JPS5825926B2 - セメント焼成装置の燃焼排ガス中のＮＯｘを低減する方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はセメント焼成装置の燃焼排ガス中の窒素酸化
物を低減する方法と装置に関するものである。

一般に、液体および気体燃料を燃焼するセメント焼成用
のロータリキルンの燃焼排ガス中に含まれる窒素酸化物
（ＮＯｘ ）を低減するために種すの方法が提案されて
いる。

先づ、セメント焼成におけるこの様な第１の方法として
は燃焼のときのＮＯｘの発生量を低減する方法があり、
この方法では燃焼温度の低下と酸素濃度の減少が有効な
ことを利用して燃焼排ガスの一部を循環する方法や、燃
焼を２段階に行って先づ一部を酸素不足気味または低い
過剰空気比のもとで燃焼し、次いでその残りを低酸素濃
度で行う２段燃焼法や、炉内に燃料を接線方向に吹込ん
で燃焼させる方法や、バーナを改良して分割火炎をつく
る方法等が考案されている。

また、第２の方法としては触媒の下で還元ガスによりＮ
Ｏｘを還元して無害なＮ２ガスに還元する方法があり、
この方法にては例えば還元剤としてＣ０１Ｈ２、ＮＨ３
、Ｈ２Ｓ１ＣｍＨ２ｎ（Ｃ３Ｈ８、Ｃ２Ｈ６、ＣＨ４等
）が用いられ、また種りな触媒が開発されている。

更に、第３の方法としては触媒の下で酸化物によりＮＯ
を酸化してＮＯ２として吸収除去する方法があり、例え
ばオゾンによる酸化や触媒との組合せが検討されている
。

しかし、上述のセメント焼成における第１の燃焼により
ＮＯｘを抑制する方法は燃焼反応の機構からいってＮＯ
ｘの発生量を或限度以下に従来では抑えきれない。

すなわち、反応時にできる多くの基、イオン、原子状の
酸素等の効果によって化学量論的にＮＯｘの発生を制御
することができないし、また還元状態に保ってＮＯｘの
発生を抑制しようとすれば、煤やＮＨ３、Ｃ０８１その
他の有害物質の発生反応が併発したり、熱効率の低下を
もたらすので、還元状態に限度がみられる。

また第２、第３の方法では触媒により反応速度を促進し
て実用的なものにしており、温度域もロータリキルンで
熱交換が済んだガスを用い比較的低温のことが多い。

これは還元反応の反応速度が低温で速いことや、熱交換
後のガスの利用により経済的に有利なことや、更に触媒
の活性との関係を有すること等が考えられる。

しかし、実際には、セメント焼成用のロータリキルンの
高温、含塵、触媒に有害な要素を含むガスにおいては多
大の困難を生じ、長期間安定して使用するための実用化
が困難で、且つ莫大な費用を要し不経済である等の欠点
がみられる。

従って、この発明は、この様な従来での欠点を除去する
ために、被加熱物と熱交換をすませたセメント焼成用の
ロータリキルンからの燃焼排ガス中に燃料を供給して燃
焼させて還元ガス気流とした後に、この還元ガス気流中
に酸素を含むガスを供給して未燃焼ガスを燃焼し、この
燃焼中または燃焼させた後に燃焼ガスを熱回収装置を通
して排出することを特徴とするセメント焼成装置の燃焼
排ガス中の窒素酸化物を低減する方法とその装置を提供
することを主な目的とするものである。

一般にセメント焼成のときには焼成物品を１４５０℃以
上に加熱するので、フレームの温度が２０００℃以上に
も達するが、この様なセメント焼成用のロータリキルン
の如く高温で含塵、触媒有害要素としてのＳＯｘやその
他の要素を含むガスではＮＯｘの発生が大きく、ＮＯｘ
を低減することは極めて困難で、仮に排気口にて３００
℃位に低下したガスを用いても触媒によりＮＯｘの還元
を行うことが極めて困難である。

