JP6840271B2 - 汚泥の処理方法及びセメント製造システム - Google Patents

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Description

本発明は、セメント製造プロセスの排熱を利用した汚泥の処理方法、及び、汚泥を利用するセメント製造システムに関する。
セメント製造プロセスは、大きく分けて、セメント原料を乾燥・粉砕・調合する原料工程、原料から中間製品であるクリンカを焼成する焼成工程、及び、クリンカに石こうを加えて粉砕してセメントに仕上げる仕上げ工程から成る。このようなセメント製造プロセスの熱エネルギーとして、下水汚泥や工場排水汚泥などの汚泥の燃焼熱を利用し、更に、その焼却灰をセメント原料として利用することが提案されている。特許文献１〜３では、セメントの製造に汚泥を利用する技術が開示されている。
特許文献１では、下水汚泥を生石灰類と混合してから脱水し、脱水で生じる固形分をセメントの製造の原料工程（例えば、原料乾燥機又は原料ミル）へ投入して他のセメント原料と共にセメント化し、脱水で発生するガスを焼成工程（例えば、セメントキルン窯尻）に導入して悪臭ガスを分解することが記載されている。
特許文献２では、下水汚泥や工場廃水汚泥に石炭灰を混合して水分調整及び悪臭の発生を抑止をした後、セメント原料の乾燥機にて乾燥し、セメント原料として利用することが記載されている。
特許文献３では、セメント原料の乾燥工程及び／又は粉砕工程などの比較的低温領域（４００℃以下）で、汚泥を石灰石を主とするセメント原料と接触させて除臭した後、その汚泥及びセメント原料を焼成工程に供給することが記載されている。原料乾燥機には、焼成工程のキルンの排ガス（２００〜４００℃）が、仮焼炉を経て導入される。
特開平３−９８７００号公報 特開平６−３３５７００号公報 特開平１１−１１６２９０号公報
セメント製造プロセスにおいて、セメント焼成装置から出た高温の焼成物は、エアクエンチングクーラで急冷される。エアクエンチングクーラでは、高温の焼成物に冷風を送り、急冷してクリンカにする。エアクエンチングクーラから排出されるガスのうち、キルン及び仮焼炉の燃焼空気に利用されるガスは、燃焼空気として利用された後、発電用ボイラ、セメント原料を粉砕・乾燥する原料ミル等で利用され、約２００℃未満にまで低下する。また、エアクエンチングクーラから排出されるガスのうち、キルン及び仮焼炉の燃焼空気に利用されないガスは、発電用ボイラ等に利用され、約２００℃未満にまで低下する。このような低温排熱は大気へ放出される。しかし、このように従来廃棄されてきた低温排熱をエネルギーとして利用することができれば、セメント製造プロセスの熱有効利用率を更に高めることができる。
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、従来廃棄されてきたセメント製造プロセスの低温（例えば、２００℃未満）排熱を利用して、脱水汚泥を乾燥させることにある。
特許文献１〜３では、汚泥と生石灰、石炭灰、又はセメント原料との混成物を、セメント原料の原料乾燥機又は原料ミルを利用して乾燥することが記載されている。従来のセメント原料の乾燥機又は原料ミルでは、焼成工程からの２００〜４００℃の排ガスを利用している（特許文献３、参照）。本願発明では、それよりも低い温度の排ガスを利用して含水率の高い汚泥を効率的に乾燥するために、以下に示す特徴を有している。
本発明の一態様に係る汚泥の処理方法は、
脱水汚泥とセメント原料とを混合して混成物を作製すること、
前記混成物を乾燥用ガスと接触させる乾燥機で前記混成物を乾燥させること、
乾燥した前記混成物をセメント製造プロセスの焼成工程へ燃料及び原料として供給すること、
前記乾燥機の排ガスを前記焼成工程へ焼成物の冷却用ガスとして供給すること、及び、
前記セメント製造プロセスの排ガス又はその熱を利用したプロセスの排ガスであって、５０℃以上２００℃未満の排ガスを前記乾燥機へ前記乾燥用ガスとして供給すること、を含むことを特徴としている。
また、本発明の一態様に係るセメント製造システムは、
セメント原料を焼成するセメント焼成装置と、
前記セメント焼成装置から出た焼成物を冷却するエアクエンチングクーラと、
脱水汚泥と未焼成の前記セメント原料とを混合して混成物を作製する混合装置と、
前記混成物を乾燥用ガスと接触させることにより前記混成物を乾燥させる乾燥機と、
前記セメント焼成装置及び前記エアクエンチングクーラのうち少なくとも１つからの排ガス又はその熱を利用した装置の排ガスであって、５０℃以上２００℃未満の排ガスを前記乾燥機へ前記乾燥用ガスとして供給する乾燥用ガス供給ラインと、
乾燥した前記混成物を前記セメント焼成装置へ燃料及び原料として供給する混成物供給ラインと、
前記乾燥機の排ガスを前記エアクエンチングクーラへ前記焼成物の冷却用ガスとして供給する乾燥機排ガスラインと、を備えることを特徴としている。
上記の汚泥の処理方法及びセメント製造システムによれば、脱水汚泥がセメント原料と混合した混成物とされるので、乾燥用ガスと混成物とが効率的に接触し、５０℃以上２００℃未満の低温の乾燥用ガスを用いても脱水汚泥を含む混成物を良好に乾燥させることができる。また、上記の汚泥の処理方法及びセメント製造システムでは、乾燥機の臭気を伴う排ガスは、エアクエンチングクーラで焼成物の冷却用ガスとして利用され、更に、焼成物を冷却した後にはセメント焼成装置の燃焼用空気として利用されて、臭気が熱分解される。よって、乾燥機の臭気を伴う排ガスの処理のために、別途の脱臭装置が不要である。更に、上記の乾燥用ガスの温度条件は、乾燥中に汚泥から発生する硫黄化合物の発火点以下であるため、乾燥中の二酸化硫黄（亜硫酸ガス）の発生を抑えることができる。これにより、二酸化硫黄が酸化・凝縮されて成る硫酸による、乾燥機及びその排ガス系統の腐食を抑えることができる。同様に、上記の乾燥用ガスの温度条件によれば、汚泥から発生した硫化水素による、乾燥機及びその排ガス系統の腐食を抑えることができる。
