JPH08257350A - キルン排ガス中のＮＯｘ低減方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡単、且つ、確実にＮＯｘ値を低減できるよう
にする。 【構成】サスペンションプレヒータＳＰの上部サイクロ
ンＣ3と仮焼炉１０の抽気ダクト１４とを連結する原料
シュート１６と、該原料ダクトから分岐し、前記燃焼炉
１５に連通する分岐シュート１７と、を介して仮焼炉１
０に供給されるセメント原料の一部を燃焼炉１５に供給
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、セメント焼成設備に
おいて発生するセメントキルン排ガス中のＮＯｘの低減
方法及びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】仮焼炉付ＮＳＰキルンは、ロータリキル
ンと仮焼炉とで燃料を吹き込み燃焼させている。（特公
昭５１−３０８６５号、特公昭６０−１８０２９号、特
公平２−５５０９６号参照）

【０００３】このキルンでセメントを製造する場合、Ｎ
Ｏｘは主にロータリキルン側の燃料の燃焼によって発生
する。それは、ロータリキルン焼点部で原料を半溶融ま
で加熱して焼成することが必要であり、炎は充分な輻射
伝熱を生じるよう高温度が要求されるので、ロータリキ
ルンでのＮＯｘの発生は避けられないのである。

【０００４】又、仮焼炉側の燃料の燃焼は通常８００〜
１０００℃の低温領域であるので、ＮＯｘの発生はロー
タリキルン側の燃料の燃焼に比べ少ない。

【０００５】従来セメント工場でセメント焼成時に発生
するＮＯｘの低減方法はいろいろ採用されているが、実
際には、セメント焼成時の運転操作で、キルン側並びに
プレヒータ側のＮＯｘ発生量を調整している。

【０００６】このＮＯｘの低減方法として、仮焼炉のバ
ーナから吹き込まれる燃料をセメント原料の存在下で部
分燃焼させ、発生する還元ガスにアンモニア或いはアン
モニウム塩を添加して還元ガス、セメント原料およびア
ンモニアの均一混合物を形成し、高ＮＯｘ含有のキルン
排ガスと合流させ、キルン排ガス中のＮＯｘを還元脱硝
させ低減させる方法が採用されている（特開昭５２−１
０３２０号参照）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来例では、次のよう
な問題がある。 （１）アンモニアあるいはアンモニウム塩を添加しなけ
ればならず、設備的にも複雑になるとともに、脱硝コス
トも高くなる欠点がある。 （２）アンモニアを燃焼させるに十分な酸素存在下でＮ
Ｏｘを選択的に還元させるとともに、セメント原料供給
量を調節して適正な温度を維持しなければならないの
で、その操作は極めて難しい。 （３）仮焼炉内に接線方向に吹き込まれるセメント原料
と燃焼空気は旋回流となって炉壁に沿って旋回するの
で、仮焼炉の中央部にセメント原料が飛散されない。そ
のため、仮焼炉の中心部に位置する燃焼フレームは、高
温、例えば、１２００℃となり、燃料は仮焼炉室内で完
全燃焼してしまうと共に、炉壁が熱損を受けてしまう。

【０００８】本発明は、上記事情に鑑み、簡単、且つ、
確実にＮＯｘ値を低減できるようにすることを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、ＮＯｘの少
ない仮焼炉の燃焼ガスをＮＯｘキルン排ガスと混合して
ＮＯｘを希釈するだけでなく、積極的に、仮焼炉で還元
ガスと未燃カーボンとを形成し、この未燃カーボンとセ
メント原料との混合物を混合室下部に導入し、キルン排
ガスと合流させて混合物の流動層を形成し、キルン排ガ
ス中の余剰酸素で該未燃カーボンを燃焼させて還元雰囲
気を形成し、キルン排ガス中のＮＯｘを還元脱硝させる
ことを考えた。

【００１０】ところが、キルン排ガス中の余剰酸素で未
燃カーボンを燃焼させるためには、仮焼炉内で燃焼が完
了しない様に燃焼しにくい状態にし、燃焼を伸ばさなけ
ればならない。

