JP7312133B2 - ダスト濃度低減装置及びその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、セメント焼成装置に付設される塩素バイパス装置において、抽気ガス中の原料ダスト濃度を低減して低融点揮発成分の除去を効率的に行うためのダスト濃度低減装置及びその運転方法に関する。

セメント原燃料としてリサイクルされる各種廃棄物に含まれる塩素、硫黄、アルカリ等の低融点揮発成分は、セメント焼成装置を構成するプレヒータの閉塞を生じさせてセメント焼成装置を運転停止に至らせることから、セメントの製造運転における忌避成分と見做されている。そのため、セメント焼成装置を構成するセメントキルンの窯尻部に、当該低融点揮発成分を高濃度に含む燃焼ガスの一部をセメント焼成装置から抽気するための塩素バイパス装置を設置して、セメント焼成装置内の低融点揮発成分の低減が図られている。

この塩素バイパス装置で抽気される燃焼ガスには、セメントキルンの窯尻部において舞い上がるなどしたセメントクリンカ原料が、原料ダストとして含まれてしまう。抽気ガスに含まれる原料ダストの濃度が高いほど低融点揮発成分の除去効率が低下してしまうため、例えば下記特許文献１～３では、塩素バイパス装置の抽気口の下方又は上方に邪魔板を設置して、原料ダストが抽気ガスに含まれることを抑制している。

特開２０１２－４１２２３号公報 国際公開第２０１５／０４６２００号パンフレット 特開２０１６－６４９３９号公報

しかしながら、上記の特許文献の邪魔板には、セメントキルン窯尻部の高温環境及び含塵気流によって激しい摩耗が生じるために、設置後数ヶ月で抽気ガスの原料ダスト濃度を低減する機能を喪失してしまい、約１年間の連続運転を行うセメント焼成装置の運転期間の全てに渡って原料ダスト濃度が十分に低減された抽気ガスを得ることができないという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、塩素バイパス装置による低融点揮発成分の除去をセメント焼成装置の運転期間の全てにおいて好適な状態で持続するために、塩素バイパス装置の抽気ガスに含まれる原料ダスト濃度の効果的な低減を維持することができるダスト濃度低減装置及びその運転方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題についての鋭意検討の結果、塩素バイパス装置の抽気口の周囲の少なくとも一部にカーテン状のガスを噴出することが可能なダスト濃度低減装置であれば、上記課題を解決できることを新たに見出した。

すなわち、本発明に係るダスト濃度低減装置は、カーテン状のガスを噴出するためのガス噴出口を備え、前記ガス噴出口は、塩素バイパス装置の抽気口の周囲の少なくとも一部に配置され、前記ガス噴出口から噴出されるガスの流量及び／又は流速が制御可能であることを特徴とする。

従って、本発明に係るダスト濃度低減装置によれば、ガス噴出口から噴出されるカーテン状のガス（以後、このガスを「エアカーテン」と称する。）の流量及び／又は流速を任意に制御することによって、塩素バイパス装置の抽気口の周囲に任意の広がりを有するエアカーテンを形成することができ、さらに、そのエアカーテンの広がり具合を運転中に制御することができる。

摩耗が生じないエアカーテンを用いることによって、塩素バイパス装置の抽気ガスに取り込まれる原料ダスト濃度を持続して低減することが可能となる。さらに、セメント焼成装置の運転状態の変化に合わせてエアカーテンの広がりを最適化することがセメント焼成装置の運転を停止することなく可能になるため、セメントの安定生産及び品質安定化にも寄与することができる。

また、本発明に係るダスト濃度低減装置のガス噴出口は、直線状、若しくは、円弧状、又は、複数の点状のガス噴出口の直線状の配列、若しくは、複数の点状のガス噴出口の円弧状の配列であることを特徴とする。

上記の構成によれば、本発明のダスト濃度低減装置は、塩素バイパス装置の抽気口が孔設されているセメントキルンの窯尻部における前記ガス噴出口の設置箇所の許容度や当該ガス噴出口に連接されるガス導管を付設する際のセメントキルンの窯尻部外側の配管レイアウトの許容度に応じた任意の設置が可能である。

さらに、本発明に係るダスト濃度低減装置のガス噴出口は、直線状、円弧状、点状のガス噴出口の直線状の配列、及び、点状のガス噴出口の円弧状の配列から選択されるいずれか一つ以上の形状又は配列が、複数組み合わされてなるものであって、それぞれの前記ガス噴出口から噴出されるガスの流量及び／又は流速が独立して制御可能であることを特徴とする。

上記の構成によれば、本発明のダスト濃度低減装置は、塩素バイパス装置の抽気口の任意の周囲に、セメント焼成装置の運転状態の変化に合わせてエアカーテンの発生と消失及びかかるエアカーテンの広がりを最適化することが可能なので、塩素バイパス装置の抽気ガス中の原料ダスト濃度の良好な低減状態を長期間にわたり持続することができる。

さらに、本発明に係るダスト濃度低減装置のガス噴出口は、前記塩素バイパス装置の抽気口の上方又は下方に配置される場合には、前記抽気口の鉛直方向の半径をｒとした場合、前記抽気口の上下方向の最近端部との最短距離がｒ以下であるか、又は、前記塩素バイパス装置の抽気口の右方又は左方に配置される場合には、前記抽気口の水平方向の半径をＲとした場合、前記抽気口の水平方向の最近端部との最短距離がＲ以下であることを特徴とする。

