JP5496734B2 - セメントキルン排ガスの処理装置及び処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、セメント焼成設備を構成するセメントキルンから排出される燃焼排ガスから水銀を除去する装置及び方法に関する。

セメントキルンの排ガスには、極微量の金属水銀（Ｈｇ）が含まれている。その起源は、セメントの主原料である石灰石等の天然原料が含有する水銀の他、フライアッシュ等の多品種にわたるリサイクル資源に含まれる水銀である。今後、廃棄物のセメント原料化及び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、セメントキルン排ガス中の水銀濃度が増加する可能性が考えられる。

しかし、セメントキルンの排ガスに低濃度で含まれる水銀を、多量の排ガスから除去することは極めて困難であり、セメントキルンの排ガス中の水銀が増加すると、大気汚染の原因となる虞があるとともに、フライアッシュ等のリサイクル資源利用拡大の阻害要因となる虞もある。

そこで、例えば、特許文献１には、セメントの製造工程から排出される排ガス中に含まれる水銀等を効率よく除去し、水銀等を除去した集塵ダストをセメント原料に再利用するため、セメントキルン排ガスを集塵装置によって除塵した後、捕集した集塵ダストを加熱炉に導き、集塵ダスト中の水銀を揮発温度以上に加熱して揮発させ、その後、吸着剤等を用いて吸着して除去するセメント製造工程からの排ガスの処理方法が提案されている。

また、特許文献２には、水銀等の重金属を含む焼成原料の焼成により生じるダストに含まれる重金属を効率的に除去するため、プレヒータ又はキルンの窯尻部から抽気した抽気ガスによって、前記ダストを重金属が揮発し得る温度以上の温度に加熱し、加熱したダストの一部と重金属を含む排ガスとを分離するサイクロンセパレータと、サイクロンセパレータの後段に接続され、ダストの残部と重金属を含む排ガスとを分離するバグフィルタと、バグフィルタの排ガスから重金属を除去する重金属除去塔とを備える重金属除去装置が記載されている。

一方、飛灰等の重金属類を含有する粉状廃棄物を無害化するため、特許文献３には、縦型円筒状容器の側面にヒータが設けられ、下部には、粉状廃棄物を流動化させるガスの吹込口、底部には、分散板及び加熱処理した粉状廃棄物の排出口、上部には、廃棄物の投入口及びガス排出口、内部には、粉状廃棄物の撹拌翼が設けられた粉状廃棄物の加熱器を用いて加熱した後、重金属安定剤と水を加えて混練する飛灰等の重金属類を含有する粉状廃棄物の無害化方法が記載されている。

特開２００２−３５５５３１号公報 特開２００９−３０８８３号公報 特開２００６−２６５７１号公報

しかし、上記特許文献１に記載の処理方法においては、セメントキルン排ガスを集塵装置によって除塵した後、捕集した集塵ダストを加熱炉に導き、集塵ダスト中の水銀を揮発させて除去するため、新たな熱源が必要になるとともに、集塵ダストを加熱炉の外周によって間接的に加熱するため、排ガス中の水銀量を効率よく低減することができないという問題があった。

一方、特許文献２に記載の重金属除去装置では、気流のみでダストの加熱を行うため、セメント焼成装置から熱源として抽気するガス量が多くなり、セメント焼成装置の安定運転を阻害する虞があるとともに、後段の固気分離装置が処理すべきガス量も多くなり、固気分離装置が大型化して装置コストの上昇に繋がるという問題もあった。

また、特許文献３に記載の処理方法においても、飛灰等の重金属類を含有する粉状廃棄物の加熱のための熱源を必要とするため、装置コスト及び運転コストが嵩む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、セメント焼成装置の安定運転を維持しながら、低コストで、セメントキルンから排出される燃焼排ガスから効率よく水銀を除去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、セメントキルン排ガスの処理装置であって、セメントキルンの排ガスに含まれるダストを集塵する集塵装置と、該集塵装置で集塵されたダストをクリンカクーラの排ガスを利用して流動層を形成しながら加熱する流動層加熱装置と、該流動層加熱装置からの排ガスを除塵する除塵装置と、前記加熱によって揮発した水銀を回収する水銀回収装置とを備えることを特徴とする。

