溶融物の製造装置及び製造方法
【課題】二酸化炭素の排出抑制及び熱効率の両面において優れた溶融物の製造装置及び製造方法を提供する。
【解決手段】
酸水素ＯＨを生成する酸水素製造装置４と、供給された原料Ｒに、酸水素製造装置４からの酸水素ＯＨを燃焼させて生じた火炎を接触させて溶融させる加熱炉２と、加熱炉２の排ガスを用いて発電し、発電した電力を酸水素製造装置４に供給する発電装置１１とを備える溶融物の製造装置１。また、発電装置１１が、加熱炉２の溶融物出口側の高温領域２Ｈから排出される排ガスＧ１を用いて発電することができ、さらに、加熱炉２が、溶融物出口側の高温領域２Ｈと原料入口側の低温領域２Ｌとの間に設けられた隔壁２ｅを備えることができる。
【解決手段】
酸水素ＯＨを生成する酸水素製造装置４と、供給された原料Ｒに、酸水素製造装置４からの酸水素ＯＨを燃焼させて生じた火炎を接触させて溶融させる加熱炉２と、加熱炉２の排ガスを用いて発電し、発電した電力を酸水素製造装置４に供給する発電装置１１とを備える溶融物の製造装置１。また、発電装置１１が、加熱炉２の溶融物出口側の高温領域２Ｈから排出される排ガスＧ１を用いて発電することができ、さらに、加熱炉２が、溶融物出口側の高温領域２Ｈと原料入口側の低温領域２Ｌとの間に設けられた隔壁２ｅを備えることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融物の製造装置及び製造方法に関し、特に、セメントクリンカの製造等に好適に用いることのできる溶融物の製造装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セメントを製造するには、石灰石を主原料とする粉体原料をプレヒータ及び仮焼炉を通過させた後、ロータリキルンで１，４５０℃以上の高温で焼成して水硬性を有するセメントクリンカを生成し、セメントクリンカに石膏、混合材を添加して微粉砕する。そのため、セメント製造工程では、エネルギーを多量に消費する。
【０００３】
近年の地球温暖化等の環境問題に対する関心の高まりから、エネルギー大量消費型のセメント産業には、空間資源の枯渇や、二酸化炭素の排出抑制等にこれまで以上の対応が求められているため、セメント製造にあたり、各種廃棄物を燃料の代替として用い、廃棄物の処理に資するとともに、化石燃料の原単位を低減するなど、資源リサイクル及び省エネルギーの両面に資する技術開発が継続して行われている。
【０００４】
その一環として、例えば、特許文献１等には、流動床プロセス固有の燃焼性能、熱伝達性能、粒子拡散及び造粒特性を利用することにより、低品位炭を効率よく燃焼させ、ＮＯｘの排出量を顕著に低減し、プロセスから排出される物及びガスからの熱回収効率を向上させることで、地球環境保全及び省エネルギーに対応することのできる流動床セメント焼成キルンシステムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−８１２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１に記載の流動床セメント焼成キルンシステムでも、依然として化石燃料を用い、燃焼した化石燃料から二酸化炭素が発生するため、二酸化炭素の排出抑制の面で改善の余地があった。また、流動床プロセスでは、原料を流動化させるために焼成炉に空気を供給する必要があるため、該空気の加熱に伴う熱効率の低下を回避することができなかった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、二酸化炭素の排出抑制及び熱効率の両面において優れた溶融物の製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、溶融物の製造装置であって、酸素と水素の混合気を生成する混合気生成手段と、供給された原料に、該混合気生成手段からの混合気を燃焼させて生じた火炎を接触させて溶融させる加熱炉と、該加熱炉の排ガスを用いて発電し、発電した電力を前記混合気生成手段に供給する発電手段とを備えることを特徴とする。ここで、酸素と水素の混合気とは、酸素と水素を別々に発生させた後、混合したものでもよく、水を電気分解して得られる、いわゆる酸水素ガスでもよい。尚、酸素と水素を別々に発生させる場合には、その混合比は概ね１：２であることが望ましい。
【０００９】
酸素と水素の混合気は、局所的に２０００℃の高温を発生させることができるため、この高温火炎を、供給された原料に接触させることで、速やかに該原料を溶融させることができる。ここで、酸素と水素の混合気自体の燃焼によって発生するのは、水蒸気だけであり、二酸化炭素や、ＮＯｘによる二次的な弊害が発生することがなく、これらのガスの昇温も不要となる。また、加熱炉においては、火炎を放射するバーナと、溶融物の移動経路とを備えれば足りるため、コンパクトで熱効率のよい装置を構成することができる。加えて、酸素と水素の混合気を発生させるために要する電気エネルギーも僅少であるため、運転コストも低く抑えることができる。
【００１０】
また、加熱炉の排ガスを発電手段に導き、熱回収して発電に利用するため、製造装置内で発生した熱エネルギーを有効利用することができる。さらに、発電した電力を混合気生成手段に供給し、混合気の生成に要する電力に利用するため、運転に必要な電力の一部を製造装置の内部で賄うことができる。これにより、外部からの受給電力への依存度を低減することができ、二酸化炭素の排出量の更なる削減を図ることが可能になる。
【００１１】
上記溶融物の製造装置において、前記発電手段が、前記加熱炉の溶融物出口側の高温領域から排出される排ガスを用いて発電することができる。高温領域内に存在する高温の排ガスを用いて発電するため、発電効率を向上させることができ、製造装置内で発生した熱エネルギーを効率的に再利用することが可能になる。
【００１２】
上記溶融物の製造装置において、前記加熱炉が、溶融物出口側の高温領域と原料入口側の低温領域との間に設けられた隔壁を有し、前記発電手段が、前記高温領域から排出される排ガスを用いて発電することができる。加熱炉に設けた隔壁により、高温領域に存在する高温の排ガスと低温領域に存在する低温の排ガスとの接触を防止し、高温の排ガスの温度が低下するのを抑制することができる。その上で、発電手段において、高温領域から排出された排ガスを用いて発電するため、加熱炉の排ガスを適切に発電に利用することができる。
【００１３】
上記溶融物の製造装置において、前記加熱炉に塊状原料を供給し、該加熱炉が、前記火炎を該塊状原料に接触させて溶融させることができる。これによれば、事前の粉砕作業が不要となったり、或いは、粉砕作業を行う場合であっても粉砕の程度を軽度に留めることができるため、設備コストの削減や作業効率の向上を図ることが可能になる。
【００１４】
上記溶融物の製造装置において、前記加熱炉からの排ガスに含まれる水分を凝縮させて水を生成し、前記混合気生成手段に供給する復水器を備えることができる。これによれば、加熱炉内で発生した水蒸気を有効に活用することができる。
