JP7488953B2

JP7488953B2 - セメントキルン用バーナ及びその運転方法

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Publication number: JP7488953B2
Application number: JP2023501757A
Authority: JP
Inventors: 雄哉佐野
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2021-02-25
Filing date: 2021-02-25
Publication date: 2024-05-22
Anticipated expiration: 2041-02-25
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Description

本発明は、セメントキルン用バーナ及びその運転方法に関する。

これまでセメント製造設備では、セメントクリンカの焼成に用いるロータリーキルン（以下、「セメントキルン」と称する）において、燃料、原料の代替として、可燃性廃棄物を利用してきた。近年、可燃性廃棄物の更なる利用のため、従来より燃焼性が悪い可燃性廃棄物の利用も増加している。加えて、従来主燃料として利用してきた石炭のコスト削減のため、従来より燃焼性が悪い石炭の利用も増加している。そこで、従来の比較的燃焼性の良い可燃性廃棄物および石炭と、燃焼性の悪い可燃性廃棄物および石炭を同時に利用する技術が求められている。

セメントキルン用のバーナの構造としては、例えば下記特許文献１に開示されている。バーナから吹き込む空気の速度を速めると、同じバーナから吹き込んだ燃料の燃焼性は大きく向上するが、同じ構造のバーナの風速を増加させる場合、風量も同時に増加する。しかし、風量の増加は、その空気を温める分の燃料も消費する必要があるため、熱量原単位悪化を引き起こす。

特開２０１３－２３７５７１号公報

一方、上記を見込んで風速が速くなるように空気を吹き出す流路の断面積を小さくしてバーナを製作した場合、燃料の燃焼性は常に良い状態を維持可能であるが、比較的燃焼性の良い燃料を吹き込んだ場合には、燃焼性が向上しすぎて異常な短炎となり、クリンカの品質異常やキルン内壁の耐火レンガの焼損などを引き起こす。そのため、従来適用される石炭代替の量や種類、石炭種が限定的であった。このような事情から、燃料の燃焼性の程度に応じて、流路から吹き出す流体の風量を変えることなく、風速を調整可能とする技術が望まれる。

よって、本発明の目的は、燃料の燃焼性の程度に応じて、流路から吹き出す流体の風量を変えることなく、風速を調整可能とするセメントキルン用バーナ及びその運転方向を提供することにある。

本発明のセメントキルン用バーナは、円柱状または円筒状の複数の流路を有するセメントキルン用バーナであって、
それぞれの前記流路の出口が略同一面上に配置され、
少なくとも一つの前記流路の内部に、前記流路の内周壁および外周壁の何れか一方に接触、かつ他方に非接触の状態で、前記流路の軸方向に沿って移動することにより、前記流路の出口側の先端部での断面積を変更可能な風速調整部材が設けられたものである。

本発明によれば、風速調整部材により流路の出口側の先端部での断面積を変更することで、燃料の燃焼性の程度に応じて、流路から吹き出す流体の風量を変えることなく、風速を調整することができる。

また、本発明のセメントキルン用バーナにおいて、前記風速調整部材が設けられた前記流路は、直進空気流を形成する、という構成でもよい。この構成によれば、直線空気流の風量を変えることなく、風速を調整することができる。

また、本発明のセメントキルン用バーナにおいて、前記風速調整部材が設けられた前記流路は、旋回角度が１～６０度である旋回空気流を形成する、という構成でもよい。この構成によれば、旋回空気流の風量を変えることなく、風速を調整することができる。

また、本発明のセメントキルン用バーナにおいて、前記風速調整部材は、複数の前記流路の内部にそれぞれ設けられてもよい。この構成によれば、各風速調整部材により、それぞれの流路から吹き出す流体の風速を適宜調整することができる。

