JP5919911B2

JP5919911B2 - セメント製造設備の排ガス処理方法及び排ガス処理装置

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Publication number: JP5919911B2
Application number: JP2012057516A
Authority: JP
Inventors: 田中　久順; 久順田中; 牧生山下; 大輔坂庭; 俊柱王
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2016-05-18
Anticipated expiration: 2032-03-14
Also published as: JP2013188702A

Description

本発明は、セメント製造設備の排ガス中に含まれる水銀やダイオキシン等の有害物質を低減するセメント製造の排ガス処理方法及び排ガス処理装置に関する。

近年、セメント製造設備では、廃棄物をセメント原料や燃料の一部として使用することにより、資源の有効利用が図られている。
このような廃棄物をセメント原料等に使用してセメントを製造する場合、廃プラスチックや生ごみ、各種汚泥や焼却灰等の燃焼等により、排ガス中に水銀等の有害物質が増加する。このため、これを低減させた後に排出することが必要である。
従来では、特許文献１記載のように、排ガスから除塵設備でダストを捕集し、捕集されたダスト（集塵ダスト）を別途設置された水銀回収設備に導入して、水銀を除去・回収していた。または、特許文献２記載のように、除塵後の排ガスに吸着材を接触させ、水銀を吸着させた吸着材を水銀回収装置で処理していた。
また、特許文献３に記載されるように、プレヒータから排出された３５０℃以上の排ガスの一部を抽気し、抽気した排ガスよりダストを分離後、ガスを１００℃以下に冷却して、含有する気化物を凝縮させる方法も提案されている。

特開２００２−３５５５３１号公報特開２００９−２０２１０６号公報特開２００５−９７００５号公報

しかしながら、特許文献１又は特許文献２記載の技術では、排ガス風量に応じた巨大な除塵設備および水銀を除去するために投入した吸着剤を除去するための巨大な除塵装置が必要であり、大規模・高額な設備投資が必要なため、普及していない。
また、特許文献３記載の技術では、排ガス中の水銀濃度が変動するため、その一部を抽気した排ガスを処理するのでは効率的でない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、大規模な設備投資をすることなく、セメントの製造工程から排出される水銀等の有害物質を効率的に低減することを目的とする。

本発明のセメント製造設備の排ガス処理方法は、セメントキルンの窯尻部に、複数のサイクロンが上下方向に連結状態とされたプレヒータが接続され、前記複数のサイクロンのうち、最上段のサイクロンにセメント原料を供給し、該セメント原料を順次下方のサイクロンに移動しながら、前記セメントキルンから上昇してくる排ガスにより予熱して前記セメントキルンに供給するセメント製造設備において、前記プレヒータの最上段を構成するサイクロンから排出されたセメント製造排ガスを処理する方法であって、前記セメント製造排ガスから捕集した集塵ダストをプレヒータの最上段を構成する複数のサイクロンのうちの一つのサイクロンに投入し、該サイクロンからの排出ガスを吸着材に接触させて、水銀を含む有害物質を吸着除去することを特徴とする。

プレヒータの最上段には、通常、その下段の２基のサイクロンのそれぞれに対応して２基ずつ、合計４基のサイクロンが設けられる。その４基のサイクロンのうちの一つを集塵ダストの処理塔として利用し、その排出ガスから有害物質を除去するようにしている。つまり、排ガスから捕集した集塵ダストを一つのサイクロンで集約して加熱処理することにより、有害物質を含む排出ガスの量をセメント製造排ガスの全量に比べて大幅（例えば１／４）に削減するとともに、その排出ガス中の有害物質の濃度を高めることができ、高い効率で処理することができる。

本発明のセメント製造設備の排ガス処理方法において、前記最上段の複数のサイクロンにセメント原料を供給する際に、前記一つのサイクロンへの集塵ダストの投入量に応じて該一つのサイクロンへのセメント原料の供給量を制御するとよい。

プレヒータは、セメントキルンからの排ガスを下方から上方へと流通させるとともに、最上段のサイクロンにセメント原料を供給し、このセメント原料を順次下方のサイクロンに移動しながら、セメントキルンから上昇してくる排ガスにより予熱する構成である。逆に、排ガスはセメント原料を加熱することにより、温度が低下させられる。したがって、このセメント原料の供給量を制御することにより、サイクロン内の排ガスの温度を制御することができ、集塵ダストが投入される一つのサイクロンにおいては、集塵ダストの投入量に応じてセメント原料の供給量を制御することにより、そのサイクロンからの排ガスを適切な温度に設定して、水銀を含む有害物質を効果的に蒸発させることができ、その処理効率を高めることができる。

