JP4170007B2 - Method for producing cement clinker or cement raw material - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セメントクリンカ又はセメント原料の製造方法に関し、より詳しくは、原料として、塩素・アルカリ成分をキルン内に持ち込む廃棄物を利用する場合のセメントクリンカ又はセメント原料の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のセメント製造方法及びその装置においては、原料中に塩素・アルカリ成分が含まれる場合、塩素・アルカリ成分がキルンとサスペンジョンプレヒータの間で循環濃縮し、ボトムサイクロンの原料中の塩素濃度が5000ppmを超えると、サイクロン詰まりが生じるという問題があった。
そこで、サイクロン詰まりを誘発する塩素・アルカリ等の低融点物質の持ち込みを極力制限するとともに、キルンインレットフードから排ガスの一部を抽気して、塩素成分をキルンから除去し、ボトムサイクロンの原料中の塩素濃度を5000ppm以下にする、いわゆる塩素バイパスという手段がとられている。
【0003】
しかし、昨今、セメント産業では各種廃棄物の処理が期待されており、塩素・アルカリ成分を含む廃棄物(例えば、シュレッダーダスト、一般廃棄物、塩化ビニル、ガラス、陶器等)を利用する技術開発を進めるニーズが出てきた。
このような廃棄物を利用する場合においては、持ち込みの塩素・アルカリ量が増大するため、従来方法の塩素バイパスで塩素・アルカリ成分の抜き出しを行っても、循環する過程において、ボトムサイクロンの原料中の塩素濃度が5000ppmをはるかに超え、サイクロン詰まりが生じるという問題がある。
【0004】
一方、塩素を多量に含有する焼却灰を原料とするエコセメント製造装置においては、上記問題を回避する上で、サイクロンプレヒータを設けないという態様をとっている。しかしながら、サイクロンプレヒータを利用しないエコセメントプロセスの方法では、熱量損失が増大するという問題があるため、特に大型プラントでは得策でない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、塩素を含有する可燃性廃棄物、廃ガラス、シュレッダーダスト等のセメント製造装置による処理が期待されており、これらの廃棄物を処理する上で、塩素・アルカリ成分によるサイクロン詰まりの対策を講じることが急務である。本発明は、上記の問題点を鑑み、サイクロンプレヒータを利用して、原料の予熱・仮焼を実施した上で、原料中の塩素濃度が5000ppmを超えてもサイクロン詰まりを生じないセメントクリンカ又はセメント原料の製造方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係るセメントクリンカ又はセメント原料の製造方法は、サスペンジョンプレヒータのボトムサイクロン内に、低温の原料、セメントクリンカ、空気及び水からなる群から選ばれた少なくとも1以上の添加物を導入して、上記ボトムサイクロン内の原料温度を300〜770℃にすることで塩素・アルカリ成分が固体化することを特徴とする。
【0007】
塩素・アルカリ成分は、1550℃まで加熱される過程で揮発するが、融点以下で再び原料中に取り込まれ、サスペンジョンプレヒータとキルンの間を循環し、濃縮される。この循環濃縮によりボトムサイクロンの塩素濃度が5000ppmを超えると、原料の粘性が増加し、ボトムサイクロン壁面にコーチングが成長する。このコーチングが脱落すると、シュートが詰まるなどのいわゆるサイクロン閉塞が生じる。しかし、ボトムサイクロンより上段のサイクロンでは原料温度が塩素・アルカリ成分であるNaCl及びKClの融点以下、すなわち770℃以下であって、閉塞は生じておらず、一方、ボトムサイクロンの原料温度は、現状、830〜850℃と、この塩素・アルカリ成分の融点以上であることに着目した。
ボトムサイクロンの原料温度を、300〜770℃にすることによって原料の粘性を抑制することができるので、塩素・アルカリ成分の循環濃度が5000ppmを超えても、コーチングの付着が生じなくなり、サイクロン詰まりを防止できることを見出し、本発明を完成した。
【0008】
本発明において、塩素・アルカリ成分とは、塩化カリウム(KCl)、塩化ナトリウム(NaCl)、二塩化鉛(PbCl2)、塩化亜鉛(ZnCl2)、硫酸カリウム(K2SO4)、硫酸ナトリウム(Na2SO4)等を含むものをいう。
また、セメントクリンカとは、セメント焼成工程で製造される半製品で、クーラで冷却したものまでをいう。セメント原料とは、廃棄物等を適宜処理して、石灰石、粘土、鉄原料などの天然原料の一部と代替できるものとして、製造されるものをいう。
【0009】
上記ボトムサイクロン内の原料温度は、特に、700〜750℃にすることが好ましい。
また、上記ボトムサイクロン内に、低温の原料、セメントクリンカ、空気及び水の中でも、低温の原料を添加するのが、より好ましい。
さらに、上記添加物は、上記ボトムサイクロンの上流側にある仮焼炉の出口から上記ボトムサイクロンの入口の間に投入することが好ましい。これにより、仮焼炉を通過した原料の脱炭酸率を低下させないようにすることができる。
