JPS5913460B2 - セメント原料用仮焼炉を含むセメント焼成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はセメント原料用仮焼炉を含むセメント焼成装置
に関するものであって、従来のセメント原料予熱装置付
ロータリキルンを改良し、最も多量の熱を必要とする原
料の仮焼を従来のこの種の装置のように伝熱効率の低い
ロータリキルンで行わないで、伝熱効率の高い仮焼炉で
行い、装置の小型化、各種原単位の低減を計ろうとする
ものである。

このようなセメント焼成装置については、これまでに非
常に多くの発明がなされており、そのいくつかの装置は
既に実用化されている。

その実用化されているものはすべてサイクロンまたは渦
室を組合せたものであり、仮焼炉の方式により各種の装
置が特徴づけられている。

これらの仮焼炉は利用する気流の型式とその構造により
分類することができる。

すなわち、旋回流を利用するもの、噴流層を利用するも
の、噴流層および旋回流を利用するもの、および流動層
を利用するものなどに分けられる。

これらのセメント焼成装置によるセメント焼成は原料予
熱装置付きキルンに比較して、ロータリキルンが小型化
するとともにキルン内熱負荷が低減するので、設備費の
低減、耐火煉瓦原単位の低減、公害成分窒素酸化物（Ｎ
Ｏｘ）の発生量低減など各種のメリットが期待できるが
、それでもなお、次に示すような各種の欠点が見出され
る。

（１）一般に仮焼炉、とくに流動層型以外の仮焼炉では
、原燃料の滞留時間が短く、したがって、炉内で燃料が
完全燃焼せず、最下段又は最下段より数えて２番目、３
番目のサイクロンにおいても燃焼を継続し、それらのサ
イクロン又はサイクロン間の導管内でコーチングトラブ
ルを起したり、最上段のサイクロンより排出されるガス
の温度を上昇させ、セメント焼成装置の排熱ガス持去り
熱を増大させたりする。

その持去り熱の増加量は、この方式のキルン小型化など
による熱消費量の低減量と同等か、又はそれ以上となる
こともある。

このような問題は、とくに石炭など固体燃料を使用する
場合、とくに重大なものとなり、固体燃料の使用がほと
んど不可能となることが多い。

それは、固体燃料の燃焼時間が液体燃料より長いからで
ある。

（２）これらのセメント焼成装置は、通常、ロータリキ
ルン、４段のサイクロン又は渦室を組合せた予熱器及び
仮焼炉より構成されており、セメント焼成装置全体の圧
力損失はこれら個々の装置の圧力損失を合計したもので
あるが、予熱器力、≦かなり高い圧力損失を必要とする
上に、仮焼炉の圧力損失が加わり、更に、クーラより抽
気される高温燃焼用空気とキルン排ガスとの間の圧力バ
ランスを保つためキルン排ガスダクトに設ける絞りによ
り圧力損失も加わり、全体の圧力損失はかなり高いもの
となる。

そのため排ガス誘引ファンにおいて使用される電力はか
なり多くなり、焼成装置全体の電力使用量は、キルン小
型化による駆動電力低減によるメリットがあるにもかか
わらず、原料予熱装置付きキルンより必ずしも少ないも
のとはならない。

仮焼炉として流動層炉を用いると、とくに圧力損失が高
く、更に電力使用量が多くなる。

（３）セメント原料中には、多少のアルカリ及び塩素が
含まれているが、これらの成分が、キルン−仮焼炉間又
は仮焼炉−予熱器間の循環ダスト中に揮発と凝縮の作用
により濃縮される。

これらの成分が多くなるとダストの溶融点を低下させ、
キルン−仮焼炉間、又は予熱器のサイクロン間のダクト
中にダストが溶着し、コーチングトラブルを起し、ドラ
フトを低下させるなど運転不能となることがある。

