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技術 燃料の燃焼方法及び燃焼装置

出願人 株式会社IHI
発明者 小林元彦
出願日 2004年1月27日 (16年9ヶ月経過) 出願番号 2004-018119
公開日 2005年8月11日 (15年3ヶ月経過) 公開番号 2005-214445
状態 未査定
技術分野 他に分類されない燃焼 セメント、コンクリート、人造石、その養正 セメント、コンクリート、人造石、その養生
主要キーワード 低質炭 燃焼路 投入管 高発熱量 投入位置 吹込み量 燃料費 サスペンションプレヒータ
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この項目の情報は公開日時点(2005年8月11日)のものです。
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図面 (4)

課題

燃焼炉燃焼される燃料が低品質のものである場合にも、燃焼炉の大型化や燃焼路からサイクロンに至るダクトが長大化せず、且つ、短いサイクル炉壁補修を行う必要のない燃料の燃焼方法及び燃焼装置を提供する。

解決手段

仮焼炉1へクーラ排ガスを送給するクーラ排ガスダクト6に、低品質の微粉炭を燃焼させるための昇温バーナ11を設ける。

概要

背景

例えば、セメント製造設備として、ロータリキルン複数段サイクロンを備えたサスペンションプレヒータの中間に、仮焼炉を設けた設備が採用されており、その従来の一例としては図3に示すごときものがある。

図3中、1は仮焼バーナ2を備えた仮焼炉、3は仮焼炉1にセメント原料投入するためのセメント原料投入管、4はセメント原料を焼成するためのロータリキルン、5はロータリキルン4からの高温排ガスであるキルン排ガスを下方から仮焼炉1へ送給するキルン排ガスダクト、6はロータリキルン4で焼成されてクーラへ投入されたクリンカを冷却して高温となったクーラ排ガスを仮焼バーナ2よりも下方において仮焼炉1へ導入するようにしたクーラ排ガスダクト、7は仮焼炉1で仮焼されたセメント原料を燃焼排ガスと共に送給するためのダクトである。

8はダクト7から燃焼排ガスに同伴されて送給されたセメント原料を分離するためのサイクロン、9はサイクロン8で分離されたセメント原料をロータリキルン4へ投入するためのシュート、10はサイクロン8でセメント原料が分離された燃焼排ガスが排出されるダクトである。サイクロンは図3では最下段のものを1個だけ図示しているが、実際にはサイクロン8の上方には複数段のサイクロンが設置されており、下から2段目のサイクロン(サイクロン8の直上にあるサイクロン)で分離されたセメント原料は、セメント原料投入管3から仮焼炉1内へ投入されるようになっている。図中、実線矢印ガスの流れを示し、点線矢印はセメント原料の流れを示す。

上記セメント製造設備においては、仮焼バーナ2から仮焼炉1内に吹込まれた微粉炭等の燃料は、クーラでクリンカを冷却してクーラ排ガスダクト6から送給されたクーラ排ガス中の酸素、及びロータリキルン4でセメント原料を焼成してキルン排ガスダクト5を通り送給されたキルン排ガス中の酸素と協働して燃焼させられて高温の燃焼ガスが生成される。このため、下から2段目のサイクロンで分離されてセメント原料投入管3から仮焼炉1に投入されたセメント原料は、前記高温の燃焼ガスにより加熱されて仮焼が行われる。

セメント原料は燃焼ガスにより仮焼されつつ、燃焼ガスに同伴されて仮焼炉1を上昇し、ダクト7からサイクロン8へ導入され、仮焼されたセメント原料は燃焼排ガスから分離されてシュート9からロータリキルン4へ投入され、ロータリキルン4において焼成されてクリンカが生成される。焼成されたクリンカはクーラへ排出されて冷却され、後工程へ送給される。

サイクロン8でセメント原料が分離された燃焼排ガスは、サイクロン8上部のダクト10に排出されて、サイクロン8の1段上段のサイクロンに、当該サイクロン8の2段上段のサイクロンで分離されて供給されたセメント原料と共に、当該セメント原料を予熱しつつ導入され、当該サイクロンでは、燃焼排ガスからセメント原料の分離が行われる。

以下、同様にして燃焼排ガスは順次、排出されたサイクロンの2段上段のサイクロンからのセメント原料を同伴して当該セメン原料を予熱しつつ、排出されたサイクロンの1段上段のサイクロンに導入され、最上段のサイクロンでセメント原料を分離された燃焼排ガスは、ブロワにより排気される。

