JP2008239359A - Method and apparatus for recovering carbon dioxide in cement firing equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、セメント焼成設備の二酸化炭素の回収方法及び回収装置に関し、更に詳しくは、セメント焼成設備から排出される排ガスに含まれる二酸化炭素を液化し回収することにより、二酸化炭素の排出量が少ない排ガスとするとともに、セメント焼成設備から排出される燃焼ガス量を最小限とすることが可能なセメント焼成設備の二酸化炭素の回収方法、及び、二酸化炭素の排出量が少ない排ガスを実現可能としたセメント焼成設備の二酸化炭素の回収装置に関するものである。 The present invention relates to a carbon dioxide recovery method and recovery apparatus for cement firing equipment, and more specifically, by liquefying and recovering carbon dioxide contained in exhaust gas discharged from cement firing equipment, the amount of carbon dioxide emission is small. A method for recovering carbon dioxide from a cement firing facility capable of minimizing the amount of combustion gas discharged from the cement firing facility, and a cement capable of realizing exhaust gas with a small amount of carbon dioxide emissions The present invention relates to a carbon dioxide recovery device for a firing facility.
近年、地球温暖化を防止するための対策として、二酸化炭素の発生および大気への放出を抑制するための様々な検討が成されており、火力発電所においても、そこで発生する二酸化炭素を回収するための技術について、様々な試みがなされている。一例を挙げると、火力発電所の火力発電設備では、下記の（１）〜（３）に示すような様々なプロセスが提案されている。
（１）燃焼前に二酸化炭素を分離回収するプロセスとして、酸素利用石炭ガス化設備を併設した複合発電プロセスが提案されている。このプロセスは、微粉炭燃料を高温高圧でガス化し、生成する合成ガスをシフト反応させることによって、二酸化炭素濃度を高め、この高濃度の二酸化炭素の分離回収を燃料段階で行うプロセスである。
In recent years, as a measure to prevent global warming, various studies have been made to suppress the generation and release of carbon dioxide into the atmosphere, and thermal power plants also recover the generated carbon dioxide. Various attempts have been made with regard to technology for achieving this. If an example is given, various processes as shown to the following (1)-(3) are proposed in the thermal power generation equipment of a thermal power plant.
(1) As a process for separating and recovering carbon dioxide before combustion, a combined power generation process equipped with an oxygen-utilizing coal gasification facility has been proposed. This process is a process in which pulverized coal fuel is gasified at a high temperature and high pressure, and the generated synthesis gas is subjected to a shift reaction to increase the carbon dioxide concentration, and the high concentration carbon dioxide is separated and recovered in the fuel stage.
（２）酸素燃焼による二酸化炭素を直接回収する酸素燃焼微粉炭ボイラー発電プロセスが提案されている。このプロセスでは、微粉炭燃焼に用いられる燃焼用空気（ガス）を二酸化炭素−酸素系のガスとし、燃焼により生成する排ガス中の二酸化炭素濃度を乾燥状態でほぼ１００％とし、この排ガスの一部を取り出すことにより二酸化炭素を分離・回収する方法である。残りの排ガスは、ボイラー温度を低く抑えるために燃焼用ガスの一部としてリサイクルされ更に酸素が添加される酸素付加微粉炭燃焼法が採られる。
（３）燃焼後の排ガスから二酸化炭素を分離回収する空気燃焼微粉炭ボイラー発電プロセスが提案されている。
この方法は、微粉炭ボイラーから排出される排ガス中の二酸化炭素を、燃焼に使用した空気中の窒素により希釈することにより、二酸化炭素の分圧を低くする方法である。この方法では、二酸化炭素の分離・回収を経済的に行うために、ほぼ大気圧下で、圧縮機で昇圧しない二酸化炭素分離プロセスが選定される。この二酸化炭素の分離方法としては、アミン化学吸収法、改良化学吸収法がある。
(2) An oxyfuel pulverized coal boiler power generation process that directly recovers carbon dioxide by oxyfuel combustion has been proposed. In this process, the combustion air (gas) used for pulverized coal combustion is a carbon dioxide-oxygen-based gas, and the concentration of carbon dioxide in the exhaust gas generated by combustion is almost 100% in a dry state. This is a method for separating and recovering carbon dioxide by taking out the gas. The remaining exhaust gas is recycled as part of the combustion gas to keep the boiler temperature low, and an oxygen-added pulverized coal combustion method in which oxygen is further added is adopted.
(3) An air combustion pulverized coal boiler power generation process that separates and recovers carbon dioxide from exhaust gas after combustion has been proposed.
This method is a method of lowering the partial pressure of carbon dioxide by diluting carbon dioxide in exhaust gas discharged from a pulverized coal boiler with nitrogen in air used for combustion. In this method, in order to economically separate and recover carbon dioxide, a carbon dioxide separation process that is not pressurized by a compressor at almost atmospheric pressure is selected. As a method for separating carbon dioxide, there are an amine chemical absorption method and an improved chemical absorption method.
上記の（１）〜（３）に示す二酸化炭素の分離・回収プロセスでは、いずれも地球温暖化防止対策として燃焼排ガス中の二酸化炭素を除去しようとするものであるが、そのために必要なエネルギーは莫大であり、排ガス中の二酸化炭素を回収するエネルギーは、発電に投入される全エネルギーの２０％相当と言われている。
一方、セメント製造設備から発生する二酸化炭素としては、セメント焼成のための燃料燃焼に伴い発生する二酸化炭素の他、セメント原料をクリンカ鉱物とするための炭酸カルシウム熱分解により発生する二酸化炭素があり、この炭酸カルシウム熱分解により発生する二酸化炭素は、燃料燃焼に伴って発生する二酸化炭素の１．７〜１．８倍であり、発生する二酸化炭素の大半を占めている。
したがって、二酸化炭素を回収するために投入するエネルギーは、火力発電設備の数倍になることが予想され、セメント製造設備においては、これらの点を考慮にいれた二酸化炭素の回収プロセスを検討する必要がある。
In the carbon dioxide separation / recovery process shown in (1) to (3) above, all attempts to remove carbon dioxide in combustion exhaust gas as a measure against global warming. It is enormous and it is said that the energy for recovering carbon dioxide in exhaust gas is equivalent to 20% of the total energy input to power generation.
On the other hand, as carbon dioxide generated from cement production facilities, there is carbon dioxide generated by pyrolysis of calcium carbonate to make cement raw material a clinker mineral in addition to carbon dioxide generated by fuel combustion for cement firing, The carbon dioxide generated by the thermal decomposition of calcium carbonate is 1.7 to 1.8 times the carbon dioxide generated along with fuel combustion, and occupies most of the generated carbon dioxide.
Therefore, the energy input to recover carbon dioxide is expected to be several times that of thermal power generation facilities. For cement manufacturing facilities, it is necessary to consider the carbon dioxide recovery process taking these points into consideration. There is.
更に、近年、セメント製造設備においては産業廃棄物の処理が盛んに行われており、単位セメントの製造に占める廃棄物の使用量は、セメント１トンあたり４００〜４８０ｋｇにもなる。この産業廃棄物の処理量の増加に伴って、セメント焼成能力の低下やセメント焼成熱量原単位等の増加が生じている。
例えば、脱水汚泥等の高含水率廃棄物は、セメント製造設備にて直接処理するとセメント焼成能力を大きく低下させる。セメント焼成炉以外の焼却設備を用いた汚泥処理の場合では、この高含水率廃棄物に含まれる水分を蒸発させるとともに、それに含まれる有機成分を高温焼却して処理するのが一般的である。
この高温焼却においても大量のエネルギーが投入されており、エネルギー投入分だけ二酸化炭素が大気に放出されている。
Furthermore, in recent years, processing of industrial waste is actively performed in cement manufacturing facilities, and the amount of waste used in the production of unit cement is 400 to 480 kg per ton of cement. Along with the increase in the processing amount of industrial waste, there is a decrease in cement burning capacity and an increase in cement calorific value.
For example, high moisture content waste such as dewatered sludge greatly reduces cement burning ability when directly processed in cement manufacturing facilities. In the case of sludge treatment using an incineration facility other than a cement firing furnace, it is common to evaporate the moisture contained in the high water content waste and incinerate the organic components contained in the waste at a high temperature.
Even in this high-temperature incineration, a large amount of energy is input, and carbon dioxide is released to the atmosphere by the amount of energy input.
一方、セメント焼成設備のロータリーキルンの燃焼を促進するために、ロータリーキルンへ富酸化剤空気を導入して燃焼用二次空気の酸素濃度を高くすることによって、ロータリーキルン内での燃焼を改善する方法が提案されている（特許文献１）。
ところで、上述した従来のロータリーキルンへ富酸化剤空気を導入して燃焼用二次空気の酸素濃度を高くする方法は、使用する燃料の多様化やセメント焼成の能力改善に有効であるが、ロータリーキルン内の高温化に伴う設備の熔損等の危険性が増大する虞があるという問題点、セメントクリンカ焼成のための熱量原単位には何ら改善がみられないにもかかわらず、酸素発生のための多額の設備投資が必要になり、酸素発生の動力が増加する等の新たな問題点が生じ、必ずしも有効な方法とはならないものであった。 By the way, the method of increasing the oxygen concentration of the secondary air for combustion by introducing oxidant air into the conventional rotary kiln described above is effective for diversifying the fuel used and improving the ability to burn cement. Although there is a risk of increased risk of equipment damage due to higher temperatures, there is no improvement in the basic unit of calorific value for cement clinker firing, but there is no improvement in oxygen generation. A large amount of capital investment was required, and new problems such as an increase in the power of oxygen generation occurred, and this was not always an effective method.
以上のような状況から、火力発電設備における排出ガス中の二酸化炭素の回収技術と、セメント焼成設備における廃棄物の使用の現状、および他の廃棄物処理施設の状況を捉えて、これらを有効に複合させることにより、二酸化炭素が効果的に回収されるとともに、燃焼ガスの排出の少ないセメント焼成設備が望まれている。 Based on the above situation, capture the carbon dioxide recovery technology in thermal power generation facilities, the current state of waste use in cement firing facilities, and the status of other waste treatment facilities, and make these effective. By combining them, carbon dioxide is effectively recovered, and a cement burning facility that emits less combustion gas is desired.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、セメント焼成設備から排出される排ガスに含まれる二酸化炭素を回収することにより、二酸化炭素の排出量が少ない排ガスとするとともに、セメント焼成設備から排出される燃焼ガス量を最小限とすることができ、さらには、地球温暖化を防止するための対策として有効であるセメント焼成設備の二酸化炭素の回収方法及び回収装置を提供することを目的とする。 The present invention was made to solve the above problems, and by collecting carbon dioxide contained in the exhaust gas discharged from the cement firing facility, the exhaust gas has a small amount of carbon dioxide emission, Provided is a carbon dioxide recovery method and recovery apparatus for a cement firing facility that can minimize the amount of combustion gas discharged from the cement firing facility and that is effective as a measure for preventing global warming. For the purpose.