【００１１】この方法として、空気比ｍ値、即ち燃料を
燃焼させるに必要な理論空気量（ｍ＝１．０）との比
率、を通常用いられているｍ＝１．００〜１．２より低
くし、例えば、ｍ＝０．９以下にすることが考えられ
る。ところが、このように空気比ｍを低くすると、発生
した未燃カーボンは空気不足のためキルン排ガス中の余
剰酸素で燃焼できなくなる。そのため、混合室の出口近
傍に燃焼空気を供給し、該未燃カーボンを燃焼させなけ
ればならない。しかし、この様にすると、該出口近傍の
壁面にコーチングが発生するとともに、サスペンション
プレヒータの排ガス温度が高くなるという問題が生ず
る。

【００１２】本発明者は、セメント原料に吸熱作用と脱
炭酸反応があることに注目し、このセメント原料自体を
燃焼を伸ばす為に利用できるのではないか、と考えた。

【００１３】仮焼炉には、燃焼状態を良くし、燃焼を安
定させるために燃焼炉が設けられているが、本発明者
は、この燃焼炉の本来の目的に反するが、燃焼を悪くす
れば、空気比を低下させることなく燃焼を伸ばすことが
できるものと考えた。そこで、仮焼炉に供給されるべき
セメント原料の一部を該燃焼炉に分配して実験をしてみ
た。その結果、セメント原料の吸熱作用により燃焼炉の
バーナから吹き込まれる燃料の燃焼温度が抑制され、燃
焼が伸びるとともに燃焼炉内でのＮＯｘの発生量も低減
されることがわかった。

【００１４】又、セメント原料と未燃カーボンが混合室
下部でキルン排ガスと合流して、混合物の流動層が形成
され、該キルン排ガス中の余剰酸素で該流動層内の未燃
カーボンが燃焼し、還元雰囲気が形成され、キルン排ガ
ス中ＮＯｘが還元脱硝されることもわかった。

【００１５】そこで、本発明者は、前記実験の結果に基
き、本発明を次の様に構成することにより前記目的を達
成しようとするものである。ロータリキルンの立上り部
煙道と連通する混合室と、該混合室下部に連通する仮焼
炉と、該仮焼炉にサスペンションプレヒータの上部サイ
クロン内のセメント原料を供給する原料供給手段と、を
備えたセメント焼成設備において；前記仮焼炉が、その
上部にバーナ付燃焼炉を備えており、前記原料供給手段
が、該セメント原料の一部を該燃焼炉に供給せしめるこ
とを特徴とするキルン排ガス中のＮＯｘ低減装置。

【００１６】上部サイクロンから燃焼炉及び仮焼炉にセ
メント原料が供給されると、セメント原料の吸熱作用に
より燃焼炉のバーナから吹き込まれる燃料の燃焼温度が
抑制されＮＯｘの発生が低減されるとともに還元ガスと
未燃カーボンが発生する。

【００１７】この未燃カーボンとセメント原料が仮焼炉
で混合流動しながら混合室下部に導入され、キルン排ガ
スと合流して濃度の高い混合物の流動層を形成する。

【００１８】このキルン排ガス中の余剰酸素により流動
層内のセメント原料中に含まれる未燃カーボンが燃焼し
て還元雰囲気になり、キルン排ガス中のＮＯｘは還元脱
硝される。

【００１９】

【実施例】この発明の実施例を添付図面により説明す
る。仮焼炉付サスペンションプレヒータ付ロータリキル
ン（以下、ＮＳＰキルンという）において、ロータリキ
ルン１のキルン窯尻２は、立上り煙道部３を介して混合
室４に接続されている。

【００２０】この立上り煙道部３は、絞り込まれて、所
謂縮流部をなしているが、この煙道部３には煙道部断面
積、即ち、キルン排ガスの流路断面積、を変化せしめる
可変絞り装置５が設けられている。この可変絞り装置５
によりキルン排ガスの流路断面積を変えることにより、
混合室下部に形成される流動槽３０の流動化状態は変え
られる。また、この流動化状態の変化によりＮＯｘの脱
硝還元の度合も変わってくる。

【００２１】混合室下部４ａは、傾斜ダクト７を介して
仮焼炉１０に連通している。この仮焼炉１０の上部に
は、バーナＳＢ付燃焼炉１５が設けられているが、この
燃焼炉１５の下部には絞り部１５ａが設けられている。
燃焼炉１５の径は仮焼炉１０の径より小さく形成されて
いる。それらの径は必要に応じて適宜選択されるが、例
えば、燃焼炉１５の径対仮焼炉１０の径の１対２に形成
される。