上記の汚泥の処理方法において、前記乾燥用ガスは、前記焼成物の冷却に用いられたガス又はその熱を利用したプロセスの排ガスであってよい。
これにより、乾燥用ガスとして焼成物の冷却手段（エアクエンチングクーラ）から取り出したガスを、冷却手段に戻すことになる。よって、セメント製造プロセスのガスバランスを保つことができ、安定した運転を行うことができる。
上記の汚泥の処理方法において、前記乾燥機は、流動媒体が前記混成物であり、前記流動媒体の流動用ガスが前記乾燥用ガスである流動層式乾燥機であって、前記脱水汚泥と前記セメント原料との混合比が、前記混成物の全水分が１０質量％以上２５質量％以下であって、粒子状の前記混成物が得られる、前記脱水汚泥と前記セメント原料との質量比又は体積比であってよい。
また、上記のセメント製造システムにおいて、前記乾燥機は、前記混成物から成る流動媒体を収容し、且つ、前記流動媒体中へ流動用ガスとして前記乾燥用ガスを送る前記乾燥用ガス供給ラインが接続された乾燥容器を有する流動層式乾燥機であって、前記脱水汚泥と前記セメント原料との混合比が、前記混成物の全水分が１０質量％以上２５質量％以下であって、粒子状の前記混成物が得られる、前記脱水汚泥と前記セメント原料との質量比又は体積比であってよい。
このように、乾燥機として乾燥効率の高い流動層式乾燥機が用いられるので、低温の乾燥用ガスでも良好に混成物を乾燥させることができる。また、上記の割合で脱水汚泥とセメント原料とを混合させることによって、粒度分布が小さく、且つ、平均粒径が流動媒体として適切な大きさの粒子状の混成物が得られる。
また、上記の汚泥の処理方法において、前記乾燥機は、流動媒体が前記混成物であり、流動用ガスが前記乾燥用ガスである流動層式乾燥機であって、前記セメント製造プロセスの前記焼成工程から２００℃以上４００℃以下の高温ガスを抽気し、前記高温ガスを利用して前記流動層式乾燥機の前記流動媒体を間接的に加熱してよい。
同様に、上記セメント製造システムにおいて、前記乾燥機は、前記混成物から成る流動媒体を収容し、且つ、前記流動媒体中へ流動用ガスとして前記乾燥用ガスを送る前記乾燥用ガス供給ラインが接続された乾燥容器と、前記流動媒体中に通された少なくとも一本の伝熱管とを有する流動層式乾燥機であり、
前記セメント焼成装置の排ガスライン及び前記エアクエンチングクーラのうち少なくとも１つから２００℃以上４００℃以下の高温ガスを抽気して前記伝熱管へ送る高温ガス供給ラインを更に備えていてよい。
上記の汚泥の処理方法及びセメント製造システムによれば、セメント製造プロセスの焼成工程から取り出した２００℃以上４００℃以下の高温ガスを使って、乾燥機内の流動媒体を間接的に加熱することができる。これにより、比較的低温の流動化ガスによる流動媒体（混成物）の乾燥を補助することができる。また、比較的低温の流動化ガスと高温ガスとが分離された状態となるので、乾燥機を通じた高温ガスから熱を更に回収することが可能となる。
また、上記の汚泥の処理方法において、前記流動層式乾燥機で前記流動媒体の加熱に利用された前記高温ガスを、排熱回収ボイラを通じてから、前記乾燥用ガスと合流させることを更に含んでよい。
同様に、上記セメント製造システムが、排熱回収ボイラを有し、前記伝熱管から出た前記高温ガスを前記排熱回収ボイラを通じてから前記乾燥用ガス供給ラインへ送る排熱回収ラインを更に備えていてよい。
上記の汚泥の処理方法及びセメント製造システムによれば、乾燥機で流動媒体の加熱のために利用した高温ガスの熱を排熱回収ボイラで回収することができる。更に、排熱回収ボイラを通じた高温ガスを乾燥用ガスとして利用することができ、高温ガスの持つ熱を有効に利用することができる。
或いは、上記の汚泥の処理方法及びセメント製造システムにおいて、前記乾燥機は、前記混成物をコンベヤで乾燥室内で移動させながら、前記乾燥用ガスを通気させて乾燥するコンベヤ式乾燥機であって、前記脱水汚泥と前記セメント原料との混合比が、前記混成物の全水分が１０質量％以上４０質量％以下となる、前記脱水汚泥と前記セメント原料との質量比又は体積比であってよい。
このように、乾燥機として乾燥効率の高いコンベヤ式乾燥機が用いられるので、低温の乾燥用ガスでも良好に混成物を乾燥させることができる。また、上記の割合で脱水汚泥とセメント原料とを混合させることによって、コンベヤで搬送する際に、ハンドリング上支障のない、即ち、コンベヤ及びケーシングを含むコンベヤ式乾燥機の構成要素への付着が少ない混成物が得られる。脱水汚泥とセメント原料とをこのような状態の混成物としたうえで乾燥を行うことにより、コンベヤの継続的な安定運転が実現でき、また、乾燥性能の低下を抑えることができる。
本発明によれば、従来廃棄されてきたセメント製造プロセスの低温排熱を利用して、脱水汚泥を乾燥させることができる。
図１は、本発明の第１実施形態に係るセメント製造システムを示す系統的概略構成図である。 図２は、本発明の第１実施形態に係るセメント製造システムの変形例を示す系統的概略構成図である。 図３は、本発明の第２実施形態に係るセメント製造システムを示す系統的概略構成図である。
