JP5213126B2

JP5213126B2 - 塩素バイパスシステム

Info

Publication number: JP5213126B2
Application number: JP2009045080A
Authority: JP
Inventors: 淳一寺崎
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2029-02-27
Also published as: JP2010195660A

Description

本発明は、セメントキルンの窯尻からプレヒータの最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部を抽気して塩素を除去する塩素バイパスシステムに関する。

従来、セメント製造設備におけるプレヒータ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、セメントキルンの窯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、燃焼ガスの一部を抽気して塩素を除去する塩素バイパスシステムが用いられている。

こうした塩素バイパスシステムの１つとして、例えば、特許文献１には、抽気した燃焼ガスを冷却した後、該排ガス中のダストを分級機により粗粉と微粉とに分離し、塩素分（塩化カリウム・ＫＣｌ）を多く含む微粉（塩素バイパスダスト）を回収するシステムが記載されている。

上記システムにおいては、例えば、図４に示すように、セメントキルン３１の窯尻から最下段サイクロン（不図示）に至るまでのキルン排ガス流路からの抽気ガスＧ１は、プローブ３２において冷却ファン３３からの冷風により冷却された後、サイクロン３４に導入され、粗粉Ｄ１と、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２とに分離される。

粗粉Ｄ１は、セメントキルン系に戻され、一方、微粉Ｄ２及び排ガスＧ２は、冷媒に冷風を用いて間接冷却により１３０〜２００℃に冷却された後、バグフィルタ３７に導入される。そして、バグフィルタ３７において、微粉（塩素バイパスダスト）Ｄ２が集塵され、ダストタンク３８に回収されるとともに、バグフィルタ３７からの排ガスＧ３が排気ファン３９を経てセメントキルン系に戻されるか、排ガス処理後に大気へ放出される。

国際公開第９７／２１６３８号パンフレット

従来の塩素バイパスシステムにおいては、セメントキルン３１の窯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を流れる燃焼ガスの５％程度を抽気するのが主流であり、プローブ３２や冷却ファン３３等の装置も、それに合わせた設計やサイズ選択がなされている。

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しており、それに伴って、セメントキルン３１に持ち込まれる塩素等の揮発成分の量も増加している。このため、より多くの塩素分をセメントキルン３１の系外に排出すべく、抽気ガスＧ１の抽気量の増大が望まれつつある。

抽気量を増大させるためには、プローブ３２の大型化を図る必要があるが、セメントキルン３１の入口フード付近におけるキルン排ガス流路が狭いことや、入口フード部に廃棄物処理のための種々の設備が存在することを考慮すると、大型化したプローブ３２を入口フード部に設置するのは困難であるため、プローブ径を小さく抑える必要がある。

一方、プローブ径を大型化せずに抽気量を増大させると、プローブ内の流速が増加し、それによりプローブ部の圧力損失が過大となり、付帯設備（サイクロン、冷却器、バグフィルタ、排気ファン）の増強や新設を行わなければならない。また、新設する場合、プローブ３２の近くに付帯設備が設置できないと、プローブ３２から排気ファン３９までの配管が長くなるため、その圧力損失も考慮した設備設計が必要になる。

さらに、より効率的な塩素回収を図るためには、微粉の回収を強化する必要がある。プローブ径を大型化せずに抽気量を増大させると、プローブ３２内の流速が増加し、それに伴いプローブ３２内に吸い込まれるダスト量も増加し、セメント製造工程からの塩素の除去効率が悪化する。また、従来の塩素バイパスシステムの抽気量であっても、効率よく塩素を除去するためには、サイクロンの増設等により対処する必要があるが、付帯設備（サイクロン、冷却器、集塵機、排気風車）の増強や新設を強いられることになり、設備コストの大幅な増大が避けられなくなる。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、プローブの大型化や他の装置の耐久圧化を回避し、設備コストの大幅な増大を伴うことなく、塩素の除去効率を向上させることが可能な塩素バイパスシステム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、セメントキルンの窯尻からプレヒータの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抽気するとともに、抽気した燃焼ガスを低温ガスにより冷却するプローブと、該プローブにより抽気された抽気ガスを集塵し、該抽気ガスから塩素分を除去する集塵装置とを備えた塩素バイパスシステムであって、前記プローブと集塵装置の間にブーストファンを設けたことを特徴とする。

