水泥制造设备的运转方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及具备煅烧炉的水泥制造设备的运转方法。
【背景技术】
[0002] -直以来，已知在烧成水泥原料的水泥窑的前段设置有通过将用预热器预热了的 水泥原料的一部分加热以促进脱碳酸(煅烧），从而降低上述水泥窑的负荷的助燃炉（以下 在本说明书中称为煅烧炉。）的水泥制造设备。
[0003] 而且，例如在下述专利文献1中提出了在设置有这种煅烧炉的水泥制造设备中使 在煅烧炉中投入的燃料(煤粉等)有效地燃烧的运转方法。
[0004] 现有技术文献 专利文献 专利文献1:日本特公平2-22016号公报。
【发明内容】
[0005] 发明所要解决的课题 但是，在上述目前的水泥制造设备的运转方法方面，在为了实现煅烧炉中的燃烧的最 优化，而在煅烧炉中投入的煤粉或燃烧用空气的量过剩的情况下，虽然煅烧炉内的水泥原 料的反应率增加，但作为整个烧成工序热耗量的热耗率(制造 lkg的熟料所需要的热量)反 而因从煅烧炉排出的废气的显热增加而升高，有导致制造成本高涨的问题。
[0006] 本发明鉴于上述情况而开发，其课题在于：提供可将煅烧炉中的燃烧和热耗率这 两者同时最优化的水泥制造设备的运转方法。
[0007] 解决课题的手段 通常，在水泥制造设备中，从水泥窑的主喷嘴同时供给将内部保持为水泥原料的烧成 温度所需要的燃料和燃烧用空气（1次空气），与此同时在冷却烧成了的熟料的冷却器中以 固定的流量供给冷却用的空气。然后，将在冷却器中与熟料进行热交换而变为高温的上述 空气的一部分作为2次空气供给至水泥窑内以作为燃烧用空气的辅助，与此同时将另外的 一部分供给至煅烧炉中作为燃烧用空气(3次空气），将余量从冷却器直接排出。
[0008] 因此，例如若增加在煅烧炉中供给的燃烧用空气的风量，则来自冷却器的排气风 量减少。另一方面，煅烧炉的燃烧用空气的风量增加使得从预热器排出的预热器废气的风 量增加，结果热耗率值升高。与之相反的是，若减少在煅烧炉中供给的燃烧用空气的风量， 则从冷却器直接排出的风量增加，因此通过与熟料的热交换而变为高温的废气的潜热无法 利用而被废弃，由此同样地导致热耗率的恶化。
[0009] 因此，本发明人等得到如下见解:在以固定的风量对冷却器供给冷却用空气的情 况下，在整个烧成工序中，来自预热器的废气和来自冷却器的废气的增减互为制约的关系， 因此若调整3次空气的风量使得这些废气的显热之和为最小值，则可使热耗率最小。
[0010] 但是，在实际的水泥制造设备的运转中，难以直接地把握来自预热器的废气和来 自冷却器的废气的风量。
[0011] 另一方面，通常在煅烧炉的废气出口，为了确认该煅烧炉内的燃烧状态而设置氧 (〇2)浓度计。
[0012] 因此，本发明人等得到如下见解:将水泥制造设备中的预热器、煅烧炉、水泥窑、冷 却器等各种设备分解为称为单元操作的单元，通过描述各种设备的宏观反应或热交换的工 序模拟，计算整个烧成工序的物料平衡或热耗率，由此求得来自预热器的废气的〇2浓度与 热耗率的关系和来自煅烧炉的废气的〇 2浓度与热耗率的关系。
