JP7450580B2

JP7450580B2 - 抽気装置及び抽気方法

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Publication number: JP7450580B2
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Inventors: 正成藤原; 広明門野; 昌宏丸山; 仁志友村
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Publication date: 2024-03-15
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Description

本開示は、抽気装置及び抽気方法に関する。

セメントクリンカ（以下、「クリンカ」と称する。）は、通常、最高温度が２０００℃以上の微粉炭等の燃焼ガスで原料をキルン（回転路）内において焼成する工程を経て、製造される。キルンでは、原料は、１４５０℃程度にまで加熱される。そのため、原燃料として廃棄物を使用したとしても、廃棄物に含まれる有機物は、元の分子の性状を残さないＣＯ_２やＨ_２Ｏのレベルにまで分解される。一方、廃棄物に含まれる無機物の多くは、クリンカ中に取り込まれてほとんど無害な状態となる。従って、近年、大量の廃棄物がセメントの原燃料として利用されている。

キルンから排出されたキルン排ガスは、通常９００℃以上の高温である。そのため、エネルギー効率を高める目的で、キルンにサスペンション・プレヒータ（以下、「ＳＰ」と称する。）を接続し、原料を予熱してキルンに投入することで、キルン排ガスから熱を回収することが一般的に行われている。ＳＰから排出されたＳＰ排ガスも３００℃～４００℃程度であり、依然として高温であるので、原料の乾燥、発電ボイラ等でその熱をさらに回収し、低温となった熱回収後のガスを大気に排出する。

ところで、キルン及びＳＰを含むクリンカ焼成装置において、ガスは系内でクリンカ焼成装置に投入される原料とは概ね逆向きに流れる。すなわち、ガスの流れと原料の流れとは、概ね向流である。そのため、原燃料のうち揮発物質を作りやすい成分（揮発性成分）は、高温のキルン内では気化しているが、キルン内よりも低温であるＳＰ内では低融点化合物となって再度キルン内に戻ることで系内（クリンカ焼成装置内）を循環し、次第に濃縮されうる。濃縮された成分は、糊状の形態をとり、クリンカ焼成装置内に付着しうる。このような付着物は、コーチング（coating）と呼ばれることがある。

コーチングがクリンカ焼成装置内で成長すると、原料及びガスの流通が阻害される。ところが、上述のとおり、原燃料として廃棄物の使用量が増加するに伴い、低融点物質を極めて作りやすい元素である塩素がクリンカ焼成装置内において特に増加している。塩素は多くの金属原子と結合し、飽和蒸気圧が高く且つ比較的安定した分子となるので、系内を循環しやすい。そのため、コーチングの発生量の増加が懸念されている。

そこで、特許文献１，２は、クリンカ焼成装置から塩化物等の成分を抜き出す処理（いわゆる「塩素バイパス」と呼ばれる技術）を開示している。具体的には、キルン排ガスの一部を冷却室に導き、冷却室においてキルン排ガスを冷却用空気（特許文献１）又は冷却用水（特許文献２）で冷却することにより、揮発性成分を固化及び除去している。

特開平０９－１７５８４７号公報特開２０１４－０１４７３０号公報

冷却室において揮発性成分が冷却されると、ヒューム（fume）となって固化する。当該ヒュームは、サブミクロン（１μｍ未満）オーダーの粒径を有する微小粒子で構成される。このような微小粒子又は当該微小粒子が凝集した凝集粒子（以下、まとめて「微小粒子」という。）は付着力が強いので、フィルタにおいて当該微小粒子が捕集されると、フィルタから除去し難く、フィルタの目詰まり（圧力損失）を生じさせうる。また、冷却室の下流側に位置する微小粒子の流路（例えば、集塵器、バイパスダストの輸送系統）に微小粒子が付着して、これらを閉塞しうる。そのため、特許文献１，２に記載の塩素バイパスを行った場合、コーチングの発生量を抑制できるものの、フィルタの交換作業又は流路の清掃作業が頻繁に発生し、塩素バイパスの運転が度々中断されうる。

そこで、本開示は、運転効率を向上させることが可能な抽気装置及び抽気方法を説明する。

まず、本明細書で用いる用語を次のように定義する。
「抽気」とは、クリンカ焼成装置からガスを抜き出すことをいう。
「抽気ガス」とは、クリンカ焼成装置から抜き出されたガスをいう。
「原料ダスト」とは、抽気ガスに同伴する原料をいう。
「抽気装置」とは、抽気ガスを冷却し、揮発性成分を固化する装置をいう。
「バイパスダスト」とは、抽気装置で原料ダストと共に回収されるダストをいう。
なお、本明細書において「ガス」という場合、ガスそのものに加えて、ガスに同伴しているダストも含む趣旨である。

本開示の一つの観点に係る抽気装置は、セメントクリンカ焼成装置からの抽気ガス、及び、抽気ガスを冷却する冷却ガスが導入される冷却器と、冷却器に導入される前の冷却ガスに水滴を随伴させるように構成された給水器とを備える。

本開示の一つの観点に係る抽気装置では、給水器が、冷却器に導入される前の冷却ガスに水滴を随伴させるように構成されている。そのため、冷却ガスに随伴する水滴は、冷却ガスの流れに沿って移動しつつ抽気ガスと徐々に混合されるので、水滴が揮発性成分を徐々に冷却する。従って、揮発性成分が徐々に種結晶へと固化できるようになり、結晶の成長が効果的に促される。その結果、揮発性成分が固化してなる微小粒子の粒径が比較的大きくなった（すなわち、微小粒子が粗大化された）粗大化粒子が得られ、当該粗大化粒子の付着力が弱まる。以上より、フィルタの目詰まり（圧力損失）及び流路の閉塞などが抑制されるので、抽気装置の運転効率を向上させることが可能となる。

