JP5528743B2 - セメントキルン抽気ガスの処理システム及び処理方法 - 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システム及び処理方法に関し、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システム等に関する。
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５に示すように、セメントキルン４２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、燃焼ガスの一部を冷却しながら抽気するプローブ４３と、プローブ４３に冷風を供給する冷却ファン４４と、プローブ４３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４５と、サイクロン４５の排ガスに含まれる微粉を湿式集塵する湿式集塵機４６と、湿式集塵機４６から排出される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と、湿式集塵機４６から排出される清浄ガス（以下、「湿式集塵機の排ガス」という）を誘引する誘引ファン４８等で構成される。
また、湿式集塵機４６は、微粉を含む抽気ガスをスラリー中の水分と接触させて冷却するスクラバ４６ａと、スクラバ４６ａとの間で集塵ダストスラリーを循環させる循環液槽４６ｂと、工水を噴霧する洗浄塔４６ｃとを備える。
上記構成において、セメントキルン４２の燃焼ガスの一部をプローブ４３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４５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集塵機４６に導き、循環液槽４６ｂから供給されるスラリーの水分等によって冷却する。そして、ガス中の微粉を湿式集塵機４６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する（例えば、特許文献１参照）。
しかし、セメントキルン抽気ガスの処理に湿式集塵機４６を用いた場合には、多量の工水が必要になるため、運転コストの増大を招く要因となる。また、十分な水量を確保し易い場所でなければ、設備を導入することが困難となるため、導入可能な国や地域が制限されるという問題もある。
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、湿式集塵機を用いたセメントキルン抽気ガスの処理にあたっての水の使用量を低減することができ、運転コストの削減や十分な水量を確保し難い地域への対応を図ることが可能な処理システム等を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明者は、先ず、セメントキルン抽気ガスを湿式集塵機により処理した場合の水量バランスに着目し、処理設備の全体において、各所の水量を調査した。その結果、下記のように、設備から排出される物質の一部に偏った状態で水分が存在し、また、それらを大気放出していることが判明した。
図１は、５０ｍ3Ｎ／ｍｉｎのセメントキルン抽気ガスを湿式集塵機を用いて処理した場合の水量バランスの測定例を示すものであるが、同図に示されるように、湿式集塵機の後段に設置した固液分離器のろ液及びケーキに含まれる水量が合計で３．６ｋｇ／ｍｉｎであるのに対して、湿式集塵機の排ガスに含まれる水量が約２倍の７．０ｋｇ／ｍｉｎとなっている。すなわち、湿式集塵機で与えた水分（工水）の多くが排ガス側に移行しており、これらの水分は、排ガスとともに大気へ放出されている。
本発明は、水分含有率の高い湿式集塵機の排ガスに着目した上で、その有効利用を図ったものであり、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された抽気ガスに含まれるダストを湿式集塵機によって湿式集塵するセメントキルン抽気ガスの処理システムであって、前記湿式集塵機から排出される排ガス中の水蒸気を凝縮させて水を回収する凝縮装置と、該凝縮装置により水分が回収された後の排ガスから有機有害物質を吸着除去する除去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、水分含有率の高い湿式集塵機の排ガスから水分を回収するため、効率的に水分を回収することができ、例えば、回収した水分を湿式集塵時の工水として再利用することで、水の使用量を効果的に低減することが可能になる。これにより、運転コストを削減したり、十分な水量を確保し難い地域への設備の導入を促進することが可能になる。さらに、湿式集塵機から排出される排ガス中の水蒸気を凝縮させて水を回収するため、排ガス中の水分を効率的に回収することができ、湿式集塵時の工水等として有効に活用することが可能になる。また、湿式集塵機の排ガスを誘引するファンでの異物の付着を抑制することもでき、振動や騒音を低減することが可能になる。加えて、除去装置によって、前記凝縮装置により水分が回収された後の排ガスから有機有害物質を効率よく除去することが可能になる。
