JP2007098343A - セメント製造装置の排ガス処理方法及び処理システム - Google Patents

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生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、上下複数段のサイクロン３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを含むプレヒータ３とロータリーキルン５及びクリンカクーラ６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）ロータリーキルン５でクリンカを焼成する過程において発生した排ガスをプレヒータ３内に流入させる工程と、（Ｂ）ロータリーキルン５で焼成したクリンカをクリンカクーラ６で冷却する過程において発生した酸素含有高温排気をプレヒータ３に供給す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生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）。
特開２０００−１６８４４号公報

しかしながら、上記した特許文献１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独立した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、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生成されるのを、簡易且つ熱エネルギー消費量の少ない方法によって抑制し、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、上下複数段のサイクロンを含むプレヒータとロータリーキルン及びクリンカクーラ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）前記ロータリーキルンでクリンカを焼成する過程において発生した排ガスを前記プレヒータ内に流入させる工程と、（Ｂ）前記ロータリーキルンで焼成したクリンカを前記クリンカクーラで冷却する過程において発生した酸素含有高温排気を前記プレヒータに供給する工程とを含むことを特徴とする。

そして、前記工程（Ｂ）は、前記ロータリーキルンで焼成したクリンカを前記クリンカクーラで冷却する過程において発生した酸素含有高温排気を前記プレヒータの少なくとも下から２段目までのサイクロンに供給するものであってもよい。

また、（Ｃ）前記ロータリーキルンで焼成したクリンカを前記クリンカクーラで冷却する過程において発生した酸素含有低温排気の高温側部分を前記プレヒータに供給する工程をさらに含んでいてもよく、さらに、前記工程（Ｃ）は、前記ロータリーキルンで焼成したクリンカを前記クリンカクーラで冷却する過程において発生した酸素含有低温排気の高温側部分を前記プレヒータの少なくとも下から２段目までのサイクロンに供給するものであってもよい。

さらに、（Ｄ）前記プレヒータに設けられた加熱手段により、前記プレヒータ内の８００℃以上の領域を拡大する工程を含んでいてもよく、また、前記工程（Ｄ）は、前記加熱手段により、前記プレヒータの少なくとも下から２段目までのサイクロンの出口における排ガスの温度を８００℃以上に保持するものであってもよい。

また、本発明は、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、該ロータリーキルンで焼成したクリンカを冷却するためのクリンカクーラ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、前記ロータリーキルンでクリンカを焼成する過程において発生した排ガスが通過する前記プレヒータに、前記クリンカクーラにおいて前記クリンカを冷却する過程において発生した酸素含有高温排気を供給可能な高温排気供給手段が設けられていることを特徴とする。

さらに、前記プレヒータは上下複数段のサイクロンを備えており、前記高温排気供給手段は、前記プレヒータの少なくとも下から２段目までのサイクロンに酸素含有高温排気を供給可能なように構成されていてもよい。

また、前記クリンカクーラにおいて前記クリンカを冷却する過程において発生した酸素含有低温排気の高温側部分を前記プレヒータに供給可能な低温排気供給手段がさらに設けられていてもよく、さらに、前記プレヒータは上下複数段のサイクロンを備えており、前記低温排気供給手段は、前記プレヒータの少なくとも下から２段目までのサイクロンに酸素含有低温排気の高温側部分を供給可能なように構成されていてもよい。

さらにまた、前記プレヒータには加熱手段が設けられていてもよく、また、前記プレヒータは上下複数段のサイクロンを備えており、前記加熱手段は前記プレヒータの少なくとも下から２段目までのサイクロンの出口側に設けられていてもよい。

本発明によれば、ロータリーキルンで焼成したクリンカをクリンカクーラで冷却する過程において発生した酸素含有高温排気をプレヒータに供給するようになっているため、プレヒータ内の酸素量を増加させることができる。したがって、排ガスの燃焼性を高めることができ、排ガス中の有機物質の燃焼を促進し、残留性有機汚染物質の生成量を減少させることができるため、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。