〔第１実施形態〕
次に、図面を参照して本発明の第１実施形態を説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るセメント製造システム１００Ａを示す系統的概略構成図である。
セメント製造プロセスは、大きく分けて、セメント原料を乾燥・粉砕・調合する原料工程、原料から中間製品であるクリンカを焼成する焼成工程、及び、クリンカに石こうを加えて粉砕してセメントに仕上げる仕上げ工程から成る。図１に示すセメント製造システム１００Ａでは、そのうち焼成工程を担うセメント焼成装置２及びエアクエンチングクーラ３、並びにその周辺機器について詳細に記載し、余を省略している。
セメント製造システム１００Ａは、セメント原料を焼成するセメント焼成装置２と、セメント焼成装置から出た焼成物を冷却するエアクエンチングクーラ３とを備える。
セメント焼成装置２は、セメント原料を予熱するプレヒータ２１及び仮焼炉２２と、予熱されたセメント原料を焼成するロータリキルン２３とを含む。
セメント焼成装置２は、セメント原料がプレヒータ２１、仮焼炉２２、及びロータリキルン２３の順に移動するように連通されている。また、セメント焼成装置２では、ロータリキルン２３の高温の排ガスが、仮焼炉２２及びプレヒータ２１の順に流れる。プレヒータ２１には、セメント焼成装置２の排ガスが流れ出す焼成装置排ガスライン９が接続されている。焼成装置排ガスライン９には、ボイラ９１、排風ファン９２、原料ミル９３、集塵機９４、排風ファン９５、及び煙突９６が、排ガスの流れの上流から下流に向けてこの順番で設けられている。
プレヒータ２１は、直列的に接続された複数段のサイクロン集塵器を備える。プレヒータ２１では、ロータリキルン２３からの排熱が最下段のサイクロン集塵器から最上段のサイクロン集塵器へ向けて順に移動し、セメント原料が最上段のサイクロン集塵器から最下段のサイクロン集塵器へ向けて順に移動する。セメント原料は、各サイクロン集塵器を通過するに連れて、熱交換によって加熱される。
プレヒータ２１の最下段のサイクロン集塵器は、仮焼炉２２と接続されている。仮焼炉２２の出口は、ロータリキルン２３の入口と接続されている。仮焼炉２２は、仮焼炉バーナ２５を備える。仮焼炉２２には、エアクエンチングクーラ３から仮焼炉２２へ排熱を送る仮焼炉用抽気ダクト４１と、燃料及び原料として後述する混成物を仮焼炉２２へ送る混成物供給ライン８とが接続されている。仮焼炉２２では、プレヒータ２１を出たセメント原料及び混成物供給ライン８から供給された混成物が、約９００℃の雰囲気で仮焼される。
ロータリキルン２３は、横長の円筒型の回転窯であって、原料入口から原料出口へ向かって僅かに下る勾配を付けて設置されている。ロータリキルン２３は、原料出口側にキルンバーナ２６を備える。ロータリキルン２３では、プレヒータ２１及び仮焼炉２２で予熱・仮焼されたセメント原料を、エアクエンチングクーラ３の排熱及びキルンバーナ２６の燃焼ガスによって焼成する。
ロータリキルン２３の出口は、エアクエンチングクーラ３の入口と接続されている。エアクエンチングクーラ３では、ロータリキルン２３から出た高温の焼成物を冷風と接触させて、焼成物を急冷してクリンカにする。エアクエンチングクーラ３から出たクリンカは、クリンカコンベヤ３２でクリンカサイロへ送られる。
エアクエンチングクーラ３には、エアクエンチングクーラ３の排熱が流れ出すクーラ排熱ライン４が接続されている。クーラ排熱ライン４は、前述の仮焼炉用抽気ダクト４１と、約２００℃以上のガスをエアクエンチングクーラ３から抽気する高温排熱ライン４２と、約２００℃未満のガスをエアクエンチングクーラ３から抽気する低温排熱ライン４３とを含む。
高温排熱ライン４２は、ボイラ４５に接続されている。高温排熱ライン４２を通って、エアクエンチングクーラ３の排ガスがボイラ４５へ送られる。
低温排熱ライン４３には、集塵機４６、排風ファン４７、及び煙突４８が排ガスの流れの上流から下流に向けてこの順番で設けられている。本実施形態では、低温排熱ライン４３の集塵機４６よりも上流側にボイラ４５の排ガスライン４５ａが接続されている。
セメント製造システム１００Ａは、脱水汚泥とセメント原料とを混合して粒状の混成物を作製する混合装置５と、混成物を乾燥用ガスと接触させることにより混成物を乾燥させる乾燥機６と、乾燥機６の排ガスをエアクエンチングクーラ３へ送る乾燥機排ガスライン７と、乾燥機６からセメント焼成装置２（仮焼炉２２）へ乾燥した混成物を送る混成物供給ライン８と、乾燥機６へ乾燥用ガスを供給する乾燥用ガス供給ライン６１とを、更に備える。
混合装置５は、セメント原料ホッパ５１と、脱水汚泥ホッパ５２と、セメント原料と脱水汚泥とを混合しながら送り出す混合機５３とを含む。
セメント原料ホッパ５１には、原料工程で乾燥・粉砕・調合されたセメント原料が投入される。このセメント原料は、セメント焼成装置２に供給されたセメント原料と同じものであってよい。セメント原料は、石灰石を主成分とする公知の原料が特に制限なく使用される。セメント原料を具体的に示せば、石灰石を主とし、これに粘土、珪石、酸化鉄などを配合して使用するのが一般的である。一例として、セメント原料の化学組成は、１２〜１５質量％のＳｉＯ２、３〜４質量％のＡｌ２Ｏ３、１．５〜２．５質量％のＦｅ２Ｏ３、４３〜４４質量％のＣａＯ、０．６〜０．９質量％のＭｇＯ、３５〜３７質量％の揮発分、及び、０〜１質量％（残部）のその他の材料を含む。
