JP2013159534A - セメント製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】塩素バイパス設備内に取り込まれる抽気ガス中の微粒の塩素固形物の量を低減させ、集塵機の濾布の目詰りや輸送機内の閉塞トラブルの発生を防止できるセメント製造装置を提供する。
【解決手段】このセメント製造装置１は、ロータリーキルン３０と、そのロータリーキルンの窯尻からキルン排ガスを一部抽気する抽気管５１と、その抽気管を介して抽気された排ガスから、塩素分を除去する塩素バイパス設備５０とを備えており、抽気管５１に塩化カリウム含有ダストを供給することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、キルン排ガスの一部を抽気して抜き取りそのキルン排ガスから塩素分などの不純物を除去する塩素バイパス設備を備えたセメント製造装置に関し、特には、塩素バイパス設備内に取り込まれる抽気ガス中の微粒の塩素固形物の量を低減させ、集塵機の濾布の目詰りや輸送機内の閉塞トラブルの発生を防止できるセメント製造装置に関する。

従来、塩素分を多く含んだセメント原料（石灰石等）を使用するセメント製造装置において、セメントクリンカの塩素濃度を既定値以下に保つこと、及び、揮発性の高い塩素がキルン及びプレヒータ内を循環することでキルン窯尻やプレヒータ下部に塩素が濃縮することによって発生するコーティングトラブルを防ぐために、キルン窯尻付近においてキルン排ガスの一部を抽気してその中の塩素分を除去する、いわゆる塩素バイパス設備が知られている。

ところで、抽気ガス中に含まれるＫＣｌやＮａＣｌといった塩素固化物は単独では非常に微細な粒子であり、付着力も強い。そのため、例えばダスト中の塩素濃度が２０％を超えるような場合においては、こうした塩素固化物の集塵機の濾布への付着や、輸送機への付着が顕著となり、その結果、濾布の目詰りや輸送機の閉塞トラブルといった問題が生じていた。

本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、塩素バイパス設備内に取り込まれる抽気ガス中の微粒の塩素固形物の量を低減させ、集塵機の濾布の目詰りや輸送機内の閉塞トラブルの発生を防止できるセメント製造装置を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明の一形態のセメント製造装置は、
ロータリーキルンと、
前記ロータリーキルンの窯尻から、前記ロータリーキルンの排ガスを一部抽気する抽気管と、
前記抽気管を介して抽気された排ガスから、塩素分を除去する塩素バイパス設備と
を有するセメント製造装置において、
前記抽気管に、塩化カリウム含有ダストを供給すること
を特徴とする。

本発明によれば、塩素バイパス設備内に取り込まれる抽気ガス中の微粒の塩素固形物の量を低減させ、集塵機の濾布の目詰りや輸送機内の閉塞トラブルの発生を防止できるセメント製造装置が提供される。

本発明の一形態の、塩素バイパス設備を有するセメント製造装置の模式図である。 抽気管周辺の構造を拡大して示す模式図である。 塩化カリウム含有ダストを写した顕微鏡写真である。

［全体構成］
以下、図面を参照して本発明の実施の一形態について説明する。
図１に示すセメント製造装置１は、セメント製造工程におけるいわゆる焼成工程を行うものであり、クリンカ原料を予熱・仮焼するためのタワー型のサスペンションプレヒータ１０と、クリンカを焼成するためのロータリーキルン３０と、ロータリーキルン３０の排出側に設けられたクリンカクーラ３５と、ロータリーキルン３０からの排ガス（キルン排ガス）の一部を抽気して塩素分を除去するための塩素バイパス設備５０とを備えている。

サスペンションプレヒータ１０は、仮焼炉付きのＮＳＰ（New Suspension Preheater）方式のものであって、複数のサイクロンＣ１〜Ｃ４と、これらサイクロンＣ１〜Ｃ４の下部付近に配置された仮焼炉２１とを有し、ロータリーキルン３０からのキルン排ガスの熱と仮焼炉２１からの熱とを利用してクリンカ原料の予熱・仮焼を行う。サイクロンＣ１〜Ｃ４は４段に構成されており、ダクトを介して直列に接続されている。上段の２つのサイクロンＣ３、Ｃ４を接続するダクトの途中には原料供給部１５が設けられており、ここからクリンカ原料が投入される。

