JP2007126328A - セメント製造装置及びセメント製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 セメント製造工程での有機塩素化合物の生成を根本から抑制することができ、セメント製造工程からの有機塩素化合物の排出を確実に抑制することができるセメント製造装置及びセメント製造方法を提供する。
【解決手段】 セメント製造装置１は、セメント原料を仮焼成する仮焼炉２６と、前記仮焼炉２６にて仮焼されたセメント原料を焼成し、クリンカを製造するロータリーキルン３と、酸素濃度を５０体積％以上に調整した酸素富化空気を前記仮焼炉２６及び／又は前記ロータリーキルン３の窯尻部に供給する酸素富化空気供給手段とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、セメント製造工程における有機塩素化合物の排出抑制を可能としたセメント製造装置及びセメント製造方法に関する。

近年、セメント製造装置の仮焼炉、ロータリーキルン等における燃焼用燃料の一部に、廃タイヤ、木屑、下水汚泥、廃プラスチック等の可燃性廃棄物が使用されるようになってきている。これらの廃棄物は、石炭の使用量を削減し、資源の温存に役立ったり、セメント製造コストの低減に貢献したりしている。

セメント製造装置は、通常、クリンカを焼成するためのロータリーキルン、原料を予熱し脱炭酸を促進するための仮焼炉付きプレヒーター、キルン排ガスの余熱を利用して原料を乾燥するための原料ドライヤー、粉砕するための原料ミル、排ガスを除塵し浄化するための集塵機、クリンカを冷却するためのクリンカクーラー、クリンカを石膏とともに粉砕し最終的に製品のセメントを得るための仕上げミル等から構成される。

廃タイヤ、木屑、下水汚泥、廃プラスチック等の廃棄物は、通常、ロータリーキルンの窯尻と称する部分又は仮焼炉に投入され燃焼されるが、それらの燃焼によって微量のダイオキシン類等の有機塩素化合物が生成する。有機塩素化合物は、その大部分が集塵機において捕集され、セメント製造装置の外には放出されないものの、捕集されなかったわずかな有機塩素化合物が大気に放出されるおそれがある。このため、その排出量の削減は、常に改善を進めるべき課題となっている。

このような背景にあって、キルン排ガスに含まれる有機塩素化合物を低減する方法が考案されている。例えば、プレヒーターより排出された後、煙突に至るまでの間の配管又は装置内を流通する温度３５０℃以上の排ガスの一部を抽気し、該ガス中に含有されている水銀、ダイオキシン等の有害物質を凝縮させて除去する方法が知られている（特許文献１参照）。

また、キルン排ガスを、集塵機を用いて処理し、捕集された有機塩素化合物を含むダストの少なくとも一部を、セメント製造装置内の８００℃以上の場所（例えば、ロータリーキルン、仮焼炉、サスペンションプレヒータの最下段サイクロン等）に投入する方法が知られている（特許文献２参照）。

さらに、窯尻からキルン排ガスの一部を抽気して除塵した後に、該抽気ガスをクリンカクーラーへと供給して有機塩素化合物を分解する方法が知られている（特許文献３参照）。
特開２００５−９７００５号公報 特開２００４−２４４３０８号公報 特開２００３−１９２４０５号公報

しかし、これらのいずれの方法も、有機塩素化合物の生成を根本から抑制するものではなく、生成した有機塩素化合物をガスや粉体を媒体として、低温部に送って凝縮させるか、高温部に送って分解させる方法であって、特許文献１に記載の方法は、低温凝縮により抽気ガスから回収したダイオキシンが含まれる凝縮液を処分する手間が必要となる。また、いずれの方法も有機塩素化合物を含む媒体を高温部に送る工程で媒体の漏出が生じた場合に、媒体の塩素化合物濃度が高いため、漏出の生じた周辺が高度に汚染されるおそれがある。

