JP5225904B2 - 燃焼状態監視方法 - Google Patents

Description

この発明は、燃焼状態監視方法に係り、特に、セメント製造工程における仮焼炉での燃料の燃焼状態を監視する方法に関する。

従来のセメント製造方法が、特許文献１に開示されている。この製造方法において、プレヒータでのセメント原料の分解度を管理するために、仮焼炉の下流側でサンプリングしたセメント原料の分解度の測定結果に基づいて、定常状態における仮焼炉の下流側のガス温度を管理している。

特開２０００−２７２９４０号公報

しかしながら、近年、環境意識の向上及び石炭価格の高騰により、セメント製造の燃料として、リサイクル原燃料や低品位石炭の使用量が増加している。このような燃料を使用すると、仮焼炉での燃焼特性が変化するため、定常状態でのガス温度に基づいてセメント原料の分解度を管理することが難しくなるといった問題点があった。すなわち、定常状態でのガス温度が一定であっても、燃焼特性が変化することによりセメント原料の分解度が変化するため、ガス温度の測定結果が必ずしも分解度の指標とならなくなっている。また、リサイクル原燃料と石炭の使用量との組み合わせによっては燃焼性が悪化するため、セメント原料の分解度を一定に保つためには、より多くの燃料を使用しなければならない場合もある。

この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、セメント製造工程で使用する燃料の燃焼特性が変化しても、セメント原料の分解度を一定に保つことのできる燃焼状態監視方法を提供することを目的とする。

この発明に係る燃焼状態監視方法は、セメント製造工程における仮焼炉において、リサイクル原燃料及び主燃料を燃焼する際の燃焼状態監視方法であって、前記仮焼炉または該仮焼炉よりもガスの流れとして上流側へ供給される前記リサイクル原燃料の量を変化させるか、または前記仮焼炉に供給される前記主燃料の量を変化させるステップと、前記仮焼炉の燃焼ガスの温度を測定するステップと、前記燃焼ガスの温度の測定結果から、前記リサイクル原燃料ないし前記主燃料の単位供給量の変化量あたりの前記燃焼ガスの温度変化の経時変化を演算するステップと、演算された前記経時変化を、予め準備されている種々の前記リサイクル原燃料ないし前記主燃料についての燃焼ガスの温度変化の経時変化と比較するステップとを含む。

この発明によれば、演算された経時変化を予め準備されている経時変化と比較することによって燃料の燃焼特性の変化を認識できるので、セメント製造工程で使用する燃料の燃焼特性が変化しても、セメント原料の分解度を一定に保つことができる。

この発明の実施の形態に係るセメント製造工程を実施するためのセメント製造装置の概略図である。 種々の石炭及びリサイクル原燃料について供給量を変化させた時の燃焼ガスの温度変化の経時変化を示すグラフである。 リサイクル原燃料について供給量を変化させた時の燃焼ガスの温度変化の経時変化の一例を示すグラフである。 主燃料及びリサイクル原燃料の種類ごとの燃焼特性を記録したデータベースの概略図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に、この実施の形態に係るセメント製造工程を実施するためのセメント製造装置の概略図を示す。このセメント製造装置は、プレヒータ１と、仮焼炉２と、ロータリーキルン３と、クリンカクーラー４とから構成されている。

仮焼炉２には、仮焼炉２にリサイクル原燃料を投入するための投入口１２が設けられ、投入口１２には、リサイクル原料を供給するリサイクル原燃料供給装置１１が接続されている。また、仮焼炉２には、バーナー１７が設けられ、バーナー１７には、主燃料である石炭を供給するように、石炭供給装置１３が接続されている。石炭供給装置１３には、供給される石炭の粉末度を調整するための粉末度設定装置１４が接続されている。

プレヒータ１は、複数のサイクロン１ａ〜１ｅを多段に接続した多段式サイクロンから構成されている。最上段のサイクロン１ｅと上から２番目のサイクロン１ｄとを接続するダクト１ｆに、セメント原料を投入するための投入口１ｇが設けられ、セメント原料を供給するセメント原料供給装置１６が投入口１ｇに接続されている。サイクロン１ｅには、サイクロン１ｅからの排ガスを誘引するファン５が接続されている。また、最下段のサイクロン１ａと下から二番目のサイクロン１ｂとを接続するダクト１ｈに、サイクロン１ａからの排ガスの温度を測定するための温度検出器６が設けられている。サイクロン１ａとロータリーキルン３とは、シュート１８を介して連通され、サイクロン１ａと仮焼炉２とは、上部ダクト１Ｊを介して連通されている。

