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【発明の名称】 セメントロータリーキルン用燃料燃焼装置及び燃焼方法
【発明者】 【氏名】山崎 正裕

【氏名】松陰 正祥

【氏名】稲津 和喜
【要約】 【課題】可燃性固体粒状物を、微粉砕することなく、かつ、ロータリーキルンで焼成する製品の品質を低下させることなく使用可能なロータリーキルン用燃焼装置及び燃焼方法の提供。

【解決手段】ロータリーキルン用円筒形バーナー内に、同心円上に配置され、互いに間仕切られた一群の内側一次空気噴出孔１３ｂ、一群の燃料／搬送用空気混合物噴出孔１４ｂ、及び一群の内側一次空気噴出孔１５ｂを配置し、前記噴出孔１５ｂの内側に、１個の可燃性固体粒状燃料噴出孔１６ａを配置し、ロータリーキルン内に二次空気を送入しながら、前記一次空気及び燃料を、前記噴出孔より噴出孔燃焼させて火炎最高温度域を形成し、その中を噴出孔１６ａより噴出した粒状燃料を通過させて可燃性ガスとし、これを燃焼させる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 セメントロータリーキルン用円筒形バーナーの外壁の内周面に沿う外側円環内に、互いに間仕切られて配列されている一群の外側一次空気用噴出孔；前記外側一次空気噴出孔群の内側に、前記外側円環と同心の円周に沿う中間円環内に、互いに間仕切られて配列されている一群の燃料／搬送用空気混合物用噴出孔；前記燃料／搬送用空気混合物用噴出孔群の内側に、その前記中間円環と同心の円周に沿う円環内に、互いに間仕切られて配列されている一群の内側一次空気用噴出孔；並びに、前記内側一次空気用噴出孔群の内側に、配置された１個の可燃性固体粒状燃料／搬送用空気混合物用噴出孔、を有することを特徴とするセメントロータリーキルン用燃料燃焼装置。
【請求項２】 請求項１に記載のセメントロータリーキルン用燃料燃焼装置を用い、セメントロータリーキルン中に高温の二次空気を送入しながら、前記燃料／搬送用空気混合物用噴出孔群より微粉炭及びその搬送用空気を噴出させ、かつ、前記外側一次空気用噴出孔群及び前記内側一次空気用噴出孔群より一次空気を噴出させて、前記微粉炭流を燃焼させ、この燃焼により燃焼火炎最高温度域を形成し、前記可燃性固体粒状燃料／搬送用空気混合物用噴出孔から、可燃性固体粒状燃料を噴射して、前記燃焼火炎最高温度域中を通過させ、それによって、前記可燃性固体粒状燃料を熱分解して可燃性ガスを発生せしめ、この可燃性ガスを燃焼させることを特徴とするセメントロータリーキルン用燃料燃焼方法。
【請求項３】 前記可燃性固体粒状燃料が、可燃性固体廃棄物の破砕物である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】 前記可燃性固体粒状燃料が、１〜２０mmの粒子サイズを有する、請求項２に記載の方法。
【請求項５】 前記微粉炭燃焼火炎最高温度域を、前記燃料／搬送用空気混合物用噴出孔の噴射先端から５〜２５ｍの範囲内に形成する、請求項２に記載の方法。
【請求項６】 前記可燃性固体粒状燃料を、その噴射孔から１０ｍ／秒以上の初速で噴射する、請求項２に記載の方法。
【請求項７】 前記燃焼火炎最高温度域において発生した可燃性ガスが、この燃焼火炎最高温度域内において燃焼する、請求項２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セメントロータリーキルン用燃料燃焼装置及び燃焼方法に関するものである。更に詳しく述べるならば、本発明は、可燃性固体廃棄物、例えばプラスチック廃棄物の破砕物を補助燃料として使用して燃料コストを低減し、環境を汚染することなく、セメントを、その品質を損うことなく製造することができるセメントロータリーキルン用燃料燃焼装置及び燃焼方法に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のセメントロータリーキルン用バーナーは、その中心部に一円周に沿って配列され、互いに間仕切られた一群の内側一次空気用噴射孔と、この内側一次空気用噴射孔群の外側に、その配列円周と同心の円周に沿って配列され、互いに間仕切られた一群の燃料（微粉炭）／搬送用空気混合物用噴射孔と、この燃料／搬送用空気混合物用噴射孔群の外側に、その配列円周と同心の円環状に形成された外側一次空気用噴射孔とを有するものである。
