JP2008137818A - セメントクリンカ製造方法及びその製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】抽気排ガスを簡便な方法により効果的に処理することに加えて、抽気排ガスの抽気率を大幅に向上させつつ、セメントクリンカの製造装置を長期安定的に運転を行うことができるセメントクリンカの製造方法及び製造装置を提供する。
【解決手段】セメントクリンカ製造装置の排ガスの一部を抽気し、抽気した排ガスに含まれる揮発性成分を排ガスから分離してセメントクリンカ製造装置内の揮発性成分を低減させてセメントクリンカを製造する方法において、前記抽気した排ガスを空気で直接急冷し、急冷した排ガスを間接冷却装置で冷却する。
【選択図】 なし

Description

本発明は、セメントキルン排ガスの一部を抽気し、セメント原料焼成系内の塩化アルカリ等の揮発性成分量を低減させるセメントクリンカの製造方法及びその製造装置に関する。

セメント原燃料からＳＰ（サスペンションプレヒータ方式）キルン、ＮＳＰ（仮焼炉付サスペンションプレヒータ方式）キルン等のセメントキルン焼成系内に持ち込まれた揮発性の不純物は、高温であるキルン内では気化し、気流に乗ってセメント原料予熱装置（以下プレヒータと称す）へ戻される。揮発した不純物は、キルン内より低温であるプレヒータ内では液化または固化し、再度キルン内に持ち込まれることで系内を循環し次第に濃度が濃くなり、ついにはプレヒータ等セメント原料焼成系内壁に付着するコーチングの発生、成長により経路の閉塞を起こし、運転停止を余儀なくされる原因となっている。この問題を解決する方法として、セメント原料焼成系内からセメントキルン排ガスの一部を抽気、処理して塩化アルカリを主成分とする揮発性成分の一部を除去し、焼成系内におけるコーチングトラブルを抑制する塩素バイパスと呼ばれる方法が知られている。

この塩素バイパスの原理は、プレヒータ内からガスを抽気し、そのガスを塩素バイパス設備の抽気排ガス処理装置内で冷却し、ガスに含まれている揮発性アルカリを固化して捕集し・高温のキルン部分をバイパスすることで、セメント原料焼成系内を循環する揮発性成分の量を低減するものである。

一方、近年循環型社会への貢献として、焼却灰等の廃棄物をセメント原料化、有効利用を押し進めているが、これに伴いセメント原料製造装置内に持ち込まれる塩化アルカリの量が増加してきている。このため、廃棄物から持ち込まれる塩化アルカリの増加に合わせ、塩素バイパスの抽気量の増加が必要になっている。

抽気したガスを冷却、固化しセメントクリンカ製造装置系外へ除去する揮発性アルカリの固化物は、数ミクロン程度の微粒子であるため、一般的にバッグフィルタ式集塵機で捕集される。しかし、バッグフィルタのろ布の常用耐熱温度は高温用でも２００℃強程度であり、このろ布を保護するためバッグフィルタ集塵機に入る抽気排ガスの温度をろ布の耐熱温度以下まで下げる必要がある。

例えば、特許文献１では、水の噴霧による冷却方法が示されている。しかし、抽気排ガス中の湿分が高くなる。この結果、ガス中の湿分により塩素化合物がバッグフィルタ部で潮解し、バッグフィルタの目詰まりの原因となる。また抽気ガス中には硫黄ガスも含まれておりこれが水分と反応し硫酸塩等が生成され設備の腐蝕等が懸念され、運転上、設備上の長期安定運転を行う上で障害となるおそれがある。
一方、廃棄物の使用量を増加することに伴い、抽気排ガスの抽気率を高くすることが想定される。このような観点から、抽気排ガスの抽気率を高くした場合においても、セメントクリンカの製造装置を長期安定的に運転を行うことができる装置システムの開発が待望されている。

特開昭６２−２５２３４９号公報

本発明は、抽気排ガスを簡便な方法により効果的に処理することに加えて、抽気排ガスの抽気率を大幅に向上させつつ、セメントクリンカの製造装置を長期安定的に運転を行うことができるセメントクリンカの製造方法及び製造装置を提供することを課題とする。

