JP5652950B2 - 塩素バイパスシステム及び塩素バイパス抽気ガスの処理方法 - Google Patents

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、及びその排ガスを処理する方法に関する。

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。

このような塩素バイパスシステムとして、図２に示すように、セメントキルン３２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プローブ３３と、プローブ３３内に冷風を供給して抽気ガスＧ１を急冷する冷却ファン３４と、抽気ガスＧ１に含まれるダストの粗粉Ｄ１を分離する分級機としてのサイクロン３５と、サイクロン３５から排出された微粉Ｄ２を含む抽気ガスＧ２を冷却する冷却器３６と、冷却器３６に冷風を供給する冷却ファン３７と、冷却器３６で冷却された抽気ガスＧ２中のダストの微粉Ｄ２を集塵するバグフィルタ３８と、冷却器３６及びバグフィルタ３８から排出された微粉Ｄ２を回収するダストタンク３９等を備える塩素バイパスシステム３１が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

上記塩素バイパスシステム３１では、バグフィルタ３８の排ガスＧ３に多量のＳＯ_２が含まれるため、この排ガスＧ３をそのまま系外へ放出することができず、排気ファン４０を介して、排ガスＧ３をセメントキルン３２の排ガスを誘引するファン（ＩＤＦ）側に戻していた。この際、排ガスＧ３をセメントキルン３２に付設されるプレヒータに戻すと、セメント焼成系の熱損失の増加及びクリンカ生産量の低下を招くとともに、硫黄分の濃縮によるコーチングトラブルなどを引き起こすという問題がある。

他方、上記排ガスＧ３をセメント原料焼成系の燃料燃焼用空気として利用する方法が提案されているが、本方法では前述と同様に硫黄分が焼成工程に濃縮するため、硫黄分の濃縮によるコーチングトラブルなどを引き起こすという問題がある（特許文献２参照）。

そこで、上記種々の問題を解決するため、図３に示すように、セメントキルン６２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プローブ６３と、プローブ６３内に冷風を供給して抽気ガスＧ１を急冷する冷却ファン６４と、抽気ガスＧ１に含まれるダストの粗粉Ｄ１を分離する分級機としてのサイクロン６５と、サイクロン６５からの抽気ガスＧ２に含まれる微粉Ｄ２を集塵する湿式集塵機６６と、湿式集塵機６６から排出されるスラリーＳ２をケークＣとろ液Ｌとに固液分離する固液分離器６７とを備える塩素バイパスシステム６１が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

この塩素バイパスシステム６１では、サイクロン６５からの抽気ガスＧ２中のＳＯ_２を、湿式集塵機６６を循環するスラリーＳ１に含まれるカルシウム分と反応させ、固液分離器６７のケークＣ側に石膏として回収することで、排ガスＧ３をセメントキルン６２の排ガスを誘引するファン（ＩＤＦ）側に戻しても、煙突から大気に放出される排ガス中のＳＯ_２の増加を招くことがない。

特開平１１−０３５３５４号公報 特許第３５５２４６号公報 特開２００４−００２１４３号公報

上述のように、図３に示した塩素バイパスシステム６１は、塩素を除去しながらセメント焼成系の熱損失の増加及びクリンカ生産量の低下を回避し、硫黄分の濃縮も抑制することができるという特長を有する。しかし、塩素と硫黄を同時に除去するための湿式集塵機６６やろ液Ｌを処理する排水処理設備（不図示）が必要となるため、設備コストやランニングコストが上昇する。特に、上記塩素バイパスシステム３１から塩素バイパスシステム６１へ移行するには、多額の設備投資が必要となるという問題がある。そこで、低コストで、上記塩素バイパスシステム３１の諸問題を解決すると同時に、前記排ガスに含まれる有機分の除去、及び塩素除去効率の向上のための改善が望まれていた。