上記の構成によれば、本発明のダスト濃度低減装置は、セメントキルンの窯尻部における原料ダストの発塵状態が激しい場合でも、塩素バイパス装置の抽気ガスへの原料ダストの流入を効果的に抑制することができる。

さらに、本発明に係るダスト濃度低減装置のガス噴出口は、前記塩素バイパス装置の抽気口の上方又は下方に配置される場合には、前記抽気口の水平方向の半径をＲとした場合、上面視で、前記抽気口が穿設されたセメントキルンの窯尻部の内壁面に沿って直線距離２×Ｒ以上の幅を有して前記抽気口の全てを内包し、又は、前記塩素バイパス装置の抽気口の右方又は左方に配置される場合には、前記抽気口の鉛直方向の半径をｒとした場合、側面視で、前記抽気口が穿設されたセメントキルンの窯尻部の内壁面に沿って直線距離２×ｒ以上の幅を有して前記抽気口の全てを内包することを特徴とする。

上記の構成によれば、本発明のダスト濃度低減装置は、セメントキルンの窯尻部における原料ダストの発塵状態が激しい場合でも、塩素バイパス装置の抽気ガスへの原料ダストの流入を効果的に抑制することができる。

また、本発明は、前記ダスト濃度低減装置の運転方法であって、前記ダスト濃度低減装置が付設されるセメント焼成装置を構成するセメントキルン内を通風する燃焼ガスの通気量ａ０（Ｎｍ^３／時間）に対する、前記ガス噴出口から噴出されるガスの風量ａ（Ｎｍ^３／時間）の比ａ／ａ０が、０．０００１以上０．１５以下であることを特徴とする。

さらに、本発明のダスト濃度低減装置の運転方法は、前記ガス噴出口から噴出されるガスの流速が、１０ｍ／秒以上２００ｍ／秒以下であっても構わない。

さらに、本発明のダスト濃度低減装置の運転方法は、前記ガス噴出口から噴出されるガスが、前記塩素バイパス装置の抽気口が穿設されたセメントキルンの窯尻部の内壁面となす角度が下方側内壁面から４５°から上方側内壁面から４５°まで、及び／又は、前記内壁面となす角度が右側内壁面から４５°から左側内壁面から４５°までの範囲の角度方向に噴出されても構わない。

さらに、本発明のダスト濃度低減装置の運転方法は、前記ガス噴出口から噴出されるガスの温度が、外気温以上２５０℃以下であっても構わない。

本発明のダスト濃度低減装置及びその運転方法によれば、塩素バイパス装置の抽気ガスに含まれる原料ダスト濃度の効果的な低減を、セメント焼成装置の運転期間の全てにわたって維持することができるので、塩素バイパス装置による低融点揮発成分の効率的な除去が継続でき、長期間にわたるセメント製造装置の安定運転が可能になる。

本発明のダスト濃度低減装置が付設されたセメントキルンの窯尻部の構造の一例を模式的に示す図面である。 図１における抽気口及びガス噴出口の設置箇所を拡大した図面である。 直線状のガス噴出口が、抽気口の鉛直方向上方（＋Ｙ方向）に配置された一実施形態である。 円弧状のガス噴出口が、抽気口の鉛直方向下方（－Ｙ方向）に配置された一実施形態である。 直線状のガス噴出口が、抽気口の水平方向右方（－Ｘ方向）に配置された一実施形態である。 直線状のガス噴出口が、抽気口の鉛直方向下方（－Ｙ方向）及び水平方向右方（－Ｘ方向）に連続的に配置された一実施形態である。 図６に示すガス噴出口を含むダスト濃度低減装置の構成の一例を模式的に示す図面である。 図６に示すガス噴出口からのガスの噴出角度を模式的に示す図面である。 塩素バイパス装置からの排ガスをカーテン状のガスとして用いるための構成の一例を模式的に示す図面である。 ダスト濃度低減装置によって塩素バイパス装置の冷風取り込み量を減らすための構成の一例を模式的に示す図面である。 ガス噴出口が複数の点状のガス噴出口の直線状の配列である別実施形態である。

以下、本発明のダスト濃度低減装置及びその運転方法の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の図面は模式的に示されたものであり、図面上の寸法比は実際の寸法比と一致していない。

図１は、本発明のダスト濃度低減装置のガス噴出口が塩素バイパス装置の抽気口の下方に配置された場合に関する、セメントキルンの窯尻部の一実施形態を模式的に示す図面である。図１において、（ａ）がセメントキルンの窯尻部の正面図であり、（ｂ）が側面図である。ここでの正面図とは、セメントキルンの軸方向に窯尻部を見た図である。なお、（ｂ）の側面図では、説明の便宜のため、後述するガス導管２、プローブ４、原料シュート６を図示していない。

なお、図１においては、セメントキルンの軸方向においてセメントクリンカ原料の流れる方向をＸ方向とし、セメントキルン燃焼ガスが仮焼炉へ向かう方向をＹ方向とし、ＸＹ平面に直交する方向をＺ方向として座標系を設定している。以下では、このＸＹＺ座標系を適宜参照しながら説明する。