そして、本発明によれば、セメントキルン排ガスに含まれるダストの加熱手段として加熱効率の高い流動層加熱装置を採用したため、水銀を効率よく揮発させることができるとともに、流動層加熱装置において流動層を形成するためのガス量は少なくて済むため、クリンカクーラの排ガスを加熱に用いた場合でも、セメント焼成装置の安定運転維持に与える影響は小さく、さらに、後段の除塵装置の処理能力を低く抑えることもできるため、除塵装置を大型化する必要もなく、装置コストを低く抑えることもできる。
また、クリンカクーラの排ガスを加熱に用いることで、プレヒータ等における温度制御に乱れを生じさせることなくセメントキルンの安定運転を維持することができるとともに、クリンカクーラの排ガスの含塵量は、プレヒータの排ガスに比較して充分に低いため、後段の除塵装置にかかる負担を大幅に軽減することができ、活性炭吸着塔を設けた場合には、活性炭の吸着性能の低下を抑えることができ好ましい。

前記セメントキルン排ガスの処理装置において、前記流動層加熱装置を、前記セメントキルンを含むセメント焼成装置からの排ガスが導入される加熱ジャケットと、前記クリンカクーラの排ガスを流動層加熱炉内に導入するダクトとで構成することができる。これにより、クリンカクーラの高温の排ガスを流動層の形成にも利用し、セメントキルン排ガスに含まれるダストをより効率よく加熱し、水銀をさらに効率よく揮発させることができる。

また、本発明は、セメントキルン排ガスの処理方法であって、セメントキルンの排ガスに含まれるダストを集塵し、該集塵によって得られたダストをクリンカクーラの排ガスを利用して流動層を形成しながら加熱し、該加熱後の排ガスを除塵し、前記加熱によって揮発した水銀を回収することを特徴とする。本発明によれば、上記発明と同様に、水銀を効率よく揮発させることができるとともに、クリンカクーラの排ガスを加熱に用いた場合でも、セメント焼成装置の安定運転維持に与える影響は小さく、除塵装置を大型化する必要もなく、装置コストを低く抑えることもできる。

以上のように、本発明によれば、セメント焼成装置の安定運転を維持しながら、低コストで、セメントキルンから排出される燃焼排ガスから効率よく水銀を除去することができる。

本発明にかかるセメントキルン排ガスの処理装置の一実施の形態を説明するためのフローチャートである。 図１のセメントキルン排ガスの処理装置に用いられる流動層加熱装置を示す概略断面図である。

次に、本発明を実施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排ガスの処理装置の一実施の形態を示し、この処理装置１は、セメント焼成装置２に付設され、セメントキルン排ガスＧ１に含まれるダストを集塵する電気集塵装置７と、クリンカクーラ４から延設されたクーラ抽気ダクト（仮焼炉６に連結される２次空気ダクト）から分岐するクーラ抽気ダクト１１と抽気ガスＧ２のガス温度を調整するガス温度調整装置１２と、電気集塵装置７で集塵されたダスト（以下、「ＥＰダスト」という）Ｄ１を温度調整されたガスＧ３を用いて流動層を形成しながら加熱する流動層加熱装置８と、流動層加熱装置８から排出されたガスＧ４を除塵するバグフィルタ９と、バグフィルタ９を通過したガスＧ５から水銀を回収する水銀回収装置１０等で構成される。

セメント焼成装置２を構成するセメントキルン３、クリンカクーラ４、プレヒータ５及び仮焼炉６、並びに電気集塵装置７については、セメント製造装置で一般的に用いられているものであり、これらについての詳細説明は省略する。尚、電気集塵装置７の前段には、プレヒータ５に供給するセメント原料Ｒを生成するための原料系の設備等が配置される。