[0013] 本发明基于上述见解而开发，权利要求1所记载的发明为水泥制造设备的运转方 法，所述设备具备预热水泥原料的预热器、煅烧从该预热器排出的上述水泥原料的至少一 部分的煅烧炉、烧成经过上述预热器和煅烧炉的上述水泥原料以制成水泥熟料的水泥窑、 和冷却从该水泥窑排出的上述水泥熟料的冷却器，其中，在上述煅烧炉中供给煅烧导入的 上述水泥原料所需要的量的第1燃料，在上述水泥窑中同时供给将内部保持为烧成温度所 需要的量的第2燃料和燃烧用的1次空气，并且在上述冷却器中导入用于冷却上述水泥熟料 的固定量的空气，将该空气中的一部分作为辅助上述第2燃料的燃烧的2次空气供给至上述 水泥窑中，将另外的一部分作为使上述第1燃料燃烧的3次空气供给至上述煅烧炉中，与此 同时将余量从该冷却器排出，所述运转方法的特征在于:预先求得上述煅烧炉的废气出口 的第1氧浓度与通过上述第1燃料和第2燃料确定的热耗率的关系、以及上述预热器的废气 出口的第2氧浓度与上述热耗率的关系，调整上述3次空气和来自上述冷却器的排气的风 量，使得上述第1氧浓度和第2氧浓度均在包含上述热耗率为最小的上述氧浓度值的范围 内。
[0014] 另外，权利要求2所记载的发明为权利要求1所记载的发明，其特征在于:在上述煅 烧炉中以固定的供给量供给上述第1燃料，与此同时在上述水泥窑中边调整为保持为上述 烧成温度所需要的供给量边供给上述第2燃料。
[0015] 需说明的是，在本发明中，热耗率为制造 lkg的熟料所需要的在水泥窑和煅烧炉中 投入的煤粉或石油焦等的热量的总和，更具体而言，可根据在水泥窑中投入的煤粉等燃料 的每单位重量发热量与投入量的乘积、和在煅烧炉中投入的煤粉等燃料的每单位重量发热 量与投入量的乘积的总和求得。
[0016]发明效果 根据权利要求1或2所记载的发明，预先求得煅烧炉的废气出口的第1氧浓度与通过第1 燃料和第2燃料确定的热耗率的关系、以及预热器的废气出口的第2氧浓度与上述热耗率的 关系，在运转时测定第1氧浓度和第2氧浓度，调整从冷却器供给至煅烧炉中的3次空气的风 量和来自冷却器的排气风量，使得上述氧浓度均在包含上述热耗率为最小的氧浓度值的范 围内，由此可将煅烧炉中的燃烧和热耗率这两者同时最优化。
【附图说明】
[0017] [图1]图1为应用本发明的一个实施方式的水泥制造设备的示意构成图。
[0018] [图2]图2为在上述实施方式的模拟中使用的未反应核模型的示意图。
[0019] 旧3]图3为显示煅烧炉出口废气的02浓度与冷却器排气的显热的关系的图。
[0020][图4]图4为显示煅烧炉出口废气的02浓度与预热器废气的显热的关系的图。
[0021][图5]图5为显示煅烧炉出口废气的02浓度与热耗率的关系的图。
[0022][图6]图6为显示预热器出口废气的02浓度与热耗率的关系的图。
[0023] 实施发明的方式 首先，若基于图1对应用本发明的一个实施方式的水泥制造设备的构成进行说明，则该 水泥制造设备大致由以下构成:预热水泥原料的预热器1，煅烧从该预热器1排出的水泥原 料的至少一部分的煅烧炉2,烧成经过预热器1和煅烧炉2的水泥原料以制成水泥熟料的水 泥窑3，和冷却从水泥窑3排出的水泥熟料的冷却器4。
[0024] 在这里，预热器1在垂直方向连结多个(在图中为4级)旋风分离器la~ld，是将在原 料工序中调整了粒度或成分并从供给管线5供给至最上级的旋风分离器la的水泥原料在依 次输送至下方的旋风分离器lb~Id的过程中通过从水泥窑3高温排出的气体预热的设备。顺 便提一下，以80°C左右的温度投入至最上级的旋风分离器la的原料在最下级的旋风分离器 Id中达到800°C以上的温度，除了预热以外还发生石灰石的脱碳酸。