また、本発明のセメントキルン用バーナにおいて、前記風速調整部材は、複数の前記流路のうち最外側に位置する円筒状の流路の内部に設けられてもよい。最外側に位置する円筒状の流路は、他の流路の１次空気をまとめる役割を有しており、最外側の流路の風速を調整することで、燃料の燃焼性を容易に調整できる。

また、本発明のセメントキルン用バーナの運転方法は、上記何れかのセメントキルン用バーナの運転方法であって、前記風速調整部材が設けられた前記流路から吹き出す流体の風速を上げる場合には、前記風速調整部材を前記出口側へ前進させることで前記流路の先端部での断面積を縮小し、前記流路から吹き出す流体の風速を下げる場合には、前記風速調整部材を前記出口側から後退させることで前記流路の先端部での断面積を拡大させるものである。

第一実施形態に係るセメントキルン用バーナの先端部分を模式的に示す図図１に示すセメントキルン用バーナを含むセメントキルン用バーナシステムの構造の一例を模式的に示す図第一実施形態に係る風速調整部材の動きと風速への影響を模式的に示す図第二実施形態に係る風速調整部材の動きと風速への影響を模式的に示す図第三実施形態に係る風速調整部材の動きと風速への影響を模式的に示す図他の実施形態に係るセメントキルン用バーナの横断面図他の実施形態に係る風速調整部材の横断面図実施例１に係るセメントキルン用バーナの先端部分を模式的に示す図実施例２に係るセメントキルン用バーナを含む仮焼炉の全体図とセメントキルン用バーナの横断面図

以下、本発明のセメントキルン用バーナ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。

［第一実施形態］
図１は、第一実施形態に係るセメントキルン用バーナの先端部分を模式的に示す図面である。図１において、（ａ）がセメントキルン用バーナの横断面図であり、（ｂ）が同縦断面図である。なお、横断面図とは、セメントキルン用バーナを、当該バーナの軸方向に直交する平面で切断した断面図を指し、縦断面図とは、セメントキルン用バーナを、当該バーナの軸方向に平行な平面で切断した断面図を指す。

なお、図１においては、セメントキルン用バーナの軸方向（すなわち、空気流方向）をＹ方向とし、鉛直方向をＺ方向とし、ＹＺ平面に直交する方向をＸ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。このＸＹＺ座標系を用いて記載すれば、図１（ａ）は、セメントキルン用バーナをＸＺ平面で切断したときの断面図に対応し、図１（ｂ）は、セメントキルン用バーナをＹＺ平面で切断したときの断面図に対応する。より詳細には、図１（ｂ）は、セメントキルン用バーナを、バーナ先端の近傍の位置において、ＹＺ平面で切断したときの断面図に対応する。

図１に示されるように、セメントキルン用バーナ１は、同心円状に複数の流路を備える。より詳細には、セメントキルン用バーナ１は、固体粉末燃料用流路２と、固体粉末燃料用流路２に隣接して外側に配置された第一の空気流路１１と、固体粉末燃料用流路２に隣接して内側に配置された第二の空気流路１２とを備える。第二の空気流路１２の内側には、油用流路３、可燃性固形廃棄物用流路４等が配置される。これらの流路の出口は、略同一面上に配置されている。

固体粉末燃料用流路２、第一の空気流路１１、及び第二の空気流路１２のうち、固体粉末燃料用流路２及び第二の空気流路１２には、各々旋回手段としての旋回羽根（２ｔ，１２ｔ）が、各流路のバーナ先端部に固定されている（図１（ｂ）参照）。すなわち、第二の空気流路１２から噴出される空気流は、固体粉末燃料用流路２から噴出される固体粉末燃料流に対して内側に位置する旋回空気流（以下、適宜「旋回内流」という。）を形成する。なお、各旋回羽根（２ｔ，１２ｔ）は、セメントキルン用バーナ１の運転開始前の時点において、旋回角度が調整可能に構成されている。旋回角度は例えば１～６０度に設定される。

