JP2010269993A

JP2010269993A - 廃棄物を原燃料としたセメントクリンカーの製造方法

Info

Publication number: JP2010269993A
Application number: JP2010054458A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kakizono; 兼一柿囿; Yoshinori Tanaka; 芳法田中
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 2009-04-22
Filing date: 2010-03-11
Publication date: 2010-12-02
Anticipated expiration: 2030-03-11
Also published as: JP5479167B2

Abstract

【課題】特定の廃棄物に依存することなく、かつ多量の廃棄物をセメント製造装置で原燃料として使用できる方法を提供する。
【解決手段】廃白土、タンクスラッジ、含水汚泥等の廃棄物を２種以上混合して、含水率が１０〜７０質量％、発熱量が４〜２０ｋＪ／ｇで、かつ、目開き１０ｍｍの篩通過残が質量３０％以下に調製された粉粒体とする。この粉粒体を、乾式キルンの手前に設けられた仮焼炉内、例えば渦巻室（４）や気流炉（６）へ投入する。キルン排ガスダクト（２）やクリンカクーラー抽気ガスダクト（３）からの気流により仮焼炉内での滞留時間が確保され、該仮焼炉内で必要十分な燃焼が得られるとともに、該気流の作用によって、投入された粉粒体がよく分散されるため、窯尻部（１）に固まりとなって落下することもなく、そのため直接窯尻部に多量に投入した場合のように不完全燃焼を起こすことも防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は各種廃棄物を原燃料として用いるセメントクリンカーの製造方法に係わる。

近年、各種廃棄物を処理する方法として、セメントクリンカーを製造する際の原燃料とすることが実施あるいは提案されている。

処理対象とされる廃棄物は極めて広範囲に及んでおり（非特許文献１、２等）、例えば、高含水率の下水汚泥を直接キルンの窯尻又は仮焼炉に投入する（例えば、特許文献１参照）、汚泥とプラスチック片を混合してキルン窯尻に投入する（特許文献２）、金属粉末を燃料代替とする（特許文献３）、繊維強化プラスチックを破砕して補助燃料とする（特許文献４）、タンクスラッジ等の油泥を廃白土等の無機粉末と混合して原燃料として使用する（特許文献５〜７等）、あるいは油泥とバイオマス粉末等とを混合して燃料とすること（特許文献８）などが実際に実施あるいは提案されている。

特許３３４４４４８号公報特許４１１０７４９号公報特開２００８−２０８３００号公報特開平６−８２４７号公報特開２００５−２３９４５１号公報特開２００１−３２９２７６号公報特開平１０−１２１０７６号公報特開２００６−１９９７５０号公報

社団法人セメント協会、"廃棄物・副産物の活用方法"、［ｏｎｌｉｎｅ］、２００６年、［平成２１年４月１０日検索］、インターネット＜URL：http://www.jcassoc.or.jp/cement/1jpn/jg2b.html＞山本由里子、「廃棄物のセメント資源化技術・その最前線」、セメント・コンクリート、社団法人セメント協会、平成１４年８月１０日、第６６６号、ｐ．９−１７

上記例のように、実に様々な廃棄物がセメント製造工程で原燃料として利用されているが、これらは廃棄物であるため常に一定量が排出されるとは限らず、特定の廃棄物単体あるいは特定の廃棄物同士を混合したものを原燃料とする際には、該廃棄物をセメント製造設備で処理するための専用設備等を設置する必要のある場合も多い。しかしながら、必ずしも常に一定量の対象廃棄物がセメント製造施設で処理される必要があるとは限らず、設備の稼働率が低下してしまう可能性がある。特に特定廃棄物同士を混合して原燃料とする場合には、そのうちのいずれかが過小であると、最小の廃棄物量に処理量を合わせる必要が生じ、処理効率が大幅に低下する。