脱水汚泥ホッパ５２には、脱水汚泥が投入される。脱水汚泥は、下水汚泥、工場排水汚泥、活性汚泥などの汚泥を、図示しない脱水機で脱水して残った固形の物質（脱水ケーキ）である。一般に脱水ケーキとして扱われる脱水汚泥は、６０〜９０質量％の水分を含む。
セメント原料ホッパ５１の出口は、セメント原料調量装置５５を介して混合機５３の入口と接続されている。セメント原料調量装置５５によって、セメント原料ホッパ５１から混合機５３へ送られるセメント原料が調量される。また、脱水汚泥ホッパ５２の出口は、汚泥調量装置５６を介して混合機５３の入口と接続されている。汚泥調量装置５６によって、脱水汚泥ホッパ５２から混合機５３へ送られる脱水汚泥が調量される。
セメント原料調量装置５５及び汚泥調量装置５６の動作は、制御装置５７によって制御される。制御装置５７は、混合機５３での脱水汚泥とセメント原料との混合比が所定の値となるように、セメント原料調量装置５５でセメント原料の供給量を調整し、汚泥調量装置５６で脱水汚泥の供給量を調整する。脱水汚泥とセメント原料の混合比は、脱水汚泥とセメント原料とを混合して成る混成物が粒子状となるような、脱水汚泥とセメント原料との質量比又は体積比である。
脱水汚泥とセメント原料との混成物は、脱水汚泥とセメント原料との混合比が特定の範囲内にあるときに、造粒処理を経ることなく、粒子状となる。脱水汚泥とセメント原料との混合比は、一律ではなく、脱水汚泥の性状（特に、湿分量や有機物の割合）や、セメント原料の性状（特に、水分量や組成）によって変化する。よって、脱水汚泥とセメント原料との混合比は、脱水汚泥及びセメント原料の性状の変化の都度設定することが望ましい。脱水汚泥とセメント原料との混合比の範囲は、例えば、試験で求めることができる。
本実施形態では、乾燥機６として流動層式乾燥機６Ａを採用していることから、脱水汚泥とセメント原料の混合比は、混成物が流動媒体として適切な粒子状となるような値である。具体的には、脱水汚泥とセメント原料との混合比は、混成物の全水分が１０質量％以上２５質量％以下、望ましくは、１３質量％以上２２質量％以下となるように、試験的に求めて制御装置５７に予め設定される。混成物の全水分は、混成物の表面付着水分である湿分と、混成物の吸着水分である水分との和である。混成物の全水分の測定は、「ＪＩＳ Ｍ ８８１２ 石炭類及びコークス類‐工業分析方法」に規定された水分定量方法の石炭類の場合に準拠して行った。
発明者らによる試験によって、混成物の全水分が１０質量％以上２５質量％以下であれば、混成物の粒度分布が小さく（即ち、粒子径のばらつきが小さく）、且つ、平均粒径が流動媒体として適切な大きさの粒子状の混成物が得られることが確認されている。
上記において「流動媒体として適切な大きさ」とは、層内で均一に流動させることのできる粒子の直径であって、数μｍから５ｍｍ程度の範囲と言われている。発明者らの試験結果では、全水分が１０質量％以上２５質量％以下の範囲の混成物の平均粒径（メジアン径ｄ５０）は、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、流動媒体として適切な大きさであった。なお、平均粒径は、標準篩を用いて混成物の粒度分布を測定し、その結果より算出した。
混合機５３で脱水汚泥とセメント原料とを混合することによって作製された混成物は、乾燥機６へ供給される。乾燥機６には、混成物を流動媒体とし、乾燥用ガスを流動用ガスとする流動層が形成されている。この乾燥機６は、内部に乾燥室が形成された乾燥容器６０を有し、乾燥室の底部には堆積した混成物によって混成物層６２が形成されている。乾燥容器６０の下部には、乾燥用ガス供給ライン６１が接続されている。乾燥用ガス供給ライン６１を通じて乾燥機６へ送られた乾燥用ガスは、混成物層６２内に吹き出して、混成物層６２を上昇する。このようにして混成物と乾燥用ガスとが接触し、混成物が乾燥する。このように、他の形式の乾燥機と比較して乾燥効率の高い（即ち、体積熱交換率の大きい）流動層式乾燥機６Ａが乾燥機６として用いられるので、低温の乾燥用ガスでも良好に混成物を乾燥させることができる。
乾燥機６へ供給される乾燥用ガスの風量（風速）は、乾燥機６の流動層の適切な流動化状態が得られるように、混成物の性状（即ち、粒子径、水分、密度等）に応じてダンパやファン等の流量調整装置６７によって調整されてよい。
本実施形態では、乾燥用ガスとして、セメント製造プロセスの排ガス又はその熱を利用したプロセスの排ガスであって、５０℃以上２００℃未満の排ガスを利用する。セメント製造プロセスの２００℃以上の排熱は、原料ミル９３やボイラ４５，９１で優先的に利用されてよい。セメント製造プロセスの５０℃未満の排熱は、乾燥機６の乾燥効率が著しく低下するため採用せずに廃棄されてよい。
具体的には、低温排熱ライン４３の集塵機４６の下流側且つ排風ファン４７の上流側と乾燥用ガス供給ライン６１とが接続され、エアクエンチングクーラ３の２００℃未満の排ガス、及び／又は、エアクエンチングクーラ３の排ガスを利用したボイラ４５の２００℃未満の排ガスが乾燥用ガス供給ライン６１を通じて乾燥機６へ供給される。このような排ガスを乾燥用ガスとして使用することにより、エアクエンチングクーラ３（即ち、焼成物の冷却手段）から取り出した乾燥用ガスを、エアクエンチングクーラ３に戻すことになる。よって、セメント製造プロセスのガスバランスを保つことができ、安定した運転を行うことができる。
また、焼成装置排ガスライン９の集塵機９４の下流側且つ排風ファン９５（又は煙突９６）の上流側と乾燥用ガス供給ライン６１とが接続され、セメント焼成装置２からの排ガスを利用した原料ミル９３の２００℃未満の排ガスが乾燥用ガス供給ライン６１を通じて乾燥機６へ供給されてもよい。