【００２２】燃焼炉１５と仮焼炉１０には、空気送出管
２１から分岐する抽気ダクト１３、１４がそれぞれ接続
されている。これらの抽気ダクト１３、１４は、図３、
図４に示す様に、それぞれ該炉１５、１０に対し接線方
向に設けられている。この空気送出管２１はクーラＤと
接続されている。

【００２３】サスペンションプレヒータＳＰの上部サイ
クロンＣ3は、原料供給手段を介して、セメント原料を
燃焼炉１５と仮焼炉１０とにそれぞれ供給する。

【００２４】この原料供給手段は、例えば、上部サイク
ロンＣ3と仮焼炉１０の抽気ダクト１４に接続する原料
シュート１６と、該原料シュート１６から分岐し、且、
燃焼炉１５のバーナＳＢの周囲部１５Ｓに連通する分岐
シュート１７と、から構成されている。両シュート１
６、１７の分岐部Ｐには分岐ダンパ１８が設けられてい
る。

【００２５】この分岐ダンパ１８は、仮焼炉１０と燃焼
炉１５へのセメント原料の分配量を任意に調整できる様
に構成されている。

【００２６】なお、図において、ＫＢはキルンバーナ、
矢印Ａ1はＳ炉排ガスの流れ方向、矢印Ａ2はセメント原
料の流れ方向、矢印Ａ3は空気の流れ方向、矢印Ａ4は未
燃ガスの流れ方向、矢印Ａ5は還元ガスの流れ方向、を
それぞれ示す。

【００２７】本実施例の作動について説明する。図１に
示す様に、原料ホッパ（図示しない）からキルン排ガス
ダクトＫＤ1に投入された５０〜１００℃のセメント原
料は、サイクロンＣ1、Ｃ2を通り、キルン排ガスダクト
ＫＤ2、ＫＤ3にそれぞれ投入される。

【００２８】キルン排ガスダクトＫＤ3に入ったキルン
排ガスは６００〜７５０℃に加熱された原料を上部サイ
クロンＣ3で分離する。分離された原料は分岐ダンパ１
８により原料シュート１６と分岐シュート１７に分配さ
れる。原料シュート１６内の原料は抽気ダクト１４に投
入され、３００〜７００℃の熱風に浮遊懸濁させられて
仮焼炉１０に吹き込まれ、図４に示す様に旋回流とな
る。

【００２９】分岐シュート１７内の原料は、バーナＳＢ
近傍から落下し、図３に示す様に、抽気ダクト１３から
燃焼炉１５内に吹き込まれ、旋回流動している空気（抽
気）中に分散され、バーナＳＢの周囲を旋回しながら流
動する。

【００３０】この旋回流動するセメント原料に燃焼熱が
一部奪われ、バーナＳＢから吹き込まれる燃焼の燃焼温
度が抑制され、燃焼炉１５内にはＣＯガス（還元ガス）
と未燃カーボンが発生する。そのため、燃焼炉１５内で
ＮＯｘの発生量は低減するとともに、還元ガスにより燃
焼炉内で発生したＮＯｘが一部還元脱硝されるので、Ｎ
Ｏｘ量は更に低下する。

【００３１】前記抽気ダクト１３、１４に供給される空
気量は通常の場合と同じであるが、該シュート１６、１
７に分配されるセメント原料は必要に応じて、その分配
率が決定される。例えば、燃焼炉１５へのセメント原料
の供給量として、仮焼炉１０へのセメント原料供給量の
２．５〜５．０％か゛選ばれる。

【００３２】仮焼炉１０内に供給されたセメント原料は
接線方向に吹き込まれた空気の流れに乗って旋回流動す
るとともに、バーナＳＢから吹き込まれた燃料の燃焼熱
によって仮焼される。この時、仮焼炉内の中央部には燃
焼炉からセメント原料と還元ガスと未燃カーボンが乱流
状態で流入するので、燃焼フレームが急激に高温となる
事がない。仮焼炉１０内のセメント原料は仮焼されされ
ながら傾斜ダクト７を流下し、混合室４下部４ａに導入
される。この時、このセメント原料は未燃カーボンと混
合状態で混合室４下部４ａに到達する。