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、セメント焼成設備の排ガス中に含まれる二酸化炭素を回収するにあたって、酸素燃焼による二酸化炭素を直接回収する酸素燃焼微粉炭セメントクリンカ焼成プロセスを適用することにより、セメント焼成設備の高温化による熔損等の危険性を防止するとともに、セメント焼成設備の焼成能力を任意の能力に調整することが可能になることを見出し、さらに、これにより廃棄物の大量処理が可能となる廃棄物処理システムを兼ねた二酸化炭素の排出のないセメント焼成設備が可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive research to solve the above-mentioned problems, the present inventors have obtained an oxygen-burning pulverized coal cement that directly recovers carbon dioxide by oxyfuel combustion when recovering carbon dioxide contained in exhaust gas from a cement firing facility. It has been found that by applying the clinker firing process, it becomes possible to prevent dangers such as erosion due to high temperature of the cement firing equipment, and to adjust the firing ability of the cement firing equipment to an arbitrary capacity. As a result, the present inventors have found that a cement burning facility that does not emit carbon dioxide and also serves as a waste treatment system that enables a large amount of waste to be treated can be achieved.
すなわち、本発明のセメント焼成設備の二酸化炭素の回収方法は、セメント原料を乾燥・粉砕して粉末原料とする乾燥・粉砕手段と、乾燥・粉砕された粉末原料を予熱・仮焼するサスペンションプレヒータと、予熱・仮焼された粉末原料を焼成しセメントクリンカとするロータリーキルンと、焼成されたセメントクリンカを冷却するクリンカクーラとを備えてなるセメント焼成設備の二酸化炭素の回収方法であって、
前記サスペンションプレヒータから排出される排ガスを冷却するサスペンションプレヒータ排ガス冷却工程と、冷却されたサスペンションプレヒータ排ガス中に含まれる水蒸気を取り除く除湿工程と、除湿されたサスペンションプレヒータ排ガスの一部を採取し、該排ガスに含まれる二酸化炭素を液化する二酸化炭素液化工程と、前記除湿されたサスペンションプレヒータ排ガスの一部を前記クリンカクーラの冷却ガスとして循環利用するサスペンションプレヒータ排ガス循環工程と、を備えてなることを特徴とする。
That is, the method for recovering carbon dioxide in the cement firing facility of the present invention includes a drying / pulverizing means for drying and pulverizing a cement raw material to form a powder raw material, and a suspension preheater for preheating / calcining the dried and pulverized powder raw material. , A method for recovering carbon dioxide in a cement firing facility comprising a rotary kiln that fires a preheated and calcined powder raw material into a cement clinker, and a clinker cooler that cools the fired cement clinker,
A suspension preheater exhaust gas cooling step for cooling the exhaust gas discharged from the suspension preheater, a dehumidification step for removing water vapor contained in the cooled suspension preheater exhaust gas, and collecting a portion of the dehumidified suspension preheater exhaust gas, A carbon dioxide liquefying step for liquefying carbon dioxide contained in the suspension, and a suspension preheater exhaust gas circulation step for circulating and utilizing a part of the dehumidified suspension preheater exhaust gas as a cooling gas for the clinker cooler. To do.
この二酸化炭素の回収方法では、サスペンションプレヒータから排出される排ガスを冷却した後、この冷却されたサスペンションプレヒータ排ガス中に含まれる水蒸気を取り除き、除湿されたサスペンションプレヒータ排ガスの一部から二酸化炭素を液化し取り除くことにより、セメント焼成に伴う燃料燃焼により発生する二酸化炭素、及びセメント原料の脱炭酸反応により発生する二酸化炭素が効率よく回収される。
また、セメント焼成設備、特にロータリキルン内部の温度を制御することが可能であり、セメントクリンカ焼成のためのガス量原単位の低減も可能であるから、セメントクリンカの焼成能力も向上する。
In this carbon dioxide recovery method, after exhaust gas discharged from the suspension preheater is cooled, water vapor contained in the cooled suspension preheater exhaust gas is removed, and carbon dioxide is liquefied from a part of the dehumidified suspension preheater exhaust gas. By removing, carbon dioxide generated by fuel combustion accompanying cement firing and carbon dioxide generated by decarboxylation of the cement raw material are efficiently recovered.
In addition, since the temperature inside the cement firing equipment, particularly the rotary kiln can be controlled and the gas unit consumption for cement clinker firing can be reduced, the firing ability of the cement clinker is also improved.
本発明のセメント焼成設備の二酸化炭素の回収方法は、前記クリンカクーラからの排ガスをセメント原料の乾燥の熱源として循環利用するクリンカクーラ排ガスの循環工程を備えてなることを特徴とする。 The method for recovering carbon dioxide in a cement burning facility according to the present invention is characterized by comprising a clinker cooler exhaust gas circulation step in which exhaust gas from the clinker cooler is circulated and used as a heat source for drying the cement raw material.
この二酸化炭素の回収方法では、前記クリンカクーラからの排ガスをセメント原料の乾燥の熱源として循環利用するクリンカクーラ排ガスの循環工程を備えたことにより、セメント原料の乾燥の熱源を高温空気とするとともに、セメント焼成設備から排出される二酸化炭素を含まない排ガス（高温空気）によりセメント原料を乾燥粉砕することが可能となり、セメント焼成設備からは、二酸化炭素のみならず、窒素酸化物等の排出も完全になくなる。 In this carbon dioxide recovery method, a clinker cooler exhaust gas circulation process for circulating and using exhaust gas from the clinker cooler as a heat source for drying the cement raw material is used, so that the heat source for drying the cement raw material is high-temperature air, It becomes possible to dry and pulverize the cement raw material with exhaust gas (high temperature air) that does not contain carbon dioxide discharged from the cement firing facility, and not only carbon dioxide but also nitrogen oxides are completely discharged from the cement firing facility. Disappear.
本発明のセメント焼成設備の二酸化炭素の回収方法は、前記サスペンションプレヒータ排ガス冷却工程は、前記サスペンションプレヒータから排出される排ガスを、前記サスペンションプレヒータの排ガスとの熱交換により加熱水または過熱蒸気を発生させて発電を行う廃熱発電装置を用いて熱交換し、冷却する工程であることを特徴とする。 In the method for recovering carbon dioxide in a cement firing facility according to the present invention, the suspension preheater exhaust gas cooling step generates heated water or superheated steam by exchanging the exhaust gas discharged from the suspension preheater with the exhaust gas of the suspension preheater. It is the process of heat-exchanging and cooling using the waste heat power generator which produces electric power.
この二酸化炭素の回収方法では、サスペンションプレヒータ排ガス冷却工程を、サスペンションプレヒータから排出される排ガスを、前記サスペンションプレヒータの排ガスとの熱交換により加熱水または過熱蒸気を発生させて発電を行う廃熱発電装置を用いて熱交換し、冷却する工程とすることにより、サスペンションプレヒータから排出される高温ガスは、水を用いることなく所定の温度まで冷却され、この排ガスとの熱交換により生じた加熱水または過熱蒸気は、有効に発電に利用される。この熱交換においては、１００℃程度にまで排ガスを熱交換することが可能であるから、熱交換後の排ガスの液化のための減湿等の前処理が容易となる。 In this carbon dioxide recovery method, a waste heat power generation apparatus that generates power by generating heated water or superheated steam by exchanging the exhaust gas discharged from the suspension preheater with the exhaust gas of the suspension preheater in the suspension preheater exhaust gas cooling step The high-temperature gas discharged from the suspension preheater is cooled to a predetermined temperature without using water, and heated water or superheat generated by heat exchange with the exhaust gas. Steam is effectively used for power generation. In this heat exchange, the exhaust gas can be heat exchanged up to about 100 ° C., so that pretreatment such as dehumidification for liquefaction of the exhaust gas after heat exchange becomes easy.
本発明のセメント焼成設備の二酸化炭素の回収方法は、前記クリンカクーラは、高効率型クリンカクーラであることを特徴とする。
この二酸化炭素の回収方法では、クリンカクーラを高効率型クリンカクーラとすることにより、クリンカクーラでのセメントクリンカの冷却が効率的に行われることとなり、このセメント焼成設備のセメントクリンカ焼成能力を向上させる操業を行う場合であっても、既設のクリンカクーラを大型化したり、あるいはクリンカ冷却にかかる通風系統の容量を大きく変更する等を行うことなく、セメントクリンカを冷却することが可能である。
これにより、燃料燃焼用ガスの酸素濃度を任意に設定することによって、セメントクリンカ焼成能力を変更することが可能となり、従来のセメント焼成設備より増して、要求に従ってセメント生産量の変更が可能である。
In the method for recovering carbon dioxide in a cement firing facility according to the present invention, the clinker cooler is a high-efficiency clinker cooler.
In this carbon dioxide recovery method, the clinker cooler is changed to a high-efficiency clinker cooler, so that the cement clinker is efficiently cooled by the clinker cooler, and the cement clinker firing ability of the cement firing equipment is improved. Even when the operation is performed, it is possible to cool the cement clinker without enlarging the existing clinker cooler or greatly changing the capacity of the ventilation system for clinker cooling.
As a result, it is possible to change the cement clinker firing capacity by arbitrarily setting the oxygen concentration of the fuel combustion gas, and it is possible to change the amount of cement production as required, more than conventional cement firing equipment. .
本発明のセメント焼成設備の二酸化炭素の回収方法は、前記サスペンションプレヒータまたは前記ロータリーキルンの窯尻部に、水分を導入する水分添加工程を有することを特徴とする。
この二酸化炭素の回収方法では、サスペンションプレヒータまたはロータリーキルンの窯尻部に、水分を導入する水分添加工程を有することにより、この水分の添加量を変更することでセメント焼成設備のセメントクリンカ焼成能力を変更することが可能になる。よって、既設のセメント焼成設備に二酸化炭素の回収方法を適用する場合においても、セメントクリンカ焼成量と、既設のセメント原料粉砕部やセメント粉砕部の設備能力に合致したものとすることができる。
The method for recovering carbon dioxide in a cement firing facility according to the present invention is characterized by having a moisture addition step of introducing moisture into the kiln bottom of the suspension preheater or the rotary kiln.
This carbon dioxide recovery method has a moisture addition process for introducing moisture into the kiln bottom of the suspension preheater or rotary kiln, thereby changing the cement clinker firing capacity of the cement firing facility by changing the amount of moisture added. It becomes possible to do. Therefore, even when the carbon dioxide recovery method is applied to an existing cement firing facility, the amount of cement clinker firing can be matched to the facility capacity of the existing cement raw material pulverization unit and cement pulverization unit.
本発明のセメント焼成設備の二酸化炭素の回収方法は、前記水分添加工程は、高含水率廃棄物を導入する高含水率廃棄物導入工程であることを特徴とする。
この二酸化炭素の回収方法では、水分添加工程を、高含水率廃棄物を導入する高含水率廃棄物導入工程とすることにより、高含水率廃棄物を有効に処理することが可能となる。しかも、このセメント焼成設備での処理量を、燃料燃焼用ガス中の酸素濃度を変更することにより任意に設定することが可能であるから、有効な廃棄物処理が可能となる。
The method for recovering carbon dioxide in a cement firing facility according to the present invention is characterized in that the water addition step is a high water content waste introduction step for introducing high water content waste.
In this carbon dioxide recovery method, the high water content waste can be effectively treated by making the water addition step a high water content waste introduction step for introducing the high water content waste. In addition, since the amount of treatment in the cement firing facility can be arbitrarily set by changing the oxygen concentration in the fuel combustion gas, effective waste treatment is possible.
