(57)【要約】【課題】熱消費量が少なくて焼成コストが低く、建設スペースも削減でき、低コストで建設できるセメントクリンカの焼成方法及び焼成装置の提供。【解決手段】回転中心軸を横向きにした短筒状をなし、その原料投入口側を細くしたテーパ状に形成したロータリーキルン２１を使用し、そのキルン内部温度を１２５０℃以上の温度に保ち、略１０〜３０ｒｐｍ程度の高速で回転させつつ焼成し、上部に投入されたクリンカが堆積されて下方に移動されるようにした縦型充填層を形成するクリンカ内に冷却用空気を吹き込むとともに上端に排気筒２４を有する縦型の冷却塔２０を使用し、排気筒２０内にロータリーキルンから排出されるクリンカを投入させ、冷却排気及びロータリーキルンからの排ガスを仮焼炉２３に送り込む。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転中心軸を横向きにした短筒状をなし、その原料投入口側を細くしたテーパ状に形成したロータリーキルンを使用し、該ロータリーキルン内部温度を１２５０℃以上の温度に保ち、略１０〜３０ｒｐｍ程度の高速で回転させつつ焼成することを特徴としてなるセメントクリンカの焼成方法。
【請求項２】
上部に投入されたクリンカが堆積されて下方に移動されるようにした縦型充填層を形成するクリンカ内に冷却用空気を吹き込むとともに上端に排気筒を有する縦型の冷却塔を使用し、前記排気筒内にロータリーキルンから排出されるクリンカを投入させ、該クリンカと共にロータリーキルンから排出される微粉状物を冷却排気及びロータリーキルンからの排ガスととも仮焼炉に送り込み、該仮焼炉によって仮焼された原料と共にロータリーキルン内に戻す請求項１に記載のセメントクリンカの焼成方法。
【請求項３】
仮焼炉によって仮焼されて燃焼ガスとともに排出される仮焼原料を最終サイクロンによって燃焼ガスから分離してロータリーキルン内に送り込む仮焼原料供給路に燃料供給路を連通させ、前記仮焼原料内に焼成用燃料を混合させてロータリーキルン内に供給する請求項１又は２に記載のセメントクリンカの焼成方法。
【請求項４】
原料を予熱する予熱装置と、該予熱装置によって予熱された原料を仮焼する仮焼炉と、該仮焼炉によって仮焼された原料が投入されて焼成されるロータリーキルンと、該ロータリーキルンのクリンカ排出口から排出されるクリンカを送風によって冷却する冷却装置とを備えてなるセメントクリンカの焼成装置において、
前記ロータリーキルンは、回転中心軸を横向きにした短筒状をなし、内部温度を１２５０℃以上の温度に保ち、略１０〜３０ｒｐｍ程度の高速で回転させつつ焼成できるようにしたことを特徴としてなるセメントクリンカの焼成装置。
【請求項５】
冷却装置は、上部に投入されたクリンカが堆積されて下方に移動される縦型の充填層が形成される筒状の冷却塔と、該冷却塔内に冷却用空気を供給する送風装置とを備え、前記冷却塔の上端部に縦向きの冷却用空気排気筒を備え、該排気筒の側面に前記ロータリーキルンの排ガス口兼用のクリンカ排出口を連通させるとともに、前記排気筒を仮焼炉の下端に連通させてなる請求項４に記載のセメントクリンカの焼成装置。
【請求項６】
冷却塔の胴部中間高さ位置に、該冷却塔内の高温のクリンカ内を通過した冷却用空気の一部を取り出す熱風取り出し流路を備え、該熱風取り出し流路を仮焼炉及びロータリーキルンの原料投入口側に連通させ、該熱風取り出し流路を通して仮焼炉及びロータリーキルンに燃焼用２次空気を供給するようにしてなる請求項４又は５に記載のセメントクリンカの焼成装置。
【請求項７】
冷却塔は、下端部に排出口を有する固定下層部と、該固定下層部の上端に回転自在に結合させた回転上層部とを有し、前記回転上層部と固定下層部との中間部分及び固定下層部の下端部分に、気密保持層を備えてなる請求項５又は６に記載のセメントクリンカの焼成装置。
【請求項８】
回転上層部及び固定下層部には、その内周面に沿って内側に突出させた水平環状部と、該水平環状部の環状中心から放射状に配置した放射状部とを互いに連通させた下向き樋上の配風路を有するヘッダユニットを備え、前記下層部側のヘッダユニットに外気を導入する送風機からの送風路を連通させ、且つ前記下層部側ヘッダユニットと上層部側ヘッダユニットを連通する縦向きの連通管を備えてなる請求項７に記載のセメントクリンカの焼成装置。
