JPS5945625B2 - 粉末原料予熱装置の燃焼用空気吹込装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、粉末原料予熱装置の燃焼用空気吹込装置に関
し、具体的には焼成炉排ガス中に含まれるＮＯｘ （
窒素酸化物）を効果的に脱硝すると同時に、仮焼炉内で
ＮＯｘ の発生を抑制しつつ燃料を燃焼させることによ
り、原料予熱装置から排出される排ガス中のＮＯｘの量
を低減させ同時に原料粉末を効率良く仮焼すべく、可燃
成分含有の燃焼ガス中へ燃焼用空気を均−且つ迅速に分
散・混合することのできるようにした燃焼用空気吹込装
置に関するものである。

セメント、アルミナ等の粉末原料の近代的焼成装置では
、焼成炉の前側にサイクロン式或いは基或などの通常型
予熱装置（サスペンションプレヒータ）または仮焼炉付
予熱装置が設置される。

例えば第１図は仮焼炉付予熱装置を付設したセメント原
料焼成装置の一例を線図的系統図で示したもので、図中
の太実線矢印は熱風の流れ、太破線矢印は原料粉末の流
れを示している。

尚装置の概要は、原料予熱装置１、仮焼炉２、ロータリ
ーキルン等の焼成炉３及びクリンカー冷却機４から構成
される。

原料投入シュートから供給されたセメント原料粉末は、
第１〜第３の各サイクロン０１〜Ｃ３を順次降下し、他
方焼成炉３及び仮焼炉２からの高温排ガスは、誘引通風
機Ｉにより吸引されて原料予熱装置１内を上昇するから
、ダクト８内及びサイクロンＣ１〜Ｃ３内において原料
粉末と高温ガスとの熱交換が繰り返えされる。

そして予熱された原料粉末は第３サイクロンＣ３からシ
ュート１４を介して仮焼炉２へ導入される。

一方、クリンカー冷却機４からダクト１３を通じて導入
される高温の燃焼用２次空気と、バーナ６から燃焼用１
次空気と共に供給される燃料によって仮焼炉２内で燃焼
が起り、この燃焼熱と焼成炉排ガスのもつ熱を受けるこ
とによって原料粉末が仮焼される。

仮焼された原料粉末は燃焼ガスと共に仮焼炉２から最下
段のサイクロンＣ４に入って分離されたのち、シュート
１４ａより焼成炉との接続ハウジング１２を通って焼成
炉３に入り、バーナ６ａから供給される燃料の燃焼熱に
より焼成炉３内で必要な熱処理を受けてクリンカーにな
ったのち、冷却機４で冷却される。

尚クリンカー冷却用の空気は押込送風機１０によって供
給され、クリンカーと熱交換を行なって昇温した空気の
一部は、上述の如く仮焼炉２及び焼成炉３に分配導入さ
れるが、余剰の空気は誘引通風機９により排出される。

そしてクリンカー冷却機４からのクリンカーはコンベヤ
１１によって次工程へ搬送される。

ところで焼成炉３における燃焼に際しては、燃焼雰囲気
が非常に高温であるため燃焼空気中の窒素と酸素とが結
合してＮＯｘを発生する。

また仮焼炉２での燃焼雰囲気は比較的低温に維持される
が、燃料の燃焼に際しては過剰空気が存在するので、燃
料中に含まれる窒素が燃焼空気中の酸素と結合してＮＯ
ｘを発生する。

特に最近のエネルギー事情を反映し燃料尼して微粉炭が
多く利用されるようになると、石炭中に多量含まれてい
る窒素のため仮焼炉２において多量のＮＯｘを発生する
。

これらの焼成炉３で発生したＮＯｘを分解し、仮焼炉２
でのＮＯｘ発生を抑制するために、仮焼炉２の燃焼室へ
燃料の燃焼に必要な空気を十分には供給せず、還元性ガ
ス雰囲気（又は弱い酸化性ガス雰囲気）を形成して該雰
囲気中で燃料を燃焼させ、Ｃｏ１煤等の未燃分が残存す
る燃焼ガス中に燃焼用空気を追加導入して完全燃焼の達
成を計る方法が知られている。