本発明者らは、高抽気塩素バイパスを備えたセメントクリンカ製造装置がシンプルな構成で安定運転することを鋭意研究した結果、本発明を開発するに至った。
すなわち、本発明は、セメントクリンカ製造装置の排ガスの一部を抽気し、抽気した排ガスに含まれる揮発性成分を排ガスから分離してセメントクリンカ製造装置内の揮発性成分を低減させてセメントクリンカを製造する方法において、前記抽気した排ガスを空気で直接急冷し、急冷した排ガスを間接冷却装置で冷却することを特徴とするセメントクリンカの製造方法である。
また、別の発明としては、セメントクリンカ製造装置の排ガスを抽気するための抽気管と、抽気管に接続され抽気した排ガスを空気で直接急冷するための冷却部と、前記急冷した排ガスを冷却するための間接冷却装置と、間接冷却された排ガスに含まれる固形物を排ガスから分離するための分離手段とを備えるセメントクリンカの製造装置である。
なお、ここで言う固形物とは、低融点の揮発性成分が冷却により固化したものと抽気した排ガスに同伴して吸い込まれたセメントクリンカ原料の混合物をいう。

本発明によれば、抽気した排ガスの処理風量を減量することができる。また、排ガスに含まれる固形物も容易に排ガスから分離することが可能である。この結果、抽気排ガスの抽気率を大幅に向上することができ、廃棄物をセメント製造の原燃料としての利用を拡大することができる。これらにより、塩化アルカリ等の揮発性成分を低減することでセメント原料の焼成装置のトラブルをなくし安定的にセメントクリンカの製造が出来る。

図１は、本発明を利用したセメントクリンカ製造装置の第１の実施形態の概略図である。セメントクリンカ製造装置はセメントクリンカ原料を予熱、仮焼するプレヒータ１Ｂとクリンカ焼成するキルン１Ａとキルン１Ａで焼成されたクリンカを急冷するクリンカクーラ１１で構成されている。ライジングダクト１Ｃの壁面に抽気管２が接続されている。ライジングダクト１Ｃからキルン排ガスを急冷するために、抽気管２を経由して冷却部である冷却室３に導く。冷却室３には、冷却空気ファン４によって空気が吹き込まれる。これにより、排ガスが急冷され、排ガスに含まれる揮発性アルカリ塩の融点以下に急冷される。急冷された排ガス中の揮発性成分は、冷却室３で十分に冷却されて固化し、排気ファンで吸引されて分離手段としての集塵機７で捕集、分離される。これにより、セメントクリンカ製造装置内の揮発性成分を低減することができる。

前記抽気した排ガスを空気で直接急冷する方法について、より詳細に説明する。抽気した排ガスの温度は、１０００〜１２００℃である。空気は大気温度である。直接急冷するとは、抽気排ガスと冷却用空気を直接接触させることにより熱交換させることをいう。急冷とは、冷却速度が６００〜８００℃／秒をいう。急冷後の排ガスの温度は、３００から６００℃である。冷却後の温度は、抽気排ガスの温度と風量、冷却用空気の温度と風量により適宜制御される。

急冷された固形物を含む排ガスは、集塵機７に導入される前に、間接冷却装置で冷却される。間接冷却装置６は、集塵機７を連結するダクトのほぼ全部が二重管構造となっている。この二重管の内側の管内に抽気排ガスを、内外管の間に冷却用空気を通す。これにより、抽気ガスを間接冷却し、集塵機の耐熱温度以下まで低下させる。二重管式冷却器は冷却効率を高めるため複数に分割しても良い。分割数は、冷却空気の熱交換後の温度が６０〜１００℃程度になる様に冷却空気風量、二重管式冷却器の長さ等のコスト勘案して２〜５個の範囲で適宜決定される。また、冷却用の空気の冷却ダクト内を通風させる方法は、ファンによる強制通風とし、吸引、押し込みのどちらの方法でも良い。この結果、抽気排ガスを効果的に冷却し、固形物を除去することができる。また、排ガスの抽気率を高めた場合においても、冷却用空気の増加に伴う処理すべきガス量の増加を引き起こすことがないため、集塵機やファン等のガス抽気設備の大型化を防止することができる。ここでいう抽気率は、セメントクリンカ製造装置内を単位時間に流れるキルン排ガス容量（標準状態換算）に対する、単位時間に抽気される抽気ガス容量（標準状態換算）の割合とする。本発明により、例えば抽気率を５から１５容量％の高抽気を達成することができる。

