JPH11278888A - セメントの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＲＤＦ等の固形可燃性廃棄物を多量に使用で
き、また、固形可燃性廃棄物の熱量を有効に利用するこ
とができ、しかも製造されるセメントの品質も良好に保
持されるセメントの製造方法の提供。 【解決手段】 固形可燃性廃棄物を熱分解し、発熱性ガ
スを得、これをセメント焼成プロセスの燃料の一部また
は全部に代替し、さらに、発熱性ガスを、セメント焼成
プロセスで発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元できる
量でもってセメント焼成プロセス系内に供給する方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セメントの製造方
法に関するものであり、さらに詳しくはＲＤＦ（REFUSE
DERIVED FUEL）等の固形可燃性廃棄物を燃料の一部ま
たは全部として、多量に利用することのできるセメント
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１は、一般的なセメント焼成プロセス
を説明するための図である。図１に示されている製造装
置は、サスペンションプレヒーター１、仮焼炉２（これ
の無いプロセスもある）、ロータリーキルン３およびク
リンカークーラー４から主に構成されている。これらの
工程では、脱炭酸反応と焼成反応により、石灰石や粘土
類等の調合原料の粉末から、セメントクリンカーを製造
している。

【０００３】サスペンションプレヒーター１の最上部に
供給された調合原料の粉末は徐々に下方に向かう。その
際、調合原料は、サスペンションプレヒーター１の下方
に設置された微粉炭等（ここでは主燃料と呼ぶ）を燃料
とする仮焼炉バーナー５およびロータリーキルン３から
の高温ガスによって予熱されるとともに、石灰石の主成
分である炭酸カルシュウムが酸化カルシュウムおよび炭
酸ガスに熱分解（脱炭酸）される。この時、調合原料の
粉末の温度は約７５０℃になり、仮焼炉２に供給され
る。サスペンションプレヒーター１の最下段サイクロン
では約８５０℃に達する。

【０００４】予熱分解された調合原料は、続いてロータ
リーキルン３に入り、出口に向かって転動しながら移動
する。原料の出口側にも、微粉炭等の主燃料を燃料にす
るキルンバーナー６が設置されており、焼成用の空気も
供給される。このロータリーキルン３内の調合原料は、
１４５０〜１５００℃程度まで昇温された後、１３００
〜１３５０℃程度まで低下し、セメントクリンカーとな
ってロータリーキルン３からクリンカークーラー４に排
出される。

【０００５】従来、ＲＤＦ等の固形可燃性廃棄物をセメ
ント焼成プロセスに利用することは行われていた。ＲＤ
Ｆ等の固形可燃性廃棄物とは、木屑、紙屑、プラスチッ
ク等が含まれた産業廃棄物、都市ゴミ、下水汚泥等の廃
棄物をそのまま或は乾燥、粉砕、形成等の処理をして得
られ、熱量を３０００〜１００００ｋｃａｌ／ｋｇ程
度、水分を数％〜３０％程度、塩素を数ｐｐｍ〜１００
００ｐｐｍ程度有する。

【０００６】従来、ＲＤＦ等の固形可燃性廃棄物は、サ
スペンションプレヒーター１の最下段サイクロンとロー
タリーキルン３の原料入口との間に直接投入されてい
た。その理由は、固形可燃性廃棄物を例えばロータリー
キルン３のキルンバーナー６側から適切な添加量（参
考：特願平９−２６１８０９）を超えて投入した場合、
これが調合原料に落下しながら燃焼し、セメントクリン
カー品質に悪影響を及ぼす可能性があり、固形可燃性廃
棄物の燃焼速度を考慮すると、サスペンションプレヒー
ター１のサイクロン最下段とロータリーキルン３の原料
入口との間が最も適した投入位置であると考えられたか
らである。

