(57)【要約】【課題】セメントキルン内での可燃性固形廃棄物の浮遊状態を強力に形成すると共に、浮遊状態にある可燃性固形廃棄物の着火が生じやすいセメントキルン用バーナ装置及びその運転方法を提供する。【解決手段】本発明は、複数の同心円筒状部材に仕切られた複数の流路を備えるセメントキルン用バーナ装置であって、固体粉末燃料流の旋回手段を備える固体粉末燃料用流路と、固体粉末燃料用流路に隣接して外側に配置され、空気流の旋回手段を備える第一の空気流路と、第一の空気流路に隣接して外側に配置され、空気流の直進手段を備える第二の空気流路と、第二の空気流路に隣接して外側に配置され、空気流の直進手段を備える第三の空気流路と、固体粉末燃料用流路に隣接して内側に配置され、空気流の旋回手段を備える第四の空気流路と、第四の空気流路の内側に配置された可燃性固形廃棄物用流路を備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の同心円筒状部材に仕切られた複数の流路を備えるセメントキルン用バーナ装置であって、
固体粉末燃料流の旋回手段を備える固体粉末燃料用流路と、
前記固体粉末燃料用流路に隣接して外側に配置され、空気流の旋回手段を備える第一の空気流路と、
前記第一の空気流路に隣接して外側に配置され、空気流の直進手段を備える第二の空気流路と、
前記第二の空気流路に隣接して外側に配置され、空気流の直進手段を備える第三の空気流路と、
前記固体粉末燃料用流路に隣接して内側に配置され、空気流の旋回手段を備える第四の空気流路と、
前記第四の空気流路の内側に配置された可燃性固形廃棄物用流路を備えることを特徴とするセメントキルン用バーナ装置。
【請求項２】
前記第三の空気流路は、対応する前記同心円筒状部材の軸心を含み当該同心円筒状部材の軸方向に平行な平面よりも鉛直下方側のみから空気流を噴出することを特徴とする、請求項１に記載のセメントキルン用バーナ装置。
【請求項３】
前記第三の空気流路は、対応する前記同心円筒状部材の軸方向から見てＵ字形状に形成された領域から空気流を噴出することを特徴とする、請求項２に記載のセメントキルン用バーナ装置。
【請求項４】
前記固体粉末燃料用流路からのバーナ先端における固体粉末燃料流の旋回角度が、３°〜１５°であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のセメントキルン用バーナ装置。
【請求項５】
前記第一の空気流路からのバーナ先端における空気流の旋回角度、及び前記第四の空気流路からのバーナ先端における空気流の旋回角度が、３０°〜５０°であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のセメントキルン用バーナ装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のセメントキルン用バーナ装置の運転方法であって、
前記第三の空気流路におけるバーナ先端における風速が、１３０ｍ／秒〜２６０ｍ／秒であり、
前記第三の空気流路からの風量が、５０ｍ3Ｎ／分〜１００ｍ3Ｎ／分であることを特徴とする、セメントキルン用バーナ装置の運転方法。
【請求項７】
前記第一の空気流路におけるバーナ先端における風速が、９０ｍ／秒〜１５０ｍ／秒であり、
前記第一の空気流路からの風量が、１０ｍ3Ｎ／分〜４０ｍ3Ｎ／分であることを特徴とする、請求項６に記載のセメントキルン用バーナ装置の運転方法。
【請求項８】
前記第四の空気流路におけるバーナ先端における風速が、８０ｍ／秒〜１６０ｍ／秒であり、
前記第四の空気流路からの風量が、１０ｍ3Ｎ／分〜４０ｍ3Ｎ／分であることを特徴とする、請求項６又は７に記載のセメントキルン用バーナ装置の運転方法。
【請求項９】
前記固体粉末燃料用流路のバーナ先端における固体粉末燃料流の風速、及び、前記可燃性固形廃棄物流路のバーナ先端における固体粉末燃料流の風速が、共に３０ｍ／秒〜７０ｍ／秒であることを特徴とする、請求項６〜８のいずれか１項に記載のセメントキルン用バーナ装置の運転方法。
【請求項１０】
