JPH08225347A - 高温バルク材の冷却方法、焼成バルク材の製造方法及び装置 - Google Patents

高温バルク材の冷却方法、焼成バルク材の製造方法及び装置

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JPH08225347A JP7301348A JP30134895A JPH08225347A JP H08225347 A JPH08225347 A JP H08225347A JP 7301348 A JP7301348 A JP 7301348A JP 30134895 A JP30134895 A JP 30134895A JP H08225347 A JPH08225347 A JP H08225347A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 焼成バルク材、特にセメントクリンカを製造
するための方法及び装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 バルク材は先ず焼成されそれから冷却さ
れる。この場合、高温のバルク材の冷却は水蒸気と共に
燃料、特に石炭をガス化することによって引き起こさ
れ、このガス化反応に必要な反応エンタルピは高温バル
ク材より抽出される。このガス化において、燃料ガスが
生成され、この燃料ガスはバルク材を焼成するために使
用される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、バルク材の冷却及
び製造方法に関わり、また焼成バルク材、特にセメント
クリンカの製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】焼成バルク材、特にセメントクリンカを
製造するための装置は基本的には、バルク材を焼成する
ためのロータリキルンとその下流に接続され高温のバル
ク材を冷却するための冷却器とよりなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ロータリキルンより落
下した高温のバルク材は通常空気によって、貯蔵可能な
且つ作業可能な温度まで冷却される。バルク材より空気
に放出される熱の略７５％は燃焼用空気と共にロータリ
キルンに直接返還される。空気に含まれる熱の残りの２
５％は、もし外部利用の可能性がないなら、大気中に損
失として放出される。
【０００４】本発明の目的は、それ故、キルンのために
熱回収量を増加させることができる、バルク材を冷却及
び製造するための方法及び装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】斯かる目的は、請求項
１、２、３の特徴部分によって達成される。本発明によ
ると、水蒸気と共に燃料をガス化することによって高温
のバルク材は冷却され、このガス化反応は必要な反応エ
ンタルピを高温バルク材より抽出するように構成されて
いる。ガス化反応によって生成された燃料ガスはロータ
リキルン内のバルク材を焼成するために使用される。焼
成に必要な燃焼空気は高温のバルク材の後冷却工程によ
って予熱される。斯かる方法によって、利用可能量の燃
焼空気だけでクリンカの最終冷却を成し得ることができ
る。
【０００６】ガス化反応によって生成された燃料ガス、
特に、水素と一酸化炭素によって、ロータリキルン内に
高温燃焼が生成され、その結果、クリンカの品質が改善
され、ロータリキルンの寸法を短くすることが可能とな
る。
【０００７】本発明の例及び本発明の利点は、以下の記
述及び図面を利用して詳細に説明されよう。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明による焼成バルク材の製造
装置の第１の例は図１に概略的に示されている。この装
置は、基本的にはバルク材を焼成するためのキルン、特
にロータリキルン１とその下流に接続され高温のバルク