そして、本発明によれば、プローブでの圧力損失分をブーストファンにより昇圧するため、プローブを大型化しなくても抽気ガスの抽気量を増大させることが可能となる。加えて、ブーストファンによって、集塵装置への抽気ガスを吐出するため、排気風車の最大静圧（性能）を増加させることなく、それに伴う集塵装置の高耐圧化が不要となり、設備コストの大幅な増大を回避することが可能になる。

前記塩素バイパスシステムにおいて、前記プローブが、前記キルン排ガス流路を流れる燃焼ガスの０．１％以上、３０％以下を抽気することができる。これによれば、セメントキルンに持ち込まれる塩素量が増えた場合でも、塩素分を効率よく適切に抜き出すことが可能になる。尚、抽気量の上限値を３０％とするのは、熱損失が大きく、経済的なキルンの安定運転が確保できなくなるとともに、抽気量の多さに比例して排出ダスト量も増大するので、その処理方法も大きな問題となるためである。

前記塩素バイパスシステムにおいて、前記集塵装置を、前記プローブにより抽気された抽気ガスを固気分離し、前記塩素分を含むダストを回収する乾式集塵装置とすることができる。

前記塩素バイパスシステムにおいて、前記集塵装置を、前記プローブにより抽気された抽気ガスを水分と接触させ、該抽気ガスから前記塩素分を除去する湿式集塵装置とすることができる。

前記塩素バイパスシステムにおいて、前記プローブにより抽気された抽気ガスから粗粉を分離する分級機を備え、該分級機から排出される微粉を含む抽気ガスを前記集塵装置に供給することができる。

前記塩素バイパスシステムにおいて、前記分級機を、複数段の分級機から構成することができる。塩素バイパスの塩素の除去効率の向上のために分級機を増設し、それに伴う圧力損失分をブーストファンにより昇圧できるため、冷却器や集塵機の耐圧増強や風車の交換を行うことなく実施が可能となる。

以上のように、本発明によれば、プローブの大型化や他の装置の耐久圧化を回避し、設備コストの大幅な増大を伴うことなく、塩素の除去効率を向上させることが可能になる。

本発明にかかる塩素バイパスシステムの第１の実施形態を示す構成図である。本発明にかかる塩素バイパスシステムの第２の実施形態を示す構成図である。本発明にかかる塩素バイパスシステムの試験例を説明するための図である。従来の塩素バイパスシステムを示す構成図である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明にかかる塩素バイパスシステム（以下、「システム」という）の第１の実施形態を示し、このシステム１は、大別して、セメントキルン３１の窯尻から最下段サイクロン（不図示）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する抽気プローブ（以下、適宜「プローブ」という）２と、プローブ２に冷風を供給する冷却ファン３３と、プローブ２で抽気した抽気ガスＧ１に含まれる粗粉Ｄ１を分離する分級機としてのサイクロン３４と、サイクロン３４の後段に設置されるブーストファン３と、サイクロン３４から排出された排ガスＧ２を冷却する冷却器３５と、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２を固気分離するバグフィルタ３７と、バグフィルタ３７で集塵された微粉（塩素バイパスダスト）を回収するダストタンク３８と、バグフィルタ３７の排ガスＧ３を誘引する排気ファン３９等から構成される。

尚、上記の構成のうち、プローブ２及びブーストファン３以外の設備については、従来の塩素バイパスシステムで用いられる設備と同様のものである。また、これらに関し、図１においては、図４で付した符号と同一の符号を付す。