また、断りのない限り、本説明の図示では、セメントクリンカ原料などの固体の流れを実線で、セメントキルン燃焼ガスなどの気体の流れを破線で、制御信号などの通信を一点鎖線で示す。

図１に示されるように、セメントキルン８とラインジングダクト７の連接部に相当するセメントキルンの窯尻部１では、セメントキルン８からの燃焼ガスＨＧがラインジングダクト７を経由して仮焼炉（不図示）に送気されると同時に、プレヒータ（不図示）からのセメントクリンカ原料ＲＭが原料シュート６と原料供給口６ｂを経由してセメントキルン８に送られている。そして、塩素バイパス装置として、燃焼ガスＨＧの一部を抽気ガスＥＧとして抽気するための抽気口５が原料供給口６ｂの上方に配置され、抽気された抽気ガスＥＧはプローブ４で冷却されながら固気分離装置（不図示）へ送られる。

図１において、本発明のダスト濃度低減装置を構成するガス噴出口３は、直線状であり、抽気口５の下方に設置されている。ガス噴出口３から噴出されるエアカーテンＡＣは、セメントキルンの窯尻部１の外部から供給されたガスＡがガス導管２を経由して噴出されたものである。このガス噴出口３の直線状の形状及び配置により、抽気口５の下方に平板状のエアカーテンＡＣを形成することが可能になり、これによって窯尻部下方から舞い上がる原料ダストが抽気ガスＥＧに取り込まれるのを効果的に抑制することができる。この点につき、図１（ｂ）の抽気口５及びガス噴出口３の設置箇所の拡大図である図２を参照しながら説明する。

本実施形態において、直線状のガス噴出口３は、抽気ガスＥＧを抽気するための抽気口５の鉛直方向下方（－Ｙ方向）に配置されている。ここで、抽気口５の下方最近端部ｅ１とガス噴出口３との最短距離ｄは、抽気口５の鉛直方向の半径をｒとした場合、０＜ｄ≦ｒである。また、ガス噴出口３の水平方向の長さＬは、抽気口５の水平方向の半径をＲとした場合、２Ｒ≦Ｌである。そして、抽気口５の中心位置ｏとガス噴出口３の中心位置Ｏ１は同一鉛直線上にある。すなわち、鉛直方向から見た場合に、ガス噴出口３は抽気口５の全てを内包するように配置される。

このような位置関係及び大きさのガス噴出口３を配置することによって、抽気口５に向かって舞い上がる原料ダストを、ガス噴出口３が形成するエアカーテンＡＣによって効果的に遮蔽することができる。

このガス噴出口３と抽気口５の位置関係及び大きさの関係は、ガス噴出口３を抽気口５の上方に配置しても、又、ガス噴出口３が円弧状であっても、さらには、ガス噴出口３を抽気口５の側方（右方又は／及び左方）に配置していても同じである。それらの一実施形態を図３～図５に示す。

図３は、直線状のガス噴出口３が、抽気口５の鉛直方向上方（＋Ｙ方向）に配置された一実施形態である。ここで、抽気口５の上方最近端部ｅ２とガス噴出口３との最短距離ｄは、抽気口５の鉛直方向の半径をｒとした場合、０＜ｄ≦ｒであり、ガス噴出口３の水平方向の長さＬは、抽気口５の水平方向の半径をＲとした場合、２Ｒ≦Ｌである。そして、抽気口５の中心位置ｏとガス噴出口３の中心位置Ｏ１は同一鉛直線上にあって、鉛直方向から見た場合に、ガス噴出口３は抽気口５の全てを内包するように配置される。

図４は、円弧状のガス噴出口３が、抽気口５の鉛直方向下方（－Ｙ方向）に配置された一実施形態である。ここで、抽気口５の下方最近端部ｅ１とガス噴出口３との最短距離ｄは、抽気口５の鉛直方向の半径をｒとした場合、０＜ｄ≦ｒであり、ガス噴出口３の水平方向の長さＬは、抽気口５の水平方向の半径をＲとした場合、２Ｒ≦Ｌである。そして、抽気口５の中心位置ｏとガス噴出口３の中心位置Ｏ１は同一鉛直線上にあって、鉛直方向から見た場合に、ガス噴出口３は抽気口５の全てを内包するように配置される。

図５は、直線状のガス噴出口３が、抽気口５の水平方向右方（－Ｘ方向）に配置された一実施形態である。ここで、抽気口５の右方最近端部ｅ３とガス噴出口３との最短距離Ｄは、抽気口５の水平方向の半径をＲとした場合、０＜Ｄ≦Ｒであり、ガス噴出口３の鉛直方向の長さｌは、抽気口５の鉛直方向の半径をｒとした場合、２ｒ≦ｌである。そして、抽気口５の中心位置ｏとガス噴出口３の中心位置Ｏ２は同一水平線上にあって、水平方向から見た場合に、ガス噴出口３は抽気口５の全てを内包するように配置される。

また、ガス噴出口３は、抽気口５の上方、下方、左方及び右方のいずれか２つ以上の方向に同時に配置されてもよい。そのような一実施形態として、抽気口５の下方と右方にガス噴出口３を配置した例を図６に示す。