材を冷却するための冷却器２とよりなる。
【０００９】焼成されたバルク材はキルン１より落下シ
ャフト３内に落下し、そこでロールクラッシャ４の少し
上側にて滞留する。燃料、例えば石炭を供給するための
装置（矢印５）が落下シャフト３の領域に配置されてい
る。この装置は例えば圧縮空気装置又は遠心調和装置に
よって構成されることができる。こうして燃料は確実に
高温のバルク材の中に混合される。
【００１０】冷却器２は基本的には往復格子６よりな
り、斯かる往復格子の上にて下層のバルク材７ａが供給
シャフト８から第１の排出シャフト９まで搬送される。
ロールクラッシャ４によって破砕されたバルク材は、上
層のバルク材７ｂとして下層のバルク材７ａの上に配置
される。上層のバルク材７ｂは下層のバルク材７ａと共
に冷却器の終端２ａまで移送され、そこで上層のバルク
材７ｂは第２の排出シャフト１０によって導かれ、供給
シャフト８に再循環される。下層のバルク材７ａの高さ
はバンカー壁１１の下端によって制限され、このバンカ
ー壁によって同時に供給シャフト８の境界壁が形成され
ている。
【００１１】落下シャフト３の下側に配置された冷却器
の第１の領域、即ち、キルンより落下したバルク材がロ
ールクラッシャ４を経由して下層のバルク材７ａ上に落
下した位置に、水蒸気をバルク材中に吹き込むための装
置（矢印１２）が設けられている。この場合、水蒸気は
好ましくは下方より上層のバルク材７ｂを通過するよう
に吹き込まれる。水蒸気は下層のバルク材７ａにて更に
過熱され、上層のバルク材７ｂ内及び落下シャフト３内
にて、供給された燃料と反応し、水性ガスが燃料ガスと
して生成される。
【００１２】それに続く冷却器２の第２の領域では、適
当な装置（矢印１３）によって空気が横断流としてバル
ク材の２つの層７ａ、７ｂに供給される。バルク材が更
に冷却されている間、空気は予熱され管１４を経由して
直接ロータリキルン１内まで導かれ、そこで、燃料ガス
と共に燃焼される。
【００１３】しかしながら、本発明は図面に描かれた例
に限定されることはなく、他の構造の冷却器にて使用さ
れることができる。また別個の反応器にてガス化反応が
生起されることも可能である。斯かる反応器の例として
図２及び図３を参照して以下に詳細に説明する。
【００１４】バルク材の冷却は不均一水性ガス反応を適
用することによってなされる。
【００１５】
【化１】Ｃ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋Ｈ2 −Ｑ
【００１６】ここで工程で使用される燃料ガスは同時に
生成される。反応エンタルピＱはガス化反応の間高温の
バルク材より抽出されるが、それは約１２０Ｊ／ｍｏｌ
に達する。
【００１７】この形式の高温バルク材の冷却方法では、
キルンにおける工程にて節約することができる熱エネル
ギはバルク材のｋｇ当たり１００ｋｃａｌまでである。
【００１８】更に、白色セメントクリンカの製造におい
て、その白色度は還元雰囲気によって増加されることが
できる。
【００１９】特に考慮されるべき燃料は、最も変化が大
きい炭化水素比を有する石炭と石炭より高い水素含有率
を有する石油、例えば重質油である。
【００２０】基本的な反応式は次のようである。
【００２１】
【化２】Ｃx Ｈy ＋ｘ＊Ｈ2 Ｏ→ｘ＊ＣＯ＋（ｘ＋ｙ／
２）＊Ｈ2 −Ｑ
【００２２】例えば、
【００２３】
【化３】 ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋３＊Ｈ2 −１９３Ｊ／ｍｏｌ
【００２４】本発明による方法を使用してセメントクリ
ンカを製造する場合、クリンカの生成熱は先ず、約１４
００°Ｃから約９５０〜１０００°Ｃの温度範囲におけ
る吸熱ガス化反応のために使用される。この過程で生成
される燃料ガスは直接ロータリキルン１に供給される
が、その幾らかを予熱塔の予か焼器に導くことができ
る。
【００２５】もし燃料ガスより利用可能な熱がキルン工
程にて不十分であるなら、通常の補助炉によって付加的