給水器は冷却ガスに散水するように構成されていてもよい。この場合、冷却ガスに沿って水滴がより随伴しやすくなる。

本開示の一つの観点に係る抽気装置は、冷却器内に散水するように構成された補助給水器を更に備えていてもよい。この場合、補助給水器から冷却器内に散水された水滴によって抽気ガスが直接冷却されると、揮発性成分が初晶をなし、そのまま数μｍ程度の結晶に成長しやすくなる。また、当該水滴によって原料ダストが冷却されると、原料ダストの表面に揮発性成分が凝集しやすくなる。以上より、粗大化粒子をより効果的に得ることができる。

本開示の一つの観点に係る抽気装置は、冷却器から排出されたガスであって抽気ガスと冷却ガスとの混合ガスに同伴する粒子の一部を冷却器に戻すように構成された循環流路を更に備えていてもよい。すなわち、冷却室においては揮発性成分が冷却されてヒュームが生ずるので、ヒュームを構成する微小粒子の一部は、循環流路を通じて冷却室に戻される。当該微小粒子は冷却器内において抽気ガスと接触して種となり、当該微小粒子の表面に揮発性成分が固化する。そのため、抽気ガス中の揮発性成分が単独でヒュームになることが抑制されつつ、当該微小粒子の粗大化が図られる。従って、微小粒子は粗大化して付着力が弱まり、フィルタの目詰まり（圧力損失）及び流路の閉塞などが抑制される。その結果、抽気装置の運転効率を向上させることが可能となる。また、付着力が強い微小粒子の一部が冷却器に向けて戻されるので、当該微小粒子が下流側（集塵器側）に向かうことが抑制される。そのため、抽気装置の運転効率をより向上させることが可能となる。さらに、圧力損失が減るので、集塵器などの設備を小型化することが可能となる。

本開示の一つの観点に係る抽気装置は、冷却器からの混合ガスが導入され、混合ガスに含まれるダストを捕集するように構成された集塵器を更に備え、循環流路は、集塵器により捕集されたダストの一部を冷却器に戻すように構成されていてもよい。

循環流路は、混合ガスの一部を冷却器に戻すように構成されていてもよい。この場合、集塵機に向かうガス量が減るので、集塵機などの設備をより小型化することが可能となる。

給水器は循環流路に散水するように構成されていてもよい。循環ガスは冷却ガスと比較して温度が高く滞留時間も長いので、循環流路に散水すると、水滴は、冷却器に入る前に揮発し、小径となる。そのため、循環流路に比較的径の大きな水滴を散水できる。散水される水滴の径が大きいほど、水滴を生成するために要するエネルギーが小さくてすむ傾向にあるので、抽気の省エネ化を図ることが可能となる。

本開示の他の観点に係る抽気方法は、セメントクリンカ焼成装置から抽気された抽気ガスを冷却器に導入する第１の工程と、冷却器に導入される前の冷却ガスに水滴を随伴させる第２の工程と、水滴を随伴する冷却ガスを冷却器に導入して、冷却器に導入された抽気ガスを冷却ガスで冷却する第３の工程とを含む。

本開示の他の観点に係る抽気方法では、第２の工程において、冷却器に導入される前の冷却ガスに水滴を随伴させている。そのため、冷却ガスに随伴する水滴は、冷却ガスの流れに沿って移動しつつ抽気ガスと徐々に混合されるので、水滴が揮発性成分を徐々に冷却する。従って、揮発性成分が徐々に種結晶へと固化できるようになり、結晶の成長が効果的に促される。その結果、揮発性成分が固化してなる微小粒子の粒径が比較的大きくなった（すなわち、微小粒子が粗大化された）粗大化粒子が得られ、当該粗大化粒子の付着力が弱まる。以上より、フィルタの目詰まり（圧力損失）及び流路の閉塞などが抑制されるので、抽気装置の運転効率を向上させることが可能となる。

第２の工程では、冷却器に導入される前の冷却ガスに散水することにより、冷却器に導入される前の冷却ガスに水滴を随伴させてもよい。この場合、冷却ガスに沿って水滴がより随伴しやすくなる。

第３の工程では、水滴を随伴する冷却ガスを冷却器に導入すると共に、冷却器内に散水してもよい。この場合、補助給水器から冷却器内に散水された水滴によって抽気ガスが直接冷却されると、揮発性成分が初晶をなし、そのまま数μｍ程度の結晶に成長しやすくなる。また、当該水滴によって原料ダストが冷却されると、原料ダストの表面に揮発性成分が凝集しやすくなる。以上より、粗大化粒子をより効果的に得ることができる。

本開示の他の観点に係る抽気方法は、冷却器から排出されたガスであって抽気ガスと冷却ガスとの混合ガスに同伴する粒子の一部を冷却器に戻す第４の工程をさらに含んでもよい。すなわち、冷却室においては揮発性成分が冷却されてヒュームが生ずるので、ヒュームを構成する微小粒子の一部は、循環流路を通じて冷却室に戻される。当該微小粒子は冷却器内において抽気ガスと接触して種となり、当該微小粒子の表面に揮発性成分が固化する。そのため、抽気ガス中の揮発性成分が単独でヒュームになることが抑制されつつ、当該微小粒子の粗大化が図られる。従って、微小粒子は粗大化して付着力が弱まり、フィルタの目詰まり（圧力損失）及び流路の閉塞などが抑制される。その結果、抽気装置の運転効率を向上させることが可能となる。また、付着力が強い微小粒子の一部が冷却器に向けて戻されるので、当該微小粒子が下流側（集塵器側）に向かうことが抑制される。そのため、抽気装置の運転効率をより向上させることが可能となる。さらに、圧力損失が減るので、集塵器などの設備を小型化することが可能となる。

