JP7212582B2

JP7212582B2 - セメント焼成装置及びセメントキルン排ガスの脱硝方法

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Publication number: JP7212582B2
Application number: JP2019098379A
Authority: JP
Inventors: 英人鈴木
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-05-27
Filing date: 2019-05-27
Publication date: 2023-01-25
Anticipated expiration: 2039-05-27
Also published as: JP2020193115A

Description

本発明は、セメントキルンから排出される燃焼ガス中の窒素酸化物（以下「ＮＯ_X」という。）の濃度を低減する技術に関する。

セメントキルンの排ガスには、焼成帯の高温域に起因するＮＯ_Xが含まれ、ＮＯ_Xの濃度が高い場合には、尿素やアンモニア等の脱硝剤を投入したり、仮焼炉における燃焼による還元作用によってＮＯ_X濃度を低減している。しかし、尿素を脱硝剤として利用する方法では、尿素が高価であるため運転コストが高騰する。また、尿素を添加するのみでは脱硝効率が低く、ＮＯ_Xと反応しなかった余剰アンモニアがそのまま系外へ排出される虞もある。

そこで、特許文献１には、ポリアミド系樹脂及びユリア樹脂を含む廃プラスチックをセメントキルンの窯尻に投入して燃焼させ、ポリアミド系樹脂から発生したアンモニアと、ユリア樹脂から発生した尿素とが燃焼ガスに混合されることで無触媒脱硝剤として機能し、セメント焼成工程のＮＯ_X濃度を低減する方法が記載されている。

また、特許文献２には、仮焼炉において燃焼用二次空気の旋回流の旋回強さを調整し、還元性ガスを含む二次空気とキルン排ガスとを混合し、また、炉本体下部に残留する未燃焼分を再燃焼させるための再燃焼用空気の供給位置を適切に設定し、未燃焼分を効率よく燃焼させることでセメントキルン排ガス中の脱硝効果を向上させる方法が記載されている。

しかし、特許文献１に記載の方法では、Ｏ₂濃度の低い窯尻に廃プラスチックを投入することで、セメント焼成装置内の焼成状態が悪化する。さらに、特許文献２に記載の方法では、仮焼炉の形式が限定されるため、同文献に記載の仮焼炉と異なる形式の仮焼炉では脱硝効果が得られない。

そこで、特許文献３には、セメントキルンの窯尻内に燃料及び燃焼用空気を吹き込み、該燃料を燃焼させる脱硝用バーナーを備えるセメント焼成装置が記載され、前記バーナーを設けたことで、セメントキルン排ガス中のＮＯ_Xを窯尻内の低酸素領域において還元することができると共に、燃料を燃焼させることでセメント原料の脱炭酸効率も向上させることができ、仮焼炉の形式を問わず、良好な焼成状態を維持しながらセメントキルン排ガス中のＮＯ_X濃度を効率よく低減することができる。

特許第５２０７４７４号公報特許第３７６８０７０号公報特許第６４７６１６５号公報

上記特許文献３に記載の発明は有効であるが、近年の環境意識高揚に鑑み、セメントキルン排ガス中のＮＯ_X濃度をさらに効率よく低減することが求められている。

上記目的を達成するため、本発明のセメント焼成装置は、セメントキルンの窯尻に設置され、該窯尻内に燃料及び燃焼用空気を吹き込み、該燃料を燃焼させる第１の脱硝用バーナーと、前記窯尻と該セメントキルンに付設された仮焼炉との間のダクト内に燃料及び燃焼用空気を吹き込み、該燃料を燃焼させる第２の脱硝用バーナーとを備えることを特徴とする。

本発明に係るセメント焼成装置によれば、窯尻内に燃料及び燃焼用空気を吹き込む第１の脱硝用バーナーに加え、窯尻とセメントキルンに付設された仮焼炉との間のダクト内に燃料及び燃焼用空気を吹き込む第２の脱硝用バーナーを設けたことで、セメントキルン排ガス中のＮＯ_Xを窯尻内及び仮焼炉までのダクトの低酸素領域において段階的に還元することができると共に、両バーナーで燃料を燃焼させることでセメント原料の脱炭酸効率も徐々に向上させることができ、仮焼炉の形式を問わず、良好な焼成状態を維持しながらセメントキルン排ガス中のＮＯ_X濃度をさらに効率よく低減することができる。

前記第２の脱硝用バーナーは、前記燃料と前記燃焼用空気との混合流を旋回させる旋回手段を備えることができる。これにより燃料の燃焼効率が向上し、脱炭酸効率をさらに向上させることができる。

また、本発明は、セメントキルン排ガスの脱硝方法であって、セメントキルンの窯尻に設置した第１の脱硝用バーナーから該窯尻内に燃料及び燃焼用空気を吹き込み、該燃料を燃焼させると共に、前記窯尻と該セメントキルンに付設された仮焼炉との間のダクトに設置した第２の脱硝用バーナーから該ダクト内に燃料及び燃焼用空気を吹き込み、該燃料を燃焼させることを特徴とする。