一方、前記特許文献６の如く、比較的多種多様の廃棄物を混合し、流動性などを一定の性状に調製した原燃料として処理する方法もあるが、廃棄物由来であるために様々な成分が混在しており、セメント製造装置に多量に、あるいは長期にわたって投入すると装置閉塞やクリンカの焼成不足等の様々な問題が生じる可能性があった。

従って本発明は、特定の廃棄物に依存することなく、かつ多量の廃棄物をセメント製造装置で原燃料として使用できる方法を提供することを目的とする。

本発明者等は上記課題に鑑み鋭意検討を行った。その結果、複数の廃棄物を混合して廃棄物を特定の性状を有する粉粒体とするとともに、該粉粒体をセメント製造装置のキルン手前に設置される仮焼炉に投入することによって前記課題が解決されることを見いだし、本発明を完成した。

即ち本発明は、廃棄物を原燃料の一部としてセメントクリンカーを製造する方法であって、２種以上の廃棄物を混合して、含水率が１０〜７０質量％、発熱量が４〜２０ｋＪ／ｇで、かつ、目開き１０ｍｍの篩通過残が３０質量％以下に調製された粉粒体を、乾式キルンの手前に設けられた仮焼炉内に投入することを特徴とするセメントクリンカーの製造方法である。

本発明の製造方法によれば、常に多量の廃棄物をセメント製造工程における原燃料として使用しても問題なく製造を行うことが可能となる。また特定の廃棄物に依存しないため、セメント製造装置が受け入れられる廃棄物量が安定し設備の稼動率も向上する。

さらに廃棄物中の有機物が燃料代替物となるため、重油や石炭といった化石燃料の使用量を低減することもできる。

原燃料とする粉粒体を投入する仮焼炉及びその周辺部の構造を示す模式図。

１．乾式キルンの窯尻部
２．キルン排ガスダクト
３．クリンカクーラー抽気ガスダクト
４．渦巻室
５．仮焼炉バーナー
６．気流炉
７．仮焼炉上部室
８．サイクロンプレヒーター
９．最下段サイクロンの原料シュート

本発明においては、廃棄物を原燃料の一部とする。当該廃棄物は特に限定されるものではなく、例えば、廃白土、タンクスラッジ、石炭スラリー、原油スラッジ、有機汚泥、油性スカム、洗車汚泥、塗料排水汚泥、印刷インキかす、廃塗料等の含油汚泥類；製紙スラッジ、下水処理汚泥、上水処理汚泥、活性汚泥、中和処理汚泥、スラリー汚泥、浄水汚泥、カーボン汚泥、サンド汚泥、含鉄汚泥、エポキシ汚泥、メッキ中和汚泥、酸洗汚泥、Ｎｉスラッジ、脱水ケーキ、研磨汚泥、排水処理汚泥等の汚泥類；石炭がら、アルミ灰、コークス灰、重油燃焼灰、煙道灰、焼却灰等の燃え殻；電気集塵灰、バグフィルター捕集ダスト、サイクロン捕集ダスト、ＳＵＳダスト、廃砂ダスト等のダスト類；木屑、大鋸屑、畳屑、わら屑、コーヒー豆かす等のバイオマス；接触分解触媒、シリカ系触媒、アルミナ系触媒、Ｎｉ系触媒等の廃触媒；スケール類、研磨粉、ショット粉、油性研磨粉、溶断屑、鉄粉、各種非鉄金属等の金属屑；金属せっけん廃液、廃ソーダ液、脱脂廃液、写真現像液、剥離液、洗浄廃液等の廃アルカリ；イソプロピルアルコール廃液、メタノール廃液、ジメチルホルムアミド廃液、廃塗料、レジスト廃液等の廃溶剤；潤滑油系廃油、切削油系廃油、洗浄油系廃油、絶縁油系廃油、圧延油系廃油、作動油系廃油、鉱物油系廃油、動植物油系廃油、タンカー洗浄水、タールピッチ類、廃ワニス、クレオソート廃液、タンク汚泥、エチレングリコール廃液、トリエチレングリコール廃液、クーラント廃油等の廃油；鋳物廃砂等の鉱さい、廃プラスチック類、廃トナー、廃化粧品、活性剤廃液、廃シロップ、ソーダ油滓、都市ゴミ等が挙げられる。

