量で投入する１つの原料シュートならびに円周方向の４箇所に配置されて８８０℃の抽気空気を１５．８ｍ／ｓの流速で吸引する抽気導管が接続されているとともに、上記炉体の底部に当該炉体内に８００℃の流動化空気を１．６４ｍ／ｓの流速で上記軸心方向の上方に向けて吹き込む流動化用空気吹込口が配設された流動仮焼炉において、
上記微粉炭吹込ラインの吹込口は、その中心が上記抽気導管の上記軸心方向の下方において当該抽気導管の中心と鉛直方向に対して同一線上であって、上記流動化用空気吹込口から上記軸心方向の上方に２００ｍｍ以上８５０ｍｍ未満の位置であり、かつ上記原料シュートの投入口の中心から上記炉体の円周方向に対して１００〜１２０°の位置に配設されていることを特徴とする流動仮焼炉。
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