抽気排ガスを冷却するための冷却用空気は、冷却用空気ファン４によって冷却室３の接線方向に向かって吹き込まれ旋回流を形成し冷却室３に導入されることが好ましい。抽気排ガスは冷却室３の内壁に沿った旋回流を形成した空気と冷却室３で混合され急冷される。これにより、揮発性化合物が固化物となる。この結果、抽気管２内壁に沿ってエアカーテンを形成することにより、抽気管２の内壁においてコーチングが発生することを抑制することができる。

また、冷却室３と間接冷却装置６の間には、チャンバ５を設けることも可能である。チャンバ５は、冷却室３と間接冷却装置６の間を連接するダクトの４〜６倍に流路面積を急拡大した形状とし、冷却用空気と抽気排ガスの混合を急激に促進するの役割を担う。チャンバ５の位置としては、冷却室３の後流側で冷却用空気の旋回流が残存している範囲が好ましい。

分離手段である集塵機７の排ガスの出口は、クリンカクーラ１１の冷却媒体の入口を接続される。これにより、集塵機７において固形物が除去された排ガスは、排ガスダクト９を経てクリンカクーラ吹込みファン１５を介してクリンカクーラ１１の下部に設けられた冷却媒体としての空気室内に導入され、クリンカ冷却用の混合空気として利用される。集塵機後抽気排ガスとクーラ排気高温空気の混合空気は、クリンカクーラの下部空気室内から、クリンカ層と下部空気室との仕切りとなる多孔板形状のグレートと呼ばれる板の孔からグレート上面へ噴出し、前記グレート上面を移動している高温のクリンカの層内を上方向へ通り抜ける間に熱交換し、昇温される。その後、抽気ガス量が抑えられているため、セメント原料焼成装置へ戻り、キルン又は仮焼炉で使用する燃料の燃焼用空気として抽気ガスが全量使われる。この方法は通常使用する大気と集塵機後抽気排ガスとの置換であり熱損失はほとんどない。

集塵機７において固形物が除去された排ガスを、加熱することにより温度を上昇させてクリンカクーラ１１に導入することもできる。これにより、混合空気温度が上昇し、クリンカクーラの下部の空気室内でもＳＯｘを起因とする硫酸等の露点以上の温度が維持でき、硫酸等による装置内の腐蝕が防止できる。温度を上昇させる手段としては、高温空気の直接混合や間接熱交換が挙げられる。
直接混合としては、図２に示すようにクーラ排気高温空気戻り用ダクト１６で運ばれたクリンカ冷却用クーラ排ガスの高温空気と混合して、クリンカクーラ吹込みファン１５を介してクリンカクーラ１１の下部の空気室内に導入することによって達成が可能である。クリンカクーラ後方から排出される廃熱をクリンカ冷却用混合空気として利用、回収することにより回収することで熱効率の向上が図れる。排ガスダクト９とクーラ排気高温空気戻り用ダクト１６の接続位置は、クリンカクーラ吹込みファン１５の吸入側であれば特に制限はない。

本発明の実施例を図２を用いてながら説明する。ライジングダクト１Ｃのキルン側の壁面に設置した、１１００℃の温度のキルン排ガスを抽気するための抽気管２から１０％抽気量に相当する１４０００ｍ３Ｎ/ｈのキルン排ガスを抽気した。抽気した排ガスは、抽気管２を経由して冷却室３に導入した。冷却室３に導入された排ガスは、冷却空気ファン４によって冷却室３内に旋回流として吹き込まれた空気によって３８０℃に冷却された。冷却用の空気は、温度が２５℃程度で、抽気ガスの４倍程度の量を吹き込みで混合冷却した。