前記第三の空気流路の、バーナ先端における空気流のバーナ先端風速（ｍ／秒）と一次空気量（ｍ3Ｎ／分））の積が、その他の空気流路の、バーナ先端における空気流のバーナ先端風速（ｍ／秒）と一次空気量（ｍ3Ｎ／分））の積よりも大きいことを特徴とする、請求項６〜９のいずれか１項に記載のセメントキルン用バーナ装置の運転方法。
【請求項１１】
前記可燃性固形廃棄物用流路から噴出される可燃性固形廃棄物の粒径が、３０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項６〜１０のいずれか１項に記載のセメントキルン用バーナ装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメントキルン用バーナ装置に関し、特に可燃性固形廃棄物をセメントクリンカ焼成での補助燃料として活用するセメントキルン用バーナ装置に関する。また、本発明は、このようなセメントキルン用バーナ装置の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃プラスチック、木屑、自動車シュレッダーダスト（ＡＳＲ：automobile shredder residue）等の可燃性固形廃棄物は、焼成用燃料として利用可能な程度の熱量を有している。そこで、セメントクリンカの焼成に用いるロータリーキルンにおいて、主燃料である微粉炭の代替燃料として、可燃性固形廃棄物の有効利用が推進されている。以下では、セメントクリンカの焼成に用いるロータリーキルンを、「セメントキルン」と称する。
【０００３】
従来、セメントキルンでの可燃性固形廃棄物の燃料リサイクルは、セメントクリンカの品質への影響が小さい、窯尻部に設置されている仮焼炉での利用が進められていた。しかし、仮焼炉での使用量が飽和に近づいたため、窯前部に設置されている主バーナでの利用技術が求められている。
【０００４】
しかしながら、セメントキルンの主バーナにおいて、可燃性固形廃棄物を代替燃料として利用した場合、主バーナから噴出された可燃性固形廃棄物がセメントキルン内のセメントクリンカ上に着地しても燃焼を継続する現象（以下、「着地燃焼」と称する。）が生じる場合がある。かかる着地燃焼が生じると、可燃性固形廃棄物の着地点周辺のセメントクリンカが還元焼成され、セメントクリンカの白色化やクリンカリング反応の異常を生じさせる。
【０００５】
可燃性固形廃棄物を着地燃焼させないためには、セメントキルン内での可燃性固形廃棄物の浮遊状態を長時間継続させて、浮遊状態のまま当該可燃性固形廃棄物の燃焼を完了させるか、可燃性固形廃棄物をセメントキルン内の遠方に着地させて、クリンカリングの主反応域にクリンカ原料が達する前に当該可燃性固形廃棄物の燃焼を完了させる技術が求められる。
【０００６】
例えば、下記特許文献１には、可燃性固形廃棄物の大部分を浮遊状態で燃焼させることができる技術として、主燃料である微粉炭を噴出させるための主燃料バーナと可燃性固形廃棄物を吹き込む補助バーナとが設けられたセメントキルンにおいて、主燃料バーナからの一次空気がセメントキルン本体の窯前側からの軸線方向視において一方向に旋回するように供給されるとともに、かかる主燃料バーナの外方であって、上記軸線を通る鉛直線に対して主燃料バーナの頂部（０°）から軸線廻りに上記一方向と逆方向へ５５°までの範囲内に補助バーナを配置したセメントキルンが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−２３７５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の方法では、可燃性固形廃棄物を浮遊状態にする効果が充分でなく、適用可能な可燃性固形廃棄物が廃プラスチック等のかさ比重が小さいものに限られる。また、廃プラスチックであっても、外径が１５ｍｍを超えるサイズのものを浮遊状態のままで完全に燃焼させることは困難であるという課題を有する。つまり、特許文献１の方法で利用できる可燃性固形廃棄物は、かさ比重や大きさの面において大きな制約を有している。
【０００９】
