JPS5848494B2 - 複合通風系を有するセメント焼成装置の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は複合通風系Ｃこおける通風制御を解決し、ロ
ータリーキルンへの供給原料の最適仮焼率を設定しロー
タリーキルン内の原料進行速度を安定させ内部擾乱を防
ぐようにした複合通風系を有するセメント焼威装置の制
御方法に関する。

セメントなどの製造に関し、その粉体原料を浮遊予熱さ
せるサスペンジョンプレヒータ付ロータリーキルンにお
いて、ロータリーキルンと独立した燃焼機構を有する原
料仮焼装置を附設した焼或万法が開発されている。

この焼戒方法による装置は概略的にはクリンカクーラと
連結されるロータリーキルンの端部に混合室および仮焼
装置を介して複数段のサイグロン式サヌペンジョンプレ
ヒータ（以下サイクロンと略称する）が設けられ、この
仮焼装置とクリンカクーラ下端との間を高温空気伝送用
のダクトで連結し、サイクロンを介して排ガスを主排風
機で排気するように構或されている。

そして仮焼装置はその中で高効率の燃焼と同時に原料へ
の伝熱仮焼が行われるもので燃焼のための燃料と高温空
気を導入し、さらに仮焼の対象となる粉体原料が浮遊懸
濁した中で安定した燃焼を維持させる責務を負っている
。

一方ロータリーキルンは仮焼のほとんど完了した原料を
焼結させる責務を負うもので当然安定な燃焼を維持させ
る必要があり、このためロータリーキルン排気ガスを定
常に排出する必要がある。

また仮焼装置およびロータリーキルン排気ガスと原料の
焼結までに発生するガスは主排風機で排出されるが、ク
リンカクーラ→ロータリーキルン→混合室の送風系に対
し、クリンカクーラ→仮焼装置→混合室の送風系が並列
になり、混合室で合流した後プレヒータ系とつながり主
排風機と結合しているため、両排風系の平衡をとる必要
がある。

次にロータリーキルン内で原料が焼結完了までのプロセ
ス制御上の問題として原料の焼結完了までのプロセスの
推移を察知することが困難なことがある。

ロータリーキルン内焼結完了プロセスに入る外部からの
擾乱たとえば原料の供給速度、原料の化学的、物理的組
戊、ロータリーキルンの回転速度、燃料の供給速度など
に対してはその変動は最大限削減されているが、内部で
発生する擾乱に対してはその検出が困難で対象の決め手
がないのが現状である。

この内部擾乱の発生原因として種々考えられるが、最犬
の原因はロータリーキルン内の原料の進行速度の変化で
ある。

この原料の進行速度の変化はロータリーキルン内原料と
ガスの温度分布を変化させタリンカ焼結工程までの各プ
ロセスが相互干渉しプロセスは非常に不安定となる。

そしてこの原料の進行速度の変化はロータリーキルンの
回転速度が一定である限りロータリーキルン内の原料の
通過抵抗と原料粒子相互間の抵抗の変化によるものであ
るから、結局原料の進行速度の変化はロータリーキルン
内のコーナングあるいはリングの付着状態の変化並びに
ロータリーキルン内の原料の化学的、物理的性状の定常
状態からの変化などによることとなる。

この原料の進行速度の変化はロータリーキルンヘ供給さ
れる原料の仮焼率が高い程少いことが理論的経験的に知
られている。

すなわち高仮焼率の粉体原料は粘着性が増しロータリー
キルン内の通過抵抗および原料粒子相互間の付着性が増
すからである。

したがってロータリーキルンヘ供給される原料の仮焼率
が高く且つ一定である程、ロータリーキルンの回転速度
を大きくでき安定且つ高能率運転が可能となる。

しかし粉体原料は定まった粒度分布を有するため真の仮
焼率を１００％とするにはロータリーキルンヘ供給する
原料の温度をかなり高くする必要があり、このことは必
然的６こロータリーキルン排気ガス温度の上昇をきたし
、ロータリーキルン上端と最下段サイクロンの結合部へ
原料の付着、凝結を促進させ運転の障害となる。

