JP6919364B2 - キルンガスの抽気装置及び抽気方法 - Google Patents

Description

本開示は、キルンガスの抽気装置及び抽気方法に関する。

キルンから、概ね９００〜１３００℃の温度を有するキルンガスを抽気することによって、セメント製造工程内から塩素を除去する技術が知られている。このようなキルンガスは、冷却ガスを混合することによって冷却される。特許文献１では、キルンガスの分離冷却流路の内壁面に沿うように冷却ガスを導入することによって旋回流を形成する技術が提案されている。このような技術を用いれば、キルンガスを冷却することによって析出する揮発分が内壁面に付着することが抑制され、揮発分と粉塵（ダスト）を好適に分離することができる。

特開２００７−４４５７７号公報

セメントキルンはその運転状況により、窯尻を流れるキルンガスの量、及びキルンガスに含まれるダストの濃度が変動する。このため、抽気装置に抽気されるキルンガスの量及びダストの量が変動する。このような変動によって分離冷却管に導入されるキルンガスに含まれるダスト濃度が高くなると、塩素の抽気効率が低下する。この問題の対策として、分離冷却管に導入する冷却ガスの流量を上げて、旋回流によって分離効率を高くする方法が考えられる。しかし、単に冷却ガスの流量を上げると冷却ガスの一部が窯尻の方に流入することがある。この場合、窯尻を流れるキルンガスが冷却されることになり、セメント焼成装置の熱効率が低下する。このような現象を回避するため、分離冷却管に導入される冷却ガスの流量を下げる等の対応が必要になる。

ところが、分離冷却管に導入する冷却ガスの流量を下げると、分離冷却管内での旋回流の速度が低下する。その結果、旋回流によって分離冷却管の外周部を流通しているダストが分離冷却管の底部に堆積しやすくなる。このようなダストの堆積により、分離冷却管内の旋回流が乱れてダストと揮発分の分離精度が低下する。その結果、揮発分へのダストの混入量が増加したり、塩素の抽気効率が低下したりすることが懸念される。

そこで、本発明は、一つの側面において、塩素の抽気効率を高く維持しつつ、安定的に運転を継続することが可能なキルンガスの抽気装置を提供することを目的とする。また、本発明は、別の側面において、塩素の抽気効率を高く維持しつつ、安定的に運転を継続することが可能なキルンガスの抽気方法を提供することを目的とする。

本発明は、一つの側面において、キルンから抽気されるキルンガスと冷却ガスとを混合してキルンガスを冷却するとともに、キルンガスと冷却ガスを含む混合ガスからダストの少なくとも一部を分離して分離ガスを得る分離冷却管と、分離冷却管の略中心軸を旋回軸とする混合ガスの旋回流が生じるように、冷却ガスを分離冷却管に導入する導入路と、導入路よりも下流側において分離冷却管に接続され、旋回流によって遠心分離されるダストの少なくとも一部を回収する回収部と、導入路よりも下流側において分離冷却管に接続され、分離冷却管において析出する揮発分を分離ガスから除去する揮発分除去部と、揮発分除去部の下流側に設けられ、揮発分除去部を介して分離冷却管の分離ガスを吸引する第１吸引器と、回収部の下流側又は回収部に設けられ、分離冷却管の混合ガスを吸引する第２吸引器と、を備えるキルンガスの抽気装置を提供する。

上記抽気装置は、混合ガスの旋回流によってダストの少なくとも一部を遠心分離して回収する回収部を備える。そして、この回収部を介して分離冷却管の混合ガスを吸引する第２吸引器を備える。このため、分離冷却管におけるダストの堆積が低減され、ダストの堆積によって旋回流が乱されることを抑制できる。したがって、上記抽気装置は、塩素の抽気効率を高く維持しつつ、安定的に運転を継続することができる。

上記回収部は、分離冷却管の下流側から上流側をみたときに、旋回流の旋回方向に沿って分離冷却管の接線方向に延在する流路を有し、第２吸引器は流路の下流側に接続されていることが好ましい。これによって、混合ガスに含まれるダストが回収部に一層円滑に回収される。したがって、一層安定的に運転を継続することができる。

上記抽気装置は、分離冷却管に抽気されるキルンガスに含まれるダストの量に応じて、冷却ガスの流量、第１吸引器の吸引ガス量及び第２吸引器の吸引ガス量の少なくとも一つを調節するように構成されることが好ましい。キルンガスに含まれるダストの量が変動しても、冷却ガスの流量、第１吸引器の吸引ガス量及び第２吸引器の吸引ガス量の少なくとも一つを調節することによって、安定的に運転を継続することができる。

上記回収部に設けられる第２吸引器はエジェクターであってもよい。エジェクターは、混合ガスの吸引とダストの回収を並行して行うことができる。このため、装置構成がコンパクトになり、抽気装置の設置場所の制約を低減することができる。