一方、第一の空気流路１１には、旋回手段が設けられていない。すなわち、第一の空気流路１１から噴出される空気流は、固体粉末燃料用流路２から噴出される固体粉末燃料流に対して外側に位置する直進空気流（以下、適宜「直進外流」という。）を形成する。

また、第一の空気流路１１の内部には、風速調整部材５が設けられている。この風速調整部材５を第一の空気流路１１の軸方向に沿って移動させることにより、第一の空気流路１１から吹き出す空気の風量を変えることなく、風速を調整することができる（詳しくは後述する）。

図２は、図１に示すセメントキルン用バーナ１を含むセメントキルン用バーナシステムの構造の一例を模式的に示す図面である。図２に図示されたセメントキルン用バーナシステム２０は、制御のし易さを重視して構成したものであって、４基の送風ファンＦ１～Ｆ４を備えるが、これに限定されない。

微粉炭搬送配管２１に供給された微粉炭Ｃ（「固体粉末燃料」の一例）は、送風ファンＦ１によって形成された空気流により、セメントキルン用バーナ１の固体粉末燃料用流路２に供給される。送風ファンＦ２から供給される空気は、燃焼用空気Ａとして、空気配管２２を介してセメントキルン用バーナ１の第一の空気流路１１へ供給される。送風ファンＦ３から供給される空気は、燃焼用空気Ａとして、空気配管２３を介してセメントキルン用バーナ１の第二の空気流路１２へ供給される。そして、可燃性固形廃棄物搬送配管２４に供給された可燃性固形廃棄物ＲＦは、送風ファンＦ４によって形成された空気流により、セメントキルン用バーナ１の可燃性固形廃棄物用流路４に供給される。

図２に図示されたセメントキルン用バーナシステム２０は、前記送風ファン（Ｆ１～Ｆ４）により、各流路（２，４，１１，１２）を通流する空気量を独立して制御することができる。

また、油用流路３から重油等を供給してセメントキルン用バーナ１の着火時に利用したり、更には、微粉炭以外の固体燃料又は重油等の液体燃料を供給して、定常運転において微粉炭と混焼したりすることもできる（不図示）。

図３は、風速調整部材５の動きと風速への影響を模式的に示す図である。なお、図３では、説明の便宜のため、第一の空気流路１１以外の流路は図示していない。第一実施形態の風速調整部材５は、第一の空気流路１１の内周壁１１ａに接触し、第一の空気流路１１の外周壁１１ｂに非接触の円管状部材である。すなわち、風速調整部材５の内径は、第一の空気流路１１の内周壁１１ａの直径と同じであり、風速調整部材５の外径は、第一の空気流路１１の外周壁１１ｂの直径よりも小さい。

風速調整部材５は、第一の空気流路１１内を軸方向（Ｙ方向）に沿って移動可能に構成されている。風速調整部材５は、不図示の前後移動機構（例えばラックアンドピニオン機構）によって軸方向に沿って移動される。

風速調整部材５は、第一の空気流路１１内を軸方向に沿って移動することで、第一の空気流路１１の出口１１ｃ側の先端部１１ｄでの断面積を変更することができる。図３において、（ａ）は、風速調整部材５を第一の空気流路１１の出口１１ｃ側から後退させた状態を示し、（ｂ）は、風速調整部材５を第一の空気流路１１の出口１１ｃ側へ前進させた状態を示す。図３（ａ）に示す状態では、第一の空気流路１１の先端部１１ｄの断面積は図３（ｂ）に示す状態に比べて大きいため、第一の空気流路１１から吹き出す空気の風速は小さい。一方、図３（ｂ）に示す状態では、第一の空気流路１１の先端部１１ｄの断面積は図３（ａ）に示す状態に比べて小さいため、供給される風量が同じであっても、第一の空気流路１１から吹き出す空気の風速は大きい。なお、風速調整部材５は、図３（ａ）及び（ｂ）に示す状態以外の任意の位置に移動可能であって、風速調整部材５の先端５１と第一の空気流路１１の出口１１ｃとの距離を変えることで、第一の空気流路１１から吹き出す空気の風速を適宜調整することができる。よって、風速調整部材５を第一の空気流路１１の軸方向に沿って移動させることにより、第一の空気流路１１から吹き出す空気の風量を変えることなく、風速を調整することができる。

