JP2014108907A - セメントキルン燃焼排ガスの処理装置及び処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水処理が不要で、水の使用量を抑えたセメントキルン燃焼排ガスの処理装置及び処理方法を提供する。
【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燃焼排ガスの一部Ｇを冷却しながら抽気するプローブ３と、プローブによる抽気ガスに水を噴霧し、抽気ガス中の生石灰と水とで生成された消石灰を、抽気ガス中のＳＯ_２と反応させて抽気ガス中のＳＯ_２を除去するスプレー塔８と、スプレー塔の排ガスＧ４に含まれるダスト（石膏ＧＹ）を回収する乾式集塵機９とを備えるセメントキルン燃焼排ガスの処理装置１。スプレー塔に、水に代えて、又は水と共に、水と消石灰からなるスラリーＳを噴霧することができる。プローブで抽気した抽気ガスに含まれる微粉Ｄ２を回収する乾式集塵機６を備え、この乾式集塵機から排出された排ガスＧ３をスプレー塔に導入することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、セメントキルン燃焼排ガスの処理装置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燃焼ガスの一部を抽気し、塩素分等を除去する塩素バイパスシステムの排ガスを処理する装置及び方法に関する。

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分、硫黄分、アルカリ分等の中で、塩素分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、燃焼ガスの一部を抽気して、セメント製造プロセスから塩素分を除去する塩素バイパスシステムが用いられている。

この塩素バイパスシステムでは、特許文献１に記載のように、抽気した燃焼ガスを冷却して生成したダストの微粉側に塩素分が偏在しているため、ダストを分級機によって粗粉と微粉とに分離し、粗粉をセメントキルン系に戻すと共に、分離された塩化カリウム等を含む微粉（塩素バイパスダスト）を水洗して塩素を除去し、固液分離して得られた脱塩ケーキをセメント原料として利用している。

上記抽気した燃焼ガスには、一部の酸性ガス等が残留する。そのため、特許文献２に記載のように、セメントキルン焼成系の燃料燃焼用空気として利用したり、あるいはクリンカクーラ等に戻して前記燃焼ガスを処理している。しかしながら、硫黄分等の微量成分はセメント製造工程内を循環しながら次第に濃縮し、工程トラブルを引き起こすため、新たなシステムの開発が望まれている。

そこで、上記抽気ガスを特許文献３に記載のように、抽気ガスを湿式集塵装置で溶媒を用いて集塵し、ダストの回収と、抽気ガスの脱硫とを同時に行うと共に、硫黄分等の微量成分の循環・濃縮を抑制している。

特開２００４−３３０１４８号公報 特開平１０−３３０１３６号公報 特開２００４−００２１４３号公報

しかし、上記特許文献３に記載のセメントキルン塩素・硫黄バイパスでは、脱硫を兼ねた湿式集塵で大量の水を使用するため、湿式集塵後の水処理が煩雑で運転コストが上昇し、また、大量の水の確保が困難な地域では採用することが困難である。

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、水処理が不要で、水の使用量を抑制したセメントキルン燃焼排ガスの処理装置及び処理方法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、セメントキルン燃焼排ガスの処理装置であって、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燃焼排ガスの一部を冷却しながら抽気するプローブと、該プローブにより抽気された燃焼排ガスに水を噴霧し、前記抽気ガス中の生石灰と前記水とで生成された消石灰を、該抽気ガス中のＳＯ_２と反応させて該抽気ガス中のＳＯ_２を除去するスプレー塔と、該スプレー塔の排ガスに含まれるダストを回収する乾式集塵機とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、スプレー塔において、プローブにより抽気された燃焼排ガスに水を噴霧し、抽気ガス中の生石灰と水とで生成された消石灰を抽気ガス中のＳＯ_２と反応させて除去し、乾式集塵機によってスプレー塔の排ガスに含まれるダストを回収するため、煩雑な水処理が不要となり、塩素バイパスシステムの排ガスを低コストで処理することができる。

上記セメントキルン燃焼排ガスの処理装置において、前記スプレー塔に、前記水に代えて、又は前記水と共に、水と消石灰からなるスラリーを噴霧することができ、抽気ガス中の生石灰と水とで生成された消石灰の量が不足している場合に、水と消石灰からなるスラリーを噴霧することで対応することができる。

また、前記プローブで抽気した抽気ガスに含まれる微粉を回収する乾式集塵機を備え、該乾式集塵機から排出されたガスを前記スプレー塔に導入することができる。これにより、スプレー塔の前段で予め塩素バイパスダストを回収した後、スプレー塔の後段に配置された乾式集塵機において石膏を回収することができる。