セメント製造設備の先行技術文献としては、例えば、特許文献1、特許文献2等があり、基本的構成及び作用は、図3に示す従来のセメント製造設備と略同様である。
特公昭60−12899号公報
特開平11−292580号公報

概要

燃焼炉で燃焼される燃料が低品質のものである場合にも、燃焼炉の大型化や燃焼路からサイクロンに至るダクトが長大化せず、且つ、短いサイクル炉壁補修を行う必要のない燃料の燃焼方法及び燃焼装置を提供する。仮焼炉1へクーラ排ガスを送給するクーラ排ガスダクト6に、低品質の微粉炭を燃焼させるための昇温バーナ11を設ける。

目的

本発明は、上述の実情に鑑み、仮焼炉等の燃焼炉で燃焼される燃料が低品質のものである場合にも、燃焼炉の大型化や燃焼路からサイクロンに至るダクトが長大化せず、且つ、短いサイクルで炉壁の補修を行う必要のない燃料の燃焼方法及び燃焼装置を提供することを目的としてなしたものである。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

燃焼炉燃焼室へ送給される酸素を含むガス昇温させて前記燃焼炉の燃焼室へ導入し、該燃焼室で燃料燃焼を行わせることを特徴とする燃料の燃焼方法

請求項2

燃焼炉の燃焼室へ送給される酸素を含むガスを、昇温バーナから吹込まれる燃料を燃焼させることにより昇温させて前記燃焼炉の燃焼室へ導入し、該燃焼室で、燃焼バーナから燃焼室に吹込まれる燃料の燃焼を行わせることを特徴とする燃料の燃焼方法。

請求項3

燃焼炉の燃焼室へ送給される酸素を含むガスは、クリンカを冷却したクーラ排ガスである請求項1又は2記載の燃料の燃焼方法。

請求項4

燃焼炉は仮焼炉である請求項1、2又は3記載の燃料の燃焼方法。

請求項5

燃料は低品質微粉炭である請求項1、2、3又は4記載の燃料の燃焼方法。

請求項6

燃料を燃焼させる手段を備えた燃焼炉の燃焼室へ酸素を含むガスを送給する流路に、当該ガスを昇温させる手段を設けたことを特徴とする燃料の燃焼装置

請求項7

燃料を燃焼させる手段を備えた燃焼炉の燃焼室へガスを送給する流路は、クリンカを冷却したクーラ排ガスを送給するダクトである請求項6記載の燃料の燃焼装置。

請求項8

ガスを昇温させる手段は、低品質の微粉炭を燃料として使用するバーナである請求項6又は7記載の燃料の燃焼装置。

請求項9

燃料を燃焼させる手段は、低品質の微粉炭を燃料として使用するバーナである請求項6、7又は8記載の燃料の燃焼装置。

請求項10

燃焼炉は仮焼炉である請求項6、7、8又は9記載の燃料の燃焼装置。

技術分野

0001

本発明は、セメント原料等の粉末原料を加熱する場合の燃料燃焼方法及び燃焼装置に関するものである。

背景技術

0002

例えば、セメント製造設備として、ロータリキルン複数段サイクロンを備えたサスペンションプレヒータの中間に、仮焼炉を設けた設備が採用されており、その従来の一例としては図3に示すごときものがある。

0003

図3中、1は仮焼バーナ2を備えた仮焼炉、3は仮焼炉1にセメント原料を投入するためのセメント原料投入管、4はセメント原料を焼成するためのロータリキルン、5はロータリキルン4からの高温排ガスであるキルン排ガスを下方から仮焼炉1へ送給するキルン排ガスダクト、6はロータリキルン4で焼成されてクーラへ投入されたクリンカを冷却して高温となったクーラ排ガスを仮焼バーナ2よりも下方において仮焼炉1へ導入するようにしたクーラ排ガスダクト、7は仮焼炉1で仮焼されたセメント原料を燃焼排ガスと共に送給するためのダクトである。

0004

8はダクト7から燃焼排ガスに同伴されて送給されたセメント原料を分離するためのサイクロン、9はサイクロン8で分離されたセメント原料をロータリキルン4へ投入するためのシュート、10はサイクロン8でセメント原料が分離された燃焼排ガスが排出されるダクトである。サイクロンは図3では最下段のものを1個だけ図示しているが、実際にはサイクロン8の上方には複数段のサイクロンが設置されており、下から2段目のサイクロン(サイクロン8の直上にあるサイクロン)で分離されたセメント原料は、セメント原料投入管3から仮焼炉1内へ投入されるようになっている。図中、実線矢印ガスの流れを示し、点線矢印はセメント原料の流れを示す。