【００１５】
上記溶融物の製造装置において、前記復水器が、前記発電手段を通過した後の排ガスに含まれる水分を凝縮させて水を生成する第１の復水器と、前記加熱炉の原料入口側の低温領域から排出される排ガスに含まれる水分を凝縮させて水を生成する第２の復水器とを備えることができる。
【００１６】
上記溶融物の製造装置において、水、含水物及び水蒸気のうち少なくとも一以上を前記加熱炉から排出される溶融物に噴射して冷却する冷却手段を備え、前記加熱炉の排ガスを該冷却手段に導き、該冷却手段内で発生する排ガスとともに前記発電手段に供給することができる。
【００１７】
上記溶融物の製造装置において、前記冷却手段が、一端が閉塞し、他端が開放された管路と、該管路の閉塞端部に挿入されたノズルとを備え、前記閉塞端部に前記バーナの火炎を接触させることにより溶融した溶融物を供給するとともに、前記ノズルから水、含水物及び水蒸気のうち少なくとも一以上を該溶融物に噴射し、該溶融物を冷却しながら、前記水の蒸発による爆裂、前記含水物に含まれる水の蒸発による爆裂及び前記水蒸気の膨張のうち少なくとも一以上によって冷却物を破砕することができる。これにより、溶融物の急冷と急冷物の破砕を一つの装置を用いて略々同時に行うことができ、簡単な装置構成で急冷物の破砕物を得ることができ、装置の運転操作も容易である。また、溶融物の冷却過程で溶融物を細かく破砕し得ることから、事後的な粉砕作業が不要となったり、或いは、粉砕の程度を軽度に留めることができ、設備コストの削減や作業効率の向上を図ることが可能になる。
【００１８】
上記溶融物の製造装置において、 前記加熱炉が、複数のバーナを備え、該複数のバーナのうち、前記原料の流れの最も下流のバーナのみで前記混合気を燃焼させることができる。最も下流のバーナ以外のバーナでは、廃棄物から得られた燃料、化石燃料等を用いることもでき、この場合、これらの燃料から二酸化炭素が生成されることとなるが、その一方で、酸素と水素の混合気を発生させるための電力量を減少させることができる。
【００１９】
上記溶融物の製造装置において、 前記加熱炉を、移動槽式、ロータリキルン式、流動床式又は回転炉床炉式とすることができる。
【００２０】
また、本発明は、溶融物の製造方法であって、酸素と水素の混合気を生成し、供給された原料に、前記混合気を燃焼させて生じた火炎を接触させて溶融させ、前記原料を溶融させる際に発生する排ガスを用いて発電し、発電した電力を前記混合気の生成に要する電力に利用することを特徴とする。本発明によれば、上記発明と同様に、溶融物を製造するにあたって、二酸化炭素の排出を抑制し、高熱効率を確保することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明によれば、二酸化炭素の排出抑制及び熱効率の両面において優れた溶融物の製造装置及び製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明にかかる溶融物の製造装置の一実施の形態を示す全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明においては、本発明にかかる溶融物の製造装置を用いてセメント原料（以下「原料」という）を溶融させ、セメントクリンカを製造する場合を例にとって説明する。
【００２４】
図１は、本発明にかかる溶融物の製造装置の一実施の形態を示し、この溶融物の製造装置１は、大別して、加熱炉２と、加熱炉２に設けられたバーナ３（３Ａ〜３Ｄ）と、バーナ３に酸水素ＯＨを供給する酸水素製造装置４と、加熱炉２に塊状の原料Ｒを供給する供給装置６と、原料Ｒの溶融物Ｍを急冷してセメントクリンカＣＬを製造する急冷装置９と、急冷装置９からの排ガスを利用して発電する発電装置１１と、加熱炉２内で発生する排ガスを誘引するファン１５等で構成される。
【００２５】
加熱炉２は、原料供給部２ａと、溶融物排出部２ｂとを備える移動槽式の加熱炉であって、加熱炉２の天井面には、バーナ３が貫通し、バーナ３の火炎によって加熱炉２内の原料Ｒが加熱される。また、加熱炉２には、炉本体の保護のため、必要に応じて耐火物（不図示）が施工されるとともに、傾斜した底面２ｃ及び側面２ｄを加熱する補助加熱装置（不図示）が設けられる。尚、補助加熱装置には、二酸化炭素の排出抑制の面から、電気エネルギーによる加熱装置を用いることが好ましい。この際、電気エネルギーによる加熱装置としては、電磁誘導加熱、高周波／マイクロ波等の電磁波加熱、電極投入直接通電／発熱体間接加熱等の抵抗加熱、アーク放電によるプラズマ加熱等の加熱方法を用いた装置を使用することができる。
【００２６】
また、加熱炉２の内部には、内壁から中心軸に向けて延びる隔壁２ｅが設けられる。この隔壁２ｅは、溶融物排出部２ｂ側の領域（高温領域）２Ｈで発生する高温排ガスＧ１と、原料供給部２ａ側の領域（低温領域）２Ｌで発生する低温排ガスＧ２との接触を防止するために備えられる。さらに、加熱炉２の出口側には、高温領域２Ｈの排ガスＧ１を急冷装置９に導く排気ダクト２ｆが設けられる。
【００２７】
バーナ３は、酸水素製造装置４で製造した酸水素ＯＨをバーナ先端から加熱炉２の下方に向けて噴射し、噴射した酸水素ＯＨを燃焼させて生じた高温の火炎を加熱炉２内の原料Ｒに接触させ、原料Ｒを溶融させるために備えられる。本実施の形態では、４本のバーナ３Ａ〜３Ｄが配置されているが、バーナ３の設置本数は、１本又は２本以上から適宜選択することができる。
【００２８】
酸水素製造装置４は、バーナ３に供給する酸水素ＯＨを発生させるために設けられ、発電装置１１から供給される電力Ｐ１、受電した電力（又は廃棄物を利用したごみ発電設備からの電力等）Ｐ２を利用して酸水素ＯＨを製造する。酸水素製造装置４で製造した酸水素ＯＨは、配管５を介してバーナ３に供給される。
【００２９】
供給装置６は、加熱炉２の入口側に位置し、原料Ｒを加熱炉２内に投入するために備えられる。供給装置６には、原料Ｒを受け入れるホッパ６ａと、ホッパ６ａに投入された原料Ｒを加熱炉２の原料供給部２ａに搬送するスクリューフィーダ６ｂと、加熱炉２の低温領域２Ｌに存在する排ガスＧ２を抽気する抽気ダクト６ｃとが設けられる。
【００３０】
また、抽気ダクト６ｃの下流側には、抽気した排ガスＧ２に含まれる水分を凝縮させて水Ｗ２に戻すコンデンサ（復水器）７が付設され、コンデンサ７には、凝縮させた水Ｗ２を酸水素製造装置４に搬送する配管８が接続される。
【００３１】
急冷装置９は、右端が閉塞し、左端が開放された円筒状に形成された管路９ａと、管路９ａの右端部に挿入されたノズル９ｂと、管路９ａから排出される急冷物Ｑを回収するチェンバ９ｃと、管路９ａの左端から離間して設けられた衝突板９ｄとを備える。この急冷装置９では、ノズル９ｂから水Ｗ１を噴射して溶融物Ｍを急冷するが、その過程で、水Ｗ１の蒸発による爆裂で溶融物Ｍを吹き飛ばしながら細裂し、細裂した溶融物Ｍを水蒸気流に乗せて左端側に高速で移動させる。そして、管路９ａから排出される急冷物Ｑを衝撃板９ｄに衝突させ、その衝撃により、さらに細かく破砕する。尚、急冷装置９は、図示のような１基だけでなく、冷却性能等に応じて複数段にわたって設けることもできる。