第４の工程では、冷却器からの混合ガスを集塵器に導入して混合ガスに含まれるダストを捕集することと、集塵器により捕集されたダストの一部を冷却器に戻すこととを行ってもよい。

第４の工程では、混合ガスの一部を冷却器に戻すことを行ってもよい。この場合、集塵機に向かうガス量が減るので、集塵機などの設備をより小型化することが可能となる。

第４の工程では、冷却器から排出され且つ冷却器に戻る前の排ガスに散水することにより、冷却器に導入される前の冷却ガスに水滴を随伴させてもよい。循環ガスは冷却ガスと比較して温度が高く滞留時間も長いので、冷却器から排出され且つ冷却器に戻る前の排ガスに散水すると、水滴は、冷却器に入る前に揮発し、小径となる。そのため、冷却器から排出され且つ冷却器に戻る前の排ガスに対して、比較的径の大きな水滴を散水できる。散水される水滴の径が大きいほど、水滴を生成するために要するエネルギーが小さくてすむ傾向にあるので、抽気の省エネ化を図ることが可能となる。

本開示に係る抽気装置及び抽気方法によれば、抽気装置の運転効率を向上させることが可能となる。

図１は、本実施形態に係るクリンカ製造装置の一例（第１の例）を示す概略図である。図２は、本実施形態に係るクリンカ製造装置の他の例（第２の例）を示す概略図である。図３は、本実施形態に係るクリンカ製造装置の他の例（第３の例）を示す概略図である。図４は、本実施形態に係るクリンカ製造装置の他の例（第４の例）を示す概略図である。図５は、本実施形態に係るクリンカ製造装置の他の例（第５の例）を示す概略図である。図６は、見掛け比重の定義を説明するための図である。

以下に説明される本開示に係る実施形態は本発明を説明するための例示であるので、本発明は以下の内容に限定されるべきではない。以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

クリンカ製造装置１は、原料Ｍ１からクリンカＭ３を製造するための装置である。クリンカ製造装置１は、図１に示されるように、クリンカ焼成装置１０と、抽気装置２０とを備える。

クリンカ焼成装置１０は、焼成炉１１と、ＳＰ（サスペンション・プレヒータ）１２とを有する。焼成炉１１は、キルンと、クリンカ・クーラとを含む。キルンは、ＳＰ１２から導入されるキルン原料Ｍ２を焼成するように構成されている。クリンカ・クーラは、焼成炉１１において焼成されたキルン原料Ｍ２を空気等のガスＧ１との熱交換により急冷し、クリンカＭ３を生成するように構成されている。クリンカ・クーラに導入されるガスＧ１の温度は、例えば室温程度であってもよい。クリンカ・クーラにおいて熱交換されたガスＧ１は、例えば５００℃～１０００℃程度まで昇温して、キルンにおいて微粉炭等の燃料（図示せず）の燃焼に利用される。キルンでの燃焼ガスの最高温度は、通常２０００℃を超える。燃焼ガスは、キルン原料Ｍ２を焼成して、キルン排ガスＧ２としてキルンから排出される。キルン排ガスＧ２の温度は、通常９００℃～１２５０℃程度である。

ＳＰ１２は、焼成炉１１におけるキルン原料Ｍ２の焼成効率を高める目的で、原料Ｍ１を予熱する装置である。ＳＰ１２は、複数段（例えば４段～５段程度）のサイクロン（分離器）を有する。ＳＰ１２の塔頂部に原料Ｍ１が投入されると、ＳＰ１２の塔底部から導入されたキルン排ガスＧ２と原料Ｍ１とが各段サイクロンで順次熱交換され、原料Ｍ１が例えば８５０℃程度まで予熱されてキルン原料Ｍ２となる。ＳＰ１２において生成されたキルン原料Ｍ２は、塔底部から排出されて焼成炉１１に導入される。一方、キルン排ガスＧ２は、原料Ｍ１と熱交換された後にＳＰ排ガスＧ３としてＳＰ１２の塔頂部から排出される。ＳＰ排ガスＧ３は、例えば３００℃～４００℃程度である。ＳＰ排ガスＧ３の熱が原料の乾燥、発電ボイラ等でさらに回収され、低温となった熱回収済ガスは、大気に排出される。なお、ＳＰ１２は、サイクロンの最下段と焼成炉１１との間に設けられた仮焼炉をさらに有するニュー・サスペンション・プレヒータ（ＮＳＰ）であってもよい。ＮＳＰにおいては、仮焼炉に燃料（例えば、微粉炭）を供給して原料Ｍ１を仮焼することで、クリンカＭ３の生産量及び焼成効率を高めている。

クリンカ焼成装置１０において、ガスは系内でクリンカ焼成装置１０（ＳＰ１２）に投入される原料Ｍ１とは概ね逆向きに流れる。そのため、揮発性成分は、高温のキルン内では気化しているが、キルン内よりも低温であるＳＰ１２内では液化又は固化して再度キルン内に戻ることでクリンカ焼成装置１０内を循環する。この循環の過程で揮発性成分が濃縮されると、コーチングが生じうる。近年では、原燃料として廃棄物の使用量が増加するに伴い、低融点物質を極めて作りやすい元素である塩素の含有量が特に増加しており、コーチングの発生量の増加が懸念されている。

