JP6305196B2 - セメントキルン排ガスの処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、セメント焼成設備を構成するセメントキルンから排出される燃焼排ガスから水銀を除去する装置に関する。
セメントの主原料である石灰石等の天然原料には水銀が含まれている。また、都市ごみ焼却灰、石炭灰、汚泥等のリサイクル資源にも水銀が含まれている。そのため、廃棄物の再資源化を推進する中で、セメントキルンの排ガスには、微量の金属水銀（Ｈｇ）が含まれる。今後さらに廃棄物のリサイクルが推進されると、セメントキルン排ガス中の水銀濃度が増加する可能性が考えられる。
しかし、多量のセメントキルン排ガスに低濃度で含まれる水銀を除去することは容易ではなく、セメントキルンの排ガス中の水銀が増加すると、大気汚染の原因となり、リサイクル資源の利用を拡大する上で阻害要因となる虞もある。
そこで、例えば、特許文献１には、セメントの製造工程から排出される排ガス中に含まれる水銀等を除去し、水銀等を除去した後の集塵ダストをセメント原料として再利用するため、セメントキルン排ガスを集塵機によって除塵した後、捕集した集塵ダストを塩素バイパスの排気ダクトに導き、集塵ダスト中の水銀を揮発温度以上に加熱して揮発させ、ダストを集塵した後、排ガス中の水銀を吸着剤等により吸着して除去するセメントキルン排ガスの処理装置等が提案されている。
しかし、上記特許文献１に記載の処理方法においては、塩素バイパスの排ガスで水銀を含むダストを直接加熱しているが、この排ガスの温度は２００〜６００℃であるため、水銀の揮発が不十分になり、水銀回収率の低下に繋がる虞がある。
また、水銀を揮発させた後にダストを回収するため、塩素バイパスに本来設置されているサイクロンや集塵機に加え、別途サイクロンや集塵機を設置する必要があり、装置・運転コストの面で改善の余地があった。
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、セメントキルンから排出される燃焼排ガスから水銀を低コストで効率よく除去することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は、セメントキルン排ガスの処理装置であって、セメントキルンの排ガスに含まれるダストを集塵する集塵装置と、該集塵装置で集塵されたダストを直接加熱するために、該ダストを、セメント焼成設備に付設された塩素バイパスにおける微粉を集塵する固気分離装置の上流側のガスダクトであって、前記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冷却しながら抽気するプローブと、該プローブから排気される抽気ガスから粗粉を分離する分級装置との間のガスダクトに供給するダスト供給装置と、前記加熱によって揮発した水銀を回収する水銀回収装置とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、上記ガスダクト内の抽気ガス温度は、塩素バイパスのガスダクトの中で最も高いため、より確実に集塵ダスト中の水銀を揮発させることができ、水銀回収率を向上させることができる。また、塩素バイパスに本来設置されているサイクロンや集塵機で集塵ダストを回収することができるため、新たに固気分離装置等を設ける必要がなく、装置・運転コストを低く抑えることができる。これに加え、上記ガスダクト内の抽気ガスには、微量の塩化水素が含まれており、これを利用し、ダスト中の不溶性の金属水銀を水溶性の塩化水銀に転化させることにより、後段の水銀回収装置の構成を簡易化することができる。
また、本発明は、セメントキルン排ガスの処理装置であって、セメントキルンの排ガスに含まれるダストを集塵する集塵装置と、該集塵装置で集塵されたダストを直接加熱するために、該ダストを、セメント焼成設備に付設された塩素バイパスにおける微粉を集塵する固気分離装置の上流側のガスダクトであって、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冷却しながら抽気したガスから粗粉を分離する分級装置と、前記固気分離装置との間のガスダクトに供給するダスト供給装置と、前記加熱によって揮発した水銀を回収する水銀回収装置とを備えることを特徴とする。