本発明は、別の側面において、キルンからキルンガスを分離冷却管に抽気する抽気工程と、分離冷却管に冷却ガスを導入してキルンガスに合流することによって、分離冷却管の略中心軸を旋回軸とする、キルンガスと冷却ガスを含む混合ガスの旋回流を生じさせる導入工程と、旋回流によって、混合ガスに含まれるダストを遠心分離して当該ダストを回収部に回収するとともに、混合ガスよりもダストが低減された分離ガスを得る回収工程と、分離ガスを揮発分除去部に導入し、分離冷却管において析出する揮発分を分離ガスから除去する除去工程と、を有し、除去工程では、揮発分除去部を介して分離冷却管の分離ガスを第１吸引器で吸引し、回収工程では、分離冷却管の混合ガスを第２吸引器で吸引する、キルンガスの抽気方法を提供する。

上記抽気方法は、混合ガスの旋回流によってダストの少なくとも一部を遠心分離して回収部に回収する回収工程において、回収部を介して分離冷却管の混合ガスを第２吸引器で吸引する。このため、分離冷却管にダストの堆積が低減され、ダストの堆積によって旋回流が乱されることを抑制できる。したがって、上記抽気方法は、塩素の抽気効率を高く維持しつつ、安定的に運転を継続することができる。

分離冷却管の下流側から上流側をみたときに、回収工程では、混合ガスが旋回流の旋回方向に沿って分離冷却管の接線方向に延在する流路によって分離冷却管から導出されることが好ましい。これによって、混合ガスに含まれるダストが回収部に一層円滑に回収される。したがって、一層安定的に運転を継続することができる。

上記抽気工程で抽気されるキルンガスに含まれるダストの量に応じて、冷却ガスの流量、第１吸引器の吸引ガス量及び第２吸引器の吸引ガス量の少なくとも一つを調節する調節工程を有することが好ましい。キルンガスに含まれるダストの量が変動しても、冷却ガスの流量、第１吸引器の吸引ガス量及び第２吸引器の吸引ガス量の少なくとも一つを調節することによって、安定的に運転を継続することができる。

上記回収工程で混合ガスを吸引する第２吸引器はエジェクターであってもよい。エジェクターは、混合ガスの吸引とダストの回収を並行して行うことができる。したがって、装置構成がコンパクトになり、キルンガスの抽気方法の汎用性を向上することができる。

本発明は、一つの側面において、塩素の抽気効率を高く維持しつつ、安定的に運転を継続することが可能なキルンガスの抽気装置を提供することができる。また、本発明は、別の側面において、塩素の抽気効率を高く維持しつつ、安定的に運転を継続することが可能なキルンガスの抽気方法を提供することができる。

図１は、キルンガスの抽気装置の概要を示す図である。 図２は、図１のキルンガスの抽気装置の一部を拡大して示す図である。 図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面から、分離冷却管側を見たときの図である。 図４は、抽気装置における制御システムの一例を示すブロック図である。 図５は、キルンガスの抽気装置の変形例を示す図である。

以下、場合により図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。ただし、以下の実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用い、場合により重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、各要素の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。

図１は、本実施形態に係るキルンガスの抽気装置１００の概要を示す図である。抽気装置１００はセメント焼成装置に設けられ、セメントクリンカーの製造に伴って生じる塩素等の揮発分を含むキルンガスを抽気してセメント焼成装置内の塩素等の揮発分を低減する。抽気装置１００は、キルンガスを冷却するとともにキルンガスに含まれるダストを分離して分離ガスを得る分離冷却管１２と、分離冷却管１２に接続される導入路１３と、導入路１３よりも下流側において分離冷却管１２に接続されダストを回収する回収部３０と、導入路１３よりも下流側において分離冷却管１２に接続される揮発分除去部２０と、揮発分除去部２０の下流側に設けられ、揮発分除去部２０を介して分離冷却管１２で得られる分離ガスを吸引する第１吸引器４０と、回収部３０の下流側に設けられ、回収部３０を介して分離冷却管１２の混合ガスを吸引する第２吸引器４２を備える。

分離冷却管１２の一端はキルン５０の窯尻５２に接続され、分離冷却管１２の他端は揮発分除去部２０に接続されている。すなわち、キルンガス６０の流通方向を基準として、分離冷却管１２には、上流側から窯尻５２、導入路１３、回収部３０及び揮発分除去部２０がこの順に接続されている。導入路１３及び回収部３０は、分離冷却管１２の側部に接続され、揮発分除去部２０は分離冷却管１２の端部に接続されている。キルン５０で発生したキルンガスの一部は、第１吸引器４０及び第２吸引器４２の吸引によって、分離冷却管１２にて抽気される。キルンガスの残部は、煙道５４を上昇して、例えばサスペンションプレヒータに導入される。

分離冷却管１２は、例えば円筒状の配管で構成されており、他端側に一端側よりも大きい内径を有する拡張部１２Ａを有する。すなわち、拡張部１２Ａの内径は、拡張部１２Ａの上流側の内径よりも大きくなっている。このように分離冷却管１２は下流側に上流側よりも大きい内径を有する拡張部１２Ａを有することによってダストの遠心分離を円滑に行うことができる。

導入路１３は、例えば円筒状の配管で構成される冷却ガスの流路であり、分離冷却管１２のキルンガス入口付近に接続されている。導入路１３の上流側には導入ファン１４が設けられている。導入ファン１４によって、冷却ガス（例えば大気）は、導入路１３を流通して分離冷却管１２に導入される。導入ファン１４としては、例えば、シロッコファン及びターボファンなどの通常の送風機が挙げられる。

