JP2007090261A

JP2007090261A - セメント製造装置の排ガス処理方法及び処理システム

Info

Publication number: JP2007090261A
Application number: JP2005284557A
Authority: JP
Inventors: Osamu Yamaguchi; 修山口; Yasuhiro Uchiyama; 康広内山; Junichi Terasaki; 淳一寺崎; Takashi Kondo; 尚近藤
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2007-04-12

Abstract

【課題】セメント製造装置の排ガス中においてダイオキシン類等の残留性有機汚染物質が再合成されるのを抑制し、排ガスを浄化する。
【解決手段】本発明は、乾燥機１、粉砕機２、プレヒータ３及びロータリーキルン５を備えたセメント製造装置において発生する排ガスを処理するための、セメント製造装置の排ガス処理方法であって、（Ａ）塩素分を含むセメント原料を用いたセメント製造過程において、塩化水素を含む排ガスが発生する工程と、（Ｂ）工程（Ａ）において発生した塩化水素を含む排ガスに対し、乾燥機１又は粉砕機２の排ガス上流側の地点において、ＣａＯとＣａ（ＯＨ）_２から選択された少なくとも１つのカルシウム化合物を投入し、該カルシウム化合物と前記排ガス中の塩化水素との中和生成物である塩化カルシウムを生成させる工程とを含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、セメント製造装置の排ガス中でダイオキシン類等の残留性有機汚染物質が合成されるのを抑制し、排ガスを浄化するための排ガス処理方法及び処理システムに関する。

近年、資源循環の観点から、例えば、都市ごみ、都市ごみの焼却で発生する煤塵（飛灰）や燃え殻（主灰）、下水汚泥、製紙スラッジ、鋳物砂、石炭灰等の廃棄物を、セメント製造の原料として使用したり、廃プラスチック、廃タイヤ等の可燃性廃棄物を燃料として使用したりする機会が増えている。

この可燃性廃棄物は仮焼炉やロータリーキルンにおいて燃焼され、その燃焼時に発生する微量の有機物質成分と塩素成分とが反応して残留性有機汚染物質が排ガス中において若干量生成される。このように排ガス中において僅かに生成された残留性有機汚染物質の多くは、排ガスの下流側に設置された乾燥機や粉砕機（原料ミル）において排ガスの温度の低下に伴い、排ガスに含まれるダストの表面に吸着され、残留性有機汚染物質を吸着したダストは、排気途中に設置された電気集塵機、バグフィルター等によって、排ガスから分離され、捕集される。

したがって、セメントの製造時に発生する残留性有機汚染物質の大部分は、捕集され、系外に放出されることはない。しかしながら、ダストに吸着されなかった僅かな量の残留性有機汚染物質は、排ガスと共に大気中に排出されている。この排出濃度は十分低いものではあるが、更なる低減を図っていくことが望ましい。

このような事情の下、セメント製造装置の排ガス中に含まれるダイオキシン類等の残留性有機汚染物質を分解して、無害化する技術が、種々提案されている。

例えば、都市ごみまたは産業廃棄物の焼却灰を原料の一部に使用してセメントを製造する際に、未分解のダイオキシンを含有するキルンダストを捕集し、捕集されたキルンダストをダイオキシンの沸点以上の温度に加熱し、揮発したダイオキシンを含むガスを、セメント焼成用のロータリーキルンに導入し、セメント焼成時の熱によりダイオキシンを加熱分解する方法が知られている（特許文献１参照）。

また、都市ごみ焼却灰等の原料を焼成してセメントクリンカとする焼成冷却装置と、該焼成冷却装置から発生する排ガスを急冷してダイオキシン類の合成を抑制すると共に、排ガスを無害化する排ガス処理装置と、前記焼成冷却装置から発生するダストを捕集してダスト中のダイオキシン類を加熱分解するダイオキシン分解装置等とを備えたセメント製造装置が知られている（特許文献２参照）。
特開２０００−１６８４４号公報特開平１１−２４６２４７号公報

しかしながら、上記した特許文献１や特許文献２に記載された従来の技術では、セメント製造装置の排ガス中に含まれるダイオキシン類を加熱分解処理するために、ロータリーキルン等の本来のセメント製造に関わる装置とは別に加熱装置を設置する必要がある。したがって、システムが複雑化し、コスト増大の要因となり、効率的にダイオキシン類を分解処理することが難しいといった問題があった。