【請求項９】
回転上層部の下端に漏斗状の絞り部を設け、該絞り部を固定下層部の上端に挿入させ、該絞り部の漏斗状の下側背面空間に熱風取り出し流路の先端を連通開口させてなる請求項７又は８に記載のセメントクリンカの焼成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉粒状のセメント原料を焼成して粒状のセメントクリンカを製造するセメントクリンカの焼成方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、クリンカの焼成には、ロータリーキルンが使用されている（例えば非特許文献１）。この種の従来の装置は図９に示す如く構成されている。同図中１はサスペンションプレヒーターからなる予熱装置であり、２は仮焼炉（助燃炉ともいう）、３はロータリーキルン、４は焼成用バーナー、５はグレートクーラー、６はクーラー抽気ダクトであり、６ａはクーラー排気排出路である。
【０００３】
予熱装置１は４段階にサイクロン１ａ〜１ｄが使用され、第１段階サイクロン１ａと第２段階サイクロン１ｂとの間の排ガス流路に原料投入口７が設けられ、ここに投入された原料がサイクロン１ａ〜１ｃを順に通って排ガスによって予熱され、仮焼炉２の下側胴部２ａに投入される。
【０００４】
仮焼炉２にはクーラー抽気ダクト６を通してクーラー５からの加熱空気が燃焼用２次空気として導入されるとともに燃料注入口８から燃料が注入されて内部で燃焼させ、これによって原料を仮焼する。仮焼された原料は最終段階のサイクロン１ｄに送られて排ガスと分離され、ロータリーキルン３内に送り込まれる。この時の原料温度は１１００℃程度となっている。
【０００５】
ロータリーキルン３は直径３〜５ｍ、長さ６０〜９０ｍの円筒状をなし、これを傾斜させてローラーで受け、１〜３ｒｐｍの低速度で回転させ、下端からクーラー５によって加熱された空気を燃焼用２次空気として導入するとともにバーナー４から燃料を注入して燃焼させ、これによってロータリーキルン３内を攪拌されながら流下してくる原料が焼成されるとともにロータリーキルン３の回転によって造粒され、キルン下端のクリンカ排出口からクーラー５内に排出される。この時のクリンカ温度は１４５０℃程度となっている。
【０００６】
クーラー５では、冷却用空気が下面側から上面側に透過される水平移動床９が複数段配置に備えられ、下側から透過される冷却用空気によって冷却され、最下流部に備えたクラッシャー１０によって砕かれ、排出口から排出されるようになっている。排出される製品温度は１００℃程度となっている。
【０００７】
また、クーラー５から仮焼炉２に送られる空気は７５０〜８００℃程度の部分が使用され、３００〜３５０℃程度の冷却排気は集塵機に送られて大気中に放出される。
【０００８】
【非特許文献１】
株式会社内田老鶴圃発行「ＪＭＥ材料科学  セメントの化学」
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如き従来のロータリーキルンを使用したセメントクリンカの製法及び装置では、バーナーより吹き込まれた燃料は広い空間内で１６００℃前後の高温度のフレームを形成し、発生した熱量の主体はキルン内壁の耐火物を加熱し、高温度となった壁面と原料が接触することにより原料に伝達されるため、伝熱は緩慢であり、キルン内壁の温度は常に原料よりも高温度となる。その結果キルンは長大な構造となり、建設のために広大なスペースを要し、建設コストも高くなるとともにキルン外壁から放散される熱量の損失も大きいという問題があった。
【００１０】
また、キルン内壁面には原料が環状に付着し、これが原料の円滑な流れを阻害し、過度に加熱されて時折崩落し、大塊と同時に多くの微粒が排出される。このように粒径が不揃いな製品は、偏流、閉塞等の支障を来たし、このため、クリンカクーラーとして熱交換効率の高い縦型充填層方式を採用できないという欠陥があった。
【００１１】
また、従来のグレートクーラーの場合、クリンカ温度は下流に移動するにつれて低下し、クリンカの出入り口温度をそれぞれ１４５０℃、１００℃前後と想定すると、キルン２次空気として回収される冷却空気温度が１１００℃前後、仮焼炉２次空気温度が７５０℃前後となる。これらの冷却領域で使用される空気量の割合は全冷却空気の７０％前後に相当し、所要２次空気を充足するので、クリンカ冷却の最終段階で使用される残余の冷却空気（約３０％程度）は排ガスとしてプロセス外部に排出され、熱量の損失となるとともに集塵のための設備投資が必要になるという問題がある。
