JP6709496B2 - セメントの製造方法及びセメントの製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、セメントの製造方法及びセメントの製造装置に関する。

従来、セメント製造装置では、微粉炭の代替燃料として、複数種類の燃料系廃棄物を調合した調合汚泥が使用されている。この調合汚泥は、プレヒータの仮焼炉もしくはセメントキルンとプレヒータを接続する窯尻に投入されることが多い。

調合汚泥の原料としては、廃油、有機系汚泥などの臭気のある原料が使われることがある。また、調合汚泥の原料自体は殆ど臭気がなくても、混合することにより臭気を発することがある。臭気の強い調合汚泥を受入、セメントキルンに輸送する際に、作業環境の悪化防止の観点から臭気を周辺に発散させないようにする必要がある。このため、受入設備やベルトコンベア等の輸送設備の密閉化が行われている。

調合汚泥の輸送は、一般的にベルトコンベア、バケットエレベータ、フライトコンベアなどの機械式輸送機で仮焼炉や窯尻まで運ばれる。例えば、特許文献１には、乾式キルンへ汚泥導入管から圧送ポンプに流し込むことが記載されている。

特開平１１−１８８３９０号公報

調合汚泥をキルン等に機械輸送することが考えられるが、臭気の問題があるほか、固体異物の輸送機への噛み込みや機械部品の摩耗・腐食等による点検・補修作業に多大な労力と費用が必要となる欠点がある。また、調合汚泥をキルン等に空気輸送することも考えられる。調合汚泥を空気輸送する場合、調合汚泥は輸送配管内を輸送されるため、異臭が環境に排出されにくい。しかしながら、調合汚泥を空気輸送する場合、調合汚泥が配管の内壁に付着することにより、調合汚泥の輸送効率が低下したり、配管が閉塞してしまうという問題がある。

本発明の主な目的は、調合汚泥を用いて好適にセメントを製造し得る方法及び装置を提供することにある。

本発明に係るセメントの製造方法では、調合汚泥が貯蔵されたタンクから、予め定められた量の調合汚泥を定量する。定量された調合汚泥を、セメントキルンの仮焼炉及び窯尻の少なくとも一方に空気輸送することにより供給する。

本発明に係るセメントの製造方法では、定量された調合汚泥を間欠的に空気輸送することが好ましい。

本発明に係るセメントの製造方法では、調合汚泥のパックセットインデックス（ＰＳＩ）を１５以下とし、調合汚泥の含水率を２０質量％〜４０質量％とし、調合汚泥の最大粒子径を４０ｍｍ以下とすることが好ましい。

本発明に係るセメントの製造方法では、調合汚泥の空気輸送を、管内流速２５ｍ／秒以上の速度で行うことが好ましい。

本発明に係るセメントの製造装置は、タンクと、定量機構と、配管と、空気輸送機構とを備える。タンクには、調合汚泥が貯留される。定量機構は、タンクから、予め定められた量の調合汚泥を定量する。配管は、定量機構と、セメントキルンの仮焼炉及び窯尻の少なくとも一方とを接続している。空気輸送機構は、定量された調合汚泥を定量機構からセメントキルンの仮焼炉窯尻の少なくとも一方へと配管内を空気輸送する。

本発明に係るセメントの製造装置では、定量機構が、タンクから調合汚泥を連続的に輸送する輸送機構と、輸送機構からの調合汚泥が投入されるロータリーバルブとを有し、ロータリーバルブの回転中心軸の延びる方向から視た際に、回転中心軸の位置と、ロータリーバルブの入口の位置とが、水平方向にずらされていることが好ましい。

本発明に係るセメントの製造装置では、定量された調合汚泥が間欠的に空気輸送されることが好ましい。

本発明によれば、調合汚泥を用いて好適にセメントを製造し得る方法及び装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るセメントの製造装置の模式図である。 図１のＩＩ部分を拡大した模式的断面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

図１は、本実施形態に係るセメントの製造装置１の模式図である。

図１に示すように、製造装置１は、仮焼炉１０とその上段に設置されているサスペンションプレヒータ（図示せず）と、セメントキルン１１とを備えている。

サスペンションプレヒータには、セメントの原料が投入される。投入された原料は、サスペンションプレヒータにおいてセメントキルン１１の排ガスにより予熱される。仮焼炉１０はサスペンションプレヒータでの原料の予熱を補助するために設置されている。

