JP4663935B2 - 煙霧流れからの揮発性成分の除去方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粒子含有煙霧（ｆｕｍｅ）流れに含有される有害な有害揮発性成分、特に塩化物及び／又は硫酸塩の除去方法及び装置、並びにセメントクリンカー、特にポルトランドセメントクリンカーの製造プラントでのこの装置の使用に関する。
【０００２】
本発明は特に上記の用途を意図しているが、粒子含有煙霧の脱ガス処理を行うことが望まれる全ての他の用途で、本発明の方法及び装置を使用することができる。
【０００３】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
現在では、セメント製造の分野において非常に広く使用されている製造プロセスは、以下の工程を行うことからなる：
必要とされる原料の混合物を微細に粉砕する工程、
そのようにして得た微細にされた材料をサイクロン熱交換器において、８００℃〜９００℃の温度に予備加熱する工程、及び
予備加熱した材料を、この材料を１３５０℃超の温度に加熱する回転管炉で焼成する工程。
【０００４】
炉に残る材料はクリンカーとして知られる。このクリンカーをその後、冷却し、粉砕して、セメントを作る。
【０００５】
上述の方法がかなりのエネルギーを消費すること、及び炉から放出される煙霧をサイクロン熱交換器に供給して、熱入力を最少化するのが予備加熱のために有利な場合があることは明らかである。
【０００６】
原料は、高温において揮発性の無機化合物、特に塩化物及び／又は硫酸塩を含有する場合があることが知られている。高温の装置で循環操作を行うと、この化合物が、クリンカーの出口に近い炉の最も高温の箇所で発生し、７００℃〜９５０℃のほとんどの部分、すなわちサイクロン熱交換器の下側の箇所において凝縮する。
【０００７】
結果としてこの化合物は炉から出ない。これは、揮発した状態であるので高温のクリンカーと一緒には炉から出ず、又は凝縮して蓄積するので部分的に冷却された最終的な煙霧と一緒には炉からでないことによる。従って、焼成装置を循環するガス及び材料中での濃度が非常に高くなる。
【０００８】
凝縮箇所においては、これらの材料が装置の壁に粒子状で付着し、満足な製造に対する障害になることがある。
【０００９】
これらの有害な成分を除去するための１つの既知の方法は、これらが気体状態である箇所、すなわち熱交換器の最も下側の箇所で、炉の煙霧が炉を出てすぐにパージを行うことである。このようなパージは一般に、「炉煙霧バイパス」と呼ばれる。パージしなければならない煙霧の割合は、揮発性成分の量に依存しており、これは特定の場合には５０％を超えることもある。
【００１０】
この目的のために、煙霧の一部を引き出し、冷却空気をそこに導入する。低温の空気との混合によってもたらされるガスの非常に迅速な冷却は、非常に微細な粒子の形、及び煙霧と共に吸い出された懸濁粒子の表面の堆積物の形で、揮発性成分を凝縮させる。このようにして、変質した原料と凝縮した有害な成分との混合物によって構成されるバイパスダストが得られる。その後、ダストを含有するガスを純化して、この有害な成分を含有するダストを捕獲する。
【００１１】
しかしながら、バイパスダストは原料の一部を含有しているので、バイパスダストは生産効率を低下させる。例えば１０％の煙霧バイパス比は、１ｍｏｌ％又はそれよりも大きい生産性の低下をもたらす。
【００１２】
更にバイパスダストは環境的なコストももたらす。これは一般に、このダストの適当な処理手段がなく、ダストを廃棄しなければならないことによる。また、これらは原料に含有される炭酸塩を分解するのに必要とされるエネルギーを受け取るので、更なるエネルギー消費をもたらす。従って、それらの量を減少させることが経済的にかなり求められている。
【００１３】
