(57)【要約】セメント調合原料を予熱装置（１）で予熱し、上端（３ａ）と下端（３ｂ）とを有する仮焼炉（３）で仮焼し、焼成窯（５）で燃焼させてクリンカーとし、それからクリンカー冷却装置（７）で冷却してセメントクリンカーを製造する方法および生産設備について記述する。本発明は焼成窯（５）からの排ガスを仮焼炉の上端（３ａ）に導入すること、燃料を同様に仮焼炉の上端（３ａ）に導入すること、排ガス／燃料サスペンションを仮焼炉（３）内を下降させること、クリンカー冷却装置（７）からの予熱空気と予熱装置（１）からの予熱調合原料とを一緒にまたは別々に焼成窯からの排ガスと、燃料とが導入される領域の下の位置で仮焼炉（３）内に導入すること、予熱空気を仮焼炉（３）内を下降させながら排ガス／燃料サスペンションと徐々に混合させること、調合原料を仮焼炉の壁に沿って仮焼炉（３）内を重力で下降させ仮焼炉の下端（３ｂ）で排ガスに懸濁させること、そして排ガス／調合原料サスペンションを仮焼炉の下端（３ｂ）から抜き出して調合原料を分離するための分離手段（４）に運びそれから調合原料を焼成窯（５）へ振り向けることを特徴とする。この方法によれば揮発成分の少ない燃料を使用した場合でも焼成窯排ガスと一緒に仮焼炉に導入されるＮＯｘを顕著に減らすと同時に高い燃焼率を実現し、さらに燃料と一緒に仮焼炉に導かれる窒素のＮＯｘへの変換率が低く抑えられる。
2004507422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント調合原料を予熱装置（１）で予熱し上端（３ａ）と下端（３ｂ）とを有する仮焼炉（３）で仮焼し焼成窯（５）で燃焼させてクリンカーとし、それからクリンカー冷却装置（７）で冷却してセメントクリンカーを製造する方法において、焼成窯（５）からの排ガスを仮焼炉の上端（３ａ）に導入すること、燃料を同様に仮焼炉の上端（３ａ）に導入すること、排ガス／燃料サスペンションを仮焼炉（３）内を下降させること、クリンカー冷却装置（７）からの予熱空気と予熱装置（１）からの予熱調合原料とを一緒にまたは別々に焼成窯からの排ガスと燃料とが導入される領域の下の位置で仮焼炉（３）内に導入すること、予熱空気を仮焼炉（３）内を下降させながら排ガス／燃料サスペンションと徐々に混合させること、調合原料を仮焼炉の壁に沿って仮焼炉（３）内を重力で下降させ仮焼炉の下端（３ｂ）で排ガスに懸濁させること、そして排ガス／調合原料サスペンションを仮焼炉の下端（３ｂ）から抜き出して調合原料を分離するための分離手段（４）に運びそれから調合原料を焼成窯（５）へ振り向けることを特徴とする方法。
【請求項２】
焼成窯排ガスを仮焼炉の上端（３ａ）に、放射状、接線方向または軸方向に導入することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
燃料を焼成窯排ガスと一緒に仮焼炉の上端（３ａ）に導入することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
燃料を別個に仮焼炉の上端（３ａ）に導入するをすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
燃料を仮焼炉（３）の頂部から軸方向に噴射することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
焼成窯排ガスと燃料の混合サスペンションを仮焼炉（３）内を下降させながら炉内中心部で火炎を発生させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
クリンカー冷却装置（７）からの予熱空気と予熱装置（１）からの予熱された調合原料とを空気／調合原料混合サスペンションとして仮焼炉に導入することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
空気／調合原料サスペンションを接線方向に導入して調合原料を仮焼炉の壁に向かって噴射させ重力作用で炉壁に沿って滑り落とすようにし、火炎の周囲には空気のエアークッションを形成させて火炎を包み空気と排ガス／燃料サスペンションとを徐々に混合させることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
予熱した調合原料を装置の下流方向に沿ういくつかの位置で仮焼炉（３）に導入することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
