JP6012071B2 - 塩素バイパス排ガスの処理方法 - 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、塩素分等を除去する塩素バイパスシステムから排出される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分、硫黄分、アルカリ分等の中で、塩素分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。

この塩素バイパスシステムから排出されるガス（以下、「塩素バイパス排ガス」という）には、高濃度のＳＯ_２ガスが含まれているため、脱硫処理が必要となる。そこで、例えば、特許文献１及び２では、塩素バイパスダストを用いて塩素バイパス排ガスを脱硫した後、脱硫後のスラリーを固液分離し、塩水と、石膏を主成分とする脱塩ケーキ（以下、「回収石膏ケーキ」という）を回収している。

特開２０１１−１４８６８１号公報 特開２０１１−１４４０５８号公報

しかし、上記塩素バイパスシステムで得られた脱塩ケーキは、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３や、鉛（Ｐｂ）及びその他の微量成分を含有する。そのため、用途によってそれらの成分の含有が問題となり、上記回収石膏ケーキの用途拡大を妨げる要因となっていた。

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、運転コスト及び設備コストを低く抑えながら不純物の少ない回収石膏ケーキとし、その回収石膏ケーキの有効利用、及び用途の拡大を図ることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、塩素バイパス排ガスの処理方法であって、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排ガスの一部を冷却しながら抽気するプローブと、該プローブによる抽気ガスを湿式で脱硫する脱硫装置と、該脱硫装置から排出されるスラリーを５μｍ以上１５μｍ以下の分級点で分級する湿式分級装置と、該湿式分級装置から排出される微粉側スラリー及び粗粉側スラリーを、別々に固液分離する固液分離装置とを備える塩素バイパスシステムにおいて、前記微粉側スラリーを固液分離して得られた脱水ケーキをセメント原料として利用し、前記粗粉側スラリーを固液分離して得られた脱塩ケーキを石膏として利用することを特徴とする。

そして、本発明によれば、湿式分級装置の分級点を５μｍ以上１５μｍ以下とすることで、脱硫装置からのスラリーに含まれる不純物をスラリーの一部に効率よく濃縮させることができ、湿式分級装置から排出される各スラリーを別々に固液分離することで、脱水ケーキをセメント原料として、脱塩ケーキを石膏として有効利用することができる。

上記塩素バイパスシステムは、前記プローブで抽気した抽気ガスに含まれる微粉を回収する乾式分級装置を備え、該乾式分級装置から排出されたガスを前記脱硫装置に導入することができる。これによって、塩素含有率の高い微粉のみを塩素バイパスシステムで処理することができる。

上記塩素バイパスシステムは、前記脱硫装置の前段において、前記プローブで抽気した燃焼ガスを冷却する冷却器と、該冷却器から排出されるガスに含まれるダストを集塵する乾式集塵装置と、該乾式集塵装置から排出されるダストを水に溶解させる溶解槽とを備えることができる。また、これらを設けることなく、前記脱硫装置を湿式スクラバーとすることもできる。

以上のように、本発明によれば、運転コスト及び設備コストを低く抑えながら不純物の少ない回収石膏ケーキとし、その回収石膏ケーキの有効利用、及び用途の拡大を図ることができる。

本発明に係る塩素バイパス排ガスの処理方法を実施する塩素バイパスシステムの一例を示す全体構成図である。 本発明に係る塩素バイパス排ガスの処理方法を実施する塩素バイパスシステムの他の例を示す全体構成図である。 図１の塩素バイパスシステムの脱硫装置で生成されたスラリー中のダストの粒度と鉛濃度との関係を示すグラフであって、縦軸は鉛（Ｐｂ）濃縮率（倍）、横軸は１０μｍ通過分（％）を示す。 図１の塩素バイパスシステムの脱硫装置で生成されたスラリー中のダストの粒度とセメント原料成分との関係を示すグラフであって、縦軸はセメント原料成分（ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｆｅ₂Ｏ₃分）の濃縮率（倍）、横軸は１０μｍ通過分（％）を示す。 図１の塩素バイパスシステムの脱硫装置で生成されたスラリー中のダストの粒度とカルシウム分の濃度との関係を示すグラフであって、縦軸はカルシウム分（Ｃａ分）の濃縮率（倍）、横軸は１０μｍ通過分（％）を示す。

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、本発明に係る塩素バイパス排ガスの処理方法を実施する塩素バイパスシステムの一例を示し、このシステム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、燃焼排ガスの一部（図中符号Ｇ）を抽気するプローブ３と、プローブ３内に冷風Ａを供給して燃焼排ガスＧ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を分離する乾式分級装置としてのサイクロン５と、排ガスＧ２を冷却する冷却器６と、排ガスＧ２に含まれる微粉Ｄ２を回収する乾式集塵装置としてのバッグフィルタ７と、微粉Ｄ２を水Ｗと混合してスラリーＳ１を生成する溶解槽８と、バッグフィルタ７の排ガスＧ３とスラリーＳ１とを反応させる脱硫装置１０と、脱硫装置１０からのスラリーＳ２を湿式分級する湿式分級装置１１と、湿式分級装置１１からの各スラリーＳ３、Ｓ４を別々に固液分離する２つの固液分離装置１２、１３等で構成される。

