(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温空気が供給される燃焼室と、燃焼室と連通され焼成炉から出る窒素酸化物に富んだ燃焼ガスが供給される反応室と、ダクト等を介して反応室に接続された鉱物材料を分離するためのサイクロンとから成る予熱か焼器を備えた粉末形状のどんな鉱物材料をも予熱か焼する装置において、燃焼室への高温空気の供給は、燃焼室に開口した第１のダクトと、燃焼室に取付けられたバーナの位置に接続された第２のダクトとを介して行われ、前記サイクロンに反応室を接続するダクトに第３のダクトが開口して成り、
第１のダクトは、燃焼室内の高温空気に回転運動を与えるよう燃焼室に対して接線方向に接続され、第２のダクトは、バーナを取り囲む渦形ケーシングに開口していて高温空気に同一方向の回転を与え、第３のダクトは、サイクロンに接続されたダクトに開口していて該ダクトから出る高温空気流が反応室から出る燃焼ガスと１４０〜１６０°の角度を形成している、装置。
【請求項２】
窒素酸化物に富んだ燃焼ガスは調整弁を介して反応室に噴射され、少なくとも１つの調整弁は３つのダクトに達する高温空気の流量を調節し、第２、第３のダクトには少なくとも１つの調整弁が夫々設けられている請求項１に記載の装置。
【請求項３】
バーナは少なくとも３つの同軸覆いを有し、該同軸覆いによって内側から外側へ順に、補助燃料と、圧力空気と、ガス流により運ばれる霧化された燃料と、が搬送される請求項１に記載の装置。
【請求項４】
高温空気の回転運動と同一方向の回転運動を生じる回転双曲面に正接するノズルによって圧力空気が燃焼室内に噴射される請求項１に記載の装置。
【請求項５】
回転双曲面の漸近円錐面は頂部の角度が３°〜９０°の間に在る請求項４に記載の装置。
【請求項６】
高温空気が供給される燃焼室と、燃焼室と連通され焼成炉から出る窒素酸化物に富んだ燃焼ガスが供給される反応室と、ダクト等を介して反応室に接続された鉱物材料を分離するためのサイクロンとから成る予熱か焼器内の鉱物材料をか焼することから成る粉末形状のどんな鉱物材料をも予熱か焼する方法において、高温空気が、燃焼室内に接線方向に噴射され且つ前記燃焼室内の高温空気に回転運動を与える第１の流れと、燃料の供給位置にて燃焼室内に噴射され且つ前記燃焼室内の高温空気に上記と同方向の回転運動を与える第２の流れと、反応室をサイクロンに接続するダクト内に噴射される第３の流れとに分けられ、第１の流れが全高温空気流の４０％〜８５％で、第２の流れが全高温空気流の５％〜３０％で、第３の流れが全高温空気流の１０％〜４０％であり、
前記第３の流れは、前記反応室から出た前記燃焼ガスと１４０〜１６０°の角度をなす、
ことを特徴とする方法。
【請求項７】
全高温空気流に対して、第１の流れが５０％〜７５％で、第２の流れが１５％〜３０％で、第３の流れが１５％〜３０％である請求項６に記載の方法。
【請求項８】
反応室内への窒素酸化物に富んだ燃焼ガスの噴射速度は２０ｍ／秒〜４０ｍ／秒の間に有り、反応室内の燃焼ガスの平均速度は５ｍ／秒から２０ｍ／秒迄の間に有り、第３の空気流の噴射点の下流のダクト内の燃焼ガスの平均速度は８ｍ／秒〜２４ｍ／秒の間の範囲である請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
燃焼室内への霧化された燃料の軸心方向の噴射速度は１０ｍ／秒〜３０ｍ／秒の間に有り、バーナにより供給される圧力空気は７５ｍ／秒以上の高速で燃焼室内噴射される請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、例えばセメントクリンカ、石灰、アルミナ、マグネシア、ドロマイトの様などんな鉱物材料をも予熱か焼するための装置に関するものであり、また、この様な材料を予熱か焼する方法に係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
高温空気が供給される燃焼室と、燃焼室と連通し焼成炉やか焼炉またはキルン等から出る窒素酸化物に富んだ燃焼ガスが供給される反応室と、鉱物材料を分離しダクトにより反応室に接続されたサイクロンとを有する予熱か焼器から特に成る鉱物材料を予熱か焼するための装置が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