図２は、キルンガスの抽気装置１００の分離冷却管１２及びその近傍を拡大して示す図である。分離冷却管１２は、一端側（上流側）からキルンガス６０が導入され、他端側（下流側）から分離冷却処理後の分離ガス６６が排出される。キルンガス６０は、分離冷却管１２の入口において、ガス状の揮発分とともに固形分としてダストを含有する。キルンガス６０に含まれるダストの少なくとも一部を分離して得られる分離ガス６６は、キルンガス６０よりもダストの濃度が低減されている。

導入路１３は、分離冷却管１２の外周の接線方向に延在するように分離冷却管１２に接続されている。導入路１３から導入される冷却ガス６２は、分離冷却管１２の内壁面に沿って移動することによって冷却ガス６２のカーテンを形成する。これによって、高温のキルンガス６０から分離冷却管１２の内壁面を保護する。

導入路１３は、分離冷却管１２に近接するにつれて、内径が徐々に大きくなる部分１３ａを有している。これによって、導入路１３は、分離冷却管１２側の部分の内径の方が、当該部分よりも上流側の部分の内径よりも大きくなっている。これによって、冷却ガスの導入量を調節する場合に、導入量の変化速度が低減され、旋回流６４の乱れを抑制することができる。

導入路１３から、分離冷却管１２の内壁面に沿うように導入された冷却ガス６２と、分離冷却管１２の長手方向に沿って移動するキルンガス６０は、混合ガスとなって分離冷却管１２に旋回流６４を形成する。旋回流６４の旋回軸と分離冷却管１２の中心軸は略一致する。すなわち、旋回流６４は、分離冷却管１２の略中心軸を旋回軸とする。旋回流６４の旋回軸は、分離冷却管１２の中心軸と完全に一致することが好ましい。ただし、両者が完全に一致することは必須ではない。例えば、混合ガスからダスト全体の７０質量％以上を回収部３０で回収できるような旋回流６４が形成される程度に、旋回流６４の旋回軸は分離冷却管１２の中心軸からずれていてもよい。混合ガスは、分離冷却管１２の内部を旋回しながら分離冷却管１２の長手方向（図２の右方向）に沿って移動する。すなわち、混合ガスは分離冷却管１２の内部をらせん状旋回流となって分離冷却管１２の上流側から下流側に移動する。

導入路１３は、導入ファン１４と分離冷却管１２との間、又は導入ファン１４の上流側に、冷却ガスの流速を調整するダンパーを備えていてもよい。これによって、キルン５０の運転状況、ダストの濃度、及びキルンガスの抽気量等に応じて冷却ガスの導入量を適宜調節することができる。

図２では、導入路１３における冷却ガス６２の導入方向と、分離冷却管１２の接線方向が一致しているが、これらの方向は必ずしも一致していなくてもよい。すなわち、導入路１３における冷却ガス６２の導入方向は、旋回流６４を形成可能な範囲で、分離冷却管１２の接線方向からずれていてもよい。例えば、図２でみたときに、冷却ガス６２は、右下方向に向かうように分離冷却管１２に導入されてもよい。

図１及び図２に示されるように、回収部３０は、導入路１３よりも下流側において分離冷却管１２（拡張部１２Ａ）に接続され、旋回流６４によって遠心分離されるダストの少なくとも一部を回収する。回収部３０は、分離冷却管１２の側部の下側に接続されダストを下方に落下させる流路をなすホッパー３２と、ホッパー３２の下方に集塵部３４とを備える。集塵部３４としては、例えば、バグフィルタ、電気集塵器、及びサイクロン等が挙げられる。集塵部３４で回収されたダストは、図１に示すように流路３６を介してセメント原燃料として窯尻５２に供給される。なお、ダストの供給先は、窯尻５２に限定されず、仮焼炉又はプレヒータサイクロン等のセメント焼成装置に直接供給してもよいし、原料調合工程において原料ミル又はブレンディングサイロ等に供給してもよい。

図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面（第１排出路２１の径方向断面）から、分離冷却管１２側を見たときの図である。図３に示されるように、ホッパー３２は、旋回流６４の旋回方向に沿って分離冷却管１２（拡張部１２Ａ）の接線方向に延在するように設けられる。これによって、旋回流６４が安定的に維持され、旋回流６４によって分離冷却管１２の外周部に近い部分を流通する、ダストを多く含む混合ガスがホッパー３２に導かれやすくなる。その結果、ダスト６８の遠心分離が円滑に行われることとなり、ダスト６８に塩化物等の揮発分が混入することを十分に抑制することができる。

ダスト６８は、分離冷却管１２に導入される段階（冷却前）において、キルンガス６０に含まれている固形分であり、揮発分とは異なるものであることからセメント原燃料として利用することができる。ダスト６８は、キルンガス６０を冷却することによって分離冷却管１２において析出する揮発分の粒子よりも大きい粒径を有する。このため、ダスト６８は、旋回流６４による遠心分離によって回収部３０で回収される。