プローブ３、冷却ファン４、サイクロン５、冷却器６及びバッグフィルタ７は、従来の塩素バイパスシステムに用いられている装置であって、これらについての詳細説明を省略する。

溶解槽８は、冷却器６及びバッグフィルタ７からの微粉Ｄ２を水Ｗを用いてスラリー化するために備えられる。

脱硫装置１０は、バッグフィルタ７からファン９を介して供給された排ガスＧ３を溶解槽８から供給されたスラリーＳ１を利用して脱硫するために備えられる。脱硫された排ガスＧ４は、排気ファンを経てセメントキルン２に付設されたプレヒータの出口等の排ガス流路等に戻される。

湿式分級装置１１は、脱硫装置１０からのスラリーＳ２を、セメント原料成分（ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３）や、鉛（Ｐｂ）及びその他微量成分が濃縮されたスラリーＳ３と、石膏が濃縮されたスラリーＳ４とに分離するために備えられる。ここで、後述するように、各々のスラリーＳ３、Ｓ４に不純物及び石膏を各々効率よく濃縮させるため、分級点を１０μｍ程度（５μｍ以上１５μ以下）とすることが好ましい。

固液分離装置１２、１３は、湿式分級装置１１からのスラリーＳ３、Ｓ４を各々別々に、ろ液Ｌ１、Ｌ２と、不純物が多い脱水ケーキＣ１、純度の高い回収石膏ケーキＣ２とに固液分離するために備えられる。

次に、上記構成を有するシステム１を用いた本発明に係る塩素バイパス排ガスの処理方法について、図１を参照しながら説明する。

プローブ３で抽気された燃焼排ガスＧは、冷却ファン４からの冷風Ａによって３５０〜５５０℃程度に冷却された後、抽気ガスＧ１としてサイクロン５に導入され、粗粉Ｄ１と、塩素分が偏在している微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２とに分離される。ここで、粗粉Ｄ１は塩素含有量が少ないため、セメント原料系へ戻すことができる。

サイクロン５から排出された微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２は、冷却器６において冷却された後、冷却器６及びバッグフィルタ７にて微粉Ｄ２が回収される。回収された微粉Ｄ２は、溶解槽８において水Ｗと混合されてスラリーＳ１が生成される。

次に、バッグフィルタ７の排ガスＧ３は、ファン９を介して脱硫装置１０に導入され、溶解槽８から供給されるスラリーＳ１を利用して脱硫される。脱硫後の排ガスＧ４は、セメントキルン２の排ガス系へ戻される。

ここで、上記スラリーＳ１中には、カルシウム化合物として、ＣａＯ、ＣａＣＯ_３及びＣａ（ＯＨ）_２が混在するが、これらは、脱硫装置１０でバグフィルタ７の排ガスＧ３に含まれるＳＯ_２と反応して二水石膏（ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）へと転換する。

脱硫装置１０からのスラリーＳ２は、湿式分級装置１１に導入され、分級点１０μｍ程度で分級される。ここで、図３及び図４に示すように、１０μｍ通過分が増加する、すなわち１０μｍ以下の固形分が多くなるように分級するほど、Ｐｂ並びにＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３及びＦｅ_２Ｏ_３の濃縮率が増加する。一方、図５に示すように、１０μｍ通過分が減少する、すなわち１０μｍ以下の固形分だけを回収するほど、Ｃａ分、すなわち二水石膏の濃縮率が増加する。これにより、湿式分級装置１１からのスラリーＳ３（微粉スラリー）側にセメント原料成分や鉛等の不純物を、またスラリーＳ４（粗粉スラリー）側に石膏を濃縮させることができる。

固液分離装置１２で固液分離されて得られた不純物が多い脱水ケーキＣ１は、セメント原料成分や鉛等の不純物を多く含むため、セメント原料として再利用したり、重金属を濃縮させて重金属回収工程で処理する。また、固液分離装置１２、１３からのろ液Ｌ１、Ｌ２は、セメント仕上ミルへの添加、あるいは塩回収工程、排水処理等で処理する。

一方、固液分離装置１３で得られた脱塩ケーキＣ２は、上述のように、上記不純物の含有率の低い高純度の二水石膏であるため、クリンカと共に粉砕してセメント製造に利用したり、他の用途に利用することができる。

次に、本発明に係る塩素バイパス排ガスの処理方法の第２の実施形態について、図２を参照しながら説明する。

このシステム２１は、図１に示すシステム１の冷却器６〜脱硫装置１０に代えて、湿式スクラバー２２を設けたことを特徴とし、他の構成はシステム１と同様である。

湿式スクラバー２２は、微粉Ｄ２及びガスＧ２を水及び循環液槽２２ｂからのスラリーＳ１に接触させて冷却・除塵する本体２２ａと、本体２２ａとの間でスラリーＳ１を循環させる循環液槽２２ｂと、工水を噴霧する洗浄塔２２ｃと、循環ポンプ２２ｄ等を備える。

