JP6063252B2 - セメントプラントの脱硝装置及びそれを備えるセメントプラント - Google Patents

Description

本発明は、粉粒状のセメント原料を、排ガスを利用して予熱し、排ガス中に混合されたセメント原料を分離捕集するセメント原料予熱装置に設けられ、この予熱装置内の排ガス中に脱硝薬剤を吹き込んで脱硝するセメントプラントの脱硝装置及びそれを備えるセメントプラントに関する。

近年、中国を含む外国におけるセメントプラントに対しての排ガス規制が厳格化され、新設、既設のセメントプラントに対して脱硝装置の設置要求が増加する傾向にある。脱硝装置として、選択式無触媒還元法（ＳＮＣＲ）及び選択式触媒還元法（ＳＣＲ）が挙げられる。

選択式無触媒還元法は、選択式触媒還元法と比較してイニシャルコストが低く、メンテナンスし易いが、脱硝効率が低いので、脱硝薬剤の使用量が嵩むという問題がある。

また、選択式無触媒還元法をセメントプラントに適用した従来技術の一例として、有機性廃棄物のガス化によって生成されたガス（還元性ガス）を、仮焼炉から２段上のサイクロンまでの燃焼ガス流路に投入する方法がある（特許文献１）。

特開２００８−１８３７１号公報

しかし、上記従来の有機性廃棄物の利用方法の発明は、有機性廃棄物のガス化によって生成されたガス（還元性ガス）を、排ガス中の窒素酸化物の量を低減するのに有効に利用できるようにするものであるが、イニシャルコストが低く、メンテナンスのし易い選択式無触媒還元法を使用し、しかも、脱硝効率が高く、脱硝薬剤の使用量が少なくて済むようにすることを目的とした発明ではなく、そのような技術は、開示されてはいない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、脱硝効率が高く、脱硝薬剤の使用量が少なくて済むセメントプラントの脱硝装置及びそれを備えるセメントプラントを提供することを目的としている。

本発明に係るセメントプラントの脱硝装置は、粉粒状のセメント原料を排ガスを利用して予熱し、排ガス中に混合されたセメント原料を多段に配置されるサイクロンによって分離捕集するセメント原料予熱装置に設けられるセメントプラントの脱硝装置であって、前記予熱装置内のセメント原料が分離された排ガスが通る部分に設けられる脱硝ノズルを備え、前記脱硝ノズルは、前記セメント原料が分離された排ガス中に脱硝薬剤を吹き込んで脱硝することを特徴とするものである。

この発明に係るセメントプラントの脱硝装置によると、セメント原料予熱装置内におけるセメント原料が分離された排ガス中に脱硝薬剤を脱硝ノズルで吹き込むことができる。これによって、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）を分解することができる。

また、セメント原料が分離された排ガスが通る部分に脱硝ノズルが設けられているので、セメント原料の脱硝ノズルへの付着量や脱硝ノズルの摩耗量を低減することができる。これによって、脱硝ノズルの損傷や劣化を抑制することができ、脱硝ノズルの長寿命化を図ることができる。

この発明に係るセメントプラントの脱硝装置において、前記予熱装置は、排ガス中に混合されたセメント原料を加熱する仮焼炉を備え、前記仮焼炉で加熱されたセメント原料が流入する下段の前記サイクロンの上側出口部に前記脱硝ノズルが設けられ、前記脱硝ノズルは、前記上側出口部内のセメント原料が分離された排ガス中に脱硝薬剤を吹き込むものとするとよい。

このように、下段のサイクロンの上側出口部内のセメント原料が分離された排ガス中に脱硝薬剤を脱硝ノズルで吹き込むことによって、排ガスの窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）を効果的に分解することができる。

その理由は、次のとおりである。仮焼炉で加熱されたセメント原料は、下段のサイクロンに流入して、この下段サイクロン内で粉粒状のセメント原料と排ガスとに分離され、この分離された粉粒状のセメント原料は、この下段サイクロンの下側排出口部から排出される。そして、セメント原料から分離された排ガスは、下段サイクロンの上側出口部から排出される。そして、この上側出口部から排出される排ガスは、窒素酸化物濃度が高濃度となっているので、この排ガス中に脱硝薬剤を吹き込むことによって排ガスの窒素酸化物を効果的に分解することができる。

そして、この上側出口部から排出される排ガスは、仮焼炉で生成された排ガスを含むので、この排ガスの酸素濃度は低く、この排ガス中に脱硝薬剤を吹き込むことによって、窒素酸化物の再合成を阻止することができ、その結果、排ガスの窒素酸化物を効果的に分解することができる。

