JPH0152339B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原料予熱装置と焼成炉との間に配置さ
れたセメント原料粉末の仮焼方法に関し、殊に仮
焼炉内での燃焼の燃焼性を向上させると同時に燃
焼ガスからセメント原料粉末への熱伝達とセメン
ト原料粉末の仮焼反応を促進し、以つて燃料消費
量の低減或いは設備の小型化を達成可能とし、更
に仮焼炉内でのNO_x（窒素酸化物）の発生を抑制
することのできる殊に固体燃料や低品位燃料の使
用に適したセメント原料粉末の仮焼方法を提供す
るものである。

近代的セメント焼成装置はセメント原料粉末の
流れの方向に見て原料予熱装置と焼成炉との間に
独立した熱源を有する仮焼炉を配置して構成され
る。

第１図は、セメント原料粉末を予熱・仮焼・焼
成・冷却する工程を示す線図的系統図で、図中の
実線矢印は熱風の流れ、破線矢印はセメント原料
粉末の流れを示す。尚装置の概要は、サイクロン
等の原料粉末離器C₁〜C₃およびダクト７等より
構成される原料予熱装置１、分離サイクロンC₄
を付属する仮焼炉２、ロータリキルン等の焼成炉
３及びクリンカ冷却機４から成り、原料投入シユ
ート５から供給されたセメント原料粉末は、第１
〜第３の各サイクロンC₁〜C₃を順次降下し、他
方焼成炉３及び仮焼炉２からの高温排ガスは誘引
通風機８により吸引されて原料予熱装置１内を上
昇するから、ダクト７内及びサイクロンC₁〜C₃
内にてセメント原料粉末と高温ガスとの混合・熱
交換・分離が繰り返される。予熱されたセメント
原料粉末は原料予熱装置１から予熱原料シユート
１４を通して仮焼炉２へ導入される。他方、クリ
ンカ冷却機４から抽気ダクト１３を通して仮焼炉
２へ導入される高温の燃焼用２次空気と、バーナ
６ａから燃焼用１次空気と共に供給される燃料に
よつて仮焼炉２内で燃焼が起こり、その燃焼熱と
焼成炉排ガスのもつ熱を受けることによりセメン
ト原料粉末が仮焼される。仮焼されたセメント原
料粉末は燃焼ガスと共に仮焼炉２から分離手段と
しての分離サイクロンC₄に入つて燃焼ガスから
分離されたのち、仮焼原料シユート１５より焼成
炉入口端覆１２を通して焼成炉３に入り、焼成炉
３の下端側に設置したバーナ６ｂから供給される
燃料の燃焼熱により焼成炉３内で必要な熱処理を
受けてクリンカになつたのち、冷却機４で冷却さ
れる。尚、クリンカ冷却用の空気は押込送風機１
０によつて供給され、クリンカと熱交換を行つて
昇温した空気の一部は、上述の如く仮焼炉２及び
焼成炉３に分配導入されるが、余剰の空気は誘引
通風機９により排出される。そしてクリンカ冷却
機４から出たクリンカはコンベア１１によつて次
工程へ搬出される。

第２図は第１図における仮焼炉付近の構成をよ
り詳細に示す概念図で、これらの図により仮焼炉
の構造及び機能を説明すると下記の通りである。

即ち、仮焼炉２は本構成例では円筒状竪形で、
絞り部２ｃを境にして互いに連通した燃焼帯を形
成する上流側（下方）の燃焼室２ａと混合帯を形
成する下流側（上方）の混合室２ｂとで構成さ
れ、燃焼室２ａの下端は下方に向けて漸次断面を
縮小して逆円錐体状部とし、開口２ｄにより入口
端覆１２を介して焼成炉３に接続している。又、
燃焼室２ａの下部側壁には半径方向または接線方
向にクリンカ冷却機４からの高温抽気を燃焼用２
次空気として案内する抽気ダクト１３が開口２ｅ
にて接続され、当該抽気ダクト１３の天井壁が燃
焼室２ａ側壁と接合する付近には、燃焼室２ａに
流入する高温抽気に指向して、１次空気と共に燃
料を吹込むバーナ６ａを設置し、更に当該バーナ
６ａの上方に位置し、バーナ６ａから供給される
燃料により燃焼室２ａ内に形成される燃焼域を指
向して原料予熱装置１のサイクロンC₃からの予
熱原料投入シユート１４が接続され、一方混合室
２ｂの燃焼ガス出口２ｆは分離サイクロンC₄に
接続されている。

