JP2005225736A

JP2005225736A - ロータリーキルンおよびこれを用いた可燃性廃棄物の処理方法

Info

Publication number: JP2005225736A
Application number: JP2004037953A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Shimoda; 直之下田; Hisanobu Tanaka; 久順田中
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2004-02-16
Filing date: 2004-02-16
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2024-02-16
Also published as: JP4947249B2

Abstract

【課題】投入した可燃性廃棄物を効率良く燃焼させる。
【解決手段】主燃料バーナ１０及び可燃性廃棄物燃焼バーナ１１を備えたセメントクリンカ製造用のロータリーキルン１において、可燃性廃棄物燃焼バーナ１１を主燃料バーナ１０の下側に配置し、この可燃性廃棄物燃焼バーナ１１による可燃性廃棄物Ｓの吹出方向を、主燃料バーナ１１の胴部、または、主燃料バーナ１１の火炎Ｆに向かうように傾け、可燃性廃棄物の投入箇所を、主燃料バーナの先端１０ａから前方に１ｍ、後方に２ｍの範囲に設定した。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃プラスチック等の可燃性廃棄物を補助燃料として用いるロータリーキルン及びこれを用いた可燃性廃棄物の処理方法に関するものである。

産業廃棄物の発生量は年々増加の一途をたどっている。その処理方法としては埋め立て処理、焼却処理等が知られている。しかし、埋め立て場の確保が難しくなってきていることから、焼却処理が注目を浴びてきている。かかる産業廃棄物の中でも廃プラスチックやごみ固体化燃料（ＲＤＦ）等の可燃性廃棄物は、焼却によって大きな熱量を発生するため、その燃焼によって生じる熱量を有効に利用すべく、各種の燃焼炉の燃料として利用されつつある。

例えば、廃プラスチック等の可燃性廃棄物を燃料として利用する方法として、その破砕品をセメント焼成設備のロータリーキルンの窯前部からロータリーキルン内に空気流に乗せて吹き込んで燃焼させ、主燃料として使用する微粉炭の使用量を削減する技術が以前より知られている。

特許文献１には、主燃料バーナの上側に可燃性廃棄物燃焼バーナを設けて、可燃性廃棄物を主燃料による火炎中に落下するように投入することにより、ロータリーキルン壁への着地前に空間燃焼を完了させるロータリーキルンが開示されている。また、特許文献２には、キルンの中心から降ろした鉛直線から回転方向に１１０度の範囲に可燃性廃棄物燃焼バーナを設け、可燃性廃棄物をクリンカ上に降下するように投入して、クリンカからの高熱と酸素の多い二次空気により、可燃性廃棄物を効率良く燃焼させる技術が開示されている。

特開２０００−３１９０４９号公報特開２００３−１０６７７１号公報

ところが、上記従来技術においては、投入した可燃性廃棄物の拡散の度合いが低いために、必ずしも可燃性廃棄物を効率良く燃焼させることができないという問題があった。

本発明は、上記事情を考慮し、投入した可燃性廃棄物を効率良く燃焼させることのできるロータリーキルンおよびこれを用いた可燃性廃棄物の処理方法を提供することを目的としている。

請求項１の発明のロータリーキルンは、主燃料バーナ及び可燃性廃棄物燃焼バーナを備えたセメントクリンカ製造用のロータリーキルンにおいて、前記可燃性廃棄物燃焼バーナを主燃料バーナの下側に配置し、この可燃性廃棄物燃焼バーナによる可燃性廃棄物の吹出方向を、主燃料バーナの胴部、または、主燃料バーナの火炎に向かうように傾けたことを特徴とする。

請求項２の発明のロータリーキルンは、請求項１において、前記可燃性廃棄物燃焼バーナを、キルンの回転中心から下ろした鉛直線から、回転方向あるいはその逆方向に８０度の範囲に設けたことを特徴とする。