抽気装置２０は、クリンカ焼成装置１０から塩化物等の成分を抜き出す処理（塩素バイパス）を行うための装置である。具体的には、抽気装置２０は、キルン排ガスＧ２の一部を抽気ガスＧ４として抜き出す。この抽気ガスＧ４のキルン排ガスＧ２に対する割合（抽気率）の上限値（抽気装置２０の最大能力）が０％を超え１００％以下の値となるように、抽気装置２０による抽気の目的に応じて抽気装置２０がクリンカ焼成装置１０に設置される。実際の抽気装置２０においては、抽気率の上限値（抽気装置２０の最大能力）が例えば０．３％～３０％の値となるように、抽気装置２０がクリンカ焼成装置１０に設置されてもよい。塩化物の循環を減らしてクリンカ焼成装置１０の運転を安定化させる場合には、抽気率が１％未満となるように抽気装置２０を運転してもよい。クリンカＭ３に取り込まれる塩素等の量を減らす場合には、抽気率が３％以上となるように抽気装置２０を運転してもよい。

抽気装置２０は、冷却器２１と、集塵器２２と、給水器２３とを有する。冷却器２１は、クリンカ焼成装置１０からの抽気ガスＧ４を冷却するように構成されている。冷却器２１は、抽気ガスＧ４を抽気及び排気するメインダクトと、冷却ガスＧ５が導入されるサブダクトとを含む。例えば、メインダクトには、径方向に拡大した拡大部が設けられ、サブダクトは、拡大部の内壁面の接線方向に延びるように拡大部に接続されている。冷却器２１には、塔底部から抽気ガスＧ４が導入されると共に、ダクトから冷却ガスＧ５が導入される。冷却ガスＧ５として用いられるガスは、抽気ガスＧ４を冷却可能であれば特に制限はないが、例えば空気であってもよい。冷却器２１に導入される冷却ガスＧ５の温度は、例えば室温程度であってもよい。

冷却器２１においては、冷却器２１の中心部が高温で壁部が低温であり、温度分布がかなり不均一となっている。そのため、冷却器２１では、抽気ガスＧ４と冷却ガスＧ５とはあまり混合されない。従って、抽気ガスＧ４（キルン排ガスＧ２）に多く含まれる揮発性成分は、内壁面への到達が妨げられ、冷却器２１の内壁面において固化し難い（冷却器２１の内壁面に固着し難い）。なお、クリンカ製造装置１の実運転時において、抽気ガスＧ４中の主な揮発性成分はＫＣｌ及びＳＯ_２である。これらが十分に固化する温度は、種々の要素（例えば、共晶による融点の低下、気体が液化・固化する時の凝集熱、脱硫時の反応熱など）に影響されうるが、例えば６００℃程度である。一方、冷却器２１内で抽気ガスＧ４と冷却ガスＧ５とが混合され、揮発性成分の固化が促進され、微小粒子又は当該微小粒子が粗大化された粗大化粒子（詳しくは後述する）が生成される。冷却器２１の中心部の温度が６００℃程度の場合、抽気ガスＧ４と冷却ガスＧ５とが混合された後の混合ガスＧ６の温度は概ね３５０℃以下になる。

冷却器２１によって抽気ガスＧ４を集塵器２２の耐熱温度まで冷却すると、生成されるガスの量が増えて集塵器２２における効率が低くなる傾向にある。そのため、集塵器２２に導入される前の混合ガスＧ６を冷却してもよい。混合ガスＧ６の冷却方法としては、例えば、冷却流体（冷却ガスＧ５その他のガス、水などの液体）を混合ガスＧ６にも供給してもよいし、熱交換器を用いてもよいし、混合ガスＧ６を長い配管に通して自然に冷却してもよいし、これらを組み合わせてもよい。

集塵器２２は、いわゆるバグフィルタであり、冷却器２１から導入される混合ガスＧ６中の粒子を捕集する。混合ガスＧ６中の粒子としては、微小粒子、粗大化粒子、及び当初から径の大きな大径粒子（以下では、粗大化粒子及び大径粒子をまとめて「粗大粒子」という。）が含まれる。捕集された粒子は、集塵器２２からバイパスダストＭ４として排出されて、ダストタンク（図示せず）等に回収される。バイパスダストＭ４が捕集された後の混合ガスＧ６は、集塵器排ガスＧ７として集塵器２２から排出される。抽気装置２０の運転を安定させるために、冷却器２１の後段で且つ集塵器２２の前段（例えば、冷却器２１の直後）に重力沈降室等を配置し、１ｍｍ以上の大きな粒子をクリンカ焼成装置１０に戻してもよい。この場合、１ｍｍ以上の粒子が集塵器２２に向かう量が減るので、粒子のダクトに対する堆積を抑制できる。そのため、ダクトが粒子によって閉塞され難くなる。

給水器２３は、冷却ガスＧ５に直接散水するように構成されている。給水器２３によって冷却ガスＧ５に散水されると、冷却ガスＧ５は水滴を随伴しながら冷却器２１に向けて流れる。冷却ガスＧ５が随伴する水滴の直径は、２０μｍ以下であると好ましく、１０μｍ以下であるとより好ましい。水滴の直径が２０μｍ以下の場合、水滴同士が衝突して大径の水滴になり難いので、冷却ガスＧ５から水滴が分離され難い。水滴の直径が１０μｍ以下の場合、水滴が冷却ガスＧ５からほとんど分離されず、冷却ガスＧ５が大部分の水滴を随伴しつつ流れる傾向にある。