【０００７】しかしこの場合、次のようなことが原因で
セメント生産量の減産が余儀なくされていた。すなわ
ち、固形可燃性廃棄物が水分を持ち込む；投入時に
空気がリークする；廃棄物の燃焼速度が遅く、調合原
料の熱分解に寄与せずにサスペンションプレヒーター１
の排ガス温度が上昇し、誘引ファンの能力以上に動力が
要求される；等である。固形可燃性廃棄物の発熱が原料
の熱分解に寄与することなく、サスペンションプレヒー
ター１の排ガス温度が上昇するということは、固形可燃
性廃棄物の熱量が有効に利用されていないことを意味し
ている。このような理由により、固形可燃性廃棄物の使
用箇所および使用量が制限されている。

【０００８】また、ＲＤＦ等の固形可燃性廃棄物は、塩
素が多く含まれていることがあり、セメント焼成プロセ
ス系内で循環濃縮され低融点化合物を生成し、サスペン
ションプレヒーター１内のコーチングの付着を助長し、
燃焼空間および熱交換空間を小さくさせる場合がある。
このときも、サスペンションプレヒーター１の排ガス温
度が上昇し、また通風障害があるため、結果的に誘引フ
ァンの能力以上に動力が要求され、生産量の減産を招く
ことがある。さらにサスペンションプレヒーター１のサ
イクロン内およびサイクロンシュート内へのコーチング
の付着・落下により原料通路の閉塞が頻発し、操業を一
時的に停止することを余儀なくされる。また、製品であ
るセメントクリンカー中の塩素が多くなるとセメントの
品質に悪影響をあたえる為、塩素の多い該固形可燃性廃
棄物の使用量が制限される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように従来は、Ｒ
ＤＦ等の固形可燃性廃棄物を少量しか使用できないとい
う課題があった。また、固形可燃性廃棄物の熱量を有効
に利用することも困難であった。本発明は、製造される
セメントの品質を保持しつつ、このような従来の課題を
解決することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、固形
可燃性廃棄物を熱分解し、発熱性ガスを得、前記発熱性
ガスをセメント焼成プロセスの燃料の一部または全部に
代替することを特徴とするセメントの製造方法を提供す
るものである。また本発明は、セメント焼成炉から発生
する排ガスの一部を、ダストと共に抽気し、塩素化合物
含有ダストを系外に取り出す塩素バイパスシステムを併
用する前記のセメントの製造方法を提供するものであ
る。さらに本発明は、固形可燃性廃棄物を熱分解し、発
熱性ガスを得、前記発熱性ガスを、セメント焼成プロセ
スで発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元できる量でも
ってセメント焼成プロセス系内に供給することを特徴と
するセメントの製造方法を提供するものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】セメント焼成プロセスにおいて、
セメント品質を保持しつつ、かつ安定操業を損なうこと
なく固形可燃性廃棄物を多量に使用するためには、固形
可燃性廃棄物の燃焼速度がおそいということと、多くの
場合に塩素含有量が多いということの２つの問題を解決
しなければならない。

【００１２】そこで、固形可燃性廃棄物を熱分解し、発
熱性ガスにして燃料代替として使用することにより、燃
焼速度が改善され、その熱量を有効に活用でき、しかも
固形可燃性廃棄物の使用量も増加する。なお、本発明に
おいては、従来から使用されているセメントの製造装置
を使用することができるので、先に示した図１を参照し
ながら、本発明の実施の形態を説明する。

【００１３】固形可燃性廃棄物を熱分解し、発熱性ガス
を得るには、例えば次の方法が挙げられる。 （イ）空気などの流入を遮断して固形可燃性廃棄物を間
接加熱し、熱分解し、ガス化する方法； （ロ）固形可燃性廃棄物に、仮焼炉バーナー５等による
サスペンションプレヒーター１内の高温ガスや、キルン
バーナー６等によるロータリーキルン３内の高温ガス
や、クリンカークーラー４によって熱交換された高温ガ
スを、直接接触させて熱分解し、ガス化する方法； （ハ）固形可燃性廃棄物が燃焼するに必要な理論酸素量
以下の酸素量（好適には７０％以下）で、固形可燃性廃
棄物の一部を燃焼させ、その反応熱を利用して、新たに
供給した固形可燃性廃棄物の加熱・熱分解を継続させガ
ス化する方法；等である。ここで酸素を供給するガス
は、空気や仮焼炉バーナー５等によるサスペンションプ
レヒーター１内の高温ガスやキルンバーナー６等による
ロータリーキルン３内の高温ガスやクリンカークーラー
４によって熱交換された高温ガス等がある。