排ガス中の揮発性成分は、冷却室３からチャンバ５の間でさらに混合され十分に冷却されてヒュームとなり、排気ファン１３に吸引されて集塵機７で捕集、除去された。チャンバ５は、冷却室３からダクト径の１０倍の距離をおいた位置に設置した。集塵機７はバッグフィルタ式であり、その集塵機の濾布の耐熱温度は２００℃である。

チャンバ５から集塵機７を連結する抽気排ガスダクト２０の８０％を二重管構造とした二重管式冷却器とした。二重管の内管は、抽気設備の抽気排ガスダクト２０と同じ径で、内管の外径は１１５０ｍｍとし、外管の外径は１５００ｍｍとした。抽気ガスはその二重管の内側の管内を流れ、冷却用の空気が内管と外管の間を流れる構造の間接式冷却器である。内管の外部には高さ１６０ｍｍのフィンを円周を３６分割の間隔で、管長手方向に外管と概略同じ長さに設置した。二重管式冷却器は３分割とし、各分割区間の長さは２０〜４０ｍとした。冷却用の空気の冷却ダクト内を通風させる方法は、ファンによる強制吸引通風とした。

分割設置した二重管式冷却器の冷却用の空気は約２５℃の外気を使用し、風量は１、２段目はそれぞれ約１１００ｍ３/ｍｉｎの一定風量を、３段目は集塵機７の入口温度が２００℃になる用に８００〜１２００ｍ３/ｍｉｎで制御した。また、冷却用空気は抽気ガスの流れと向流になるように流した。この間、二重管式冷却器の各区間で、抽気排ガスから冷却用空気へ２〜３ＧＪ/ｈの熱交換が行われ、集塵機７入口温度はおおよそ２００℃で管理できた。

集塵機７からの排ガスは、排ガスダクト９を経てクリンカクーラ用空気吹込みファン１５の吸入位置へ導かれた。この間、放熱損失等により排ガス温度は１６０℃前後まで低下した。一方、クリンカクーラから電気集塵機１２で除塵後排気されるクーラ排気高温空気は、クーラ排気高温空気戻り用ダクト１６にてクリンカクーラ用冷空気吹込みファン１５の上流位置へ導かれた。その際、クーラ排気高温空気戻り用ダクト１６に設置してある図示していない大気温度の冷却空気取り入れ口のダンパの開度によって冷却空気の混合量を調整し、前記クーラ排気高温空気の温度２６０℃がクリンカクーラ用空気吹込みファン１５の耐熱温度以下の１８０℃になるように制御した。集塵機７からの集塵機後抽気排ガスとクリンカクーラ排気は、クリンカクーラ用冷空気吹込みファン１５の上流で混合されクリンカ冷却用空気となり、クリンカクーラ用冷空気吹込みファン１５を介してクリンカクーラ１１の下部空気室に導入した。クリンカクーラ１１の下部空気室の温度は、本実施例のガス状態での硫酸等の露点である１３０℃を上回り、硫酸等による装置内の腐蝕は見られなかった。下部空気室に導入された前記混合ガスは高温のクリンカと熱交換したあと、セメント用クリンカ製造の燃料燃焼用空気として仮焼炉に供給しセメント用クリンカ製造装置内に戻した。

抽気排ガスを二重管で間接冷却することにより、ガス量が低減され、セメント用クリンカ製造の燃料燃焼用に必要な空気量以下に抑えられているため、全量セメント用クリンカ製造装置内に戻すことができた。これにより、集塵機後抽気排ガスに含まれているＳＯｘは、燃焼熱またはセメント原料との接触によって、分解、吸着または固体の形に化合され、ガス状でセメント用クリンカ製造装置系外へ排出されず環境面の問題がなく稼動できた。また、セメント用クリンカ製造設備の運転に関してはガスを抽気することによる熱損失はあるが、原料中の塩素が増加しても装置内の塩素の循環量が大幅に低減でき安定運転ができるようになった。