本発明においては、上記例示の如き廃棄物を２種以上混合し、含水率が１０〜７０質量％、発熱量が４〜２０ｋＪ／ｇで、かつ、目開き１０ｍｍの篩通過残が３０質量％以下である粉粒体を調製する。

ここで、２種以上混合するのは、特定廃棄物に依存せずに上記含水率や発熱量の範囲の粉粒体を得るためである。

含水率を１０〜７０％（「内割での質量％」、以下同じ）とするのは以下の通りである。即ち、含水率が７０％を超えるとペースト状あるいは半ペースト状となりやすく粉粒体とすることが困難となり、その輸送のためにパイプラインを設けるなどする必要が生じ非効率となる。また粉粒体とできても極めて凝集性が高くなるため、やはり輸送上の問題を生じやすい。さらに水分量が多いと、後述する仮焼炉内に投入した際の分散性、燃焼性が低くなり、仮焼炉内壁に付着して閉塞を起こしやすくなったり、キルン窯尻に直ぐに落下して不完全燃焼を起こしやすくなる。また水分が多いため、同質量当たりの原燃料代替率が低くなる。

一方、通常は廃棄物は水分を多く含むため、含水率を１０％未満とすることは困難であるか、水分調整に多大のエネルギーを要するなどしてしまう。さらに水分量が少なすぎると、微粉が簡単に舞い上がりやすく、作業環境上の問題も生じやすい。含水率は２０〜４０％の範囲に調製することがより好ましい。

一般に、含水汚泥類は含水率が高く、一方、燃えがらやばいじん等は含水率が低いため、これらを適宜配合することにより容易に含水率を調製できる。

本発明においては、廃棄物を混合して調製した粉粒体は、その発熱量を４〜２０ｋＪ／ｇとする。発熱量が高い場合は、仮焼炉内の熱付加が増大して、渦巻室および気流炉ならびに仮焼炉上部室の耐火物損傷の危険が増すばかりでなく、燃焼ガスの経路において原料の溶着固化によるダクトの閉塞などの問題を発生する。このような熱的、装置的問題に加えて熱量原単位をも増大させ、装置の安定連続運転を阻害することになる。

一方、発熱量が低い場合は、重油や石炭といった化石燃料の燃料代替物となりがたい。より好ましくは発熱量を８〜１３ｋＪ／ｇに調製する。

粉粒体の発熱量は、一般に発熱量の高い含油汚泥やバイオマス、廃プラスチック等と、発熱量の低い含水汚泥、燃え殻、煤塵等を適宜配合することにより容易に調製できる。

本発明においては、廃棄物を混合して調製した粉粒体は、目開き１０ｍｍの篩通過残が３０質量％以下とする必要がある。即ち、このような粒径範囲を持たせることにより、当該粉粒体を後述する仮焼炉に投入するとキルン窯尻を経て仮焼炉内に流れ込むガス流及びクリンカークーラーからの抽気ガス流の作用により、すぐさまキルン窯尻に落下することが実質的に防止される。よって仮焼炉内での滞留時間が確保され、これにより水分が蒸発し、かつ仮焼炉内で燃焼するため燃料代替物としての効果を十分に得ることが可能となる。より好ましくは目開き１０ｍｍの篩通過残が２０質量％以下とする。

仮焼炉内への投入の容易性や、投入後に窯尻部へ直接落下してしまう成分がなるべく存在しないようにすることを考慮すると、本発明における上記粉粒体は目開き１００ｍｍ篩通過残が実質的に存在しないものであることが好ましく、目開き６０ｍｍ篩通過残が実質的に存在しないものであることが特に好ましい。

