JP4664093B2 - 熱回収装置及び塩素バイパス設備 - Google Patents
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Description
本発明は、セメント製造設備に付設される塩素バイパス設備、及び塩素バイパス設備等に好適に用いることのできる熱回収装置に関する。
従来、セメント製造設備におけるプレヒーターの閉塞等の問題を引き起こす原因となる塩素、硫黄、アルカリ等の中で、塩素が特に問題となることに着目し、セメントキルンのキルン尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部を冷却しながら抽気して塩素を除去する塩素バイパス設備が用いられている。
この塩素バイパス設備には、乾式と湿式とが存在し、乾式の塩素バイパス設備は、図５に示すように、セメントキルン５２のキルン尻から図示しないボトムサイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部を冷却しながら抽気するプローブ５３と、プローブ５３に冷風を供給する冷却ファン５４と、プローブ５３で抽気した燃焼ガスに含まれるダストの粗粉を分離するサイクロン５５と、サイクロン５５から排出された微粉を含む抽気ガスを冷却する冷却器５６と、冷却器５６に冷風を供給する冷却ファン５７と、冷却器５６で冷却された抽気ガスを集塵するバッグフィルタ５８と、冷却器５６及びバッグフィルタ５８から排出されたダストを貯蔵するダストタンク５９と、バッグフィルタ５８からの排気を大気へ放出する排気ファン６０等で構成される。
上記構成により、セメントキルン５２の燃焼ガスの一部をプローブ５３で冷却しながら抽気すると、塩素化合物の微結晶が生成され、抽気した排ガスに含まれるダストの微粉側に塩素が偏在しているため、サイクロン５５で分級した粗粉をセメントキルン系に戻すとともに、分離された塩化カリウム（ＫＣｌ）等を含む微粉（塩素バイパスダスト）をバッグフィルタ５８等で回収し、ダストタンク５９を経てセメント粉砕ミル系に添加していた（例えば、特許文献１参照）。
一方、従来の湿式塩素バイパス設備は、図６に示すように、セメントキルン７２のキルン尻から図示しない最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部を冷却しながら抽気するプローブ７３と、プローブ７３に冷風を供給する冷却ファン７４と、プローブ７３で抽気した燃焼ガスに含まれるダストの粗粉を分離するサイクロン７５と、サイクロン７５から排出された微粉を含む抽気ガスを湿式集塵するための湿式スクラバ７６と、湿式スクラバ７６に集塵ダストスラリーを循環させるための循環液槽７７と、洗浄塔７８と、洗浄塔７８からの排気を大気へ放出する排気ファン８０と、循環液槽７７から排出されたスラリーを固液分離して石膏と塩水とを得るための固液分離器８２等で構成される。
上記構成により、セメントキルン７２の燃焼ガスの一部をプローブ７３で冷却しながら抽気すると、塩素化合物の微結晶が生成され、抽気した排ガスに含まれるダストの微粉側に塩素が偏在しているため、サイクロン７５で分級した粗粉をセメントキルン系に戻すとともに、塩素含有率の高い微粉及びガスを、湿式スクラバ７６において、循環液槽７７から供給されるスラリーの有する水分等によって冷却する。また、塩素含有率の高い微粉を、湿式スクラバ７６によって集塵し、集塵ダストスラリーを固液分離器８２によって石膏と、ＫＣｌを含む塩水とに分離し、石膏を回収するとともに、分離された塩水をセメント粉砕工程に添加したり、水処理後に下水又は海洋に放流して処理していた（例えば、特許文献２参照）。
しかし、近年、廃棄物のセメント原料化又は燃料化によるリサイクルが推進され、廃棄物の処理量が増加するに従い、セメントキルンに持ち込まれる塩素等の揮発成分の量も増加し、キルン排ガス流路から塩素バイパス設備への燃焼ガスの抽気量が増加している。そのため、図５に示した塩素バイパス設備５１における冷却器５６等で捨てられる熱量も無視できないようになりつつある。
また、塩素バイパスダストは付着性が強いため、特に、熱ガスが上方から下方へ流れ、水平方向に冷却空気が流れて熱ガスと熱交換を行うクロスフロー型の熱交換器等では、装置内の温度分布を均一に制御することが困難であり、冷却空気の取入口近傍の温度が低下し、腐食性の強いガスが露点に達して装置の腐食が進むとともに、装置が閉塞するおそれもあった。