【００３２】
発電装置１１は、急冷装置９のチェンバ９ｃから排出される排ガスＧ３で水蒸気Ｓを発生させる水管ボイラ１１ａと、水管ボイラ１１ａで発生した水蒸気Ｓを利用して発電するための蒸気タービン１１ｂ及び発電機１１ｃとから構成される。
【００３３】
水管ボイラ１１ａは、排ガスＧ３が保有する熱を利用して水蒸気Ｓを発生させるために備えられ、蒸気タービン１１ｂは、水管ボイラ１１ａによって発生した水蒸気Ｓによって回転し、発電機１１ｃで電気を発生させる。発電機１１ｃで発生させた電力は、電力線１６、１７を介して酸水素製造装置４及び補助加熱装置に各々供給され、酸水素ＯＨの製造及び加熱炉２の加熱に利用することができる。
【００３４】
また、水管ボイラ１１ａの下流には、水管ボイラ１１ａを通過した排ガスＧ４に含まれる水分を凝縮させて水Ｗ１に戻すコンデンサ１２が付設される。コンデンサ１２には、凝縮させた水Ｗ１を酸水素製造装置４に搬送するための配管１３と、水Ｗ１を急冷装置９のノズル９ｂに搬送するための配管１４とが接続される。
【００３５】
ファン１５は、急冷装置９のチェンバ９ｃから排ガスＧ３を誘引して水管ボイラ１１ａやコンデンサ１２に導くとともに、加熱炉２の低温領域２Ｌから低温排ガスＧ２を誘引してコンデンサ７に導くために備えられる。
【００３６】
次に、上記構成を有する溶融物の製造装置１の動作について、図１を参照しながら説明する。
【００３７】
酸水素製造装置４において酸水素ＯＨを発生させるとともに、補助加熱装置を稼働させて加熱炉２を加熱する。ファン１５を運転した後、所定の配合に調合した塊状原料Ｒを供給装置６のホッパ６ａに投入し、スクリューフィーダ６ｂを通じて加熱炉２に供給する。
【００３８】
加熱炉２の内部において、原料Ｒを補助加熱装置によって加熱しながら左下方向に移動させ、高温になった原料Ｒに、さらに、バーナ３から噴射された酸水素ＯＨが燃焼して生じた高温火炎を接触させ、原料Ｒを溶融させる。
【００３９】
上記の際、酸水素ＯＨの燃焼によって水蒸気が発生するとともに、加熱された原料Ｒから二酸化炭素が発生するため、加熱炉２内には、それらの混合ガスが滞留する。そして、低温領域２Ｌの排ガスＧ２を供給装置６の抽気ダクト６ｃによって抽気し、供給装置６内の原料Ｒを予熱しながら、排ガスＧ２をコンデンサ７に導く。次に、コンデンサ７で排ガスＧ２に含まれる水分を凝縮させるとともに、生成した水Ｗ２を酸水素製造装置４に搬送し、酸水素ＯＨの製造に利用する。
【００４０】
一方、加熱炉２の出口側では、溶融した原料（溶融物）Ｍを急冷装置９に供給し、急冷装置９において、溶融物Ｍにノズル９ｂから水Ｗ１を噴射する。すると、溶融物Ｍは、水Ｗ１によって急冷され、管路９ａに噴射された水Ｗ１は、気化して水蒸気Ｓ１となり、さらに膨張する。
【００４１】
ここで、管路９ａの右端部側が閉じているため、水Ｗ１が気化して膨張することにより生じた水蒸気Ｓ１は、管路９ａ内で左方向に高速で移動する。そして、管路９ａ内の溶融物Ｍは、水Ｗ１の蒸発による爆裂で細裂されつつ、水蒸気流によって左方向に高速で移動する。管路９ａから排出された急冷物Ｑは、衝突板９ｄに衝突し、さらに細かく破砕された後、チェンバ９ｃの排出部９ｅからセメントクリンカＣＬとして排出される。
【００４２】
上記の処理と併行し、加熱炉２において、排気ダクト２ｆを介して高温領域２Ｈの排ガスＧ１を急冷装置９のチェンバ９ｃに導く。そして、ファン１５によって、チェンバ９ｃ内の水蒸気Ｓ１及び排ガスＧ１の混合ガスＧ３を誘引し、発電装置１１の水管ボイラ１１ａに供給する。
【００４３】
次いで、水管ボイラ１１ａで排ガスＧ３が保有する熱を利用して水蒸気Ｓを発生させるとともに、発生した水蒸気Ｓを蒸気タービン１１ｂに供給してこれを回転させ、発電機１１ｃで発電する。これと同時に、水管ボイラ１１ａを通過した排ガスＧ４をコンデンサ１２に導き、コンデンサ１２において、排ガスＧ４に含まれる水分を凝縮させる。そして、凝縮した水Ｗ１を、酸水素製造装置４に搬送して酸水素ＯＨの製造に利用するとともに、急冷装置９に搬送して溶融物Ｍの冷却水Ｗ１として利用する。
【００４４】
溶融物の製造装置１が継続して運転されている状態では、受電した電力Ｐ２に加え、発電装置１１で発電した電力Ｐ１を、酸水素製造装置４及び補助加熱装置で利用することができる。
【００４５】
以上のように、本実施の形態によれば、原料の溶融に化石燃料を使用することなく、酸水素ＯＨを燃焼させた火炎を用いて原料Ｒを溶融する。酸水素ＯＨの燃焼によって発生するのは、水蒸気のみであるため、燃料からの二酸化炭素が発生せず、二酸化炭素の排出を抑制することができる。尚、原料Ｒから発生する二酸化炭素が存在するものの、従来のような燃料からの二酸化炭素、ＮＯｘによる二次的な弊害が発生することがなく、これらのガスの昇温による熱損失もない。
【００４６】
また、加熱炉２の排ガスＧ１を発電装置１１に導き、熱回収して発電に利用するため、製造装置１内で発生した熱エネルギーを有効利用することができる。さらに、発電した電力を酸水素製造装置４に供給し、酸水素ＯＨの生成に要する電力に利用するため、運転に必要な電力の一部を製造装置１の内部で賄うことができる。これにより、外部からの受給電力Ｐ２への依存度を低減することができ、二酸化炭素の排出量の更なる削減を図ることが可能になる。
【００４７】
また、加熱炉２で原料Ｒを溶融させることから、加熱炉２に供給する原料として、塊状の原料を用いることができる。これにより、事前の粉砕作業が不要となったり、或いは、粉砕作業を行う場合であっても粉砕の程度を軽度に留めることができるため、設備コストの削減や作業効率の向上を図ることが可能になる。
【００４８】
さらに、急冷装置９を用いることで、溶融物Ｍの急冷と急冷物Ｑの破砕を一つの装置を用いて略々同時に行うことができ、簡単な装置構成で急冷物Ｑの破砕物を得ることができ、装置の運転操作も容易である。また、溶融物Ｍの冷却過程で溶融物Ｍを細かく破砕し得ることから、事後的な粉砕作業が不要となったり、或いは、粉砕の程度を軽度に留めることができ、製品粉砕ミルの負担を軽減することが可能になる。
【００４９】
さらに、溶融物の製造装置１は、コンパクトに構成することができるため、加熱炉２や急冷装置９等の断熱を効果的に行うことで高温雰囲気を維持することができ、高熱効率の溶融物の製造装置を実現することができる。
【００５０】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【００５１】
例えば、上記実施の形態においては、加熱炉２にバーナ３と補助加熱装置とを設けたが、補助加熱装置は補助的に設けたものであって、必ずしも補助加熱装置を設ける必要がなく、バーナ３のみで原料Ｒを溶融させることもできる。
【００５２】
また、上記実施の形態においては、加熱炉２の高温領域２Ｈの排ガスＧ１を急冷装置９のチェンバ９ｃに導くが、排ガスＧ１を、チェンバ９ｃと水管ボイラ１１ａを繋ぐガス管路１８に導き、急冷装置９を経由することなく水管ボイラ１１ａに供給するようにしてもよい。
