JP2016190761A

JP2016190761A - セメント焼成用固体燃料の製造方法及び製造装置

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Publication number: JP2016190761A
Application number: JP2015071731A
Authority: JP
Inventors: 岡田　豊; Yutaka Okada; 豊岡田; 一寿古屋; Kazuhisa Furuya
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2016-11-10
Anticipated expiration: 2035-03-31
Also published as: JP6413894B2

Abstract

【課題】引火性揮発性物質を含有する処理対象可燃物を、引火性の揮発性物質への引火防止と火災発生のリスクを低減しながら乾燥させると共に、製造された固体燃料がセメント焼成設備の燃費を低下させないセメント焼成用固体燃料の製造方法及び製造装置を提供すること。【解決手段】セメント焼成用固体燃料の製造方法は、引火性揮発性物質を含有する処理対象可燃物を、該処理対象可燃物の引火点より低い温度であり、且つ、乾燥用流体の引火性揮発性物質の濃度が該引火性揮発性物質の燃焼範囲の下限値より少なくなる酸素濃度に調整した乾燥用流体で乾燥することを特徴とする。【選択図】なし

Description

本発明は、セメント焼成用固体燃料の製造方法及び製造装置に関し、特に詳細には引火性揮発性物質を含有する処理対象可燃物を乾燥し、セメント焼成用固体燃料を製造するにあたり、発生する引火性の揮発性物質への引火防止対策と処理対象可燃物の火災発生のリスクを低減しながら乾燥させ、セメント焼成設備の燃費を低下させないセメント焼成用固体燃料の製造方法及び製造装置に関する。

セメント焼成設備において、建設廃材、間伐材、廃白土、含油汚泥等の含油物質、下水汚泥、製紙スラッジなどの高含水率の有機系汚泥等を石炭や重油の代替燃料として利用することが行われている。

特開２００４−５００７７号公報（特許文献１）には、木材由来燃料の製造方法が開示され、特開２００６−１７５３５５号公報（特許文献２）には、有機系汚泥の処理方法が開示されている。両者は共に、クリンカクーラーの排ガスなどのセメント焼成設備の余剰熱を利用して、廃棄物などの処理対象可燃物を乾燥させ、セメント焼成用の燃料とするものであるが、従来のこのようなセメント焼成用の燃料の製造方法においては、乾燥により発生する引火性の揮発性物質への引火防止対策や、含水率の下げ過ぎ、静電気、及び自己発熱による火災発生リスクの低減対策については、全く考慮されていなかった。

処理対象可燃物が引火性の有機溶剤などを含有する含水燃料の場合では、乾燥を行わずにそのままセメント焼成設備で使用しているのが現状である。また、引火性揮発性物質を含有する処理対象可燃物を乾燥すると、気化した引火性揮発性物質に引火する危険性がある。特に、性状変動の大きい廃棄物系の可燃物を処理する場合には、処理対象可燃物の含水率を下げ過ぎ、乾燥設備や製造した固体燃料の貯蔵設備などで、静電気や自己発熱などに起因する火災発生のリスクが高くなっていた。このため、従来は処理対象可燃物の乾燥を行わず高含水率のまま、セメント焼成設備に直接投入されており、含水率の高さのためセメント焼成に係る燃費の低下を引き起こしていた。

特開２００４−５００７７号公報特開２００４−３７１２２６号公報

従って、本発明の目的は、上記問題を解決し、引火性揮発性物質を含有する処理対象可燃物を、引火性の揮発性物質への引火防止と火災発生のリスクを低減しながら乾燥させると共に、製造された固体燃料がセメント焼成設備の燃費を低下させないセメント焼成用固体燃料の製造方法及び製造装置を提供することである。

上記の課題を解決するため、本発明のセメント焼成用固体燃料の製造方法及び製造装置は以下のような技術的特徴を備えている。
（１）引火性揮発性物質を含有する処理対象可燃物を、該処理対象可燃物の引火点より低い温度であり、且つ、乾燥用流体の引火性揮発性物質の濃度が該引火性揮発性物質の燃焼範囲の下限値より少なくなる酸素濃度に調整した乾燥用流体で乾燥することを特徴とする、セメント焼成用固体燃料の製造方法である。