損失材料の量を減少させるための１つの方法は、ダストを、有害な成分が少ない粗い部分と有害な成分が多い微細な部分の２つの部分に分けることである。ここで、この粗い部分は、クリンカー生産循環に再導入することができ、またこの微細な部分は除去すること又は別個に処理することができる。
【００１４】
従来の方法は、５％未満の小さい煙霧抽出比でのみ使用されてきた。
【００１５】
上述のように、煙霧抽出比は５％超にすることができるが、この場合の再循環のための方法は現在まで提案されていない。
【００１６】
実際には、解決が困難な問題が多数ある。抽出される煙霧の流量が比較的少ないと、冷却の強度が強くなり、凝縮物によって構成される微細粒子の、バイパスダストにおける割合が大きくなる。他方で、抽出量が多いと、ダスト中の有害な成分の分布が比較的ランダムになる。更に、そのような場合、サイクロン熱交換器のように異なる粒度の群のダストを一緒に回収する方法を使用することは経済的ではない。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、粒子含有煙霧流れに含有される有害な揮発性成分、特に塩化物及び／又は硫酸塩の除去方法及び装置、並びにセメントクリンカー、特にポルトランドセメントクリンカーの製造プラントでのこの装置の使用に関する。本発明によれば、上述の欠点を改善し、且つ煙霧抽出量が大きいプロセスにおいて、抽出された有害な成分が少ない粒子の少なくとも一部を再循環させて、揮発性成分を除去することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の更なる目的及び利益は、以下の説明から明らかになる。以下の説明は単なる例示であり、本発明を限定することを意図するものではない。
【００１９】
本発明は第１に、粒子含有煙霧流れに含有される有害な揮発性成分、特に塩化物及び／又は硫酸塩の除去方法に関する。この方法では、バイパス煙霧として言及する煙霧の少なくとも５％の画分を抽出し、少なくともそれらの粒子に関して、バイパス煙霧の有害な成分を、抽出された画分の関数である分布に従って凝縮させ、そしてバイパス煙霧を純化してこの粒子を捕獲して、有害な成分を分離する。ここでは、バイパス煙霧の純化のときに、有害な成分の分布に適合した分離選択性を使用して、捕獲される粒子を、粒度が微細な画分と粒度が粗い画分の少なくとも２つの画分に分け、それによって粒度が粗い画分に有害な成分が少なく、且つ粒度が微細な画分が有害な成分に富むようにすることを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、粒子含有煙霧流れに含有される有害な揮発性成分、特に塩化物及び／又は硫酸塩を除去する装置に関する。この装置は、バイパス煙霧として言及する前記煙霧の少なくとも５％の画分を抽出する手段、少なくともそれらの粒子に関して、バイパス煙霧の有害な成分を、抽出された前記画分の関数である分布に従って凝縮させる手段、及び前記バイパス煙霧から有害な成分を分離する純化手段を具備する。ここで、前記純化手段が、前記粒子を粒度が微細な粒度の画分と粗い粒度の画分の少なくとも２つの画分に分離する分離手段を有し、この分離手段が、粗い粒度の画分に有害な成分が少なく、且つ微細な粒度の画分が有害な成分に富むようにする有害な成分の分布に適合した選択性を有することを特徴とする。
【００２１】
本発明は更に、セメントクリンカー、特にポルトランドセメントクリンカーの製造プラントでの、上述の装置の使用に関する。
【００２２】
本発明は、以下の説明及び添付の図１から比較的容易に理解することができる。この図１は、本発明の装置を使用するセメントクリンカーの製造プラントの例の概略を示している。
【００２３】
本発明は第１に、粒子含有煙霧流れ中に含有される有害な揮発性成分、特の塩化物及び／又は硫酸塩を除去する方法に関する。
【００２４】