これらの装置を用いるに当たつて、原料予熱装
置１からの予熱原料はシユート１４を通して仮焼
炉２の燃焼帯を形成する燃焼室２ａ内に供給さ
れ、入口端覆１２を介して開口２ｄを通して下方
より上昇流入する焼成炉３からの排ガスにより燃
焼室２ａ内にて混合・撹拌され、噴流層を形成し
ている。該噴流層内には抽気ダクト１３を通して
クリンカ冷却機４から燃料の燃焼に十分な量の高
温抽気が燃焼用２次空気として導入され、当該抽
気ダクト１３の燃焼室２ａへの導入口２ｅ上方に
設置されたバーナ６ａを通して燃焼用１次空気と
共に燃料が供給され、噴流層内にて燃焼が行われ
る。予熱原料シユート１４を通して燃焼室２ａ内
に供給されたセメント原料粉末はこれら燃料の燃
焼熱および焼成炉排ガスの顕熱を吸収して仮焼反
応を進行させつつ燃焼ガスと共に絞り部２ｃを通
過して混合帯を形成する混合室２ｂに導入される
が、絞り部２ｃを通過する際の加速および減速に
よる核散効果と混合室２ｂ内に発生する乱流によ
り撹拌・混合が促進され、混合室２ｂ内にて燃焼
ガス中に含まれる可燃成分の完全燃焼を行つたの
ち、開口２ｆより分離手段を構成する分離サイク
ロンC₄に排出するようになつている。

この様な噴流層式仮焼炉或いは気流式仮焼炉の
燃焼室２ａにおいては、原料予熱装置からの仮焼
すべき予熱原料の全量が燃焼室に直接供給される
か或いは燃焼室を通過するようになつており、燃
焼室内での燃料の燃焼による発生熱が直ちにセメ
ント原料粉末に伝達されるため、仮燃炉燃焼室内
の温度は燃焼室での熱収支から決定される平衡温
度に近くなつており、バーナ装着部の近傍を除い
て900℃前後の比較的低温に維持されている。

この様に仮焼炉燃焼室内が低温に維持されてい
ることは燃焼室２ａの炉壁を十分安全に保護する
ためには有効であるが、燃焼室２ａ内での燃料の
燃焼性を阻害しており、仮焼炉２全体として中間
絞り機構２ｃとこれに後続する混合室２ｂを設け
て燃料燃焼性の向上をはかつているものの、十分
な燃焼を確保するためには理論的に必要な燃焼空
気量よりも相当過剰の燃焼空気を仮焼炉へ導入す
る必要があり、仮焼炉での燃料消費量の増大を招
いている。殊に、仮燃用燃料として微粉炭等の固
体燃料を使用したり或いは低品位燃料を使用する
場合には、重油等の液体燃料に比べて燃焼時間が
長くかかるため、燃料の燃焼室内滞留時間の延長
を目的として燃焼室容量を大きく採る必要があ
り、設備費の増大を招いている。

又、仮焼炉内でのセメント原料粉末の仮焼反応
の進行度合は雰囲気ガス中の炭酸ガス分圧にも関
係するが、主として雰囲気ガス温度に支配される
ため燃焼室内が低温に維持される場合にはセメン
ト原料粉末粒子の中心部まで充分に仮焼反応を進
行させることができないので、仮焼炉から焼成炉
へ排出するセメント原料粉末の仮焼率も充分満足
できるに至つていない。更に、仮焼炉での燃焼は
燃料中に含まれる窒素分に起因する所謂フユーエ
ルNO_xのもつとも発生しやすい温度領域で行わ
れるため、特に燃料として窒素含有量の多い微粉
炭等の固体燃料を使用する場合には仮焼炉内で大
量のNO_xを発生し、原料予熱装置からこれを排
出して大気を汚染する原因となつている。

