JPH0347133B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、セメント、アルミナ等原料粉末の近
代的焼成装置における原料粉末用仮焼炉への燃料
及び燃焼用抽気の導入方法に関し、特に仮焼炉内
でのフユーエルNOx（窒素酸化物）の発生を抑制
しつつ供給燃料を燃焼させ、排ガス中のNOx含
有量を低減するものに関する。以下セメント用の
焼成装置について説明する。

〔従来の技術〕 第３図に示すように、セメント焼成装置は、原
料予熱装置１と焼成炉３との間に、独立した熱源
を有する仮焼炉２を配置して構成される。そこ
で、第３図により、この種のセメント焼成装置の
機器構成と原料粉末の処理工程を説明する。尚、
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。セメント焼成装置は、サイクロ
ンＣ１〜Ｃ３およびダクト７等より構成される原
料予熱装置１と、サイクロンＣ４を付属する仮焼
炉２と、ロータリーキルン等の焼成炉３と、クリ
ンカー冷却機４とから成る。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熱交換が繰返される。
予熱された原料粉末は第３サイクロンＣ３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抽気
と、燃料供給装置としてのバーナ６ａから燃焼用
１次空気と共に供給される燃料とによつて仮焼炉
２内で燃焼が起こり、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より入口端覆１２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
の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つて昇温した空気の
一部は、上述の如く仮焼炉２および焼成炉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。

つぎに、上述したセメント焼成装置における仮
焼炉２の構造及び機能を第４図により詳細に説明
する。即ち、仮焼炉２は本構成例では円筒状竪型
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小し
て逆円錐体状部とし、開口２ｄにより入口端覆１
２を介して焼成炉３に接続されている。又燃焼室
２ａの下部側壁には、半径方向または接線方向に
冷却機４からの燃焼用抽気を案内する抽気ダクト
１３が導入口２ｅに開口・接続され、当該抽気導
入口２ｅ付近には燃焼室２ａに流入する燃焼用抽
気に指向してバーナ６ａを設置し、さらに燃焼室
２ａ側壁の適宜位置には原料予熱装置１のサイク
ロンＣ３からの予熱原料シユート１４が接続さ
れ、一方混合室２ｂの燃焼ガスおよび仮焼原料粉
末出口２ｆはサイクロンＣ４に接続されている。

第３図及び第４図で説明したセメント焼成装置
において、焼成炉３に設置されたバーナ６ｂによ
る燃焼と、仮焼炉２に設置されたバーナ６ａによ
る燃焼とによつてそれぞれNOxが発生する。

焼成炉３においては、バーナ６ｂから燃料を供
給して焼成炉３内に形成する燃焼雰囲気が非常に
高温であるため、燃焼空気中の窒素と酸素が結合
する所謂サーマルNOxを大量に発生する。これ
らのNOxは焼成炉排ガス中に含まれたままで仮
焼炉２の下部開口２ｄから燃焼室２ａ内に上昇・
流入する。他方燃焼室２ａには、サイクロンＣ３
からシユート１４を通して予熱原料粉末が供給さ
れ、燃焼室２ａ内にて混合・撹拌されて噴流層を
形成している。

仮焼炉２においては、上記噴流層内に抽気導入
口２ｅより燃焼用抽気が導入され、この抽気に指
向してバーナ６ａより吹込まれた燃料の燃焼が行
われるが、燃焼域には高濃度の原料粉末が介在す
るため、燃焼温度は低く維持される。この様な状
態で燃焼空気が充分に存在すると、燃料中に含ま
れる窒素が燃焼空気中の酸素と結合して所謂フユ
ーエルNOxが発生し、特に微粉炭等燃料中に窒
素分を多く含有する場合にはNOx発生量も多く
なる。これらの焼成炉３及び仮焼炉２で発生した
NOxは排ガスと共に原料予熱装置１から排出さ
れ、大気を汚染することになる。

従来、この様なNOxの排出量を減少させるた
めに、仮焼炉２の抽気導入口２ｅと焼成炉排ガス
導入口２ｄとの間にバーナ６ｃを設け、上昇する
焼成炉排ガス中へ燃料の一部を供給して逆円錐体
状部に還元性ガス雰囲気を形成し、NOxの分
解・脱硝を行うものが知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述したバーナ６ｃによる
NOxの分解・脱硝は、焼成炉排ガス中のサーマ
ルNOxの低減には効果があるが、仮焼炉燃焼室
でのフユーエルNOx発生をこのバーナ６ｃで抑
制することはできない。