【００１２】
本発明は、上述の如き従来の問題に鑑み、従来に比べ、熱消費量が少なくて焼成コストが低く、排ガス量が少なくて二酸化炭素排出量が減少されるとともに排ガス処理コストが低くなり、建設スペースも削減でき、低コストで建設できるセメントクリンカの焼成方法及び焼成装置の提供を目的としてなされたものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述の如き従来の問題を解決し、所期の目的を達成するための請求項１に記載の発明の特徴は、回転中心軸を横向きにした短筒状をなし、その原料投入口側を細くしたテーパ状に形成したロータリーキルンを使用し、該ロータリーキルン内部温度を１２５０℃以上の温度に保ち、略１０〜３０ｒｐｍ程度の高速で回転させつつ焼成することを特徴としてなるセメントクリンカの焼成方法にある。
【００１４】
このように構成することにより、全長が数メートル程度の長さのロータリーキルによってセメントクリンカの焼成が可能となり、場所を取らず、より少ない設備費で効率よくセメントクリンカの焼成が可能となる。
【００１５】
また、キルンを従来に比べて高速で回転させることにより、原料各成分、燃料及び炉内の酸素は回転により激しく混合されるので、燃料の燃焼速度、燃料と原料間の熱伝達率、原料各成分間の化学反応速度が著しく改善されると共に、造粒能力も公知の造粒機と同等の水準まで向上し粒径の整った製品が得られ、クリンカクーラーとして縦型充填層方式が採用可能となってシステム全体の熱回収効率が改善される。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明の特徴は、上記請求項１の構成に加え、上部に投入されたクリンカが堆積されて下方に移動されるようにした縦型充填層を形成するクリンカ内に冷却用空気を吹き込むとともに上端に排気筒を有する縦型の冷却塔を使用し、前記排気筒内にロータリーキルンから排出されるクリンカを投入させ、該クリンカと共にロータリーキルンから排出される微粉状物を冷却排気及びロータリーキルンからの排ガスととも仮焼炉に送り込み、該仮焼炉によって仮焼された原料と共にロータリーキルン内に戻すことにある。
【００１７】
このように構成することにより、冷却塔で使用された冷却用空気の殆ど全てが仮焼及び原料の予熱用として使用されることとなって熱交換率がよくなり、単位生産量当たりの消費熱量を従来に比べて少なくすることができ、コスト減に寄与するとともに排出される二酸化炭素量も減少する。
【００１８】
請求項３に記載の発明の特徴は、上記請求項１又は２の構成に加え、仮焼炉によって仮焼されて燃焼ガスとともに排出される仮焼原料を最終サイクロンによって燃焼ガスから分離してロータリーキルン内に送り込む仮焼原料供給路に燃料供給路を連通させ、前記仮焼原料内に焼成用燃料を混合させてロータリーキルン内に供給するようにしたことにある。
【００１９】
このように構成することにより、仮焼された原料内に燃料が混入されるため、燃料の発生熱は壁面を介することなく原料に直接伝達されるため、従来のように焼成帯の雰囲気温度を維持するために必要とされた高温度の燃焼フレームは存在せず窒素酸化物の発生量が低減する。
【００２０】
また、炉壁の温度が原料の温度を上回ることは無いので、原料が環状に付着して異常に成長したり崩落したりする事による操業上の支障は回避され、キルン外表面温度も低下し、これとキルン表面積の減少とが相侯って、放散による熱損失も低減しキルン自体の熱効率が向上する。キルンの熱効率の向上は燃焼排ガス量の減少をもたらし、同時にプレヒータ排ガスの持ち去り顕熱の削減となる。
【００２１】
請求項４に記載の発明の特徴は、原料を予熱する予熱装置と、該予熱装置によって予熱された原料を仮焼する仮焼炉と、該仮焼炉によって仮焼された原料が投入されて焼成されるロータリーキルンと、該ロータリーキルンのクリンカ排出口から排出されるクリンカを送風によって冷却する冷却装置とを備えてなるセメントクリンカの焼成装置において、前記ロータリーキルンは、回転中心軸を横向きにした短筒状をなし、内部温度を１２５０℃以上の温度に保ち、略１０〜３０ｒｐｍ程度の高速で回転させつつ焼成できるようにしたことにある。