請求項３の発明の可燃性廃棄物の処理方法は、セメントクリンカ製造用のロータリーキルン内を加熱するために、主燃料バーナに加えて設けられた可燃性廃棄物燃焼バーナによる可燃性廃棄物の処理方法において、前記可燃性廃棄物燃焼バーナから、主燃料バーナの胴部または主燃料バーナの火炎に向けて可燃性廃棄物を投入することを特徴とする。

請求項４の発明の可燃性廃棄物の処理方法は、請求項３において、前記可燃性廃棄物の投入箇所を、主燃料バーナの先端から前方に１ｍ、後方に２ｍの範囲に設定したことを特徴とする。

請求項５の発明の可燃性廃棄物の処理方法は、請求項３または４において、前記可燃性廃棄物として廃プラスチックを投入する場合は、主燃料バーナの火炎に向けて投入することを特徴とする。

請求項６の発明の可燃性廃棄物の処理方法は、請求項３または４において、前記可燃性廃棄物として、木屑、肉骨粉、魚粉の少なくともいずれかを投入する場合は、主燃料バーナの胴部にぶつかるように投入することを特徴とする。

請求項７の発明の可燃性廃棄物の処理方法は、請求項３〜６のいずれかにおいて、前記可燃性廃棄物の投入量を、熱量換算で、セメント製造に用いられる燃料全体の熱量に対して１％以上５０％以下とすることを特徴とする。

請求項８の発明の可燃性廃棄物の処理方法は、請求項３〜７のいずれかにおいて、前記可燃性廃棄物の粒径を５０ｍｍ以下に調整した上で投入することを特徴とする。

本発明によれば、可燃性廃棄物を広く拡散させながらクリンカ上に降下させることができる。つまり、主燃料バーナの胴部に可燃性廃棄物をぶつけたり、主燃料バーナの火炎に向けて可燃性廃棄物を吹き出したりすることにより、可燃性廃棄物を広く散らばらせながら、高温のクリンカ上に降下させることができ、燃焼効率を高めることができる。特に可燃性廃棄物の高温燃焼作用によってフリーライムを下げることができるため、最終的に強度の高いセメントを得ることができ、多量の可燃性廃棄物を投入しても、セメントの品質を低下させることがなくなる。また、可燃性廃棄物の焼却灰はセメントの製造原料の一部として有効に利用できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明のロータリーキルンの概略構成図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。

図１において、被焼成物であるセメント原料は、ロータリーキルン１内の上流端である窯尻部側（図中左側）から投入され、ロータリーキルン１内を矢印Ｙのように、下流側である窯前部１Ａ側（図中右側）に移動しながら焼成され、焼成されたセメントクリンカＣは、窯前部１Ａの下部に接続されたクリンカクーラー２に落ちて、さらに下流側に移動しながら二次空気Ｄによって冷却される。この二次空気Ｄは、クリンカクーラー２においてセメントクリンカＣから熱を吸収して高温になると共に、窯前部１Ａを通ってロータリーキルン１内を上流側に流れる。

ロータリーキルン１の下流端である窯前部１Ａの端壁１Ａａには、主燃料である微粉炭ＴをブロワーＢ１から供給される一次空気と共にロータリーキルン１内に吹き込む円筒形状の主燃料バーナ１０が設けられている。この主燃料バーナ１０は、主燃料である微粉炭Ｔを一次空気と共に、窯前部１Ａから窯尻部の方向に向かって吹き出して、微粉炭Ｔを燃焼させるものである。さらに、主燃料バーナ１０は、図２に示すように、窯前部１Ａの端壁１Ａａにおけるロータリーキルン１の回転中心に対応する位置に配置されており、微粉炭Ｔを該ロータリーキルン１の回転中心軸に沿って吹き出すようになっている。