比較例として、二重管式の冷却がない、図３に示すような抽気装置ガス抽気用ファンなど同等の設備で抽気を実施した。集塵機入口の温度は３８０℃となり、集塵機の耐熱温度以上に上昇する為、保護用に冷却空気取入口から冷却用空気を取込み、集塵機の耐熱温度２００℃以下になるよう冷却空気を混合して冷却した。この場合、３８０℃の排ガスを２００℃まで低下させるには抽気ガスの約３倍程度の空気混合が必要であった。抽気装置ガス抽気用ファンの吸引能力の上限から、混合冷却に必要となった冷却空気量相当のキルン排ガスの抽気量が低下し、１０％まで抽気する為にはファン及び集塵機の能力を現状の約１.５倍にする必要があった。

また、混合空気によりガス量が増加することで、セメント用クリンカ製造の燃料燃焼用に必要な空気量以上となるため、全量セメント用クリンカ製造装置内に戻すことができず、ＳＯｘの処理の対応が困難な為抽気量を制限せざるを得なかった。さらに、外気を多量に導入すると、天候等により大気中の水分の増加した場合、抽気排ガスに含まれるＳＯｘとその水分とで硫酸等の発生量が増加することによる装置内の腐蝕が懸念された。

本発明は、廃棄物をセメント原燃料として大量に使用するセメントクリンカ焼成装置に利用可能である。

本発明にかかるセメントクリンカ製造装置の第１の実施形態を示す概略図である。 本発明にかかるセメントクリンカ製造装置の第２の実施形態を示す概略図である。 従来のセメントクリンカ製造装置の構成を示す概略図である。 二重管冷却装置の一例概略図である。

符号の説明

１ セメント焼成装置
１Ａ キルン
１Ｂ プレヒータ
１Ｃ ライジングダクト
２ 抽気管
３ 冷却室
４ 冷却用空気ファン
５ チャンバ
６ ２重管式冷却器
７ 集塵機
８ 抽気装置ガス抽気用ファン
９ 集塵機後抽気排ガスダクト
１０ 塩化アルカリ捕集タンク
１１ クリンカ冷却用クーラ
１２ クーラ排ガス除塵装置
１３ クーラ内空気流動用ファン
１４ クーラ排ガス用煙突
１５ クリンカクーラ用空気吹込みファン
１６ クーラ排気高温空気戻り用ダクト
１７ 集塵機後抽気排ガスダクト
１８ 二重管冷却器冷却用空気流れ
１９ 二重管冷却器抽気排ガス流れ
２０ 抽気排ガスダクト

Claims (9)

1. セメントクリンカ製造装置の排ガスの一部を抽気し、抽気した排ガスに含まれる揮発性成分を排ガスから分離してセメントクリンカ製造装置内の揮発性成分を低減させてセメントクリンカを製造する方法において、前記抽気した排ガスを空気で直接急冷し、急冷した排ガスを間接冷却装置で冷却することを特徴とするセメントクリンカの製造方法。
2. 前記排ガスの抽気率は、５から１５容量％である請求項１記載のセメントクリンカの製造方法。
3. 前記空気は、旋回流を形成する請求項１または２記載のセメントクリンカの製造方法。
4. 前記揮発性成分を分離した後の排ガスをクリンカクーラに供給する請求項１から４のいずれか１項に記載のセメントクリンカの製造方法。
5. 前記揮発性成分を分離した後の排ガスの温度を上昇させてクリンカクーラに供給する請求項４記載のセメントクリンカの製造方法。
6. クリンカクーラの排ガスを混合して前記温度を上昇させる請求項５記載のセメントクリンカの製造方法。
7. セメントクリンカ製造装置の排ガスを抽気するための抽気管と、抽気管に接続され抽気した排ガスを空気で直接急冷するための冷却部と、前記急冷した排ガスを冷却するための間接冷却装置と、間接冷却された排ガスに含まれる固形物を排ガスから分離するための分離手段とを備えるセメントクリンカの製造装置。
8. 前記分離手段の排ガスの出口とクリンカクーラの冷却媒体の入口を接続してなる請求項７記載のセメントクリンカ製造装置。
9. 前記接続部にクリンカクーラの排ガスの排出ラインを接続してなる請求項８記載のセメントクリンカ製造装置。

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