さらに、図６に示した湿式の塩素バイパス設備７１等では、腐食性の強いガスによる湿式スクラバ７６の下流側のガスダクトの腐食に加え、湿式スクラバ７６の下流側にミストを同伴した抽気ガスが流れ、ミストから析出した物質が排気ファン８０のランナーに付着して振動を発生させるため、ランナーを頻繁に掃除したり、湿式スクラバ７６の下流側の抽気ガスの温度を上昇させてミストからの析出を防止するなどの対策が必要であった。
そこで、本発明は、上記従来の塩素バイパス設備における問題点に鑑みてなされたものであって、セメント製造設備に付設される塩素バイパス設備におけるエネルギーの損失を少なくするとともに、塩素バイパス設備を構成する装置の腐食を防止することを目的とする。また、本発明は、これに加え、塩素バイパス設備等の過酷な環境下でも使用可能な熱回収装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、熱回収装置であって、熱回収部と加熱部との間を循環し、該循環する全体が一体として無端状に形成された固体熱媒体を用い、前記熱回収部において第１の燃焼ガスの顕熱を回収し、前記加熱部において顕熱を回収した前記媒体を用いて第２の燃焼ガスを加熱することを特徴とする。
そして、本発明によれば、第１の燃焼ガスから熱を回収するにあたって、熱回収部と加熱部との間を循環する無端状の固体熱媒体を使用するため、第１の燃焼ガスに腐食性の強いガスが含まれていたり、燃焼ガスが付着性の強いダストを含む場合であっても、安定して燃焼ガスの顕熱を回収することができる。また、熱回収部と加熱部との間を循環する全体が一体として無端状に形成された固体熱媒体を用いることにより、該熱媒体が循環するだけで熱回収部から加熱部へ熱を伝えることができるため、塊状物体に比較し、媒体循環のための搬送用動力の面で有利となる。
また、本発明は、熱回収装置であって、熱回収部と加熱部との間を循環し、該循環する全体が一体として無端状に形成された固体熱媒体を用い、燃焼ガスの流路の上流側に位置する前記熱回収部において、前記燃焼ガスの顕熱を回収し、前記燃焼ガスの流路の下流側に位置する前記加熱部において、前記顕熱を回収した媒体を用いて前記燃焼ガスを再加熱することを特徴とする。これによって、燃焼ガスに腐食性の強いガスが含まれていたり、燃焼ガスが付着性の強いダストを含むような場合であって、流路の後段で燃焼ガスを昇温する必要があるような場合であっても安定した運転を行うことができる。また、熱回収部と加熱部との間を循環する全体が一体として無端状に形成された固体熱媒体を用いることにより、該熱媒体が循環するだけで熱回収部から加熱部へ熱を伝えることができるため、塊状物体に比較し、媒体循環のための搬送用動力の面で有利となる。
さらに、本発明は、セメントキルンのキルン尻から最下段の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冷却しながら抽気し、抽気した燃焼ガスから塩素濃度の高い微粉ダストを捕集する捕集装置を備えた塩素バイパス設備において、該捕集装置の入口側と出口側との間を循環し、該循環する全体が一体として無端状に形成された固体熱媒体を用い、該捕集装置の入口側で前記燃焼ガスの顕熱を回収する熱回収装置を設けたことを特徴とする。
そして、本発明によれば、過酷な環境下でも使用可能な固体熱媒体を備えた熱回収装置によって、抽気した燃焼ガスから熱を回収し、回収した熱をセメント工場内において汚泥等の乾燥に用いることにより、塩素バイパス設備におけるエネルギーの損失を低減することができる。また、捕集装置の入口側と出口側との間を循環する全体が一体として無端状に形成された固体熱媒体を用いるため、塊状物体に比較し、媒体循環のための搬送用動力の面で有利となる。
前記塩素バイパス設備において、前記燃焼ガスの顕熱を回収した前記媒体を用いて、前記捕集装置の出口側で前記燃焼ガスを再加熱することができる。これによって、固体熱媒体は、腐食性の強いガスに晒されることとなるが、湿式塩素バイパス設備の排気ファンや排気ダクトの腐食を防止することができ、塩素バイパス設備及びセメントキルンを長期にわたって安定運転することができる。
前記塩素バイパス設備において、前記固体熱媒体を、複数の鋼球を鎖状に連結した物、又は鋼製鎖とし、該いずれかの媒体の表面に付着したダストを除去する媒体除塵装置を備えるように構成することができる。いずれの媒体を用いる場合でも、質量効果が大きいと熱効率が低下するため、比表面積が大きく、比較的簡単な形状の媒体が好適である。