また、窯前部１Ａの端壁１Ａａには、図１に示すように、廃プラスチックやごみ固体化燃料（ＲＤＦ）等の可燃性廃棄物Ｓの破砕品を補助燃料用のブロワーＢ２から供給される補助一次空気と共にロータリーキルン１内に吹き込む円筒形状の可燃性廃棄物燃焼バーナ１１が、主燃料バーナ１０の下側に位置させて配置されている。この場合、可燃性廃棄物燃焼バーナ１１は、可燃性廃棄物Ｓの吹出方向が、主燃料バーナ１０の胴部、または、主燃料バーナ１０の前方に形成される火炎Ｆを指向するように傾けて設置されている。また、可燃性廃棄物燃焼バーナ１１は、図２に示すように、キルンの回転中心から下ろした鉛直線から、回転方向（矢印Ｘ方向）あるいはその逆方向に８０度の範囲（角度α１、α２の範囲）に設けられている。

ここで、可燃性廃棄物燃焼バーナ１１による可燃性廃棄物Ｓの投入箇所は、主燃料バーナ１０の先端１０ａから前方に１ｍ、後方に２ｍの範囲に設定されている。例えば、可燃性廃棄物Ｓとして廃プラスチック等の高温で軟化するものを投入する場合には、主燃料バーナ１０の先端１０ａから前方に１ｍ以内の火炎Ｆに向けて当該火炎Ｆにぶつかるように可燃性廃棄物Ｓを投入すべく、可燃性廃棄物燃焼バーナ１１の吹出角度（傾角）が設定されている。また、可燃性廃棄物Ｓとして木屑、肉骨粉、魚粉の少なくともいずれか（木屑、肉骨粉、魚粉のうち１種以上）を投入する場合には、主燃料バーナ１１の胴部に向けて当該胴部にぶつかるように可燃性廃棄物Ｓを投入すべく、可燃性廃棄物燃焼バーナ１１の吹出角度（傾角）が設定されている。

次に、本発明の可燃性廃棄物の処理方法を上記ロータリーキルン１の作用効果と共に説明する。
セメントクリンカＣを製造するに当たり、主燃料用のブロワーＢ１から供給した一次空気を、微粉炭Ｔと共に主燃料バーナ１０から吹き出して燃焼させる。同時に、補助燃料用のブロワーＢ２から供給される補助一次空気を、例えば、廃プラスチックを細かく砕いた可燃性廃棄物Ｓと共に可燃性廃棄物燃焼バーナ１１から吹き出して燃焼させる。

そのように可燃性廃棄物Ｓを投入した場合、可燃性廃棄物Ｓは、主燃料バーナ１０の火炎Ｆからの輻射熱や、高温のセメントクリンカＣからの輻射熱や、クリンカクーラー２においてセメントクリンカＣから熱を吸収して高温となった二次空気Ｄからの熱や、その他からの熱を受けて高温となり、該二次空気Ｄの高温雰囲気中で燃焼を開始することになる。

その際、可燃性廃棄物Ｓを広く拡散させながら、セメントクリンカＣ上に降下させることができる。つまり、主燃料バーナ１０の胴部に向けて当該胴部に可燃性廃棄物Ｓを当てるべく可燃性廃棄物Ｓを吹き出したり、主燃料バーナ１０の火炎Ｆに向けて当該火炎Ｆに当てるべく可燃性廃棄物Ｓを吹き出したりすることにより、可燃性廃棄物Ｓが広く散らばりながら、火炎Ｆ等から効率よく熱を受けて燃焼すると共に高温のクリンカＣ上に降下させることができる。

ここで、ロータリーキルン１内では、セメントクリンカＣが周方向に回転しながら掻き上げられてはその上端部から崩れ落ちることを繰り返す状態になっている。このため、可燃性廃棄物燃焼バーナ１１から吹き出し後、完全に燃焼するに至らなかった可燃性廃棄物Ｓは、掻き上げられてはその上端部から崩れ落ちる約１４００℃のセメントクリンカＣ上等に分散して降下し、セメントクリンカＣから極めて効率良く熱を受けると共に、ロータリーキルン１内に供給される二次空気とも極めて効率よく混合されることになる。従って、可燃性廃棄物Ｓを極めて効率よく燃焼させることができる。また、この燃焼効率の向上による高温の作用によってフリーライムが下がるため、最終的に強度の高いセメントを得ることができる。また、可燃性廃棄物Ｓの焼却灰は、セメントの製造のために必要な原料の一部として有効利用される。