還元運転の際に、窒素酸化物を少なくとも部分的に除去するようにこの種の装置を運転するよう出来る。併し、この様な装置において、窒素酸化物の低減のためには実際に不活性である多量の不燃炭素を還元運転の際に生じるために窒素酸化物の還元は制限される。更に、この不燃炭素は連続的に再酸化するのが困難であり、焼成炉の良好な運転に対して有害である。
【０００４】
この発明の本来の目的は、上述した従来の課題を解決するために、最少量の不燃炭素を持つ最大量の還元ガスＣＯ,Ｈ2を生じると共に、鉱物材料中のＦe+++のＦe++への部分的還元を生じる燃焼室の有効性に基づく炉によって生じられる窒素酸化物の約３０％から７０％迄の還元を可能にする予熱か焼のための装置と方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、この発明は、高温空気が供給される燃焼室と、燃焼室と連通され焼成炉から出る窒素酸化物に富んだ燃焼ガスが供給される反応室と、ダクト等を介して反応室に接続された鉱物材料を分離するためのサイクロンとから成る予熱か焼器を備えた粉末形状のどんな鉱物材料をも予熱か焼する装置において、燃焼室への高温空気の供給は、燃焼室に開口した第１のダクトと、燃焼室に取付けられたバーナの位置に接続された第２のダクトとを介して行われ、該サイクロンに反応室を接続するダクトに第３のダクトが開口して成ることを特徴としている。
【０００６】
また、この発明は、第１のダクトが燃焼室内の高温空気に回転運動を与えるよう燃焼室に対して接線方向に接続され、第２のダクトが、バーナを取り囲む渦形ケーシングに開口し且つ高温空気に同一方向の回転を与え、第３のダクトが、サイクロンに接続されたダクトに開口していて該ダクトから出る高温空気流が反応室から出る燃焼ガスと６０°以上の角度を形成していることを特徴としている。
【０００７】
この発明の装置の別の特徴に従えば、窒素酸化物に富んだ燃焼ガスは調整弁を介して反応室に噴射され、少なくとも１つの調整弁は３つのダクトに達する高温空気の流量を調節し、第２、第３のダクトには少なくとも１つの調整弁が夫々設けられている。
【０００８】
この発明の装置の他の特徴に依れば、バーナは、補助燃料と圧力空気とガス流により運ばれる霧化された燃料とを夫々内側から外側に運ぶ少なくとも３つの同軸の覆いを有している。
【０００９】
更に、高温空気の回転運動と同一方向の回転運動を生じる回転双曲面に正接するノズルを介して燃焼室内に圧力空気が噴射されることが特記されるべきである。
【００１０】
回転双曲面の漸近円錐面は頂部の角度が約３°〜９０°の間に在る。
【００１１】
また、この発明は、高温空気が供給される燃焼室と、燃焼室と連通され焼成炉から出る窒素酸化物に富んだ燃焼ガスが供給される反応室と、ダクト等を介して反応室に接続された鉱物材料を分離するためのサイクロンとから成る予熱か焼器内の鉱物材料をか焼することから成る粉末形状のどんな鉱物材料をも予熱か焼する方法において、高温空気が、燃焼室内に接線方向に噴射される第１の流れと、燃焼室内に燃料の供給位置にて噴射される第２の流れと、反応室をサイクロンに接続するダクト内に噴射される第３の流れとに分けられ、第１の流れが全高温空気流の４０％〜８５％で、第２の流れが全高温空気流の５％〜３０％で、第３の流れが全高温空気流の１０％〜４０％であることを特徴とする方法を教えるものである。
【００１２】
好適には、全高温空気流に対して、第１の流れが５０％〜７５％で、第２の流れが１５％〜３０％で、第３の流れが１５％〜３０％である。
【００１３】
また、この発明は、反応室内への窒素酸化物に富んだ燃焼ガスの噴射速度が２０ｍ／秒〜４０ｍ／秒の間に有り、反応室内の燃焼ガスの平均速度が５ｍ／秒から２０ｍ／秒迄の間、好適には１０ｍ／秒〜１５ｍ／秒の間に有り、第３の空気流の噴射点の下流のダクト内の燃焼ガスの平均速度が８ｍ／秒〜２４ｍ／秒の間、好適には１２ｍ／秒から１８ｍ／秒までの範囲であることを特徴としている。
【００１４】
更に、燃焼室内への噴霧または霧化された燃料の軸心方向の噴射速度が１０ｍ／秒〜３０ｍ／秒の間で、好適には１０ｍ／秒〜１８ｍ／秒の間に有り、バーナにより供給される圧力空気が７５ｍ／秒以上、好適には１５０ｍ／秒以上の高速で燃焼室内噴射されることが指摘される。
【００１５】
この発明の推奨実施例を示すだけの何等制限されない例により与えられる添付図面を参照しての以下の詳細な説明から、この発明が良好に理解されると共に、この発明の他の目的と特徴と利点が一層明確に理解されよう。