【００５３】
さらに、バーナ３Ａ〜３Ｄのすべてにおいて酸水素ＯＨを燃焼させる必要性は必ずしもなく、原料Ｒの流れから見て最も下流側のバーナ３Ａのみで酸水素ＯＨを燃焼させ、その他のバーナ３Ｂ〜３Ｄでは、廃棄物から得られた燃料、化石燃料等を用いて原料Ｒを加熱することもできる。これらの燃料を燃焼させると、二酸化炭素等が生成されるが、原料Ｒの加熱によっても二酸化炭素が発生しているため、前記燃料の燃焼によって、溶融物の製造装置１から排出される二酸化炭素の総量が激増することもなく、バーナ３Ｂ〜３Ｄで酸水素ＯＨを燃焼させないことで、電力量の低減に繋がるため、いずれを選択するかは状況に応じて適宜選択することができる。
【００５４】
また、上記実施の形態では、溶融物の製造装置１によってセメント原料Ｒを溶融させ、セメントクリンカＣＬを製造する場合を例にとって説明したが、セメントクリンカＣＬ以外にも、各種セメント鉱物、急結材原料及びガラス質組成物等の水硬性物質、溶融スラグ等の水硬性物質以外の物（例えば、骨材として用い得る）を製造する場合に、溶融物の製造装置１を好適に用いることができる。さらに、溶融物の製造装置１に、原料として、アスベスト、アスベスト含有物等の有害物質を用い、それらを溶融することで無害化することができる。
【００５５】
さらに、バーナ３において酸水素製造装置４で製造した酸水素ＯＨを用いたが、酸水素製造装置４を用いずに、酸素と水素を別々に発生させた後、混合したものをバーナ３に供給して燃焼させてもよい。
【００５６】
また、上記実施の形態では、移動槽式の加熱炉２を用いた場合を説明したが、従来セメント製造装置に用いられているロータリキルン式、流動床式又は回転炉床炉式の加熱炉を用いることもできる。ここで、回転炉床炉式の加熱炉の一例としては、内部が空洞化された円環状の炉体フレームの内部に原料（被溶融物）を投入するとともに、炉体フレームの側面から内部の原料に向けて火炎を放射し、炉体フレームを一回転させる間に原料を溶融させるものがある。
【００５７】
さらに、急冷装置９のノズル９ｂから水Ｗを噴射する代わりに、含水物を溶融物Ｍに噴射し、溶融物Ｍを冷却しながら、含水物に含まれる水の蒸発による爆裂により急冷物Ｑを破砕することもできる。また、ノズル９ｂから水蒸気を溶融物Ｍに噴射し、水蒸気の膨張により急冷物Ｑを破砕することもできる。さらに、ノズル９ｂから水Ｗと含水物を同時に噴射してもよい。
【００５８】
また、上記実施の形態では、急冷装置９のチェンバ９ｃからの排ガスＧ３を水管ボイラ１１ａに導き、水蒸気Ｓを生成するための熱源として利用するが、排ガスＧ３中に異物がなければ、或いは、異物を除去することができれば、排ガスＧ３を蒸気タービン１１ｂに導き、排ガスＧ３により蒸気タービン１１ｂを回転させてもよい。
【００５９】
さらに、上記実施の形態では、加熱炉２の原料入口側からの排ガスＧ２をコンデンサ７に導いて水Ｗ２を生成するが、コンデンサ７を設けずに、排ガスＧ２を大気放出したり、露点に達しない範囲で原料の予熱や乾燥に利用することもできる。
【符号の説明】
【００６０】
１ 溶融物の製造装置
２ 加熱炉
２ａ 原料供給部
２ｂ 溶融物排出部
２ｃ 底面
２ｄ 側面
２ｅ 隔壁
２ｆ 排気ダクト
２Ｈ 高温領域
２Ｌ 低温領域
３ バーナ（３Ａ〜３Ｄ）
４ 酸水素製造装置
５ 配管
６ 供給装置
６ａ ホッパ
６ｂ スクリューフィーダ
６ｃ 抽気ダクト
７ コンデンサ
８ 配管
９ 急冷装置
９ａ 管路
９ｂ ノズル
９ｃ チェンバ
９ｄ 衝突板
９ｅ 排出部
９ｆ 供給部
１１ 発電装置
１１ａ 水管ボイラ
１１ｂ 蒸気タービン
１１ｃ 発電機
１２ コンデンサ
１３、１４ 配管
１５ ファン
１６、１７ 電力線
１８ ガス管路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融物の製造装置及び製造方法に関し、特に、セメントクリンカの製造等に好適に用いることのできる溶融物の製造装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セメントを製造するには、石灰石を主原料とする粉体原料をプレヒータ及び仮焼炉を通過させた後、ロータリキルンで１，４５０℃以上の高温で焼成して水硬性を有するセメントクリンカを生成し、セメントクリンカに石膏、混合材を添加して微粉砕する。そのため、セメント製造工程では、エネルギーを多量に消費する。
【０００３】
近年の地球温暖化等の環境問題に対する関心の高まりから、エネルギー大量消費型のセメント産業には、空間資源の枯渇や、二酸化炭素の排出抑制等にこれまで以上の対応が求められているため、セメント製造にあたり、各種廃棄物を燃料の代替として用い、廃棄物の処理に資するとともに、化石燃料の原単位を低減するなど、資源リサイクル及び省エネルギーの両面に資する技術開発が継続して行われている。
【０００４】
その一環として、例えば、特許文献１等には、流動床プロセス固有の燃焼性能、熱伝達性能、粒子拡散及び造粒特性を利用することにより、低品位炭を効率よく燃焼させ、ＮＯｘの排出量を顕著に低減し、プロセスから排出される物及びガスからの熱回収効率を向上させることで、地球環境保全及び省エネルギーに対応することのできる流動床セメント焼成キルンシステムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−８１２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１に記載の流動床セメント焼成キルンシステムでも、依然として化石燃料を用い、燃焼した化石燃料から二酸化炭素が発生するため、二酸化炭素の排出抑制の面で改善の余地があった。また、流動床プロセスでは、原料を流動化させるために焼成炉に空気を供給する必要があるため、該空気の加熱に伴う熱効率の低下を回避することができなかった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、二酸化炭素の排出抑制及び熱効率の両面において優れた溶融物の製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、溶融物の製造装置であって、酸素と水素の混合気を生成する混合気生成手段と、供給された原料に、該混合気生成手段からの混合気を燃焼させて生じた火炎を接触させて溶融させる加熱炉と、該加熱炉の排ガスを用いて発電し、発電した電力を前記混合気生成手段に供給する発電手段とを備えることを特徴とする。ここで、酸素と水素の混合気とは、酸素と水素を別々に発生させた後、混合したものでもよく、水を電気分解して得られる、いわゆる酸水素ガスでもよい。尚、酸素と水素を別々に発生させる場合には、その混合比は概ね１：２であることが望ましい。
【０００９】