以上のように、図１～図３に第一実施形態に係るセメントキルン用バーナ１は、円柱状または円筒状の複数の流路（２，３，４，１１，１２）を有するセメントキルン用バーナ１であって、それぞれの流路（２，３，４，１１，１２）の出口が略同一面上に配置される。第一の空気流路１１の内部には、第一の空気流路１１の内周壁１１ａに接触、かつ外周壁１１ｂに非接触の状態で、第一の空気流路１１の軸方向に沿って移動することにより、第一の空気流路１１の出口１１ｃ側の先端部１１ｄでの断面積を変更可能な風速調整部材５が設けられている。

また、第一実施形態に係るセメントキルン用バーナ１の運転方法は、第一の空気流路１１から吹き出す直進外流の風速を上げる場合には、風速調整部材５を第一の空気流路１１の出口１１ｃ側へ前進させることで第一の空気流路１１の先端部１１ｄでの断面積を縮小する。これにより、例えば燃焼性の悪い燃料を使用する場合、第一の空気流路１１から吹き出す直進外流の風速を上げて燃焼を促進させることができる。また、第一実施形態に係るセメントキルン用バーナ１の運転方法は、第一の空気流路１１から吹き出す直進外流の風速を下げる場合には、風速調整部材５を第一の空気流路１１の出口１１ｃ側から後退させることで第一の空気流路１１の先端部１１ｄでの断面積を拡大させる。これにより、例えば燃焼性の良い燃料を使用する場合、第一の空気流路１１から吹き出す直進外流の風速を下げて燃焼を遅延させることができる。

［第二実施形態］
本発明に係るセメントキルン用バーナ１の第二実施形態について、第一実施形態と異なる箇所を主として説明する。なお、第一実施形態と共通の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略する。

第一実施形態では、直進空気流を形成する第一の空気流路１１の内部に風速調整部材５を設けた例を示したが、これに限定されない。例えば、図４に示す第二実施形態のように、旋回空気流を形成する第二の空気流路１２に風速調整部材５を設けてもよい。

図４は、第二実施形態に係る風速調整部材５の動きと風速への影響を模式的に示す図である。なお、図４では、説明の便宜のため、第二の空気流路１２以外の流路は図示していない。第二実施形態の風速調整部材５は、第二の空気流路１２の外周壁１２ｂに接触し、第二の空気流路１２の内周壁１２ａに非接触の円管状部材である。

風速調整部材５は、第二の空気流路１２内を軸方向に沿って移動することで、第二の空気流路１２の出口１２ｃ側の先端部１２ｄでの断面積を変更することができる。図４において、（ａ）は、風速調整部材５を第二の空気流路１２の出口１２ｃ側から後退させた状態を示し、（ｂ）は、風速調整部材５を第二の空気流路１２の出口１２ｃ側へ前進させた状態を示す。図４（ａ）に示す状態では、第二の空気流路１２の先端部１２ｄの断面積は図４（ｂ）に示す状態に比べて大きいため、第二の空気流路１２から吹き出す空気の風速は小さい。一方、図４（ｂ）に示す状態では、第二の空気流路１２の先端部１２ｄの断面積は図４（ａ）に示す状態に比べて小さいため、供給される風量が同じであっても、第二の空気流路１２から吹き出す空気の風速は大きい。なお、風速調整部材５は、図４（ａ）及び（ｂ）に示す状態以外の任意の位置に移動可能であって、風速調整部材５の先端５１と第二の空気流路１２の出口１２ｃとの距離を変えることで、第二の空気流路１２から吹き出す空気の風速を適宜調整することができる。よって、風速調整部材５を第二の空気流路１２の軸方向に沿って移動させることにより、第二の空気流路１２から吹き出す空気の風量を変えることなく、風速を調整することができる。さらに、旋回羽根１２ｔに供給される空気の風速が変わることで、図４（ｂ）に示す状態での旋回角度は、図４（ａ）に示す状態での旋回角度よりも大きくなる。旋回空気流の旋回角度を大きくすることで、燃焼をさらに促進することができる。

