JPH0755847B2 - 粉末原料焼成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、セメント原料や石灰石等の粉末原料を焼成
処理する焼成装置に関し、より詳しくは、この焼成装置
に設けられる多段式熱交換ユニットからの排ガス顕熱を
発電用排熱ボイラで効率良く回収利用すると共に、粉末
原料の予熱を最適の状態で行えるようにしたものに関す
る。

（従来の技術） 従来、例えば、セメント用粉末原料の焼成装置には第２
図から第４図で示すように構成されたものがある。

第２図は第１従来例を示している。

図において、１はセメント用粉末原料を焼成してクリン
カを得るロータリーキルン型の焼成炉、２は焼成炉１か
ら排出されるクリンカを空気流により冷却するクリンカ
冷却機、３は上記焼成炉１から排ガスを導入して粉末原
料を予熱する予熱装置、４は上記予熱装置３に粉末原料
を供給するスクリューコンベア等の原料供給装置であ
る。

上記焼成炉１のクリンカ出口側は冷却機２に燃料供給装
置5aを備えた焼成口覆６により接続される。一方、上記
冷却機２には、この冷却機２にクリンカ冷却用の空気を
供給する押込送風機７が接続されると共に、この冷却機
２から高温空気の一部を排出させる誘引通風機８が接続
される。

一方、上記予熱装置３は上下方向に積重されて互いに連
結された４段の熱交換ユニットH₁〜H₄を有し、これら各
熱交換ユニットは粉末捕集器たるサイクロンC₁〜C₄と、
これら各サイクロンに接続されるガスダクト及び原料シ
ュートとでそれぞれ構成されている。即ち、各サイクロ
ンのガス導入口と、このサイクロン下方に位置する他の
サイクロンのガス排出口とが、それぞれガスダクト11a
〜11cにより接続される。また、上記焼成炉１の排ガス
出口を兼ねた粉末原料の入口端覆12と最下段のサイクロ
ンC₄のガス導入口とがガスダクト13により接続される。
更に、最上段のサイクロンC₁のガス排出口は排ガス誘引
通風機14に排ガスダクト15により接続される。

上記各サイクロンの粉末排出口と、このサイクロン下方
に位置する他のサイクロンのガス導入口側ガスダクトと
が、それぞれ原料シュート17a〜17cにより接続される。
また、最下段のサイクロンC₄の粉末排出口が焼成炉１の
入口端覆12に原料シュート18により接続される。更に、
最上段のサイクロンC₁のガス導入口側ガスダクト11aに
は、原料供給装置４の第１供給機4aが第１供給シュート
19により接続される。

また、上記最下段のサイクロンC₄のガス導入口側ガスダ
クト13と、このサイクロンC₄の上方に位置するサイクロ
ンC₃からの原料シュート17cとの間に、燃料供給装置5b
を備えた仮焼炉21が介設される。この仮焼炉21は焼成炉
１からの排ガスと燃料を燃焼させた燃焼ガスとで粉末原
料を加熱するものであり、上記燃料の燃焼用空気を供給
するためにこの仮焼炉21と冷却機２とが抽気ダクト22に
より接続される。23は成品コンベヤで、冷却機２で冷却
されて成品となったクリンカを次工程に運搬する。

次に、上記セメント用粉末原料焼成装置の作動状態を説
明する。原料供給装置４によって予熱装置３に送られて
きた粉末原料は、原料供給装置４からの供給シュート19
を通してガスダクト11aに送られ、このガスダクト11a内
の上昇気流に随伴して最上段のサイクロンC₁へ送られ
る。そしてサイクロンC₁,C₂,C₃及び原料シュート17a,17
bを経由しながら順次降下し、その間ガスダクト11a,11
b,11cを上昇する熱風によって順次予熱される。この予
熱された粉末原料は３段目のサイクロンC₃から原料シュ
ート17cを通して仮焼炉21へ供給される。一方、冷却機
２から抽気ダクト22を経由して誘引される高温の燃焼用
空気を用いて、燃料供給装置5bから供給される燃料が仮
焼炉21内で燃焼される。この燃料燃焼による熱と、焼成
炉１から仮焼炉21内へ誘引される高温排ガスのもつ顕熱
とで、仮焼炉21内で上記粉末原料が仮焼される。仮焼さ
れた粉末原料は排ガスと共に仮焼炉21からガスダクト13
を通ってサイクロンC₄に入り、次に、原料シュート18か
ら焼成炉１の入力端覆12を経て焼成炉１へ導入される。