このような仮焼炉内でのフユーエルNOx発生
の原因を究明すべく仮焼炉内燃焼条件を詳細に検
討した結果次のことが判明した。即ち、仮焼炉で
の燃焼用空気としては、抽気導入口２ｅからの高
温抽気、バーナ６ａからの燃焼用１次空気と燃料
搬送空気（固体燃料の場合）、および焼成炉排ガ
ス中の余剰空気から成るが、燃料が燃料用抽気に
指向して供給される場合には、燃料の初期燃焼に
際して燃焼用抽気とバーナからの導入空気が消費
される。これら初期燃焼用空気の空気比（燃焼用
空気供給量と燃料の燃焼に必要な理論空気量との
比）は、焼成炉と仮焼炉への燃料供給比率、焼成
炉排ガス中の余剰空気量、仮焼炉排ガス中に含ま
れるべき余剰空気量などにより異なるが一般に
1.1乃至1.3の範囲となつている。

他方、仮焼炉内の温度領域（800〜1100℃）に
おいて、燃料燃焼時の空気比とフユーエルNOx
発生量との関係は未だ充分には解明されていない
点があり、又燃料の種類、燃料中の窒素含有分、
燃料の導入形態、燃焼雰囲気中の原料粉末濃度な
ど多くの要因に影響される。しかしながら、一般
に、燃料中に含有する窒素分のNOxへの転化率
％と空気比の関係は第５図の傾向にある（NOx
への挑戦・加藤敬二、永田勝也、氷見康二 共
著・社団法人日本エネルギー技術協会発行・昭和
51年８月20日初版発行の第116頁図５，３参照）。
即ち、平均的に空気比が1.1乃至1.2程度以下にて
空気比の減少と共に発生NOx量は急激に減少し、
逆に空気比が1.4乃至1.5程度以上では発生NOx量
の増加がゆるやかになり、従来方法による仮焼炉
内での燃焼条件は一例として図中のＳ点（空気比
1.2）で表され、1.1乃至1.3の空気比では相当量の
燃料中窒素分がNOxへ転化する。尚、これらの
フユーエルNOxは燃焼の初期段階においてその
発生が著しく、また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
炉内で大量のフユーエルNOxを発生し、バーナ
６ｃによるNOxの分解効果はこのフユーエル
NOxの脱硝に及ばず、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、
仮焼炉内での燃料の燃焼に際してNOxの発生量
を著しく低減できると共に、焼成炉排ガス中に含
まれるNOxを部分的に脱硝できるようにした仮
焼炉への燃料および燃焼用抽気の導入方法を提供
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の原料粉末
用仮焼炉への燃料及び燃焼用抽気の導入方法は、
仮焼炉の下端から焼成炉排ガスを導入すると共
に、側部からクリンカー冷却機よりの燃焼用抽気
を導入して燃料を燃焼させ、仮焼炉に供給した予
熱原料粉末の大部分を仮焼したのち、上端付近か
ら燃焼ガスと仮焼原料粉末を排出するようにした
原料粉末用仮焼炉への燃料および燃焼用抽気の導
入方法において、仮焼炉側壁のほぼ同一平面上に
前記燃焼用抽気の導入口を複数開口させ、各導入
口から仮焼炉に導入する燃焼用抽気に指向して燃
料を供給するに当たり、少なくとも一つの抽気導
入口での空気比が1.0以下となり、且つ少なくと
も他の一つの抽気導入口での空気比が1.0以上と
なるように各抽気導入口への燃料および／または
燃焼用抽気を偏つて配分するものである。

〔作用〕

少なくとも一つの抽気導入口での空気比が1.0
以下となり、且つ少なくとも他の一つの抽気導入
口での空気比が1.0以上となるように各抽気導入
口への燃料および／または燃焼用抽気を偏つて配
分すると、空気比が1.0以下の抽気導入口から導
入した燃料の燃焼に際してはフユーエルNOxへ
の転化率がゼロ付近となり、その分他の抽気導入
口から導入した燃料の燃焼に際して空気比が増え
たとしても比例的に転化率が増えないので、両者
を平均した転化率は小さくなり、全体としてのフ
ユーエルNOx発生量が少なくなる。

〔実施例〕

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１図は本発明方法を実施するための仮焼炉燃
焼室の横断面図である。クリンカー冷却機よりの
抽気ダクト１３は２本に分岐されて仮焼炉側壁の
ほぼ同一平面上で仮焼炉の中心に相対向して開口
している。この際一方の抽気導入口１３ａの仮焼
炉２への導入口断面積が他方の抽気導入口１３ｂ
のそれより大きくなるように形成されている。ま
た、夫々の抽気導入口１３ａ，１３ｂの上方位置
には仮焼炉内へ導入する燃焼用抽気に指向してほ
ぼ同一容量の燃料供給装置６ａ，６ａが配設され
る。さらに、抽気ダクト１３の分岐部には風量分
配ダンバー１６が取付けられる。尚、２つの抽気
導入口での燃料供給装置が同一容量の場合に、一
方の抽気導入口での空気比を1.0以下とするため
には、抽気導入口１３ａ，１３ｂから導入する抽
気量の比を３：２あるいはそれ以上に相違させる
ことが必要である。