ブーストファン３は、サイクロン３４の排ガス出口部と冷却器３５の排ガス入口部との間に配置され、システム１の略々中間部において、送風機圧力を補強するために備えられる。このブーストファン３は、ブーストファン３の上流側での排ガスの誘引圧を高めるように機能し、プローブ２での抽気ガスＧ１の抽気量の減少を防止する。また、ブーストファン３は、冷却器３５への排ガスＧ２の押し込み圧を高めるように機能し、冷却器３５に送風することによって排気ファン３９での排ガスの誘引を円滑にする。

次に、上記構成を有する塩素バイパスシステム１の動作について、図１を参照しながら説明する。

ブーストファン３による誘引圧の補助を受けつつ、セメントキルン３１の窯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、燃焼ガスの一部をプローブ２によって抽気すると同時に、冷却ファン３３からの冷風により、抽気した抽気ガスを塩素化合物の融点である７００℃以下にまで冷却する。次いで、サイクロン３４において、プローブ２から排気される抽気ガスＧ１を、粗粉Ｄ１と、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２とに分離し、粗粉Ｄ１をセメントキルン系に戻す。

このとき、抽気ガスＧ１の抽気量は、上記キルン排ガス流路を流れる燃焼ガスの０．１〜３０％とすることが好ましい。抽気量の上限値を３０％とするのは、熱損失が大きく、経済的なキルンの安定運転が確保できなくなるとともに、抽気量の多さに比例して排出ダスト量も増大するので、その処理方法も大きな問題となるためである。一方、抽気量の下限値を０．１％とするのは、複数段のサイクロン３４を設置してダストの除去能力を高めることで、抽気ガスＧ１の抽気量を増大しない場合でも、塩素の除去効率を向上させることが可能なためである。すなわち、サイクロン３４の後段に配置するブーストファン３により排ガスの誘引圧が高められるため、複数段のサイクロン３４を設置しても、必要な流速を確保して適正な機能を維持することができ、効率よく塩素を除去することが可能になるからである。

サイクロン３４の排ガスＧ２をブーストファン３により誘引して冷却器３５に導入し、冷却器３５において、１３０〜２００℃（後段のバグフィルタ３７の耐熱温度以下）まで冷却する。次に、バグフィルタ３７において、微粉（塩素バイパスダスト）Ｄ２を集塵し、ダストタンク３８に回収する。それと併行して、バグフィルタ３７からの排ガスＧ３を排気ファン３９により誘引し、セメントキルン系に戻すか、排ガス処理後に大気へ放出する。

以上のように、本実施の形態によれば、ブーストファン３によって、プローブ２からの抽気ガスＧ１の誘引圧を高めるため、プローブ２を大型化しなくても、抽気ガスＧ１の抽気量を増大させることが可能になる。また、ブーストファン３を設けることにより、圧力損失による処理風量の低下やサイクロン３４での分級効率の低下を防止し、風量を保持することができる。

加えて、ブーストファン３によって、冷却器３５側（ブーストファン３より下流側）への排ガスＧ２の押し込み圧を高めるため、最終段の排気ファン３９を大型化して排気圧を高めなくても、排ガスＧ２、Ｇ３を円滑に搬送することができる。これにより、排気ファン３９の上流側に位置する装置（冷却器３５、バグフィルタ３７及び配管等）の負圧が大きくなるのを回避することができ、装置の高耐圧化を不要とすることができる。従って、既存の装置をそのまま流用することが可能になり、設備コストの大幅な増大を避けることが可能になる。

次に、本発明にかかる塩素バイパスシステムの第２の実施形態について、図２を参照しながら説明する。尚、同図において、図１と同一の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態にかかる塩素バイパスシステム１０は、プローブ２と、冷却ファン３３と、サイクロン３４と、ブーストファン３と、湿式集塵機１１と、排気ファン３９等から構成される。

湿式集塵機１１は、排ガスＧ２に含まれるダストを捕集しつつ、サイクロン３４の排ガスＧ２を水と接触させ、排ガスＧ２中の塩素化合物を主とする水溶性成分を溶解させるために備えられる。また、湿式集塵機１１は、排ガスＧ２に含まれる硫黄分を、微粉Ｄ２中の生石灰が水と反応して生じた消石灰と反応させ、石膏を生成する役割も担う。