上記焼成炉１には冷却機２からの高温空気と燃料供給装
置5aからの焼成用燃料が導入されており、高温下で焼成
を受けて形成されたクリンカは冷却機２に入って冷却さ
れる。この場合、クリンカ冷却用の空気は押込送風機７
により冷却機２に供給され、クリンカとの間の熱交換で
加熱される。この加熱された高温空気の一部は仮焼炉21
及び焼成炉１での燃焼用空気として回収され、回収され
ない余剰の空気は誘引通風機８によって排出される（図
中ガスの流れは実線矢印で示し、粉末原料の流れは破線
矢印で示す）。

上記予熱装置３における最上段のサイクロンC₁からの排
ガスの温度は、原料の性状や仮焼炉21の有無にもよる
が、上記熱交換ユニットが４段の予熱装置３では350℃
〜400℃程度であり、未だ相当の熱エネルギが残されて
いる。そこでこの排ガス顕熱を更に有効利用することが
なされている。

即ち、排ガスダクト15の中途部に排ガスの排熱利用設備
として排熱ボイラ27が介設される。そして、高温排ガス
との熱交換により蒸気を発生させてこれを発電に利用す
ることにより熱経済性の向上を図っている。

ところで、上記予熱装置３のように熱交換ユニットが４
段以上の場合には、排熱ボイラ27で利用する予熱装置３
からの排ガス温度はそれ程高温でないため、排熱ボイラ
27における発生蒸気の温度及び圧力が充分に上がらず、
タービンでの発電効率は低い。しかも予熱装置３の排ガ
スは一般に原料乾燥用の熱源としても使用されるので、
その余剰分しか排熱ボイラ27での加熱に利用することが
できず、結局利用可能なガス顕熱が不足して発電用ター
ビンの効率が十分に高いものとなっていない。

そこで、排熱ボイラ27で利用する排ガスの熱量不足を補
うため、従来、種々の手段が提案されている。これらの
各手段が設けられた従来例を第３図及び第４図により説
明する。なお、第３図及び第４図はそれぞれ第２、第３
従来例を示し、これら両従来例は上記第１従来例とその
基本構成は同一である。よって、同一構成のものには同
一の符号を付し、その説明は省略する。

第３図は第２従来例で、この出願人の出願に係る特開昭
59−59243号公報に示されている。

即ち、原料供給装置４には第１供給機4aと第２供給機4b
とが設けられ、上記第１供給機4aが最上段のサイクロン
C₁のガス導入口側ガスダクト11aに第１供給シュート19
により接続される。一方、上記第２供給機4bは上から２
段目のサイクロンC₂のガス導入口側ガスダクト11bに第
２供給シュート29により接続される。

原料供給装置４の粉末原料は、一部が最上段の熱交換ユ
ニットH₁を構成するガスダクト11aへ送られ、他は最上
段の熱交換ユニットH₁を飛ばして次の熱交換ユニットH₂
を構成するガスダクト11bへ短絡して送られる（以下、
原料短絡供給方式という）。この場合、最上段の熱交換
ユニットH₁へ供給する原料粉末の減少分に相当して予熱
装置３における熱効率が低下する。この結果、最終的に
予熱装置３から排出される排ガス温度は上昇し、これに
よって、この排ガス顕熱の不足が補われる。

第４図は第３従来例で、この出願人の出願に係る特開昭
59−59241号公報に示されている。

即ち、最下段のサイクロンC₄のガス排出口側ガスダクト
11cの中途部と最上段のサイクロンC₁のガス導入口側ガ
スダクト11aの中途部とが短絡ガス導管31により接続さ
れる。更に、この短絡ガス導管31の中途部にダンパ34が
介設される。このダンパ34の開度調整によって、短絡ガ
ス導管31内を通過する短絡ガス量を調整できる。

