(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒径６００μｍ以下の固形合成樹脂粒子のみを焼成燃料としてロータリーキルン窯前から噴出速度５０ｍ／ｓ以下で直進流若しくは旋回角度２０度以下の旋回流として吹き込むとともに、焼成燃料バーナーの内周及び外周に設けた空気噴出口から燃焼用空気を流速６０ｍ／ｓ以上で、内周空気噴出口からは直進流若しくは旋回角度２０度以上の旋回流として、外周空気噴出口からは直進流としてそれぞれロータリーキルンに吹き込み、かつ、焼成燃料の燃焼用空気量を理論燃焼空気量の１５％以下にすることを特徴とするセメント原料の焼成方法。
【請求項２】
固形合成樹脂の粒径が３００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載のセメント原料の焼成方法。
【請求項３】
請求項１または２の何れか記載の粒径の固形合成樹脂粒子が、固形合成樹脂を約６ｍｍ以下に粉砕し、この粉砕物を分級することによって得たものであることを特徴とするセメント原料の焼成方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法において、さらに分級後の過大粒径残分となった固形合成樹脂を、ロータリーキルン窯前の専用ノズルから補助燃料として吹き込み、他の主燃料と共に燃焼させることを特徴とするセメント原料の焼成方法。
【請求項５】
固形合成樹脂燃料のロータリーキルンへの吹き込みを空冷式のノズルを用いて行い、空冷用空気の一部をノズル先端から噴出させることを特徴とする請求項１〜４の何れか記載のセメント原料の焼成方法。
【請求項６】
噴出させる空冷用空気の空気量が、吹き込まれる固形合成樹脂の理論燃焼量空気量の３％以下であることを特徴とする請求項５記載のセメント原料の焼成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明はセメント原料を焼成してセメントクリンカーを得る際の焼成方法に関するものであり、より詳しくは焼成燃料としてプラスチックなどの固形合成樹脂を用いたセメント原料の焼成方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
一般にプラスチック等の合成樹脂類は高い発熱量を有するため、燃料源としての活用も期待されているが、塩素を含む合成樹脂は８００℃以下の焼成で有害なダイオキシンが発生するため、ダイオキシンが分解する高温領域で燃焼させる必要がある。このため、１４００℃〜１５００℃の高温焼成が行われるセメント製造用のロータリーキルンでの燃料としての活用が検討されている。可燃性合成樹脂をセメント原料燃焼用燃料とする場合、通常の燃料（一般に重油や微粉炭）と共に燃焼させる補助燃料としての使用が知られている。例えば特開平８−２８３０５３号では廃プラスチックを粒径２０ｍｍにしてキルン窯前の主燃料バーナー上に設置した専用ノズルから補助燃料として使用することが開示されている。
【０００３】
プラスチック類は重油や微粉炭と比べ単位重量当たり同等かそれより高い発熱量を有する。しかるに、プラスチックの燃料源としての活用は、セメント製造用焼成装置などへの実用的な適用に関する限り、これまで主燃料の一部を代替えするための補助燃料としての活用や燃焼方法が検討されてきたに過ぎない。セメント製造用焼成装置などで燃焼に供されるプラスチックは、その粒径が大きくなると従来燃料の如く効率良く燃焼させることは単独では甚だ困難となり、また粒子の大きい廃プラスチックはキルン内の所望の落下位置に達せずクーラー落口付近に落下して燃焼するものがあり、この場合、クリンカーの一部が還元性雰囲気で焼成されることになり、クリンカー性状に悪影響を及ぼす。一方で、特開平６−８２４７号では、９０μｍ以下に微粉砕した繊維強化プラスチックを燃料源の一部とすることが開示されているものの、プラスチックを微粉化しようとすると、微粉になる程、微粉自体が粉砕緩衝材となる作用が顕著に現れるため、粉砕が著しく進行し難くなり、粉砕コストが高騰し、従来燃料よりも遥かに単価の高い燃料となる他、燃料噴出口に溶着し易くなり、スムーズな燃料供給が行い難くなるなどの問題点も見られた。