WO2018025482A1 - セメントキルンの運転方法 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a technology for reducing the concentration of sulfur oxides (hereinafter referred to as "SOx”) and the concentration of nitrogen oxides (hereinafter referred to as "NOx”) in combustion gas discharged from a cement kiln.
  • SOx sulfur oxides
  • NOx nitrogen oxides
  • Non-Patent Document 1 describes that generation of SOx due to decomposition of potassium sulfate (K 2 SO 4 ), sodium sulfate (Na 2 SO 4 ) and the like is suppressed. The principle is briefly described below.
  • this invention is made in view of the said problem, Comprising: It aims at suppressing low the density
  • the present invention is a method of operating a cement kiln, wherein the partial pressure of oxygen in the butt of the cement kiln is adjusted to 4% or more and 7% or less, and a burner for fuel and combustion air It is characterized by blowing in to the buttocks through.
  • the fuel and the combustion air can be blown from a plurality of burners provided at the buttocks of the cement kiln. This makes it possible to further improve the rate of decomposition and removal of NOx in the buttocks of the cement kiln.
  • the fuel may include one or more selected from pulverized coal, heavy oil, natural gas, coal ash, combustible waste and gasified combustible materials.
  • the concentrations of both SOx and NOx in the combustion gas discharged from the cement kiln can be kept low.
  • the cement firing apparatus 1 shown in FIG. 1 includes a preheater 3 for preheating cement raw material (hereinafter referred to as "raw material") R1, a calcining furnace 4 for calcining a raw material R2 preheated by the preheater 3, and Cement kiln 7 for firing raw material R3, clinker cooler 9 for cooling clinker produced by firing raw material R3 with cement kiln 7, and NOx removal and decomposition of raw material R3 while decomposing and removing NOx in crucible 5 It comprises the burner 6 grade.
  • raw material hereinafter referred to as "raw material”
  • a calcining furnace 4 for calcining a raw material R2 preheated by the preheater 3
  • Cement kiln 7 for firing raw material R3
  • clinker cooler 9 for cooling clinker produced by firing raw material R3 with cement kiln 7, and NOx removal and decomposition of raw material R3 while decomposing and removing NOx in crucible 5 It comprises
  • the number of denitration burners 6 is one in the illustrated example, a plurality of denitration burners may be provided. By providing a plurality of denitration burners 6 in the same horizontal plane, the oxygen partial pressure inside the buttocks 5 can be more effectively reduced, and the NOx can be decomposed more reliably in this region. Further, the denitration burner 6 may be provided in two stages in the vertical direction (the flow direction of the exhaust gas G1).
  • the fuel F1 is burned by the main burner 8, the raw material R1 is preheated by the exhaust gas G1 and the like from the cement kiln 7 by the preheater 3, and the fuel F3 is burned by the calcination furnace burner 10 to calcinate the raw material R2.
  • the fuel F3 pulverized coal, heavy oil or the like may be used, and combustible waste may be used for part or all of the fuel F3.
  • the fuel F2 is blown with the combustion air A from the denitration burner 6 installed in the buttock 5 of the cement kiln 7 to burn the fuel F2.
  • a low oxygen concentration region is formed inside the buttocks 5.
  • pulverized coal, heavy oil, natural gas, coal ash, combustible waste and gasified combustible substances can be used, and any one or more of these may be used simultaneously. .
  • the calcined raw material R3 is introduced into the cement kiln 7 from the lowermost cyclone 3a of the preheater 3 through the buttocks 5, and the raw material R3 is fired in the cement kiln 7.
  • the clinker produced by this firing is supplied to the linker cooler 9 and cooled by the clinker cooler 9 to obtain clinker CL.
  • the partial pressure of oxygen in the buttocks 5 is adjusted to 4% or more and 7% or less. This suppresses the generation of SOx from the raw material R3 in the cement kiln 7 and the clinker.
  • the oxygen partial pressure of 5 is used for adjustment.
  • the adjustment of the oxygen partial pressure of the buttocks 5 is performed by adjusting the amount of combustion air supplied to the main burner 8, the amount of cooling air of the clinker cooler 9, the supply amount of the raw material R1 to the preheater 3, and the like.
  • the partial pressure of oxygen in the tail end 5 is maintained at 4% or more and 7% or less, but adjusted to 4% or more and 6% or less according to the concentration of SOx or NOx in the combustion gas discharged from the cement kiln 7 And 5% or more and 7% or less.
  • adjustment may be made in a narrow range such as 4% to 5%, 5% to 6%, or 6% to 7%.