図３では、導入路１３及びホッパー３２は、図３において鉛直方向に延在しているが、導入路１３及びホッパー３２の少なくとも一方は、鉛直方向に対して傾斜していてもよく、水平方向に延在していてもよい。また、導入路１３及びホッパー３２は、図３の奥行方向に傾斜していてもよい。ただし、ホッパー３２は、ダストの回収の効率性向上の観点から、下方に延在することが好ましい。

図１に示すように、ホッパー３２の下流側に設けられる集塵部３４には、回収部３０を介して、分離冷却管１２を流通する混合ガスを吸引する第２吸引器４２が設けられている。第２吸引器４２は、特に限定されず、シロッコファン及びターボファンなどの通常の送風機が挙げられる。第２吸引器４２を備えることによって、分離冷却管１２を流通する混合ガスに含まれるダストを、回収部３０において円滑に回収することができる。したがって、図２に示される分離冷却管１２の回収部３０近傍の底部１２ａに堆積するダストが十分に低減される。

抽気装置１００は、底部１２ａに堆積するダストを十分に低減できることから、旋回流６４が乱れ難くなり、ダストの遠心分離を十分に高い精度で行うことができる。したがって、回収部３０で回収されるダストに塩化物等の揮発分が混入することが抑制され、塩素の抽気効率を高くすることができる。

第２吸引器４２は、吸引するガス量を調節する吸引ガス量調節部を有していてもよい。これによって、キルン５０の運転状況、キルンガスの抽気量、キルンガスにおけるダストの濃度、揮発分の析出量、及び、混合ガスに含まれるダストと揮発分の割合等に応じて、吸引するガス量を調節することができる。第２吸引器４２で吸引されたガスは、図示しない流路を介して、導入ファン１４に供給してもよい。導入ファン１４は、当該ガスを冷却ガスとして導入路１３から分離冷却管１２に導入してもよい。

回収部３０は、第２吸引器４２で吸引する吸引ガス量を調節する手段としてダンパーを有していてもよい。これによって、例えば、導入路１３からの冷却ガスの風速が遅く、旋回流６４の旋回速度が遅い場合でも、第２吸引器４２からの吸引による風力でキルンガス６０に含まれるダストを回収部３０で十分に回収することができる。したがって、分離冷却管１２の底部１２ａにダストが堆積することを十分に抑制することができる。

図２に示すように、分離冷却管１２の拡張部１２Ａでは、混合ガスからダスト６８の少なくとも一部が分離され、混合ガスよりもダストの濃度が少ない分離ガス６６が生成する。分離冷却管１２は拡張部１２Ａを有することによって、混合ガスからの遠心分離によるダストの分離を十分に円滑に行うことができる。そして、回収部３０で回収されるダストに含まれる揮発分の量を十分に低減することができる。

図１に戻り、分離冷却管１２の下流側には、分離冷却管１２において析出した揮発分を分離ガスから除去する揮発分除去部２０が設けられている。揮発分除去部２０は、上流側から冷却器２４及び集塵部２６をこの順に有する。分離冷却管１２と冷却器２４は第１排出路２１を介して接続され、冷却器２４と集塵部２６は第２排出路２２を介して接続されている。円筒状の管体で構成される第１排出路２１は、分離冷却管１２（拡張部１２Ａ）と同心に配置されている。第１排出路２１の内径は、拡張部１２Ａの内径よりも小さく、第１排出路２１の分離冷却管１２側の端部は、分離冷却管１２の拡張部１２Ａの内部に挿入されて、二重管構造をなしている（図２参照）。このような二重管構造とすることによって、ダストの遠心分離を一層円滑に行うことができる。

冷却器２４は、集塵部２６の耐熱性に応じて、通常の空冷式又は水冷式のものを用いることができる。第２排出路２２は、通常の円筒状の管体で構成される。集塵部２６は、塩化物等の揮発分を捕捉可能なものを適宜用いることができる。集塵部２６としては、例えば、バグフィルタ、電気集塵器、サイクロン等が挙げられる。揮発分除去部２０に導入される分離ガスは高温であることからサイクロンを好ましく用いることができる。集塵部２６は、上記例示物の１種を単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

図２及び図３に示すように、混合ガスからダストを回収して得られる分離ガス６６は、拡張部１２Ａに接続される第１排出路２１を旋回しながら冷却器２４に向かって流通する。すなわち、分離ガス６６も、らせん状旋回流となって第１排出路２１を流通する。分離ガス６６は、図１に示される冷却器２４で所定の温度範囲に冷却された後、第２排出路２２を流通して集塵部２６に導入される。集塵部２６では、分離ガスに含まれる塩化物等の揮発分が捕捉される。揮発分は、窯尻５２においてはガス状であるが、分離冷却管１２での冷却によって析出する成分であり、例えば塩化カリウム及び塩化ナトリウム等の塩化物を含む。

図１に戻り、集塵部２６には第１吸引器４０が接続されている。第１吸引器４０は、分離冷却管１２から揮発分除去部２０を介して分離ガスを吸引する。第１吸引器４０及び第２吸引器４２による吸引によって、キルンガス６０が分離冷却管１２に導入される。第１吸引器４０は、特に限定されず、シロッコファン及びターボファンなどの通常の送風機が挙げられる。第１吸引器４０を備えることによって、分離冷却管１２を流通する混合ガス中に析出する塩化物等の揮発分を、揮発分除去部２０において回収することができる。