さらに、ロータリーキルンで焼成したクリンカをクリンカクーラで冷却する過程において発生した酸素含有低温排気の高温側部分もプレヒータに供給するようにした場合には、プレヒータ内の酸素量がより増加するため、排ガスの燃焼性を一段と高めることができ、排ガス中の有機物質の燃焼を促進し、残留性有機汚染物質の生成量をさらに減少させることができる。

また、加熱手段によりプレヒータ内の排ガスの温度を８００℃以上に保持するようにした場合には、上記した効果をさらに高めることができる。

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、及び２台の集塵機１１，１４により構成されている。

乾燥機１は、セメント原料を乾燥し、粉砕機２は、セメント原料を粉砕するものであり、乾燥機１と粉砕機２は兼用機であってもよい。

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の上下４段のサイクロン、及びこれらのサイクロン間に介在する各流通路により構成されている。そして、セメント製造過程において発生した排ガスが各サイクロンの出口を通過する時の温度は、後述する加熱手段８ａ，８ｂを設置しない場合、通常、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。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く、その場合には、各サイクロンの出口における排ガス温度は、後述する加熱手段８ａ，８ｂを設置しない場合、通常、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。

本実施の形態の場合、１段目サイクロン３ａ及び２段目サイクロン３ｂのそれぞれ出口側に、加熱手段８ａ，８ｂが取り付けられている。この加熱手段８ａ，８ｂとしては、燃焼効率の高さや排気の清浄度等の点からガスバーナが最適であるが、重油や微粉炭を熱源とするバーナや、電気ヒータを使用することもできる。また、加熱手段８ａ，８ｂの容量は、排ガスの量や温度に応じて適宜定めればよく、小容量であってもよい。

仮焼炉４は、セメント原料の流れに従って２段目サイクロン３ｂと１段目サイクロン３ａの間に設けられている。仮焼炉４は、セメント原料の仮焼（脱炭酸反応）を効率的に促進させるためバーナ（図示せず）を備えており、仮焼炉４内は、通常、８００〜１０００℃程度の温度に保たれている。仮焼炉４には、例えば、ＳＦ仮焼炉、ＭＦＣ仮焼炉、ＲＳＰ仮焼炉、ＫＳＶ仮焼炉、ＤＤ仮焼炉、ＳＬＣ仮焼炉等を使用することができる。

ロータリーキルン５は、約５ｍの直径と、９０ｍの平均長さを有する巨大な円筒形状を成し、１〜４回／分の速度で回転して、セメント原料を混合しながら焼成する窯であり、微粉炭等を熱源とするバーナ（図示せず）を備えている。

クリンカクーラ６は、その内部が、クリンカの流れに沿って上流側の高温部６ａと下流側の低温部６ｂとに区切られており、高温部６ａと低温部６ｂの高温側及び低温側にはそれぞれ冷却空気の排気路９ａ，９ａ’，９ｂが接続されている。そして、この高温部６ａからの排気路９ａは、主排気路９を経由して、仮焼炉４に接続され、さらに、本発明においては、プレヒータ３の１段目のサイクロン３ａ及び２段目のサイクロン３ｂにも接続されている。一方、低温部６ｂの高温側からの排気路９ａ’は主排気路９に接続され、低温部６ｂの低温側からの排気路９ｂは集塵機１４に接続されている。

集塵機１１及び１４は、セメント製造過程において発生した排ガス中のダストを捕集するためのものであり、処理済み排ガス路１３，１５を介して煙突１２に接続されている。集塵機１１，１４としては、通常、電気集塵機が用いられるが、それ以外の集塵機、例えば、濾過集塵装置等を使用することもできる。

次に、図１を参照しつつ、前記セメント製造装置の作用について説明する。

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されているように、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。

次いで、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、さらに仮焼炉４のバーナによって加熱された後、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。

ロータリーキルン５内に供給されたセメント原料は、ロータリーキルン５のバーナによって、１０００〜１５００℃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の高温部６ａ及び低温部６ｂにおいてそれぞれ冷却された後、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。