そして、短絡ガス導管31を経由し、予熱装置３の２段目
及び３段目の熱交換ユニットH₂,H₃を短絡して抽気した
熱ガスは、２段目のサイクロンC₂から排出される排ガス
と合流し、最上段のサイクロンC₁を経て排熱ボイラ27へ
導かれる（以下、ガス短絡誘引方式という）。このため
ガスダクト11cから抽気される熱ガスは、熱交換ユニッ
トH₂,H₃における粉末原料との熱交換に使用されておら
ず、高温を維持していることになる。よって、これを最
上段の熱交換ユニットH₁のガスダクト11a中の排ガスと
合流させると、この短絡ガス量に相当して、上記ガスダ
クト11a内の熱ガスの温度は上昇する。この結果、最上
段のサイクロンC₁から排熱ボイラ27へ導入される排ガス
温度が上昇し、排熱ボイラ27への排ガス顕熱の不足が補
われる。

上記第２及び第３従来例では、予熱装置３における粉末
原料の予熱効率を若干犠性にして排ガス温度を高めるた
め、それに伴って焼成炉１もしくは仮焼炉21における燃
料使用量を増加させる必要が生じる。従って、予熱装置
３から排熱ボイラ27へ導入される排ガスは、単に温度的
に上昇するだけでなく、量的にも増加する。この場合、
排ガス温度は原料、もしくは熱ガスの短絡量により調節
することができるため、排熱ボイラ27における回収熱を
大幅に増加させることができると共に、発生蒸気の温度
及び圧力が高くなるのでタービンでの発電効率が著しく
改善されることになる。なお上記焼成装置における燃料
使用量の増加は、排熱ボイラ27における熱回収量の増加
及び発電設備での熱利用効率の向上のために利用される
ため、排熱発電設備を含む焼成装置全体としてのエネル
ギ経済性を向上させることができる。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、上記第２従来例における原料短絡供給方式、
及び第３従来例におけるガス短絡誘引方式のいずれにお
いても、排熱ボイラ27への導入ガス温度を上昇させ、排
熱ボイラ27を含む排熱発電設備の効率を向上させること
ができたが、予熱装置３の作動状態の面では未だ改善の
余地がある。

即ち、両従来例における共通の問題点として、予熱装置
３での原料処理量を一定とすると、これにより予熱装置
３内各部を通過する排ガス量がほぼ一義的に決定され
る。このため、排熱ボイラ27に導入する排ガス温度を所
望の値に変更しようとすると、予熱装置３における粉末
原料の予熱に適した通過ガス量に調整することができな
い。

以下、予熱装置３が４段の熱交換ユニットで構成された
仮焼炉21付の場合について、より詳しく説明する。

予熱装置３から排熱ボイラ27に導入される排ガスの温度
は、ボイラ内水管及び蒸気タービン用羽根車やケーシン
グの材質により決まる耐熱限界他から400℃〜500℃の
間、中でも420℃〜460℃が適当である。このため、第１
従来例に較べて排ガス温度を40℃〜80℃、平均的には約
60℃上昇させる必要がある。予熱装置３が仮焼炉21を付
属しない場合や、５段熱交換式の場合には、第１従来例
のような原料もしくはガスを短絡しない方式での予熱装
置の排ガス温度は一般的に更に低いものである。よっ
て、排熱ボイラ27に導入される排ガスを上記適正温度ま
で上昇させるための温度差は更に大きくなり、以下に述
べる問題はより一層顕著となる。

先ず、第２従来例における原料短絡供給方式では、排熱
ボイラ27に導入される排ガス温度を、60℃だけ上昇させ
ようとすると、予熱装置３への供給原料の内、10％〜20
％を第１供給機4aから最上段の熱交換ユニットH₁を構成
するガスダクト11aへ供給し、80％〜90％を第２供給機4
bから２段目の熱交換ユニットH₂を構成するガスダクト1
1bへ分配して供給する必要がある。この際、この原料短
絡供給方式では仮焼炉21から排出される熱ガスの全量が
予熱装置３内を上昇して通過し、その熱ガス量は焼成装
置での燃料使用量の増加に応じて増えている。