上記セメントキルン排ガスの処理装置において、前記固気分離装置の上流側のガスダクトに、塩素ガスを注入する塩素ガス注入装置又は塩化水素を注入する塩化水素注入装置を設けることができる。これによって、上記ガスダクト内のガス中の塩化水素とも併せて、ダスト中の金属水銀の塩化水銀への転化を促進させることができる。
以上のように、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から水銀を低コストで効率よく除去することが可能になる。
図１は、本発明に係るセメントキルン排ガスの処理装置の一実施の形態を示し、この処理装置１は、セメントキルン排ガスに含まれるダストを集塵する電気集塵装置２と、セメントキルン（不図示）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、燃焼ガスの一部を冷却しながら抽気するプローブ４と、このプローブ４で抽気した燃焼ガス（抽気ガスＧ１）に含まれるダストの粗粉Ｄ１を分離する分級装置としてのサイクロン６と、サイクロン６の排ガスＧ２に含まれる微粉Ｄ２を集塵する固気分離装置７と、固気分離装置７の上流側のガスダクト（以下「ダクト」という。）１２（図示例ではダクト１２Ａ）に電気集塵装置２で集塵されたダスト（以下「ＥＰダスト」という。）Ｄ０を供給するためのダスト供給装置１１と、固気分離装置７の排ガスＧ３から熱回収する熱交換器１８と、熱交換器１８を通過した排ガスＧ４から水銀を回収する水銀回収装置１９等で構成される。また、この処理装置１は、排ガスＧ１、Ｇ３中の金属水銀及び塩化水銀の濃度を測定するための濃度計１０、１４と、排ガスＧ３中の塩素ガス又は塩化水素の濃度を測定するための濃度計１７と、ダクト１２に塩素ガス又は塩化水素を注入する注入装置１３と、注入装置１３からの塩素ガス又は塩化水素の注入量を制御するための最適化演算機２０を備える。
電気集塵装置２は、セメントキルン排ガスの集塵装置として通常用いられるものであり、プローブ４、冷却ファン５及びサイクロン６は、一般的な塩素バイパス設備に設置されているものと同様の構成を有するものであるため、これらについての詳細説明は省略する。
ダクト１２は、プローブ４と固気分離装置７との間のダクトを指し、このダクト１２は、プローブ４とサイクロン６との間のダクト１２Ａと、サイクロン６と固気分離装置７との間のダクト１２Ｂとに分けられる。
ダスト供給装置１１は、電気集塵装置２から搬送されたＥＰダストＤ０をダクト１２Ａに供給するために備えられ、ロータリフィーダ、シュート、分散板等を備え、ＥＰダストＤ０をダクト１２中に分散させ、ダクト１２Ａを通過する抽気ガスＧ１によってＥＰダストＤ０が効率よく加熱されるように構成される。
固気分離装置７は、セラミックフィルタを備え、９００℃程度までの耐熱性を有する高耐熱型のバグフィルタであることが望ましい。このようなバグフィルタとしては、ハニカムセル化した棒状のセラミック管を複数配列したものや、シート状のセラミックフィルタを用いたものなど、様々なタイプのものが開発されているが、本発明においては、排ガスＧ２に含まれる微細粒子を集塵し得るものであれば、フィルタのタイプは特に限定されない。
注入装置１３は、ダクト１２Ａに塩素ガス又は塩化水素を注入するために備えられる。塩化水素の注入形態は、ガスであっても水溶液であってもよく、水溶液として注入されても、高温の排ガス中で速やかにガス化する。
濃度計１７は、固気分離装置７の排ガスＧ３に含まれる塩素ガス又は塩化水素の濃度を測定するために備えられ、濃度計の種類は特に限定されない。
熱交換器１８は、固気分離装置７の顕熱を必要に応じて有効利用するために備えられる。排ガスＧ３中には、揮発した水銀が存在することから、水銀の再凝縮を避けるため、熱交換器１８には、排ガスＧ３と非接触のタイプの熱交換器を用いる必要があるが、例えば、熱交換器１８にて回収した熱を蒸気ボイラー用の熱源や空気予熱用の熱源として利用することができる。
水銀回収装置１９は、排ガスＧ３中の水銀（主に塩化水銀）を除去するために備えられる。この水銀回収装置１９としては、乾式、湿式のいずれの回収装置も用いることができるが、塩化水素に転化された水銀は水溶性であるため、湿式の水銀回収装置を使用することによって、排ガス中から効果的に水銀成分を除去することができる。尚、乾式の吸着装置、特に吸着媒体として活性炭を用いる場合には、熱交換器１８を通して排ガスＧ４の温度を１００℃程度まで下げる必要がある。一方、水銀回収装置１９として湿式のガス吸収装置を用いる場合には、排ガスＧ３を必ずしも熱交換器１８に通す必要はなく、直接水銀回収装置１９に導入することができる。