第１吸引器４０は、吸引するガス量を調節する吸引ガス量調節部を有していてもよい。これによって、キルン５０の運転状況、キルンガスの抽気量、キルンガスにおけるダストの濃度、揮発分の析出量、及び、混合ガスに含まれるダストと揮発分の割合等に応じて、吸引するガス量を調節することができる。第１吸引器４０で吸引されたガスは、図示しない流路を介して、導入ファン１４に供給してもよい。導入ファン１４は、当該ガスを冷却ガスとして導入路１３から分離冷却管１２に導入してもよい。

抽気装置１００は、揮発分除去部２０の下流側に第１吸引器４０と、回収部３０の下流側に第２吸引器４２とを備える。このように２つの吸引器を備えることによって、キルン５０の運転状況の変動、及び導入路１３から導入される冷却ガスの流量の変動等に伴って生じ得る冷却ガス又は混合ガスの窯尻５２への逆流を十分に抑制することができる。このような抽気装置１００及びこれを備えるセメント焼成装置は、運転を安定的に継続することができる。

キルンガスを冷却して得られる塩化物は付着性を有する。このため、分離ガスに含まれる固形分における塩化物（揮発分）の濃度が高くなると、第１排出路２１、冷却器２４、及び第２排出路２２の内壁への塩化物の付着量が増加して、集塵部２６の目詰まり、及び、配管の閉塞等が発生しやすくなる傾向にある。塩化物の付着量を低減する観点から、分離冷却管１２から揮発分除去部２０に導入される分離ガスはある程度の量のダストを含むことが好ましい。付着性のある塩化物とともに、これよりも粒径の大きいダストを含むことによって、目詰まり及び閉塞等を十分に抑制することができる。

抽気装置１００は、第１吸引器４０と第２吸引器４２を備えることから、これらの吸引ガス量を個別に又は連動して調節することによって、分離ガスに含まれるダストの量を調節することができる。例えば、第１吸引器４０の吸引ガス量を増加するともに、第２吸引器４２の吸引ガス量を低減することによって、分離ガスに含まれるダストの量を増加することができる。これによって、分離ガスに含まれる固形分の塩素濃度を低くすることができる。揮発分除去部２０に導入される分離ガスに含まれる固形分を基準とする塩素濃度は、好ましくは１０〜３０質量％程度であり、より好ましくは１５〜２０質量％程度である。これによって、塩素の抽気効率を十分に高く維持しつつ、目詰まり及び閉塞等を抑制して、抽気装置１００の運転を一層安定的に継続することができる。

第２吸引器４２の吸引ガス量の制御例を以下に説明する。キルン５０の運転状況が変動して、窯尻ガス中のダスト濃度が増加した場合、揮発分除去部２０に導入される固形分中の塩素濃度を維持するために、分離冷却管１２に導入される冷却ガスの流量を上げて回収部３０でのダストの回収量を増やす必要がある。ここで、冷却ガスの流量を上げ過ぎると、冷却ガスの一部が窯尻５２側に逆流し、窯尻５２の温度低下を招くことが懸念される。したがって、このような場合は、冷却ガスの流量調節と併せて第２吸引器４２の吸引ガス量を増やす制御を行う。これによって、分離冷却管１２内の旋回流６４が強化され、回収部３０でのダストの回収量を増やすことができる。

これとは逆に、窯尻ガス中のダスト濃度が減少した場合は、揮発分除去部２０への分離ガスの固形分中の塩素濃度が大きくなり過ぎないようにするために、分離冷却管１２に導入される冷却ガスの流量を下げて、回収部３０でのダストの回収量を減らす必要がある。ここで、冷却ガスの流量が少なくなると旋回流６４が弱くなり、分離冷却管１２の底部１２ａに堆積するダスト量が多くなることが懸念される。したがって、このような場合は、冷却ガスの流量調節と併せて、第２吸引器４２の吸引ガス量を増やす制御を行う。これによって、分離冷却管１２内の旋回流６４の強度が維持される。したがって、底部１２ａにおけるダストの堆積を抑制しつつ、分離ガスの固形分中の塩素濃度を所定の範囲に維持することができる。

上述の制御例は、図４に示すような制御システムによって行ってもよい。図４の制御システム７０は、分離冷却管１２に抽気されるキルンガスに含まれるダスト量を算出するダスト量算出部７４と、ダスト量算出部７４で算出されたダスト量に応じて、第１吸引器４０及び第２吸引器４２の吸引ガス量及び導入路１３から導入される冷却ガスの流量を制御する制御部７１を備える。ダスト量算出部７４には、分離冷却管１２に抽気されるキルンガスのダスト濃度を測定するダスト濃度測定部７２からダスト濃度に関連付けられた信号と、分離冷却管１２に抽気されるキルンガスの抽気量を測定する抽気量測定部７３からキルンガスの抽気量に関連付けられた信号が入力される。ダスト量算出部７４は、入力されるこれらの信号に基づいてダスト量を算出し、ダスト量に関連付けられた信号を制御部７１に出力する。

