JP2013184852A - セメントキルン排ガスの処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】セメント焼成装置における過度な運転基準を緩和し、効率のよい運転を可能とするとともに、大掛かりな設備を導入せずに簡便な方法によりダイオキシン類の生成を抑制する。
【解決手段】セメントキルン排ガスＧ１〜Ｇ５中の塩化水素濃度を測定し、測定値に基づいてセメント焼成装置２の運転状況を調整することにより、セメントキルン排ガス中のダイオキシン類の生成を抑制する。塩化水素濃度の測定は、セメントキルン２１のプレヒータ２３出口から、セメントキルン排ガス中のダストを捕集する集塵機１０の出口までの間で行うことことができる。セメント焼成装置の運転状況の調整は、キルンの窯尻における酸素濃度又は／及び一酸化炭素濃度の調整、プレヒータ出口における排ガス温度の調整、プレヒータやスタビライザー５での散水量の調整、廃棄物原燃料原単位の調整、並びにプレヒータ出口から集塵機入口間の脱塩化水素材の投入等により行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、セメントキルン排ガスの処理方法に関し、特に、セメントキルン排ガス中のダイオキシン類の生成を抑制する方法に関する。

近年、ダイオキシン類等の有害物質に対する意識が高まり、その環境基準が厳格化され、企業活動に伴い生じ得るこれらの有害物質の生成をいかに抑制するかが企業において重要な課題の一つとなっている。

セメント原燃料として利用されるフライアッシュ、主灰、汚泥及び鉱滓等のリサイクル資源の中には、ダイオキシン類、もしくはその骨格となり得る成分を含むものが少なからず存在する。通常、セメント焼成を安定的に行っていれば、ダイオキシン類の大部分は、キルン排ガス集塵機ダストによって捕捉されてセメント製造装置内を循環し、高温域において分解されるため、キルン排ガスから大気中へ放出されるダイオキシン類の量は極々僅かであり、当然のことながら排出規制を下回っている。

しかし、セメント焼成に何らかのトラブルが発生して不安定になった場合、ダイオキシン類が非意図的に再合成されてしまう可能性があり、キルン排ガスから大気中への排出量が増大してしまう虞を否定できない。そのため、これらの有機汚染物質の含有量をさらに低減することが望ましい。

そこで、例えば、特許文献１には、有機汚染物質のセメント製造装置からの排出量を低減するため、プレヒータからの排ガスに含まれるダスト中の、有機汚染物質を吸着する固体炭素量を制御する有機汚染物質排出量低減方法が提案されている。

特開２００８−２２２４７７号公報

特許文献１に記載の方法は、固体炭素によって有機汚染物質を吸着することができて有効であるが、固体炭素量を制御するための装置や運転操作が必要になると共に、セメント焼成が不安定になった場合には、ダイオキシン類が再合成される可能性が依然として残る。

また、セメント焼成の安定を維持するために過度な運転基準を採用すると、セメント焼成装置の効率のよい運転を継続することが困難となって、セメントクリンカの製造コストの上昇を招く虞もある。

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、簡便な装置及び方法により、過度な運転基準を緩和し、セメント焼成装置の効率のよい運転を維持しながら、セメント製造時におけるダイオキシン類の生成を抑制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、セメントキルン排ガス中の塩化水素濃度を測定し、該測定値に基づいてセメント焼成装置の運転状況を調整することにより、該セメントキルン排ガス中のダイオキシン類の生成を抑制することを特徴とする。

そして、本発明によれば、塩化水素濃度の変化に応じてセメント焼成装置の運転状況を調整することにより、ダイオキシン類の生成を抑制することが可能となるため、大掛かりな設備を導入せずに、ダイオキシン類の生成を抑制するために従来から採用されてきた過度な運転基準を緩和して自由度の高い運転形態を採用することができ、セメント焼成装置の効率のよい運転を維持しながら、ダイオキシン類の生成を抑制することができる。

前記塩化水素濃度の測定は、セメントキルンのプレヒータの出口から、該セメントキルン排ガス中のダストを捕集する集塵機の出口までの間で行うことができ、塩化水素の濃度測定が比較的広範囲で実施可能となるため、測定装置の設置自由度を高めることが可能となる。