【００１４】上記のガス化方法において、より発熱量を
有するガスを得るには（イ）および（ロ）の方法が望ま
しく、ガス化のランニングコスト面からは（ロ）および
（ハ）の方法が望ましい。また、クリンカークーラー４
等の高温ガスを有効に使用できる場合は（ロ）および
（ハ）の方法がより実用的である。また、得られた発熱
性ガスは、未燃チャーを含んでいることが多い。

【００１５】次に、上記のようにして得られた発熱性ガ
スは、例えば次に示す燃焼方法で、セメント焼成プロセ
スの主燃料の一部または全部代替として使用することが
できる。 （ａ）ロータリーキルン３のキルンバーナー６の主燃料
の一部代替として使用する方法； （ｂ）仮焼炉２の仮焼炉バーナー５の主燃料の一部代替
として使用する方法； （ｃ）上記（ａ）および（ｂ）を同時に行う方法； （ｄ）主燃料用のキルンバーナー６および／または仮焼
炉バーナー５の周辺に発熱性ガス専用のバーナーを設置
し、主燃料の一部代替として使用する方法； （ｅ）ロータリーキルン３および／または仮焼炉２にお
いて発熱性ガス専用のバーナーを設置し、主燃料の全部
代替として使用する方法；等である。

【００１６】本発明においては、固形可燃性廃棄物を熱
分解して、高カロリーの発熱性ガスにすることによっ
て、燃焼速度を改善することができる。さらに、バーナ
ーでフレームを形成させて使用することにより、輻射熱
も有効に利用することができる。ロータリーキルンでの
調合原料への伝熱の約７５％は輻射伝熱と言われてお
り、この輻射熱も利用できるということは、固形可燃性
廃棄物の有している熱量の有効かつ効率的使用として、
意義あることである。

【００１７】また、塩素含有量の多いＲＤＦ等の固形可
燃性廃棄物を使用する場合は、ロータリーキルン３から
発生する排ガスの一部を、ダストと共に抽気し、塩素化
合物含有ダストを系外に取り出す塩素バイパスシステム
を併用することで塩素の問題を解決することができる。
塩素バイパスシステムは、例えばＷＯ９７／２１６３８
号公報等に開示された技術で既に知られているが、図面
を用いて簡単に説明する。

【００１８】まず図１において、抽気プローブ７は、仮
焼炉２とロータリーキルン３の原料入口との間に設けら
れている。抽気プローブ７から、ロータリーキルン３の
排ガスの一部をダストと共に抽気する。排ガスの５％程
度の抽気量で廃ガス中の塩素低減率は９０％に達する
（ＷＯ９７／２１６３８号公報参照）。本発明での抽気
量は、系内に持ち込まれる塩素量に応じて排ガスの０〜
２０％程度とする。

【００１９】次に図面を参照して塩素バイパスシステム
をさらに説明する。図２は、塩素バイパスシステムを説
明するための図である。抽気プローブ７から抽気された
排ガスは、冷却器８にて塩素化合物の融点以下に冷却さ
れ、サイクロン９に導入される。塩素化合物のダスト表
面への凝縮は、ダストの表面積に依存するので、単位質
量のダストで考えると、比表面積の大きな、すなわち粒
径の小さなダストに多くの塩素化合物が凝縮している。
これらのダストはサイクロン９で分級されて（例えば５
〜７μmを境界にする）、塩素濃度の低い粗粉はロータ
リーキルンに戻され、微粉は冷却器１０を経て集塵機１
１で塩素高含有ダストとして回収される。この回収され
たダストの塩素濃度は数％〜２０％程度である。

