JP4095929B2 - 塩素バイパスダストの水洗ろ過処理方法および水洗ろ過処理システム - Google Patents

塩素バイパスダストの水洗ろ過処理方法および水洗ろ過処理システム Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は塩素バイパスダストの水洗ろ過処理方法および水洗ろ過処理システムに関し、より詳しくは塩素バイパスダストをスラリー化し水洗脱塩後、ろ過処理する方法において、ベルトフィルターのろ布の目詰まりを防止し得る水洗ろ過処理方法および水洗ろ過処理システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、セメント焼成キルンにおいて各種廃棄物を原燃料化することによる処理量の増加に伴い、キルンの安定操業や製造されるセメント品質に悪影響を及ぼし得る塩素等の揮発性成分のキルンへの持ち込み量が増加しており、この対策としてセメント焼成キルンに塩素バイパス設備が設置されて来ている。
【0003】
塩素バイパス設備は、セメント焼成キルンのキルン尻からボトム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、該抽気を冷却することにより塩素化合物を主とする揮発性成分を凝縮させた塩素バイパスダストを生成させ、この塩素バイパスダストを系外に排出することで、塩素やアルカリをキルン系内から除去する設備である。
【0004】
上記抽気を冷却して生成した塩素バイパスダストは、その微粉側に塩素が偏在しているため、該ダストを分級機により粗粉と微粉に分離し、微粉のみを系外に排出し、粗粉はセメント焼成キルン系に戻すことにより、熱量損失の低減を図ることができる。
【0005】
通常セメント焼成キルン系外に排出された塩素バイパスダストは、クリンカー等に添加するか、または仕上ミルに直接供給することによりセメント粉砕系で処理されるが、塩素を含有する各種廃棄物の原燃料化の一層の進展に伴い、排出される塩素バイパスダスト量が増加してきており、一部のセメント製造工程では、全量の処理が困難な状況になりつつあるのが現状である。
【0006】
塩素バイパスダストは、塩化カリウムを主体としたアルカリ塩化物や硫酸塩等がセメント原料粒子表面に凝縮、付着したものであるが、アルカリ塩化物は水溶性であるので、水洗処理を行うことによって溶出させることが可能である。したがって、塩素バイパスダストを水洗した後、ろ過等の固液分離を行うことにより塩素バイパスダストから塩素分を除去することができ、塩素バイパスダストのセメント製造工程での処理量を大幅に増加させることが可能となる。
【0007】
ところが塩素バイパスダストの水洗ろ過処理装置の運転を継続していると、装置の各所や配管内に次第にスケールが発生して付着し、該水洗ろ過処理装置の円滑な操業に支障を来すという現象がみられた。この対策として、スケールが発生する装置および/または配管の一部または全部を並列に2系統以上とし、これらの系統のうち少なくとも一つの系統の運転中に他の系統を停止して他の系統の装置および/または配管から付着スケールを除去するダスト処理システムが提案されている。(特許文献1)
【0008】
【特許文献1】
特開2001−129513号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
塩素バイパスダストの水洗ろ過処理上の問題点としては、前記したスケールの発生の他に、水洗後のろ過に用いるベルトフィルターにおいて、ろ過時間の経過に伴いろ布が目詰まりし易く脱水率の低下が顕著であること、また脱水ケーキの該ろ布からの剥離性も著しく悪く円滑な運転を阻害することが挙げられる。特許文献1に記載されたような2系統を有する水洗ろ過処理システムを用いても、上記のようなベルトフィルターのろ布の目詰りが生じた場合にはその除去は容易ではない。