制御部７１は、ダスト量算出部７４からの入力信号に基づいて、第１吸引器４０及び第２吸引器４２による吸引ガス量及び導入路１３から導入される冷却ガスの流量を算出し、第１吸引器４０及び第２吸引器４２の制御処理を行う。制御部７１は、それぞれの算出結果に基づく制御信号を、第１吸引ガス量調節部７５、第２吸引ガス量調節部７６、及び冷却ガス調節部７７に出力する。第１吸引ガス量調節部７５及び第２吸引ガス量調節部７６によって、第１吸引器４０及び第２吸引器４２による吸引ガス量が調節され、冷却ガス調節部７７によって導入路１３からの冷却ガスの導入量が調節される。

ダスト濃度測定部７２は、例えばガス中の固形分を測定する通常の測定器であり、抽気量測定部７３は通常の流量計である。ダスト量算出部７４及び制御部７１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）及び入出力インターフェイスなどを備える。

ダスト量算出部７４には、キルンガスの抽気量及びダスト濃度からダスト量を算出するテーブルデータ又は関数が記憶されており、これらに基づいてダスト量を算出する。制御部７１には、ダスト量と、冷却ガスの流量及び吸引ガス量とを関連付けるテーブルデータ又は関数が記憶されており、これらに基づいて冷却ガスの流量及びガスの吸引ガス量を調節する制御信号を出力する。第１吸引ガス量調節部７５及び第２吸引ガス量調節部７６は、例えばダンパーであってもよく、第１吸引器４０及び第２吸引器４２に備えられる回転機の回転調節器であってもよい。

図４に示すような制御システム７０を備えることによって、キルンガスの抽気量、及び／又は、キルンガス中のダスト濃度が変動した場合に、自動で、塩素の抽気効率を高く維持しつつ抽気装置１００の運転を安定的に継続することができる。制御システムは図４のものに限定されず、例えば、ダスト量は、セメント焼成装置の他のパラメータを用いて算出してもよいし、予測値であってもよい。また、ダスト量算出部７４と制御部７１は、別々のハードウエアで構成されてもよいし、同一のハードウエアに含まれていてもよい。

また例えば、集塵部２６において捕捉される揮発分の色は塩素濃度が高くなるにつれて白くなることから、捕捉された揮発分の白色度に基づいて上述の制御を行ってもよい。例えば、予め実験的に求めた揮発分の白色度と塩素濃度との相関式と、集塵部２６で捕捉された揮発分の白色度の測定結果とに基づいて、第１吸引器４０及び第２吸引器４２による吸引ガス量の調節、並びに、導入路１３からの冷却ガスの導入量の調節を行ってもよい。揮発分の白色度を所定の範囲に調節することによって、揮発分の塩素濃度を所定の範囲に制御することができる。白色度の測定は、例えばＣＣＤカメラを備える画像認識部を用いて画像の明るさに基づいて行ってもよいし、市販の色彩色差計を用いて行ってもよい。

抽気装置１００は、分離冷却管１２に抽気されるキルンガスに含まれるダストの量に応じて、冷却ガスの流量、第１吸引器４０の吸引ガス量及び第２吸引器４２の吸引ガス量の少なくとも一つを調節する制御部を備えるものであってもよい。制御部としては、上述のいずれかの制御を行えるものが挙げられるが、上述のものに限定されない。

図５は、上記実施形態に係る抽気装置の変形例を示す図である。この変形例に係る抽気装置１０２は、回収部３０に第２吸引器としてエジェクター４２Ａを備える。エジェクター４２Ａには、押し込みファン３５から空気が圧送される。圧送された空気がエジェクター４２Ａで縮流されることで、エジェクター４２Ａ内に負圧が生じる。第２吸引器としてエジェクター４２Ａを用いることによって、集塵部及び集塵部で集塵されたダストを移送するための機械輸送装置を設けずにダストを回収することができる。すなわち、エジェクター４２Ａは、分離冷却管１２の混合ガスの吸引とダストの回収を並行して行うことができる。このため、抽気装置１０２の構成がコンパクトになり、設置場所の制約を低減することができる。

エジェクター４２Ａには空気が圧送されているため、エジェクター４２Ａにおいてダストを冷却することができる。また、エジェクター４２Ａに配管を接続することによって、任意の場所へダストを圧送することができる。

エジェクター４２Ａは、ホッパー３２の下方に配置されてもよいし、ホッパー３２の側壁に取り付けてもよい。また、ホッパー３２の上部にエジェクター４２Ａを接続し、重力に逆らうように空気を圧送してダストを回収してもよい。エジェクター４２Ａが配置される位置に応じて、押し込みファン３５から圧送される空気の速度を適宜設定することによって、ダストを十分に回収することができる。

ホッパー３２に対して、エジェクター４２Ａの吸引方向を好適な範囲に設定することによって、分離冷却管１２の底部１２ａにダストが堆積することを十分に抑制することができる。また、旋回流６４が乱れ難くなり、ダストの遠心分離を十分に高い精度で行うことができる。