0005

上記セメント製造設備においては、仮焼バーナ2から仮焼炉1内に吹込まれた微粉炭等の燃料は、クーラでクリンカを冷却してクーラ排ガスダクト6から送給されたクーラ排ガス中の酸素、及びロータリキルン4でセメント原料を焼成してキルン排ガスダクト5を通り送給されたキルン排ガス中の酸素と協働して燃焼させられて高温の燃焼ガスが生成される。このため、下から2段目のサイクロンで分離されてセメント原料投入管3から仮焼炉1に投入されたセメント原料は、前記高温の燃焼ガスにより加熱されて仮焼が行われる。

0006

セメント原料は燃焼ガスにより仮焼されつつ、燃焼ガスに同伴されて仮焼炉1を上昇し、ダクト7からサイクロン8へ導入され、仮焼されたセメント原料は燃焼排ガスから分離されてシュート9からロータリキルン4へ投入され、ロータリキルン4において焼成されてクリンカが生成される。焼成されたクリンカはクーラへ排出されて冷却され、後工程へ送給される。

0007

サイクロン8でセメント原料が分離された燃焼排ガスは、サイクロン8上部のダクト10に排出されて、サイクロン8の1段上段のサイクロンに、当該サイクロン8の2段上段のサイクロンで分離されて供給されたセメント原料と共に、当該セメント原料を予熱しつつ導入され、当該サイクロンでは、燃焼排ガスからセメント原料の分離が行われる。

0008

以下、同様にして燃焼排ガスは順次、排出されたサイクロンの2段上段のサイクロンからのセメント原料を同伴して当該セメン原料を予熱しつつ、排出されたサイクロンの1段上段のサイクロンに導入され、最上段のサイクロンでセメント原料を分離された燃焼排ガスは、ブロワにより排気される。

0009

セメント製造設備の先行技術文献としては、例えば、特許文献1、特許文献2等があり、基本的構成及び作用は、図3に示す従来のセメント製造設備と略同様である。
特公昭60−12899号公報
特開平11−292580号公報

発明が解決しようとする課題

0010

上記図3及び特許文献1、2に示す従来のセメント製造設備では、仮焼バーナ(図3の場合仮焼バーナ2)で燃焼させる燃料が低品質のもの、例えば発熱量の低いものであったり、又は低質炭等の低品位のものであったり、若しくは発熱量が低く且つ低品位のもの(以下単に、低品質のものと呼称する)である場合には、仮焼炉1内の仮焼バーナ2の近傍においては、雰囲気温度は仮焼に必要な温度に達しておらず、クーラ排ガスダクト6からのクーラ排ガス及びキルン排ガスダクト5からのキルン排ガスは、仮焼炉1内を上昇しつつ仮焼に必要な温度まで昇温することとなる。このため、一般的には仮焼炉1の燃焼室内を高温雰囲気に確保し、長い燃焼時間を確保するために、燃焼室の容積を発熱量の高い高品質の燃料を使用する場合に比べて数倍以上も大きくする必要がある。

0011

又、低質の燃料の燃焼を促進させるために、仮焼炉1とサイクロン8との間のダクト7等を長くしてこの部分を燃焼室として使用することも行われているが、この場合には燃焼経路も長大化する。

0012

更に、仮焼炉1での燃焼時間の短縮のため、高発熱量の燃料を補助燃料として使用することも行われているが、この場合には、仮焼炉1内の酸素濃度を高くして高温雰囲気を作る必要があり、従って、仮焼炉1の炉壁は高温に曝される結果損傷し易く、短いサイクルで仮焼炉1の補修を行う必要があり、仮焼炉1の補修費が高くなる。

0013

このため、上記セメント製造設備では、仮焼炉1の大型化や燃焼経路の長大化により、大きな設置スペースが必要となって、設備費、運転維持費が高価となると共に、短期間で仮焼炉1の補修をしなければならないため、これによっても運転維持費が高価となる。

0014

本発明は、上述の実情に鑑み、仮焼炉等の燃焼炉で燃焼される燃料が低品質のものである場合にも、燃焼炉の大型化や燃焼路からサイクロンに至るダクトが長大化せず、且つ、短いサイクルで炉壁の補修を行う必要のない燃料の燃焼方法及び燃焼装置を提供することを目的としてなしたものである。