図１で示されているように、本発明の方法では、煙霧の少なくとも５％の所定の画分１を抽出する。この画分は、バイパス煙霧と呼ばれる煙霧の流れを作る。ここでは有害な成分は気体で存在し、これらは特に空気冷却によって凝縮させる。そのような有害な成分は、抽出された画分の関数である分布に従って、非常に微細な粒子になり及び／又は粒子の表面に堆積する。その後、バイパス煙霧を純化してこれらの粒子を捕獲して、有害な成分を分離する。
【００２５】
ここで、「純化（ろ過）」という用語は、液体又はガスを純化すること、特に液体又は気体に混合された材料を保持すること、又は通過させることを意図した液体又は気体を通過させることからなる操作を意味することに注意すべきである。更に「分離」という用語は、例えば異なる大きさの粒子を含有する不均一混合物の成分を分離することからなる操作を意味していることに注意すべきである。
【００２６】
本発明によれば、バイパス煙霧を純化して粒子を捕獲するときに、有害な成分の分布に適合した分離選択性を使用して、前記粒子を、微細な粒度の画分２と他の粗い粒度の画分２’との少なくとも２つの画分に分離し、それによって前記粗い粒度の画分に有害な成分が少なく、前記微細な粒度の画分が有害な成分に富むようにする。従って粗い粒度の画分は、煙霧の流れに再循環させることができる。上述の「有害な成分が少ない」／「有害な成分に富む」及び「粗い」／「微細」という用語は、互いの関係における相対的な程度を意味しているに過ぎない。
【００２７】
従って、比較的幅広い範囲の粒度の粒子の流れの処理を可能にする分離選択性を選択することによって、大きい割合で煙霧を抽出した場合であっても、抽出した粒子の少なくとも一部の再循環を可能にする方法が得られる。
【００２８】
例えばバイパス煙霧の流れを拡げて急激に流れを遅くし、粒子の沈降をもたらし、そして粒子に静電集塵を行うことによって、この第１の純化工程において所望の分離選択性を得ることができる。粗い画分２’は、この第１の純化工程の間に捕らえられた粒子によって構成される。
【００２９】
また、第１の純化工程の間に捕らえられなかった粒子を捕獲する第２の純化工程を行って、微細な画分２が、この第２の純化工程の間に捕らえられた粒子によって構成されるようにすることができる。
【００３０】
有害な揮発性成分を凝縮させるための従来のバイパス煙霧の空気冷却操作の補充として、液体、特に水を噴霧することによって、純化の前に、バイパス煙霧を２回冷却することができる。従ってバイパス煙霧の温度は、抽出したときの１，０００℃を超える温度から、純化の前には、例えば４００〜６００℃、又は更に第２の冷却操作を使用する場合の１２０〜２５０℃まで低下する。
【００３１】
この場合、例えば５〜５５％の煙霧を抽出することができる。例えばセメントクリンカーを製造する炉の煙霧の約１５％を抽出する場合、塩素の６０％のみが、ダストの６０重量％を構成する２０μｍ未満の微細な画分に入る。
【００３２】
このタイプの比較的幅広い分布の場合、粗い画分を、例えばバイパス煙霧の純化によって捕獲された粒子の１０〜４０重量％に限定することが必要であること、及びそのような画分が存在した場合に、選択率が適切でないタイプの分離装置は使用できないことが分かる。
【００３３】
例えば、バイパス煙霧の純化によって捕獲された粒子の２５〜３０重量％の粗い画分を分離して、そこに含まれる有害な成分の割合を、初期含有量に対して約１０〜１５％に限定することができる。
【００３４】
また本発明は、粒子含有煙霧流れ中の有害な揮発性成分、特に塩化物及び／又は硫酸塩を除去する装置に関する。
【００３５】
そのような装置は特に、上述の方法を実施するために使用することができる。
【００３６】
図１に示されているように、この装置は、煙霧の少なくとも５％の所定の画分１（「バイパス煙霧」として言及する）を抽出する手段３、少なくともそれらの粒子に関して、バイパス煙霧中の有害成分を、抽出された画分の関数である分布に従って凝縮させる手段４、及びバイパス煙霧を純化して粒子を捕獲して、有害な成分を分離する手段５を有する。