エジェクター４２Ａの吸引圧力は、ベルヌーイの定理（式（１））で算出される。
Ｐ＝ρ×Ｖ^２／２・・・（１）
式（１）において、Ｐは吸引圧力、ρは流体の密度、Ｖは流体速度である。

吸引圧力は、風速（風量）の２乗に比例する。押し込みファン３５の風量は風量調整ダンパーを用いて調節することができる。エジェクター４２Ａによる吸引ガス量及び吸引圧圧力は、風量調整ダンパーの開度によって調節してもよいし、押し込みファンの回転数をインバータ制御することによって調節してもよい。

エジェクター４２Ａで回収されたダストは、図５に示すように流路３６Ａを介してセメント原燃料として窯尻５２に供給してもよい。なお、ダストの供給先は、窯尻５２に限定されず、仮焼炉又はプレヒータサイクロン等のセメント焼成装置に直接供給してもよいし、原料調合工程において原料ミル又はブレンディングサイロ等に供給してもよい。

流路３６Ａを流通する、ダストと空気を含む圧送流体の流速は１５ｍ／秒以上であることが好ましい。この流速が１５ｍ／秒以上であれば、ダストが流路３６Ａを構成する配管内に堆積することを十分に抑制することができる。一方で、圧送流体の流速が４０ｍ／秒を超えると配管内の圧力損失が大きくなり、押し込みファン３５による消費電力が増加する傾向にある。このような観点から、流路３６Ａにおける圧送流体の流速を１５〜４０ｍ／秒にすることが好ましい。このような範囲で吸引されるダスト量を調節して、分離ガスに含まれる固形分の塩素濃度を調節してもよい。

エジェクター４２Ａの小径部の寸法は、例えば、圧送流体の速度を２０ｍ／秒程度であるときの吸引ガス量を上記式（１）で計算し、その計算結果に基づいて決定してもよい。

本変形例では、エジェクター４２Ａをホッパー３２に接続しているが、ホッパー３２を設置せずに、分離冷却管１２に連結された配管にエジェクター４２Ａを接続し、当該配管を介して混合ガスを直接吸引してもよい。

キルンガスの抽気方法は、キルンガスの抽気装置１００（１０２）を上述の説明に基づいて運転することによって実施することができる。キルンガスの抽気方法の一例は、キルン５０の窯尻５２からキルンガス６０を分離冷却管１２に抽気する抽気工程と、分離冷却管１２に冷却ガスを導入してキルンガス６０に合流することによって、分離冷却管１２の略中心軸を旋回軸とする、キルンガスと冷却ガスを含む旋回流６４を生じさせる導入工程と、旋回流６４によって、混合ガスに含まれるダスト６８を遠心分離してダスト６８を回収部３０に回収するとともに、混合ガスよりもダストが低減された分離ガス６６を得る回収工程と、分離ガス６６を第１吸引器４０で吸引して揮発分除去部２０に導入し、分離冷却管１２において析出する揮発分を分離ガスから除去する除去工程とを有する。そして、除去工程では、揮発分除去部２０を介して分離ガスを第１吸引器４０で吸引し、回収工程では、分離冷却管１２の混合ガスを第２吸引器４２で吸引する。

抽気工程で抽気されるキルン５０の窯尻５２付近のキルンガスの温度は、例えば９００〜１３００℃である。このような温度では、セメント原燃料から持ち込まれた塩素等の揮発分はガス状となっている。抽気工程では、ダストとガス状の揮発分を含むキルンガス６０を分離冷却管１２に抽気する。導入工程では、分離冷却管１２において、キルンガス６０に冷却ガス（例えば、空気）を混合して冷却する。これによって、ガス状の揮発分は固形分となる。塩化物を含む固形分の粒径は、例えば１μｍ以下である。一方、キルンガス６０にはセメント原燃料のダストが含まれている。このダストは、概ね粒径数μｍ〜１００μｍ程度であり、揮発分の固形分よりも大きい。

粒径の大きいダストは旋回流６４による遠心作用で分離冷却管１２の内壁面近傍に移動する。内壁面近傍に移動したダスト６８は、導入路１３よりも分離冷却管１２の下流側に接続された回収部３０に導出され、ダストが回収される。このようにして、回収工程では混合ガスに含まれるダストが遠心分離によって回収される。一方、塩化物を含む固形分はダストよりも粒径が小さいことから遠心分離されずに分離ガス中に含まれる。除去工程では、固形分を含む分離ガスは、第１吸引器４０の吸引によって揮発分除去部２０に導入される。分離ガスに含まれる固形分は、揮発分除去部２０においてガスと分離されて回収される。このようにして、揮発分とダストを回収することができる。

上記抽気方法は、抽気工程で抽気されるキルンガスに含まれるダストの量に応じて、冷却ガスの流量、第１吸引器４０の吸引ガス量及び第２吸引器４２の吸引ガス量の少なくとも一つを調節する調節工程を有していてもよい。このような調節工程は図４に示すような制御システムによって行ってもよい。上記各工程は、上述の抽気装置１００の説明内容によって行うことができる。