【0011】
ここで、ボトムサイクロンとは、サスペンジョンプレヒータを構成する複数のサイクロンの内、最下段のサイクロンをいう。また、アッパーサイクロンとは、ボトムサイクロンより上段のサイクロンをいう。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図1は、本発明に係るセメントクリンカ又はセメント原料の製造装置を示す概略図である。図1に示すように、サスペンジョンプレヒータは、第1段サイクロン1から第4段サイクロン4の4段のサイクロンで構成されている。第4段サイクロンは、以下、ボトムサイクロンという。また、サスペンジョンプレヒータは、第3段サイクロン3とボトムサイクロン4の間に、仮焼炉5を付設している。仮焼炉5は、仮焼バーナ6を備えており、原料中の石灰石を脱炭酸処理することができる。ボトムサイクロン4の原料出口には、サイクロンシュート7が設けられており、このサイクロンシュート7は、キルンインレットフード9を介してロータリーキルン8と連結している。ロータリーキルン8は、キルンバーナ10を備えており、原料を1550℃まで加熱して焼成することができる。ロータリーキルン8の出口には、クーラ11が設けられており、ロータリーキルン8で得られたセメントクリンカを冷却することができる。
【0013】
一方、第1段サイクロン1の上部には、廃熱発電設備12が設けられており、サスペンジョンプレヒータの廃熱を再利用して発電することができる。廃熱発電設備12の後段には、集塵機13を介して煙突14が設けられており、ガス中のダスト等を除去した後、排気することができる。
また、ボトムサイクロン4の出口煙道とキルンインレットフード9の出口には、集塵機15へのダクトが設けられている。集塵機15は、ガス中から塩素・アルカリ成分を含有するダスト等を分離することができる。集塵機15のガス側の出口は、第2段サイクロン2の出口煙道につながっており、また、ダスト側の出口には、重金属精練設備16を介して塩回収設備17が設けられている。重金属精練設備16は、ダスト中の重金属を分離除去することができ、塩回収設備17で、アルカリ金属塩を回収することができる。
なお、図中の実線は、原料等の物の流れを示し、点線は、ガスの流れを示す。
【0014】
このような構成によれば、先ず、塩素・アルカリ成分を含有する原料を、第2段サイクロン2の出口煙道に投入すると、原料は、第1段サイクロン1、第2段サイクロン2、第3段サイクロン3の順に導入され、徐々に予熱される。次に、原料は仮焼炉5に入り、原料中の石灰石が脱炭酸処理されCaOとなった後、ボトムサイクロン4に導入される。さらに、原料は、ボトムサイクロン4からサイクロンシュート7を通り、ロータリーキルン8に入る。ロータリーキルン8内で原料は徐々に加熱され、1550℃まで加熱される間にセメント鉱物の生成が進行し、セメントクリンカとなる。クリンカは、キルン8内で1450℃まで冷却された後、クリンカクーラ11へ排出され、クーラ11にてさらに冷却される。
【0015】
一方、キルン8内に持ち込まれた塩素・アルカリ成分(KCl、NaCl、PbCl2、ZnCl2、K2SO4、Na2SO4等)は、1550℃まで加熱される過程で揮発する。揮発した塩素・アルカリ成分は、ガスとしてサスペンジョンプレヒータへ送られるが、融点以下の温度で再び原料中に取り込まれ、再度キルン8内に入る。このように、塩素・アルカリ成分は、サスペンジョンプレヒータとキルン8の間を循環し、濃縮される。この循環濃縮により、ボトムサイクロン4内の塩素濃度が5000ppmを超えると、原料の粘性が増加し、ボトムサイクロン4壁面にコーチングが成長する。そして、このコーチングが脱落して、サイクロンシュート7が詰まるなどのいわゆるサイクロン閉塞が生じる。
【0016】
そこで、本実施の形態では、従来のボトムサイクロン4の原料温度である830〜850℃を、NaCl及びKClの融点以下となるように、300〜770℃にまで低下させる。これによって、塩素・アルカリ成分であるNaCl及びKClが固化し、原料の粘性を抑制することができる。そして、塩素・アルカリ成分の循環濃度が5000ppmを超えても、コーチングの付着が生じなくなり、サイクロン詰まりを防止することができる。ボトムサイクロン4の原料温度は、700〜750℃に低下させることがより好ましい。700℃未満まで低下させると、熱量の損失が大きくなる。また、750℃を超える温度では、NaCl及びKClの融点より低く保つことが困難となる。原料温度が低下することで、熱量は損失するが、その損失以上に廃棄物処理が拡大される多大なメリットがある。
【0017】
固化した塩素・アルカリ成分を含むダスト等は、ボトムサイクロン4の出口煙道に設けられたダクトを介して、及びキルンインレットフード9に設けられたダクトを介して、集塵機15で回収する。集塵機15では、ガス中から、固化した塩素・アルカリ成分を含むダスト等を分離除去する。ダスト等が除去されたガスは、再び第1段サイクロン1へと戻される。また、固化した塩素・アルカリ成分を含むダスト等は、重金属精錬設備16に送られ、ここで重金属等を分離除去した後、さらに塩回収設備17に送られ、塩素・アルカリ成分を回収することができる。
【0018】