このような問題点に鑑みて、本発明は、セメント製造工程での有機塩素化合物の生成を根本から抑制することができ、セメント製造工程からの有機塩素化合物の排出を確実に抑制することができるセメント製造装置及びセメント製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のセメント製造装置は、セメント原料を仮焼する仮焼炉と、前記仮焼炉にて仮焼されたセメント原料を焼成し、クリンカを製造するロータリーキルンと、酸素濃度を５０体積％以上に調整した酸素富化空気を前記仮焼炉及び／又は前記ロータリーキルンの窯尻部に供給する酸素富化空気供給手段とを備えることを特徴とする（請求項１）。

仮焼炉に投入された燃料としての微粉炭又は補助燃料としての可燃性廃棄物を完全に燃焼させることができず、また、ロータリーキルンの窯尻部に投入された燃料としての可燃性廃棄物を完全に燃焼させることができず、燃え残った有機物がセメント製造装置（特に、プレヒーター）内に存在すると、その残存した有機物と塩素とが反応してダイオキシン等の有機塩素化合物が生成されるが、上記発明（請求項１）によれば、酸素濃度を５０体積％に調整した酸素富化空気が仮焼炉及び／又はロータリーキルンの窯尻部に供給されることで、仮焼炉に投入された燃料としての微粉炭及び補助燃料としての可燃性廃棄物、並びにロータリーキルンの窯尻部に投入された燃料としての可燃性廃棄物の燃焼性が向上するため、セメント製造工程におけるダイオキシン等の有機塩素化合物の生成を抑制することができる。

上記発明（請求項１）においては、前記ロータリーキルンの窯前部に接続されたクリンカクーラーと、前記クリンカクーラーと前記仮焼炉とを接続し、前記クリンカクーラーから抽気した抽気ガスを前記仮焼炉に供給するクーラー抽気配管とをさらに備え、前記酸素富化空気供給手段は、前記クーラー抽気配管内、前記仮焼炉及び前記ロータリーキルンの窯尻部からなる群より選ばれる１又は２以上に前記酸素富化空気を供給する手段であることが好ましい（請求項２）。

上記発明（請求項２）によれば、クーラー抽気配管内、仮焼炉及びロータリーキルンの窯尻部からなる群より選ばれる１又は２以上に酸素富化空気が供給されるため、仮焼炉及び／又はロータリーキルンの窯尻部に投入された燃料又は補助燃料としての微粉炭や可燃性廃棄物の燃焼性が、供給された酸素富化空気によって向上し、ダイオキシン等の有機塩素化合物の生成を抑制することができる。

上記発明（請求項１，２）においては、吸着剤としてモレキュラーシーブを充填した吸着塔を有する酸素富化空気製造装置をさらに備えることが好ましく（請求項３）、上記発明（請求項３）においては、前記酸素富化空気製造装置は、少なくとも３つの前記吸着塔を有しており、前記３つの吸着塔のうちの１つの吸着塔に空気を供給することで前記酸素富化空気を製造することが好ましい（請求項４）。

モレキュラーシーブを充填した吸着塔に空気を供給することで、モレキュラーシーブの分子篩い作用により、モレキュラーシーブに空気中の窒素が選択的に吸着されて、酸素濃度の高い酸素富化空気を得ることができるため、上記発明（請求項３，４）によれば、かかる酸素富化空気を仮焼炉及び／又はロータリーキルンの窯尻部に供給することで、燃焼用燃料である微粉炭及び可燃性廃棄物の燃焼性を向上させ、ダイオキシン等の有機塩素化合物の生成を抑制することができる。

上記発明（請求項１〜４）においては、前記酸素富化空気を加熱する加熱手段をさらに備えることが好ましく（請求項５）、上記発明（請求項５）においては、前記加熱手段は、前記セメント製造装置からの廃熱を利用して前記酸素富化空気を加熱する手段であることが好ましい（請求項６）。

上記発明（請求項５，６）によれば、あらかじめ加熱された酸素富化空気が仮焼炉及び／又はロータリーキルンの窯尻部に供給されるため、燃焼用燃料（微粉炭、可燃性廃棄物等）の燃焼性が向上し、ダイオキシン等の有機塩素化合物の生成をより抑制することができるとともに、セメント製造装置からの廃熱を利用して酸素富化空気を加熱することにで、セメント製造装置の熱収支が良好になる。