また、前記セメント焼成装置の運転状況の調整を、前記セメントキルンの窯尻における酸素濃度又は／及び一酸化炭素濃度の調整、前記プレヒータ出口における排ガス温度の調整、前記プレヒータでの散水量の調整、スタビライザーでの散水量の調整、廃棄物原燃料原単位の調整、並びに前記プレヒータ出口から前記集塵機入口間の脱塩化水素材の投入から選択された一以上により行うこともでき、慣用されている一般的な手法を用いることで、簡便な方法によりダイオキシン類の生成を抑制することが可能となる。

以上のように、本発明によれば、簡便な装置及び方法により、過度な運転基準を緩和し、セメント焼成装置の効率のよい運転を維持しながら、セメント製造時におけるダイオキシン類の生成を抑制することが可能となる。

本発明に係るセメントキルン排ガスの処理方法を説明するためのセメント製造設備の全体構成図である。 図１に記載のセメント製造設備における集塵機出口排ガス中の塩化水素と揮発性有機化合物（以下、「ＶＯＣ」という）の濃度変化を示したグラフであって、上段は塩化水素濃度を示し、下段はＶＯＣ濃度を示す。 図１に記載のセメント製造設備における集塵機出口排ガス中のＶＯＣとポリ塩化ビフェニル（以下、「ＰＣＢ」という）の濃度変化を示したグラフである。 図１に記載の処理システムにおける集塵機出口排ガス中のＶＯＣ濃度とダイオキシン類濃度との相関関係を示したグラフであって、（ａ）、（ｂ）は、ダイオキシン類のうち、ポリ塩化ジベンゾフラン、コプラナーポリ塩化ビフェニルとの相関関係を示し、（ｃ）はダイオキシン類濃度との相関関係を各々示す。

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、本発明に係るセメントキルン排ガスの処理方法を実施するセメント製造設備の一例を示し、このセメント製造設備１は、セメント焼成装置２の後段に付設された廃熱発電設備を構成する廃熱ボイラ３と、廃熱ボイラ３の排ガスＧ２の温度や湿度を調整するスタビライザー５と、セメント原料を乾燥させる原料乾燥機６と、乾燥された原料を粉砕する原料ミル７と、粉砕された原料を均斉化して貯蔵するブレンディングタンク８及びストレージタンク９と、原料乾燥機６からの排ガスＧ４を集塵する電気集塵機１０等を備える。

セメント焼成装置２は、セメントキルン２１、仮焼炉２２、プレヒータ２３等からなりプレヒータ２３に供給されたセメント原料Ｒを焼成してセメントクリンカを焼成するために設けられる。

廃熱ボイラ３は、通常のセメント製造工程に用いられるものであって、セメント焼成装置２のプレヒータ２３から排出された燃焼排ガスＧ１の顕熱を利用して蒸気を発生させ、この蒸気を用いて発電を行う廃熱発電設備の一部を構成する。

スタビライザー５は、後段の電気集塵機１０の集塵効率の維持及び腐食防止のため、廃熱ボイラ３からファン４により導入される排ガスＧ２に散水ノズルより冷却水を噴霧し、排ガスＧ２の湿度と温度を制御するために設けられる。

原料乾燥機６は、スタビライザー５からの排ガスＧ３を乾燥熱源として利用し、石灰石、粘土、鉄原料等からなるセメント原料を乾燥させるために備えられ、ロータリードライヤ等が用いられる。

原料ミル７は、原料乾燥機６で乾燥されたセメント原料を粉砕するために備えられ、ボールミルや、竪型のローラミル等が用いられる。

ブレンディングタンク８は、底部からのエアレーション等により粉砕された原料を均斉化するために設けられ、ストレージタンク９は、セメントキルン２１へ供給する均斉化されたセメント原料Ｒを一時的に貯蔵するために設けられる。

電気集塵機１０は、原料乾燥機６の排ガスＧ４中のダストＤを捕集するために備えられる。電気集塵機に代えてバグフィルタ等を用いることもできる。

次に、上記構成を有するセメント製造設備１の動作について、図１を参照しながら簡単に説明する。

原料乾燥機６で乾燥されたセメント原料は、原料ミル７で粉砕された後、ブレンディングタンク８で均斉化され、ストレージタンク９に一時的に貯蔵される。

次に、プレヒータ２３に供給されたセメント原料Ｒは、プレヒータ２３で予熱され、仮焼炉２２で仮焼された後、セメントキルン２１にて焼成されてセメントクリンカが製造される。このセメントクリンカは、クリンカクーラー（不図示）において冷却された後、仕上げ工程において粉砕される。

