JP7380938B1 - 燃料燃焼装置を用いた燃焼方法、セメントの製造方法及びセメント焼成設備 - Google Patents
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Abstract
Description
1.可燃性粉体を供給する可燃性粉体供給機構、燃料ガスを供給する燃料ガス供給機構及び非可燃性粉体を供給する非可燃性粉体供給機構を有する燃料供給機構を備える燃料燃焼装置を用いた燃焼方法。
2.前記可燃性粉体が、化石燃料、非化石燃料及び可燃性廃棄物から選ばれる少なくとも一種の粉体である上記1に記載の燃料燃焼装置を用いた燃焼方法。
3.前記可燃性粉体が、石炭の粉体である上記2に記載の燃料燃焼装置を用いた燃焼方法。
4.前記燃料ガスが、可燃性ガス及びカーボンフリーガス燃料から選ばれる少なくとも一種の燃料ガスである上記1又は2に記載の燃焼燃料装置を用いた燃焼方法。
5.前記可燃性ガスが、化石燃料及び非化石燃料から選ばれる少なくとも一種のガスである上記4に記載の燃料燃焼装置を用いた燃焼方法。
6.前記カーボンフリーガス燃料が、アンモニア及び水素から選ばれる少なくとも一種のガスである上記4又は5に記載の燃料燃焼装置を用いた燃焼方法。
7.前記非可燃性粉体が、脱塩ダスト、バイオマス焼却灰、石炭灰、クリンカクーラ底部のダスト及びごみ焼却灰から選ばれる少なくとも一種の粉体である上記1又は2に記載の燃料燃焼装置を用いた燃焼方法。
8.前記非可燃性粉体の体積基準の平均粒子径が、0.1μm以上50μm以下である上記1又は2に記載の燃料燃焼装置を用いた燃焼方法。
9.前記非可燃性粉体の含水率が、5質量%以下である上記1又は2に記載の燃料燃焼装置を用いた燃焼方法。
10.前記非可燃性粉体の強熱減量が、10%以下である上記1又は2に記載の燃料燃焼装置を用いた燃焼方法。
11.前記非可燃性粉体の供給量を、前記燃料ガスの総発熱量と同じ総発熱量に相当する前記可燃性粉体の供給量1質量部に対して0.1質量部以上10質量部以下とする上記1又は2に記載の燃料燃焼装置を用いた燃焼方法。
12.前記燃料燃焼装置が、前記可燃性粉体を噴射する可燃性粉体噴射機構、前記燃料ガスを噴射する燃料ガス噴射機構及び前記非可燃性粉体を噴射する非可燃性粉体噴射機構を有する上記1又は2に記載の燃料燃焼装置を用いた燃焼方法。
13.前記可燃性粉体が石炭の粉体を含み、前記非可燃性粉体噴射機構が、前記石炭の粉体と前記非可燃性粉体とを噴射する上記12に記載の燃料燃焼装置を用いた燃焼方法。
14.セメント焼成設備におけるロータリーキルンに備えられるキルンバーナの燃焼に用いられる上記1又は2に記載の燃料燃焼装置を用いた燃焼方法。
15.可燃性粉体を供給する可燃性粉体供給機構、燃料ガスを供給する燃料ガス供給機構及び非可燃性粉体を供給する非可燃性粉体供給機構を有する燃料供給機構を備える燃料燃焼装置を、セメント焼成設備におけるロータリーキルンに備えられるキルンバーナとして用いた、セメントの製造方法。
16.可燃性粉体を供給する可燃性粉体供給機構、燃料ガスを供給する燃料ガス供給機構及び非可燃性粉体を供給する非可燃性粉体供給機構を有する燃料供給機構を備える燃料燃焼装置が、ロータリーキルンに備えられるキルンバーナとして用いられるセメント焼成設備。
本実施形態の燃料燃焼装置を用いた燃焼方法は、
可燃性粉体を供給する可燃性粉体供給機構、燃料ガスを供給する燃料ガス供給機構及び非可燃性粉体を供給する非可燃性粉体供給機構を有する燃料供給機構を備える、というものである。