（２）上記（１）に記載のセメント焼成用固体燃料の製造方法において、該処理対象可燃物の乾燥工程に導入する前の乾燥用流体の温度を調整するにあたり、セメント焼成設備からの排ガスに空気を導入することにより調整することを特徴とする。

（３）上記（１）又は（２）に記載のセメント焼成用固体燃料の製造方法において、乾燥工程後に排出される乾燥用流体の酸素濃度を調整するにあたり、乾燥用流体の流量を増減することで調整することを特徴とする。

（４）上記（１）〜（３）のいずれかに記載のセメント焼成用固体燃料の製造方法において、引火性揮発性物質を含有する処理対象可燃物の引火点と、該引火点における引火性揮発性物質の濃度とを予め測定し、測定した引火性揮発性物質の該濃度から乾燥用流体の流量を決定することを特徴とする。

（５）上記（１）〜（４）のいずれかに記載のセメント焼成用固体燃料の製造方法において、乾燥処理された該処理対象可燃物の含水率に応じて、乾燥用流体の温度を調整することを特徴とする。

（６）上記（１）〜（５）いずれかの項記載のセメント焼成用固体燃料の製造方法において、乾燥用流体はセメント製造設備から排出される排ガスを利用し、乾燥後の処理対象可燃物はセメント製造設備の燃料として利用され、処理対象可燃物を乾燥した後の乾燥用流体は、セメント焼成設備中の８００℃以上の温度の装置に導入されるか又は乾燥排気処理装置にて処理されることを特徴とする。

（７）セメント焼成設備からの乾燥用流体の温度を、処理対象可燃物の引火点より低い温度に調整するための温度調整装置と、該乾燥用流体の引火性揮発性物質の濃度が該引火性揮発性物質の燃焼範囲の下限値より少なくなる酸素濃度に調整するための酸素濃度調整装置と、該乾燥用流体で引火性揮発性物質を含有する処理対象可燃物を乾燥させる乾燥装置とを備えることを特徴とする、セメント焼成用固体燃料の製造装置である。

（８）上記（７）に記載のセメント焼成用固体燃料の製造装置において、更に、乾燥処理された処理対象可燃物の含水率を測定する含水率測定装置を備えることを特徴とする。

（９）上記（７）又は（８）に記載のセメント焼成用固体燃料の製造装置において、乾燥装置から排出された乾燥用流体を処理するための乾燥排気処理装置を備えることを特徴とする。

本発明のセメント焼成用固体燃料の製造方法及び製造装置では、引火性揮発性物質を含有する処理対象可燃物を、該処理対象可燃物の引火点より低い温度であり、且つ、乾燥用流体の引火性揮発性物質の濃度が該引火性揮発性物質の燃焼範囲の下限値より少なくなる酸素濃度に調整した乾燥用流体で乾燥するため、引火性の揮発性物質への引火防止と火災発生のリスクを低減しながら処理対象可燃物を乾燥でき、さらには、製造された固体燃料は限界含水率に近い状態まで乾燥されているため、セメント焼成設備の燃費低下を抑制できる。

本発明のセメント焼成用固体燃料の製造装置の概略を説明する図である。

本発明を、以下の実施形態により説明する。
本発明のセメント焼成用固体燃料の製造方法は、引火性揮発性物質を含有する処理対象可燃物を、該処理対象可燃物の引火点より低い温度であり、且つ、乾燥用流体の引火性揮発性物質の濃度が該引火性揮発性物質の燃焼範囲の下限値より少なくなる酸素濃度に調整した乾燥用流体で乾燥する、セメント焼成用固体燃料の製造方法である。

処理対象可燃物とは、本発明のセメント焼成用固体燃料を製造するための処理が行われる対象物のことであり、具体的には、建設廃材、及び間伐材、並びに剪定枝等の破砕物、燃料用木質チップ、畳、布、紙類、食品残渣、農業残渣、廃プラスチック、廃白土、含油汚泥等の含油物質、下水汚泥、製紙スラッジなどの高含水率の有機系汚泥、前記の２つ以上を含む混合物などの各種の可燃物が該当する。そのような可燃物の中でも、特に、含水率が高く、そのままセメント焼成設備に投入すると設備の燃費低下の原因となるようなものであり、かつ、有機溶剤など乾燥処理工程で引火性揮発性物質の発生を伴うものは、本発明を適用することが好ましい。

