混合煅烧炉
阅读：215发布：2020-05-12
专利汇可以提供混合煅烧炉专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 的课题在于，提供可以通过 流化床 型或喷射床型以高浓度分离、回收在被 煅烧 物中混合 过热 煅烧物而进行煅烧时产生的CO2气体的混合煅烧炉。本发明中，在被煅烧物中混合过热煅烧物引发煅烧反应的混合煅烧炉(12)为流化床型或喷射床型，同时具备供给上述被煅烧物的多个供给管路(25)。此外本发明提供混合煅烧炉，其中，即使在热介质的粒径大于 水 泥原料的情况下，也可以容易地进行流动化或喷射化，以高浓度分离、回收在 水泥 制造设备中产生的CO2气体。，下面是混合煅烧炉专利的具体信息内容。
1.混合煅烧炉，其是在被煅烧物中混合过热煅烧物引发煅烧反应的混合煅烧炉，其特征在于，其为流化床型或喷射床型，同时具备供给所述被煅烧物的多个供给管路，并且所述混合煅烧炉具备在运转初期通过空气进行流动化或喷射化，在通过CO2气体的产生自发地流动化或喷射化之后，停止所述空气的供给的流动化或喷射化装置。
2.如权利要求1所述的混合煅烧炉，其特征在于，所述过热煅烧物具有与所述被煅烧物相同的粒径。
3.如权利要求1所述的混合煅烧炉，其特征在于，所述被煅烧物为煅烧前的水泥原料。
4.如权利要求1所述的混合煅烧炉，其特征在于，所述被煅烧物为煅烧前的石灰石。
5.混合煅烧炉，其为用于回收将水泥原料用预热器预热后、供给到内部保持在高温气氛的水泥窑进行烧成的水泥制造设备中产生的CO2气体，并用于供给由所述预热器抽出的煅烧前的所述水泥原料和在介质加热炉中加热到煅烧温度以上的热介质、并混合进行煅烧而产生CO2气体的混合煅烧炉，其特征在于，
具备从上部供给粒径大于所述水泥原料的所述热介质的供给管路和从下部抽出所述热介质的排出管路，由此形成所述热介质从上向下移动的移动层。
6.如权利要求5所述的混合煅烧炉，其特征在于，所述混合煅烧炉中，在所述移动层中，随着通过在所述热介质间的空隙煅烧所述水泥原料而产生的CO2气体的上升，形成使所述水泥原料流动化的流化床，同时具备通过溢流口来回收经煅烧的所述水泥原料的回收管路。
7.如权利要求6所述的混合煅烧炉，其特征在于，所述混合煅烧炉中，在多个位置连接有投入所述水泥原料的投入管路。
8.如权利要求5所述的混合煅烧炉，其特征在于，所述混合煅烧炉中，在所述移动层中，随着通过在所述热介质间的空隙煅烧所述水泥原料而产生的CO2气体的上升，形成使所述水泥原料喷射化的喷射床，同时具备与由煅烧产生的CO2气体一起回收经煅烧的所述水泥原料的回收管路、和在该回收管路分离所述CO2气体与经煅烧的所述水泥原料的分离装置。
9.如权利要求8所述的混合煅烧炉，其特征在于，所述混合煅烧炉中，投入所述水泥原料的投入管路连接在所述热介质的所述供给管路与所述排出管路之间。
10.如权利要求9所述的混合煅烧炉，其特征在于，在将所述热介质的所述供给管路与所述排出管路之间设为1时，所述水泥原料的投入管路连接在所述热介质的所述供给管路下方0.5～0.9之间。
11.如权利要求8所述的混合煅烧炉，其特征在于，所述混合煅烧炉中，投入所述水泥原料的投入管路连接在所述热介质的所述供给管路与所述排出管路之间的多个位置。
12.如权利要求11所述的混合煅烧炉，其特征在于，在将所述热介质的所述供给管路与所述排出管路之间设为1时，所述水泥原料的投入管路连接在所述热介质的所述供给管路下方0.1～0.9之间的多个位置。
混合煅烧炉
技术领域
背景技术
[0004] 图18表示上述水泥产业中的一般性的水泥制造设备，图中符号1为用于烧成水泥原料的回转窑(水泥窑)。
[0005] 而在该回转窑1的图中左方的窑尾部分2并列地设置有用于预热水泥原料的两组预热器3，同时在图中右方的窑前设置有用于加热内部的主燃烧器5。应予说明，图中符号6为用于冷却烧成后的水泥熟料的熟料冷却器。
[0006] 其中，各预热器3通过串联配置在上下方向上的多段旋风分离器构成，由供给管路4供给到最上段的旋风分离器的水泥原料随着依次落下到下方的旋风分离器，被从下方上升的来自回转窑1的高温的废气预热，进而由从下方数第二段的旋风分离器抽出而被送到煅烧炉7中，在该煅烧炉7中通过燃烧器7a加热进行煅烧后，从最下段的旋风分离器通过输送管3a导入到回转窑1的窑尾部分2。
[0007] 另一方面，在窑尾部分2设置将由回转窑1排出的燃烧废气向最下段的旋风分离器供给的废气管3b，被送至上述旋风分离器的废气依次送到上方的旋风分离器，对上述水泥原料进行预热的同时，最终从最上段的旋风分离器的上部通过排气扇9经由排气管路8进行排气。
[0008] 在包括这种结构的水泥制造设备中，首先用预热器3将作为水泥原料的主要原料所含有的石灰石(CaCO3)预热，接着在煅烧炉7以及预热器3的最下段的旋风分离器中煅烧后，在回转窑1内，在约1450℃的高温气氛下烧成，由此制造水泥熟料。
[0009] 并且，在该煅烧中，发生CaCO3→CaO+CO2↑所示的化学反应，产生CO2气体(因原料起源引起的CO2气体的产生)。这种因原料起源所引起的CO2气体的浓度原理上为100%。此外，为了将上述回转窑1保持在上述高温气氛下，而在主燃烧器5中燃烧化石燃料，结果由于该化石燃料的燃烧也会产生CO2气体(因燃料起源引起的CO2气体的产生)。其中，在来自主燃烧器5的废气中含有大量的燃烧用空气中的N2气体，因此该废气中含有的因燃料起源引起的CO2气体的浓度低、约为15%。
[0010] 结果在由上述水泥窑排出的废气中，混杂有上述浓度高的因原料起源引起的CO2气体和浓度低的因燃料起源引起的CO2，因此尽管该CO2的排出量多，但是其CO2浓度为30～35%左右，存在难以回收的问题。
[0011] 与此相对地，作为现在正在开发的CO2气体的回收方法，有液体回收方式、膜分离方式、固体吸附方式等，但是仍然存在回收成本极高的问题。
[0012] 此外，作为防止由上述水泥制造设备排出的CO2导致全球变暖化的方法，还提出了将以低浓度由该排出源排出的CO2分离、回收并提高浓度至约100%，液化后存积在地中的方法等，但是用于分离、回收的成本高，同样地不能实现。
[0013] 另一方面，在下述专利文献1中，作为将在石灰石的烧成过程中产生的CO2气体以利用价值高的高纯度CO2气体的形式进行回收的装置，提出了CO2气体的生成回收装置，该装置具备供给石灰石的分解反应塔、供给作为热介质的生石灰(CaO)的同时通过燃烧气体将该生石灰加热到石灰石的煅烧温度以上的再热塔、和连接这些分解反应塔与再热塔的连接管。