また、予熱装置３内を通過する排ガスは、温度的には粉
末原料の短絡供給により２段目及び３段目の熱交換ユニ
ットH₂,H₃では低下するが、最上段の熱交換ユニットH₁
では60℃分だけ上昇する。従って、最上段のサイクロン
C₁での圧力損失について着目すると、単に処理ガス温度
が上昇するだけでなく、単位処理ガス量の増加及び処理
ガス中の原料濃度の低下も影響して圧力損失が著しく増
加する。

この結果、２段目、３段目の熱交換ユニットH₂,H₃での
温度低下の影響による圧損低減を差し引いても予熱装置
３全体としての圧力損失が増加する。これに伴って、排
ガス誘引通風機14の駆動用動力が増加し、排熱発電設備
の効率改善により余分に発生させた電力の一部を無駄に
消費することになる。

次に、第３従来例におけるガス短絡誘引方式では、予熱
装置３から排熱ボイラ27に導入される排ガス温度を60℃
だけ上昇させようとすると、最下段の熱交換ユニットH₄
を構成するサイクロンC₄のガス出口側ガスダクト11c内
を通過する850℃〜900℃の高温ガス量の40％〜50％を抽
気する必要がある。この場合、高温ガスの抽気位置から
この抽気したガスが最上段の熱交換ユニットH₁のガスダ
クト11a内を通過するガスへ合流する合流位置までの間
における予熱装置３の中間段の熱交換ユニットでは、単
に通過ガス量が減少するのみならずガス温度も低下し、
実風量や実風速は高い比率で減少する。このため、上記
高温ガスの抽気位置と合流位置との間における圧力損失
は著しく低減するが、これら両者間のガスダクト11b,11
cに供給された粉末原料の一部が下段のサイクロンから
排出される上昇ガスに乗り切れないおそれが生じる。こ
の場合には、上記各ガスダクト11b,11cに供給された粉
末原料が下方のサイクロンへ直接落下することになり、
これによって予熱装置３の操業状態が不安定になるとい
う不都合がある。

（発明の目的） この発明は、上記のような事情に注目してなされたもの
で、排熱発電設備を含む焼成装置全体としてのエネルギ
経済性を向上させ、かつ、予熱装置内各部を通過する熱
ガスを予熱に適した量に調整できるようにして、この予
熱装置を良好な状態で作動させることを目的とする。

（発明の構成） 上記目的を達成するためのこの発明の特徴とするところ
は、原料供給装置を少なくとも最上段の熱交換ユニット
を含む複数段の熱交換ユニットにそれぞれ連結すると共
に、焼成炉の排ガス出口、もしくは、下段の熱交換ユニ
ットのガスダクトと上段の熱交換ユニットとを短絡ガス
導管により接続した点にある。

（実施例） 以下、この発明の実施例を第１図により説明する。な
お、この実施例は前記第１〜第３従来例とその基本構成
は同一である。よって、同一のものには同一の符号を付
し、その説明は省略する。

原料供給装置４における第１供給機4aは、第１供給シュ
ート19によりガスダクト11aに接続される。また、第２
供給機4bは第２供給シュート29によりガスダクト11bに
接続される。更に、下段のガスダクト11cと上段のガス
ダクト11aとが短絡ガス導管31により接続される。一
方、排熱ボイラ27のガス導入口側排ガスダクト15の中途
部には、温度計37が設けられる。

そして、この焼成装置を作動させる場合、予熱装置３に
おけるガスダクト11cの熱ガス抽気位置とこの熱ガスの
ガスダクト11aへの合流位置との間の中間段の熱交換ユ
ニットH₂,H₃を通過するガス量が予熱装置３の作動状態
として最適となる様に短絡ガス導管31を通して抽気する
短絡ガス量を調整すると共に、排熱ボイラ27に導入する
ガス温度が最適となる様に原料供給装置４の第２供給機
4bから予熱装置３の上記中間段に短絡して供給する粉末
原料の量的比率を調整する。

