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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-29
(45)【発行日】2024-12-09
(54)【発明の名称】微粉炭バーナーを用いた燃料の燃焼方法とセメントの製造方法
(51)【国際特許分類】
F23D 17/00 20060101AFI20241202BHJP
C04B 7/44 20060101ALI20241202BHJP
F23C 1/12 20060101ALI20241202BHJP
F27B 7/34 20060101ALI20241202BHJP
F27D 7/02 20060101ALI20241202BHJP
【ＦＩ】
F23D17/00 103
C04B7/44
F23C1/12
F27B7/34
F27D7/02 A
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2022032650
(22)【出願日】2022-03-03
(65)【公開番号】P2023128355
(43)【公開日】2023-09-14
【審査請求日】2024-07-31
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】521297587
【氏名又は名称】ＵＢＥ三菱セメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100101465
【弁理士】
【氏名又は名称】青山 正和
(72)【発明者】
【氏名】河野 肇
(72)【発明者】
【氏名】▲高▼山 佳典
【審査官】柳本 幸雄
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２４－１１７３９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０２３／１２０７０１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１９－１３７５７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１７２４８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６２－１１６８１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６０－１６２１０８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２３Ｃ １／１２
Ｃ０４Ｂ ７／４４
Ｆ２７Ｂ ７／３４
Ｆ２７Ｄ ７／０２
Ｆ２３Ｄ １７／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
同心状に流路を複数有する微粉炭バーナーを用いたセメント原料焼成用の燃料の燃焼方法であって、前記燃料として、前記微粉炭バーナーの先端から中空の微粉炭流を噴出させると共に、前記微粉炭流のまわりと前記微粉炭流で囲われる内部空間とに可燃性のガス流を噴出させることを特徴とする、燃料の燃焼方法。
【請求項2】
前記ガス流が、ガス燃料と不活性ガスとの混合気体で成ることを特徴とする、請求項１に記載の燃料の燃焼方法。
【請求項3】
前記ガス燃料が再生メタン、グリーン水素、ブルー水素の何れかであることを特徴とする、請求項２に記載の燃料の燃焼方法。
【請求項4】
燃焼熱［Ｊ／ｋｇ］と投入速度［ｋｇ／ｓ］とを掛けて算出される前記燃料全体の投入エネルギー［Ｗ］の中で、前記ガス流の投入エネルギー［Ｗ］が占める割合が３０％以上、且つ５０％未満であることを特徴とする、請求項１から請求項３の何れかに記載の燃料の燃焼方法。
【請求項5】
請求項１から請求項４の何れかに記載の燃焼方法を用いてロータリーキルンでセメント原料を焼成することを特徴とする、セメントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、微粉炭バーナーを用いた燃料の燃焼方法とセメントの製造方法とに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、セメント原料の焼成装置では、ロータリーキルン内に先端を突出させた微粉炭バーナーに燃料となる微粉炭を供給し、微粉炭を燃焼させてセメント原料を焼成する。微粉炭バーナーは、微粉炭、空気が吹き出る複数の噴出口を設けている。
【0003】
特許文献１に開示の焼成装置は、ガス燃料を主燃料とすると共に、可燃性廃棄物と空気とをガスバーナーに供給して、ロータリーキルン内へ噴出して燃焼する。特許文献２に開示の焼成装置は、微粉炭と重油とを燃料に用いる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１８－５２７４６号公報
【文献】特開２０１８－９６６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
脱炭素社会の実現へ向けて、微粉炭の使用量を低減することが望まれる。微粉炭の燃焼による二酸化炭素の排出量を低減するように、微粉炭に代えてガス燃料を用いることが考えられる。微粉炭を燃料とする焼成装置において、ガス燃料を用いるためには、微粉炭燃焼バーナーを構造の異なるガスバーナーに換える必要がある。
さらにガス燃料を燃焼させて形成される火炎（フレーム）では、ロータリーキルンの温度分布が、微粉炭燃料を燃焼させて形成される火炎（フレーム）と比べて、焼成に適した温度分布が狭くなり、補助バーナーをロータリーキルンの途中に設けることができないので、ガスバーナーではロータリーキルンの使用の条件が大きく変わってしまう。従来の微粉炭だけを燃料とする微粉炭専焼と同様の温度分布を確保したセメント原料の焼成を確保しつつ、温室効果ガスの排出を低減することが望まれる。
さらにガス燃料を燃焼させて形成される火炎（フレーム）では、ロータリーキルンの温度分布が、微粉炭燃料を燃焼させて形成される火炎（フレーム）と比べて、焼成に適した温度分布が狭くなり、補助バーナーをロータリーキルンの途中に設けることができないので、ガスバーナーではロータリーキルンの使用の条件が大きく変わってしまう。従来の微粉炭だけを燃料とする微粉炭専焼と同様の温度分布を確保したセメント原料の焼成を確保しつつ、温室効果ガスの排出を低減することが望まれる。