なお、サスペンションプレヒータは４段に限らず５段のサイクロンＣ１〜Ｃ５を有するものであってもよい。

ロータリーキルン３０は、回転窯とも呼ばれるもので、横長円筒状であって僅かに勾配を付けて配置されている。ロータリーキルン３０の一端側（相対的に低い側）には、ロータリーキルン３０内を加熱するためのキルンバーナ３２が設けられている。ロータリーキルン３０の他端側（相対的に高い側）の窯尻部３０ａには、入口フッド４１が設けられている。

入口フッド４１は、サスペンションプレヒータ１０によって予熱された原料（仮焼原料）の受入れ通路として機能するとともに、キルン排ガスの通路としても機能する。入口フッド４１の上端部には、入口フッド４１と仮焼炉２１とを連絡しキルン排ガスを仮焼炉２１を介してサスペンションプレヒータ１０内へと供給するためのライジングダクト４２が設けられている。

ロータリーキルン３０や、入口フッド４１およびライジングダクト４２などの構成自体は従来公知であるのでここでは詳細な説明は省略するが、クリンカは概略次のようにして製造される。すなわち、ロータリーキルン３０をゆっくりと（一例で２〜３回転／分）回転させながら、サスペンションプレヒータ１０側から予熱されたクリンカ原料をキルン内へと供給すると、それらのクリンカ原料はロータリーキルン３０内を転がりながらクリンカクーラ３５側へと移動していく。クリンカ原料は、この移動の間に徐々に加熱されて所定の化学変化を伴ってクリンカとなり、焼成されたクリンカはクリンカクーラ３５（詳細下記）へと排出される。

クリンカクーラ３５は、不図示の冷却ファンを有しており、このファンを駆動することで冷却空気がクリンカクーラ３５内に送り込まれ、これにより、ロータリーキルン３０内で焼成され昇温した状態となっているクリンカが急冷され、所望のクリンカが得られる。

［塩素バイパス設備の詳細］
次に、塩素バイパス設備５０について説明する。なお、塩素バイパス設備の基本的な構成自体も従来公知であるので、ここでは主要な構成要素のみ簡単に説明する。

塩素バイパス設備５０は、ロータリーキルン３０の排ガスの一部を抽気する抽気管５１と、抽気管５１内に空気を送り込み排ガスを冷却するための冷却ファン６３と、配管６１ａを介して抽気管５１に接続された２次冷却器５７と、配管６１ｂを介して２次冷却器５７に接続された集塵機５８と、配管６１ｃを介して集塵機５８に接続され清浄ガスを外部に送るための排気ファン５９等を備えている。

抽気管５１は、入口フッド４１の側壁部に接続されている。抽気管５１は、限定されるものではないが、図２に示すように、抽気されたキルン排ガス（抽気ガス）を冷却するための冷却器５３を有している。冷却器５３には冷却ファン６３からの空気が供給される。

本発明はこの抽気管５１に「塩化カリウム含有ダスト」（詳細下記）を供給することを１つの特徴としているが、その説明の前に、塩素バイパス設備全体ついて先ず説明する。

２次冷却器５７は、配管６１ａ内を流れる抽気ガスと配管６１ａ外を流れる冷却用空気とで熱交換をすることで、抽気ガスを２２０℃程度にまで冷却する。集塵機５８は、ここではバッグフィルタ集塵機であり、凝縮固化した塩素化合物や、排ガスとともに抽気されたダスト等を捕集するための複数の濾布を有している。濾布に付着して捕集されたダスト等は搬送路６２を経由して不図示の系外のタンク（一例）へと送られ、そこで回収される。一方、集塵機５８でダストが除去された清浄ガスは、配管６１ｃ等を通じて下流側へと送られ、セメント製造における所定の工程内に戻される。

このような塩素バイパス設備５０にキルン排ガスを取り込む際に、本発明においては、抽気管５１付近に塩化カリウム含有ダストが供給される。「塩化カリウム含有ダスト」とは、塩化カリウム粒子に比べて径の大きい粗粒（ダスト）に微粒である塩化カリウム粒子が付着したものをいう。図３は塩化カリウム含有ダストを写した顕微鏡写真である。

塩化カリウム粒子が付着する「ダスト」としては特に限定されるものではないが、例えば、サイクロンＣ２で捕集された原料（「Ｃ２原料」ともいう）、集塵機５８で捕集したダスト（詳細後述）、あるいは不図示のごみ焼却炉から排出された焼却灰（詳細後述）などを利用してもよい。