[0014] 并且，在上述以往的回收装置中，将在再热塔中加热的生石灰通过连接管供给到分解反应塔，形成流化床而烧成石灰石，由此在该分解反应塔内生成CO2气体，同时排出由此产生的生石灰的一部分，其它部分再次通过连接管送入到再热塔进行再加热。
[0015] 如此，根据上述CO2气体的生成回收装置，通过将作为进行石灰石的分解反应的场所的分解反应塔与作为产生分解反应所需的热量的场所的再热塔分离，可以防止因石灰石的分解反应而产生的CO2气体与因热介质加热而产生的燃烧废气混合，因此可以由分解反应塔回收高浓度的CO2气体。
[0016] 专利文献1：日本特开昭57-67013号公报(发明所要解决的课题)
[0017] 若欲使用通过上述专利文献1中公开的CO2气体的生成回收装置而生成的CaO来制造水泥，则通过上述生成回收装置烧成石灰石后，必须进一步加入粘土等的SiO2、Al2O3、Fe2O3等其它水泥原料，在水泥窑中进行烧成。因此，必须将原料的制粉以两套系统独立进行，存在设备大型化的问题。
[0018] 此外，通常引发石灰石的煅烧反应的温度，如图19所示，随着气氛中的CO2气体浓度升高而急剧上升，若接近100%(相当于大气压(1atm)下的分压1atm)，则需要超过860℃的温度。因此，为了提高CO2气体的回收率，必须将石灰石加热到过度高温，还存在导致燃料成本高涨的问题。
[0019] 进一步地，在上述CO2气体的生成回收装置中，使用生石灰作为过热煅烧物，通过该生石灰将作为被煅烧物的石灰石加热、煅烧，因此若利用两者混合时产生的CO2气体进行流动化或喷射化，则通常为了得到充分的CO2气体回收量，作为过热煅烧物的上述生石灰的量多于作为被煅烧物的上述石灰石的量。结果，投入作为被煅烧物的上述石灰石时，与作为过热煅烧物的上述生石灰接触，迅速产生CO2气体，还存在不能形成均一的流化床或喷射床的问题。
[0020] 此外，在运转初期，还存在难以形成流化床或喷射床的问题。
[0021] 进一步地，在上述专利文献1的CO2气体生成回收装置中，使用生石灰作为热介质，通过该生石灰加热石灰石进行煅烧，因此虽然流动化容易，但是必须在再热塔中预先将上述生石灰加热到石灰石的煅烧温度以上、具体地说1000℃以上，因此还存在在再热塔内流动的生石灰等粉末易固化，在连接管等处产生附着或堵塞而不能运转的问题。
[0022] 另一方面，使用粒径大于水泥原料的热介质时，虽然不会在连接管等处产生附着或堵塞等，但是难以实现流动化，由热介质释放热需要时间，还存在难以有效地进行混合煅烧的问题。进一步地，为了使水泥原料在热介质间的空隙中流动化，必须增加炉的截面积以抑制空筒风速。但是，即使增大炉的截面积来抑制空筒风速，若由上部1个位置投入上述水泥原料，则上述水泥原料的分散差，与热介质接触就迅速产生CO2气体，不能形成均一的流化床，也会存在煅烧效率有可能降低的问题。
[0023] 进一步地，通过将粒径大于水泥原料的热介质由分解反应塔的上部投入、由下部抽出，形成移动层，利用在热介质间的空隙中产生的CO2气体使水泥原料喷射化，回收该CO2气体与经煅烧的上述水泥原料时，将上述水泥原料由上部投入时产生CO2气体，在供给到上述移动层之前由上部排出。结果还存在CO2气体的产生量不稳定的问题。
发明内容
[0024] 本发明是鉴于上述情况而作出的，其课题在于，提供可以通过流化床型或喷射床型以高浓度分离、回收在被煅烧物中混合过热煅烧物而进行煅烧时产生的CO2气体的混合煅烧炉。
[0025] 进而本发明的课题在于，提供混合煅烧炉，其中，即使在热介质的粒径大于水泥原料的情况下，也可以容易地进行流动化或喷射化，以高浓度分离、回收在水泥制造设备中产生的CO2气体。
[0026] (1) 本发明的第一～第五方式
[0027] 为了解决上述课题，本发明的第一方式的混合煅烧炉为在被煅烧物中混合过热煅烧物引发煅烧反应的混合煅烧炉，其特征在于，其为流化床型或喷射床型，同时具备供给上述被煅烧物的多个供给管路。
[0028] 此外，本发明的第二方式的特征在于，在上述第一方式中，上述混合煅烧炉具备在运转初期通过空气而进行流动化或喷射化，通过CO2气体的产生自发地流动化或喷射化之后，停止供给上述空气的流动化或喷射化装置。
[0029] 并且，本发明的第三方式的特征在于，在上述第一或第二方式中，上述过热煅烧物具有与上述被煅烧物相同的粒径。
[0030] 其中，相同的粒径指的是平均粒径同等。例如，若上述被煅烧物为水泥原料，则通过在上述过热煅烧物中使用水泥原料来使平均粒径同等。
[0031] 进一步地，本发明的第四方式的特征在于，在上述第一或第二方式中，上述被煅烧物为煅烧前的水泥原料。
[0032] 此外，本发明的第五方式的特征在于，在上述第一或第二方式中，上述被煅烧物为煅烧前的石灰石。
[0033] (本发明的第一～第五方式的效果)
[0034] 在本发明的第一～第五方式的混合煅烧炉中，被煅烧物通过多个供给管路供给而与过热煅烧物混合。由此，在流化床型或喷射床型的上述混合煅烧炉中，上述被煅烧物通过上述过热煅烧物进行煅烧的场所分散，由产生的CO2气体，引发更均一的流动化或喷射化。
[0035] 结果，上述混合煅烧炉内被由被煅烧物的煅烧产生的CO2气体充满，该CO2气体浓度约为100%。如此若利用上述混合煅烧炉，则可以由CO2气体排气管回收来自上述混合煅烧炉的约100%浓度的CO2气体。
[0036] 并且，在本发明的第二方式中，具备通过在运转初期时向上述流化床型或喷射床型的上述混合煅烧炉内供给空气，产生流动化或喷射化的CO2气体，并且，在利用产生的CO2气体自发地进行流动化或喷射化后，停止供给上述空气的流动化或喷射化装置，因此可以从运转初期就产生稳定的CO2气体。结果可以极力抑制煅烧损失，可以有效地回收高浓度的CO2气体。
[0037] 进一步地，如本发明的第三方式那样，由于上述过热煅烧物与被煅烧物具有相同粒径，因此在上述流化床型或喷射床型的上述混合煅烧炉内，顺利地进行流动化或喷射化的作用。结果可以选择性地以高浓度回收煅烧时产生的原料起源的CO2。
[0038] 此外，特别是在本发明的第四方式中，由于上述被煅烧物使用煅烧前的水泥原料，通过使上述混合煅烧炉内在接近100%的高浓度的CO2气体气氛下，虽然被煅烧物的煅烧温度升高，但是在水泥原料中含有石灰石(CaCO3)的同时还含有粘土、硅石和氧化铁原料，即SiO2、Al2O3和Fe2O3。
[0039] 并且，上述水泥原料在800～900℃左右的气氛下，发生
