JP2011051840A - セメントキルン抽気ガスの処理システム及び処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】湿式集塵機を用いてセメントキルン抽気ガスを処理するに際し、湿式集塵機の内部での付着物の固結を防止し、安定した連続運転を可能とする。
【解決手段】セメントキルン２の窯尻からプレヒータの最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より抽気された抽気ガスＧ１に含まれるダストを湿式集塵機６によって湿式集塵するセメントキルン抽気ガスの処理システム１であって、湿式集塵機６のスクラバ６ａに、カルボン酸、ジカルボン酸又はヒドロキシカルボン酸を含有する固結防止剤を添加する。このとき、カルボン酸等の添加量を、持ち込まれる硫黄分に対して、０．５モル当量以上３モル当量以下とすることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、セメントキルン抽気ガスの処理システム及び処理方法に関し、特に、セメントキルンの窯尻からプレヒータの最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より抽気した抽気ガスに含まれるダストを湿式集塵するシステム等に関する。

従来、セメント製造設備におけるプレヒータの閉塞等の問題を引き起こす原因となる塩素、硫黄、アルカリ等の中で、塩素が特に問題となることに着目し、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部を冷却しながら抽気して塩素を除去する塩素バイパス設備が用いられている。

この塩素バイパス設備は、図３に示すように、セメントキルン４２の窯尻から最下段サイクロン（不図示）に至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部を冷却しながら抽気するプローブ４３と、プローブ４３に冷風を供給する冷却ファン４４と、プローブ４３で抽気した燃焼ガスに含まれるダストの粗粉を分離するサイクロン４５と、サイクロン４５の排ガスに含まれる微粉を湿式集塵する湿式集塵機４６と、湿式集塵機４６から排出されるスラリーを固液分離して石膏と塩水とを得るための固液分離器４７と、湿式集塵機４６から排出される清浄ガス（以下、「湿式集塵機の排ガス」という）を誘引する誘引ファン４８等で構成される。

また、湿式集塵機４６は、微粉を含む抽気ガスをスラリー中の水分と接触させて冷却するスクラバ４６ａと、スクラバ４６ａとの間で集塵ダストスラリーを循環させる循環液槽４６ｂと、工水を噴霧する洗浄塔４６ｃとを備える。

上記構成において、セメントキルン４２の燃焼ガスの一部をプローブ４３で冷却しながら抽気すると、塩素化合物の結晶が生成される。その際、抽気した排ガスに含まれるダストの微粉側に塩素が偏在しているため、サイクロン４５で分級した粗粉をセメントキルン系に戻すとともに、塩素含有率の高い微粉及びガスを湿式集塵機４６に導き、循環液槽４６ｂから供給されるスラリーの水分等によって冷却する。そして、ガス中の微粉を湿式集塵機４６によって集塵し、集塵ダストスラリーを固液分離器４７によって石膏と、ＫＣｌを含む塩水とに分離し、石膏を回収するとともに、分離された塩水をセメント粉砕工程に添加したり、水処理後に下水又は海洋に放流して処理する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−３３１４７４号公報

湿式集塵機４６のスクラバ４６ａは、サイクロン４５から供給される排ガスと、循環液槽４６ｂから循環されるスラリーとに特定の流れを与えて、両者を効率よく接触させる装置であるため、その内部には、排ガス及びスラリーの流れを制御する複数の案内羽根が配置される。

その一方で、サイクロン４５からの排ガスには、硫黄分（ＳＯ₂）が含まれ、また、排ガス中の微粉には、セメント主原料の１つである生石灰（ＣａＯ）が含まれる。加えて、硫黄分の除去やｐＨを一定に保つため、消石灰を適宜添加する。このため、湿式集塵機４６において、硫黄分とカルシウム分が反応し、石膏（ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ）となる。他方、スクラバ４６ａでの石膏成分の濃縮や、案内羽根に付着したスラリーと硫黄分との反応により、案内羽根に固結が生成するようになる。

その結果、圧力損失の増加や、脱硫及び除塵等の性能低下が発生し、スクラバ４６ａを定期的に清掃する必要が生じて運転効率の低下を招くという問題があった。尚、スラリーのｐＨを管理することで、固結の成長を抑制することができるが、固結の発生を回避するまでには至らず、必ずしも万全とは言えなかった。