なお、可燃性廃棄物Ｓの投入量を、熱量換算で、セメント製造に用いられる燃料全体の熱量に対して１％以上５０％以下とするのが望ましい。そうすることで、セメントの品質を低下させるおそれがなくなるからである。好ましくは、３０％以下とするのがよい。また、可燃性廃棄物Ｓは、粒径を５０ｍｍ以下に調整した上で投入するのがよい。

実施例１では、可燃性廃棄物Ｓの投入点（主燃料バーナの先端１０ａからの距離）を変化させた場合のセメントクリンカ中のフリーライム（ｆ.ＣａＯ）の発生率について調べた。その結果を表１に示す。投入条件として、可燃性廃棄物である木材チップ（粒径０〜５０ｍｍ）を、図２の３番の箇所の可燃性廃棄物燃焼バーナ１１から投入した。投入量は１２．５kg/t-cli（クリンカ１トン当たりの可燃性廃棄物の投入重量をｋｇで示した単位）である。ｆ.ＣａＯが多いということは、燃焼効率が悪いことを意味すると共に、セメントの製品としても不適切なものとなる。特に、ｆ.ＣａＯが１．０％以上の場合は製品にできない。そこで、投入可能なポイントは、主燃料バーナ１０の先端１０ａから前方へ１．０ｍ、後方へ２．０ｍの範囲がよいことが分かった。

実施例２では、可燃性廃棄物Ｓとしてプラスチックを投入した場合の、可燃性廃棄物Ｓの投入点（主燃料バーナの先端１０ａからの距離）と、セメントクリンカ中のフリーライム（ｆ.ＣａＯ）の発生率との関係について調べた。その結果を表２に示す。投入条件として、可燃性廃棄物であるプラスチック（粒径０〜２０ｍｍ）を、図２の３番の箇所の可燃性廃棄物燃焼バーナ１１から投入した。投入量は１２．５kg/t-cliである。ｆ.ＣａＯが多いということは、燃焼効率が悪いということであり、１．０％以上は製品にできない。そこで、プラスチックを投入する場合の投入可能なポイントは、主燃料バーナ１０の先端１０ａから前方へ１．０ｍの範囲がよいことが分かった。

実施例３では、可燃性廃棄物燃焼バーナ１１の位置と、セメントクリンカ中のフリーライム（ｆ.ＣａＯ）の発生率との関係について調べた。その結果を表３に示す。投入条件として、可燃性廃棄物である木材チップ（粒径０．１〜５０ｍｍ）を、図２の１〜１２番の各箇所の可燃性廃棄物燃焼バーナ１１から、主燃料バーナ１０の先端１０ａから後方１．０ｍのポイントを狙って投入した。投入量は１２．５kg/t-cliである。ｆ.ＣａＯが多いということは、燃焼効率が悪いということであり、１．０％以上は製品にできない。そこで、可燃性廃棄物燃焼バーナ１１を設ける位置は、１〜６番が最適であり、７〜１２番は不適切であることが分かった。つまり、キルンの中心から降ろした鉛直線から回転方向あるいはその逆方向に８０度の範囲に可燃性廃棄物燃焼バーナ１１を設けるのがよいことが分かった。