一方、あまりに細かい粒子が多量に存在すると、前記ガス流により急速に仮焼炉外へ流出してしまうおそれがある。これに加えて、微粉が簡単に舞い上がりやすく作業環境の問題も生じやすい。従って、目開き０．１ｍｍの篩通過残が８０質量％以上であることが好ましい。

なお上記粉粒体の篩通過残は、ＪＩＳ−Ｋ００６９で定められるふるい分け試験法に準じて行った結果を示すものである。

本発明においては上記の粉粒体を、セメント製造装置の仮焼炉に投入する。なお該仮焼炉とは、図１に示すようにセメント製造装置に設けられた乾式キルンの手前（原料流れの方向からみて上流側）に設けられる設備であり、この仮焼炉は、石炭等の燃料を燃焼させて、その燃焼熱で原料を仮焼（脱炭酸反応）させる装置（空間）を示し、キルンの熱負荷を軽減させ、回転窯の大型化を伴わずに焼成能力の向上を行うことのできる設備である。

本発明では、このような仮焼炉であれば特に限定されず適用できるが、前記効果をより良好に得るために、渦巻室、該渦巻室上方に設けられた気流炉、および仮焼炉上部室により構成されているものが好ましい（図１参照）。このような構成の仮焼炉の場合、通常、バーナーは渦巻室に設けられ、また仮焼炉の下端部（渦巻室下端部）はキルン排ガスダクトの上端と接続されており、キルンからのガスが下方から渦巻室へ流入する構造となっている。さらに該仮焼炉における渦巻室には、クーラー抽気ガスダクトが接続されて、高温のクーラー抽気ガスが流入するようにされているものが好ましい。

なお乾式キルンにより原料を焼成してセメントクリンカーを製造する設備では、一般に該仮焼炉のさらに上流側にダクトで連結された複数のサイクロンが設けられたプレヒーターがあり、ここで各原料が予熱される。このような乾式キルン、仮焼炉及びプレヒーター（サスペンションプレヒーター）がこの順で連結されたセメント製造設備は通常、ＮＳＰキルンと呼ばれる。

本発明において、前述の粉粒体をこの仮焼炉に投入する理由は以下の通りである。

即ち前述の通り、該粉粒体を仮焼炉に投入すると、キルン窯尻方向からの高温のガス流と重力との釣り合いにより、該粉粒体の仮焼炉内の滞留時間が十分に確保され、それにより水分が蒸発してキルン窯尻付近の温度低下を防止できるとともに、粉粒体中の可燃性成分が仮焼炉内で燃焼することによって、仮焼炉バーナーで必要となる化石燃料の代替ともなる。また、該粉粒体は仮焼炉内のガス流の作用によって固まりの状態ではなく、上記気流等の作用により分散された状態でキルン内に持ち込まれることになるという効果も得られる。

該粉粒体を構成する成分にもよるが、通常は、仮焼炉バーナーで用いられる粉炭よりも大きい粒子は仮焼炉内で完全に燃焼することなく、一部可燃性成分を含んだ状態で窯尻部まで落下する。可燃性成分が大きな固まり状態で直接窯尻部に投入されると、不完全燃焼により一酸化炭素が発生しやすくなるが、上記のように分散された状態であれば燃焼が容易となり一酸化炭素の発生も抑制される。

更には、仮焼炉から落下する成分もキルン内で完全に燃焼することで、キルンのメインバーナー（窯前バーナー）および仮焼炉バーナーの燃料節減に寄与する。

一方、例えば窯前から投入した場合には以下のような問題がある。即ち、廃棄物由来であるために粉粒体は多量の無機物を含む可能性があり、このような無機物は十分に焼成するためにキルン内での滞留時間を長く確保する必要がある。滞留時間を長く確保するためには、より窯尻に近い位置へ送り込む（窯前からみて長距離となる位置に吹き込む）必要があるが、粉粒体が水分を含むなどの理由により、長距離を飛ばすことが困難であり、また吹き込みのための装置が閉塞するなどの問題を生じやすい。それに対し仮焼炉への投入であれば、多くの場合、重力により落下させるだけですむ。