本発明に係るセメントキルン排ガスの脱硝方法によれば、第１の脱硝用バーナーから窯尻内に燃料及び燃焼用空気を吹き込むと共に、第２の脱硝用バーナーから窯尻と仮焼炉との間のダクト内に燃料及び燃焼用空気を吹き込むことで、セメントキルン排ガス中のＮＯ_Xを窯尻内及び仮焼炉までのダクトの低酸素領域において段階的に還元することができると共に、両バーナーで燃料を燃焼させることでセメント原料の脱炭酸効率も徐々に向上させることができ、仮焼炉の形式を問わず、良好な焼成状態を維持しながらセメントキルン排ガス中のＮＯ_X濃度をさらに効率よく低減することができる。

上記セメントキルン排ガスの脱硝方法において、前記第１の脱硝用バーナーによる前記セメントキルンの窯尻内への燃料供給量を、前記仮焼炉への燃料供給量の２０％以上５０％以下とし、前記第２の脱硝用バーナーによる前記ダクト内への燃料供給量を、前記仮焼炉への燃料供給量の２０％以上８０％以下とすることができ、燃料として微粉炭、重油及び可燃性廃棄物の少なくとも一つを含むことができる。

以上のように、本発明によれば、仮焼炉の形式を問わず、良好な焼成状態を維持しながらセメントキルン排ガス中のＮＯ_X濃度をさらに効率よく低減することができる。

本発明に係るセメントキルン焼成装置の一実施の形態を示す概略図である。図１の第１のバーナーを示す図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はバーナー先端部の展開図である。

図１は、本発明に係るセメント焼成装置の一実施の形態を示し、このセメント焼成装置１は、セメント原料（以下「原料」という。）Ｒを予熱するプレヒータ２と、プレヒータ２の上から３段目のサイクロン２ｂからの原料Ｒ１を仮焼炉バーナー１３から吹き込まれた燃料Ｆ２によって仮焼する仮焼炉３と、プレヒータ２の最下段サイクロン２ａからの原料Ｒ２を主バーナー１７から吹き込まれた燃料Ｆ１によって焼成するセメントキルン５と、セメントキルン５で焼成されたセメントクリンカを冷却するクリンカクーラ６と、セメントキルン５の窯尻４に設置された第１の脱硝用バーナー１４、窯尻４と仮焼炉３との間のダクト１６に設置された第２の脱硝用バーナー１５等で構成される。尚、第１の脱硝用バーナー１４及び第２の脱硝用バーナー１５を除く、プレヒータ２、仮焼炉３、セメントキルン５及びクリンカクーラ６等の構成は、従来のものと同様である。

第１の脱硝用バーナー１４は、図２に示すように、筒状の本体１４ａの先端部に旋回羽根（旋回手段）１４ｂを旋回角度１０・５０度で６・１０枚固定した円筒状部材１４ｈと、円筒状部材１４ｈの中心部に位置する棒状部材１４ｊと、円筒状部材１４ｈの先端外側に位置するリング状部材１４ｆとを備える。この第１の脱硝用バーナー１４は、先端部側が耐火物１４ｅで覆われ、本体１４ａの後端側の取付用部材１４ｃと窯尻４の表面４ａとがブラケット１４ｄによって結合されて窯尻４に装着される。窯尻４も耐火物４ｂで保護される。尚、旋回角度とは、図２（ｃ）に示すように、円筒状部材１４ｈを平面状に展開した場合に、第１の脱硝用バーナー１４の軸線方向１４ｍと、旋回羽根１４ｂの中心線１４ｇとのなす角θであり、流路の先端１４ｋにおける固体粉末燃料流Ｆの旋回角度に一致する。上記旋回羽根１４ｂの枚数及び旋回角度は適宜変更することができる。

第２の脱硝用バーナー１５も、図示を省略するが、図２に示した第１の脱硝用バーナー１４と同様の構成を有し、筒状の本体の先端部に旋回羽根（旋回手段）を旋回角度１０・５０度で６・１０枚備え、先端部側が耐火物で覆われ、後端側がダクト１６に装着される。旋回角度の定義も第１の脱硝用バーナー１４の場合と同様であり、上記旋回羽根の枚数及び旋回角度は適宜変更することができる。第２の脱硝用バーナー１５は１本設置してもよく、複数本設置してもよい。

次に、本発明に係るセメントキルン排ガスの脱硝方法について図１及び図２を参照しながら説明する。

セメントキルン５の主バーナー１７から微粉炭等の燃料Ｆ１を吹き込んで燃焼させ、セメント焼成装置１のプレヒータ２でセメントキルン５からの排ガスＧを用いて原料Ｒの予熱を行い、仮焼炉３でプレヒータ２のサイクロン２ｂからの原料Ｒ１を仮焼する。この際、仮焼炉バーナー１３から燃料Ｆ２と共に、クリンカクーラ６からの３次空気Ｇ１を吹き込んで燃料Ｆ２を燃焼させる。燃料Ｆ２には、微粉炭、重油等が用いられ、可燃性廃棄物を燃料Ｆ２の一部又は全部に用いてもよい。

