JP2009203117A - セメントキルン排ガスの処理装置及び処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】セメントキルン排ガスから低コストで効率よく水銀を除去する。
【解決手段】セメントキルン排ガスから捕集されたダストＤを造粒する造粒装置３と、造粒物Ｐを加熱する加熱装置４と、加熱装置の加熱によって揮発した水銀を回収する水銀回収装置９とを備えるセメントキルン排ガスの処理装置１等。捕集されたダストを粒状化した後に加熱処理するため、設備容量の小さい加熱装置でも水銀の揮発に十分な加熱時間を確保でき、水銀を漏れなく揮発させることができる。加熱装置からの排ガスＧ１を乾式冷却して所定の温度に調温する調温装置６と、調温装置によって調温された排ガスＧ２、ダストＤ２を固気分離する固気分離装置７とを備え、水銀回収装置は、固気分離装置によって分離された抽気ガスＧ２から水銀を回収することができる。加熱装置は造粒物を４００℃以上６００℃以下に加熱し、調温装置は加熱装置の排ガスを１５０℃以上２５０℃以下に調温する。
【選択図】図１

Description

本発明は、セメント焼成設備を構成するセメントキルンから排出される燃焼排ガスから水銀を除去する装置及び方法に関する。

セメントキルンの排ガスには、微量の金属水銀（Ｈｇ）が含まれている。その起源は、セメントの主原料である石灰石等の天然原料が含有する水銀の他、フライアッシュ等の多品種にわたるリサイクル資源に含まれる水銀である。近年、廃棄物のセメント原料化及び燃料化によるリサイクルが推進され、廃棄物の処理量が増加するに従い、セメントキルン排ガス中の水銀濃度が増加する可能性が考えられる。

しかし、セメントキルンの排ガスに低濃度で含まれる水銀を、多量の排ガスから除去することは極めて困難であり、セメントキルンの排ガス中の水銀が増加すると、大気汚染の原因となる虞があるとともに、フライアッシュ等のリサイクル資源利用拡大の阻害要因となる虞もある。

そこで、例えば、特許文献１には、セメントキルン排ガスを集塵機によって除塵した後、捕集した集塵ダストを加熱炉に導き、集塵ダスト中の水銀を揮発温度以上に加熱して揮発させ、その後、吸着剤等により吸着して除去するセメントキルン排ガスの処理方法が提案されている。

特開２００２−３５５５３１号公報

しかし、上記処理方法においては、セメントキルン排ガスから捕集した集塵ダストをそのまま加熱炉に導入し、粉体の状態で加熱するため、加熱炉の内部で集塵ダストが飛散し、十分に加熱することが困難となる。このため、加熱時間が長期化して処理効率が低下したり、水銀の揮発不足が生じて除去率が低下するなどの問題があった。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、セメントキルン排ガス中の水銀を除去するにあたって、セメントキルン排ガスから捕集した集塵ダストを効率よく加熱し、水銀の除去率や処理効率を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、セメントキルン排ガスの処理装置であって、セメントキルン排ガスから捕集されたダストを造粒する造粒装置と、該造粒装置によって得られた造粒物を加熱する加熱装置と、該加熱装置の加熱によって揮発した水銀を回収する水銀回収装置とを備えることを特徴とする。

そして、本発明によれば、セメントキルン排ガスから捕集されたダストを粒状化した後に加熱処理するため、設備容量の小さい加熱装置を用いた場合でも、水銀の揮発に十分な加熱時間を確保することができ、捕集したダスト中の水銀を漏れなく揮発させることができるとともに、ダストを粒状化しているため、後段で処理すべきダスト量も少なくなり、後段のダスト処理工程にかかる負担を軽減することもできる。

上記セメントキルン排ガスの処理装置において、前記加熱装置からの排ガスを乾式冷却して所定の温度に調温する調温装置と、該調温装置によって調温された排ガスを固気分離する固気分離装置とを設け、前記水銀回収装置は、前記固気分離装置によって分離されたガスから水銀を回収することができる。