ガス温度調整装置１２は、クーラ抽気ダクト１１から分取された抽気ガスＧ２の温度を、５５０℃〜６００℃に調整するために設けられる。

流動層加熱装置８は、ＥＰダストＤ１を加熱するために設けられ、図２に示すように、縦型円筒状容器の側面に設けられる加熱ジャケット８ａと、ＥＰダストＤ１を流動させるためにガスＧ８を均一に吹き込むための複数のガス吹込口（不図示）を有する分散板８ｂと、ＥＰダストＤ１を投入するためのダスト投入口８ｃと、加熱処理したＥＰダストＤ２を排出するためのダスト排出口８ｄと、加熱に用いた後のガスＧ４を排出するためのガス排出口８ｅと、ＥＰダストＤ１の流動層を形成するための撹拌装置１３又は振動装置１４とで構成される。流動層加熱装置８には、図示を省略するが、上記各ガスＧ３、Ｇ４、Ｇ８を供給又は排出するためのダクトが連結される。

図１に戻り、バグフィルタ９は、ガスＧ４を集塵するために備えられる。このバグフィルタ９は、２００℃以上で使用可能であればよいが、４５０℃以上で使えるものが好ましい。例えば、ハニカムセル化した棒状のセラミック管を複数配列したものや、シート状のセラミックスフィルタを用いたものなど、様々なタイプのものが開発されているが、本発明においては、ガスＧ４に含まれる微粒子を集塵し得るものであれば、フィルタのタイプは特に限定されない。

水銀回収装置１０は、ガスＧ５から水銀を回収するために備えられる。尚、ガスＧ５は温度調節装置１５により１００℃〜１５０℃に調節される。水銀回収装置１０としては、一般的な吸着剤により水銀を吸着回収するガス吸着装置を用いることができ、より具体的には、乾式法として、活性炭や活性コークスなどの多孔質吸着媒体を固定層式又は移動層式の装置に充填し、これに通ガスすることで、ガス中に含まれる水銀を吸着回収する方法、キレート樹脂等の水銀を選択的に吸着する媒体を固定層式の装置に充填し、これに水銀を通ガスすることで、ガス中に含まれる水銀を吸着回収する方法等があり、湿式法として、スクラバーやスプレー塔等の湿式洗浄装置により水銀含有ガスを洗浄し、水銀を液相側にて回収する方法等を用いることができる。その他、水銀含有ガスの深度冷却による凝集析出法を用いることもできる。

次に、上記構成を有するセメントキルンの排ガス処理装置１の動作について、図１及び図２を参照しながら説明する。

セメントキルン３の運転時に、プレヒータ５に供給されたセメント原料Ｒは、プレヒータ５で予熱され、仮焼炉６で仮焼された後、セメントキルン３にて焼成されてセメントクリンカが生成される。一方、セメントキルン３から排出された排ガスＧ１は、セメントキルン３の窯尻部３ａ、仮焼炉６を経てプレヒータ５から排出され、ファン等（不図示）を介して電気集塵装置７に導入される。そして、電気集塵装置７で捕集したＥＰダストＤ１の一部を、このＥＰダストＤ１に含まれる水銀を除去するために流動層加熱装置８に供給する。

一方、クリンカクーラ４からクーラ抽気ダクト１１を介して排ガスを抽気し、この抽気ガスＧ２をガス温度調整装置１２によって５５０℃〜６００℃となるように温度調整した後、温度調整されたガスＧ３を流動層加熱装置８の加熱ジャケット８ａに供給する。そして、このガスＧ３と、流動層加熱装置８の底部の分散板８ｂから均一に供給されるガスＧ８によって、流動層加熱装置８に供給されたＥＰダストＤ１を流動層を形成しながら３５０〜４５０℃に加熱し、ＥＰダストＤ１に含まれる水銀を揮発させる。加熱ジャケット８ａから排出されるガスＧ７の一部はセメントキルン３系に戻され、残りはクーラ抽気ダクト１１に戻され加熱源として再利用される。流動層加熱装置８から排出されるダストＤ２は、セメントキルン３の原料系に戻される。

