JP5864229B2 - セメント焼成装置 - Google Patents

Description

本発明は、塩素、硫黄、アルカリ、放射性物質等の有害物質を除去しながら、セメントクリンカを焼成するセメント焼成装置に関する。

従来、セメント焼成装置のプレヒータ等における閉塞等の問題を引き起こす原因となる塩素、硫黄、アルカリ等を除去するため、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、抽気ガス中に含まれている上記物質を取り除くバイパスシステムが用いられている。

例えば、特許文献１には、塩素を除去する塩素バイパスシステムとして、プレヒータライジングダクトからプローブを用いて排ガスの一部を抽気し、抽気された排ガスをハロゲンの融点の６００〜７００℃以下にまで低下させてハロゲンを排ガス中のダストに付着させ、このダストをダスト捕集装置にて３００℃以上の高温状態のまま捕集し、ハロゲンが付着したダストをプローブに搬送し、ダスト除去後の排ガスをサスペンションプレヒータ排ガスラインへ戻すセメント焼成設備の排ガス処理装置が開示されている。

また、特許文献２には、アルカリを除去するアルカリバイパスシステムとして、セメントキルン排ガスの一部をキルンから抽気し、抽気したキルン排ガスに冷空気を混合して排ガス温度をアルカリ化合物の融点以下の６００〜７００℃に低下させてアルカリ分の付着したダストとした後、分級器に導いて排ガス中に存在するダスト粒径の１０μｍまでの粗粒ダストを分離してキルンへ戻すと共に、残余の微粒ダストを含む排ガスをボイラへ導いて熱回収した後、集塵機により微粒ダストを除去するセメントキルン排ガスの処理方法が開示されている。

特許第４６８９５１４号公報 特公平５−５０４５８号公報

しかし、上記従来のバイパスシステムでは、セメントキルン排ガス流路からの燃焼排ガスの抽気量が増加すると、燃焼排ガスを冷却しながら抽気するためのプローブの径が大きくなって排ガス流路に設置するのが困難になるため、抽気ガス量は、セメントキルンから排出される燃焼排ガスの全量に対して１０％程度以下に抑えられていた。そのため、廃棄物を含む原燃料の使用量を増加させたい場合でも、抽気ガス量を増加させることができず、廃棄物の処理量が低く抑えられていた。

一方、焼却灰や下水汚泥等を原料として利用するエコセメント焼成装置では、セメントキルンの燃焼排ガスに多量の塩素を含むため、セメントキルンの燃焼排ガスをすべて系外に排出しているが、同様の構成を有するセメント焼成装置で、通常のセメント原料と廃棄物の両方を用いてセメントを焼成した場合には、廃棄物の処理量を増加させることができるものの、セメントキルンの燃焼排ガスをセメント原料の予熱や仮焼等に全く利用することができないため、熱量原単位が大幅に上昇すると共に、セメントキルン排ガスの処理コストが高額になり、製造コストが増大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、セメントクリンカの製造コストの上昇を抑えながら、廃棄物の処理量を増加させることなどが可能なセメント焼成装置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、セメント焼成装置であって、セメントキルンと、該セメントキルンに付設され、セメント原料を予熱及び仮焼する仮焼炉付きプレヒータと、前記セメントキルンから排出される燃焼排ガスを冷却するため、空冷部及び水冷部を有する冷却塔であって、前記セメントキルンから排出される燃焼排ガスの全量に対して３０％以上１００％未満の燃焼排ガスを冷却する冷却塔とを備えることを特徴とする。

そして、本発明によれば、セメントキルンから排出される燃焼排ガスの全量に対して３０％以上１００％未満の燃焼排ガスを、仮焼炉付きプレヒータを通過させずに、冷却塔を介して冷却することができるため、廃棄物の処理量、又は処理する廃棄物の有害物質含有率、あるいは製造されるセメントクリンカの有害物質含有許容値に応じて、仮焼炉付きプレヒータ又は冷却塔へのセメントキルン排ガスの供給量を調整することができ、セメントクリンカの製造コストの上昇を抑えながら、廃棄物の処理量を増加させることなどが可能となる。