したがって、本発明の目的は、塩素バイパスダストの水洗ろ過処理装置の安定した連続運転を継続可能とするために、ベルトフィルターのろ布の目詰まりの防止および該ろ布からの脱水ケーキの剥離性の向上を実現し、さらには水洗ろ過処理装置各所のスケールの発生を抑制する手段を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、塩素バイパスダストが50%通過粒子径が10μm未満の微細な粒子であるために、ベルトフィルターのろ布の目に噛み込み易く目詰まりの原因となり、且つ脱水ケーキが剥離しがたくなること、塩素バイパスダスト中には硫酸カルシウムが多量に含有されているため、これが水洗時に過飽和状態となり、ろ過時に硫酸カルシウムとして再析出することにより更にベルトフィルターのろ布の目詰まりを甚だしくし、且つ前記の水洗ろ過処理装置内各所のスケールの原因ともなっていることを見出し、それらへの対応策を追及することにより本発明を完成するに至った。
【0011】
すなわち請求項1に記載の発明は、セメント焼成キルンに設置された塩素バイパス設備により回収された塩素バイパスダストから、含有される水溶性の塩素成分を除去する方法であって、セメント原料粉末および/またはごみ焼却灰に水を加えて第一のスラリーとし、塩素バイパスダストに水を加えて第二のスラリーとし、ベルトフィルターのろ布上にまず第一のスラリーを供給してスラリー層を形成し、続いて該スラリー層上に第二のスラリーを供給してろ過を行うことを特徴とする塩素バイパスダストの水洗ろ過処理方法である。
【0012】
本方法によれば、微細でろ布の目に噛み込み易い塩素バイパスダストを含有する第二のスラリーとろ布との間に、第一のスラリーの層が形成されているため、ろ布の目詰まりを効果的に防止することができる。また、第一のスラリーを構成する粉末として上記のような粉末を用いると、水洗ろ過後に得られる脱塩ケーキを、セメント原料として受け入れやすい化学成分とすることができる。
【0013】
請求項2に記載の発明は、該第一のスラリーを構成する粉末の50%通過粒子径が、10μm以上500μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の塩素バイパスダストの水洗ろ過処理方法である。
【0014】
本方法によれば、第一のスラリーがベルトフィルターのろ布の目詰まりを起こしにくくなり、且つ水洗ろ過後に得られる脱塩ケーキの粒径範囲を、セメント原料として受け入れやすい粒径範囲とすることができる。
【0015】
該第一のスラリーを構成する粉末の50%通過粒子径の下限は、好ましくは15μm以上、より好ましくは20μm以上である。
【0016】
請求項3に記載の発明は、該第二のスラリーに、塩素バイパスダスト中に含有される硫酸カルシウムの溶解度を低下させる物質を添加することを特徴とする請求項1または2に記載の塩素バイパスダストの水洗ろ過処理方法である。
【0017】
本方法によれば、塩素バイパスダスト中に多量に含有されている硫酸カルシウムが、水洗時に過飽和状態となることを防ぐため、ろ過時のベルトフィルターのろ布上や、水洗ろ過装置内各所で硫酸カルシウムが再析出することを抑制し、ろ布の目詰まりとスケールの発生を防止することができる。
【0018】
さらに請求項4に記載の発明は、セメント焼成キルンに設置された塩素バイパス設備により回収された塩素バイパスダストから、含有される水溶性の塩素成分を除去する水洗ろ過処理システムであって、セメント原料粉末および/またはごみ焼却灰に水を加えて第一のスラリーを生成する第一のスラリー攪拌槽と、塩素バイパスダストに水を加えて第二のスラリーを生成する第二のスラリー攪拌槽と、ベルトフィルターと、該ベルトフィルターのろ布上にまず第一のスラリーを供給してスラリー層を形成する第一の供給口と、続いて該スラリー層上に第二のスラリーを供給する供給口とを備え、水洗ろ過処理を行うことを特徴とする塩素バイパスダストの水洗ろ過処理システムである。
【0019】