乾燥機６で乾燥した混成物は、乾燥室の底部から排出され、混成物供給ライン８を通じて仮焼炉２２へ供給される。混成物供給ライン８は、乾燥機６から乾燥した混成物を搬出する搬送機８１，８２と、混成物を一時的に貯溜する混成物ホッパ８３と、混成物ホッパ８３から定量的に排出された混成物を搬送する搬送ライン８４とを含む。混成物供給ライン８によって仮焼炉２２に供給された混成物は、燃料の一部として利用され、更に、混成物の燃焼灰はセメント原料の一部として利用される。
乾燥機６の排ガスは、乾燥機排ガスライン７を通じてエアクエンチングクーラ３へ供給される。乾燥機排ガスライン７には、集塵機７１、排風ファン７２、及び、送風ファン７４が、乾燥機排ガスの流れの上流から下流に向けてこの順番で設けられている。排風ファン７２によって乾燥機６から排出された乾燥機排ガスは、集塵機７１で同伴する粉塵が除去される。除去された粉塵は集塵機７１から混成物ホッパ８３へ送られ、混成物ホッパ８３に貯留されている混成物と共に仮焼炉２２へ供給される。集塵機７１を通過した乾燥機排ガスは、送風ファン７４によってエアクエンチングクーラ３へ送給される。このようにして、エアクエンチングクーラ３に供給された乾燥機排ガスは、焼成物の冷却用ガスの一部として利用される。エアクエンチングクーラ３の入口の焼成物は１４００℃程度であり、乾燥機排ガスに含まれる臭気の熱分解温度（約６５０℃）よりも十分に高い。このような高温の焼成物と乾燥機排ガスとが接触することにより、乾燥機排ガスの臭気が分解される。また、エアクエンチングクーラ３の排ガスはロータリキルン２３及び仮焼炉２２へ送られることから、エアクエンチングクーラ３の排ガスに残留する臭気はロータリキルン２３及び仮焼炉２２でも熱分解される。
以上に説明したように、本実施形態に係るセメント製造システム１００Ａは、セメント原料を焼成するセメント焼成装置２と、セメント焼成装置２から出た焼成物を冷却するエアクエンチングクーラ３と、脱水汚泥と未焼成のセメント原料とを混合して混成物を作製する混合装置５と、混成物を乾燥用ガスと接触させることにより混成物を乾燥させる乾燥機６と、セメント焼成装置２及びエアクエンチングクーラ３のうち少なくとも１つからの排ガス又はその熱を利用した装置の排ガスであって、５０℃以上２００℃未満の排ガスを乾燥機６へ乾燥用ガスとして供給する乾燥用ガス供給ライン６１と、乾燥した混成物をセメント焼成装置２へ燃料及び原料として供給する混成物供給ライン８と、乾燥機６の排ガスをエアクエンチングクーラ３へ焼成物の冷却用ガスとして供給する乾燥機排ガスライン７と、を備える。
そして、本実施形態に係るセメント製造システム１００Ａにおいて実施される汚泥の処理方法は、脱水汚泥とセメント原料とを混合して混成物を作製すること、混成物を乾燥用ガスと接触させる乾燥機６で混成物を乾燥させること、乾燥した混成物をセメント製造プロセスの焼成工程へ燃料及び原料として供給すること、乾燥機６の排ガスを焼成工程へ焼成物の冷却用ガスとして供給すること、及び、セメント製造プロセスの排ガス又はその熱を利用したプロセスの排ガスであって、５０℃以上２００℃未満の排ガスを乾燥機６へ乾燥用ガスとして供給することを含む。乾燥用ガスには、焼成物の冷却に用いられたガス又はその熱を利用したプロセスの排ガスが含まれる。
上記のセメント製造システム１００Ａ及び汚泥の処理方法によれば、脱水汚泥がセメント原料と混合した混成物とされるので、乾燥用ガスと混成物とが効率的に接触し、５０℃以上２００℃未満の低温の乾燥用ガスを用いても脱水汚泥（脱水汚泥を含む混成物）を良好に乾燥させることができる。
また、上記のセメント製造システム１００Ａ及び汚泥の処理方法によれば、乾燥機６の臭気を伴う排ガス（乾燥機排ガス）は、エアクエンチングクーラ３で焼成物の冷却用ガスとして利用され、更に、焼成物を冷却した後にはセメント焼成装置２の燃焼用空気として利用されて、臭気が熱分解される。よって、臭気を伴う乾燥機排ガスの処理のために、別途の脱臭装置が不要である。
更に、上記のセメント製造システム１００Ａ及び汚泥の処理方法によれば、乾燥用ガスの温度条件が、乾燥中に汚泥から発生する硫黄化合物の発火点以下であるため、乾燥中の二酸化硫黄（亜硫酸ガス）の発生を抑えることができる。これにより、二酸化硫黄が酸化・凝縮されて成る硫酸による、乾燥機６及びその排ガス系統（乾燥機排ガスライン７）の腐食を抑えることができる。同様に、上記の乾燥用ガスの温度条件によれば、汚泥から発生した硫化水素による、乾燥機及びその排ガス系統の腐食を抑えることができる。よって、耐腐食性を考慮することなく、乾燥機排ガスライン７の仕様を決定することができ、設備のコストダウンを図ることができる。
更に、上記のセメント製造システム１００Ａ及び汚泥の処理方法によれば、混成物を２００℃未満の低温で乾燥させるので、混成物に含まれる石灰石の脱炭酸反応が抑えられ、生石灰の再炭酸化及び再水酸化によるコーチングトラブルを抑えることができる。
［変形例］
上記第１実施形態に係るセメント製造システム１００Ａの変形例を説明する。図２に示す変形例に係るセメント製造システム１００Ａ’は、第１実施形態に係るセメント製造システム１００Ａに、セメント製造プロセスから２００℃以上４００℃以下（望ましくは、３００℃以上４００℃以下）の高温ガスを取り出して、その高温ガスの熱を乾燥機６で利用するための構造が追加されたものである。そこで、本変形例においては、前述の第１実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付して説明を省略する。