また、この上側出口部から排出される排ガスの温度は、仮焼炉内でセメント原料を適切に加熱することができるように、この予熱装置によって例えば略８５０℃に温度管理されている。そして、８００〜９００℃の温度範囲では、効率よく脱硝反応が行われるので、この排ガスの窒素酸化物を効果的に分解することができる。

そして、脱硝ノズルは、仮焼炉で加熱されたセメント原料が流入する下段サイクロンの上側出口部に設けられ、この下段サイクロンは、予熱装置の比較的低い位置に設けられるので、脱硝ノズル及びこれを含む脱硝装置の取付けやメンテナンスのための労力の低減を図ることができる。

この発明に係るセメントプラントの脱硝装置において、前記脱硝ノズルが設けられる前記上側出口部には、丸ダクトが接続し、この丸ダクトの下端部には、円筒部の上端が結合し、この円筒部は、下段の前記サイクロンの内側に挿入され、前記脱硝ノズルは、前記丸ダクトの円周に沿って略等間隔に複数配置されているものとするとよい。

このように、脱硝ノズルが設けられる上側出口部には、丸ダクトが接続され、この丸ダクトの下端部には、円筒部の上端が結合し、この円筒部は、当該下段サイクロンの内側に挿入されているので、これら円筒部及び丸ダクト内を通って排出される排ガスは、十分な整流（旋回流）域をもち、均一な流れとなり、この排ガスに乱流が生じ難くいようにすることができる。これによって、脱硝薬剤をこの排ガス中で略均一に分散して排ガスと混合するように吹き込むことができ、その結果、排ガス中の窒素酸化物を効果的に分解することができる。

つまり、層流の排ガス中に脱硝薬剤を吹き込む場合は、乱流の排ガス中に脱硝薬剤を吹き込む場合と比較して、脱硝薬剤が排ガス中で分散するときのばらつきを小さくすることができ、脱硝効果のばらつきも小さくなる。

従って、乱流が生じ難くいようにした丸ダクト内の排ガス中に脱硝薬剤を吹き込むことによって、排ガス中の窒素酸化物を効果的に分解することができる。

そして、脱硝ノズルは、丸ダクトの円周に沿って略等間隔に複数配置されているので、複数の各脱硝ノズルから吹き出される脱硝薬剤の吹出し範囲を分散させることができ、丸ダクト（排ガス流路）の断面積に占める脱硝薬剤の噴霧断面積を大きくすることができる。これによって、脱硝薬剤をこの排ガス中で略均一に分散して排ガスと混合するように吹き込むことができ、その結果、排ガス中の窒素酸化物を効果的に分解することができる。

この発明に係るセメントプラントの脱硝装置において、前記脱硝ノズルは、脱硝薬剤を前記丸ダクトの中心に向かって、水平面に対して２０〜４０°の角度を成す斜め下方向に吹き込むように設定されているものとするとよい。

このように、脱硝薬剤を丸ダクトの中心に向かって、水平面に対して２０〜４０°の角度を成す斜め下方向に吹き込むように設定することによって、円筒部及び丸ダクト内を通って排出される排ガスの排出方向と逆方向に適切な角度で脱硝薬剤を吹き込むことができる。これによって、脱硝薬剤を前記上側出口部内で排ガスに十分混合させて脱硝反応を行わせることができる。つまり、脱硝薬剤の吹出し方向が水平面に対して２０°の角度よりも小さいとき及び４０°の角度よりも大きいときは、吹出された脱硝薬剤が丸ダクトを流れる排ガス流の中心まで届き難くいので、脱硝薬剤を上側出口部内で排ガスに十分混合させて脱硝反応を行わせることができない可能性がある。

この発明に係るセメントプラントの脱硝装置において、前記脱硝薬剤が吹き込まれた排ガスが通る前記予熱装置の排ガス出口、前記セメントプラントが備える原料ミルの排ガス出口、又は前記セメントプラントの排出煙突から排出される排ガス中の窒素酸化物濃度を検出する窒素酸化物濃度検出器と、前記脱硝ノズルから吹き出される脱硝薬剤の吹出し流量を調整するための流量制御弁と、前記窒素酸化物濃度検出器によって検出して得られた検出窒素酸化物濃度に基づいて前記流量制御弁を制御して、前記脱硝ノズルから吹き出される脱硝薬剤の吹出し流量を制御する制御部とを備えるものとするとよい。