本発明のセメント焼成設備の二酸化炭素の回収方法は、除湿された前記サスペンションプレヒータ排ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が８５％以上となるように、前記セメント焼成設備の燃料燃焼量および前記セメントクリンカの焼成量を調整し、前記サスペンションプレヒータ排ガス中の過剰酸素量を制御することを特徴とする。 The method for recovering carbon dioxide in the cement firing facility according to the present invention includes the amount of fuel burned in the cement firing facility and the cement clinker so that the concentration of carbon dioxide contained in the dehumidified suspension preheater exhaust gas is 85% or more. The amount of excess oxygen in the exhaust gas of the suspension preheater is controlled by adjusting the amount of firing.
この二酸化炭素の回収方法では、除湿された前記サスペンションプレヒータ排ガスに含まれる二酸化炭素の濃度が８５％以上となるように、前記セメント焼成設備の燃料燃焼量および前記セメントクリンカの焼成量を調整することにより、前記サスペンションプレヒータ排ガス中の過剰酸素量を制御するので、セメント焼成に伴う燃料燃焼により発生する二酸化炭素、及びセメント原料の脱炭酸反応により発生する二酸化炭素が効率よく回収され、セメントクリンカ焼成のための熱量原単位も改善され、セメントクリンカの焼成能力もさらに向上する。 In this carbon dioxide recovery method, the fuel combustion amount of the cement firing equipment and the firing amount of the cement clinker are adjusted so that the concentration of carbon dioxide contained in the dehumidified suspension preheater exhaust gas is 85% or more. Thus, the amount of excess oxygen in the suspension preheater exhaust gas is controlled, so that carbon dioxide generated by fuel combustion accompanying cement firing and carbon dioxide generated by decarboxylation of the cement raw material are efficiently recovered, and cement clinker firing is performed. As a result, the calorific value for the production is improved, and the calcination capacity of the cement clinker is further improved.
本発明のセメント焼成設備の二酸化炭素の回収装置は、セメント原料を乾燥・粉砕して粉末原料とする乾燥・粉砕手段と、乾燥・粉砕された粉末原料を予熱・仮焼するサスペンションプレヒータと、予熱・仮焼された粉末原料を焼成しセメントクリンカとするロータリーキルンと、焼成されたセメントクリンカを冷却するクリンカクーラとを備えてなるセメント焼成設備の二酸化炭素の回収装置であって、
前記サスペンションプレヒータから排出される排ガスを冷却するサスペンションプレヒータ排ガス冷却手段と、冷却されたサスペンションプレヒータ排ガス中に含まれる水蒸気を取り除く除湿手段と、除湿されたサスペンションプレヒータ排ガスの一部を採取し、該排ガスに含まれる二酸化炭素を液化する二酸化炭素液化手段と、前記除湿されたサスペンションプレヒータ排ガスの一部を前記クリンカクーラの冷却ガスとして循環利用するサスペンションプレヒータ排ガス循環手段と、を備えてなることを特徴とする。
The carbon dioxide recovery device of the cement firing facility of the present invention comprises a drying / pulverization means for drying and pulverizing cement raw material to obtain a powder raw material, a suspension preheater for preheating / calcining the dried and pulverized powder raw material, and preheating A carbon dioxide recovery device for a cement firing facility comprising a rotary kiln that fires the calcined powder raw material into a cement clinker and a clinker cooler that cools the fired cement clinker,
A suspension preheater exhaust gas cooling means for cooling the exhaust gas discharged from the suspension preheater, a dehumidification means for removing water vapor contained in the cooled suspension preheater exhaust gas, and collecting a part of the dehumidified suspension preheater exhaust gas, Carbon dioxide liquefying means for liquefying carbon dioxide contained in the suspension, and suspension preheater exhaust gas circulation means for circulatingly utilizing a part of the dehumidified suspension preheater exhaust gas as a cooling gas for the clinker cooler. To do.
この二酸化炭素の回収装置では、サスペンションプレヒータ排ガス冷却手段によりサスペンションプレヒータから排出される排ガスを冷却し、除湿手段により冷却されたサスペンションプレヒータ排ガス中に含まれる水蒸気を取り除き、二酸化炭素液化手段により除湿されたサスペンションプレヒータ排ガスの一部を採取し、該排ガスに含まれる二酸化炭素を液化する。これにより、セメント焼成に伴う燃料燃焼により発生する二酸化炭素、及びセメント原料の脱炭酸反応により発生する二酸化炭素が効率よく回収される。
また、セメント焼成設備、特にロータリキルン内部の温度を制御することが可能であり、セメントクリンカ焼成のためのガス量原単位を変更することを可能とするので、セメントクリンカの焼成能力も向上する。
また、サスペンションプレヒータ排ガス循環手段により、除湿されたサスペンションプレヒータ排ガスの一部を前記クリンカクーラの冷却ガスとして循環利用するので、高濃度の二酸化炭素含有ガスが得られ、効率的に二酸化炭素を回収することが可能である。
In this carbon dioxide recovery device, the exhaust gas discharged from the suspension preheater is cooled by the suspension preheater exhaust gas cooling means, the water vapor contained in the suspension preheater exhaust gas cooled by the dehumidifying means is removed, and dehumidified by the carbon dioxide liquefying means. A part of the suspension preheater exhaust gas is collected, and carbon dioxide contained in the exhaust gas is liquefied. Thereby, carbon dioxide generated by fuel combustion accompanying cement firing and carbon dioxide generated by decarboxylation of the cement raw material are efficiently recovered.
Further, the temperature inside the cement firing equipment, particularly the rotary kiln can be controlled, and the gas quantity basic unit for firing the cement clinker can be changed, so that the firing capacity of the cement clinker is also improved.
Further, since a part of the dehumidified suspension preheater exhaust gas is circulated and used as the cooling gas for the clinker cooler by the suspension preheater exhaust gas circulation means, a high-concentration carbon dioxide-containing gas is obtained, and carbon dioxide is efficiently recovered. It is possible.
本発明のセメント焼成設備の二酸化炭素の回収方法によれば、サスペンションプレヒータから排出される排ガスを冷却するサスペンションプレヒータ排ガス冷却工程と、冷却されたサスペンションプレヒータ排ガス中に含まれる水蒸気を取り除く除湿工程と、除湿されたサスペンションプレヒータ排ガスの一部を採取し、該排ガスに含まれる二酸化炭素を液化する二酸化炭素液化工程と、前記除湿されたサスペンションプレヒータ排ガスの一部を前記クリンカクーラの冷却ガスとして循環利用するサスペンションプレヒータ排ガス循環工程とを備えたので、セメント焼成に伴う燃料燃焼により発生する二酸化炭素、及びセメント原料の脱炭酸反応により発生する二酸化炭素を効率よく回収することができる。
また、セメント焼成設備、特にロータリキルン内部の温度を制御することができ、さらに、セメントクリンカ焼成のためのガス量原単位の減少・変更を行うことができ、セメントクリンカの焼成能力を向上させることができる。
According to the method for recovering carbon dioxide of the cement firing facility of the present invention, a suspension preheater exhaust gas cooling step for cooling exhaust gas discharged from the suspension preheater, a dehumidification step for removing water vapor contained in the cooled suspension preheater exhaust gas, A part of the dehumidified suspension preheater exhaust gas is collected, and a carbon dioxide liquefaction process for liquefying carbon dioxide contained in the exhaust gas, and a part of the dehumidified suspension preheater exhaust gas is circulated and used as a cooling gas for the clinker cooler. Since the suspension preheater exhaust gas circulation step is provided, carbon dioxide generated by fuel combustion accompanying cement firing and carbon dioxide generated by decarboxylation of the cement raw material can be efficiently recovered.
In addition, the temperature inside the cement kiln, especially the rotary kiln can be controlled, and the gas unit consumption for cement clinker firing can be reduced and changed, and the cement clinker firing ability can be improved. Can do.
本発明のセメント焼成設備の二酸化炭素の回収装置によれば、サスペンションプレヒータから排出される排ガスを冷却するサスペンションプレヒータ排ガス冷却手段と、冷却されたサスペンションプレヒータ排ガス中に含まれる水蒸気を取り除く除湿手段と、除湿されたサスペンションプレヒータ排ガスの一部を採取し、該排ガスに含まれる二酸化炭素を液化する二酸化炭素液化手段と、前記除湿されたサスペンションプレヒータ排ガスの一部を前記クリンカクーラの冷却ガスとして循環利用するサスペンションプレヒータ排ガス循環手段とを備えたので、セメント焼成に伴う燃料燃焼により発生する二酸化炭素、及びセメント原料の脱炭酸反応により発生する二酸化炭素を効率よく回収することができる。 According to the carbon dioxide recovery apparatus of the cement firing facility of the present invention, the suspension preheater exhaust gas cooling means for cooling the exhaust gas discharged from the suspension preheater, the dehumidification means for removing water vapor contained in the cooled suspension preheater exhaust gas, A part of the dehumidified suspension preheater exhaust gas is collected, and carbon dioxide liquefaction means for liquefying carbon dioxide contained in the exhaust gas, and a part of the dehumidified suspension preheater exhaust gas is circulated and used as a cooling gas for the clinker cooler. Since the suspension preheater exhaust gas circulation means is provided, carbon dioxide generated by fuel combustion accompanying cement firing and carbon dioxide generated by decarboxylation of the cement raw material can be efficiently recovered.
また、セメント焼成設備、特にロータリキルン内部の温度を制御することができ、セメントクリンカ焼成のためのガス量原単位を減少することができる。したがって、セメントクリンカの焼成能力を向上させることができる。
また、サスペンションプレヒータ排ガス循環手段により、除湿されたサスペンションプレヒータ排ガスの一部を前記クリンカクーラの冷却ガスとして循環利用するので、高濃度の二酸化炭素含有ガスを得ることができ、このガスを効率的に回収することができる。
In addition, the temperature inside the cement firing equipment, particularly the rotary kiln can be controlled, and the basic unit of gas amount for cement clinker firing can be reduced. Therefore, the firing ability of the cement clinker can be improved.
In addition, since the suspension preheater exhaust gas circulation means circulates and uses a part of the dehumidified suspension preheater exhaust gas as the cooling gas for the clinker cooler, a high-concentration carbon dioxide-containing gas can be obtained, and this gas can be efficiently used. It can be recovered.
本発明のセメント焼成設備の二酸化炭素の回収方法及び回収装置の最良の形態について、図面に基づき説明する。
なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The best mode of a carbon dioxide recovery method and recovery device for a cement firing facility of the present invention will be described with reference to the drawings.
The present embodiment is specifically described for better understanding of the gist of the invention, and does not limit the invention unless otherwise specified.
図１は、本発明の一実施形態のセメント焼成設備を示す模式図であり、このセメント焼成設備は、従来のセメント焼成設備に、このセメント焼成設備のサスペンションプレヒータの排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素の回収装置、多量の廃棄物をセメント焼成設備に供給する廃棄物の処理装置、及び、前記セメント焼成設備のサスペンションプレヒータから排出される排ガスを有効利用する廃熱発電装置を付設したものである。 FIG. 1 is a schematic view showing a cement firing facility according to an embodiment of the present invention. This cement firing facility is a conventional cement firing facility that collects carbon dioxide from exhaust gas from a suspension preheater of the cement firing facility. It is equipped with a carbon recovery device, a waste treatment device that supplies a large amount of waste to a cement firing facility, and a waste heat power generation device that effectively uses the exhaust gas discharged from the suspension preheater of the cement firing facility. .