このようなことがプラスチック類のセメント製造用焼成燃料としての実用化に対する大きな制約原因となっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ロータリーキルンでセメント原料を焼成してクリンカーを作製する際の焼成燃料に、微粉炭や重油などのこれまでの燃料に替わって、プラスチックなどの固形合成樹脂を用いた場合に、従来燃料と同様の焼成効果が発現できるようにするためのセメント原料の焼成方法を提供するものである。より詳しくは、プラスチックなどの固形合成樹脂を燃料として用いる際に、これを製造効率低下やコスト高騰を招くような微粉化を行うことなく、且つ、他の燃料と併用することなく効率良くキルン中で燃焼でき、しかも焼成後のセメントクリンカーの性状は従来燃料で焼成されたものと遜色無いものが得られるようなセメント原料の焼成方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは種々の検討を行った結果、以下の（１）〜（９）に表す焼成方法によって、前記課題の解決を図ることができた。
【０００６】
即ち、本発明は、（１）粒径６００μｍ以下の固形合成樹脂粒子のみを焼成燃料としてロータリーキルン窯前から噴出速度５０ｍ／ｓ以下で直進流若しくは旋回角度２０度以下の旋回流として吹き込むこととともに、焼成燃料バーナーの内周及び外周に設けた空気噴出口から燃焼用空気を流速６０ｍ／ｓ以上で、内周空気噴出口からは直進流若しくは旋回角度２０度以上の旋回流として、外周空気噴出口からは直進流としてそれぞれロータリーキルンに吹き込み、かつ、焼成燃料の燃焼用空気量を理論燃焼空気量の１５％以下にすることを特徴とするセメント原料の焼成方法。（２）固形合成樹脂の粒径が３００μｍ以下であることを特徴とする、前記（１）のセメント原料の焼成方法。（３）前記（１）または（２）の何れかの粒径の固形合成樹脂粒子が、固形合成樹脂を約６ｍｍ以下に粉砕し、この粉砕物を分級することによって得たものであることを特徴とするセメント原料の焼成方法。（４）前記（３）の方法において、さらに分級後の過大粒径残分となった固形合成樹脂を、ロータリーキルン窯前の専用ノズルから補助燃料として吹き込み、非固形合成樹脂からなる主燃料と共に燃焼させることを特徴とするセメント原料の焼成方法。（５）固形合成樹脂燃料のロータリーキルンへの吹き込みを空冷式のノズルを用いて行い、空冷用空気の一部をノズル先端から噴出させることを特徴とする前記（１）〜（４）の何れかのセメント原料の焼成方法。（６）噴出させる空冷用空気の空気量が、吹き込まれる固形合成樹脂の理論燃焼量空気量の３％以下であることを特徴とする前記（５）のセメント原料の焼成方法。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明での焼成に供されるセメント原料とは、約１４００〜１５００℃の焼成で各種セメントクリンカーを得るために種々の成分が調合された配合物であって、セメントクリンカーが製造できるものである限り、特に限定されるものではない。
【０００８】
本発明で燃料の対象とする固形合成樹脂は、固形状のプラスチック等の合成樹脂であれば、何れのものでも良く、一例を挙げると、形状としては、フィルム状、板状、容器状、塊状、粒状、中空発泡体などを挙げることができ、また化学成分も塩素含有有無に拘わらず何れのものでも良い。より好適には資源リサイクルなどの観点から廃棄に供される固形状の合成樹脂類、いわゆる廃プラスチックが望ましい。このような固形合成樹脂が６ｍｍを超える大きさであれば、例えば公知の破砕、切断、粉砕等の手法で、好ましくは粒径６ｍｍ以下の大きさの粒子にする。より好ましくは粒径１ｍｍ以下の大きさの粒子にする。
【０００９】