【００１６】
【実施例】
図１を参照するに、同図には、粉末状態で供給される材料が予熱器１、予熱か焼器２、焼成炉４および冷却器５を通って連続的に供給される鉱物材料を焼成するための装置が示されている。
【００１７】
粉末の鉱物材料は供給口６から予熱器１に供給されて、予熱か焼器２から来る高温ガス７によって鉱物材料が予熱される。
【００１８】
予熱器１から供給される高温の材料８は、冷却器５から管路１０を介して供給される予熱された空気と一緒の燃料９の燃焼によって一方において設けられる火力の供給によって予熱か焼器２内で部分的に予熱か焼されると共に、他方において接続箱３を介して焼成炉４から供給される燃焼ガス１１によって予熱か焼される。
【００１９】
予熱か焼された材料１２は接続箱３を介して焼成炉４に供給され、冷却器５から来る予熱された空気１４と一緒に燃料１３の燃焼によって与えられる熱エネルギーによってか焼が行われる。焼成炉４から排出される焼成された材料（材料に従って、か焼、クリンカー化または溶融される）は冷却器５内で冷却されて出口１５から排出される。
【００２０】
管路１０に流れる一部の高温ガスの様な、冷却器５から回収される少なくとも一部の高温ガスは、図２に矢印Ｆにより図示される様に、予熱か焼炉２内で燃焼ガスとして使用される。
【００２１】
図１の矢印Ｇは冷却器５から来る余剰の高温ガスを示しており、他の目的や利用に使われる。
【００２２】
図２において、独自の予熱か焼器は、通路２１によって反応室２２に接続された燃焼室２０を有しており、反応室２２が弁２３の作用を介して接続箱３に接続されていて、この接続箱３から出たガス１１が反応室２２の下部から反応室２２内に入ることが示されている。反応室２２の上部は、予熱か焼された材料１２の回収が出来るようサイクロン２５に開口したグーズネック形後燃ダクト２４と連通している。
【００２３】
この発明の実質的な特徴に従えば、３つのダクト、すなわち燃焼室２０に接線方向に開口した第１のダクト２７と、渦形ケーシング２９を介して燃焼室２０に開口していて燃焼室２０に適合するバーナ３０の位置に有る第２のダクト２８と、反応室２２をサイクロン２５に接続するダクト２４に開口した第３のダクト３１とに分岐されるダクト２６を介して予熱か焼器２に高温ガスＦが流れる。
【００２４】
第１のダクト２７と渦形ケーシング２９が燃焼室２０内の高温ガスに同一回転方向を与えていることが指摘されるべきである。
【００２５】
第３のダクト３１から流出した高温ガス流れは矢印により示される様に反応室２２から流出するガスと６０°以上の大きな角度Ｉで示される如く成る。この角度は１４０°〜１６０°の間が好適である。
【００２６】
図示される一連の弁３２は、一方において先ず第１のダクト２７を介して燃焼室２０に達する高温ガス（矢印Ｊ）を調節すると共に、他方においては第２と第３のダクト２８、３１への高温ガスを調節するものである。これら第２と第３のダクト２８、３１の各々には調整弁３３が設けられている。
【００２７】
図３をいま参照するに、渦形ケーシング２９と同軸の燃焼室２０の頂部に取付けられたバーナ３０は内側から外側に向かって区画している３つの同軸の覆い、またはシエルを有しており、中央の通路３４は重油や回収された溶剤とすることが出来る補助燃料のためのものであり、通路３５は圧力空気を噴射するために設けられ、他の通路３６は空気の様なガス流によって運ばれる石炭の様な噴霧または微粒化された燃料を流出できるものであることが図示されている。
【００２８】
図４を参照するに、圧力空気が特別なヘッド３５ａを介して燃焼室２０内に噴射されることを同図は図示しており、渦形ケーシング２９から流出する方向と第１のダクト２７から流出する方向との同一方向の回転運動を生じる回転双曲面に対して軸心が接線方向の複数個のノズル３７をヘッド３５ａは有している。
【００２９】
包含される回転双曲面の漸近円錐面は頂部の角度が約３°〜９０°の間、好適には１０°〜４５°の間に有るのを示していることが指摘されるべきである。
【００３０】
上述したこの発明に従った予熱か焼装置とその作用およびその多くの利点が以下に説明されよう。
【００３１】
所要の効果、すなわち焼成炉４から出るガスの窒素酸化物含有量の非常に大きな低減を得るために、幾つかの要因が作用し、要因の特別な組合わせが適用されるべきである。
【００３２】