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、塩素バイパス排ガスを処理するにあたり、低コストで、セメント焼成系の熱損失の増加及びクリンカ生産量の低下を回避し、硫黄分の濃縮や系外への排出も抑制し、前記排ガスに含まれる有機分及び塩素分を同時に処理することが可能な塩素バイパスシステム及び塩素バイパス抽気ガスの処理方法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、塩素バイパスシステムであって、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、該プローブで抽気した燃焼ガスに含まれるダストを集塵する乾式集塵機と、アルカリ成分を溶解又はスラリー化した溶液を循環させて前記集塵後の抽気ガスに含まれる有害成分を除去・回収する吸着・吸収塔とを備えることを特徴とする。

そして、本発明によれば、乾式集塵機によってプローブで抽気した燃焼ガスに含まれるダストを集塵した後、吸着・吸収塔で抽気ガスに含まれる有機分等の有害成分及び塩素分を同時に処理可能であるため、新たに湿式集塵機や固液分離後の重金属等の高度な排水処理の設備を設置する必要がなく、低コストで塩素バイパス排ガスを処理することができる。また、塩素バイパスシステムで回収するダストは数μｍと微細なため、従来の吸着・吸収塔では圧損が高くなるなど、ランニングコストが高くなる虞があるが、本システムでは、前記ダストを捕集しているため、吸着・吸収塔において、導入した抽気ガスの除塵機能を最小限に抑えることができる。

また、前記吸着・吸収塔で抽気ガス中の有害成分を除去・回収するため、前記塩素バイパス排ガスをセメント原料焼成系の燃料燃焼用空気として利用したり、セメントキルンに付設されたプレヒータに戻す必要もなく、セメント焼成系の熱損失の増加及びクリンカ生産量の低下を招くこともない。さらに、硫黄分の濃縮によるコーチングトラブルも回避することができる。また、抽気ガス中の有害成分を除去・回収しているため、塩素バイパス排ガスをセメントキルンに付設されたプレヒータの排ガス出口側に戻した場合でも、煙突から大気に放出される排ガス中の有害成分が増加することもない。

上記塩素バイパスシステムは、前記吸着・吸収塔によって有害成分が除去・回収された抽気ガスを、前記セメントキルンに付設されたプレヒータの排ガス出口側に供給することができる。これにより、煙突から大気に放出される排ガス中の有害成分を抑制しながら、キルン内通風量を増加させ、クリンカ生産量を増加させることができる。

上記塩素バイパスシステムは、前記乾式集塵機の前段に、前記プローブで抽気した燃焼ガスを冷却する冷却器、又は該燃焼ガスより熱を回収する熱交換器を備えることができ、また、前記乾式集塵機の前段に、前記プローブ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分級機を備え、前記乾式集塵機は、該分級機から排出された微粉を含む抽気ガスを集塵することもできる。

前記除去・回収される有害成分は、硫黄分、有機分及びガス状塩素化合物から選択される少なくともいずれか一つとすることができる。有機分には、ＶＯＣやＰＯＰｓ等が含まれる。これらの有害成分は、原燃料としてセメント製造設備で使用される廃棄物中に含まれる成分、及び不完全燃焼等により発生し、該プローブで抽気した燃焼ガスにとともに抽気された成分であり、ダストに吸着されないため、前記排ガスとともに排出されるが、本システムではそれらを除去・回収することで、前記排ガスを清浄化することができる。

前記吸着・吸収塔におけるスラリーの塩素濃度を２％以下とすることができる。塩素濃度が２％以上では、吸着・吸収塔で生成した二水石膏が溶解しやすくなり、スケールが発生し、運転の支障となる。また、高度の排水処理が必要になり好ましくない。

前記吸着・吸収塔から排出されたスラリーを固液分離して得られたケーキをセメントに添加処理することができる。

また、本発明は、塩素バイパス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、該抽気した燃焼ガスに含まれるダストを乾式集塵し、アルカリ成分を溶解又はスラリー化した溶液を循環させて前記集塵後の抽気ガスに含まれる有害成分を除去・回収し、該有害成分を除去・回収した後の抽気ガスを、前記セメントキルンに付設されたプレヒータの排ガス出口側に供給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、低コストで塩素バイパス排ガスを処理することができ、セメント焼成系の熱損失の増加及びクリンカ生産量の低下を招くこともなく、その一方でクリンカ生産量を増加させることが可能となり、硫黄分の濃縮によるコーチングトラブルなども回避することができる。また、熱損失の増加及び減産の懸念がなくなり、煙突から大気に放出される排ガス中のＳＯ₂や有機分（ＶＯＣやＰＯＰｓ他）、塩素分が増加することもなくなるため、塩素バイパス率を大きくすることもできる。