本発明では、前記の粒径範囲の粒子から、例えば分級などの公知の粒度選別方法を用いて、粒径６００μｍ以下の粒子を選別し、より好ましくは粒径３００μｍ以下の粒子を選別し、これをセメント製造用のロータリーキルンの焼成燃料に用いる。粒径６００μｍ以下の粒子は、従来から焼成燃料に使用されている重油や微粉炭などと同様に、キルン中で酸素拡散により空間燃焼可能で、従来燃料を用いた場合と同様の燃焼フレームを形成することができる。一方、粒径６００μｍを超える粒子では酸素拡散による空間燃焼が容易でなく、従来燃料の代替えとしての単独での燃料化には適し難い。尚、本発明者らが実際に調べた知見からは、粗大プラスチックを粉砕によって１ｍｍ以下の粒径にせしめた際には、一般に６００μｍ以下の粒子が概ね６割（重量換算）を占める。
【００１０】
粒径６００μｍ以下の粒子を燃料としてロータリーキルンに吹き込む際は、ロータリーキルン窯前から吹き込む。吹き込み時は、噴出速度５０ｍ／ｓ以下で直進流若しくは旋回角度２０度以下の旋回流として吹き込むことが好ましい。噴出速度５０ｍ／ｓ及び旋回角度２０度を超えると、噴出後の固形合成樹脂粒子の円周方向への運動量が多くなり、燃焼用空気からなる外流の外に放出される粒子が出現し、キルン焼成帯での燃焼フレーム形成が困難になるので好ましくない。また、当該粒子のキルンへの吹き込みは、重油や微粉炭などの従来燃料で使用されているものと同様の主燃料ノズルで行うことができる。
【００１１】
また、本発明では該固形合成樹脂粒子を燃料とし、これを１００％燃焼させるために、キルンに供給する燃焼用空気量を該当する合成樹脂の理論燃焼空気量の１５％以下、好ましくは１２％以下にする。キルンに供給する燃焼用空気量が、該当する合成樹脂の理論燃焼空気量の１５％を超える量になると着火性が低下し、フレームが不安定となるので好ましくない。
【００１２】
前記の燃焼用空気のロータリーキルンへの吹き込みは、十分な燃焼効率とフレームの安定形成のため、燃料噴出ノズルの内周及び外周に設けた空気噴出口から同時に行うのが好ましく、内周及び外周の噴出口共、空気噴出速度は流速６０ｍ／ｓ以上、より好ましくは流速１００ｍ／ｓ以上とし、内周側噴出口からは直進流若しくは旋回角度２０度以上の旋回流として吹き込み、外周側噴出口からは直進流で吹き込むことが好ましい。空気流速６０ｍ／ｓ未満ではキルン内での拡散性が低下するため、焼成帯で燃焼されないプラスチック粒子が増大し、燃焼フレームが形成され難くなり好ましくない。
【００１３】
本発明では、焼成に供されるセメント原料のロータリーキルンへの投入方式や焼成温度、時間等の条件は、従来から行われている方法と同様な方法・条件で行うことができる。
【００１４】
また、本発明に於いては、前記の如く固形合成樹脂の粉砕等を行い、粉砕物を分級して粒径６００μｍ以下のセメント原料焼成用燃料に単独利用できる粒子を選別した後の過大粒子からなる残分、即ち６００μｍを超える固形合成樹脂粒については、単独でセメント原料焼成用燃料とせずに、重油や微粉炭などの従来燃料或いは６００μｍ以下の固形合成樹脂粒子を主燃料とする場合の補助燃料としてセメント製造用に利用することができる。この場合、補助燃料の固形合成樹脂粒は、窯前の主燃料バーナー周囲に配置した単数或いは複数の専用ノズルから、好ましくは２５ｍ／ｓ以下の噴出速度で直進流又は旋回角度２５度以下の旋回流でキルン中に吹き込み、主燃料によって形成される燃焼フレームの輻射で空間燃焼させる。また、６００μｍを超える固形合成樹脂粒はこのような窯前からの吹き込み以外にも、公知の窯尻から吹き込む方法や仮焼炉で使用する方法にも燃料として利用することができる。
【００１５】