したがって使用原料中のアルカリ及び塩素の含有量に制
限を受ける。

本発明は上記の従来技術の欠点を改良し、液体燃料を使
用する場合は勿論、固体燃料を使用する場合においても
仮焼炉および向流型予熱器の下部において燃料が完全燃
焼し、コーチングなど各種トラブルを防ぎ、向流型予熱
器より排出されるガス温度が低下し、燃料使用量を低減
させ、またキルン排ガス系とクーラ油気系の圧力がバラ
ンスするとともに、全体の圧力損失が非常に低く、さら
に向流型予熱器および仮焼炉内の熱伝達効率が高く、原
料の仮焼率をほぼ１００％まで高め、また窒素酸化物の
排出量を非常に低くすることのできるセメント焼成装置
を提供しようとするものである。

つぎにこの発明のセメント原料用仮焼炉を含むセメント
焼成装置について実施例を示す図面によって説明する。

１は排ガスの流れをすべて行うための排風機、２は上段
分離サイクロン、３は排ガス導管、４は向流型予熱器、
８は下段分離サイクロン、９は仮焼炉、１５はロータリ
キルン、１７はクリンカクーラである。

向流型予熱器４は円筒形竪長の本体４ａと、本体４ａの
下部に形成された逆円錐形の原料排出室４ｂとから構成
される。

本体４ａの下部は仮焼炉排ガス導管７を介して下段分離
サイクロン８に連通されている。

仮焼炉排ガス導管７は第２図に示すように、本体４ａに
対して接線状に連結されている。

また、原料排出室４ｂは原料排出管１８を介して、つぎ
に述べるキルン排ガス供給管に連通される。

向流型予熱器４の上端は排ガス導管３を介して排ガス導
管３の周囲に設置された複数の上段分離サイクロン２の
入口管３ａに接続される。

上段分離サイクロン２の下端は導管２ａを介して向流型
予熱器４の本体４ａの上部に連通ずる。

上段分離サイクロン２の上端は排ガス放出管１９を介し
て排風機１の吸込側に接続される。

５は原料を本体４ａ内に一様に分散させるための分散コ
ーン、６は原料供給管である。

仮焼炉９は上下２段の室から構成され、上部を上部室９
ａ、下部を下部室９ｂとし、上部室９ａと下部室９ｂと
の間に絞り部９ｃを設ける。

下部室９ｂの直下端と下段分離サイクロン８の排熱ガス
入口とは排ガス導管１１によって連通されている。

１２はクリンカクーラ１７と上部室９ａとを結ぶ燃焼空
気導入管である。

燃焼空気導入管１２は第３図に示すように上部室９ａに
対し接線状に連通されている。

１３は仮焼炉９の上部室９ａの最上端とロータリキルン
１５の排熱ガス排出側とを結ぶキルン排ガス供給管、１
４はキルン排ガス供給管１３にとりつけられた予熱原料
供給管である。

キルン排ガス供給管１３は第３図に示すように上部室９
ａに対して接線状に連通されている。

予熱原料供給管１４には向流型予熱器４の原料排出管１
８が連結される。

１０は仮焼炉９に設けたバーナ、１６はロータリキルン
に設けたバーナである。

また、２０は下段分離サイクロン８の下端より、ロータ
リキルン１５の原料受入側にセメント原料を送入するた
めの原料送入管である。

この発明のセメント焼成装置は上記のように構成されて
いるので、つぎのような操作を行うことができる。

セメント原料の一部または全部はフィーダ（図示してな
い）から原料供給管６によって排ガス導管３内に供給さ
れる。

排ガス導管３内に分散されたセメント原料は、向流型予
熱器４から排出される排熱ガスによって加熱されつつ、
排風機１の誘引によって排熱ガスとともに原料導入管３
ａを経て上段分離サイクロン２内に吸引される。

セメント原料を含んだ排熱ガスは上段分離サイクロン２
内においてセメント原料と排熱ガスに分離され、分離さ
れたセメント原料は導管２ａによって向流型予熱器４の
上部に供給される。