本発明は、上記の課題に鑑み、セメントキルン内での可燃性固形廃棄物の浮遊状態を強力に形成すると共に、浮遊状態にある可燃性固形廃棄物の着火が生じやすいセメントキルン用バーナ装置及びその運転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】
【００１０】
本発明者らは、セメントキルン内での可燃性固形廃棄物の浮遊状態を強力に形成すると共に、浮遊状態にある可燃性固形廃棄物の着火が生じやすい主バーナからの可燃性固形廃棄物の吹き込み方法について鋭意検討した結果、主バーナからの吹出し口を、燃料流（微粉炭を含んだ空気流）１流路の他に、一次空気の流路を４つ備えた５チャンネル式バーナとすることで、上記課題を解決できることを見出した。
【００１１】
すなわち、本発明に係るセメントキルン用バーナ装置は、
複数の同心円筒状部材に仕切られた複数の流路を備えるセメントキルン用バーナ装置であって、
固体粉末燃料流の旋回手段を備える固体粉末燃料用流路と、
前記固体粉末燃料用流路に隣接して外側に配置され、空気流の旋回手段を備える第一の空気流路（第一の旋回外流）と、
前記第一の空気流路に隣接して外側に配置され、空気流の直進手段を備える第二の空気流路（第一の直進外流）と、
前記第二の空気流路に隣接して外側に配置され、空気流の直進手段を備える第三の空気流路（第二の直進外流）と、
前記固体粉末燃料用流路に隣接して内側に配置され、空気流の旋回手段を備える第四の空気流路（第一の旋回内流）と、
前記第四の空気流路の内側に配置された可燃性固形廃棄物用流路を備えることを特徴とする。
【００１２】
そして、固体粉末燃料用流路、第一の空気流路、第二の空気流路、第三の空気流路、第四の空気流路、及び可燃性固形廃棄物用流路の各々は、セメントキルン用バーナ装置の先端面まで延設される。
【００１３】
すなわち、上記構成のセメントキルン用バーナ装置は、固体粉末燃料用流路を挟んで外側に３つの空気流路（第一旋回外流、第一直進外流、第二直進外流）と、内側に１つの空気流路（第一旋回内流）を備える。これら４つの空気流路に通流される空気量を独立して調整することで、使用する固体粉末燃料及び可燃性固形廃棄物の種類等に応じて最適な火炎を得るための調整を容易に行うことができる。
【００１４】
好ましくは、前記第三の空気流路は、対応する前記同心円筒状部材の軸心を含み当該同心円筒状部材の軸方向に平行な平面よりも鉛直下方側のみから空気流を噴出する構成である。更に好ましくは、前記第三の空気流路は、対応する前記同心円筒状部材の軸方向から見てＵ字形状に形成された領域から空気流を噴出する構成である。
【００１５】
かかる構成によれば、上記４つの空気流路の内の最も外側において、鉛直下方位置にＵ字形状（例えば半円形状）に配置された前記第三の空気流路（第二直進外流）から噴出させるＵ管状（例えば半円管状）の一次空気の直進外流によって、バーナ火炎内に上昇気流が形成され、大きな可燃性固形廃棄物であっても浮遊状態を長時間持続させることができる。
【００１６】
好ましくは、前記セメントキルン用バーナ装置は、前記可燃性固形廃棄物用流路から噴出する可燃性固形廃棄物流に直進手段を備える。
【００１７】
かかる構成によれば、前記可燃性固形廃棄物流と、各流路から噴出する一次空気、更にクリンカクーラからセメントキルン内に供給される高温空気である二次空気との混合を十分に行うことが可能となる。これにより、可燃性固形廃棄物が浮遊する周辺に十分な量の酸素を供給しつつ、速やかに高温の環境にすることによって、可燃性固形廃棄物の燃焼を早期に完了させることができる。
【００１８】
前記セメントキルン用バーナ装置において、前記固体粉末燃料用流路からのバーナ先端における固体粉末燃料流の旋回角度を、３°〜１５°とすることができる。また、前記第一の空気流路からのバーナ先端における空気流の旋回角度、及び前記第四の空気流路からのバーナ先端における空気流の旋回角度を、それぞれ３０°〜５０°とすることができる。
【００１９】
また、本発明は、前記セメントキルン用バーナ装置の運転方法であって、前記第三の空気流路（第二直進外流）におけるバーナ先端における風速が、１３０ｍ／秒〜２６０ｍ／秒であり、前記第三の空気流路からの風量（一次空気量）が、５０ｍ3Ｎ／分〜１００ｍ3Ｎ／分であることを特徴とする。
