WO1999003794A1 - Procede et appareil de refroidissement des gaz d'echappement provenant d'une derivation d'un four - Google Patents

Description

明 細 書 キルンバイパスにおける排ガス冷却方法及びその装置

技術分野

この発明は、 アルカリバイパスや塩素バイパスおけるキルンバイパスにおける 排ガス冷却方法及びその装置に関するものである。 背景技術

—般に、 セメントクリン力を S P (サスペンションプレヒータ） キルン又は N S P (ニューサススペンションプレヒータ） キルンにて焼成する場合、 セメント 原料及び燃料から持ち込まれる塩素、 アルカリ、 硫黄等の揮発性成分は、 キルン プレヒータ系内で循環することにより順次濃縮される。

しカゝし、 この循環は、 数時間で平衡に達し、 セメント原料及び燃料から系内に 持ち込まれる揮発性成分の量とセメントクリンカにより系外へ持ち出される揮発 性成分の量とが等しくなることが知られている。

この場合原料と燃料とが持ち込む揮発性成分量が多いと、 クリン力中の揮発性 成分の量も多くなり、 これらはセメントの品質に悪影響を与える。

また、 系内の揮発性成分が多くなると低融点化合物が形成され、 プレヒータの 閉塞が頻発するようになり、 キルンの安定操業が損なわれる原因となる。

近年、 特に産業廃棄物の有効利用を推進していると、 どうしても塩素含有量の 多いものを利用せざるを得ない状況になってきており、 効率的な揮発性成分の除 去が望まれる状況となっている。

そこで、 キルンプレヒータ系内の揮発性成分量を減少させるため、 いわゆるバ ィパス設備が設けられている （例えば、 日本特開平 2— 1 1 6 6 4 9号公報） 。 このバイパス設備はロータリキルンの窯尻に連なるキルン排ガス用の立上りダ タ トと、 該キルン排ガスの一部を系外に抜くためにダク ト内に先端が臨み、 好ま しくは、 該ダク ト内に突設さたプローブと、 このプローブの後端に接続されたキ ルン排ガスのガス抽気排出系とを備えている。 上記プローブは、 上記ガス抽気排出系に接続されている内管と、 この内管のダ ク ト内への突出先端近傍に大気を導く外管と力 らなる二重管構造に形成されてい る。 このバイパス設備では、 内管と外管との間の空気通路から前記立上りダク ト内に空気を導入しながら該導入空気と共にキルン排ガスの一部をダクト外に柚 気している。

又、 キルン排ガスは塩素のような揮発性成分は、 プローブにおいて 6◦ 0〜7 0 0 ° 以下に急冷することによって、 キルンバイパスによって発生するバイパス ダスト中の微粉部分に濃縮されることが判っている。

そこで、 プローブの後段にバイパスダストの分級手段を配置し、 バイパスダス トを揮発性成分濃度の低い粗粉ダストと濃度の高い微粉ダストに分級し、 粗粉ダ ス トはキルン系に戻す。

—方、 微粉ダストのみ系外に排出することによりバイパスダスト量を大幅に低 減したキルンバイパス技術が開発されている。

この技術において揮発性成分を微粉ダストに濃縮させる手段、 即ち、 プローブ におけるキルン排ガスの急冷手段は必要不可欠な技術である。

従来例の二重管構造のプローブでは、 冷却空気は外管と内管との間の空気通路 を通り窯尻の立上りダク トに流れ込み、 抽気されるキルン排ガスを冷却する。 しかし、 所謂冷却空気の吹き抜けが多いため、 該プローブ先端部において冷却 空気と該キルン排ガスとが十分に混合されない。 そのため、 プローブ先端部で該 抽気ガスを瞬時に急冷することは困難である。

そこで、 従来のプ 一ブでは、 冷却空気量を増加させることにより急冷できる 様にしている力 冷却空気量を増やすと、 プレヒータ系へ吹き抜ける冷却空気も 多くなる。 そうすると、 プレヒータ系の風量増加につながり、 熱量ロス、 電力口 ス、 となる。

この発明は、 上記事情に鑑み、 熱量ロス、 電力ロス等を生じることなく効率良 くバイパスキルン排ガスを急冷できるようにすることを目的とする。 発明の開示

この発明は、 二重管構造のプローブをキルン排ガス流路に連通させ、 該プロー ブの内管を介してキルン排ガスの一部を抽気するとともに、 該プローブの内管と 外管との間の流体通路に冷却気体を供給するキルンバイパスにおける排ガス冷却 方法において、 前記冷却気体を内管の先端部内方に案内して該プローブの先端部 に混合急冷域を形成することを特徴とする。