また、本発明のセメント製造方法は、酸素濃度を５０体積％以上に調整した酸素富化空気を仮焼炉及び／又はロータリーキルンの窯尻部に供給し、有機塩素化合物の生成を抑制することを特徴とする（請求項７）。

上記発明（請求項７）によれば、仮焼炉及び／又はロータリーキルンの窯尻部に酸素濃度が５０体積％以上に調整された酸素富化空気が供給されることで、仮焼炉及び／又はロータリーキルンの窯尻部に投入された燃焼用燃料（微粉炭、可燃性廃棄物等）の燃焼性が向上するため、ダイオキシン等の有機塩素化合物の生成を抑制することができる。

上記発明（請求項７）においては、クリンカクーラーから抽気した抽気ガスを、クーラー抽気配管を通じて前記仮焼炉に供給するとともに、クーラー抽気配管内、仮焼炉及びロータリーキルンの窯尻部からなる群より選ばれる１又は２以上に前記酸素富化空気を供給することが好ましい（請求項８）。

上記発明（請求項８）によれば、クーラー抽気配管内、仮焼炉及びロータリーキルンの窯尻部からなる群より選ばれる１又は２以上に酸素富化空気が供給されるため、仮焼炉及び／又はロータリーキルンの窯尻部に投入された微粉炭や可燃性廃棄物の燃焼性が、供給された酸素富化空気によって向上し、ダイオキシン等の有機塩素化合物の生成を抑制することができる。

上記発明（請求項７，８）においては、モレキュラーシーブを充填した吸着塔に空気を供給し、当該モレキュラーシーブに空気中の窒素を吸着させることで酸素濃度を５０体積％以上に調整した前記酸素富化空気を供給することが好ましい（請求項９）。

モレキュラーシーブを充填した吸着塔に空気を供給することで、モレキュラーシーブの分子篩い作用により、モレキュラーシーブに空気中の窒素が選択的に吸着されて、酸素濃度の高い酸素富化空気を得ることができるため、上記発明（請求項９）によれば、かかる酸素富化空気を仮焼炉及び／又はロータリーキルンの窯尻部に供給することで、燃焼用燃料（微粉炭、可燃性廃棄物等）の燃焼性を向上させることができ、ダイオキシン等の有機塩素化合物の生成を抑制することができる。

上記発明（請求項７〜９）においては、前記酸素富化空気をあらかじめ加熱してから供給することが好ましく（請求項１０）、上記発明（請求項１０）においては、セメント製造工程における廃熱を利用して前記酸素富化空気を加熱することが好ましい（請求項１１）。

上記発明（請求項１０，１１）によれば、仮焼炉及び／又はロータリーキルンの窯尻部に供給される酸素富化空気があらかじめ加熱されるため、仮焼炉内及び／又はロータリーキルンの窯尻部内における燃焼用燃料（微粉炭、可燃性廃棄物等）の燃焼性が向上し、ダイオキシン等の有機塩素化合物の生成をより抑制することができる。

本発明によれば、セメント製造工程での有機塩素化合物の生成を根本から抑制することができ、したがって有機塩素化合物が漏出する可能性もなく、セメント製造工程からの有機塩素化合物の排出を確実に抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るセメント製造装置を、図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係るセメント製造装置を示す概略構成図であり、図２は、本実施形態に係るセメント製造装置における酸素富化空気製造装置を示す概略構成図である。

図１に示すように、本実施形態に係るセメント製造装置１は、第１〜第５のサイクロン２１，２２，２３，２４，２５及び仮焼炉２６を有するプレヒーター２と、仮焼炉２６内に設けられた微粉炭バーナー２６１と、第５のサイクロン２５に接続されたロータリーキルン３と、ロータリーキルン３の窯前部に接続されたクリンカクーラー４と、クリンカクーラー４と仮焼炉２６とを接続するクーラー抽気配管４１と、酸素富化空気製造装置５とを備える。