本発明によれば、前記請求項1〜3に記載の塩素バイパスダストの水洗ろ過処理方法を効率的に行うことができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明に係る塩素バイパスダストの水洗ろ過処理システムである。図示しないセメント焼成キルンのキルン尻からボトム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、冷却して生成したダストそのままを、又は必要に応じて分級した微粉のみを塩素バイパスダストとしてキルン系外に持ち出し、第二のスラリー構成粉末貯槽10に貯留する。
【0021】
第一のスラリー構成粉末貯槽7には、セメント原料粉末および/またはごみ焼却灰を貯留する。セメント原料粉末としては、石灰石粉末、粘土粉末、土壌粉末、珪石粉末、高炉スラグ粉末等セメント原料に含有される粉末を単独又は2種以上を混合して用いることができる。セメント焼成キルンに供給されるセメント調合原料粉末を用いることもできる。
【0022】
ごみ焼却灰としては、ストーカー炉で都市ごみを焼却したときに、炉底から排出される主灰や飛散して集塵された飛灰、あるいは流動床炉で都市ごみを焼却したときに集塵された流動床灰等、各種のごみ焼却灰を用いることができる。
【0023】
第二のスラリー添加剤貯槽11には、塩素バイパスダスト中に含有される硫酸カルシウムの溶解度を低下させる物質を貯留する。塩素バイパスダスト中に含有される硫酸カルシウムの溶解度を低下させる物質としては、CaOやCaCl等があり、必要に応じてそれらの単独粉末、混合物粉末またはそれらを含有する材料を適宜選択して使用する。前述の様に、キルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気し、冷却して生成したダストを分級して微粉のみを塩素バイパスダストとしてキルン系外に持ち出し水洗ろ過処理に供するとき、キルン系に戻される粗粉にはCaOやCaClを多量に含有するため、該粗粉の一部を分取して塩素バイパスダスト中に含有される硫酸カルシウムの溶解度を低下させる物質として用いることができる。また、分級を行わず、キルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気し、冷却して生成したダストを全量キルン系外に持ち出し水洗ろ過処理に供するときには、基よりCaOやCaClを多量に含有するため、特に新たに物質を添加せずとも塩素バイパスダスト中に含有される硫酸カルシウムの溶解度が低下する同様の効果が認められる。
【0024】
第一のスラリー構成粉末貯槽7から図示しない定量供給機により引き出された第一のスラリー構成粉末は、撹拌槽6に投入される。同時に水8が撹拌槽に供給され、撹拌されて第一のスラリー4が生成される。第一のスラリー4は、ベルトフィルターのろ布3上へ供給され第一層目のスラリー層15を形成する。水8は、新たな工業用水等を用いても良いし、ベルトフィルター上でスラリー層の洗浄に用いた水を回収して用いることもできる。第一のスラリーにおいて、粉末と水の比率は、粉末に対し重量比で水2〜10倍、より好ましくは2.5〜5倍とするのが望ましい。
【0025】
第二のスラリー構成粉末貯槽10から図示しない定量供給機により引き出された塩素バイパスダストは、撹拌槽9に投入される。また、第二のスラリー添加剤貯槽11から図示しない定量供給機により引き出された塩素バイパスダスト中に含有される硫酸カルシウムの溶解度を低下させる物質も、撹拌槽9に投入添加される。塩素バイパスダスト中に含有される硫酸カルシウムの溶解度を低下させる物質をあまり多量に添加すると、塩素バイパスダストそのものの処理量が減少するので、混合率は好ましくは1重量%以上50重量%以下、より好ましくは上限は25重量%、更に好ましくは上限は10重量%である。
【0026】