【００２０】
前記セメントキルン用バーナ装置の運転方法において、前記第一の空気流路（第一旋回外流）におけるバーナ先端における風速を９０ｍ／秒〜１５０ｍ／秒とし、前記第一の空気流路からの風量（一次空気量）を１０ｍ3Ｎ／分〜４０ｍ3Ｎ／分としても構わない。また、前記第四の空気流路（第一旋回内流）におけるバーナ先端における風速を、８０ｍ／秒〜１６０ｍ／秒とし、前記第四の空気流路からの風量（一次空気量）を、１０ｍ3Ｎ／分〜４０ｍ3Ｎ／分としても構わない。更に、前記固体粉末燃料用流路のバーナ先端における固体粉末燃料流の風速、及び、前記可燃性固形廃棄物流路のバーナ先端における固体粉末燃料流の風速を、共に３０ｍ／秒〜７０ｍ／秒としても構わない。
【００２１】
前記セメントキルン用バーナ装置の運転方法において、前記第三の空気流路（第二直進外流）の、バーナ先端における空気流のバーナ先端風速（ｍ／秒）と一次空気量（ｍ3Ｎ／分））の積が、その他の空気流路の、バーナ先端における空気流のバーナ先端風速（ｍ／秒）と一次空気量（ｍ3Ｎ／分））の積よりも大きくするものとしても構わない。
【００２２】
また、前記セメントキルン用バーナ装置の運転方法において、前記可燃性固形廃棄物用流路から噴出される可燃性固形廃棄物の粒径を３０ｍｍ以下とすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のセメントキルン用バーナ装置、及び本発明のセメントキルン用バーナ装置の運転方法によれば、廃プラスチック片などの可燃性固形廃棄物を、着地燃焼させることなく代替燃料として有効利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のセメントキルン用バーナ装置の先端部分の一実施形態を模式的に示す図面である。
【図２】図１に示すセメントキルン用バーナ装置を含むセメントキルン用バーナシステムの構造の一例を模式的に示す図面である。
【図３】図１のセメントキルン用バーナ装置の旋回羽根の旋回角度を説明するための模式的な図面である。
【図４】本発明のセメントキルン用バーナ装置及びセメントキルン用バーナ装置の運転方法による、可燃性固形廃棄物が着地燃料する割合（キルン内落下率）に係る燃焼シミュレーション結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明のセメントキルン用バーナ装置及びその運転方法の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の図面は模式的に示されたものであり、図面上の寸法比は実際の寸法比と一致していない。
【００２６】
図１は、本発明のセメントキルン用バーナ装置の一実施形態の先端部分を模式的に示す図面である。図１において、（ａ）がバーナ装置の横断面図であり、（ｂ）が同縦断面図である。なお、横断面図とは、セメントキルン用バーナ装置を、同装置の軸方向に直交する平面で切断した断面図を指し、縦断面図とは、セメントキルン用バーナ装置を、同装置の軸方向に平行な平面で切断した断面図を指す。
【００２７】
なお、図１においては、セメントキルン用バーナ装置の軸方向（すなわち、空気流方向）をＹ方向とし、鉛直方向をＺ方向とし、ＹＺ平面に直交する方向をＸ方向として座標系を設定している。以下では、このＸＹＺ座標系を用いて適宜説明する。
【００２８】
図１に示されるように、セメントキルン用バーナ装置１は、同心円状に複数の流路を備え、固体粉末燃料用流路２と、固体粉末燃料用流路２に隣接して外側に配置された第一の空気流路１１と、第一の空気流路１１に隣接して外側に配置された第二の空気流路１２と、第二の空気流路１２に隣接して最も外側に配置された第三の空気流路１３と、固体粉末燃料用流路２に隣接して内側に配置された第四の空気流路１４の合計５つの流路を備える。第四の空気流路１４の内側には、油用流路７、可燃性固形廃棄物用流路８等が配置される。
【００２９】