ボトムサイクロン4の原料温度を、300〜770℃にする手段としては、図2に示す装置を用いることができる。図2に示すように、第1段サイクロン1の原料出口とボトムサイクロン4の原料入口との間に、原料バイパスシュート18を設置する。原料バイパスシュート18は、エアーシール用のロータリーバルブ19を備えている。仮焼炉5の脱炭酸反応を極力阻害しないよう、原料バイパスシュート18のボトムサイクロン4側の出口は、仮焼炉5出口からボトムサイクロン4入口までの間の管路に配置することが好ましい。
【0019】
このような構成によれば、原料は、第1段サイクロン1から第3段サイクロン3を通過する間に予熱され、仮焼炉5に入る。仮焼炉5では、原料中の石灰石が脱炭酸され、CaOになる。脱炭酸反応を終えた830〜850℃の原料と、第1段サイクロン1から原料バイパスシュート18を介して送られてくる350〜400℃の低温の原料とが混合され、ボトムサイクロン4における原料温度は、700〜750℃に急激に低下する。そして、塩素・アルカリ成分が固体化することで、ボトムサイクロン4の壁面にコーチングが生成するのを防止することができ、サイクロン詰まりを回避することができる。
【0020】
ここで、図2は、ボトムサイクロン4の原料温度を低下させる手段の一例を示すものであって、本発明は図2に限定されるものではない。原料バイパスシュート18は、第1段サイクロン1の原料出口に設けられているが、第2段サイクロン2又は第3段サイクロン3に設けることもできる。また、低温の原料を添加する上記手段に代えて、半製品であるセメントクリンカや、空気、水等を添加することもできる。
【0021】
【発明の効果】
上述してきたように、本発明によれば、サイクロンプレヒータを利用して、原料の予熱・仮焼を実施した上で、原料中の塩素濃度が5000ppmを超えてもサイクロン詰まりを生じないセメントクリンカ又はセメント原料の製造方法及びその装置を提供することができる。また、サイクロン詰まりが解消されることにより、本発明と塩素バイパスシステムとを共用することで、普通セメント製造プラントにおいても従来嫌われていた塩素アルカリ含有廃棄物の処理が可能となり、普通セメントプラントの所在地が国内に多々あることと相まって、日本国内の廃棄物処理並びに再資源化を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るセメントクリンカ又はセメント原料の製造方法を説明する概略図である。
【図2】本発明に係るセメントクリンカ又はセメント原料の製造装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
1 第1段サイクロン
2 第2段サイクロン
3 第3段サイクロン
4 第4段サイクロン(ボトムサイクロン)
5 仮焼炉
6 仮焼バーナ
7 サイクロンシュート
8 ロータリーキルン
9 キルンインレットフード
10 キルンバーナ
11 クーラ
12 廃熱発電設備
13、15 集塵機
14 煙突
16 重金属精錬設備
17 塩回収設備
18 原料バイパスシュート
19 ロータリーバルブ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing cement clinker or cement raw material, more particularly, as a raw material, relates to a method for manufacturing cement clinker or cement raw material in the case of utilizing waste bring chlorine-alkali components in the kiln.
[0002]
[Prior art]
In the conventional cement manufacturing method and its apparatus, when a raw material contains a chlorine / alkali component, the chlorine / alkali component is circulated and concentrated between the kiln and the suspension preheater, and the chlorine concentration in the bottom cyclone raw material is 5000 ppm. If exceeded, there was a problem that cyclone clogging occurred.
Therefore, while restricting the introduction of low melting point substances such as chlorine and alkali that induce cyclone clogging as much as possible, part of the exhaust gas is extracted from the kiln inlet hood to remove chlorine components from the kiln, and in the raw material of the bottom cyclone A so-called chlorine bypass method is adopted in which the chlorine concentration is 5000 ppm or less.