従って、これに代わるものとして触媒の使用に相当する
還元反応を起り易くする条件を付与しなければならない
。

この方策として排ガス温度を上昇させると分子の活性が
激しくなり、条件によって還元し易くなる。

更に、競争反応としての酸化反応の生成確率を低くする
ために排ガスを強い酸素不足の状況におくこと、還元に
用いるガスの分子の活性を大きくするために基またはイ
オン状態を保つ状況にしてＮＯｘを含むガスと接触させ
ることが好適である。

その後、更にＮＯｘを発生することが少ない条件を選び
つ＼有害可燃ガスを燃焼させてやり、次いで全体の系と
しての熱効率を高めるべく熱回収装置と組合せることに
よって、ＮＯｘの発生が殆どなく、有害成分の発生も少
く、熱効率が高く、更に経済的な手段が得られることが
判明した。

以下に、この発明をその実施例に就いて詳細に説明しよ
う。

第１図はこの発明の燃焼排ガス中の有害成分である窒素
酸化物を低減する方法を実施するための装置の概略図で
ある。

先づ、この発明の方法においては、ロータリキルン２に
燃料が供給され、燃焼される。

このロータリキルン２にては燃焼排ガス中のＮＯｘの発
生量を少くするために排ガス中の０２が１％以下に抑え
られる。

これは次の還元室３における効果的な還元反応の進行と
、全系におけるエネルギー節約に必要である。

すなわち、酸素が存在すると、還元室における還元性ガ
スが先づ酸素と反応してこの過剰酸素が還元反応の進行
を妨げると共に、酸化すべぎＮＯｘをも増加し、ガス速
度との関係において還元室の非力の大幅な低下と還元能
力自体の低下とをもたらす。

逆に、酸素が少くて還元状態により発生する煤の量が多
いと、更に次の酸化室では燃焼しきれずに、収塵装置や
回収物処理上の問題を生じ、酸化室の状態を不安定にし
て操業上の危険を招くおそれがある。

従って、この様なことを避けるために、ロータリキルン
２における空気比０．９０〜１．１０の範囲に保たれ、
特に１．０５が好適である。

この空気比の範囲は、０．９０以下では酸素が不足気味
で不完全燃焼をなし、煤の発生が多量になり、また、１
．１０以上ではＮＯｘの発生が急激に増大する。

ロータリキルン２にて発生した燃焼排ガスは次の還元室
３にて新たな燃料の供給にて還元される。

この還元室３にて吹込まれる燃料は、重油の場合、加熱
炉出口の高温な排ガス中の残存酸素と反応するのに必要
な量の１．５倍以上、好ましくは２倍以上が必要である
。

この（還元室で添加する燃料量）／（ロータリキルン排
ガス残存酸素と当量の燃料量）と還元室出口のＮＯｘ残
存量との関係が重油を用いた場合の実験の結果にて第２
図に示される。

この様な実験結果はロータリキルンの種類、ロータリキ
ルン出口の排ガス中のＮＯｘ１０２、燃料の種類によっ
て幾分具るものである。

この燃料量の比は１．５倍以下ではＮＯｘが急激に増え
、また２倍以上では不完全燃焼領域となるので不適当で
あり、図からも明らかな様に１，５〜２．０の範囲が好
適である。

また、還元室３における反応温度は必然的に高くなり、
５００℃以上、更には７００℃以上のときには還元能力
が増大されて好ましいことが認められた。

次に、このＮＯｘ還元ガスは酸化室４において不足する
酸素が供給されて未燃ガスが燃焼される。

このときに発生するＮＯｘを減少するために酸化室４に
供給される酸素の導入速度を加減して温度の上昇を抑え
たり、適当な熱回収装置を組合せてガス温度の過上昇を
抑えることが好適である。

