JP2015181988A

JP2015181988A - 含水汚泥処理装置

Info

Publication number: JP2015181988A
Application number: JP2014058666A
Authority: JP
Inventors: 裕之宮下; Hiroyuki Miyashita; 洋輔徳光; Yosuke Tokumitsu; 史教三隅; Fuminori Misumi; 洋高松井; Hirotaka Matsui
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2015-10-22

Abstract

【課題】塩素バイパス設備からの排ガスを利用し、クリンカ製造装置における燃焼効率の向上を図ることができる含水汚泥処理装置を提供する。【解決手段】仮焼炉と、セメントクリンカを焼成した後の排ガスを一部抽気し、冷却後分離した粉体を系外に排出する塩素バイパス設備と、前記仮焼炉に含水汚泥を投入する含水汚泥投入口とを備えた含水汚泥処理装置において、前記塩素バイパス設備の排ガスを昇温させる昇温部を設け、前記昇温部は、前記仮焼炉の外面部または前記外面部と前記仮焼炉内壁との間隙に設けられ、この仮焼炉に巻き付く昇温用配管であって、前記塩素バイパス設備の排ガスは、前記昇温用配管を介し、前記仮焼炉における前記含水汚泥投入口の下部に供給されることとした。【選択図】図２

Description

本発明は、セメントクリンカを製造する装置（以下、「クリンカ製造装置」という）に関し、特には、塩素バイパス設備からの排ガスを利用し、クリンカ製造装置における含水汚泥処理効率の向上を図ることができるクリンカ製造装置に関する。

従来、クリンカ製造装置において、そのロータリーキルンの窯尻部へ含水汚泥を投入し焼却処分する方法が広く知られている。

こうした含水汚泥処理設備に関し、例えば特許文献１には、汚泥をクリンカ製造装置へ投入時、分散を促進させ処理効率の向上を図ることを目的として、汚泥を分割して投入する方法が開示されている。

特開平１１−１３０４８６

文献１で実施例として、圧縮空気を供給して分散を促進する方法が開示されている。しかし、圧縮空気の温度が示されておらず、常温の圧縮空気で含水汚泥を分散させるとクリンカ製造装置が圧縮空気で冷やされ、セメント製造工程の燃費が悪化する問題があった。

更に、ロータリーキルンの窯尻部へ含水汚泥を投入した場合、燃焼ガスと接触する時間が短く、窯尻底部を伝って含水汚泥がロータリーキルンへまで流入する問題も確認されていた。

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、塩素バイパス設備からの排ガスを利用すると共に、含水汚泥を仮焼炉の中心部へ投入することで、クリンカ製造装置における燃焼効率の向上を図ることができるクリンカ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、本発明では、
仮焼炉と、
セメントクリンカを焼成した後の排ガスを一部抽気し、冷却後分離した粉体を系外に排出する塩素バイパス設備と、
前記仮焼炉に含水汚泥を投入する含水汚泥投入口と
を備えた含水汚泥処理装置において、
前記塩素バイパス設備の排ガスを昇温させる昇温部を設け、
前記昇温部は、前記仮焼炉の外面部または前記外面部と前記仮焼炉内壁との間隙に設けられ、この仮焼炉に巻き付く昇温用配管であって、
前記塩素バイパス設備の排ガスは、前記昇温用配管を介し、前記仮焼炉における前記含水汚泥投入口の下部に供給されること
を特徴とする。

本発明によれば、含水汚泥を仮焼炉へ投入し、汚泥投入口下部へ塩素バイパス設備からの排ガスを２０ｍ/秒以上の流速で導入することで、含水汚泥の分散を促進し、且つ、仮焼炉中心部に到達させることで、製造装置における燃焼効率の向上を図ることができるクリンカ製造装置を提供できる。

ところで、塩素バイパス排ガスは、ロータリーキルンの排ガスを抽気したものであり悪臭と高濃度のＳＯｘを含有しており、浄化して大気放出する必要があった。

そこで、含水汚泥を分散し、仮焼炉中心部に搬送するガスとして、塩素バイパス排ガスを１６０℃以上に昇温して使用することで、クリンカ製造装置の冷却を軽減し、良好な分散効果が得ることができた。