直線状のガス噴出口３ａは、抽気口５の鉛直方向下方（－Ｙ方向）に、抽気口５の下方最近端部ｅ１から、抽気口５の鉛直方向の半径をｒとした場合に０＜ｄ≦ｒである最短距離ｄの位置に水平に配置され、その水平方向の長さＬは、抽気口５の水平方向の半径をＲとした場合に２Ｒ≦Ｌであって、抽気口５の中心位置ｏとガス噴出口３ａの中心位置Ｏ１は同一鉛直線上にある。さらに、直線状のガス噴出口３ｂが、抽気口５の水平方向右方（－Ｘ方向）に、抽気口５の右方最近端部ｅ３から、抽気口５の水平方向の半径をＲとした場合に０＜Ｄ≦Ｒである最短距離Ｄの位置に鉛直に配置され、その鉛直方向の長さｌは、抽気口５の鉛直方向の半径をｒとした場合に２ｒ≦ｌであって、抽気口５の中心位置ｏとガス噴出口３ｂの中心位置Ｏ２は同一水平線上にある。そして、ガス噴出口３ａの右側端部とガス噴出口３ｂの下側端部とが接するようにガス噴出口３ａとガス噴出口３ｂは配置されるので、抽気口５の下方と右方に連続的なエアカーテンＡＣを形成することができる。ここで、ガス噴出口３ａとガス噴出口３ｂから噴出するエアカーテンＡＣの風量及び／又は風速は、それぞれのガス噴出口毎に独立して制御することができてもよい。

図７は、図６に示すガス噴出口３ａ及び３ｂを含むダスト濃度低減装置１０の構成の一例を模式的に示す図面である。図７に図示されたダスト濃度低減装置１０は、制御のし易さを重視して構成したものであって、送風ファンＦ１と３個の可変式ガスバルブ（Ｂ２，Ｂ１１，Ｂ１２）を備える。

送風ファンＦ１によって吸引された大気は、ガスＡとしてガス導管２を介してガス噴出口３ａ及びガス噴出口３ｂへ供給される。具体的には、ガス導管２は２つの分岐管（１１，１２）に分岐されており、分岐管１１はガス噴出口３ａに、分岐管１２はガス噴出口３ｂに直結されている。

ガス導管２と各分岐管（１１，１２）には、それぞれ可変式のガスバルブ（Ｂ２，Ｂ1１，Ｂ１２）が設けられている。かかるガスバルブ（Ｂ２，Ｂ1１，Ｂ１２）の開度を調整することで、各分岐管（１１，１２）を通流するガスＡの流量を独立して制御することが可能である。また、送風ファンＦ１の出力を調整することで風速の制御が可能になる。

なお、ガス噴出口３ａとガス噴出口３ｂの風量と風速をそれぞれ独立して制御するには、それぞれのガス噴出口に連絡するガス導管毎（図７においては、分岐管１１と分岐管１２に相当する。）に専用の送風ファンを連結すればよい。

次に、ガス噴出口３から噴出されるエアカーテンＡＣの噴出角度について説明する。図８は、図６のガス噴出口３ａ及びガス噴出口３ｂの拡大図であって、図８（ａ）は、セメントキルンの窯尻部１の内壁面ｗをＸ方向に見た場合のガス噴出口３ａに対応し、図８（ｂ）は、セメントキルンの窯尻部１の内壁面ｗをＹ方向に見た場合のガス噴出口３ｂに対応する。図８（ａ）に示すように、ガス噴出口３ａから噴出されるエアカーテンＡＣは、内壁面ｗとなす角度が下方側内壁面ｗ１から４５°から上方側内壁面ｗ２から４５°までの範囲の角度方向に噴射されるのが好ましい。また、図８（ｂ）に示すように、ガス噴出口３ｂから噴出されるエアカーテンＡＣは、内壁面ｗとなす角度が右側内壁面ｗ３から４５°から左側内壁面ｗ４から４５°までの範囲の角度方向に噴射されるのが好ましい。ガス噴出口３ａ及び３ｂから噴射されるエアカーテンＡＣ共に、セメントキルンの窯尻部１の内壁面ｗから４５°以上の噴出角度であれば、原料ダスト濃度が十分に低減された抽気ガスＥＧを得ることが可能である。

エアカーテンＡＣの温度は特に限定されない。したがって、エアカーテンＡＣを形成するガスＡの温度は特に限定されないが、利便性の観点からは、大気温から塩素バイパス装置からの排ガス温度までに相当する、外気温以上２５０℃以下が好ましい。ここで、このエアカーテンＡＣの温度の上限値２５０℃とは、塩素バイパス装置からの排ガス、すなわち、塩素バイパス装置によって、含まれる塩素分等が回収された後の抽気ガスＥＧの温度である。

この塩素バイパス装置からの排ガスをガスＡとして用いる場合の一実施形態を図９に示す。抽気ガスＥＧは、塩素バイパス装置のプローブ４を経由して、塩素バイパス装置の固気分離装置４１において固気分離される。図９の実施形態では、かかる固気分離装置４１は、サイクロンセパレータ４１ａとバグフィルタ４１ｂから構成されている。固気分離装置４１で、固体のセメントキルンダストＣＫＤと分離された気体のガスＡは、送風ファンＦ１によってガス導管２に送られ、ガス噴出口３から噴出される。