図２に示すセメント製造システム１００Ａ’において、乾燥機６（６Ａ’）は、流動媒体である混成物を間接的に加熱する補助加熱装置６５を備える。補助加熱装置６５は、混成物層６２内を通る少なくとも１本の伝熱管６５３と、伝熱管６５３の始端と接続された入口ヘッダ６５１と、伝熱管６５３の終端と接続された出口ヘッダ６５２とを含む。本変形例においては、複数の伝熱管６５３が図２の紙面奥行き方向に並んでおり、これら複数の伝熱管６５３が１つの入口ヘッダ６５１と１つの出口ヘッダ６５２とに接続されている。複数の伝熱管６５３は、混成物層６２の全体に亘って分散して配置されていてもよいが、乾燥容器６０の混成物の投入口６０ａの下方及びその周囲に集中的に配置又は他の部分より多く配置されていてもよい。投入口６０ａから投入された直後の混成物の水分率は混成物層６２の他の部分の混成物の水分率よりも高く、投入直後の混成物の水分率が過剰であると混成物層６２の流動性が損なわれるおそれがある。そこで、上記のように投入口６０ａの下方及びその周囲に複数の伝熱管６５３が集中的に配置されることによって、投入直後の混成物の早期の乾燥が促され、混成物の付着が抑制され、混成物層６２の流動性の維持に寄与することができる。
入口ヘッダ６５１には、高温ガス供給ライン６６が接続されている。高温ガス供給ライン６６の上流側端部は、高温排熱ライン４２と接続されている。高温排熱ライン４２は、エアクエンチングクーラ３から焼成物の冷却に利用された約２００℃以上４００℃以下のガス（以下、「高温ガス」と称する）を抽気してボイラ４５（排熱回収ボイラ）へ送る配管系統である。
エアクエンチングクーラ３から高温排熱ライン４２へ流入した高温ガスのうち一部又は全部が高温ガス供給ライン６６へ流れ、残部がボイラ４５へ流れる。高温ガス供給ライン６６を流れる高温ガスは、伝熱管６５３へ流入し、伝熱管６５３を通過するうちに混成物層６２と熱交換し、混成物層６２を加熱する。
出口ヘッダ６５２には、排熱回収ライン６９が接続されている。排熱回収ライン６９には、ダンパやファン等の流量調整装置６８が設けられている。この流量調整装置６８によって、高温排熱ライン４２を流れる高温ガスのうち高温ガス供給ライン６６へ流れる高温ガスの流量を調整することができる。高温ガス供給ライン６６へ流れる高温ガスの流量を調整することにより、混成物層６２の加熱の程度を調整することができる。
排熱回収ライン６９の下流側端部は、高温排熱ライン４２の高温ガス供給ライン６６の接続部より下流側且つボイラ４５より上流側と接続されている。つまり、高温排熱ライン４２から高温ガス供給ライン６６へ流入して乾燥機６Ａ’で混成物の加熱に利用された高温ガスは、排熱回収ライン６９を通じて再び高温排熱ライン４２へ戻される。高温排熱ライン４２へ戻された高温ガスは、高温排熱ライン４２に流入した高温ガスより温度が低いものの、ボイラ４５で回収されるに値する熱を有している。例えば、高温ガス供給ライン６６へ流入した２００℃以上４００℃以下の高温ガスは、伝熱管６５３を出た後、乾燥用ガスの温度以上３５０℃以下に温度が低下する。このように、高温排熱ライン４２から高温ガス供給ライン６６へ分岐した高温ガスが再び高温排熱ライン４２へ戻されることによって、乾燥機６Ａ’で利用後の高温ガスを大気へ放出する場合と比較して、ボイラ４５での熱回収量（発電量）の低下を抑えることができ、また、高温ガスの持つ熱を有効に利用することができる。
以上に説明したように、本変形例に係るセメント製造システム１００Ａ’は、前述の第１実施形態に係るセメント製造システム１００Ａにおいて、乾燥機６（流動層式乾燥機６Ａ）に代えて、混成物から成る流動媒体を収容し、且つ、流動媒体中へ流動用ガスとして乾燥用ガスを送る乾燥用ガス供給ライン６１が接続された乾燥容器６０と、流動媒体中に通された少なくとも一本の伝熱管６５３とを有する流動層式乾燥機６Ａ’を備えたものである。セメント製造システム１００Ａ’は、エアクエンチングクーラ３から２００℃以上４００℃以下の高温ガスを抽気して伝熱管６５３へ送る高温ガス供給ライン６６を更に備える。
なお、本変形例に係るセメント製造システム１００Ａ’では、高温ガスをエアクエンチングクーラ３から取り出しているが、セメント焼成装置２から排ガスが通過する焼成装置排ガスライン９から２００℃以上４００℃以下の高温ガスを抽気して伝熱管６５３へ送ってもよい。つまり、高温ガス供給ライン６６は、焼成装置排ガスライン９及びエアクエンチングクーラ３のうち少なくとも１つから２００℃以上４００℃以下の高温ガスを抽気して伝熱管６５３へ送るものであればよい。焼成装置排ガスライン９から高温ガスを抽気する場合には、ボイラ９１よりも排ガスの流れの上流側部分（図中の矢印Ｃ）から抽出してよい。また、乾燥機６Ａ’で混成物の加熱に利用された高温ガスは、排熱回収ライン６９を通じてボイラ９１よりも排ガスの流れの上流側部分（図中の矢印Ｄ）に戻してよい。
また、本変形例に係る汚泥の処理方法は、前述の第１実施形態に係る汚泥の処理方法に、セメント製造プロセスの焼成工程から２００℃以上４００℃以下の高温ガスを抽気し、高温ガスを利用して流動層式乾燥機６Ａ’の流動媒体（混成物）を間接的に加熱することを更に含む。