【0006】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、微粉炭バーナーを用いて微粉炭とガス燃料と燃焼させる燃焼方法と、この燃焼方法を用いるセメントの製造方法と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】
【0007】
本発明は、同心状に流路を複数有する微粉炭バーナーを用いたセメント原料焼成用の燃料の燃焼方法であって、前記燃料として、微粉炭バーナーの先端から中空の微粉炭流を噴出させると共に、前記微粉炭流のまわりと前記微粉炭流で囲われる内部空間とに可燃性のガス流を噴出させる。
【0008】
ガス燃料が微粉炭流の内側と外側とを覆うように噴出して、微粉炭流はガス流（内側ガス流，外側ガス流）の間を通ってロータリーキルンの上流側へ移動することで、ガス燃料が先に燃焼して、微粉炭流への空気の供給が抑制される。微粉炭流はガス燃料の燃焼区間での微粉炭の燃焼が抑えられて、ガス燃料の燃焼区間よりも上流側で燃焼する。これにより、微粉炭流がガス流との割合を調整することで、微粉炭専焼と同等の火炎を形成することもでき、ガス燃料を使用する分、微粉炭の量を削減できる。
【0009】
さらに、本発明では、前記ガス流を、ガス燃料と不活性ガスとの混合気体で構成してもよい。
二酸化炭素やアルゴンなどの不活性ガスを用いることで、微粉炭流が燃焼して形成される火炎（フレーム）の長さを調節することができる。
さらに、本発明では、好ましくは、燃焼熱［Ｊ／ｋｇ］と投入速度［ｋｇ／ｓ］とを掛けて算出される投入エネルギー［Ｗ］の中で、前記ガス流の投入エネルギー［Ｗ］が占める割合が３０％以上、且つ５０％未満である。
ガス流の投入エネルギー［Ｗ］が占める割合が３０％以上、且つ５０％未満であると、微粉炭バーナーを用いて、微粉炭の量を低減しつつ、セメント原料の焼成に好適な火炎を形成することができる。前記ガス流の割合が３０％未満であると微粉炭の削減量が少なく、５０％以上であると主にガス燃焼となりセメント原料の焼成に好適な火炎を形成することができず、微粉炭バーナーをガスバーナーに交換する必要がある。
本発明のセメントの製造方法は前記燃焼方法を用いてロータリーキルンでセメント原料を焼成する。
二酸化炭素やアルゴンなどの不活性ガスを用いることで、微粉炭流が燃焼して形成される火炎（フレーム）の長さを調節することができる。
さらに、本発明では、好ましくは、燃焼熱［Ｊ／ｋｇ］と投入速度［ｋｇ／ｓ］とを掛けて算出される投入エネルギー［Ｗ］の中で、前記ガス流の投入エネルギー［Ｗ］が占める割合が３０％以上、且つ５０％未満である。
ガス流の投入エネルギー［Ｗ］が占める割合が３０％以上、且つ５０％未満であると、微粉炭バーナーを用いて、微粉炭の量を低減しつつ、セメント原料の焼成に好適な火炎を形成することができる。前記ガス流の割合が３０％未満であると微粉炭の削減量が少なく、５０％以上であると主にガス燃焼となりセメント原料の焼成に好適な火炎を形成することができず、微粉炭バーナーをガスバーナーに交換する必要がある。
本発明のセメントの製造方法は前記燃焼方法を用いてロータリーキルンでセメント原料を焼成する。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、微粉炭燃料の一部をガス燃料に代えて、微粉炭バーナーによって燃焼させてセメント原料の焼成を行うことができる。従来の微粉炭専焼で使用する微粉炭の量を低減することができ、脱炭素化社会への実現にも貢献することもできる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の実施形態に係るセメント製造システムを示す図である。
【図2】（ａ）は本発明の実施形態に係る微粉炭バーナーの正面図であり、（ｂ）は（ａ）の微粉炭バーナーのＳ１－Ｓ１線に沿った部分断面図である。
【図4】本発明の実施形態に係るセメント製造システムの変形例を示す図である。
【図5】（ａ）は他の構成例の微粉炭バーナーの正面図であり、（ｂ）は（ａ）の微粉炭バーナーのＳ２－Ｓ２線に沿った部分断面図である。
【図7】実施例でのロータリーキルンの温度分布を示す図である。
【図8】実施例でのロータリーキルンの断面平均温度を示すグラフである。
【図9】実施例でのロータリーキルンの熱流束を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態のセメント製造システム１について説明する。
セメント製造システム１は、セメント原料として石灰石、粘土、珪石、鉄原料等を個別に貯蔵する原料貯蔵庫２と、これらセメント原料を粉砕、乾燥する原料ミル及びドライヤ３Ａと、原料供給管Ｌ１を介して供給され、この原料ミルで得られた粉体状のセメント原料を予熱するプレヒータ４と、プレヒータ４によって予熱されたセメント原料を仮焼する仮焼炉５と、仮焼されたセメント原料を焼成するロータリーキルン６と、ロータリーキルン６で焼成された後のセメントクリンカを冷却するためのクーラ７と、ロータリーキルン６の内部空間に先端を突出させていて微粉炭と共にガス燃料を燃焼する微粉炭バーナー１０等と、を備えている。
セメント製造システム１は、セメント原料として石灰石、粘土、珪石、鉄原料等を個別に貯蔵する原料貯蔵庫２と、これらセメント原料を粉砕、乾燥する原料ミル及びドライヤ３Ａと、原料供給管Ｌ１を介して供給され、この原料ミルで得られた粉体状のセメント原料を予熱するプレヒータ４と、プレヒータ４によって予熱されたセメント原料を仮焼する仮焼炉５と、仮焼されたセメント原料を焼成するロータリーキルン６と、ロータリーキルン６で焼成された後のセメントクリンカを冷却するためのクーラ７と、ロータリーキルン６の内部空間に先端を突出させていて微粉炭と共にガス燃料を燃焼する微粉炭バーナー１０等と、を備えている。
【0013】
セメント製造システム１では、セメント原料の焼成に際して、微粉炭バーナー１０の燃料として、微粉炭に加えてガス燃料を用いる。
微粉炭バーナー１０は、微粉炭専焼用に構成されている。具体的には、微粉炭バーナー１０は、図２に示すように、中心側から外周側に向かって順次同心に設けられた中空部１００、第一外側流路１１０、第二外側流路１２０、第三外側流路１３０を備えており、先端には、中心に設けられる開口１０１と、開口１０１の外側に設けられ周方向に沿って複数設けられた第一外側噴出口１１１と、第一外側噴出口１１１よりも外側に設けられ周方向に沿って複数設けられた第二外側噴出口１２１と、第二外側噴出口１２１よりも外側に設けられ周方向に沿って複数設けられた第三外側噴出口１３１と、を備えている。
