JP5348773B2 - セメントキルン抽気ガスの処理方法及び処理システム - Google Patents
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Description
本発明は、セメントキルン抽気ガスの処理方法及び処理システムに関し、特に、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抽気した抽気ガスに含まれるダストを湿式集塵する方法等に関する。
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は、図６に示すように、セメントキルン７２の窯尻から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Ａ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Ｇ１に含まれるダストの粗粉Ｃを分離するサイクロン７５と、サイクロン７５の排ガスＧ２に含まれる微粉Ｆを湿式集塵する湿式集塵機７６と、湿式集塵機７６から排出されるスラリーＳ２を固液分離して石膏Ｇと塩水ＳＷとを得るための固液分離機７７と、湿式集塵機７６からの排ガスＧ３を誘引する誘引ファン７８等で構成される。
また、湿式集塵機７６は、微粉Ｆを含む排ガスＧ２をスラリーＳ１中の水分と接触させて冷却するスクラバ７６ａと、スクラバ７６ａとの間でスラリーＳ１を循環させる循環液槽７６ｂと、工水Ｗを噴霧する洗浄塔７６ｃとを備える。
上記構成において、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、塩素化合物の結晶が生成される。その際、抽気した燃焼ガスＧ１に含まれるダストの微粉Ｆ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Ｃ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Ｆ及び排ガスＧ２を湿式集塵機７６に導き、循環液槽７６ｂから供給されるスラリーＳ１の水分等によって冷却する。そして、排ガスＧ２中の微粉Ｆを湿式集塵機７６によって集塵する。
また、この塩素バイパス設備７１は、抽気した排ガスＧ２中の微粉Ｆに含まれる生石灰（ＣａＯ）が湿式集塵機７６内の水と反応して消石灰（Ｃａ（ＯＨ）2）を生成し、消石灰と、排ガスＧ２中の二酸化硫黄（ＳＯ2）とが反応して石膏を生成する脱硫機能を備える。尚、上記生石灰に由来する消石灰の量が不足する場合には、循環液槽７６ｂに消石灰を添加する。
一方、スクラバ７６ａに供給されるスラリーＳ１の流路におけるスケールトラブルを防止したり、後段の水処理設備における薬剤の使用量を低減するため、循環液槽７６ｂ内の循環液のｐＨを４〜６前後に調整することが好ましく、そのため、循環液槽７６ｂ内の循環液のｐＨ値が上昇し過ぎた場合には、サイクロン７５の分級点を変化させて微粉Ｆ中のＣａＯ濃度を減少させるか、必要に応じて硫酸を循環液槽７６ｂに添加する。
最後に、スラリーＳ２を固液分離機７７によって石膏Ｇと、ＫＣｌを含む塩水ＳＷとに分離し、石膏Ｇを回収するとともに、分離された塩水ＳＷ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（例えば、特許文献１参照）。
しかし、上記特許文献１に記載の処理方法では、脱硫機能を維持するために湿式集塵機内の消石灰（Ｃａ（ＯＨ）2）の量を確保しながら、循環液槽７６ｂ内の循環液のｐＨ値を４〜６前後に管理する必要がある。そのため、このｐＨ値の調整をサイクロン７５の分級点の調整で賄うことができない場合も多く、その際には、循環液槽７６ｂへの硫酸や消石灰添加量が増大し、その分薬剤コストの増加に繋がり、運転コストが高騰するという問題があった。
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、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からの抽気ガスを処理する際の運転コストを低減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、セメントキルン抽気ガスの処理方法であって、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、該抽気ガス中のダストの粗粉を分離し、該粗粉を分離した後のガス中のＳＯ2濃度を測定し、前記粗粉を分離した後のガス中のダストの微粉を湿式集塵し、前記ＳＯ 2 濃度が所定の範囲より低い場合に、前記ダストを粗粉と微粉とに分離する際の分級点を小粒径側へ移動させ、前記ＳＯ 2 濃度が所定の範囲より高い場合に、前記分級点を大粒径側へ移動させることを特徴とする。