図１において、１はセメントクリンカを焼成するロータリーキルン、２は焼成されたセメントクリンカを冷却する高効率型のクリンカクーラ、３はセメント粉末原料を予熱・仮焼する複数段のサイクロン３ａ〜３ｅからなるサスペンションプレヒータ、４はセメント原料を乾燥・粉砕する原料ミル、５はセメント原料粉を分離するサイクロン、６はセメント原料貯蔵庫、７ａ、７ｂは集塵装置、８ａ、８ｂは排気煙突であり、これらにより、従来のセメント焼成設備が構成されている。 In FIG. 1, 1 is a rotary kiln that fires cement clinker, 2 is a high-efficiency clinker cooler that cools the fired cement clinker, and 3 is a multi-stage cyclone 3a-3e that preheats and pre-fires cement powder raw materials. Suspension preheater, 4 is a raw material mill for drying and grinding cement raw material, 5 is a cyclone for separating cement raw material powder, 6 is a cement raw material storage, 7a and 7b are dust collectors, 8a and 8b are exhaust chimneys, A conventional cement firing facility is configured.
また、１１は二酸化炭素回収装置であり、サスペンションプレヒータ排ガスライン１２と、サスペンションプレヒータ排ガスを熱源とする給水加熱器（ボイラ部含む）１３と、排風機（ＩＤＦ）１４と、サスペンションプレヒータ排ガスを冷却し含まれる水分を取り除き、さらに含まれるダストを集塵するガス冷却・減湿・除塵装置１５と、サスペンションプレヒータ排ガスから二酸化炭素を液化回収する二酸化炭素液化装置１６とにより構成されている。
Reference numeral 11 denotes a carbon dioxide recovery device that cools the suspension preheater
二酸化炭素液化装置１６は、サスペンションプレヒータ排ガスの一部を分取し圧縮乾燥する二酸化炭素圧縮・乾燥装置１７と、二酸化炭素冷却・液化装置１８と、液化した二酸化炭素を貯留する液化二酸化炭素貯蔵装置１９とにより構成されている。
また、２１はセメント焼成設備の排ガスを熱源とする廃熱発電装置であり、クリンカクーラ排ガスを熱源とするボイラ２２と、フラッシャー２３と、タービン２４と、発電機２５と、復水器２６と、給水加熱器１３とにより構成されている。
The carbon
また、３１は高含水率廃棄物の投入装置、３２はサスペンションプレヒータ排ガスをクリンカクーラ２の冷却ガスとして循環使用するためのサスペンションプレヒータ排ガスの循環ライン、３３は深冷分離酸素発生装置等からなるセメント焼成設備の燃料燃焼用の酸素源をサスペンションプレヒータ排ガスの循環ライン３２に供給する酸素製造装置、３４はクリンカクーラ排ガスをセメント原料乾燥に循環使用するためのクリンカクーラ排ガスの循環ラインである。
Also, 31 is a high water content waste charging device, 32 is a suspension preheater exhaust gas circulation line for circulating and using the suspension preheater exhaust gas as a cooling gas for the
本発明のセメント焼成設備は「酸素燃焼による二酸化炭素を直接回収する酸素燃焼微粉炭セメントプロセス」である。
ここで、従来のセメント焼成設備の特質を以下（１）〜（３）に述べ、本発明のセメント焼成設備が、セメント焼成設備から排出される二酸化炭素を効率的に回収するために、酸素富化微粉炭燃焼法により排出される二酸化炭素を高濃度として、圧縮・液化する方法で二酸化炭素を分離回収する構成とした理由について説明する。
The cement burning facility of the present invention is an “oxygen combustion pulverized coal cement process that directly recovers carbon dioxide by oxyfuel combustion”.
Here, the characteristics of the conventional cement firing equipment are described in the following (1) to (3). In order for the cement firing equipment of the present invention to efficiently recover the carbon dioxide discharged from the cement firing equipment, The reason why the carbon dioxide discharged by the pulverized coal combustion method is made high in concentration and separated and recovered by the compression / liquefaction method will be described.
（１） セメント焼成設備から排出される二酸化炭素は、セメントクリンカ焼成のための燃料（微粉炭）燃焼により発生する二酸化炭素が単位クリンカ当たり約０．３ｋｇ/ｋｇ、セメント原料の脱炭酸反応から発生する二酸化炭素が約０．５ｋｇ/ｋｇである。従って燃料の燃焼に伴って発生する二酸化炭素量は３８％程度にしかならない。
したがって、セメント焼成設備では、セメント原料から発生する二酸化炭素をも合わせてすべての二酸化炭素を回収することが必須である。
(1) Carbon dioxide emitted from the cement calcination facility is generated by the combustion of fuel (pulverized coal) for cement clinker firing, approximately 0.3 kg / kg per unit clinker, and is generated from the decarboxylation of the cement raw material. The amount of carbon dioxide is about 0.5 kg / kg. Therefore, the amount of carbon dioxide generated with fuel combustion is only about 38%.
Therefore, in the cement firing facility, it is essential to collect all carbon dioxide including carbon dioxide generated from the cement raw material.
（２） セメント焼成設備では、セメントクリンカを焼成するに当たって、セメントクリンカは約１４５０℃まで加熱することによって所定のクリンカ鉱物が生成されるものであるから、ロータリーキルン１での燃料燃焼により形成されるフレーム温度は高温度が要求される。
このためには、高温度フレームを形成することができる燃料と、クリンカクーラ２から回収される燃焼用空気も高温度とすることによって上記の高温度フレームの形成条件が達成される。
ロータリーキルン１内では、使用する燃料などは、十分高温状態を形成することが可能な燃料であることが条件となる。
(2) In the cement firing facility, when the cement clinker is fired, a predetermined clinker mineral is generated by heating the cement clinker to about 1450 ° C. Therefore, a frame formed by fuel combustion in the rotary kiln 1. The temperature is required to be high.
For this purpose, the above-described conditions for forming the high temperature frame are achieved by setting the fuel capable of forming the high temperature frame and the combustion air recovered from the
In the rotary kiln 1, it is necessary that the fuel to be used is a fuel capable of forming a sufficiently high temperature state.
（３） 近年、セメント焼成設備においては、単位セメントクリンカ当たり３００〜３５０ｋｇ／ｔ程度の廃棄物をセメント原料として使用しており、特に水分を多量に含む高含水率廃棄物や保有熱量の低いバイオマス系廃棄物等を燃料として用いた場合、セメント焼成設備の操業に対する影響が大きく、これらの廃棄物を多量に使用することはセメントクリンカ焼成能力を廃棄物の使用量の数倍の値で低下させることとなる。
一方、セメント焼成設備は、唯一、多量の廃棄物を有用な原料としてセメントに利用できる役割を担っており、所謂、廃棄物を循環使用できる静脈産業としての役割として社会的要求は大きなものがある。したがって、セメント焼成設備では、多種多様の廃棄物を処理することが可能であって、しかも所定のセメント生産が可能であることが要求される。
(3) In recent years, cement burning facilities use waste of about 300 to 350 kg / t per unit cement clinker as cement raw material, especially high moisture content waste containing a large amount of water and biomass with low heat storage. When using system wastes as fuel, the impact on the operation of cement firing facilities is significant, and the use of large amounts of these wastes lowers the cement clinker firing capacity by several times the amount of waste used. It will be.
On the other hand, cement burning equipment has the role of being able to use a large amount of waste as a useful raw material for cement, and there is a great social demand as a role as a so-called vein industry that can recycle waste. . Therefore, the cement firing facility is required to be able to treat a wide variety of waste and to be able to produce a predetermined cement.
以上、セメント焼成設備が有する特質と、セメント焼成設備から排出される多量の二酸化炭素の回収を合わせて考慮すると、二酸化炭素の回収装置としては、微粉炭燃料を高温・高圧下でガス化し合成して二酸化炭素濃度を高め、この高濃度の二酸化炭素を燃焼前に取り除く「燃焼前二酸化炭素分離回収方法」や、燃焼後の排ガスからアミン吸着法等により二酸化炭素を取り除く「燃焼後排ガスからの二酸化炭素分離回収方法」等は、上記の（１）〜（３）の条件を満足するセメント焼成設備を構成することが不可能である。 As described above, considering the characteristics of cement firing equipment together with the recovery of a large amount of carbon dioxide discharged from the cement firing equipment, the carbon dioxide recovery device is a gasification and synthesis of pulverized coal fuel at high temperature and high pressure. To increase the carbon dioxide concentration and remove this high-concentration carbon dioxide before combustion, or remove carbon dioxide from the exhaust gas after combustion by the amine adsorption method, etc. The “carbon separation and recovery method” and the like cannot constitute a cement firing facility that satisfies the above conditions (1) to (3).
本発明者等が鋭意研究を行った結果、従来のセメント焼成設備に「酸素燃焼による二酸化炭素を直接回収する酸素燃焼微粉炭セメントプロセス」を適用することにより、セメント焼成設備が有する特質である上記の（１）〜（３）の条件を満足するセメント焼成設備を構成することが可能となり、しかも廃棄物を多量に処理することができるにも関わらず、大気環境へ影響を及ぼす二酸化炭素を全く排出することのないセメント焼成設備を構成することを見出し、本発明を完成させた。 As a result of diligent research by the present inventors, the above-mentioned characteristic that the cement firing equipment has by applying the “oxygen combustion pulverized coal cement process that directly recovers carbon dioxide by oxyfuel combustion” to the conventional cement firing equipment Although it is possible to constitute a cement firing facility that satisfies the conditions (1) to (3) of (1) to (3), and it is possible to treat a large amount of waste, there is absolutely no carbon dioxide that affects the air environment. The present inventors have found that a cement firing facility that does not discharge is configured, and the present invention has been completed.
ここで、「酸素燃焼による二酸化炭素を直接回収する酸素燃焼微粉炭セメントプロセス」を採用するに至った経緯について、さらに詳細に説明する。
従来のセメント焼成設備では、高含水率廃棄物をロータリーキルンに直接投入して処理しており、この処理によってロータリーキルン内での高含水率廃棄物からの水の蒸発に伴うガス量の増加、蒸発潜熱などにより、セメントクリンカの焼成能力を極端に低下させているのが実情である。従来のセメント焼成設備においては、高含水率廃棄物を処理した場合、この高含水率廃棄物に含まれる水分量の約２．５〜３倍量のセメントクリンカの焼成能力の低下と、この水分を蒸発させるための蒸発潜熱の２〜２．５倍量の熱量損失が生ずるとされている。
Here, the background of the adoption of the “oxygen combustion pulverized coal cement process that directly recovers carbon dioxide by oxygen combustion” will be described in more detail.
In conventional cement burning equipment, waste with a high water content is directly put into the rotary kiln for processing, and this process increases the gas volume accompanying evaporation of water from the high water content waste in the rotary kiln, and the latent heat of evaporation. The fact is that the burning ability of cement clinker is extremely reduced by such factors. In a conventional cement firing facility, when a high moisture content waste is treated, a reduction in the firing capacity of the cement clinker, which is about 2.5 to 3 times the amount of moisture contained in the high moisture content waste, and this moisture It is supposed that a heat loss of 2 to 2.5 times the latent heat of vaporization for evaporating the water occurs.
