JPH079354B2

JPH079354B2 - ロータリーキルンに粉塵を再利用する方法及び装置

Info

Publication number: JPH079354B2
Application number: JP2251673A
Authority: JP
Inventors: レオ．ジェランド．メヨッテ; プリンス．ボイド・エレアザール．ザ．サード
Original assignee: エアー．プロダクツ．アンド．ケミカルス．インコーポレーテッド
Priority date: 1989-12-01
Filing date: 1990-09-20
Publication date: 1995-02-01
Anticipated expiration: 2010-02-01
Also published as: CA2024037C; US5007823A; ZA906924B; BR9004654A; KR920004853B1; CA2024037A1; MY106862A; KR910012641A; JPH03177785A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はロータリーキルンのための廃棄粉塵の再利用の
改善に関する。特に本発明は、ロータリーキルン内の火
炎の様式を制御するため、酸素の追加と粉塵再利用との
両者の使用に関する。ロータリーキルンは多くの鉱物製
品を熱的に処理するのに使われ、これらは灰状粘土、酸
化バナジウム、燐酸アルミナ、石灰、セメントを含むけ
れども、これらに限るものではない。

転動作用と、ガス流様式とのために、ロータリーキルン
は粉塵を発生する。この粉塵は供給材料内の細粒と、摩
滅のため大きい供給粒子の崩壊で発生する細粒とから成
る。今までロータリーキルン内の粉塵発生を排除出来た
者はいない。

本発明は、ロータリーキルン内で望ましい火炎様式を維
持するのに２つの相反する効果が使われる方法である。
粉塵の吹込みは、ロータリーキルン内の火炎を冷やし、
長くする。酸素の追加はこれを短かくし、強くする。炉
を正しく燃焼し乍ら、粉塵と酸素追加とを適当な割合に
することにより、特定のロータリーキルンに必要な火炎
様式は、粉塵使用が増加するけれども維持される。

（従来の技術）鉱物を熱的に処理する時、ある量の粉塵はキルンを排出
するガス装置内に捕捉される。この粉塵は主として部分
的に処理された製品で構成される。粉塵のいくらかは、
完全に処理された製品、不燃焼カーボン、凝集体、及び
腐蝕した炉のライニングである。粉塵は通常、空気品質
基準内に炉の微粒子放出を保つため、環境制御装置
（袋、サイクロン分離器、静電沈降器など）内に集めら
れる。

この粉塵は始めに考えられた完成品としては市販不可能
である。粉塵は処分問題を提供し、しばしば危険であ
る。発生する粉塵の量は広範囲に変わり、代表的に理論
的生産量の４−15％である。

この粉塵がもし、製品に再利用出来るならば、処理費用
を省き、生産はキルンの上流側（即ち採掘、破砕など）
の費用を増加せずに増加することが出来る。

今まではキルン内に再利用出来る廃棄粉塵は僅か又は無
かった。キルン供給体との混合は、細かい粉塵粒子が送
流ガス流（煙突）内で捕捉されるから実行されない。炉
の熱端製品内に導入することは火炎を長くし、火炎温度
を下げ、熱流動の低下と、製品の不完全熱処理を生ず
る。

粉塵のあるものは湿式セメントキルン内で満足に再利用
されている。吹込みとして知られるこの技術はしかし、
再利用出来る粉塵の量において極めて限られる。吹込み
は燃料バーナパイプを経て、及びバーナパイプの近くに
置かれる粉塵射出パイプを経てなされる。粉塵射出パイ
プの最も普通の位置は、バーナパイプの上でこれと平行
に、且つバーナパイプの直上から僅かに偏った所であ
る。

（発明が解決しようとする課題）今までの再利用の試みは、いくつかの理由で成功が限ら
れていた。主な理由は、粉塵が燃焼反応速度を減少し、
それにより火炎温度を下げることである。その他の不都
合な運動効果は、CO放出の増加、キルン冷端温度の上
昇、火炎の長さの増大、製品が不完全クリンカ形成量を
大きく増加、自由石灰の減少、冷端粉塵発生の増加を含
んでいる。

歴史的に、高い粉塵損失は、処理に影響する資源保存及
び回収法令（RCRA）などの国家陸上改善法までは、高い
優先的関心ではなかった。採掘と供給準備に関する費用
は、製品燃焼費用のように生産費用の大きな部分でな
い。