  • the exhaust gas G1 of the cement kiln 7 is allowed to pass through the low oxygen concentration region of the tail end 5 formed by the denitration burner 6, and the NOx in the exhaust gas G2 is reduced and decomposed in this region.
  • the gas after denitration of the exhaust gas G1 is introduced into the calciner 4 from the crucible end 5. Also in the calciner 4, the raw material R2 is decarbonated and NOx is decomposed.
  • the gas after denitrification is discharged as an exhaust gas G2 from the cement burning apparatus 1 through the preheater 3.
  • the cement burning apparatus 1 can be operated stably.
  • a coating derived from sulfur in cement firing apparatus 1 can be prevented, an inexpensive substance having a high concentration of sulfur can be used as a fuel or a raw material, or the coating can be generated in preheater 3 like sulfur. Substances containing potentially dangerous chlorine can be used more as raw fuel.

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Abstract

【課題】セメントキルンから排出される燃焼ガス中のＳＯｘ及びＮＯｘの両方の濃度を低く抑える。 【解決手段】セメントキルン７の窯尻５における酸素分圧を４％以上７％以下に調整することで、セメントキルン７の内部に存在するセメント原料Ｒ３やクリンカからＳＯｘが発生するのを抑制すると共に、窯尻５に燃料Ｆ２と燃焼用空気Ａとを脱硝用バーナ６を介して吹き込むことで、窯尻５の内部を通過するセメントキルン７の排ガスＧ１に含まれるＮＯｘを分解するセメントキルン２の運転方法。燃料Ｆ２と燃焼用空気Ａとを、セメントキルン７の窯尻５に設けられた複数のバーナから吹き込むことができる。燃料Ｆ２は、微粉炭、重油、天然ガス、石炭灰、可燃性廃棄物及び可燃性物質をガス化したものから選択される一以上を含むことができる。

Description

セメントキルンの運転方法
　本発明は、セメントキルンから排出される燃焼ガス中の硫黄酸化物（以下「ＳＯｘ」という。）濃度及び窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」という。）濃度を低減する技術に関する。
　セメントキルン燃焼ガス中のＳＯｘを低減する技術として、セメントキルン内の酸素分圧、特にセメント原料、クリンカ表層の酸素分圧を上げることによって、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ4）、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ4）、硫酸カリウム（Ｋ2ＳＯ4）及び硫酸ナトリウム（Ｎａ2ＳＯ4）等の分解によるＳＯｘの発生が抑制されることが非特許文献１に記載されている。以下にその原理について簡単に説明する。
　上記セメント原料やクリンカに含まれる物質のうち、例えば、硫酸カルシウムと硫酸マグネシウムとはセメントキルン内で次のように反応する。
ＣａＳＯ4⇔ＣａＯ＋ＳＯ2＋１／２Ｏ2 ・・・（１）
ＭｇＳＯ4⇔ＭｇＯ＋ＳＯ2＋１／２Ｏ2 ・・・（２）
　ここで、酸素共存下における硫酸カルシウムの分解、生成に関するＤｅｗｉｎｇらの研究結果から、上記（１）式で表される平衡時のＳＯ2分圧（ＰS1）と酸素分圧（ＰO1）との関係は次式で表される。
ＰS1＝（１／ＰO1 1/2）／ｅｘｐ（-（４６４４２４-２３７Ｔ）／ＲＴ）・・・（３）