そして、本発明によれば、粗粉を分離した後のガス中の微粉のＣａＯ濃度を所定の範囲に調整するため、スラリーのｐＨを調整するための硫酸等の薬剤を不要としたり、薬剤の使用量を低く抑えることができ、運転コストを低減することができる。分級点を小粒径側へ移動させて湿式集塵に供される微粉のＣａＯ濃度を低下させることで、湿式集塵機への導入ガスのＳＯ 2 濃度が低い場合に循環液のｐＨが管理値を上回ることを防ぎ、これとは逆に、分級点を大粒径側へ移動させて湿式集塵に供される微粉のＣａＯ濃度を増加させることで、湿式集塵機への導入ガスのＳＯ 2 濃度が高い場合に循環液のｐＨが管理値を下回ることを防ぐことができ、適切に循環液のｐＨを調整することができる。
上記セメントキルンの抽気ガスの処理方法において、前記ＳＯ2濃度が所定の範囲より高い場合に、前記ダストの粗粉の一部を前記抽気ガスに戻すことができる。これにより、湿式集塵に供される微粉のＣａＯ濃度が増加し、循環液のｐＨを増加させることができる。
また、上記処理方法において、前記ダストを粗粉と微粉とに分級する際の分級点を３μｍ以上３０μｍ以下とすることができる。
さらに、本発明は、セメントキルン抽気ガスの処理システムであって、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するプローブと、該抽気ガス中のダストの粗粉を分離する分級機と、該粗粉を分離した後のガス中のＳＯ2濃度を測定する濃度計と、該濃度計によって測定されたＳＯ2濃度に応じて、前記粗粉を分離した後の微粉のＣａＯ濃度を所定の範囲に調整する濃度調整手段と、前記微粉を湿式集塵する湿式集塵機とを備えることを特徴とする。本発明によれば、上記発明と同様に、湿式集塵機によって得られるスラリーのｐＨを調整するための薬剤を不要としたり、薬剤の使用量を低く抑え、運転コストを低減することができる。
以上のように、本発明によれば、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抽気した抽気ガスを処理する際の運転コストを低減することが可能となる。
次に、本発明をするための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明にかかるセメントキルン抽気ガスの処理システムの第１の実施形態を示し、この処理システム１は、セメントキルン２の窯尻から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Ａ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Ｇ１に含まれるダストの粗粉Ｃを分離するサイクロン５と、サイクロン５から排出された排ガスＧ２に含まれる微粉Ｆを湿式集塵する湿式集塵機６と、湿式集塵機６から排出されるスラリーＳ２を固液分離して石膏Ｇと塩水ＳＷとを得る固液分離機８と、湿式集塵機６からの排ガスＧ３を誘引する誘引ファン９と、排ガスＧ２に含まれるＳＯ2の濃度を測定するＳＯ2濃度計１３と、湿式集塵機６において循環するスラリーＳ１のｐＨ値を測定するｐＨ計１４等で構成される。
また、湿式集塵機６は、微粉Ｆを含む排ガスＧ２をスラリーＳ１中の水分と接触させて冷却するスクラバ６ａと、スクラバ６ａとの間でスラリーＳ１を循環させる循環液槽６ｂ及び循環ポンプ１１と、循環液槽６ｂ内のスラリーＳ２を排出して固液分離機８に供給する排出ポンプ１２と、給水装置（不図示）からの工水Ｗを噴霧する洗浄塔６ｃと、を備える。
次に、上記構成を有する処理システム１の動作について図１を中心に参照しながら説明する。
セメントキルン２の燃焼ガスの一部をプローブ３で冷却しながら抽気し、抽気した燃焼ガスＧ１をサイクロン５で分級し、粗粉Ｃ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Ｆ及び排ガスＧ２を湿式集塵機６に導き、スクラバ６ａにおいて循環液槽６ｂから供給されるスラリーＳ１の水分等によって冷却し、微粉Ｆを湿式集塵する。また、循環液槽６ｂに必要に応じて消石灰を添加し、排ガスＧ２に含まれるＳＯ2と反応させ、脱硫しながら石膏を生成させる。