微粉炭バーナー１０は、微粉炭専焼用に構成されている。具体的には、微粉炭バーナー１０は、図２に示すように、中心側から外周側に向かって順次同心に設けられた中空部１００、第一外側流路１１０、第二外側流路１２０、第三外側流路１３０を備えており、先端には、中心に設けられる開口１０１と、開口１０１の外側に設けられ周方向に沿って複数設けられた第一外側噴出口１１１と、第一外側噴出口１１１よりも外側に設けられ周方向に沿って複数設けられた第二外側噴出口１２１と、第二外側噴出口１２１よりも外側に設けられ周方向に沿って複数設けられた第三外側噴出口１３１と、を備えている。
【0014】
第一外側流路１１０の第一外側噴出口１１１は、複数の孔として設けられており、微粉炭バーナー１０の前方を臨む面とその外周面に設けられている。
第二外側流路１２０が微粉炭バーナー１０の中心軸Ｏ方向と平行に第一外側流路１１０と第三外側流路１３０との間に設けられ、複数の第二外側噴出口１２１が微粉炭バーナー１０の先端に設けられ、これらは中心軸Ｏのまわりで等間隔に並んでいる。
第三外側流路１３０は、中心軸Ｏ方向と平行に、かつ、微粉炭バーナー１０の最も外周側に設けられている。複数の第三外側噴出口１３１が微粉炭バーナー１０の先端に設けられ、これらは中心軸Ｏのまわりで等間隔に並んで先端周縁に寄せて設けられている。
第二外側流路１２０が微粉炭バーナー１０の中心軸Ｏ方向と平行に第一外側流路１１０と第三外側流路１３０との間に設けられ、複数の第二外側噴出口１２１が微粉炭バーナー１０の先端に設けられ、これらは中心軸Ｏのまわりで等間隔に並んでいる。
第三外側流路１３０は、中心軸Ｏ方向と平行に、かつ、微粉炭バーナー１０の最も外周側に設けられている。複数の第三外側噴出口１３１が微粉炭バーナー１０の先端に設けられ、これらは中心軸Ｏのまわりで等間隔に並んで先端周縁に寄せて設けられている。
【0015】
このように構成された微粉炭バーナー１０の用い方について、従来の微粉炭専焼の場合と、本実施形態の微粉炭とガス燃料とを燃焼する方法による場合と、を分けて説明する。
【0016】
従来の微粉炭専焼の場合、中空部１００には、オイルバーナーが挿入される。第一外側流路１１０は空気の流路として用いられ、空気が複数の第一外側噴出口１１１からバーナー前方と半径外向きに噴出する。
第二外側流路１２０は微粉炭の流路として用いられ、微粉炭と空気とが複数の第二外側噴出口１２１からバーナー前方に噴出する。
第三外側流路１３０は空気の流路として用いられ、空気が複数の第三外側噴出口１３１からバーナー前方に噴出する。微粉炭専焼の場合の中空部１００の用い方と、第一外側流路１１０，第二外側流路１２０及び第三外側流路１３０それぞれに流れる流体を表１に示す。
第二外側流路１２０は微粉炭の流路として用いられ、微粉炭と空気とが複数の第二外側噴出口１２１からバーナー前方に噴出する。
第三外側流路１３０は空気の流路として用いられ、空気が複数の第三外側噴出口１３１からバーナー前方に噴出する。微粉炭専焼の場合の中空部１００の用い方と、第一外側流路１１０，第二外側流路１２０及び第三外側流路１３０それぞれに流れる流体を表１に示す。
【0017】
本実施形態の燃焼方法は、前記の微粉炭専焼の場合と比べると、第一外側流路１１０と第二外側流路１２０との用い方は同じであるが、中空部１００と第三外側流路１３０とをガス燃料供給の流路に用いる点が異なる。
ガス燃料は可燃性ガスだけで構成され、可燃性ガスとしては例えばメタン、二酸化炭素を排出せずに製造されたグリーン水素、二酸化炭素の排出を抑えて製造されたブルー水素などを利用することができ、液状から気化し更に圧縮されて中空部１００と第三外側流路１３０とを流れる。さらに、ガス燃料としては、可燃性ガスに不活性ガスを混ぜて圧縮した混合気体を利用することもでき、不活性ガスとしては、二酸化炭素、窒素、アルゴンを利用することができる。
本実施形態の燃焼方法において、中空部１００，第一外側流路１１０，第二外側流路１２０及び第三外側流路１３０それぞれに流れる流体を表１に示す。
ガス燃料は可燃性ガスだけで構成され、可燃性ガスとしては例えばメタン、二酸化炭素を排出せずに製造されたグリーン水素、二酸化炭素の排出を抑えて製造されたブルー水素などを利用することができ、液状から気化し更に圧縮されて中空部１００と第三外側流路１３０とを流れる。さらに、ガス燃料としては、可燃性ガスに不活性ガスを混ぜて圧縮した混合気体を利用することもでき、不活性ガスとしては、二酸化炭素、窒素、アルゴンを利用することができる。
本実施形態の燃焼方法において、中空部１００，第一外側流路１１０，第二外側流路１２０及び第三外側流路１３０それぞれに流れる流体を表１に示す。
【0018】
【表1】
【0019】
セメント製造システム１は、図１に示すように、燃料や空気を微粉炭バーナー１０へ供給する供給部９を備えており、供給部９は、微粉炭と共に空気を送る微粉炭供給系９１と、空気だけを送る空気供給系９２と、ガス燃料供給系９３と、を備えている。ガス燃料供給系９３は、液化ガスを貯蔵するタンクなどの収容部９３Ａと、液化ガスを気化する気化装置９３Ｂと、気化したガスを昇圧して微粉炭バーナー１０へ送る圧縮装置９３Ｃなどを備えている。
ガス燃料は、圧縮装置９３Ｃから供給ラインＬ２を経て、微粉炭バーナー１０の中空部１００や第三外側流路１３０を流れる。さらにガス燃料は、圧縮装置９３Ｃから供給ラインＬ３を経て仮焼炉５のバーナー１０Ａにも供給される。なお、図示例では、供給ラインＬ２を一本表しているが、中空部１００と第三外側流路１３０用に別々に設けられてもよいし、供給ラインＬ２の途中で分岐してガス燃料を中空部１００と第三外側流路１３０とに流してもよい。
ガス燃料は、圧縮装置９３Ｃから供給ラインＬ２を経て、微粉炭バーナー１０の中空部１００や第三外側流路１３０を流れる。さらにガス燃料は、圧縮装置９３Ｃから供給ラインＬ３を経て仮焼炉５のバーナー１０Ａにも供給される。なお、図示例では、供給ラインＬ２を一本表しているが、中空部１００と第三外側流路１３０用に別々に設けられてもよいし、供給ラインＬ２の途中で分岐してガス燃料を中空部１００と第三外側流路１３０とに流してもよい。
【0020】