また、セメント焼成設備から排出される二酸化炭素の回収方法である従来の発電設備にて検討対象としている「燃焼前二酸化炭素分離回収方法」、「燃焼後排ガスからの二酸化炭素分離回収方法」等は、セメント焼成設備の廃棄物使用に係るセメント焼成炉の操業への影響を改善する効果が無く、単純にセメント焼成設備の二酸化炭素の排出の低減、または排出ガスからの二酸化炭素の回収に供する設備となる。 In addition, “the pre-combustion carbon dioxide separation and recovery method”, “the carbon dioxide separation and recovery method from the exhaust gas after combustion”, etc., which are considered in the conventional power generation equipment that is a recovery method of carbon dioxide emitted from the cement firing equipment, Equipment that does not have an effect of improving the impact on the operation of the cement firing furnace related to the use of waste from the cement firing equipment, and simply serves to reduce carbon dioxide emissions from the cement firing equipment or to recover carbon dioxide from the exhaust gas It becomes.
「酸素燃焼微粉炭セメントプロセスの特徴と概要」
この酸素燃焼による二酸化炭素を直接回収する酸素燃焼微粉炭セメントプロセスでは、付加した酸素を用いて燃料を燃焼させることにより、セメント焼成設備内の酸素濃度を任意に設定することができる。したがって、ロータリーキルン内部の温度やセメントクリンカを焼成するための必要とするガス量を任意に調整することにより、セメントクリンカの焼成度の改善やセメントクリンカの焼成能力を変更することが可能となる。
"Characteristics and outline of oxyfuel pulverized coal cement process"
In the oxygen combustion pulverized coal cement process that directly recovers carbon dioxide by oxygen combustion, the oxygen concentration in the cement firing facility can be arbitrarily set by burning the fuel using the added oxygen. Therefore, by arbitrarily adjusting the temperature inside the rotary kiln and the amount of gas required for firing the cement clinker, it becomes possible to improve the degree of firing of the cement clinker and change the firing capacity of the cement clinker.
一方、上述したように、従来のセメント焼成設備においては、ロータリーキルン内の酸素濃度を変更した場合であっても、セメントクリンカ焼成のために付加する酸素量原単位、セメントクリンカ焼成のための熱量原単位、及び発生する二酸化炭素量は、ほとんど変化せず一定である。その理由は、セメント焼成設備においては、酸素濃度を変更することによりセメントクリンカ焼成能力を変更する場合であっても、酸素濃度の増加に伴ってクリンカクーラからの回収二次空気（ガス）原単位の減少に伴う回収熱量原単位の減少と、サスペンションプレヒータから排出されるガス原単位の減少と、温度低下による排出熱量原単位の減少がほぼ等しくなるからである。 On the other hand, as described above, in the conventional cement firing equipment, even when the oxygen concentration in the rotary kiln is changed, the oxygen amount basic unit added for cement clinker firing, the calorific value for cement clinker firing. The unit and the amount of carbon dioxide generated are almost unchanged and constant. The reason for this is that in cement firing equipment, even if the cement clinker firing capacity is changed by changing the oxygen concentration, the secondary air (gas) intensity recovered from the clinker cooler as the oxygen concentration increases This is because the decrease in the recovered heat consumption basic unit due to the decrease in gas, the decrease in the gas basic unit discharged from the suspension preheater, and the decrease in the discharged heat basic unit due to the temperature drop are almost equal.
従来のセメント焼成設備では、上述したような酸素付加を行っていないので、高含水率廃棄物の処理増加に伴うセメント焼成能力の減少や熱量原単位の増加に対しては、何等の有効な対処手段がないのが現状であった。
上述したように、酸素燃焼によりセメント焼成設備の能力を増加させることが可能となるが、従来のセメント焼成設備の燃焼用空気に単に酸素付加を行っただけでは、ロータリーキルン内の温度の上昇に伴う熱負荷の増加により、このロータリーキルン内に熱損傷が生じる可能性があるので、おのずと酸素付加量は制限されることとなる。したがって、セメント焼成設備の能力増加量を大きくすることは難しかった。
The conventional cement firing equipment does not perform oxygen addition as described above, so any effective countermeasures against the decrease in cement firing capacity and the increase in calorific value due to the increased treatment of high water content waste There was no means at present.
As described above, it is possible to increase the capacity of the cement firing facility by oxyfuel combustion, but simply adding oxygen to the combustion air of the conventional cement firing facility causes an increase in the temperature in the rotary kiln. Since an increase in heat load may cause thermal damage in the rotary kiln, the amount of oxygen added is naturally limited. Therefore, it has been difficult to increase the amount of increase in capacity of the cement firing facility.
一方、本発明の酸素燃焼による二酸化炭素を直接回収する方法においては、二酸化炭素を高収率で回収するためにサスペンションプレヒータ排ガスに酸素付加を行った後、クリンカクーラの冷却ガスとして循環再利用するので、セメント焼成設備内の酸素濃度を任意に変更することができるとともに、燃焼後の排ガスを高濃度の二酸化炭素含有排ガスとすることができる。
また、クリンカクーラ２で熱交換した富酸素化された冷却ガスを、燃料燃焼用ガスとしてロータリーキルン１内に導入した場合であっても、燃料燃焼後のガスの二酸化炭素濃度が高いために高温度となることがなく、セメントクリンカの焼成帯温度を所定の値に保つことができる。
したがって、本発明のセメント焼成設備においては、燃料燃焼用ガスを富酸素化して燃焼させることにより、セメント焼成設備の設備能力を向上させることが可能となる。
On the other hand, in the method of directly recovering carbon dioxide by oxyfuel combustion of the present invention, oxygen is added to the suspension preheater exhaust gas in order to recover the carbon dioxide in a high yield, and then reused as a cooling gas for the clinker cooler. Therefore, the oxygen concentration in the cement firing facility can be arbitrarily changed, and the exhaust gas after combustion can be made a high-concentration carbon dioxide-containing exhaust gas.
Even when the oxygen-enriched cooling gas heat-exchanged by the
Therefore, in the cement firing facility of the present invention, the facility capacity of the cement firing facility can be improved by enriching and burning the fuel combustion gas.
一方、クリンカクーラ２においては、従来のセメント焼成設備のクリンカクーラと比較して、比熱の高い二酸化炭素を豊富に含む冷却ガスを用いることによりセメントクリンカの冷却がより進み、クリンカの冷却効率が高くなるが、回収される二次燃焼用ガスの温度は従来より低下することとなる。
クリンカクーラ２での冷却効率の向上は、燃料燃焼用ガスの回収領域の冷却ガスの比熱の変化により、約１３％程度の冷却能力の向上となる。
On the other hand, in the
The improvement of the cooling efficiency in the
本発明のセメント焼成設備では、ロータリーキルン１内におけるクリンカ焼成帯での温度を従来のセメント焼成設備と同等とするには、燃料燃焼用ガスの酸素濃度を約３０％とすることが必要である。酸素濃度を３０％とするとセメント焼成設備のクリンカ焼成能力が４０％程度増加する。一方、セメントクリンカ焼成能力が４０％増加すると、既設のセメント原料粉砕部、セメント粉砕部やその他セメント工場全体の設備容量のバランスを保つことが不可能になる虞がある。したがって、本発明のセメント焼成設備では、クリンカ焼成量を従来値に保つには、焼成系の通ガス量を低下させた操業を行うことにより可能ではあるが、極端なガス量の低下は、サスペンションプレヒータ３におけるサイクロン３ａ〜３ｅでの集塵効率などに影響を及ぼすこととなり、不安定な操業を引き起こす虞がある。 In the cement firing facility of the present invention, in order to make the temperature in the clinker firing zone in the rotary kiln 1 equivalent to the conventional cement firing facility, the oxygen concentration of the fuel combustion gas needs to be about 30%. When the oxygen concentration is 30%, the clinker firing capacity of the cement firing facility is increased by about 40%. On the other hand, if the cement clinker firing capacity is increased by 40%, it may become impossible to maintain the balance of the installed capacity of the existing cement raw material grinding section, cement grinding section and other cement factories. Therefore, in the cement firing facility of the present invention, in order to keep the clinker firing amount at the conventional value, it is possible to perform an operation with a reduced amount of gas passing through the firing system. This will affect the dust collection efficiency in the cyclones 3a to 3e in the preheater 3, and may cause unstable operation.
そこで、本発明のセメント焼成設備では、サスペンションプレヒータ３での通ガス量を確保するとともに、クリンカ焼成量を所定の値に保つために、サスペンションプレヒータ３、ロータリーキルン１の窯尻部等において高含水率廃棄物等を処理することにより発生する水蒸気によってガス量を確保することにより、セメントクリンカの焼成量を所定の値とする。これにより、安定した操業が可能となる。 Therefore, in the cement firing facility of the present invention, in order to secure the amount of gas passing through the suspension preheater 3 and to keep the clinker firing amount at a predetermined value, the moisture content in the suspension preheater 3 and the kiln bottom of the rotary kiln 1 is high. By securing the amount of gas with water vapor generated by processing wastes or the like, the amount of cement clinker fired is set to a predetermined value. Thereby, stable operation is possible.
また、本発明のセメント焼成設備においては、既設のセメント焼成設備から排出される二酸化炭素を効率よく回収し、さらにセメントクリンカの品質を確保しつつ従来のセメント焼成設備と同等量以上の焼成を行い、しかも多量の廃棄物を処理するために、鋭意研究をおこなった結果、上述したセメント焼成設備が有する特質と、二酸化炭素液化装置１６が要求するガス条件とにより、以下のような機能を有するセメント焼成設備が望ましいことが分かった。 Moreover, in the cement firing equipment of the present invention, carbon dioxide discharged from the existing cement firing equipment is efficiently recovered, and further, the quality of the cement clinker is ensured and firing is performed in an amount equal to or more than that of the conventional cement firing equipment. In addition, as a result of intensive research to treat a large amount of waste, the cement having the following functions depending on the characteristics of the above-mentioned cement firing equipment and the gas conditions required by the carbon dioxide liquefaction device 16 A firing facility has been found desirable.
二酸化炭素液化装置１６に要求されるガス条件は、以下である。
二酸化炭素を圧縮した後、冷却して水分を取り除き、さらに、二酸化炭素が液化する温度・圧力の条件下まで圧縮・冷却することにより、二酸化炭素を液化させて回収する二酸化炭素液化回収方法は、二酸化炭素圧縮工程で消費される単位二酸化炭素当たりの電力原単位、二酸化炭素回収率、液体の二酸化炭素の純度、および液体の二酸化炭素貯蔵圧力と、供給されるガスの二酸化炭素純度との関係は大きく、供給される二酸化炭素の純度が高いほど、それぞれの値は良くなる。
The gas conditions required for the
After compressing carbon dioxide, it is cooled to remove moisture, and further, the carbon dioxide liquefaction recovery method that liquefies and recovers carbon dioxide by compressing and cooling to the condition of temperature and pressure at which carbon dioxide liquefies, The relationship between the power consumption per unit of carbon dioxide consumed in the carbon dioxide compression process, the carbon dioxide recovery rate, the purity of liquid carbon dioxide, and the carbon dioxide storage pressure of the liquid and the carbon dioxide purity of the supplied gas Larger, the higher the purity of the supplied carbon dioxide, the better each value.