また、本発明によれば、冷却塔が空冷部及び水冷部とを備えるため、冷却塔へのセメントキルン排ガスの供給量が大きく変動した場合でも、冷却塔への前記燃焼ガスの供給量が所定量以下の場合には空冷部で冷却し、冷却塔への燃焼ガスの供給量が所定量を超える場合には、冷却塔の空冷部及び水冷部で冷却することができるため、冷却塔内の通風量の変動を最小限に抑えることができ、冷却塔、ひいてはセメント焼成装置の安定運転を維持することができる。

上記セメント焼成装置において、前記冷却塔は、内壁面に冷風膜を形成する手段を備えることができ、これによって、冷却塔へのセメントキルン排ガスの供給量が多く、冷却水量が多い場合でも、冷却塔の内壁面を冷風で被うことで、内壁面への固結（コーチング）の生成を最小限に抑え、冷却塔の安定運転を維持することができる。

上記セメント焼成装置において、前記セメントキルンから排出される燃焼排ガスの前記仮焼炉付きプレヒータへの供給量と、前記冷却塔への供給量とを制御する制御手段とを備えることができる。これにより、セメントクリンカの製造コストと廃棄物の処理量のバランスを所望の範囲で変更することができる。

上記セメント焼成装置において、前記制御手段は、前記仮焼炉付きプレヒータの後段に配置されたファンと、前記冷却塔の後段に配置されたファンの各々の出力を制御することにより、前記供給量の制御を行うことができる。また、前記仮焼炉を流動床式、流動層式、噴流層式又は気流式燃焼炉とすることができる。

上記セメント焼成装置において、前記仮焼炉に熱風を吹き込む熱風炉を備えることができ、仮焼炉での原燃料の持ち上げ風量が不足している場合に容易に対応することができる。

上記セメント焼成装置において、前記仮焼炉に、可燃性廃棄物を直接該仮焼炉に投入するための投入口を設けることができる。これにより、可燃性廃棄物を燃料として利用しながら処理することができる。

また、前記セメントキルンに、汚染物質を直接該セメントキルン投入するための投入口を備えることができる。これにより、汚染物質をできるだけ人手に触れさせずに速やかに処理することができる。

以上のように、本発明によれば、セメントクリンカの製造コストの上昇を抑えながら、廃棄物の処理量を増加させることのできるセメント焼成装置を提供することができる。

本発明に係るセメント焼成装置の一実施の形態を示す全体構成図である。 本発明に係るセメント焼成装置を用いた場合のセメントキルンから排出される燃焼排ガスの全量に対する冷却塔３１へ導入される排ガスの割合（抽気率）と冷却塔通風量との関係を示すグラフである。

次に、本発明を実施するための形態について、図１を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明に係るセメント焼成装置の一実施の形態を示し、このセメント焼成装置１は、セメントキルン２１と、仮焼炉２２と、サスペンションプレヒータ（以下、「プレヒータ」という）２３と、クリンカクーラ２４と、熱風炉２５と、除染系排ガス処理装置３と、可燃物焼却系排ガス処理装置４等で構成される。

セメントキルン２１は、セメントキルン２１へ焼成対象物を供給するための投入口２１ａと、微粉炭等の化石燃料Ｆ１を噴出してセメントキルン２１内への供給物を焼成するためのバーナ２１ｂを備える。

仮焼炉２２は、微粉炭等の化石燃料Ｆ２を噴出するバーナ（不図示）と、伐採木等の可燃物Ｃの投入口２２ａとを備え、炉の底部にクリンカクーラ２４及び熱風炉２５からの高温空気Ｈが燃焼用空気として導入される。この仮焼炉２２には、流動床式、流動層式、噴流層式又は気流式燃焼炉の仮焼炉を使用することができる。