この原料の付着凝結開始の原料温度とロータリーキルン
の排気ガス温度の関係からロータリーキルンの供給原料
の温度すなわち仮焼率の上限が定まり、これ以下の仮焼
率に最適仮焼率が存在することになる。

さらにこの最適仮焼率を中心とする原料の仮焼率変動の
許容範囲はロータリーキルン内の原料の転動ｌこよって
仮焼率の変動を吸収できる範囲であることが必要で、こ
の仮焼率が下限値となる。

以上のことから仮焼装置付サスペンジョンプレヒー夕付
ロータリーキルンでは運転制御上０胤下段サイクロンか
らロータリーキルンヘ供給される原料の最適仮焼率の制
御方法、（ロ）仮焼装置の燃焼用空気と燃焼ガスの通風
系がロータリーキルンの通風系に対し並列となりサスペ
ンジョンプレヒータを通して両系が主排風機と直列に連
なる直並列送風系（複合通風系と呼ぶ）を形或するため
、ロータリーキルン、仮焼装置の燃焼制御のための通風
制御の制御方法が問題となる。

この中＠）に関係する口−タリーキルンヘ供給される原
料の仮焼率を測定する方法として原料自体の仮焼率を測
定する方法が考えられる。

しかしこの方法は平均的なサンプリングがきわめて困難
であり、また仮焼率の測定Ｏこ入力ないし特殊な測定装
置を必要とし、またその測定に多くの時間を要すること
からも制御信号として原料自体の仮焼率を測定する方法
は得策ではない。

この発明はこのような点を考慮してなされたもので、ロ
ータリーキルンと仮焼装置との間に形威される複合通風
系６こおいて仮焼装置燃焼用空気ダクトの開度、口！タ
リーキルンの排煙道に設けた縮流機構の開度等による通
風平衡制御ループにより通風平衡制御を行い、同時に排
気ガス中の酸素濃度等を加えて燃焼制御を行いロータリ
ーキルンへの供給原料の最適仮焼率を設定しロータリー
キルン内の原料進行速度を安定させ定常時の内部擾乱を
防ぎ且つ効果的に静めるようにした複合通風系を有する
セメント焼或装置の制御方法を提供するものである。

以下図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

先ずこの発明を適用する複合通風系を有するセメント焼
戊装置の構或を第１図によって説明する。

１１はロータリーキルンで、その一端Ｏこクリンカクー
ラ１２が連結され、他端に混合室１３が連結される。

この混合室１３と並行するように仮焼装置１４が設けら
れ、この仮焼装置１４の上端と前記クリンカクーラ１２
との間にダクト１５が介在される。

そして混合室１３および仮焼装置１４の上部にたとえば
４段のサイクロン式サスペンジョンプレヒータ（以下サ
イクロンと称する）１６１ ，１６２ ，１ ６３ ，
１６４が設けられ、この最上段のサイクロン１６４はダ
クト１７を介して主排風機１８に連結される。

？のような構造を前提として説明するに、この発明では
原料自体の仮焼率を測定する代替方法としてロータリー
キルン１１への供給原料の温度を制御信号とし、原料の
仮焼率を制御する方法に着目し、第２図に示すようにロ
ータリーキルン供給原料の温度Ｔと仮焼率の特性曲線を
見出した。

そしてこの特性曲線からロータリーキルンにおいて、特
に仮焼装置の原料への伝熱効率が定まれば、高ｎＷでロ
ータリーキルンヘ供給される原料の仮焼率を固定するこ
とが可能で、従って原料自体の仮焼率の代替指数として
ロータリーキルン供給原料の温度を予め定めた上下限値
内に収めるよう仮焼装置１４を運転すればロータリーキ
ルンへの擾乱を減じることができ高効率安定運転が可能
Ｇこなる。

次ｌこロータリーキルン供給原料の仮焼率（代替指数と
して原料温度）の制御に伴う仮焼装置１４の燃焼制御の
うちこの発明に関する部分ζこついて説明する。

すなわちロータリーキルン供給原料の温度の制御は定常
状態では仮焼装置１４の燃焼状態の操作で行う。

これはロータリーキルン供給原料に対する仮焼装置の伝
熱プロセスのゲインが口−タリーキルンの伝熱プロセス
のゲインに比較し、はるかに大きいこと、応答速度が大
きく無１駄時間がほとんどないことなどの有利性がある
からである。