このようにすると、窒素酸化物濃度検出器は、脱硝薬剤が吹き込まれた排ガスが通る予熱装置の排ガス出口、セメントプラントが備える原料ミルの排ガス出口、又はセメントプラントの排出煙突から排出される排ガス中の窒素酸化物濃度を検出することができる。そして、制御部は、窒素酸化物濃度検出器によって検出して得られた検出窒素酸化物濃度に基づいて流量制御弁を制御して、脱硝ノズルから吹き出される脱硝薬剤の吹出し流量を制御することができる。

この発明に係るセメントプラントの脱硝装置において、前記制御部は、前記窒素酸化物濃度検出器によって検出して得られた検出窒素酸化物濃度が所定の規制値以下となるように前記流量制御弁を制御するものとするとよい。

このようにすると、制御部は、窒素酸化物濃度検出器によって検出して得られた検出窒素酸化物濃度が所定の規制値以下となるように流量制御弁を制御することができる。これによって、脱硝前の排ガスの窒素酸化物濃度が変化することがあっても、窒素酸化物濃度が所定の規制値以下に低減された排ガスを大気中に放出することができる。

本発明に係るセメントプラントは、本発明に係るセメントプラントの脱硝装置を備えることを特徴とするものである。

本発明に係るセメントプラントは、本発明に係るセメントプラントの脱硝装置を備えており、このセメントプラントの脱硝装置は、上記と同様の作用を奏する。

この発明に係るセメントプラントの脱硝装置によると、排ガス中に吹き込まれた脱硝薬剤が窒素酸化物との間で効率よく脱硝反応を行うことができる構成としたので、比較的少ない脱硝薬剤を使用して、排ガスの窒素酸化物を大幅に分解することができ、そして、このように窒素酸化物が大幅に分解された排ガスを大気中に放出することができる。これによって、燃焼排ガス中の窒素酸化物の分解を促進するための触媒反応設備を省略したり、小型化することができるので、その分の費用の低減を図ることができる。

本発明の一実施形態に係るセメント原料予熱装置の概略的な構成を示す系統図である。 図１の同予熱装置に設けられている脱硝ノズルを示す拡大縦断面図である。 図１の同予熱装置に設けられている６つの脱硝ノズルを示すＡ−Ａ拡大断面図である。 同発明の他の実施形態に係るセメント原料予熱装置に設けられている３つの脱硝ノズルを図１のＡ−Ａ方向から見た拡大断面図である。 図２の脱硝ノズルを示す拡大縦断面図である。

以下、本発明に係るセメントプラントの脱硝装置及びそれを備えるセメントプラントの一実施形態を、図１、図２、図３、及び図５を参照して説明する。このセメントプラントは、図１に示すセメント原料予熱装置９を備えており、このセメント原料予熱装置９に図２に示すセメントプラントの脱硝装置１０が設けられている。

図１に示すように、セメント原料予熱装置９は、仮焼炉ＰＣを有するいわゆるニューサスペンションプレヒータ方式（ＮＳＰ方式）のものである。このセメント原料予熱装置９は、Ｃ１〜Ｃ５で示す多段（図１では一例として５段のものを示す）のサイクロン１１、１２、１３、１４、１５によって構成されている。第４段目のサイクロン１４と第５段目のサイクロン１５との間のダクトＴ１に原料投入部１６が設けられている。第１段目のサイクロン１１には、ロータリキルン１７から約１１００℃の排ガス２がダクトＴ２、仮焼炉ＰＣ、及びダクトＴ１１を介して導かれ、このサイクロン１１では、セメント原料３を捕集する際には、原料３の仮焼炉ＰＣでの仮焼により、略９００℃まで温度が低下する。

つまり、仮焼炉ＰＣ内で排ガス２中に混合されたセメント原料３をバーナ１８の火炎で仮焼するときの温度は、仮焼炉ＰＣ内でセメント原料３を適切に加熱することができるように、予熱装置９の制御部によって、略９００℃に温度管理されている。よって、最下段（第１段目）のサイクロン１１の上側出口部１９を通ってダクトＴ３に排出される排ガス２の温度は、略８５０℃である。