本実施形態では、第三の空気流路１３は、対応する円筒状部材の軸心を含み当該同心円筒状部材の軸方向に平行な平面（図１内のＺ１−Ｚ１平面）よりも鉛直下方側（−Ｚ方向側）のみから空気流を噴出する噴出口である。
【００３０】
固体粉末燃料用流路２及び第一〜第四の空気流路１１〜１４のうち、固体粉末燃料用流路２、第一の空気流路１１、及び第四の空気流路１４には、各々旋回手段としての旋回羽根（２ａ，１１ａ，１４ａ）が、各流路のバーナ先端部に固定されている。すなわち、第一の空気流路１１から噴霧される空気流は、固体粉末燃料用流路２から噴霧される固体粉末燃料流に対して外側に位置する旋回空気流（以下、適宜「第一の旋回外流」という。）を形成する。第四の空気流路１４から噴霧される空気流は、固体粉末燃料用流路２から噴霧される固体粉末燃料流に対して内側に位置する旋回空気流（以下、適宜「第一の旋回内流」という。）を形成する。なお、各旋回羽根（２ａ，１１ａ，１４ａ）は、セメントキルン用バーナ装置１の運転開始前の時点において、旋回角度が調整可能に構成されている。
【００３１】
一方、第二の空気流路１２及び第三の空気流路１３には、旋回手段が設けられていない。すなわち、第二の空気流路１２から噴霧される空気流は、固体粉末燃料用流路２から噴霧される固体粉末燃料流に対して外側に位置する直進空気流（以下、適宜「第一の直進外流」という。）を形成し、同様に、第三の空気流路１３から噴霧される空気流は、固体粉末燃料流に対して外側に位置する直進空気流（以下、適宜「第二の直進外流」という。）を形成する。
【００３２】
図２は、図１に示すセメントキルン用バーナ装置１を含むセメントキルン用バーナシステムの構造の一例を模式的に示す図面である。図２に図示されたセメントキルン用バーナシステム２０は、制御のし易さを重視して構成したものであって、５基の送風ファンＦ１〜Ｆ５を備える。
【００３３】
微粉炭搬送配管２２に供給された微粉炭Ｃは、送風ファンＦ１によって形成された空気流により、固体粉末燃料用流路２に供給される。送風ファンＦ２から供給される空気は、燃焼用空気Ａとして、空気配管（３０，３１，３４）を介してセメントキルン用バーナ装置１の第一の空気流路１１及び第四の空気流路１４へ供給される。送風ファンＦ３から供給される空気は、燃焼用空気Ａとして、空気配管３２を介してセメントキルン用バーナ装置１の第二の空気流路１２へ供給される。送風ファンＦ４からの空気は、燃焼用空気Ａとして、空気配管３３を介してセメントキルン用バーナ装置１の第三の空気流路１３へ供給される。そして、可燃性固形廃棄物搬送配管２８に供給された可燃性固形廃棄物ＲＦは、送風ファンＦ５によって形成された空気流により、可燃性固形廃棄物用流路８に供給される。
【００３４】
図２に図示されたセメントキルン用バーナシステム２０は、空気配管（３１，３４）を通流する空気量を制御するために、それぞれ可変ダンパ（Ｂ１，Ｂ２）を備える。前記送風ファン（Ｆ１〜Ｆ５）と、これらの可変バンパ（Ｂ１，Ｂ２）により、各流路（２，８，１１，１２，１３，１４）を通流する空気量を独立して制御することができる。これによって、微粉炭、石油コークス、又はその他固形燃料等の固体粉末燃料の種類、廃プラスチック、肉骨粉又はバイオマス等の可燃性固形廃棄物の種類、並びに種々のセメントキルンの操業環境に対応した最適な火炎を得るための調整を容易に行うことができる。
【００３５】
なお、本明細書において、「バイオマス」とは、燃料等として利用可能な生物由来の有機質資源（但し、化石燃料を除く。）であり、例えば、廃畳の粉砕物、建設廃木材の粉砕物、木粉及びおが屑等が該当する。
【００３６】
また、油用流路７から重油等を供給してセメントキルン用バーナ装置１の着火時に利用したり、更には、微粉炭以外の固体燃料又は重油等の液体燃料を供給して、定常運転において微粉炭と混焼することもできる（不図示）。
【００３７】