予熱装置（１）からの予熱調合原料を仮焼炉の下端（３ｂ）および移行区間（３ｃ）に導入することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
予熱装置（１）からの予熱調合原料を焼成窯排ガスと一緒に仮焼炉に導入することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
このようにして導入される予熱調合原料を焼成窯（５）からガスが排出された直後にこの排ガス流れに導入することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
予熱装置（１）、上端（３ａ）および下端（３ｂ）を有する仮焼炉（３）、焼成窯（５）および後続するクリンカー冷却装置（７）を具備し焼成窯排ガスを仮焼炉の上端（３ａ）に導入するための手段（１５）と、燃料を仮焼炉の上端（３ａ）に導入するための手段（１３）と、焼成窯排ガスと燃料とを導入する領域の下の位置でクリンカー冷却装置（７）からの予熱空気を仮焼炉（３）に導入するための手段（１１）と焼成窯排ガスと燃料とを導入する領域の下の位置で予熱調合原料を仮焼炉（３）に導入するための手段（１７）と、排ガス／調合原料サスペンションを仮焼炉の下端（３ｂ）から抜き出し、それを分離手段（４）に運ぶための手段（６）と、分離した調合原料を焼成窯（５）に運ぶための手段（８）を具備することを特徴とする前記発明の方法を実施するための生産設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明はセメント調合原料を予熱装置（１）で予熱し、上端（３ａ）と下端（３ｂ）とを有する仮焼炉（３）で仮焼し焼成窯で燃焼させてクリンカーとし、それからクリンカー冷却装置で冷却してセメントクリンカーを製造する方法に関する。さらに本発明は前記方法を実施するための生産設備に関する。
【０００２】
（背景技術）
セメントを製造するための前記種類の生産設備は文献に記載されよく知られている。ある生産設備では石油コークのような揮発成分の少ない燃料を使用するように仮焼炉が設計されており、また別の生産設備ではＮＯｘ発生量を低く抑えるように仮焼炉が設計されている。今後ＮＯｘの許容濃度がさらに厳しく規制され、そして揮発性成分含量の低い燃料の使用が有利な状況が続くことは間違いないものと思われる。それゆえこれら二つの有利な効果を同時に実現するためのセメント製造法と生産設備に対する必要性がある。
【０００３】
ＮＯｘの発生を抑制するための技術および前記種類の設備で揮発成分の少ない燃料を燃やすための技術に関してはさまざまな技術の利用が可能である。ＮＯｘの発生量を抑制するには燃焼装置ならびに仮焼炉および予熱装置の設計を工夫する一次的な手法と予熱装置の所定位置にアンモニアや尿素などの添加物質を注入する二次的な手法とが考えられる。
【０００４】
たとえばＩＬＣ低ＮＯｘタイプの焼成窯生産設備は日本特願昭５３−１５５４３３号に記載されている。この生産設備は焼成窯と仮焼炉の間に燃焼室が置かれ、実施上その燃焼室は仮焼炉の下部を構成している。ＮＯｘ発生の抑制はいわゆる還元ゾーンを構成する燃焼室に燃料を注入し燃料の燃焼と同時に焼成窯からの排ガスに含まれるＮＯｘと反応させることによって実現される。これより新しい方法によれば温度を制限するために予熱装置からの少量の予熱調合原料がこのゾーンに導入される。つづいてクリンカー冷却装置からの予熱空気と、予熱装置からの予熱調合原料が仮焼炉に導入される。この公知の焼成窯では焼成窯からの排ガスは燃焼室の底部に導入される。そうすることによってガスは燃焼室およびそれにつづく仮焼炉の中を上昇することになる。このタイプの仮焼炉では調合原料は仮焼炉を上に向かって流れるガス流れに懸濁される形で仮焼炉の主要部分を通過して上昇しなげればならない。このタイプの仮焼炉の場合、ガス／燃料サスペンションが過度に冷却されるために揮発成分の少ない燃料を仮焼炉で燃焼させるとＮＯｘ発生量を低く抑えることができないという明らかな欠点がある。
【０００５】