最適化演算機２０は、濃度計１０、１４による金属水銀及び塩化水銀の濃度の測定値から塩化水銀への転化率を算出し、予め設定された転化率の目標値、及び濃度計１７で測定された塩素ガス又は塩化水素の濃度と、予め設定された該濃度が、前記各々の目標値に近づくような最適化演算を行い、注入装置１３からの塩素ガス又は塩化水素の注入量を制御するために備えられる。
次に、上記構成を有するセメントキルンの排ガス処理装置１の動作について、図１を参照しながら説明する。
セメントキルンの運転時に、電気集塵装置２でセメントキルン排ガスを集塵し、捕集したＥＰダストＤ０に含まれる水銀を除去すべくダスト供給装置１１に移送する。
また、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、燃焼ガスの一部をプローブ４によって抽気すると同時に、冷却ファン５からの冷風によって約４００〜７００℃まで急冷する。
ここで、ダクト１２Ａにおいて、ダスト供給装置１１から供給されたＥＰダストＤ０を抽気ガスＧ１によって直接加熱し、ＥＰダストＤ０に含まれる水銀を揮発させる。このダクト１２Ａ内のガス温度は、上述のように４００〜７００℃程度であるため、ＥＰダストＤ０中の水銀をより確実に揮発させることができる。
次に、注入装置１３によって、加熱されたＥＰダストＤ０を含む抽気ガスＧ１に、塩素ガス又は塩化水素を注入し、ＥＰダストＤ０から揮発した金属水銀を水溶性の塩化水銀に転化させる。ここで、最適化演算機２０には、予め、金属水銀から塩化水銀への転化率の目標値と、排ガスＧ３中の塩素ガス又は塩化水素の濃度の目標値を設定する。そして、濃度計１０、１４によって金属水銀及び塩化水銀の濃度を測定するとともに、濃度計１７によって塩素ガス又は塩化水素の濃度を測定し、最適化演算機２０に随時測定値が入力される。測定された金属水銀及び塩化水銀の濃度から塩化水銀への転化率が計算される。この実測値が目標値をクリアするように維持されることが望ましい。
一方、濃度計１７によって測定された塩素ガス又は塩化水素の値は、過剰に塩素ガス又は塩化水素が注入されないように、目標値よりも低いレベルに維持されることが好ましい。
このように、各濃度計１０、１４、１７で測定された入力値及びその変動挙動と、予め設定された目標値に基づき、最適化演算機２０によって適正な注入量が計算され、予め設定された目標値に近づくように塩素ガス又は塩化水素の注入量が最適に制御される。金属水銀から塩化水銀への転化率の目標値は、ＥＰダストＤ０中の水銀含有量、処理設備やその運転条件によって任意の値に設定されるが、概ね８０％以上に設定される。
次いで、サイクロン６において、プローブ４から排気されるＥＰダストＤ０を含む抽気ガスＧ１を、粗粉Ｄ１と、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２とに分離し、粗粉Ｄ１をセメントキルン系に戻す。
その一方で、粗粉Ｄ１が除去された排ガスＧ２を固気分離装置７に導入し、排ガスＧ２の塩化カリウム等を含む微粉（塩素バイパスダスト）Ｄ２を回収する。回収した微粉Ｄ２は、ダストタンク８に貯留した後、セメント粉砕工程で利用したり、水洗後、セメント原料として利用する。
ここで、水銀が揮発したＥＰダストＤ０は、上記粗粉Ｄ１又は微粉Ｄ２として回収される。そのため、ＥＰダストＤ０を回収するための新たな固気分離装置等を設ける必要がなく、設備・運転コストの上昇を抑えることができる。
微粉Ｄ２が除去された排ガスＧ３は、熱交換器１８に導入され、固気分離装置７の顕熱を有効利用した後、水銀回収装置１９に導入され、排ガスＧ３中の水銀（主に塩化水銀）が除去される。排ガスＧ３を熱交換器１８に導入せず、ガス吸収装置を用いた水銀回収装置１９に直接導入して水銀を除去することもできる。水銀回収装置１９において水銀が除去され、無害化した排ガスＧ５は大気に放出するか、キルン系に戻す。