【０００３】一方、可燃性固体廃棄物を破砕し、この破砕粒子を補助燃料としてセメントロータリーキルン用バーナーに使用する技術としては、例えば、１）特開平６−８２４７号公報に開示されている方法、すなわち、繊維強化プラスチック廃棄物を、粒径９０μｍ以下に微粉砕し、これを主燃料として用いられる微粉炭に混合してセメントロータリーキルン用バーナーにより混焼する方法。
２）特開平８−２８３０５２号公報に記載されている方法、すなわち、微粉炭用バーナーの上側に、可燃性プラスチック廃棄物粒子噴射用ノズルを配置し、粒径２０mm以下のプラスチック廃棄物粒子を微粉炭用バーナーの火炎中に吹き込み燃焼する方法、などが知られている。
【０００４】また、可燃性固体廃棄物を、各種燃焼炉中において燃焼させるバーナーとしては、例えば、３）特開平７−７１７２８号公報に記載の方法、すなわち、プラスチック廃棄物の着火が容易で、安定した燃焼を可能にするバーナー、などが知られている。
【０００５】上記１）の混焼方法においては、補助燃料として用いられる繊維強化プラスチック廃棄物は、微粉化され、微粉炭とともに火炎中に供給されるため、燃焼時間が短かく、燃焼の効率が高く、セメント品質に対する悪影響がないという長所を有するが、繊維強化プラスチック廃棄物の微粉化に大量のエネルギーを必要とし、従ってそれに要するコストが高く、実用が困難であるという問題点を有している。
【０００６】上記２）の方法は、補助燃料として使用されるプラスチック廃棄物の粒径は１０〜２０mm程度であればよく、従って、微粉化する必要がないから、その破砕に大量のエネルギー及び高いコストを必要としないという長所がある。しかし、プラスチック廃棄物粒子を、主燃料として用いられている微粉炭の燃焼により形成された火炎中に供給し、これを加熱し燃焼する際、その燃焼時間を所望の短い時間にするためには、プラスチック廃棄物粒子の噴射位置を適切にし、かつ、プラスチック廃棄物粒子の噴射流を細くすることが必要になる。しかし、このような噴射位置の設定及び前記細流化は、技術的に困難な問題である。
【０００７】すなわち、噴射位置が不適切であると、プラスチック廃棄物粒子の噴射流が、微粉炭燃焼火炎を通過せず、従って燃焼時間が長くなり、またプラスチック廃棄物粒子の噴射流がロータリーキルンのセメント焼成帯中のセメント原料上に落下して、燃焼を継続するということになる。また、前記噴射装置が適切であっても、粒径１０〜２０mmのプラスチック廃棄物粒子を、直径２０mm以上の噴射孔から噴射すると、この噴射流は、噴射口から拡大流を形成して、細い噴射流とはならず、噴射されたプラスチック廃棄物粒子の大部分は、微粉炭燃焼火炎を通過することなく、前記火炎外で燃焼するため燃焼時間が長くなり、ロータリーキルンのセメント焼成帯中のセメント原料上に落下して、さらに燃焼を続けるようになる。このように、セメント原料上において、プラスチック廃棄物粒子が燃焼し、空気を消費すると、セメント原料は、還元性雰囲気にさらされることになり、その結果、焼成されたセメントクリンカーの色調が変化し、その結果、このセメントクリンカーに石こうを添加し粉砕してセメントを製造すると、得られるセメントの色調が変化するということになる。セメントの色調は、セメントの重要な品質であるから、セメント色調の変化は、セメント製造上きわめて重要な問題となる。