この様に、酸化室４にて未燃物質が燃焼されたガスは、
例えば原料粉末との熱交換器や熱回収装置５を通して熱
の回収が行われ、全系の熱効率が向上される。

また、酸化室４はダクトやこの熱回収装置５で兼ねるこ
ともできる。

この様にしてロータリキルンからの燃焼排ガスはそれに
含まれる有害成分である窒素酸化物が、還元室、酸化室
、熱回収装置にて好適に低減され、きれいな排ガスにさ
れる。

上述のこの発明の方法は特にセメント、石炭、鉄鉱石ペ
レット等のロータリキルンを使用する燃焼排ガスの処理
に太いに適しており、この様なものＸ場合には熱回収方
式として原料の予熱や乾燥等に応用でき、またガラスや
耐火物焼成炉にも同様に応用することができる。

次に、この様なこの発明の方法を実施した幾つかの実施
例に就いて説明しよう。

第３図乃至第６図にはこの発明の方法をセメント焼成装
置のロータリキルンの燃焼排ガスの処理に用いた例が示
される。

第３図はプレヒータに燃焼装置をもつ所謂補助バーナ付
サスペンションプレヒータにこの発明を用いた例が示さ
れ、セメント焼成用のロータリキルン１２の先端に延び
る立上りダクトの下部に設けられた拡がり部分にて還元
室１３を形成し、この還元室１３に燃料供給ノズル２１
から新たな燃料が供給されて燃焼され、ロータリキルン
１２からの燃焼排ガス中に含まれるＮＯｘが還元される
。

この還元室１３で燃焼される燃料はプレヒータ部分で燃
焼される燃料の約１０％はどである。

還元室１３に続く上部ダクト部分が酸化室１４として用
いられ、ダクト周辺に設けられた２〜４ケ所はどの空気
供給口２２から再燃焼用の空気が供給され、充分に燃焼
されて燃焼炉１８から供給される原料と熱交換が行われ
る。

この熱交換された原料を含む排ガスはサイクロン１５に
導入され、原料が排ガスから分けられて焼成されるべく
ロータリキルン１２の先端部に供給される。

サイクロン１５で原料と熱交換され且つ分離された排ガ
スはダクト２０を経て別のサイクロン１６に導かれる。

ダクト２０の途中にて原料供給口１９から原料が供給さ
れ、原料の熱交換が行われる。

このサイクロン１６にて原料は排ガスから分離され、燃
焼炉１８に供給される。

サイクロン１６からの排ガスはブロワ２４により大気中
へ排出される。

この様に、ロータリキルン１２からの燃焼排ガスはプレ
ヒータ部分にて原料を予熱か焼すべく用いられると共に
、還元室１３、酸化室１４、熱回収装置であるサイクロ
ン１５．１６を経て排ガス中に含まれる有害成分である
窒素酸化物が減少される。

また、この様なセメント焼成装置においてはロータリキ
ルンで全系使用熱量の約４０％が、プレヒータの燃焼炉
１８にて全系使用熱量の５５％が、立上りダクトの還元
室１３で５％が夫り燃焼される。

更に、ロータリキルン１２と燃焼炉１８においては空気
比を０．９５〜１．０の範囲で燃焼させて、還元室１３
での還元反応を有効に行うようにしている。

第４図には従来型のサスペンションプレヒータにこの発
明の方法を利用した例が示され、この例での燃料の配分
はロークリキルン１２で約９５％、還元室１３で約５％
の割合である。

この例においては原料の予熱か焼のための燃焼炉のない
ことだけが先の例と異っており、ロータリキルン１２か
らの燃焼排ガスは還元室１３内で入口部分の複数個の燃
料ノズル２１から噴霧される燃料と均一に混合され、こ
の還元室１３内にて燃焼排ガス中のＮＯｘが還元される
。