ここで、ガスＡとして大気などの燃焼ガスＨＧよりも非常に温度の低いガスを用いる場合、塩素バイパス装置における低温ガス供給量を低減できる効果が付随的に得られる。すなわち、塩素バイパス装置では抽気ガス中の低融点揮発成分を分離するために、抽気した抽気ガスに大気（低温ガス）を混合して低融点揮発成分を凝集させるが、ここで用いられる低温ガスの一部を、プローブ４内に吸引されたエアカーテンＡＣで代替することができる。

上記の付随的効果の活用に関する具体的な一実施形態を図１０に示す。
塩素バイパス装置のプローブ４では、送風ファンＦ２から大気が低温ガスＣＡとして送気されて抽気ガスＥＧを冷却している。抽気ガスＥＧを冷却する効果は、抽気ガスＥＧに取り込まれるエアカーテンＡＣでも同様に生じ得る。したがって、用いる低温ガスＣＡの送気量を最適化するために、プローブ４の下流側には酸素濃度計２２を付設し、酸素濃度計２２が計測した酸素濃度測定値は演算・制御装置２１に自動的に通信させる。演算・制御装置２１では、受信した酸素濃度測定値から、プローブ４に導入された大気量（低温ガスＣＡ＋エアカーテンＡＣ）を算出して、基準値よりも過剰の大気量が導入された場合には低温ガスＣＡの送気量を下げるように、また大気量が不足している場合には低温ガスＣＡの送気量を上げるように送風ファンＦ２に制御信号を発信する。こうすることで、プローブ４に低温ガスとして導入される大気量（低温ガスＣＡ＋エアカーテンＡＣ）を一定に保つことができる。

本発明者らは、上述したダスト濃度低減装置の制御因子について、抽気ガスＥＧの原料ダスト含有量をシミュレーション解析することにより、基本的な限定領域を見出した。なお、このシミュレーション解析に用いたソフトウェアは、ＡＮＳＹＳ ＪＡＰＡＮ社製のＦｌｕｅｎｔ Ｖｅｒ．１９．０である。

下記表１は、以下に示すセメント焼成装置及びダスト濃度低減装置の運転条件において見出した、基本的限定領域の一例である。
＜セメント焼成装置＞
抽気口５と原料供給口６ｂの配置：抽気口５の中心が原料供給口６ｂの中心から左方上側（Ｘ方向に＋１．１ｍ、Ｙ方向に＋０．３ｍ）、距離１．５ｍ、水平軸となす角度６０°に設置。（図１（ｂ）と同様の位置関係にある。）
セメントクリンカ原料ＲＭの供給量：４２０ｔ／時間
窯尻部１における燃焼ガスＨＧの通気量と温度：１８００００Ｎｍ^３／時間、１１５０℃
塩素バイパス装置での抽気ガスＥＧの抽気量：１８００Ｎｍ^３／時間
＜ダスト濃度低減装置＞
エアカーテンＡＣの温度：２０℃
ガス噴出口３：直線状
ガス噴出口３の配置：抽気口５の上方及び／又は下方に配置する場合、抽気口５の最近端部とガス噴出口３との最短距離ｄが抽気口５の鉛直方向の半径ｒであって、ガス噴出口３の中心が抽気口５の中心を通る鉛直線上である位置であり、抽気口５の右方及び／又は左方に配置する場合、抽気口５の最近端部とガス噴出口３との最短距離Ｄが、抽気口５の水平方向の半径Ｒであって、ガス噴出口３の中心が抽気口５の中心を通る水平線上である位置
ガス噴出口３の大きさ：抽気口５の上方及び／又は下方に配置する場合は、抽気口５の水平方向の半径Ｒの２倍の長さであり、抽気口５の右方及び／又は左方に配置する場合は、抽気口５の鉛直方向の半径ｒの２倍の長さ

表１には、基本的限定領域として、抽気口５に対するガス噴出口３の配置、燃焼ガスＨＧの通気量ａ０に対するエアカーテンＡＣの風量ａの比ａ／ａ０、エアカーテンＡＣの流速（ｍ／秒）及びエアカーテンＡＣの噴出角度（°）が列挙されている。

上記各項目の中では、燃焼ガスＨＧの通気量ａ０に対するエアカーテンＡＣの風量ａの比ａ／ａ０が特に重要である。なぜなら、塩素バイパス装置における抽気ガスＥＧの原料ダスト濃度を低減するためには、窯尻部１の含塵気流の流れを変化できる程度の堅牢なエアカーテンＡＣの形成が求められるところ、かかるエアカーテンＡＣの形成状態を乱すのは窯尻部１の含塵気流そのものであるためである。ここで、含塵気流の強さは燃焼ガスＨＧの通気量ａ０に比例すると近似できる。すなわち、形成されるエアカーテンＡＣの堅牢さは、エアカーテンＡＣの風量ａが大きい程、又は燃焼ガスＨＧの通気量ａ０が小さいほど堅牢になる傾向にあるため、それらの比であるａ／ａ０が重要になる。

ただし、エアカーテンＡＣの風量ａが過剰に大きくなると、エアカーテンＡＣ自身で大きな乱流を生じてしまうために、形成されるエアカーテンＡＣは堅牢さを有することができなくなってしまう。このため、この比ａ／ａ０には上限値（０．１５）が設定される。