一方、水銀を含むガスＧ４は、バグフィルタ９に導入され、バグフィルタ９で回収されたダストＤ３は、セメント原料Ｒとして利用したり、流動層加熱装置８に供給して再加熱する。

次いで、バグフィルタ９から排出されたガスＧ５を水銀回収装置１０に導入し、ガスＧ５中の水銀を回収する。水銀回収装置１０で水銀が回収されて無害化したガスＧ６はセメントキルン３系に戻す。

以上のように、本実施の形態によれば、加熱効率に優れる流動層加熱装置８を用いるため、水銀を効率よく揮発させることができるとともに、流動層加熱装置８の加熱源としてクリンカクーラ４からの抽気ガスＧ２を利用して電気集塵装置７で捕集したＥＰダストＤ１を加熱するため、セメント焼成装置２の安定運転を阻害することもない。また、流動層加熱装置８において流動層を形成するためのガス量は少なくて済むため、バグフィルタ９及び水銀回収装置１０の処理能力を低く抑えることができて装置コストを低減することもできる。

尚、上記実施の形態においては、セメントキルン３の排ガスに含まれるダストを捕集するために電気集塵装置７を設けたが、電気集塵装置７に代えて、バグフィルタ、サイクロン、移動式集塵装置等を配置し、これらの集塵装置によってセメントキルン３の排ガスに含まれるダストを捕集し、流動層加熱装置８に供給するようにしてもよい。

また、流動層加熱装置８の熱源として、クリンカクーラ４からの抽気ガスＧ２以外に、プレヒータ５の上から２段目又は３段目のサイクロンの排ガスを利用することもできる。この場合でも、流動層加熱装置８において流動層を形成するためのガス量は少なくて済むため、セメント焼成装置２の安定運転維持に与える影響は小さい。但し、サイクロン内部において、ダスト濃度の比較的少ない天板から排ガスを抜き出したとしても、ダスト濃度が、８００ｇ／Ｎｍ³程度とかなり高いため、セメント焼成装置２の安定運転やバグフィルタ９等の装置コストの観点から緻密な管理が要求される。

一方、クリンカクーラ４の抽気ガスＧ２であれば、ダスト濃度が、高くても数十ｇ／Ｎｍ³程度とプレヒータ５の排ガスに比べると充分に低いため、上述のような緻密な管理が不要で、バグフィルタ９にかかる負担を軽減することができ、また、水銀回収手段として活性炭吸着塔を採用した場合において、活性炭の吸着性能を悪化させることもない。

直径０．５ｍ、高さ０．５ｍの流動層加熱器を試作してＥＰダストの加熱を行った。揮発した水銀を含む排ガスはバグフィルタにて除塵した後、排ガス温度を１００℃以下に調整し、活性炭層で揮発水銀を吸着除去した。

加熱器については、ＥＰダストは粒径が細かく、流動層形成ガス（流動層加熱器下部から分散板を通して供給されるガス）のみでは流動層が形成され難いため、加熱器上部に攪拌機を設置し、加熱器内部を撹拌することで安定した流動層を得られるように工夫した。また、熱ガスにより外壁加熱が可能となるように加熱ジャケットを設置した。

ＥＰダストとしては、既存のセメント製造装置の電気集塵機にて捕集した物を用いた。ＥＰダストは上部から加熱器へ供給して加熱後に下部より排出した。処理量は３０ｋｇ／ｈとし、３８０℃まで加熱して水銀を揮発させた。