[0003]
However, in recent years, the cement industry is expected to treat various types of waste, and technological development that uses waste containing chlorine and alkali components (for example, shredder dust, general waste, vinyl chloride, glass, ceramics, etc.) Needs to advance came out.
When such waste is used, the amount of chlorine and alkali introduced increases, so even if the chlorine and alkali components are extracted by the chlorine bypass of the conventional method, There is a problem that the chlorine concentration of the water exceeds 5000 ppm, and the cyclone clogging occurs.
[0004]
On the other hand, in an eco-cement manufacturing apparatus that uses incinerated ash containing a large amount of chlorine as a raw material, a cyclone preheater is not provided in order to avoid the above problem. However, the method of the eco-cement process that does not use the cyclone preheater has a problem that the heat loss increases, so that it is not particularly advantageous in a large plant.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, treatment with cement manufacturing equipment such as combustible waste containing chlorine, waste glass, shredder dust, etc. is expected, and in treating these waste, cyclone clogging due to chlorine and alkali components is expected. There is an urgent need to take measures. In view of the above problems, the present invention is a cement clinker or cement that does not cause cyclone clogging even if the chlorine concentration in the raw material exceeds 5000 ppm after preheating / calcining the raw material using a cyclone preheater. It aims at providing the manufacturing method of a raw material.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the cement clinker or the method for producing a cement raw material according to the present invention includes at least one selected from the group consisting of a low temperature raw material, a cement clinker, air and water in the bottom cyclone of the suspension preheater. The above-mentioned additive is introduced and the raw material temperature in the bottom cyclone is set to 300 to 770 ° C., whereby the chlorine / alkali component is solidified .