［第三実施形態］
本発明に係るセメントキルン用バーナ１の第三実施形態について、第二実施形態と異なる箇所を主として説明する。なお、第二実施形態と共通の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略する。

上記の第二実施形態では、第二の空気流路１２の出口１２ｃを完全に塞ぐように旋回羽根１２ｔが設けられているが、これに限定されない。例えば、図５に示す第三実施形態のように、第二の空気流路１２の出口１２ｃの一部のみを塞ぐように旋回羽根１２ｔを設けてもよい。この例では、旋回羽根１２ｔは、第二の空気流路１２の内周壁１２ａに接触し、第二の空気流路１２の外周壁１２ｂに非接触の円管状をしている。風速調整部材５の内径は、旋回羽根１２ｔの外径よりも大きくなっており、風速調整部材５は、旋回羽根１２ｔの外側を軸方向に沿って第二の空気流路１２の出口１２ｃまで移動することができる。

図５は、第三実施形態に係る風速調整部材５の動きと風速への影響を模式的に示す図である。なお、図５では、説明の便宜のため、第二の空気流路１２以外の流路は図示していない。第三実施形態の風速調整部材５は、第二実施形態の風速調整部材５と同様の形状である。

風速調整部材５を第二の空気流路１２の軸方向に沿って移動させることにより、第二の空気流路１２から吹き出す空気の風量を変えることなく、風速を調整することができる。さらに、旋回羽根１２ｔに供給される空気の風量が変わることで、旋回羽根１２ｔによる旋回角度も調整することができる。図５（ａ）に示す状態では、空気が旋回羽根１２ｔをほとんど通過しないため、第二の空気流路１２から吹き出す空気流の旋回角度はほぼゼロとなる。一方、第５（ｂ）に示す状態では、空気の大部分が旋回羽根１２ｔを通過するため、第二の空気流路１２から吹き出す空気流の旋回角度は大きくなる。

なお、セメントキルン用バーナは、上記した実施形態の構成に限定されるものではなく、また、上記した作用効果に限定されるものではない。また、セメントキルン用バーナは、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記した複数の実施形態の各構成や各方法等を任意に採用して組み合わせてもよく、さらに、下記する各種の変形例に係る構成や方法等を任意に一つ又は複数選択して、上記した実施形態に係る構成や方法等に採用してもよいことは勿論である。

（１）前述の第一～第三実施形態では、円筒状の第一の空気流路１１又は第二の空気流路１２の内部に風速調整部材５を設けているが、これに限定されない。例えば、図１に示す円柱状の可燃性固形廃棄物用流路４や円筒状の固体粉末燃料用流路２の内部に風速調整部材５を設けてもよい。また、複数の流路の内部にそれぞれ風速調整部材を設けてもよい。

（２）図６は他の実施形態に係るセメントキルン用バーナの横断面図である。図６に示すセメントキルン用バーナ１ａは、セメントキルンの窯尻部に設置される仮焼炉用のバーナである（図９を参照）。すなわち、本発明のセメントキルン用バーナは、セメントキルンの窯前部に設けられる主燃料バーナのみならず、セメントキルンに付設の仮焼炉に設けられるバーナ（仮焼炉バーナともいう）も含む。