セメントキルン５の窯尻４に設置された第１の脱硝用バーナー１４、及びダクト１６に設置された第２の脱硝用バーナー１５からも燃料Ｆ３、Ｆ４を燃焼用空気と共に吹き込み、燃料Ｆ３、Ｆ４を燃焼させる。燃料Ｆ３、Ｆ４には、仮焼炉３用の燃料Ｆ２と同様、微粉炭、重油、可燃性廃棄物を用いることができ、これらのいずれか一つ又は複数を同時に用いてもよい。

第１の脱硝用バーナー１４から燃料Ｆ３を吹き込むことで、セメントキルン５の燃焼ガスＧに含まれるＮＯ_Xを窯尻内の低酸素領域において還元することができる。また、燃料Ｆ３を燃焼用空気を用いて燃焼させることで、原料Ｒ２、Ｒ３の脱炭酸を行うこともでき、セメント焼成装置１全体の脱炭酸効率を向上させることもできる。この際、第１の脱硝用バーナー１４に設けた旋回羽根１４ｂにより燃料Ｆ３と燃焼用空気との混合流を旋回させて窯尻４の内部に吹き込むため、燃料Ｆ３の燃焼効率が向上する。

また、第２の脱硝用バーナー１５から燃料Ｆ４を吹き込むことで、セメントキルン５の燃焼ガスＧに残存するＮＯ_Xをダクト１６内の低酸素領域において還元することができ、また、燃料Ｆ４を燃焼用空気を用いて燃焼させることで、原料Ｒ２、Ｒ３の脱炭酸を徐々に行うこともでき、セメント焼成装置１全体の脱炭酸効率をさらに向上させることもできる。さらに、第２の脱硝用バーナー１５に設けた旋回羽根により燃料Ｆ４と燃焼用空気との混合流を旋回させてダクト１６内に吹き込むため、燃料Ｆ４の燃焼効率が向上する。

上記仮焼炉３用の燃料Ｆ２と、第１の脱硝用バーナー１４から吹き込む燃料Ｆ３の割合を２０％以上５０％以下、第２の脱硝用バーナー１５から吹き込む燃料Ｆ４の割合を２０％以上８０％以下に調整することが好ましい。尚、第２の脱硝用バーナー１５を複数本設置した場合には、複数本の第２の脱硝用バーナー１５から吹き込む燃料Ｆ４の合計が仮焼炉３用の燃料Ｆ２の２０％以上８０％以下になるように調整する。燃料Ｆ３、Ｆ４の割合が２０％を下回ると脱硝効果が低下して好ましくない。

次に、プレヒータ２のサイクロン２ａからの原料Ｒ２をセメントキルン５において焼成し、得られたクリンカをクリンカクーラ６で冷却してセメントクリンカＣＬを得る。

本発明によれば、第１の脱硝用バーナー１４に加えて第２の脱硝用バーナー１５を用いたため、第１の脱硝用バーナー１４のみ用いた場合に比較して、セメントキルン等において良好な焼成状態を維持した上で、煙突出口のＮＯ_X濃度が４０～６０ｐｐｍ低下した。

尚、上記実施の形態においては、第１の脱硝用バーナー１４及び第２の脱硝用バーナー１５に旋回羽根を設けたが、旋回羽根は必ずしも設置する必要はなく、燃焼用空気を旋回させずに燃料Ｆ３、Ｆ４と共に窯尻４及びダクト１６に吹き込むこともできる。

１セメント焼成装置
２プレヒータ
３仮焼炉
４窯尻
５セメントキルン
６クリンカクーラ
１３仮焼炉バーナー
１４第１の脱硝用バーナー
１５第２の脱硝用バーナー
１６ダクト
１７主バーナー

Claims

セメントキルンの窯尻に設置され、該窯尻内に燃料及び燃焼用空気を吹き込み、該燃料を燃焼させる第１の脱硝用バーナーと、
前記窯尻と該セメントキルンに付設された仮焼炉との間のダクト内に燃料及び燃焼用空気を吹き込み、該燃料を燃焼させる第２の脱硝用バーナーとを備えることを特徴とするセメント焼成装置。
前記第２の脱硝用バーナーは、前記燃料と前記燃焼用空気との混合流を旋回させる旋回手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のセメント焼成装置。
セメントキルンの窯尻に設置した第１の脱硝用バーナーから該窯尻内に燃料及び燃焼用空気を吹き込み、該燃料を燃焼させると共に、
前記窯尻と該セメントキルンに付設された仮焼炉との間のダクトに設置した第２の脱硝用バーナーから該ダクト内に燃料及び燃焼用空気を吹き込み、該燃料を燃焼させることを特徴とするセメントキルン排ガスの脱硝方法。
前記第１の脱硝用バーナーによる前記セメントキルンの窯尻内への燃料供給量は、前記仮焼炉への燃料供給量の２０％以上５０％以下であり、前記第２の脱硝用バーナーによる前記ダクト内への燃料供給量は、前記仮焼炉への燃料供給量の２０％以上８０％以下であることを特徴とする請求項３に記載のセメントキルン排ガスの脱硝方法。
前記ダクト内へ供給される燃料は、微粉炭、重油及び可燃性廃棄物の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項３又は４に記載のセメントキルン排ガスの脱硝方法。