ここで、ＳＯ2濃度計１３によって、サイクロン５からの排ガスＧ２に含まれるＳＯ2の濃度を測定するとともに、ｐＨ計１４によって、湿式集塵機６において循環するスラリーＳ１のｐＨ値を測定する。そして、ｐＨ計１４によるｐＨの測定値が４〜６となるように以下の要領で調整する。
サイクロン５において回収されなかった微粉Ｆ中のＣａＯを含むセメント原料と、ＫＣｌ等を含む微粉の粒度分布の一例を図２に示す。この粒度分布を利用し、ＳＯ2濃度が上記範囲より高い場合、及びｐＨ値が上記範囲より低い場合には、サイクロン５の分級点を大粒径側（例えば、Ａ点からＢ点）に移動させる。これによって、サイクロン５から排出される微粉Ｆ中のＣａＯ濃度が上昇するため、湿式集塵機６への導入ガスのＳＯ2濃度が上昇し、それに伴いスラリーＳ１のｐＨ値が低下した場合でも、スラリーＳ１のｐＨ値の管理値を下回ることなく調整することができる。
一方、ＳＯ2濃度が上記範囲より低い場合、及びｐＨ値が上記範囲より高い場合には、サイクロン５の分級点を小粒径側（例えば、Ｂ点からＡ点）に移動させる。これによって、サイクロン５から排出される微粉Ｆ中のＣａＯ濃度が低下するため、湿式集塵機６への導入ガスのＳＯ2濃度が低下し、それに伴いスラリーＳ１のｐＨ値が上昇した場合でも、スラリーＳ１のｐＨ値の管理値を上回ることなく調整することができる。
図３は、実際にサイクロン５の分級点を変更しながら燃焼ガスＧ１に含まれるダストを微粉Ｆと粗粉Ｃに分離した際の微粉Ｆ及び粗粉Ｃの粒度分布と、微粉ＦのＣａＯ濃度を示し、（ａ）〜（ｄ）は、分級点６μｍ、１０μｍ、１２μｍ、１８μｍと各々変化させた場合を示す。このように、サイクロン５の分級点を大粒径側に移動させることで、微粉ＦのＣａＯ濃度が徐々に高くなっていることが判る。
尚、上記実施の形態では、サイクロン５の分級点を６〜１８μｍの範囲で変化させた場合を例示したが、実運転において、同分級点を３〜３０μｍの範囲で変化させて微粉ＦのＣａＯ濃度を調整することができる。
尚、サイクロン５の分級点を変更するにあたって、サイクロン５への入口流速、サイクロン５のホッパー部高さ、サイクロン５の出口ダクト径等を変更することによって分離粒径が変化するが、サイクロン５のホッパー部高さ、出口ダクト径を変更することは現実には困難であるため、ガイドベーンの位置の変更、及びサイクロン５の台数の変更等によって入口流速を調整し、分級点を変更する。
図１に戻り、湿式集塵機６から排出されたスラリーＳ２を固液分離機８に供給し、石膏Ｇと、ＫＣｌを含む塩水ＳＷとに分離し、石膏Ｇを回収するとともに、分離された塩水ＳＷ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。
以上のように、本実施の形態においては、粗粉Ｃを分離した後の排ガスＧ２中の微粉ＦのＣａＯ濃度を所定の範囲に調整するため、スラリーＳ１のｐＨを調整するための硫酸や消石灰等の薬剤を不要としたり、薬剤の使用量を低下させることができる。
次に、本発明にかかるセメントキルン抽気ガスの処理システムの第２の実施形態について、図４を参照しながら説明する。
本実施の形態にかかる処理システム２１は、第１の実施形態における処理システム１に、サイクロン５で分離された粗粉Ｃをプローブ３に導くルート２２を設けたことを特徴とし、他の構成要素については、処理システム１と同様であるため、図４において、図１と同じ装置、物質等については、同一の参照番号及び符号を付して詳細説明を省略する。
上記構成により、ＳＯ2濃度計１３によって測定されるＳＯ2濃度が上記範囲より高い場合、及びｐＨ計１４で測定されるｐＨ値が上記範囲より低い場合には、ルート２２を介してサイクロン５で分離された粗粉Ｃをプローブ３に導入する。これにより、サイクロン５から排出される微粉Ｆ中のＣａＯ濃度が上昇するため、排ガスＧ２中のＳＯ2濃度が高く、スラリーＳ１のｐＨが低くなる場合であっても、スラリーＳ１のｐＨ値の管理値を下回ることなく調整することができる。
次に、本発明にかかるセメントキルン抽気ガスの処理システムの第３の実施形態について、図５を参照しながら説明する。
本実施の形態にかかる処理システム３１は、第１の実施形態における処理システム１に、サイクロン５で分離された粗粉Ｃを湿式集塵機６に導くルート３２を設けたことを特徴とし、他の構成要素については、処理システム１と同様であるため、図５において、図１と同じ装置、物質等については、同一の参照番号及び符号を付して詳細説明を省略する。