たとえばＳＬＣ−Ｄタイプの焼成窯生産設備が米国特許第４０１４６４１号およびＰＣＴ／ＤＫ９７／０００２９に記載されている。このタイプの生産設備は仮焼炉が組み込まれており、その仮焼炉は下向きのガスダクトとして設計された室を有し前記下向きダクトの下端は上向きガスダクトに接続され、さらに前記上向きダクトは焼成窯の排ガス排出端に接続されている。仮焼は基本的には下向きガスダクトの中で行われる。仮焼炉に使用される燃料の大部分は仮焼炉の頂部から軸方向に導入される。クリンカー冷却装置からの予熱空気と予熱調合原料は仮焼炉の頂部に接線方向に注入される。このようにすることで仮焼炉燃料の実質的な量の完全燃焼が確保され、それと同時に室の中を下方に向かって通過する間に仮焼される。仮焼炉からの排ガスサスペンション、未燃焼燃料および少なくとも一部仮焼された調合原料は上向きガスダクト内で焼成窯排ガスの上向き流れと合わされる。場合によっては少量の仮焼炉燃料と少量の予熱調合原料が前記焼成窯排ガスに添加される。合わせたまたは混合した排ガス／材料サスペンションは上向きダスト内を貫通して上昇する。クリンカー冷却装置から供給されたことのない調合原料および予熱空気が残っていればそれをこのガスダクトに添加することができる。この公知タイプの生産設備の利点は揮発成分の少ない燃料を使用した場合でも高い燃焼効率の実現を可能にする仮焼炉の実施態様によってこうした燃料を使うことができる点にある。さらに仮焼炉でのＮＯｘの発生もいちじるしく少ない。しかしこのタイプの焼成窯生産設備は焼成窯のスモーク室および／または焼成窯の立ち上がりダクトに被覆層が形成されるのを防止するため未仮焼調合原料の一部を焼成窯から排ガス中へ直接添加する必要が生じるかもしれないという欠点がある。直接添加が行われた場合、排ガス／燃料サスペンションは過度に冷却されることとなり揮発成分の少ない燃料を使用した場合に焼成窯中にＮＯｘが発生するのを抑制する可能性が制限されることにつながる。
【０００６】
（発明の開示）
本発明の目的は揮発成分の少ない燃料を使用した場合でも高い燃焼効率を実現し、かつ低いＮＯｘ発生率とを実現しうるセメント製造法および生産設備を提供することにある。
【０００７】
この目的は前記序論で説明したような焼成窯からの排ガスを仮焼炉の上端に導入すること、燃料を同様に仮焼炉の上端に導入すること、排ガス／燃料サスペンションを仮焼炉内を下降させること、クリンカー冷却装置からの予熱空気と、予熱装置からの予熱調合原料とを、一緒にまたは別々に焼成窯からの排ガスと燃料とが導入される領域の下の位置で仮焼炉内に導入すること、予熱空気を仮焼炉内を下降させながら排ガス／燃料サスペンションと徐々に混合させること、調合原料を仮焼炉の壁に沿って仮焼炉内を重力で下降させ仮焼炉の下端で排ガスに懸濁させること、そして排ガス／調合原料サスペンションを仮焼炉の下端から抜き出して調合原料を分離するための分離手段に運びそれから調合原料を焼成窯へ振り向けることを特徴とする方法によって達成される。
【０００８】
この方法によれば揮発成分の少ない燃料を使用した場合でも焼成窯排ガスと一緒に仮焼炉に導入されるＮＯｘを顕著に減らすと同時に高い燃焼率を実現しさらに燃料と一緒に仮焼炉に導かれる窒素のＮＯｘへの変換率が低く抑えられる。このように揮発成分の少ない燃料を使用して燃焼工程を進める場合でも９００ないし１５００゜Ｃの高温を維持しＮＯｘを含む焼成窯排ガスに仮焼炉の燃料を導入しながらＮＯｘ削減領域を作り出すことが可能になろう。このようなＮＯｘ削減領域を実現できれば生成するＮＯｘ量は従来技術で達成される量よりもはるかに低レベルに抑えることができる。仮焼炉内を下降する調合原料は実質的に重力の下に仮焼炉の壁に沿って下降する経路をとるため高い燃焼温度が実現される。高い燃焼温度の実現はＮＯｘの正味生成量を抑制するばかりでなく生産設備を安定に運転するために必要な燃料の速やかな燃焼をも可能にする。仮焼炉の壁に沿って下向きに向かう調合原料は高温にさらされるおそれのある壁を高温から守り、その結果、波及効果として壁を覆う被覆物のレベルを低く抑える効果ももたらす。
【０００９】
焼成窯排ガスは適当な各種方法により仮焼炉の上端にたとえば放射状に導入したりあるいは接線方向または軸方向に導入することができる。
【００１０】
燃料は仮焼炉の上端に焼成窯排ガスと一緒に導入してもよいし別々に導入してもよい。もし燃料を別個に導入する場合は仮焼炉の上端から軸方向に注入する方法で導入することが好ましい。このような軸方向の注入は仮焼炉の中心線に沿って行ってもよいが中心線から放射状に位置をずらして行うこともできる。しかし燃料を仮焼炉の側面から放射状に注入することもできるし接線方向あるいはそれらとは別のやり方で注入することもできる。もし燃料を焼成窯排ガスと一緒に注入する場合は燃料と排ガス中のＮＯｘが効果的に接触するような位置で燃料を焼成窯排ガス中に導入することが好ましく、そうすることによってＮＯｘ還元過程は最適化される。この注入はできれば焼成窯排ガスが導入されるよりも前の適当な位置で行うことが好ましい。