プレヒーター２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、第１のサイクロン２１に投入されたセメント原料は、第１のサイクロン２１から第５のサイクロン２５へと順次移動しながら予熱される。仮焼炉２６は、その内部に微粉炭バーナー２６１が設けられており、セメント原料の仮焼（脱炭酸反応）を効率的に促進させる。仮焼炉２６としては、特にその種類が限定されるものではなく、例えば、ＳＦ仮焼炉、ＭＦＣ仮焼炉、ＲＳＰ仮焼炉、ＫＳＶ仮焼炉、ＤＤ仮焼炉、ＳＬＣ仮焼炉等を用いることができる。

ロータリーキルン３は、第１〜第５のサイクロン２１〜２５にて予熱され、プレヒーター２の仮焼炉２６内で仮焼され脱炭酸されたセメント原料を焼成し、クリンカを製造するためのものである。

クリンカクーラー４は、ロータリーキルン３内で焼成されて得られたクリンカを冷却するためのものであり、クリンカクーラー４には、クリンカを冷却するための空気をクリンカ層（クリンカクーラー４）内に供給するファン（図示せず）が設けられている。また、クリンカクーラー４には、クリンカクーラー４と仮焼炉２６とを接続するクーラー抽気配管４１が設けられている。

酸素富化空気製造装置５は、酸素濃度の高い酸素富化空気を製造する装置である。酸素富化空気製造装置５には、仮焼炉２６及びロータリーキルン３の窯尻部に酸素富化空気を供給するための通気管５１が設けられており、通気管５１は、途中で分岐して、クーラー抽気配管４１の途中、仮焼炉２６及びロータリーキルン３の窯尻部のそれぞれに接続されている。なお、本実施形態においては、酸素富化空気製造装置５から酸素富化空気を供給するため通気管５１が、クーラー抽気配管４１の途中、仮焼炉２６及びロータリーキルン３の窯尻部のそれぞれに接続されているが、これに限定されるものではなく、少なくともこれらのうちのいずれかに接続されていればよい。

図２に示すように、酸素富化空気製造装置５は、モレキュラーシーブが充填された第１〜第３の吸着塔５２，５３，５４を備えており、各吸着塔５２〜５４は並列に並べられている。酸素富化空気製造装置５においては、第１〜第３の吸着塔５２〜５４に乾燥空気が供給されると、第１〜第３の吸着塔５２〜５４に充填されたモレキュラーシーブに乾燥空気中の窒素が選択的に吸着され、これにより酸素濃度の高い酸素富化空気を製造することができる。

酸素富化空気製造装置５において製造される酸素富化空気は、その酸素濃度が５０体積％以上であることが好ましく、８０体積％以上であることがより好ましく、９０体積％以上であることが特に好ましい。酸素濃度が５０体積％未満であると、仮焼炉２６において燃料として使用される微粉炭及び補助燃料として適宜使用される可燃性廃棄物、並びにロータリーキルン３の窯尻部に投入される燃料としての可燃性廃棄物の燃焼改善効果が小さく、ダイオキシン等の有機塩素化合物の生成を抑制できないおそれがある。

酸素富化空気製造装置５において、第１の吸着塔５２に乾燥空気が供給されている間、第２及び第３の吸着塔５３，５４は、充填されたモレキュラーシーブの再生工程に付されている。第１の吸着塔５２における窒素の吸着量が所定量以上になると、第２の吸着塔５３に乾燥空気が供給され、第２の吸着塔５３から酸素富化空気が排出されるようになり、第１の吸着塔５２は、充填されているモレキュラーシーブの再生工程に付される。

本実施形態においては、クーラー抽気配管４１内、仮焼炉２６及びロータリーキルン３の窯尻部からなる群より選ばれる１又は２以上の部分に供給される酸素富化空気を加熱する加熱手段が設けられていることが好ましい。当該酸素富化空気があらかじめ加熱されていれば、燃料の燃焼性が向上するとともに、セメント製造装置１における熱収支が良好になる。酸素富化空気は、クーラー抽気ガスの温度と略同等の温度に加熱するのが好ましく、具体的には７００〜８００℃に加熱するのが好ましい。