上記セメントキルン抽気ガスの処理システムにおいて、前記除去装置が、水分の回収後に再加熱された排ガスから有機有害物質を吸着除去することができる。
また、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抽気された抽気ガスに含まれるダストを湿式集塵機によって湿式集塵するセメントキルン抽気ガスの処理システムであって、前記湿式集塵機から排出される排ガス中の水分を回収し、該湿式集塵機から排出された排ガスを、前記キルン排ガス流路より抽気した抽気ガスを冷却する冷風として使用し、冷却後の抽気ガスに同伴させて前記湿式集塵機の入口部に導くことを特徴とする。本発明によれば、水分含有率の高い湿式集塵機の排ガスから水分を回収するため、効率的に水分を回収することができ、例えば、回収した水分を湿式集塵時の工水として再利用することで、水の使用量を効果的に低減することが可能になる。これにより、運転コストを削減したり、十分な水量を確保し難い地域への設備の導入を促進することが可能になる。さらに、湿式集塵機の排ガスに含まれていた水分の多くを、湿式集塵機の入口部に戻して回収することができ、その結果として、湿式集塵機での工水の噴霧量を低減することが可能になる。
上記セメントキルン抽気ガスの処理システムにおいて、前記湿式集塵機から排出された排ガスに含まれる有機有害物質を分解除去する除去装置を備えることができる。
また、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抽気された抽気ガスに含まれるダストを湿式集塵するセメントキルン抽気ガスの処理方法であって、湿式集塵後の抽気ガス中の水蒸気を凝縮させて水を回収し、該回収後の抽気ガスから有機有害物質を吸着除去することを特徴とする。本発明によれば、前記発明と同様に、効率的に水分を回収することができ、例えば、回収した水分を湿式集塵時の工水として再利用することで、水の使用量を効果的に低減することが可能になる。さらに、湿式集塵後の抽気ガス中の水蒸気を凝縮させて水を回収するため、抽気ガス中の水分を効率的に回収することができ、湿式集塵時の工水等として有効に活用することが可能になる。また、有機有害物質を吸着除去することによって、前記凝縮により水分が回収された後の抽気ガスから有機有害物質を効率よく除去することが可能になる。
以上のように、本発明によれば、湿式集塵機を用いたセメントキルン抽気ガスの処理にあたっての水の使用量を低減することができ、運転コストの削減や十分な水量を確保し難い地域への対応を図ることが可能になる。
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図２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の窯尻からプレヒータの最下段サイクロン（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、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５と、サイクロン５の排ガスＧ２に含まれる微粉Ｄ２を湿式集塵する湿式集塵機６と、湿式集塵機６から排出される排ガスＧ３を冷却し、排ガスＧ３に含まれる水分を回収する熱交換器８と、冷却後の排ガスＧ３’からダイオキシン類等の有機有害物質を除去する除去装置９と、湿式集塵機６の排ガスＧ３を誘引する誘引ファン１０等で構成される。
湿式集塵機６は、サイクロン５の排ガスＧ２に含まれる水溶性成分（主として塩素化合物）を溶解させたり、排ガスＧ２中の硫黄分（ＳＯ2）を、微粉Ｄ２に含まれる生石灰（ＣａＯ）が水と反応して生じた消石灰（Ｃａ（ＯＨ）2）や、消石灰貯槽（不図示）から添加した消石灰と反応させ、石膏（ＣａＳＯ4・２Ｈ2Ｏ）を生成するなどの目的で備えられる。この湿式集塵機６は、排ガスＧ２をスラリーＳ中の水分と接触させてガスの冷却、硫黄分の除去、除塵を行うスクラバ６ａと、スクラバ６ａからのスラリーを受け、スクラバ６ａに供給するための循環液槽６ｂと、工水を噴霧する洗浄塔６ｃとから構成される。また、スクラバ６ａと循環液槽６ｂとの間には、スラリーＳを循環させるためのポンプ６ｄが設けられる。
熱交換器８は、湿式集塵機６の洗浄塔６ｃから排出される排ガスＧ３を冷却するために備えられ、排ガスＧ３中の水蒸気を凝縮させて液状水に戻す凝縮装置としての役割を果たす。尚、洗浄塔６ｃの排ガスＧ３は比較的に温度が低い（５０〜６０℃）ため、熱交換器８として、圧縮機、凝縮器及び膨張弁を用いて循環熱媒を圧縮・膨張させながら熱交換を行う高効率の熱交換器を使用することができ、これにより、排ガスＧ３からの水分の回収率を向上させることが可能になる。