【００１１】
焼成窯排ガスと燃料の混合サスペンションは仮焼炉を下向きに通過させ仮焼炉の中央領域に火炎を作ることが好ましい。
【００１２】
クリンカー冷却装置からの予熱空気と予熱装置からの予熱調合原料はできれば組み合わせた空気／調合原料サスペンションとして仮焼装置に導入することが好ましい。またこの空気／調合原料サスペンションを接線方向に導入して調合原料を仮焼炉の壁に向かって噴射させ、重力作用で炉壁に沿って滑り落とすようにし火炎の周囲には空気のエアークッションを形成させて火炎を包み、空気と排ガス／燃料サスペンションとを徐々に混合させることが好ましい。
【００１３】
別の方法としてクリンカー冷却装置からの予熱空気と予熱装置からの予熱調合原料は別々に仮焼炉に導入してもよい。この方法を適用する場合、空気は軸方向に導入してもよいし放射状あるいは別の適当な方式で導入してもよいが、他方、調合原料は１個の導入口または仮焼炉の周辺部に実質的に一様に配置された数個の導入個から導入することが有利であろう。
【００１４】
仮焼炉の燃焼温度を制御し、たとえば揮発成分の少ない燃料のように高温度で比較的長時間を要する燃料に対して満足できる燃焼度を実現するには予熱した調合原料を装置の下流方向に沿ういくつかの位置で仮焼炉に導入すれば有利であろう。したがって予熱した調合原料は仮焼炉の下端に導入することが好ましい。仮焼炉の下端に導入された調合原料は直ちに仮焼を受けるため仮焼工程に使用される水準まで温度を低下させる。
【００１５】
また予熱装置からの予熱調合原料はその触媒効果によってＮＯ＋ＣＯからＮ２＋ＣＯ２への変換反応を促進し、その結果としてＮＯｘのレベルをさらに引き下げるため焼成窯排ガスと一緒に仮焼炉に導入することもできる。このようにして導入される予熱調合原料は焼成窯から排ガスが排出された直後にそのガス流れに導入すると有利かもしれない。すなわちこうすることにより調合原料が焼成窯排ガスの温度を引き下げるため焼成窯排ガスを焼成窯から仮焼炉に運ぶダクト中でケーキングが起きるのが抑えられる。このシナリオでは調合原料が仮焼炉の壁に密接した状態を保つように排ガス／調合原料サスペンションを仮焼炉の上端に接線方向に導入すると有利である。そうすることにより仮焼炉の還元領域中心部における調合原料の量は十分小さくなる。このことは揮発成分の少ない燃料を使用しても、高温言い換えれば着火とＮＯｘの削減に有利な条件の実現が可能になることを意味する。
【００１６】
（発明を実施するための最良の形態）
本発明の方法を実施するための生産設備は予熱装置、上端と下端を有する仮焼炉、焼成窯およびその後ろに続くクリンカー冷却装置を具備する種類のものであり、予熱装置、上端および下端を有する仮焼炉、焼成窯および後続するクリンカー冷却装置を具備し焼成窯排ガスを仮焼炉の上端に導入するための手段と燃料を仮焼炉の上端に導入するための手段と、焼成窯排ガスと燃料とを導入する領域の下の位置でクリンカー冷却装置からの予熱空気を仮焼炉に導入するための手段と、焼成窯排ガスと燃料とを導入する領域の下の位置で予熱調合原料を仮焼炉に導入するための手段と、排ガス／調合原料サスペンションを仮焼炉の下端から抜き出しそれを分離手段に運ぶための手段と、分離した調合原料を焼成窯に運ぶための手段を具備することを特徴とする。
【００１７】
次に添付図面を参照しながら本発明をさらに詳細に説明するが図面に描かれた図は本発明によってその方法を実施するための生産設備を単に示すためのものものに過ぎない。
【００１８】
図にはセメントクリンカーを製造するための焼成窯生産設備を示してある。この生産設備はサイクロン予熱装置（図には最後のサイクロン１のみが描いてある）分離のためのサイクロン４を備えた仮焼炉３、ロータリー焼成窯５およびクリンカー冷却装置７を具備する。さらにこの生産設備は焼成窯排ガスを仮焼炉３に運ぶための焼成窯立ち上がりダクト９と、予熱空気をクリンカー冷却装置７から仮焼装置３まで予熱空気を運ぶためのダクト１１とを具備する。原料粉砕設備（図示されていない）からの調合原料は予熱装置で排ガスと向流させながら予熱しそれからサイクロン１中で予熱装置から分離し、仮焼炉３へ運ばれそこで仮焼を受ける。仮焼された調合原料は分離サイクロン４の底部からダクト８を経てロータリー焼成窯５に向かい、そこで燃焼されてセメントクリンカーに成り続いてクリンカー冷却装置７で冷却される。ロータリー焼成窯５および仮焼炉３からの排ガスは概略的に描かれたファン６によりサイクロン４を通して仮焼炉３からそしてさらに予熱装置を通して吸引される。