図６に示すセメントキルン用バーナ１ａは、円柱状の微紛炭用流路１３と、微紛炭用流路１３に隣接して外側に配置された拡散空気用流路１４とを備える。図６（ａ）の例では、拡散空気用流路１４の内周壁に接触、かつ外周壁に非接触の状態で、拡散空気用流路１４の軸方向に沿って移動することにより、拡散空気用流路１４の出口側の先端部での断面積を変更可能な風速調整部材５が設けられている。図６（ｂ）の例では、拡散空気用流路１４の外周壁に接触、かつ内周壁に非接触の状態で、拡散空気用流路１４の軸方向に沿って移動することにより、拡散空気用流路１４の出口側の先端部での断面積を変更可能な風速調整部材５が設けられている。図６（ｃ）の例では、図６（ｂ）の風速調整部材５に加えて、微紛炭用流路１３の外周壁に接触した状態で、微紛炭用流路１３の軸方向に沿って移動することにより、微紛炭用流路１３の出口側の先端部での断面積を変更可能な風速調整部材５が設けられている。図６（ｃ）の例のように、複数の流路の内部にそれぞれ風速調整部材５を設けてもよい。

（３）前述の実施形態では、風速調整部材５は一体に形成された円管状部材であるが、これに限定されない。例えば、図７（ａ）に示すように、風速調整部材５は、周方向に複数に分割された円管状部材でもよい。この例では、風速調整部材５は、四つの風速調整部材５ａに分割されており、風速調整部材５ａは、それぞれ独立して軸方向に沿って移動することができる。この構成によれば、火炎の状況を見ながら、風速を上げたい部分の風速調整部材５ａを選択的に移動させることができる。

なお、風速調整部材として、図７（ａ）に示す四つの風速調整部材５ａのうち少なくとも一つを設けてもよい。すなわち、風速調整部材は、流路の全周に亘って設ける必要はなく、流路の周方向の一部のみに設けてもよい。

また、図７（ｂ）に示すように、風速調整部材５は、複数のランス状部材５ｂで構成されてもよい。複数のランス状部材５ｂは、それぞれ独立して軸方向に沿って移動することができる。この構成によれば、火炎の状況を見ながら、風速を上げたい部分のランス状部材５ｂを選択的に移動させることができる。

［実施例］
本発明者らは、セメントキルン用バーナの燃焼シミュレーション（ソフトウェア：ANSYS JAPAN社製、FLUENT）によって、風速調整部材による燃焼性への影響を評価した。

（実施例１）
図８に示すセメントキルン用バーナ１ｂについて解析を行った。セメントキルン用バーナ１ｂは、固体粉末燃料用流路２と、固体粉末燃料用流路２に隣接して内側に配置された旋回内流路１５と、固体粉末燃料用流路２に隣接して外側に配置された旋回外流路１６と、旋回外流路１６に隣接して外側に配置された直進外流路１７と、を備える。旋回内流路１５の内側には、油用流路３、可燃性固形廃棄物用流路４等が配置される。固体粉末燃料用流路２、旋回内流路１５、及び旋回外流路１６には、各々旋回羽根（２ｔ，１５ｔ，１６ｔ）が、各流路のバーナ先端部に固定されている。なお、図８には風速調整部材は示されていない。

＜バーナ燃焼条件＞
固体粉末燃料としての微粉炭の燃焼量：１５ｔ／時間
可燃性固形廃棄物としての廃プラスチック（軟質プラスチック）処理量：３ｔ／時間
＜廃プラスチック条件＞
可燃性固形廃棄物としての廃プラスチックの寸法：厚さ０．５ｍｍシートを直径３０ｍｍに打ち抜いた円形シート状
＜二次空気条件＞
二次空気量と温度：１５００００Ｎｍ^３／時間、８００℃
＜一次空気条件＞
下記表１のバーナの出口風速と一次空気比をベース（仕様）として、流路の内部に設けた風速調整部材をバーナの出口から０．５ｍ引き抜いた位置から、バーナの出口（０ｍｍ）まで押し込んだ位置まで移動させた。なお、風速調整部材は、流路（２，４，１５，１６，１７）のうち一つのみに設け、その風速調整部材を移動させた。風速調整部材の先端とバーナの出口との距離が０．５ｍｍの場合の風速と、風速調整部材の先端とバーナの出口との距離が０ｍｍの場合の風速は、下記表２のようになった。