　また、上記Ｄｅｗｉｎｇらの研究結果は、硫酸カルシウムの分解、生成に関するものであるが、硫酸マグネシウムの分解、生成に適用することができると考えられる。従って、上記Ｄｅｗｉｎｇらの研究結果から、上記（２）式で表される平衡時のＳＯ2分圧（ＰS2）と酸素分圧（ＰO2）との関係を次式で表すこともできる。
ＰS2＝（１／ＰO2 1/2）／ｅｘｐ（-（３６４７６１-２５２Ｔ）／ＲＴ）・・・（４）
　上記（３）、（４）式により、硫酸カルシウム及び硫酸マグネシウム付近の酸素分圧を高くすることで、これらから発生するＳＯｘの分圧、すなわちＳＯｘの量を低減できることが判る。また、同様の理由により、硫酸カリウムや硫酸ナトリウム付近の酸素分圧を高くすることで、これらから発生するＳＯｘの量も低減できるといえる。従って、セメントキルン内に存在するセメント原料やクリンカ付近の酸素分圧を高くすることで、セメント原料やクリンカからのＳＯｘの発生を抑制することができる。
新井紀男、外３６名、「燃焼生成物の発生と抑制技術」、初版、株式会社テクノシステム、１９９７年４月２７日、ｐ１１３－１１４
　しかし、上述のようにしてＳＯｘが発生するのを抑制するために酸素分圧を上げると、セメントキルンから排出される燃焼ガス中のＮＯｘ濃度が増加し、規制値を超える虞があるという問題があった。
　そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、セメントキルンから排出される燃焼ガス中のＳＯｘ及びＮＯｘの両方の濃度を低く抑えることを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明は、セメントキルンの運転方法であって、セメントキルンの窯尻における酸素分圧を４％以上７％以下に調整すると共に、燃料と燃焼用空気とをバーナを介して該窯尻に吹き込むことを特徴とする。
　本発明によれば、セメントキルン内の酸素分圧を上げることでセメント原料やクリンカからＳＯｘが発生するのを抑制すると共に、酸素分圧の上昇によって増加したＮＯｘを窯尻に燃料と燃焼用空気とを吹き込んで分解除去することができるため、セメントキルンから排出されるＳＯｘ及びＮＯｘの両方の濃度を低く抑えることができる。
  また、上記セメントキルンの運転方法において、前記燃料と燃焼用空気とを前記セメントキルンの窯尻に設けられた複数のバーナから吹き込むことができる。これにより、セメントキルンの窯尻内でのＮＯｘの分解除去率をさらに向上させることなどが可能となる。
　さらに、前記燃料は、微粉炭、重油、天然ガス、石炭灰、可燃性廃棄物及び可燃性物質をガス化したものから選択される一以上を含むことができる。
　以上のように、本発明によれば、セメントキルンから排出される燃焼ガス中のＳＯｘ及びＮＯｘの両方の濃度を低く抑えることができる。
本発明に係るセメントキルンの運転方法を実施可能なセメント焼成装置の一例を示す概略図である。
　図１に示すセメント焼成装置１は、セメント原料（以下「原料」という。）Ｒ１を予熱するプレヒータ３と、プレヒータ３で予熱された原料Ｒ２を仮焼する仮焼炉４と、仮焼後の原料Ｒ３を焼成するセメントキルン７と、セメントキルン７で原料Ｒ３が焼成されて生じたクリンカを冷却するクリンカクーラ９と、窯尻５内のＮＯｘを分解除去すると共に原料Ｒ３の脱炭酸を行う脱硝用バーナ６等で構成される。
  脱硝用バーナ６は、図示例では１本であるが、複数設けることもできる。脱硝用バーナ６を同一水平面内に複数備えることで、窯尻５の内部の酸素分圧をより効果的に低減し、この領域でＮＯｘをより確実に分解することができる。また、脱硝用バーナ６を鉛直方向（排ガスＧ１の流れ方向）に二段にわたって設けてもよい。
　尚、脱硝用バーナ６が１本の場合には、広範囲において脱硝効果を得るため、脱硝用バーナ６から発せられる火炎を長くする必要があるが、これによって脱硝用バーナ６が設けられている壁面の反対側の壁面が過度に加熱されるため、前記反対側の壁面を冷却しているが、この冷却により壁面にコーチングが発生する虞がある。そこで、脱硝用バーナ６を複数設けることで、これらから発せられる火炎を短くすることができ、コーチングの発生を回避することができる。
　次に、本発明に係るセメントキルンの運転方法について、セメント焼成装置１の動作と共に説明する。
　主バーナ８で燃料Ｆ１を燃焼させ、プレヒータ３でセメントキルン７からの排ガスＧ１等によって原料Ｒ１の予熱を行い、仮焼炉バーナ１０で燃料Ｆ３を燃焼させて原料Ｒ２を仮焼する。燃料Ｆ３には、微粉炭、重油等が用いられ、可燃性廃棄物を燃料Ｆ３の一部又は全部に用いてもよい。