また、 この発明は、 キルン排ガス流路に連通する二重管構造のプローブを備え、 該プローブがキルン排ガスの一部を抽気する内管と、 該内管の先端部より突出す る外管と、 該内管と外管との間に形成され、 冷却気体が供給される流体通路と、 を有するキルンバイパスにおける排ガス冷却装置において、 前記冷却気体を内管 の先端部内方に導くための案内手段を設け、 該プローブの先端部に混合急冷域を 形成したことを特徴とする。 図面の簡単な説明

第 1図は本発明の第 1実施例を示す図で、 セメント焼成設備の概略図、 第 2図 は第 1図の要部斜視図、 第 3図は第 2図の I II- I II線断面拡大図である。

第 4図は本発明の第 2実施例を示す断面図、 第 5図は第 4図の要部拡大斜視図、 第 6図は第 5図の VI- VI線拡大断面図である。

第 7図は本発明の第 3実施例を示す断面図、 第 8図は第 7図の拡大図である。 第 9図は本発明の第 4実施例を示す拡大断面図、 第 1 0図は本発明の第 5実施 例を示す拡大断面図、 第 1 1図は本発明の第 6実施例を示す拡大断面図である。 発明を実施するための最良の形態

この発明の第 1実施例を第 1図〜第 3図により説明する。 セメント焼成設備の ロータリキルン 1には、 キルン排ガス流路の一部を構成する立上り部 2が連結さ れている。 この立上り部 2にはプローブ 5が設けられ、 このプローブ 5はサイク ロン 6、 熱交換器 7を介して集塵機 8に連結されている。

プローブ 5は、 互いに遊嵌合する内管 1 0と外管 1 2とからなり、 立上り部 2 の傾斜した壁面 2 aに突設されている。 なお、 プローブ 5の突設位置は傾斜した 壁面に限ったものではなく、 垂直壁面でもかまわない。

外管 1 2の先端部 1 2 aは、 内管 1 0の先端部 1 0 aから突出している。 この 突出量 Lは、 必要に応じて適宜選択される。

この外管 1 2の直筒部の先端部 1 2 aは絞り込まれ、 円錐台状に形成されてい る。 この絞り込み角 Θは必要に応じて適宜選択される。

外管 1 2の先端部 1 2, aの上側辺 1 2 bが下側辺 1 2 cより長く形成されてい るが、 両辺の長さの差は必要に応じて適宜選択される。

この先端部 1 2 aの先端内径 1 2 Sは、

外管の先端内径 1 2 S 外管の内径 1 2 L = 0、4〜0、6の範囲で選ばれる。 外管の外側には耐火物 14が施工され、 その内部には、 リング状の水冷管 13 が埋設されているが、 この管径ゃ配設の仕方等は、 必要に応じて適宜選択される。 外管 1 2の外周面には、 プローブ冷却ファン 1 5に連通する冷却空気入口 16 が設けられている。 この入口 16は、 外管 1 2と内管 10との間に形成されてい る流体通路 1 7に連通している。 なお、 1 8は冷却器冷却ファン、 1 9は排気フ アン、 をそれぞれ示す。

次に本実施例の作動につき説明する。

ロータリキルン 1内で発生した約 1 100°Cのキルン排ガス Gの一部 GTをプ ローブ 5を介して抽気する。 この抽気量は、 例えば、 アルカリバイパスでは窯尻 を通過するガス量に対して 10%以上、 一方、 塩素バイパスでは 5%以下であり、 一般的には、 2%程度である。

この時、 プローブ 5の流体通路 1 7には、 外管 1 2の入口 1 6を介して冷却空 気 CAが供給されるが、 この冷却空気 C Aは、 旋回流となりながら該流体通路 1 7内を流下し、 絞り込まれた外管の先端部 1 2 aにより内管 10の内方に案内さ れ、 內管 10先端部 10 a近傍に混合急冷域 20を形成する。

この混合急冷域 20において、 抽気ガス GTは冷却空気 C Aと混合し瞬間的に 急冷却され、 冷却ガス CGとなる。

即ち、 プローブ先端部 5 aに形成された混合急冷域 2◦において、 抽気ガス G Tは塩素化合物の融点部 600〜700°Cまで急冷却されてしまうのである。 この時の冷却空気 CAの温度は、 大気温度、 例えば、 18°Cであり、 そのプロ 一ブ長手方向の吐出流速は内管 10内のキルン排ガス CGのガス速度の 1/3〜 2Z3に調整されている。 この様に冷却空気 CAは旋回流で、 かつ、 流れ方向及び流速も規制されている ため、 所謂冷却空気の吹き抜けがない。 そのため、 該抽気ガス GTと冷却空気 C Aとの混合率が著しく向上し、 該抽気ガス GTは急激に所望温度迄冷却されると ともに、 抽気されないキルン排ガス Gを冷却空気 C Aにより冷却してしまうこと もない。