このようにロータリーキルン５で焼成したクリンカをクリンカクーラ６で冷却する際、クリンカクーラ６の高温部６ａからは、酸素濃度が、約２１容量％で、温度が、５００℃以上、好ましくは、６００℃以上、より好ましくは７００℃以上の、酸素含有高温排気が排出され、この酸素含有高温排気は、図１中で矢印付きの二点鎖線で示されているように、排気路９ａ及び主排気路９を通って、仮焼炉４及びプレヒータ３の一段目サイクロン３ａ及び２段目サイクロン３ｂに供給される。これにより、仮焼炉４及びプレヒータ３内の酸素量が増加するため、排ガスの燃焼性を高めることができる。

また、クリンカクーラ６の高温部６ａで冷却されたクリンカを低温部６ｂにおいてさらに冷却する際、クリンカクーラ６の低温部６ｂからは、酸素濃度が、約２１容量％で、温度が約２００℃以上の、前記酸素含有高温排気よりも低い温度の酸素含有低温排気が排出される。そして、この酸素含有低温排気の内、低温側部分の約３００℃以下の排気は、図１中で矢印付きの二点鎖線で示されているように、排気路９ｂを通って、集塵機１４に送られ、処理済み排ガス路１５を介して煙突１２から大気中に放出される。また、前記酸素含有低温排気の内、高温側部分の約３００℃以上の排気は、排気路９ａ’から主排気路９に合流し、前記酸素含有高温排気と共に仮焼炉４及びプレヒータ３の一段目のサイクロン３ａ及び２段目のサイクロン３ｂに供給される。これにより、仮焼炉４及びプレヒータ３内の酸素量がさらに増加し、仮焼炉４やプレヒータ３内の排ガスの燃焼性を一段と高めることができる。

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されているように、ロータリーキルン５及び仮焼炉４からプレヒータ３内に流入し、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の順に上昇する。そして、排ガスは、プレヒータ３内を上昇する時、１段目サイクロン３ａ及び２段目サイクロン３ｂのそれぞれ出口側において加熱手段８ａ，８ｂにより加熱され、８００℃以上の高温に保持され、プレヒータ内の８００℃以上の領域は拡大される。

なお、この時に発生する排ガス中には、残留性有機汚染物質、水銀含有物質、酸性ガス、悪臭物質、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、８００℃以上の高温雰囲気下において分解されることが知られている。

したがって、上記したように、１段目サイクロン３ａ及び２段目サイクロン３ｂのそれぞれ出口側に加熱手段８ａ，８ｂを取り付け、１段目サイクロン３ａ及び２段目サイクロン３ｂの出口における排ガスの温度を８００℃以上の高温に保持し、プレヒータ内の８００℃以上の領域を拡大することにより、排ガス中の有機物質の燃焼が促進され、残留性有機汚染物質の生成量を減少させることができる。

また、上記したように、クリンカクーラ６からの酸素含有高温排気及び酸素含有低温排気が、排気路９ａ，９ａ’及び主排気路９を通って、仮焼炉４とプレヒータ３の一段目サイクロン３ａ及び２段目サイクロン３ｂに供給されることにより、仮焼炉４及びプレヒータ３内の酸素量や排ガスの高温領域滞留時間が増加するため、排ガス中の有機物質の燃焼が一層促進され、残留性有機汚染物質の生成量をさらに減少させることができる。

その後、上記したように４段目サイクロン３ｄから排ガス路１０内に流入した排ガスは、熱源となるために、粉砕機２又は乾燥機１を通過し、通常、８０〜１５０℃の温度で集塵機１１内に流入する。集塵機１１では、排ガス中からダストが捕集され、ダストを除去された排ガスは、浄化され、処理済みガス排出路１３を経由して、最終的には煙突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、加熱手段８ａ，８ｂは、プレヒータ３の下段寄りの１段目サイクロン３ａと２段目サイクロン３ｂの各出口側に取り付けられているが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、例えば、すべての段のサイクロン３a，３ｂ，３ｃ，３ｄの本体部分、或いはそれらの出口側の各流通路にそれぞれ設置する等、加熱手段の設置数及び取付箇所については各種変更が可能である。但し、プレヒータ３の下段寄りのサイクロン３ａ，３ｂを通過する排ガス温度が高い程、残留性有機汚染物質の生成量が減少する傾向があるため、加熱手段は少なくとも下段寄りのサイクロンの出口側に設けられているのが望ましい。