引火性揮発性物質としては、処理対象可燃物の種類によって様々であり、例えば、パラフィン系炭化水素、オレフィン系炭化水素、ナフテン系炭化水素、芳香族炭化水素、有機酸、アルコール、エーテル、ケトン、アルデヒドなどが例示される。特に、本発明では、クリンカクーラーなどのセメント焼成設備の余剰熱を利用して乾燥するため、１００〜４００℃程度の排ガスを温度調整して８０〜２００℃の乾燥用流体（気体）にして乾燥に使用する。このため、このような温度範囲で揮発性のある物質を含有する場合は、本発明を適用することが好ましい。

本発明のセメント焼成用固体燃料の製造方法では、処理対象可燃物を乾燥させる際に、次の２つの条件を満足することで、乾燥中に引火性揮発性物質に引火することを抑制することが可能となる。
（１）乾燥用流体の温度は、処理対象可燃物の引火点より低い温度であること
（２）乾燥用流体に含まれる引火性揮発性物質の濃度が、当該引火性揮発性物質の燃焼範囲の下限濃度未満となるように、乾燥用流体の酸素濃度を調整すること
さらに、次の条件を備えることで、製造した固体燃料が発火するのを抑制でき、より安全に固体燃料を扱うことができる。
（３）乾燥用流体の温度が、乾燥処理された処理対象可燃物（固体燃料）の含水率が処理対象可燃物の限界含水率となる温度以下であること

このような条件を判断するためには、乾燥装置に投入する処理対象可燃物の受入れロット毎に、少なくとも以下の数値を予め測定する。
（ａ）処理対象可燃物の引火点（乾燥処理を行う前の処理対象可燃物に関する引火点）
（ｂ）引火性揮発性物質の燃焼範囲の下限濃度（Ｃ２）
（ｃ）引火点における引火性揮発性物質の濃度
（ｄ）処理対象可燃物を乾燥させた際の限界含水率（固体燃料の限界含水率）

本発明のセメント焼成用固体燃料の製造方法は、次のステップで乾燥用流体を制御する。
（ステップＡ）乾燥用流体の温度を、処理対象可燃物の引火点より低い温度に制御する。
（ステップＢ）乾燥装置から排出される排ガス中の酸素濃度を、引火性揮発性物質の燃焼範囲の下限濃度（Ｃ２）から算出した酸素濃度以上に制御する。
（ステップＣ）乾燥装置から排出される固体燃料（乾燥した処理対象可燃物）の含水率を、固体燃料の限界含水率以上となるように、乾燥用流体の温度を制御する。

ステップＡやＣのように、処理対象可燃物の乾燥工程に導入する前の乾燥用流体の温度を調整する方法としては、セメント焼成設備からの排ガスに外部の空気を導入することにより調整することが可能である。

ステップＢのように、乾燥工程後に排出される乾燥用流体の酸素濃度を調整する方法としては、乾燥用流体の流量を増減することで調整することが可能である。

さらに、乾燥用流体の流量は、次のような方法でも設定が可能である。引火性揮発性物質を含有する処理対象可燃物の引火点と、該引火点における引火性揮発性物質の濃度とを予め測定し、測定した引火性揮発性物質の該濃度から乾燥用流体の流量を決定する方法である。つまり、乾燥用流体の流量を調整することで、乾燥装置から排気される排ガスに含まれる引火性揮発性物質の濃度が変化する。これにより、この排ガスに含まれる引火性揮発性物質の濃度が、引火性揮発性物質の燃焼範囲の下限濃度未満となるように、乾燥用流体の流量を調整する。

処理対象可燃物が複数種類の引火性揮発性物質を含む場合には、各引火性揮発性物質毎に、濃度を測定する。また、異なる引火性揮発性物質であっても、燃焼範囲を考慮する際に、総和の濃度で引火性を評価すべきである場合には、関係する引火性揮発性物質をまとめて濃度の算出を行う。