セメントキルン１１は、サスペンションプレヒータと窯尻１２を介して接続されている。サスペンションプレヒータにおいて予熱された原料は、窯尻１２を経由してセメントキルン１１に投入され、焼成される。得られた焼成物（クリンカ）は、図示しない粉砕機により粉砕されることによりセメントが製造される。

製造装置１は、調合汚泥供給装置２０をさらに備えている。調合汚泥供給装置２０は、仮焼炉１０及び窯尻１２の少なくとも一方に接続されている。調合汚泥供給装置２０は、仮焼炉１０または窯尻１２を経由して、微粉炭等の代替燃料としての調合汚泥を供給するための装置である。

本発明において、「調合汚泥」とは、工場排水汚泥、下水汚泥、し尿汚泥、動植物性残渣、動物の糞尿、木くず、廃プラスチック、シュレッダーダスト、廃油、再生油、廃白土、塗料かす、廃トナー、繊維くず、紙くず、古畳破砕物などの燃料系廃棄物を混合、調製したものである。調合汚泥には、ハンドリング性改善等を目的として、石炭灰、高炉スラグ、鋳物砂、セメント、無機汚泥、焼却灰等の無機系の材料が添加されていてもよい。

調合汚泥供給装置２０は、タンク２１を有する。このタンク２１は、調合汚泥を一時的に貯留するためのものである。タンク２１は、開閉可能な蓋を有しており、タンク２１に調合汚泥を供給する時のみ蓋を開き、それ以外の時は、蓋は閉鎖されている。このため、タンク２１から臭気等が漏れることが抑制されている。また、調合汚泥受入時の臭気拡散防止の観点から、タンク２１は密閉可能な建屋内に設置されていることが好ましい。

タンク２１には、定量機構２２が接続されている。定量機構２２は、タンク２１から、予め定められた量の調合汚泥を定量する機構である。

定量機構２２は、仮焼炉１０及び窯尻１２の少なくとも一方に、配管２３を介して接続されている。定量機構２２により定量され、配管２３に供給された調合汚泥は、ブロアなどの送風機等により構成される空気輸送機構２４により、仮焼炉１０及び窯尻１２の少なくとも一方に供給される。

以上説明したように、本実施形態では、配管２３を経由して調合汚泥が空気輸送されるため、調合汚泥の臭気が外気に漏れることを効果的に抑制することができる。また、調合汚泥を空気輸送することにより、仮焼炉１０や窯尻１２における酸素濃度を高めることができる。従って、仮焼炉１０における調合汚泥の燃焼を促進させることができる。

ところで、調合汚泥には、付着性を有するものがある。このため、配管２３の内壁に調合汚泥が付着することにより、配管２３が閉塞する虞がある。調合汚泥を定量することなく配管２３に供給した場合は、配管２３への調合汚泥の供給量にばらつきが生じる。配管２３に対して多量の調合汚泥が供給される場合も想定される。そのような場合には、配管２３が調合汚泥により閉塞する可能性が高い。

ここで、製造装置１では、まず、タンク２１から、予め定められた量の調合汚泥を定量する。そして、定量された調合汚泥を配管２３を経由して、仮焼炉１０及び窯尻１２の少なくとも一方に空気輸送する。このため、配管２３内を輸送される調合汚泥の単位時間あたりの量がばらつくことを抑制することができる。一定期間内に多量の調合汚泥が配管２３内に供給されることを抑制することができる。従って、配管２３が調合汚泥により閉塞することを効果的に抑制することができる。

また、配管２３内を輸送される調合汚泥の単位時間あたりの量がばらつくことを抑制することができる。このため、調合汚泥が燃焼することにより発生する熱量が単位時間当たりにばらつくことも抑制することができる。従って、セメントキルン１１内において原料を安定的に焼成することができる。

さらに、本実施形態では、調合汚泥と共に、単位時間当たりにほぼ一定した量の空気（酸素）が仮焼炉１０や窯尻１２に供給される。このため、仮焼炉１０やセメントキルン１１において燃焼ムラが発生することを抑制することができ、安定的に焼成を行うことができる。