本発明の目的は上記した課題を解決したロータリーキル
ンの粉塵を再利用する方法と装置を提供することであ
る。

（課題を解決するための手段）本発明では、望ましい火炎様式を得るのに酸素注入が使
われ、この注入は酸素を、火炎様式上で再循環する粉塵
の効果と反作用させるため、粉塵注入装置とキルン様式
とに依存している。例えば、粉塵をバーナパイプ又はそ
の上を経て戻すセメントロータリーキルンは燃料着火点
をおくらせ、及び粉塵／燃料中間点の所で火炎の冷却を
生ずる。これら効果に反作用するため、本発明では酸素
濃厚化が備えられる。

本発明により、工程に戻る粉塵を増加するようロータリ
ーキルンを運転することが出来、従って生産を増加し粉
塵処理費用を最小にすることが出来る。この事は、火炎
様式を制御するのに酸素濃厚化を使い、加えられた粉塵
を最終製品に転換するのに必要な余分の燃料を燃焼する
ことにより達成される。

本発明は、キルン運転者に粉塵の戻りを増加する装置又
は今までキルン温度（即ち石灰キルン）がこれを許さな
かった粉塵吹込み装置を提供する。酸素濃厚化が燃焼反
応速度と火炎温度とを増すことはよく知られている。本
発明の方法では、この酸素濃厚化は、正しい火炎様式を
維持するため相反する効果に反作用するよう使われる。
従って、製品の品質、装置運転及び温度方式は一定に保
たれ、一方生産を増加し、粉塵処理費用を減少する。

粉塵吹込みが実施されているセメント工程では粉塵戻り
の割合の上限は、望ましいキルン温度を維持するための
必要性により決められる。粉塵処理は方法が許すだけ多
く戻すことにより最大となる。

（作用）燃料と酸素とによる燃焼は火炎を生ずる。この火炎から
放出される熱は火炎の様式の函数であり、例えば、極め
て熱い短かい火炎は極めて局部的な熱移動領域を設け
る。ロータリーキルン運転の重要な事は、燃焼領域を被
う大きな面領域上で温度がゆっくり上昇することであ
る。ロータリーキルン内の火炎の形状は次のものの函数
であり、即ち a.キルンの様式、 b.バーナーの設計、 c.燃料、 d.燃焼空気（一次又は二次）の温度と圧力、 e.酸素濃度、 f.前端温度、 g.通気及びその他の変数。

火炎内に粉塵を追加、即ち粉塵の吹込みは、粉塵粒子が
火炎周辺内で希釈材として働らくから火炎を長くする。
その結果、反応速度を減少し、それゆえ燃料を全部燃焼
するまでの反応時間を増大する。これが起ると、ロータ
リーキルンの温度形状の移行が起り、その結果バーナ端
の冷却を生じこの領域内での燃料は僅かしか燃焼しな
い。

酸素濃度の増加は燃料の燃焼速度を増加する。濃度を21
％以上上昇するよう酸素を追加すれば、火炎を短かく
し、強くする。

湿式又は乾式の何れかでセメントを作るためロータリー
キルンに酸素を追加することは、米国特許第3074707号
に記載され、その記載は、酸素濃厚化を持つ通常のロー
タリーキルン構造（前記特許の第１図を見よ）を説明す
る目的のためここで引用され、組入れられている。

今まで、酸素は前記米国特許に示すよう、又は米国特許
第3397256号に示すよう別の酸素、燃料バーナを使っ
て、又は米国特許第4741694号に示すよう下方射出の注
入やりにより、又はその他の既知装置により加えられて
いた。

本発明では、酸素はロータリーキルン内に、前記米国特
許第3074707号に示すように置かれたパイプ又は注入や
りにより導入される。同時に、キルンから排出されるガ
スにより集められる粉塵は、キルン内に、キルンを加熱
するのに使われるバーナの上方に置かれたパイプを経て
吹込むことにより再循環される。