この様な燃焼用空気の追加導入に際して、可燃成分を含
有する燃焼ガスと燃焼用空気とができるだけ均一に且つ
短い区間で混合され、従ってできるだけ少なり過剰空気
で実質的な完全燃焼が達成される必要がある。

即ち、燃焼用空気混合後の燃焼ガス中の残存酸素量とＮ
Ｏｘ との間には量的に強い相関関係があり、残存酸素
量が多いと結果的にＮＯｘの低減度は低（なる。

特に燃焼用空気を追加導入するに当って均一な混合が達
成されず局部的な高酸素濃度域を生じるとＮＯｘは高く
なる。

また燃焼用空気を追加導入したのち、最下段サイクロン
Ｃ４において燃焼ガス中に含まれる仮焼原料粉末を分離
して焼成炉３に供給すると同時に、熱ガスは予熱装置で
の原料の予熱に使用するので、均一な混合が達成できず
、従って多量の燃焼用空気を追加供給する場合には仮焼
原料及び熱ガスの温度が低下して焼成装置での燃料消費
量が増加するのみならず、予熱装置内を通過する熱ガス
量が増加するので圧力損失の増加を招き誘引通風機７の
動力消費量も増加する。

更に燃焼ガスと燃焼用空気の混合に要する区間が長くな
る場合には、予熱装置全体の背が高くなり、設備費と建
設費の増加が著しい。

この様に燃焼ガス中への燃焼用空気の均−且つ迅速な供
給混合は非常に重要であるが、予熱装置の立上りダクト
及び仮焼炉は直径が極めて大きく中心部を含めた全断面
で燃焼用空気を均一に混合するには相当な困難を伴なう
。

これに対処するため押込送風機により多数の吹込口から
上昇する燃焼ガス流に対して交差する方向に且つ高速度
で燃焼用空気を追加供給すれば、比較的均一な混合を短
かい区間で行なうことができることに着目し、先に特許
出願を行なった（特願昭５５−５９５２、特開昭５６−
１０４７６０号公報）。

本発明はこれら先願に係る仮焼炉および粉末原料予熱装
置への更に効果的な燃焼用空気吹込装置を提供するもの
である。

しかしてこの様な本発明とは、焼成炉と原料予熱装置の
最下段サイクロンとを接続する立上りダクトまたは仮焼
炉内に開口する燃焼用空気吹込ノズルを複数個で構成す
ると共に、それら吹込ノズルを異った直径の複数種類で
構成し、これらのうち最大直径の吹込ノズル本数を他の
直径の吹込ノズル総本数よりも少な（し、且つ少なくと
も最大直径の吹込ノズルは燃焼用空気を斜め下向きに吹
き込む様に傾斜して設置したものである。

以下本発明を図面に基づいて詳細に説明するが図は本発
明の具体的な実施例を示すもやで、本発明はこれらの図
示例に限定されず、前・後記の趣旨に徴して構成部材の
形状を変更したり、或は一部の設計を変更しても同様の
効果を奏することができる。

第２図は本発明を適用した概念図で前第１図における仮
焼炉２付近を示す。

第３図は第２図の切断線■−■における矢印方向断面図
で一部に切断しない部分を示している。

第４図は仮焼炉縦断面における噴流中心の軌跡を示し、
左側は燃焼用空気吹込ノズルをほぼ水平に設置した場合
、右側は斜め下向きに設置した場合の説明図、第５図及
び第６図は本発明の他の実施例を示す概念図である。

第２図において、仮焼炉２は竪型円筒状仮焼炉を示し、
その中央付近に絞り部２ｃを形成して下方の燃焼室２ａ
と上方の混合室２ｂとで構成する６また燃焼室２ａの下
端部は下方に向けて漸次断面積を縮小して開口２ｄが形
成され、接続ノ・ウジング１２を介して焼成炉３に接続
されている。

また燃焼室２ａの下部側壁には、接線方向又は半径方向
に前記冷却機４からの燃焼用２次空気導入ダクト１３が
開口接続され、該ダクト１３中にはダンパー１５が設け
られている。