すなわち、図１及び図２に一実施形態を示す本発明のセメントキルン用バーナ装置１（及びシステム２０）は、固体粉末燃料用流路２の他に４つの空気流路（１１，１２，１３，１４）を備えた５チャンネル式のバーナ装置であり、セメントキルン用バーナ装置１の使用時には、５基の送気ファンＦ１〜Ｆ５を運転し、２基の可変ダンパＢ１及びＢ２を制御して各流路（２，８，１１，１２，１３，１４）を流れる空気量が制御可能に構成される。更に、これに加え、セメントキルン用バーナ装置１の使用前には、固体粉末燃料用流路２と、第一の空気流路１１と、第四の空気流路１４に設けられた旋回羽根（２ａ，１１ａ，１４ａ）の旋回角度も調整可能であるため、必要に応じた多様な制御が可能である。
【００３８】
本発明者らは、セメントキルン用バーナ装置１の燃焼シミュレーション（ソフトウェア：ANSYS JAPAN社製、FLUENT）によって、火炎内の上昇気流の形成の程度、バーナ火炎内への二次空気の取込みの程度、火炎形状とセメントキルン内の温度分布、セメントキルン運転データ（窯尻におけるＮＯx濃度、Ｏ2濃度、窯尻温度等）の解析等を行うことにより、制御因子を最適化するための基本的な限定領域を見出した。
【００３９】
下記表１は、以下のバーナ燃焼条件において見出した基本的限定領域の一例である。
＜バーナ燃焼条件＞
微粉炭Ｃの燃焼量：１５ｔ／時間
可燃性固形廃棄物ＲＦとしての廃プラスチック（軟質プラスチック）処理量：１．５ｔ／時間
可燃性固形廃棄物ＲＦとしての廃プラスチックの寸法：φ２０ｍｍ×Ｔ０．１３ｍｍの円形シート状
二次空気量と温度：１４４０００Ｎｍ3／時間、７５０℃
対理論燃焼空気量一次空気比（Ａ０比）の総和：１１体積％
セメントキルン用バーナ装置１のバーナ先端の直径：６５０ｍｍ
【００４０】
【表１】
2019163880.tif 000003
【００４１】
表１には、基本的限定領域として、上記固体粉末燃料用流路２、（第一の旋回外流を形成する）第一の空気流路１１、（第一の直進外流を形成する）第二の空気流路１２、（第二の直進外流を形成する）第三の空気流路１３、（第一の旋回内流を形成する）第四の空気流路１４、及び可燃性固形廃棄物流路８の、バーナ先端風速（ｍ／秒）及び一次空気量（ｍ3Ｎ／分）、並びに旋回羽根（２ａ，１１ａ，１４ａ）の旋回角度が列挙されている。
【００４２】
上記各項目の中では、第二の直進外流のバーナ先端風速（ｍ／秒）及び一次空気量（ｍ3Ｎ／分）が特に重要である。なぜなら、上述したように、第三の空気流路１３は、同心円筒状部材の鉛直方向に係る中央位置よりも鉛直下方側のみから空気流を噴出する噴出口であるため、第三の空気流路１３から噴出される空気流（第二の直進外流）が上昇流を形成して、可燃性固形廃棄物ＲＦの浮遊状態が維持されるからである。また、この第二の直進外流による上昇流によって、高温ガスである二次空気を火炎中に取り込んで可燃性固形廃棄物ＲＦの昇温が迅速化されるからである。しかしながら、第二の直進外流による上昇流が過剰になると、バーナ火炎の短炎化が生じてしまうために、可燃性固形廃棄物ＲＦの燃焼が浮遊状態中に完了しない場合が生じ得る。
【００４３】
かかる事情に鑑み、第三の空気流路１３から供給される空気流（第二の直進外流）のバーナ先端風速は、１３０ｍ／秒〜２６０ｍ／秒であるのが好ましい。この空気流は、固体粉末燃料流、可燃性固形廃棄物流、及び他の全ての一次空気流の中で、最も大きな風速である。また、第二の直進外流の一次空気量（ｍ3Ｎ／分）は、この値とバーナ先端風速（ｍ／秒）の積（バーナ先端風速（ｍ／秒）×一次空気量（ｍ3Ｎ／分））が、固体粉末燃料流、可燃性固形廃棄物流、及び他の全ての一次空気流の中で、最も大きくなる空気量である。
【００４４】
第三の空気流路１３から供給される空気流において、前記積の値、すなわちバーナ先端風速（ｍ／秒）×一次空気量（ｍ3Ｎ／分）の値が小さい場合、火炎内の上昇流の形成が不充分になる場合がある。また、バーナ先端風速が２６０（ｍ／秒）を超える空気流では、火炎内の上昇流の形成が過剰になり、バーナ火炎の短炎化が生じてしまうおそれがある。
【００４５】
次に重要となる基本的限定領域は、上記固体粉末燃料用流路２、（第一の旋回外流を形成する）第一の空気流路１１、及び（第一の旋回内流を形成する）第四の空気流路１４の旋回角度（°）である。その理由は、旋回羽根（２ａ，１１ａ，１４ａ）によって発生する旋回流により、バーナ装置の着火の安定性、及び保炎機能を持たせる内部循環が形成されるからである。更に、旋回羽根（２ａ，１１ａ，１４ａ）の旋回角度は、通常、バーナ装置が運転中は固定されてしまい、運転中に最適化の調整ができないからである。