【００３３】そして、この混合状態のセメント原料と未
燃カーボンの混合物は、該混合室下部４ａでロータリキ
ルン１から排出されるキルン排ガスと合流し、濃度の高
い混合物の流動層３０を形成する。この時、キルン排ガ
ス中のＮＯｘは仮焼炉１０内で発生したＮＯｘと混合し
希釈される。

【００３４】この流動層３０内の未燃カーボンは、キル
ン排ガス中の余剰酸素により燃焼しするので、流動層３
０内は、脱炭酸反応に適する８００〜９００℃となると
ともに、還元雰囲気となる。

【００３５】そのため、キルン排ガス中のＮＯｘは還元
脱硝されるので、キルン全体の排出ＮＯｘは大幅に低減
される。

【００３６】セメント原料は混合室４内で高温燃焼ガス
と混合熱交換され、８３０〜９００℃の均一に混合攪拌
された後、サイクロンＣ4に入り、８２０〜９００℃の
セメント原料としてキルン窯尻２を通りロータリキルン
１内に送入される。

【００３７】なお、ロータリキルン１内で発生したキル
ン排ガスＡ1は立上り煙道部３において可変絞り装置５
により流量を調整され流速を制御される。

【００３８】この発明の第２実施例を図５により説明す
るが、この実施例と第１実施例との相違点は、原料供給
手段である。即ち、前記第１実施例では原料供給手段
は、サスペンションプレヒータＳＰの上部サイクロンＣ
3と燃焼炉１５の抽気ダクト１４を接続する原料シュー
ト１６と、該原料シュートから分岐し、燃焼炉のバーナ
の周囲部に連通する分岐シュート１７と、該シュート１
６、１７の分岐部Ｐに設けられた分岐ダンパ１８と、か
ら構成されている。

【００３９】これに対し、本実施例では、原料供給手段
は、上部サイクロンＣ3と仮焼炉１０の抽気ダクト１４
とを連通せしめる原料シュート３６と、該抽気ダクト１
４から前記原料シュート３６の接続点Ｒより下流で分岐
する燃焼炉１５の抽気ダクト３３と、該抽気ダクト３３
に設けた調整弁４０と、から構成されている。

【００４０】即ち、この実施例では、燃焼炉１５に供給
されるセメント原料は、抽気（空気）に浮遊懸濁した状
態で、吹き込まれる。

【００４１】なお、燃焼炉１５の下部に絞り部１５ａが
形成されているため、燃焼炉１５内の旋回流は乱される
ので、燃料とセメント原料とが良く混合され、燃焼が抑
制されるとともに、該燃料とセメント原料は乱流状態と
なって仮焼炉の中央部に供給される。そのため、仮焼炉
内の燃焼も抑制され、燃焼を伸ばすことができる。

【００４２】この実施例では運転時に、キルン窯尻２及
び最上段サイクロンＣ1の出口２０ａにそれぞれ設けた
ＮＯｘ検出器１２、２０によりＮＯｘ値が検出されてい
る。そして、検出したＮＯｘ値から燃焼炉１５へ送入す
る原料量を決定するとともに、調整弁４０の開度を調整
する。

【００４３】

【発明の効果】この発明は以上の様に構成したので、燃
焼炉、仮焼炉で発生するＮＯｘは低下し、又、キルン排
ガス中のＮＯｘは前記ＮＯｘと混合して希釈されると共
に、混合室下部に形成される還元雰囲気により還元脱硝
される。そのため、ＮＯｘの最上段サイクロン出口から
の排出量は、従来例に比べ著しく低下する。

【００４４】因に、キルン系全体での排出ＮＯｘは公知
のようにキルン系排ガス量とＮＯｘ量、並びに仮焼炉系
排ガス量とＮＯｘ量の混合比率によって決まる。本発明
の場合、燃焼炉、仮焼炉での燃焼温度の低下、ＮＯｘ発
生量の低減、並びにＣＯガスの発生、未燃カーボンの発
生により混合室でキルン系で発生したＮＯｘを上記混合
比率以上に還元脱硝することが実験により認められた。