可燃性粉体供給機構により供給される可燃性粉体としては、例えば石炭等の化石燃料;薪、炭、オガライト、オガ炭、ブリケット、木粉等の木質バイオマス燃料、刈草、野草、飼料作物等の各種草本を、炭化、半炭化、ペレット化等の処理をして得られる草本バイオマス燃料、食料廃棄物、家畜ふん尿、下水汚泥等の有機性廃棄物を、RDF化、RPF化等の処理をして得られる廃棄物バイオマス燃料などのバイオマス燃料、また木質チップ等の非化石燃料;廃プラスチック、肉骨粉及び繊維屑等の可燃性廃棄物等が好ましく挙げられる。中でも、安定的に入手しやすいこと等を考慮すると、石炭の粉体が好ましい。
これらの可燃性粉体は、一種単独で、又は複数種を組み合わせて使用することができる。
燃料ガス供給機構により供給される燃料ガスとしては、ガス状の化石燃料、非化石燃料等の可燃性ガス;水素、アンモニア等のカーボンフリーガス燃料;などが好ましく挙げられる。またガス状の化石燃料としては天然ガス;石炭を乾留して得られるガス、木炭、石炭等の固体燃料の水蒸気改質により得られる水性ガス等の石炭ガス;重油等の石油留分を熱分解して得られるオイルガス;などが代表的に挙げられる。また非化石燃料としては、合成メタン等の合成ガス等が好ましく挙げられる。
非可燃性粉体供給機構により供給される非可燃性粉体としては、いわゆるダスト類(煤塵)、燃え殻(灰)と称されるものが好ましく挙げられる。ダスト類(煤塵)、燃え殻(灰)は、いずれも可燃性の物質を燃焼、焼成した後の煤塵、灰等の粉体であるため、可燃性の粉体ではなく、非可燃性の粉体となる。
よって、非可燃性粉体は、本実施形態の燃焼方法において、輻射伝熱量を維持することによりセメントクリンカの粉末原料等の加熱対象物に伝わる熱量を維持して、その焼成に適した状態を保つことに寄与するものの、燃焼性の向上には寄与しないものであるといえる。
これらのダスト類(煤塵)は、一種単独で、又は複数種を組み合わせて使用することができる、
これらの燃え殻(灰)は、一種単独で、又は複数種を組み合わせて使用することができる。
体積基準の平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定方法により測定することができる、累積体積百分率が50%のときの粒子径(D50)である。
非可燃性粉体の強熱減量は、JIS A6201:2015(コンクリート用フライアッシュ)の「8.3強熱減量」に規定される方法に準拠して測定することができる。
本実施形態の燃焼方法によれば、可燃性粉体及び燃料ガスの種類及び使用量に応じて、上記範囲内で非可燃性粉体を供給することで、灰分の供給量を調整することができるため、輻射伝熱量を維持しやすくなり、例えばセメントクリンカの粉末原料等の加熱対象物に伝わる熱量の向上により焼成の状態を向上させやすくなる。その結果、燃焼効率を向上させることができるため、化石燃料の使用量を低減することができ、結果として二酸化炭素の排出量を低減することが可能となる。また、既述のように燃料ガスとして非化石燃料、カーボンフリーガス燃料等を採用することで、二酸化炭素の排出量のさらなる低減に寄与することができる。
本実施形態の燃焼方法で用いられる燃料燃焼装置は、上記可燃性粉体を供給するための可燃性粉体供給機構、上記燃料ガスを供給する燃料ガス供給機構及び上記非可燃性粉体供給機構を有する非可燃性粉体供給機構の燃料供給機構を備える。燃料供給機構を有することで、可燃性粉体、燃料ガス及び非可燃性粉体を供給することができ、これらの燃料等を燃焼させることができる。
また、非可燃性粉体供給機構についても、上記可燃性粉体供給機構と同様である。
本実施形態の燃焼方法で用いられる燃料供給装置は、上記燃料供給機構に加えて、可燃性粉体を噴射する可燃性粉体噴射機構、燃料ガスを噴射する燃料ガス噴射機構及び非可燃性粉体を噴射する非可燃性粉体噴射機構の燃料噴射機構を備えていることが好ましい。燃料噴射機構を有することで、各燃料及び非加熱粉体をより均一に噴射することができる。そのため、燃焼効率を向上させることができるので、化石燃料の使用量を低減することができ、結果として二酸化炭素の排出量を低減することが可能となる。