そして該ダクト１３の燃焼室２ａへの開口部の直上には
１次空気と共に微粉炭が吹き込まれるバーナー６が開設
され、また燃焼室２ａ側壁には前記予熱原料投入シュー
ト１４が設けられている。

一方混合室２ｂの燃焼ガス出口２ｅは原料予熱装置１の
最下段サイクロンＣ４に接続される。

この様な仮焼炉２において燃焼室２ａの上部側周壁には
、円周から多数の燃焼用３次空気吹込口２１を開設し、
該吹込口２１に接続する吹込ノズル１９が仮焼炉２を取
り囲む様に設けた環状ヘッダ１８に連結されている。

また該環状ヘッダ１８は送気ダクト１７により燃焼用３
次空気送風機１６と連結している。

燃焼用空気を仮焼炉の断面に亘って出来るだけ一様に且
つ分散して導入するために吹込ノズルは異なった直径の
複数種類で構成される。

第３図に拡大して示す例では最大直径のノズル１９ａ（
２個）、中間直径ノズル１９ｂ（４個）及び最小直径ノ
ズル１９ｃ（１２個）で構成し、総数１８個をほぼ等間
隔で配設する。

また配設に当っては図示する様に最大直径ノズル１９ａ
を挾んで等角状に中間直径ノズル１９ｂを配し、これら
の中間に夫々２本の最小直径ノズル１９ｃを配設する。

この様に構成した吹込ノズルを使用するに当って、燃焼
用３次空気送風機１６により圧送される燃焼用空気を仮
焼炉の中心部へ到達させるために最大直径ノズル１９ａ
から高速の噴流を送り出し、又仮焼炉周壁部に燃焼用空
気を分散導入するために多数の小直径ノズル１９ｃから
比較的低速の噴流を送り出す。

燃焼用空気量を最少に抑え、局部的な高酸素濃度域の発
生を避けて均一に分散・導入するために、最大直径ノズ
ル１９ａの本数は他の直径の吹込ノズル総本数よりも少
な（するのが効果的であり、図示例の様に直径の小さな
ノズルはど多くの本数を配設するのが望ましい。

尚吹込ノズルからの燃焼用空気の噴射角（第３図のθ）
は、実験によれば約２５度であり、この様な噴流の広が
りを考慮したノズル配設によって噴流の投影が仮焼炉の
できるだけ広い領域を偏在せず且つ重複せず覆う様に送
給することができる。

尚小直径ノズル１９ｃについては吐出部に旋回羽根を設
けて噴出角を太き（し、当該ノズルから吹込む燃焼用空
気の分散度を向上させることができる。

一方仮焼炉内を上昇する燃焼ガスに対して前記吹込ノズ
ルを斜め下向きに設けて噴気させることがよく、これに
よって仮焼炉の径方向にみた一定距離位置に噴流が到達
するに要する仮焼炉上下方向の区間が短くてすむ。

第４図はこれらの実施例として噴流中心の軌跡を説明す
るもので、下記の条件において、 上昇する燃焼ガスの速度 １０ ｍ／ ｓｅｅ最大直径
ノズル径 ０．０２ＸＤ （Ｄは仮焼炉内径） 燃焼用空気吹込速度 ８０ｍ／ｓｅｃ最大直径ノズ
ルから仮焼炉中心へ噴流が到達するまでの仮焼炉上下方
向の区間は、吹込ノズルを水平に取り付けた場合（図面
の左側Ｈ）約０．５ ＸＤであり、３０度下向に取り付
けた場合（図面の右側ｈ）約０．ＩＸＤですむ。

従って吹込ノズルとしては下向き傾斜として取り付ける
ことによって、この差の分だけ混合区間を短くでき、前
記した様に原料予熱装置全体を低くできると共に燃焼用
空気の噴流が上昇する燃焼ガスに煽られずにその勢いを
維持することができるので同じ吹込速度の場合にも半径
方向の到達距離が大となる。

尚この傾斜角度は仮焼炉の大きさ、燃焼ガスの上昇速度
、吹込ノズルの大きさ及び吹込速度によって異なるが一
般に２０〜４５度が適当である。

またこれらの傾斜配置は全部の吹込ノズルに適用するこ
ともできるが、少なくとも最大直径の吹込ノズルは斜め
下向きであると共に円形断面仮焼炉では仮焼炉の中心に
向けて配置される。