また、ステップＣでは、乾燥装置の出口から排出される、乾燥処理された処理対象可燃物（「固体燃料」ともいう。）の含水率を適時測定し、固体燃料の含水率が、当該固体燃料の限界含水率となる温度以下となるように設定される。これにより、乾燥装置から排出される固体燃料の含水率が限界含水率より大きくなるため、含水率の下過ぎ、静電気、及び自己発熱による火災の発生を抑制することが可能となる。

乾燥に使用される乾燥用流体（気体）は、セメント焼成設備の余剰熱を利用したものであるなら、特に限定されないが、例えば、クリンカクーラーの排ガス、仮焼成炉出口から煙突にいた排ガス経路の排ガスなどを利用することが可能である。

また、乾燥で使用された乾燥用流体は、専用の乾燥排気処理装置で粉塵、臭気成分等を除去した後外部に放出させることも可能であるが、セメント焼成設備に再度戻し、処理することも可能である。特に、キルンから仮焼成炉の出口までの間のように温度が８００℃以上ある場所に戻すことで、乾燥工程で発生した揮発性物質を燃料として利活用できるとともに、臭気成分等を分解処理することが可能となる。

次に、セメント焼成用固体燃料の製造装置について図１を参考に説明する。
セメント焼成設備としては、セメント原料を、予熱器、仮焼成炉、キルンに順次投入し焼成される。焼成されたセメントクリンカは、クリンカクーラーで冷却される。キルンで発生した排ガスは、仮焼成炉、予熱器、排ガス処理設備、煙突を経て外部に放出される。クリンカクーラーでは、空気により冷却が行われ、クリンカクーラーから排出される排ガスは、２００〜４００℃の温度を有している。通常であれば、クリンカクーラーの排ガスは、仮焼成炉などに導入される。

処理対象可燃物は、不図示の貯蔵設備から定量供給設備に供給され、当該定量供給設備により、予め設定された処理対象可燃物の処理量（所定時間当たりの処理量）に応じて、所定速度で所定量の処理対象可燃物を乾燥装置に供給される。

乾燥装置には、乾燥用流体が導入されている。図１では、乾燥用流体として、クリンカクーラーの排ガスの一部を利用しているが、仮焼成炉出口から煙突に至る排ガス経路の排ガスを利用することも可能である。乾燥装置で使用できる乾燥用流体に必要な温度、例えば、８０℃以上が維持できる排ガスを利用することが好ましい。

本発明では、乾燥装置に導入される乾燥用流体の温度を、処理対象可燃物の引火点より低い温度であって且つ当該処理対象可燃物の含水率が限界含水率となる温度以下の乾燥温度に調整する温度調整装置を備えている。

温度調整装置により、セメント焼成設備の排ガスの温度を、乾燥装置で必要な温度（乾燥温度）に設定するには、セメント製造設備から排出される排ガスに空気を混入して、温度を調整する。図１のダンパ（１）のような空気流量調整装置が、この機能を有している。さらに、ダンパ（２）は、乾燥装置に導入する乾燥用流体の流量を調整している。ファンは、乾燥用流体を乾燥装置に送風する送風機である。乾燥用流体の流路に沿って（乾燥装置の入り口付近）に流体の温度を測定する温度計（ＴＩＣ）を設け、温度の測定結果に基づき、所定の温度になるように、前記空気の流量を調節する。

乾燥装置から排出される排ガスは、乾燥排気処理装置で粉塵、臭気成分等が除去され、外部に排気される。また、キルンから仮焼成炉出口までの間で８００℃以上の高温雰囲気に、乾燥装置の排ガスを導入することも可能である。

乾燥装置で乾燥された処理対象可燃物（固体燃料）は、固体燃料貯蔵設備で蓄積され、定量供給装置により、仮焼成炉に燃料として導入したり、キルン出口から仮焼成炉の入り口に至る窯尻部で燃料として燃焼させる方法もある。

本発明のセメント焼成用固体燃料の製造装置では、乾燥装置から排出される排ガス中の酸素濃度を測定する酸素濃度測定装置（Ｏ_２Ｉ）を備えている。乾燥用流体の引火性揮発性物質の濃度が該引火性揮発性物質の燃焼範囲の下限値より少なくなる酸素濃度に調整するため、測定した酸素濃度の数値が目標とする濃度となるまで、ダンパ（２）を制御して乾燥用流体の流量が調整される。