したがって、本発明のセメント焼成設備では、セメント焼成設備から排出される排ガス中の二酸化炭素を高純度とするため、サスペンションプレヒータから排出される排ガスに所定の酸素を添加したガスを、クリンカクーラ冷却ガス、ロータリーキルンと仮焼炉の一次空気（ガス）およびこれらの微粉炭搬送用ガス、さらにロータリーキルンフード部の冷却用ガスなどの従来のセメント焼成設備に流入する空気に替わって窒素ガスなどの成分の少ないガスとして供給する。
このような循環経路をとることによって、サスペンションプレヒータの排ガス中の二酸化炭素の純度を容易に上昇させることができる。
Therefore, in the cement firing facility of the present invention, a gas obtained by adding predetermined oxygen to the exhaust gas discharged from the suspension preheater is used as a clinker cooler cooling gas in order to obtain high purity carbon dioxide in the exhaust gas discharged from the cement firing facility. , The primary air (gas) of the rotary kiln and calciner and the gas for conveying these pulverized coals, and the air that flows into conventional cement firing equipment, such as the cooling gas for the rotary kiln hood, is low in components such as nitrogen gas Supply as gas.
By taking such a circulation path, the purity of carbon dioxide in the exhaust gas of the suspension preheater can be easily increased.
本発明のセメント焼成設備では、上記のような構成としたことにより、二酸化炭素となって排出されるサスペンションプレヒータ排ガスは、廃熱発電装置の給水加熱器１３によって４００℃以上の温度から１００℃程度まで冷却される。この冷却された排ガスにはかなりの水蒸気が含まれているので、この排ガスをスクラバーなどのガス冷却・減湿・集塵装置１５により更に５０℃以下、好ましくは４０℃以下にまで冷却し、含まれる水蒸気やダストを捕集し減湿されたガスとする。
In the cement firing facility of the present invention, the suspension preheater exhaust gas discharged as carbon dioxide is heated from a temperature of 400 ° C. or higher to about 100 ° C. by the
ここでは、ガス冷却・減湿・集塵装置１５の前段に更にバグフィルタ等の集塵機を設けて、予め含まれるダストを取り除くこととしても良い。
この冷却・減湿されたガスは、二酸化炭素の濃度が９０％以上となっているので、セメント焼成設備にて発生した二酸化炭素量分に相当するガスを二酸化炭素液化装置１６にて分取する。ここで、通常分取されるガス量は、本発明のセメント焼成設備にて焼成する単位セメントクリンカｋｇ当たりの発生二酸化炭素量であり、約０．４５Ｎｍ３／ｋｇである。
Here, a dust collector such as a bag filter may be further provided in front of the gas cooling / humidifying /
Since the cooled and dehumidified gas has a carbon dioxide concentration of 90% or more, the gas corresponding to the amount of carbon dioxide generated in the cement firing facility is separated by the
この二酸化炭素液化装置１６にて分取されたガスは、まず、二酸化炭素圧縮・乾燥装置１７内に設けられた大容量の遠心式コンプレッサ等により圧縮された後、冷却されて水分が除かれ、さらに圧縮される。圧縮された二酸化炭素は、液化する前に通常モレキュラーシーブス等により残留する水分が脱水され、液化温度よりも低い露点まで水分が除かれる。
The gas separated by the
水分が除去された二酸化炭素は、二酸化炭素冷却・液化装置１８内の冷凍機によって作られた冷媒によって冷却・液化される。ここで、二酸化炭素の液化温度を−２０℃、その圧力を２０ｋｇ/ｃｍ２とした場合、この温度・圧力で液化しない酸素、窒素等は系外に排出され、クリンカクーラ排ガスラインに導入された後、セメント原料乾燥粉砕系を経由したのち大気に放出される。
一方、冷却・液化された液化二酸化炭素は、液化二酸化炭素貯蔵装置１９において減圧フラッシュすることにより温度が−５０℃まで下がり、液化二酸化炭素貯蔵装置１９内の液体二酸化炭素タンクに貯蔵される。また、フラッシュした二酸化炭素を多量に含むガスは、二酸化炭素圧縮機のサクション側に戻りリサイクルされる。
The carbon dioxide from which moisture has been removed is cooled and liquefied by the refrigerant produced by the refrigerator in the carbon dioxide cooling /
On the other hand, the cooled and liquefied liquefied carbon dioxide is flashed under reduced pressure in the liquefied carbon
一方、サスペンションプレヒータ排ガスの循環ライン３２からクリンカクーラ２の冷却ガスに送られる単位ガス量は、これに続く酸素供給装置３３から供給される酸素が合流したガスの酸素濃度によってほぼ決定される。ここで、合流後のガスの酸素濃度を３０％とすると、単位クリンカ量当たりの単位ガス量は０．５Ｎｍ３／ｋｇ程度となる。また、同酸素濃度を４０％とすると、単位クリンカ量当たりの単位ガス量は０．３２Ｎｍ３／ｋｇ程度となる。
On the other hand, the unit gas amount sent from the suspension preheater exhaust
また、供給される酸素量は、焼成するクリンカの熱量原単位によって決定されるものであるが、本発明のセメント焼成設備では、合流後のガスの酸素濃度に関わらず熱量原単位はほとんど変化しないので、単位クリンカ当たりの酸素供給量はほぼ一定の０．２Ｎｍ３／ｋｇ程度となる。
この酸素供給装置３３は、回収する二酸化炭素の純度を高く保つ必要があるため、供給する酸素も高濃度が要求される。したがって、この酸素供給装置３３としては、深冷分離酸素発生装置が好適である。この深冷分離酸素発生装置の設備容量は、発生酸素量で目標とする最大クリンカ生産量に０．２〜０．２５Ｎｍ３／ｋｇを乗じた値とすることにより得られる。
The amount of oxygen supplied is determined by the calorific intensity of the clinker to be fired. However, in the cement burning equipment of the present invention, the calorific intensity is hardly changed regardless of the oxygen concentration of the gas after merging. Therefore, the oxygen supply amount per unit clinker is approximately constant 0.2 Nm 3 / kg.
Since this
この酸素供給装置３３で発生させる酸素濃度は、高純度が望ましく、通常は９３％以上、好ましくは９８％以上である。この酸素供給装置３３では、発生する酸素の純度を高くすることによって、得られるセメント焼成炉の排ガス中の二酸化炭素濃度を高くすることができるが、一方、酸素製造動力も高くなるので、二酸化炭素の液化動力とのバランスを保つ最適点で操業することが好ましい。
この酸素供給装置３３にて最適条件で製造した酸素は、サスペンションプレヒータ排ガスの循環ライン３２に合流した後、クリンカクーラ２の上流部（二次空気回収領域）の冷却ガス、ロータリーキルン１の一次空気（ガス）、仮焼炉の一次空気（ガス）、微粉炭の搬送用空気（ガス）、ロータリーキルン１のキルンフードの冷却空気（ガス）等に分岐して送られる。
The oxygen concentration generated by the
Oxygen produced by the
このサスペンションプレヒータ排ガスの循環ライン３２を有するセメント焼成設備では、ロータリーキルン１に供給される燃料燃焼用ガスの成分が二酸化炭素を６０〜６６％、酸素を３０〜３５％、その他のガスを５〜１０％含むものである。このようなガスは、含まれる二酸化炭素の熱容量が他の気体と比較して高く、例えば、１０００℃の状態での比熱が空気の約１．４倍となり、また、燃焼後においても、２０００℃の状態での比熱が空気の約１．４倍となる。また、燃焼ガス中にセメント原料の脱炭酸ガスが混入したセメント焼成設備の操業下における最下段サイクロン３ｅの出口ガスにおいては、８７０℃の状態での比熱が空気の約１．２５倍となる。
In the cement firing facility having the suspension preheater exhaust
以下、このような物性を有する燃焼用ガスを利用した本発明のセメント焼成設備内でのガスの流れに従って、セメント焼成設備でのセメントクリンカ焼成に係る各部炉内の予想される現象について、従来のセメント焼成設備と比較して説明する。
「クリンカクーラでのクリンカの冷却およびその熱交換」
このような比熱の高いガスをクリンカクーラ２の二次空気（ガス）回収領域のみの冷却ガスとして使用した場合の高温クリンカとの熱交換は、従来のセメント焼成設備と比較して熱交換が進み、高温クリンカは従来より以上に冷却が進む反面、回収する熱交換後のガス温度は、従来と比較して約２００℃程度低下する。これにより、クリンカクーラ２の冷却能力は、約１０％以上向上することとなる。
Hereinafter, according to the flow of gas in the cement firing facility of the present invention using the combustion gas having such physical properties, the conventional phenomena related to the cement clinker firing in the cement firing facility are described in the related art. This will be described in comparison with cement firing equipment.
"Clinker cooling and heat exchange in clinker cooler"
The heat exchange with the high-temperature clinker when such a gas having a high specific heat is used as a cooling gas for only the secondary air (gas) recovery region of the
このクリンカクーラ２における回収二次空気（ガス）量原単位は、従来のセメント焼成設備では０．８〜０．９Ｎｍ３／ｋｇであったものを、０．４〜０．５Ｎｍ３／ｋｇに減少する。このように、回収二次空気（ガス）量が極端な減少となるので、回収される熱量においても大きく減少する。
一方、クリンカクーラ２の二次空気（ガス）回収領域以降の冷却ゾーンでは、空気を冷却に使用するので、冷却は従来と同等である。したがって、排出される排ガスは、回収二次空気（ガス）量の減少に伴って温度および排出ガス量ともに上昇する。
本発明のセメント焼成設備では、セメントクリンカ２の焼成量を従来より増加させて操業することも考慮にいれると、クリンカクーラ２は従来型から高効率型に変更することが好ましい。
It recovered secondary air (gas) basic unit in the
On the other hand, in the cooling zone after the secondary air (gas) recovery area of the
In the cement baking equipment of the present invention, it is preferable to change the
「ロータリーキルンでのクリンカ焼成」
ロータリーキルン１でのクリンカ焼成は、回収する二次空気（ガス）のほか、一次空気（ガス）や微粉炭搬送空気（ガス）など微粉炭の燃焼に使用される燃焼用空気（ガス）の全てが、当該ガスとなり、このガスの有する比熱の変化が、燃焼によって形成されるフレームの温度に直接影響を及ぼす。したがって、このフレームの温度を従来の空気燃焼時と同等のフレーム温度とするには、当該ガスの酸素濃度を３０％程度以上とする必要がある。
"Clinker firing in a rotary kiln"
Clinker firing in the rotary kiln 1 is not only recovered secondary air (gas) but also all combustion air (gas) used for combustion of pulverized coal such as primary air (gas) and pulverized coal carrier air (gas). The change in specific heat of the gas directly affects the temperature of the flame formed by combustion. Therefore, in order to set the flame temperature to the flame temperature equivalent to that in conventional air combustion, the oxygen concentration of the gas needs to be about 30% or more.
また、酸素濃度を３０％程度以上とすることにより、単位クリンカ当たりのロータリーキルン１の二次空気（ガス）の回収量、および回収熱量が減少し、したがって、燃焼ガスの比熱が上昇し、ロータリーキルン１に限れば、単位クリンカ当たりの微粉炭の使用量も増加する。すなわち、ロータリーキルン１側の燃料の焚き比が１０％程度上昇することとなる。このように、ロータリーキルン１の熱負荷が増加することとなるが、燃焼ガスの比熱が上昇することにより、ロータリーキルン１内の耐火物に対する影響が緩和されることとなる。 Further, by setting the oxygen concentration to about 30% or more, the amount of secondary air (gas) recovered from the rotary kiln 1 per unit clinker and the amount of recovered heat are reduced, so that the specific heat of the combustion gas is increased, and the rotary kiln 1 If limited to the above, the amount of pulverized coal used per unit clinker will also increase. That is, the fuel ratio on the rotary kiln 1 side is increased by about 10%. Thus, although the heat load of the rotary kiln 1 will increase, the influence with respect to the refractory in the rotary kiln 1 will be relieved by the specific heat of combustion gas rising.