向流型予熱器４内に供給されたセメント原料は分散コー
ン５と向流型予熱器４の下部より上昇してくるガス旋回
流の作用によって本体４ａ内全体に一様に分布される。

そして、セメント原料は向流型予熱器４の本体４ａ内を
降下する際に仮焼炉排ガス導管７を経て本体４ａ内を誘
引上昇する排熱ガスと向流して加熱され、１部仮焼する
程度まで熱処理を受ける。

その後、セメント原料は遠心力により排熱ガスと分離し
、原料排出室４ｂより原料排出管１８によって排出され
、予熱原料供給管１４を経てキルン排ガス供給管１３内
に供給される。

キルン排ガス供給管１３に供給されたセメント原料は、
ロークリキルン１５より排出される排熱ガス流中に分散
され、直ちにその高温排熱ガスの熱量を吸収して原料の
仮焼率を高めつつ排熱ガス温度を８００℃まで低下させ
、排熱ガスとともに旋回流となって仮焼炉９の上部室９
ａに入る。

また上部室９ａにはクリンカクーラ１７から燃焼用空気
導入管１２を経由して燃焼用高温空気も旋回流として導
入され、それらのガスにより渦流層が形成される。

この渦流層内でバーナ１０による燃料の燃焼が行われ、
セメント原料の仮焼の主要部が達成される。

不完全燃焼した燃料およびセメント原料は排ガスととも
に旋回しつつ下部室９ｂ内に吸引される。

さらに、この両室９ａ 、９ｂの間には絞り部９ｃが形
成されているので上部室９ａより下部室９ｂに導入され
る燃料及びセメント原料は、速度を早めて導入される。

下部室９ｂにおいて燃料はほぼ完全燃焼するとともに原
料の仮焼も完全に行われる。

仮焼炉９でほぼ完全に仮焼されたセメント原料は排熱ガ
スとともに排ガス導管１１によって下段分離サイクロン
８に誘引され、ここで排熱ガスとセメント原料とは分離
され、はぼ１００％仮焼されたセメント原料として、原
料送入管２０を経てロータリキルン１５に供給され、バ
ーナ１６の燃料燃焼によって最後のクリンカ焼成が行わ
れる。

ロークリキルン１５で焼成されたクリンカはとり出され
、クリンカクーラ１７で冷却され、次の工程へ送られる
。

一方、燃焼ガスの流れについて記述すると、キルン排熱
ガスはセメント原料を伴い、旋回流としてキルン排ガス
供給管１３によって仮焼炉９の上部室９ａに入り、また
クリンカクーラ１７より抽気された高温空気は、燃焼用
空気導入管１２によって旋回流として上部室９ａに供給
される。

この上部室９ａにおいて渦流層が形成され、燃料の主燃
焼が行われて、原料の仮焼の大部分が行われる。

不完燃焼燃料を含む排熱ガスは下部室９ｂに旋回しつつ
導入し、下部室９ｂにおいて不完全燃焼燃料の２次燃焼
を行う。

その後、下段分離サイクロン８に入り、仮焼原料を分離
した後、仮焼炉排ガス導管７を通って向流型予熱器４の
本体４ａの下部に旋回流として導入される。

向流型予熱器４内で燃料の最後の２次燃焼を行い、排熱
ガスはセメント原料と向流的に熱交換しながら旋回上昇
し、排ガス導管３を経由し、上段分離サイクロン２を通
り、排風機１によって系外に排出される。

この発明のセメント原料仮焼炉を含むセメント焼成装置
は上記のように構成され、また、その構成によって上記
のように操作されるので、つぎに示すような効果をあげ
ることができる。

（１）本発明のセメント焼成装置の仮焼炉９の上部室９
ａに燃料と高温燃焼用空気が供給され、そこにおいて燃
料を燃焼させ、そのときの不完全燃焼物質は、仮焼炉９
の下部室９ｂにおいて燃焼する。