本発明は従来技術のもつ上記問題点を解消し、
仮焼炉燃焼室内の雰囲気温度を適度な高温に調
節・維持することにより、燃料の燃焼性を向上さ
せ、燃焼用過剰空気量の低減とセメント原料粉末
仮焼反応の促進により燃料消費量を節減し或いは
設備の小型化を達成し、同時に仮焼炉内での
NO_xの発生を効果的に抑制できるようにしたセ
メント原料粉末の仮焼方法を提供しようとするも
のである。

以下図面に基づいて本発明を詳細に説明する
が、図は具体的な実施の一例を示すもので、本発
明はこれらの図示例に限定されず、前・後記の趣
旨に沿つて他の構成としたり、或いは一部の設計
を変更しても同様に実施することができる。

第３図は本発明の一実施例を示す概念図であ
り、仮焼炉２本体の基本的構造、仮焼炉２への焼
成炉３からの排ガス導入方法、抽気ダクト１３か
らの高温燃焼用２次空気の導入方法、仮焼炉２内
の燃焼ガスの流れおよび仮焼炉２からの燃焼ガス
の排出方法などについては前述の第２図での従来
装置の場合と同様である。

そこで第３図に基づいて、第２図との相違点と
して本発明の構成を詳細に説明すると、原料予熱
装置のサイクロンC₃からの予熱原料シユート１
４は取付角度を調整可能な分配弁１４ｃを備えた
分岐部材１４ｄにより２本の予熱原料シユート１
４ａ，１４ｂに分岐され、一方の分岐シユート１
４ａは仮焼炉２の燃焼帯を形成する燃焼室２ａ
に、又他方の分岐シユート１４ｂは仮焼炉２の混
合帯を形成する混合室２ｂに接続される。これら
分岐シユート１４ａおよび１４ｂと燃焼室２ａお
よび混合室２ｂとの接続位置については特に限定
されないが、就中分岐シユート１４ａにより燃焼
室２ａに投入する予熱原料粉末はバーナ６ａによ
り燃焼室２ａ内に形成される燃焼域を指向させて
燃焼室２ａ内に局部的高温部が形成されるのを防
止するか、或いは仮焼炉２の下端開口２ｄより燃
焼室２ａ内に上昇・流入する焼成炉３からの排ガ
スに指向させて燃焼室２ａ内により濃密な第１の
噴流層を形成するのを助成し、又分岐シユート１
４ｂにより混合室２ｂに投入する予熱原料粉末は
仮焼炉２の中間絞り部２ｃから混合室２ｂ内に上
昇・流入する燃焼室２ａからの燃焼ガスに指向さ
せて混合室２ｂ内に第２の噴流層を形成するのを
助成するような接続配置が推奨される。