【００１９】
本発明により焼成窯排ガスは燃料と同時にまたは燃料の少なくとも大部分が仮焼炉に導入された直後に仮焼炉３の上端３ａに導入される。図示された実施態様では燃料は仮焼炉３の頂部から内部に向かって軸方向に突き出るように取りつけられたバーナー１３を通して仮焼炉３に導入され焼成窯排ガスは仮焼炉の上端３ａの側面から内部に向かって接線方向に口を開ける導入ダクト１５を通して導入される。したがってバーナー１３を通して仮焼炉３に導入される燃料の燃焼は酸素を低濃度で含む焼成窯排ガスから成る雰囲気中で始まる。その結果還元領域が形成され、そこでは焼成窯排ガスと一緒に供給されるＮＯｘが燃料と反応し、その結果ＮＯｘレベルは低下する。
【００２０】
適当な長さの還元領域を過ぎて仮焼炉のさらに下流の仮焼炉３の内部に向かって接線方向に口を開けるダクト１１を通してクリンカー冷却装置７からの予熱空気が導入される。予熱装置からの予熱調合原料の大部分は冷却装置からの予熱空気と一緒に仮焼炉の矢印１７で示す位置に導入される。導入が接線方向に行われるために予熱空気／調合原料サスペンションはらせん状の経路を通りさらに燃焼区間を通過して下方に向かって流れ、調合原料は仮焼炉の壁に向かって放出されそこからは重力作用によってこの壁に沿って滑り落ち他方、予熱された空気は仮焼炉の中心部で火炎を包み次第に排ガス／燃料サスペンションと混ざり合う。その結果仮焼炉中心部における調合原料の量は十分小さくなる。このことは揮発成分の少ない燃料を使用しても、高温言い換えれば高い燃料燃焼率を実現することができることを意味する。仮焼炉の壁に沿って滑落する調合原料は仮焼炉の中心燃焼区間からの熱の蓄積によって仮焼されその結果燃焼区間の広がる高温から仮焼炉の壁を保護する熱遮蔽体として働く。
【００２１】
仮焼炉の下端３ｂでは調合原料は下向きに流れる排ガス流れ中に懸濁される。その結果調合原料はさらに仮焼を受けて排ガスの温度を下げる。つづいて排ガス／調合原料サスペンションは移行区間３ｃを経て分離サイクロン４まで運ばれそこで調合原料は排ガスから分離されサイクロン４の底部出口からロータリー焼成窯５に運ばれる。
【００２２】
燃焼区間の温度を制御しそれと同時に仮焼炉からの排ガスの排出温度を引き下げるために仮焼炉の下端３ｂの矢印１９で示す位置か移行区間３ｃに予熱した少量の調合原料を導入してもよい。
【００２３】
さらにロータリー焼成窯５から排出された直後の排ガス流れの矢印２１で示す位置に予熱装置からの少量の予熱調合原料を導入してもよい。この調合原料は焼成窯排ガスの温度を引き下げることになる。その結果ダクト９の内部に発生するケーキングの問題は軽減される。さらにこの調合原料はその触媒効果のために仮焼炉３におけるＮＯｘのレベルを下げる効果を示す。この場合仮焼炉の壁に密接して調合原料を維持するため排ガス／調合原料サスペンションは仮焼炉の上端から内部に向かって接線方向に導入される。その結果仮焼炉の還元領域の中心部の調合原料の量は十分少ない。このことは揮発成分の少ない燃料を使用しても高温言い換えれば着火とＮＯｘの削減に有利な条件の実現が可能になることを意味する。
【国際公開パンフレット】
2004507422.tif 000003
2004507422.tif 000004
2004507422.tif 000005
2004507422.tif 000006
2004507422.tif 000007
2004507422.tif 000008
2004507422.tif 000009
2004507422.tif 000010
2004507422.tif 000011
2004507422.tif 000012
2004507422.tif 000013
2004507422.tif 000014
2004507422.tif 000015
2004507422.tif 000016
2004507422.tif 000017
【国際調査報告】
2004507422.tif 000018
2004507422.tif 000019
2004507422.tif 000020