JP4294871B2 - キルン排ガスのバイパス装置及びバイパス方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、キルン排ガスのバイパス装置及びバイパス方法に係り、特に二重管構造のプローブを用いてキルンからの排ガスの一部を抽気すると共に冷却し処理する装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、セメント製造において原料及び燃料から持ち込まれた塩素等の揮発性成分は、キルン・プレヒータ系内で循環することにより濃縮され、キルンの安定運転を妨げる原因となる。そこで、キルン・プレヒータ系から揮発性成分を除去するために、揮発性成分が高濃度で濃縮されているキルン尻ガスの一部をバイパスによって系外へ抽気する方法が知られている。このようなキルン排ガスのバイパスシステムを図４に示す。キルン１のキルン尻ガスの一部をプローブ２によって抽気すると共に冷却するが、冷却して生成したダストのうち特に微粉側に塩素が偏在することから、分級機３で５〜１０μｍを分級点としてダストを粗粉と微粉とに分離し、粗粉をキルン系内へ戻す一方、分離された微粉を含む排ガスを冷却器４で冷却した後、集塵機５で微粉を回収している。回収された塩素含有率の高い微粉は、ダストタンク６に収容され、セメントに添加されたり、あるいは系外処理される。
【０００３】
キルン１からの排ガスを抽気するためのプローブ２としては、二重管構造のプローブが用いられ、冷風ファン７からの冷却空気により抽気ガスは、塩素化合物の融点である６００〜７００℃以下、一般には後段の分級機３以降の温度条件を勘案して温度３００〜４００℃にまで冷却される。さらに、後段の集塵機５の温度条件を勘案して、冷却器４において冷風ファン８からの冷却空気により抽気ガスは温度１００〜２００℃にまで冷却される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、揮発性成分の除去量を増やすためにキルン１からの排ガス抽気量を多くする、すなわちバイパス率を高くしようとすると、それだけプローブ２を大径化しなければならず、設置スペースが確保できない等の問題点があった。
また、プローブ２の大径化により、抽気した排ガスと冷却空気との混合性が低下するため、排ガスを所定温度にまで冷却することが困難になり、揮発性成分の除去効率が悪化するという問題点もあった。
【０００５】
この発明の目的は、このような従来技術の問題点を解消し、揮発性成分の除去量を増やすためにキルンからの排ガスの抽気量を多く（バイパス率を高く）しても、抽気した排ガスを容易に所定温度に冷却して処理することができるキルン排ガスのバイパス装置及びバイパス方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るキルン排ガスのバイパス装置は、キルンからの排ガスの一部を抽気しつつ温度４００〜６００℃にまで一次冷却するための二重管構造のプローブと、プローブで抽気し冷却された排ガスを温度３００〜４００℃にまで二次冷却する第１の冷却器と、第１の冷却器で二次冷却された排ガスを粗粉と微粉とに分級して粗粉をキルン系内へ戻す分級機と、分級機で分級された微粉を含む排ガスを温度１００〜２００℃にまで最終冷却する第２の冷却器と、第２の冷却器で冷却された排ガスから微粉を回収する集塵機とを備え、プローブは、キルンからの排ガスの一部を一次冷却用の空気と共に２０〜８０ｍ／ｓの速度で抽気するものである。
また、この発明に係るキルン排ガスのバイパス方法は、キルンからの排ガスの一部を一次冷却用の空気と共に２０〜８０ｍ／ｓの速度で二重管構造のプローブで抽気しつつ温度４００〜６００℃にまで一次冷却し、抽気し冷却された排ガスを温度３００〜４００℃にまで二次冷却し、二次冷却された排ガスを粗粉と微粉とに分級し、粗粉をキルン系内へ戻すと共に微粉を含む排ガスを温度１００〜２００℃にまで最終冷却した後に排ガスから微粉を回収する方法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１にこの発明の実施の形態に係るキルン排ガスのバイパス装置のフロー図を示す。キルン１１に接続されたプレヒータ１２に排ガスの一部を抽気するためのプローブ１３の先端が挿入されている。プローブ１３に第１の冷却器１４を介して分級機としてのサイクロン１５が接続され、さらにサイクロン１５に第２の冷却器１６を介して集塵機１７が接続されている。集塵機１７には吸引ファン１８とダストタンク１９が接続されている。また、プローブ１３、第１の冷却器１４及び第２の冷却器１６には、それぞれ冷風ファン２０〜２２が接続されている。