プレヒータ２３は、サイクロンが３段にわたって配列され、最上段サイクロン２３ａの入口ガスダクトにセメント原料Ｒが供給され、最下段サイクロン２３ｂの原料出口部に連結されたシュート２３ｃがセメントキルン２１の投入口２１ａに接続される。尚、サイクロンの段数は３段に限定されない。

熱風炉２５は、仮焼炉２２に熱風を吹き込むために備えられ、クリンカクーラ２４からの抽気ガスと共に仮焼炉２２の底部に高温空気Ｈを導入する。この熱風炉２５は、仮焼炉２２での原燃料の持ち上げ風量が不足している場合に用いられる。

除染系排ガス処理装置３は、セメントキルン２１の後段に配置され、セメントキルン２１から排出された燃焼排ガス（以下「排ガス」という）のうち仮焼炉２２に導入されなかった残りの排ガスＧ２を冷却する冷却塔３１と、冷却塔３１の後段に配置された１次集塵機３２及び２次集塵機３３と、集塵機３２、３３によって濃縮アルカリ塩等のダストが除去された排ガスＧ５を系外へ排気するファン３４から構成される。

冷却塔３１は、セメントキルン２１の排ガスＧ２を冷却するため、エアノズル（空冷部）３１ａ、３１ｂ及び散水装置（水冷部）３１ｃを備える。エアノズル３１ｂは、冷却塔３１の内壁に沿って冷風膜（エアカーテン）３１ｄを形成するために設けられる。尚、エアノズル３１ａ、３１ｂ及び散水装置３１ｃの設置箇所は、冷却塔３１の下端部に限定されない。

１次集塵機３２は、濃縮されたアルカリ塩等を含むダストＤ１を集塵するために備えられ、バグフィルタ等が用いられる。

２次集塵機３３は、アルカリ塩等を除去した後の排ガスＧ４に含まれる酸性ガス等を除去するために設けられ、酸性ガス等を吸着したダストＤ２が回収される。この２次集塵機３３にもバグフィルタ等が用いられる。

可燃物焼却系排ガス処理装置４は、プレヒータ２３の最上段サイクロン２３ａから排出される排ガスＧ７を処理するために備えられ、集塵機４１と、その後段にファン４２が配置される。集塵機４１は、排ガスＧ７に含まれる燃焼灰を含むダストＤ３を除去するために備えられ、バグフィルタ等が用いられる。

次に、上記構成を有するセメント焼成装置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２１のバーナ２１ｂから燃料Ｆ１を噴出してセメントキルン２１内で燃焼させ、ファン３４及びファン４２の各々の出力を制御し、仮焼炉２２及び冷却塔３１の各々への排ガスＧ１、Ｇ２の供給量を所定の割合に制御する。

プレヒータ２３にセメント原料Ｒを投入すると共に、伐採木等の可燃物Ｃを仮焼炉２２に投入し、クリンカクーラ２４及び熱風炉２５からの高温空気Ｈを燃焼用空気として用い、微粉炭等の燃料Ｆ２と共に燃焼させて燃焼焼却する。尚、仮焼炉２２への排ガスＧ１の供給量が多く、仮焼炉２２での原燃料の持ち上げ風量が充分である場合には、熱風炉２５を用いずに、クリンカクーラ２４からの抽気ガスのみを仮焼炉２２に導入することができる。

仮焼炉２２の排ガスＧ６は、プレヒータ２３の最下段サイクロン２３ｂ〜最上段サイクロン２３ａへと流れ、この際、排ガスＧ６や排ガスＧ６に含まれる燃焼灰の顕熱によって、プレヒータ２３に投入されたセメント原料Ｒが加熱され、脱炭酸する。

脱炭酸原料Ｍは、仮焼炉２２から最下段サイクロン２３ｂ、シュート２３ｃを経て投入口２１ａからセメントキルン２１へ供給される。

一方、プレヒータ２３の最上段サイクロン２３ａからの排ガスＧ７は、集塵機４１へ導入され、排ガスＧ７に含まれる可燃物Ｃの焼却灰等からなるダストＤ３が回収された後、清浄化された排ガスＧ８がファン４２によって系外へ排出される。回収されたダストＤ３は、脱炭酸原料Ｍと共に、セメントキルン２１の投入口２１ａへ供給される。