また更に、本発明では、固形合成樹脂を比較的長時間ノズルからロータリーキルンへ吹き込む場合、該樹脂が微細なほどノズル先端に発生する循環流によって吹き戻され易く、これがノズル先端面に溶着し、樹脂吹き込み口が閉塞する現象を防ぐため、固形合成樹脂燃料のキルンへの吹き込みを空冷式のノズルを用いて行い、且つこのノズル先端に空冷用空気が噴出する噴出口を設け、ノズル先端から空冷用空気の一部を噴出させることが望ましい。空冷式ノズル自体の構造は一般的な多重管構造のもので良い。該噴出口での空冷用空気噴出量は、吹き込む固形合成樹脂の理論燃焼量空気量の最大３％までが好ましく、より好ましくは１％までとする。３％を超える空気量の噴出は、燃焼フレームが不安定となり、失火を生じることがあるので好ましくない。このように樹脂燃料噴出用に空冷式ノズルを用い、空冷用空気の一部をノズル先端から噴出させる方法を適用することにより、プラスチック粒をより低速で、例えば溶着発生が故に長時間吹き込みが困難とされてきた１０ｍ／ｓ以下の噴出速度であっても、キルン中へ吹き込むことが可能となる。以上の他にも、本法は、少なくとも熱可塑性の固形合成樹脂を燃料として用い、燃焼装置内に噴出する様々な態様に対し、燃料吹き出し口の樹脂溶着に伴う閉塞防止作用の点で、十分適用することができる。
【００１６】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はここで示した実施例に限定されるものでは無い。
市販のポリエチレン樹脂からなる成形品を、ミルを用いて約１ｍｍ以下に粉砕した後、振動篩で分級し、６００μｍ以下（実施例１〜４と比較例１）又は３００μｍ以下（実施例５〜７）の粒径のポリエチレン粒子を得た。これを定量供給装置で所定の供給量に調整し、ブロワで搬送空気によりロータリーキルンへ送った。
【００１７】
使用したロータリーキルンは全長２７ｍ、内径（Ｄ）が１．５ｍで、その窯前部分の構造はメインバーナーとして燃料噴出ノズルがロータリーキルンの窯前に設置されたものであり、また主燃料噴出ノズルの内周及び外周にはそれぞれ燃焼用空気噴出口が存在し、外周の空気噴出口は直進流のみ噴出されるよう固定し、主燃料噴出ノズルと内周の空気噴出口の先端には、角度を任意に変更できる耐熱性の旋回羽根を設けた。尚、内周側噴出口から噴出する空気を内流とし、外周側噴出口から噴出する空気を外流と称す。また、一部の実施例（実施例７）では、この主燃料噴出ノズルに空冷式の多重管ノズルを用い、その先端の冷却空気管部に小孔を設け、冷却空気の一部、即ちポリエチレン樹脂の理論燃焼空気量のおよそ１％相当の冷却空気が、キルンに直接噴出するようにした。
【００１８】
何れのノズルでもポリエチレン粒子噴出速度は、ブロアの流量及び／又はノズルの断面積の変化で調整した。また、ポリエチレン粒子の吹き込み空気に対する重量比は、ブロアの流量或いは定量供給機からの粒子供給量で調整した。尚、通常運転時の重油使用量は約３４０Ｌ／ｈであり、キルン内温度は約１４５０℃であった。
【００１９】
前記ロータリーキルンでの燃焼条件を表１に記載の如く設定し、それぞれ公知の普通ポルトランドセメント製造用原料を焼成した。焼成の際は、ポリエチレン粒子を４時間以上連続して吹き込んだ。焼成後、得られたセメントクリンカーに重量比３％の石膏を添加し、これを混合粉砕して得たセメントを用い、その色調をＪＩＳ  Ｚ８７２２に準じた方法で測定し、Ｌ*ａ*ｂ*表色系でｂ*（ｂ値と称す）を調べた。その結果も表１に表す。尚、従来法通り燃料に重油又は微粉炭だけを用いて焼成したセメントクリンカーから製造した普通ポルトランドセメントのｂ値は、６．０〜６．５であることが知られている。また、参考のため前記分級により篩未通過残分となった６００μｍを超えるプラスチック粒のみを主燃料として前記同様の焼成条件で焼成してなるセメントクリンカーに重量比３％の石膏を添加し、これを混合粉砕して得たセメントの色調を表１に併せて表す。
【００２０】
【表１】
0004589477.tif 000002
【００２１】
【発明の効果】
本発明の製造方法によれば、セメント原料焼成用燃料に可燃性の固形合成樹脂粒子のみを使用しても、従来法による燃料での焼成と同様の焼成効果を得ることができ、従来法で得られたセメントと品質、色などの点でも何等遜色無いセメントを製造することができる。また、本法は、近年急増している廃プラスチックなどをセメント原料焼成用の燃料に大量に代替できることから、セメントクリンカー製造コストの低減化が図れると共に、廃プラスチック類の再資源化策としても極めて有望である。