可燃性液体としては、灯油、重油、再生油等の化石燃料;廃油、廃グリセリン等の可燃性廃棄物;廃植物油(例えば植物性廃食用油等)、その他産業廃棄物から製造した再生燃料等の再生燃料;等が代表的に挙げられる。
可燃性粉体は、既述のように通常空気等の搬送用気体とともに噴射されるため、可燃性粉体の噴射速度は搬送用気体の流速となる。
噴射口14は、燃料ガス、非可燃性粉体噴射機構として用いられることが好ましい。主燃料の噴射機構として用いられる噴射口13の近くから非可燃性粉体を噴射させることで、非加熱性粉体による輻射伝熱量をより効果的に利用することができるため、セメントクリンカの粉末原料等の加熱対象物の焼成の状態を向上させることができる。また、燃料ガスを噴射させると、燃焼効率を向上させることができる。よって、いずれとしても、化石燃料の使用量を低減することができ、結果として二酸化炭素の排出量を低減することが可能となる。
また、噴射口15から噴射される燃料ガス、空気は、旋回速度0°以上とすることが好ましく、上限として好ましくは30°以下、より好ましくは15°以下である。
噴射口14及び15について、上記の構成を有することで、燃焼状態を向上させることができる。また、燃焼効率を向上させることができるので、化石燃料の使用量を低減することができ、結果として二酸化炭素の排出量を低減することが可能となる。
中でも、ロータリーキルンバーナの燃焼に好適に採用することができる。すなわち、本実施形態の燃焼方法において用いられる燃料燃焼装置は、セメント焼成設備に設けられる、サスペンションプレヒータ、ロータリーキルンにおける燃焼を担うバーナとして好適に用いられ、例えば1450℃程度と極めて高温の燃焼が可能であることを考慮すると、ロータリーキルンにおける燃焼を担うバーナ(ロータリーキルンバーナ)として好適に用いられる。
本実施形態のセメントの製造方法は、
可燃性粉体を供給する可燃性粉体供給機構、燃料ガスを供給する燃料ガス供給機構及び非可燃性粉体を供給する非可燃性粉体供給機構を有する燃料供給機構を備える燃料燃焼装置を、セメント焼成設備におけるロータリーキルンに備えられるキルンバーナとして用いた、セメントの製造方法である。
その他、これらの燃料ガス供給機構及び燃料噴射機構における諸条件、セメント焼成設備におけるロータリーキルンに備えられるキルンバーナ等も、上記本実施形態の燃料燃焼装置を用いた燃焼方法で説明したとおりである。
本実施形態のセメント焼成設備は、
可燃性粉体を供給する可燃性粉体供給機構、燃料ガスを供給する燃料ガス供給機構及び非可燃性粉体を供給する非可燃性粉体供給機構を有する燃料供給機構を備える燃料燃焼装置が、ロータリーキルンに備えられるキルンバーナとして用いられる、
というものである。
ロータリーキルン:直径:3.1m、長さ:66m
キルンバーナ:図1に示される噴射口を有するキルンバーナ(直径:1.0m、長さ:6.5m、噴射口11:直径0.2mの円形、噴射口12:直径0.25mの円形、噴射口13:幅0.13m、噴射口14:直径0.13mの円形、噴射口15:直径0.15mの円形)
低位発熱量:28946kJ/kg
水分:3質量%
揮発分:37質量%
灰分:8質量%
固体炭素分:51質量%
組成:メタン100%
低位発熱量:35.90MJ/Nm3
上記可燃性粉体、燃料ガス及び非可燃性粉体、また空気を、以下の第2表に示される流量で各噴射口から噴射した際の、キルン内の温度及び輻射伝熱量をシミュレーションにより算出した。各噴射口から供給される空気は、可燃性粉体及び非可燃性粉体の搬送用として、また燃焼用として使用される。また、二次空気は、クリンカクーラで高温のセメントクリンカを冷却した後の高温の空気であり、第2表に記載される温度でロータリーキルンに導入される空気である。