[0040] 2CaCO3+SiO2→2CaO·SiO2+2CO2↑ (1)
[0041] 2CaCO3+ Fe2O3→2CaO·Fe2O3+2CO2↑ (2)
[0042] CaCO3+ Al2O3→CaO·Al2O3+CO2↑ (3)
[0043] 所示的反应，最终生成作为构成水泥熟料的硅酸钙化合物的阿里特(3CaO·SiO2)和贝利特(2CaO·SiO2)以及作为间隙相的铝酸盐相(3CaO·Al2O3)和铁素体相(4CaO·Al2O3·Fe2O3)。
[0044] 此时，由图5所示的上述(1)式的反应温度的图、图6所示的上述(2)式的反应温度的图以及图7所示的上述(3)式的反应温度的图可知，即使在纵轴所示的CO2气体的分压升高时，也可以在更低的温度下发生上述反应。
[0045] 进一步地，在上述水泥原料中，除了发生上述(1)～(3)式所示的反应之外，由硅石、粘土等石灰石以外的原料带入的SiO2、Al2O3、Fe2O3或其它微量成分形成矿化剂，促进碳酸钙的热分解，因此如图8所示可知，与单独碳酸钙的情况相比，热分解的开始温度和结束温度都降低。应予说明，图8 中，由对上述水泥原料(原料，投料)的样品和单独石灰石(CaCO3)的样品分别以接近通常的水泥制造设备中的加热速度的10k/sec的速度进行加热时的重量变化，确认了上述热分解的推移。
[0046] 其中，通过上述矿化剂的存在，与单独碳酸钙的情况相比，热分解的开始温度和结束温度都降低，其理由之一认为如下所述。
[0047] 即，认为将a记为活度、k记为反应式CaCO3→CaO+CO2的平衡常数时，在[0048] PCO2=(aCaCO3/aCaO)·K
[0049] 中，通常固体的活度a只要为纯物质则不论种类均为1，但是对于氧化钙(CaO)，碳酸钙(CaCO3)的热分解后，其它原料物质(即上述矿化剂)固溶，由此aCaO的值小于1。结果上式的PCO2增大，PCO2=1atm时的温度降低，进一步促进煅烧。因此，即使降低混合煅烧炉中的运转温度，也可以确保所需的CO2气体的回收量。应予说明，aCaCO3对于石灰石的品种、产地来说是固有的值，不受其它原料成分的影响。
[0050] (2) 本发明的第六～第十三方式
[0051] 为了解决上述课题，本发明的第六方式的特征在于，在用于回收将水泥原料用预热器预热后、供给到内部保持在高温气氛下的水泥窑中进行烧成的水泥制造设备中产生的CO2气体，并用于供给由上述预热器抽出的煅烧前的上述水泥原料和在介质加热炉中加热到煅烧温度以上的热介质、并混合进行煅烧而产生CO2气体的混合煅烧炉中，通过具有从上部供给粒径大于上述水泥原料的上述热介质的供给管路和从下部抽出上述热介质的排出管路，形成上述热介质从上向下移动的移动层。
[0052] 应予说明，上述煅烧温度指的是引发石灰石、即CaCO3(碳酸钙)分解为CaO(氧化钙)和CO2的反应的温度。
[0053] 此外，本发明的第七方式的特征在于，在上述第六方式中，上述混合煅烧炉中，在上述移动层中，随着通过在上述热介质间的空隙煅烧上述水泥原料而产生的CO2气体的上升，形成使上述水泥原料流动化的流化床，同时具备通过溢流口来回收经煅烧的上述水泥原料。
[0054] 并且，本发明的第八方式的特征在于，在上述第七方式中，上述混合煅烧炉在多个位置连接有投入上述水泥原料的投入管路。
[0055] 进一步地，本发明的第九方式的特征在于，在上述第六方式中，上述混合煅烧炉中，在上述移动层中，随着通过在上述热介质间的空隙煅烧上述水泥原料而产生的CO2气体的上升，形成使上述水泥原料喷射化的喷射床，同时具备与由煅烧产生的CO2气体一起回收经煅烧的上述水泥原料的回收管路、和在该回收管路分离上述CO2气体与经煅烧的上述水泥原料的分离装置。
[0056] 此外，本发明的第十方式的特征在于，在上述第九方式中，上述混合煅烧炉中，投入上述水泥原料的投入管路连接在上述热介质的上述供给管路与上述排出管路之间。
[0057] 并且，本发明的第十一方式的特征在于，在上述第十方式中，在将上述热介质的上述供给管路与上述排出管路之间设为1时，上述水泥原料的投入管路连接在上述热介质的上述供给管路下方0.5～0.9之间。
[0058] 进一步地，本发明的第十二方式的特征在于，在上述第九方式中，上述混合煅烧炉中，投入上述水泥原料的投入管路连接在上述热介质的上述供给管路与上述排出管路之间的多个位置。
[0059] 此外，本发明的第十三方式的特征在于，在上述第十二方式中，在将上述热介质的上述供给管路与上述排出管路之间记为1时，上述水泥原料的投入管路连接在上述热介质的上述供给管路下方0.1～0.9之间的多个位置。
[0060] (本发明的第六～第十三方式的效果)
[0061] 在本发明的第六～第十三方式中，在用于供给由水泥制造设备中使用的预热器抽出的煅烧前的上述水泥原料和在介质加热炉中加热到煅烧温度以上的热介质、并混合进行煅烧而产生CO2气体的混合煅烧炉中，通过具备将粒径大于上述水泥原料的上述热介质从上部供给的供给管路和从下部取出的排出管路，形成使上述热介质从上向下移动的移动层，同时使上述水泥原料在由上述热介质形成的移动层的空隙中流动，进行煅烧。
[0062] 结果上述混合煅烧炉中，即使在上述热介质的粒径大于上述水泥原料的粒径的情况下，也可以使由上述水泥原料的煅烧产生的CO2气体在上述热介质间的空隙中流动化并充满，可以使该CO2气体浓度约为100%。此外，通过使上述水泥原料在上述热介质间的空隙中流动化，来自上述热介质的受热优异。如此，若根据上述混合煅烧炉，则可以由CO2气体排气管回收来自该混合煅烧炉的约100%浓度的CO2气体。
[0063] 应予说明，由于上述混合煅烧炉在接近100%的高浓度的CO2气体气氛下，因此水泥原料的煅烧温度升高，但是在水泥原料中含有石灰石(CaCO3)的同时还含有粘土、硅石和氧化铁原料，即SiO2、Al2O3和Fe2O3。
[0064] 并且上述水泥原料在800～900℃左右的气氛下，产生
[0065] 2CaCO3+SiO2→2CaO·SiO2+2CO2↑ (1)
[0066] 2CaCO3+ Fe2O3→2CaO·Fe2O3+2CO2↑ (2)
[0067] CaCO3+ Al2O3→CaO·Al2O3+CO2↑ (3)
[0068] 所示的反应，最终生成作为构成水泥熟料的硅酸钙化合物的阿里特(3CaO·SiO2)和贝利特(2CaO·SiO2)以及作为间隙相的铝酸盐相(3CaO·Al2O3)和铁素体相(4CaO·Al2O3·Fe2O3)。