しかし仮焼装置付属サヌペンジョンプレヒー夕付ロータ
リーキルンでは通常のサスペンジョンプレヒー夕付ロー
タリーキルンと異なり、燃料の燃焼がロータリーキルン
と仮焼装置との２個所で行われるのに対し燃焼用空気は
主排風機の通風力のみで与えられる。

そして第１図から明らかなようにこの構戊では複合通風
系を形或するため、ロータリーキルンおよび仮焼装置の
通風平衡制御の必要が生じる。

このためこの発明では従来のサヌペンジョンプレヒータ
付ロータリーキルン等で実施されていた使用燃料量、原
料供給量、キルン下端フツド圧力のマイナーループＯこ
よる定値制御に、仮焼装置付属サスペンジョンプレヒー
タ付ロータリーキルンの通風平衡制御ループを加え、こ
れらを有機的に関連ずけて仮焼装置付属サスペンジョン
プレヒー夕付ロータリーキルンの燃焼制御Ｏこ付随する
通風平衡の問題を解決した。

ここで第１図により制御系について説明する。

先ずこの発明の制御系は装置の経済性、効率お上び安全
性などの理由から制御量およびダンパーや縮流機構の開
度などの操作量に一般の連続制御に加えて、制御量、操
作量に上限値、下限値または上下限値を設定し、これを
一定の論理にしたがって選択制御する機能を基本として
いる。

先ず最上段のサイクロン１６４に連らなるダクトに原料
定量供給機１９から原料が供給され、またロータリーキ
ルン１１および仮焼装置１４にそれぞれアクチェータ２
０，２１によって開閉されるバルブ２２，２３を介して
燃料が供給される。

このアクチェータ２０，２１はそれぞれ流量調節計２４
，２５を介する制御システム２６からの信号６こより駆
動され、また原料定量供給機１９も制御システム２６に
よって制御される。

そして原料定量供給機１９からの原料供給量Ｍに見合う
全使用燃料量Ｆが定められ、またロータリーキルン使用
燃料量ＦＫと仮焼装置使用量Ｆｓとの比率αが定められ
る。

このαの値は系の効率にかかわるもので０．４〜０．６
程度である。

またロータリーキルン１１上端における空気比ｎＫと仮
焼装置１４出口の空気比ｎｓを決める。

これらの各空気比ｎｓの値は全系の熱効率向上のための
適切な値ｌこ定められるべきである。

そして実際には仮焼装置１４の空気比ｎｓはその使用燃
料量Ｆｓとタリンカクーラ１２からの高温空気量Ｑ８に
よってマイナーループで定値制御される。

またロータリーキルン１１上端の空気比ｎＫはロータリ
ーキルン１１上端の排気ガス中の酸素ガス濃度を測定し
、これを空気比ｎＫの代表指数としている。

このロータリーキルン１１の排気ガス中の酸素濃度は酸
素濃度計２７ｃこよって検出され電気信号に変換され制
御システム２６に導かれる。

そして仮焼装置１４の使用燃料量と高温空気量Ｑ８はマ
イナーループで空燃比制御されるが、高温空気量Ｑｓの
方はダクト１５に設けられた調節ダンパ２８がたとえば
最大開度６０％となるようにリミツタによって上限値が
設定され制御システム２６に入力される。

このダンパー２８の開度の上限値はダンパーの種類およ
び風管の圧力損失とダンパーに許容できる圧力損失で決
まる。

一方ロータリーキルン１１と混合室１３との間Ｏこ介在
された縮流機構２９の開度番こも上限値を設定するりミ
ツクを設け、制御システム２６に入力される。

この開度は装置の規模６こよって異なる。尚調節ダンパ
２８および縮流機構２９にはそれぞれ？クチェータ３０
，３１が連結され、制御システム２６からの信号によっ
て開度が制御される。

次に最下段サイクロン１６１からロータリーキルン１１
へ供給される原料の温度Ｔが制御シヌテム２６に入力さ
れ、この温度Ｔと前述した第２図のロータリーキルン供
給原料温度と供給原料の仮焼率の特性曲線から定められ
る原料温度の上下限値との比較がなされる。