除去装置９は、水分が回収された後の排ガスＧ３’に含まれるダイオキシン類等の有機有害物質を吸着して除去するために備えられる。吸着剤としては、例えば、活性炭を用いることができ、この場合には、排ガスＧ３’中に存在するダイオキシン類（ＰＣＤＤ、ＰＣＤＦ、ｃｏ−ＰＣＢ）及びポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢｓ）等の残留性有機汚染物質（ＰＯＰｓ）や揮発性有機汚染物質（ＶＯＣ）等を除去することができ、さらには、排ガスＧ３’中の硫黄分を除去することもできる。尚、有機汚染物質の吸着剤には、活性炭以外にも、活性コークス、石炭、石炭灰、高炉灰及び未燃カーボンを含む灰等を用いることができる。また、除去装置９に触媒、例えば、チタン・バナジウム触媒等の酸化系触媒や、白金・パラジウム・ロジウム及びルテニウムから選択された貴金属を有する貴金属系触媒等、ＰＯＰｓ、ＶＯＣを除去できるいずれの触媒を配置してもよい。
次に、上記構成を有するセメントキルン抽気ガスの処理システム１の動作について、図２を参照しながら説明する。
セメントキルン２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３によって抽気すると同時に、冷却ファン４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以下にまで冷却する。次いで、サイクロン５において、プローブ３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５の排ガスＧ２を湿式集塵機６に導入し、スクラバ６ａ、循環液槽６ｂ及び洗浄塔６ｃを経て排ガスＧ２中のダストを湿式集塵する。その後、湿式集塵機６のスラリーＳを固液分離器（不図示）に供給し、石膏と、ＫＣｌを含む塩水とに分離する。
これと併行して、湿式集塵機６の洗浄塔６ｃから排出される排ガスＧ３を熱交換器８に導いて冷却し、排ガスＧ３に含まれる水蒸気を凝縮させて液状水を生成する。生成した水は、回収して洗浄塔６ｃでの噴霧水に再利用したり、セメント製造工場内での他の設備で使用する工水として再利用する。
熱交換器８での冷却後、水分を回収した排ガスＧ３’を除去装置９に導き、活性炭等の吸着剤を添加してダイオキシン類等を除去する。尚、吸着剤によるダイオキシン類等の除去にあたっては、処理対象ガスの水分含有率が高いと、ダイオキシン類等の吸着効率が低下するといった問題がある。しかし、本実施の形態においては、水分を回収した後の排ガスＧ３’を除去装置９に導くため、ダイオキシン類等の吸着効率を向上させることができ、有機有害物質を効率よく除去することが可能になる。
ダイオキシン類等が除去された排ガスＧ４は、誘引ファン１０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。このとき、誘引ファン１０に導入される排ガスＧ４は、水分が回収されて含水率が低くなっているため、誘引ファン１０に異物（石膏等）が付着するのを抑制することができ、振動や騒音を低減することが可能になる。
以上のように、本実施の形態によれば、湿式集塵機６から排出された排ガスＧ３を冷却し、排ガスＧ３中の水蒸気を凝縮させて水分を回収するため、水の使用量を低減することが可能になる。すなわち、回収した水を洗浄塔６ｃでの噴霧水等に再利用することで、その分、新規水（再利用でない水）の使用量を減らすことができ、運転コストを削減したり、十分な水量を確保し難い地域への設備の導入を促進することが可能になる。特に、水分含有率の高い湿式集塵機６の排ガスＧ３から水分を回収するため、処理システム１内に存在する用済み水分を効率的に回収することができ、水の使用量を効果的に低減することが可能になる。
尚、上記実施の形態においては、熱交換器８で冷却した排ガスＧ３’をそのまま除去装置９に導くが、排ガスＧ３’の温度が低くなり過ぎる場合もあるため、図３に示すように、冷却後の排ガスＧ３’を熱交換器８で再加熱してから除去装置９へ導くようにしてもよい。
また、上記実施の形態においては、サイクロン５で粗粉Ｄ１を分級した後に、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２を湿式集塵機６に導入するが、サイクロン５を設けることなく、プローブ３で抽気した抽気ガスＧ１を湿式集塵機６に直接導入してもよい。
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。尚、図４において、図２及び図３の処理システムと同一の構成要素については、同一符号を付す。
同図に示すように、処理システム２０は、セメントキルン２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、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５と、サイクロン５の排ガスＧ２に含まれる微粉Ｄ２を湿式集塵する湿式集塵機６と、湿式集塵機６の排ガスＧ３を誘引する誘引ファン２１と、排ガスＧ３の一部を抽気し、冷却ファン４に導く分岐管路２２と、管路２２を流れる排ガスＧ５からダイオキシン類等の有機有害物質を除去する除去装置２３等で構成される。
