JPWO2018131277A1 - セメントキルン排ガスの水銀低減方法及びその装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】セメントキルン排ガスに含まれる水銀の量を低コストで効率よく低減する。【解決手段】セメントキルンの燃焼排ガスＧ１に含まれるセメントキルンダストＤ２、Ｄ４を、セメント原料Ｒ１を予熱するプレヒータ４の最上段サイクロン４Ｄ及び最下段サイクロン４Ａを除くサイクロン４Ｃ（又は４Ｂ）から分取したセメント原料Ｒ２と混合しながらセメント原料Ｒ２の顕熱によって加熱する混合加熱装置１９と、混合加熱によってセメントキルンダストＤ２、Ｄ４から揮発した水銀Ｈｇを回収する水銀回収装置２１と、混合加熱装置１９から排出される水銀除去ダストＤ５、Ｄ６をセメント原料Ｒ２が分取されるサイクロン４Ｃ（又は４Ｂ）よりも下段に位置するサイクロン４Ｂ（又は４Ａ）に供給する供給装置とを備えるセメントキルン排ガスの水銀低減装置１１。【選択図】図１

Description

本発明は、セメントキルン排ガス中の水銀を原料ダスト（以下「セメントキルンダスト」という）と共に回収することで、セメントキルン排ガスに含まれる水銀の量を低減する方法及び装置に関する。
セメントの原燃料や、リサイクル資源には水銀が含まれているため、これらを原料等として使用するセメントキルンの燃焼排ガスには、極微量の金属水銀（Ｈｇ）及び水銀化合物が含まれている。
そこで、特許文献１には、セメントキルン排ガスに含まれる水銀等を除去し、水銀等を除去した集塵ダストをセメント原料に再利用するため、セメントキルンダストを集塵してクリンカクーラーの排ガスを用いて加熱し、加熱によって揮発した水銀を回収する方法が提案されている。
しかし、上記特許文献１に記載の気流加熱方式では、揮発した水銀と、集塵ダストを加熱するために用いられた排ガスの両方が水銀回収装置に導入されるため、水銀回収装置が大型化し、設備コスト及び運転コストが高くなるという問題があった。
一方、特許文献２には、セメントキルンダストを外熱キルンで間接的に加熱し、ダストに含まれる水銀を揮発させて回収する方法が開示されている。この間接加熱方式では、セメントキルンダストを気流で加熱しないため、水銀回収装置を小型化することができるが、ダストを直接加熱しない分、水銀を揮発させるために要する熱量が多くなり、加熱装置の設備コストや運転コストが高くなる。
上記の問題点に鑑み、特許文献３には、セメントキルンダストを、セメント焼成装置のプレヒータから分取したセメント原料等と混合しながらセメント原料等の顕熱によって加熱する混合装置と、混合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水銀回収システム等が提案されている。このシステム等によれば、水銀を揮発させるためにセメント焼成装置におけるセメント原料を利用すると共に、水銀回収装置の大型化を回避することで、消費エネルギーを低減し、運転コスト及び設備コストを低減することができる。
日本特開２０１１−８８７７０号公報 日本特開２００３−２４５６４２号公報 日本特開２０１４−５８６９９号公報
上記特許文献３に記載のシステム等は有効であるが、セメントキルンダストとセメント原料の混合物を流動化させ、粗粉と、微粉を含むガスとに分離する振動流動層式分級機を設けると装置構成が複雑化するなど、改善の余地があった。