ここで、水滴のサイズと、当該サイズの水滴での冷却によって得られるＫＣｌ結晶のサイズとの関係について、水滴が蒸発するのに要する熱エネルギーとＫＣｌ結晶を生成するのに要する熱エネルギーとの熱バランスに基づいて考察する。直径が３０μｍの球形の水滴の質量は約１４ｎｇであり、一辺が１０μｍ立方体のＫＣｌ結晶（比重は２．０）の質量は約２ｎｇである。抽気ガスＧ４を１０００℃から６００℃に冷却するエンタルピーは約２００ｋｃａｌ／ｍ^３Ｎであり、常温の水を６００℃の水蒸気にするエンタルピーは約８５０ｃａｌ／ｇである。従って、質量１４ｎｇの水滴によって１０００℃から６００℃へと冷却できる抽気ガスＧ４の体積は、１４［ｎｇ］×８５０［ｃａｌ／ｇ］÷２００［ｋｃａｌ／ｍ^３Ｎ］より約６０ｐｍ^３Ｎである。標準状態の気体は２２．４Ｌ／ｍｏｌであるので、このときの抽気ガスＧ４は約２．７ｎｍｏｌに相当する。一方、ＫＣＬの分子量は７４．６であるので、質量２ｎｇのＫＣｌは０．０２７ｎｍｏｌに相当する。ここで、生成するＫＣｌ結晶の質量が極めて小さいのでＫＣｌの結晶化の熱を無視すると、０．０２７／２．７≒１％であるので、１０００℃の抽気ガスＧ４中にＫＣｌ蒸気が約１％ある時、これに常温の１４ｎｇ水を添加すれば、６００℃の抽気ガスと２ｎｇのＫＣｌ結晶が得られることとなる。抽気ガスＧ４中のＫＣｌ蒸気濃度は０．５％～３％程度と１％前後であるので、実際にも、およそ上記の熱バランスでＫＣｌの晶析が行われる。これは縦、横及び高さのそれぞれを全て１／１０にしても同様であるので、直径が約１μｍのＫＣｌ結晶は直径が約３μｍの水滴から得られる。

一方で、水滴を随伴しない冷却ガスＧ５によっても直径が約１μｍのＫＣｌ結晶が得られる。ただし、冷却ガスＧ５による空冷では冷却能力が低く、得られるＫＣｌ結晶の直径は１μｍ程度が最大であった。そのため、冷却ガスＧ５が随伴する水滴の直径は、３μｍよりも大きいと好ましい。このように冷却ガスＧ５への散水によって冷却を行う場合、空冷よりも冷却能力が高いが、冷却器２１内に直接散水するよりも揮発性成分が徐々に冷却される。従って、より大きな直径の粗大化粒子を効果的に得ることができる。

以上のような本実施形態では、給水器２３が、冷却器２１に導入される前の冷却ガスＧ５に直接散水するように構成されている。そのため、給水器２３からの散水により冷却ガスＧ５に随伴する水滴は、冷却ガスＧ５の流れに沿って移動しつつ抽気ガスＧ４と徐々に混合されるので、水滴が揮発性成分を徐々に冷却する。従って、揮発性成分が徐々に種結晶へと固化できるようになり、結晶の成長が効果的に促される。その結果、揮発性成分が固化してなる微小粒子の粒径が比較的大きくなった（すなわち、微小粒子が粗大化された）粗大化粒子が得られ、当該粗大化粒子の付着力が弱まる。以上より、バグフィルタの目詰まり（圧力損失）及び流路の閉塞などが抑制されるので、抽気装置２０の運転効率を向上させること（抽気装置２０を省エネルギーで運転すること）が可能となる。また、バグフィルタの払い落としを減らすことができるので、バグフィルタの寿命を延ばすことが可能となる。

ところで、バイパスダストＭ４に含まれる塩素の値の０．５％～３％分は、キルン排ガスＧ２に同伴している原料ダストが抽気前から含有しているものであり、それを超える値の分はキルン排ガスＧ２中において揮発していた揮発性成分が凝結したものである。そのため、バイパスダストＭ４の塩素濃度が高いと、サブミクロン（１μｍ未満）オーダーの粒径を有する微小粒子で構成されるヒュームが多いことを意味し、当該微小粒子は付着力が強い。そこで、当該微小粒子の付着力を減らして抽気装置２０の運転を良好に行うため、バイパスダストＭ４における原料ダストの割合を増やし、バイパスダストＭ４の塩素濃度が２０％未満、好ましくは１５％以下とすることが行われていた。

しかしながら、本実施形態では、微小粒子を粗大化することにより付着力の弱い粗大化粒子を生成しているので、バイパスダストＭ４における原料ダストの割合を増やしてバイパスダストＭ４の塩素濃度を低くすることを必ずしも要しない。従って、本実施形態によれば、バイパスダストＭ４の塩素濃度が１５％以上、あるいは２０％以上であっても、抽気装置２０を良好に運転できる。

本実施形態では、抽気装置２０において回収されたダストがクリンカ焼成装置１０にほとんど戻らないように抽気装置２０が構成されている。そのため、抽気ガスＧ４に含まれる塩化物の大部分をバイパスダストＭ４として抽気装置２０において回収できる。従って、抽気率に対する塩素等の回収効率が極めて高くなる。また、抽気装置２０からクリンカ焼成装置１０に塩素を含むダストをほとんど戻さないので、抽気装置２０を小型化できる。