また、上記した実施の形態では、クリンカクーラ６からの酸素含有高温排気又は酸素含有低温排気の高温側部分が、仮焼炉４及びプレヒータ３の１段目サイクロン３ａと２段目サイクロン３ｂに供給されているが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、例えば、仮焼炉４及びプレヒータ３のすべての段のサイクロン３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄや、１段目サイクロン３ａにのみ前記排気を供給する等、各種変更が可能である。

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

３ プレヒータ
３ａ １段目サイクロン
３ｂ ２段目サイクロン
５ ロータリーキルン
６ クリンカクーラ
８ａ，８ｂ 加熱手段
９ａ，９ａ’ 排気路

Claims (12)

1. 上下複数段のサイクロンを含むプレヒータとロータリーキルン及びクリンカクーラ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）前記ロータリーキルンでクリンカを焼成する過程において発生した排ガスを前記プレヒータ内に流入させる工程と、
   （Ｂ）前記ロータリーキルンで焼成したクリンカを前記クリンカクーラで冷却する過程において発生した酸素含有高温排気を前記プレヒータに供給する工程と、
   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。
2. 前記工程（Ｂ）は、前記ロータリーキルンで焼成したクリンカを前記クリンカクーラで冷却する過程において発生した酸素含有高温排気を前記プレヒータの少なくとも下から２段目までのサイクロンに供給するものである請求項１に記載のセメント製造装置の排ガス処理方法。
3. （Ｃ）前記ロータリーキルンで焼成したクリンカを前記クリンカクーラで冷却する過程において発生した酸素含有低温排気の高温側部分を前記プレヒータに供給する工程をさらに含む請求項１又は２に記載のセメント製造装置の排ガス処理方法。
4. 前記工程（Ｃ）は、前記ロータリーキルンで焼成したクリンカを前記クリンカクーラで冷却する過程において発生した酸素含有低温排気の高温側部分を前記プレヒータの少なくとも下から２段目までのサイクロンに供給するものである請求項３に記載のセメント製造装置の排ガス処理方法。
5. （Ｄ）前記プレヒータに設けられた加熱手段により、前記プレヒータ内の８００℃以上の領域を拡大する工程をさらに含む請求項１〜４のいずれか１の請求項に記載のセメント製造装置の排ガス処理方法。
6. 前記工程（Ｄ）は、前記加熱手段により、前記プレヒータの少なくとも下から２段目までのサイクロンの出口における排ガスの温度を８００℃以上に保持するものである請求項５に記載のセメント製造装置の排ガス処理方法。
7. 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、該ロータリーキルンで焼成したクリンカを冷却するためのクリンカクーラ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、
   前記ロータリーキルンでクリンカを焼成する過程において発生した排ガスが通過する前記プレヒータに、前記クリンカクーラにおいて前記クリンカを冷却する過程において発生した酸素含有高温排気を供給可能な高温排気供給手段が設けられ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。
8. 前記プレヒータは上下複数段のサイクロンを備えており、前記高温排気供給手段は、前記プレヒータの少なくとも下から２段目までのサイクロンに酸素含有高温排気を供給可能なように構成されている請求項７に記載のセメント製造装置の排ガス処理システム。
9. 前記クリンカクーラにおいて前記クリンカを冷却する過程において発生した酸素含有低温排気の高温側部分を前記プレヒータに供給可能な低温排気供給手段がさらに設けられている請求項７又は８に記載のセメント製造装置の排ガス処理システム。
10. 前記プレヒータは上下複数段のサイクロンを備えており、前記低温排気供給手段は、前記プレヒータの少なくとも下から２段目までのサイクロンに酸素含有低温排気の高温側部分を供給可能なように構成されている請求項９に記載のセメント製造装置の排ガス処理システム。
11. 前記プレヒータには加熱手段が設けられている請求項７〜１０のいずれか１の請求項に記載のセメント製造装置の排ガス処理システム。
12. 前記プレヒータは上下複数段のサイクロンを備えており、前記加熱手段は前記プレヒータの少なくとも下から２段目までのサイクロンの出口側に設けられている請求項１１に記載のセメント製造装置の排ガス処理システム。

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