また本発明では、前記吹込ノズル１９に接続する配管中
に風量調節弁２０を設けている。

よって仮焼炉断面にわたる酸素濃度分布、仮焼炉出口で
のＣｏ１煤等の未然分の量を測定し、燃焼用空気の総量
は押込送風機１６のダンパー等により、又各吹込ノズル
への配分は前記調節弁２０によって調節でき、燃焼用空
気の分散導入を最適の状態に調節することができる。

尚、吹込ノズルに接続する配管中に設ける調節弁２０は
、仮焼炉からの輻射熱を直接受けない位置に設けられる
。

また第２図の実施例では吹込ノズルが燃焼室２ａの上端
の断面積縮小部の近傍で若干上流側（図面では下部）側
壁に開口している。

従ってこの部分においてほぼ均一に分散導入されたのち
、上昇ガスの流れにみて断面縮少部と断面拡大部からな
る中間絞り部２ｃを通過する際の増速と減速を伴う拡散
効果により燃焼ガスとより均一に混合され、最少量の燃
焼用空気を導入するだけでガス中の可燃成分を完全燃焼
させることができる。

第５図は焼成炉３から原料予熱装置の最下段サイクロン
Ｃ４に至る立上りダクトに逆円錐状の反応室２２を構成
し、該室２２の下端付近に原料と共に燃料としての微粉
炭を供給する例を示し、微粉炭ホッパー２３から取出装
置２４を介して原料シュート１４中へ微粉炭を供給する
。

この様な装置により焼成炉から導入される燃焼ガス中の
酸素分を消費して反応室２２内に還元性ガス雰囲気を形
成し、焼成炉排ガス中に含まれるＮＯｘを低減すること
ができると同時に反応室２２内には原料及び燃料の噴流
層が形成され燃料の燃焼熱により原料の仮焼反応が促進
される。

また反応室２２の上部においては第２図実施例と同様に
送風機１６により送気ダクト１７、環状ヘッダ１８、吹
込ノズル１９を通して燃焼用空気が吹込まれ、上昇ガス
と混合して可燃成分の完全燃焼が計られる。

尚焼成炉排ガス中の酸素含有量を高めて運転することに
より反応室への燃料供給量を増加させ、もって反応室２
２内で原料粉末のより一層の仮焼反応を促進させる仮焼
法においても本発明を適用できる。

第６図は、仮焼炉で使用する微粉炭の輸送空気を、燃焼
用空気として利用する場合の実施例を示す略図で、固体
燃料空気輸送配管２５を直列に配置した１次集塵器２６
及び２次集塵器２８に連結して微粉炭を導入し、送風機
２７の吸引側を２次集塵器２８排出口に接続すると共に
送風機２７の吐出空気を前記吹込ノズルの内部（とも一
つの最大直径ノズルを通して燃焼用空気として供給する
ものである。

３０は粉末燃料シュートであって粉末燃料は集塵器２６
，２８から重力により仮焼炉２の燃焼室２ａに投入され
る。

この配置によれば空気輸送した微粉炭をサイクロン等の
集塵器により分離して仮焼炉に投入しているので燃焼用
１次空気が不要となり、燃焼部への冷気導入量を減らす
ことができる。

従って、その分クリンカー冷却機からの高温空気を利用
できるため熱経済的に有利である。

この際、微粉炭を僅かに含む２次集塵器２８からの輸送
用空気を燃焼用空気の一部として使用することができる
微粉炭輸送用空気量は、最大直径ノズル１９ａからの吹
込空気量の１〜３本分に相当するだけであるため最大直
径ノズル１９ａから吹込むことにより複雑な配管が避け
られ、又該空気中に僅かに残る微粉炭の一部は最大直径
ノズル１９ａから仮焼炉の中心に導入されるため仮焼炉
々壁の熱保護の面でも問題がない。