以上、本開示に係る実施形態について詳細に説明したが、本発明の要旨の範囲内で種々の変形を上記の実施形態に加えてもよい。例えば、図２に示されるように、抽気装置２０は、冷却器２１内に散水するように構成された補助給水器２４を更に有していてもよい。補助給水器２４によって冷却器２１内の抽気ガスＧ４に散水された水滴の直径は、１００μｍ程度以上であると好ましい。この場合、冷却器２１の中心部に向けて延びるノズルがなくても、冷却器２１の内壁面に沿って流れる冷却ガスＧ５に阻まれずに、冷却器２１の中心部を流れる抽気ガスＧ４に水滴が届きやすい傾向にある。

図２に示される抽気装置２０では、上述のとおり、給水器２３とは別の補助給水器２４から冷却器２１内に散水していたが、抽気装置２０が補助給水器２４を有さず、給水器２３が、冷却ガスＧ５及び冷却器２１内の双方に散水してもよい。すなわち、図２に示される抽気装置２０は、冷却器２１内に散水するように構成された給水手段（給水装置）を有していればよい。

図３に示されるように、抽気装置２０は、冷却器２１から排出された混合ガスＧ６の一部を冷却器２１に戻すように構成された循環流路を更に有していてもよい。混合ガスＧ６中には、粗大化粒子及び粗大化に至らなかった微小粒子が含まれうるが、この場合、混合ガスＧ６中に存在する微小粒子の少なくとも一部が、循環流路を通って循環ガスＧ８として冷却器２１に戻る。そのため、バグフィルタ及び流路等に対する付着力が強い微小粒子が、下流側（集塵器２２側）に向かうことが抑制される。また、循環流路を通って冷却器２１に戻る循環ガスＧ８中の微小粒子が冷却器２１内において抽気ガスＧ４と接触して種となり、当該微小粒子の表面に揮発性成分が固化する。そのため、抽気ガスＧ４中の揮発性成分が単独でヒュームになることが抑制されつつ、当該微小粒子の粗大化が図られる。以上より、抽気装置２０の運転効率をより向上させることが可能となる。さらに、集塵器２２に向かうガス量が減るので、集塵器２２などの設備を小型化することが可能となる。なお、種となる微小粒子の粒径はサブミクロンオーダーであるが、当該微小粒子が水滴によって冷却されると、その結晶が例えば３μｍ以上に成長し、バグフィルタの目詰まり（圧力損失）及び流路の閉塞などが抑制される。

図３において、循環流路を介して混合ガスＧ６の一部を冷却器２１に戻すための構成としては、分級装置（例えば、サイクロン、慣性集塵器等）を循環流路の分岐点に設置し、所定の粒径以下（例えば１０μｍ以下）の微小粒子を循環流路に流通させ、それより大きい粒径の粒子を集塵器２２に流通させてもよい。この際、集塵器２２に向かう粒子をガスと共に当該集塵装置から抜き出してもよい。あるいは、冷却器２１の排ガス煙道の直管部から枝分かれするように循環流路（循環ガスＧ８の煙道）を接続し、慣性力を利用して分級を行ってもよい。

循環ガスＧ８は、抽気ガスＧ４と好適に混合されればよい。そのため、循環ガスＧ８は、図３に示されるように冷却器２１に直接戻されてもよいし、抽気ガスＧ４に吹き付けられた後に、抽気ガスＧ４と共に冷却器２１に戻されてもよい。

循環ガスＧ８は、冷却された後に冷却器２１に戻されてもよい。例えば、循環流路に分岐される前の混合ガスＧ６（冷却器２１から排出された混合ガスＧ６の全部）を冷却してもよいし、混合ガスＧ６から分岐された後の循環ガスＧ８を冷却してもよい。循環ガスＧ８の冷却方法としては、例えば、冷却流体（冷却ガスＧ５その他のガス、水などの液体）を混合ガスＧ６にも供給してもよいし、熱交換器を用いてもよいし、循環ガスＧ８を長い配管に通して自然に冷却してもよいし、これらを組み合わせてもよい。循環ガスＧ８を冷却することにより、冷却ガスＧ５の量を低減できるので、抽気装置２０をさらに小型化することが可能となる。

図３に示される形態においても、図２に示される形態と同様に、冷却器２１内に散水する給水器、すなわち抽気ガスＧ４に直接散水する給水手段（給水装置）を抽気装置２０が有していてもよい。

図４に示されるように、抽気装置２０は、集塵器２２から排出された粒子（バイパスダストＭ４）の一部を循環ダストＭ５として冷却器２１に戻すように構成された循環流路を更に有していてもよい。図１では、循環ダストＭ５が冷却器２１に直接供給されるように描かれているが、循環ダストＭ５が抽気ガスＧ４と混合されればよい。従って、循環ダストＭ５を冷却ガスＧ５に混合した後に冷却器２１に戻してもよいし、循環ダストＭ５を抽気ガスＧ４に混合した後に冷却器２１に戻してもよい。