本発明のセメント製造設備の排ガス処理装置は、セメントキルンの窯尻部に接続され、上下方向に連結状態とされた複数のサイクロンのうち、最上段のサイクロンにセメント原料を供給し、該セメント原料を順次下方のサイクロンに移動しながら、前記セメントキルンから上昇してくる排ガスにより予熱して前記セメントキルンに供給するプレヒータと、前記プレヒータの最上段を構成するサイクロンから排出されたセメント製造排ガスからダストを捕集する集塵機とを有し、前記プレヒータの最上段の複数の上段側サイクロンとその下方の下段側サイクロンとの間に、下段側サイクロンから導出される排ガスを上方に流通させ分配して各上段側サイクロンに導く導管が設けられてなるセメント製造設備の排ガス処理装置であって、前記集塵機で捕集した集塵ダストを前記上段側サイクロンの内の一つのサイクロンに投入する集塵ダスト投入管と、前記一つのサイクロンからの排出ガスに吸着材を接触させて水銀を含む有害物質を吸着除去する有害物質吸着手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明のセメント製造設備の排ガス処理装置において、前記導管における前記各上段側サイクロンへの分配部よりも下方位置に該導管の周方向あるいは上下方向に離間して設けられた複数のセメント原料供給管と、これらセメント原料供給管の上流位置で各セメント原料供給管への前記セメント原料の供給量を調整する供給量制御器とを備えることを特徴とする。

導管内には、その下方のサイクロンで生じた螺旋流が流通し、その螺旋流が最上段の複数のサイクロンに分配される。このため、導管内では最上段のサイクロンの数に応じた流れが生じており、そのうちの一つは、集塵ダストが投入されるサイクロンに向かう流れとなる。
この導管に接続されている各セメント原料供給管は、相互に離間して配置されていることから、導管内の各流れに分配してセメント原料を供給することができ、個々のサイクロンへの供給量は供給量制御器により制御することができる。したがって、各セメント原料供給管からのセメント原料の供給量を適切に制御することにより、集塵ダストが投入されるサイクロンへのセメント原料の供給量を制御して、その温度を適切な温度に設定して、水銀を含む有害物質の処理を確実に行わせることができる。

一般的なセメント製造設備では、前述したように最上段のサイクロンは４基設けられており、そのうちの２基ずつが下段のサイクロンに導管を介して連結されている。したがって、その導管の適切な高さの位置で周方向に１８０°間隔をおいて２本のセメント原料供給管を接続すれば、そのうちの一方は、集塵ダストが投入されるサイクロンに接続することができ、そのサイクロンへのセメント原料の供給量の制御を容易にすることができる。
周方向に１８０°離間させた構造でなくても、供給量制御器により供給量の制御ができるので、導管の一側面側から、導管の両側部にセメント原料供給管を接続する、あるいは上下に離間させた状態で接続する、等の構造としてもよい。

本発明によれば、プレヒータを経由した排ガスから捕集した集塵ダストを一つのサイクロンで集約して加熱処理することにより、有害物質を含む排出ガスの量をセメント製造排ガスの全量に比べて大幅に削減するとともに、その排出ガス中の有害物質の濃度を高めることができ、高い効率で処理することができる。しかも、集塵ダストを一つのサイクロンに投入して、その排ガスを処理するという単純な構成であり、大規模な設備投資をすることなく、水銀等の有害物質を低減することができる。

本発明のセメント製造装置の一実施形態における排ガス処理部分の構成図である。図１のセメント製造装置の導管へのセメント原料供給管の接続構造を排ガスの流れとともに示した模式図である。原料供給管の接続口付近の縦断面図である。導管内の横断面方向におけるガスの流れの速度ベクトルを示した模式図である。図２における導管の内径に対する分配部を含む平面から原料供給管の先端までの垂直距離の比率Ｈ／Ｄと各分配出口の排ガス温度差との関係を解析した結果を示すグラフである。セメント製造装置の全体を示す概略構成図である。本発明のセメント製造装置の他の実施形態における導管へのセメント原料供給管の接続構造を排ガスの流れとともに示した模式図である。図７における導管の内径に対する各原料供給管の接続口の中心間距離の比率ｈ／Ｄと各分配出口の排ガス温度差との関係を解析した結果を示すグラフである。