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、湿式集塵機を用いてセメントキルン抽気ガスを処理するに際し、湿式集塵機内での付着物の固結を防止し、安定した連続運転が可能な処理システム等を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、セメントキルンの窯尻からプレヒータの最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より抽気された抽気ガスに含まれるダストを湿式集塵機によって湿式集塵するセメントキルン抽気ガスの処理システムであって、前記湿式集塵機内又は該湿式集塵機の上流側に、カルボン酸、ジカルボン酸又はヒドロキシカルボン酸を添加することを特徴とする。

そして、本発明によれば、抽気ガスやダストに含まれるカルシウム分が、湿式集塵機の内部や上流側に添加したカルボン酸と反応し、一時的に溶解性の高いカルボン酸カルシウムが生成されるため、湿式集塵機内での付着物の固結を防止するとともに、硫黄分の除去性能を低下させずに石膏を得ることができ、安定した連続運転が可能になる。

上記セメントキルン抽気ガスの処理システムにおいて、前記カルボン酸、ジカルボン酸又はヒドロキシカルボン酸として、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、ブタン酸、吉草酸、安息香酸、フタル酸、テレフタル酸、サリチル酸、ピルビン酸、乳酸、リンゴ酸又はクエン酸を用いることができる。

上記セメントキルン抽気ガスの処理システムにおいて、前記カルボン酸、ジカルボン酸又はヒドロキシカルボン酸の添加量を、持ち込まれる硫黄分に対して、０．５モル当量以上３モル当量以下とすることができ、これによれば、湿式集塵機内での付着物の固結を防止しながら、セメント品質に悪影響が及ぶのを回避することが可能になる。

また、本発明は、セメントキルンの窯尻からプレヒータの最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より抽気された抽気ガスに含まれるダストを湿式集塵機によって湿式集塵するセメントキルン抽気ガスの処理方法であって、前記湿式集塵機内又は該湿式集塵機の上流側に、カルボン酸、ジカルボン酸又はヒドロキシカルボン酸を添加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、湿式集塵機内での付着物の固結を防止することができ、安定した連続運転が可能になる。

以上のように、本発明によれば、湿式集塵機を用いてセメントキルン抽気ガスを処理するに際し、湿式集塵機内での付着物の固結を防止することができ、安定した連続運転が可能になる。

本発明にかかるセメントキルン抽気ガスの処理システムの一実施の形態を示すフローチャートである。 セメントの凝結特性の試験例を示すグラフであり、（ａ）は、ギ酸カルシウムをセメントに添加した場合の試験例を示し、（ｂ）は、ギ酸をセメントに添加した場合の試験例を示す。 従来のセメントキルン抽気ガスの処理システムを示すフローチャートである。

次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明にかかるセメントキルン抽気ガスの処理システムの一実施の形態を示し、この処理システム１は、セメントキルン２の窯尻からプレヒータの最下段サイクロン（不図示）に至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部を冷却しながら抽気するプローブ３と、プローブ３に冷風を供給する冷却ファン４と、抽気ガスＧ１に含まれる粗粉Ｄ１を分離する分級機としてのサイクロン５と、サイクロン５の排ガスＧ２に含まれる微粉Ｄ２を湿式集塵する湿式集塵機６と、湿式集塵機６から排出されるスラリーＳを固液分離して石膏とろ液（塩水）とを得るための固液分離器７と、湿式集塵機６の排ガスＧ３を誘引する誘引ファン８等で構成される。