さらに、水12が撹拌槽9に供給され、撹拌されて第二のスラリー5が生成される。第二のスラリー5は、既にベルトフィルターのろ布3上に形成されている第一のスラリーによるスラリー層15の上に、新たなスラリー層16を形成する。水12は、新たな工業用水等を用いても良いし、ベルトフィルター上でスラリー層の洗浄に用いた水を回収して用いることもできる。第二のスラリーにおいて、粉末と水の比率は、粉末に対し重量比で水2〜10倍、より好ましくは2.5〜5倍とするのが望ましい。
【0027】
ベルトフィルターに供給する第一のスラリーと第二のスラリーの量的な比率は、第一のスラリーの形成するスラリー層により第二のスラリーが直接フィルターと接触するのを防止できる比率であればよい。通常は第一のスラリー量/第二のスラリー量=0.01〜1程度の比率で供給することが好ましい。
【0028】
このような本発明の方法により塩素バイパスダストの水洗ろ過処理を行うと、微細な粒子であるためにベルトフィルターのろ布上に目詰まりしやすい塩素バイパスダストが直接にはろ布に接触しないため、目詰まりを抑制できる上、脱水ケーキの剥離も容易となる。ここで、塩素バイパスダスト中に含有される硫酸カルシウムの溶解度を低下させる物質を添加すると、硫酸カルシウムの再析出を抑制できるため、よりろ布の目詰まりを防止可能となり、さらに水洗ろ過処理装置内各所のスケールの発生をも抑制することができる。
【0029】
【実施例1】
第一のスラリー構成粉末として都市ごみ焼却飛灰(塩素分約15%、50%通過粒径15μm)を、第二のスラリー構成粉末として塩素バイパスダスト(塩素分約16%、50%通過粒径6μm)を使用した。該塩素バイパスダストは、キルン排ガス流路からの抽気を冷却して発生したダストを分級した微粉である。乾燥状態の飛灰および塩素バイパスダストを別々の攪拌槽に投入し、それぞれ重量で5倍の工業用水(温度60℃)を加えて、第一のスラリーおよび第二のスラリーとした。そして、双方のスラリーとも、約1時間攪拌した。
【0030】
水洗ろ過処理のためのベルトフィルターは、幅が1.3m、ろ過面積が5.6m2のポリプロピレン製のろ布を備えたものを使用した。約1m/分で移動するベルトフィルター上、図1のA点に相当する点より第一のスラリーを1.2t/時で供給した。第一のスラリー表面に液層がほぼ認められなくなった後、B点に相当する点より第二のスラリーを2.4t/時で供給した。また、ろ過後の脱水ケーキの洗浄のため、C点に相当する点(第二のスラリーの液が吸引され表面にほぼ液層が認められなくなる位置)にて、洗浄水として工業用水(温度60℃)を脱水ケーキ層に散水して、洗浄脱塩処理を行った。
【0031】
塩素バイパスダストのスラリーのみによる水洗ろ過では、ベルトフィルターのろ布の目詰まりにより、連続的にろ過を継続できるのは1日にも満たなかったが、本実施例では、連続5日間何ら問題なくろ過を継続することができた。脱水ケーキのろ布からの剥離にも問題は見られなかった。
【0032】
【実施例2】
第一のスラリー構成粉末として、実施例1と同一の都市ゴミ焼却飛灰を用い、実施例1と同様の条件で第一のスラリーを調製した。第二のスラリーには、実施例1と同一の塩素バイパスダストを用いた。該塩素バイパスダストは、キルン排ガス流路からの抽気を冷却して発生したダストを分級した微粉である。この分級時に同時に分離された粗粉(以下塩素バイパス粗分)は、キルン系に戻されるが、その一部を分取し、第二のスラリーに添加する塩素バイパス中に含有される硫酸カルシウムの溶解度を低下させる物質として用いた。
【0033】
該塩素バイパス粗粉と、塩素バイパスダストの重量比は1:4とし、この混合粉末の5倍重量の工業用水(温度60℃)を加えて、攪拌槽中で1時間攪拌して第二のスラリーとした。
【0034】
水洗ろ過処理のためのベルトフィルターは、実施例1と同一で、スラリーの供給速度等も実施例1と同一の条件とした。また、実施例1と同様の条件で、洗浄用水の散水を行い、脱水ケーキの洗浄脱塩を行った。
【0035】