この湿式集塵機１１は、ミキシングスクラバー１３、循環液槽１４及び洗浄塔１５から構成され、ミキシングスクラバー１３と循環液槽１４との間には、スラリーを循環させるためのポンプ１４ａが設けられる。また、スラリー循環路１４ｂには、消石灰を補う目的で、消石灰スラリーを供給する消石灰スラリー貯槽１６とポンプ１６ａが接続される。さらに、循環液槽１４には、消石灰が過剰になった場合に備え、硫酸を供給して循環スラリーのｐＨ値を４〜６に調整する硫酸貯槽１７及びポンプ１７ａが備えられる。

次に、上記構成を有する塩素バイパスシステム１０の動作について、図２を参照しながら説明する。

ブーストファン３による誘引圧の補助を受けつつ、セメントキルン３１の窯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、燃焼ガスの一部をプローブ２によって抽気すると同時に、冷却ファン３３からの冷風により、抽気した抽気ガスＧ１を塩素化合物の融点である７００℃以下にまで急冷する。

次いで、サイクロン３４において、プローブ２から排気される抽気ガスＧ１を、粗粉Ｄ１と、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２とに分離し、粗粉Ｄ１をセメントキルン系に戻す。その一方で、サイクロン３４の排ガスＧ２をブーストファン３により誘引し、湿式集塵機１１のミキシングスクラバー１３に導入する。

このとき、抽気ガスＧ１の抽気量は、上記キルン排ガス流路を流れる排ガスの０．１〜３０％とすることが好ましい。抽気量の上限を３０％とするのは、熱損失が大きく、経済的なキルンの安定運転が確保できなくなるためである。一方、下限値を０．１％とするのは、サイクロン３４の後段にブーストファン３を配置するため、排ガスの誘引圧を高め、かつ必要な流速を確保でき、適正な機能を維持できるとともに、サイクロン３４を多段化し性能を向上することも可能となるためである。

そして、湿式集塵機１１において、ミキシングスクラバー１３と循環液槽１４との間でスラリーＳを循環させる。湿式集塵機１１で生成されるスラリーＳには、微粉Ｄ２中の生石灰（ＣａＯ）が水と反応して生じた消石灰（Ｃａ（ＯＨ）₂）が存在するため、排ガスＧ２中に存在する硫黄分（ＳＯ₂）は、以下のように反応する。
ＳＯ₂＋Ｃａ（ＯＨ）₂→ＣａＳＯ₃・１／２Ｈ₂Ｏ＋１／２Ｈ₂Ｏ
ＣａＳＯ₃・１／２Ｈ₂Ｏ＋１／２Ｏ₂＋３／２Ｈ₂Ｏ→ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ
これにより、排ガスＧ２中の硫黄分が除去され、石膏（ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ）が生成される。また、消石灰が不足している場合には、消石灰スラリー貯槽１６から消石灰を適宜添加する。

ダストを除去した後の清浄ガスＧ３は、排気ファン３９により誘引されて大気に放出されたり、他のセメント製造工程において利用される。一方、石膏やダスト分を含むスラリーＳは、後段の処理設備（不図示）に供給され、重金属類等の有害物質や石膏分等が分別されて回収されるとともに、塩素分等を含む排水は、水処理後放流される。

本実施の形態においても、ブーストファン３によって、プローブ２からの抽気ガスＧ１の誘引圧を高めるとともに、湿式集塵機１１への排ガスＧ２の押し込み圧を高めるため、第１の実施形態と同様の作用、効果を得ることが可能になる。