【００３７】
本発明では、前記純化手段５は、前記粒子を、微細な粒度の画分と粗い粒度の他の画分の少なくとも２つの画分に分離する手段を有する。この分離手段は、有害な成分の分布に適合した選択性を有し、それによって粗い粒度の画分に有害な成分が少なく、且つ微細な粒度の画分に有害な成分が富むようにする。更にこの装置は、粗い粒度の画分を煙霧の流れ７に再循環させるための手段６を有することができる。
【００３８】
分離手段は例えば、バイパス煙霧の全ての粒子を受け取ることができる第１のフィルター８を有することができ、この第１のフィルター８は、バイパス煙霧の流れを拡げる手段及びこの流れを静電集塵する手段を有し、粗い画分２’を分離すること、及びこれを再循環手段６に送ることができる。
【００３９】
第１のフィルター８は特に、静電集塵フィルターでできていてよい。これは特に、煙霧を分配して遅くするようにされた入口ラッパ口（ｂｅｌｌ ｍｏｕｔｈ）、及び処理容器１０でできている。ここで入口ラッパ口９は処理容器１０内に向けて開いている。この処理容器１０は、煙霧が通る静電場を作ることを可能にする。第１のフィルター８は、入口ラッパ口９及び静電集塵容器１０の下に配置された捕獲された粒子を抽出するための手段１１も具備して、この入口ラッパ口において沈降させた材料及び／又は静電場によって捕らえた材料の全てを回収する。粗い粒度の画分２’を抽出するためのこの手段１１は、回収手段６につながっている。
【００４０】
分離手段は更に、第１のフィルター８で捕らえられなかった粒子を回収すること、及び微細な粒度の画分２を分離することができる第２のフィルター１２を有することができる。この第２のフィルター１２は特に、静電タイプのフィルター又は織物部分を有するタイプのフィルターでよい。これは、微細な粒度の画分２を抽出するための手段１３を備えており、この手段１３は、この画分２を引き出して廃棄すること又は別個に処理することを可能にする。
【００４１】
粗い画分２’及び微細な画分２を抽出するための手段１１及び１３は特に、スクリュー若しくはチェーンコンベア、又は任意の他の適当な系によって構成されている。
【００４２】
有害な成分を凝縮させる手段４は特に、煙霧を抽出する手段３の領域において供給源１８から空気を供給する機能を有することができる。
【００４３】
また、特に水を噴霧することによって操作する調整塔１４は、補充的な冷却を提供するために、バイパス煙霧の経路において抽出手段３の下流であって純化手段５の上流に配置することができる。
【００４４】
本発明では、上述の装置をセメントクリンカー、特にポルトランドセメントクリンカーの製造のためのプラントで使用することができる。
【００４５】
従って本発明では例えば、第１の予備加熱工程及び粒子含有煙霧流れを発生させる第２の加熱工程を行うことによって予め磨砕した材料を熱処理し、第２の工程でもたらされた煙霧を使用して、第１の工程の熱入力を提供し、この煙霧に含有されている有害な揮発性成分を上述の除去方法で処理する。
【００４６】
より好ましくは、バイパス煙霧を、熱入力を提供するのに使用する煙霧流れの下側の部分で抽出することができる。
【００４７】
対応するセメントプラントは、予備加熱手段、特にサイクロン熱交換器、及び加熱手段、特に回転管炉１６によって構成される、予備粉砕した材料への熱処理を行う手段を有し、粒子を含有する煙霧をもたらす。このプラントは更に、予備加熱手段において熱入力を提供ために加熱手段によってもたらされる煙霧を使用する手段、及び煙霧中に存在する有害な揮発性成分を除去する上述の装置を有する。
【００４８】
この装置の抽出装置３は特に、サイクロン熱交換器１５と炉１６の間の、炉の熱エネルギーを使用するための手段の底部１７に配置することができる。
【００４９】