不完全燃焼物質はそこにおいて完全燃焼しなくても、下
段分離サイクロン８を経由して、その内容積が大きく、
ガス上昇速度が低く、原料および排熱ガスの滞留時間の
非常に長く、また、構造の単純な向流型予熱器４に入り
、その下部において完全燃焼するので、従来のこの種の
装置の最下段より上段のサイクロンまたはサイクロン間
のダクトにおけるコーチングトラブルや、予熱器より排
出されるガス温度の上昇による熱量消費量の増大などの
不都合は起らない。

また、セメント原料は向流型予熱器４の排ガス導管３に
供給され、上段分離サイクロン２を経由した後、向流型
予熱器４に入り、そこにおいて、排熱ガスとの向流的熱
交換または仮焼炉用燃料の２次燃焼熱の吸収により、予
熱および一部仮焼が行われた後、分離されキルン排ガス
供給管１３に投入され、そこにおいて高温のキルン排ガ
スの顕熱により更に一部仮焼される。

その後、原料は仮焼炉９の上部室９ａに入り、そこにお
いて燃料の主燃焼が行われ、渦流層内で仮焼の大部分を
終了させた後、下部室に入り、そこにおいて、最後の仮
焼が行われ、下段分離サイクロン８で分離され、ロータ
リキルン１５に投入される。

以上説明したように、本発明のセメント焼成装置によれ
は、燃料の燃焼および原料の仮焼は数段階に分割され行
われるので、燃料の燃焼および原料の仮焼は比較的低温
度で行われ、局部加熱がなく、セメント焼成装置の各部
分におけるコーチングトラブルなど各種トラブルを起す
ことはなく、しかも原料仮焼率をほぼ１００％に高める
ことができる。

（２）本発明のセメント焼成装置は、上記け）に示した
理由により、仮焼用燃料として固体燃料を使用する場合
にとくに適している。

燃焼速度の遅い石炭など固体燃料を仮焼炉９に使用した
場合、上部室９ａにおいて燃料の燃焼が行われるが、燃
料の一部は不完全燃焼ガス化し、そのガス化燃料などは
仮焼炉下部室９ｂにて燃焼させるが、その未燃分は下段
分離サイクロン８を経て内容積の大きい向流型予熱器４
に達し、その下部にて完全燃焼する。

したがって、従来のこの種の装置にみられるような仮焼
炉における固体燃料の燃焼率低下によるコーチングトラ
ブルや熱消費量の増大などの不都合がなく、液体燃料を
使用した場合と同様な操業状態で固体燃料を使用するこ
とができる。

また本発明のセメント焼成装置の仮焼炉９は下降流式で
あるので、上昇流の場合のように原料を持上げる必要が
なく、ガス流速をかなり低下させることができ、上昇流
の仮焼炉より相当径を大きくすることも可能で、滞留時
間を長くすることができ、この点からも本発明の装置は
、仮焼用燃料として固体燃料を使用するのが適している
。

したがって本発明のセメント焼成装置によれば、ロータ
リキルン１５および仮焼炉９に使用する全燃料を１００
％固体燃料とすることも可能である。

また低品位炭、ボタ、産業廃棄物の一部なども仮焼炉用
燃料として使用することもできる。

（３）本発明のセメント焼成装置は、予熱器として上、
下段分離サイクロンは別として、圧力損失の高いサイク
ロンを使用しておらず、原料の予熱の主部分は竪型で圧
力損失の低い向流型予熱器を使用している。

また、仮焼炉はそのガスおよび原料流が下降流式であり
、原料を持上げる必要がなく、またガス流速を低くする
ことができるので、圧力損失を低く押えることができる
。

したがって装置全体の圧力損失をかなり低下させること
ができ、例えば従来のこの種のセメント焼成装置の圧力
損失が７００ｍｍＡｑ程度であるのに対し、同規模の本
発明の装置では５００龍Ａｑ程度である。