ところで、 プローブ先端部 5 aに混合急冷域 20を形成し、 抽気ガス GTと冷 却空気 C Aの混合を瞬時に行うためには、 冷却空気の旋回力を確保して該冷却空 気 C Aをプロ一ブの先端部の全周から均一に吐出させる必要がある。

このためには、 冷却空気 C Aの吐出速度及びプロ一ブ 5の長さ P Lが重要な因 子となる。 前記吐出速度については、 具体的数値をあげて既に説明したので、 こ こではプローブ 5の長さ P Lについて説明する。

ここで、 プ ώーブ 5の長さ P Lとは、 外管 1 2の冷却空気の入口 1 6力 らプロ —ブ 5の直筒部の先端 5 Αまでの長さをいう。

このプローブ 5の長さ P Lは、 例えば、 600〜200 Ommに形成-され、 又、 プローブ 5の内径、 即ち外管 1 2の内径 1 2 Lは、 例えば、 400〜 1 000m mに形成されるが、 この両者の割合、 即ち PL/1 2 Lの値、 を 2. 0以下にす ることにより冷却空気の旋回力を確保することができる。

この P L/1 2 Lの値は、 吐出速度や外管 1 2の内径 1 2 Lによって一定の値 とはならないが、 研究の結果、 この割合の上限適正値 Xとして、 1. 5~2.0の 範囲が最適であることがわかつた。

P L/1 2 Lの値 ^変化させた場合の抽気ガス GTと冷却空気 C Aの混合状況 (ガス濃度） をコンピュータシユミレ一シヨンにより計算すると、 PLZ1 2 L =2. 3の場合は、 PL/1 2 L= 1.4の場合よりガス最高温度が高く、 混合状 態が悪くなることがわかる。

装置のレイァゥト上で、 プロ一ブ 5の P L/1 2 L> 2. 0となり、 上限適正 値 Xを越えてしまう場合には、 外管 12内に補助旋回手段として、 旋回羽根を設 けることによって旋回流を確保することが可能である。

なお、 冷却空気 C Aの旋回力の確保の面から P LZ1 2 Lの値に下限適正値は ないが、 装置のレイァゥト上からその下限適正値は 1.0程度となる。 プローブ 5で冷却された抽気ガス G Tは冷却キルン排ガス C Gとなってサイク ロン 6に入り、 分級される。 この時の分級点は、 例えば、 5〜7 mであり、 こ の分級点を超える粉体はそのままロータリキルン 1に戻される。

5〜 7 μ m以下の微粉を含む冷却キルン排ガス C Gは、 熱交換器 7を通して熱 交換された後、 集塵機 8で集塵し、 該ガス C Gは大気中に放出される。

熱交換器 7及び集塵機 8で集塵した塩素含有率の高いダストはセメントキルン 系外へ排出される。 この排出された塩素を含むダストは、 セメントへ添加された り、 又は、 系外処理される。

この発明の第 2実施例を第 4図〜第 6図により説明する。

この実施例と第 1実施例 （第 1図〜第 3図） との相違点は次の通りである。、

( 1 ) 外管 1 2の先端部 1 2 aと内管 1 0の先端部 1 0 aとの間に円錐台状の傾 斜板 2 5を設けて、 流体通路 1 7を閉鎖したこと。

( 2 ) プローブ先端部 5 aの冷却手段として、 リング状の水冷管 3を用いる代わ りに、 傾斜板 2 5にプローブ先端保護用空気孔 2 6を設け、 この空気孔 2 6から 冷却空気 C Aを噴出させてプローブ先端部 5 aを冷却し、 プローブ 5の熱損傷を 防止することである。 この空気孔 2 6の数ゃ径、 配設位置等は必要に応じて適宜 選択されるが、 例えば、 直径の大きさは 8〜 1 0 mmに形成される。

( 3 ) 内管 1 0の先端部 1 0 aにキルン排ガス冷却空気用孔 2 8を穿設し、 この 孔 2 8から冷却空気 C Aを内管 1◦内に導入し、 プローブ先端部に混合急冷域 2 0を形成したこと。 この孔 2 8の径の大きさ、 数、 配設位置等は必要に応じて適 宜選択されるが、 例えば、 直径の大きさは 8〜 1 O mmに形成される。

この発明の第 3実施例を第 7図、 第 8図により説明するが、 この実施例と第 2 実施例 （第 4図〜第 6図） との相違点は、 外管 1 2の上側先端部 3 2 は内管1 0の上側先端部 3 0 Uから突出しているが、 その下側先端部 3 2 dと内管 1 0の 下側先端部 3 0 dとは同一垂直面上に位置しており、 両下側先端部 3 2 d、 3 0 d間の傾斜板 2 5 dは垂直状で、 かつ、 プローブ先端保護用空気孔が設けられて いないことである。