また、湿式集塵機１１においては、ミキシングスクラバー１３での圧力損失が大きいことから、排気ファン３９のみでは十分な誘引圧力を確保することが困難なため、飛沫の飛散を招いたり、ミキシングスクラバー１３の内壁に付着したスラリーＳが固結する虞がある。本実施の形態によれば、ミキシングスクラバー１３への押し込み圧を確保し得るため、飛沫の飛散を抑制できるとともに、ミキシングスクラバー１３へのスラリーＳの付着や付着したスラリーＳの固結を抑制することが可能になる。

尚、上記第１及び第２の実施形態（以下、「上記実施の形態」という）において、抽気ガスＧ１を抽気するプローブとしては、高冷却型プローブ、一般的なプローブを用いることができる。

また、上記実施の形態においては、サイクロン３４の後段にブーストファン３を配置するが、ブーストファン３の位置は、これに限られるものではない。例えば、図１に示す構成においては、冷却器３５とバグフィルタ３７との間にブーストファン３を配置することもでき、これによって、バグフィルタ３７の高耐圧化を不要とすることができる。

さらに、上記実施の形態においては、サイクロン３４で粗粉Ｄ１を分級した後に、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２を冷却器３５（図１参照）又は湿式集塵機１１（図３参照）に導入するが、サイクロン３４を設けることなく、プローブ２で抽気した抽気ガスＧ１を冷却器３５又は湿式集塵機１１に直接導入してもよい。

次に、本発明にかかる塩素バイパスシステムの試験例について説明する。図３に示す水準Ａ（図２に示す塩素バイパスシステム１０に相当）と、水準Ｂ（従来の塩素バイパスシステムに相当）との二種類のフローを対象として、ファンの入口圧力、ダスト濃度、塩素濃度等を測定した。測定結果を表１、表２に示す。

付帯設備（本試験例では湿式集塵機）の圧力損失により所定風量（５０ｍ³Ｎ／ｍｉｎ）が得られなかった水準Ｂに比べ、プローブ、サイクロンでの圧力、風量が確保できた水準Ａは、サイクロンでのダスト捕集量が高く、塩素除去量も高くなった。したがって、総昇圧力が同程度であっても、ブーストファンを設置することによって、処理風量の低下やサイクロンでの分級効率の低下を防止でき、かつ塩素除去量を高く保持できることが分かった。

１塩素バイパスシステム
２プローブ
３ブーストファン
１０塩素バイパスシステム
１１湿式集塵装置
１３ミキシングスクラバー
１４循環液槽
１４ａポンプ
１４ｂ循環路
１５洗浄塔
１６消石灰スラリー貯槽
１６ａポンプ
１７硫酸貯槽
１７ａポンプ
３１セメントキルン
３３冷却ファン
３４サイクロン
３５冷却器
３６冷却ファン
３７バグフィルタ
３８ダストタンク
３９排気ファン

Claims

セメントキルンの窯尻からプレヒータの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抽気するとともに、抽気した燃焼ガスを低温ガスにより冷却するプローブと、該プローブにより抽気された抽気ガスを集塵し、該抽気ガスから塩素分を除去する集塵装置とを備えた塩素バイパスシステムであって、
前記プローブと集塵装置の間にブーストファンを設けたことを特徴とする塩素バイパスシステム。
前記プローブは、前記キルン排ガス流路を流れる燃焼ガスの０．１％以上、３０％以下を抽気することを特徴とする請求項１に記載の塩素バイパスシステム。
前記集塵装置は、前記プローブにより抽気された抽気ガスを固気分離し、前記塩素分を含むダストを回収する乾式集塵装置であることを特徴とする請求項１又は２に記載の塩素バイパスシステム。
前記集塵装置は、前記プローブにより抽気された抽気ガスを水分と接触させ、該抽気ガスから前記塩素分を除去する湿式集塵装置であることを特徴とする請求項１又は２に記載の塩素バイパスシステム。
前記プローブにより抽気された抽気ガスから粗粉を分離する分級機を備え、
該分級機から排出される微粉を含む抽気ガスを前記集塵装置に供給することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の塩素バイパスシステム。
前記分級機が、複数段の分級機から構成されることを特徴とする請求項５に記載の塩素バイパスシステム。