分岐管路２２は、湿式集塵機６の排ガスＧ３の７０〜８０％を抽気するために備えられ、湿式集塵機６の洗浄塔６ｃの出口から誘引ファン２１に繋がる管路２１ａの途中に付設される。
除去装置２３は、抽気された排ガスＧ５に含まれるダイオキシン類等を分解除去するために備えられる。この除去装置２３は、排ガスＧ５に水蒸気が多く含まれる点を積極的に利用してダイオキシン類等の分解除去を図るものであり、排ガスＧ５にオゾンＯ3を添加した上で、紫外線の照射や過酸化水素水（Ｈ2Ｏ2）の添加を行い、排ガスＧ５中の水蒸気、オゾンＯ3及び有機有害物質を反応させる。
次に、上記構成を有するセメントキルン抽気ガスの処理システム２０の動作について、図４を参照しながら説明する。但し、図２の処理システム１と同様の動作に関しては、適宜、説明を省略する。
サイクロン５の排ガスＧ２に含まれるダストを湿式集塵機６で湿式集塵した後、洗浄塔６ｃから排出される排ガスＧ３の一部を分岐管路２２を通じて冷却ファン４に導く。その過程で、除去装置２３により、抽気した排ガスＧ５にオゾンＯ3を添加するとともに、紫外線の照射や過酸化水素水の添加を行う。この結果、排ガスＧ５においては、オゾンＯ3が励起されて酸素原子Ｏｘが生成されるとともに（Ｏ3＋ｈν→Ｏ2＋Ｏｘ）、励起状態の酸素原子Ｏｘに水蒸気成分が取り付いてヒドロキシルラジカルが生成される（Ｈ2Ｏ＋Ｏｘ→２ＨＯ）。そして、ヒドロキシルラジカルの強い酸化力によりダイオキシン類が分解され、排ガスＧ５に含まれる有機有害物質が除去される。
次いで、有機有害物質を除去した後の排ガスＧ６を冷却ファン４を介してプローブ３に供給し、キルン排ガス流路より抽気した燃焼ガスを冷却する冷風として使用する。冷風として供給された排ガスＧ６は、プローブ３内に流入して抽気ガスと接触した後、冷却後の抽気ガスＧ１に同伴してプローブ３の出口部から排出される。
その後は、サイクロン５を経て湿式集塵機６のスクラバ６ａに導かれるため、洗浄塔６ｃの排ガスＧ３に含まれていた水分の多くは、湿式集塵機６のスクラバ６ａに戻されて回収されることになる。これにより、湿式集塵機６への水分の持ち込み量が増加されるため、その分、洗浄塔６ｃでの工水の噴霧量を低減することができ、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。
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
６ｄ ポンプ
８ 熱交換器
９ 除去装置
１０ 誘引ファン
２０ セメントキルン抽気ガスの処理システム
２１ 誘引ファン
２１ａ 管路
２２ 分岐管路
２３ 除去装置
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
６ｄ ポンプ
８ 熱交換器
９ 除去装置
１０ 誘引ファン
２０ セメントキルン抽気ガスの処理システム
２１ 誘引ファン
２１ａ 管路
２２ 分岐管路
２３ 除去装置
Claims (5)
- 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された抽気ガスに含まれるダストを湿式集塵機によって湿式集塵するセメントキルン抽気ガスの処理システムであって、
前記湿式集塵機から排出される排ガス中の水蒸気を凝縮させて水を回収する凝縮装置と、
該凝縮装置により水分が回収された後の排ガスから有機有害物質を吸着除去する除去装置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。 - 前記除去装置は、水分の回収後に再加熱された排ガスから有機有害物質を吸着除去する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システム。
- 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された抽気ガスに含まれるダストを湿式集塵機によって湿式集塵するセメントキルン抽気ガスの処理システムであって、
前記湿式集塵機から排出される排ガス中の水分を回収し、
該湿式集塵機から排出された排ガスを、前記キルン排ガス流路より抽気した抽気ガスを冷却する冷風として使用し、冷却後の抽気ガスに同伴させて前記湿式集塵機の入口部に導く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。 - 前記湿式集塵機から排出された排ガスに含まれる有機有害物質を分解除去する除去装置を備えることを特徴とする請求項３に記載のセメントキルン抽気ガスの処理システム。
- 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された抽気ガスに含まれるダストを湿式集塵するセメントキルン抽気ガスの処理方法であって、
湿式集塵後の抽気ガス中の水蒸気を凝縮させて水を回収し、
該水分が回収された後の抽気ガスから有機有害物質を吸着除去す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。
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