図３は本実施形態の燃焼方法によって、微粉炭バーナー１０からロータリーキルン６内へ噴出する燃料及びその燃焼によって形成される火炎を示す概略断面図である。微粉炭は、空気と共に微粉炭バーナー１０の第二外側流路１２０の第二外側噴出口１２１からロータリーキルン６内に筒状に噴出する。以下、第二外側流路１２０の複数の第二外側噴出口１２１から噴出した微粉炭を含む空気の流れを微粉炭流２００と呼ぶ。なお、図２（ａ）に示すように、第二外側噴出口１２１が微粉炭バーナー１０の先端に中心軸Ｏまわりに所定の間隔で周方向の全体にわたって等しい間隔で設けられており、これらの第二外側噴出口１２１から微粉炭を含む空気が吹き出すため、微粉炭流２００は中空の内部空間ＰＩＮを有する。
【0021】
ガス燃料は、中空部１００の開口１０１と第三外側流路１３０の複数の第三外側噴出口１３１とから微粉炭流２００で囲われる内部空間ＰＩＮと微粉炭流２００の外にある外部空間ＰＯＵＴへ噴出している。以下、中空部１００から内部空間ＰＩＮへ噴出するガス燃料を『内側ガス流３１０』と呼び、第三外側流路１３０の複数の第三外側噴出口１３１から微粉炭流２００のまわりに噴出するガス燃料を『外側ガス流３２０』と呼ぶ。空気として、空気４１０が、第一外側流路１１０の複数の第一外側噴出口１１１から内部空間ＰＩＮへ噴出している。さらに、外部空間ＰＯＵＴにある二次空気４２０は、二次空気供給部によってロータリーキルン６内に給気されている。図１では、符号ＳＡが二次空気供給部を表している。
【0022】
これらの微粉炭，ガス燃料３００（内側ガス流３１０，外側ガス流３２０）が空気４１０，４２０によって拡散し燃焼することで、火炎Ｆが形成される。
図面では、クロスハッチングを付した箇所が空気４１０，４２０と混合して燃焼する火炎を表している。内側ガス流３１０が主に内部空間ＰＩＮにある空気４１０と混合し燃焼して、火炎ｆ１を形成する。外側ガス流３２０が主に二次空気４２０と混合し燃焼して、火炎ｆ２を形成する。微粉炭流２００が二次空気４２０と混合し燃焼して、火炎ｆ３を形成する。
図面では、クロスハッチングを付した箇所が空気４１０，４２０と混合して燃焼する火炎を表している。内側ガス流３１０が主に内部空間ＰＩＮにある空気４１０と混合し燃焼して、火炎ｆ１を形成する。外側ガス流３２０が主に二次空気４２０と混合し燃焼して、火炎ｆ２を形成する。微粉炭流２００が二次空気４２０と混合し燃焼して、火炎ｆ３を形成する。
【0023】
内側ガス流３１０と外側ガス流３２０とは、ロータリーキルン６内で微粉炭バーナー１０寄りの位置で、微粉炭流２００を間に入れて燃焼する。具体的には、内側ガス流３１０は微粉炭流２００で囲われてその中で燃焼し、外側ガス流３２０は微粉炭流２００のまわりで燃焼する。内側ガス流３１０の噴出量と外側ガス流３２０の噴出量とは、限定されるものではないが、例えば同じ密度で同量（同速度）を噴出させる。
【0024】
微粉体流２００が燃焼する主な位置は、外側ガス流３２０の燃焼位置よりもロータリーキルン６の上流側にずれている。微粉体流２００は、内側ガス流３１０が燃焼して形成される火炎ｆ１と外側ガス流３２０が燃焼して形成される火炎ｆ２との間を通って、ロータリーキルン６の上流側へ向いながら燃焼して火炎ｆ３を形成する。
【0025】
さらに、本実施形態の燃料の燃焼方法では、単位時間当たりに投入される投入エネルギーＥ１［Ｗ］が燃料の燃焼熱［Ｊ／ｋｇ］と投入速度［ｋｇ／ｓ］とを掛けて算出され、これは微粉炭専焼における投入エネルギーＥ２［Ｗ］に等しくなるように設定されている。投入速度は、単位時間当たりロータリーキルン６に投入される燃料の重量である。なお、投入エネルギーＥ１［Ｗ］は、微粉炭による投入エネルギーＥ１１［Ｗ］と、ガス燃料による投入エネルギーＥ１２［Ｗ］との和で成り、微粉炭による投入エネルギーＥ１１［Ｗ］は微粉炭の燃焼熱［Ｊ／ｋｇ］とその投入速度［ｋｇ／ｓ］とを掛けて算出され、ガス燃料による投入エネルギーＥ１２［Ｗ］はガス燃料の燃焼熱［Ｊ／ｋｇ］とその投入速度［ｋｇ／ｓ］とを掛けて算出される。投入エネルギーＥ１［Ｗ］の中でガス燃料による投入エネルギーＥ１２［Ｗ］が占める割合は例えば３０％以上、且つ５０％未満である。
【0026】
本実施形態の燃料の燃焼方法によれば、可燃性のガス流として内側ガス流３１０と外側ガス流３２０とが微粉炭バーナー１０から供給された空気４１０やその周辺の二次空気４２０と混合して微粉体流２００よりも早く燃焼する。ロータリーキルン６の微粉炭バーナー１０寄りの箇所では、内側ガス流３１０と外側ガス流３２０が空気４１０、４２０と混合し燃焼することで微粉炭流２００の燃焼を抑えることができ、これにより微粉炭流２００がガス燃焼位置よりも離れた箇所まで飛距離を延ばして燃焼する。
このようにロータリーキルン６では、微粉炭とガス燃料３００とがそれぞれの主な燃焼位置をずらして燃焼することで、火炎Ｆが形成される。
このようにロータリーキルン６では、微粉炭とガス燃料３００とがそれぞれの主な燃焼位置をずらして燃焼することで、火炎Ｆが形成される。
【0027】
内側ガス流３１０による火炎ｆ１の長さは、主に中空部１００からの内側ガス流３１０の流量と第一外側流路１１０からの空気の流量の割合に依る。
外側ガス流３２０による火炎ｆ２の長さは、主に第三外側流路１３０から噴出する外側ガス流３２０の流量と二次空気４２０の量に依る。
微粉炭から成る微粉炭流２００による火炎ｆ３の長さは、主に第二外側流路１２０からの微粉炭の流量と二次空気４２０の量に依る。
これらから、ガス燃料３００（内側ガス流３１０，外側ガス流３２０），微粉炭及び空気の割合を変えることで、火炎（フレーム）の長さを変えることができる。
全燃料（微粉炭流２００，内側ガス流３１０，外側ガス流３２０）に拠る全体の投入エネルギーと微粉炭流２００の投入速度［ｋｇ／ｓ］とを一定にした条件の下で、内側ガス流３１０の投入速度［ｋｇ／ｓ］を外側ガス流３２０の投入速度［ｋｇ／ｓ］よりも多くすると、ロータリーキルン６の内部の最高温度は内側ガス流３１０の投入速度［ｋｇ／ｓ］と外側ガス流３２０の投入速度［ｋｇ／ｓ］とが同じであるときの温度よりも高くなり、内側ガス流３１０の投入速度［ｋｇ／ｓ］を外側ガス流３２０の投入速度［ｋｇ／ｓ］よりも少なくすると、ロータリーキルン６の内部の最高温度は内側ガス流３１０の投入速度［ｋｇ／ｓ］と外側ガス流３２０の投入速度［ｋｇ／ｓ］とが同じであるときの温度よりも低くなる。
このように、全燃料（微粉炭流２００，内側ガス流３１０，外側ガス流３２０）に拠る全体の投入エネルギーと微粉炭流２００の投入速度［ｋｇ／ｓ］とを一定にした条件の下では、内側ガス流３１０の流量と外側ガス流３２０の流量とを調整することで、火炎の長さ、ロータリーキルン６の内部の温度の分布を微粉炭専焼の温度分布相当に合わせることができる。