さらに、前記スプレー塔の排ガスを、粗粉と、微粉及びガスとに分離する分級機を備え、該分級機で分離された前記微粉及びガスを前記乾式集塵機に導入することできる。これにより、この分級機及び後段の乾式集塵機において各々石膏と塩素バイパスダストを回収することができる。

前記分級機の分級点を１５μｍ以上２５μｍ以下とすることで、純度の高い石膏と、塩素バイパスダストとを回収することができる。

また、本発明は、セメントキルン燃焼排ガスの処理方法であって、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燃焼排ガスの一部を抽気し、該プローブにより抽気された燃焼排ガスに水を噴霧し、前記抽気ガス中の生石灰と前記水とで生成された消石灰を、該抽気ガス中のＳＯ_２と反応させて該抽気ガス中のＳＯ_２を除去し、該ＳＯ_２を除去した抽気ガスに含まれるダストを乾式にて集塵することを特徴とする。本発明によれば、上記発明と同様に、煩雑な水処理が不要で、水の確保が困難な地域等でも塩素バイパスシステムの排ガスを低コストで、水の使用量を抑えて処理することができる。

上記セメントキルン燃焼排ガスの処理方法において、前記プローブにより抽気された燃焼排ガスに、前記水に代えて、又は前記水と共に、水と消石灰からなるスラリーを噴霧することができ、抽気ガス中の生石灰と水とで生成された消石灰の量が不足している場合に、水と消石灰からなるスラリーを噴霧することで対応することができる。

また、前記ＳＯ_２を除去した抽気ガスの温度が１００℃以上１５０℃以下に、かつ該抽気ガスの水分が１０質量％以上２５質量％以下になるように、前記水又は／及び水と消石灰からなるスラリーの噴霧量を調整することができ、脱硫率を適正に維持しながら、塩素バイパスシステムの排ガスを乾式で処理することができる。

以上のように、本発明によれば、水処理が不要で、水の確保が困難又は高価な地域等でも採用することのできるセメントキルン燃焼排ガスの処理装置及び処理方法を提供することが可能となる。

本発明にかかるセメントキルン燃焼排ガスの処理装置の第１の実施形態を示す全体構成図である。 排ガス中の水分と脱硫率の関係を示すグラフである。 本発明にかかるセメントキルン燃焼排ガスの処理装置の第２の実施形態を示す全体構成図である。 排ガス中の塩素バイパスダストと石膏の粒度分布（頻度分布）を示すグラフである。 排ガス中の塩素バイパスダストと石膏の粒度分布（累積分布）を示すグラフである。

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燃焼排ガスの処理装置（以下、「処理装置」という）の第１の実施形態を示し、この処理装置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、燃焼排ガスの一部（図中符号Ｇ）を抽気するプローブ３と、プローブ３内に冷風Ａを供給して抽気ガスＧを急冷する冷却ファン４と、抽気ガスＧ１に含まれるダストの粗粉Ｄ１を分離する分級機としてのサイクロン５と、排ガスＧ２に含まれる微粉（塩素バイパスダスト）Ｄ２を回収する乾式集塵機６と、消石灰（Ｃａ(ＯＨ)_２）、あるいは生石灰（ＣａＯ）に水Ｗを加えて消石灰スラリーＳを生成する消石灰生成槽７と、乾式集塵機６からの排ガスＧ３に消石灰スラリーＳを噴霧するスプレー塔８と、スプレー塔８からの排ガスＧ４に含まれる石膏ＧＹを回収する乾式集塵機９等で構成される。

プローブ３、冷却ファン４、サイクロン５及び乾式集塵機６は、従来の塩素バイパスシステムに用いられている装置であって、これらについての詳細説明を省略する。乾式集塵機６には、バグフィルタや電気集塵機が用いられる。

スプレー塔８は、半乾式の脱硫装置であって、乾式集塵機６の排ガスＧ３に消石灰スラリーＳを噴霧し、排ガスＧ３中に微粉が含まれる場合、その微分中の生石灰（ＣａＯ）から消石灰を生成させると共に、消石灰生成槽７からの消石灰スラリーＳに含まれる消石灰を排ガスＧ３中のＳＯ_２と反応させ、排ガスＧ３からＳＯ_２を除去するために備えられる。

乾式集塵機９は、排ガスＧ４から石膏ＧＹを回収するために備えられ、この乾式集塵機９にも、バグフィルタや電気集塵機が用いられる。

次に、上記構成を有する処理装置１の動作について、図１を参照しながら説明する。

プローブ３で抽気された燃焼排ガスＧは、冷却ファン４からの冷風Ａによって３００〜５５０℃程度に冷却された後、サイクロン５に導入され、粗粉Ｄ１と、塩素分が偏在している微粉を含む排ガスＧ２とに分離される。ここで、粗粉Ｄ１は塩素含有量が少ないため、セメントキルン系へ戻すことができる。