また、直接窯尻に投入すれば長距離吹き込みの問題は生じないが、キルン窯尻の温度を局所的に下げやすいうえ、キルン内を経由してきたガスは酸素量が少ないため、不完全燃焼を生じたり、あるいは別途酸素供給手段を設けたりする必要がある。それに対し、ＮＳＰキルンにおける仮焼炉にはクリンカークーラーからの抽気ガス（主に高温の空気である）が供給されるため酸素不足の問題は生じず、また該抽気ガス流やキルン窯尻からのガス流の作用により投入された粉粒体は比較的迅速に分散されて局所的な温度低下を引き起こしにくい。

一方で、仮焼炉の手前のプレヒーター内に投入した場合には、粉粒体中の有機物成分のうち微粒のものが未燃状態で集塵機まで到達する可能性が高く、燃料代替物としての効果が低下する等の問題が生じ易い。

本発明における仮焼炉への投入位置は特に限定されるものではなく、上述の効果を勘案して適宜決定すればよい。例えば、図１に示す渦巻室及び／又は気流炉が挙げられる。また仮焼炉上部室へ投入することも好ましい態様である。

前記粉粒体を上記仮焼炉における投入位置まで運搬する手段は特に限定されず、公知の手段を適宜採用すればよい。本発明において原燃料とする粉粒体は、水分量、粒径範囲等が調製されているため、ベルトコンベヤやバケット等の開放型の運搬手段を採用することが可能である。

本発明で製造されるセメントクリンカーは特に限定されず、本発明は乾式キルンを用いた設備で製造できる公知のセメントクリンカーの製造に適用できる。例えば、ＪＩＳ規格の普通ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント等のポルトランドセメント用クリンカーが挙げられる。

以下、実施例により本発明の構成及び効果をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１
廃白土、タンクスラッジ、含水汚泥を主成分とし、他に廃油等を混合し、水分量が３５％、発熱量が１３．１ｋＪ／ｇ、各目開きの篩通過残が下表１に示す割合である粉粒体からなる原燃料を調製した。

上記粉粒体を、図１に模式図を示す実機製造装置における仮焼炉の渦巻室に、平均３．５ｔ／Ｈｒで投入し、ＪＩＳ規格の普通ポルトランドセメント用のクリンカーを１６８ｔ／Ｈｒで製造した。投入開始から１６０分間のトータルで、仮焼炉バーナーで約４％、メインバーナーで約７％の燃料が節約できた。

この条件において、装置運転に特にトラブルは生じず、得られたクリンカの品質も、粉粒体を用いなかった場合と遜色はなかった。

実施例２
実施例１と同様に廃白土、タンクスラッジ、含水汚泥を主成分とし、他に廃油等を混合して、水分量が２６％、発熱量が１０．１ｋＪ／ｇ、粒度は実施例１のものとほぼ同等の粉粒体からなる原燃料を調製した。

この粉粒体からなる原燃料を、図１に模式図を示す実機製造装置における仮焼炉の気流炉に平均３．８６ｔ／Ｈｒで投入し、ＪＩＳ規格の普通ポルトランドセメント用のクリンカーを１６５ｔ／Ｈｒで製造した。投入開始から３５０分間のトータルで、仮焼炉バーナーで約９％の燃料が節約できた。

なお、この投入開始直後は、投入していない状態と同等の温度条件を維持するために仮焼炉バーナー、メインバーナー共に若干の出力変動が伴ったが、投入開始から約４時間経過した後は定常状態で運転することができた。

Claims

廃棄物を原燃料の一部としてセメントクリンカーを製造する方法であって、２種以上の廃棄物を混合して、含水率が１０〜７０質量％、発熱量が４〜２０ｋＪ／ｇで、かつ、目開き１０ｍｍの篩通過残が質量３０％以下である粉粒体を調製し、ついで該粉粒体を、乾式キルンの手前に設けられた仮焼炉内に投入することを特徴とするセメントクリンカーの製造方法。