また、近年、クリンカ製造装置では多量の廃棄物処理をしており、悪臭やＳＯｘを含む塩素バイパス排ガス処理に苦慮している。本発明は、塩素バイパス排ガスの悪臭を仮焼炉内で分解することで、処理困難ガスを有効利用にする画期的な方法である。

本発明の一形態のクリンカ製造装置の構成を模式的に示す図である。図１のクリンカ製造装置に利用可能な仮焼炉の構成の一例を示す斜視図である。

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に示すクリンカ製造装置１は、セメント製造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、含水汚泥投入口２０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４０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１３ａ〜１３ｅと、これらサイクロン１３ａ〜１３ｅ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からの排ガスの熱と仮焼炉２１からの熱を利用してクリンカ原料の予熱・仮焼を行う。サイクロン１３ａ〜１３ｅは、一例として５段に構成されており、ダクトを介して相互に接続されている。上段の２つのサイクロン１３ｅ、１３ｄ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、ここから原料が投入される。

仮焼炉２１は、一例として図２のような構成となっている。すなわち、この仮焼炉２１は、燃焼空間を形成する略筒状の仮焼炉ハウジング２２と、仮焼炉ハウジング２２の下部に設けられた仮焼炉バーナ２５とを有している。仮焼炉ハウジング２２には、その外面に沿うように環状に形成された昇温用配管２４ａが設けられており、この昇温用配管２４ａには、後述するように塩素バイパス設備５０からの排ガス（塩素バイパス排ガス）が供給されるように構成されている。この昇温用配管２４ａは仮焼炉２１の外面部（ハウジング２２）または外面部（ハウジング２２）と仮焼炉内壁（不図示）との間隙に設けられ、仮焼炉２１に巻き付けて設けられている。

昇温用配管２４ａに供給された塩素バイパス排ガスは、配管２４ｃを介して仮焼炉２１に供給される。配管２４ｃは含水汚泥投入口２０の下部において仮焼炉２１に接続し、これにより塩素バイパス排ガスは含水汚泥供給口２０の下部に供給される。よって含水汚泥は塩素バイパス排ガスにより分散される。また塩素バイパス排ガスは配管２４ａ内で昇温されているため、配管２４ｃから供給された際にも仮焼炉２１内温度の大幅低下が回避される。そのため、昇温しない場合と比べてシステム全体の熱効率を向上させることが可能となっている。

昇温用配管２４ａと仮焼炉バーナ２５とは、配管２４ｂによって、仮焼炉バーナ２５の１次空気吹込み口に接続されている。昇温用配管２４ａに供給された排ガスは、昇温用配管２４ａ内（さらには配管２４ｂ内）を通過する際に、仮焼炉内部からの熱によって加熱されて昇温する。そして、昇温した排ガスは、配管２４ｂを介して仮焼炉バーナ２５へと送られ、燃料とともに該バーナ２５の一次空気（バーナから燃料とともに吹き込む空気のことをいう）として仮焼炉２１内に供給される。

排ガスの温度は、硫酸の析出を防止するためにその露点（１００℃〜１５０℃）より高温であることが好ましいところ、本実施形態では、塩素バイパス設備５０からの排ガスを、昇温用配管２４ａ等の内部で加熱することができるので、排ガスを上記のような温度に良好に昇温、維持することができる。

再び図１を参照し、クリンカ製造装置１の他の構造部について説明する。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の一端部（相対的に高い側の端部）にはライジングダクト２８と呼ばれるダクトが設けられており、ロータリーキルン３０と仮焼炉２１とはこのライジングダクト２８を介して接続されている。ロータリーキルン３０の反対側の端部（相対的に低い側の端部）には、該ロータリーキルンで焼成されたクリンカを冷却するためのクリンカクーラ４０が配置されている。

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側から原料を供給すると、それらの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４０側へと移動していく。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、クリンカクーラ４０に向けて排出される。なお、図１に示すように、ロータリーキルン３０のクリンカクーラ４０側の端部には、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。

クリンカクーラ４０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４０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。なお、クリンカ原料の配合、予熱、仮焼処理方法は、製造するクリンカに応じて設定される。