[0069] 此时，由图14所示的上述(1)式的反应温度的图、图15所示的上述(2)式的反应温度的图以及图16所示的上述(3)式的反应温度的图可知，即使在纵轴所示的CO2气体的分压升高时，也可以在更低的温度下发生上述反应。
[0070] 进一步地，在上述水泥原料中，除了发生上述(1)～(3)式所示的反应之外，由硅石、粘土等石灰石以外的原料带入的SiO2、Al2O3、Fe2O3或其它微量成分形成矿化剂，促进碳酸钙的热分解，因此如图17所示可知，与单独碳酸钙的情况相比，热分解的开始温度和结束温度都降低。而且，图17 中，由对上述水泥原料(原料，投料)的样品和单独石灰石(CaCO3)的样品分别以接近通常的水泥制造设备中的加热速度的10k/sec的速度进行加热时的重量变化，确认了上述热分解的推移。
[0071] 其中，通过上述矿化剂的存在，与单独碳酸钙的情况相比，热分解的开始温度和结束温度都降低，作为其理由之一认为如下所述。
[0072] 即，将a记为活度、k记为反应式CaCO3→CaO+CO2的平衡常数时，在[0073] PCO2=(aCaCO3/aCaO)·K
[0074] 中，通常固体的活度a只要为纯物质则不论种类均为1，但是对于氧化钙(CaO)，碳酸钙(CaCO3)的热分解后，其它原料物质(即上述矿化剂)固溶，由此aCaO的值小于1。结果上式的PCO2增大，PCO2=1atm时的温度降低，进一步促进煅烧。应予说明，aCaCO3对于石灰石的品种、产地来说是固有的值，不受其它原料成分的影响。
[0075] 由此，通过本发明，即使降低混合煅烧炉中的运转温度，也可以确保所需的CO2气体的回收量。而且，在上述混合煅烧炉中，通过与水泥原料不同、粒径大、因而比表面积极小的热介质对水泥原料进行加热来进行煅烧，因此在上述介质加热炉中即使将上述热介质加热到煅烧温度以上的1000℃以上，热介质之间或热介质与炉壁或槽内壁的固结或熔粘也得到抑制，可以抑制窑皮问题等的产生。
[0076] 此外，在本发明的第七方式中，在上述混合煅烧炉中形成的移动层中，随着通过在上述热介质间的空隙煅烧上述水泥原料而产生的CO2气体的上升，形成使上述水泥原料流动化的流化床，同时具备通过溢流口来回收经煅烧的上述水泥原料的回收管路，因此利用溢流口来回收经煅烧的上述水泥原料，由此就可以简便地与上述热介质分离。由此，没有必要另行设置分离装置或可以极力抑制分离装置的处理能力。
[0077] 进一步地，在本发明的第八方式中，由于上述混合煅烧炉在多个位置连接有投入上述水泥原料的投入管路，即使为了使上述水泥原料在上述热介质间的空隙中流动化，而增大炉的截面积、抑制炉内的空筒速度，也可以分散上述水泥原料。结果可以将来自上述热介质的作为主要导热方式的辐射热传递到上述水泥原料，可以有效地煅烧上述水泥原料。
[0078] 此外，在本发明的第九方式中，在上述混合煅烧炉中形成的上述移动层中，随着通过在上述热介质间的空隙煅烧上述水泥原料而产生的CO2气体的上升，形成使上述水泥原料喷射化的喷射床，同时连接有与由煅烧产生的CO2气体一起回收经煅烧的上述水泥原料的回收管路，因此可以减小上述混合煅烧炉的截面积，增大在上述热介质间的空隙中产生的CO2气体空筒速度。由此，可以抑制设备的大型化，同时可以简便地从上述热介质分离经煅烧的上述水泥原料，没有必要另行设置分离装置或可以极力抑制分离装置的处理能力。
[0079] 应予说明，由于上述CO2气体空筒速度小于热介质的流动化速度，因此热介质不会与CO2气体一起从煅烧炉上部排出。
[0080] 并且，由于上述回收管路具备使上述CO2气体与经煅烧的上述水泥原料分离的分离装置，因此可以有效地回收在上述热介质间的空隙中产生的高浓度的CO2气体、和经煅烧的上述水泥原料，同时在回收后可以简便地分离高浓度的上述CO2气体、和经煅烧的上述水泥原料，并分别回收。
[0081] 进一步地，在本发明的第十方式中，由于投入上述水泥原料的投入管路连接在上述热介质的上述供给管路与上述排出管路之间，在投入上述水泥原料时，该水泥原料不会与在上述热介质间的空隙中产生的CO2气体一起未被煅烧而排出，而可以供给到上述移动层，可以受到来自热介质的热而充分煅烧。结果可以使CO2气体的产生稳定。
[0082] 进一步地，在本发明的第十一方式中，在将上述热介质的上述供给管路与上述排出管路之间设为1时，由于上述水泥原料的投入管路连接在上述热介质的上述供给管路下方0.5～0.9之间，投入上述水泥原料时，可以防止水泥原料未被充分煅烧而与CO2气体一起由上述混合煅烧炉的上部排出，且可以防止上述水泥原料未被充分煅烧而与上述热介质一起从连接在上述混合煅烧炉的下部的上述热介质的排出管路排出。结果可以可靠地供给到上述移动层而充分受到来自热介质的辐射热而被煅烧，同时可以使CO2气体的产生稳定。
[0083] 并且，在本发明的第十二方式中，由于上述混合煅烧炉的投入上述水泥原料的投入管路连接在上述热介质的上述供给管路与上述排出管路之间的多个位置，在投入上述水泥原料时，该水泥原料不会伴随在上述热介质间的空隙中产生的CO2气体中，并且不会与上述移动层一起从底部排出，而可以受到来自上述热介质的辐射热而进行充分煅烧。结果可以有效地利用混合煅烧炉的空间，实现CO2气体产生的进一步稳定化，可以提高CO2气体的回收率。
[0084] 进一步地，在本发明的第十三方式中，在将上述热介质的上述供给管路与上述排出管路之间设为1时，由于上述水泥原料的投入管路连接在上述热介质的上述供给管路下方0.1～0.9之间的多个位置，投入上述水泥原料时，可以防止水泥原料未被充分煅烧而与CO2气体一起由上述混合煅烧炉的上部排出，且可以防止上述水泥原料未被充分煅烧而与上述热介质一起从连接在上述混合煅烧炉的下部的上述热介质的排出管路排出。结果可以可靠地供给到上述移动层而充分受到来自热介质的辐射热而被煅烧，同时可以使CO2气体的产生稳定。进一步地，可以有效地利用混合煅烧炉的空间，实现CO2气体产生的更进一步稳定化，同时提高CO2气体的回收率。
[0085] 而且，由于在上述混合煅烧炉中充分煅烧了的高温的水泥原料返回到水泥窑中，可以减少水泥窑中烧成所需的燃料。结果与以往相比，可以使用长度尺寸短的回转窑。