【００４６】
なお、旋回羽根の旋回角度とは、例えば、図１に示す旋回羽根が固定されている円筒状部材を図３に示すように平面上に展開した場合に、セメントキルン用バーナ装置１の軸線９と、旋回羽根の中心線１０とのなす角θであり、バーナ先端における固体粉末燃料流又は一次空気流の旋回角度に一致する。図３では、例示的に、固体粉末燃料用流路２の旋回羽根２ａについて図示されており、固体粉末燃料用流路２の先端位置２ｂにおける微粉炭Ｃ（固体粉末燃料）の噴出方向が、円筒状部材の軸線９の方向（図面上Ｙ方向）に対して角度θだけ旋回されている。他の旋回羽根（１１ａ，１４ａ）における旋回角度についても同様に定義される。
【００４７】
上記固体粉末燃料用流路２の旋回羽根２ａによる固体粉末燃料流の旋回角度は、好ましくは３°〜１５°に設定される。この旋回角度が３°未満の場合、固体粉末燃料用流路２から噴出する固体粉末燃料（微粉炭Ｃ）と、固体粉末燃料用流路２、空気流路（１１〜１４）、及び火炎内に取り込まれた上記二次空気との混合が不充分となり、かかる固体粉末燃料によって形成される火炎の温度が低下すると共に過剰に長炎化してしまい、得られるセメントクリンカの品質が低下してしまうおそれがある。
【００４８】
また、固体粉末燃料流の旋回角度が１５°を超える場合、上記その他空気流との混合が激しくなりすぎて、火炎の形状の制御が困難になり、得られるセメントクリンカの品質が低下してしまうおそれがある。
【００４９】
旋回羽根１１ａによる第一の旋回外流（第一の空気流路１１からの空気流）の旋回角度、及び、旋回羽根１４ａによる第一の旋回内流（第四の空気流路１４からの空気流）の旋回角度は、好ましくはそれぞれ３０°〜５０°に設定される。これらの旋回角度が３０°未満の場合、固体粉末燃料用流路２から噴出する固体粉末燃料と、第一の旋回外流及び／又は第一の旋回内流との混合が不充分となり、得られるセメントクリンカの品質が低下してしまうと共に排ガスのＮＯxを十分に低くすることが困難な場合がある。一方で、上記旋回角度が５０°を超える場合、固体粉末燃料流との混合が激しくなりすぎて、火炎の形状の制御が困難になり、得られるセメントクリンカの品質が低下してしまう場合がある。
【００５０】
各流路（２，８，１１、１２，１３，１４）の一次空気量（ｍ3Ｎ／分）は、火炎内の還元領域を安定的に形成するという観点からは、可能な限り低減するのが好ましいが、過剰に低減すると火炎の形状が変化して高温域がセメントキルン内部に移行することによって、得られるセメントクリンカの品質が低下してしまう。上記表１に示した例では、固体粉末燃料用流路２からの空気流、第一の直進外流（第二の空気流路１２からの空気流）、及び第二の直進外流（第三の空気流路１３からの空気流）の量（一次空気量）が、他の空気流よりも大きく設定されている。これは、高温の二次空気を火炎内に円滑に取り込み、固体粉末燃料Ｃ及び可燃性固形廃棄物ＲＦを急速に高温化することで、揮発分の放出を促して、火炎の還元状態を安定化するためである。
【００５１】
以上のように、本発明によれば、セメントキルン用バーナ装置１の運転前に、固体粉末燃料用流路２、第一の空気流路１１（第一の旋回外流）、及び第四の空気流路１４（第一の旋回内流）の各旋回羽根（２ａ，１１ａ，１４ａ）の旋回角度を表１に示した範囲内に設定し、更に、セメントキルン用バーナ装置１の運転時に、送気ファン（Ｆ１，Ｆ２）による空気配管（２２，３０）を流れる一次空気量の調整、並びに可変ダンパ（Ｂ１，Ｂ２）による空気配管（３１，３４）を流れる一次空気量の調整を行って各流路（２，１１，１２，１３，１４）のバーナ先端風速及び一次空気量を表１に示した範囲内に設定することにより、セメントキルン用バーナ装置１の運転条件を短期間に最適化することができる。
【００５２】
次に、第二の直進外流（第三の空気流路１３からの空気流）のバーナ先端風速（ｍ／秒）を変化させた場合の、可燃性固形廃棄物ＲＦ（ここでは軟質プラスチック）が着地燃焼する割合（キルン内落下率）に係る燃焼シミュレーションについて説明する。