当業者の理解する他の態様は、当然に本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の装置を使用するセメントクリンカーの製造プラントの例の概略図である。
【符号の説明】
１…抽出された画分
２…微細な粒度の画分
２’…粗い粒度の画分
３…抽出手段
４…凝縮手段
５…純化手段
６…再循環手段
７…煙霧の流れ
８…第１のフィルター
９…入口ラッパ口
１０…処理容器
１１…粗い粒度の画分２’の抽出手段
１２…第２のフィルター
１３…微細な粒度の画分２の抽出手段
１４…調整塔
１５…サイクロン熱交換器
１６…回転管炉
１７…炉の熱エネルギーを使用する手段の底部
１８…空気供給源

Claims (7)

1. 粒子含有煙霧流れの少なくとも５％の画分をバイパス煙霧として抽出し、少なくともそれらの粒子に関して、前記バイパス煙霧の有害な成分を、抽出された前記画分の関数である分布に従って凝縮させ、そして前記バイパス煙霧を純化して前記粒子を捕獲して、前記有害な成分を分離する、粒子含有煙霧流れに含有される有害な揮発性成分の除去方法であって、
   前記バイパス煙霧の純化のときに、前記粒子を、前記有害な成分の分布に適合した分離選択性を使用して、粒度が微細な画分と粒度が粗い画分の少なくとも２つの画分に分離し、それによって前記粒度が粗い画分に有害な成分が少なく、且つ前記粒度が微細な画分が有害な成分に富むようにし、そして有害な成分が少ない前記粒度が粗い画分の少なくとも一部を再導入し、且つ
   前記バイパス煙霧の純化の第１の操作を、前記バイパス煙霧の流れを拡げ、そして静電集塵処理することによって行って、前記粗い画分が、この第１の純化操作で捕らえられた粒子で構成されるようにする、
   粒子含有煙霧流れに含有される有害な揮発性成分の除去方法。
2. 前記第１の純化操作によって捕らえられなかった粒子を捕獲する第２の純化操作を行って、この第２の純化操作の間に捕らえられた粒子によって前記微細な画分が構成されるようにする、請求項１に記載の方法。
3. 前記粗い画分が、捕獲された粒子の１０〜４０重量％であるようにする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記バイパス煙霧を２段階で冷却する、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 粒子含有煙霧流れの少なくとも５％の画分をバイパス煙霧として抽出する手段（３）、
   少なくともそれらの粒子に関して、バイパス煙霧の有害な成分を、抽出された前記画分の関数である分布に従って凝縮させる手段（４）、及び
   前記バイパス煙霧から前記有害な成分を分離する純化手段（５）、
   を具備している、粒子含有煙霧流れに含有される有害な揮発性成分を除去する装置であって、
   前記純化手段（５）が、前記粒子を、粒度が微細な画分と粒度が粗い画分の少なくとも２つの画分に分離する分離手段を有し、この分離手段が、前記粒度が粗い画分に有害な成分が少なく、且つ前記粒度が微細な画分が有害な成分に富むようにする前記有害な成分の分布に適合した選択性を有し、且つ
   前記分離手段（５）が、前記バイパス煙霧から粒子を回収することができる第１の純化手段（８）を有し、この第１の純化手段（８）は、バイパス煙霧の流れを拡げる手段及びバイパス煙霧を静電集塵処理する手段を具備しており、それによって前記粗い画分を分離すること及びこの粗い画分を再循環手段（６）に送ることができる、
   粒子含有煙霧流れに含有される有害な揮発性成分を除去する装置。
6. 前記分離手段（５）が、前記第１の純化手段（８）で捕らえられなかった粒子を回収することができる第２の純化手段（１２）を更に有する、請求項５に記載の装置。
7. セメントクリンカーの製造プラントでの、請求項５又６に記載の装置の使用。

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