同様にロータリーキルン１１上端におけるロータリーキ
ルン排気ガス温度Ｔ２が制御システム２６に入力され、
予め定めたロータリーキルン排気ガス温度の上下限値と
の比較がなされる。

このロータリーキルン排気ガス温度の上限値は最下段サ
イクロン１６１とロータリーキルン１１との結合部の導
管への原料付着、凝結を避けるためのもので、通常排気
ガス温度が１０５０℃を超えると付着、凝結が急激に促
進するといわれる。

したがって実施例では余裕を見込んで９００℃に設定し
た。

また下限値はロークリーキルン１１の運転動作の障害と
ならない程度であることが必要で、ロータリーキルン１
１へ供給される原料温度Ｔとの関係から経験的に決めら
れるのが、実施例では８５０℃に設定した。

次にロータリーキルン１１上端の通風圧力Ｐと別のマイ
ナ，−ループで定値制御されているロータリ−キルン１
，１下端のキルンフツド圧力とを差圧発振器３２に導き
、その差を電気信号として取り出し制御システム２６に
入力する。

ここで第３図により制御システム２６４こついて説明す
る。

先ず最下段サイクロン１６１からローグリーキルン１１
へ供給される原料温度Ｔは上限値ＴＩＨが設定されたハ
イセレクタ３５および下限値ＴＩＬが設定されたローセ
レクタ３７に入力される。

一方上限値ＴＩＨは同時Ｉこ演算調節計３８の設定値と
して入力される。

そして測定されたロータリーキルン供給原料温度Ｔはハ
イセレクタ３５およびローセレクタ３７でそれぞれの設
定値ＴＩＨ，Ｔ と比較される。

この時Ｔ〉ＴＩＨならばハイＩＬ セレクタ３５の出力はＴとなり演算調節計３６に入力さ
れ、ＴζＴ ならばＴＩＨが入力され１− ＩＨ る。

同様にローセレクタ３７においてはＴ，＜Ｔ の時は出
力がＴとなり、Ｔ≧ＴＩＬの時はＩＬ
Ｉ ＴＩＬとなって演算調節計３６４こ入力される。

この演算調節計３６はＴと設定した上限値ＴＩＨを１ 演算し、その出力は温度チェック回路５３６こ入力？れ
る。

同様に演算調節計３８はＴと設定した下限値ＴＩＬを演
算し、その出力は温度チェック回路５３に入力される。

またロータリーキルン排気ガス温度Ｔ２は予め上限値が
設定されたハイリミツタ４０および予め下限値が設定さ
れたローリミツタ４１に入力され、ここでそれぞれ排気
ガス温度の上限値Ｔ２Ｈ、下限値Ｔ２Ｌと比較され、そ
の出力はそれぞれ温度チェック回路５３に入力される。

この温度チェック回路５３は第４図に示すように機能す
るもので、すなわちＴ〉ＴＩＨの場合でＴ＞Ｔ および
Ｔ２≧Ｔ２Ｌの場合は、その出力２ ２Ｈ が送入原料量の演算器３９に入力され、送入原料量を増
加させる方向に演算が行われ送久原料調節計の設定値を
変化させる。

またＴ〉ＴＩＨでＴ２≦Ｔ２Ｌの場合は温度チェック回
路５３の出力は演算器４４に入力され、α減少すなわち
仮焼装置１４の使用燃料量Ｆ８を減少させる方向に演算
を実行し、その出力は仮焼装置１４の燃料調節計（バル
ブ２３等でなる）に入力される。

この時全系の使用燃料量Ｆは演算器４３によって一定に
保持されている。

さらにＴ≦ＴＩＬでＴ２〉Ｔ２ＨおよびＴ２〉Ｔ２Ｌの
場合は温度チェック回路５３の出力は演算器４２に入力
され、全系の使用燃料量Ｆを増加させる方向｛こ演算を
実行し、その出力を仮焼装置燃料調節計およびロータリ
ーキルン燃料調節計（バルブ２２等でなる）に入力する
。