そして、略８５０℃に温度管理された排ガス２は、第２段目のサイクロン１２にダクトＴ３を介して導かれ、このサイクロン１２では、約７５０℃まで温度が低下する。約７５０℃の排ガス２は第３段目のサイクロン１３にダクトＴ４を介して導かれ、このサイクロン１３では、約６００℃まで温度が低下する。約６００℃の排ガス２は第４段目のサイクロン１４にダクトＴ５を介して導かれ、このサイクロン１４では、約４５０℃まで温度が低下する。約４５０℃の排ガス２は、第５段目のサイクロン１５にダクトＴ１を介して導かれ、そのダクトＴ１の途中で原料投入部１６から粉粒状のセメント原料３が投入される。セメント原料３と共に第５段目のサイクロン１５に導入された排ガス２は、約３１０℃まで温度が低下し、系外に排出される。

そして、第５段目のサイクロン１５で捕集されたセメント原料３は、ダクトＴ６で導かれ、第３段目のサイクロン１３から第４段目のサイクロン１４にダクトＴ５を介して導かれる排ガス２中に混入され、第４段目のサイクロン１４で排ガス２と分離される。分離されたセメント原料３は、ダクトＴ７で導かれ、第２段目のサイクロン１２から第３段目のサイクロン１３にダクトＴ４を介して導かれる排ガス２中に混入され、第３段目のサイクロン１３で排ガス２と分離される。分離されたセメント原料３は、ダクトＴ８で導かれ、第１段目のサイクロン１１から第２段目のサイクロン１２に排ガス２を導くダクトＴ３に供給されて、このダクトＴ３内で混入され、第２段目のサイクロン１２で排ガス２から分離される。分離されたセメント原料３は、ダクトＴ９で導かれて仮焼炉ＰＣに導入され、仮焼炉ＰＣに導入された原料３は、ロータリキルン１７から仮焼炉ＰＣにダクトＴ２を介して導入される排ガス２中に混入される。そして、この原料３及び排ガス２は、ダクトＴ１１を介して第１段目のサイクロン１１に導入され、原料３は、第１段目のサイクロン１１で排ガス２と分離されてダクトＴ１０を介してロータリキルン１７に導入される。

そして、上記のように、最下段（第１段目）のサイクロン１１内の略８５０〜９００℃に温度管理された排ガス２は、上側出口部１９及びダクトＴ３を介して第２段目のサイクロン１２に導かれる。

次に、セメントプラントの脱硝装置１０について説明する。この脱硝装置１０は、図２及び図３に示すように、複数の例えば６つの脱硝ノズル２０を備えている。

この複数の脱硝ノズル２０は、図１に示すセメント原料予熱装置９において、仮焼炉ＰＣで加熱されたセメント原料３が流入する最下段（第１段目）のサイクロン１１の上側出口部１９に設けられている。そして、図２に示すように、脱硝ノズル２０は、上側出口部１９内のセメント原料３が分離された排ガス２中に脱硝薬剤２１を吹き込んで脱硝することができるように設けられている。

なお、この実施形態の脱硝ノズル２０は、セメント原料３が分離された排ガス２中に脱硝薬剤２１を噴霧する状態で吹き込んでいる。また、脱硝薬剤２１は、例えばアンモニア水や尿素水である。

また、図２及び図３に示すように、複数の脱硝ノズル２０が設けられる上側出口部１９の丸ダクトＴ３は、その上方に設けられた第２段目のサイクロン１２の側面流入口部１２ａに接続している。そして、この丸ダクトＴ３の下端部には、円筒部２２の上端が結合し、この円筒部２２は、最下段（第１段目）のサイクロン１１の内側に挿入されている。また、図３に示すように、６つの脱硝ノズル２０は、丸ダクトＴ３の下端部の円周に沿って略等間隔に配置されている。

更に、図５に示すように、６つの各脱硝ノズル２０は、丸ダクトＴ３の周壁部に貫通して形成された装着孔に装着されて取り付けられている。そして、各脱硝ノズル２０は、脱硝薬剤２１を丸ダクトＴ３の中心に向かって、水平面に対して２０〜４０°、好ましくは、略３０°の角度θを成す斜め下方向に吹き込むように設定されている。図２〜図５に示す２１は、丸ダクトＴ３内に噴霧された脱硝薬剤である。

そして、図５及び図２に示すように、脱硝薬剤２１は、供給ライン２３ｃ、環状ライン２３ａそして接続管２４ａを通り、６つの各脱硝ノズル２０から噴霧され、噴霧されずに残った脱硝薬剤２１は、接続管２４ｂ、環状ライン２３ｂそして戻りライン２３ｄを通ってタンクに戻り、再び供給ライン２３ｃを通って噴霧されるようになっている。２つの環状ライン２３ａ、２３ｂは、最下段（第１段目）のサイクロン１１の天井壁部１１ａの上面に支持台２８を介して取り付けられている。