バイパスダストＭ４に含まれる微小粒子が冷却器２１内において抽気ガスＧ４と接触すると、種となった当該微小粒子の表面に揮発性成分が固化して成長する。そのため、抽気ガスＧ４中の揮発性成分が単独でヒュームになることが抑制されつつ、当該微小粒子の粗大化が図られる。従って、微小粒子は粗大化して付着力が弱まると共に数が減ることで、バグフィルタの目詰まり（圧力損失）及び流路の閉塞などが抑制される。その結果、抽気装置２０の運転効率を向上させることが可能となる。また、付着力が強い微小粒子の一部が冷却器２１に向けて戻されると、当該微小粒子が下流側（集塵器２２側）に向かうことが抑制される。そのため、抽気装置２０の運転効率をより向上させることが可能となる。さらに、圧力損失が減るので、集塵器２２などの設備を小型化することが可能となる。なお、サブミクロンオーダーの微小粒子は種となって成長し、最終的には凝集して粗大化粒子を作りうる。粗大化粒子の見掛け比重が例えば２以上である場合に、粗大化粒子の粒径が３μｍであると粒子の付着力がかなり弱まってバグフィルタの目詰まり及び流路の閉塞などが抑制され、粗大化粒子の粒径が５μｍ以上であると粒子の付着力がいっそう弱まってバグフィルタの目詰まり及び流路の閉塞などが十分に抑制される。また、粗大化粒子の粒径が１０μｍ以上で且つ粗大化粒子の見掛け比重が１以上であれば、バグフィルタの目詰まり（圧力損失）及び流路の閉塞などが極めて抑制される。また、バイパスダストＭ４を循環ダストＭ５として冷却器２１に戻す割合（Ｍ５／Ｍ４）は、循環ダストＭ５に含まれる粒子に応じて適宜設定してもよい。具体的には、循環ダストＭ５に含まれる粒子の平均粒径が大きい（例えば１０μｍ以上）場合には、当該割合を２０％～５０％程度に設定すると、１０μｍ以上の粒径を有する粗大化粒子を得やすくなる。一方、循環ダストＭ５に含まれる粒子の平均粒径が小さい場合には、当該割合を少なくしても十分な種結晶を得ることができる。

なお、本明細書において、「見掛け比重」とは、見掛け上１個の粒子として振る舞う粒子Ｐ（図６（ａ）参照）において、当該粒子Ｐの質量と、当該粒子と同一体積の水Ｗ（図６（ｂ）参照）の質量との比をいう。図６（ｂ）に示される水Ｗの体積は、図６（ａ）に示される粒子Ｐの外形に密着する仮想的な袋の容積に等しく、粒子Ｐの実体部分（図６（ａ）の斜線部）に加えて、粒子Ｐの内部に存在する空隙Ｐ１や粒子Ｐの表面に存在する空孔Ｐ２を含む。なお、「見掛け比重」は、複数の粒子が付着して見掛け上１個の粒子として振る舞う凝集粒子についても同様に定義でき、当該凝集粒子の質量と、当該凝集粒子と同一体積の水の質量との比をいう。当該凝集粒子の体積とは、当該凝集粒子の外形に密着する仮想的な袋の容積に等しく、当該凝集粒子の実体部分に加えて、当該凝集粒子の内部に存在する空隙や当該凝集粒子の表面に存在する空孔を含む。

図４において、循環ダストＭ５は、微小粒子を含んでいてもよいし、粗大粒子を含んでいてもよい。冷却器２１内における粗大粒子は、粒径が３０μｍ以上で且つ見掛け比重が１以上あってもよい。この場合、粗大粒子の重量が重ので、当該粗大粒子が遠心力によって冷却器２１の内壁面に押しつけられ易くなる。そのため、粗大粒子が冷却器２１の内壁面を掃除してコーチングの成長を抑制することができる。このような掃除の効果は粉体の流路で期待できるので、当該流路において粉体の流動性を向上させることができる。

図４に示される形態においても、図２に示される形態と同様に、冷却器２１内に散水する給水器、すなわち抽気ガスＧ４に直接散水する給水手段（給水装置）を抽気装置２０が有していてもよい。

図５に示されるように、冷却器２１に導入される前の冷却ガスＧ５に水滴を随伴させるように給水器２３が構成されていれば、冷却ガスＧ５に直接散水しなくてもよい。具体的には、抽気装置２０は、循環流路を流通する循環ガスＧ８に給水器２３が散水し、散水された循環ガスＧ８を冷却ガスＧ５に吹き付けるように構成されていてもよい。循環ガスＧ８は冷却ガスＧ５と比較して温度が高く滞留時間も長いので、循環流路に散水すると、水滴は、冷却器２１に入る前に揮発し、小径となる。そのため、循環流路に比較的径の大きな水滴を散水できる。散水される水滴の径が大きいほど、水滴を生成するために要するエネルギーが小さくてすむ傾向にあるので、抽気の省エネ化を図ることが可能となる。

図５に示される形態においても、図２に示される形態と同様に、冷却器２１内に散水する給水器、すなわち抽気ガスＧ４に直接散水する給水手段（給水装置）を抽気装置２０が有していてもよい。

図５に示される形態においても、図３に示される形態と同様に、微小粒子は循環ガスＧ８によって冷却器２１に向けて循環し粗大化するので、集塵器２２による微小粒子の捕集量を減らすことができる。そのため、集塵器２２などの設備を小型化することが可能となる。また、循環ガスＧ８を冷却することにより、冷却ガスＧ５の量を低減できるので、冷却器２１（抽気装置２０）をさらに小型化することが可能となる。

以上に説明した形態では、集塵器２２としてバグフィルタを例示して説明したが、種々のフィルタを採用しうる。例えば、集塵器２２として電気集塵器を用いた場合、電気集塵器の電極に付着した塵埃を槌打して除去する際に再飛散する微小粒子の量を低減することができる。そのため、ガス及び微小粒子等の輸送系統の閉塞を抑制することが可能となる。