以下、本発明に係るセメント製造装置の実施形態を図面を参照しながら説明する。
このセメント製造装置は、図６に全体を示したように、セメント原料として石灰石、粘土、珪石、鉄原料等を個別に貯蔵する原料貯蔵庫１と、これらセメント原料を粉砕、乾燥する原料ミル及びドライヤ２と、この原料ミルで得られた粉体状のセメント原料を予熱するプレヒータ３と、プレヒータ３によって予熱されたセメント原料を焼成するセメントキルン４と、セメントキルン４で焼成された後のセメントクリンカを冷却するためのクーラ５等とを備えている。

セメントキルン４は、横向きで若干傾斜した円筒状のロータリーキルンであり、軸芯回りに回転することにより、その窯尻部６にプレヒータ３から供給されるセメント原料を窯前部７に送りながら、その送る過程で窯前部７のバーナ８によって１４５０℃程度に加熱焼成してセメントクリンカを生成し、このセメントクリンカを窯前部７からクーラ５に送り出すようになっている。セメントクリンカは、クーラ５で所定温度まで冷却された後、仕上げ工程へ送られることになる。

また、セメントキルン４で発生する排ガスは、プレヒータ３を下方から上方に経由した後、排気管９を通って原料ミル及びドライヤ２に導入されるようになっており、原料ミル及びドライヤ２は、セメントキルン４からの排ガスが導入されることにより、セメント原料の粉砕と乾燥を同時に行うようになっている。この原料ミル及びドライヤ２には、集塵機１０、煙突１１等を備える排ガス処理ライン１２が接続されている。

プレヒータ３は、セメントキルン４で発生した排ガスを流通させる複数のサイクロン１３が上下方向に連結状態とされて構築されたものであり、その最下部のライジングダクト２５がセメントキルン４の窯尻部６に接続されている。
なお、図６においては、プレヒータ３の構成を簡略化して示したものであり、本実施形態ではプレヒータ３は上下４段のサイクロン１３により構成されている。この場合、図１に示すように、下から３段目の一つのサイクロン１３Ｂに対して最上段である４段目に２基のサイクロン（本発明の上段側サイクロン）１３Ａａ，１３Ａｂが並列状態に接続されており、３段目のサイクロン（本発明の下段側サイクロン）１３Ｂが２基並んで設けられていることにより、最上段のサイクロン１３Ａａ，１３Ａｂは２基ずつ、合計４基設けられている。プレヒータ３は、この構成と異なる構成のものとしてもよい。

そして、プレヒータ３の最上段側の２基の並列したサイクロン１３Ａａ，１３Ａｂと、３段目の一つのサイクロン１３Ｂとの間を連結する導管２１に、原料ミル及びドライヤ２からの原料が供給される原料供給管２２が接続されている。この導管２１は、３段目のサイクロン１３Ｂから垂直上方に延びた後、分配部２３を介して左右に分岐され、上段側の２基のサイクロン１３Ａａ，１３Ａｂにそれぞれ接続されている。
原料供給管２２は、導管２１の分配部２３よりも下方位置に接続され、上段側のサイクロン１３Ａａ，１３Ａｂへの分配出口２１ａの数と同数の２本設けられている。また、その接続位置は、図２及び図３に示すように、導管２１の一側面の両側部にそれぞれ設けられるとともに、上段側サイクロン１３Ａａ，１３Ａｂへの各分配出口２１ａの中心を通る水平面Ｐ１から原料供給管２２の各接続口２２ａの中心を通る水平面Ｐ２との間の垂直距離Ｈと、導管２１の直径Ｄとの比率Ｈ／Ｄが１．４〜２．５に設定されている。
なお、導管２１の一側面の両側部に設けられた原料供給管２２は、図３に示すように、その中心間距離が、導管２１の直径Ｄと各原料供給管２２の直径ｄとの差分Ｄ−ｄに設定され、導管２１の一側面に最も離間するように配置される。

また、各原料供給管２２の接続口２２ａは、導管２１の内壁面に面一に配置されている。また、各原料供給管２２は導管２１の軸線に対して２０°〜５０°の適宜の角度θで傾斜して形成され、この原料供給管２２を通してセメント原料が落下しながら投入される。図２では両原料供給管２２を平行に配置したが、必ずしも平行でなくともよい。また、接続口２２ａも導管２１の内壁面に厳密に面一でなくとも、若干突出してもよい。
そして、これら原料供給管２２の上流には、各原料供給管２２へのセメント原料の供給量を調整する供給量制御器２６が備えられている。
なお、分配部２３は、導管２１の軸線Ｃ１と上段側の両サイクロン１３Ａａ，１３Ａｂへの分配出口２１ａ中心間を結ぶ線Ｃ２との交点部分とする（図２参照）。