図１の構成では、クリンカクーラ４０と仮焼炉２１とがクーラ抽気ダクト４１によって接続されている。クリンカクーラ４０内に送り込まれクリンカとの熱交換で昇温した熱風が、このクーラ抽気ダクト４１を介して仮焼炉２１へと戻され、燃料燃焼用のガスとして用いられる（一例）。

次に、塩素バイパス設備５０について説明する。この塩素バイパス設備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部５１と、抽気部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５７と、配管６１ａを介して抽気部５１に接続された集塵機５３と、配管６１ｂを介して集塵機５３に接続された排気ファン５５とを備えている。抽気部５１は、この例ではライジングダクト２８に接続されている。

抽気部５１内に取り込まれたキルン排ガスは、冷却ファン５７によって送られた冷却空気により冷却され、これにより、排ガス中に含まれるガス状の塩素化合物等が凝縮固化する。集塵機５３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機能を有している。補集されたこれらのダスト等は、搬送路６２を経由して不図示のタンク（系外）へと送られ、そこで回収される。

本実施形態では、図１に示す通り、排気ファン５５と仮焼炉２１とが配管６１ｃおよび６１ｄによって接続されており、塩素バイバス設備５０で脱塩処理された排ガスが仮焼炉２１に戻されるように構成されている。なお、図１の例では、配管６１ｃは途中で二股に分岐しており、塩素バイパス設備５０からの排ガスの一部（余剰のガス）が、クーラ抽気ダクト４１にも供給されるように構成されていてもよい。更に、塩素バイパス５０の排ガスを仮焼炉のバーナの１次空気に供給されるように構成されていてもよい。本発明は、配管６１ｃ、６１ｄおよび昇温用配管２４ａ、２４ｃを介して含水汚泥投入口２０の下部へ塩素バイパス５０の排ガスを供給するものである。

上記のように構成された本実施形態のクリンカ製造装置１の動作について、特に塩素バイパス設備５０での動作およびそこから仮焼炉２１に戻される排ガスの流れ等を中心に、以下説明する。なお、サスペンションプレヒータ１０およびロータリーキルン３０等は従来一般的な動作を行うものであるので、詳細な説明は省略する。

まず、サスペンションプレヒータ１０およびロータリーキルン３０の動作中に、ロータリーキルン３０の窯尻部からキルン排ガス（例えば１０００℃〜１２００℃）を抽気部５１内に抽気する。抽気された排ガスは、冷却ファン５７からの冷却空気によって冷却され（例えば、揮発性アルカリ塩の融点以下である３００℃〜６００℃程度まで冷却され）、塩素化合物等が凝縮固化するとともに、集塵機５３においてその塩素化合物等が排ガス中から補集、除去される。集塵機５３を通過した排ガスは、次いで、配管６１ｃおよび６１ｄを介して仮焼炉２１の昇温用配管２４ａに供給される（図２参照）。

排ガスは、昇温用配管２４ａを通過する際に仮焼炉２１からの熱によって加熱され、昇温した状態で、仮焼炉の含水汚泥投入口（２０）下部に供給される。なお、塩素バイパス排ガス吹込み速度は、仮焼炉中央部に達するように２０ｍ/秒以上に調整することが好ましい。

以上に説明した本実施形態に係る発明は次の通りである。
仮焼炉２１と、
セメントクリンカを焼成した後の排ガスを一部抽気し、冷却後分離した粉体を系外に排出する塩素バイパス設備５０と、
仮焼炉２１に含水汚泥を投入する含水汚泥投入口２０と
を備えた含水汚泥処理装置において、
塩素バイパス設備５０の排ガスを昇温させる昇温部（昇温用配管）２４ａを設け、
昇温部２４ａは、仮焼炉２１の外面部または外面部と仮焼炉内壁との間隙に設けられ、この仮焼炉２１に巻き付く昇温用配管２４ａであって、
塩素バイパス設備５０の排ガスは、昇温用配管２４ａを介し、２１仮焼炉における含水汚泥投入口２０の下部に供給されることとした。