【００２２】
このように構成することにより、ロータリーキルンの長さを従来に比べて極端に短くでき、場所を取らず、より少ない設備費で焼成装置を製造できる。
【００２３】
請求項５に記載の発明の特徴は、上記請求項４の構成に加え、冷却装置は、上部に投入されたクリンカが堆積されて下方に移動される縦型の充填層が形成される筒状の冷却塔と、該冷却塔内に冷却用空気を供給する送風装置とを備え、前記冷却塔の上端部に縦向きの冷却用空気排気筒を備え、該排気筒の側面に前記ロータリーキルンの排ガス口兼用のクリンカ排出口を連通させるとともに、前記排気筒を仮焼炉の下端に連通させたことにある。
【００２４】
このように構成することにより、冷却塔で使用された冷却用空気の殆ど全てが仮焼及び原料の予熱用として使用されることとなって熱効率がよくなり、単位生産量当たりの消費熱量を従来に比べて少なく、低コストでセメントクリンカが焼成可能な装置が得られる。
【００２５】
請求項６に記載の発明の特徴は、上記請求項４又は５の構成に加え、冷却塔の胴部中間高さ位置に、該冷却塔内の高温のクリンカ内を通過した冷却用空気の一部を取り出す熱風取り出し流路を備え、該熱風取り出し流路を仮焼炉及びロータリーキルンの原料投入口側に連通させ、該熱風取り出し流路を通して仮焼炉及びロータリーキルンに燃焼用２次空気を供給するようにしたことにある。
【００２６】
このように構成することにより、燃料を燃焼させるための空気を全て冷却塔内で加熱された空気を使用でき、熱効率が向上する。
【００２７】
請求項７に記載の発明の特徴は、上記請求項５又は６の構成に加え、冷却塔は、下端部に排出口を有する固定下層部と、該固定下層部の上端に回転自在に結合させた回転上層部とを有し、前記回転上層部と固定下層部との中間部分及び固定下層部の下端部分に、気密保持層を備えたことにある。
【００２８】
このように上層部が回転することにより、キルンから投入されるクリンカは円周方向に均等に分配され、回転上層部と固定下層部との間では粒子相互間に作用する剪断力により軽度の固着物が解砕され、さらに円周方向の混合が促進される。
【００２９】
請求項８に記載の発明の特徴は、請求項７の構成に加え、回転上層部及び固定下層部には、その内周面に沿って内側に突出させた水平環状部と、該水平環状部の環状中心から放射状に配置した放射状部とを互いに連通させた下向き樋上の配風路を有するヘッダユニットを備え、前記下層部側のヘッダユニットに外気を導入する送風機からの送風路を連通させ、且つ前記下層部側ヘッダユニットと上層部側ヘッダユニットを連通する縦向きの連通管を備えたことにある。
【００３０】
このように構成することにより、各ヘッダユニットは各層内の断面積を変化させるものであるため、この層内通過断面積の変化はクリンカの自重による圧密現象を防止する上で効果的であり、これにより層内で閉塞する危険性が回避される。
【００３１】
更に、このようにクリンカの円滑な流れが保たれることによって冷却空気の流れも均等になり、円滑な操業が可能となり理論上の高い熱回収効率が達成される。
【００３２】
請求項９に記載の発明の特徴は、上記請求項７又は８の構成に加え、回転上層部の下端に漏斗状の絞り部を設け、該絞り部を固定下層部の上端に挿入させ、該絞り部の漏斗状の下側背面空間に熱風取り出し流路の先端を連通開口させたことにある。
【００３３】
このように構成することにより、冷却塔内で高温のセメントクリンカにくぐらせて加熱された空気を燃焼用２次空気として取り出すための構成が簡略化される。
【００３４】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図１〜図８について説明する。
【００３５】
図１は本発明に係る装置の一例の概略構成を示している。この装置は、縦型の冷却塔２０からなる冷却装置を１基、ロータリーキルン２１，２１を左右対称に配置に２基、各ロータリーキルン２１，２１に対応させた２基のサスペンションプレヒーターからなる予熱装置２２，２２、及び１基の仮焼炉２３を使用している。左右のロータリーキルン２１，２１及び予熱装置２２，２２は同一構造のものを互いに対称に配置しているものであり、同一部分には同一符号を付して一方側の説明を省略する。