１…クリンカ製造装置、１０…クリンカ焼成装置、１１…焼成炉、１２…ＳＰ（サスペンション・プレヒータ）、２０…抽気装置、２１…冷却器、２２…集塵器、２３…給水器、２４…補助給水器、Ｇ１…ガス、Ｇ２…キルン排ガス、Ｇ３…ＳＰ排ガス、Ｇ４…抽気ガス、Ｇ５…冷却ガス、Ｇ６…混合ガス、Ｇ７…集塵器排ガス、Ｇ８…循環ガス、Ｍ１…原料、Ｍ２…キルン原料、Ｍ３…クリンカ、Ｍ４…バイパスダスト、Ｍ５…循環ダスト。

Claims

セメントクリンカ焼成装置からの抽気ガス、及び、前記抽気ガスを冷却する冷却ガスが導入される冷却器と、
前記冷却器に導入される前の前記冷却ガスに直接散水して、直径が３μｍ～２０μｍの水滴を含む水滴を、微小粒子を粗大化させるように前記冷却ガスに随伴させるように構成された給水器とを備える、抽気装置。
セメントクリンカ焼成装置からの抽気ガス、及び、前記抽気ガスを冷却する冷却ガスが導入され、内部において低温領域及び高温領域が形成される冷却器と、
前記冷却器に導入される前の前記冷却ガスに直接散水して、直径が３μｍ～２０μｍの水滴を含む水滴を、微小粒子を粗大化させるように前記冷却ガスに随伴させ、前記冷却器の前記高温領域の温度を、前記抽気ガス中の揮発性成分が固化する温度以下に冷却するように構成された給水器とを備える、抽気装置。
前記低温領域は前記冷却器の壁部の近傍に形成されており、前記高温領域は前記冷却器の中心部に形成されている、請求項２に記載の抽気装置。
前記冷却器内に散水するように構成された補助給水器を更に備える、請求項１～３のいずれか一項に記載の抽気装置。
前記冷却器から排出されたガスであって前記抽気ガスと前記冷却ガスとの混合ガスに同伴する粒子の一部を前記冷却器に戻すように構成された循環流路を更に備える、請求項１～４のいずれか一項に記載の抽気装置。
前記冷却器からの前記混合ガスが導入され、前記混合ガスに含まれるダストを捕集するように構成された集塵器を更に備え、
前記循環流路は、前記集塵器により捕集されたダストの一部を前記冷却器に戻すように構成されている、請求項５に記載の抽気装置。
前記循環流路は、前記混合ガスの一部を前記冷却器に戻すように構成されている、請求項５又は６に記載の抽気装置。
前記給水器は前記循環流路に散水するように構成されている、請求項５～７のいずれか一項に記載の抽気装置。
セメントクリンカ焼成装置から抽気された抽気ガスを冷却器に導入する第１の工程と、
前記冷却器に導入される前の冷却ガスに直接散水して、直径が３μｍ～２０μｍの水滴を含む水滴を、微小粒子を粗大化させるように前記冷却ガスに随伴させる第２の工程と、
前記第２の工程において水滴が随伴された前記冷却ガスを前記冷却器に導入して、前記冷却器に導入された前記抽気ガスを前記冷却ガスで冷却する第３の工程とを含む、抽気方法。
セメントクリンカ焼成装置から抽気された抽気ガスを冷却器に導入する第１の工程と、
前記冷却器に導入される前の冷却ガスに直接散水して、直径が３μｍ～２０μｍの水滴を含む水滴を、微小粒子を粗大化させるように前記冷却ガスに随伴させる第２の工程と、
前記第２の工程において水滴が随伴された前記冷却ガスを前記冷却器に導入して、前記冷却器の内部において低温領域及び高温領域を形成しつつ、前記冷却器に導入された前記抽気ガスを前記冷却ガスで冷却する第３の工程とを含み、
前記第３の工程は、前記第２の工程において水滴が随伴された前記冷却ガスによって前記冷却器の前記高温領域の温度を、前記抽気ガス中の揮発性成分が固化する温度以下に冷却することを含む、抽気方法。
前記低温領域は前記冷却器の壁部の近傍に形成されており、前記高温領域は前記冷却器の中心部に形成されている、請求項１０に記載の抽気方法。
前記第３の工程では、水滴を随伴する前記冷却ガスを前記冷却器に導入すると共に、前記冷却器内に散水する、請求項９～１１のいずれか一項に記載の抽気方法。
前記冷却器から排出されたガスであって前記抽気ガスと前記冷却ガスとの混合ガスに同伴する粒子の一部を前記冷却器に戻す第４の工程をさらに含む、請求項９～１２のいずれか一項に記載の抽気方法。
前記第４の工程では、
前記冷却器からの前記混合ガスを集塵器に導入して前記混合ガスに含まれるダストを捕集することと、
前記集塵器により捕集されたダストの一部を前記冷却器に戻すこととを行う、請求項１３に記載の抽気方法。
前記第４の工程では、前記混合ガスの一部を前記冷却器に戻すことを行う、請求項１３又は１４に記載の抽気方法。
前記第４の工程では、前記冷却器から排出され且つ前記冷却器に戻る前の排ガスに散水することにより、前記冷却器に導入される前の前記冷却ガスに水滴を随伴させる、請求項１３～１５のいずれか一項に記載の抽気方法。