上記のセメント製造システム１００Ａ’及び汚泥の処理方法によれば、セメント製造プロセスの焼成工程から取り出した２００℃以上４００℃以下の高温ガスを使って、乾燥機６Ａ’内の流動媒体（混成物）を間接的に加熱することができる。ここで、「間接的に加熱する」とは、流動媒体と高温ガスとを直接的に接触させて熱交換させるのではなく、流動媒体と高温ガスとを伝熱管６５３を介して熱交換させることを意味する。これにより、比較的低温（５０℃以上２００℃未満）の流動化ガスによる流動媒体の乾燥を補助することができる。また、２００℃以上４００℃以下の高温ガスは、それよりも低温（５０℃以上２００℃未満）の流動化ガスと混合されないので、流動媒体の加熱に利用された後の高温ガスの温度低下を抑えることができ、その高温ガスの熱を更に回収することが可能となる。更に、伝熱管６５３の配置や数によって加熱の程度や領域を調整することができるので、乾燥機６Ａ’の投入口の近傍などの局所的に熱量が不足する範囲に対して限定的に熱量を補うことができる。また、乾燥機６Ａ’での高温ガスの利用によっては、乾燥機６Ａ’から乾燥機排ガスライン７を通じてエアクエンチングクーラ３へ流入する気体の量が変動しないので、エアクエンチングクーラ３等のセメント製造システム１００Ａ’のガスバランスに与える影響を抑えることができる。
また、本変形例に係るセメント製造システム１００Ａ’は、排熱回収ボイラ４５を有し、伝熱管６５３から出た高温ガスを排熱回収ボイラ４５を通じてから乾燥用ガス供給ライン６１へ送る排熱回収ライン６９を更に備える。
同様に、本変形例に係る汚泥の処理方法は、流動層式乾燥機６Ａ'で利用された高温ガスを、排熱回収ボイラ４５を通じてから、乾燥用ガスと合流させることを更に含む。
上記のセメント製造システム１００Ａ’及び汚泥の処理方法によれば、流動層式乾燥機６Ａ’で流動媒体の加熱に利用されて、乾燥機６Ａ’から排出された高温ガスの熱を排熱回収ボイラ４５で回収することができる。更に、排熱回収ボイラ４５を通じた高温ガスを乾燥用ガスとして利用するので、高温ガスの持つ熱を有効に利用することができる。
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態を説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係るセメント製造システム１００Ｂを示す系統的概略構成図である。第２実施形態に係るセメント製造システム１００Ｂは、第１実施形態に係るセメント製造システム１００Ａと、乾燥機６がコンベヤ式乾燥機である点を除いて実質的に同一の構成及び作用効果を有する。そこで、本実施形態の説明においては、乾燥機６の構成について詳細に説明し、前述の第１実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付して説明を省略する。
図３に示すセメント製造システム１００Ｂの乾燥機６は、乾燥室内にコンベヤ６３を備える、コンベヤ式乾燥機６Ｂである。乾燥機６には、乾燥用ガス供給ライン６１を通じて乾燥用ガスが供給される。また、乾燥機６には、混合装置５によって作製された混成物が供給される。
乾燥機６では、混成物をコンベヤ６３に載せて乾燥室内で移動させながら、乾燥用ガスを通気させることにより、混成物を乾燥させる。乾燥した混成物は、混成物供給ライン８を通じて仮焼炉２２へ供給される。乾燥機６の排ガスは乾燥機排ガスライン７を通じてエアクエンチングクーラ３へ供給される。
本実施形態では、乾燥機６としてコンベヤ式乾燥機６Ｂを採用していることから、混合装置５における脱水汚泥とセメント原料との混合比は、混成物が、コンベヤ６３で搬送する際に、ハンドリング上で支障のない状態となるような値である。ハンドリング上で支障のない状態とは、コンベヤ及びケーシングを含むコンベヤ式乾燥機の構成要素への付着が少ない状態をいう。具体的には、脱水汚泥とセメント原料との混合比は、混成物の全水分が１０質量％以上４０質量％以下、更に望ましくは、１０質量％以上２５質量％以下となるように、試験的に求めて制御装置５７に予め設定される。
発明者らによる試験によって、混成物の全水分が１０質量％以上４０質量％以下であれば、コンベヤ６３への付着が少なく、コンベヤ６３で搬送する際にハンドリング上で支障を来さない混成物が得られることが確認されている。また、混成物の全水分が１０質量％以上２５質量％以下であれば、コンベヤ６３への付着の更に少ない粒子状の混成物が得られることが確認されている。コンベヤ式乾燥機６Ｂでは、脱水汚泥とセメント原料とをこのような状態の混成物としたうえで乾燥を行うことにより、コンベヤ６３の継続的な安定運転が実現でき、また、乾燥性能の低下を抑えることができる。
上記のように、本実施形態では、流動層式乾燥機６Ａを除く他の形式の乾燥機と比較して乾燥効率の高い（即ち、体積熱交換率の大きい）コンベヤ式乾燥機６Ｂが乾燥機６として用いられるので、低温の乾燥用ガスでも良好に混成物を乾燥させることができる。
以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態の具体的な構造及び／又は機能の詳細を変更したものも本発明に含まれ得る。
１００Ａ，１００Ｂ ：セメント製造システム
２ ：セメント焼成装置
３ ：エアクエンチングクーラ
４ ：クーラ排熱ライン
５ ：混合装置
６ ：乾燥機
６Ａ，６Ａ’ ：流動層式乾燥機
６Ｂ ：コンベヤ式乾燥機
７ ：乾燥機排ガスライン
８ ：混成物供給ライン
９ ：焼成装置排ガスライン
２１ ：プレヒータ
２２ ：仮焼炉
２３ ：ロータリキルン
２５ ：仮焼炉バーナ
２６ ：キルンバーナ
３２ ：クリンカコンベヤ
４１ ：仮焼炉用抽気ダクト
４２ ：高温排熱ライン
４３ ：低温排熱ライン
４５ ：ボイラ
４５ａ：排ガスライン
４６ ：集塵機
４７ ：排風ファン
４８ ：煙突
５１ ：セメント原料ホッパ
５２ ：脱水汚泥ホッパ
５３ ：混合機