可燃物Ｃは、仮焼炉２２内で燃焼し、可燃物Ｃに含まれていたアルカリ化合物は、仮焼炉２２内で揮発するか、揮発せずに焼却灰と共に仮焼炉２２から排出されるが、いずれにしてもプレヒータ２３における排ガスＧ６の温度の低下に伴ってダストＤ３又は脱炭酸原料Ｍに取り込まれた状態でセメントキルン２１の投入口２１ａに供給される。

セメントキルン２１には、上記脱炭酸原料Ｍ及びダストＤ３と共に、汚染土壌等の汚染物質Ｓを投入口２１ａから投入する。また、汚染物質Ｓに加え、反応促進剤Ｂとしてセメントキルン２１内のアルカリ総量に対して当量以上の塩素源（塩化カルシウム（ＣａＣｌ₂）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）等）を投入口２１ａからセメントキルン２１内へ投入する。

汚染物質Ｓ、脱炭酸原料Ｍ及びダストＤ３に含まれていたアルカリ化合物は、セメントキルン２１内で塩素源から生じた塩素と反応して塩化アルカリとなって揮発し、排ガスＧ２に含まれた状態で冷却塔３１へ導入される。

冷却塔３１において、排ガスＧ２は、エアノズル３１ａ、３１ｂから吹き込まれた冷却空気、及び散水装置３１ｃから噴霧された水によって急激に冷却され、排ガスＧ２に含まれていた塩化アルカリが固体状のアルカリ塩となってダストに付着する。

図２は、セメントキルン２１から排出される燃焼排ガスの全量（Ｇ１＋Ｇ２）に対する、冷却塔３１へ導入される排ガスＧ２の割合（以下「抽気率」という）と、冷却塔３１での冷却パターンの違いによる冷却塔３１の通風量との関係を示す。冷却塔３１の通風量は、１２００℃の排ガスＧ２を２００℃まで下げることを条件に熱収支を計算することにより導出した。

同図から判るように、空冷のみでは、抽気率の上昇に応じて冷却塔３１の通風量が増加し、例えば、抽気率が１０％の場合と９０％の場合とで約７倍の差があり、冷却塔３１内の通風量の変動が大きくなって冷却塔３１の安定運転を維持するのが困難であるが、散水による水冷と、冷却空気による空冷を同時に行うことで、冷却塔内の通風量の変動を小さく抑えることができ、冷却塔３１を含むセメント焼成装置１の安定運転を維持することができる。

また、冷却塔３１での散水装置３１ｃによる散水量が多いと、冷却塔３１の内壁面へ固結が生成し易くなるが、エアノズル３１ｂによって冷風膜３１ｄを形成しているため、内壁面への固結の生成を最小限に抑えることができる。

冷却塔３１からの排ガスＧ２は、１次集塵機３２に導入され、固体状の濃縮アルカリ塩を含むダストＤ１が回収される。濃縮アルカリ塩を回収した後の排ガスＧ４には、酸性ガス等の有害ガスが含まれているため、２次集塵機３３によって、アルカリ塩等を除去した後の排ガスＧ４に含まれる酸性ガス等を吸着したダストＤ２を回収し、清浄化した排ガスＧ５をファン３４を介して系外に排気する。

一方、セメントキルン２１へ投入された脱炭酸原料Ｍ、ダストＤ３及び汚染物質Ｓは、反応促進剤Ｂの塩素源によって含有するアルカリ化合物の揮発が促進され、セメントキルン２１内でバーナ２１ｂから吹き込まれた微粉炭の燃焼熱により、塩素、アルカリ等が揮発除去された後に焼成され、クリンカクーラ２４によって冷却されてセメントクリンカＰが生成される。