この様な構成により、燃焼室２ａには原料予熱
装置からの仮焼すべき予熱原料の一部が供給され
るだけであり、混合室２ｂに供給した予熱原料は
実質的に燃焼室２ａを通過することなく分離サイ
クロンC₄へ導入されるため、従来構造による場
合に較べて燃焼室２ａ内の温度を高めることがで
きる。この燃焼室２ａ内の温度は燃焼室２ａと混
合室２ｂとへの予熱原料の分配割合によつて調整
され、次に述べる燃料の燃焼性、NO_xの発生、
炉壁への原料コーチングの生成および炉壁の熱的
保護等を総合的に勘案して選定されるが、一般に
950〜1100℃、好ましくは1000〜1050℃の温度雰
囲気とするのが適当であり、このためには原料予
熱装置からの予熱原料の90〜50％を燃焼室２ａ
へ、又その残りの10〜50％を混合室２ｂへ分配・
供給する。ここに燃焼室２ａ内での燃焼温度の効
果につき説明すると、まず燃料の燃焼速度は燃焼
室２ａ内絶対温度の指数関数的に著しく大となる
ため僅かの過剰空気で充分な燃焼を行うことがで
きるようになり、又燃焼ガスと供給原料との大き
な温度差にもとづき燃料の燃焼熱を有効かつ速や
かにセメント原料粉末へ伝達することができる様
になるので仮焼炉での燃料消費量を低減させるこ
とができる。又、微粉炭等の固体燃料或いは低品
位燃料を使用する場合にも燃焼温度の上昇により
必要燃焼時間が短縮されるので、仮焼炉の容積を
小さく選定することができる。更に、燃焼室２ａ
内温度は同室内燃焼ガス中の炭酸ガス分圧により
決定されるセメント原料粉末の仮焼反応温度より
も遥かに高くなるので、分岐シユート１４ａより
燃焼室２ａに供給したセメント原料粉末は燃焼室
２ａ内にて速やかに仮焼反応を完了するようにな
る。一方分岐シユート１４ｂより混合室２ｂに供
給したセメント原料粉末は従来技術と同程度に仮
焼反応を進行させることができ、又混合室２ｂに
供給するセメント原料粉末量は燃焼室２ａへ供給
し仮焼反応が著しく進行したセメント原料粉末よ
りも少量であるので、これらの混合原料として分
離サイクロンC₄から焼成炉３へ排出する仮焼原
料粉末は従来技術と同程度の温度であるにも拘ら
ず仮焼反応がより一層進行した状態となつてお
り、焼成装置全体としての熱効率を向上させるこ
とができる。次に燃焼室２ａ内でのNO_xの発生
につき説明すると、公知の如くNO_xには大別し
て燃料中の窒素分に起因するフユーエルNO_xと
燃焼空気中の窒素分に起因するサーマルNO_xと
があり、一般にフユーエルNO_xは約900℃を越え
た温度領域では高温になるほど発生量が減少し、
サーマルNO_xは1100〜1200℃程度の燃焼域温度
を越えると徐々に増加し、共に燃焼域酸素濃度が
高くなる程発生量も増加する。本発明装置によれ
ば、燃焼域温度がフユーエルNO_xとサーマル
NO_xとの両方が発生しにくい温度領域になつて
おり、しかも前述の如く燃焼域内の過剰空気の減
少によつて酸素濃度を低く維持することができる
のでNO_xの発生を著しく抑制することができる。
この際、燃焼室内温度が1100℃程度を越える場合
には燃焼室２ａの壁面にセメント原料粉末のコー
チングを発生しやすくなり、又炉壁の熱的保護の
面からも燃焼室内温度をこの程度に抑えることが
望ましく、更に燃焼室内温度が950℃程度より低
い場合には燃料の燃焼性、セメント原料粉末の仮
焼性及びNO_xの抑制の面で改善効果が少ない。
尚、仮焼炉２の中間絞り部２ｃ付近における燃焼
ガス温度とNO_x含有量を測定し、これにより分
配弁１４ｃを調整することにより燃焼性との兼合
いにおいてNO_x発生量を容易に制御することが
でき、操業条件が変動しても常に安定して低く抑
制することが可能となる。

この様に燃焼室２ａ内の高い雰囲気温度にもと
づき、NO_xの発生を抑制しつつも燃料の燃焼と
セメント原料粉末の仮焼反応とが共に高度に進行
した状態で、燃焼ガスおよびセメント原料粉末は
絞り部２ｃを通過して混合室２ｂに導入され、分
岐シユート１４ｂを通して供給される予熱原料粉
末の１部と撹拌・混合され、ここに第２の噴流層
を形成してセメント原料粉末を滞溜させ、新たに
供給されたセメント原料粉末の仮焼反応を進行さ
せて900℃前後に温度降下した低温雰囲気となり、
混合室２ｂの開口２ｆより分離サイクロンC₄へ
排出される。この際、中間絞り部２ｃを通過する
上昇ガスは増速されているので、分岐シユート１
４ｂを通して混合室２ｂに供給されたセメント原
料粉末の実質的な部分が燃焼室２ａへ落下するの
が防止され、燃焼室２ａ内を高温に維持すること
ができる。