次に、脱硝薬剤２１を丸ダクトＴ３内に噴霧するための脱硝薬剤噴霧装置２５について説明する。この脱硝薬剤噴霧装置２５は、図５に示すように、脱硝薬剤２１を循環させることができる環状ライン２３ａ、２３ｂと供給ライン２３ｃと戻りライン２３ｄとを備えており、この供給ライン２３ｃに薬剤供給ポンプ、環状ライン２３ａ、２３ｂに脱硝ノズル２０、そして戻りライン２３ｄに流量制御弁がそれぞれ接続されている。

薬剤供給ポンプは、供給ライン２３ｃに直列に接続され、脱硝薬剤２１を噴霧し、噴霧せずに残った脱硝薬剤２１を戻りライン２３ｄを通してタンクまで戻すためのものである。

流量制御弁は、戻りライン２３ｄに直列に接続され、この戻りラインを流れる脱硝薬剤２１の戻り流量を調整するためのものである。

このように、環状ライン２３ａ、２３ｂに脱硝ノズル２０、供給ライン２３ｃに薬剤供給ポンプ、戻りライン２３ｄに流量制御弁が接続されている構成とすると、流量制御弁の開口度を制御部が制御することによって、それぞれの脱硝ノズル２０から噴霧される脱硝薬剤２１の流量のばらつきを低く抑えることができる。その結果、脱硝効果のばらつきを抑えた連続的、かつ、経済的な脱硝作用を実現することができる。そして、このシステムにおいて、流量制御弁による流量制御に加え、着脱自在に取り付けられた脱硝ノズル２０の取付け本数を変更することによって、流量制御することも可能である。

また、脱硝薬剤噴霧装置２５は、窒素酸化物濃度検出器、及び制御部を備えている。

窒素酸化物濃度検出器は、脱硝薬剤２１が吹き込まれた排ガス２が通る予熱装置９の排ガス出口、セメントプラントが備える原料ミルの排ガス出口、又はセメントプラントの排出煙突から排出される排ガス２中の窒素酸化物濃度を検出するためのものである。

ここで、予熱装置９の排ガス出口とは、図１に示す第５段目のサイクロン１５の上側出口部に接続されている排ガス出口ダクト２６で形成されている出口である。

原料ミルの排ガス出口とは、図１に示す予熱装置９の上流側（原料の流れから見た上流側）に設けられている原料ミルから排ガス２が排出される排ガス出口ダクトで形成されている出口である。この原料ミルは、セメント原料３を所定の粒度になるように粉砕するためのものであり、排ガス２を原料の乾燥などに使用する。

制御部は、窒素酸化物濃度検出器によって検出して得られた検出窒素酸化物濃度に基づいて流量制御弁を制御して、脱硝ノズル２０から吹き出される脱硝薬剤２１の吹出し流量を制御するためのものである。

そして、この制御部は、窒素酸化物濃度検出器によって検出して得られた検出窒素酸化物濃度が所定の規制値以下となるように前記流量制御弁を制御するように構成されている。

次に、上記のように構成されたセメントプラントの脱硝装置１０及びそれを備えるセメントプラントの作用を説明する。図２に示すセメントプラントの脱硝装置１０によると、セメント原料予熱装置９内におけるセメント原料３が分離された排ガス２中に脱硝薬剤２１を脱硝ノズル２０で吹き込むことができる。

これによって、排ガス２中の窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）を分解することができる。そして、セメント原料３が分離された排ガス２中に脱硝薬剤２１を吹き込んでいるので、排ガス２中に吹き込まれた脱硝薬剤２１が窒素酸化物との間で効率よく脱硝反応を行うことができる。

また、セメント原料３が分離された排ガス２が通る部分に脱硝ノズル２０が設けられているので、セメント原料３の脱硝ノズル２０への付着量や脱硝ノズル２０の摩耗量を低減することができる。これによって、脱硝ノズル２０の損傷や劣化を抑制することができ、脱硝ノズル２０の長寿命化を図ることができる。

そして、上記のように、排ガス２中に吹き込まれた脱硝薬剤２１が窒素酸化物との間で効率よく脱硝反応を行うことができるので、比較的少ない脱硝薬剤２１を使用して、排ガス２の窒素酸化物を大幅に分解することができ、そして、このように窒素酸化物が大幅に分解された排ガス２を大気中に放出することができる。これによって、燃焼排ガス２中の窒素酸化物の分解を促進するための触媒反応設備を省略したり、小型化することができるので、その分の費用の低減を図ることができる。