次に重要となる基本的限定領域は、塩素バイパス装置の抽気口５に対するガス噴出口３の配置である。その理由は、セメントクリンカ原料ＲＭが窯尻部１へと送入される原料供給口６ｂからセメントキルンの入口までの原料流路（斜面）から原料ダストは舞い上がってくるので、かかる原料流路側にエアカーテンＡＣを形成することで、効果的に高濃度の含塵気流の流れを変更することができる。

ここで、塩素バイパス装置の抽気口５の周囲全て（上方、下方、右方、左方）にガス噴出口３を配置した場合には、エアカーテンＡＣ自身による大きな乱流が形成され易くなり、相応の大きさを有する堅牢なエアカーテンＡＣの形成が困難になる。したがって、ガス噴出口３は上下左右の一か所、二か所又は三か所のいずれかが好ましく、効率の観点からは一か所又は二か所がより好ましい。

そして、ガス噴出口３を一か所に配置する場合には塩素バイパス装置の抽気口５の下方に配置するのが好ましく、又、ガス噴出口３を二か所に配置する場合には塩素バイパス装置の抽気口５の下方と右方に配置するのが好ましい。

次に、上記表１の基本的限定領域の決定に際して実施した、抽気ガスＥＧ中の原料ダスト濃度に係る運転シミュレーション結果について詳細に説明する。原料ダスト濃度の表記は、エアカーテンＡＣを形成しない場合（原料ダスト濃度低減装置を稼働しない場合）における抽気ガスＥＧの原料ダスト濃度を基準（１００％）とした場合の原料ダスト濃度の増減率（％）で示す。下記表２～７において、「－」は、原料ダスト濃度が低減したことを示す。

抽気口５に対するガス噴出口３の配置を変化させた場合、燃焼ガスＨＧの通気量ａ０に対するエアカーテンＡＣの風量ａの比ａ／ａ０を変化させた場合、及びエアカーテンＡＣの流速を変化させた場合のシミュレーション結果を、下記表２（エアカーテンＡＣの流速が１５ｍ／秒の場合）、表３（エアカーテンＡＣの流速が７５ｍ／秒の場合）及び表４（エアカーテンＡＣの流速が１５０ｍ／秒の場合）に示す。これらのシミュレーションでは、エアカーテンＡＣの噴出角度は９０°、すなわち、窯尻部内壁面ｗに垂直な方向に固定した。

［エアカーテンＡＣの流速が１５ｍ／秒の場合］

［エアカーテンＡＣの流速が７５ｍ／秒の場合］

［エアカーテンＡＣの流速が１５０ｍ／秒の場合］

表２～表４の結果によれば、燃焼ガスＨＧの通気量ａ０に対するエアカーテンＡＣの風量ａの比ａ／ａ０は、ａ／ａ０が０．１の場合が最も原料ダスト濃度の低減率が大きく、次いでａ／ａ０が０．０００５の場合が良好である。一方、ａ／ａ０が０．２の場合には、原料ダスト低減装置を稼働しない場合に比べて原料ダスト濃度が増加している水準も散見されることから、ａ／ａ０が０．２での運転は好ましくないと判断される。以上の結果から、燃焼ガスＨＧの通気量ａ０に対するエアカーテンＡＣの風量ａの比ａ／ａ０は、０．０００１～０．１５が好ましく、０．０００２～０．１３がより好ましく、０．０００５～０．１がさらに好ましいと言える。

表２～表４のａ／ａ０が０．２の場合を除いた結果によれば、抽気口５に対するガス噴出口３の配置は、ガス噴出口３を抽気口５の周囲一方向に配置する場合は、相対的に、下方（－Ｙ方向）に配置すると、原料ダスト濃度の低減率が大きい場合が最も多く、次いではエアカーテンＡＣの流速で異なり、エアカーテンＡＣの流速が遅い場合は上方（＋Ｙ方向）が好ましく、エアカーテンＡＣの流速が速い場合は上方（＋Ｙ方向）、左方（＋Ｘ方向）及び右方（－Ｘ方向）には相違が認められなくなる。

また、ガス噴出口３を抽気口５の周囲二方向に配置する場合は、下方（－Ｙ方向）＋右方（－Ｘ方向）が最も原料ダスト濃度の低減率が大きい場合が多く、上方（＋Ｙ方向）＋下方（－Ｙ方向）が最も原料ダスト濃度の低減率が小さい場合が多い。そして、その他の組合せは、ほぼ同程度の原料ダスト濃度の低減率である。

さらに、ガス噴出口３を抽気口５の周囲三方向に配置する場合は、燃焼ガスＨＧの通気量ａ０に対するエアカーテンＡＣの風量ａの比ａ／ａ０とエアカーテンＡＣの流速によって好ましい組合せが異なり、好ましい組合せを特定することは困難である。

そして、ガス噴出口３を抽気口５の周囲四方向の全てに配置しても、決して良好な原料ダスト濃度の低減率が得られるわけではないことが分かる。

これらの全組合せの中では、下方（－Ｙ方向）の一方向か、下方（－Ｙ方向）＋右方（－Ｘ方向）の二方向が最も好ましい配置と判断される。

表２～表４のａ／ａ０が０．２の場合を除いた結果によれば、エアカーテンＡＣの流速は、今回のシミュレーションの範囲（１５ｍ／秒～１５０ｍ／秒）で明確な差異は認められず、全ての流速で良好な原料ダストの除去効果が得られている。したがって、エアカーテンＡＣの流速は、１０ｍ／秒～２００ｍ／秒の範囲が好ましく、１５ｍ／秒～１５０ｍ／秒の範囲がより好ましいと判断される。