一方、セメントキルン２１から排出された燃焼排ガスは、プレヒータ２３で脱硫され、プレヒータ２３の排ガスＧ１は、廃熱ボイラ３で熱回収されて発電に利用される。次いで、廃熱ボイラ３からの排ガスＧ２は、スタビライザー５で排ガスＧ２の温度及び湿度が調整された後、原料乾燥機６を経て電気集塵機１０で集塵され、ファン１１を介して煙突１２から大気へ放出される。

次に、セメント製造設備１における本発明に係るセメントキルン排ガスの処理方法について説明する。

図２は、電気集塵機１０の出口排ガスＧ５に含まれる塩化水素及びＶＯＣの濃度変化の推移を示し、上段が塩化水素濃度、下段がＶＯＣ濃度を示す。これらの濃度測定には、レーザ式ガス分析計を用い、６０秒毎の連続モニタリングを行った。上下に大きく変動する波形は、各成分の連続モニタリングにより得られた実測値を示し、大きく変動する波形の中央部に位置する連続線は、各実測値の１時間日移動平均線を示す。横軸に日付を、縦軸に実測値を示し、実測値の単位の記載は省略している。９月２３日午後から２４日午前のＶＯＣ濃度の測定値は欠測している。

塩化水素及びＶＯＣ濃度の移動平均線を対比すると、その変動パターンは非常によく一致している。例えば、９月２０日午前に塩化水素濃度の変動幅が最大を記録するが、この際、略々同時刻にＶＯＣ濃度についても急激な濃度上昇が認められる。また、その他の期間においても、振動周期は略々同一である。よって、今回の測定により、セメントキルン排ガス（プレヒータ２３排ガス）Ｇ１中の塩化水素濃度とＶＯＣ濃度との間には、相関があることが認められる。

図３は、電気集塵機１０の出口排ガスＧ５中のＶＯＣとＰＣＢの濃度変化の推移を示したグラフである。横軸に日付を、縦軸に実測値を示し、実測値の単位の記載は省略している。ＶＯＣ濃度については、９月３０日から１０月２日、１１月１２日から１３日、１１月２３日から２４日は欠測している。また、ＰＣＢ濃度については、９月１７日から１８日にかけて、欠測した期間がある。

同図より、ＶＯＣ濃度とＰＣＢ濃度についても、上述した塩化水素とＶＯＣ濃度との関係と同様に、その変動パターンには類似性が認められ、ＶＯＣ濃度とＰＣＢ濃度についても相関があることが判る。

図４は、電気集塵機１０の出口排ガスＧ５中のＶＯＣ濃度を横軸とし、ダイオキシン類濃度を縦軸としてプロットしたグラフである。（ａ）はポリ塩化ジベンゾフラン、（ｂ）はコプラナーポリ塩化ビフェニル（Ｃｏ−ＰＣＢ）、（ｃ）はダイオキシン類を各々縦軸にプロットしている。ここで、ダイオキシン類とは、ポリ塩化ジベンゾーパラージオキシン（ＰＣＤＤ）、ポリ塩化ジベンゾフラン（ＰＣＤＦ）及びコプラナーポリ塩化ビフェニル（Ｃｏ−ＰＣＢ）をいう。このグラフからも、ＶＯＣ濃度とダイオキシン類濃度との間に正の相関があることが判る。

以上から、電気集塵機１０の出口排ガスＧ５中の塩化水素濃度とダイオキシン類濃度は、ＶＯＣ濃度を介して相関があるといえるため、セメントキルン排ガスＧ１中の塩化水素濃度を測定し、その測定値に基づいて、セメント焼成装置の運転状況を調整することにより、ダイオキシン類の生成を抑制することが可能であるといえる。