【００２０】また、固形可燃性廃棄物を熱分解して得た
発熱性ガスには、一酸化炭素および炭化水素が含まれて
いることが多く、この一酸化炭素および炭化水素は還元
作用を有している。したがって、発熱性ガスをセメント
焼成プロセス系内に供給すれば、該プロセスで発生する
窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元することができ、これを低
減することができる。供給方法は、ロータリーキルン３
または仮焼炉２の主燃料用バーナー或はその周辺に設置
した発熱性ガス専用バーナーに供給する方法か、あるい
は、発熱性ガスをサスペンションプレヒーター１下部、
ロータリーキルン３原料入口、または仮焼炉２に供給す
る方法が挙げられる。このようにすれば、ロータリーキ
ルン３や仮焼炉２で生成したＮＯｘを還元しその排出量
を低減することができる。発熱性ガスの好適な供給量
は、発熱性ガスに含まれる一酸化炭素および炭化水素の
総量が、セメント焼成プロセスで発生するＮＯｘを完全
に還元するのに必要な化学当量の１倍以上となる量であ
る。また本発明において、上記のＮＯｘ低減手段と、発
熱性ガスを燃料代替とする手段とを併用できることはも
ちろんである。

【００２１】一方、本発明において、固形可燃性廃棄物
を熱分解した後の残渣は廃棄することなく、サスペンシ
ョンプレヒーター１もしくはロータリーキルン３に供給
し、セメントの原料の一部として使用される。

【００２２】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに説明す
る。発熱量を５０００ｋｃａｌ／ｋｇ、塩素を８０００
ｐｐｍ有するＲＤＦを、セメントクリンカー生産量５３
００ｔ／ｄのセメント焼成プロセスに９６ｔ／ｄで使用
した。ＲＤＦをＲＤＦガス化炉に投入し、そこにＲＤＦ
が完全に燃焼するのに必要な理論酸素量の１５％の酸素
量となる約２５０℃のクリンカークーラー排ガスを供給
し、点火用バーナーでＲＤＦに点火した。その結果ＲＤ
Ｆ自体が部分的に燃焼し、その発生熱により加熱分解
し、発熱性ガスを得た。この発熱性ガスの約９０％を、
キルンバーナー６に供給し主燃料の一部代替として使用
した。残りの約１０％は、仮焼炉２とロータリーキルン
３で発生するＮＯｘを還元し、ＮＯｘ排出量を低減する
為に、ロータリーキルン３原料入口に供給した。ＲＤＦ
からセメント焼成プロセスに持ち込まれた塩素は、塩素
バイパスシステムによって系外に排出した。この場合の
石炭低減量、塩素収支等を表１に示す。なお表１におい
てブランクとは、ＲＤＦを用いずに上記実施例を行った
場合である。

【００２３】

【表１】

【００２４】ＲＤＦを従来の方法で、すなわち、塩素バ
イパスシステムを併用せずにＲＤＦをサスペンションプ
レヒーター１の下部に直接投入すると、ＲＤＦの保有す
る熱量の２７％しかセメントクリンカー焼成熱量として
利用できないだけでなく、クリンカーおよびボトムサイ
クロン原料の塩素濃度が増加し、品質およびロータリー
キルンの安定操業を確保できなくなり、実際的には使用
できない。

【００２５】本発明の方法を使用することにより、セメ
ントクリンカーおよびボトムサイクロン原料の塩素濃度
をほとんど増加させることなく、すなわち、品質および
ロータリーキルン安定操業を阻害することなく、ＲＤＦ
の保有する熱量の８０％をセメントクリンカー焼成熱量
として有効に効率よく利用することが可能になる。

【００２６】この場合のセメント焼成プロセスの石炭使
用量は、ブランク時の６６５ｔ／ｄから６０６ｔ／ｄと
なり、５９ｔ／ｄの低減となる。従来の方法の場合は、
石炭使用量が６４５ｔ／ｄとなり、２０ｔ／ｄの低減に
止まる。