このシステム２１においても、プローブ３で抽気された燃焼排ガスＧは、冷却ファン４からの冷風Ａによって３５０〜５５０℃程度に冷却された後、抽気ガスＧ１としてサイクロン５に導入される。サイクロン５で、抽気ガスＧ１を粗粉Ｄ１と、塩素分が偏在している微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２とに分離し、粗粉Ｄ１をセメント原料系へ戻す。

サイクロン５から排出された微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２は、湿式スクラバー２２に導入され、湿式スクラバー２２において、循環液槽２２ｂから供給されるスラリーＳ１によって冷却しながら燃焼排ガスＧ２に含まれるダストＤ２を除塵し、スラリーＳ１を構成するカルシウム化合物にすると共に、脱硫され、スラリーＳ１中のカルシウム化合物が排ガスＧ２に含まれるＳＯ_２との脱硫反応により二水石膏（ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）へ転換する。湿式スクラバー２２の洗浄塔２２ｃから排出された排ガスＧ４は、排気ファンを経てセメントキルン２に付設されたプレヒータの出口等の排ガス流路に戻される。

湿式スクラバー２２からのスラリーＳ２は、湿式分級装置１１に導入され、以後図１に示した第１の実施形態と同様の工程を経て、湿式分級装置１１からのスラリーＳ３（微粉スラリー）側にセメント原料成分や鉛等の不純物を、またスラリーＳ４（粗粉スラリー）側に石膏を濃縮させ、固液分離装置１２で固液分離されて得られた不純物が多い脱水ケーキＣ１は、セメント原料成分や鉛等の不純物を多く含むため、セメント原料として再利用したり、重金属を濃縮させて重金属回収工程で処理する。また、固液分離装置１２、１３からのろ液Ｌ１、Ｌ２は、セメント仕上ミルへの添加、あるいは塩回収工程、排水処理等で処理する。固液分離装置１３で得られた脱塩ケーキＣ２は、不純物の含有率の低い高純度の二水石膏であり、クリンカと共に粉砕してセメント製造に利用したり、他の用途に利用することができる。

以上のように、本実施の形態では、図１のシステム１の冷却器６〜脱硫装置１０に代えて湿式スクラバー２２を設置したため、システム１に比較して設備コスト及び運転コストを低減させることができる。

１ 塩素パイパスシステム
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 バッグフィルタ
８ 溶解槽
９ ファン
１０ 脱硫装置
１１ 湿式分級装置
１２、１３ 固液分離装置
２１ 塩素パイパスシステム
２２ 湿式スクラバー
２２ａ 本体
２２ｂ 循環液槽
２２ｃ 洗浄塔
２２ｄ 循環ポンプ
Ａ 冷風
Ｃ１ 脱水ケーキ
Ｃ２ 脱塩ケーキ
Ｄ１ 粗粉
Ｄ２ 微粉
Ｇ 燃焼排ガスの一部
Ｇ１ 抽気ガス
Ｇ２〜Ｇ４ 排ガス
Ｌ１、Ｌ２ ろ液
Ｓ１〜Ｓ４ スラリー
Ｗ 水

Claims (4)

1. 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排ガスの一部を冷却しながら抽気するプローブと、該プローブによる抽気ガスを湿式で脱硫する脱硫装置と、該脱硫装置から排出されるスラリーを５μｍ以上１５μｍ以下の分級点で分級する湿式分級装置と、該湿式分級装置から排出される微粉側スラリー及び粗粉側スラリーを、別々に固液分離する固液分離装置とを備える塩素バイパスシステムにおいて、
   前記微粉側スラリーを固液分離して得られた脱水ケーキをセメント原料として利用し、
   前記粗粉側スラリーを固液分離して得られた脱塩ケーキを石膏として利用することを特徴とする塩素バイパス排ガスの処理方法。
2. 前記塩素バイパスシステムは、前記プローブで抽気した抽気ガスに含まれる微粉を回収する乾式分級装置を備え、該乾式分級装置から排出されたガスを前記脱硫装置に導入することを特徴とする請求項１に記載の塩素バイパス排ガスの処理方法。
3. 前記塩素バイパスシステムは、前記脱硫装置の前段において、
   前記プローブで抽気した燃焼ガス又は前記乾式分級装置から排出されたガスを冷却する冷却器と、
   該冷却器から排出されるガスに含まれるダストを集塵する乾式集塵装置と、
   該乾式集塵装置から排出されるダストに水を添加してスラリー化する溶解槽とを備え、
   該溶解槽で得られたスラリーを前記脱硫装置に供給す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排ガスの処理方法。
4. 前記脱硫装置は、湿式スクラバーであ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排ガスの処理方法。

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