実施例４では、クリンカ製造に関わる熱量全体に対する、副バーナ（可燃性廃棄物燃焼バーナ１１）からの投入可燃性廃棄物の熱量割合と、セメントクリンカ中のフリーライム（ｆ.ＣａＯ）の発生率との関係について調べた。その結果を表４に示す。投入条件として、可燃性廃棄物である木材チップ（粒径０〜５０ｍｍ）を、図２の３番の可燃性廃棄物燃焼バーナ１１から、主燃料バーナ１０の先端１０ａの後方１．０ｍのポイントを狙って投入した。ｆ.ＣａＯが多いということは、燃焼効率が悪いということであり、１．０％以上は製品にできない。そこで、可燃性廃棄物の投入量は、熱量換算で、セメント製造に用いられる燃料全体の熱量に対して１％以上５０％以下とするのがよく、特に３０％以下とするのがよいことが分かった。

実施例５では、投入する可燃性廃棄物Ｓの粒径を変化させた場合の、セメントクリンカ中のフリーライム（ｆ.ＣａＯ）の発生率について調べた。その結果を表５に示す。投入条件として、可燃性廃棄物である木材チップを粒径を段階的に異ならせて、図２の３番の可燃性廃棄物燃焼バーナ１１から、主燃料バーナ１０の先端１０ａの後方１．０ｍのポイントを狙って投入した。ｆ.ＣａＯが多いということは、燃焼効率が悪いということであり、１．０％以上は製品にできない。そこで、投入する可燃性廃棄物の粒径は、５０ｍｍ以下とするのがよいことが分かった。なお、プラスチックや木材等の可燃性廃棄物を破砕する破砕装置の性能上、投入する可燃性廃棄物の粒径は、ほぼ０．１ｍｍ以上となる。

本発明の実施形態のロータリーキルンの概略構成図である。図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。

符号の説明

１ロータリーキルン
１０主燃料バーナ
１１可燃性廃棄物燃焼バーナ
Ｓ可燃性廃棄物
Ｆ火炎

Claims

主燃料バーナ及び可燃性廃棄物燃焼バーナを備えたセメントクリンカ製造用のロータリーキルンにおいて、前記可燃性廃棄物燃焼バーナを主燃料バーナの下側に配置し、この可燃性廃棄物燃焼バーナによる可燃性廃棄物の吹出方向を、主燃料バーナの胴部、または、主燃料バーナの火炎に向かうように傾けたことを特徴とするロータリーキルン。
前記可燃性廃棄物燃焼バーナを、キルンの回転中心から下ろした鉛直線から、回転方向あるいはその逆方向に８０度の範囲に設けたことを特徴とする請求項１に記載のロータリーキルン。
セメントクリンカ製造用のロータリーキルン内を加熱するために、主燃料バーナに加えて設けられた可燃性廃棄物燃焼バーナによる可燃性廃棄物の処理方法において、前記可燃性廃棄物燃焼バーナから、主燃料バーナの胴部または主燃料バーナの火炎に向けて可燃性廃棄物を投入することを特徴とするロータリーキルンを用いた可燃性廃棄物の処理方法。
前記可燃性廃棄物の投入箇所を、主燃料バーナの先端から前方に１ｍ、後方に２ｍの範囲に設定したことを特徴とする請求項３記載のロータリーキルンを用いた可燃性廃棄物の処理方法。
前記可燃性廃棄物として廃プラスチックを投入する場合は、主燃料バーナの火炎に向けて投入することを特徴とする請求項３または４に記載のロータリーキルンを用いた可燃性廃棄物の処理方法。
前記可燃性廃棄物として、木屑、肉骨粉、魚粉の少なくともいずれかを投入する場合は、主燃料バーナの胴部にぶつかるように投入することを特徴とする請求項３または４に記載のロータリーキルンを用いた可燃性廃棄物の処理方法。
前記可燃性廃棄物の投入量を、熱量換算で、セメント製造に用いられる燃料全体の熱量に対して１％以上５０％以下とすることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載のロータリーキルンを用いた可燃性廃棄物の処理方法。
前記可燃性廃棄物の粒径を５０ｍｍ以下に調整した上で投入することを特徴とするロータリーキルンを用いた可燃性廃棄物の処理方法。