本発明は、上記した課題を解決すべくなされたものであり、簡易で低コストの設備を追加するだけで、セメント製造装置の排ガス中においてダイオキシン類等の残留性有機汚染物質が合成されるのを抑制し、排ガスを浄化することのできるセメント製造装置の排ガス処理方法及び処理システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、乾燥機、粉砕機、プレヒータ及びロータリーキルンを備えたセメント製造装置において発生する排ガスを処理するための、セメント製造装置の排ガス処理方法であって、（Ａ）塩素分を含むセメント原料を用いたセメント製造過程において、塩化水素を含む排ガスが発生する工程と、（Ｂ）工程（Ａ）において発生した塩化水素を含む排ガスに対し、前記乾燥機又は粉砕機の排ガス上流側の地点において、ＣａＯとＣａ（ＯＨ）_２から選択された少なくとも１つのカルシウム化合物を投入し、該カルシウム化合物と前記排ガス中の塩化水素との中和生成物である塩化カルシウムを生成させる工程とを含むことを特徴とする。

そして、（Ｃ）前記乾燥機又は粉砕機の排ガス下流側の地点において、前記排ガスから塩化カルシウムを含むダストを捕集し、該ダストをセメント原料の一部として利用する工程をさらに含んでいてもよい。

また、本発明は、セメント原料を乾燥するための乾燥機と、前記セメント原料を粉砕するための粉砕機と、前記セメント原料を予熱するためのプレヒータと、前記セメント原料からクリンカを焼成するためのロータリーキルンと、セメントの製造過程において発生し、前記プレヒータから排出された排ガスを前記乾燥機又は前記粉砕機を経由して大気中に放出するための排ガス路とを備えたセメント製造装置の排ガス処理システムであって、前記乾燥機又は前記粉砕機の排ガス上流側の地点において、ＣａＯとＣａ（ＯＨ）_２から選択された少なくとも１つのカルシウム化合物を前記排ガス路内に投入して、前記排ガス中の塩化水素との中和生成物である塩化カルシウムを生成させるためのカルシウム化合物投入手段を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、排ガスが乾燥機又は粉砕機に流入する手前で排ガス中にＣａＯとＣａ（ＯＨ）_２から選択された少なくとも１つの物質を投入することにより、排ガス中の塩化水素を反応し難い形態に変化させることができるため、残留性有機汚染物質の合成が盛んな乾燥機や粉砕機において残留性有機汚染物質の生成を抑制することができる。したがって、排ガスと共に大気中に排出される残留性有機汚染物質の排出濃度を効率的に低減することができる。

また、乾燥機又は前記粉砕機の排ガス上流側に簡易で低コストのカルシウム化合物投入手段を追加するだけで済むため、システムの単純化、及びコストの低減化を図ることができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係るセメント製造装置の排ガス処理方法及び処理システムについて説明する。ここで、図１は本発明の実施の形態に係るセメント製造装置の排ガス処理システムの一例を模式的に示す概略構成図である。

本実施の形態において、セメント製造装置は、例えば、乾燥機１、粉砕機２、プレヒータ３、仮焼炉４、ロータリーキルン５、クリンカクーラ６、仕上げミル７から構成されている。

このような構成の下、先ず、石灰石、粘土、珪石、鉄滓、廃棄物（例えば、都市ごみの焼却で発生する主灰や、鋳物砂等）等のセメント原料は、乾燥機１で乾燥され、その後、図１において矢印付きの実線で示すように、粉砕機（原料ミル）２で粉砕、混合され、さらに必要に応じて石炭灰を添加されて、プレヒータ３に供給される。

このプレヒータ３は、熱交換を行いながらセメント原料を予熱するためのものであり、下から順次設けられた１段目サイクロン３ａ、２段目サイクロン３ｂ、３段目サイクロン３ｃ、４段目サイクロン３ｄの４段のサイクロンにより構成されている。なお、プレヒータ３は、５段のサイクロンにより構成されていてもよい。

このようにプレヒータ３に供給されたセメント材料は、プレヒータ３の４段目サイクロン３ｄ及び３段目サイクロン３ｃ内を下方に向かって順次移動しながら予熱され、２段目サイクロン３ｂから、仮焼炉４内に供給され、さらに加熱された後、１段目サイクロン３ａを通って、ロータリーキルン５内に供給される。なお、仮焼炉４は、通常、８００〜１０００℃程度の温度に保たれているが、必要に応じて設けられるものであり、必須の装置ではない。