製造装置１では、定量機構２２は、スクリューコンベアなどのコンベア２２ａと、ロータリーバルブ２２ｂと、タンク２１と、ロードセル２２ｃとを有する。

タンク２１内の調合汚泥は、まず、ロードセル２２ｃによりタンク２１の重量を計測することにより、所定の重量の調合汚泥をコンベア２２に移動させる。なお、例えば、計量ホッパにより調合汚泥の重量を測定することも可能であるが、計量ホッパに調合汚泥が付着していた場合などにおいては、投入する調合汚泥の質量を正確に測定することが困難である。従って、ロードセル２２ｃ等を用いてタンク２１の重量を計測することにより、投入する調合汚泥の質量を測定することが好ましい。そうすることにより、タンク２１に調合汚泥が付着していた場合などにおいても正確に調合汚泥の量を計測でき、正確に定量された調合汚泥を空気輸送することができる。

次に、タンク２１内の調合汚泥を、コンベア２２ａにより、ロータリーバルブ２２ｂに輸送する。ここで、図２に示すように、ロータリーバルブ２２ｂの回転中心軸の延びる方向から視た際に、ロータリーバルブ２２ｂのローターの回転中心軸の位置と、ロータリーバルブ２２ｂの入口の位置とが水平方向にずらされている。このため、ロータリーバルブ２２ｂのローターとケーシングとの間に固形の異物が噛み込むことを抑制することができる。

ロータリーバルブ２２ｂに輸送された調合汚泥は、ロータリーバルブ２２ｂにより、配管２３内に定量的かつ間欠的に供給される。このように、本実施形態では、定量された調合汚泥を間欠的に空気輸送する。このため、定量された調合汚泥の間に空気が介在することなり、調合汚泥が配管２３内をよりスムーズに輸送される。従って、配管２３が調合汚泥により閉塞することがより効果的に抑制されている。また、定量された調合汚泥の間に空気が介在することなるため、仮焼炉１０に供給される空気（酸素）の量をより多くすることができる。従って、セメントキルン１１内の酸素濃度を高めることができる。よって、仮焼炉１０内において原料がより好適に焼成する。

調合汚泥により配管２３が閉塞することをより効果的に抑制する観点からは、調合汚泥のパックセットインデックス（ＰＳＩ）を１５以下とすることが好ましい。

調合汚泥のＰＳＩを１５以下とすることにより、調合汚泥が塊を形成し難いため、配管２３が調合汚泥により、より閉塞しにくくなる。

なお、ＰＳＩは、セメント等の紛粒体の運搬作業性を表す指標であり、米国試験材料協会（ＡＳＴＭ）規格、ＡＳＴＭ Ｃ１５６５−０９（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐａｃｋ−Ｓｅｔ Ｉｎｄｅｘ ｏｆ Ｐｏｒｔｌａｎｄ Ｃｅｍｅｎｔ）に基づいて測定することができる値である。

具体的には、ＰＳＩは、以下の要領で求めることができる。まず、調合汚泥１００ｇを容量２００ｍＬの三角フラスコに入れ、三角フラスコを手で５ｃｍ持ち上げて落とすことにより衝撃を与える。それを１秒に１回のペースで１００回行い調合汚泥を締め固める。その後、三角フラスコを９０°傾け、三角フラスコの中心軸を軸として回転させ、調合汚泥が崩れるまでに要した回転数を数える。これを３回行い、その平均値をＰＳＩとすることができる。

このＰＳＩは、現場において簡易的に計測することができるため、ＰＳＩを用いて調合汚泥の性状を容易に管理することができる。

調合汚泥により配管２３が閉塞することをより効果的に抑制する観点からは、調合汚泥の含水率を２０質量％〜４０質量％とすることが好ましい。調合汚泥の含水率は、調合汚泥の水分の重量を、調合汚泥乾燥物の重量と調合汚泥の水分の重量の合計重量で除算して得られる値である。調合汚泥の含水率を４０質量％以下とすることにより、調合汚泥の輸送中における水分の分離を抑制することができる。調合汚泥の輸送中に水分が分離すると、タンク２１や配管２３の腐食が促進することがある。調合汚泥の含水率を２０質量％以上とすることにより、調合汚泥の輸送中に粉じん等が発生することを効果的に抑制することができる。