また、乾燥用流体の流量が予め設定できる場合には、ファンから乾燥装置に至る途中に流量計（ＦＩＣ）を設け、該流量計の数値が予め設定した値となるように、ダンパ（２）を制御することも可能である。

更に、本発明のセメント焼成用固体燃料の製造装置では、処理対象可燃物の含水率を測定する含水率測定装置（ＸＩＣ）を備えている。当該測定装置は、乾燥装置の出口に備え付けることで、固体燃料の含水率を処理対象可燃物の限界含水率以上に調整する際の生情報として有用となる。

以下では、具体的事例を基に乾燥用流体の温度や流量の設定方法を説明する。
まず、処理対象可燃物を固体燃料Ａ（引火性揮発性物質を含む。）とする。処理対象可燃物の処理量（Ｗ）は、１０００ｋｇ／時とする。
処理対象可燃物の性状として、処理前の含水率（Ｈ）は１５質量％、引火点は１６０℃とする。

引火点における引火性揮発性物質の濃度を次の方法で測定する。
試験器具としてバイアル瓶（容積０．１リットル）を用い、試料である固体燃料Ａを０．０５ｇ（試料量）投入する。試料量／バイアル容積比（Ｒ）は、０．５ｇ／リットル（単位：ｋｇ／ｍ^３）となる。引火性揮発性物質の濃度（Ｃ１）を測定した結果、５．０容量％を得たと仮定する。

固体燃料Ａに含まれる引火性揮発性物質を、揮発性物質Ｂとする。揮発性物質Ｂの燃焼範囲の下限濃度（Ｃ２）は、３．０容量％である。

乾燥用流体は、クリンカクーラーの排ガスに空気を混合させたものであり、流量（Ｑ１）は、３３００ｍ^３Ｎ／時とする。この流量は、処理対象可燃物の処理量（Ｗ）、試料量／バイアル容積比（Ｒ）、引火性揮発性物質の濃度（Ｃ１）及び揮発性物質の燃焼範囲の下限濃度（Ｃ２）から、次式を用いて算出される。
Ｑ１＝（Ｃ１／Ｃ２）×Ｗ／Ｒ

乾燥用流体の温度と流量を次のステップで設定する。
（ステップＡ）乾燥用流体の温度を測定する。仮に測定値が１２０℃である場合には、処理対象可燃物の引火点１６０℃より低いため、特に乾燥用流体の温度は変更しない。ただし、処理対象可燃物の含水率が高く、乾燥用流体の温度をできるだけ高く設定することが好ましい場合には、引火点に近い温度にまで乾燥用流体の温度を変更することも可能である。

（ステップＢ）乾燥装置から排出される排ガス中の酸素濃度を測定する。酸素濃度測定値（Ｃ３）は、１９．３容量％であったと仮定する。
次の式で、引火性揮発性物質の燃料範囲の下限濃度（Ｃ２）から算出した酸素濃度（Ｃ４）を得る。
Ｃ４＝２０．９×（１−Ｃ２／１００）＝２０．３容量％
引火性揮発性物質の燃焼範囲の下限濃度に対応した酸素濃度（Ｃ４）と測定した酸素濃度（Ｃ３）とを比較し、ここではＣ４＞Ｃ３という結果となるため、Ｃ４≦Ｃ３となるまで乾燥用流体の流量を増加させる。この場合、Ｃ４＝Ｃ３となるには、流量Ｑを８４００ｍ^３Ｎ／時まで増加させることが必要となる。

（ステップＣ）乾燥装置から排出される固体燃料（乾燥した処理対象可燃物）の含水率を測定する。測定結果が４質量％未満であり、仮に、固体燃料の限界含水率が４質量％である場合には、限界含水率以下となっているため、乾燥用流体の温度を下げる。仮に、８０℃で乾燥装置から排出される固体燃料（乾燥した処理対象可燃物）の含水率が５質量％であったとすれば、乾燥用流体の温度を８０℃にセットすることができる。