な熱の必要量が充たされる。
【００２６】燃焼に必要な空気は、約８５０°Ｃの高温
クリンカの後冷却工程によって予熱される。冷却器の寸
法を調和させることによって、排気空気なしに冷却器を
作動することが可能となり、それによって設備投資費及
び運転費をかなり節約することができる。
【００２７】反応器のある種の構成部品は材料の熱的使
用寿命のため冷却する必要があるが、斯かる構成部品は
冷却水によって効率的に保護されることができ、その加
熱された水は水蒸気を生成するために使用されることが
できる。
【００２８】ガス化反応にて導入される燃料に含まれる
灰分はクリンカの化学反応に影響を与えないし、生の原
材料の調製にて考慮に入れられる必要はない。更に、よ
り高い硫黄含有率を有するより経済的な燃料もガス化反
応に使用されることができる。クリンカの灰分と遊離石
灰の含有成分は流体的特性を有する化合物を形成する。
この反応の列にて硫黄は特に良好に吸収され、硫酸塩の
形で化合する。燃料を直接導入する場合と比較すると、
キルン設備での硫黄の内部循環はそれによって緩和され
るが同時にセメントの粉砕化に必要な付加的な石膏はク
リンカ上の硫酸塩の生成によって減少されることができ
る。
【００２９】図２及び図３は本発明による焼成バルク材
の製造装置の第２の例を示す。この装置は基本的にはバ
ルク材を焼成するためのロータリキルン２１とその下流
に接続され高温のバルク材を冷却するための冷却器２２
と水蒸気と共に燃料をガス化することによって高温のバ
ルク材を予冷却するための反応器２３とよりなり、この
ガス化反応は高温のバルク材より所要反応エンタルピを
抽出する。
【００３０】図示の例にて、反応器２３は拡大した径を
有するロータリキルンの一部として構成され、キルンの
出口端に配置されている。ロータリキルン２１はその出
口端にてキルンフード２１ａを有し、このキルンフード
２１ａはキルンから冷却器までの遷移部を構成してい
る。
【００３１】このキルンフード２１ａと接続装置２４は
通常の方法にて構成されている。クラッシャ、好ましく
はロールクラッシャ２５が接続装置２４内に配置され、
このクラッシャ２５は好ましくは脱イオン水によって内
側より冷却される。ここでクリンカは例えば、粒子径２
５ｍｍまで粉砕され、それからロータリベーンゲート２
６に達し、それによってクリンカは冷却器２２に運ばれ
る。ロータリベーンゲート２６もまた好ましくは脱イオ
ン水によって内側より冷却される。
【００３２】冷却器２２において、既に予冷却されたバ
ルク材は更に空気によって冷却される。それによって加
熱された冷却空気は２次空気２７又は３次空気２８とし
て通常の方法にて燃焼空気として装置内で使用される。
【００３３】圧力測定装置２９が接続装置２４内にてロ
ータリベーンゲート２６の僅か前方に配置され、制御装
置３０によってこの圧力測定装置は冷却器２２の第１の
２つのファン３１ａ、３１ｂの速度を制御し、圧力測定
装置２９の領域に圧力上昇が形成されないようにする。
【００３４】冷却器２２によって生成された２次空気２
７は２次空気管３１を経由してキルンフード２１ａの領
域のロータリキルン２１内に導かれる。２次空気管３１
は二重壁構造よりなり、脱イオン水によって冷却され
る。２次空気管３１の中央には付加的なバーナ３２が設
けられ、このバーナはガス化工程からの燃料が十分でな
いときそれを補充するための燃料を燃焼するためにあ
る。このバーナ３２はまたロータリキルンの始動にも使
用される。
【００３５】２次空気管３１を経由して流れる２次空気
は約７５０°Ｃの温度を有し、反応器２３にて生成され
た燃料ガスを燃焼させる。
【００３６】この例に示された反応器２３はロータリキ
ルン２１の略３倍の大きさの径を有し、この反応器２３
の幅はその径の約１／５に対応している。反応器２３の
寸法は、ガス化過程に対してクリンカが反応器内に滞留
する時間が十分であるように設定される。反応器の径は
比較的大きいから、クリンカの大きな塊は反応器内で粉