また、この導管２１の分配部２３よりも下流位置で、複数のサイクロン１３Ａａ，１３Ａｂのうちの一つのサイクロン１３Ａｂの入り口配管３１に、集塵機１０で捕集された集塵ダストを投入するダスト投入管３２が接続されている。
さらに、この一つのサイクロン１３Ａｂの出口配管は、原料ミル及びドライヤ２に通じる排気管９から弁３３を介して分岐するように有害物質処理ライン３４が接続されている。この有害物質処理ライン３４には、排ガス中に吸着材を散布するように投入する吸着材投入器３５及び投入した吸着材を捕捉してガスを通過させるバグフィルタ等のフィルタ装置３６、このフィルタ装置３６の前で排ガスに冷風を供給して排ガス温度を低下させる冷風供給器３７を備える有害物質吸着手段３８が設けられている。吸着材投入器３５は、計量機能を有するフィーダから一定量ずつ吸着材を供給しながら圧縮空気で吸着材を流路内に吹き込むものである。吸着材としては、例えば平均粒径が１００〜５０００μｍの粉状又は粒状の活性炭や粉炭が用いられる。排ガスへの投入量としては、例えば排ガス１ｍ^３Ｎ当たり０．１〜１．０ｇとされる。有害物質が吸着された後の排出ガスは、排ガス処理ライン１２の煙突１１に導かれる。
なお、サイクロン１３Ａｂ下方のシュート４１には、流下するセメント原料を抜き出して再度集塵ダスト投入管３２に戻す戻し配管４２が弁４３を介して接続されている。

このように構成したセメント製造装置において、原料貯蔵庫１からセメント原料が供給されると、このセメント原料は、原料ミル及びドライヤ２で粉砕、乾燥された後、原料供給管２２よりプレヒータ３に投入され、プレヒータ３内を落下しながら下方のセメントキルン４に供給される。このプレヒータ３では、セメントキルン４からの排ガスが、サイクロン１３をセメント原料とは反対方向に下方から順次上方に流通しており、セメント原料は、これらサイクロン１３内を通過する際にセメントキルン４からの排ガスによって所定温度（例えば９００℃）まで予熱される。そして、予熱されたセメント原料が最下段のサイクロン１３からセメントキルン４の窯尻部６に供給される。

原料供給管２２からのセメント原料の供給についてさらに詳述すると、この原料供給管２２が接続されている導管２１には、下段側（３段目）のサイクロン１３Ｂから上昇してくる排ガスが流通しており、セメント原料は、その流れに乗って上段側（４段目）のサイクロン１３Ａａ，１３Ａｂに導かれる。一方、セメントキルン４での燃焼により発生した排ガスは、各サイクロン１３によって旋回流となってプレヒータ３内を上昇する。原料供給管２２から供給されるセメント原料は、この旋回流の中に投下されることになる。

この旋回流は、図４の横断面方向の速度ベクトルにより示されるように、導管２１の内壁面２１ｂ近傍では周方向の速度ベクトルが大きくなり、導管２１の中心部Ｃに向けて徐々に周方向成分が小さくなり、垂直上向きの速度ベクトルが大きくなる。
また、この旋回流は、図２の模式図に示すように、下段側のサイクロン１３Ｂから導管２１を経由して分配部２３で二つに分配され、上段側の２基のサイクロン１３Ａａ，１３Ａｂに分かれて流通する。２基のサイクロン１３Ａａ，１３Ａｂのうちの一方側に流れる流れを黒塗り矢印で示し、他方側に流れる流れを白抜き矢印で示しており、導管２１内ではこれらが螺旋状にねじれながら上昇する。そして、導管２１内を上昇して分配部２３まで到達し、この分配部２３から分岐した状態で分配出口２１ａからそれぞれのサイクロン１３Ａａ，１３Ａｂに導出される。
このように、導管２１内が二つの流れがねじれながら上昇する旋回流となることから、セメント原料がそのいずれか一方の流れにのみ投下されてしまうと、上段側の２基のサイクロン１３Ａａ，１３Ａｂのうちの一方にのみ偏って供給され、その一方のサイクロンのみ負荷が増大することになる。

垂直距離Ｈと導管２１の直径Ｄとの比率Ｈ／Ｄが１．４〜２．５に設定された原料供給管２２の各接続口２２ａの中心を通る水平面Ｐ２においては、上段側サイクロン１３Ａａ，１３Ａｂへの分配出口２１ａに流出する排ガスの流れを導管２１の上部側から見ると、導管２１の中心部で１８０°対称の旋回流が形成されている。そこで、原料供給管２２の接続口２２ａを、導管２１の一側面の両側部に設け、各接続口２２ａを導管２１の一側面に最も離間するように設けることで、導管２１内に生じる２個の旋回流の流れに対応する位置に原料供給管２２の接続口２２ａを配置できる。