５５ ：セメント原料調量装置
５６ ：汚泥調量装置
５７ ：制御装置
６０ ：乾燥容器
６１ ：乾燥用ガス供給ライン
６２ ：混成物層
６３ ：コンベヤ
６５ ：補助加熱装置
６５３ ：伝熱管
６６ ：高温ガス供給ライン
６７，６８ ：流量調整装置
６９ ：排熱回収ライン
７１ ：集塵機
７２ ：排風ファン
７４ ：送風ファン
８１ ：搬送機
８２ ：搬送機
８３ ：混成物ホッパ
８４ ：搬送ライン
９１ ：ボイラ
９２ ：排風ファン
９３ ：原料ミル
９４ ：集塵機
９５ ：排風ファン
９６ ：煙突

Claims (11)

  1. 脱水汚泥とセメント原料とを混合して混成物を作製すること、
    前記混成物を乾燥用ガスと接触させる乾燥機で前記混成物を乾燥させること、
    乾燥した前記混成物をセメント製造プロセスの焼成工程へ燃料及び原料として供給すること、
    前記乾燥機の排ガスを前記焼成工程へ焼成物の冷却用ガスとして供給すること、及び、
    前記セメント製造プロセスの排ガス又はその熱を利用したプロセスの排ガスであって、５０℃以上２００℃未満の排ガスを前記乾燥機へ前記乾燥用ガスとして供給すること、を含む、
    汚泥の処理方法。
  2. 前記乾燥用ガスが、前記焼成物の冷却に用いられたガス又はその熱を利用したプロセスの排ガスである、
    請求項１に記載の汚泥の処理方法。
  3. 前記乾燥機は、流動媒体が前記混成物であり、前記流動媒体の流動用ガスが前記乾燥用ガスである流動層式乾燥機であって、
    前記脱水汚泥と前記セメント原料との混合比が、前記混成物の全水分が１０質量％以上２５質量％以下であって、粒子状の前記混成物が得られる、前記脱水汚泥と前記セメント原料との質量比又は体積比である、
    請求項１又は２に記載の汚泥の処理方法。
  4. 前記乾燥機は、流動媒体が前記混成物であり、前記流動媒体の流動用ガスが前記乾燥用ガスである流動層式乾燥機であって、
    前記セメント製造プロセスの前記焼成工程から２００℃以上４００℃以下の高温ガスを抽気し、前記高温ガスを利用して前記流動層式乾燥機の前記流動媒体を間接的に加熱することを更に含む、
    請求項１又は２に記載の汚泥の処理方法。
  5. 前記流動層式乾燥機で前記流動媒体の加熱に利用された前記高温ガスを、排熱回収ボイラを通じてから、前記乾燥用ガスと合流させることを更に含む、
    請求項４に記載の汚泥の処理方法。
  6. 前記乾燥機は、前記混成物をコンベヤで乾燥室内で移動させながら、前記乾燥用ガスを通気させて乾燥するコンベヤ式乾燥機であって、
    前記脱水汚泥と前記セメント原料との混合比が、前記混成物の全水分が１０質量％以上４０質量％以下となる、前記脱水汚泥と前記セメント原料との質量比又は体積比である、
    請求項１又は２に記載の汚泥の処理方法。
  7. セメント原料を焼成するセメント焼成装置と、
    前記セメント焼成装置から出た焼成物を冷却するエアクエンチングクーラと、
    脱水汚泥と未焼成の前記セメント原料とを混合して混成物を作製する混合装置と、
    前記混成物を乾燥用ガスと接触させることにより前記混成物を乾燥させる乾燥機と、
    前記セメント焼成装置及び前記エアクエンチングクーラのうち少なくとも１つからの排ガス又はその熱を利用した装置の排ガスであって、５０℃以上２００℃未満の排ガスを前記乾燥機へ前記乾燥用ガスとして供給する乾燥用ガス供給ラインと、
    乾燥した前記混成物を前記セメント焼成装置へ燃料及び原料として供給する混成物供給ラインと、
    前記乾燥機の排ガスを前記エアクエンチングクーラへ前記焼成物の冷却用ガスとして供給する乾燥機排ガスラインと、を備える、
    セメント製造システム。
  8. 前記乾燥機は、前記混成物から成る流動媒体を収容し、且つ、前記流動媒体中へ流動用ガスとして前記乾燥用ガスを送る前記乾燥用ガス供給ラインが接続された乾燥容器を有する流動層式乾燥機であって、
    前記脱水汚泥と前記セメント原料との混合比が、前記混成物の全水分が１０質量％以上２５質量％以下であって、粒子状の前記混成物が得られる、前記脱水汚泥と前記セメント原料との質量比又は体積比である、
    請求項７に記載のセメント製造システム。
  9. 前記乾燥機は、前記混成物から成る流動媒体を収容し、且つ、前記流動媒体中へ流動用ガスとして前記乾燥用ガスを送る前記乾燥用ガス供給ラインが接続された乾燥容器と、前記流動媒体中に通された少なくとも一本の伝熱管とを有する流動層式乾燥機であり、
    前記セメント焼成装置の排ガスライン及び前記エアクエンチングクーラのうち少なくとも１つから２００℃以上４００℃以下の高温ガスを抽気して前記伝熱管へ送る高温ガス供給ラインを更に備える、
    請求項７に記載のセメント製造システム。
  10. 排熱回収ボイラを有し、前記伝熱管から出た前記高温ガスを前記排熱回収ボイラを通じてから前記乾燥用ガス供給ラインへ送る排熱回収ラインを更に備える、
    請求項９に記載のセメント製造システム。
  11. 前記乾燥機は、前記混成物をコンベヤで乾燥室内で移動させながら、前記乾燥用ガスを通気させて乾燥するコンベヤ式乾燥機であって、
    前記脱水汚泥と前記セメント原料との混合比が、前記混成物の全水分が１０質量％以上４０質量％以下となる、前記脱水汚泥と前記セメント原料との質量比又は体積比である、
    請求項７に記載のセメント製造システム。
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