また、図２に示す最下段（第１段目）のサイクロン１１の上側出口部１９内のセメント原料３が分離された排ガス２中に脱硝薬剤２１を脱硝ノズル２０で吹き込むことによって、排ガス２の窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）を効果的に分解することができる。

その理由は、次の通りである。図２に示す仮焼炉ＰＣのバーナ１８の火炎で加熱された排ガス２中のセメント原料３は、第１段目のサイクロン１１に流入して、この第１段目のサイクロン１１内で粉粒状のセメント原料３と排ガス２とに分離され、この分離された粉粒状のセメント原料３は、この第１段目のサイクロン１１の下側排出口部から排出される。そして、セメント原料３から分離された排ガス２は、第１段目のサイクロン１１の上側出口部１９から排出される。そして、この上側出口部１９から排出される排ガス２は、キルンで発生したＮＯ_Ｘ濃度略１０００〜２０００ｐｐｍの排ガスが仮焼炉内で原燃料からの生成ガスにより一部脱硝と生成ガスにより希釈されるが、窒素酸化物濃度が略３００〜６００ｐｐｍと高濃度となっているので、この排ガス２中に脱硝薬剤２１を吹き込むことによって排ガス２の窒素酸化物を効果的に分解することができる。

そして、この上側出口部１９から排出される排ガス２は、仮焼炉ＰＣで生成された排ガス２を含むので、この排ガス２の酸素濃度は低く、この排ガス２中に脱硝薬剤２１を吹き込むことによって、窒素酸化物の再合成を阻止することができ、その結果、排ガス２の窒素酸化物を効果的に分解することができる。

また、この上側出口部１９から排出される排ガス２の温度は、仮焼炉ＰＣ内でセメント原料３を適切に加熱することができるように、この予熱装置９の制御部によって例えば略８５０℃に温度管理されている。そして、８００〜９００℃の温度範囲では、効率よく脱硝反応が行われるので、この略８５０℃に温度管理されている排ガス２の窒素酸化物を効果的に分解することができる。

更に、排ガス２は、セメントプラントが備えるロータリキルン１７から排出されたものを含むものであるので、ロータリキルン１７から排出される排ガス２の脱硝処理をすることができる。

そして、脱硝ノズル２０は、仮焼炉ＰＣで加熱されたセメント原料３が流入する第１段目のサイクロン１１の上側出口部１９に設けられ、この第１段目のサイクロン１１は、図２に示すように、予熱装置９の床面２７に近い比較的低い位置に設けられるので、脱硝ノズル２０及びこれを含む脱硝装置１０の取付けやメンテナンスのための労力の低減を図ることができる。

また、図２に示すように、第１段目のサイクロン１１の天井壁部１１ａは、円環状の板状体で形成されているので、脱硝ノズル２０及びこれを含む脱硝装置１０の取付けやメンテナンスの際には、作業者は、この天井壁部１１ａ上で作業することができ、これによっても労力の低減を図ることができる。

更に、図２に示す脱硝ノズル２０が設けられる上側出口部１９には、丸ダクトＴ３が接続され、この丸ダクトＴ３の下端部には、円筒部２２の上端が結合し、この円筒部２２は、当該第１段目のサイクロン１１の内側に挿入されているので、これら円筒部２２及び丸ダクトＴ３内を通って排出される排ガス２は、十分な整流（旋回流）域をもち、均一な流れとなり、この排ガス２に乱流が生じ難くいようにすることができる。これによって、脱硝薬剤２１をこの排ガス２中で略均一に分散して排ガス２と混合するように吹き込むことができ、その結果、排ガス２中の窒素酸化物を効果的に分解することができる。

つまり、層流の排ガス２中に脱硝薬剤２１を吹き込む場合は、乱流の排ガス２中に脱硝薬剤２１を吹き込む場合と比較して、脱硝薬剤２１が排ガス２中で分散するときのばらつきを小さくすることができ、脱硝効果のばらつきも小さくなる。

従って、乱流が生じ難くいようにした丸ダクトＴ３内の排ガス２中に脱硝薬剤２１を吹き込むことによって、排ガス２中の窒素酸化物濃度を予め定めた濃度に確実に低減することができる。

