精密な燃焼制御によるロータリーキルンの安定操業

クリンカ製造では、予熱器、ロータリーキルン、冷却器が連続した熱処理プロセスを構成します。原料粉はキルン入口から投入され、焼成帯で加熱・焼結された後、クリンカとして排出されます。一方、高温ガスは原料とは逆方向に予熱器へ流れます。

熱エネルギーを効率的に利用し、プロセス全体の不安定化を防ぐには、予熱器とサイクロンの最適化により、流路閉塞や熱損失を最小限に抑えることが重要です。燃焼、通風、原料の流れは密接に関連しているため、一部で生じた変動はプロセスライン全体に急速に波及します。

• 高濃度の粉塵：キルンから予熱器にかけてのガス流には大量の粉塵が含まれ、光学部品への付着、サンプリングラインの閉塞、露出したセンサのドリフトを加速させます。時間の経過とともに信号品質が低下し、信頼性の高いプロセス測定を維持するために必要な清掃やメンテナンスの手間が増えます。
• 高速で飛来する粒子による摩耗：高速で流れる粉塵や微細なクリンカ粒子は、プローブ、光学部品、ハウジングをサンドブラストのように絶えず摩耗させます。その結果、センサの健全性が損なわれ、保護コーティングが劣化するとともに、キルンフード、ライザーダクト、予熱器出口などで故障率が高まります。
• 高温への曝露：火炎部の温度は1,900 °C近くに達し、クリンカは約1,450 °Cで焼成帯から排出されます。計装機器を高温部から離して設置しても、放射熱や熱サイクルの影響によって、測定値のドリフトや早期劣化、検出素子や電子機器の焼損につながることがあります。
• 揮発成分（S、Cl、アルカリ）の循環：S、Cl、アルカリ成分は、キルン、ライザー、予熱器間を循環します。これらの成分は凝縮と再蒸発を繰り返し、センサ表面を覆って信号伝送を妨げる粘着性の付着物を形成します。また、特にガス分析システムでは、腐食やセンサ位置のずれを引き起こし、測定を不安定にする要因にもなります。

キルンを安定して操業するには、熱、粉塵、機械的負荷といった過酷な条件下でも、主要なプロセス変数を確実に測定できることが重要です。以下に、燃焼性能、熱収支、キルン周辺における原料の流れを早期に把握するための主要な測定項目を示します。

• 温度：焼成帯、キルンフード、二次空気の温度（火炎の安定性、熱負荷、クリンカの焼結挙動を示す）
• 圧力：キルンフード圧、通風圧またはIDファン差圧（燃焼状態、空気漏れ、ガス流の安定性を把握する主要指標）
• 流量：二次/三次空気流量および燃料供給流量（混合状態、燃料の燃え切り効率、熱収支の制御に使用）
• 原料レベル/流路閉塞：キルン入口または原料供給部における非接触式の原料レベル測定および流路閉塞の検知（過酷な環境では放射線式またはマイクロ波式を使用し、原料供給の中断や入口閉塞を防止）
• ガス分析：O₂/CO/NO/SO₂などの燃焼指標（燃焼状態や揮発成分循環の影響を評価するため、キルン入口または下流側で測定）