先ず、還元ガス発生器として作動されるべき燃焼室２０においては、これらの状態の下で自然と不安定となるバーナ３０の炎を安定させる必要があり、これが本発明の動機である。燃焼室２０において使用される火炎安定渦は、渦形ケーシング２９と、矢印Ｊで示される接線方向の高温空気噴射と、特別な圧力空気噴射ヘッド３５ａとを組み合わせることによって構成される。さらに、調整弁３３を介した第２のダクト２８内の空気流量割合の制御によって、バーナ３０の出口において更に鉱物材料の溶融を生じることのない最大温度を得ることが可能となる。これらの構成により、固体状態の不燃炭素を回避することができると共に、ダクト２１を介して反応室２２に運ばれる還元ガスの生成を促進することができる。
【００３３】
この反応室２２において、この反応室２２内の燃焼ガスと還元ガスの混合物の低平均速度に関連した弁２３に基づく燃焼ガス１１の高速噴射は、反応室２２内の乱流の増大を介した動的還元反応の最適化を可能にしている。この様な結果は、２０ｍ／秒〜４０ｍ／秒の間に有る燃焼ガス速度を使用することによって得られ、反応室２２内の平均速度は５ｍ／秒から２０ｍ／秒迄の範囲に有る。好適には、燃焼ガス１１の速度は２５ｍ／秒〜３５ｍ／秒の間に有り、反応室２２内の平均速度は１０ｍ／秒〜１５ｍ／秒の間に有る。
【００３４】
更に、ダクト２１を介した後燃ダクト２４内への高温空気の噴射において、酸化空気と残留還元燃焼ガスとの均質な混合物を得なければ成らない。これは２０ｍ／秒〜４０ｍ／秒の間に有る高温空気噴射速度と６０°以上噴射角度とを使用することによって行われる。また、ダクト３１の噴射点の下流、すなわち後燃ダクト２４内の平均速度は十分な滞留時間を許すと共に、良好な水準の乱流を維持しなければならない。これは、平均速度が８ｍ／秒〜２４ｍ／秒の間、好適には１２ｍ／秒と１８ｍ／秒の間に有るよう選ばれる理由である。
【００３５】
従って、例えば６５％の高温空気を、第１のダクト２７を経て燃焼室２０内に送り、２０％の高温空気を、ダクト２８を経て渦形ケーシング２９内に送ると共に１５％の高温空気を、ダクト３１を介してダクト２４内に送るよう選ぶことによって、石油コークスまたは鉱物油コークスと、噴霧または微粒化した石炭との混合物をバーナ３０内における燃料として用いることで、サイクロン２５から流出する材料の固体不燃残留物の割合を、バーナ３０により燃焼室内に運ばれる全燃料の少なくとも４％に維持しながらも、焼成炉４から流出した窒素酸化物の豊富な燃焼ガス中における窒素酸化物を４７％まで減少させることができる。この特別な実施例において、燃料噴射速度は１５ｍ／秒で、燃焼ガス１１の速度は２４ｍ／秒で、反応室２２内の混合物の平均速度は１４ｍ／秒である。
【００３６】
従って、環境に有害である窒素酸化物の放出の減少に関して特に顕著な利点を有する予熱か焼のための装置と方法がこの発明に従って得られる。
【００３７】
勿論、この発明は、例としてだけ与えられた図示説明された実施例に総て限られるものではない。
【００３８】
これに反して、この発明は、同等物およびその組合わせが発明の要旨および添付の請求の範囲に従って行われるならば、説明した装置の技術的に同等のもの並びに組合わせ等を総て包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に従った予熱か焼装置に関連した鉱物材料を燃焼するための装置の概要図である。
【図２】この予熱か焼装置の概略詳細図である。
【図３】予熱か焼装置の燃焼室に取付けられるバーナの軸方向断面概略図である。
【図４】図３のIVーIV線に沿った断面図である。
【符号の説明】
１        予熱器
２        予熱か焼器
４        焼成炉
５        冷却器
２０      燃焼室
２２      反応室
２３      弁
２４      ダクト
２５      サイクロン
２６      ダクト
２７      ダクト
２８      ダクト
２９      渦形ケーシング
３０      バーナ
３１      ダクト
３４      通路
３５      通路
３６      通路
３７      ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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