【００３６】
冷却塔２０は最下部に配置されており、その頂面中央に直立配置の排気筒２４が連通されている。排気筒２４の上端側両側部にロータリーキルン２１の排気口を兼ねたクリンカ排出口５６が連通開口され、ロータリーキルン２１内で焼成されたクリンカが排気筒２４を通して冷却塔２０内投入されるようになっている。
【００３７】
冷却塔２０は縦型の円筒状をしており、上部の回転上層部３４と下部の固定下層部３５とから構成されている。回転上層部３４外周面には、これを支持するための車輪３６が取り付けられ、該車輪を固定下層部３５の上端外周にフランジ状に形成した支持棚３７上のレール３８上を走行できるようにしており、駆動装置３９によって回転上層部３４を回転させるようになっている。
【００３８】
回転上層部３４の下端には下向き先細り形状をしたテーパ筒部３４ａからなる絞り部が突設され、これが固定下層部３５の上端内に挿入されている。このテーパ筒部３４ａの先端には直型の短筒部３４ｂが一体に備えられている。
【００３９】
冷却塔２０の固定下層部３５内に送風機４０により冷却用空気が送り込まれるようになっており、回転上層部３４及び固定下層部３５内には、冷却空気を配分する上下のヘッダユニット４１Ａ，４１Ｂが備えられている。この各ヘッダユニット４１Ａ，４１Ｂはそれぞれ、回転上層部３４及び固定下層部３５のそれぞれの中間高さ位置に冷却塔内壁に沿って環状突設させた水平環状部４２と、該環状の中心部分から放射状に配置して水平環状部４２に連通させた放射状部４３とからなる配風路をもって構成されている。これらの各部分は下側が開放した下向きの樋状をなしている。
【００４０】
両ヘッダユニット４１Ａ，４１Ｂ間は、縦向きの連通管４４によって連通されている。この連通管４４は、下端が下ヘッダユニット４１Ａの放射状部４３の中心部に連通され、上端が上ヘッダユニット４１Ｂの放射状部４３の中心部内に開口されている。
【００４１】
固定下層部３５の水平環状部４２に送風機４０からの送風路が連通されており、送風機４０送り込まれる冷却空気は、下側の水平環状部から放射状部に入り、その中心から連通管４４を通って上側の放射状部４３の中心に導入され、上側の環状部に送られるようになっており、各ヘッダユニットの下向きの開放部からクリンカ内に送風されるようになっている。
【００４２】
固定下層部３５の下部には冷風配管４５が横断する配置に挿入されており、この配管に冷風を送ることによってクリンカの最終的冷却がなされるようになっている。冷却塔２０の固定下層部底部には漏斗状のクリンカ繰出口４６が形成され、その下には回転円盤からなる排出装置４７が備えられている。
【００４３】
連通管４４内には流量調整弁４８が備えられ、上下のヘッダユニット４１Ａ，４１Ｂからの冷却空気吐出割合を調節できるようになっている。
【００４４】
ロータリーキルン２１は、短筒状をした回転ドラムによって構成され、中心軸を水平配置とし、図２に示すように、原料入口側端部がそれ自体公知の中空トラニオンジャーナルと球面座を有する滑り軸受５０で支えられ、一方出口側端部は図６に示すように、十分な剛性を有するリング状のタイヤ５１と２基のローラー５２で支えられている。またタイヤ５１とキルン胴体間は板バネ５３を介して接続されている。そして、ローラー５２を駆動装置にて回転させることによってロータリーキルン２１が１０〜３０ｒｐｍの速度で回転されるようになっている。尚、キルンが大型である場合には図７に示すようにガースギア駆動機構５４によって胴部を直接駆動させるようにすることが好ましい。
【００４５】
このロータリーキルン２１は一端側を原料投入口５５、他端側をクリンカ排出口５６とし、この排出口５６が前述したように冷却塔２０からの排気筒２４内に連通開口されている。また、ロータリーキルン２１は、原料投入口側に先端側を先細り状にしたテーパ部５７を有し、排出口側に両端に渡って等径の直筒状部５８を有している。直筒状部５８の出口側に径を細くした段部５９が形成されている。
【００４６】