また、前記塩素バイパス設備において、前記塩素濃度の高い微粉ダストを捕集する捕集装置は、バッグフィルタ、電気集塵機、又は湿式スクラバのいずれかであってもよく、乾式及び湿式の塩素バイパス設備に本発明を適用することができる。
前記抽気した燃焼ガスの温度が、１００℃以上６５０℃以下であってもよく、本発明により、通常の熱回収装置を使用することができないような高温の燃焼ガスからも熱回収を行うことが可能となる。
以上のように、本発明によれば、塩素バイパス設備におけるエネルギー損失を低減し、塩素バイパス設備を構成する装置の腐食を防止するとともに、塩素バイパス設備等の過酷な環境下でも使用可能な熱回収装置を提供することができる。
図１は、本発明にかかる塩素バイパス設備の第１の実施の形態を示し、この塩素バイパス設備１は、乾式の塩素バイパス設備であって、セメントキルン２のキルン尻から図示しないボトムサイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部を冷却しながら抽気するプローブ３と、プローブ３に冷風を供給する冷却ファン４と、プローブ３で抽気した燃焼ガスに含まれるダストの粗粉を分離するサイクロン５と、サイクロン５から排出された微粉を含む抽気ガスから塊状固体熱媒体又は鎖状固体熱媒体（以下、「媒体」と略称する）を介して熱を回収する熱回収器６と、媒体に付着したダストを取り除く媒体除塵器７と、熱回収器６で加熱された媒体を搬送する加熱媒体供給機８と、熱回収器６で冷却された抽気ガスを集塵するバッグフィルタ９と、熱回収器６で昇温された媒体を介してバッグフィルタ９から排出されたガスを加熱する再加熱器１２と、熱回収器６へ媒体を戻す媒体返送機１１と、再加熱器１２からの排気を大気へ放出する排気ファン１３と、媒体除塵器７及びバッグフィルタ９から排出されたダストを貯蔵するダストタンク１０等で構成される。
上述のように、本発明にかかる塩素バイパス設備１は、サイクロン５の後段に熱回収器６を設け、バッグフィルタ９の後段に再加熱器１２を設けるとともに、媒体を介して抽気ガスとの熱交換を行うことを特徴とする。以下、本発明の特徴部分についてのみ説明する。
熱交換を行う媒体は、上述のように、塊状又は鎖状であって、互いに独立した複数の鋼球、複数の鋼球を鎖状に連結した物、又は鋼製鎖等を用いることができる。尚、本実施の形態においては、媒体として、多数の互いに分離した鋼球を用いる場合を例にとって説明する。
熱回収器６には、従来の移動層式のフィルタ、吸着塔等を用いることができ、熱回収器６の内部には、サイクロン５から排出された微粉を含む抽気ガスが下方から上方に向かって流れ、また、媒体が上方から下方に向かって流れ、両者間で熱交換が行われる。
媒体除塵器７は、熱回収器６から排出された媒体の表面に付着したダストを除去するために備えられ、除去したダストはダストタンク１０へ搬送される。この媒体除塵器７には、例えば、図２に示すようなトロンメル２１を用いることができる。このトロンメル２１は、円筒状の篩２２を備え、この篩２２の内部に媒体を供給し、水平方向に対してわずかに傾斜した軸２３の回り篩２２を回転させることで、媒体からダストを除去するものである。
加熱媒体供給機８は、熱回収器６において加熱された媒体を搬送して再加熱器１２に供給するために備えられ、媒体返送機１１は、再加熱器１２で抽気ガスの昇温に用いられた媒体を熱回収器６に戻すために備えられる。
再加熱器１２は、熱回収器６と同様に、バッグフィルタ９から排出されたガスが下方から上方に向かって流れ、媒体が上方から下方に向かって流れ、両者間で熱交換が行われる。
次に、上記構成を有する塩素バイパス設備１の動作について図１を参照しながら説明する。
セメントキルン２のキルン尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路からの抽気ガスは、プローブ３において、冷却ファン４からの冷風によって冷却され、塩素化合物の微結晶が生成される。この塩素化合物の微結晶は、抽気ガスに含まれるダストの微粉側に偏在しているため、サイクロン５で分級した粗粉をセメントキルン系に戻す。
サイクロン５によって分離された微粉（塩素バイパスダスト）を含む抽気ガスは、熱回収器６に導入され、熱回収器６において、抽気ガスと媒体との熱交換が行われる。抽気ガスによって加熱された媒体は、媒体除塵器７において表面に付着したダストが除去された後、加熱媒体供給機８を介して再加熱器１２に供給され、バッグフィルタ９から排出されたガスの加熱に供される。