塩化カリウム含有ダストの塩素含有率は、０．１％〜１５％が好ましく、０．２〜３％がより好ましい。ダストのサイズは、平均粒径が２〜９６μｍが好ましい。

塩化カリウム含有ダストの供給位置は、抽気管５１内であってもよいし、抽気管５１より上流であってもよい（詳細下記）。

抽気ガス中に塩化カリウム含有ダストを供給することにより、抽気ガス内に存在する塩化カリウム粒子（微粒）が塩化カリウム含有ダストの塩化カリウムに結合・吸着して大径化し、その結果、抽気ガス中の塩化カリウム微粒子の量が低減する。これにより、バッグフィルタ集塵機における濾布の目詰りが発生しにくくなり、また、輸送機内に塩化カリウムが付着することによる閉塞トラブル等も防止される。

なお、塩化カリウム含有ダストの供給量は適宜変更可能であるが、例えば、抽気ダスト中の塩素濃度が２０％以下（好ましくは１５％以下）に保たれる程度の量の塩化カリウム含有ダストを供給することが好ましい。

また、塩化カリウム含有ダストは、下記理由により、７５０℃以上の雰囲気下で一旦加熱された後、当該雰囲気から取り出されたものであることが好ましい。すなわち、塩化カリウムの融点は約７７０℃であり、この温度であれば気体または液体で状態で存在し、この雰囲気からダストを取り出し冷却することにより、液化した塩化カリウムがダスト表面に良好に付着することとなる。このような塩化カリウム含有ダストを利用することで、上述したような塩化カリウム粒子の吸着作用を効果的に得ることができる。

［抽気管付近の詳細］
次に、図２を参照して、サイクロンＣ２からのＣ２原料（サイクロンＣ２で捕集された原料ダスト。以下、Ｃ２原料という）を塩化カリウム含有ダストとして利用することについて説明する。図２では、キルン入口フッド４１の一部とライジングダクト４２の一部とが描かれており、ライジングダクト４２の側壁部にシュート１４が接続されている。シュート１４の他端はサイクロンＣ２の下部に接続されており、サイクロンＣ２によって捕集・予熱されたＣ２原料がシュート１４を介して矢印Ａ２のようにライジングダクト４２内に送り込まれるようになっている。

図２ではまた、Ｃ２原料の一部を抽気管５１に供給するための採取管４３がライジングダクト４２等の側部に設けられている。採取管４３は、その上端がシュート１４の開口部１４ａの下部に開口し、下端が抽気管５１の冷却器５３に接続されている。詳細な図示は省略するが、採取管４３には、Ｃ２原料を抽気管５１側に向けて送るための圧縮空気が供給されるように構成されている。

採取管４３は、ライジングダクト４２へ接続する管と冷却器５３に接続する管に分かれており、冷却器５３へダストを送る圧縮空気を利用したエゼクタ効果により、ライジングダクト４２へ接続する配管側が負圧となり、その負圧を利用してＣ２原料を吸い込むようになっている（図２の矢印Ａ１参照）。したがって、Ｃ２原料のうち圧縮空気により吸い込まれるものは矢印Ａ１のように採取管４３に供給され、それ以外のものは矢印Ａ２のようにライジングダクト４２へ落下する。

圧縮空気の供給源はブロワ４４であってもよい。圧縮空気を用いない場合、Ｃ２原料がキルン入口フッド４１内に落下して抽気管５１に供給されづらくなる。そのため圧縮空気を用いることで、採取管４３を介してＣ２原料を直接抽気管５１に供給する。

なお、採取管４３の下端の接続位置は上記に限定されるものではなく、冷却器５３とキルン窯尻部３０ａとの間の所定位置に接続されてもよい。また、Ｃ２原料を抽気管５１に供給する手段として、圧縮空気の代わりにコンベア等の機械的輸送手段を用いてもよい。
［ダストへの塩化カリウム吸着作用］

図２のような構成によれば、次のような利点が得られる。すなわち、ロータリーキルン３０内の温度は１５００℃以上になることもあり、塩化カリウムはほぼ揮発しているが、窯尻部３０ａ、仮焼炉２１、サイクロンＣ１の順で温度が徐々に低下し、サイクロンＣ２ではおよそ７５０℃〜８２０℃程度（塩化カリウムが気化、液化している温度）となる。したがって、サイクロンＣ２で捕集されたダストの表面には液化した塩化カリウムが付着していると想定され、そこで、このサイクロンＣ２からの「Ｃ２原料」を抽気管５１に供給することで、抽気ガス中の塩化カリウム粒子をこのＣ２原料（塩化カリウム含有ダスト）表面の液化した塩化カリウムに付着・吸着させて、塩素バイパス設備５０へ供給される抽気ガス中の塩化カリウム粒子の量を低減させることができる。

