JPS6114098B2 - - 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用の噴流層式仮焼炉に関
し、殊に仮焼炉内での燃料の燃焼性を向上させる
と同時に燃焼ガスから原料粉末への熱伝達と原料
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の使用に適した噴流層式
仮焼炉を提供するものである。

近代的セメント焼成装置は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
粉末分離器C₁〜C₄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、仮焼炉２、ロータリーキルン等の
焼成炉３及びクリンカー冷却機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内にて原料粉末と高温ガスとの混合・熱
交換・分離が繰返される。予熱された原料粉末は
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、クリンカー冷却
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原料粉末が仮焼さ
れる。仮焼された原料粉末は燃焼ガスと共に仮焼
炉２からサイクロンC₄に入つて分離されたの
ち、仮焼原料シユート１５より焼成炉入口端覆１
２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
カーになつたのち、冷却機４で冷却される。尚、
クリンカー冷却用の空気は押込送風機１０によつ
て供給され、クリンカーと熱交換を行なつて昇温
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。そしてクリンカー冷却機
４から出たクリンカーはコンベヤ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堅形で、
絞り部２ｃを境にして互いに連通した下方の燃焼
室２ａと上方の混合室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少して逆
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
カー冷却機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の燃焼室２ａ内に供給され、入口端覆１２を介
し開口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を通してクリンカー冷却機４からの
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
内に供給された原料粉末はこれら燃焼の燃焼熱お
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２ａを通過して
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拡散効果と混合室２
ｂ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焼
成分の完全燃焼を行つたのち、開口２ｆよりサイ
クロンC₄に排出するようになつている。

この様な仮焼炉、即ち仮焼炉の燃焼室へ仮焼用
燃料、焼成炉排ガス及びクーラ抽気から成る原料
仮焼用の全熱源を導入し、且つ原料予熱装置から
の仮焼すべき予熱原料の全量を供給して噴流層を
形成する方式の仮焼炉においては、仮焼炉内での
燃料の燃焼が当該噴流層内で行われ、従つて燃焼
による発生熱が直ちに原料粉末に伝達されるた
め、仮焼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の炉壁を充分安全に保護する
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２ｅ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はいるものの、充
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、仮焼用燃料として微粉炭等の
固体燃料を使用する場合には、重油等の液体燃料
に較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
きく探る必要があり、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原料粉末仮焼反応の促進に
より燃料消費料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仮焼炉への予熱原料の供給
装置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の燃焼室２ａに、又他方の分岐シ
ユート１４ｂは混合室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
るだけであるから、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綜合
的に勘案して選定されるが、一般に950〜1100
℃、好ましくは1000〜1050℃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２
ａ内での燃焼温度の効果につき説明すると、先ず
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料を
低減させることができる。又、微粉炭等の固体燃
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
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
般にフエーエルNO_xは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。更に、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
ることが望ましい。尚、仮焼炉２の中間絞り部２
ｃ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を調節することによ
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原料粉
末を滞留させ、新たに供給された原料粉末の仮焼
反応を進行させて900℃程度に温度降下し、混合
室２ｂの開口２ｆよりサイクロン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１４ｂを通
して混合室２ｂに供給された原料粉末が燃焼室２
ａ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
状および抽気ダクトの本数や燃料供給装置の型
式・組数・配置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２ａ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高温域が形成され
るのを防止したり、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
と組合せることもできる。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、各段を構成するサイクロンの数等についても
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た
り、予熱原料を仮焼炉の燃焼室と混合室とに分割
し且つ調節して供給することにより燃焼室内の温
度を適度に高め、以つて燃料の燃焼性を向上さ
せ、燃焼ガスから原料粉末への熱伝達と原料粉末
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
を著しく制御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ー製造工程を
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。 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……クリンカー冷却機、６……燃料
供給装置、１２……入口端覆、１３……抽気ダク
ト、１４……予熱原料シユート、１４ａ，ｂ……
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〜C₄…
…サイクロン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原料予熱装置と焼成炉との間に配設され且つ
   中間絞り部を境界として上下に夫々混合室と燃焼
   室とが形成された仮焼炉であつて、燃焼室に燃料
   供給装置と燃焼用２次空気を供給する開口部とが
   設けられる他、該燃焼室下端は逆錐体状に絞つて
   焼成炉の入口端覆に接続されると共に、混合室は
   分離サイクロンに接続されるセメント原料粉末用
   噴流層式仮焼炉において、予熱原料を前記燃焼室
   と混合室に分配して供給するように原料予熱装置
   と該燃焼室及び混合室とを予熱原料シユートで
   夫々接続したことを特徴とするセメント原料粉末
   用噴流層式仮焼炉。 ２ 予熱原料シユートを分岐させると共に、その
   分岐部に分配弁を設置したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載のセメント原料粉末用噴
   流層式仮焼炉。