固体燃料Ａに含まれる引火性揮発性物質の量が少ない場合、上述した乾燥用流体の流量（Ｑ１）を算出する計算式では、乾燥用流体の流量が不足し、乾燥用流体の温度の調整だけでは、目標とする含水率に達しない場合も想定される。このような場合を想定し、乾燥用流体の流量の初期値の決定方法としては、上述した計算式の流量（Ｑ１）と、乾燥操作の熱収支計算から算出した流量の内、大きい方を採用することが好ましい。

上述したステップＡ〜Ｃにより、乾燥用流体の温度と流量を設定することにより、処理対象可燃物の乾燥中に処理対象可燃物や乾燥工程中に発生する引火性揮発性物質に引火したり、さらには、製造された固体燃料が蓄積された状態で火災を引き起こす等のリスクを低減することが可能となる。

本発明により、引火性揮発性物質を含有する処理対象可燃物を、引火性の揮発性物質への引火防止と火災発生のリスクを低減しながら乾燥させると共に、製造された固体燃料がセメント焼成設備の燃費を低下させないセメント焼成用固体燃料の製造方法及び製造装置を提供することができる。

Claims

引火性揮発性物質を含有する処理対象可燃物を、該処理対象可燃物の引火点より低い温度であり、且つ、乾燥用流体の引火性揮発性物質の濃度が該引火性揮発性物質の燃焼範囲の下限値より少なくなる酸素濃度に調整した乾燥用流体で乾燥することを特徴とする、セメント焼成用固体燃料の製造方法。
請求項１に記載のセメント焼成用固体燃料の製造方法において、該処理対象可燃物の乾燥工程に導入する前の乾燥用流体の温度を調整するにあたり、セメント焼成設備からの排ガスに空気を導入することにより調整することを特徴とする、セメント焼成用固体燃料の製造方法。
請求項１又は２に記載のセメント焼成用固体燃料の製造方法において、乾燥工程後に排出される乾燥用流体の酸素濃度を調整するにあたり、乾燥用流体の流量を増減することで調整することを特徴とする、セメント焼成用固体燃料の製造方法。
請求項１〜３のいずれかに記載のセメント焼成用固体燃料の製造方法において、引火性揮発性物質を含有する処理対象可燃物の引火点と、該引火点における引火性揮発性物質の濃度とを予め測定し、測定した引火性揮発性物質の該濃度から乾燥用流体の流量を決定することを特徴とする、セメント焼成用固体燃料の製造方法。
請求項１〜４のいずれかに記載のセメント焼成用固体燃料の製造方法において、乾燥処理された該処理対象可燃物の含水率に応じて、乾燥用流体の温度を調整することを特徴とする、セメント焼成用固体燃料の製造方法。
請求項１〜５いずれかの項記載のセメント焼成用固体燃料の製造方法において、乾燥用流体はセメント製造設備から排出される排ガスを利用し、乾燥後の処理対象可燃物はセメント製造設備の燃料として利用され、処理対象可燃物を乾燥した後の乾燥用流体は、セメント焼成設備中の８００℃以上の温度の装置に導入されるか又は乾燥排気処理装置にて処理されることを特徴とする、セメント焼成用固体燃料の製造方法。
セメント焼成設備からの乾燥用流体の温度を、処理対象可燃物の引火点より低い温度に調整するための温度調整装置と、該乾燥用流体の引火性揮発性物質の濃度が該引火性揮発性物質の燃焼範囲の下限値より少なくなる酸素濃度に調整するための酸素濃度調整装置と、該乾燥用流体で引火性揮発性物質を含有する処理対象可燃物を乾燥させる乾燥装置とを備えることを特徴とする、セメント焼成用固体燃料の製造装置。
請求項７に記載のセメント焼成用固体燃料の製造装置において、更に、乾燥処理された処理対象可燃物の含水率を測定する含水率測定装置を備えることを特徴とする、セメント焼成用固体燃料の製造装置。
請求項７又は８に記載のセメント焼成用固体燃料の製造装置において、乾燥装置から排出された乾燥用流体を処理するための乾燥排気処理装置を備えることを特徴とする、セメント焼成用固体燃料の製造装置。