上記塩素バイパス抽気ガスの処理方法において、前記乾式集塵を行う前に、前記キルン排ガス流路より抽気した燃焼ガスの一部を冷却することができ、前記乾式集塵を行う前に、前記キルン排ガス流路より抽気した燃焼ガスの一部に含まれるダストの粗粉を分離し、微粉を含む抽気ガスを乾式集塵することができる。

また、前記除去・回収される有害成分は、硫黄分、有機分及びガス状塩素化合物から選択される少なくともいずれか一つとすることができ、有機分としてＶＯＣやＰＯＰｓ等を除去・回収することができる。

さらに、塩素バイパス抽気率を１％以上３０％以下にすることができる。塩素バイパス排ガスをセメントキルンに付設されたプレヒータに戻した場合、セメントクリンカ生産量が減少するため、生産コストが増大する。本システムを導入することにより、前記排ガスに含まれる有害成分が除去されるため、セメントキルンの排ガスを誘引するファン（ＩＤＦ）側以降に戻した場合でも、煙突から大気に放出される排ガス中のＳＯ_２や有機分（ＶＯＣやＰＯＰｓ他）、塩素成分が増加することがなくなるため、最低限の抽気による熱損失だけに留めることができ、減産を行うことなく、増産効果を得ることができる。

該燃焼ガスに含まれる集塵後の排ガスの温度を５０℃以上２００℃以下にすることを特徴とする。排ガス温度が２００℃を超えると、水の蒸発量が多くなるため大量の水が必要になると共に、固形分がダクトや除去・回収装置内に付着するため好ましくない。一方、５０℃未満では設備の腐食による老朽化、修繕費の増加となるため好ましくない。

以上のように、本発明にかかる塩素バイパスシステム及び塩素バイパス抽気ガスの処理方法によれば、低コストで、セメント焼成系の熱損失の増加及びクリンカ生産量の低下を回避し、増産効果を得ることができる。また、硫黄分をはじめとする有害成分の濃縮や系外への排出を抑制しながら塩素バイパス排ガスを処理することができる。

本発明にかかる塩素バイパスシステムの一実施の形態を示すフロー図である。 従来の塩素バイパスシステムの一例を示すフロー図である。 従来の塩素バイパスシステムの他の例を示すフロー図である。

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説明する。

図１は、本発明にかかる塩素バイパスシステムの一実施の形態を示し、この塩素バイパスシステム１は、セメントキルン２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プローブ３と、プローブ３内に冷風を供給して抽気ガスＧ１を急冷する冷却ファン４と、抽気ガスＧ１に含まれるダストの粗粉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から排出された微粉Ｄ２を含む抽気ガスＧ２を冷却する冷却器６と、冷却器６に冷風を供給する冷却ファン７と、冷却器６で冷却された抽気ガスＧ２中の微粉Ｄ２を集塵するバグフィルタ８と、冷却器６及びバグフィルタ８から排出された微粉Ｄ２を回収するダストタンク９と、バグフィルタ８から排出される排ガスＧ３を清浄化する吸着・吸収塔１１とで構成され、図２に示した従来の塩素バイパスシステム３１の排ガス処理系の下流側に吸着・吸収塔１１を設置し、吸着・吸収塔１１の排ガスＧ４をセメントキルン２の排ガスを誘引するファン（ＩＤＦ）側に戻すことを特徴とする。

吸着・吸収塔１１は、微粉Ｄ２を除去した後の排ガスＧ３に含まれる硫黄分（ＳＯ_２等）や有機分（ＶＯＣやＰＯＰｓ等）、塩素分（ガス状塩素化合物）を除去するために備えられ、吸着・吸収塔１１内に薬剤としての消石灰等を噴霧して硫黄分や有機分、塩素分を除去する。