尚、原料投入口側にテーパ部５７を形成した理由は、粉末を含む原料の回転方向の分級性能をより向上せしめること及び装置の表面積をより削減せしめることにあるが、図８（ａ）に示すようにテーパ部５７を設けることなく全体を直筒状部５８ａとしてもよく、また、図８（ｂ）に示すように両端にアール部５８ｂを設けた直筒状部５８ｃとしてもよい。
【００４７】
ロータリーキルン２１の原料投入口５５には、予熱装置２２における最終段階サイクロン２２ｄの原料流下路６０の下端が挿入されいるとともに、燃焼用２次空気導入路６１が連通開口されている。この空気導入路６１には、大気中に開放可能な大気取り入れ口６２が形成されている。この大気取り入れ口６２は開閉弁６３によって開閉されるようになっている。また、原料流下路６０には燃料注入路６４が連通され、流下中の原料に燃料が混合されるようになっている。
【００４８】
一方、空気導入路６１には、冷却塔２０内に導入されて加熱状態のクリンカａ内を潜り抜けて加熱された冷却排気の一部を導入するようになっており、後述する冷却排気バイパス流路７２に連通されている。また、流量調整弁６５が設けられ、バイパス流路７２からの空気導入量を調整できるようにしている。
【００４９】
仮焼炉２３は、燃焼室２３ａの下端に排気筒２４の上端が連通されており、排気筒２４を通して冷却塔２０内からの冷却排気及びロータリーキルン２１内からの燃焼排気が導入されるようになっている。また、燃焼室２３ａには、燃料供給路７０及び予熱装置２２の第３段階サイクロン２２ｃからの原料流下路７１が連通されている。更に燃焼室２３ａには、冷却塔２０の固定下層部３５の上端部に連通させた冷却排気バイパス流路７２が連通され、この冷却排気が燃焼室２３ａ内における燃焼用２次空気として送り込まれるようになっている。
【００５０】
冷却排気パイパス流路７２は、その上流側端部７２ａが前述した冷却塔２０の固定下層部３５の上端に挿入されたテーパ筒３４ａの下側に連通開口され、下流側端部７２ｂが燃焼室２３に連通開口されている。このバイパス流路７２には流量調整弁７４が備えられ、仮焼炉２３に送り込まれる２次空気量を調整できるようにしている。
【００５１】
仮焼炉２３の上室２３ｂには仮焼された原料を燃焼排気とともに最終段階サイクロン２２ｄに送り込む排ガス流路７３が連通されている。
【００５２】
尚、図中２２ａは第１段階サイクロン、２２ｂは第２段階サイクロンであり、２５は原料注入口、２６は排ガス吸引機である。
【００５３】
次に、上記装置を使用したセメントクリンカの焼成工程について説明する。
【００５４】
予熱装置２２の原料注入口２５から排ガス流路に注入された原料は、高温の排ガスと接触して予熱されつつ、サイクロン２２ａ，２２ｂ，２２ｃに順次送られ、第３段階のサイクロン２２ｃから原料流下路７１を通って仮焼炉２３に送り込まれる。
【００５５】
仮焼炉２３の燃焼室２３ａ内は、ロータリーキルン２１からの燃焼排ガス及び冷却塔２０からの冷却排気の混合ガスと燃料及びバイパス流路７２を通して冷却塔で予熱された燃焼用２次空気が送り込まれて燃焼状態にあり、ここで原料が仮焼される。尚、冷却塔２０から排気筒２４を通って上昇される冷却排気は、ロータリーキルン内の燃焼用２次空気に使用され、仮焼炉２３内に送り込まれる。
【００５６】
仮焼炉２３で仮焼された原料は排ガスとともに排ガス流路７３を通って最終段階のサイクロン２２ｄに送り込まれ、ここで排ガスと分離され、原料流下路６０を通ってロータリーキルン２１の原料投入口５５に送り込まれる。この原料流下路６０内で燃料注入路６４から注入される燃料（例えば粉炭）が混合されてロータリーキルン２１内投入される。
【００５７】
ロータリーキルン２１内では、原料に混入されている燃料が燃焼される。この時ロータリーキルン２１内の原料温度が１４５０℃程度、ロータリーキルン２１内雰囲気温度を１２５０℃程度の温度になるように燃料注入量及びロータリーキルン回転速度、大気取り入れ口６２からの冷風取り入れ量を調整する。ロータリーキルン２１内での燃焼は燃焼用２次空気導入路６１を通して、冷却塔２０内で加熱された空気が燃焼用２次空気として供給される。尚、装置の運転開始時には大気取り入れ口６２から補助バーナー（図示せず）を挿入して燃焼させる。
【００５８】
ロータリーキルン２１は１０〜３０ｒｐｍ程度で高速回転されており、原料はロータリーキルン内壁に沿って上昇落下を繰り返し、テーパ部５７から直筒状部５８に移動しつつ焼成及び造粒される。