【０００８】前記３）の特定バーナーは、セメントロータリーキルンにおいて、可燃性固体廃棄物の燃焼が、セメント品質に与える影響が配慮されていないため、このバーナーをセメントロータリーキルンに適用すると、得られるセメントの品質が悪影響を受けるという問題がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、可燃性固体廃棄物を、補助燃料として利用する際に、その前処理に過大なエネルギー及びコストを必要とせず、かつ、得られるセメントの品質に悪影響を与えることがないセメントロータリーキルン用燃料燃焼装置及び燃焼方法を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題は、本発明のセメントロータリーキルン用燃料燃焼装置及び燃焼方法により解決することができる。本発明のセメントロータリーキルン用燃料燃焼装置は、セメントロータリーキルン用円筒形バーナーの外壁の内周面に沿う外側円環内に、互いに間仕切られて配列されている一群の外側一次空気用噴出孔；前記外側一次空気噴出孔群の内側に、その前記外側円環と同心の円周に沿う中間円環内に、互いに間仕切られて配列されている一群の燃料／搬送用空気混合物用噴出孔；前記燃料／搬送用空気混合物用噴出孔群の内側に、その前記中間円環と同心の円周に沿う円環内に、互いに間仕切られて配列されている一群の内側一次空気用噴出孔；並びに、前記内側一次空気用噴出孔群の内側に、配列された１個の可燃性固体粒状燃料／搬送用空気混合物用噴出孔、を有することを特徴とするものである。本発明のセメントロータリーキルン用燃料燃焼方法は、前記本発明のセメントロータリーキルン用燃料燃焼装置を用い、セメントロータリーキルン中に高温の二次空気を送入しながら、前記燃料／搬送用空気混合物用噴出孔群より微粉炭及びその搬送用空気を噴出させ、かつ、前記外側一次空気用噴出孔群及び前記内側一次空気用噴出孔群より一次空気を噴出させて、前記微粉炭を燃焼させ、この燃焼により燃焼火炎最高温度域を形成し、前記可燃性固体粒状燃料／搬送用空気混合物用噴出孔から、可燃性固体粒状燃料を噴射して、前記燃焼火炎最高温度域中を通過させ、それによって、前記可燃性固体粒状燃料を熱分解して可燃性ガスを発生せしめ、この可燃性ガスを燃焼させることを特徴とするものである。前記発明の方法において、前記可燃性固体粒状燃料が、可燃性固体廃棄物の破砕物であることが好ましい。前記本発明の方法において、前記可燃性固体粒状燃料が、１〜２０mmの粒子サイズを有することが好ましい。本発明の方法において、前記微粉炭燃焼火炎最高温度域を、前記燃料／搬送用空気混合物用噴出孔の噴射先端から５〜２５ｍの範囲内に形成することが好ましい。本発明の方法において、前記可燃性固体粒状燃料を、その噴射孔から１０ｍ／秒以上の初速で噴射することが好ましい。本発明の方法において、前記燃焼火炎最高温度域において発生した可燃性ガスが、この燃焼火炎最高温度域内において燃焼することが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の燃焼装置および燃焼方法は、セメントクリンカー、マグネシアクリンカー又は石灰などの製造に用いられるロータリーキルンに好適に使用されるものである。本発明において、燃料として、粉末燃料が用いられ、さらに、可燃性固体粒状燃料、例えば可燃性固体廃棄物の破砕物が用いられる。図１に示されているように、ロータリーキルン１の出口部は、製品冷却装置２の入口部に連結されており、燃料燃焼装置３はロータリーキルン１の出口部に、その入口部に指向して挿入されている。ロータリーキルン１内において製造された製品は製品冷却装置２に送入され、冷却装置２内に送入された冷却空気４により冷却され、このときに熱交換により生成した高温の空気５は二次空気として冷却装置２の入口部から、ロータリーキルン１内に還流され、燃料の燃焼に使用される。
【００１２】本発明のセメントロータリーキルン用燃料燃焼装置の一実施態様の噴射端面を示す側面図を図２（Ａ）に示し、この製造の、図２（Ａ）の線Ａ−Ａに沿う断面図を図２（Ｂ）に示す。図２（Ａ）及び（Ｂ）において、セメントロータリーキルン用円筒形バーナー１１の外壁１２の内周面に沿う外側円環状外側一次空気送入管路１３が形成され、この送入管路の噴出端は、複数個の間仕切板１３ａにより互いに間仕切られた複数個の（一群の）外側一次空気用噴出孔１３ｂが形成されている。この外側一次空気送入管路１３の内側に、その内側管壁１３ｃを介してその前記円環状外側一次空気送入管路１３と同心の円周に沿う中間円環状燃料／搬送用空気混合物用送入管路１４が形成されこの混合物用送入管路１４は、その噴射端近傍において複数個の（一群）の間仕切板１４ａにより間仕切られていて、複数個の、燃料／搬送用空気混合物噴出孔１４ｂが形成されている。