すなわち、第１図のものは、燃料供給装置６
ａ，６ｂから同一容量の燃料を供給し、抽気導入
口１３ａ，１３ｂから合計の空気量が従来と同様
の空気比（例えば1.2）となる燃焼用抽気が導入
され、抽気導入口１３ａ，１３ｂそれぞれからの
空気量を異ならせ、抽気ダクト１３の導入口１３
ｂにおいては空気比が1.0以下（例えば0.9）と
し、抽気ダクト１３の導入口１３ａにおいては空
気比が1.0以上（例えば1.5）とし、両者の間に差
（例えば0.6）をもつて偏つて配分するという構成
にする。

上述した第１図の場合の燃料中窒素分のフユー
エルNOxへの転化を第２図により説明する。な
お、Ｓ点は２個所の抽気導入口において同一量の
燃焼用抽気による空気比1.2の場合を示す。抽気
導入口１３ａの燃焼用抽気を増やし空気比を1.5
とすると、転化率はＡ点となる。逆に抽気導入口
１３ａで増やした燃焼用抽気相当量を抽気導入口
１３ｂで減らすと空気比は0.9となり、転化率は
ゼロ付近のＢ点となる。結局、燃料の半分はフユ
ーエルNOxを殆ど発生せず、残りの半分の燃料
は燃焼に当たつてフユーエルNOxが増えるが、
平均すると中間の転化率となつてＭ点相当とな
る。結局、Ｓ点とＭ点の差だけ、フユーエル
NOxが減少する。即ち、一方の抽気導入口での
空気比が1.0以下とし、他方の抽気導入口での空
気比が1.0以上となるように各抽気導入口への燃
焼用抽気を偏つて配分すると、一方の抽気導入口
でのフユーエルNOxがゼロ付近となり、他方の
抽気導入口でのフユーエルNOxは増えるが、転
化率のカーブが第２図の傾向（左側斜め上方に凸
な曲線）を示す限り、全体のフユーエルNOxは
必ず減少する。

また、第１図の抽気導入口１３ｂでは、燃焼の
初期段階においては酸素不足の状態の下に燃料の
分解および部分的な燃焼反応が進行し、局部的な
還元性ガス雰囲気が形成される。このような燃焼
形態をとるため、仮焼炉内での燃焼に際し燃料中
の窒素分にもとづくフユーエルNOxの発生が著
しく抑制されるばかりでなく、抽気ダクト１３の
導入口１３ｂ付近において発生した還元性ガスは
引き続いて仮焼炉の下部開口２ｄから流入して上
昇する焼成炉排ガスの一部と混合し、当該排ガス
中に含まれるNOxを分解・還元するのに役立つ。

更に、前記抽気導入口１３ａ，１３ｂは仮焼炉
側壁のほぼ同一平面上に開口しており、その導入
口付近において生成した燃焼ガスは上方に流れる
につれ次第に相互に混合しつつ絞り部２ｃを通過
して混合室２ｂに導入される。そして、絞り部２
ｃ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２ｂ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
れる可燃成分の完全燃焼を行つたのち、開口２ｆ
よりサイクロンＣ４に排出される。

この際、抽気導入口１３ｂからの燃焼用抽気量
が適正以上に減少すれば、燃焼性が低下して仮焼
炉排ガス中の未燃分が増加したり、排ガス中の余
剰空気を多くする必要が生じ、逆に抽気導入口１
３ｂからの燃焼用抽気量が増加すればNOx発生
量が増加する傾向にあるため、各抽気ダクトから
の燃焼用抽気導入量は抽気ダクト１３の分岐部に
設置した風量分配ダンバー１６により最適に調節
される。これにより運転条件が変動してもNOx
発生量を容易に制御することができ、常に安定し
て低く抑制することが可能となる。尚、燃焼用抽
気の導入量と共に各抽気導入口への燃料供給量を
調節できることは勿論である。