この発明の第 4実施例を第 9図により説明するが、 この実施例と第 2実施例 (第 4図〜第 6図） との相違点は、 内管 1◦の上側先端部 4 0 Uがその下側先端 部 4 0 dより短く形成されており、 外管 1 2の上側先端部 4 2 の内管1 0から の突出量 mが、 その下側先端部 4 2 dの内管 1 0からの突出量 nより大きいこと である。

この発明の第 5実施例を第 1 0図により説明する。

この実施例は内管 1 0の內周面 5 0に螺旋状の案内羽根 5 1を設け、 混合急冷域 2 0における冷却空気 C Aと抽気ガス G Tとの混合効率の向上を図るものである。 この発明の第 6実施例を第 1 1図により説明する。

この発明の第 6実施例を図 1 1により説明する。 この実施例と第 1実施例との 相違点は、 内管 1 0の先端部 1 0 aにキルン排ガス冷却空気用孔 6 8を穿設し、 この孔 6 8から冷却空気 C Aを内管 1 0内に導入することである。 この孔 6 8の 径の大きさ、 数、 配置、 位置等は必要に応じて適宜なされるが、 例えば、 直径の 大きさは 8〜1 O mmに形成される。

以上の実施例から明らかなように、 本発明によれば、 キルン排ガスから抽気さ れた抽気ガスはプローブ先端部の混合急冷域で急冷却される。

そのため、 該抽気ガス中のアルカリや塩素分等を効率よく凝固させ、 該抽気ガ ス中のダストの微粉部分に濃縮させることができる。

又、 冷却空気は内管の先端部内方に案内されるので、 口一タリキルン内への吹 き抜けを防止することができる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 二重管構造のプローブをキルン排ガス流路に連通させ、 該プローブの内管を 介してキルン排ガスの一部を抽気するとともに、 該プローブの内管と外管との間 の流体通路に冷却気体を供給するキルンバイパスにおける排ガス冷却方法におい て；

前記冷却気体を内管の先端部内方に案内して該プローブの先端部に混合急冷域 を形成することを特徴とするキルンバイパスにおける排ガス冷却方法。

2 . 前記冷却気体の流速が、 内管内の抽気ガスの流速より遅いことを特徴とする 請求の範囲 1記載のキルンバイパスにおける排ガス冷却方法。

3 . 前記冷却気体のプロ一プ長手方向の吐出流速が、 内管内の抽気ガスの流速の 1 Z 3 ~ 2 3であることを特徴とする請求の範囲 1記載のキルンバイパスにお ける排ガス冷却方法。

4 . 前記冷却気体が、 旋回流であることを特徴とする請求の範囲 1記載のキルン バイパスにおける排ガス冷却方法。

5 . キルン排ガス流路に連通する二重管構造のプローブを備え、 該プローブがキ ルン排ガスの一部を抽気する内管と、 該内管の先端部より突出する外管と、 該内 管と外管との間に形成され、 冷却気体が供給される流体通路と、 を有するキルン バイパスにおける排ガス冷却装置において；

前記冷却気体を内管の先端部内方に導くための案内手段を設け、 該プローブの 先端部に混合急冷域を形成したことを特徴とするキルンバイパスにおける排ガス 冷却装置。

6 . 前記案内手段が、 先端に向かって次第に小径となる外管の先端部であること を特徴とする請求の範囲 5記載のキルンバイパスにおける排ガス冷却装置。

7 . 前記案內手段が、 先端に向かって次第に小径となる外管の先端部と、 内管の 先端部に形成したキルン琲ガス冷却空気用孔と、 からなることを特徴とする請求 の範囲 5記載のキルンバイパスにおける排ガス冷却装置。

8 . 前記案内手段が、 内管の先端部と外管の先端部との間に設けられた傾斜板と、 該内管の先端部に設けられキルン琲ガス冷却空気用孔と、 からなることを特徴と する請求の範囲 5記載のキルンバイパスにおける排ガス冷却装置。

9. 傾斜板が、 プローブ先端保護用空気孔を備えていることを特徴とする請求の 範囲 8記載のキルンバイパスにおける排ガス冷却装置。

10. 外管の先端部が、 プロ一ブ先端保護用冷却手段を備えていることを特徴と する請求の範囲 5記載のキルンバイパスにおける排ガス冷却装置。

1 1. プローブ先端保護用冷却手段が、 リング状の水冷管であることを特徴とす る請求の範囲 10記載のキルンバイパスにおける排ガス冷却装置。

1 2. プローブの長さ P L/プローブの内径 1 2 Lの値が、 2. 0以下であるこ とを特徴とする請求の範囲 5記載のキルンバイパスにおける排ガス冷却装置。