上記構成により、ＳＯ2濃度計１３によって測定されるＳＯ2濃度が上記範囲より高い場合、及びｐＨ計１４で測定されるｐＨ値が上記範囲より低い場合には、ルート３２を介してサイクロン５で分離された粗粉Ｃを湿式集塵機６に導入する。これにより、サイクロン５から排出される微粉Ｆ中のＣａＯ濃度が上昇するため、排ガスＧ２中のＳＯ2濃度が高く、スラリーＳ１のｐＨが低くなる場合であっても、スラリーＳ１のｐＨ値の管理値を下回ることなく調整することができる。
以上のように、第２及び第３の実施形態においては、サイクロン５で分離された粗粉Ｃを抽気ガス側（燃焼ガスＧ１又は排ガスＧ２）に戻すことで、ＳＯ2濃度が増減してもスラリーＳ１のｐＨを管理値内に調整しているが、これらのいずれか一方を実施してもよく、これらの両方を同時に実施してもよい。また、第１の実施形態におけるサイクロン５の分級点の変更とともに、第２及び第３の実施形態にかかる方法を実施してもよい。
尚、上記実施の形態においては、セメントキルン２の窯尻から燃焼ガスの一部を抽気したが、セメントキルン２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抽気した抽気ガスを上述のようにして処理することもできる。
１ セメントキルン抽気ガスの処理システム
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 湿式集塵機
６ａ スクラバ
６ｂ 循環液槽
６ｃ 洗浄塔
８ 固液分離機
９ 誘引ファン
１１ 循環ポンプ
１２ 排出ポンプ
１３ ＳＯ2濃度計
１４ ｐＨ計
２１ セメントキルン抽気ガスの処理システム
２２ （粗粉をプローブに導く）ルート
３１ セメントキルン抽気ガスの処理システム
３２ （粗粉を湿式集塵機に導く）ルート
Ａ 冷風
Ｃ 粗粉
Ｆ 微粉
Ｇ 石膏
Ｇ１ 燃焼ガス
Ｇ２、Ｇ３ 排ガス
Ｓ１、Ｓ２ スラリー
ＳＷ 塩水
Ｗ 工水
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 湿式集塵機
６ａ スクラバ
６ｂ 循環液槽
６ｃ 洗浄塔
８ 固液分離機
９ 誘引ファン
１１ 循環ポンプ
１２ 排出ポンプ
１３ ＳＯ2濃度計
１４ ｐＨ計
２１ セメントキルン抽気ガスの処理システム
２２ （粗粉をプローブに導く）ルート
３１ セメントキルン抽気ガスの処理システム
３２ （粗粉を湿式集塵機に導く）ルート
Ａ 冷風
Ｃ 粗粉
Ｆ 微粉
Ｇ 石膏
Ｇ１ 燃焼ガス
Ｇ２、Ｇ３ 排ガス
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ＳＷ 塩水
Ｗ 工水
Claims (4)
- 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、
該抽気ガス中のダストの粗粉を分離し、
該粗粉を分離した後のガス中のＳＯ2濃度を測定し、
前記粗粉を分離した後のガス中のダストの微粉を湿式集塵し、
前記ＳＯ 2 濃度が所定の範囲より低い場合に、前記ダストを粗粉と微粉とに分離する際の分級点を小粒径側へ移動させ、前記ＳＯ 2 濃度が所定の範囲より高い場合に、前記分級点を大粒径側へ移動させることを特徴とするセメントキルン抽気ガスの処理方法。 - 前記ＳＯ2濃度が所定の範囲より高い場合に、前記ダストの粗粉の一部を前記抽気ガスに戻すことを特徴とする請求項１に記載のセメントキルン抽気ガスの処理方法。
- 前記ダストを粗粉と微粉とに分級する際の分級点を３μｍ以上３０μｍ以下とすることを特徴とする請求項１又は２に記載のセメントキルン抽気ガスの処理方法。
- 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するプローブと、
該抽気ガス中のダストの粗粉を分離する分級機と、
該粗粉を分離した後のガス中のＳＯ2濃度を測定する濃度計と、
該濃度計によって測定されたＳＯ2濃度に応じて、前記粗粉を分離した後の微粉のＣａＯ濃度を所定の範囲に調整する濃度調整手段と、
前記微粉を湿式集塵する湿式集塵機とを備えることを特徴とするセメントキルン抽気ガスの処理システム。
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