なお、窯尻付近に塩化カリウム含有ダストを投入した場合、そのダストは塩素バイパス設備５０に全量入らず一部もしくはその多くがキルン内に飛散することとなり、仮焼炉２１内の塩素循環が増えてしまう。一方、塩化カリウム含有ダストを抽気管５１付近に投入することで、塩素バイパス設備５０内に確実に導入され、塩素の循環量を増やさずに、良好にハンドリングの改善を行うことができるようになる。

以上、サイクロンＣ２からの原料を抽気管５１に供給することについて説明したが、上述したように、ごみ焼却炉から排出された焼却灰や、集塵機５８で捕集したダストを、塩化カリウム含有ダストとして供給してもよい。

［効果］
以上説明した本実施形態に係る発明は次の通りである。
１．ロータリーキルン（３０）と、
前記ロータリーキルンの窯尻（３０ａ）から、前記ロータリーキルンの排ガスを一部抽気する抽気管（５１）と、
前記抽気管（５１）を介して抽気された排ガスから、塩素分を除去する塩素バイパス設備（５０）と
を有するセメント製造装置（１）において、
前記抽気管（５１）に、塩化カリウム含有ダストを供給すること
を特徴とするセメント製造装置。

このような構成によれば、塩素バイパス設備に取り込まれる抽気ガスに塩化カリウム含有ダストを供給することで、微粒である塩化カリウム粒子をそのダストに吸着させることができる。その結果、抽気ガス中の塩化カリウム粒子の量が低減し、それにより、集塵機の濾布の目詰りや、輸送機内への塩化カリウム粒子の付着が防止される。

２．上記１に記載のセメント製造装置において、
前記塩化カリウム含有ダストは、塩化カリウムが気体として存在する雰囲気下で７５０℃以上に加熱された後、記雰囲気から取り出されたダストであること
を特徴とするセメント製造装置。

ＫＣｌは７５０℃以上で一部気体及び液体として存在する。したがって７５０℃以上に加熱した後に冷却した場合、ＫＣｌは、雰囲気中のダストの表面に付着することが多い。このように表面にＫＣｌが付着したダストを抽気管に供給することにより、上記１．の効果をより効率的に得ることができる。

３．上記２に記載のセメント製造装置において、
サスペンションプレヒータ（１０）をさらに備え、
前記ロータリーキルン（３０）内には、塩化カリウムが存在し、
前記サスペンションプレヒータ（１０）は４段もしくは５段のサイクロンＣ１〜Ｃ４および/またはＣ１〜Ｃ５を有し、
前記サイクロンは、前記窯尻（３０ａ）から順にボトムサイクロン（Ｃ１），Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４、Ｃ５の順に直列接続され、
前記塩化カリウム含有ダストは、前記サイクロンＣ２で捕集されたダストであること
を特徴とするセメント製造装置。

ロータリーキルン内は１５００℃以上になるためＫＣｌはほぼ揮発しているが、窯尻、仮焼炉、サイクロンＣ１の順に温度が低下し、サイクロンＣ２で捕集されるダストの温度はおよそ７５０℃である（セメント製造技術シンポジウム（1993年）44頁 表12 参照）。したがってサイクロンＣ２で分級されたダストにはほぼＫＣｌが付着しており、このＣ２ダストを抽気管に供給することにより、上記１．と同様の効果を得ることができる。また、Ｃ２ダストを供給するのみであるため、別途外部からダストを供給する必要がなく、設備改造も小さなものとすることができる。

４．上記２に記載のセメント製造装置において、
前記塩化カリウム含有ダストは
前記抽気管（５１）を介して抽気された排ガスから、該排ガス中の塩素を冷却固化させて塩素固体とし、該塩素固化物を集塵機（５８）で捕集したダストであること
を特徴とするセメント製造装置。

塩素バイパスダストを供給することで、上記１．２．と同様の効果を得ることができる。

５．上記１ないし上記４のいずれか１つに記載のセメント製造装置において、
前記塩素バイパス設備（５８）のバッグフィルタで捕集されるダストの塩素濃度は、２０重量％以下であること
を特徴とするセメント製造装置。