酸素と水素の混合気は、局所的に２０００℃の高温を発生させることができるため、この高温火炎を、供給された原料に接触させることで、速やかに該原料を溶融させることができる。ここで、酸素と水素の混合気自体の燃焼によって発生するのは、水蒸気だけであり、二酸化炭素や、ＮＯｘによる二次的な弊害が発生することがなく、これらのガスの昇温も不要となる。また、加熱炉においては、火炎を放射するバーナと、溶融物の移動経路とを備えれば足りるため、コンパクトで熱効率のよい装置を構成することができる。加えて、酸素と水素の混合気を発生させるために要する電気エネルギーも僅少であるため、運転コストも低く抑えることができる。
【００１０】
また、加熱炉の排ガスを発電手段に導き、熱回収して発電に利用するため、製造装置内で発生した熱エネルギーを有効利用することができる。さらに、発電した電力を混合気生成手段に供給し、混合気の生成に要する電力に利用するため、運転に必要な電力の一部を製造装置の内部で賄うことができる。これにより、外部からの受給電力への依存度を低減することができ、二酸化炭素の排出量の更なる削減を図ることが可能になる。
【００１１】
上記溶融物の製造装置において、前記発電手段が、前記加熱炉の溶融物出口側の高温領域から排出される排ガスを用いて発電することができる。高温領域内に存在する高温の排ガスを用いて発電するため、発電効率を向上させることができ、製造装置内で発生した熱エネルギーを効率的に再利用することが可能になる。
【００１２】
上記溶融物の製造装置において、前記加熱炉が、溶融物出口側の高温領域と原料入口側の低温領域との間に設けられた隔壁を有し、前記発電手段が、前記高温領域から排出される排ガスを用いて発電することができる。加熱炉に設けた隔壁により、高温領域に存在する高温の排ガスと低温領域に存在する低温の排ガスとの接触を防止し、高温の排ガスの温度が低下するのを抑制することができる。その上で、発電手段において、高温領域から排出された排ガスを用いて発電するため、加熱炉の排ガスを適切に発電に利用することができる。
【００１３】
上記溶融物の製造装置において、前記加熱炉に塊状原料を供給し、該加熱炉が、前記火炎を該塊状原料に接触させて溶融させることができる。これによれば、事前の粉砕作業が不要となったり、或いは、粉砕作業を行う場合であっても粉砕の程度を軽度に留めることができるため、設備コストの削減や作業効率の向上を図ることが可能になる。
【００１４】
上記溶融物の製造装置において、前記加熱炉からの排ガスに含まれる水分を凝縮させて水を生成し、前記混合気生成手段に供給する復水器を備えることができる。これによれば、加熱炉内で発生した水蒸気を有効に活用することができる。
【００１５】
上記溶融物の製造装置において、前記復水器が、前記発電手段を通過した後の排ガスに含まれる水分を凝縮させて水を生成する第１の復水器と、前記加熱炉の原料入口側の低温領域から排出される排ガスに含まれる水分を凝縮させて水を生成する第２の復水器とを備えることができる。
【００１６】
上記溶融物の製造装置において、水、含水物及び水蒸気のうち少なくとも一以上を前記加熱炉から排出される溶融物に噴射して冷却する冷却手段を備え、前記加熱炉の排ガスを該冷却手段に導き、該冷却手段内で発生する排ガスとともに前記発電手段に供給することができる。
【００１７】
上記溶融物の製造装置において、前記冷却手段が、一端が閉塞し、他端が開放された管路と、該管路の閉塞端部に挿入されたノズルとを備え、前記閉塞端部に前記バーナの火炎を接触させることにより溶融した溶融物を供給するとともに、前記ノズルから水、含水物及び水蒸気のうち少なくとも一以上を該溶融物に噴射し、該溶融物を冷却しながら、前記水の蒸発による爆裂、前記含水物に含まれる水の蒸発による爆裂及び前記水蒸気の膨張のうち少なくとも一以上によって冷却物を破砕することができる。これにより、溶融物の急冷と急冷物の破砕を一つの装置を用いて略々同時に行うことができ、簡単な装置構成で急冷物の破砕物を得ることができ、装置の運転操作も容易である。また、溶融物の冷却過程で溶融物を細かく破砕し得ることから、事後的な粉砕作業が不要となったり、或いは、粉砕の程度を軽度に留めることができ、設備コストの削減や作業効率の向上を図ることが可能になる。
【００１８】
上記溶融物の製造装置において、 前記加熱炉が、複数のバーナを備え、該複数のバーナのうち、前記原料の流れの最も下流のバーナのみで前記混合気を燃焼させることができる。最も下流のバーナ以外のバーナでは、廃棄物から得られた燃料、化石燃料等を用いることもでき、この場合、これらの燃料から二酸化炭素が生成されることとなるが、その一方で、酸素と水素の混合気を発生させるための電力量を減少させることができる。
【００１９】
上記溶融物の製造装置において、 前記加熱炉を、移動槽式、ロータリキルン式、流動床式又は回転炉床炉式とすることができる。
【００２０】
また、本発明は、溶融物の製造方法であって、酸素と水素の混合気を生成し、供給された原料に、前記混合気を燃焼させて生じた火炎を接触させて溶融させ、前記原料を溶融させる際に発生する排ガスを用いて発電し、発電した電力を前記混合気の生成に要する電力に利用することを特徴とする。本発明によれば、上記発明と同様に、溶融物を製造するにあたって、二酸化炭素の排出を抑制し、高熱効率を確保することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明によれば、二酸化炭素の排出抑制及び熱効率の両面において優れた溶融物の製造装置及び製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明にかかる溶融物の製造装置の一実施の形態を示す全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明においては、本発明にかかる溶融物の製造装置を用いてセメント原料（以下「原料」という）を溶融させ、セメントクリンカを製造する場合を例にとって説明する。
【００２４】
図１は、本発明にかかる溶融物の製造装置の一実施の形態を示し、この溶融物の製造装置１は、大別して、加熱炉２と、加熱炉２に設けられたバーナ３（３Ａ〜３Ｄ）と、バーナ３に酸水素ＯＨを供給する酸水素製造装置４と、加熱炉２に塊状の原料Ｒを供給する供給装置６と、原料Ｒの溶融物Ｍを急冷してセメントクリンカＣＬを製造する急冷装置９と、急冷装置９からの排ガスを利用して発電する発電装置１１と、加熱炉２内で発生する排ガスを誘引するファン１５等で構成される。
【００２５】
加熱炉２は、原料供給部２ａと、溶融物排出部２ｂとを備える移動槽式の加熱炉であって、加熱炉２の天井面には、バーナ３が貫通し、バーナ３の火炎によって加熱炉２内の原料Ｒが加熱される。また、加熱炉２には、炉本体の保護のため、必要に応じて耐火物（不図示）が施工されるとともに、傾斜した底面２ｃ及び側面２ｄを加熱する補助加熱装置（不図示）が設けられる。尚、補助加熱装置には、二酸化炭素の排出抑制の面から、電気エネルギーによる加熱装置を用いることが好ましい。この際、電気エネルギーによる加熱装置としては、電磁誘導加熱、高周波／マイクロ波等の電磁波加熱、電極投入直接通電／発熱体間接加熱等の抵抗加熱、アーク放電によるプラズマ加熱等の加熱方法を用いた装置を使用することができる。
【００２６】