これらの仮焼炉構造において、仮焼炉断面の形
状および燃料や燃焼用空気の導入形態或いは仮焼
炉への焼成炉排ガスの導入の有無などは目的に応
じて自由に選択できる。例えば、固体燃料を使用
する場合にはバーナ６ａに替えて燃料供給シユー
トを配設し粉末状固体燃料を重力により燃焼室２
ａへ落下・投入することもできる。又、この際供
給シユートを通して予熱原料粉末を固体燃料と共
に仮焼炉へ供給して燃焼室内の燃料供給部近傍に
局部的な高温域が形成されるのを防止したり、分
離サイクロンC₄からの仮焼原料の一部を燃焼室
に循環させたり、或いは燃焼室２ａの逆錐体状部
に別個のバーナを設置するなど、NO_x発生の抑
制または脱硝に関する他の手段と組み合わせるこ
ともできる。更には、原料予熱装置の型式（サイ
クロン型、塔型等）、系列数、段数、各段を構成
する粉末分離器の数等についても全く制限されな
い。

本発明は以上の如く構成されており、原料予熱
装置からの予熱原料を仮焼炉に供給するに当り、
仮焼炉を上流側の燃焼帯と下流側の混合帯とによ
り構成すると共に、予熱原料をこれら燃焼帯と混
合帯とに分割し且つ調整して供給することにより
燃焼帯における雰囲気温度を適度に高め、以つて
燃料の燃焼性を向上させ、燃焼ガスからセメント
原料粉末への熱伝達とセメント原料粉末の仮焼反
応を促進し、燃料消費量の低減と設備の小型化を
達成し、尚且つ仮焼炉内でのNO_xの発生を著し
く抑制することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のセメントクリンカ製造工程を示
す線図的系統図、第２図は第１図における仮焼炉
付近の概念図、第３図は本発明の一実施例を示す
概念図である。 （符号の説明）、１……原料予熱装置、２……
仮焼炉、２ａ……燃焼室、２ｂ……混合室、２ｃ
……絞り部、３……焼成炉、４……クリンカ冷却
機、６……燃料供給装置、１２……入口端覆、１
３……抽気ダクト、１４……予熱原料シユート、
１４ａ，１４ｂ……分岐シユート、１４ｃ……分
配弁、１４ｄ……分岐部材、１５……仮焼原料シ
ユート、C₁〜C₃……原料粉末分離器、C₄……分
離サイクロン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ セメント原料粉末の流れの方向に見て予熱装
   置と焼成炉との間に配設され、原料粉末の分離手
   段を付属した仮焼炉が上流側の燃焼帯と下流側の
   混合帯により構成され、該燃焼帯に燃料とこの燃
   料の燃焼に十分な量の燃焼用空気を導入すること
   により燃焼帯に供給した予熱原料粉末が混合帯を
   経て分離手段から排出される間に仮焼するように
   したセメント原料粉末の仮焼方法において、予熱
   原料粉末の一部を燃焼帯に、又他の一部を混合帯
   に夫々供給すると共に、該混合帯に供給した原料
   粉末の実質的な部分は燃焼帯を通過することなく
   分離手段へ導入することにより、仮焼炉内の前記
   燃焼帯の温度を高めることを特徴とするセメント
   原料粉末の仮焼方法。 ２ 予熱原料粉末の50〜90％を燃焼帯に、又10〜
   50％を混合帯に夫々供給することにより、仮焼炉
   内の前記燃焼帯を950〜1100℃の高温雰囲気とし、
   又前記混合帯を900℃前後の低温雰囲気とする特
   許請求の範囲第１項に記載したセメント原料粉末
   の仮焼方法。 ３ 燃焼帯を1000〜1050℃の高温雰囲気とする特
   許請求の範囲第１項または第２項に記載したセメ
   ント原料粉末の仮焼方法。