【００５９】
キルン２１が高速度で回転することによって多くの利点が生ずる。即ち、原料各成分、燃料及び炉内の酸素は回転により激しく混合されるので、燃料の燃焼速度、燃料と原料間の熱伝達率、原料各成分間の化学反応速度が著しく改善されると共に、造粒能力も公知の造粒機と同等の水準まで向上し粒径の整った製品が得られ、クリンカクーラーとして縦型充填層方式のものが採用可能となってシステム全体の熱回収効率が改善される。
【００６０】
キルンの所有内容積は従来の１／５以下となり、燃料の発生熱は壁面を介することなく原料に直接伝達されるため、従来のように焼成帯の雰囲気温度を維持するために必要とされた高温度の燃焼フレームは存在せず窒素酸化物の発生量が低減する。炉壁の温度が原料の温度を上回ることは無いので、原料が環状に付着して異常に成長したり崩落したりする事による操業上の支障は回避される。キルン外表面温度も低下し、これとキルン表面積の減少とが相俟って、放散による熱損失も低減しキルン自体の熱効率が向上する。キルンの熱効率の向上は燃焼排ガス量の減少をもたらし、同時にプレヒータ排ガスの持ち去り顕熱の削減となって二重の効果が得られる。
【００６１】
このようにして焼成されたセメントクリンカは直径１０〜２０ｍｍ程度の粒状となってクリンカ排出口５６から排気筒２４内に投入される。
【００６２】
排気筒２４内は、冷却塔２０からの冷却排気が高速で吹上げられているため、造粒されていない粉状物はこの上昇する噴流によって吹き上げられ、ロータリーキルン２１内に戻されるか又は仮焼炉２３に送られる。
【００６３】
冷却塔２０内は、順次落下されてくるクリンカａを固定下層部３５の底部から回転上層部３４の中腹部辺りまで堆積させ、この堆積量が維持されるように下端の排出装置４６を作動させ、これによって冷却塔２０内にクリンカ粒の縦型充填層を形成させる。
【００６４】
尚、回転上層部３４と固定下層部３５間及び固定下層部３５下部は、冷却空気の吹き抜けを防止する気密保持層ｈ１，ｈ２となっており、それぞれ上下層部間の結合部分及び下層部下端のクリンカ排出口５６からの冷却空気の吹き抜け防止が可能なクリンカ堆積高さが形成されるように設定されている。また、両気密保持層ｈ１，ｈ２の上側が、それぞれ冷却空気が通過する冷却層ｈ３，ｈ４となっている。
【００６５】
この冷却塔２０からなる縦型充填層式クーラーにおいてはキルン２次空気温度をクリンカ入口温度１４５０℃近辺まで高めることが可能であり、また中間から抽出される仮撚炉２次空気温度も９００℃以上に設定可能である。このことは所要冷却空気量の削減をもたらし廃ガスは排出されないので、そのための熱損失はなく、排ガスの処理設備も不要である。
【００６６】
またクーラーは水平に回転する機能を具備した上層部と、下部にクリンカ排出機能を具備し固定された下層部との２段の縦型充填層により構成されているため、クリンカは上層部の頂点にキルン出口から直接投入され、ヘッダユニットや絞り部によって通過断面積の縮小、拡大を繰り返しつつ重力によって徐々に下層部に移動し、排出機を介し生産量に応じて取り出される。
【００６７】
上下各冷却層の下部には、内壁面に沿って下部に開口を有する放射状の連通管で接続されている。上下それぞれのヘッダユニットは、上下に開口を有し圧力制御弁を具備した垂直管で接続されている。下層部のヘッダに送り込まれた冷却空気は各ヘッダ及び連通管の下部開口部からクリンカ層内に分散して上昇する。仮撚炉のための２次空気は上下層接続部の空間から抽出され、キルンのための２次空気は上層の頂部から取り出されるほか、仮撚炉のための抽気の一部が分配される。
【００６８】
上層部が回転することにより、キルンから投入されるクリンカは円周方向に均等に分配され、回転上層部と固定下層部との間では粒子相互間に作用する剪断力により軽度の固着物が解砕され、さらに円周方向の混合が促進される。層内通過断面積の変化はクリンカの自重による圧密現象を防止する上で効果的であり、これにより層内で閉塞する危険性が回避される。このようにクリンカの円滑な流れが保たれることによって冷却空気の流れも均等になり、円滑な操業が可能となり理論上の高い熱回収効率が達成される。
【００６９】
【発明の効果】