燃焼用空気（ガス）の条件を上記のようにすることによって、ロータリーキルン１内の焼成帯温度が従来のロータリーキルン内の焼成帯温度と同等となり、セメントクリンカの焼成が可能となる。また、燃焼ガス温度を確保することができるので、燃焼ガスの二酸化炭素分圧が高くなった焼成条件でありながら、セメント原料のクリンカ焼成に影響を及ぼす虞がなく、満足する品質のセメントクリンカが得られる。 By setting the conditions of the combustion air (gas) as described above, the firing zone temperature in the rotary kiln 1 becomes equivalent to the firing zone temperature in the conventional rotary kiln, and the cement clinker can be fired. In addition, since the combustion gas temperature can be secured, there is no risk of affecting the clinker firing of the cement raw material, even though the firing conditions are such that the carbon dioxide partial pressure of the combustion gas is increased. can get.
一方、ロータリーキルン１内部での燃焼ガスの熱容量は、上述した通り、単位ガス量あたり従来のセメント焼成炉の燃焼ガスと比較して１．４倍であり、しかもロータリーキルン１内での高温ガスと仮焼原料との熱伝達が十分ではないので、燃焼ガスの比熱の上昇が熱交換に大きく影響を及ぼし、従来と比較して燃焼ガス−仮焼原料との熱交換が悪化することとなる。単純に考えると、従来のセメント焼成設備と比較してガス側の熱交換後温度が高くなる傾向がある。すなわち、ロータリーキルン１の窯尻部のガス温度が上昇する傾向がある。 On the other hand, the heat capacity of the combustion gas inside the rotary kiln 1 is 1.4 times that of the combustion gas of the conventional cement firing furnace per unit gas amount as described above. Since heat transfer with the calcined raw material is not sufficient, an increase in the specific heat of the combustion gas greatly affects the heat exchange, and the heat exchange between the combustion gas and the calcined raw material is deteriorated as compared with the conventional case. Considering simply, the temperature after heat exchange on the gas side tends to be higher than that of conventional cement firing equipment. That is, the gas temperature at the kiln bottom of the rotary kiln 1 tends to increase.
「仮焼炉およびサスペンションプレヒータでのセメント原料予熱・仮焼」
本発明のセメント焼成設備では、燃焼用空気（ガス）の酸素濃度が３０〜３５％であるから、仮焼炉およびサスペンションプレヒータでの単位クリンカ当たり必要とする燃焼用空気（ガス）の原単位は、従来の６０〜７０％となり、最下段サイクロン出口では６３〜７０％である。
当該箇所でのガスの比熱の上昇は、仮焼炉等にて発生する二酸化炭素量が加わることから、従来と比較して１．２５倍に留まる。一方、高温ガスを分子とするセメント粉末原料との水当量比の値は、従来の０．８〜０．９倍に低下する。すなわち、高温ガス側の水当量が低下することとなる。
"Cement raw material preheating and calcination in a calciner and suspension preheater"
In the cement firing facility of the present invention, the oxygen concentration of combustion air (gas) is 30 to 35%, so the basic unit of combustion air (gas) required per unit clinker in the calciner and suspension preheater is The conventional cyclone outlet is 60 to 70%, and the lowermost cyclone outlet is 63 to 70%.
The increase in the specific heat of the gas at that location is only 1.25 times that of the prior art because the amount of carbon dioxide generated in the calciner or the like is added. On the other hand, the value of the water equivalent ratio with the cement powder raw material containing high-temperature gas as a molecule is reduced to 0.8 to 0.9 times the conventional value. That is, the water equivalent on the high temperature gas side is reduced.
一方、仮焼炉やサスペンションプレヒータは、熱伝達が十分行われる系であるから、セメント粉末原料との水当量比の値が低下することにより、高温度ガスの有する熱エネルギーをセメント粉末原料の加熱・脱炭酸に容易に伝達使用することができる。したがって、熱交換効率が高くなるに伴って、サスペンションプレヒータ排ガス温度が従来よりも低下する。
また、仮焼炉等における粉末原料の脱炭酸では、燃焼ガスの二酸化炭素分圧が増加するために、脱炭酸温度が若干上昇すると考えられるが、熱交換が粉流体の状態で行われることから、最下段サイクロン温度が従来と同温度であっても同等の脱炭酸が得られる。
一方、ガス原単位の減少は、各段のサイクロンでの粉末原料の分散やサイクロン集塵効率を低下させる虞がある。そこで、ガス量原単位の増加とセメントクリンカの焼成能力のバランスを図るため、ロータリーキルンの窯尻部、仮焼炉、サスペンションプレヒータのいずれかの箇所で散水を行うこととしても良い。
On the other hand, calcining furnaces and suspension preheaters are systems in which heat transfer is sufficiently performed, so that the heat energy of high-temperature gas is heated by heating the cement powder raw material when the value of the water equivalent ratio with the cement powder raw material decreases. -Can be easily used for decarboxylation. Therefore, as the heat exchange efficiency is increased, the suspension preheater exhaust gas temperature is lowered as compared with the conventional one.
In addition, decarbonation of the powder raw material in a calcining furnace or the like is considered to increase the carbon dioxide partial pressure of the combustion gas, so that the decarboxylation temperature is slightly increased, but heat exchange is performed in the state of powdered fluid. Even if the lowest cyclone temperature is the same as the conventional temperature, the same decarboxylation can be obtained.
On the other hand, the reduction in the gas intensity may reduce the dispersion of the powder raw material in each stage cyclone and the cyclone dust collection efficiency. Therefore, in order to balance the increase in the gas unit consumption and the cement clinker firing ability, water spraying may be performed at any one of the kiln bottom of the rotary kiln, the calcining furnace, and the suspension preheater.
「廃熱発電装置の操業」
本発明のセメント焼成設備では、サスペンションプレヒータ３から排出されるガスを冷却するために廃熱発電装置２１を設置している。
この廃熱発電装置２１では、サスペンションプレヒータ排ガスについては、極力低温度まで冷却する必要があるので、給水加熱器１３により冷却するものとし、クリンカクーラの排ガス系については、ボイラ２２を設置することにより、ガス量の増加および高温化に対応することとした。
"Operation of waste heat power generation equipment"
In the cement firing facility of the present invention, the waste
In this waste heat
ボイラ２２に流入するクリンカクーラ２の排ガスは、セメント焼成設備の操業条件によって大きく変化するものであるから、廃熱発電装置２１の安定した操業を行うためには、給水加熱器１３の上流側にボイラを設置することとしても良い。
また、サスペンションプレヒータ排ガスは通常３５０℃以上の温度であり、給水加熱器１３で１００℃程度まで降温され、これの熱交換量に相当した量の約２００℃程度の温度の給水が得られる。この温水は、ボイラ２２の給水（熱水）に使用され、また余剰分はフラッシャ２３に送られる。
ボイラ２２およびフラッシャ２３で発生した蒸気によって、タービン２４及び発電機２５にて相当した発電量が得られる。発電量は単位クリンカ当たり通常３０〜３５ＫＷＨ／ｔである。
Since the exhaust gas of the
Further, the suspension preheater exhaust gas is usually at a temperature of 350 ° C. or higher, and the temperature is lowered to about 100 ° C. by the
With the steam generated in the
一方、ボイラ２２から排出される排ガスは、セメント原料乾燥に使用されるため、安定した温度でしかも安定量必要となるが、給水加熱器１３の出口の熱水温度を一定の値に制御することによって、ボイラ２２で熱交換した後のガス温度を所定の値に保つことができる。したがって、従来では変動の大きかったクリンカクーラ２の排ガスの全量を、セメント原料の乾燥に有効に使用するシステムの構築が可能となる。
On the other hand, since the exhaust gas discharged from the
「本発明のセメント焼成設備の操業」
本発明のセメント焼成設備は、既設のセメント焼成設備から排出する排ガスの二酸化炭素を分離回収するために、二酸化炭素回収装置１６、廃熱発電装置２１、高含水率廃棄物の投入装置３１、酸素製造装置３３を付設し、それぞれの装置が有効に稼動できるように、しかもセメントクリンカの品質を確保したうえ所定量の焼成を可能とする必要がある。
"Operation of the cement firing facility of the present invention"
The cement firing facility of the present invention is a carbon
「実施例、基準例及び参考例」
ここで、本発明のセメント焼成設備、既設のセメント焼成設備、操業条件を以下に示す。
「既設のセメント焼成設備」
セメントプラント ；クリンカ生産能力 ３００ｔ/ｈ（７２００ｔ/日）
サスペンションプレヒータ；サイクロン段数 ５段 ＮＳＦ型仮焼炉
クリンカクーラ ；従来型クリンカクーラ
セメント原料乾燥粉砕系 ；サスペンションプレヒータ排ガスを熱源とし竪型ローラミルにて乾燥粉砕
`` Examples, reference examples and reference examples ''
Here, the cement firing equipment of the present invention, the existing cement firing equipment, and the operating conditions are shown below.
"Existing cement firing equipment"
Cement plant; Clinker production capacity 300t / h (7200t / day)
Suspension preheater: Number of cyclone stages 5 stages NSF type calciner Clinker cooler: Conventional clinker cooler Cement raw material drying and grinding system; Drying and grinding with vertical roller mill using suspension preheater exhaust gas as heat source
「本発明のセメント焼成設備」
上記の既設のセメント焼成設備を適用した複合セメントプラントである。
セメントプラント ；クリンカ生産能力 最大３５０ｔ/ｈで制限（最大８４００ｔ/日）
サスペンションプレヒータ；サイクロン段数 ５段 ＮＳＦ型仮焼炉
高含水率廃棄物の処理装置を付設
クリンカクーラ ；高効率型クリンカクーラ
セメント原料乾燥粉砕系 ；クリンカクーラ排ガスを熱源とし竪型ローラミルにて乾燥粉砕
廃熱発電装置 ；給水加熱器を付設 最大発電出力１４０００ＫＷ
二酸化炭素液化装置 ；ＣＯ２圧縮・液化・貯蔵装置 最大液化能力２８０ｔ/ｈ
酸素発生装置 ；深冷分離酸素発生装置 最大酸素製造量７５０００Ｎｍ３／ｈ
"Cement firing facility of the present invention"
This is a composite cement plant to which the above existing cement firing equipment is applied.