酸素富化空気を加熱する加熱手段としては、例えば、電気ヒーター、灯油バーナー、ガスバーナー等の熱源を挙げることができる。また、当該加熱手段は、セメント製造工程各所の廃熱を利用して酸素富化空気を加熱する手段であってもよい。セメント製造工程各所の廃熱を利用すれば、酸素富化空気を加熱するための新たな燃料や電気を必要とすることもなく、これまで使用されていなかった廃熱を有効活用することができる。

セメント製造工程の廃熱を利用して酸素富化空気を加熱する場合、例えば、クリンカクーラー４に設けられたクーラー電気集塵機より排出されるガスにより加熱したり、プレヒーター２における第１〜第５のサイクロン２１〜２５又は仮焼炉２６の筐体表面等を利用して加熱したりすることができる。これらの位置に酸素富化空気製造装置５からの通気管５１を設けて熱交換し、廃熱を回収した後、クーラー抽気配管４１内、仮焼炉２６及びロータリーキルン３の窯尻部からなる群より選ばれる１又は２以上に酸素富化空気を供給することができる。なお、仮焼炉２６の廃熱を用いて酸素富化空気を加熱すれば、加熱手段が酸素富化空気の供給位置の一つである仮焼炉２６に近く、通気管５１のとり回しがしやすいため、より好ましい。

このような構成を有するセメント製造装置１において、第１のサイクロン２１に投入されたセメント原料は、第１のサイクロン２１から第５のサイクロン２５へと順次移動しながら予熱され、仮焼炉２６に供給される。仮焼炉２６に供給されたセメント原料は、仮焼炉２６内においてさらに加熱され、ロータリーキルン３に供給される。当該セメント原料はロータリーキルン３内にて焼成されて、クリンカが製造され、得られたクリンカは、クリンカクーラー４に供給されて冷却される。クリンカクーラー４内で冷却されたクリンカは、必要に応じて石膏等の各種添加材が添加され、ミル（図示せず）に供給されて粉砕され、セメントが製造される。

クリンカクーラー４内でクリンカと熱交換され、クリンカクーラー４から抽気された約７００〜７５０℃の抽気ガスは、クーラー抽気配管４１を通じて仮焼炉２６に燃焼用ガスとして供給される。

酸素富化空気製造装置５においては、除湿器（図示せず）にて処理された乾燥空気が、第１の吸着塔５２に供給され、その乾燥空気に含まれる窒素が、モレキュラーシーブに選択的に吸着されることにより、酸素が濃縮された酸素富化空気が製造される。このようにして製造された酸素富化空気は、仮焼炉２６の廃熱によりあらかじめ加熱され、クリンカ抽気配管４１の途中に接続されている通気管５１ａを通じて、クリンカ抽気とともに仮焼炉２６に供給されるとともに、仮焼炉２６に接続されている通気管５１ｂを通じて仮焼炉２６に供給される（図１の矢印を参照）。また、酸素富化空気は、ロータリーキルン３の窯尻部に接続されている通気管５１ｃを通じてロータリーキルン３の窯尻部に供給される（図１の矢印を参照）。

酸素富化空気の仮焼炉２６及びロータリーキルン３の窯尻部への供給量は、仮焼炉２６及びロータリーキルン３の窯尻部に供給されるガスの全量に対し、１体積％以上であることが好ましく、特に１０体積％以上であることが好ましい。酸素富化空気の供給量が仮焼炉２６及びロータリーキルン３の窯尻部に供給されるガスの全量に対し１体積％未満であると、ダイオキシン等の有機塩素化合物の生成を抑制するという本発明の効果を期待することができないおそれがある。なお、仮焼炉２６に供給されるガスは、そのすべてが酸素富化空気であってもよく、この場合、クーラー抽気配管４１を仮焼炉２６に接続する必要はなく、通気管５１を仮焼炉２６に直接接続すればよい。