また、向流型予熱器４より取出された原料はキルン排ガ
ス供給管１３に投入するので、キルン排熱ガスの原料持
上げによる圧力損失が生じ、キルン排熱ガス系とクリン
カクーラ抽気系の圧力がバランスし、キルン排ガス供給
管１３にオリフィスを設ける必要なく、同供給管１３に
おけるコーチングトラブルなどを回避することができる
。

（４）本発明のセメント焼成装置の仮焼炉９においては
、燃料の燃焼は低温度で行われるので炉内での窒素酸化
物Ｎ Ｏｘの新たな発生はほとんど七七に近い。

また仮焼炉９の上部室９ａにおいて、高温空気とキルン
排熱ガスの混合ガスの比較的低酸素濃度の気流中で燃料
の燃焼が行われるが、その際、還元性の不完全燃焼物質
が生じ、それらの物質はキルン排熱ガスと直ちに混合し
、キルン排熱ガス中に含まれている窒素酸化物ＮＯｘを
原料を触媒として分解し、無害の窒素ガスとする。

したがって、最終的に向流型予熱器より排出される排熱
ガス中の窒素酸化物の量をかなり低減することができ、
公害対策上好ましい結果をもたらす。

窒素酸化物の分解反応に使用されなかった還元性物質は
仮焼炉下部室９ｂ、下段分離サイクロン８、更に向流型
予熱器４において低温度で完全燃焼するので、伺ら問題
となることはない。

（５）本発明のセメント焼成装置の予熱器は竪型の向流
型であるので、装置全体の設置面積が少なくてすみ、設
備費を低減することができる。

また向流型予熱器４より取出された原料をキルン排ガス
供給管１３に投入すると、原料は排熱ガス中に分散され
て仮焼炉９に投入されるから、向流型予熱器４の位置を
低くすることができ、装置全体の高さを低く押えること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明のセメント原料用仮焼炉を含むセメ
ント焼成装置の概略図、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図
、第３図は第１図をＢ−Ｂより視た図である。 １は排風機、２は上段分離サイクロン、３は排ガス導管
、４は向流型予熱器、４ａは向流型予熱器の本体、４ｂ
は向流型予熱器の原料排出室、６は原料供給管、７は仮
焼炉排ガス導管、８は下段分離サイクロン、９は仮焼炉
、９ａは仮焼炉の上部室、９ｂは仮焼炉の下部室、１０
は仮焼炉のバーナ、１１は排ガス導管、１２は燃焼用空
気導入管、１３はキルン排ガス供給管、１４は予熱原料
供給管、１５はロータリキルン、１６はロータリキルン
のバーナ、１７はクリンカクーラ、１８は原料排出管、
１９は排ガス放出管、２０は原料送入管である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ロータリキルンと原料を予熱する向流型予熱器との
   間に独立した熱源を有する仮焼炉を設け、向流型予熱器
   の本体の上端は排ガス導管を介して上段分離サイクロン
   に接続させ、また、本体の下部は本体に対して接線状に
   連結された仮焼炉排ガス導管を介して下段分離サイクロ
   ンに連通させ、上段分離サイクロンおよび下段分離サイ
   クロンの原料排出口をそれぞれ、向流型予熱器の本体の
   上端およびロータリキルンの原料送入側に連通させたセ
   メント焼成装置において、中間の絞り部によって上部室
   と下部室とに区分した仮焼炉の上部室とロータリキルン
   の排熱ガス排出端との間を連通し、上部室に対して接線
   状に連結したキルン排ガス供給管と、向流型予熱器の原
   料排出室との間を原料排出管で連通し、また仮焼炉の上
   部室とクリンカクーラとの間を燃焼用空気導入管によっ
   て連通し、燃焼用空気導入管は上部室に対し接線状に連
   結し、仮焼炉の下部室と下段分離サイクロンとの間を排
   ガス導管で連通させたことを特徴とするセメント原料用
   仮焼炉を含むセメント焼成装置。