[0086] 其中，作为上述热介质，除了具有对于介质加热炉中的加热温度的耐热性和与水泥原料混合时的耐磨损性的生石灰(CaO)、硅石(SiO2)或氧化铝(Al2O3)等陶瓷材料，耐热合金等金属材料之外，还可以使用水泥熟料。而生石灰具有熔点高、为2500℃左右，不易熔粘的优点。此外，作为热介质在循环期间，即使缓慢磨损而产生的微粉与原料混合，由于其是水泥原料成分之一，也不会产生弊端。进一步地，即使在替代生石灰而将石灰石投入到混合煅烧炉、热介质供给管或斗式提升机中的情况下，由于此后脱碳酸形成生石灰，得到与上述生石灰的情况相同的作用效果。此时，若将上述石灰石投入到混合煅烧炉或热介质供给管中，则可以回收煅烧时产生的CO2气体，因而优选。
[0087] 此外，硅石具有以下优点：熔点高、为1700℃左右、不易熔粘，同时由于硬度非常高而不易磨损，作为热介质补充的量少。进一步地，即使在循环过程中缓慢磨损产生的微粉与原料混合，由于其是水泥原料成分之一，也不会产生不良问题。
[0088] 进一步地，若使用在上述水泥窑中通过烧成得到的硬质且粒径远大于水泥原料的水泥熟料，则经济的同时，即使在与水泥原料接触的情况下，由于该磨损粉末已进行了成分调整，水泥原料与同质的磨损粉末再次送到水泥窑中，由此不会对运转或作为制品的水泥窑的品质带来不良影响。附图说明
[0089] 图1为表示将本发明涉及的混合煅烧炉用于水泥制造设备的一个实施方式的结构简图。
[0090] 图2为对本发明涉及的混合煅烧炉进行说明的说明图。
[0091] 图3为对本发明涉及的混合煅烧炉的流动化或喷射化装置进行说明的说明图。
[0092] 图4为表示将本发明涉及的混合煅烧炉用于水泥制造设备的一个实施方式的变形例的结构简图。
[0093] 图5为表示气氛中CO2浓度与(1)式表示的反应温度之间的关系的图。
[0094] 图6为表示气氛中CO2浓度与(2)式表示的反应温度之间的关系的图。
[0095] 图7为表示气氛中CO2浓度与(3)式表示的反应温度之间的关系的图。
[0096] 图8为表示CO2气氛下的水泥原料和单独石灰石的热分析结果的图。
[0097] 图9为表示本发明涉及的水泥制造设备中的CO2气体的回收设备的一个实施方式的结构简图。
[0098] 图10为对本发明涉及的水泥制造设备中的CO2气体的回收设备中使用的混合煅烧炉的一个实施方式进行说明的说明图。
[0099] 图11为对图10的混合煅烧炉与多个投入水泥原料的投入管路连接而成的混合煅烧炉进行说明的说明图。
[0100] 图12为对本发明涉及的水泥制造设备中的CO2气体的回收设备中使用的混合煅烧炉的其它实施方式进行说明的说明图。
[0101] 图13为对图12的混合煅烧炉与多个投入水泥原料的投入管路连接而成的混合煅烧炉进行说明的说明图。
[0102] 图14为表示气氛中CO2浓度与(1)式表示的反应温度之间的关系的图。
[0103] 图15为表示气氛中CO2浓度与(2)式表示的反应温度之间的关系的图。
[0104] 图16为表示气氛中CO2浓度与(3)式表示的反应温度之间的关系的图。
[0105] 图17为表示CO2气氛下的水泥原料和单独石灰石的热分析结果的图。
[0106] 图18为表示一般的水泥制造设备的结构简图。
[0107] 图19为表示气氛中的CO2浓度与石灰石的煅烧温度之间的关系的图。
具体实施方式
[0108] (第一实施方式)
[0109] 图1表示将本发明涉及的混合煅烧炉用于水泥制造设备中的CO2气体的回收设备的一个实施方式，对于水泥制造设备的结构，由于与图18所示的结构相同，标注相同符号简略其说明。
[0110] 在图1中，符号10为与水泥制造装置的预热器(第一预热器)3相独立设置的第二预热器10。
[0111] 该第二预热器10与上述第一预热器3同样地，通过串联配置在上下方向的多段旋风分离器构成，由供给管路11向最上段的旋风分离器供给被煅烧物(煅烧前水泥原料)。并且，第二预热器10的最下段的旋风分离器的底部与输送管10a的上端连接，同时该输送管10a的下端部被导入到混合煅烧炉12。
[0112] 另一方面，在上述水泥制造设备的第一预热器3中，设置由最下段的旋风分离器抽出上述煅烧前水泥原料的抽出管路13，该抽出管路13的前端部与来自第二预热器10的输送管10a连接。由此，来自第二预热器10的上述煅烧前水泥原料与来自第一预热器3的上述煅烧前水泥原料被导入到混合煅烧炉12内。此外，在抽出管路13的中间部通过未图示的煅烧率调整用分配阀，连接有将上述煅烧前水泥原料的一部分与以往同样地向回转窑1的窑尾部分2供给的输送管3a。
[0113] 如图2所示，混合煅烧炉12为流化床型或喷射床型的粉末混合炉，在多个位置连接有用于由输送管10a供给上述煅烧前水泥原料的供给管路25。该供给管路25连接在混合煅烧炉12的高度方向的不同位置。此外，如图3所示，在底部设置有向炉内供给空气的流动化或喷射化装置12b。该流动化或喷射化装置12b使用喷嘴或散气板等。
[0114] 进一步地，混合煅烧炉12的侧面部的中央附近连接有抽出经混合的水泥原料的排出管12a。该排出管12a被分支，一者作为过热管路14与过热炉15连接，且另一者作为返回管路16与回转窑1的窑尾部分2连接。其中，在排出管12a与过热管路14及返回管路16的分支部设置未图示的分配阀，本实施方式中，设定成向过热管路14的流量多于向返回管路16的流量(例如流量比为4:1)。
[0115] 此外，在图4所示的上述一个实施方式的变形例中，未设置上述返回管路16，而仅设置将由过热炉15排出并通过旋风分离器19分离的煅烧完成的水泥原料的一部分返回到回转窑1中的返回管路26。
[0116] 上述过热炉15用于将送到内部的煅烧物(煅烧水泥原料)通过以来自熟料冷却器6的抽气作为燃烧用空气的燃烧器17的燃烧，将该煅烧水泥原料过热到煅烧温度以上。该过热炉15可以将现有的煅烧炉改造来使用。并且，在该过热炉15的排出侧设置循环管路，该循环管路包括排出由燃烧器17的燃烧产生的废气和经煅烧的上述水泥原料的排气管18、与该排气管18连接而从废气中分离经煅烧的上述水泥原料的旋风分离器19、和将用该旋风分离器19分离的经煅烧的上述水泥原料再次返回到混合煅烧炉12的返回管20的。
[0117] 另一方面，排出在旋风分离器19中分离的废气的废气管21与来自回转窑1的废气管3b连接。应予说明，上述过热炉15内必须保持在1100℃左右的高温，与此相对，来自回转窑1的废气为1100～1200℃的温度，因此若将该来自回转窑1的废气的总量或一定量导入到过热炉15内，再次由废气管21送到第一预热器3，则可以有效利用上述废气。
[0118] 进一步地，混合煅烧炉12与用于排出在内部生成的CO2气体的CO2排气管22连接，同时该CO2排气管22作为第二预热器10中的加热介质被导入。应予说明，图中符号23为CO2气体的排气扇，符号24为CO2气体的排气管路。