この際、導管２１の一側面に設けられた原料供給管２２のうち、一方の原料供給管２２から供給されるセメント原料は、旋回流の流れに沿う向き（並流側）で供給されるが、他方の原料供給管２２から供給されるセメント原料は、旋回流の流れに対向する向き（向流側）で供給される。旋回流の流れに沿った並流側のセメント原料は、そのまま旋回流に乗せて供給することができるし、旋回流の流れに対向する向流側のセメント原料は、旋回流の流れに衝突する形となるが、その流れは強いため、そのまま流れに乗せて供給することができる。これにより、各原料供給管２２から投下された原料が、各旋回流の流れに乗って上昇しながら、分配部２３から上段側の両サイクロン１３Ａに供給される。

また、各原料供給管２２の上流位置には、各原料供給管２２へのセメント原料の供給量を調整する供給量制御器２６が備えられているので、原料供給量の偏りはこの供給量制御器２６によって調整することができ、各分配出口２１ａに供給されるセメント原料の温度が均等になるように、各原料供給管２２に供給されるセメント原料の供給量が制御され、各原料供給管２２に振り分けられる。これにより、別々の旋回流の流れに供給するセメント原料を調整することができ、分配出口２１ａに供給されるセメント原料の予熱を均等に行うことができる。

この原料供給管の接続口を導管のどの位置に配置すれば、２つの旋回流の流れにセメント原料を投下できるかをシミュレーションした結果、以下の結果が得られた。
シミュレーションの導管モデルは、最上段のサイクロンへの分配出口２１ａを備える構成とし、図２に示すように、原料供給管２２の接続口２２ａを導管２１の一側面の両側部に備える導管モデル１を構成した。
そして、導管モデル１において、上段側サイクロンの各分配出口２１ａの中心を通る水平面Ｐ１から原料供給管２２の各接続口２２ａの中心を通る水平面Ｐ２の間の垂直距離Ｈと、導管２１の直径Ｄとの比率Ｈ／Ｄを、１．４５，１．８８，２．２６，２．６４に設定した４種類の導管モデルを構成し、これらの導管について熱流体シミュレーションを行った。各原料供給管２２へのセメント原料の供給量（原料供給量制御割合）は均等に設定し、分配部を経由した後の導管の左右の分配出口温度を計算して、その温度差を求めた。

また、シミュレーションの条件としては、クリンカ生産量２００ｔｏｎ／ｈのセメントキルンのプレヒータを想定し、３段目のサイクロンに風量１４３００Ｎｍ^３／ｈ、温度６４０℃のガスを供給し、原料供給管に風量１４００Ｎｍ^３／ｈ、温度８０℃のガスを供給するものとした。なお、導管モデル１の原料供給管２２の傾斜角度θは、３５°に設定した。
導管モデル１のシミュレーション結果を、表１及び図５において破線で示す。図５の縦軸は、左右の分配出口間の排ガス温度差である。

表１及び図５に示される結果より明らかなように、導管の一側面の両側部に原料供給管の各接続口を配置した場合でも、比率Ｈ／Ｄが１．４〜２．５に設定される位置に原料供給管の各接続口を配置することで、左右の分配出口間の排ガス温度差を小さくすることができる。

次に、上述した導管モデル１について、各分配出口における排ガスの温度差が最も小さくなるように、各原料供給管２２に分配されるセメント原料の供給量（原料供給量割合）を調整して熱流体シミュレーションを行い、原料供給量割合の最適化を行った。シミュレーション結果を、表２及び図５において実線で示す。

表２及び図５に示される結果より明らかなように、各原料供給管に供給されるセメント原料の供給量を制御することで、左右の分配出口間の排ガス温度差を概ね５０℃以内に抑えることができ、セメント原料の予熱状態をより均等にすることができる。さらに、比率Ｈ／Ｄが１．７〜２．２に設定されていれば、左右の分配出口間の排ガス温度差を１０℃以内に抑えることができる。