【００２７】なお、本実施例では、塩素含有率の高いＲ
ＤＦを使用している。このＲＤＦが持ち込む塩素分は、
セメントクリンカー換算値で１４５ｐｐｍであり、ブラ
ンクの原燃料から持ち込まれる塩素分は、セメントクリ
ンカー換算値で６０ｐｐｍであるから、ＲＤＦを使用し
た場合の塩素インプット量は、セメントクリンカー換算
値で２０５ｐｐｍとなる。従って、本実施例のＲＤＦを
使用して塩素バイパスを使用しないとセメントクリンカ
ーの塩素濃度は２０５ｐｐｍとなり、ＪＩＳ規格で定め
られている数値（セメントの塩素濃度２００ｐｐｍ以
下）を守れなくなる。また、ボトムサイクロン原料の塩
素濃度は、ブランクが４８００ｐｐｍに対し、ＲＤＦの
使用により１６２００ｐｐｍまで上昇する。ロータリー
キルンによって差はあるが、ボトムサイクロンの塩素濃
度が１００００ｐｐｍを越えると、一般的にサスペンシ
ョンプレヒーターの閉塞が頻発するため、ボトムサイク
ロン原料の塩素濃度は、５０００ｐｐｍ以下で管理して
いるロータリーキルンが多い。従って、本実施例におい
ては、塩素バイパスを使用するのが好適である。本実施
例において塩素バイパスシステムは、ＲＤＦの持ち込み
塩素量の９０％を系外に排出し、クリンカの塩素濃度を
７４ｐｐｍに下げ、ボトムサイクロン原料の塩素濃度は
ブランクと同じ４８００ｐｐｍに下げ、品質および安定
操業を確保しつつＲＤＦの使用を可能にしている。この
時の塩素バイパスシステムはキルン通過ガスの３％を抽
気し、回収する塩素バイパスダストの回収量は４．７ｔ
／ｄであり、その塩素濃度は約１５％となる。

【００２８】また、ＲＤＦを熱分解して得られた発熱性
ガスをキルンバーナー６とロータリーキルン３原料出口
に供給することで、キルンバーナーフレームおよびサス
ペンションプレヒーター１の下部でＮＯｘ還元効果が得
られ、サスペンションプレヒーター１の排気ガスのＮＯ
ｘ濃度は３００ｐｐｍから１５０ｐｐｍとなった。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、ＲＤＦ等の固形可燃性
廃棄物を多量に使用でき、また、固形可燃性廃棄物の熱
量を有効に利用することができ、しかも製造されるセメ
ントの品質も良好に保持されるセメントの製造方法が提
供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的なセメント焼成プロセスを説明するため
の図である。

【図２】塩素バイパスシステムを説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１ サスペンションプレヒーター ２ 仮焼炉 ３ ロータリーキルン ４ クリンカークーラー ５ 仮焼炉バーナー ６ キルンバーナー ７ 抽気プローブ ８，１０ 冷却器 ９ サイクロン １１ 集塵機

フロントページの続き (72)発明者 進藤 拓也 東京都港区西新橋二丁目14番１号 秩父小 野田株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固形可燃性廃棄物を熱分解し、発熱性ガ
   スを得、前記発熱性ガスをセメント焼成プロセスの燃料
   の一部または全部に代替することを特徴とするセメント
   の製造方法。
2. 【請求項２】 セメント焼成炉から発生する排ガスの一
   部を、ダストと共に抽気し、塩素化合物含有ダストを系
   外に取り出す塩素バイパスシステムを併用する請求項１
   に記載のセメントの製造方法。
3. 【請求項３】 固形可燃性廃棄物を熱分解し、発熱性ガ
   スを得、前記発熱性ガスを、セメント焼成プロセスで発
   生する窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元できる量でもってセ
   メント焼成プロセス系内に供給することを特徴とするセ
   メントの製造方法。