そこで、本発明は、セメント焼成装置のプレヒータから分取したセメント原料を利用してセメントキルンダストから水銀を回収するにあたり、装置構成を簡略化し、設備コスト及び運転コストを低減することで、セメントキルン排ガスに含まれる水銀の量を低コストで効率よく低減することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、セメントキルン排ガスの水銀低減方法であって、セメントキルンの燃焼排ガスに含まれるセメントキルンダストを、セメント原料を予熱するプレヒータの最上段サイクロン及び最下段サイクロンを除くサイクロンから分取したセメント原料と混合しながら該セメント原料の顕熱によって加熱し、該混合加熱によって前記セメントキルンダストから揮発した水銀を回収し、前記混合加熱後の前記セメントキルンダストと前記セメント原料の混合物を前記セメント原料を分取したサイクロンよりも下段に位置するサイクロンに戻すことを特徴とする。
本発明によれば、セメントキルンダストに含まれる水銀を揮発させるにあたって好適な原料温度を有する、プレヒータの最上段サイクロン及び最下段サイクロンを除くサイクロンから分取したセメント原料を用いてセメントキルンダストを混合加熱し、混合加熱後のセメントキルンダストとセメント原料の混合物から下段に位置するサイクロンで熱回収するため、熱損失を抑えながら、セメントキルン排ガスに含まれる水銀の量を効率よく低減することができる。また、セメント原料を分取したサイクロンよりも下段のサイクロンに混合加熱後の混合物を戻すため、セメント原料や混合物の搬送に要するコストを低減することができる。さらに、水銀を回収する前に分級を行う必要がないため、運転コストを低減することもできる。
上記セメントキルン排ガスの水銀低減方法において、前記混合加熱装置から排出されるセメントキルンダストとセメント原料の混合物の温度を計測し、該計測結果に基づいて前記セメント原料の分取量を制御することで、セメント原料の分取によるセメント焼成装置への影響を最小限に抑えることができる。
上記セメントキルン排ガスの水銀低減方法において、前記セメントキルンダストに塩素を添加し、セメントキルンダストに含まれる水銀を塩化して沸点を下げ、さらに効率よく水銀を回収することができる。
上記セメントキルン排ガスの水銀低減方法において、水銀吸着材として活性炭を前記プレヒータの排ガスに添加し、該排ガスに含まれる水銀を前記セメントキルンダストとして回収することで、活性炭を用いて効率よく水銀を回収することができる。
また、本発明は、セメントキルン排ガスの水銀低減装置であって、セメントキルンの燃焼排ガスに含まれるセメントキルンダストを、セメント原料を予熱するプレヒータの最上段サイクロン及び最下段サイクロンを除くサイクロンから分取したセメント原料と混合しながら該セメント原料の顕熱によって加熱する混合加熱装置と、該混合加熱によって前記セメントキルンダストから揮発した水銀を回収する水銀回収装置と、前記混合加熱装置から排出される前記セメントキルンダストと前記セメント原料の混合物を前記セメント原料が分取されるサイクロンよりも下段に位置するサイクロンに供給する供給装置とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、上記発明と同様に、簡単な構成でセメントキルン排ガスに含まれる水銀の量を効率よく低減することができる。また、セメント原料を分取したサイクロンよりも下段のサイクロンに混合加熱後の混合物を戻すため、セメント原料や混合物を搬送する装置に要するコストを低減することができる。さらに、水銀回収装置の前段に分級装置を別途設ける必要がないため、装置構成を簡略化してコストを低減することもできる。
上記セメントキルン排ガスの水銀低減装置において、前記混合加熱装置から排出されるセメントキルンダストとセメント原料の混合物の温度を計測する温度計と、該温度計の計測結果に基づいて前記セメント原料の分取量を制御する制御装置とを備えることで、セメント原料の分取によるセメント焼成装置への影響を最小限に抑えることができる。