次いで、ロータリーキルン５内に供給されたセメント原料は、微粉炭等の燃料を用いたバーナによって、１５００℃程度の温度下で焼成されてクリンカとなる。そして、ロータリーキルン５から排出されたクリンカは、クリンカクーラ６で冷却された後、石膏を添加され、仕上げミル７内で微粉砕され、セメントとなる。

一方、仮焼炉４やロータリーキルン５等の高温雰囲気下でセメント原料が加熱された後に発生する排ガスは、図１において矢印付きの破線で示すように、プレヒータ３内を、１段目サイクロン３ａ、２段目サイクロン３ｂ、３段目サイクロン３ｃ、４段目サイクロン３ｄの順に上昇して、４段目サイクロン３ｄに接続されている排ガス路８内に流入する。

この時、各サイクロンの出口における排ガス温度は、最下段のサイクロン３ａが８２０〜８７０℃、２段目サイクロン３ｂが７３０〜７９０℃、３段目サイクロン３ｃが５９０〜６５０℃、４段目サイクロン３ｄが３７０〜４４０℃程度になる。また、プレヒータ３が５段のサイクロンにより構成されている場合、各サイクロンの出口における排ガス温度は、最下段のサイクロンが８１０〜８７０℃、２段目サイクロンが７７０〜８２０℃、３段目サイクロンが５８０〜７２０℃、４段目サイクロンが４４０〜４９０℃、５段目サイクロンが３５０〜３７０℃程度になる。

また、この時に発生する排ガス中には、残留性有機汚染物質、塩化水素（ＨＣｌ）等の酸性ガス、及びダスト等が含まれている。ここで、残留性有機汚染物質（英語名：Persistent Organic Pollutants、略称：ＰＯＰｓ）とは、難分解性で環境中に残留し、人間の健康や生態系に悪影響を及ぼす汚染物質のことを言い、例えば、ダイオキシン（ＤＸＮｓ）、ポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢ）、ヘキサクロロベンゼン（ＨＣＢ）等が挙げられる。そして、この残留性有機汚染物質は、高温雰囲気下で分解されるが、３００〜４００℃において合成されることが知られている。

次いで、プレヒータ３から排ガス路８内に流入した排ガスは、廃熱ボイラ９に流入する手前に設けられたカルシウム化合物投入口１３において、ＣａＯとＣａ（ＯＨ）_２から選択された少なくとも１つのカルシウム化合物を投入される。この場合、ＣａＯ又はＣａ（ＯＨ）_２の投入方法としては、全乾式又は半乾式の方法が考えられる。全乾式は、ＣａＯ又はＣａ（ＯＨ）_２を乾燥固体の形態で投入する方法であり、カルシウム化合物を投入するための設備が簡易であり、設備費を低減できると共に、投入設備の取扱いや保守管理（メンテナンス）が容易であるという利点を有している。一方、半乾式は、ＣａＯ又はＣａ（ＯＨ）_２をスラリーの形態で投入する方法であり、スラリー中の水分が、排ガスの熱によって突沸して蒸発するため、多孔質の粒子が生じ、排ガス中の塩化水素との反応の効率が高いという利点を有している。

上記したようにカルシウム化合物投入口１３から排ガス路８内に投入されたＣａＯ又はＣａ（ＯＨ）_２は、排ガス中の塩化水素と次のように反応して、塩化カルシウム等を生成する。

ＣａＯ＋２ＨＣｌ → ＣａＣｌ_２＋Ｈ_２Ｏ
Ｃａ（ＯＨ）_２＋２ＨＣｌ → ＣａＣｌ_２＋２Ｈ_２Ｏ
このように、塩化水素が中和されて、固体分である塩化カルシウムになることによって、排ガス中の塩化水素の量が低減し、その結果、カルシウム化合物投入口１３の排ガス下流側の領域において、ダイオキシン類等の残留性有機汚染物質の生成が抑制される。