ＥＰダストの加熱は、外部加熱（加熱器外壁から）と内部加熱（流動層形成ガスから）を組み合わせて行った。加熱源としては６００℃の熱ガスを使用して、加熱器手前で外壁加熱用ガスと流動層形成用ガスとに分岐して供給した。各々の風量は、外壁加熱用が３６Ｎｍ³／ｈ、流動層形成用に３０Ｎｍ³／ｈとした。

一方、比較例として、ＥＰダストを加熱するため、加熱源として６００℃×７５Ｎｍ³／ｈの熱ガスを使用し、気流中で加熱した。熱ガスの風量は気流によるダスト搬送を考慮して決定した。

この比較例においてもＥＰダストの処理量を３０ｋｇ／ｈとし、４２０℃まで加熱して水銀を挿発させた。ＥＰダストを含んだ熱ガスは、サイクロンにて固気分離した後、揮発した水銀を含む排ガスはバグフィルタにて除塵した。排ガス温度を１００℃以下に調節し、活性炭層で揮発水銀を吸着除去した。

上記実施例及び比較例におけるＥＰダストの加熱による水銀揮発に関するデータを表１に示す。同表に示すように、実施例としての流動層加熱は、比較例の気流加熱よりも低い加熱温度でも同様の水銀揮発率が得られ、効率よく水銀を揮発させることができるのが確認された。

次に、上記実施例及び比較例における活性炭層に関する試験データを表２に示す。尚、ＳＶ値は水銀吸着に必要とされる一般的な数値を設定した。

同表より、流動層加熱は気流加熱と比較して処理風量を少なくできるため、活性炭充填量を４０％減らしても同様の水銀除去率を得られた。これにより、装置の運転コストが低減できることが確認された。また、処理風量を少なくすることによってバグフィルタや活性炭層等の排ガス処理設備をコンパクトにすることができ、装置コストを低減できる。以上のように、本発明の水銀処理装置によれば、セメント焼成装置２の安定運転を維持しながら、低コストで、効率よく水銀を揮発除去することができる。

１ セメントキルン排ガスの処理装置
２ セメント焼成装置
３ セメントキルン
３ａ 窯尻部
４ クリンカクーラ
５ プレヒータ
６ 仮焼炉
７ 電気集塵装置
８ 流動層加熱装置
８ａ 加熱ジャケット
８ｂ 分散板
８ｃ ダスト投入口
８ｄ ダスト排出口
８ｅ ガス排出口
９ バグフィルタ
１０ 水銀回収装置
１１ クーラ抽気ダクト
１２ ガス温度調整装置
１３ 撹拌装置
１４ 振動装置
１５ 温度調節装置
Ｄ１ ＥＰダスト
Ｄ２〜Ｄ３ ダスト
Ｇ１ セメントキルン排ガス
Ｇ２ 抽気ガス
Ｇ３〜Ｇ８ ガス
Ｒ セメント原料

Claims (3)

1. セメントキルンの排ガスに含まれるダストを集塵する集塵装置と、
   該集塵装置で集塵されたダストをクリンカクーラの排ガスを利用して流動層を形成しながら加熱する流動層加熱装置と、
   該流動層加熱装置からの排ガスを除塵する除塵装置と、
   前記加熱によって揮発した水銀を回収する水銀回収装置とを備えることを特徴とするセ
   メントキルン排ガスの処理装置。
2. 前記流動層加熱装置は、前記セメントキルンを含むセメント焼成装置からの排ガスが導入される加熱ジャケットと、前記クリンカクーラの排ガスを流動層加熱炉内に導入するダクトとを備えることを特徴とする請求項１に記載のセメントキルン排ガスの処理装置。
3. セメントキルンの排ガスに含まれるダストを集塵し、
   該集塵によって得られたダストをクリンカクーラの排ガスを利用して流動層を形成しながら加熱し、
   該加熱後の排ガスを除塵し、
   前記加熱によって揮発した水銀を回収することを特徴とするセメントキルン排ガスの処
   理方法。

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