[0119] 此外，为了促进流动化、喷射化，还可以将由该混合煅烧炉12排出的CO2气体从CO2排气管22或排气管路24抽出，再次循环供给到混合煅烧炉12中来使用。
[0120] 接着，对在上述一个实施方式中所示的水泥制造设备的CO2气体的回收设备中，使用本发明涉及的混合煅烧炉12的CO2气体的回收方法进行说明。
[0121] 首先，将煅烧前水泥原料由供给管路4、11分别供给到第一预热器3、第二预热器10的最上段的旋风分离器中。
[0122] 接着在第一预热器3中，在依次送到下方的旋风分离器的过程中，与以往同样地利用由回转窑1经由废气管3b供给的废气以及来自过热炉15的燃烧废气，将上述煅烧前水泥原料预热。接着，将预热至达到煅烧温度之前(例如810℃)的上述煅烧前水泥原料由抽出管路13经由输送管10a向混合煅烧炉12供给。
[0123] 此外，供给到第二预热器10的上述煅烧前水泥原料在混合煅烧炉12中，通过煅烧时排出的高温的CO2气体将煅烧前水泥原料预热，最终预热至达到煅烧温度之前(例如760℃)并由输送管10a向混合煅烧炉12供给。
[0124] 另一方面，在过热炉15中，将内部的上述煅烧水泥原料通过燃烧器17的燃烧而加热至水泥原料的煅烧温度以上(例如1200℃左右)。接着，将被加热的过热煅烧水泥原料与由燃烧器17的燃烧产生的废气一起送到与过热炉15的排出侧连接的排气管18中。接着，通过与该排气管18连接的旋风分离器19，将过热煅烧水泥原料从废气中分离，再次由包含返回管20的循环管路向混合煅烧炉12供给。
[0125] 由此，如图2和图3所示，在混合煅烧炉12内，将由多个供给管路25供给的上述煅烧前的水泥原料与过热煅烧水泥原料混合并加热到煅烧温度以上(例如900℃以上)进行煅烧，同时在此时产生CO2气体。此外，在运转初期时，使设置在混合煅烧炉的底部的流动化或喷射化装置12b工作，由外部供给空气，实现炉内的流动化或喷射化。然后，由产生的CO2气体自发地进行流动化或喷射化之后，停止流动化或喷射化装置12b。
[0126] 应予说明，为了自发地流动化或喷射化，根据需要除了高温空气之外，还可以使用水泥窑1或过热炉15等的燃烧废气。
[0127] 接着，若将上述过热煅烧水泥原料与上述煅烧前水泥原料混合进行煅烧，则通过产生的CO2气体，气氛为约100%的CO2。因此，只要煅烧不完全结束，则煅烧温度在900℃左右大致恒定。
[0128] 此外，在混合煅烧炉12中，若粉末的流动化速度Umf<混合煅烧炉的空筒速度<粉末的结束速度Ut，则在混合煅烧炉中粉末发生流动化，通过溢流口，经煅烧的水泥原料从流化床送到排出管12a中。
[0129] 另一方面，在混合煅烧炉12中，若粉末的结束速度Ut<混合煅烧炉的空筒速度，则流化床剧烈流动或喷射化，经煅烧的水泥原料伴随在产生的CO2气体。因此，另行设置旋风分离器等粉末的分离装置，回收经煅烧的上述水泥原料。
[0130] 其中，上述空筒速度可以如下求得，通过上述过热煅烧水泥原料与上述煅烧前水泥原料混合而降低至煅烧温度时释放热量，由该热量减去上述煅烧前水泥原料升温至煅烧温度所需的热量之差供于上述煅烧前水泥原料的煅烧，可以计算该煅烧反应中产生的CO2气体流量，将该CO2气体流量除以混合煅烧炉12的截面积，由此可以求得上述空筒速度。
[0131] 此外，作为粉末开始流动化的流动化速度的Umf以及作为粉末伴随在产生的CO2气体中的速度的结束速度Ut通过下式求得。
[0132]
[0134] dp：粉末的平均粒径(m)
[0135] ρf：流体的密度(kg/m3)
[0136] Remf：流化床中的粉末雷诺数
[0137] Ar：阿基米德数
[0138] ρp：粉末的密度(kg/m3)
[0139] g：重力加速度(m/s2)
[0140] φs：形状系数(圆球的情况为1)
[0141] εmf：流化床中的空隙率
[0142] 如此，通过上述水泥制造设备中的混合煅烧炉12，可以有效利用水泥制造设备中的热源，以接近100%的高浓度回收在混合煅烧炉12中产生的CO2气体。
[0143] 此时，在混合煅烧炉12中，通过由多个位置投入上述煅烧前水泥原料以及投入粒径与煅烧前水泥原料相等的过热煅烧水泥原料作为热介质，可以稳定地形成流化床或喷射床，因此产生稳定的CO2气体，可以回收高浓度的CO2气体。进一步地，通过流动化或喷射化装置，可以从运转初期时开始就稳定地产生CO2气体。
[0144] 而且，在混合煅烧炉12中，经充分经煅烧的高温水泥原料通过返回管路16以及如图4的变形例所示将由过热炉15排出并被旋风分离器19分离的已煅烧完成的水泥原料的一部分通过返回管路26返回到回转窑1，由此可以减少烧成所需的燃料，由此可以使用与以往相比长度尺寸短的回转窑1。
[0145] 应予说明，在上述一个实施方式中，仅对混合煅烧炉12用于水泥制造设备的情况进行了说明，但不限于此，也可以用于除此之外的设备。
[0146] 此外，仅对用于由输送管10a供给水泥原料的供给管路25连接在混合煅烧炉12的高度方向的不同位置的情况进行了说明，但是不限于此，例如还可以连接在混合煅烧炉12的相同高度的多个不同位置，进而还可以连接在混合煅烧炉12的高度方向的多个不同位置和相同高度的多个不同位置。
[0147] (第二实施方式)
[0148] 图9表示本发明涉及的水泥制造设备中的CO2气体n的回收设备的一个实施方式，对于水泥制造设备的结构，由于与图18所示的结构相同，标注相同符号简略其说明。
[0149] 在图9中，符号110为与水泥制造装置的预热器(第一预热器)3相独立设置的第二预热器110。
[0150] 该第二预热器110与上述第一预热器3同样地，通过串联配置在上下方向的多段旋风分离器构成，由供给管路111向最上段的旋风分离器供给煅烧前的水泥原料(煅烧前水泥原料)k。并且，第二预热器110的最下段的旋风分离器的底部与输送管110a的上端连接，同时该输送管110a的下端部被导入到混合煅烧炉112。
[0151] 另一方面，在上述水泥制造设备的第一预热器3中，设置由最下段的旋风分离器抽出煅烧前水泥原料k的抽出管路113，该抽出管路113的前端部与来自第二预热器110的输送管110a连接。由此，来自第二预热器110的煅烧前水泥原料k与来自第一预热器3的煅烧前水泥原料k被导入到混合煅烧炉112内。