サイクロン５からの排ガスＧ２は乾式集塵機６に導入され、微粉（塩素バイパスダスト）Ｄ２が回収される。

次に、乾式集塵機６の排ガスＧ３は、スプレー塔８に導入され、排ガスＧ３に含まれる硫黄分（ＳＯ_２）と、消石灰生成槽７から供給された消石灰や排ガス中の微粉から生成した消石灰との下記反応により脱硫される。
ＣａＯ ＋ Ｈ_２Ｏ → Ｃａ（ＯＨ）_２
ＳＯ_２＋ Ｃａ（ＯＨ）_２ → ＣａＳＯ_３・１／２Ｈ_２Ｏ ＋ １／２Ｈ_２Ｏ
ＣａＳＯ_３・１／２Ｈ_２Ｏ＋１／２Ｏ_２ ＋３／２Ｈ_２Ｏ→ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ

ここで、スプレー塔８での脱硫効率は、図２に示すように、水分が多くなる程脱硫効率が高まるため（同図では、ガス温度１５０℃、Ｃａ／Ｓの重量比が３の場合を示す）、スプレー塔８の排ガスＧ４の温度及び水分を測定し、測定温度が１００〜１５０℃、水分が１０〜２５％になるようにスプレー塔８での消石灰スラリーＳの噴霧量や消石灰スラリー濃度を調整する。

また、乾式集塵機９の排ガスＧ５のＳＯ_２濃度を測定し、測定されたＳＯ_２濃度が高い場合には、スプレー塔８での消石灰スラリーＳの噴霧量を増加し、排ガスＧ５のＳＯ_２濃度が低い場合には、スプレー塔８での消石灰スラリーＳの噴霧量を減少させる。また、排ガス温度、及び水分を所定の範囲内にするためにスラリー濃度を増減させながら、噴霧量を調整してもよい。

スプレー塔８の排ガスＧ４は、乾式集塵機９に導入されて石膏ＧＹが回収される。回収した石膏ＧＹは、クリンカと共に粉砕してセメントを製造に利用することができる。この石膏ＧＹを分級して純度の低いものをスプレー塔８に戻したり、スラリー化後、曝気・酸化処理後に石膏を分離又は回収し、純度の低いものはスプレー塔８に戻すこともできる。

一方、乾式集塵機９の排ガスＧ５は、セメントキルン２の排ガス処理系へ戻す。また、排ガスＧ５に含まれる水分を回収してスプレー塔８や消石灰生成槽７に供する水として再利用することもできる。

次に、本発明にかかるセメントキルン燃焼排ガスの処理装置の第２の実施形態について、図３を参照しながら説明する。

この処理装置１１は、図１に示した第１の実施形態における構成において、乾式集塵機６を設置せず、スプレー塔８と、乾式集塵機９との間に分級機１２を設けたことを特徴とし、その他の構成は第１の実施形態と同様である。そこで、図３において図１と同一の構成要素には同一の参照番号を付して詳細説明を省略する。

分級機１２は、スプレー塔８の排ガスＧ６に含まれるダストを石膏ＧＹと、微粉（塩素バイパスダスト）Ｄ２とに分離するために設けられる。すなわち、本実施の形態では、スプレー塔８の前段に集塵機を設置していないため、サイクロン５の排ガスＧ２に含まれるダストの全量がスプレー塔８に導入される。そこで、排ガスＧ２に含まれるダストを、排ガスＧ２の脱硫後に、石膏ＧＹと、微粉Ｄ２とに分離するために分級機１２を設けている。

次に、上記構成を有する処理装置１１の動作について、図３を参照しながら説明する。

プローブ３で抽気された燃焼排ガスＧは、冷却ファン４からの冷風Ａによって３００〜５５０℃程度に冷却された後、サイクロン５に導入され、粗粉Ｄ１と、塩素分が偏在している微粉を含む排ガスＧ２とに分離される。ここで、粗粉Ｄ１は塩素含有量が少ないため、セメントキルン系へ戻すことができる。

次に、サイクロン５からの排ガスＧ２は、スプレー塔８に導入され、微粉中の生石灰は、スプレー塔８内に噴霧された消石灰スラリーＳに含まれる水と反応して消石灰となり、排ガスＧ２に含まれる硫黄分（ＳＯ_２）は、この消石灰と、消石灰生成槽７から供給された消石灰スラリーＳに含まれる消石灰と前述の反応のようにして脱硫される。

本実施の形態でも、分級機１２の排ガスＧ７の温度及び水分を測定し、測定温度が１００〜１５０℃、水分が１０〜２５％になるようにスプレー塔８での消石灰スラリーＳの噴霧量を調整する。