【００４５】以下この実験について説明する。キルン／
プレヒータの燃焼混合割合＝４０／６０，キルン窯尻排
ガス中のＮＯｘ＝１０００ｐｐｍ（Ｏ₂＝１０％基
準）、仮焼炉排ガス中のＮＯｘ＝１００ｐｐｍ（Ｏ₂＝
１０％基準）の時、キルン系排ガス中のＮＯｘは希釈効
果により通常下記の通りとなる。 ＮＯｘ＝１０００ｐｐｍ×０．４＋１００ｐｐｍ×０．
６＝４６０ｐｐｍ

【００４６】しかし、本発明の場合、燃焼炉へ原料を５
％程度送入した時、仮焼炉内燃焼フレーム温度は１２０
０℃から１０００℃に低下するとともに、仮焼炉内で発
生したＮＯｘは４０〜５０ｐｐｍに減少した。

【００４７】計算によるキルン系排ガス中のＮＯｘは希
釈効果だけを考えれば、 ＮＯｘ＝１０００ｐｐｍ×０．４＋５０ｐｐｍ×０．６
＝４３０ｐｐｍ となるが、実際はＮＯｘ＝２５０〜３００ｐｐｍ程度の
値を示した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す縦断面図である。

【図２】図１の要部拡大図である。

【図３】図２のIII−III断面拡大図である。

【図４】図２のIV−IV線断面図である。

【図５】第２実施例を示す縦断面図で、図１に相当する
図である。

【符号の説明】

１ ロータリキルン ２ キルン窯尻 ３ 立上り煙道部 ４ 混合室 １０ 仮焼炉 １３ 抽気ダクト １４ 抽気ダクト １５ 燃焼部 １６ 原料シュート １７ 分岐シュート １８ 分岐ダンパ ３３ 抽気ダクト ３６ 原料シュート ４０ 調整弁

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロータリキルンの立上り部煙道と連通する
   混合室と、該混合室下部に連通する仮焼炉と、該仮焼炉
   にサスペンションプレヒータの上部サイクロン内のセメ
   ント原料を供給する原料供給手段と、を備えたセメント
   焼成設備において；前記仮焼炉が、その上部にバーナ付
   燃焼炉を備えており、 前記原料供給手段が、該セメント原料の一部を該燃焼炉
   に供給せしめることを特徴とするキルン排ガス中のＮＯ
   ｘ低減装置。
2. 【請求項２】原料供給手段が、該サイクロンと仮焼炉の
   抽気ダクトとを連結する原料シュートと、該原料シュー
   トから分岐し、前記燃焼炉に連通する分岐シュートと、
   からなることを特徴とする請求項１記載のキルン排ガス
   中のＮＯｘ低減装置。
3. 【請求項３】原料シュートと分岐シュートとの分岐部に
   分岐ダンパが設けられていることを特徴とする請求項２
   記載のキルン排ガス中のＮＯｘ低減装置。
4. 【請求項４】分岐シュートが、該燃焼炉のバーナの周囲
   部に連通していることを特徴とする請求項２又は３記載
   のキルン排ガス中のＮＯｘ低減装置。
5. 【請求項５】原料供給手段が、該サイクロンと仮焼炉の
   抽気ダクトとを接続する原料シュートと、該抽気ダクト
   の分岐部の下流側で分岐する燃焼炉の抽気ダクトと、か
   らなることを特徴とする請求項１記載のキルン排ガス中
   のＮＯｘ低減装置。
6. 【請求項６】該燃焼炉の抽気ダクトが、流量調整手段を
   備えていることを特徴とする請求項５記載のキルン排ガ
   ス中のＮＯｘ低減装置。
7. 【請求項７】サスペンションプレヒータの上部サイクロ
   ンから仮焼炉に供給されるセメント原料を仮焼しながら
   混合室下部に流下せしめてロータリキルンの排ガスと合
   流させるセメント焼成方法において、 前記仮焼炉が、その上部にバーナ付燃焼炉を備え、 前記セメント原料の一部を該燃焼炉に供給し、該バーナ
   から吹き込まれる燃料の燃焼温度を抑制して還元ガスと
   未燃カーボンとを発生せしめ、 該セメント原料と未燃カーボンとを混合状態で混合室下
   部に導入せしめキルン排ガスと合流させて混合物の流動
   層を形成し、 該キルン排ガス中の余剰酸素で該流動層内の該未燃カー
   ボンを燃焼させて還元雰囲気を形成することを特徴とす
   るセメントキルン排ガス中のＮＯｘ低減方法。