なお、ＣａＯ又はＣａ（ＯＨ）_２の投入量は、排ガス中の塩化水素の量に応じて適宜定めればよく、具体的には、排ガス中の塩化水素１当量当たりのＣａＯ又はＣａ（ＯＨ）_２の投入量を、１．０〜１０当量とするのがよい。これは、ＣａＯ又はＣａ（ＯＨ）_２の投入量が１．０当量未満では、ＣａＯ又はＣａ（ＯＨ）_２の投入後に排ガス中に残る未反応の塩化水素の量が多くなり、排ガスの浄化を十分に達成することができなくなり、また、この投入量が１０当量を超えると、効果が変わらず量ばかり増え、反応せずに残るＣａＯ又はＣａ（ＯＨ）_２の量が多くなり、不経済になるからである。

そして、排ガスは、このような反応をしながら、廃熱ボイラ９において熱を回収された後、風車１０により粉砕機２又は乾燥機１に送られ、熱源となるために、通常、２００〜３５０℃の温度で粉砕機２又は乾燥機１に流入する。この時、粉砕機２又は乾燥機１内は、残留性有機汚染物質を合成し易い温度になっているが、上記したように、排ガス中の塩化水素は反応し難い形態（塩化カルシウム）に変化しているため、排ガス中における残留性有機汚染物質の生成を抑制することができる。そして、粉砕機２又は乾燥機１に流入した排ガス中の塩化カルシウムは、大部分が粉砕機２で粉砕され、セメント原料となる。

その後、熱源となるために粉砕機２及び乾燥機１を通過した排ガスは、通常、８０〜１５０℃の温度で集塵機１１内に流入し、集塵機１１では、残存している塩化カルシウムを含むダストが排ガスから捕集される。そして、捕集されたダストはセメント原料の一部として再利用され、ダストを除去された排ガスは、最終的に浄化されて煙突１２から大気中へ放出される。

なお、上記した実施の形態において、カルシウム化合物投入口１３は、廃熱ボイラ９に流入する手前に設けられているが、これは単なる例示に過ぎず、プレヒータ３の排ガス出口より排ガス下流側であって、粉砕機２又は乾燥機１の排ガス上流側の地点であれば、例えば、廃熱ボイラ９の排ガス下流側等、他の地点に設けられてもよい。但し、排ガス中の塩化水素とＣａＯ又はＣａ（ＯＨ）_２との反応を促進させるため、カルシウム化合物投入口１３は、ＣａＯ又はＣａ（ＯＨ）_２の滞留時間が長くなるような地点に設けられているのが望ましい。

本発明の実施の形態に係るセメント製造装置の排ガス処理システムの一例を模式的に示す概略構成図である。

符号の説明

１乾燥機
２粉砕機
３プレヒータ
５ロータリーキルン
８排ガス路
１３カルシウム化合物投入口

Claims

乾燥機、粉砕機、プレヒータ及びロータリーキルンを備えたセメント製造装置において発生する排ガスを処理するための、セメント製造装置の排ガス処理方法であって、
（Ａ）塩素分を含むセメント原料を用いたセメント製造過程において、塩化水素を含む排ガスが発生する工程と、
（Ｂ）工程（Ａ）において発生した塩化水素を含む排ガスに対し、前記乾燥機又は粉砕機の排ガス上流側の地点において、ＣａＯとＣａ（ＯＨ）_２から選択された少なくとも１つのカルシウム化合物を投入し、該カルシウム化合物と前記排ガス中の塩化水素との中和生成物である塩化カルシウムを生成させる工程と、
を含むことを特徴とするセメント製造装置の排ガス処理方法。
（Ｃ）前記乾燥機又は粉砕機の排ガス下流側の地点において、前記排ガスから塩化カルシウムを含むダストを捕集し、該ダストをセメント原料の一部として利用する工程をさらに含む請求項１に記載のセメント製造装置の排ガス処理方法。
セメント原料を乾燥するための乾燥機と、前記セメント原料を粉砕するための粉砕機と、前記セメント原料を予熱するためのプレヒータと、前記セメント原料からクリンカを焼成するためのロータリーキルンと、セメントの製造過程において発生し、前記プレヒータから排出された排ガスを前記乾燥機又は前記粉砕機を経由して大気中に放出するための排ガス路とを備えたセメント製造装置の排ガス処理システムであって、
前記乾燥機又は前記粉砕機の排ガス上流側の地点において、ＣａＯとＣａ（ＯＨ）_２から選択された少なくとも１つのカルシウム化合物を前記排ガス路内に投入して、前記排ガス中の塩化水素との中和生成物である塩化カルシウムを生成させるためのカルシウム化合物投入手段を備えていることを特徴とするセメント製造装置の排ガス処理システム。