本実施例においても、連続14日間経過しても何ら目詰まり等の問題はなく、脱水ケーキのろ布からの剥離にも問題は生じず、水洗ろ過処理を継続することができた。さらに、本実施例では、従来の塩素バイパスダストのスラリーのみによる水洗ろ過処理の場合や、実施例1の場合よりもベルトフィルターや配管系等、水洗ろ過処理装置各所へのスケールの発生が大幅に少なくなり、この面でも長期に継続処理を行うことのできる可能性が示された。また、洗浄後の脱塩ケーキの塩素分の含有率も0.5%以下であり、塩素バイパスダストと都市ごみ焼却飛灰を合わせた脱塩率は97%以上であることを確認した。このように、実施例2において、実施例1よりもスケールの発生が少なくなったのは、塩素バイパスダストとともに第二のスラリー中に添加された塩素バイパス粗粉に含有されるCaOおよびCaCl2が、塩素バイパスダスト中に含有される硫酸カルシウムの溶解度を低下させる効果が発揮され、硫酸カルシウムの過飽和および再析出を抑制したためであると推察される。
【0036】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、塩素バイパスダストの微細な粒子がベルトフィルターのろ布の目に噛み混むことを防止できるため、ろ布の目詰まり、脱水ケーキの剥離性の悪化等を効果的に抑制できる。また、塩素バイパスダスト中に含有される硫酸カルシウムの溶解度を低下させる物質の作用により、硫酸カルシウムの過飽和および再析出を抑制し、水洗ろ過処理装置各所でのスケールの発生を防止することができる。したがって、塩素バイパスダストの水洗ろ過処理を継続的に長期間行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる塩素バイパスの水洗ろ過処理システムを示す概略図である。
【符号の説明】
1 塩素バイパスダストの水洗ろ過処理システム
2 ベルトフィルタ
3 ろ布
4 第一のスラリー
5 第二のスラリー
6 第一の攪拌槽
7 第一のスラリー構成粉末貯槽
8 水
9 第二の攪拌槽
10 塩素バイパスダスト貯槽
11 第二のスラリー添加剤貯槽
12 水
13 ろ液
14 脱水ケーキ(セメント原料へ)
15 第一のスラリー層
16 第二のスラリー層
17 水
18 第一のスラリー供給口
19 第二のスラリー供給口

Claims (4)

  1. セメント焼成キルンに設置された塩素バイパス設備により回収された塩素バイパスダストから、含有される水溶性の塩素成分を除去する方法であって、セメント原料粉末および/またはごみ焼却灰に水を加えて第一のスラリーとし、塩素バイパスダストに水を加えて第二のスラリーとし、ベルトフィルターのろ布上にまず第一のスラリーを供給してスラリー層を形成し、続いて該スラリー層上に第二のスラリーを供給してろ過を行うことを特徴とする塩素バイパスダストの水洗ろ過処理方法。
  2. 該第一のスラリーを構成する粉末の50%通過粒子径が、10μm以上500μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の塩素バイパスダストの水洗ろ過処理方法。
  3. 該第二のスラリーに、塩素バイパスダスト中に含有される硫酸カルシウムの溶解度を低下させる物質を添加することを特徴とする請求項1または2に記載の塩素バイパスダストの水洗ろ過処理方法。
  4. セメント焼成キルンに設置された塩素バイパス設備により回収された塩素バイパスダストから、含有される水溶性の塩素成分を除去する水洗ろ過処理システムであって、セメント原料粉末および/またはごみ焼却灰に水を加えて第一のスラリーを生成する第一のスラリー攪拌槽と、塩素バイパスダストに水を加えて第二のスラリーを生成する第二のスラリー攪拌槽と、ベルトフィルターと、該ベルトフィルターのろ布上にまず第一のスラリーを供給してスラリー層を形成する第一の供給口と、続いて該スラリー層上に第二のスラリーを供給する供給口とを備え、水洗ろ過処理を行うことを特徴とする塩素バイパスダストの水洗ろ過処理システム。
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