また、加熱炉２の内部には、内壁から中心軸に向けて延びる隔壁２ｅが設けられる。この隔壁２ｅは、溶融物排出部２ｂ側の領域（高温領域）２Ｈで発生する高温排ガスＧ１と、原料供給部２ａ側の領域（低温領域）２Ｌで発生する低温排ガスＧ２との接触を防止するために備えられる。さらに、加熱炉２の出口側には、高温領域２Ｈの排ガスＧ１を急冷装置９に導く排気ダクト２ｆが設けられる。
【００２７】
バーナ３は、酸水素製造装置４で製造した酸水素ＯＨをバーナ先端から加熱炉２の下方に向けて噴射し、噴射した酸水素ＯＨを燃焼させて生じた高温の火炎を加熱炉２内の原料Ｒに接触させ、原料Ｒを溶融させるために備えられる。本実施の形態では、４本のバーナ３Ａ〜３Ｄが配置されているが、バーナ３の設置本数は、１本又は２本以上から適宜選択することができる。
【００２８】
酸水素製造装置４は、バーナ３に供給する酸水素ＯＨを発生させるために設けられ、発電装置１１から供給される電力Ｐ１、受電した電力（又は廃棄物を利用したごみ発電設備からの電力等）Ｐ２を利用して酸水素ＯＨを製造する。酸水素製造装置４で製造した酸水素ＯＨは、配管５を介してバーナ３に供給される。
【００２９】
供給装置６は、加熱炉２の入口側に位置し、原料Ｒを加熱炉２内に投入するために備えられる。供給装置６には、原料Ｒを受け入れるホッパ６ａと、ホッパ６ａに投入された原料Ｒを加熱炉２の原料供給部２ａに搬送するスクリューフィーダ６ｂと、加熱炉２の低温領域２Ｌに存在する排ガスＧ２を抽気する抽気ダクト６ｃとが設けられる。
【００３０】
また、抽気ダクト６ｃの下流側には、抽気した排ガスＧ２に含まれる水分を凝縮させて水Ｗ２に戻すコンデンサ（復水器）７が付設され、コンデンサ７には、凝縮させた水Ｗ２を酸水素製造装置４に搬送する配管８が接続される。
【００３１】
急冷装置９は、右端が閉塞し、左端が開放された円筒状に形成された管路９ａと、管路９ａの右端部に挿入されたノズル９ｂと、管路９ａから排出される急冷物Ｑを回収するチェンバ９ｃと、管路９ａの左端から離間して設けられた衝突板９ｄとを備える。この急冷装置９では、ノズル９ｂから水Ｗ１を噴射して溶融物Ｍを急冷するが、その過程で、水Ｗ１の蒸発による爆裂で溶融物Ｍを吹き飛ばしながら細裂し、細裂した溶融物Ｍを水蒸気流に乗せて左端側に高速で移動させる。そして、管路９ａから排出される急冷物Ｑを衝撃板９ｄに衝突させ、その衝撃により、さらに細かく破砕する。尚、急冷装置９は、図示のような１基だけでなく、冷却性能等に応じて複数段にわたって設けることもできる。
【００３２】
発電装置１１は、急冷装置９のチェンバ９ｃから排出される排ガスＧ３で水蒸気Ｓを発生させる水管ボイラ１１ａと、水管ボイラ１１ａで発生した水蒸気Ｓを利用して発電するための蒸気タービン１１ｂ及び発電機１１ｃとから構成される。
【００３３】
水管ボイラ１１ａは、排ガスＧ３が保有する熱を利用して水蒸気Ｓを発生させるために備えられ、蒸気タービン１１ｂは、水管ボイラ１１ａによって発生した水蒸気Ｓによって回転し、発電機１１ｃで電気を発生させる。発電機１１ｃで発生させた電力は、電力線１６、１７を介して酸水素製造装置４及び補助加熱装置に各々供給され、酸水素ＯＨの製造及び加熱炉２の加熱に利用することができる。
【００３４】
また、水管ボイラ１１ａの下流には、水管ボイラ１１ａを通過した排ガスＧ４に含まれる水分を凝縮させて水Ｗ１に戻すコンデンサ１２が付設される。コンデンサ１２には、凝縮させた水Ｗ１を酸水素製造装置４に搬送するための配管１３と、水Ｗ１を急冷装置９のノズル９ｂに搬送するための配管１４とが接続される。
【００３５】
ファン１５は、急冷装置９のチェンバ９ｃから排ガスＧ３を誘引して水管ボイラ１１ａやコンデンサ１２に導くとともに、加熱炉２の低温領域２Ｌから低温排ガスＧ２を誘引してコンデンサ７に導くために備えられる。
【００３６】
次に、上記構成を有する溶融物の製造装置１の動作について、図１を参照しながら説明する。
【００３７】
酸水素製造装置４において酸水素ＯＨを発生させるとともに、補助加熱装置を稼働させて加熱炉２を加熱する。ファン１５を運転した後、所定の配合に調合した塊状原料Ｒを供給装置６のホッパ６ａに投入し、スクリューフィーダ６ｂを通じて加熱炉２に供給する。
【００３８】
加熱炉２の内部において、原料Ｒを補助加熱装置によって加熱しながら左下方向に移動させ、高温になった原料Ｒに、さらに、バーナ３から噴射された酸水素ＯＨが燃焼して生じた高温火炎を接触させ、原料Ｒを溶融させる。
【００３９】
上記の際、酸水素ＯＨの燃焼によって水蒸気が発生するとともに、加熱された原料Ｒから二酸化炭素が発生するため、加熱炉２内には、それらの混合ガスが滞留する。そして、低温領域２Ｌの排ガスＧ２を供給装置６の抽気ダクト６ｃによって抽気し、供給装置６内の原料Ｒを予熱しながら、排ガスＧ２をコンデンサ７に導く。次に、コンデンサ７で排ガスＧ２に含まれる水分を凝縮させるとともに、生成した水Ｗ２を酸水素製造装置４に搬送し、酸水素ＯＨの製造に利用する。
【００４０】
一方、加熱炉２の出口側では、溶融した原料（溶融物）Ｍを急冷装置９に供給し、急冷装置９において、溶融物Ｍにノズル９ｂから水Ｗ１を噴射する。すると、溶融物Ｍは、水Ｗ１によって急冷され、管路９ａに噴射された水Ｗ１は、気化して水蒸気Ｓ１となり、さらに膨張する。
【００４１】
ここで、管路９ａの右端部側が閉じているため、水Ｗ１が気化して膨張することにより生じた水蒸気Ｓ１は、管路９ａ内で左方向に高速で移動する。そして、管路９ａ内の溶融物Ｍは、水Ｗ１の蒸発による爆裂で細裂されつつ、水蒸気流によって左方向に高速で移動する。管路９ａから排出された急冷物Ｑは、衝突板９ｄに衝突し、さらに細かく破砕された後、チェンバ９ｃの排出部９ｅからセメントクリンカＣＬとして排出される。
【００４２】
上記の処理と併行し、加熱炉２において、排気ダクト２ｆを介して高温領域２Ｈの排ガスＧ１を急冷装置９のチェンバ９ｃに導く。そして、ファン１５によって、チェンバ９ｃ内の水蒸気Ｓ１及び排ガスＧ１の混合ガスＧ３を誘引し、発電装置１１の水管ボイラ１１ａに供給する。
【００４３】
次いで、水管ボイラ１１ａで排ガスＧ３が保有する熱を利用して水蒸気Ｓを発生させるとともに、発生した水蒸気Ｓを蒸気タービン１１ｂに供給してこれを回転させ、発電機１１ｃで発電する。これと同時に、水管ボイラ１１ａを通過した排ガスＧ４をコンデンサ１２に導き、コンデンサ１２において、排ガスＧ４に含まれる水分を凝縮させる。そして、凝縮した水Ｗ１を、酸水素製造装置４に搬送して酸水素ＯＨの製造に利用するとともに、急冷装置９に搬送して溶融物Ｍの冷却水Ｗ１として利用する。
【００４４】
溶融物の製造装置１が継続して運転されている状態では、受電した電力Ｐ２に加え、発電装置１１で発電した電力Ｐ１を、酸水素製造装置４及び補助加熱装置で利用することができる。
【００４５】