砕される。更に、セメントクリンカはガス化過程のため
に適当な方法で石炭又は他の燃料と混合される。この反
応過程を支持するために、反応器にはセメントクリンカ
を持ち上げるためのセラミックリフタが設けられること
ができる。ロータリキルン／反応器装置の回転によっ
て、ガス化されるべき燃料とセメントクリンカは定常的
に混合される。
【００３７】ロータリキルン２１は通常少なくとも２つ
の支持ローラスタンドによって支持されているが、図示
の例では、それに加えて更に反応器２３は支持ローラ３
６ａ、３６ｂによって支持されている。
【００３８】しかしながら、反応器２３の寸法は単なる
例として理解されるべきであり、燃料の反応性に依存し
て変化されるべきである。
【００３９】反応器２３はまた燃料、特に石炭を供給す
るためのスクリューコンベヤ３３として構成された装置
を有する。スクリューコンベヤ３３もまた二重壁構造を
有し、脱イオン水によって冷却される。燃料の供給点は
高温のバルク材が反応器２３に入る入り口領域にある。
【００４０】ガス化過程に必要な飽和水蒸気は上述の様
々な装置の部分からの冷却水によって完全に又は部分的
に得られる。
【００４１】更に、反応器２３は、燃料が混合されたバ
ルク材に水蒸気を吹き込むための装置３４を有する。こ
の装置は反応器２３を制限している壁に平行に配置さ
れ、板の形状に構成され、この板の縁は反応器に入るク
リンカに対する抵抗が可能な限り少なくなるように面取
りされている。水蒸気は好ましくは反応器２３のベース
部の領域にて流出する。
【００４２】ガス化工程に液体燃料、例えばメタンガス
が使用される場合、燃料は水蒸気を吹き込むために使用
される装置と同様な装置によって反応器に供給される。
【００４３】水蒸気を導入するための装置３４は通常静
的に配置されている。しかしながら、ロータリキルン／
反応器装置の回転運動の方向に前後運動可能に配置され
てよく、それによってガス化工程に対して最も効率的な
位置に到達することができる。
【００４４】比較的長くキルンを停止することが必要な
場合には、反応器２３の下端に設けられた閉鎖可能な開
口２３ａによって反応器内のクリンカは、破線にて表さ
れる搬送装置３５によって冷却器まで移送される。
【００４５】ロータリキルン／反応器装置が始動されて
いるとき、２次空気管３１に配置された付加的バーナが
使用される。もし燃料／水素比が反応器２３のガス化容
量になるまで調節されたら、燃焼過程は付加的バーナと
は独立に作動されことができる、この場合、燃料が消費
されると、火炎及びロータリキルンに供給される燃料量
の調節と更に予か焼の程度が考慮されるべきである。
【００４６】上述の反応器を使用して高温のバルク材が
予め冷却された冷却器内を通過し、それによって冷却器
にて使用されるべき全空気量が装置の他の部分にて２次
又は３次空気として使用されることができる。それゆ
え、大気に放出されるべき余分な熱量はない。こうし
て、７５〜１００ｋｃａｌ／ｋｇのエネルギが節約され
ることができる。更に、本来なら大気中に放出される大
量の空気の為のフィルタ及び清掃装置を設ける必要がな
い。２次空気は約７５０°Ｃであるが、反応器にて生成
されるガス（ＣＯ＋Ｈ2 ）は１０００°Ｃの温度の２次
空気と出会う。従って、火炎の温度は容易に２３００〜
２５００°の温度に達する。燃焼工程は火炎温度がこの
ように高温であるため容易に制御されることができる。
クリンカの皮膜は焼結領域のライニングを保護するため
に必要であるが、それは極めて簡単に制御されることが
できる。
【００４７】焼成されたバルク材、例えばクリンカが反
応器に到達すると、燃料の熱分解によって実際には迅速
に急冷され、その温度は数分以内に２５０°Ｃ降下す
る。ガス化反応は、温度が約９５０°Ｃ〜１００°Ｃに
達するまで継続する。
【００４８】セメントクリンカの流体的性質は、約２５
０°Ｃ急速に急冷されることによって実質的に改善さ
れ、その結果セメントクリンカの品質の改善をもたら
す。
【００４９】ガス化反応にて使用される燃料の灰分を生