また、乾式集塵機９の排ガスＧ８のＳＯ_２濃度を測定し、測定されたＳＯ_２濃度が高い場合には、スプレー塔８での消石灰スラリーＳの噴霧量を増加し、排ガスＧ８のＳＯ_２濃度が低い場合には、スプレー塔８での消石灰スラリーＳの噴霧量を減少させる。また、排ガス温度、及び水分を所定の範囲内にするためにスラリー濃度を増減させながら、噴霧量を調整してもよい。

スプレー塔８の排ガスＧ６は、分級機１２に導入されて石膏ＧＹが回収され、さらに、分級機１２の排ガスＧ７を乾式集塵機９で集塵して微粉（塩素バイパスダスト）Ｄ２が回収される。ここで、排ガスＧ６中の石膏と塩素バイパスダストは、図４及び図５に示すような粒度分布を有する。分級機１２の分級点を１５〜２５μｍ程度に設定することで、純度の高い石膏ＧＹと、塩素バイパスダストＤ２とを回収することができる。

分級機１２から回収した石膏ＧＹは、クリンカと共に粉砕してセメントの製造に利用することができる。この石膏ＧＹをさらに分級して純度の低いものを消石灰生成槽７に戻したり、スラリー化後、曝気・酸化処理後に石膏を分離又は回収し、純度の低いものはスプレー塔８に戻すこともできる。

一方、乾式集塵機９の排ガスＧ８は、セメントキルン２の排ガス処理系へ戻す。また、排ガスＧ８に含まれる水分を回収してスプレー塔８や消石灰生成槽７に供する水として再利用することもできる。

尚、上記実施の形態においては、消石灰生成槽７から供給された消石灰スラリーＳをスプレー塔８で噴霧したが、排ガスＧ２や排ガスＧ３に含まれるＳＯ_２や生石灰の量によっては、消石灰スラリーＳを噴霧せずに水のみを噴霧し、排ガスＧ２や排ガスＧ３に含まれる微粉中の生石灰が水と反応して生じた消石灰で脱硫することもできる。

１ セメントキルン燃焼排ガス処理装置
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
６ 乾式集塵機
７ 消石灰生成槽
８ スプレー塔
９ 乾式集塵機
１１ セメントキルン燃焼排ガス処理装置
１２ 分級機
Ｄ１ 粗粉
Ｇ 燃焼排ガスの一部
Ｇ１ 抽気ガス
Ｇ２〜Ｇ８ 排ガス
ＧＹ 石膏
Ｄ２ 微粉（塩素バイパスダスト）
Ｓ 消石灰スラリー
Ｗ 水

Claims (8)

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燃焼排ガスの一部を冷却しながら抽気するプローブと、
   該プローブにより抽気された燃焼排ガスに水を噴霧し、前記抽気ガス中の生石灰と前記水とで生成された消石灰を、該抽気ガス中のＳＯ_２と反応させて該抽気ガス中のＳＯ_２を除去するスプレー塔と、
   該スプレー塔の排ガスに含まれるダストを回収する乾式集塵機とを備えることを特徴とするセメントキルン燃焼排ガスの処理装置。
2. 前記スプレー塔に、前記水に代えて、又は前記水と共に、水と消石灰からなるスラリーを噴霧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燃焼排ガスの処理装置。
3. 前記プローブで抽気した抽気ガスに含まれる微粉を回収する乾式集塵機を備え、該乾式集塵機から排出されたガスを前記スプレー塔に導入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燃焼排ガスの処理装置。
4. 前記スプレー塔の排ガスを、粗粉と、微粉及びガスとに分離する分級機を備え、該分級機で分離された前記微粉及びガスを前記乾式集塵機に導入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燃焼排ガスの処理装置。
5. 前記分級機の分級点は、１５μｍ以上２５μｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載のセメントキルン燃焼排ガスの処理装置。
6. 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燃焼排ガスの一部を抽気し、
   該プローブによる抽気ガスに水を噴霧し、前記抽気ガス中の生石灰と前記水とで生成された消石灰を、該抽気ガス中のＳＯ_２と反応させて該抽気ガス中のＳＯ_２を除去し、
   該ＳＯ_２を除去した抽気ガスに含まれるダストを乾式にて集塵することを特徴とするセメントキルン燃焼排ガスの処理方法。
7. 前記プローブによる抽気ガスに、前記水に代えて、又は前記水と共に、水と消石灰からなるスラリーを噴霧することを特徴とする請求項６に記載のセメントキルン燃焼排ガスの処理方法。
8. 前記ＳＯ_２を除去した抽気ガスの温度が１００℃以上１５０℃以下に、かつ該抽気ガスの水分が１０質量％以上２５質量％以下になるように、前記水又は／及び水と消石灰からなるスラリーの噴霧量を調整することを特徴とする請求項６又は７に記載のセメントキルン燃焼排ガスの処理方法。

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