消石灰（Ｃａ（ＯＨ）_２）を噴霧した場合には、排ガスＧ３中に存在するＳＯ_２、ＨＣｌは消石灰と以下のように反応する。
ＳＯ_２＋Ｃａ（ＯＨ）_２→ＣａＳＯ_３・１／２Ｈ_２Ｏ＋１／２Ｈ_２Ｏ
ＣａＳＯ_３・１／２Ｈ_２Ｏ＋１／２Ｏ_２＋３／２Ｈ_２Ｏ→ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ
２ＨＣｌ＋Ｃａ（ＯＨ）_２→ＣａＣｌ_２＋２Ｈ_２Ｏ

これにより、排ガスＧ３中のＳＯ_２を回収するとともに、石膏（ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）を生成させることができ、ＨＣｌは排水とともにセメント製造工程系外に排出できる。尚、脱硫剤としては、消石灰以外にも、生石灰、仮焼したセメント原料（プレヒータの最下段サイクロン等から分取したセメント原料）、石炭灰等を用いることもできる。

次に、上記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。

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からの冷風によって、塩素化合物の融点である６００〜７００℃以下にまで急冷する。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を含む抽気ガスＧ２とに分離し、粗粉Ｄ１をセメントキルン系に戻す一方で、抽気ガスＧ２を冷却器６で冷却する。その後、バグフィルタ８において、抽気ガスＧ２中の微粉Ｄ２を集塵し、塩素バイパスダストとしてダストタンク９に回収する。

その一方で、微粉Ｄ２が除去されたガスＧ３を排気ファン１０を介して吸着・吸収塔１１に供給し、排ガスＧ３に脱硫剤としての消石灰等を噴霧する。これにより、ガスＧ３中の硫黄分や塩素分を消石灰等と反応させて石膏や塩化カルシウムを生成させる。また、有機分は化学反応しないが、循環するスラリーに捕捉される。硫黄分や有機分、塩素分が除去された排ガスＧ４は、セメントキルン２の排ガスを誘引するファン（ＩＤＦ）側に戻す。

尚、上記本実施の形態においては、吸着・吸収塔１１において消石灰等を噴霧してガスＧ３中の硫黄分を石膏として回収する消石灰−石膏方式を例示したが、これに限らず、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）や、重曹（ＮａＨＣＯ_３）を薬剤として使用することもできる。この場合、水酸化マグネシウムは、ＳＯ_２、ＨＣｌと反応して硫酸マグネシウム、塩化マグネシウムとなり、重曹は、硫酸ナトリウム、塩化ナトリウムとなって水に溶解する。

以上のように、本実施の形態によれば、湿式集塵機や高度な排水処理設備を導入せずに、吸着・吸収塔１１によって排ガスＧ３中の硫黄分を回収することができるため、塩素バイパス排ガスを、低コストで、セメント焼成系の熱損失の増加及びクリンカ生産量の低下を回避し、硫黄分の濃縮や系外への排出を抑制しながら処理することができる。その一方、キルン内通風量が増加するため、キルンでの焼成熱量を増やすことができ、それにより増産が可能となる。

吸着・吸収塔１１は、スプレー式、流動層式、充填式、多孔板式、高圧噴霧式など、有害物質の除去が可能なものであれば何れのタイプのものでも良い。

尚、硫黄分が除去された排ガスＧ４をセメントキルン２の排ガスを誘引するファン（ＩＤＦ）以降いずれの場所にも戻すことができ、さらに誘引するファン（ＩＤＦ）側に戻さずに、そのまま大気に放出することもできる。

表１は塩素バイパスを付設したセメントキルンにおける、塩素バイパスの抽気率と窯尻から熱ガスを抽気した分の熱ロス、該塩素バイパス排ガスをプレヒータに戻し、８００℃まで昇温させたときの熱損失とそれによるクリンカ生産の減産率の一例を、表２は該塩素バイパス排ガスをキルンの排ガスを誘引するファン（ＩＤＦ）側以降に戻したときの増産率を示したものである。尚、該塩素バイパス排ガスを誘引するファン（ＩＤＦ）側以降に戻した場合においても、熱ガスを抽気した分の熱ロスは発生する。本発明によれば、前記塩素バイパス排ガスをセメントキルンの排ガスを誘引するファン（ＩＤＦ）側以降に戻すことにより、表１に示す損失を抑制できる一方、表２に示す増産効果を得ることができる。