外側ガス流３２０による火炎ｆ２の長さは、主に第三外側流路１３０から噴出する外側ガス流３２０の流量と二次空気４２０の量に依る。
微粉炭から成る微粉炭流２００による火炎ｆ３の長さは、主に第二外側流路１２０からの微粉炭の流量と二次空気４２０の量に依る。
これらから、ガス燃料３００（内側ガス流３１０，外側ガス流３２０），微粉炭及び空気の割合を変えることで、火炎（フレーム）の長さを変えることができる。
全燃料（微粉炭流２００，内側ガス流３１０，外側ガス流３２０）に拠る全体の投入エネルギーと微粉炭流２００の投入速度［ｋｇ／ｓ］とを一定にした条件の下で、内側ガス流３１０の投入速度［ｋｇ／ｓ］を外側ガス流３２０の投入速度［ｋｇ／ｓ］よりも多くすると、ロータリーキルン６の内部の最高温度は内側ガス流３１０の投入速度［ｋｇ／ｓ］と外側ガス流３２０の投入速度［ｋｇ／ｓ］とが同じであるときの温度よりも高くなり、内側ガス流３１０の投入速度［ｋｇ／ｓ］を外側ガス流３２０の投入速度［ｋｇ／ｓ］よりも少なくすると、ロータリーキルン６の内部の最高温度は内側ガス流３１０の投入速度［ｋｇ／ｓ］と外側ガス流３２０の投入速度［ｋｇ／ｓ］とが同じであるときの温度よりも低くなる。
このように、全燃料（微粉炭流２００，内側ガス流３１０，外側ガス流３２０）に拠る全体の投入エネルギーと微粉炭流２００の投入速度［ｋｇ／ｓ］とを一定にした条件の下では、内側ガス流３１０の流量と外側ガス流３２０の流量とを調整することで、火炎の長さ、ロータリーキルン６の内部の温度の分布を微粉炭専焼の温度分布相当に合わせることができる。
【0028】
本実施形態の燃料の燃焼方法によれば、セメント製造システム１で、ガス燃料３００を微粉炭で成る微粉炭流２００の内と外とに噴出させ更に燃焼させることで、微粉炭流２００がガス燃焼位置よりも離れた位置で燃焼することができ、ロータリーキルン６内で所望の温度分布やその熱流束を得ることがでる。例えば所定量の微粉炭を燃料とする微粉炭専焼の場合と、同程度の火炎Ｆをロータリーキルン６内に生成して、セメント原料の焼成に必要なセメントキルン内の温度分布やセメントキルンの内周面における熱流束を得ることもできる。
さらに、セメント製造システム１では、セメントクリンカの製造に伴いロータリーキルン６及び仮焼炉５で発生する排ガスは、プレヒータ４を下方から上方に経由した後、排気管Ｌ４を通って原料ミル及びドライヤ３Ａに導入され、セメント原料の乾燥に用いられた後、集塵機３Ｂを介して煙突３Ｃから排出されるが、前記のように微粉炭燃料の一部をガス燃料３００としてセメント原料の焼成を行うことで、従来の微粉炭専焼で使用する微粉炭の量と共に排出する二酸化炭素の量を低減することができる。
さらに、セメント製造システム１では、セメントクリンカの製造に伴いロータリーキルン６及び仮焼炉５で発生する排ガスは、プレヒータ４を下方から上方に経由した後、排気管Ｌ４を通って原料ミル及びドライヤ３Ａに導入され、セメント原料の乾燥に用いられた後、集塵機３Ｂを介して煙突３Ｃから排出されるが、前記のように微粉炭燃料の一部をガス燃料３００としてセメント原料の焼成を行うことで、従来の微粉炭専焼で使用する微粉炭の量と共に排出する二酸化炭素の量を低減することができる。
【0029】
本発明は、前記の実施形態に限らず、発明の趣旨の範囲で様々な形態で実施をすることができる。
【0030】
（変形例）
図４に示すセメント製造システム１Ａでは、セメント製造プロセスで生じる排ガスを用いてメタンを製造し、この再生メタンをセメント焼成用の燃料に用いる。
セメント製造システム１Ａは、前記のセメント製造システム１Ａの構成に加えて、ロータリーキルン６及び仮焼炉５で発生し、煙突３Ｃから排出される前の排ガスを収集する排ガス収集ラインＬ５と、排ガス収集ラインＬ５から送られてくる排ガスから二酸化炭素を分離回収すると共に分離回収した二酸化炭素に水素を添加してメタン（再生メタン）を生成するメタン化装置８と、を備えている。
セメント製造システム１Ａでは、メタン化装置８によってセメント焼成時に生じた排ガスの一部を集塵機３Ｂと煙突３Ｃとの間から収集して、メタン化装置８が、排ガスから二酸化炭素の回収と、回収した二酸化炭素を用いてメタンの生成と、を行う。
二酸化炭素の回収プロセスでは、排ガスから窒素酸化物（ＮＯＸ）や硫黄酸化物（ＳＯＸ）、ハロゲン、及びＨ２Ｏ、ダストなどの酸性成分及び有害成分の除去と、窒素酸化物（ＮＯｘ）や硫黄酸化物（ＳＯＸ）、ハロゲン、及び水（Ｈ２Ｏ）、ダストなどの除去と、有害成分等を除去した排ガスから二酸化炭素を取り出す分離・回収と、二酸化炭素を除去した排ガスの外部への排出と、を行う。
メタンの生成プロセスでは、回収された二酸化炭素を０．１ＭＰａ以上好ましくは０．５～１．０ＭＰａの圧力をかけて圧縮し、二酸化炭素内に含まれる水分を除去する。さらに、除湿された二酸化炭素に水素ガスを供給して混合し、加圧して、二酸化炭素からメタンを生成する。メタン化装置８で生成された液化ガスとしてのメタンは送出ラインＬ６を介してガス燃料供給系９３の収容部９３Ａに送られて貯蔵される。メタンは使用の際に、気化装置９３Ｂ及び圧縮装置９３Ｃによって、気化し更に昇圧されて微粉炭バーナー１０へ供給される。前記の実施形態と同様に、メタンが微粉炭流２００の内側と外側とを覆うように噴出し燃焼する。
セメント製造システム１Ａによれば、セメント原料の焼成で生じる二酸化炭素を用いてメタンを製造し、これをセメント製造に利用することで、二酸化炭素の排出量を一層低減することができ、脱炭素化社会への実現に貢献することができる。
図４に示すセメント製造システム１Ａでは、セメント製造プロセスで生じる排ガスを用いてメタンを製造し、この再生メタンをセメント焼成用の燃料に用いる。
セメント製造システム１Ａは、前記のセメント製造システム１Ａの構成に加えて、ロータリーキルン６及び仮焼炉５で発生し、煙突３Ｃから排出される前の排ガスを収集する排ガス収集ラインＬ５と、排ガス収集ラインＬ５から送られてくる排ガスから二酸化炭素を分離回収すると共に分離回収した二酸化炭素に水素を添加してメタン（再生メタン）を生成するメタン化装置８と、を備えている。
セメント製造システム１Ａでは、メタン化装置８によってセメント焼成時に生じた排ガスの一部を集塵機３Ｂと煙突３Ｃとの間から収集して、メタン化装置８が、排ガスから二酸化炭素の回収と、回収した二酸化炭素を用いてメタンの生成と、を行う。
二酸化炭素の回収プロセスでは、排ガスから窒素酸化物（ＮＯＸ）や硫黄酸化物（ＳＯＸ）、ハロゲン、及びＨ２Ｏ、ダストなどの酸性成分及び有害成分の除去と、窒素酸化物（ＮＯｘ）や硫黄酸化物（ＳＯＸ）、ハロゲン、及び水（Ｈ２Ｏ）、ダストなどの除去と、有害成分等を除去した排ガスから二酸化炭素を取り出す分離・回収と、二酸化炭素を除去した排ガスの外部への排出と、を行う。