【００５３】
具体的には、以下のバーナ燃焼条件を固定して、第二の直進外流のバーナ先端風速（ｍ／秒）を変化させた場合に、種々の大きさを有する軟質プラスチックの燃え切りが、火炎中又はキルン内壁のどちらで生じるかをシミュレーション（ソフトウェア：ANSYS JAPAN社製、FLUENT）によって検証した。
【００５４】
＜バーナ燃焼条件＞
微粉炭Ｃの燃焼量：１５ｔ／時間
可燃性固形廃棄物ＲＦとしての廃プラスチック（軟質プラスチック）処理量：１．５ｔ／時間
可燃性固形廃棄物ＲＦとしての廃プラスチックの寸法：厚さ０．１３ｍｍシートを、直径１５、２０、２５、３０ｍｍに打ち抜いた円形シート状
固体粉末燃料流のバーナ先端風速と一次空気量：４０ｍ／秒、７５ｍ3Ｎ／分
第一の旋回外流のバーナ先端風速と一次空気量：１２０ｍ／秒、２５ｍ3Ｎ／分
第一の直進外流のバーナ先端風速と一次空気量：１４０ｍ／秒、９５ｍ3Ｎ／分
第一の旋回内流のバーナ先端風速と一次空気量：１２０ｍ／秒、２５ｍ3Ｎ／分
可燃性固形廃棄物流のバーナ先端風速と一次空気量（ｍ3Ｎ／分）：４０ｍ／秒、７５ｍ3Ｎ／分
二次空気量と温度：１４４０００Ｎｍ3／時間、７５０℃
対理論燃焼空気量一次空気比（Ａ０比）の総和：１１体積％
セメントキルン用バーナ装置１のバーナ先端の直径：６５０ｍｍ
【００５５】
このシミュレーション結果を、下記表２及び図４に示す。なお、第二の直進外流のバーナ先端風速が３００（ｍ／秒）を超える場合には、火炎形状が不安定となりシミュレーション結果が得られなかった。
【００５６】
【表２】
2019163880.tif 000004
【００５７】
表２及び図４の結果によれば、本発明のセメントキルン用バーナ装置、及びセメントキルン用バーナ装置の運転方法によれば、粒径３０ｍｍまでの可燃性固形廃棄物ＲＦを、着地燃焼させることなく、バーナ火炎内で有効に燃え切らせることができることが確認される。
【００５８】
［別実施形態］
図２の例では、セメントキルン用バーナシステム２０が、５基の送風ファン（Ｆ１〜Ｆ５）と、２基の可変バンパ（Ｂ１，Ｂ２）を備える場合を例示しているが、この態様は一例であり、本発明をかかる構成に限定する趣旨ではない。例えば、図２の例では、第一の空気流路１１に供給するための燃焼用空気Ａと、第四の空気流路１４に供給するための燃焼用空気Ａとが、共通の送風ファンＦ２によって生成されているが、これらを別々の送風ファンから供給された空気流とすることも可能である。反対に、第二の空気流路１２と第三の空気流路１３とに空気流を導くための送風ファン（Ｆ３，Ｆ４）を共通化しても構わない。
【符号の説明】
【００５９】
１      ：    セメントキルン用バーナ装置
２      ：    固体粉末燃料用流路
２ａ    ：    固体粉末燃料用流路に設けられた旋回羽根
２ｂ    ：    固体粉末燃料用流路の先端位置
７      ：    油用流路
８      ：    可燃性固形廃棄物用流路
９      ：    軸線
１１      ：    第一の空気流路
１１ａ    ：    第一の空気流路に設けられた旋回羽根
１２      ：    第二の空気流路
１３      ：    第三の空気流路
１４      ：    第四の空気流路
１４ａ    ：    第四の空気流路に設けられた旋回羽根
２０      ：    セメントキルン用バーナシステム
２２      ：    微粉炭搬送配管
２８      ：    可燃性固形廃棄物搬送配管
３０，３１，３２，３３，３４      ：    空気配管
Ａ        ：    燃焼用空気
Ｃ        ：    微粉炭
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５  ：    送風ファン
ＲＦ      ：    可燃性固形廃棄物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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