これにより、上記１．２．と同様の効果を得ることができる。

６．上記１ないし上記４のいずれか１つに記載のセメント製造装置において、
前記抽気管（５１）に、この抽気管（５１）内のガスを冷却する冷却器（５３）を設け、
前記塩化カリウム含有ダストは、前記冷却器（５３）、または前記冷却器（５３）と前記窯尻（３０ａ）との間に供給されること
を特徴とするセメント製造装置。

冷却器５３、または冷却器５３と窯尻３０ａとの間ではガス温度はさほど低下していないため、ダストに付着した塩化カリウム固体が液化し、ガスとして存在する塩化カリウムが液体塩化カリウムに取り込まれ、凝集しやすい。これに対し、冷却器５３よりも塩素バイパス設備５０側（以下、下流側）では既にガスが冷却されており、下流側にダストを供給しても塩化カリウムは液化しづらく、凝集しにくい。したがって冷却器５３、または冷却器５３と窯尻３０ａとの間にダストを供給することで、塩化カリウムを効率的に凝集させることができる。

上記２に記載のセメント製造装置において、
前記塩化カリウム含有ダストは、ごみ焼却炉から排出された焼却灰であること
を特徴とするセメント製造装置。

ごみ由来の塩素分を含有する焼却灰を供給することで、上記１．２．と同様の効果を得ることができる。

上記いずれか１つに記載のセメント製造装置において、
前記塩化カリウム含有ダストを空気圧送するブロワ４４をさらに設けたこと
を特徴とするセメント製造装置。

空気圧送により、効率的にダストを供給できる。

１ セメント製造装置
１０ サスペンションプレヒータ
１４ シュート
２１ 仮焼炉
３０ ロータリーキルン
３２ キルンバーナ
３５ クリンカクーラ
４１ 入口フッド
４２ ライジングダクト
４３ 採取管
４４ ブロワ
５０ 塩素バイパス設備
５１ 抽気管
５３ 冷却器
５７ ２次冷却器
５８ 集塵機
Ｃ１〜Ｃ４ サイクロン

Claims (7)

1. ロータリーキルンと、
   前記ロータリーキルンの窯尻から、前記ロータリーキルンの排ガスを一部抽気する抽気管と、
   前記抽気管を介して抽気された排ガスから、塩素分を除去する塩素バイパス設備と
   を有するセメント製造装置において、
   前記抽気管に、塩化カリウム含有ダストを供給すること
   を特徴とするセメント製造装置。
2. 請求項１に記載のセメント製造装置において、
   前記塩化カリウム含有ダストは、塩化カリウムが気体として存在する雰囲気下で７５０℃以上に加熱された後、前記雰囲気から取り出されたダストであること
   を特徴とするセメント製造装置。
3. 請求項２に記載のセメント製造装置において、
   サスペンションプレヒータをさらに備え、
   前記ロータリーキルン内には、塩化カリウムが存在し、
   前記サスペンションプレヒータは４段もしくは５段のサイクロンＣ１〜Ｃ４および/またはＣ１〜Ｃ５を有し、
   前記サイクロンは、前記窯尻からＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４、Ｃ５が順に接続され、
   前記塩化カリウム含有ダストは、前記サイクロンＣ２で捕集されたダストであること
   を特徴とするセメント製造装置。
4. 請求項２に記載のセメント製造装置において、
   前記塩化カリウム含有ダストは
   前記抽気管を介して抽気された排ガスから、該排ガス中の塩素を冷却固化させて塩素固体とし、該塩素固化物を集塵機で捕集したダストであること
   を特徴とするセメント製造装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のセメント製造装置において、
   前記塩素バイパス設備のバッグフィルタで捕集されるダストの塩素濃度は、２０重量％以下であること
   を特徴とするセメント製造装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のセメント製造装置において、
   前記抽気管に、この抽気管内のガスを冷却する冷却器を設け、
   前記塩化カリウム含有ダストは、前記冷却器、または前記冷却器と前記窯尻との間に供給されること
   を特徴とするセメント製造装置。
7. ロータリーキルンでクリンカ原料を焼成する工程と、
   前記ロータリーキルンの窯尻から、前記ロータリーキルンの排ガスを一部抽気し、抽気された排ガスから塩素分を除去する工程と、
   を有するセメント製造方法において、
   前記抽気管に塩化カリウム含有ダストを供給する工程をさらに有すること
   を特徴とするセメント製造方法。