メタンの生成プロセスでは、回収された二酸化炭素を０．１ＭＰａ以上好ましくは０．５～１．０ＭＰａの圧力をかけて圧縮し、二酸化炭素内に含まれる水分を除去する。さらに、除湿された二酸化炭素に水素ガスを供給して混合し、加圧して、二酸化炭素からメタンを生成する。メタン化装置８で生成された液化ガスとしてのメタンは送出ラインＬ６を介してガス燃料供給系９３の収容部９３Ａに送られて貯蔵される。メタンは使用の際に、気化装置９３Ｂ及び圧縮装置９３Ｃによって、気化し更に昇圧されて微粉炭バーナー１０へ供給される。前記の実施形態と同様に、メタンが微粉炭流２００の内側と外側とを覆うように噴出し燃焼する。
セメント製造システム１Ａによれば、セメント原料の焼成で生じる二酸化炭素を用いてメタンを製造し、これをセメント製造に利用することで、二酸化炭素の排出量を一層低減することができ、脱炭素化社会への実現に貢献することができる。
【0031】
（微粉炭バーナー）
さらに、本発明は、微粉炭バーナー１０に代えて、例えば図５に示す微粉炭バーナー１０′などを用いて実施をすることもできる。微粉炭バーナー１０′で、微粉炭バーナー１０の前記の中空部１００，第一外側流路１１０（第一外側噴出口１１１）、第二外側流路１２０（第二外側噴出口１２１）、第三外側流路１３０（第三外側噴出口１３１）に相当する箇所に同じ符号を用いている。
さらに、本発明は、微粉炭バーナー１０に代えて、例えば図５に示す微粉炭バーナー１０′などを用いて実施をすることもできる。微粉炭バーナー１０′で、微粉炭バーナー１０の前記の中空部１００，第一外側流路１１０（第一外側噴出口１１１）、第二外側流路１２０（第二外側噴出口１２１）、第三外側流路１３０（第三外側噴出口１３１）に相当する箇所に同じ符号を用いている。
【0032】
（ガス燃料）
ガス燃料としては、セメント原料の焼成の際に生じた排ガスから二酸化炭素回収装置によって抽出した二酸化炭素と、可燃性ガスと、を混合して成る混合気体を用いてもよい。
再生メタンなどの可燃性ガスは、液化せずに、気体の状態でタンクに収容してもよい。
さらに、外側ガス流２１０の投入エネルギーが一定である条件の下で、外側ガス流２１０に含まれる二酸化炭素の量と外側ガス流２１０の流速とを調整すると、ロータリーキルンの内部の温度や熱流束の分布を変えることができる。
ガス燃料としては、セメント原料の焼成の際に生じた排ガスから二酸化炭素回収装置によって抽出した二酸化炭素と、可燃性ガスと、を混合して成る混合気体を用いてもよい。
再生メタンなどの可燃性ガスは、液化せずに、気体の状態でタンクに収容してもよい。
さらに、外側ガス流２１０の投入エネルギーが一定である条件の下で、外側ガス流２１０に含まれる二酸化炭素の量と外側ガス流２１０の流速とを調整すると、ロータリーキルンの内部の温度や熱流束の分布を変えることができる。
【実施例】
【0033】
（１―１）解析内容
流体解析ソフトウェアを利用して、複数の噴出口を有する微粉炭バーナー１０を用いた燃料の燃焼方法を変えて、ロータリーキルン６内の温度分布と内周面の熱流束を、従来の微粉炭専焼（以下、従来例と呼ぶ。）と比較する。
流体解析ソフトウェア：ＡＮＳＹＳ， Ｉｎｃ．社製の「Ａｎｓｙｓ Ｆｌｕｅｎｔ」
流体解析ソフトウェアを利用して、複数の噴出口を有する微粉炭バーナー１０を用いた燃料の燃焼方法を変えて、ロータリーキルン６内の温度分布と内周面の熱流束を、従来の微粉炭専焼（以下、従来例と呼ぶ。）と比較する。
流体解析ソフトウェア：ＡＮＳＹＳ， Ｉｎｃ．社製の「Ａｎｓｙｓ Ｆｌｕｅｎｔ」
【0034】
（１―２）燃料
各燃焼方法では、それぞれ微粉炭及びメタンを用いるが、噴出口の用い方が異なっていて、メタン供給の流路を中空部１００及び第三外側流路１３０の一方、或いは両方とした。各燃料供給方法では、微粉炭を第二外側流路１２０から空気と共に噴出させる。さらに、各燃焼方法では、投入エネルギーＥ１′［Ｗ］が従来例の投入エネルギーＥ２′［Ｗ］に等しい。各燃焼方法における投入エネルギーＥ１′［Ｗ］は、微粉炭による投入エネルギーＥ１１′［Ｗ］と、ガス燃料による投入エネルギーＥ１２′［Ｗ］との和で表され、これらの割合が調整されている。
表２に、発明実施例と従来例と比較例１，２とにおける投入エネルギーの内訳として、中空部１００、第一外側流路１１０、第二外側流路１２０、第三外側流路１３０からロータリーキルン６内へ噴出される燃料と、それらの割合とを示した。なお、従来例で第二外側流路１２０からロータリーキルン６内へ噴出される微粉炭の投入エネルギーＥ２′［Ｗ］を１００％として表している。
各燃焼方法では、それぞれ微粉炭及びメタンを用いるが、噴出口の用い方が異なっていて、メタン供給の流路を中空部１００及び第三外側流路１３０の一方、或いは両方とした。各燃料供給方法では、微粉炭を第二外側流路１２０から空気と共に噴出させる。さらに、各燃焼方法では、投入エネルギーＥ１′［Ｗ］が従来例の投入エネルギーＥ２′［Ｗ］に等しい。各燃焼方法における投入エネルギーＥ１′［Ｗ］は、微粉炭による投入エネルギーＥ１１′［Ｗ］と、ガス燃料による投入エネルギーＥ１２′［Ｗ］との和で表され、これらの割合が調整されている。
表２に、発明実施例と従来例と比較例１，２とにおける投入エネルギーの内訳として、中空部１００、第一外側流路１１０、第二外側流路１２０、第三外側流路１３０からロータリーキルン６内へ噴出される燃料と、それらの割合とを示した。なお、従来例で第二外側流路１２０からロータリーキルン６内へ噴出される微粉炭の投入エネルギーＥ２′［Ｗ］を１００％として表している。
【0035】
【表2】
【0036】
発明実施例と比較例２では燃料の一部に、第三外側噴出口１３１から噴出する外側ガス流３２０を用いており、発明実施例の外側ガス流３２０は、気化したメタンと二酸化炭素が混じった混合気体として構成されているのに対して、比較例２の外側ガス流３２０は気化したメタンである。
発明実施例の外側ガス流３２０は、二酸化炭素がメタンよりも多く含まれていて、モル比で０．８３である。
発明実施例の外側ガス流３２０は、二酸化炭素がメタンよりも多く含まれていて、モル比で０．８３である。
【0037】
（１―３）空気