　セメントキルン７の窯尻５に設置された脱硝用バーナ６からも燃料Ｆ２を燃焼用空気Ａと共に吹き込み、燃料Ｆ２を燃焼させる。これにより、窯尻５の内部に低酸素濃度領域を形成する。燃料Ｆ２には、微粉炭、重油、天然ガス、石炭灰、可燃性廃棄物及び可燃性物質をガス化したものなどを用いることができ、これらのいずれか一つ又は複数を同時に用いてもよい。
　仮焼した原料Ｒ３をプレヒータ３の最下段サイクロン３ａから窯尻５を介してセメントキルン７に導入し、セメントキルン７で原料Ｒ３を焼成する。この焼成により生じたクリンカをクリンカクーラ９に供給し、クリンカクーラ９で冷却してクリンカＣＬを得る。
　上記セメントキルン７の運転に際し、窯尻５における酸素分圧を４％以上７％以下に調整する。これにより、セメントキルン７内の原料Ｒ３やクリンカからＳＯｘが発生するのを抑制する。上述のように、セメントキルン７内に存在する原料Ｒ３やクリンカ付近の酸素分圧を高くすることで、原料Ｒ３やクリンカからＳＯｘが発生するのを抑制することができるため、窯尻５の酸素分圧を通常より高く維持する。セメントキルン７内に存在する原料Ｒ３やクリンカ付近の酸素分圧を測定することが好ましいが、実際には測定が困難であるため、一般的にセメントキルン７の運転の指標とされている窯尻５の酸素分圧を調整に用いる。
　窯尻５の酸素分圧の調整は、主バーナ８に供給する燃焼用空気の量、クリンカクーラ９の冷却風量、プレヒータ３への原料Ｒ１の供給量等を調整することによって行う。窯尻５の酸素分圧は、４％以上７％以下に維持するが、セメントキルン７から排出される燃焼ガス中のＳＯｘやＮＯｘの濃度等に応じて４％以上６％以下に調整したり、５％以上７％以下に適宜調整することができる。また、４％以上５％以下、５％以上６％以下又は６％以上７％以下等の狭い範囲で調整してもよい。
　一方、セメントキルン７の排ガスＧ１を脱硝用バーナ６により形成された窯尻５の低酸素濃度領域を通過させ、この領域で排ガスＧ２中のＮＯｘを還元して分解する。排ガスＧ１を脱硝した後のガスを窯尻５から仮焼炉４に導入し、仮焼炉４においても原料Ｒ２が脱炭酸されると共にＮＯｘが分解される。脱硝後のガスは、プレヒータ３を介してセメント焼成装置１から排ガスＧ２として排出される。
　以上のように、本実施の形態によれば、窯尻５における酸素分圧を４％以上７％以下に調整することで、セメントキルン７内の原料Ｒ３やクリンカに含まれるＣａＳＯ4、ＭｇＳＯ4、Ｋ2ＳＯ4及びＮａ2ＳＯ4等の硫酸塩が分解するのを抑制し、ＳＯｘがセメントキルン７の内部で発生するのを抑制することができると共に、酸素分圧を高めたことによって生じたＮＯｘを脱硝用バーナ６により形成された低酸素濃度領域を通過させて還元、分解することで、セメントキルン７の排ガスＧ１中のＳＯｘ及びＮＯｘの両方の濃度を低く抑えることができる。
　また、上記実施の形態によれば、原料Ｒ３に含まれる硫黄分の多くは、ＳＯｘとしてセメントキルン７の排ガスＧ１に含まれるのではなく、クリンカＣＬと共にセメント焼成装置１から排出され、凝結遅延材として有効に利用できる。
　さらに、セメントキルン７の排ガスＧ１に含まれるＳＯｘの量が少ないため、セメントキルン７からプレヒータ３の間における硫黄分の循環濃縮が低減され、セメントキルン７からプレヒータ３の間におけるコーチングの生成が少なくなり、セメント焼成装置１を安定して運転することができる。
　さらに、セメント焼成装置１における硫黄分由来のコーチング生成を防止することができるため、硫黄分濃度が高い安価な物質を燃料や原料として利用したり、硫黄分と同様にプレヒータ３においてコーチングを発生させる虞がある塩素分を含む物質を原燃料としてより多く利用することができる。
１　セメント焼成装置
３　プレヒータ
４　仮焼炉
５　窯尻
６　脱硝用バーナ
７　セメントキルン
８　主バーナ
９　クリンカクーラ
１０　仮焼炉バーナ
Ａ　燃焼用空気
ＣＬ　クリンカ
Ｆ１ ～Ｆ３　燃料
Ｇ１～Ｇ３　排ガス

Claims (3)

  1.   セメントキルンの窯尻における酸素分圧を４％以上７％以下に調整すると共に、燃料と燃焼用空気とをバーナを介して該窯尻に吹き込むことを特徴とするセメントキルンの運転方法。
  2.   前記燃料と燃焼用空気とを、前記セメントキルンの窯尻に設けられた複数のバーナから吹き込むことを特徴とする請求項１に記載のセメントキルンの運転方法。
  3. 　前記燃料は、微粉炭、重油、天然ガス、石炭灰、可燃性廃棄物及び可燃性物質をガス化したものから選択される一以上を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のセメントキルンの運転方法。
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