そして、脱硝ノズル２０は、丸ダクトＴ３の円周に沿って略等間隔に複数配置されているので、複数の各脱硝ノズル２０から吹き出される脱硝薬剤２１の吹出し範囲を、図３に示すように分散させることができ、丸ダクトＴ３（排ガス流路）の断面積に占める脱硝薬剤２１の噴霧断面積を大きくすることができる。これによって、脱硝薬剤２１をこの排ガス２中で略均一に分散して排ガス２と混合するように吹き込むことができ、その結果、排ガス２中の窒素酸化物を効果的に分解することができる。

また、図２及び図５に示すように、脱硝薬剤２１を丸ダクトＴ３の中心に向かって、水平面に対して２０〜４０°、好ましくは、略３０°の角度θを成す斜め下方向に吹き込むように設定することによって、円筒部２２及び丸ダクトＴ３内を通って排出される排ガス２の排出方向と逆方向に適切な角度で脱硝薬剤２１を吹き込むことができる。これによって、脱硝薬剤２１を前記上側出口部１９内で排ガス２に十分混合させて脱硝反応を行わせることができる。つまり、脱硝薬剤２１の吹出し方向が水平面に対して２０°の角度よりも小さいとき及び４０°の角度よりも大きいときは、吹出された脱硝薬剤２１が丸ダクトＴ３を流れる排ガス流の中心まで届き難くいので、脱硝薬剤２１を上側出口部１９内で排ガス２に十分混合させて脱硝反応を行わせることができない可能性がある。

次に、この脱硝装置１０が備えている脱硝薬剤噴霧装置２５の作用を説明する。図５に示す脱硝薬剤噴霧装置２５によると、図示しない薬剤供給ポンプを作動させることによって、脱硝薬剤２１を供給ライン２３ｃ、環状ライン２３ａそして接続管２４ａを介して脱硝ノズル２０から噴霧させ、噴霧されずに残った脱硝薬剤２１を、接続管２４ｂ、環状ライン２３ｂそして戻りライン２３ｄを介して図示しないタンクに戻すことができる。
循環ライン２３内で循環させることができ、この循環する脱硝薬剤２１の一部を脱硝ノズル２０から吹き出す（噴霧する）ことができる。

そして、この脱硝薬剤噴霧装置２５によると、窒素酸化物濃度検出器は、脱硝薬剤２１が吹き込まれた排ガス２が通る予熱装置９の排ガス出口ダクト２６、セメントプラントが備える原料ミルの排ガス出口、又はセメントプラントの排出煙突から排出される排ガス２中の窒素酸化物濃度を検出することができる。そして、制御部は、窒素酸化物濃度検出器によって検出して得られた検出窒素酸化物濃度に基づいて流量制御弁を制御して、脱硝ノズル２０から吹き出される脱硝薬剤２１の吹出し流量を制御することができる。

また、制御部は、窒素酸化物濃度検出器によって検出して得られた検出窒素酸化物濃度が所定の規制値以下となるように流量制御弁を制御することができる。これによって、脱硝前の排ガス２の窒素酸化物濃度が変化することがあっても、窒素酸化物濃度が所定の規制値以下に低減された排ガス２を大気中に放出することができる。

ただし、上記実施形態では、図３に示すように、６つの脱硝ノズル２０を丸ダクトＴ３の下端部の円周に沿って略等間隔に設けたが、これに代えて、６つ以外の数の脱硝ノズル２０を丸ダクトＴ３の下端部に設けてもよい。例えば図４に示すように、３つの脱硝ノズル２０を丸ダクトＴ３の下端部の円周に沿って略等間隔に設けてもよい。

そして、上記実施形態では、仮焼炉ＰＣを備えるセメント原料予熱装置９に対して脱硝装置１０を設けたが、これに代えて、仮焼炉ＰＣを備えていないセメント原料予熱装置に対して脱硝装置１０を設けてもよい。

また、上記実施形態では、最下段（第１段目）のサイクロン１１の上側出口部１９から排出される排ガス２に脱硝薬剤２１を吹き込む構成としたが、８００〜９００℃の領域があれば、これに代えて、第２〜第５段目のサイクロンのうちのいずれかのサイクロンの上側出口部から排出される排ガス２に脱硝薬剤２１を吹き込む構成としてもよい。

以上のように、本発明に係るセメントプラントの脱硝装置及びそれを備えるセメントプラントは、脱硝効率が高く、脱硝薬剤の使用量が少なくて済むという優れた効果を有し、このようなセメントプラントの脱硝装置及びそれを備えるセメントプラントに適用するのに適している。