次いで排ガスは還元室１３に続く酸化室１４に導かれ、
空気供給口２２から供給される空気にて充分に再燃焼さ
れ、サイク。

ン１６’から導かれる原料と熱交換が行われ、すイクロ
ン１５へ導かれる。

このサイクロン１５にて原料は排ガスから分離されて、
焼成されるべ゛くロータリキルン１２の先端部に導かれ
る。

原料が分離された排ガスは次いでダクト２０にてサイク
ロン１６′へと導かれる。

このダクト２０の途中で原料供給口１９から原料が供給
されて熱交換がなされる。

サイクロン１６′にて原料は排ガスと分離され、先の酸
化室１４へ導かれる。

この様な例においては、還元室１３の入口で測定された
３００〜４００ｐｐｍのＮＯｘが還元室１３の出口でほ
く１／６に低減されることが認められた。

第５図および第６図にはこの発明の方法を乾式ボイラ式
のセメント焼成装置に利用した例が示される。

第５図の例にては、ロークリキルン３２からの燃焼排ガ
スは余熱回収用ボイラ３５に至る煙道の途中に設けられ
た還元室３３にて燃料供給ノズル３８から燃料が供給さ
れ、排ガス中のＮＯｘが還元される。

次いで酸化室３４にてはダクト周辺部の空気供給口３９
から空気が供給されて、排ガス中の未燃部分が燃焼され
る。

この酸化室３４に続く余熱ボイラ３５で熱回収が行われ
て、ｆ呪ば発電用に利用することができる。

還元室３３で燃焼される燃料は全系の約５％である。

この余熱ボイラの利用による発電量が工場における動力
使用量を上廻るときは第６図に示されるように１個のサ
イクロン３６を附加して熱回収を行なう方式を併用する
ことができる。

また、上述の第３図、第４図、第６図に示される例にお
いて、酸化室に連接して設けられるサイクロンは不完全
燃焼により発生する煤の相当量を回収してロークリキル
ンへ原料と一緒に再循環し、煙突から煤が飛散する問題
をなくするという利点・を有する。

この様に、この発明の方法および装置を用いれば燃焼排
ガス中に含まれる有害成分であるＮＯｘを大いに低減で
き、公害問題の解決を図ることができ、また排ガス中の
余熱を十分有効に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法を実施するための装置の概要図
、第２図は還元室で添加する燃料量に対するロータリキ
ルン排ガス残存酸素と当量の燃料量と、還元室出口のＮ
Ｏｘ残存量との関係を示すグラフ、第３図乃至第６図は
この発明の方法を実施した実施例を示す概要図である。 図中、２゜１２．３２：ロータリキルン、３．１３，３
３：還元室、４，１４，３４：酸化室、５：熱回収装置
、１５．１６．１６’：サイクロン、１９：原料供給口
、２１．３８：燃料供給ノズル、２２゜３９：空気供給
口、３５：余熱ボイラ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ サスペンションプレヒータ付のロータリキルンにて
   燃料を空気比０．９０〜１．１０の範囲で燃焼し、その
   燃焼排ガスをこのロータリキルンに続く還元室に導き、
   この還元室にて燃焼排ガス中の残存酸素と反応する燃料
   量の１．５倍以上の新たな燃料を添加して還元室内温度
   を５００℃以上に保つと共に燃焼排ガス中のＮＯｘを還
   元し、次いで還元室に続く酸化室に導いて再燃焼用の酸
   素を含むガスを混合して未燃ガスを燃焼し、燃焼後の燃
   焼排ガスを熱回収装置を通して熱量を回収して排出する
   ことから成る、セメント焼成装置の燃焼排ガス中のＮＯ
   ｘを低減する方法。 ２ 主要熱量を発生すべく燃料を燃焼するロータリキル
   ン、ロータリキルン先端の立上りダクトに形成されて新
   たな燃料を添加する手段を有し且つロータリキルン燃焼
   排ガス中のＮＯｘを還元する還元室、この還元室に続く
   上部ダクト部分に形成されて酸素を含む再燃焼用のガス
   を導入する手段を有し且つ燃焼排ガス中の未燃部分を燃
   焼する酸化室、この酸化室に連接されて燃焼排ガス中の
   熱を回収する熱回収装置を備えて成る、セメント焼成装
   置の燃焼排ガス中のＮＯｘを低減する装置。