以上、本発明の幾つかの実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、分離冷却管は、水平方向に延在していなくてもよく、下流側が上方又は下方に向かうように傾斜していてもよい。また、分離冷却管は、混合ガスの旋回流が形成される範囲で、屈曲又は湾曲していてもよい。揮発分除去部では、分離ガスは旋回流を形成していなくてもよい。回収部及び揮発分除去部も上述の構成に限定されない。例えば、揮発分除去部は冷却器２４を有していなくてもよい。

塩素の抽気効率を高く維持しつつ、安定的に運転を継続することが可能なキルンガスの抽気装置が提供される。また、塩素の抽気効率を高く維持しつつ、安定的に運転を継続することが可能なキルンガスの抽気方法が提供される。

１２…分離冷却管、１２Ａ…拡張部、１２ａ…底部、１３…導入路、１４…導入ファン、２０…揮発分除去部、２１…第１排出路、２２…第２排出路、２４…冷却器、２６…集塵部、３０…回収部、３２…ホッパー、３４…集塵部、３５…押し込みファン、３６，３６Ａ…流路、４０…第１吸引器、４２…第２吸引器、４２Ａ…エジェクター、５０…キルン、５２…窯尻、５４…煙道、６０…キルンガス、６２…冷却ガス、６４…旋回流、６６…分離ガス、６８…ダスト、７０…制御システム、７４…ダスト量算出部、７１…制御部、７２…ダスト濃度測定部、７３…抽気量測定部、７５…第１吸引ガス量調節部、７６…第２吸引ガス量調節部、７７…冷却ガス調節部、１００…抽気装置。

Claims (8)

1. キルンから抽気されるキルンガスと冷却ガスとを混合して前記キルンガスを冷却するとともに、前記キルンガスと前記冷却ガスを含む混合ガスからダストの少なくとも一部を分離して分離ガスを得る分離冷却管と、
   前記分離冷却管の略中心軸を旋回軸とする前記混合ガスの旋回流が生じるように、前記冷却ガスを前記分離冷却管に導入する導入路と、
   前記導入路よりも下流側において前記分離冷却管の側部に接続され、前記旋回流によって遠心分離される前記ダストの少なくとも一部を回収する回収部と、
   前記導入路よりも下流側において前記分離冷却管の前記キルン側の端部とは反対側の端部に接続され、前記分離冷却管において析出する揮発分を前記分離ガスから除去する揮発分除去部と、
   前記揮発分除去部の下流側に設けられ、前記揮発分除去部を介して前記分離冷却管の前記分離ガスを吸引する第１吸引器と、
   前記回収部の下流側又は前記回収部に設けられ、前記分離冷却管の混合ガスを吸引する第２吸引器と、を備え、
   前記分離冷却管には、上流側から、前記導入路、前記回収部及び前記揮発分除去部がこの順に接続されており、
   前記揮発分除去部は、前記分離冷却管と同心に配置されている、キルンガスの抽気装置。
2. 前記回収部は、前記分離冷却管の下流側から上流側をみたときに、前記旋回流の旋回方向に沿って前記分離冷却管の接線方向に延在する流路を有し、前記第２吸引器は前記流路の下流側に接続される、請求項１に記載のキルンガスの抽気装置。
3. 前記分離冷却管に抽気される前記キルンガスに含まれる前記ダストの量に応じて、前記冷却ガスの流量、前記第１吸引器の吸引ガス量及び前記第２吸引器の吸引ガス量の少なくとも一つを調節するように構成される、請求項１又は２に記載のキルンガスの抽気装置。
4. 前記回収部に設けられる前記第２吸引器がエジェクターである、請求項１〜３のいずれか一項に記載のキルンガスの抽気装置。
5. キルンからキルンガスを分離冷却管に抽気する抽気工程と、
   前記分離冷却管に冷却ガスを導入して前記キルンガスに合流することによって、前記分離冷却管の略中心軸を旋回軸とする、キルンガスと冷却ガスを含む混合ガスの旋回流を生じさせる導入工程と、
   前記旋回流によって、前記混合ガスに含まれるダストを遠心分離して当該ダストを回収部に回収するとともに、前記混合ガスよりも前記ダストが低減された分離ガスを得る回収工程と、
   前記分離ガスを揮発分除去部に導入し、前記分離冷却管において析出する揮発分を前記分離ガスから除去する除去工程と、を有し、
   前記除去工程では、前記揮発分除去部を介して前記分離冷却管の前記分離ガスを第１吸引器で吸引し、
   前記回収工程では、前記分離冷却管の前記混合ガスを第２吸引器で吸引する、キルンガスの抽気方法。
6. 前記分離冷却管の下流側から上流側をみたときに、前記回収工程では、前記混合ガスが前記旋回流の旋回方向に沿って前記分離冷却管の接線方向に延在する流路によって前記分離冷却管から導出される、請求項５に記載のキルンガスの抽気方法。
7. 前記抽気工程で抽気される前記キルンガスに含まれる前記ダストの量に応じて、前記冷却ガスの流量、前記第１吸引器の吸引ガス量及び前記第２吸引器の吸引ガス量の少なくとも一つを調節する調節工程を有する、請求項５又は６に記載のキルンガスの抽気方法。
8. 前記回収工程で前記混合ガスを吸引する前記第２吸引器がエジェクターである、請求項５〜７のいずれか一項に記載のキルンガスの抽気方法。

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