上記構成によれば、前記加熱装置からの排ガスを乾式冷却して調温するため、加熱装置でガス化した水銀の多くを排ガス中に保持しつつ、排ガスの温度を固気分離装置の安全温度まで低下させることができる。これにより、揮発した大半の水銀を水銀回収装置に導くことが可能になり、水銀の回収効率を高めることができる。

上記セメントキルン排ガスの処理装置において、前記加熱装置は、前記造粒物を４００℃以上６００℃以下に加熱し、前記調温装置は、該加熱装置の排ガスを１５０℃以上２５０℃以下に調温することができる。これによれば、最適な揮発条件で微粉ダスト中の水銀を揮発させることができるとともに、揮発した水銀の多くを排ガス中に保持することができる。

上記セメントキルン排ガスの処理装置において、前記加熱装置で前記造粒物を加熱処理した後の造粒物、及び前記水銀回収装置において水銀を回収した後のダストを該セメントキルンに戻すルートを備えることができ、水銀を除去したダストをセメント原料として利用することができる。

また、本発明は、セメントキルン排ガスの処理方法であって、セメントキルン排ガスから捕集されたダストを造粒し、該造粒によって得られた造粒物を加熱し、該加熱によって前記造粒物から揮発した水銀を回収することを特徴とする。本発明によれば、前記発明と同様に、加熱時間の短縮化や加熱装置の規模の縮小化を図ることができ、また、水銀の揮発不足を防止し、水銀の除去率を向上させることが可能になる。

以上のように、本発明によれば、セメントキルンから排出される燃焼排ガスから水銀を低コストで効率よく除去することが可能になる。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明にかかるセメントキルン排ガスの処理装置の一実施の形態を示し、この処理装置１は、大別して、セメントキルン（不図示）の後段に配置された電気集塵機２と、電気集塵機２で捕集された集塵ダストＤを造粒する造粒装置３と、造粒装置３で得られた造粒物Ｐを加熱する流動層式加熱炉４と、流動層式加熱炉４から排出される燃焼排ガスＧ１及びダストＤ１を冷却する調温装置６と、調温装置６で冷却した燃焼排ガスＧ２及びダストＤ２を固気分離する固気分離装置７と、固気分離後の燃焼排ガスＧ２から水銀を回収する水銀回収装置９等で構成される。

造粒装置３は、電気集塵機２で捕集された粉状の集塵ダストＤを造粒し、所定の粒径（例えば、２〜３ｍｍ）を有する粒体物を生成するために備えられる。集塵ダストＤの造粒方法は、特に限定されるものではなく、造粒装置３として、圧縮成形造粒機や押出し成形造粒機等の種々の造粒機を用いることができる。

流動層式加熱炉４は、造粒装置３で生成された造粒物Ｐを加熱し、造粒物Ｐから水銀を揮発させるために備えられる。流動層式加熱炉４では、熱風発生装置５にて発生させた所定温度の熱風を炉底から吹き込むことにより炉内に流動層を形成し、投入された造粒物Ｐを流動させながら加熱する。このため、規模の小さい流動層式加熱炉４であっても造粒物Ｐの加熱時間を十分に取ることができ、効率よく水銀を揮発させることができる。水銀を十分に揮発させるためには、造粒物Ｐを４００℃〜６００℃に加熱することが好ましく、５５０℃〜６００℃で加熱することがより好ましい。尚、造粒物Ｐを加熱する加熱装置として、上記流動層式加熱炉４以外の一般的な加熱炉（例えば、ロータリーキルン式など）を用いることもできる。

上記流動層式加熱炉４に用いる補助流動材には、造粒物Ｐの流動化を促すと同時に排ガスＧ１の脱硫も行う観点から、石灰石を用いることが好ましく、熱風発生装置５に使用する燃料には、燃料コストの削減や資源の有効活用のため、廃油や廃溶剤等の可燃性廃棄物を併用することが好ましい。