この時演算器４４によって燃料の使用割合αは一定に保
たれている。

尚これ等演算器、調節計のゲインおよび調節要素のパラ
メータは系の伝熱プロセスのゲインおよび特性にかかわ
るものである。

この伝熱プロセスのゲインおよび特性は非線形であるが
定常操業状態からの微少変動範囲では線形とみなせるも
のであり、この発明では実験的（こゲインおよび特性を
求め、演算器、調節計のゲインおよびパラメータを決定
した。

次に第３図および第５図により燃焼の制御に附随する通
風量の制御について説明する。

先ず燃焼の制御についてみると、全燃料量をＦとすると
演算器４３において前述の燃料割合αの値によって演算
が行われ、ロータリーキルン１１での使用燃料量はＦＫ
＝＝Ｆ（１−α）、仮焼装置１４の使用燃料量はＦ８−
αＦとなり、それぞれマイナーループ調節計に設定値と
して入力される。

一方仮焼装？１４の使用燃料量Ｆ８はマイナーループ演
算器（比率設定器）に入力され、予め定められた空気比
ｎ３との間で演算され結果として仮燃装置１４の燃焼用
高温空気量Ｑｓが決定され高温空気量制御のマイナール
ープによってダンパー２８を操作し空燃比を定値制御す
る。

ここでロータリーキルン系の通風系の制御について説明
する。

第１図において示した酸素濃度計２７から検出される酸
素濃度に上限値および下限値を設定する。

この上限値はロータリーキルン１１の燃焼および熱効率
から定まり、下限値は不完全燃焼の防止を含めて決定さ
れる。

そしてロータリーキルン１１の空気比の設定値ｎＫ（代
替指数として酸素濃度）は酸素濃度調節計４６に入力さ
れる。

すなわち測定された酸素濃度０２は予め上限値０２Ｈが
設定されたハイリミツタ４７および下限値０２Ｌが設定
されたローリミツタ４８および前記酸素濃度調節計４６
に入力される。

この酸素濃度調節計４６の出力は開度チェック回路５４
に入力され、またハイリミツタ４７およびローリミツタ
４８の出力も開度チェック回路５４に入力される。

この開度チェック回路５４は第５図に示す如き機能を有
し、すなわちローリミツタ４８６こおける下限設定値０
２Ｌとロータリーキルン排気ガス酸素濃度の測定値０２
を比較し、０２≦０２Ｌの場合、縮流機構２９の開度θ
２を検索し、その開度と予め定められた開度の上限値θ
２Ｈとの比較を行う。

この時θ２≦θ２Ｈでさらにロータリーキルン下端フツ
ド圧力Ｐ。

とロータリーキルン上端の圧力Ｐの差の絶対値すなわち
；Ｐ〜Ｐｏｌの値が予め定められた上限値ＰＨ以下の場
合、酸素濃度調節計４６の出力は縮流機構２９のアクチ
ェータ３１に入力され、調節動作が行われる。

上記ＩＰ〜Ｐｏの上限値はロータリーキルンサイズ、通
風量、コーチングの付着状態によって変化する。

また上限値ＰＨの設定はロータリーキルン１１内の異常
発生による通風量制御の不能化を避けるためのもので、
別に設けられた異常時操作へ移行するための信号とする
ものである。

実施例ではＰ Ｈ ＝３ ０ （”Ａｇ）とした。

したがって０くＯＬでθ２≦θ２Ｈでさら２−２ にｌ Ｐ，〜ＰｏＩが上限値ＰＨを越えた場合、酸素濃
度調節計４６の出力はその時の値をホールドし、何等操
作は行わない。

次に０２≦ＯＬで縮流機構２９の開度θ２が上？値θ２
Ｈを超えＩＰ〜Ｐｏ１≦ＰＨの時はキルン系の通風量確
保のため酸素濃度調節計４６の出力は主排風機１８人口
のダンパー５５のアクナエータ５６に入力される。

また０〉０ ２ Ｈの場合はロータリーキルン１１の空
気比が設定値を超えていることを意味するが、この場合
縮流機構２９の開度θ２によってθ２≦θ２Ｈの時、さ
らにＩＰ〜Ｐｏ≦ＰＨならば酸素濃度計４６の出力は細
流機構２９のアクチェータ３１に入力される。