上述のように構成することにより、本発明に係るセメントクリンカの焼成方法及び焼成装置においては、単位製造量当たりの消費熱量が６５０ｋｃａｌ／ｋｇｃｌと、従来に比べて大幅に減少し、製造コストが削減されるとともに排出される二酸化炭素量が少なくなって環境汚染を減少させることができる。また、従来に比べて小型のキルンによりセメントクリンカの焼成及び造粒が可能となり、設備が簡略化されて場所を取らず、その製造コストも低くできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る装置の概略図である。
【図２】同上の要部の拡大断面図である。
【図３】同上の冷却塔部分を示す拡大断面図である。
【図４】図３中のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図３中のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】ロータリーキルンの支持部分を示す断面図である。
【図７】ロータリーキルンの他の駆動機構を示す断面図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は、それぞれロータリーキルンの他の例を示す断面図である。
【図９】従来のロータリーキルンを使用したセメントクリンカ焼成装置の概略図である。
【符号の説明】
ａ  セメントクリンカ
２０  冷却塔
２１  ロータリーキルン
２２  予熱装置
２３  仮焼炉
２３ａ  燃焼室
２４  排気筒
３４  回転上層部
３５  固定下層部
３４ａ  テーパ筒
３４ｂ  等径筒部
３６  車輪
３７  支持棚
３８  レール
４０  送風機
４１Ａ，４１Ｂ  ヘッダユニット
４２  水平環状部
４３  放射状部
４４  連通管
４５  冷風配管
４６  クリンカ繰出口
４７  排出装置
４８  流量調整弁
５０  滑り軸受
５１  タイヤ
５２  ローラー
５３  板バネ
５４  ガースギア駆動機構
５５  原料投入口
５６  クリンカ排出口
５７  テーパ部
５８  直筒状部
５８ａ，５８ｃ  直筒状部
５８ｂ  アール部
５９  段部
６０  原料流下路
６１  燃焼用２次空気導入路
６２  大気取り入れ口
６３  開閉弁
６４  燃料注入路
６５  流量調整弁
７０  燃料注入路
７１  原料流下路
７２  冷却排気バイパス流路
７２ａ  上流側端部
７２ｂ  下流側端部
７３  排ガス流路
７４  流量調整弁
【図１】
2004250260.tif 000003
【図２】
2004250260.tif 000004
【図３】
2004250260.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004250260.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2004250260.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成15年3月6日(2003.3.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項８】
回転上層部及び固定下層部には、その内周面に沿って内側に突出させた水平環状部と、該水平環状部の環状中心から放射状に配置した放射状部とを互いに連通させた下向き樋状の配風路を有するヘッダユニットを備え、前記下層部側のヘッダユニットに外気を導入する送風機からの送風路を連通させ、且つ前記下層部側ヘッダユニットと上層部側ヘッダユニットを連通する縦向きの連通管を備えてなる請求項７に記載のセメントクリンカの焼成装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
請求項８に記載の発明の特徴は、請求項７の構成に加え、回転上層部及び固定下層部には、その内周面に沿って内側に突出させた水平環状部と、該水平環状部の環状中心から放射状に配置した放射状部とを互いに連通させた下向き樋状の配風路を有するヘッダユニットを備え、前記下層部側のヘッダユニットに外気を導入する送風機からの送風路を連通させ、且つ前記下層部側ヘッダユニットと上層部側ヘッダユニットを連通する縦向きの連通管を備えたことにある。