課題を解決するための手段

0015

請求項1の燃料の燃焼方法は、燃焼炉の燃焼室へ送給される酸素を含むガスを昇温させて前記燃焼炉の燃焼室へ導入し、該燃焼室で燃料の燃焼を行わせるものであり、請求項2の燃料の燃焼方法は、燃焼炉の燃焼室へ送給される酸素を含むガスを、昇温バーナから吹込まれる燃料を燃焼させることにより昇温させて前記燃焼炉の燃焼室へ導入し、該燃焼室で、燃焼バーナから燃焼室に吹込まれる燃料の燃焼を行わせるものである。

0016

請求項3の燃料の燃焼方法においては、燃焼炉の燃焼室へ送給される酸素を含むガスは、クリンカを冷却したクーラ排ガスであり、請求項4の燃料の燃焼方法においては、燃焼炉は仮焼炉であり、請求項5の燃料の燃焼方法においては、燃料は低品質の微粉炭である。

0017

請求項6の燃料の燃焼装置は、燃料を燃焼させる手段を備えた燃焼炉の燃焼室へ酸素を含むガスを送給する流路に、当該ガスを昇温させる手段を設けたものである。

0018

請求項7の燃料の燃焼装置においては、燃料を燃焼させる手段を備えた燃焼炉の燃焼室へガスを送給する流路は、クリンカを冷却したクーラ排ガスを送給するダクトであり、請求項8の燃料の燃焼装置においては、ガスを昇温させる手段は、低品質の微粉炭を燃料として使用するバーナであり、請求項9の燃料の燃焼装置においては、燃料を燃焼させる手段は、低品質の微粉炭を燃料として使用するバーナであり、請求項10の燃料の燃焼装置においては、燃焼炉は仮焼炉である。

発明の効果

0019

本発明の請求項1〜10記載の燃料の燃焼方法及び燃焼装置によれば、燃焼炉の小型化を図れると共に、炉壁の使用期間の長期化を図ることができるため、設備費、補修費等の運転維持費が安価となり、経済性に優れている、という優れた効果を奏し得る。

発明を実施するための最良の形態

0020

以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
図1はセメント製造設備に適用した本発明の実施の形態の一例である。図中、図3と同一の符号を付した部分は同一のものを表わしており、基本的な構成は図3に示す従来のものと略同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図1に示すように、酸素濃度の高いクーラからのクーラ排ガスを仮焼炉1へ送給るすクーラ排ガスダクト6の仮焼炉1入口近傍に、昇温バーナ11を設けた点にある。昇温バーナ11は図示例では、排ガス流れ方向へ間隔を置いて3個設けているが、1個でも或は4個以上でも良い。又、昇温バーナ11により燃焼される燃料としては、低品質のものを使用することができるが、低品質のものでなくても良い。なお、図中、12は仮焼炉1の入口部に設けた温度検出手段である。

0021

次に、上記図示例の作動を説明する。
本図示例のセメント製造設備においては、クーラでロータリキルン4からのクリンカを冷却して得られた酸素濃度の高いクーラ排ガスは、クーラ排ガスダクト6を送給される。而して、クーラ排ガスダクト6内には昇温バーナ11から例えば、低品質の微粉炭である燃料が吹込まれて、クーラ排ガス中の酸素と協働して燃焼し、クーラ排ガスは加熱され昇温させられて高温のガスとなる。

0022

クーラ排ガスダクト6において加熱されて昇温されたクーラ排ガスの温度は温度検出器12で検出され、その結果を基に仮焼バーナ2から仮焼炉1内へ吹込まれる燃料吹込み量の制御が行われる。このため、仮焼炉1の燃焼状態は均一に保持される。

0023

例えば、クリンカを冷却した後のクーラ排ガスは約500℃程度若しくはそれよりも高温であるが、昇温バーナ11から吹込まれた燃料が燃焼することにより、クーラ排ガスダクト6中のクーラ排ガスは約200〜300℃程度昇温される。而して、昇温バーナ11からクーラ排ガスダクト6内に吹込まれる燃料は、最大で仮焼に必要な燃料の全体量の約30%程度である。

0024

昇温された排ガスはクーラ排ガスダクト6から仮焼炉1内へ導入される。又、ロータリキルン4からはセメント燃料を焼成してクリンカを生成させた高温のキルン排ガスがキルン排ガスダクト5を通って仮焼炉1内へ導入される。