湿式集塵機６は、サイクロン５の排ガスＧ２に含まれる水溶性成分（主として塩素化合物）を溶解させたり、排ガスＧ２中の硫黄分（ＳＯ₂）と生石灰（ＣａＯ）や消石灰（Ｃａ（ＯＨ）₂）から石膏（ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ）を生成するなどの目的で備えられる。この湿式集塵機６は、排ガスＧ２をスラリーＳ中の水分と接触させてガスの冷却、硫黄分の除去、除塵を行うスクラバ６ａと、スクラバ６ａからのスラリーを受け、スクラバ６ａに供給するための循環液槽６ｂと、工水を噴霧する洗浄塔６ｃとから構成される。また、スクラバ６ａと循環液槽６ｂとの間には、スラリーＳを循環させるためのポンプ６ｄが配置され、さらに、循環液槽６ｂには、循環スラリーＳのｐＨ値をｐＨ４〜６に調整するための硫酸貯槽６ｅ、消石灰貯槽６ｆが付設される。

本実施の形態においては、湿式集塵機６のスクラバ６ａの入口部に、カルボン酸、ジカルボン酸又はヒドロキシカルボン酸を含有する固結防止剤を添加し、スクラバ６ａに内設された複数の案内羽根（不図示）への付着物の固結を防止する。ここで、カルボン酸、ジカルボン酸又はヒドロキシカルボン酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、ブタン酸、吉草酸、安息香酸、フタル酸、テレフタル酸、サリチル酸、ピルビン酸、乳酸、リンゴ酸又はクエン酸を用いることができる。

次に、上記構成を有するセメントキルン抽気ガスの処理システム１の動作について、図１を参照しながら説明する。

セメントキルン２の窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部をプローブ３によって抽気すると同時に、冷却ファン４からの冷風により、抽気した抽気ガスを塩素化合物の融点以下にまで冷却する。次いで、サイクロン５において、プローブ３から排気される抽気ガスＧ１を、粗粉Ｄ１と、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２とに分離し、粗粉Ｄ１をセメントキルン系に戻す。

その一方で、サイクロン５の排ガスＧ２を湿式集塵機６に導入するとともに、湿式集塵機６のスクラバ６ａに、カルボン酸、ジカルボン酸又はヒドロキシカルボン酸を含有する固結防止剤を添加する。その結果、スクラバ６ａでは、排ガスＧ２中の微粉Ｄ２に含まれる生石灰が水と反応して消石灰（Ｃａ（ＯＨ）₂）が生成されるとともに、この消石灰と、固結防止剤に含まれるカルボン酸（２ＲＣＯＯＨ）とが以下のように反応してカルボン酸カルシウムが生成される。
Ｃａ（ＯＨ）₂＋２ＲＣＯＯＨ→（ＲＣＯＯ）₂Ｃａ
（Ｒは、Ｈ、ＣＨ₃、ＣＨ₃ＣＨ₂等である）

これにより、湿式集塵機６のスクラバ６ａの内部で、消石灰が排ガスＧ２中の硫黄分（ＳＯ₂）と反応して石膏（ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ）となるのが防止される一方、カルボン酸カルシウムは高い水溶性を有するため、スクラバ６ａ内の案内羽根に固結が生じるのを回避することが可能になる。

そして、カルボン酸カルシウムが循環液槽６ｂに進入すると、循環液槽６ｂ内のスラリーＳに溶解した硫黄分や、硫酸貯槽６ｅから供給される硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）と以下のように反応し、石膏が生成される。
（ＲＣＯＯ）２Ｃａ＋Ｈ₂ＳＯ₄→ＣａＳＯ₄＋２ＲＣＯＯＨ

石膏を含むスラリーＳは、固液分離器７によって固液分離され、石膏を含むケーキと、ＫＣｌを含む塩水（ろ液）とに分離される。また、スラリーＳには、カルボン酸（２ＲＣＯＯＨ）が溶解しているため、スラリーＳに同伴して固液分離器７に流入し、ケーキ及びろ液の各々に混入する。

尚、ケーキに含まれる石膏は、別途回収した後、セメントミル等に投入してクリンカとともに粉砕し、セメントの一部として利用することができるが、その場合、結果的にカルボン酸をセメントに混入させることになる。しかし、カルボン酸は、図２に示すように、セメントの凝結時間を早めるように作用するため、セメント品質の観点からすれば、カルボン酸（固結防止剤）の添加量は少なく抑えることが好ましい。