上記セメントキルン排ガスの水銀低減装置において、前記セメントキルンダストに塩素を添加する塩素添加装置を設けることができる。これにより、セメントキルンダストに含まれる水銀を塩化して沸点を下げ、さらに効率よく水銀を回収することもできる。
上記セメントキルン排ガスの水銀低減装置において、水銀吸着材として活性炭が投入され、前記プレヒータの排ガスに含まれる水銀を前記セメントキルンダストとして回収する集塵機を設けることができ、活性炭を用いて効率よく排ガスから水銀を回収することができる。
以上のように、本発明によれば、セメントキルンダストから低コストで効率よく水銀を回収することで、セメントキルン排ガスに含まれる水銀の量を低減することができる。
本発明に係るセメントキルン排ガスの水銀低減装置の一実施の形態を示す全体構成図である。
次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明に係るセメントキルン排ガスの水銀低減装置の一実施の形態を示し、この水銀低減装置１１は、セメントキルン２、クリンカクーラ３、プレヒータ４及び仮焼炉５等を備える通常のセメント焼成装置１に付設される。セメントキルンダスト（以下、適宜「キルンダスト」と略称する。）Ｄ１は、プレヒータ４の最上段サイクロン４Ｄから排出された排ガスＧ１がセメント原料乾燥粉砕装置等（不図示）を介して煙突７の上流側に設けられた集塵機６に達し、この集塵機６で除塵して得られるものである。また、この集塵機６の前段には、排ガスＧ１の流路に活性炭等の水銀吸着材を投入する水銀吸着材投入装置８が設けられる。
水銀低減装置１１は、集塵機６で回収されたキルンダストＤ１をプレヒータ４の近傍まで搬送する空気輸送機１２と、搬送されたキルンダストＤ１から粗粉Ｄ２を回収するサイクロン１３と、サイクロン１３から排出された微粉Ｄ３を含むガスＧ２から除塵して集塵ダストＤ４を回収する集塵機１４と、粗粉Ｄ２と集塵ダストＤ４を混合加熱装置１９に供給する定量供給機１５と、集塵機１４の排ガスＧ３を大気に放出するファン１６と、定量供給機１５から供給された粗粉Ｄ２及び集塵ダストＤ４をプレヒータ４の第３サイクロン４Ｃから分取したセメント原料Ｒ２と混合しながらセメント原料Ｒ２の顕熱によって加熱する混合加熱装置１９と、混合加熱によって粗粉Ｄ２及び集塵ダストＤ４から揮発した水銀を回収する水銀回収装置２１と、混合加熱装置１９から排出される水銀除去ダストＤ５、Ｄ６を第２サイクロン４Ｂに戻す供給装置（不図示）とで構成される。
混合加熱装置１９は、輸送機も兼ねており、供給された粗粉Ｄ２、集塵ダストＤ４及びセメント原料Ｒ２を混合撹拌しながら搬送することで、混合物（水銀除去ダストＤ５及びＤ６）の温度を均一化して水銀を揮発させるために設けられる。図１の記載とは異なるが、この混合加熱装置１９を、第３サイクロン４Ｃと第２サイクロン４Ｂの間に配置し、セメント原料Ｒ２及び水銀除去ダストＤ５、Ｄ６を位置エネルギーを利用して搬送することが好ましい。
水銀回収装置２１は、混合加熱装置１９からの排ガスＧ４から除塵するための高温集塵機２２と、高温集塵機２２の排ガスＧ５を冷却水Ｗの間で熱交換することで排ガスＧ５に含まれる揮発水銀を凝縮させる熱交換器２４と、熱交換器２４から供給された水銀Ｈｇを貯留する水銀回収タンク２５と、水銀回収タンク２５の排ガスＧ７に含まれる水銀を水銀回収タンク２５へ戻す気液分離器２６と、排ガスＧ７の流量を調整する流量調整バルブ２７とからなる。