一方、熱回収器６から排出された抽気ガスは、バッグフィルタ９に導入され、バッグフィルタ９において抽気ガスに含まれるダストが回収される。バッグフィルタ９で回収された塩素バイパスダストは、媒体除塵器７で回収されたダストとともに、ダストタンク１０に一旦貯蔵され、セメント粉砕ミル系に添加される。
バッグフィルタ９から排出された抽気ガスは、再加熱器１２において媒体と熱交換して昇温し、排気ファン１３にもたらされる。再加熱器１２における抽気ガスの昇温によって、腐食性の強いガスが露点に達することによって発生する装置の腐食を防止している。
再加熱器１２において抽気ガスとの熱交換が完了した媒体は、媒体返送機１１を介して熱回収器６に戻され、繰り返し抽気ガスとの熱交換に利用される。
図３は、本発明にかかる塩素バイパス設備の第２の実施の形態を示し、この塩素バイパス設備３１は、湿式の塩素バイパス設備であって、セメントキルン３２のキルン尻から図示しないボトムサイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部を冷却しながら抽気するプローブ３３と、プローブ３３に冷風を供給する冷却ファン３４と、プローブ３３で抽気した燃焼ガスに含まれるダストの粗粉を分離するサイクロン３５と、サイクロン３５から排出された微粉を含む抽気ガスから媒体４８を介して熱を回収する熱回収器３６と、媒体４８に付着したダストを取り除く媒体除塵器３７と、熱回収器３６で加熱された媒体４８を搬送する加熱媒体供給機３８と、熱回収器３６で冷却された抽気ガスを湿式集塵するための湿式スクラバ３９と、湿式スクラバ３９に集塵ダストスラリーを循環させるための循環液槽４０と、洗浄塔４１と、洗浄塔４１から排出されたガスを媒体４８を用いて加熱するための再加熱器４４と、熱回収器３６へ媒体４８を戻す媒体返送機４３と、再加熱器４４の排気を大気へ放出する排気ファン４５と、循環液槽４０からのスラリーを固液分離して石膏と塩水とを得るための固液分離器４７等で構成される。
本発明にかかる塩素バイパス設備３１は、サイクロン３５の後段に熱回収器３６を設け、湿式スクラバ３９の後段に再加熱器４４を設けるとともに、媒体４８を介して抽気ガスとの熱交換を行うことを特徴とする。尚、熱交換を行う媒体４８は、本実施例においても、第１の実施の形態で用いた多数の互いに分離した鋼球を用いてもよいが、以下の説明においては、図４に示すような鋼製の鎖状の媒体４８を用い、媒体除塵器３７（図３参照）に回転するブラシ４９と、圧縮空気による図示しない除塵装置を併用した場合を例にとって説明する。加熱媒体供給機３８、媒体返送機４３、再加熱器４４については、図１に示した熱回収器６、媒体除塵器７、加熱媒体供給機８、媒体返送機１１、再加熱器１２と同様の構成を有するため、詳細説明を省略する。
次に、上記構成を有する塩素バイパス設備３１の動作について図３を中心に参照しながら説明する。
セメントキルン３２のキルン尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路からの抽気ガスは、プローブ３３において、冷却ファン３４からの冷風によって冷却され、塩素化合物の微結晶が生成される。この塩素化合物の微結晶は、抽気ガスに含まれるダストの微粉側に偏在しているため、サイクロン３５で分級した粗粉をセメントキルン系に戻す。
サイクロン３５によって分離された微粉（塩素バイパスダスト）を含む抽気ガスは、熱回収器３６に導入され、熱回収器３６において、抽気ガスと媒体４８との熱交換が行われる。尚、図４に示した鎖状の媒体４８は、熱回収器３６と再加熱器４４との間を加熱媒体供給機３８及び媒体返送機４３を介して矢印で示す方向に移動して循環している。抽気ガスによって加熱された媒体４８は、媒体除塵器３７において表面に付着したダストが除去された後、加熱媒体供給機３８を介して再加熱器４４に供給され、湿式スクラバ３９から排出されたガスの加熱に供される。
一方、熱回収器３６から排出された抽気ガスは、湿式スクラバ３９に導入され、湿式スクラバ３９において、循環液槽４０から供給されるスラリーの有する水分等によって冷却される。また、塩素含有率の高い微粉を、湿式スクラバ３９によって集塵し、集塵ダストスラリーを固液分離器４７によって石膏と、ＫＣｌを含む塩水とに分離し、石膏を回収するとともに、分離した塩水をセメント粉砕工程に添加したり、水処理後に下水又は海洋に放流して処理する。
湿式スクラバ３９から排出された抽気ガスは、再加熱器４４において媒体４８と熱交換して昇温し、排気ファン４５にもたらされる。再加熱器４４における抽気ガスの昇温によって、腐食性の強いガスが露点に達することによって発生するガスダクトの腐食を防止するとともに、抽気ガスに含まれるミストから物質が析出することを防止し、排気ファン４５のランナーの振動を防止している。