＜評価項目＞
風速調整部材の先端とバーナの出口との距離を変えたときの廃プラスチックの落下率をシミュレーション解析した。廃プラスチックの落下率とは、投入した廃プラスチックのうち、落下した廃プラスチックの割合である。廃プラスチックの落下率（体積％）の評価結果を表３に示す。

表３のように、風速調整部材をバーナの出口側へ前進させ、風速を上げることで、廃プラスチックの燃焼を促進させ、廃プラスチックの落下率を減少させることができた。

（参考例）
図８に示すセメントキルン用バーナ１ｂで風速調整部材を直進外流路１７に設けて固定し、廃プラスチック（廃プラともいう）の量を変化させ、キルン内最高ガス温度、廃プラスチックの落下率を確認した。
キルン内最高ガス温度は、キルン内レンガの耐熱およびクリンカ品質の観点から１８６０℃～１９２０℃が好適である。また、廃プラスチックの落下率は、クリンカ品質の観点から０％が好適である。

＜バーナ燃焼条件＞、＜廃プラスチック条件＞、＜二次空気条件＞は実施例１と同様。

＜一次空気条件＞
実施例１の表１をベースに、バーナの出口風速を４００ｍ／ｓ、および３５０ｍ／ｓとなるように、直進外流路１７に設けた風速調整部材の位置を調整した。

＜評価項目＞
キルン内ガス最高温度（℃）、及び廃プラスチックの落下率（体積％）をシミュレーション解析した。バーナの出口風速が４００ｍ／ｓのときの評価結果を表４に示し、バーナの出口風速が３５０ｍ／ｓのときの評価結果を表５に示す。

表４に示すバーナの出口風速が４００ｍ／ｓの場合、キルン内ガス最高温度は、廃プラスチック量が３ｔ／ｈの条件では適正温度である１８９０℃±３０℃の範囲内であったのに対し、廃プラスチック量が３ｔ／ｈ未満となると適正温度範囲外まで上昇し、耐火レンガの溶損が懸念された。また、表５に示すバーナの出口風速が３５０ｍ／ｓの場合、キルン内ガス最高温度は、廃プラスチック量が２ｔ／ｈの条件では適正温度範囲内であったのに対し、３ｔ／ｈでは適正温度範囲外まで低下し、クリンカ品質の悪化が懸念され、１ｔ／ｈ以下では適正温度範囲外まで上昇し、耐火レンガの溶損が懸念された。すなわち、廃プラスチック量に応じて適正なバーナの出口風速が存在し、風速調整部材の使用によって出口風速を調整することで、様々な廃プラスチック量に対応可能であることが示唆された。

（実施例２）
図９に示すセメントキルン用バーナ１ｃについて解析を行った。図９（ａ）に示すように、セメントキルン用バーナ１ｃは、セメントキルン９の窯尻部９ａに設置される仮焼炉９１用のバーナである。セメントキルン９の内径は３．５ｍｍ、仮焼炉９１の内径は２．０ｍｍとした。図９（ｂ）に示すように、セメントキルン用バーナ１ｃは、円柱状の微紛炭用流路１３と、微紛炭用流路１３に隣接して外側に配置された拡散空気用流路１４とを備える。なお、図９には風速調整部材は示されていない。