（実施例）図示のように、ロータリーキルン10は排出端を持ち、こ
れを通してキルンの入口端で供給される材料はキルン内
で処理されてから排出される。ハウジング20はキルンの
排出端のまわりに設けられる。バーナ30はハウジングを
通してキルン内に延びるよう装架される。バーナの下方
に酸素注入やり32が置かれ、バーナの上方、僅かに偏っ
て（例えば時計の11時又は１時）の所に粉塵吹込みパイ
プ34が置かれる。酸素注入やりは、吹込まれる粉塵の量
により、キルン内で容積比で21％以上の酸素濃度を得る
よう、及び排気端に所望の温度様式を得るよう引込め、
又は前進する。酸素パイプの位置は米国特許第3074707
号に示す位置である。

酸素助成式粉塵吹込み運転の一試験例は、石炭、コーク
ス混合燃料を燃焼する2400 TPD湿式キルンでなされた。
0.9％濃厚化された全空気が次の結果を得るのに使われ
た。

粉塵発生一定粉塵戻り 33％上昇供給３％上昇廃棄された粉塵 15％減少生産量（製品／供給）（クリンカは同時に増加）５％改善燃料の比消費量６％減少（単位製品当りの燃料）上記資料は、夫々供給と粉塵吹込みとの増加を通しての
生産と製品増加の組合わせを示している。これは試験時
の粉塵戻し装置の制限の結果であった。あとの試験で
は、供給割合を一定に保てば基本資料と比べて次のよう
な結果の改善を示した。

粉塵発生一定粉塵戻り 65-75％増加生産量６−７％増加廃棄された粉塵発生粉塵の10-15％燃料の比消費量６％減少廃棄された粉塵の小部分は高アルカリ分であり再利用出
来ないと考えられる。これは製品割合で約２−３％を示
している。この場合、下方注入式濃厚化装置によりキル
ン運転者はすべての利用出来る粉塵を戻すことが出来る
ことにより生産を最大にすることが出来る。又全空気流
の容積比0.9％の濃厚化は燃焼領域の全揮発物濃度を一
定に維持した。これは9000 SCFH/トンの粉塵に等しい。
製品の品質は変化が無かった。後端温度は218-232℃（4
25-450゜F）に維持され、耐火物の摩耗は６ケ月の連続運
転にわたって著しくは変らなかった。酸素濃厚化実施の
別の利点は、安定性と低温作動からの回収の増加であっ
た。この事は、粉塵を減少することにより事実上燃焼領
域の揮発性中味を増加すると言える。これは事実上、点
火温度を下降し又は燃焼利用性を増加することにより燃
焼工程を改善する。

粉塵吹込みが最大であった試験資料から、二次空気温度
と後端温度とは比較的一定であった。又キルンのNOxは
一定に維持された。この結果実施の生産トン当りのNOx
は事実上減少した。

別の試験が別のセメント工場で導入され、ここで酸素は
注入やり32を通して燃焼領域を一定（火炎位置、及び様
式、及び製品温度様式）に維持するような量だけ加えら
れ、一方コークスの量を０から25％に増加し、石炭は10
0から75％に減少し、酸素は燃焼割合を一定に維持する
よう加えられた。この場合NOxの資料と品質資料とがと
られ、揮発物を制御することにより、火炎の様式、位
置、及び温度を制御することが出来それゆえに同一の品
質の製品とNOx放出とを生ずることを示した。

本発明は、既存のキルン助変数の中で運転する独立した
運転ループであるように特に設計されている。本発明で a.純粋の酸素注入やり装置が、酸素−燃料バーナではな
く酸素を導入するのに使われている。この事は、純粋の
酸素だけでは酸素−燃料バーナから生ずるような極めて
熱く高い方向性を持つ火炎を生じないので大きく異な
る。

b.キルン燃焼領域の長さは一定に維持される。

c.製品残留時間と温度様式とは、品質の必要条件を満た
すため今までに使われたものと同様に維持される。

d.通気はこれが燃焼領域を短かくし、キルン壁上に付着
する被覆を移行し、供給端温度を下げ、最后に、乾燥、
予熱、燃焼、クリンカ形成領域をキルンの出口端に移行
するので減少しなかった。