即ち、短絡ガス量が多い程、予熱装置３の上記中間段を
通過する排ガス量は減少する。また、所定の短絡ガス量
の場合、最上段サイクロンC₁からの排ガス温度は第１、
第２供給機4a,4bから供給する粉末原料の分配比によっ
て変わるため、ガスダクト11aへの供給量比を高めれば
排ガス温度は降下し、反対にガスダクト11bへの供給量
比を高めれば排ガス温度は上昇する。従って、温度計37
の指示値を指針として第１、第２供給機4a,4bからの分
配比を変えることにより、排熱ボイラ27へ導入する排ガ
ス温度を調整できる。

上記方法によれば、予熱装置３の下段から上段への短絡
熱ガス量と、予熱装置３の最上段と中間段への供給原料
分配比率との調節により、排熱ボイラ27へ導入する排ガ
ス温度と予熱装置３内各部を通過する熱ガス量との両者
を共に調節することができ、排熱発電設備と焼成装置と
を共に最適な状態で作動させることができる。

なお、上記図示の例では、粉末原料を最上段の熱交換ユ
ニットH₁を構成するガスダクト11aと次段のガスダクト1
1bとに分配供給しているが、前者については第３供給シ
ュート36により短絡ガス導管31へ供給しても良く、後者
については３段目以降の熱交換ユニットH₃,H₄へ分配供
給したり、あるいは最下段の仮焼炉21や焼成炉１へ直接
供給しても良い。

また、分配した粉末原料の供給投入位置は各ガスダクト
ではなく、各熱交換ユニットの原料シュート17a〜17cへ
供給したり、あるいはサイクロンC₂〜C₄へ直接供給して
も良く、これらを複数組合せてもよい。

上記の様に最上段の熱交換ユニットH₁以外の熱交換ユニ
ットへ粉末原料を分配供給する位置は種々考えられる
が、図示の例で示す様に原料供給装置４からの第２供給
シュート29を第２段目の熱交換ユニットH₂へ接続する場
合には、必要に応じて粉末原料の全量を２段熱交換ユニ
ットH₂へ供給しても良い。この場合には、最上段のサイ
クロンC₁は粉末捕集専用に使用される。よって、排熱ボ
イラ27へ流入する粉末原料量を最小に抑えることがで
き、このような焼成装置において特に好ましい。

更に、予熱装置３からの熱ガスの抽気位置や合流位置は
図示の例に限定されることはない。即ち、熱ガスの抽気
位置としては、例えば、ガスダクト11bやガスダクト13
から抽気したり、或いは必要に応じて複数個所から抽気
しても良い。この場合、熱ガスの流れの方向における上
流側から抽気するほど熱ガス温度が高温であるため、一
定の排ガス温度に高めるための抽気量が少なくてすむ。
よって、最下段のサイクロンC₄のガス出口側ガスダクト
11cから抽気するのが特に効果的である。

一方、熱ガスの合流位置としては、上段のサイクロンC₁
やサイクロンC₂としたり、或いはガスダクト11bしても
良い。この場合、合流位置を最上段の熱交換ユニットH₁
としたとき、短絡ガス量に対する排ガス温度の上昇が最
大となり、特に効果的である。

なお、上記焼成装置を使用するに当っては、図示の例の
ように予熱装置３の最下段のサイクロンC₄のガス導入口
側ガスダクト13に燃料供給装置5bを備えた仮焼炉21を接
続し、予熱装置３全体の温度変化を上記仮焼炉21の操業
条件の調整によって吸収し、焼成炉１の操業条件を安定
化するのが好ましいが、仮焼炉21を設けていない通常タ
イプの予熱装置や既設の予熱装置に対しても容易に適用
することができる。