次に、ガス噴出口３からのエアカーテンＡＣの噴出角度を変化させた場合をシミュレーションした。シミュレーション結果を下記表５に示す。これらのシミュレーションでは、ガス噴出口３を抽気口５の周囲四方向の全てに配置し、上下方向の噴出角度を変更する場合には、左方（＋Ｘ方向）と右方（－Ｘ方向）のガス噴出口の噴出角度は窯尻部内壁面ｗに垂直な方向のままで上方（＋Ｙ方向）と下方（－Ｙ方向）の噴出角度を同角度に、すなわち、上方（＋Ｙ方向）と下方（－Ｙ方向）のガス噴出口３からのエアカーテンＡＣの噴出方向が平行状態を保持したまま動かした。また、左右方向の角度変更時には、上方（＋Ｙ方向）と下方（－Ｙ方向）のガス噴出口の噴出角度は窯尻部内壁面ｗに垂直な方向のままで左方（＋Ｘ方向）と右方（－Ｘ方向）のガス噴出角度を同角度に、すなわち、左方（＋Ｘ方向）と右方（－Ｘ方向）のガス噴出口３からのエアカーテンＡＣの噴出方向が平行状態を保持したまま動かした。

表５の結果によれば、燃焼ガスＨＧの通気量ａ０に対するエアカーテンＡＣの風量ａの比ａ／ａ０とエアカーテンＡＣの流速によって好ましいエアカーテンＡＣの噴出角度が異なる中で、窯尻部１の内壁面ｗに垂直な方向への噴出は、全ての条件で良好な原料ダストの低減効果が得られている。以上の結果より、エアカーテンＡＣの噴出角度は、上下左右の全ての方向において、窯尻部１の内壁面ｗから４５°以上が好ましく、内壁面ｗに垂直な方向がより好ましいと判断される。

次に、ガス噴出口３からのエアカーテンＡＣの温度を変化させた場合をシミュレーションした。シミュレーション結果を下記表６に示す。これらのシミュレーションでは、ガス噴出口３は抽気口５の周囲四方向の全てに配置し、窯尻部内壁面ｗに垂直な方向にエアカーテンＡＣを噴出した。ここで、シミュレーションの水準とした温度２０℃はエアカーテンＡＣ源であるガスＡとして大気を用いた場合に、また、別水準の温度２５０℃はエアカーテンＡＣ源であるガスＡとして塩素バイパス装置からの排ガスを用いた場合を想定したものである。

表６の結果によれば、エアカーテンＡＣの温度は、原料ダストの低減効果には影響しないことがわかる。

最後に、ガス噴出口３の設置場所（抽気口５からの距離）を変化させた場合をシミュレーションした。シミュレーション結果を下記表７に示す。これらのシミュレーションでは、ガス噴出口３は抽気口５の周囲四方向の全てに配置し、窯尻部内壁面ｗに垂直な方向に２０℃のエアカーテンＡＣを噴出した。ここで、表７中のｒは抽気口５の鉛直方向の半径を、Ｒは抽気口５の水平方向の半径を示す。表７において、「０．５ｒ＋０．５Ｒ」は、抽気口５の上方及び下方に配置したガス噴出口３と抽気口５の最近端部との最短距離ｄが、抽気口５の鉛直方向の半径ｒの半分であって、抽気口５の右方及び左方に配置したガス噴出口３と抽気口５の最近端部との最短距離Ｄが、抽気口５の鉛直方向の半径Ｒの半分であることを示す。同様に、表７において、「ｒ＋Ｒ」は、抽気口５の上方及び下方に配置したガス噴出口３と抽気口５の最近端部との最短距離ｄが、抽気口５の鉛直方向の半径ｒであって、抽気口５の右方及び左方に配置したガス噴出口３と抽気口５の最近端部との最短距離Ｄが、抽気口５の鉛直方向の半径Ｒであることを示す。

表７の結果によれば、全ての条件で良好な原料ダストの低減効果が得られていることから、ガス噴出口３を抽気口５の上方（＋Ｙ方向）又は下方（－Ｙ方向）に配置する場合には、抽気口５から抽気口５の鉛直方向の半径ｒ内に設置すればよく、ガス噴出口３を抽気口５の左方（＋Ｘ方向）又は右方（－Ｘ方向）に配置する場合には、抽気口５から抽気口５の水平方向の半径Ｒ内に設置すればよいことがわかる。

以上より、本発明のダスト濃度低減装置を用いれば、塩素バイパス装置の抽気ガスに含まれる原料ダスト濃度の効果的な低減を、セメント焼成装置の運転期間の全てにわたって維持することができることが分かる。

［別実施形態］
ガス噴出口３は、複数の点状のガス噴出口の直線状の配列、又は複数の点状のガス噴出口の円弧状の配列であってもよい。図１１は、ガス噴出口３が複数の点状のガス噴出口３ｃの直線状の配列である例を示す。