調温装置６は、流動層式加熱炉４の燃焼排ガスＧ１、及びそれに同伴して搬送されるダストＤ１を冷却し、所定の温度に調整するために備えられる。燃焼排ガスＧ１等の冷却は、主として、次段の固気分離装置７の耐熱性を考慮したものであるが、水銀が凝縮するのを可能な限り回避し、より多くの水銀を燃焼排ガスＧ１中に保持するため、それらの冷却には、冷却水等を用いた湿式冷却法は避け、冷却空気を吹き付けるなどして冷却する乾式冷却法を用いることが好ましい。また、その際の燃焼排ガスＧ１の温度は、固気分離装置７の耐熱温度と水銀の凝縮度合いとの関係から、１５０℃〜２５０℃に調温することが好ましく、１８０℃〜２３０℃とすることがより好ましい。

固気分離装置７は、調温装置６で冷却された燃焼排ガスＧ２等からダストＤ２を捕集するために備えられる。ダスト捕集性能の点から、固気分離装置７には、バグフィルタを用いることが好ましい。但し、一般的にバグフィルタの最大耐熱温度は、ガラス繊維製のろ布を用いても２５０℃付近であるため、２５０℃の連続運転は好ましくない。従って、水銀の凝縮を可能な限り回避し、かつ、ろ布の寿命延命化を考慮すると、上段で述べた通り、１８０℃〜２３０℃が最適温度となる。固気分離装置７の後段には、誘引ファン８が設けられる。

水銀回収装置９は、ダストＤ２を捕集した後の燃焼排ガスＧ２を受け入れ、該燃焼排ガスＧ２から水銀を除去するために備えられる。水銀回収装置９としては、一般的な吸着剤により水銀を吸着除去するガス吸着装置を用いることができ、より具体的には、乾式法として、活性炭や活性コークスなどの多孔質吸着媒体を、固定層式又は移動層式の装置に充填し、これに水銀を通ガスすることで、ガス中に含まれる水銀を吸着除去する方法、キレート樹脂等の水銀を選択的に吸着する媒体を固定層式の装置に充填し、これに水銀を通ガスすることで、ガス中に含まれる水銀を吸着除去する方法等があり、湿式法として、スクラバーやスプレー塔等の湿式洗浄装置により水銀含有ガスを洗浄し、水銀を液相側にて回収する方法等を用いることができる。その他、水銀含有ガスの深度冷却による凝集析出法を用いることもできる。尚、水銀回収装置９に活性炭や活性コークスなどを用いた吸着装置を使用することで、水銀の他に、燃焼排ガスＧ１に含まれる微量のダイオキシンやＰＣＢ等の有機塩素化合物に代表される有害物質を吸着除去することができる。

次に、上記構成を有するセメントキルン排ガスの処理装置１の動作について、図１を参照しながら説明する。

まず、電気集塵機２でセメントキルン排ガスを集塵し、捕集した集塵ダストＤを造粒装置３に導入する。次に、造粒装置３により集塵ダストＤを造粒して造粒物Ｐを生成し、その後、造粒物Ｐを流動層式加熱炉４に投入して４００℃〜６００℃に加熱する。この際、造粒物Ｐは、捕集直後の集塵ダストＤに比べて、個々の体積や重量が大きいため、投入時や加熱時に流動層式加熱炉４の炉内で飛散するのが抑制され、一方、流動層式加熱炉４では、造粒物Ｐを流動化して加熱するため、規模の小さい炉であっても造粒物Ｐの加熱時間を十分に取ることができ、効率よく水銀を揮発させることができる。尚、流動層式加熱炉４で加熱処理を施した後の造粒物Ｐは、セメント製造工程内に戻し、セメント原料等として再利用することができる。

次に、調温装置６において、流動層式加熱炉４から排出される燃焼排ガスＧ１及びダストＤ１を１５０℃〜２５０℃まで乾式冷却し、ガス化した水銀の多くを燃焼排ガスＧ１中に保持しつつ、燃焼排ガスＧ１等の温度を固気分離装置７の安全温度まで低下させる。その後、固液分離装置７により、調温装置６から排出される燃焼排ガスＧ２及びダストＤ２を固気分離し、ダストＤ２を捕集する。捕集したダストＤ２は、セメント製造工程に戻してセメント原料等として再利用し、燃焼排ガスＧ２は、誘引ファン８を介して水銀回収装置９に移送する。