更に、熱交換ユニットを構成する粉末捕集器やガスダク
ト等の種類、構造はもとより、排熱ボイラの具体的な構
成等を必要に応じて適宜変更しても良い。

（発明の効果） この発明によれば、原料供給装置を少なくとも最上段の
熱交換ユニットを含む複数段の熱交換ユニットにそれぞ
れ連結すると共に、焼成炉の排ガス出口、もしくは、下
段の熱交換ユニットのガスダクトと上段の熱交換ユニッ
トとを短絡ガス導管により接続したため、原料供給装置
から最上段の熱交換ユニットとそれより下方段の熱交換
ユニットとに供給される粉末原料の分配比と、予熱装置
の下段の熱交換ユニットから上段の熱交換ユニットへ流
れる短絡熱ガス量とを調整することにより、予熱装置内
各部を通過するガス量と排熱ボイラへ導入される排ガス
温度とを共に広い範囲で調整することができる。よっ
て、予熱装置内各部を通過する熱ガスを粉末原料の予熱
に適した量として、この予熱装置を良好な状態で作動さ
せることができ、かつ、排熱ボイラへ導入される排ガス
の熱をこの排熱ボイラで効果的に回収して、この排熱発
電設備を含む焼成装置全体としてのエネルギ経済性を向
上させることができる。

この場合、排熱ボイラに導入する排ガスを、所定温度に
上昇させるための予熱装置の中間段へ短絡して供給する
粉末原料の分配比は、第２従来例に示す原料短絡供給方
式による場合よりも少なくなる。しかも、予熱装置の下
段から上段に短絡して誘引する熱ガス量も第３従来例に
示すガス短絡誘引方式による場合よりも少なくなる。

また、上記の結果、この発明による焼成装置には次のよ
うな効果もある。

（１）予熱装置内中間段を通過する熱ガス量の低減に伴
って、予熱装置における圧力損失が低減する。

（２）予熱装置内中間段を通過する熱ガスを所望の風量
に調整できるため、この中間段のガスダクトに供給され
た粉末原料の一部が下方のサイクロンへ直接落下するこ
とを防止でき、これによって予熱装置の操業状態を安定
させることができる。

（３）短絡ガス量が少なくなるため、短絡ガス導管を径
小にすることができ、この短絡ガス導管の配置は容易と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す粉末原料焼成装置の系
統図、第２図から第４図は第１〜第３従来例を示しそれ
ぞれ第１図に相当する図である。 １……焼成炉、４……原料供給装置、5b……燃料供給装
置、11a,11b,11c……ガスダクト、12……入口端覆（排
ガス出口）、13……ガスダクト、17a,17b,17c……原料
シュート、21……仮焼炉、27……排熱ボイラ、31……短
絡ガス導管、C₁,C₂,C₃,C₄……サイクロン（粉末捕集
器）、H₁,H₂,H₃,H₄……熱交換ユニット。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】粉末原料を焼成する焼成炉と、上下方向に
   積重されて互いに連結され上記焼成炉から排ガスを導入
   して粉末原料を予熱する複数段の熱交換ユニットと、こ
   の熱交換ユニットに粉末原料を供給する原料供給装置と
   を設け、上記各熱交換ユニットを粉末捕集器と、この粉
   末捕集器に接続されるガスダクト及び原料シュートとで
   構成し、上記熱交換ユニットのうち最上段の熱交換ユニ
   ットの排ガス出口に発電用排熱ボイラを排ガスダクトに
   より接続した粉末原料焼成装置において、上記原料供給
   装置を少なくとも最上段の熱交換ユニットを含む複数段
   の熱交換ユニットにそれぞれ連結すると共に、焼成炉の
   排ガス出口、もしくは、下段の熱交換ユニットのガスダ
   クトと上段の熱交換ユニットとを短絡ガス導管により接
   続したことを特徴とする粉末原料焼成装置。
2. 【請求項２】原料供給装置を最上段の熱交換ユニット
   と、上から２段目の熱交換ユニットとにそれぞれ連結し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の粉末
   原料焼成装置。
3. 【請求項３】最下段の熱交換ユニットにおける粉末捕集
   器のガス導入口側ガスダクトに燃料供給装置を備えた仮
   焼炉を設けると共に、上記粉末捕集器のガス排出口側ガ
   スダクトと最上段の熱交換ユニットにおける粉末捕集器
   のガス導入口側ガスダクトとを短絡ガス導管により接続
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項もしくは第
   ２項に記載の粉末原料焼成装置。