＜バーナ燃焼条件＞
微粉炭の燃焼量：３ｔ／時間
＜二次空気条件＞
二次空気量と温度：１６００００Ｎｍ^３／時間、１０００℃
＜一次空気条件＞
下記表６のバーナの出口風速と一次空気比をベース（仕様）として、流路の内部に設けた風速調整部材をバーナの出口から０．５ｍ引き抜いた位置から、バーナの出口（０ｍｍ）まで押し込んだ位置まで移動させた。なお、風速調整部材は、流路（１３，１４）のうち一つのみに設け、その風速調整部材を移動させた。風速調整部材の先端とバーナの出口との距離が０．５ｍｍの場合の風速と、風速調整部材の先端とバーナの出口との距離が０ｍｍの場合の風速は、下記表７のようになった。

＜評価項目＞
風速調整部材の先端とバーナの出口との距離を変えたときの、仮焼炉９１の出口９１ａにおける微粉炭燃焼率をシミュレーション解析した。微粉炭燃焼率（重量％）の評価結果を表８に示す。

表８のように、風速調整部材をバーナの出口側へ前進させ、風速を上げることで、微粉炭の燃焼を促進させ、微粉炭の燃焼率を増加させることができた。

１：セメントキルン用バーナ
１ａ：セメントキルン用バーナ
１ｂ：セメントキルン用バーナ
１ｃ：セメントキルン用バーナ
２：固体粉末燃料用流路
２ｔ：旋回羽根
３：油用流路
４：可燃性固形廃棄物用流路
５：風速調整部材
５ａ：風速調整部材
５ｂ：ランス状部材
９：セメントキルン
９ａ：窯尻部
１１：第一の空気流路
１１ａ：第一の空気流路の内周壁
１１ｂ：第一の空気流路の外周壁
１１ｃ：第一の空気流路の出口
１１ｄ：第一の空気流路の出口側の先端部
１２：第二の空気流路
１２ａ：第二の空気流路の内周壁
１２ｂ：第二の空気流路の外周壁
１２ｃ：第二の空気流路の出口
１２ｄ：第二の空気流路の出口側の先端部
１２ｔ：旋回羽根
１３：微紛炭用流路
１４：拡散空気用流路
１５：旋回内流路
１６：旋回外流路
１７：直進外流路
２０：セメントキルン用バーナシステム
２１：微粉炭搬送配管
２２：空気配管
２３：空気配管
２４：可燃性固形廃棄物搬送配管
９１：仮焼炉
９１ａ：仮焼炉の出口

Claims

円柱状または円筒状の複数の流路を有するセメントキルン用バーナであって、
それぞれの前記流路の出口が略同一面上に配置され、
少なくとも一つの前記流路の内部に、前記流路の内周壁および外周壁の何れか一方に接触、かつ他方に非接触の状態で、前記流路の軸方向に沿って移動することにより、前記流路の出口側の先端部での断面積を変更可能な風速調整部材が設けられ、
前記風速調整部材が設けられた前記流路は、旋回角度が１～６０度である旋回空気流を形成するために出口側の先端部に旋回羽根が固定されており、
前記風速調整部材は、前記旋回羽根に供給される空気の風速または風量を調整する、セメントキルン用バーナ。
前記風速調整部材は、複数の前記流路の内部にそれぞれ設けられ、
前記風速調整部材は、直進空気流を形成する前記流路にも設けられた、請求項１に記載のセメントキルン用バーナ。
前記風速調整部材は、複数の前記流路のうち最外側に位置する円筒状の流路の内部に設けられた、請求項１又は２に記載のセメントキルン用バーナ。
請求項１～３の何れか１項に記載のセメントキルン用バーナの運転方法であって、
前記風速調整部材が設けられた前記流路から吹き出す流体の風速を上げる場合には、前記風速調整部材を前記出口側へ前進させることで前記流路の先端部での断面積を縮小し、前記流路から吹き出す流体の風速を下げる場合には、前記風速調整部材を前記出口側から後退させることで前記流路の先端部での断面積を拡大させる、セメントキルン用バーナの運転方法。