１ ： セメントキルンの窯尻部
２ ： ガス導管
３ ： ガス噴出口
３ａ ： 水平に配置されたガス噴出口
３ｂ ： 垂直に配置されたガス噴出口
４ ： プローブ
５ ： 抽気口
６ ： 原料シュート
６ｂ ： 原料供給口
７ ： ラインジングダクト
８ ： セメントキルン
１０ ： ダスト濃度低減装置
１１，１２ ： 分岐管
２１ ： 演算・制御装置
２２ ： 酸素濃度計
４１ ： 塩素バイパス装置の固気分離装置
４１ａ ： サイクロンセパレータ
４１ｂ ： バグフィルタ
Ａ ： 供給ガス
ＡＣ ： エアカーテン
Ｂ２，Ｂ１１，Ｂ１２ ： 可変式ガスバルブ
ＣＫＤ ： セメントキルンダスト
ｄ ： 抽気口とガス噴出口の鉛直方向の最短距離
Ｄ ： 抽気口とガス噴出口の水平方向の最短距離
ｅ１，ｅ２，ｅ３ ： 抽気口の最近端部
ＥＧ ： 抽気ガス
ＨＧ ： 燃焼ガス
Ｆ１，Ｆ２ ： 送風ファン
ｌ ： ガス噴出口の鉛直方向の長さ
Ｌ ： ガス噴出口の水平方向の長さ
ｏ ： 抽気口の中心
Ｏ１，Ｏ２ ： ガス噴出口の中心位置
ｒ ： 抽気口の鉛直方向の半径
Ｒ ： 抽気口の水平方向の半径
ＲＭ ： セメントクリンカ原料
ｗ ： セメントキルン窯尻部の内壁面

Claims (8)

1. カーテン状のガスを噴出するためのガス噴出口を備え、
   前記ガス噴出口は、塩素バイパス装置の抽気口の周囲の少なくとも一部に配置され、
   前記ガス噴出口から噴出されるガスの流量及び／又は流速が制御可能であり、
   前記ガス噴出口は、
   前記塩素バイパス装置の抽気口の上方又は下方に配置される場合には、前記抽気口の水平方向の半径をＲとした場合、上面視で、前記抽気口が穿設されたセメントキルンの窯尻部の内壁面に沿って直線距離２×Ｒ以上の幅を有して前記抽気口の全てを内包し、又は、
   前記塩素バイパス装置の抽気口の右方又は左方に配置される場合には、前記抽気口の鉛直方向の半径をｒとした場合、側面視で、前記抽気口が穿設されたセメントキルンの窯尻部の内壁面に沿って直線距離２×ｒ以上の幅を有して前記抽気口の全てを内包することを特徴とする、ダスト濃度低減装置。
2. 前記ガス噴出口は、
   直線状、若しくは、円弧状、
   又は、複数の点状のガス噴出口の直線状の配列、若しくは、複数の点状のガス噴出口の円弧状の配列であることを特徴とする、請求項１に記載のダスト濃度低減装置。
3. 前記ガス噴出口は、
   直線状、円弧状、複数の点状のガス噴出口の直線状の配列、及び、複数の点状のガス噴出口の円弧状の配列から選択されるいずれか一つ以上の形状又は配列が、複数組み合わされてなるものであって、
   それぞれの前記ガス噴出口から噴出されるガスの流量及び／又は流速が独立して制御可能であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のダスト濃度低減装置。
4. 前記ガス噴出口は、
   前記塩素バイパス装置の抽気口の上方又は下方に配置される場合には、前記抽気口の鉛直方向の半径をｒとした場合、前記抽気口の上下方向の最近端部との最短距離がｒ以下であるか、又は、
   前記塩素バイパス装置の抽気口の右方又は左方に配置される場合には、前記抽気口の水平方向の半径をＲとした場合、前記抽気口の水平方向の最近端部との最短距離がＲ以下であることを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載のダスト濃度低減装置。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載のダスト濃度低減装置の運転方法であって、
   前記ダスト濃度低減装置が付設されるセメント焼成装置を構成するセメントキルン内を通風する燃焼ガスの通気量ａ０（Ｎｍ^３／時間）に対する、前記ガス噴出口から噴出されるガスの風量ａ（Ｎｍ^３／時間）の比ａ／ａ０が、
   ０．０００１以上０．１５以下であることを特徴とする、ダスト濃度低減装置の運転方法。
6. 前記ガス噴出口から噴出されるガスの流速が、
   １０ｍ／秒以上２００ｍ／秒以下であることを特徴とする、請求項５に記載のダスト濃度低減装置の運転方法。
7. 前記ガス噴出口から噴出されるガスが、
   前記塩素バイパス装置の抽気口が穿設されたセメントキルンの窯尻部の内壁面となす角度が下方側内壁面から４５°から上方側内壁面から４５°まで、及び／又は、前記内壁面となす角度が右側内壁面から４５°から左側内壁面から４５°までの範囲の角度方向に噴出されることを特徴とする、請求項５または請求項６に記載のダスト濃度低減装置の運転方法。
8. 前記ガス噴出口から噴出されるガスの温度が、
   外気温以上２５０℃以下であることを特徴とする、請求項５～７のいずれか１項に記載のダスト濃度低減装置の運転方法。

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