[0025] 另一方面，在从最上级的旋风分离器la排出的预热器废气的排气管线6设置未图 示的风扇，通过该风扇的抽吸使得将预热器废气排出至体系外。该预热器废气是将从水泥 窑3和煅烧炉2排出的燃烧废气或通过原料的脱碳酸而产生的C0 2在从最下级的旋风分离器 Id至最上级的旋风分离器la之间与水泥原料热交换后排出至体系外，在排气管线6设置测 定预热器废气的〇2浓度(第2 02浓度）的02浓度计6a。该预热器废气显热作为热损耗对作为 整个体系的热耗量的热耗率造成影响。
[0026] 另外，煅烧炉2是为了降低水泥窑3的热负荷，而从管线7分取直至预热器lc为止加 热了的水泥原料进行脱碳酸的设备。该煅烧炉2通过从冷却器4通过排气管线9回收的高温3 次空气10将在炉内投入的煤粉(第1燃料）8燃烧，从而对水泥原料提供热。然后，使得从煅 烧炉2排出的水泥原料、未燃烧的煤粉和废气通过管线17导入至预热器1的最下级的旋风分 离器Id中，在该管线17设置测定来自煅烧炉2的废气的0 2浓度(第1 02浓度）的02浓度计2a。 另外，在排气管线9插装用于控制3次空气10的流量的流量调节阀11。
[0027] 上述水泥窑3为绕轴线旋转驱动的圆筒状部件，在窑底部分3a供给用预热器1和煅 烧炉2加热了的原料，与此同时从在窑前面3b设置的主喷嘴12同时供给煤粉(第2燃料）13 和燃料用的1次空气，通过该燃烧气体或火焰的辐射使得内部保持为水泥原料的烧成所需 要的1450°C。然后，从窑底部分3a供给至水泥窑3内的水泥原料在随着该水泥窑3的旋转而 输送至窑前面3b侧的过程中通过水泥窑3内的热交换而被加热，完成脱碳酸，进一步进行烧 成从而成为水泥熟料。
[0028] 然后，在该水泥窑3中，调整上述煤粉的投入量，并且将该煤粉完全燃烧，使得根据 其入口的水泥原料的温度或脱碳率，进行水泥原料的脱碳酸和熟料烧成反应，并且控制燃 烧用的1次空气的风量和从冷却器4供给的燃烧辅助用的2次空气15的风量，使得窑底部分 3a的废气的0 2浓度为规定的值。
[0029] 接着，冷却器4用于冷却从水泥窑3排出的熟料，在其底部供给用于骤冷熟料的冷 却用空气14,该冷却用空气14与制造的熟料的量对应，供给固定的量。然后，用该冷却器4冷 却了的熟料在冷却器出口变为150°C左右并被排出。
[0030] 另一方面，用于冷却的空气14通过与熟料的热交换变为高温，一部分作为水泥窑3 中的燃烧辅助用的2次空气15被供给至该水泥窑3中，另外的一部分被供给为去向上述煅烧 炉2的3次空气10,与此同时将余量16通过未图示的在排气管线设置的风扇排出至外部。与 预热器废气相同，来自该冷却器4的排气的显热也作为热损耗对热耗率造成影响。
[0031] 然后，在该水泥制造设备中，通过下述工序模拟分析，预先求得在煅烧炉2的废气 出口通过02浓度计2a测定的第1 02浓度与通过煤粉8、13的供给量确定的热耗率的关系、以 及在预热器1的废气出口通过〇2浓度计6a测定的第2 02浓度与上述热耗率的关系。
[0032] 然后，控制在来自冷却器4的排气管线设置的上述风扇的转数和在排气管线9设置 的流量调节阀11的开度，使得第1 〇2浓度和第2 02浓度均在包含热耗率为最小的02浓度值 的范围内，由此调整从冷却器4供给至煅烧炉2的3次空气10和从冷却器4直接排出的排气16 的量。
[0033] 在这里，