尚、上記実施の形態においては、ダクト１２Ａ内の抽気ガスＧ１によりＥＰダストＤ０を直接加熱したが、ＥＰダストＤ０をダクト１２Ｂへ供給し、サイクロン６の排ガスＧ２によりＥＰダストＤ０を直接加熱してもよい。サイクロン６の排ガスＧ２は、約４００〜７００℃と高温であるため、上記と同様に水銀の揮発に有効である。この場合、注入装置１３の注入点をＥＰダスト供給点よりも下流側とし、また、濃度計１０をＥＰダスト供給点よりも下流側に設けてもよい。
また、セメントキルンの後段に電気集塵装置２を配置するが、電気集塵装置２に代えて、バグフィルタ、サイクロン、移動式集塵機等を配置し、それら集塵機によってセメントキルンの排ガスに含まれるダストを捕集し、ダスト供給装置１１を介してダクト１２に搬送するようにしてもよい。
さらに、水銀回収装置１９として、カートリッジ式固定相吸着装置、連続クロスフロー式移層吸着装置等の吸着剤により水銀を吸着除去するガス吸収装置を用いることができる。この際、吸着剤として、硫黄又は金属硫化物、活性炭又は活性炭を担持した吸着媒体、水銀と反応する金属又は水銀を担持した吸着媒体等を用いることが好ましい。この場合、熱交換器１８の排ガスＧ４に吸着剤を吹き込み、ガス化した状態の水銀を吸着除去し、排ガスＧ４から水銀を取り除く。水銀を吸着した吸着剤は、回収して別途適切な最終処理を行う。最終処理方法として、水銀リサイクル処理を専門的に行っている企業や機関への委託処理が挙げられる。
また、水銀回収装置１９に活性炭や活性コークスなどを用いた吸着装置を使用することで、水銀の他に、抽気ガスＧ１に含まれる微量のダイオキシンやＰＣＢ等の有機塩素化合物に代表される有害物質を吸着除去することもできる。
尚、上記の実施形態においては、サイクロン６で粗粉Ｄ１を分級した後に、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２を固気分離装置７に導入するが、サイクロン６を設けることなく、プローブ４で抽気した抽気ガスＧ１に直接ＥＰダストＤ０を供給した後、固気分離装置７に直接導入してもよい。
１ セメントキルン排ガスの処理装置
２ 電気集塵装置
４ プローブ
５ 冷却ファン
６ サイクロン
７ 固気分離装置
８ ダストタンク
１０ （金属水銀濃度計及び塩化水銀）濃度計
１１ ダスト供給装置
１２（１２Ａ、１２Ｂ） ダクト
１３ 注入装置
１４ （金属水銀濃度計及び塩化水銀）濃度計
１７ （塩素ガス又は塩化水素）濃度計
１８ 熱交換器
１９ 水銀回収装置
２０ 最適化演算機
Ｄ０ ＥＰダスト
Ｄ１ 粗粉
Ｄ２ 微粉
Ｇ１ 抽気ガス
Ｇ２〜Ｇ５ 排ガス
２ 電気集塵装置
４ プローブ
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Ｇ１ 抽気ガス
Ｇ２〜Ｇ５ 排ガス
Claims (3)
- セメントキルンの排ガスに含まれるダストを集塵する集塵装置と、
該集塵装置で集塵されたダストを直接加熱するために、該ダストを、セメント焼成設備に付設された塩素バイパスにおける微粉を集塵する固気分離装置の上流側のガスダクトであって、前記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冷却しながら抽気するプローブと、該プローブから排気される抽気ガスから粗粉を分離する分級装置との間のガスダクトに供給するダスト供給装置と、
前記加熱によって揮発した水銀を回収する水銀回収装置とを備えることを特徴とするセメントキルン排ガスの処理装置。 - セメントキルンの排ガスに含まれるダストを集塵する集塵装置と、
該集塵装置で集塵されたダストを直接加熱するために、該ダストを、セメント焼成設備に付設された塩素バイパスにおける微粉を集塵する固気分離装置の上流側のガスダクトであって、前記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冷却しながら抽気したガスから粗粉を分離する分級装置と、前記固気分離装置との間のダクトに供給するダスト供給装置と、
前記加熱によって揮発した水銀を回収する水銀回収装置とを備えることを特徴とするセメントキルン排ガスの処理装置。 - 前記固気分離装置の上流側のガスダクトに、塩素ガスを注入する塩素ガス注入装置又は塩化水素を注入する塩化水素注入装置を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のセメントキルン排ガスの処理装置。
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