そして、水銀回収装置９において、燃焼排ガスＧ２に吸着剤を吹き込む、もしくは、燃焼排ガスＧ２を該水銀回収装置９へ通ガスし、ガス化した状態の水銀を吸着除去し、燃焼排ガスＧ３から水銀を取り除く。水銀を吸着した吸着剤は、回収して別途適切な最終処理を行う、好ましい最終処理方法として、例えば、水銀リサイクル処理を専門的に行っている企業や機関への委託処理が挙げられる。一方、水銀を除去した後の燃焼排ガスＧ３は、電気集塵機２に戻し、残留ダストを除塵する。

尚、上記実施の形態においては、セメントキルンの後段に電気集塵機２を配置するが、電気集塵機２に代えて、バグフィルタ、サイクロン、移動式集塵機等を配置し、それらの集塵機によって捕集した集塵ダストＤを造粒装置３に導入してもよい。

以上のように、本実施の形態によれば、電気集塵機２で捕集した集塵ダストＤを粒状化した後に加熱処理するため、設備容量の小さい流動層式加熱炉４を用いた場合でも加熱時間を長く稼ぐことができ、捕集したダスト中の水銀を漏れなく揮発させることができるとともに、ダストを粒状化しているため、後段で処理すべきダスト量も少なくなり、後段のダスト処理工程にかかる負担を軽減することもできる。

また、電気集塵機２で捕集した集塵ダストＤの見掛け嵩密度は０．７ｋｇ／Ｌ程度であるが、このダストを加圧造粒することによって見掛け嵩密度を１．０ｋｇ／Ｌまで高めたとすると、集塵ダストＤの造粒品と非造粒品を同量で、かつ同運転条件で処理しようとした場合、造粒品を処理する場合の方が、非造粒品を処理する場合に比較して設備容量を３０％低減することができる。

セメントキルン排ガスを集塵して得られたダストを加熱し、ダスト中に含まれる水銀をガス側へ十分に揮発させ、その揮発した水銀含有排ガスを、固気分離装置（バグフィルタ）により固気分離を行った場合、バグフィルタの操業温度の違いが水銀存在バランスにどのような影響を与えるかを調査した。

上記調査を行うため、図２に示す試験装置２１を製作した。既存のセメント製造装置の電気集塵機にて捕集されたダスト（以下、「ＥＰダストと称す）Ｄを、熱風発生装置２２で発生させた熱風が流通する管路２３中に吹き込み、後段のサイクロン２４にて一次捕集した。一次捕集した後の排ガスＧ１は、排ガス冷却部２５にて冷却ファン２６から吹き込まれる空気との混合による直接冷却により所定温度まで調温され、後段のバグフィルタ２７によって固気分離される。サイクロン２４とバグフィルタ２７で、各々ダストをサンプリングし、固気分離した後の排ガスＧ２は、別途排ガス処理装置で浄化処理を行い大気へ放出した。

実験条件を表１に示す。また、実験結果を表２に示す。尚、各測定方法、及び表中の用語の定義については、以下の通りである。
（１）ダスト中の水銀濃度：「セメント協会標準試験方法 JCAS I-51 セメント及びセメント原料中の微量成分の定量方法」
（２）ダスト回収率：投入ダスト量を１００とした場合の数値である。
（３）水銀存在割合：投入ダストの水銀量を１００とした場合の数値である。

上記表２に基づき、バグフィルタ２７での固気分離における水銀存在バランスを表３に示す。尚、表３におけるガス側での存在割合は、投入ダストの水銀量を１００とした場合、ダスト側での存在割合を差引いたものである。また、表２のダスト回収率より、所在不明分のダストがあることになるが、その量は微量であるため、便宜上水銀は揮発したものとみなした。

表２と表３から、バグフィルタ２７の操業温度が１５０℃の場合、水銀のガス側存在率は５６％と過半数を超えている。さらに、２２０℃まで温度を上げると、水銀のガス側存在率は７０％以上に上昇することが判る。