ここで、図２（ａ）、（ｂ）は、ギ酸カルシウム（（ＨＣＯＯ）２Ｃａ）及びギ酸（ＨＣＯＯＨ）をセメントに添加した場合のセメントの凝結特性の試験例を示すものであり、横軸の「ギ酸カルシウムの添加量」及び「ギ酸の添加量」は、セメントに対するギ酸カルシウム等の含有比率である。また、図中の「始発」は、セメントの凝結が始まった時間に相当し、「終結」は、凝結が完了した時間に相当する。これらの図より、ギ酸カルシウムやギ酸を添加すると、セメントの凝結開始時間が早まったり、凝結が完了するまでの期間が短くなり、特に、ギ酸を添加すると、その影響が顕著に現れることが判る。

そこで、湿式集塵工程でのカルボン酸添加量を、持ち込まれる硫黄分に対して、０．５モル当量以上３モル当量以下に調整し、セメントへの混入を適度に調節する。これにより、スクラバ６ａ内の案内羽根に固結が生じるのを防止しながら、セメント品質に悪影響が及ぶのを回避することが可能になる。ここで、持ち込まれる硫黄分は、湿式集塵機に導入される排ガス量と、排ガスに含まれるＳＯ₂濃度との積、及び供給された硫酸の濃度と量との積から求められた硫黄量である。

一方、固液分離器７のろ液は、別途排水処理して下水等に放流したり、湿式集塵機６のスクラバ６ａに戻して再利用する。尚、再利用する場合には、ろ液に含まれるカルボン酸も考慮した添加量、例えば、新規添加カルボン酸量と、再利用水に含まれるカルボン酸量との和に調整する必要がある。また、セメント品質、特に塩素量やカルボン酸混入による凝結促進の許容範囲内で、セメントミル等に投入してクリンカとともに粉砕することも可能である。

尚、上記実施の形態においては、湿式集塵機６のスクラバ６ａの入口部に固結防止剤を添加するが、スクラバ６ａの中間部やスクラバ６ａの入口部に繋がる排ガス管路５ａ（図１参照）等に添加してもよい。

また、上記実施の形態においては、サイクロン５で粗粉Ｄ１を分級した後に、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２を湿式集塵機６に導入するが、サイクロン５を設けることなく、プローブ３で抽気した抽気ガスＧ１を湿式集塵機６に直接導入してもよい。

１ セメントキルン抽気ガスの処理システム
２ セメントキルン
３ プローブ
４ 冷却ファン
５ サイクロン
５ａ 排ガス管路
６ 湿式集塵機
６ａ スクラバ
６ｂ 循環液槽
６ｃ 洗浄塔
６ｄ ポンプ
６ｅ 硫酸貯槽
６ｆ 消石灰貯槽
７ 固液分離器
８ 誘引ファン

Claims (4)

1. セメントキルンの窯尻からプレヒータの最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より抽気された抽気ガスに含まれるダストを湿式集塵機によって湿式集塵するセメントキルン抽気ガスの処理システムであって、
   前記湿式集塵機内又は該湿式集塵機の上流側に、カルボン酸、ジカルボン酸又はヒドロキシカルボン酸を添加することを特徴とするセメントキルン抽気ガスの処理システム。
2. 前記カルボン酸、ジカルボン酸又はヒドロキシカルボン酸が、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、ブタン酸、吉草酸、安息香酸、フタル酸、テレフタル酸、サリチル酸、ピルビン酸、乳酸、リンゴ酸又はクエン酸であることを特徴とする請求項１に記載のセメントキルン抽気ガスの処理システム。
3. 前記カルボン酸、ジカルボン酸又はヒドロキシカルボン酸の添加量を、持ち込まれる硫黄分に対して、０．５モル当量以上３モル当量以下とすることを特徴とする請求項１又は２に記載のセメントキルン抽気ガスの処理システム。
4. セメントキルンの窯尻からプレヒータの最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より抽気された抽気ガスに含まれるダストを湿式集塵機によって湿式集塵するセメントキルン抽気ガスの処理方法であって、
   前記湿式集塵機内又は該湿式集塵機の上流側に、カルボン酸、ジカルボン酸又はヒドロキシカルボン酸を添加することを特徴とするセメントキルン抽気ガスの処理方法。

Images