また本実施例では燃焼用空気を中間絞り部から下方の断
面縮小部に向けて吹込んでおり、断面縮小部における複
雑な内部の流れを利用して均一な混合を計っている。

尚本発明の適用に当っては、焼成炉からの排ガスが上昇
する立上りダクトまたは仮焼炉には、重油等の液体燃料
、微粉炭等の固体燃料或は天然ガス等の気体燃料を直接
的に供給したり、これらの燃料を使用して別途に発生さ
せた還元性ガスを供給するなど燃料の種別及び供給形態
を問わない。

又、吹込ノズルを燃焼ガスの流れの方向に複数段配置し
、燃焼用空気を段階的に燃焼ガス中に導入することによ
り燃焼用空気の吹込みによる２次的なＮＯｘ の発生を
少なく抑えることができる。

また燃焼用空気として、クリンカー冷却機の余剰空気或
は原料予熱装置の排ガスと熱交換した熱風を利用するこ
とによって焼成装置の熱経済を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は仮焼炉付予熱装置を付設したセメント原料焼成
装置の系統図、第２図は本発明を適用した仮焼炉を示す
概念図、第３図は第２図の切断線■−■における矢印方
向拡大断面図で、一部に環状ヘッダを配置して示す。 第４図は噴流の軌跡説明図、第５図、第６図は本発明の
他の実施例を示す概念図である。 １・・・・・・原料予熱装置、２・・・・・・仮焼炉、
３・・・・・・焼成炉、４・・・・・・クリンカー冷却
機、６・・・・・・バーナー、７・・・・・・誘引通風
機、１３・・・・・・ダクト、１４・・・・・・シュー
ト、１６・・・・・・送風機、１８・・・・・・ヘッダ
、１９・・−・・・吹込ノズル、２０・・・・・・調節
弁、２１・・・・・・吹込口、２２・・・・・・反応室
、２３・・・・・・燃料ホッパー、２４・・・・・・取
出装置、２５・・・・・・空気輸送管、２６・・・・・
・集塵器、２７・・・・・・送風機、２８・・・・・・
集塵器、３０・・・・・・粉末燃料シュート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 焼成炉と原料予熱装置の最下段サイクロンとを接続
   する立上りダクトまたは仮焼炉内を上昇する可燃成分含
   有燃焼ガス中への燃焼用空気吹込装置であって、該吹込
   装置は立上りダクトまたは仮焼炉内に開口する複数個の
   吹込ノズル、燃焼用空気送風機及び該吹込ノズルと送風
   機とを接続する配管から構成され、前記吹込ノズルを異
   なった直径の複数種類で構成し、そのうちの最大直径の
   吹込ノズル本数を他の直径の吹込ノズル総本数よりも少
   なくし、且つ少くとも最大直径の吹込ノズルは燃焼用空
   気を斜め下向きに吹き込む様に傾斜して設置したことを
   特徴とする粉末原料予熱装置の燃焼用空気吹込装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、吹込ノズルは立上
   りダクトまたは仮焼炉の円形断面部に配設されると共に
   、少なくとも最大直径の吹込ノズルを立上りダクトまた
   は仮焼炉の中心に指向して設置したものである粉末原料
   予熱装置の燃焼用空気吹込装置。 ３ 特許請求の範囲第１又は２項において、吹込ノズル
   は、立上りダクトまたは仮焼炉を取り囲み燃焼用空気送
   風機に連通ずるほぼ水平に配設したヘッダから夫々風量
   調節弁を設けた配管によって接続したものである粉末原
   料予熱装置の燃焼用空気吹込装置。 ４ 特許請求の範囲第１．２又は３項において、吹込ノ
   ズルの肉食くとも一つの最大直径ノズルには、固体燃料
   粉末の空気輸送管を固体燃料粉末分離用集塵器及び送風
   機を介して接続したものである粉末原料予熱装置の燃焼
   用空気吹込装置。 ５ 特許請求の範囲第１〜３又は４項において、吹込ノ
   ズルを設ける立上りダクトまたは仮焼炉は、上昇する燃
   焼ガスの流れ方向に沿って断面積縮小部を形成し、吹込
   ノズルは該縮小部の近傍に開口して設けたものである粉
   末原料予熱装置の燃焼用空気吹込装置。