再加熱器４４において抽気ガスとの熱交換が完了した媒体４８は、媒体返送機４３を介して熱回収器３６に戻され、繰り返し抽気ガスとの熱交換に利用される。
尚、上記２つの実施の形態においては、媒体として塊状の鋼球又は無端状の鎖を用いる場合を例にとって説明したが、無端状の鎖は、塊状物体に比較して、媒体循環のための搬送用動力の面で有利である。また、媒体と抽気ガスの流れを向流又は並流とすることができるが、向流式の場合には、熱回収効率が高くなる反面、ダストによるガス流路の抵抗の増加、及び流路の閉塞等が懸念される。
また、上記実施の形態においては、本発明にかかる熱回収装置を塩素バイパス設備に適用した場合を例にとって説明したが、その他の燃焼排ガス処理設備に適用することも可能である。
１ 塩素バイパス設備
２ セメントキルン
３ プローブ
４ 冷却ファン
５ サイクロン
６ 熱回収器
７ 媒体除塵器
８ 加熱媒体供給機
９ バッグフィルタ
１０ ダストタンク
１１ 媒体返送機
１２ 再加熱器
１３ 排気ファン
２１ 媒体除塵器
２２ 篩
２３ 軸
３１ 塩素バイパス設備
３２ セメントキルン
３３ プローブ
３４ 冷却ファン
３５ サイクロン
３６ 熱回収器
３７ 媒体除塵器
３８ 加熱媒体供給機
３９ 湿式スクラバ
４０ 循環液槽
４１ 洗浄塔
４３ 媒体返送機
４４ 再加熱器
４５ 排気ファン
４７ 固液分離器
４８ 鎖
４９ ブラシ
２ セメントキルン
３ プローブ
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５ サイクロン
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１１ 媒体返送機
１２ 再加熱器
１３ 排気ファン
２１ 媒体除塵器
２２ 篩
２３ 軸
３１ 塩素バイパス設備
３２ セメントキルン
３３ プローブ
３４ 冷却ファン
３５ サイクロン
３６ 熱回収器
３７ 媒体除塵器
３８ 加熱媒体供給機
３９ 湿式スクラバ
４０ 循環液槽
４１ 洗浄塔
４３ 媒体返送機
４４ 再加熱器
４５ 排気ファン
４７ 固液分離器
４８ 鎖
４９ ブラシ
Claims (7)
- 熱回収部と加熱部との間を循環し、該循環する全体が一体として無端状に形成された固体熱媒体を用い、前記熱回収部において第１の燃焼ガスの顕熱を回収し、前記加熱部において顕熱を回収した前記媒体を用いて第２の燃焼ガスを加熱することを特徴とする熱回収装置。
- 熱回収部と加熱部との間を循環し、該循環する全体が一体として無端状に形成された固体熱媒体を用い、燃焼ガスの流路の上流側に位置する前記熱回収部において、前記燃焼ガスの顕熱を回収し、前記燃焼ガスの流路の下流側に位置する前記加熱部において、前記顕熱を回収した媒体を用いて前記燃焼ガスを再加熱することを特徴とする熱回収装置。
- セメントキルンのキルン尻から最下段の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冷却しながら抽気し、抽気した燃焼ガスから塩素濃度の高い微粉ダストを捕集する捕集装置を備えた塩素バイパス設備において、
該捕集装置の入口側と出口側との間を循環し、該循環する全体が一体として無端状に形成された固体熱媒体を用い、該捕集装置の入口側で前記燃焼ガスの顕熱を回収する熱回収装置を設けたことを特徴とする塩素バイパス設備。 - 前記燃焼ガスの顕熱を回収した前記媒体を用いて、前記捕集装置の出口側で前記燃焼ガスを再加熱することを特徴とする請求項３に記載の塩素バイパス設備。
- 前記固体熱媒体は、複数の鋼球を鎖状に連結した物、又は鋼製鎖であって、該いずれかの媒体の表面に付着したダストを除去する媒体除塵装置を備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の塩素バイパス設備。
- 前記塩素濃度の高い微粉ダストを捕集する捕集装置は、バッグフィルタ、電気集塵機、又は湿式スクラバのいずれかであることを特徴とする請求項３、４又は５に記載の塩素バイパス設備。
- 前記抽気した燃焼ガスの温度が、１００℃以上６５０℃以下であることを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載の塩素バイパス設備。
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