非可燃性粉体を使用しなかった比較例1及び2について、比較例1は、実施例の結果と同程度の結果を得るために石炭の使用量を調整した例であるが、実施例に比べて20%程度増量する必要があることが確認された。また、比較例1ではキルンバーナに近い領域で特に温度が低下する傾向を示すことが分かった。
また、実施例のロータリーキルン内の輻射伝熱量は、比較例2に比べて増加傾向を示しており、セメントクリンカの焼成にあたり、良好な輻射伝熱量であると考えられる。
Claims (16)
- 可燃性粉体を供給する可燃性粉体供給機構、燃料ガスを供給する燃料ガス供給機構及び非可燃性粉体を供給する非可燃性粉体供給機構を有する燃料供給機構を備える燃料燃焼装置を用いた燃焼方法。
- 前記可燃性粉体が、化石燃料、非化石燃料及び可燃性廃棄物から選ばれる少なくとも一種の粉体である請求項1に記載の燃料燃焼装置を用いた燃焼方法。
- 前記可燃性粉体が、石炭の粉体である請求項2に記載の燃料燃焼装置を用いた燃焼方法。
- 前記燃料ガスが、可燃性ガス及びカーボンフリーガス燃料から選ばれる少なくとも一種の燃料ガスである請求項1又は2に記載の燃焼燃料装置を用いた燃焼方法。
- 前記可燃性ガスが、化石燃料及び非化石燃料から選ばれる少なくとも一種のガスである請求項4に記載の燃料燃焼装置を用いた燃焼方法。
- 前記カーボンフリーガス燃料が、アンモニア及び水素から選ばれる少なくとも一種のガスである請求項4に記載の燃料燃焼装置を用いた燃焼方法。
- 前記非可燃性粉体が、脱塩ダスト、バイオマス焼却灰、石炭灰、クリンカクーラ底部のダスト及びごみ焼却灰から選ばれる少なくとも一種の粉体である請求項1又は2に記載の燃料燃焼装置を用いた燃焼方法。
- 前記非可燃性粉体の体積基準の平均粒子径が、0.1μm以上50μm以下である請求項1又は2に記載の燃料燃焼装置を用いた燃焼方法。
- 前記非可燃性粉体の含水率が、5質量%以下である請求項1又は2に記載の燃料燃焼装置を用いた燃焼方法。
- 前記非可燃性粉体の強熱減量が、10%以下である請求項1又は2に記載の燃料燃焼装置を用いた燃焼方法。
- 前記非可燃性粉体の供給量を、前記燃料ガスの総発熱量と同じ総発熱量に相当する前記可燃性粉体の供給量1質量部に対して0.1質量部以上10質量部以下とする請求項1又は2に記載の燃料燃焼装置を用いた燃焼方法。
- 前記燃料燃焼装置が、前記可燃性粉体を噴射する可燃性粉体噴射機構、前記燃料ガスを噴射する燃料ガス噴射機構及び前記非可燃性粉体を噴射する非可燃性粉体噴射機構を有する請求項1又は2に記載の燃料燃焼装置を用いた燃焼方法。
- 前記可燃性粉体が石炭の粉体を含み、前記非可燃性粉体噴射機構が、前記石炭の粉体と前記非可燃性粉体とを噴射する請求項12に記載の燃料燃焼装置を用いた燃焼方法。
- セメント焼成設備におけるロータリーキルンに備えられるキルンバーナの燃焼に用いられる請求項1又は2に記載の燃料燃焼装置を用いた燃焼方法。
- 可燃性粉体を供給する可燃性粉体供給機構、燃料ガスを供給する燃料ガス供給機構及び非可燃性粉体を供給する非可燃性粉体供給機構を有する燃料供給機構を備える燃料燃焼装置を、セメント焼成設備におけるロータリーキルンに備えられるキルンバーナとして用いた、セメントの製造方法。
- 可燃性粉体を供給する可燃性粉体供給機構、燃料ガスを供給する燃料ガス供給機構及び非可燃性粉体を供給する非可燃性粉体供給機構を有する燃料供給機構を備える燃料燃焼装置が、ロータリーキルンに備えられるキルンバーナとして用いられるセメント焼成設備。
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