調合汚泥により配管２３が閉塞することをより効果的に抑制する観点からは、調合汚泥の最大粒子径を４０ｍｍ以下とすることが好ましい。調合汚泥に粒子径の大きな粒子が含まれていると配管２３が閉塞しやすくなるためである。調合汚泥の最大粒子径が４０ｍｍ以下となるように、配管２３よりも上流側にスクリーンを配置し、粒子径が大きな粒子を調合汚泥から取り除いてもよい。

調合汚泥の空気輸送時の管内流速は、用いる調合汚泥の性状、配管２３の内径等に応じて適宜設定することができる。調合汚泥の空気輸送時の管内流速は、調合汚泥が配管２３の内壁に衝突し、調合汚泥の凝集体が破砕する程度の流速であることが好ましい。具体的には、調合汚泥の空気輸送時の管内流速は、例えば、２５ｍ／秒以上であることが好ましい。また、管内流速は２９ｍ以上であることがより好ましい。管内流速を２５ｍ／秒以上とすることにより、配管２３の内壁に調合汚泥が衝突しやすくなり、調合汚泥の凝集体が破砕する上、それにより、内壁に付着した調合汚泥が内壁から剥離しやすくなるためである。

以下、本発明について、具体的な実験例に基づいて、さらに詳細に説明するが、本発明は以下の実験例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。

（実験例）
内径が８０ｍｍの配管に、ＰＳＩが１４で、含水率が４０質量％で、最大粒子径が４０ｍｍである調合汚泥を７７０ｋｇ／時間の流量で供給し、ブロアを用いて管内流速２９ｍ／秒で空気輸送したところ、配管は閉塞しなかった。

１ 製造装置
１０ 仮焼炉
１１ セメントキルン
１２ 窯尻
２０ 調合汚泥供給装置
２１ タンク
２２ 定量機構
２２ａ コンベア（輸送機構）
２２ｂ ロータリーバルブ
２２ｃ ロードセル
２３ 配管
２４ 空気輸送機構

Claims (4)

1. 燃料系混合廃棄物が貯蔵され、ロードセルによって重量が計測されたタンクから、ロータリーバルブによって予め定められた量の燃料系混合廃棄物を前記予め定められた量を超えないように定量する工程と、
   前記定量された燃料系混合廃棄物を、セメントキルンの仮焼炉及び窯尻の少なくとも一方に間欠的に空気輸送することにより供給する工程と、
   を備え、
   前記燃料系混合廃棄物の、パックセットインデックス（ＰＳＩ）を１５以下、含水率を２０質量％〜４０質量％、最大粒子径を４０ｍｍ以下とする、セメントの製造方法。
2. 前記燃料系混合廃棄物の空気輸送を、管内流速２５ｍ／秒以上の速度で行う、請求項１に記載のセメントの製造方法。
3. 燃料系混合廃棄物が貯留されるタンクと、
   燃料系混合廃棄物が貯留されるタンクの重量を計測するロードセルと、
   前記タンクから、ロータリーバルブによって予め定められた量の燃料系混合廃棄物を、前記予め定められた量を超えないように定量する定量機構と、
   前記定量機構と、セメントキルンの仮焼炉及び窯尻の少なくとも一方とを接続している配管と、
   前記定量された燃料系混合廃棄物を前記定量機構から前記セメントキルンの仮焼炉及び窯尻の少なくとも一方へと前記配管内を間欠的に空気輸送する空気輸送機構と、
   を備え、
   前記燃料系混合廃棄物は、パックセットインデックス（ＰＳＩ）が１５以下、含水率が２０質量％〜４０質量％、最大粒子径が４０ｍｍ以下である、セメントの製造装置。
4. 前記ロータリーバルブの回転中心軸の延びる方向から視た際に、前記回転中心軸の位置と、前記ロータリーバルブの入口の位置とが、水平方向にずらされている、請求項３に記載のセメントの製造装置。