[0007]
The chlorine / alkali component volatilizes in the process of being heated to 1550 ° C., but is taken into the raw material again below the melting point, and is circulated between the suspension preheater and the kiln and concentrated. When the chlorine concentration of the bottom cyclone exceeds 5000 ppm by this circulation concentration, the viscosity of the raw material increases, and the coating grows on the bottom cyclone wall surface. If this coaching falls off, so-called cyclone blockage such as clogging occurs. However, in the cyclone above the bottom cyclone, the raw material temperature is below the melting point of the chlorine and alkali components NaCl and KCl , that is, 770 ° C. or less , and no clogging occurs. 830 to 850 ° C., which is above the melting point of this chlorine / alkali component.
Since the bottom cyclone raw material temperature is set to 300 to 770 ° C. , the viscosity of the raw material can be suppressed. Therefore, even if the circulating concentration of chlorine and alkali components exceeds 5000 ppm, the adhesion of the coating does not occur, and the cyclone clogging is prevented. As a result, the present invention has been completed.
[0008]
In the present invention, the chlorine / alkali component means potassium chloride (KCl), sodium chloride (NaCl), lead dichloride (PbCl 2 ), zinc chloride (ZnCl 2 ), potassium sulfate (K 2 SO 4 ), sodium sulfate ( It includes those containing Na 2 SO 4 ).
The cement clinker is a semi-finished product manufactured in the cement baking process and is cooled by a cooler. A cement raw material means what is manufactured as what can replace a part of natural raw materials, such as a limestone, clay, and an iron raw material, by processing a waste etc. suitably.
[0009]
Material temperature in the bottom cyclone is particularly preferable to the 700 to 750 ° C..
Moreover, it is more preferable to add a low temperature raw material among the low temperature raw material, cement clinker, air and water into the bottom cyclone.
Furthermore, it is preferable that the additive is introduced between the outlet of the calcining furnace on the upstream side of the bottom cyclone and the inlet of the bottom cyclone. Thereby, it is possible to prevent the decarboxylation rate of the raw material that has passed through the calcining furnace from being lowered.
[0011]
Here, the bottom cyclone refers to the lowermost cyclone among the plurality of cyclones constituting the suspension preheater. Further, the upper cyclone is a cyclone that is higher than the bottom cyclone.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic view showing a cement clinker or cement raw material manufacturing apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 1, the suspension preheater includes four stages of cyclones, a
[0013]
On the other hand, a waste heat
A duct to the
In addition, the continuous line in a figure shows the flow of things, such as a raw material, and a dotted line shows the flow of gas.
[0014]
According to such a configuration, first, when a raw material containing a chlorine / alkali component is introduced into the outlet flue of the second-stage cyclone 2, the raw materials are the first-
[0015]
On the other hand, chlorine / alkali components (KCl, NaCl, PbCl 2 , ZnCl 2 , K 2 SO 4 , Na 2 SO 4, etc.) brought into the
[0016]
Therefore, in the present embodiment, the raw material temperature of the conventional
[0017]
Dust containing solidified chlorine / alkali components is collected by the
[0018]
As means for bringing the raw material temperature of the
[0019]
According to such a configuration, the raw material is preheated while passing through the
[0020]
Here, FIG. 2 shows an example of means for lowering the raw material temperature of the
[0021]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a cement clinker that does not cause cyclone clogging even if the chlorine concentration in the raw material exceeds 5000 ppm after preheating / calcining the raw material using a cyclone preheater. A method and apparatus for producing a cement raw material can be provided. In addition, by eliminating the cyclone clogging, the present invention and the chlorine bypass system can be used in common, so that it is possible to treat chlor-alkali-containing waste that has been hated in ordinary cement manufacturing plants. Combined with the number of locations in the country, waste disposal and recycling in Japan can be promoted.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a method for producing a cement clinker or a cement raw material according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing an example of a cement clinker or cement raw material manufacturing apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 1st stage cyclone 2
5 Calcining furnace 6
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