Cement plant: Clinker production capacity limited to a maximum of 350 t / h (maximum 8400 t / day)
Suspension preheater: 5 cyclone stages NSF type calciner
High water content waste treatment equipment attached Clinker cooler; High efficiency type clinker cooler Cement raw material drying and grinding system; Dry pulverization with vertical roller mill using clinker cooler exhaust gas as heat source Waste heat power generation equipment; Feed water heater attached Maximum power generation output 14000KW
Carbon dioxide liquefaction equipment; CO 2 compression / liquefaction / storage equipment Maximum liquefaction capacity 280 t / h
Oxygen generator; Cryogenic separation oxygen generator Maximum oxygen production amount 75000Nm 3 / h
「本発明のセメント焼成設備の操業条件」
（１）セメントクリンカの生産は、従来のセメント焼成設備の生産能力に対して約１０％上昇の範囲内で操業した。ただし、サスペンションプレヒータ排ガスは従来のセメント焼成設備の排ガス量と同程度を確保した。
（２）ロータリーキルンでの燃焼用ガスの酸素濃度を３０％とし、セメントクリンカの焼成度を確保した。
（３）セメント焼成設備内で発生した二酸化炭素の全てを液化回収した。
（４）サスペンションプレヒータ排ガス中の二酸化炭素濃度を９０％以上（乾燥ガスベース）とした。
（５）サスペンションプレヒータ排ガスの循環使用する箇所を、クリンカクーラ冷却（燃焼用としての回収領域）、一次空気（ガス）、微粉炭搬送用空気（ガス）、ロータリーキルンフード冷却空気（ガス）、およびセメント焼成炉に吹き込まれる高圧空気（ガス）とした。
（６）クリンカクーラは高効率型とし、セメントクリンカの生産数量の増加に対応させた。
"Operating conditions of the cement firing facility of the present invention"
(1) The production of cement clinker was operated within a range of about 10% increase over the production capacity of conventional cement burning equipment. However, the suspension preheater exhaust gas was secured to the same extent as the exhaust gas amount of conventional cement firing equipment.
(2) The oxygen concentration of the combustion gas in the rotary kiln was set to 30% to ensure the degree of firing of the cement clinker.
(3) All the carbon dioxide generated in the cement firing facility was liquefied and recovered.
(4) The carbon dioxide concentration in the exhaust gas from the suspension preheater was 90% or more (dry gas base).
(5) Suspension preheater exhaust gas circulation location: Clinker cooler cooling (recovery area for combustion), primary air (gas), pulverized coal transport air (gas), rotary kiln hood cooling air (gas), and cement High-pressure air (gas) blown into the firing furnace was used.
(6) The clinker cooler is a high-efficiency type to cope with the increased production volume of cement clinker.
上記の設備および操業条件下において、以下の条件で実施例１、２として算出した。
なお、従来のセメント焼成設備を基準例とし、本発明のセメント焼成設備にて、燃焼用空気（ガス）中の酸素濃度を３０％とし、さらに、二酸化炭素を回収し、セメントクリンカ焼成量を制限しない範囲で行った操業を参考例とした。
「実施例１」
燃焼用空気（ガス）中の酸素濃度を３０％とし、高含水率廃棄物を処理することよってセメントクリンカ焼成量を基準値の１１０％以内の範囲に制限した。
「実施例２」
燃焼用空気（ガス）中の酸素濃度をロータリーキルン側３０％、仮焼炉側を４０％とし、高含水率廃棄物を処理することによってセメントクリンカ焼成量を基準値の１１０％以内の範囲に制限した。
表１に、実施例１、２、基準例及び参考例それぞれのシミュレーションを行った結果を示す。
It calculated as Examples 1 and 2 on the following conditions on said installation and operating conditions.
In addition, using the conventional cement firing equipment as a reference example, with the cement firing equipment of the present invention, the oxygen concentration in the combustion air (gas) is set to 30%, carbon dioxide is recovered, and the amount of cement clinker firing is limited. The operation carried out in the range not to be used was taken as a reference example.
"Example 1"
By setting the oxygen concentration in the combustion air (gas) to 30% and treating the high water content waste, the amount of cement clinker fired was limited to a range within 110% of the reference value.
"Example 2"
By setting the oxygen concentration in the combustion air (gas) to 30% on the rotary kiln side and 40% on the calcining furnace side and treating waste with high water content, the amount of cement clinker fired is limited to within 110% of the standard value. did.
Table 1 shows the results of simulations of Examples 1 and 2, the reference example, and the reference example.
また、表２に、実施例１、２、基準例及び参考例それぞれの操業値を示す。 Table 2 shows the operation values of Examples 1 and 2, the reference example, and the reference example.
表１及び表２に示す参考例、実施例１、２は、いずれも本発明のセメント焼成設備にて発生する二酸化炭素の回収を行い、セメントキルンにおける焼成帯の温度を確保するために、燃焼用空気（ガス）の酸素濃度を３０％として操業したものである。
参考例においては、燃焼用空気（ガス）の酸素濃度を３０％としたために、セメントクリンカ生産量（能力）の極端な増加となって現れ、燃焼ガスの比熱の上昇に伴い、セメントキルンの窯尻部の温度上昇等が顕著な影響となる他は、サスペンションプレヒータの各所温度などは変化しないか、むしろ低下傾向となることが予想できる。
また、発生した二酸化炭素を回収するための動力と、酸素を発生させるための動力との合計は、単位クリンカ当たり約３００ＫＨＷ／ｔｃｌ程度となり、クリンカ焼成に費やされる電力の約１０倍もの量を使用する。なお、回収する二酸化炭素は約０．８ｔ／ｔｃｌとなる。
The reference examples shown in Tables 1 and 2 and Examples 1 and 2 both recover carbon dioxide generated in the cement firing facility of the present invention, and burn in order to ensure the temperature of the firing zone in the cement kiln. Operation was performed with an oxygen concentration of working air (gas) set at 30%.
In the reference example, since the oxygen concentration of the combustion air (gas) was set to 30%, it appeared as an extreme increase in cement clinker production (capacity), and as the specific heat of the combustion gas increased, the kiln of the cement kiln It can be expected that the temperature of each part of the suspension preheater does not change or rather tends to decrease, except that the temperature rise at the bottom part has a significant effect.
Moreover, the total power for recovering the generated carbon dioxide and power for generating oxygen is about 300 KHW / tcl per unit clinker, and uses about 10 times the amount of power consumed for clinker firing. To do. The recovered carbon dioxide is about 0.8 t / tcl.
参考例においては、クリンカ焼成能力の増加に伴い、既設プラントの原料粉砕能力やセメント粉砕能力、及びクリンカクーラの冷却能力等とのバランスが悪くなる。したがって、セメント焼成設備では、焼成能力を既設程度に制限し、系の通ガスが少ない状態で操業することになると予想される。 In the reference example, as the clinker firing capacity increases, the balance between the raw material grinding capacity and cement grinding capacity of the existing plant, the cooling capacity of the clinker cooler, and the like becomes worse. Therefore, it is expected that the cement burning facility will be operated in a state where the burning capacity is limited to the existing level and the gas passing through the system is small.
実施例１、２においては、高含水率廃棄物を処理することにより、通ガス量を確保しながらセメントクリンカ焼成量を制限したものであるから、既設プラントの原料粉砕能力やセメント粉砕能力とのバランスが保たれる。しかも、クリンカクーラを高効率型とすることにより、１０〜２０％程度のクリンカ焼成能力の増加にも対応することができる。さらに、多量の高含水率廃棄物の処理が可能となり、二酸化炭素の排出の無いセメント焼成複合プラントが成り立つ。 In Examples 1 and 2, by treating the waste with high water content, the amount of cement clinker firing was limited while securing the gas flow rate, so the raw material grinding capacity and cement grinding capacity of the existing plant Balance is maintained. In addition, by making the clinker cooler a high-efficiency type, it is possible to cope with an increase in clinker firing capacity of about 10 to 20%. Furthermore, a large amount of high water content waste can be treated, and a cement firing complex plant without carbon dioxide emission is established.
１ ロータリーキルン
２ 高効率型のクリンカクーラ
３ サスペンションプレヒータ
３ａ〜３ｅ サイクロン
４ 原料ミル
５ サイクロン
６ セメント原料貯蔵庫
７ａ、７ｂ 集塵装置
８ａ、８ｂ 排気煙突
１１ 二酸化炭素回収装置
１２ サスペンションプレヒータ排ガスライン
１３ 給水加熱器
１４ 排風機（ＩＤＦ）
１５ ガス冷却・減湿・除塵装置
１６ 二酸化炭素液化装置
１７ 二酸化炭素圧縮・乾燥装置
１８ 二酸化炭素冷却・液化装置
１９ 液化二酸化炭素貯蔵装置
２１ 廃熱発電装置
２２ ボイラ
２３ フラッシャー
２４ タービン
２５ 発電機
２６ 復水器
３１ 高含水率廃棄物の投入装置
３２ サスペンションプレヒータ排ガスの循環ライン
３３ 酸素製造装置
３４ クリンカクーラ排ガスの循環ライン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
15 Gas Cooling / Dehumidification /
Claims (8)
前記サスペンションプレヒータから排出される排ガスを冷却するサスペンションプレヒータ排ガス冷却工程と、冷却されたサスペンションプレヒータ排ガス中に含まれる水蒸気を取り除く除湿工程と、除湿されたサスペンションプレヒータ排ガスの一部を採取し、該排ガスに含まれる二酸化炭素を液化する二酸化炭素液化工程と、前記除湿されたサスペンションプレヒータ排ガスの一部を前記クリンカクーラの冷却ガスとして循環利用するサスペンションプレヒータ排ガス循環工程と、
を備えてなることを特徴とするセメント焼成設備の二酸化炭素の回収方法。 A drying / pulverizing means for drying and pulverizing cement raw material to obtain powder raw material, a suspension preheater for preheating and calcining the dried and pulverized powder raw material, and firing the preheated and calcined powder raw material to make cement clinker A method for recovering carbon dioxide in a cement firing facility comprising a rotary kiln and a clinker cooler for cooling the fired cement clinker,
A suspension preheater exhaust gas cooling step for cooling the exhaust gas discharged from the suspension preheater, a dehumidification step for removing water vapor contained in the cooled suspension preheater exhaust gas, and collecting a portion of the dehumidified suspension preheater exhaust gas, A carbon dioxide liquefaction step for liquefying carbon dioxide contained in the suspension, and a suspension preheater exhaust gas circulation step for circulatingly utilizing a part of the dehumidified suspension preheater exhaust gas as a cooling gas for the clinker cooler,
A method for recovering carbon dioxide in a cement firing facility, comprising:
前記サスペンションプレヒータから排出される排ガスを冷却するサスペンションプレヒータ排ガス冷却手段と、冷却されたサスペンションプレヒータ排ガス中に含まれる水蒸気を取り除く除湿手段と、除湿されたサスペンションプレヒータ排ガスの一部を採取し、該排ガスに含まれる二酸化炭素を液化する二酸化炭素液化手段と、前記除湿されたサスペンションプレヒータ排ガスの一部を前記クリンカクーラの冷却ガスとして循環利用するサスペンションプレヒータ排ガス循環手段と、
を備えてなることを特徴とするセメント焼成設備の二酸化炭素の回収装置。 A drying / pulverizing means for drying and pulverizing cement raw material to obtain powder raw material, a suspension preheater for preheating and calcining the dried and pulverized powder raw material, and firing the preheated and calcined powder raw material to make cement clinker A carbon dioxide recovery device for a cement firing facility comprising a rotary kiln and a clinker cooler for cooling the fired cement clinker,
A suspension preheater exhaust gas cooling means for cooling the exhaust gas discharged from the suspension preheater, a dehumidification means for removing water vapor contained in the cooled suspension preheater exhaust gas, and collecting a part of the dehumidified suspension preheater exhaust gas, Carbon dioxide liquefying means for liquefying carbon dioxide contained in the suspension, suspension preheater exhaust gas circulation means for circulatingly utilizing a part of the dehumidified suspension preheater exhaust gas as a cooling gas for the clinker cooler,
An apparatus for recovering carbon dioxide in a cement firing facility, comprising:
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