の原材料の組成にて考慮に入れる必要はない。これらの
灰分はクリンカの充填剤を形成する。従って灰分の比率
が高い採掘石炭及び褐色石炭や揮発成分含有率が高い石
炭も使用されることができる。反応器２３に供給される
燃料は乾燥又は粉砕される必要がなく、５〜１０ｍｍの
粒子径にて供給されることができる。
【００５０】急冷のため硫酸カルシウム及び硫酸アルカ
リは通常の冷却空気においてより実質的に少なく分解
し、大きな比率がクリンカの中に残留する。その結果、
ロータリキルンにおける硫黄の問題は実質的に簡単化さ
れ、硫黄含有率の高い燃料を使用することが可能であ
る。ガス化された燃料の硫黄は硫化カルシウムとしてク
リンカの中に残留する。
【００５１】
【発明の効果】本発明による反応器を使用すると、どの
ようなロータリキルンでも白色セメントクリンカ及び通
常の灰色セメントクリンカの両者を製造することができ
る。それはガス化反応によって高度の還元ガス（ＣＯ及
びＨ2 ）の存在下にて白色クリンカが冷却されるからで
あり、セメントの白色度は大いに改善される。
【００５２】水の化学的分解に起因してロータリキルン
及び予熱器のガス内に実質的に少ない窒素が生成され
る。ガス化された燃料の品質に依存してガスの体積は１
０〜１４５だけ減少される、それによってもエネルギが
節約されることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置の第１の例の概略図である。
【図２】本発明による装置の第２の例の概略図である。
【図３】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面を示す図
である。
【符号の説明】
１ キルン ２ 冷却器 ３ 落下シャフト ４ ロールクラッシャ ５ 燃料供給装置 ６ 往復格子 ７ａ、７ｂ バルク材 ８ 供給シャフト ９、１０ 排出シャフト １１ バンカー壁 １２ 水蒸気供給装置 １３ 空気供給装置 １４ 管 ２１ キルン ２２ 冷却器 ２３ 反応器 ２３ａ 開口 ２４ 接続装置 ２５ ロールクラッシャ ２６ ロータリベーンゲート ２７ ２次空気 ２８ ３次空気 ２９ 圧力測定装置 ３０ 制御装置 ３１ ２次空気管 ３１ａ、３１ｂ ファン ３２ バーナ ３３ スクリューコンベヤ ３４ 水蒸気供給装置 ３５ 搬送装置 ３６ａ、３６ｂ 支持ローラ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 水蒸気と共に燃料をガス化し、該ガス化
    反応は必要な反応エンタルピを高温バルク材より抽出す
    ることを特徴とする高温バルク材の冷却方法。
  2. 【請求項２】 バルク材は先ず焼成され次に冷却される
    ように構成された焼成バルク材の製造方法において、
    （ａ）高温バルク材は水蒸気と共に燃料をガス化するこ
    とによって冷却され、該ガス化反応は必要な反応エンタ
    ルピを上記高温バルク材より抽出することと、（ｂ）上
    記バルク材は上記ガス化反応によって得られる燃料ガス
    を使用して焼成されることと、を含む焼成バルク材の製
    造方法。
  3. 【請求項３】 （ａ）バルク材を焼成するためのキル
    ン、特にロータリキルン(1;21)と、 （ｂ）高温のバルク材を冷却するために下流に接続され
    た冷却器(2;22)と、を有する焼成バルク材、特にセメン
    トクリンカの製造装置において、 （ｃ）冷却すべき高温のバルク材に燃料を供給するため
    の燃料供給装置(5;33)と、 （ｄ）燃料が混合されたバルク材に水蒸気を吹き込みガ
    ス化反応を生起させるための水蒸気供給装置(12;34)
    と、を有し、上記ガス化反応は高温バルク材より必要な
    反応エンタルピを抽出することを特徴とする焼成バルク
    材の製造装置。
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