２ 排ガス
３ セメント原料
９ セメント原料予熱装置
１０ セメントプラントの脱硝装置
１１〜１５ サイクロン
１１ａ 天井壁部
１２ａ 側面流入口部
１６ 原料投入部
１７ ロータリーキルン
１８ バーナ
１９ 上側出口部
２０ 脱硝ノズル
２１ 脱硝薬剤
２２ 円筒部
２３ａ、２３ｂ 環状ライン
２３ｃ 供給ライン
２３ｄ 戻りライン
２４ａ、２４ｂ 接続管
２５ 脱硝剤噴霧装置
２６ 排ガス出口ダクト
２７ 床面
２８ 支持台
ＰＣ 仮焼炉
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ１１ ダクト
Ｔ６、Ｔ７、Ｔ８、Ｔ９、Ｔ１０ シュート

Claims (7)

1. 粉粒状のセメント原料を排ガスを利用して予熱し、排ガス中に混合されたセメント原料を多段に配置されるサイクロンによって分離捕集するセメント原料予熱装置に設けられるセメントプラントの脱硝装置であって、
   前記予熱装置内のセメント原料が分離された排ガスが通る部分に設けられ、前記セメント原料が分離された排ガス中に脱硝薬剤を噴霧して脱硝する脱硝ノズルを備え、
   前記予熱装置は、排ガス中に混合されたセメント原料を加熱する仮焼炉を備え、
   前記仮焼炉で加熱されたセメント原料が流入する下段の前記サイクロンの上側出口部に前記脱硝ノズルが設けられ、
   前記脱硝ノズルは、前記上側出口部内のセメント原料が分離された排ガス中に脱硝薬剤を噴霧することを特徴とするセメントプラントの脱硝装置。
2. 前記脱硝ノズルが設けられる前記上側出口部には、丸ダクトが接続し、この丸ダクトの下端部には、円筒部の上端が結合し、この円筒部は、下段の前記サイクロンの内側に挿入され、
   前記脱硝ノズルは、前記丸ダクトの円周に沿って略等間隔に複数配置されていることを特徴とする請求項１に記載のセメントプラントの脱硝装置。
3. 前記脱硝ノズルは、脱硝薬剤を前記丸ダクトの中心に向かって、水平面に対して２０〜４０°の角度を成す斜め下方向に吹き込むように設定されていることを特徴とする請求項２に記載のセメントプラントの脱硝装置。
4. 前記脱硝薬剤が噴霧された排ガスが通る前記予熱装置の排ガス出口、前記セメントプラントが備える原料ミルの排ガス出口、又は前記セメントプラントの排出煙突から排出される排ガス中の窒素酸化物濃度を検出する窒素酸化物濃度検出器と、
   前記脱硝ノズルからの脱硝薬剤の噴霧量を調整するための流量制御弁と、
   前記窒素酸化物濃度検出器によって検出して得られた検出窒素酸化物濃度に基づいて前記流量制御弁を制御して、前記脱硝ノズルからの脱硝薬剤の噴霧量を調整する制御部とを備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載のセメントプラントの脱硝装置。
5. 前記制御部は、前記窒素酸化物濃度検出器によって検出して得られた検出窒素酸化物濃度が所定の規制値以下となるように前記流量制御弁を制御することを特徴とする請求項４に記載のセメントプラントの脱硝装置。
6. 粉粒状のセメント原料を排ガスを利用して予熱し、排ガス中に混合されたセメント原料を多段に配置されるサイクロンによって分離捕集するセメント原料予熱装置に設けられるセメントプラントの脱硝装置であって、
   前記予熱装置内のセメント原料が分離された排ガスが通る部分に設けられ、前記セメント原料が分離された排ガス中に脱硝薬剤を噴霧して脱硝する脱硝ノズルと、
   前記脱硝薬剤が噴霧された排ガスが通る前記予熱装置の排ガス出口、前記セメントプラントが備える原料ミルの排ガス出口、又は前記セメントプラントの排出煙突から排出される排ガス中の窒素酸化物濃度を検出する窒素酸化物濃度検出器と、
   前記脱硝ノズルからの脱硝薬剤の噴霧量を調整するための流量制御弁と、
   前記窒素酸化物濃度検出器によって検出して得られた検出窒素酸化物濃度に基づいて前記流量制御弁を制御して、前記脱硝ノズルからの脱硝薬剤の噴霧量を調整する制御部と、を備えるセメントプラントの脱硝装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載のセメントプラントの脱硝装置を備えることを特徴とするセメントプラント。

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