0025

このため、仮焼バーナ2から吹込まれた低品質の微粉炭である燃料は、クーラ排ガスダクト6からの排ガス中の酸素、及びキルン排ガスダクト5からのキルン排ガス中の酸素と協働して燃焼し、セメント原料投入管3から仮焼炉1へ投入されたセメント原料を仮焼しつつ仮焼炉1内をセメント原料と共に上昇し、ダクト7を経てサイクロン8へ導入される。仮焼バーナ2から仮焼炉1内へ吹込まれる燃料の量は、仮焼に必要な全体量から昇温バーナ11で昇温させるために必要な量を差し引いた量である。

0026

サイクロン8では、燃焼排ガスからセメント原料が分離され、分離されたセメント原料はシュート9からロータリキルン4へ投入され、セメント原料が分離された燃焼排ガスはサイクロン8上部のダクト10へ排出される。而して、以下の作動は従来の場合と同様であるため、説明は省略する。

0027

本図示例の場合と図3に示す従来の場合における仮焼炉1内の雰囲気温度の分布状態図2グラフに示されている。図2中、実線は本図示例の場合の雰囲気温度の分布状態、点線は図3に示す従来の場合の雰囲気温度の分布状態を示す。

0028

このグラフから明らかなように、本図示例においては、クーラからのクーラ排ガスは、クーラ排ガスダクト6中において予め昇温されて仮焼炉1内へ導入されるため、仮焼炉1内は図3に示す従来の仮焼炉1に比較して常時高温雰囲気にあり、従って、仮焼炉1の仮焼バーナ2の近傍においても、雰囲気温度は高温で、仮焼バーナ2の近傍位置から仮焼に必要な温度を得ることができる。

0029

図2においてセメント原料投入管3によるセメント原料投入位置まで徐々に昇温しているのは、微粉炭等の燃料中の揮発成分が揮発して燃焼するためである。又、セメント原料投入管3によるセメント原料投入位置から若干雰囲気温度が下降するのは、セメント原料投入管3から投入されたセメント原料が吸熱するためであり、その後急激に昇温するのは、燃料中の炭素等の燃焼成分が燃焼を開始するためである。

0030

本図示例の燃料の燃焼方法及び燃焼装置によれば、低品質の燃料を従来のセメント製造設備の簡単な改造で使用することができるため、燃料費の削減を図ることができる。

0031

又、仮焼炉1に昇温バーナ11で昇温させたクーラ排ガスを導入することにより、クーラ排ガスの仮焼炉1への導入後短時間で、仮焼バーナ2近傍から仮焼に必要な雰囲気温度を得ることができるため、仮焼炉1の大きさを従来のものよりも小さくすることができる。又、仮焼炉1内の雰囲気温度が最高に達するのは、本図示例の方が図3に示すものよりも早く、この点からも、本図示例においては、仮焼炉1を小型にできることが分かる。

0032

更に、高発熱量の燃料を補助燃料として使用する必要がないため、仮焼炉1内の酸素濃度を高くして高温雰囲気を作る必要がなく、従って、仮焼炉1の炉壁が損傷し難く、炉壁の寿命が長期化する。

0033

本図示例の燃料の燃焼方法及び燃焼装置においては、仮焼炉1の小型化を図れると共に、炉壁の使用期間の長期化を図ることができ、しかも燃料として低品質の微粉炭を使用することができるため、設備費、運転維持費が安価となり、経済性に優れている。

0034

なお、本発明の図示例においては、燃焼炉を仮焼炉とする場合について説明したが、仮焼炉に限られるものではないこと、セメント製造設備に適用する場合について説明したが、セメントに限らず種々の粉末原料の製造に適用することができること、クーラ排ガスダクトで用いる燃料は低品質の微粉炭に限られるものではないこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

図面の簡単な説明

0035

セメント製造設備に適用した本発明の燃料の燃焼方法及び燃焼装置の実施の形態の一例を示す立面図である。
本発明装置と従来装置における仮焼炉内の雰囲気温度の分布状態を示すグラフである。
セメント製造設備に適用した従来の燃料の燃焼方法及び燃焼装置の一例を示す立面図である。

符号の説明

0036

1仮焼炉(燃焼炉)
2 仮焼バーナ(燃焼バーナ)(燃料を燃焼させる手段)(バーナ)
6クーラ排ガスダクト(流路)(ダクト)
11昇温バーナ(ガスを昇温させる手段)(バーナ)

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