以上のように、本実施の形態によれば、原料の溶融に化石燃料を使用することなく、酸水素ＯＨを燃焼させた火炎を用いて原料Ｒを溶融する。酸水素ＯＨの燃焼によって発生するのは、水蒸気のみであるため、燃料からの二酸化炭素が発生せず、二酸化炭素の排出を抑制することができる。尚、原料Ｒから発生する二酸化炭素が存在するものの、従来のような燃料からの二酸化炭素、ＮＯｘによる二次的な弊害が発生することがなく、これらのガスの昇温による熱損失もない。
【００４６】
また、加熱炉２の排ガスＧ１を発電装置１１に導き、熱回収して発電に利用するため、製造装置１内で発生した熱エネルギーを有効利用することができる。さらに、発電した電力を酸水素製造装置４に供給し、酸水素ＯＨの生成に要する電力に利用するため、運転に必要な電力の一部を製造装置１の内部で賄うことができる。これにより、外部からの受給電力Ｐ２への依存度を低減することができ、二酸化炭素の排出量の更なる削減を図ることが可能になる。
【００４７】
また、加熱炉２で原料Ｒを溶融させることから、加熱炉２に供給する原料として、塊状の原料を用いることができる。これにより、事前の粉砕作業が不要となったり、或いは、粉砕作業を行う場合であっても粉砕の程度を軽度に留めることができるため、設備コストの削減や作業効率の向上を図ることが可能になる。
【００４８】
さらに、急冷装置９を用いることで、溶融物Ｍの急冷と急冷物Ｑの破砕を一つの装置を用いて略々同時に行うことができ、簡単な装置構成で急冷物Ｑの破砕物を得ることができ、装置の運転操作も容易である。また、溶融物Ｍの冷却過程で溶融物Ｍを細かく破砕し得ることから、事後的な粉砕作業が不要となったり、或いは、粉砕の程度を軽度に留めることができ、製品粉砕ミルの負担を軽減することが可能になる。
【００４９】
さらに、溶融物の製造装置１は、コンパクトに構成することができるため、加熱炉２や急冷装置９等の断熱を効果的に行うことで高温雰囲気を維持することができ、高熱効率の溶融物の製造装置を実現することができる。
【００５０】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【００５１】
例えば、上記実施の形態においては、加熱炉２にバーナ３と補助加熱装置とを設けたが、補助加熱装置は補助的に設けたものであって、必ずしも補助加熱装置を設ける必要がなく、バーナ３のみで原料Ｒを溶融させることもできる。
【００５２】
また、上記実施の形態においては、加熱炉２の高温領域２Ｈの排ガスＧ１を急冷装置９のチェンバ９ｃに導くが、排ガスＧ１を、チェンバ９ｃと水管ボイラ１１ａを繋ぐガス管路１８に導き、急冷装置９を経由することなく水管ボイラ１１ａに供給するようにしてもよい。
【００５３】
さらに、バーナ３Ａ〜３Ｄのすべてにおいて酸水素ＯＨを燃焼させる必要性は必ずしもなく、原料Ｒの流れから見て最も下流側のバーナ３Ａのみで酸水素ＯＨを燃焼させ、その他のバーナ３Ｂ〜３Ｄでは、廃棄物から得られた燃料、化石燃料等を用いて原料Ｒを加熱することもできる。これらの燃料を燃焼させると、二酸化炭素等が生成されるが、原料Ｒの加熱によっても二酸化炭素が発生しているため、前記燃料の燃焼によって、溶融物の製造装置１から排出される二酸化炭素の総量が激増することもなく、バーナ３Ｂ〜３Ｄで酸水素ＯＨを燃焼させないことで、電力量の低減に繋がるため、いずれを選択するかは状況に応じて適宜選択することができる。
【００５４】
また、上記実施の形態では、溶融物の製造装置１によってセメント原料Ｒを溶融させ、セメントクリンカＣＬを製造する場合を例にとって説明したが、セメントクリンカＣＬ以外にも、各種セメント鉱物、急結材原料及びガラス質組成物等の水硬性物質、溶融スラグ等の水硬性物質以外の物（例えば、骨材として用い得る）を製造する場合に、溶融物の製造装置１を好適に用いることができる。さらに、溶融物の製造装置１に、原料として、アスベスト、アスベスト含有物等の有害物質を用い、それらを溶融することで無害化することができる。
【００５５】
さらに、バーナ３において酸水素製造装置４で製造した酸水素ＯＨを用いたが、酸水素製造装置４を用いずに、酸素と水素を別々に発生させた後、混合したものをバーナ３に供給して燃焼させてもよい。
【００５６】
また、上記実施の形態では、移動槽式の加熱炉２を用いた場合を説明したが、従来セメント製造装置に用いられているロータリキルン式、流動床式又は回転炉床炉式の加熱炉を用いることもできる。ここで、回転炉床炉式の加熱炉の一例としては、内部が空洞化された円環状の炉体フレームの内部に原料（被溶融物）を投入するとともに、炉体フレームの側面から内部の原料に向けて火炎を放射し、炉体フレームを一回転させる間に原料を溶融させるものがある。
【００５７】
さらに、急冷装置９のノズル９ｂから水Ｗを噴射する代わりに、含水物を溶融物Ｍに噴射し、溶融物Ｍを冷却しながら、含水物に含まれる水の蒸発による爆裂により急冷物Ｑを破砕することもできる。また、ノズル９ｂから水蒸気を溶融物Ｍに噴射し、水蒸気の膨張により急冷物Ｑを破砕することもできる。さらに、ノズル９ｂから水Ｗと含水物を同時に噴射してもよい。
【００５８】
また、上記実施の形態では、急冷装置９のチェンバ９ｃからの排ガスＧ３を水管ボイラ１１ａに導き、水蒸気Ｓを生成するための熱源として利用するが、排ガスＧ３中に異物がなければ、或いは、異物を除去することができれば、排ガスＧ３を蒸気タービン１１ｂに導き、排ガスＧ３により蒸気タービン１１ｂを回転させてもよい。
【００５９】
さらに、上記実施の形態では、加熱炉２の原料入口側からの排ガスＧ２をコンデンサ７に導いて水Ｗ２を生成するが、コンデンサ７を設けずに、排ガスＧ２を大気放出したり、露点に達しない範囲で原料の予熱や乾燥に利用することもできる。
【符号の説明】
【００６０】
１ 溶融物の製造装置
２ 加熱炉
２ａ 原料供給部
２ｂ 溶融物排出部
２ｃ 底面
２ｄ 側面
２ｅ 隔壁
２ｆ 排気ダクト
２Ｈ 高温領域
２Ｌ 低温領域
３ バーナ（３Ａ〜３Ｄ）
４ 酸水素製造装置
５ 配管
６ 供給装置
６ａ ホッパ
６ｂ スクリューフィーダ
６ｃ 抽気ダクト
７ コンデンサ
８ 配管
９ 急冷装置
９ａ 管路
９ｂ ノズル
９ｃ チェンバ
９ｄ 衝突板
９ｅ 排出部
９ｆ 供給部
１１ 発電装置
１１ａ 水管ボイラ
１１ｂ 蒸気タービン
１１ｃ 発電機
１２ コンデンサ
１３、１４ 配管
１５ ファン
１６、１７ 電力線
１８ ガス管路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素と水素の混合気を生成する混合気生成手段と、
供給された原料に、該混合気生成手段からの混合気を燃焼させて生じた火炎を接触させて溶融させる加熱炉と、
該加熱炉の排ガスを用いて発電し、発電した電力を前記混合気生成手段に供給する発電手段とを備えることを特徴とする溶融物の製造装置。
【請求項２】
前記発電手段は、前記加熱炉の溶融物出口側の高温領域から排出される排ガスを用いて発電することを特徴とする請求項１に記載の溶融物の製造装置。
【請求項３】
前記加熱炉は、溶融物出口側の高温領域と原料入口側の低温領域との間に隔壁が設けられ、
前記発電手段は、前記高温領域から排出される排ガスを用いて発電することを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融物の製造装置。