以上説明したように、それぞれに供給されたセメント原料の予熱状態を均等にすることができ、両サイクロンの負荷が均衡する。プレヒータ最上段のサイクロン出口におけるガス温度差が例えば１００℃以上になると、熱量原単位が少なくとも３ｋｃａｌ／ｋｇ−ｃｌｉ以上増大するが、本発明の装置のように予熱状態を均等にすることにより、その温度差を小さくして、熱量原単位を低減させることができる。しかも、原料供給管２２の接続口２２ａは、導管２１の内壁面に面一に設置されているので、下方から上昇してくる旋回流の流れに対する抵抗がなく、圧力損失が低く、エネルギー消費の少ない操業を行わせることができる。
また、各接続口２２ａを導管２１の一側面に設けることで、各原料供給管２２を導管２１の一側方から設けることができる等、原料供給管の引き回しを容易に行うことができる。

なお、比率Ｈ／Ｄが小さ過ぎると、各原料供給管２２の接続口２２ａが上段側サイクロン１３Ａへの分配部２３に近接して、原料の分散性が悪化するため好ましくない。また、比率Ｈ／Ｄが大き過ぎると、原料供給管２２から供給された原料が下段側サイクロン１３Ｂまで落下して、排ガスと原料との熱交換率が悪化する。そのため、比率Ｈ／Ｄは１．４〜２．５の範囲内に設定することが好ましい。

このようにしてプレヒータを経由した排ガスは、排気管９を通って原料ミル及びドライヤ２に導入され、セメント原料の乾燥の用に供された後、排ガス処理ライン１２で集塵機１０を通って煙突１１から放出される。集塵機１０では排ガス中のダストが捕集される。

次に、集塵機１０で捕集されたダストを処理する方法について説明する。
ダストは、集塵ダスト投入管３２からプレヒータ３の最上段のサイクロン１３Ａのうちの一つのサイクロン１３Ａｂの入り口配管３１に投入され、このサイクロン１３Ａｂで加熱されることにより、ダスト中の水銀を含む有害物質が蒸発する。
このサイクロン１３Ａｂからの排出ガスは、集塵ダストが投入されない通常運転時は他のサイクロンと同様に、排気管９を通って原料ミル及びドライヤ２に送られるが、集塵ダストが投入される際は、弁３３を切り替えることにより、有害物質処理ライン３４に送られる。また、サイクロン１３Ａｂの手前の導管２１にはミル及びドライヤ２からセメント原料が原料供給管２２を介して供給されており、集塵ダストは、その原料とともにサイクロン１３Ａｂに供給される。そして、このサイクロン１３Ａｂ内において集塵ダスト中に含まれている水銀等の有害物質は蒸発して排ガスとともに排出され、セメント原料及びダストの固形分はシュート４１に流下する。

集塵ダストが投入された後の排出ガスは、蒸発した有害物質を含んでおり、この有害物質は、有害物質処理ライン３４で、有害物質吸着手段３８の吸着材投入器３５から投入される吸着材と接触することにより吸着材に吸着される。
この場合、吸着材は活性炭等から構成されているため、排ガス温度が例えば４００℃を超えると燃焼してしまう。そこで、サイクロン１３Ａｂからの排ガスの温度が４００℃以下となるように、このサイクロン１３Ａｂに供給される原料の供給量を調整する。前述したように、サイクロン１３Ａｂ手前の導管２１には２本の原料供給管２２が接続されており、これら原料供給管２２への原料の供給量を供給量制御器２６によって調整することができる。

この原料供給管２２からのセメント原料の供給は、通常は、前述したように供給量制御器２６により両上側サイクロン１３Ａａ，１３Ａｂでの予熱を均等に行うことができるように制御されている。この状態から、集塵ダストを一つのサイクロン１３Ａｂに投入する場合は、このサイクロン１３Ａｂの排出出口からの排ガスの温度が４００℃以下となるように、セメント原料の供給量を制御する。具体的には、サイクロン１３Ａｂへのセメント原料の供給量を多くして、サイクロン１３Ａｂの負荷を大きくすることにより、排出ガスの温度を低下させる。

このセメント原料の供給量の制御により４００℃以下の温度となった排ガスがサイクロン１３Ａｂから排出され、その排ガス中に吸着材投入器３５から吸着材が投入される。そして、有害物質を吸着した吸着材は、次のフィルタ装置３６に捕捉され、有害物質が除去された後の排出ガスが排ガス処理ライン１２の煙突１１から放出される。この場合、フィルタ装置３６の手前で必要に応じて冷風供給器３７により冷風が供給される。フィルタ装置３６としてバグフィルタを用いる場合、そのろ布を保護するため、フィルタ装置３６を通過するときの温度が例えば２００℃以下となるように冷風を供給するとよい。
フィルタ装置３６に捕捉された吸着材は、例えば特開２００９−２０２１０６号公報に開示の処理方法等によって処理される。例えば、有害物質を吸着した吸着材を酸素含有雰囲気で加熱することにより、吸着した有害物質を蒸発させて吸着材から分離させ、一方、蒸発した有害物質を含む蒸気を加熱することにより、有害物質の一部を熱分解し、熱分解後のガスを冷却することにより、水銀を凝集除去する方法である。