[0152] 进一步地，如图10或图11所示，混合煅烧炉112为流化床型的粉末混合炉，连接有由上部供给热介质t的供给管路120和由下部抽出热介质t的排出管路125。该排出管路125通过斗式提升机119形成热介质的循环管路114，与介质加热炉115连接。此外，混合煅烧炉112的上部连接有用于由输送管110a供给煅烧前水泥原料k的投入管路129。进一步地，在图10的变形例中，如图11所示，投入管路129连接于混合煅烧炉112的上部的多个位置图中为2个位置)。此外，为了不使煅烧前水泥原料k未被煅烧就由溢流口排出，将煅烧前水泥原料k的投入位置设置在侧面部、热介质t的供给管路120与热介质t的排出管路125之间的1个位置或多个位置。
[0153] 此外，混合煅烧炉112的侧面部的中央附近与抽出经煅烧的水泥原料(已煅烧完成的水泥原料)k’的回收管路112a连接。该回收管路112a作为返回管路116与回转窑1的窑尾部分2连接。此外，对于由热介质t的排出管路125与热介质t同时排出的已煅烧完成的水泥原料k’，可以使用重力沉降装置等分离装置，分离热介质t，与返回管路116连接。并且，混合煅烧炉112与用于排出内部生成的CO2气体n的CO2气体排气管122连接，同时该CO2气体排气管22作为第二预热器110中的加热介质被导入。
[0154] 进一步地，在其它实施方式的混合煅烧炉112中，如图12或图13所示，为喷射床型的粉末混合炉，连接有由上部供给热介质t的供给管路120和由下部抽出热介质t的排出管路125。该排出管路125通过斗式提升机119形成热介质的循环管路114，与介质加热炉115连接。此外，在供给热介质t的供给管路120与由下部抽出热介质t的排出管路125之间，连接由输送管110a供给煅烧前水泥原料k的投入管路129。在将供给管路120与排出管路125之间设为1时，该投入管路129连接在供给管路120下方0.5～0.9的位置。
[0155] 进一步地，在图12的变形例中，如图13所示，煅烧前水泥原料k的投入管路129连接在供给管路120与排出管路125之间的多个位置，同时在将供给管路120与排出管路125之间设为1时，连接在供给管路120下方0.1～0.9之间的多个位置。
[0156] 并且，在其它的实施方式的混合煅烧炉112中，连接有回收伴随有在内部生成的CO2气体n的已煅烧完成的水泥原料k’的回收管路127。此外，该回收管路127具备用于分离CO2气体n和已煅烧完成的水泥原料k’的分离装置128。该分离装置128使用旋风分离器。此外，分离装置128与用于排出CO2气体n的CO2气体排气管122连接，同时该CO2气体排气管122作为第二预热器110中的加热介质被导入。进一步地，连接有将已煅烧完成的水泥原料k’返回到水泥窑1的窑尾部分2的返回管路116。
[0157] 进一步地，介质加热炉115用于对于粒径大于送到内部的煅烧前水泥原料k的热介质t，通过以来自熟料冷却器6的抽气作为燃烧用空气的燃烧器117的燃烧，将该热介质加热到煅烧温度以上。该介质加热炉115可以将现有的煅烧炉改造来使用。并且，该介质加热炉115的排出侧连接有将通过燃烧器117中的燃烧而产生的废气排气的排气管118。该排气管118与水泥窑1的废气管3b连接。此外，介质加热炉115的下部与向混合煅烧炉
112的上部供给热介质t的供给管路120连接。
112的上部供给热介质t的供给管路120连接。
[0158] 此外，上述介质加热炉115内必须保持在1100℃左右的高温，与此相对，来自回转窑1的废气为1100～1200℃的温度，因此若将该来自回转窑1的废气的总量或一定量导入到介质加热炉115内，再次由废气管118送到第一预热器3，则可以有效利用上述废气。
[0159] 应予说明，图中符号124为CO2气体的排气扇，符号123为CO2气体的排气管路。此外，图中符号121为用于补充在热介质t循环时消失的热介质t的热介质槽。
[0160] 此外，作为混合煅烧炉112，使用流化床型的混合煅烧炉时，也可以将由该混合煅烧炉112排出的CO2气体n由CO2气体排气管122、排气管路124抽出，再次循环供给到混合煅烧炉112中来使用。
[0161] 接着，对在上述一个实施方式中所示的水泥制造设备的CO2气体n的回收设备中，使用本发明涉及的混合煅烧炉112的CO2气体n的回收方法进行说明。
[0162] 首先，将煅烧前水泥原料k由供给管路4、111分别供给到第一预热器3、第二预热器110的最上段的旋风分离器中。
[0163] 接着在第一预热器3中，在依次送到下方的旋风分离器的过程中，与以往同样地利用由回转窑1通过废气管3b供给的废气将煅烧前水泥原料k预热。然后，将预热至达到煅烧温度之前(例如810℃)的煅烧前水泥原料k由抽出管路113通过输送管110a向混合煅烧炉112供给。
[0164] 此外，供给到第二预热器110的水泥原料k通过由混合煅烧炉112排出的高浓度且高温的CO2气体n预热，最终预热至达到煅烧温度之前(例如760℃)并由输送管110a向混合煅烧炉112供给。
[0165] 另一方面，在介质加热炉115中，内部的热介质t通过燃烧器117的燃烧而加热至水泥原料的煅烧温度以上(例如1200℃左右)。此时，产生的废气送到排气管118中，与来自水泥窑1的排气管3b的废气一起，送到第一预热器3。此外，加热到水泥原料的煅烧温度以上的热介质t，由与介质加热炉115的下部连接的供给管路120向混合煅烧炉112供给。
[0166] 由此，如图10和图11所示，在混合煅烧炉112内，由与上部连接的供给管路120供给热介质t，将该热介质t从下部的排出管路125抽出，由此形成移动层126的同时，从上部的投入管路129投入煅烧前水泥原料k。接着在形成移动层126的热介质t之间的空隙中，加热到煅烧温度以上(例如900℃以上)进行煅烧。
[0167] 接着经煅烧的已煅烧完成的水泥原料k’在形成移动层126的热介质t之间的空隙中，随着煅烧时产生的CO2气体n的上升，已煅烧完成的水泥原料k’漂浮形成流化床的同时，通过溢流口由回收管路112a回收，由返回管路116送到水泥窑1的窑尾部分2。此外，高浓度且高温的CO2气体n由与混合煅烧炉112的上部连接的CO2气体排气管122，作为第二预热器110中的加热介质被导入。
[0168] 此时，如作为图10的混合煅烧炉112的变形例的图11所示的混合煅烧炉112那样，通过在多个位置连接投入管路129来将煅烧前水泥原料k投入到混合煅烧炉112内，即使在为了抑制空筒速度而增大炉的截面积的混合煅烧炉112中，煅烧前水泥原料k也得到分散，来自热介质t的导热得到促进，由此可以防止煅烧效率降低。