以上のように、本実施の形態によれば、セメントキルン２１から排出される排ガスの全量（Ｇ１＋Ｇ２）に対して３０％以上１００％未満の排ガスＧ２を、仮焼炉２２及びプレヒータ２３を通過させずに、冷却塔３１を介して冷却して除去することができるため、廃棄物（可燃物Ｃ及び汚染物質Ｓ）の処理量等に応じて、仮焼炉２２又は冷却塔３１へのセメントキルン排ガスＧ１、Ｇ２の供給量を調整することができ、セメントクリンカＰの製造コストの上昇を抑えながら、廃棄物の処理量を増加させることなどが可能となる。

尚、上記実施の形態においては、脱炭酸原料Ｍ、ダストＤ３、汚染物質Ｓ及び反応促進剤Ｂを投入口２１ａからセメントキルン２１内へ供給したが、この際各々を直接セメントキルン２１へ投入してもよく、予め混合して供給してもよい。

また、仮焼炉２２に投入する可燃物Ｃには、伐採木等の他、都市ごみ焼却灰、下水汚泥、建設汚泥、下水スラグ等を用いることができる。また、セメントキルン２１へ投入する汚染物質Ｓについても、汚染土壌の他、がれき等であってもよく、可燃物Ｃ及び汚染物質Ｓが放射性セシウムで汚染された廃棄物であってもよい。

さらに、仮焼炉２２に可燃物Ｃを投入せず、セメントキルン２１へ汚染物質Ｓを投入せずに、塩素やアルカリ等の含有率の高いセメント原料Ｒを用いてセメントクリンカＰを製造する場合にも、本発明を用いることができる。

１ セメント焼成装置
２１ セメントキルン
２１ａ 投入口
２１ｂ バーナ
２２ 仮焼炉
２２ａ 投入口
２３ サスペンションプレヒータ
２３ａ 最上段サイクロン
２３ｂ 最下段サイクロン
２３ｃ シュート
２４ クリンカクーラ
２５ 熱風炉
３ 除染系排ガス処理装置
３１ 冷却塔
３１ａ、３１ｂ エアノズル
３１ｃ 散水装置
３１ｄ 冷風膜
３２ １次集塵機
３３ ２次集塵機
３４ ファン
４ 可燃物焼却系排ガス処理装置
４１ 集塵機
４２ ファン
Ｂ 反応促進剤（塩素源）
Ｃ 可燃物
Ｄ１〜Ｄ３ ダスト
Ｆ１、Ｆ２ 燃料
Ｇ１〜Ｇ８ 排ガス
Ｈ 高温空気
Ｍ 脱炭酸原料
Ｐ クリンカ（除染生成物）
Ｒ セメント原料
Ｓ 汚染物質

Claims (8)

1. セメントキルンと、
   該セメントキルンに付設され、セメント原料を予熱及び仮焼する仮焼炉付きプレヒータと、
   前記セメントキルンから排出される燃焼排ガスを冷却するため、空冷部及び水冷部を有する冷却塔であって、前記セメントキルンから排出される燃焼排ガスの全量に対して３０％以上１００％未満の燃焼排ガスを冷却する冷却塔とを備えることを特徴とするセメント焼成装置。
2. 前記冷却塔は、内壁面に冷風膜を形成する手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のセメント焼成装置。
3. 前記セメントキルンから排出される燃焼排ガスの前記仮焼炉付きプレヒータへの供給量と、前記冷却塔への供給量とを制御する制御手段とを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のセメント焼成装置。
4. 前記制御手段は、前記仮焼炉付きプレヒータの後段に配置されたファンと、前記冷却塔の後段に配置されたファンの各々の出力を制御することにより、前記供給量の制御を行うことを特徴とする請求項３に記載のセメント焼成装置。
5. 前記仮焼炉は、流動床式、流動層式、噴流層式又は気流式燃焼炉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セメント焼成装置。
6. 前記仮焼炉に熱風を吹き込む熱風炉を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のセメント焼成装置。
7. 前記仮焼炉は、可燃性廃棄物を直接該仮焼炉に投入するための投入口を備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のセメント焼成装置。
8. 前記セメントキルンは、汚染物質を直接該セメントキルン投入するための投入口を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のセメント焼成装置。

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