発明実施例，比較例１，２の何れにおいても、第一外側流路１１０を空気の流路として用い、何れの供給方法でも供給する空気の量を等しいものとした。また、第三外側流路１３０からロータリーキルン６内へ供給される空気と、二次空気供給部ＳＡからロータリーキルン６内へ供給される空気の割合を変えている。発明実施例と従来例と比較例１，２とにおける空気の割合を表３に示した。なお、従来例で第一外側流路１１０から噴出する空気の量を基準として、これとの比率として発明実施例及び比較例１，２の空気の量を表している。なお、中空部１００を流れるガス燃料は気化したメタンだけで構成され、第三外側流路１３０を流れるガス燃料はメタンと二酸化炭素とで構成されていて、表３では空気の量を『０．００』と表している。
発明実施例，比較例１，２の何れにおいても、第一外側流路１１０を空気の流路として用い、何れの供給方法でも供給する空気の量を等しいものとした。また、第三外側流路１３０からロータリーキルン６内へ供給される空気と、二次空気供給部ＳＡからロータリーキルン６内へ供給される空気の割合を変えている。発明実施例と従来例と比較例１，２とにおける空気の割合を表３に示した。なお、従来例で第一外側流路１１０から噴出する空気の量を基準として、これとの比率として発明実施例及び比較例１，２の空気の量を表している。なお、中空部１００を流れるガス燃料は気化したメタンだけで構成され、第三外側流路１３０を流れるガス燃料はメタンと二酸化炭素とで構成されていて、表３では空気の量を『０．００』と表している。
【0038】
【表3】
【0039】
（１―４）燃料の燃焼
（１―４－１）発明実施例
図６（ａ）に示すように、発明実施例の燃焼方法では、燃料として微粉炭とガス燃料とを用いる。微粉炭は、空気と共に微粉炭バーナー１０の第二外側流路１２０の複数の第二外側噴出口１２１からロータリーキルン６内に噴出して、微粉炭流２００を形成する。ガス燃料としてメタンを用い、内側ガス流３１０が中空部１００から内部空間ＰＩＮへ噴出し、外側ガス流３２０が第三外側流路１３０の複数の第三外側噴出口１３１から外部空間ＰＯＵＴへ噴出する。内側ガス流３１０ではメタンの流量が０．２［ｋｇ／ｓ］であり、メタンの平均密度が標準状態で０．７［ｋｇ／ｍ３］である。外側ガス流３２０は、流量が０．２［ｋｇ／ｓ］のメタンと流量が０．６［ｋｇ／ｓ］の二酸化炭素とが混合して、合計流量を０．８［ｋｇ／ｓ］とする混合気体であり、メタンの平均密度は標準状態で１．４［ｋｇ／ｍ３］である。さらに、空気が第一外側流路１１０の複数の第一外側噴出口１１１から内部空間ＰＩＮへ噴出する。
（１―４－１）発明実施例
図６（ａ）に示すように、発明実施例の燃焼方法では、燃料として微粉炭とガス燃料とを用いる。微粉炭は、空気と共に微粉炭バーナー１０の第二外側流路１２０の複数の第二外側噴出口１２１からロータリーキルン６内に噴出して、微粉炭流２００を形成する。ガス燃料としてメタンを用い、内側ガス流３１０が中空部１００から内部空間ＰＩＮへ噴出し、外側ガス流３２０が第三外側流路１３０の複数の第三外側噴出口１３１から外部空間ＰＯＵＴへ噴出する。内側ガス流３１０ではメタンの流量が０．２［ｋｇ／ｓ］であり、メタンの平均密度が標準状態で０．７［ｋｇ／ｍ３］である。外側ガス流３２０は、流量が０．２［ｋｇ／ｓ］のメタンと流量が０．６［ｋｇ／ｓ］の二酸化炭素とが混合して、合計流量を０．８［ｋｇ／ｓ］とする混合気体であり、メタンの平均密度は標準状態で１．４［ｋｇ／ｍ３］である。さらに、空気が第一外側流路１１０の複数の第一外側噴出口１１１から内部空間ＰＩＮへ噴出する。
【0040】
内側ガス流３１０と外側ガス流３２０とは、微粉炭バーナー１０寄りの位置で燃焼して火炎ｆ１，ｆ２を形成する。微粉体流２００は、内側ガス流３１０が燃焼して形成される火炎ｆ１と外側ガス流３２０が燃焼して形成される火炎ｆ２との間を通り、さらにロータリーキルン６の上流側へ向いながら燃焼して火炎ｆ３を形成する。なお、図６では空気を省略している。
【0041】
（１―４－２）従来例
図６（ｂ）に示すように、従来例は、空気と共に第二外側流路１２０の複数の第二外側噴出口１２１からロータリーキルン６内に噴出し、微粉炭流２００を形成する。さらに、空気が、第一外側流路１１０の複数の第一外側噴出口１１１から内部空間ＰＩＮへ噴出し、さらに第三外側流路１３０の複数の第三外側噴出口１３１から外部空間ＰＯＵＴへ噴出する。微粉炭流２００は内部空間ＰＩＮと外部空間ＰＯＵＴにある空気とも混合して燃焼する。なお、内部空間ＰＩＮでは、微粉炭バーナー１０寄りの位置で火炎ｆ１が形成され、また、微粉炭流２００は外部空間ＰＯＵＴにある空気と混合して燃焼し火炎ｆ３を形成する。
図６（ｂ）に示すように、従来例は、空気と共に第二外側流路１２０の複数の第二外側噴出口１２１からロータリーキルン６内に噴出し、微粉炭流２００を形成する。さらに、空気が、第一外側流路１１０の複数の第一外側噴出口１１１から内部空間ＰＩＮへ噴出し、さらに第三外側流路１３０の複数の第三外側噴出口１３１から外部空間ＰＯＵＴへ噴出する。微粉炭流２００は内部空間ＰＩＮと外部空間ＰＯＵＴにある空気とも混合して燃焼する。なお、内部空間ＰＩＮでは、微粉炭バーナー１０寄りの位置で火炎ｆ１が形成され、また、微粉炭流２００は外部空間ＰＯＵＴにある空気と混合して燃焼し火炎ｆ３を形成する。
【0042】
（１―４－３）比較例１
図６（ｃ）に示すように、比較例１の燃焼方法では、微粉炭は、空気と共に第二外側流路１２０の複数の第二外側噴出口１２１からロータリーキルン６内に噴出し、微粉炭流２００を形成する。ガス燃料として、メタンで成る内側ガス流３１０が、中空部１００から内部空間ＰＩＮへ噴出する。空気が、第一外側流路１１０の複数の第一外側噴出口１１１から内部空間ＰＩＮへ噴出し、さらに第三外側流路１３０の複数の第三外側噴出口１３１から外部空間ＰＯＵＴへ噴出する。
図６（ｃ）に示すように、比較例１の燃焼方法では、微粉炭は、空気と共に第二外側流路１２０の複数の第二外側噴出口１２１からロータリーキルン６内に噴出し、微粉炭流２００を形成する。ガス燃料として、メタンで成る内側ガス流３１０が、中空部１００から内部空間ＰＩＮへ噴出する。空気が、第一外側流路１１０の複数の第一外側噴出口１１１から内部空間ＰＩＮへ噴出し、さらに第三外側流路１３０の複数の第三外側噴出口１３１から外部空間ＰＯＵＴへ噴出する。
【0043】
内側ガス流３１０は、微粉炭バーナー１０から供給された空気と混合して燃焼する。微粉炭流２００は外部空間ＰＯＵＴにある空気と混合して燃焼し火炎ｆ３を形成する。微粉炭流２００は、微粉炭バーナー１０寄りの箇所から離れた箇所まで、そのほぼ全長に亘って外部空間ＰＯＵＴの空気と混合して燃焼する。
【0044】
（１―４－４）比較例２