温度検出器６と、リサイクル原燃料供給装置１１と、石炭供給装置１３と、粉末度設定装置１４とはそれぞれ、セメント製造装置の動作を制御する制御装置１５に電気的に接続されている。制御装置１５は、種々の石炭及びリサイクル原燃料について供給量を変化させた時の燃焼ガスの温度変化の経時変化を予め記憶した記憶部１５ａと、温度検出器６から受信したデータから、記憶部１５ａに記憶された経時変化と同様の経時変化を演算する演算部１５ｂと、記憶部１５ａに記憶された経時変化と演算部１５ｂによって演算された経時変化とを比較する比較部１５ｃと、石炭供給装置１３及び粉末度設定装置１４にそれぞれ電気的に接続された制御部１５ｄとを有している。

図２に、記憶部１５ａに記憶された経時変化のグラフの一例を示す。図２は、３種類の石炭及び４種類のリサイクル原燃料のそれぞれについて供給量を１ｔｏｎ／ｈｒ（単位供給量）増加したときに、供給量を増加した時を基準として温度検出器６によって測定された温度の温度変化がどのように変化するか（経時変化）を示している。

次に、この発明の実施の形態に係るセメント製造装置の動作を、図１に基づいて説明する。
リサイクル原燃料供給装置１１によって供給されたリサイクル原燃料は、投入口１２を介して仮焼炉２に投入される。また、粉末度設定装置１４によって粉末度が調整された石炭は、石炭供給装置１３によってバーナー１７に供給される。仮焼炉２に投入されたリサイクル原燃料は、石炭を燃料として燃焼するバーナー１７によって燃焼される。仮焼炉２内の燃焼によって生成した燃焼ガスは、上部ダクト１Ｊを介してサイクロン１ａに入り、プレヒータ１内を上方に向かって流通する。すなわち、燃焼ガスは、サイクロン１ａ〜１ｅを順次流通する。

一方、セメント原料供給装置１６によって供給されたセメント原料は、投入口１ｇを介してダクト１ｆ内に投入される。投入されたセメント原料は、プレヒータ１内を下方に向かって移動する。この際、セメント原料は、プレヒータ１内を上方に向かって流通する燃焼ガスと熱交換することにより予熱され、セメント原料における石灰石の主成分である炭酸カルシウムが炭化カルシウム及び炭酸ガスに分解される。ここで、セメント原料の分解度とは、炭酸カルシウムが炭化カルシウム及び炭酸ガスに分解される分解反応の進行度合いを意味する。

サイクロン１ｅまで流通した燃焼ガスは、ファン５に誘引されて、セメント製造装置から排出される。一方、プレヒータ１で予熱されたセメント原料は、ロータリーキルン３に入り、焼成されてセメントクリンカとなり、クリンカクーラー４へ送られる。クリンカクーラー４に送られたセメントクリンカは、冷却用ガスと熱交換することにより冷却される。

次に、仮焼炉２においてリサイクル原燃料を燃焼する際の燃焼状態監視方法について説明する。
通常は、温度検出器６による測定値が一定となるように（ある設定温度になるように）管理する。例えば、温度検出器６による測定値が低下してきたことを制御装置１５が認識したら、制御部１５ｄが粉末度設定装置１４を作動させて石炭の粉末度を小さくするか、または、石炭供給装置１３を作動させて石炭供給量を増加するか、またはこれらを組み合わせることによって、温度検出器６による測定値を設定温度に調整する。

しかしながら、前述したように、リサイクル原燃料や低品位石炭を使用すると、仮焼炉２での燃焼特性が変化する場合がある。燃焼特性が変化すると、温度検出器６による測定値とセメント原料の分解度との関係も変化するので、燃焼特性が変化したにもかかわらず、温度検出器６による測定値が従来の設定温度になるように管理しても、セメント原料の分解度を一定に保つことはできない。そこで、仮焼炉２での燃焼特性が変化したか否かを判定する必要がある。

仮焼炉２での燃焼特性が変化したか否かを判定するために、まず、リサイクル原燃料供給装置１１によるリサイクル原燃料の供給量を変化させる。リサイクル原燃料の供給量を変化させることには、意図的に供給量を変化させることだけが含まれるのではなく、リサイクル原燃料のロットを変更する際に、不可避的かつ一時的に供給量が変化してしまうことも含まれるものとする。

例えば、リサイクル原燃料の供給量を増加させた場合を考えると、仮焼炉２での燃焼が激しくなり、温度検出器６による測定値は徐々に上昇するので、リサイクル原燃料の供給量が増加した時の温度検出器６による測定値に対する温度検出器６による測定値の温度差は徐々に上昇する。制御装置１５内の演算部１５ｂは、温度検出器６による測定値に基づいて、リサイクル原燃料の単位供給量あたりのこの温度差の経時変化、すなわち、リサイクル原燃料１ｔｏｎ／ｈｒあたりの燃焼ガスの温度変化の経時変化を演算する。

続いて、比較部１５ｃは、この演算された経時変化を、記憶部１５ａに記憶されている経時変化と比較する。ここで、記憶部１５ａに記憶されている経時変化は、同じ種類のリサイクル原燃料の供給量を増加した場合に得られる経時変化である。両者の経時変化が全体的にずれている場合には、比較部１５ｃは、仮焼炉２での燃焼特性が変化したと判定する。