【０００８】
プローブ１３としては、例えば本出願人の出願による特願平９−１９２８２５号に開示されているような二重管構造のプローブを用いることができる。このプローブ１３は、図２及び図３に示されるように、内筒２３と外筒２４とを有しており、冷風ファン２０から供給される冷却空気が内筒２３と外筒２４との間に形成されている円筒状の流路を通ってプローブ１３の先端部へと送られ、キルン１１からの排ガスの一部が冷却空気と混合して冷却されつつ内筒２３内を通って抽気されるように構成されている。
【０００９】
次に、この実施の形態の動作について説明する。まず、吸引ファン１８の駆動により、キルン１１の運転に伴って生成された排ガスの一部がプローブ１３の内筒２３から抽気されるが、このとき冷風ファン２０から内筒２３と外筒２４との間の流路に冷却空気が供給され、排ガスはプローブ１３の先端部で冷却空気と混合されて、温度４００〜６００℃にまで一次冷却される。抽気し冷却された排ガスは、第１の冷却器１４に入り、ここで冷風ファン２１からの冷却空気と混合されて温度３００〜４００℃にまで二次冷却された後、サイクロン１５に入る。このサイクロン１５によって、排ガス中に含まれるダストは５〜１０μｍを分級点として粗粉と微粉とに分離され、粗粉は再びキルン系内へ戻される。一方、分離された微粉を含む排ガスは、第２の冷却器１６で冷風ファン２２からの冷却空気により熱交換されて温度１００〜２００℃にまで最終冷却された後、集塵機１７に入る。ここで、微粉ダストが回収され、ダストタンク１９に収容される。この微粉ダストは、塩素含有率の高いダストで、その後セメントに添加されたり、あるいは系外処理される。
【００１０】
このように、本発明は、二重管構造のプローブ１３の後段に第１の冷却器１４を設け、この第１の冷却器１４でプローブ内で一次冷却された抽気ガスを二次冷却した後にサイクロン１５へ送るようにしたもので、プローブ１３の出口温度を従来よりも高い温度４００〜６００℃に設定することができる。さらに、プローブ１３の内筒２３内のガスの吸引速度を従来よりも高く、２０〜８０ｍ／ｓとすることによって、従来と同じ大きさの二重管構造のプローブ１３を用いた場合においても、キルン１１からの排ガスの抽気量を多くする、すなわちバイパス率を高くすることが可能となった。
【００１１】
実際に同一の二重管プローブを用い、図４に示した従来の方式と本発明の方式によりそれぞれ稼働中のセメントキルンからの排ガスを抽気して処理する実験を行った。プローブは、内筒の内径６１０ｍｍ、外筒の内径７７８ｍｍのものを使用した。実験の結果を表１に示す。
【００１２】
【表１】

【００１３】
表１に示されるように、本発明の方式では、プローブ内筒のガス流速を従来方式の１６ｍ／ｓからほぼ倍の３１ｍ／ｓと高速にし、外筒のガス流速を従来方式の１０ｍ／ｓから１．５倍の１５ｍ／ｓとすることにより、プローブ出口における一次冷却温度を従来方式の３８５℃から４５５℃とした。一次冷却空気の減少分を第２の冷却器における二次冷却空気で補うことにより、バイパスガス（抽気ガス）量と冷却空気の合計量との比率は従来方式と同じ１：３とした。実験の結果、同一のプローブを用いながらも従来方式の２．７倍のバイパスガスを抽出することができた。また、本発明の方式における運転状況は、従来方式と変わらない安定したものであり、集塵機で回収されたバイパスダスト（微粉ダスト）は従来方式によるダストとほぼ等しい塩素濃度を示し、ダスト量はバイパスガス量にほぼ比例して増加し、従来方式と同等の塩素除去効率が得られることがわかった。
【００１４】
なお、上記の実施の形態では、分級機としてサイクロン１５を用いたが、同等の分級性能を有する装置であれば、サイクロンに限られるものではない。
また、第１の冷却器１４として、排ガスに冷風ファン２１からの冷却空気を混合して冷却する冷却器を示したが、これに限るものではなく、冷却空気と排ガスとの間で熱交換を行う間接式の冷却器を用いることもできる。同様に、第２の冷却器１６としては、間接式の冷却器を示したが、第１の冷却器１４のように排ガスに冷却空気を混合して冷却する冷却器を用いてもよい。