本実施形態に係るセメント製造装置１によれば、仮焼炉２６内及びロータリーキルン３の窯尻部に酸素富化空気が供給され、仮焼炉２６に投入された燃料としての微粉炭及び補助燃料としての可燃性廃棄物、並びにロータリーキルン３に投入された燃料としての可燃性廃棄物の燃焼性が、供給された酸素富化空気によって向上するため、プレヒーター２内におけるダイオキシン等の有機塩素化合物の生成を抑制することができる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

本実施形態では、酸素富化空気製造装置５を設けて当該酸素富化空気製造装置５にて製造された酸素富化空気を仮焼炉２６に供給する構成としているが、例えば、純酸素又は酸素富化空気を充填したタンクを設置し、当該タンクから純酸素又は酸素富化空気を仮焼炉２６及びロータリーキルン３の窯尻部に供給する構成としてもよい。

本発明の一実施形態に係るセメント製造装置を示す概略構成図である。 本発明の一実施形態に係るセメント製造装置における酸素富化空気製造装置を示す概略構成図である。

符号の説明

１…セメント製造装置
２…プレヒーター
２６…仮焼炉
３…ロータリーキルン
４…クリンカクーラー
４１…クーラー抽気配管
５…酸素富化空気製造装置
５１，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ…通気管
５２…第１の吸着塔
５３…第２の吸着塔
５４…第３の吸着塔

Claims (11)

1. セメント原料を仮焼する仮焼炉と、
   前記仮焼炉にて仮焼されたセメント原料を焼成し、クリンカを製造するロータリーキルンと、
   酸素濃度を５０体積％以上に調整した酸素富化空気を前記仮焼炉及び／又は前記ロータリーキルンの窯尻部に供給する酸素富化空気供給手段と
   を備えることを特徴とするセメント製造装置。
2. 前記ロータリーキルンの窯前部に接続されたクリンカクーラーと、
   前記クリンカクーラーと前記仮焼炉とを接続し、前記クリンカクーラーから抽気した抽気ガスを前記仮焼炉に供給するクーラー抽気配管とをさらに備え、
   前記酸素富化空気供給手段は、前記クーラー抽気配管内、前記仮焼炉及び前記ロータリーキルンの窯尻部からなる群より選ばれる１又は２以上に前記酸素富化空気を供給する手段であることを特徴とする請求項１に記載のセメント製造装置。
3. 吸着剤としてモレキュラーシーブを充填した吸着塔を有する酸素富化空気製造装置をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のセメント製造装置。
4. 前記酸素富化空気製造装置は、少なくとも３つの前記吸着塔を有しており、
   前記３つの吸着塔のうちの１つの吸着塔に空気を供給することで前記酸素富化空気を製造することを特徴とする請求項３に記載のセメント製造装置。
5. 前記酸素富化空気を加熱する加熱手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のセメント製造装置。
6. 前記加熱手段は、前記セメント製造装置からの廃熱を利用して前記酸素富化空気を加熱する手段であることを特徴とする請求項５に記載のセメント製造装置。
7. 酸素濃度を５０体積％以上に調整した酸素富化空気を仮焼炉及び／又はロータリーキルンの窯尻部に供給し、セメント製造工程における有機塩素化合物の生成を抑制することを特徴とするセメント製造方法。
8. クリンカクーラーから抽気した抽気ガスを、クーラー抽気配管を通じて前記仮焼炉に供給するとともに、クーラー抽気配管内、仮焼炉及びロータリーキルンの窯尻部からなる群より選ばれる１又は２以上に前記酸素富化空気を供給することを特徴とする請求項７に記載のセメント製造方法。
9. モレキュラーシーブを充填した吸着塔に空気を供給し、当該モレキュラーシーブに空気中の窒素を吸着させることで酸素濃度を５０体積％以上に調整した前記酸素富化空気を供給することを特徴とする請求項７又は８に記載のセメント製造方法。
10. 前記酸素富化空気をあらかじめ加熱してから供給することを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載のセメント製造方法。
11. セメント製造工程における廃熱を利用して前記酸素富化空気を加熱することを特徴とする請求項１０に記載のセメント製造方法。
    

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