ここで、セメント焼成装置の運転状況の調整とは、セメントキルンの窯尻における酸素濃度又は／及び一酸化炭素濃度の調整、プレヒータ出口における排ガス温度の調整、プレヒータでの散水量の調整、スタビライザーでの散水量の調整、廃棄物原燃料原単位の調整、並びにプレヒータ出口から集塵機入口間の脱塩化水素材の投入等、ダイオキシン類の生成を抑制する際に慣用される一般的な手法であって、これらのいずれか一つ又は二つ以上を同時に行うことができる。

具体的には、セメントキルンの窯尻における酸素濃度や一酸化炭素濃度の調整とは、完全燃焼による有機物の燃焼分解を促進するために酸素濃度を高めに設定し、一酸化炭素を極力発生させないように調整することをいう。

また、プレヒータやスタビライザーでの散水量の調整とは、プレヒータの最上段部や、スタビライザーの塔頂部から散水することをいい、気体としてセメントキルン排ガスＧ１に混在するダイオキシン類を、セメント原料等の固体側へ付着させることで、外界へ排出される最終排ガスＧ５中のダイオキシン類の濃度を低減することが可能となる。

そして、廃棄物原燃料原単位の調整とは、原燃料として利用される主灰、焼却飛灰、下水汚泥等塩素を含む廃棄物のセメント製造設備１での使用量を調整することをいい、塩素を含む廃棄物の使用量を減少させることで、塩素ガスが有機物と反応する確率が低下し、その副生成物として生成されるダイオキシン類の量を効果的に低減することが可能となる。

また、プレヒータ出口から電気集塵機入口間の脱塩化水素材の投入とは、塩素ガス自体を薬剤によって除去することにより、セメント焼成装置内に含まれる塩素濃度自体を低減することをいう。脱塩化水素材とは、消石灰、生石灰、炭酸水素ナトリウム等である。これにより、塩素ガスが有機物と反応する確率が低下するため、その副生成物として生成されるダイオキシン類の量を効果的に低減することが可能となる。

以上のように、本実施の形態によれば、セメントキルン排ガス中の塩化水素の濃度変化に応じて、セメント焼成装置の運転状況を一般的な手法で調整し、ダイオキシン類の生成を抑制できるため、運転基準の緩和により効率のよい運転が可能となるとともに、セメントキルン排ガス中のダイオキシン類を、大掛かりな設備を導入することなく、簡便に抑制することが可能となる。

尚、本実施例では、塩化水素濃度の測定を電気集塵機１０の排ガスＧ５をサンプリングして行ったが、測定場所は電気集塵機１０の出口部に限定されるものではなく、プレヒータ２３の出口部から電気集塵機１０の出口部までの間で行うことができる。但し、プレヒータ２３の出口付近の排ガスＧ１は、他の場所でサンプリングされる排ガスに比較して塩化水素濃度が高いものの、ダストの含塵濃度も非常に高いため、レーザ測定には不向きである。従って、レーザ式ガス計測による連続モニタリングではなく、旧来の１０分間隔程度のサンプリング方式による測定を行うことが好ましい。

１ セメント製造設備
２ セメント焼成装置
２１ セメントキルン
２２ 仮焼炉
２３ プレヒータ
３ 廃熱ボイラ
４ ファン
５ スタビライザー
６ 原料乾燥機
７ 原料ミル
８ ブレンディングタンク
９ ストレージタンク
１０ 電気集塵機
１１ ファン
１２ 煙突
Ｄ ダスト
Ｒ セメント原料
Ｇ１〜Ｇ５ 排ガス

Claims (3)

1. セメントキルン排ガス中の塩化水素濃度を測定し、該測定値に基づいてセメント焼成装置の運転状況を調整することにより、該セメントキルン排ガス中のダイオキシン類の生成を抑制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。
2. 前記塩化水素濃度の測定は、セメントキルンのプレヒータの出口から、該セメントキルン排ガス中のダストを捕集する集塵機の出口までの間で行う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方法。
3. 前記セメント焼成装置の運転状況の調整は、前記セメントキルンの窯尻における酸素濃度又は／及び一酸化炭素濃度の調整、前記プレヒータ出口における排ガス温度の調整、前記プレヒータでの散水量の調整、スタビライザーでの散水量の調整、廃棄物原燃料原単位の調整、並びに前記プレヒータ出口から前記集塵機入口間の脱塩化水素材の投入から選択された一以上により行う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排ガスの処理方法。