さらに、コンピュータシミュレーションにより、内筒内のガスの吸引速度（抽気されるキルン排ガスと一次冷却用空気の合量の吸引速度）と排ガス冷却性能とを計算した結果を図５及び図６に示す。図５は、横軸をプローブ先端からの距離として冷却性能を比較した結果を示す図である。図５において、プローブ先端から距離０．５〜５ｍの範囲で、内筒内のガス吸引速度を８０ｍ／ｓとしたときに若干の冷却遅れが生じているが、問題となるレベルではない。また、横軸をガス滞留時間として冷却性能を比較した結果を図６に示す。この図６においては、内筒内のガス吸引速度を高めるほど冷却速度が向上している。これらの結果から判るように、内筒内のガスの吸引速度が２０〜８０ｍ／ｓの範囲において同等の冷却性能が得られることを確認している。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、塩素等の揮発性成分をキルン・プレヒータ系から除去するバイパス装置及びバイパス方法において、従来の技術が、粗粉と微粉とを分級する分級機以降に必要な温度条件（３００〜４００℃）を、二重管構造のプローブへの冷却空気の導入のみにより、プローブの出口において確保していたのに対して、本発明は、プローブと分級機の間に新たに冷却器を設けることにより二段冷却を行い、この冷却器の出口で分級機以降に必要な温度条件（３００〜４００℃）を確保するようにした。これにより、プローブ出口の温度を従来よりも高温（４００〜６００℃）にすることが可能となり、プローブへ導入される冷却空気量が相対的に減少するため、キルンからの排ガスの抽気量とプローブの内筒内及び外筒内のガス吸引速度を一定とした場合に、プローブを小径化できる。また、内筒内のガス吸引速度を速くすることによって、さらにプローブの小径化が可能となる。したがって、揮発性成分の除去量の増加を目的として、キルンからの排ガスの抽気量を多くする、すなわちバイパス率を高くする場合においても、プローブを過度に大径化することなく、また抽気した排ガスと冷却空気の混合性能を悪化させることなく塩素等の揮発性成分の除去を効率的に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態に係るキルン排ガスのバイパス装置を示すフロー図である。
【図２】 実施の形態で用いられたプローブを示す概略斜視図である。
【図３】 実施の形態で用いられたプローブの一部を示す断面図である。
【図４】 従来のキルン排ガスのバイパス装置を示すフロー図である。
【図５】 横軸をプローブ先端からの距離として内筒内の種々のガス吸引速度に対する排ガス冷却性能を計算した結果を示す図である。
【図６】 横軸をガス滞留時間として内筒内の種々のガス吸引速度に対する排ガス冷却性能を計算した結果を示す図である。

Claims (2)

1. キルンからの排ガスの一部を抽気しつつ温度４００〜６００℃にまで一次冷却するための二重管構造のプローブと、
   前記プローブで抽気し冷却された排ガスを温度３００〜４００℃にまで二次冷却する第１の冷却器と、
   前記第１の冷却器で二次冷却された排ガスを粗粉と微粉とに分級して粗粉をキルン系内へ戻す分級機と、
   前記分級機で分級された微粉を含む排ガスを温度１００〜２００℃にまで最終冷却する第２の冷却器と、
   前記第２の冷却器で冷却された排ガスから微粉を回収する集塵機と
   を備え、
   前記プローブは、キルンからの排ガスの一部を一次冷却用の空気と共に２０〜８０ｍ／ｓの速度で抽気することを特徴とするキルン排ガスのバイパス装置。
2. 二重管構造のプローブでキルンからの排ガスの一部を一次冷却用の空気と共に２０〜８０ｍ／ｓの速度で抽気しつつ温度４００〜６００℃にまで一次冷却し、
   抽気し冷却された排ガスを温度３００〜４００℃にまで二次冷却し、
   二次冷却された排ガスを粗粉と微粉とに分級し、
   粗粉をキルン系内へ戻すと共に微粉を含む排ガスを温度１００〜２００℃にまで最終冷却した後に排ガスから微粉を回収する
   ことを特徴とするキルン排ガスのバイパス方法。

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