これらの結果より、固気分離装置にバグフィルタを用いた場合、その操業温度を１５０℃〜２５０℃とすることで、水銀の大部分をガス側で存在させることができる。一方、経済性も考慮した上で工業的に使用されるバグフィルタの操業限界温度は、ガラス繊維製の濾布を使用した場合でも一般的に２５０℃程度が限界とされる。従って、バグフィルタの濾布寿命と本実施例の結果を踏まえると、現実的な操業温度は１８０℃以上２３０℃以下が好ましいと考えられる。

次に、流動層式加熱炉４等において加熱される造粒物Ｐとしての適性を把握するため、セメントキルン排ガス集塵機ダストを造粒し、その造粒品の圧潰強度テストを行った。

既存のセメント製造装置の電気集塵機にて捕集されたダストに、造粒に適した量の水を添加後、十分に混練して造粒物の重量が１ｇ程度となるように造粒した。その後、造粒物を１０５℃に設定した乾燥機にて絶乾状態とし、さらに造粒物を電気炉にて表４に示す焼成温度にて２０分間焼成した。その後、焼成した造粒品の強度試験を行った。試験結果を表４と図３に示す。

表４及び図３より、セメントキルン集塵機ダスト造粒物の圧潰強度は、焼成温度が約６００℃までは、約９ｋｇｆ以上の強度を保有している。一方、６００℃以上なると圧潰強度は急激に低下することが判る。

本実施例より、セメントキルン集塵機ダスト造粒物の加熱温度の上限は、６００℃とすることが適しており、また、造粒物から水銀を揮発させることも考慮すれば、加熱温度の範囲は４００℃から６００℃とすることが好ましく、５５０℃〜６００℃とすることがより好ましいと考えられる。

尚、本発明は、上記実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載の技術的事項の範囲内で種々の態様があることは言うまでもない。

本発明にかかるセメントキルン排ガスの処理装置の一実施の形態を示すフローチャートである。 本発明にかかるセメントキルン排ガスの処理装置の試験装置を示すフローチャートである。 セメントキルン排ガス集塵機ダストの造粒品の圧潰強度テスト結果を示すグラフである。

符号の説明

１ セメントキルン排ガスの処理装置
２ 電気集塵機
３ 造粒装置
４ 流動層式加熱炉
５ 熱風発生装置
６ 調温装置
７ 固気分離装置
８ 誘引ファン
９ 水銀回収装置
１０ 水銀回収装置
２１ 試験装置
２２ 熱風発生装置
２３ 管路
２４ サイクロン
２５ 排ガス冷却部
２６ 冷却ファン
２７ バグフィルタ
Ａ 焼却灰
Ｄ 集塵ダスト
Ｄ１、Ｄ２ ダスト
Ｇ１〜Ｇ３ 燃焼排ガス
Ｐ 造粒物

Claims (5)

1. セメントキルン排ガスから捕集されたダストを造粒する造粒装置と、
   該造粒装置によって得られた造粒物を加熱する加熱装置と、
   該加熱装置の加熱によって揮発した水銀を回収する水銀回収装置とを備えることを特徴とするセメントキルン排ガスの処理装置。
2. 前記加熱装置からの排ガスを乾式冷却して所定の温度に調温する調温装置と、
   該調温装置によって調温された排ガスを固気分離する固気分離装置とを備え、
   前記水銀回収装置は、前記固気分離装置によって分離されたガスから水銀を回収することを特徴とする請求項１に記載のセメントキルン排ガスの処理装置。
3. 前記加熱装置は、前記造粒物を４００℃以上６００℃以下に加熱し、
   前記調温装置は、該加熱装置の排ガスを１５０℃以上２５０℃以下に調温することを特徴とする請求項２に記載のセメントキルン排ガスの処理装置。
4. 前記加熱装置において前記造粒物を加熱処理した後の造粒物、及び前記水銀回収装置において水銀を回収した後のダストを該セメントキルンに戻すルートを備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のセメントキルン排ガスの処理装置。
5. セメントキルン排ガスから捕集されたダストを造粒し、
   該造粒によって得られた造粒物を加熱し、
   該加熱によって前記造粒物から揮発した水銀を回収することを特徴とするセメントキルン排ガスの処理方法。

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