なお、サイクロン１３Ａｂに投入される集塵ダストの量が多い場合など、１回の処理ではサイクロン１３Ａｂ内で水銀等が蒸発しきれていない場合には、シュート４１の弁４３を切り替えて、サイクロン１３Ａｂから流下するセメント原料を戻し配管４２によりダスト投入管３２に導入し、サイクロン１３Ａｂ内に再度投入する。ダスト投入管３２からの投入量が多くなる分、原料供給管２２からサイクロン１３Ａｂへのセメント原料の供給量は、１回目の処理の時より少なくする。

以上説明したように、このセメント製造設備においては、セメント製造時の排ガス中のダストを集塵機で捕集し、そのダストをプレヒータのサイクロンのうちの一つに投入して加熱処理することにより、有害物質を含む排ガスの量をセメント製造排ガスの全量に比べて大幅に削減するとともに、その排出ガス中の有害物質の濃度を高めることができ、高い効率で処理することができる。
しかも、ダストの量に応じてサイクロンへのセメント原料の供給量を適切に制御し、有害物質処理ラインへ送られる排ガスの温度を適切な温度に設定して、水銀を含む有害物質の処理を確実に行わせることができる。

以上のセメント製造設備において、原料供給管２２は、図７に示すように配置してもよい。
図７では、導管２１の各上段側サイクロン１３Ａへの分配部２３よりも下方位置であって導管２１の一側面の上下に離間した位置に原料供給管２２の接続口２２ａがそれぞれ接続され、これら原料供給管の上流位置に、各原料供給管２２へのセメント原料の供給量を調整する供給量制御器２６が備えられている。そして、各原料供給管２２の接続口２２ａの中心間距離ｈと、導管２１の直径Ｄとの比率ｈ／Ｄが、０．５〜１．２に設定されている。

この場合、各原料供給管２２の接続口２２ａを導管２１の一側面の上下に離間して配置するとともに、比率ｈ／Ｄを０．５〜１．２に設定することで、導管２１内に生じる各旋回流の流れに対応する位置に原料供給管２２の各接続口２２ａを配置できる。
また、各原料供給管２２の上流位置には、各原料供給管２２へのセメント原料の供給量を調整する供給量制御器２６が備えられているので、原料供給量の偏りはこの供給量制御器２６によって調整することができ、各原料供給管２２に供給されるセメント原料の供給量が制御される。これにより、各分配出口２１ａに供給されるセメント原料の温度が均等になるように、別々の旋回流の流れに供給するセメント原料を調整することができ、その予熱を均等に行うことができる。また、各原料供給管２２の接続口２２ａを一側面の上下に離間した位置に配置しているので、原料供給管２２の配管引き回しを容易に行うことができる。

比率ｈ／Ｄが０．５未満であると、各接続口２２ａが近づき過ぎて各旋回流の流れに対応する位置に原料供給管２２の接続口２２ａを配置することが困難になり、供給量制御器による分配量の制御をしても、セメント原料を均等に予熱することが難しくなる。また、比率ｈ／Ｄが１．２を超えると、上下の原料供給管２２からのセメント原料が同一の旋回流に乗り、各分配出口２１ａにおける原料分配量に偏りが生じるため好ましくない。

この図７に示す構造の場合も、前述の図２に示す構造の場合と同様に、最上段のサイクロンへの分配出口２１ａを備え、導管２１の一側面に上下に離間した位置に備える導管モデル２を構成し、熱流体シミュレーションを行った。
導管モデル２においては、各原料供給管２２の接続口２２ａの中心間距離ｈと、導管２１の直径Ｄとの比率ｈ／Ｄを、０．２５，０．３８，０．７６，１．１４，１．５２に設定した５種類の導管モデルを構成し、これらの導管について熱流体シミュレーションを行った。また、各原料供給管２２へのセメント原料の供給量（原料供給量割合）は均等に設定した。また、シミュレーションの条件は、導管モデル１と同様に設定し、導管モデル２の原料供給管２２の傾斜角度θも、３５°に設定した。
導管モデル２の結果を表３及び図８に示す。図８の縦軸は、左右の分配出口間の排ガス温度差である。