【請求項４】
前記加熱炉に塊状原料を供給し、該加熱炉は、前記火炎を該塊状原料に接触させて溶融させることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の溶融物の製造装置。
【請求項５】
前記加熱炉からの排ガスに含まれる水分を凝縮させて水を生成し、前記混合気生成手段に供給する復水器を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の溶融物の製造装置。
【請求項６】
前記復水器は、前記発電手段を通過した後の排ガスに含まれる水分を凝縮させて水を生成する第１の復水器と、前記加熱炉の原料入口側の低温領域から排出される排ガスに含まれる水分を凝縮させて水を生成する第２の復水器とを備えることを特徴とする請求項５に記載の溶融物の製造装置。
【請求項７】
水、含水物及び水蒸気のうち少なくとも一以上を前記加熱炉から排出される溶融物に噴射して冷却する冷却手段を備え、
前記加熱炉の排ガスを該冷却手段に導き、該冷却手段内で発生する排ガスとともに前記発電手段に供給することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の溶融物の製造装置。
【請求項８】
前記冷却手段は、一端が閉塞し、他端が開放された管路と、該管路の閉塞端部に挿入されたノズルとを備え、前記閉塞端部に前記バーナの火炎を接触させることにより溶融した溶融物を供給するとともに、前記ノズルから水、含水物及び水蒸気のうち少なくとも一以上を該溶融物に噴射し、該溶融物を冷却しながら、前記水の蒸発による爆裂、前記含水物に含まれる水の蒸発による爆裂及び前記水蒸気の膨張のうち少なくとも一以上によって冷却物を破砕することを特徴とする請求項７に記載の溶融物の製造装置。
【請求項９】
前記加熱炉は、複数のバーナを備え、該複数のバーナのうち、前記原料の流れの最も下流のバーナのみで前記混合気を燃焼させることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の溶融物の製造装置。
【請求項１０】
前記加熱炉は、移動槽式、ロータリキルン式、流動床式又は回転炉床炉式であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の溶融物の製造装置。
【請求項１１】
酸素と水素の混合気を生成し、
供給された原料に、前記混合気を燃焼させて生じた火炎を接触させて溶融させ、
前記原料を溶融させる際に発生する排ガスを用いて発電し、発電した電力を前記混合気の生成に要する電力に利用することを特徴とする溶融物の製造方法。
【請求項１】
酸素と水素の混合気を生成する混合気生成手段と、
供給された原料に、該混合気生成手段からの混合気を燃焼させて生じた火炎を接触させて溶融させる加熱炉と、
該加熱炉の排ガスを用いて発電し、発電した電力を前記混合気生成手段に供給する発電手段とを備えることを特徴とする溶融物の製造装置。
【請求項２】
前記発電手段は、前記加熱炉の溶融物出口側の高温領域から排出される排ガスを用いて発電することを特徴とする請求項１に記載の溶融物の製造装置。
【請求項３】
前記加熱炉は、溶融物出口側の高温領域と原料入口側の低温領域との間に隔壁が設けられ、
前記発電手段は、前記高温領域から排出される排ガスを用いて発電することを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融物の製造装置。
【請求項４】
前記加熱炉に塊状原料を供給し、該加熱炉は、前記火炎を該塊状原料に接触させて溶融させることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の溶融物の製造装置。
【請求項５】
前記加熱炉からの排ガスに含まれる水分を凝縮させて水を生成し、前記混合気生成手段に供給する復水器を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の溶融物の製造装置。
【請求項６】
前記復水器は、前記発電手段を通過した後の排ガスに含まれる水分を凝縮させて水を生成する第１の復水器と、前記加熱炉の原料入口側の低温領域から排出される排ガスに含まれる水分を凝縮させて水を生成する第２の復水器とを備えることを特徴とする請求項５に記載の溶融物の製造装置。
【請求項７】
水、含水物及び水蒸気のうち少なくとも一以上を前記加熱炉から排出される溶融物に噴射して冷却する冷却手段を備え、
前記加熱炉の排ガスを該冷却手段に導き、該冷却手段内で発生する排ガスとともに前記発電手段に供給することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の溶融物の製造装置。
【請求項８】
前記冷却手段は、一端が閉塞し、他端が開放された管路と、該管路の閉塞端部に挿入されたノズルとを備え、前記閉塞端部に前記バーナの火炎を接触させることにより溶融した溶融物を供給するとともに、前記ノズルから水、含水物及び水蒸気のうち少なくとも一以上を該溶融物に噴射し、該溶融物を冷却しながら、前記水の蒸発による爆裂、前記含水物に含まれる水の蒸発による爆裂及び前記水蒸気の膨張のうち少なくとも一以上によって冷却物を破砕することを特徴とする請求項７に記載の溶融物の製造装置。
【請求項９】
前記加熱炉は、複数のバーナを備え、該複数のバーナのうち、前記原料の流れの最も下流のバーナのみで前記混合気を燃焼させることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の溶融物の製造装置。
【請求項１０】
前記加熱炉は、移動槽式、ロータリキルン式、流動床式又は回転炉床炉式であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の溶融物の製造装置。
【請求項１１】
酸素と水素の混合気を生成し、
供給された原料に、前記混合気を燃焼させて生じた火炎を接触させて溶融させ、
前記原料を溶融させる際に発生する排ガスを用いて発電し、発電した電力を前記混合気の生成に要する電力に利用することを特徴とする溶融物の製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１０−２６６０８１（Ｐ２０１０−２６６０８１Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１５３５３（Ｐ２００９−１１５３５３）
【出願日】平成２１年５月１２日（２００９．５．１２）
【出願人】（００００００２４０）太平洋セメント株式会社 (1,449)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１２日（２００９．５．１２）
【出願人】（００００００２４０）太平洋セメント株式会社 (1,449)
【Ｆターム（参考）】
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