以上の説明において、少なくとも一つの抽気導
入口での空気比を1.0以下にするために、ほぼ同
一容量の燃料供給装置を配設するも抽気導入口の
断面積が異なるように構成したが、同様の効果は
各抽気導入口の断面積をほぼ同等とするも各抽気
導入口へ容量の異なる燃料供給装置を配設するこ
とによつても達成することが可能であり、この際
燃料供給装置の容量を３：２あるいはそれ以上に
差を付けて選定することが必要である。さらに抽
気導入口の大きさと燃料供給装置容量の両方が各
抽気導入口毎に異なる配置とすることによつても
同様の効果を得ることができ、燃料および燃焼用
抽気量を偏つて配分するための手段を規制するも
のではなく、この際仮焼炉内での燃焼性を阻害し
ない範囲で還元性ガス雰囲気を形成する側の抽気
導入口への燃料供給量を増すほどNOx低減効果
が大きい。

さらに抽気導入口が３つ以上開口する場合に
も、少なくとも１つの抽気導入口での空気比が
1.0以下となるように燃料および／または燃焼用
抽気を偏つて配分することにより、NOxの排出
量を低く維持することができる。

これらの仮焼炉において、仮焼炉断面の形状、
および燃料の種類や燃料供給装置の形式・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・投入することができる。
又、燃焼室２ａの逆錐体状部に別個のバーナを設
置するなど、NOx発生の抑制または脱硝に関す
る他の手段と組合わせることもできる。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。

〔発明の効果〕

本発明の原料粉末用仮焼炉への燃料及び燃焼用
抽気の導入方法は、仮焼炉側壁のほぼ同一平面上
に前記燃焼用抽気の導入口を複数開口させ、各導
入口から仮焼炉に導入する燃焼用抽気に指向して
燃料を供給するに当たり、少なくとも一つの抽気
導入口での空気比が1.0以下となり、且つ少なく
とも他の一つの抽気導入口での空気比が1.0以上
となるように各抽気導入口への燃料および／また
は燃焼用抽気を偏つて配分するものであり、空気
比が1.0以下の抽気導入口ではフユーエルNOxへ
の転化率がゼロ付近となり、その分他の抽気導入
口で空気比が増えたとしても比例的に転化率が増
えないので、両者を平均した転化率が小さくな
り、仮焼炉全体としてのフユーエルNOx発生量
を少なくすることができる。

また、空気比が1.0以下の抽気導入口では、局
部的な還元性ガス雰囲気が形成され、この還元性
ガスは引き続いて仮焼炉の下部開口から流入して
上昇する焼成炉排ガスの一部と混合し、焼成炉排
ガス中に含まれるサーマルNOxの一部を分解・
還元するのに役立つので、セメント焼成装置全体
の排ガス中のNOx含有量を低減させることにな
る。

さらに、抽気ダクトは仮焼炉側壁のほぼ同一平
面上に開口しており、その導入口において生成し
て燃焼ガスは上方に流れるにつれ次第に相互に混
合されるので、燃焼ガス中に含まれる可燃成分の
完全燃焼がなされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明法を実施するための仮焼炉の横
断面図、第２図は第１図の場合における各抽気導
入口での転化率と空気比の関係を示すグラフ図、
第３図はセメント焼成装置の機器構成と原料粉末
の処理工程を示す図、第４図は第３図における仮
焼炉の構成と従来のNOx低減方法を示す図、第
５図は仮焼炉の燃料中窒素分の転化率と空気比の
関係を傾向的に示すグラフである。 １……原料予熱装置、２……仮焼炉、２ａ……
燃焼室、２ｂ……混合室、２ｃ……絞り部、２ｅ
……抽気導入口、３……焼成炉、４……クリンカ
ー冷却機、６ａ，６ｂ６ｃ……燃料供給装置、８
……誘引通風機、１３……抽気ダクト、１３ａ，
１３ｂ……抽気導入口、１４……予熱原料シユー
ト、１５……仮焼原料シユート、１６……風量分
配ダンバー、Ｃ１〜Ｃ４……サイクロン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 仮焼炉の下端から焼成炉排ガスを導入すると
   共に、側部からクリンカー冷却機よりの燃焼用抽
   気を導入して燃料を燃焼させ、仮焼炉に供給した
   予熱原料粉末の大部分を仮焼したのち、上端付近
   から燃焼ガスと仮焼原料粉末を排出するようにし
   た原料粉末用仮焼炉への燃料および燃焼用抽気の
   導入方法において、仮焼炉側壁のほぼ同一平面上
   に前記燃焼用抽気の導入口を複数開口させ、各導
   入口から仮焼炉に導入する燃焼用抽気に指向して
   燃料を供給するに当り、少くとも一つの抽気導入
   口での空気比が1.0以下となり、且つ少くとも他
   の一つの抽気導入口での空気比が1.0以上となる
   ように各抽気導入口への燃料および／または燃焼
   用抽気を偏よつて配分することを特徴とする原料
   粉末用仮焼炉への燃料および燃焼用抽気の導入方
   法。