表３及び図８に示される結果より明らかなように、導管の一側面に上下に離間して原料供給管の各接続口を配置した場合でも、比率ｈ／Ｄが０．５〜１．２に設定される位置に原料供給管の各接続口を配置することで、左右の分配出口間の排ガス温度差を小さくすることができる。この場合も、各原料供給管に供給されるセメント原料の供給量を制御することで、左右の分配出口間の排ガス温度差をより小さくすることができると考えられる。

したがって、この図７に示す構造の場合も、前述の図２に示す構造の場合と同様にセメント原料の供給量を制御することで、左右の分配出口間の排ガス温度差を制御することができるので、集塵ダストを一つの上側サイクロン１３Ａｂに投入する場合、集塵ダストの投入量に応じてセメント原料の供給量を制御することにより、そのサイクロン１３Ａｂからの排ガスを適切な温度に設定することができ、その後の有害物質の除去処理を確実に行わせることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、下段側サイクロンに対して上段側サイクロンを３基以上配設してもよい。
また、サイクロンが５段以上のプレヒータの場合は、排ガス温度を考慮して集塵ダスト投入位置を適切な位置に定めれば良い。さらに、キルンが複数設置されている設備では、必ずしもすべてのプレヒータに集塵ダスト投入管を設置する必要はなく、集塵ダストの処理量等に応じて設置するプレヒータを定めれば良い。

２原料ミル及びドライヤ
３プレヒータ
４セメントキルン
６窯尻部
９排気管
１０集塵機
１１煙突
１２排ガス処理ライン
１３サイクロン
１３Ａａ，１３Ａｂ上側サイクロン
１３Ｂ下側サイクロン
２１導管
２２原料供給管
２２ａ接続口
２３分配部
２６供給量制御器
３１入り口配管
３２集塵ダスト投入管
３３弁
３４有害物質処理ライン
３５吸着材投入器
３６フィルタ装置
３７冷風供給器
３８有害物質吸着手段
４１シュート
４２戻し配管
４３弁

Claims

セメントキルンの窯尻部に、複数のサイクロンが上下方向に連結状態とされたプレヒータが接続され、前記複数のサイクロンのうち、最上段のサイクロンにセメント原料を供給し、該セメント原料を順次下方のサイクロンに移動しながら、前記セメントキルンから上昇してくる排ガスにより予熱して前記セメントキルンに供給するセメント製造設備において、前記プレヒータの最上段を構成するサイクロンから排出されたセメント製造排ガスを処理する方法であって、
前記セメント製造排ガスから捕集した集塵ダストを前記プレヒータの最上段を構成する複数のサイクロンのうちの一つのサイクロンに投入し、該サイクロンからの排出ガスを吸着材に接触させて、水銀を含む有害物質を吸着除去することを特徴とするセメント製造設備の排ガス処理方法。
前記最上段の複数のサイクロンにセメント原料を供給する際に、前記一つのサイクロンへの集塵ダストの投入量に応じて該一つのサイクロンへのセメント原料の供給量を制御することを特徴とする請求項１記載のセメント製造設備の排ガス処理方法。
セメントキルンの窯尻部に接続され、上下方向に連結状態とされた複数のサイクロンのうち、最上段のサイクロンにセメント原料を供給し、該セメント原料を順次下方のサイクロンに移動しながら、前記セメントキルンから上昇してくる排ガスにより予熱して前記セメントキルンに供給するプレヒータと、前記プレヒータの最上段を構成するサイクロンから排出されたセメント製造排ガスからダストを捕集する集塵機とを有し、前記プレヒータの最上段の複数の上段側サイクロンとその下方の下段側サイクロンとの間に、下段側サイクロンから導出される排ガスを上方に流通させ分配して各上段側サイクロンに導く導管が設けられてなるセメント製造設備の排ガス処理装置であって、前記集塵機で捕集した集塵ダストを前記上段側サイクロンの内の一つのサイクロンに投入する集塵ダスト投入管と、前記一つのサイクロンからの排出ガスに吸着材を接触させて水銀を含む有害物質を吸着除去する有害物質吸着手段とを備えることを特徴とするセメント製造設備の排ガス処理装置。
前記導管における前記各上段側サイクロンへの分配部よりも下方位置に該導管の周方向あるいは上下方向に離間して設けられた複数のセメント原料供給管と、これらセメント原料供給管の上流位置で各セメント原料供給管への前記セメント原料の供給量を調整する供給量制御器とを備えることを特徴とすることを特徴とする請求項３記載のセメント製造設備の排ガス処理装置。