図６（ｄ）に示すように、比較例２の燃焼方法では、微粉炭は、空気と共に第二外側流路１２０の複数の第二外側噴出口１２１からロータリーキルン６内に噴出し、微粉炭流２００を形成する。ガス燃料として、メタンで成る外側ガス流３２０が、第三外側流路１３０の複数の第三外側噴出口１３１から外部空間ＰＯＵＴへ噴出する。外側ガス流３２０は、同じ噴出量がバーナーへ供給される。外側ガス流３２０ではメタンの流量が０．４［ｋｇ／ｓ］であり、メタンの密度が標準状態で０．７［ｋｇ／ｍ３］である。空気が、第一外側流路１１０の複数の第一外側噴出口１１１から内部空間ＰＯＵＴへ噴出する。
図６（ｄ）に示すように、比較例２の燃焼方法では、微粉炭は、空気と共に第二外側流路１２０の複数の第二外側噴出口１２１からロータリーキルン６内に噴出し、微粉炭流２００を形成する。ガス燃料として、メタンで成る外側ガス流３２０が、第三外側流路１３０の複数の第三外側噴出口１３１から外部空間ＰＯＵＴへ噴出する。外側ガス流３２０は、同じ噴出量がバーナーへ供給される。外側ガス流３２０ではメタンの流量が０．４［ｋｇ／ｓ］であり、メタンの密度が標準状態で０．７［ｋｇ／ｍ３］である。空気が、第一外側流路１１０の複数の第一外側噴出口１１１から内部空間ＰＯＵＴへ噴出する。
【0045】
外側ガス流３２０は、微粉炭バーナー１０から供給された空気などと混合して燃焼する。微粉炭流２００は、微粉炭バーナー１０寄りの位置で内側に火炎ｆ１を形成し、さらに外側ガス流３２０の燃焼位置よりもロータリーキルン６の上流側では、外部空間ＰＯＵＴにある空気と混合して燃焼し、火炎ｆ３を形成する。
【0046】
（１―５）解析結果
解析ツールの解析結果として、温度と熱流束の分布を図７～図９に示す。
図７はロータリーキルン６の軸に沿った縦断面で軸より上方にある火炎Ｆの温度［Ｋ］の分布を表しており、図８は断面平均温度［Ｋ］としてロータリーキルン６の軸に沿った各位置で軸と直交する断面の平均温度［Ｋ］の分布を表すグラフであり、図９は熱流束としてロータリーキルン６の内周面での熱量［Ｗ／ｍ２］の分布を表すグラフである。
発明実施例の燃焼方法によれば、ロータリーキルン６の軸に沿った各位置で、断面平均温度［Ｋ］と熱流束［Ｗ／ｍ２］の何れも従来例に近い値を有してグラフ線の全体の形も従来例のグラフ線の形と似通っており、従来例と同等の火炎Ｆを形成する。さらに、発明実施例の燃焼方法は、外部へ排出される二酸化炭素の量を従来例と比べると、排出量を数％低減することができる。発明実施例の燃焼方法において、外側ガス流３２０に含まれる二酸化炭素として排ガスから抽出した二酸化炭素を用いると、微粉炭の一部をガス燃料に代替した場合よりも二酸化炭素の排出量を低減することができ、さらに内側ガス流３１０及び外側ガス流３２０を構成するメタンを排ガスから生成して用いると、二酸化炭素の排出量を一層低減することができる。
一方、比較例１の燃焼方法では、断面平均温度［Ｋ］と熱流束［Ｗ／ｍ２］の何れも噴出口からの距離が特に１５ｍ～２０ｍ程のところでは従来例の値よりも大きく、その差が大きいためグラフ線の全体の形も従来例のグラフ線と異なっており、従来例の火炎に相当するものではない。
比較例２の燃焼方法では、断面平均温度［Ｋ］と熱流束［Ｗ／ｍ２］の何れも噴出口からの距離が特に１０ｍ～２５ｍ程のところでは従来例の値よりも小さく、その差が大きいためグラフ線の全体の形も従来例のグラフ線の形と異なっており、従来例の火炎に相当するものではない。
このような解析結果から、発明実施例のように、ガス燃料（内側ガス流３１０，外側ガス流３２０）が微粉炭流２００の内側と外側とを覆うように噴出することで、ガス燃料３００（３１０，３２０）の燃焼区間での微粉炭流２００の燃焼を抑えて火炎Ｆの長さを制御できること、を確認した。
解析ツールの解析結果として、温度と熱流束の分布を図７～図９に示す。
図７はロータリーキルン６の軸に沿った縦断面で軸より上方にある火炎Ｆの温度［Ｋ］の分布を表しており、図８は断面平均温度［Ｋ］としてロータリーキルン６の軸に沿った各位置で軸と直交する断面の平均温度［Ｋ］の分布を表すグラフであり、図９は熱流束としてロータリーキルン６の内周面での熱量［Ｗ／ｍ２］の分布を表すグラフである。
発明実施例の燃焼方法によれば、ロータリーキルン６の軸に沿った各位置で、断面平均温度［Ｋ］と熱流束［Ｗ／ｍ２］の何れも従来例に近い値を有してグラフ線の全体の形も従来例のグラフ線の形と似通っており、従来例と同等の火炎Ｆを形成する。さらに、発明実施例の燃焼方法は、外部へ排出される二酸化炭素の量を従来例と比べると、排出量を数％低減することができる。発明実施例の燃焼方法において、外側ガス流３２０に含まれる二酸化炭素として排ガスから抽出した二酸化炭素を用いると、微粉炭の一部をガス燃料に代替した場合よりも二酸化炭素の排出量を低減することができ、さらに内側ガス流３１０及び外側ガス流３２０を構成するメタンを排ガスから生成して用いると、二酸化炭素の排出量を一層低減することができる。
一方、比較例１の燃焼方法では、断面平均温度［Ｋ］と熱流束［Ｗ／ｍ２］の何れも噴出口からの距離が特に１５ｍ～２０ｍ程のところでは従来例の値よりも大きく、その差が大きいためグラフ線の全体の形も従来例のグラフ線と異なっており、従来例の火炎に相当するものではない。
比較例２の燃焼方法では、断面平均温度［Ｋ］と熱流束［Ｗ／ｍ２］の何れも噴出口からの距離が特に１０ｍ～２５ｍ程のところでは従来例の値よりも小さく、その差が大きいためグラフ線の全体の形も従来例のグラフ線の形と異なっており、従来例の火炎に相当するものではない。
このような解析結果から、発明実施例のように、ガス燃料（内側ガス流３１０，外側ガス流３２０）が微粉炭流２００の内側と外側とを覆うように噴出することで、ガス燃料３００（３１０，３２０）の燃焼区間での微粉炭流２００の燃焼を抑えて火炎Ｆの長さを制御できること、を確認した。
【符号の説明】
【0047】
１ セメント製造システム
１０ 微粉炭バーナー
１００ 中空部
１１０ 第一外側流路
１１１ 第一外側噴出口
１２０ 第二外側流路
１２１ 第二外側噴出口
１３０ 第三外側流路
１３１ 第三外側噴出口
ＰＩＮ 内部空間
ＰＯＵＴ 外部空間
１０ 微粉炭バーナー
１００ 中空部
１１０ 第一外側流路
１１１ 第一外側噴出口
１２０ 第二外側流路
１２１ 第二外側噴出口
１３０ 第三外側流路
１３１ 第三外側噴出口
ＰＩＮ 内部空間
ＰＯＵＴ 外部空間
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