（発明の効果）本発明の粉塵吹込み技術は、燃焼領域内で現状維持を基
としている。粉塵吹込み注入点は必要な対抗策を指令す
る。例えば、もし粉塵が燃料に加えられれば、これが揮
発物中味の減少のため火炎を長くする。一次空気の１％
の濃厚化は、揮発物中味を４％増加するのと同じ効果を
与える。有効揮発物を維持することは、火炎様式、長
さ、温度が同じであることを意味する。従って、酸素の
追加は、火炎の希釈化を補正するよう計算することが出
来る。反対に、もし粉塵が火炎と製品との間の空気に加
えられ、この領域が火炎として形成されるならば、この
空間に一定の揮発物中味を維持することは、酸素がある
場合、無い場合共境界を一定に保持する。従って火炎は
強化されるのではなく、揮発物中味を最小必要条件の上
に保持することにより安定化する。この最小値は各キル
ンに対し、これがバーナとキルンとの設計、空気と燃料
との流れ、圧力と温度など要因の如何によるから異な
る。これら要因は燃焼工程と火炎様式との安定を形成す
る。

火炎温度にも、燃焼領域の長さにも変化が無いから別の
重大な利点を達成することが出来る。細かい生の材料又
はキルン粉塵の何れかの粒子を石灰キルン内に吹込むこ
とも可能性がある。この事は強い酸素−燃料火炎では行
なうことが出来ずそれはこれが供給床内の酸化カルシウ
ムを過燃焼して、反応しないようにするからである。本
発明はキルンからの酸化窒素（NOx）の放出を制御する
有効な方法を提供する。この事は吸熱粒子を火炎内に放
出して、それにより火炎芯の温度を下降することでなさ
れる。

本発明の目的のため、供給材料の重量比で２％から20％
が粉塵を再循環することが出来、酸素濃厚化の量は、燃
焼前で空気／燃料混合物の容積比で21％から25％の酸素
濃厚化を生じる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施したロータリーキルンの排出端の
断片図解図、第２図は第１図の線２−２における断面図
である。 10……キルン、20……ハウジング、30……バーナ、32…
…注入やり、34……パイプ。

フロントページの続き (72)発明者プリンス．ボイド・エレアザール．ザ．サードアメリカ合衆国．18104．ペンシルバニア州．アレンタウン．バレイ．フォージ．ロード．1920 (56)参考文献特開昭58−199036（ＪＰ，Ａ) 特開昭48−12281（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロータリーキルン内で燃料と空気との燃焼
により火炎を発生させ、供給される鉱物を熱的に処理す
るようロータリーキルンを運転する方法にして、前記供
給される鉱物から発生する粉塵が前記キルンを出る燃焼
物から回収され、前記キルンに再利用される粉塵の再利
用方法において、ランスを前後に移動させながら、酸素
を前記キルンに供給し、前記キルン内の空気中の酸素を
濃厚にし、前記酸素濃厚化の量を、前記キルン内の酸素
濃度を約21％まで上昇して、前記火炎を短くし強くし、
且つ前記キルンに再利用される粉塵の量に対応して、前
記火炎の冷却化と長大化とを釣合わせて、前記キルンの
温度分布を、前記キルンが酸素濃厚化と粉塵再利用とを
せずに運転する場合と同程度に維持することを特徴とす
る粉塵の最利用方法。
【請求項２】前記処理される材料は製品としてセメント
を生ずる請求項第１項の粉塵再利用方法。
【請求項３】前記処理される材料は、アルミナ、粘土、
石灰、セメント及びその他の酸化物からなる群から選ば
れる鉱物である請求項第１項の粉塵再利用方法。
【請求項４】前記再利用される粉塵の量は供給される材
料の重量比で２％から20％の間を有する請求項第１項記
載の粉塵再利用方法。
【請求項５】前記酸素濃厚化の量は、燃焼前の酸素濃度
で容積比で21％から25％の間で生ずる請求項第１項の粉
塵再利用方法。
【請求項６】前記酸素濃厚化は酸素注入やり（ランス）
により行なわれる請求項第１項の粉塵再利用方法。
【請求項７】ロータリーキルンの生産物を増加する装置
において、（イ）前記キルンの排出端内に、燃焼火炎の
下に置かれる酸素流を導入する装置と、（ロ）前記キル
ン内に生じる粉塵を粉塵流として排出端へ吹き込みバー
ナ火炎の上に戻す粉塵再利用装置。