例えば、図３（ａ）に示されるように、演算された経時変化（破線）が、記憶部１５ａに記憶されている経時変化（実線）に対して、最終的な温度差（ゲイン）は変わらないものの、温度変化の上昇が遅くなるようにずれている場合には、定常状態において、リサイクル原燃料の供給量を増加する前に比べ、温度検出器６による測定値は変わらない。そのため、従来の管理方法では、燃焼特性が変わったことを認識することができないため、セメント原料の分解度を実測するまでは、分解度の変化を認識することができない。

また、例えば、図３（ｂ）に示されるように、演算された経時変化（破線）が、記憶部１５ａに記憶されている経時変化（実線）に対して、全体的に温度変化が大きくなるようにずれている場合には、リサイクル原燃料の供給量と、石炭の供給量と、石炭の粉末度との少なくともいずれかを変更しなければ、定常状態において、リサイクル原燃料の供給量を増加する前に比べ、温度検出器６による測定値は高くなる。この場合には、プレヒータ１での燃焼特性が変化しているので、温度検出器６による測定値とセメント原料の分解度との関係も変化している。しかしながら、従来の管理方法では、温度検出器６による測定値が単に設定温度からずれただけなのか、それとも燃焼特性が変化したのかを判断することができず、温度検出器６による測定値を設定温度に調整すべく石炭の供給量や石炭の粉末度又はリサイクル原燃料の供給量を変更することになる。すると、前述したように、セメント原料の分解度が変化してしまうので、新たな設定温度を設定しなおす必要がある。

新たな設定温度を算出するために、主燃料及びリサイクル原燃料の種類ごとの燃焼特性を記録したデータベースを用意しておく。このデータベースは、図４に示されるように、この実施の形態に係るセメント製造装置の稼働中に実際に測定したデータを集めたものである。このデータベースから、様々な条件において、温度検出器６による測定値とセメント原料の分解度との関係がわかるので、これにより、新たな設定温度を算出することができる。

具体的には、リサイクル原燃料の供給量の変更により生じる温度変化の経時変化から、ゲイン、むだ時間、時定数を読み取る。読み取ったむだ時間もしくは時定数が、データベースのむだ時間もしくは時定数に比べて長くなった場合には、燃焼性が悪くなったことを意味するので、分解度を一定に保つために、設定温度を上げる。一方、読み取ったゲインがデータベースのゲインに比べて大きくなった場合には、燃焼性が良くなったことを意味するので、設定温度を下げる。ただし、燃焼性とは別に、分解度には最適な温度範囲があり、その範囲から外れると燃焼熱の分解度への寄与率が大幅に低下するため、その範囲となるよう、設定を管理する。このようにして分解度を一定に保つことができる。

このように、演算部１５ｂによって演算された経時変化を、記憶部１５ａに記憶されている経時変化と比較することによって燃料の燃焼特性の変化を認識できるので、セメント製造工程で使用する燃料の燃焼特性が変化しても、セメント原料の分解度を一定に保つことができる。

この実施の形態では、温度検出器６がダクト１ｈに設けられていたが、この形態に限定するものではなく、プレヒータ１のどこに設けられていてもよい。
また、この実施の形態では、リサイクル原燃料の投入口１２を仮焼炉２設けているが、仮焼炉２よりもガスの流れとして上流側（例えば、窯尻部１９等）に投入口１２を設ける構成であれば、燃焼性の評価が可能である。投入されたリサイクル原燃料の燃焼により、仮焼炉２の燃焼特性が変化し、この変化を石炭の燃焼特性の変化として測定することができる。リサイクル原燃料の使用により燃焼性が悪化した場合、石炭自体の燃焼性が悪化する。

さらに、この実施の形態では、仮焼炉２での燃焼特性が変化したか否かを判定するために、まず、リサイクル原燃料供給装置１１によるリサイクル原燃料の供給量を変化させているが、バーナー１７に供給される石炭の量を変化させてもよい。

２ 仮焼炉。

Claims (1)

1. セメント製造工程における仮焼炉において、リサイクル原燃料及び主燃料を燃焼する際の燃焼状態監視方法であって、
   前記仮焼炉または該仮焼炉よりもガスの流れとして上流側へ供給される前記リサイクル原燃料の量を変化させるか、または前記仮焼炉に供給される前記主燃料の量を変化させるステップと、
   前記仮焼炉の燃焼ガスの温度を測定するステップと、
   前記燃焼ガスの温度の測定結果から、前記リサイクル原燃料ないし前記主燃料の単位供給量の変化量あたりの前記燃焼ガスの温度変化の経時変化を演算するステップと、
   演算された前記経時変化を、予め準備されている種々の前記リサイクル原燃料ないし前記主燃料についての燃焼ガスの温度変化の経時変化と比較するステップと
   を含む燃焼状態監視方法。

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