従来の問題点としては、含水汚泥をキルン窯尻に投入する場合、燃焼ガスと熱交換する空間が保てず、ロータリーキルン内にまで汚泥が流入し、クリンカ製造装置の燃費が低下する。そこで、熱交換する空間を保つ為、仮焼炉へ汚泥を投入し、圧縮空気で分散を図ったが、常温空気では、温度が低く燃費ロスが大きい。そこで、塩素バイパス設備（５０）の排ガスを汚泥投入口（２０）下部に導入した結果、多大な燃費向上が図れた。更に、塩素バイパス設備（５０）の排ガスを２０ｍ/秒以上で吹き込んだところ、汚泥が仮焼炉中央部に達し、熱交換が良好になり、熱効率を向上させることができる。

また、塩素バイパス排ガスはロータリーキルン３０内の燃焼ガスを抽気したものであるため、悪臭や多量のＳＯｘを含有しており、大気へ排出するには、浄化装置が必要になる。また、従来の仮焼炉抽気へ塩素バイパス排気を戻す場合も、８００℃程度の仮焼炉抽気へ１６０℃程度の塩素バイパス排気を戻す為、燃費は悪化する。

このような構成によれば、仮焼炉２１に巻き付けられた配管（２４ａ）という簡易な構成で昇温部を設けることができ、この配管（２４ａ）内に塩素バイパス排ガスを通すことで、複雑な熱交換器等の加熱手段を要することなく、その排ガスを良好に加熱して仮焼炉２１に供給し、システム全体の熱効率を損なうことなく脱臭することができる。

なお、塩素バイパス排ガスを昇温させるための昇温部は、図２のような１つの昇温用配管２４ａに限らず、複数の環状の配管で構成されたものであってもよい。また、配管は、仮焼炉２１の炉壁内部に配置されていてもよい。配管そのものの形状も特に限定されるものではなく、図２のような環状の他にも、例えば、仮焼炉ハウジング２２に巻き付く螺旋状等であってもよい。このように設置することで熱回収が難しい放損の回収ができ、エネルギー損失の軽減も図れる。

図１では、塩素バイパス排ガスを仮焼炉２１に供給するものであったが、ここへ供給することで、熱効率低下を余儀なくされていた。本発明は、排ガスを仮焼炉（２１）バーナ３２（図１参照）の１次空気と含水汚泥投入口（２０）下部に供給することで熱効率を向上する画期的なものである。

さらに、塩素バイパス設備（５０）の排ガスの一部を、含水汚泥を分散しかつ、仮焼炉中心部へ搬送するガスとして供給する
ことを特徴とする。

通常、含水汚泥を分散しかつ、仮焼炉中心部へ搬送するガスとして供給するガスとして、常温の圧縮空気が使用されるが、塩素バイパス排ガスが１６０℃を超えている為、汚泥乾燥の観点からも熱の有効利用の点で好ましい。

以上、本発明に一形態について例示したが、本発明は上記に限定されるものではなく、発明の範囲内において、適宜、各部の形状の変更、配置位置の変更、数量の変更等を行うことができる。

１クリンカ製造装置
１０サスペンションプレヒータ
１３ａ〜１３ｅサイクロン
１５原料供給部
２０含水汚泥投入口
２１仮焼炉
２２仮焼炉ハウジング
２４ａ、２４ｂ配管
２５仮焼炉バーナ
２８ライジングダクト
３０ロータリーキルン
３２キルンバーナ
４０クリンカクーラ
４１クーラ抽気ダクト
５０塩素バイパス設備
５１抽気部
５３集塵機
５５排気ファン
５７冷却ファン
６１ａ〜６１ｃ配管
６２搬送路

Claims

仮焼炉と、
セメントクリンカを焼成した後の排ガスを一部抽気し、冷却後分離した粉体を系外に排出する塩素バイパス設備と、
前記仮焼炉に含水汚泥を投入する含水汚泥投入口と
を備えた含水汚泥処理装置において、
前記塩素バイパス設備の排ガスを昇温させる昇温部を設け、
前記昇温部は、前記仮焼炉の外面部または前記外面部と前記仮焼炉内壁との間隙に設けられ、この仮焼炉に巻き付く昇温用配管であって、
前記塩素バイパス設備の排ガスは、前記昇温用配管を介し、前記仮焼炉における前記含水汚泥投入口の下部に供給されること
を特徴とする含水汚泥処理装置。