【００１３】この混合物送入管路１４の内側に、その内側管壁１４ｃを介して、前記円環状混合物用送入管路１４と同心の円周に沿う内側円環状一次空気送入管路１５が形成され、この内側一次空気送入管路１５は、その噴出端近傍において、旋回羽根１５ａにより間仕切られて、複数個の（一群の）内側一次空気噴出孔１５ｂを形成している。この内側一次空気送入管路１５の内側管壁１５ｃの内側に、１個の可燃性固体粒状燃料／搬送用空気混合物送入管路１６が設けられており、その噴射端には噴射孔１６ａが形成されている。
【００１４】外側一次空気送入管路１３及び内側一次空気送入管路１５は、一次空気供給源（図示されていない）に連結されており、燃料／搬送用空気混合物送入管路１４は、燃料と、搬送用空気との混合物の供給源（図示されていない）と連結されており、可燃性固体粒状燃料／搬送用空気混合物送入管路１６は、可燃性固体粒状燃料と搬送用空気との混合物の供給源（図示されていない）に連結されている。内側一次空気噴出孔１５ｂの内側には混合物噴射孔１６ａとは別に液体燃料用バーナー（図示されていない）が挿入され液状燃料の供給源と連結されるように配置されていてもよい。
【００１５】本発明の燃焼装置において、外側一次空気噴射孔１３ｂは、複数個、好ましくは６〜３６個、より好ましくは１０〜１２個設けられている。また、燃料／搬送用空気混合物噴出孔１４ｂは、複数個、好ましくは４〜１０個、より好ましくは６〜８個設けられている。さらに、内側一次空気噴出孔１５ｂは、複数個、好ましくは６〜１６個、より好ましくは１０〜１２個設けられている。これら噴出孔１３ｂ，１４ｂ及び１５ｂの各々の寸法及び形状に格別の限定はなく、それぞれ、所望の流量、流速を達成できるように設定すればよい。一般に、可燃性固体粒状燃料／搬送用空気混合物用噴出孔１６ａは、それが例えば、粒子径が１〜２０mmの可燃性固体粒状燃料により閉塞することがないように、燃料粒子のサイズ（粒径）の２倍以上であることが好ましく、より好ましくは２〜４倍の孔径を有し、特に４０〜８０mmの孔径を有することが好ましい。
【００１６】本発明のセメントロータリーキルン用燃料燃焼方法は、本発明の上記燃焼装置を用いて行われ、ロータリーキルン中に、高温の二次空気を送入しながら、燃焼／搬送用空気混合物噴出孔群１４ｂから、微粉炭及びその搬送用空気の混合物を噴出させ、かつ、外側一次空気用噴出孔群１３ｂ及び内側一次空気用噴出孔群１５ｂより、一次空気を噴出させて、前記微粉炭を燃焼させ、この燃焼により、ロータリーキルン内に、燃焼火炎最高温度域を形成し、かつ、可燃性固体粒状燃料／搬送用空気混合物用噴出孔１６ａから、可燃性固体粒状燃料を噴射して、前記燃焼火炎最高温度域中を通過させ、それによって、前記可燃性固体粒状燃料を熱分解して可燃性ガスを発生させ、この可燃性ガスを、ロータリーキルン内で燃焼させる。
【００１７】本発明方法において、可燃性固体粒状燃料は、可燃性有機廃棄物、例えば、タイヤ、プラスチック成形物、ゴム屑、木屑、紙屑などの破砕物、或は、籾殻などから選択することができ、その粒子サイズは、１〜２０mmであることが好ましい。また、本発明方法において、噴出孔１４ｂから噴出される燃料は、一般に石炭粉末、コークス粉末などが用いられる。さらに、本発明方法において用いられる二次空気は、一般に８００〜１１００℃の温度を有するものである。
【００１８】本発明方法において、外側一次空気噴出孔１３ｂから、一次空気が６０〜１５０ｍ／秒の噴出速度で噴射され、内側一次空気噴出孔１５ｂから、一次空気が６０〜１５０ｍ／秒の噴出速度で噴射されることが好ましく、さらに燃料は、噴出孔１４ｂから搬送用空気とともに、２０〜６０ｍ／秒の噴出速度で噴射されることが好ましい。