次Ｃこ仮焼装置１４の通風量調節ダンパ２８の開度は前
述の如く上限値θ１Ｈが設定されており、ハイセレクタ
５１および開度調節計５゛２に設定される。

ダンパー２８の開度θが上限値θＨを超えた場合、すな
わちθ〉θＨの時、開度調節計５２の出力は主排風入口
ダンパ５５のアクナエータ５６に入力される。

この場合ロータリーキルン系との干渉が懸念されるが酸
素濃度の上限値０２Ｈと下限値０２ＬとθＨの関係を適
値に設定すれば全く問題とならない。

尚実施例ではすべてアナログ制御で行ったが、演算機能
および論理選択機能をデジタル計算機で置き換えれば、
さらに容易に且つ良好な制御結果が期待できる。

以上述べたよう６ここの発明によればロータリーキルン
への供給原料の最適仮焼率を設定し、特に仮焼装置燃焼
用空気ダクトダンパー、縮流機構の開度の制御により複
合通風系の通風制御の問題を解決し安定した燃焼空気量
の制御を可能とし、ロータリーキルン内の原料進行速度
を安定させ、内部擾乱を軽減し迅速に静め得る複合通風
系を有するセメント焼戊装置の制御方法を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による制御方法を適用した複合通風系
を有するセメント焼成を示す構威図、第２図はロータリ
ーキルン供給原料温度対ロータリーキルン供給原料仮焼
率特性曲線図、第３図は第１図に示した装置中の制御シ
ステムを取り出して示した構威図、第４図は第３図に示
した制御システム中の温度チェック回路のフロチャート
、第５図は同じく第３図に示した制御システム中の開度
チェック回路のフロチャートである。 １１・・・・・・ロータリーキルン、１２・・・・・・
クリンカクーラ、１３・・・・・・混合室、１４・・・
・・・仮焼装置、１５・・・・・・ダクト、１６１
，１６２，１６３，１６４・・・・・・サイクロン、１
７・・・・・・ダクト、１８・・・・・・主排風機、１
９・・・・・・原料定量供給機、２０，２１・・・・・
・アクチェータ、２２ ，２３・・・・・・バルブ、２
４，２５・・・・・・流量調節計、２６・・・・・・制
御システム、２７・・・・・・酸素濃度計、２８・・・
・・・ダンパ、２９・・・・・・縮流機構、３０，３１
・・・・・・アクチェータ、３５・・・・・・ハイセレ
クタ、３６・・・・・・演算調節計、３７・・・・・ロ
ーセレクタ、３８・・・・・・演算調節計、３９・・・
・・・演算器、４０・・・・・・ハイリミツタ、４１・
・・・・・ローリミツタ、４２・・・・・・演算器、４
３・・・・・・演算器、４４・・・・・・演算器、４５
・・・・・・演算器、４６・・・・・・酸素濃度調節計
、４ ７−−−−−・ハイリミツタ、４８・・・・・・
ローリミツタ、４９・・・・・・演算器、５０・・・・
・・演算器、５１・・・・・・ハイセレクタ、５２・・
・・・・開度調節計、５３・・・・・・温度チェック回
路、５４・・・・・・開度チェック回路、５５・・・・
・・ダンパー ５６・・・アクチェータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 主排風機、サスペンジョンプレヒー夕、上記サヌプ
   ンジョンプレヒー夕とで複合通風系を形或する仮焼装置
   とロータリーキルンおよびクリンカクーラを順次結合し
   てなるセメント焼成装置の制御に際して、ロータリーキ
   ルン供給原料温度に上下限値を設定し、サスペンジョン
   プレヒータ系のガス温度が上記上下限値内に入るべく全
   使用燃料量、仮焼装置とロータリーキルンの使用燃料比
   率、原料供給量を操作量として上記ガス温度を制御する
   と共に、ロータリーキルン排気ガス中の酸素濃度に上下
   限値を設定し、上記酸素濃度が上記上下限値内に入るべ
   く仮焼装置燃焼用空気ダクトダンパーの開度、ロータリ
   ーキルンの排気煙道に設けた縮流機構の開度、主排風機
   人口ダンパーの開度を操作量として燃焼用空気量の制御
   を行なうようにしたことを特徴とする複合通風系を有す
   る七メント焼戊装置の制御方法。