また、１０％未満の抽気率でも熱損失・減産抑制効果を有するが、ＩＤＦ側戻しで３０％の高抽気とした場合の熱損失327.9 kJ／kg-cli.は、抽気率が約６．３％でプレ戻しをした場合のトータル（熱ガス抽気＋プレ戻し）の熱損失と同程度となり、高抽気率になるほどその効果が増大する。

表３は微粉Ｄ２を集塵するバグフィルタ８から排出された排ガスの一部を分取し、消石灰スラリーを循環した吸着・吸収塔（スプレー式）での処理前後の濃度である。尚、処理ガス量は、１０ｍ^３Ｎ／ｍｉｎ、吸着・吸収塔での液ガス比は２５、スラリー濃度は１５％である。

１ 塩素バイパスシステム
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 冷却器
７ 冷却ファン
８ バグフィルタ
９ ダストタンク
１０ 排気ファン
１１ 吸着・吸収塔

Claims (13)

1. 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、
   該プローブで抽気した燃焼ガスに含まれるダストを集塵する乾式集塵機と、
   アルカリ成分を溶解又はスラリー化した溶液を循環させて前記集塵後の抽気ガスに含まれる有害成分を除去・回収する吸着・吸収塔とを備えることを特徴とする塩素バイパスシステム。
2. 前記吸着・吸収塔によって有害成分が除去された抽気ガスを、前記セメントキルンに付設されたプレヒータの排ガス出口側に供給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。
3. 前記乾式集塵機の前段に、前記プローブで抽気した燃焼ガスを冷却する冷却器、又は該燃焼ガスより熱を回収する熱交換器を備え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。
4. 前記乾式集塵機の前段に、前記プローブ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分級機を備え、前記乾式集塵機は、該分級機から排出された微粉を含む抽気ガスを集塵することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の塩素バイパスシステム。
5. 前記吸着・吸収塔で除去・回収される有害成分は、硫黄分、有機分及びガス状塩素化合物から選択される少なくともいずれか一つであ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。
6. 前記吸着・吸収塔におけるスラリーの塩素濃度を２％以下とす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。
7. 前記吸着・吸収塔から排出されたスラリーを固液分離して得られたケーキをセメントに添加処理することを特徴とする請求項５又は６に記載の塩素バイパスシステム。
8. 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、
   該抽気した燃焼ガスに含まれるダストを乾式集塵し、
   アルカリ成分を溶解又はスラリー化した溶液を循環させて前記集塵後の抽気ガスに含まれる有害成分を除去・回収し、
   該有害成分を除去・回収した後の抽気ガスを、前記セメントキルンに付設されたプレヒータの排ガス出口側に供給することを特徴とする塩素バイパス抽気ガスの処理方法。
9. 前記乾式集塵を行う前に、前記キルン排ガス流路より抽気した燃焼ガスの一部を冷却することを特徴とする請求項８に記載の塩素バイパス抽気ガスの処理方法。
10. 前記乾式集塵を行う前に、前記キルン排ガス流路より抽気した燃焼ガスの一部に含まれるダストの粗粉を分離し、微粉を含む抽気ガスを乾式集塵することを特徴とする請求項８又は９に記載の塩素バイパス抽気ガスの処理方法。
11. 前記除去・回収される有害成分は、硫黄分、有機分及びガス状塩素化合物から選択される少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項８、９又は１０に記載の塩素バイパス抽気ガスの処理方法。
12. 前記塩素バイパス抽気率を１％以上３０％以下とすることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載の塩素バイパス抽気ガスの処理方法。
13. 前記集塵後の抽気ガスの温度を５０℃以上２００℃以下とすることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれかに記載の塩素バイパス抽気ガスの処理方法。

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