【００１９】本発明の燃焼方法において、外側一次空気噴出孔１３ｂと、燃料／搬送用空気混合物用噴出孔１４ｂと、内側一次空気噴出孔１５ｂとは、同心円の円周上に配置されているから、これらが、前記噴出速度で噴射されると、燃料／搬送用空気混合物の噴出流は、外側一次空気噴出流と内側一次空気噴出流との間に挟さまれ、これらと急速に混合して渦流を形成し、この渦流中に二次空気を巻き込んで、燃料を効率よく燃焼させ、噴射孔１３ｂ，１４ｂ，１５ｂから離間した火炎最高温度域を形成する。この火炎最高温度域は、可燃性固体粒状燃料／搬送用空気混合物噴出孔から、５〜２５ｍの範囲内にあることが好ましい。
【００２０】本発明方法において、噴出孔１６ａから、可燃性固体粒状燃料／搬送用空気混合物が、高速で、好ましくは、１０ｍ／秒以上、より好ましくは１５〜２５ｍ／秒の噴出速度で噴射される。このようにすると、可燃性固体粒状燃料は、その噴出口から５〜２５ｍ離間した火炎最高温度域を通過し、その中で、熱分解されて可燃性ガスを発生し、それがロータリーキルン内で、好ましくは火炎最高温度域内で燃焼する。すなわち、可燃性固体粒状燃料が、火炎最高温度域に達する前に、重力により落下して、ロータリーキルンの製品の品質（例えば色相）を低下させることがなく、或は少なくなる。
【００２１】また、噴出孔１６ａから噴出される可燃性固体粒状燃料流は、内側一次空気噴出孔１５ｂから噴出した一次空気流により囲まれているので、火炎最高温度域に達する前に、落下しようとする燃料粒子も、この一次空気流により搬送されて、火炎最高温度域に効率よく到達し、これを通過することができる。火炎最高温度域を通過した燃料は、その大部分が可燃性ガスに変成され、その残留固形分はきわめて少なく、しかも、この残留固形分が、ロータリーキルン内のセメント原料上に落下したとしても、その燃焼時間は短かく、このため、セメント原料が残留固形分の燃焼による還元雰囲気にさらされ、その色相を悪化させることは、きわめて少なくなる。
【００２２】
【実施例】本発明を下記実施例によりさらに説明する。
参考例及び実施例１〜４生産能力が１００トン／時のセメントロータリーキルンに、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示された構成を有する燃焼装置を用い、表１に示す条件において、微粉炭及び廃プラスチック破砕粒子燃焼した。但し、参考例及び実施例１〜４の各々において、内側一次空気噴出孔１５ｂにおける一次空気噴出速度は７０ｍ／秒でありかつその流量は３５ｍ3 ／分であり、外側一次空気噴出孔１３ｂにおける一次空気噴出速度は１１０ｍ／秒であり、その流量は３５ｍ3 ／時であり、一次空気比は１８％であった。また微粉炭の品位は６３００kcal／kgであり、その粉末度、（９０μｍメッシュ残分％）は１０％であった。さらに、実施例１〜４において用いられたプラスチック破砕粒子の粒径は５〜１０mmであった。得られたセメントクリンカーを、テストミルで粉末度３３００cm2 ／ｇまで粉砕し、その色相（Ｌ値）を、測定した。その結果を表１に示す。
【００２３】
【表１】

【００２４】
【発明の効果】本発明の燃焼装置及び燃焼方法により、可燃性固体粒状物、例えば有機廃棄物を、粒子径１〜２０mmで使用することが可能になり、微細に破砕することが不要になり、かつ、この可燃性固体粒状物を、確実に可燃性ガスに変成して、その燃焼を容易かつ高効率化し、ロータリーキルン内のセメントクリンカーの品質低下、例えば色相悪化を防止することが可能になった。
【出願人】 【識別番号】０００１８３２６６
【氏名又は名称】住友大阪セメント株式会社
【出願日】 平成１１年６月３０日（１９９９．６．３０）
【代理人】 【識別番号】１０００７７５１７
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 敬 （外４名）
【公開番号】 特開２００１−１２７０５（Ｐ２００１−１２７０５Ａ）
【公開日】 平成１３年１月１９日（２００１．１．１９）
【出願番号】 特願平１１−１８６２７１