[0169] 进一步地，在混合煅烧炉112的其它实施方式的图12和图13中，将热介质t由与混合煅烧炉112的侧面侧上方连接的供给管路120供给，由下部的排出管路125抽出，由此形成移动层126的同时，将煅烧前水泥原料k从连接在供给管路120与排出管路125之间的投入管路129投入。接着在形成移动层126的热介质t之间的空隙中，加热到煅烧温度以上(例如900℃以上)进行煅烧，同时在此时产生的CO2气体n中伴随有已煅烧完成的水泥原料k’，形成喷射床。
[0170] 然后将已煅烧完成的水泥原料k’与CO2气体n一起由回收管路127送到分离装置128中，通过旋风分离器分离为CO2气体n和已煅烧完成的水泥原料k’。然后将分离的CO2气体n由CO2气体排气管122作为第二预热器110中的加热介质导入。此外，将所分离的已煅烧完成的水泥原料k’由回收管路112a送到返回管路116中，供给到水泥窑1的窑尾部分2。
[0171] 此时，通过将混合煅烧炉112的投入管路129连接在供给管路120与排出管路125之间的多个位置，充分利用炉内的空间，在热介质t之间的空隙中进行煅烧，因此产生稳定的CO2气体n。并且，该CO2气体n使已煅烧完成的水泥原料k’喷射化。此外，在作为图12的混合煅烧炉112的变形例的图13所示的混合煅烧炉112中，在将热介质t的供给管路120与排出管路125之间设为1时，在供给管路下方0.1～0.9的位置的多个位置连接投入管路129，从多个位置的投入管路129投入煅烧前水泥原料k。由此在热介质t之间的空隙中，受到热介质t的辐射热，充分进行煅烧，稳定地产生高浓度的CO2气体n。
[0172] 接着将煅烧前水泥原料k在热介质t之间的空隙中进行煅烧，产生高浓度的CO2气体n。在该CO2气体n漂浮的移动层126中，已煅烧完成的水泥原料k’伴随着具有充分的空筒速度的CO2气体而喷射化。于是，伴随着CO2气体n的已煅烧完成的水泥原料k’通过喷射化由上部的回收管路127送到分离装置128。进一步地，通过该分离装置128的旋风分离器，分离高浓度的CO2气体n和已煅烧完成的水泥原料k’。
[0173] 进一步地，通过分离装置128的旋风分离器分离的已煅烧完成的水泥原料k’由返回管路116送到水泥窑1的窑尾部分2。此外，将高浓度且高温的CO2气体n由与分离装置128的上部连接的CO2排气管122，作为第二预热器110中的加热介质导入。
[0174] 接着，若将热介质t与煅烧前水泥原料k混合进行煅烧，则由产生的CO2气体n，使得气氛为约100%的CO2。因此，只要煅烧不完全结束，则煅烧温度在900℃左右大致恒定。
[0175] 此外，在混合煅烧炉112中，若粉末的流动化速度Umf<混合煅烧炉的空筒速度<粉末的结束速度Ut，则在混合煅烧炉中已煅烧完成的水泥原料k’流动化，通过溢流口，已煅烧完成的水泥原料k’从流化床送到排出管112a。
[0176] 另一方面，在混合煅烧炉112中，若粉末的结束速度Ut<混合煅烧炉的空筒速度，则在混合煅烧炉中已煅烧完成的水泥原料k’剧烈流动或喷射化，已煅烧完成的水泥原料k’伴随在产生的CO2气体n中。因此，另行设置旋风分离器等粉末的分离装置，回收经煅烧的上述水泥原料。
[0177] 其中，上述空筒速度可以如下求得，通过热介质t与煅烧前水泥原料k混合而降低至煅烧温度时释放热量，由该热量减去煅烧前水泥原料k升温至煅烧温度所需的热量之差供于煅烧前水泥原料k的煅烧，可以计算该煅烧反应中产生的CO2气体n流量，将该CO2气体n流量除以混合煅烧炉112的截面积且热介质的空隙率，由此可以求得上述空筒速度。
[0178] 此外，作为粉末开始流动化的流动化速度的Umf以及作为粉末伴随在产生的CO2气体n中的速度的结束速度Ut通过下式求得。
[0179]
[0180] μ：流体的粘度(Pa·s)
[0181] dp：粉末的平均粒径(m)
[0182] ρf：流体的密度(kg/m3)
[0183] Remf：流化床中的粉末雷诺数
[0184] Ar：阿基米德数
[0185] ρp：粉末的密度(kg/m3)
[0186] g：重力加速度(m/s2)
[0187] φs：形状系数(圆球的情况为1)
[0188] εmf：流化床中的空隙率
[0189] 如此，通过上述水泥制造设备中的混合煅烧炉112，可以有效利用水泥制造设备中的热源，以接近100%的高浓度回收在混合煅烧炉112中产生的CO2气体n。
[0190] 进一步地，混合煅烧炉112中，通过粒径大于煅烧前水泥原料k、比表面积极小的热介质t将煅烧前水泥原料k加热进行煅烧，因此在介质加热炉115中，即使热介质t加热到煅烧温度以上的1000℃以上，热介质t之间或热介质t与炉壁的固结或熔粘也得到抑制，可以抑制窑皮问题等的产生。
[0191] 而且，混合煅烧炉112中经充分煅烧的高温的已煅烧完成的水泥原料k’由返回管路116返回到回转窑1中，因此可以减少在回转窑1中烧成所需的燃料，由此可以使用与以往相比长度尺寸短的回转窑1。
[0192] 产业实用性
[0193] 根据本发明，可提供可以通过流化床型或喷射床型以高浓度分离、回收在被煅烧物中混合过热煅烧物进行煅烧时产生的CO2气体的混合煅烧炉。此外根据本发明，提供混合煅烧炉，其中，即使在热介质的粒径大于水泥原料的情况下，也可以容易地进行流动化或喷射化，以高浓度分离、回收在水泥制造设备中产生的CO2气体。
[0194] 符号说明
[0195] 1 回转窑(水泥窑)
[0196] 3 预热器(第一预热器)
[0197] 10 第二预热器
[0198] 10a 输送管
[0199] 12 混合煅烧炉
[0200] 12b 流动化或喷射化装置
[0201] 13 抽出管路
[0202] 15 过热炉
[0203] 16 返回管路
[0204] 25 供给管路
[0205] 110 第二预热器
[0206] 110a 输送管
[0207] 112 混合煅烧炉
[0208] 112a 回收管路
[0209] 113 抽出管路
[0210] 115 介质加热炉
[0211] 116 返回管路
[0212] 120 供给管路
[0213] 125 排出管路
[0214] 126 移动层
[0215] 127 回收管路
[0216] 128 分离装置
[0217] 129 投入管路
[0218] k 煅烧前水泥原料(煅烧前的水泥原料)
[0219] k’ 已煅烧完成的水泥原料(经煅烧的水泥原料)
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