セメント原料Ｒ２は、プレヒータ４に投入されるセメント原料Ｒ１が、プレヒータ４の最上段サイクロン４Ｄ及び第３サイクロン４Ｃで予熱された４５０℃〜８１０℃未満の温度を有するものであり、分取するセメント原料Ｒ２の量は、プレヒータ４Ｃと混合加熱装置１９の間に配置される流量調節ゲート１８によって調節することができる。
次に、上記構成を有するセメントキルン排ガスの水銀低減装置１１を用いた本発明に係るセメントキルン排ガスの水銀低減方法について図１を参照しながら説明する。
プレヒータ４の最上段サイクロン４Ｄから排出される排ガスＧ１から集塵機６で除塵し、サイクロン１３等を経て得た、キルンダストとしての粗粉Ｄ２及び集塵ダストＤ４と、プレヒータ４の第３サイクロン４Ｃから分取したセメント原料Ｒ２を混合加熱装置１９に導入し、これらを５〜３０分間混合撹拌して粗粉Ｄ２及び集塵ダストＤ４を水銀の沸点である４００度以上まで加熱し、粗粉Ｄ２及び集塵ダストＤ４に含まれる水銀を揮発させる。
混合加熱装置１９から排出される水銀除去ダストＤ５は、セメント原料として利用するため、セメント原料Ｒ２を分取したサイクロン４Ｃよりも下方に位置する第２サイクロン４Ｂへ戻す。一方、混合加熱装置１９の排ガスＧ４は、高温集塵機２２へ導入し、排ガスＧ４に含まれる水銀除去ダストＤ６を回収して水銀除去ダストＤ５と共に第２サイクロン４Ｂへ戻す。
次に、高温集塵機２２の排ガスＧ５を熱交換器２４に導入し、冷却水Ｗと間接的に熱交換させることで排ガスＧ５に含まれる揮発水銀を凝縮させる。熱交換器２４の排ガスＧ６及び凝縮した水銀Ｈｇは、水銀回収タンク２５に導入され、凝縮した水銀Ｈｇが水銀回収タンク２５に貯留され、排ガスＧ７が気液分離器２６、流量調節バルブ２６、集塵機１４及びファン１６を経由して大気へ放出される。
以上のように、本実施の形態によれば、粗粉Ｄ２及び集塵ダストＤ４（キルンダスト）に含まれる水銀を揮発させるにあたって好適な４５０℃〜８１０℃程度℃程度の原料温度を有する、第３サイクロン４Ｃから分取したセメント原料Ｒ２を用いて粗粉Ｄ２及び集塵ダストＤ４を混合加熱し、混合加熱後の粗粉Ｄ２及び集塵ダストＤ４とセメント原料Ｒ２の混合物から下段に位置する第２サイクロン４Ｂで熱回収するため、熱損失を抑えながら、セメントキルンダストから効率よく水銀を回収することができる。また、混合加熱装置１９とその前後の分取、供給装置等を備えるだけで、従来のような水銀低減装置１１の前段に分級装置を別途設ける必要もないため、装置構成を簡略化して装置及び運転コストを低減することもできる。
尚、上記実施の形態においては、プレヒータ４の第３サイクロン４Ｃからセメント原料Ｒ２を分取すると共に、水銀除去ダストＤ５、Ｄ６を第２サイクロン４Ｂに戻す場合について説明したが、水銀除去ダストＤ５、Ｄ６を戻すサイクロンは最下段サイクロン４Ａでもよい。また、セメント原料Ｒ２を分取するサイクロンは第２サイクロン４Ｂでもよく、水銀除去ダストを最下段サイクロン４Ａに戻すことができる。
セメント原料を分取するにあたってプレヒータ４の最上段サイクロン４Ｄを除いたのは、最上段サイクロン４Ｄから分取したセメント原料では、粗粉Ｄ２及び集塵ダストＤ４に含まれる水銀を揮発させるのに充分な熱量を得られないからである。また、最下段サイクロン４Ａを除いたのは、最下段サイクロン４Ａ内の原料は脱炭酸が完了しているためにセメント焼成に与える影響が大きく、熱損失が大きくなるためである。以上より、第２サイクロン４Ｂや第３サイクロン４Ｃから分取した４５０℃〜８１０℃程度のセメント原料Ｒ２を用いることが好適である。
また、水銀除去ダストＤ５、Ｄ６を戻す位置をセメント原料Ｒ２を分取したサイクロンより下段にしたのは、設備点数の増加や、分取した水銀除去ダストＤ５、Ｄ６を持ち上げることによる搬送コストの増加を考慮したためである。
上記構成に加え、混合加熱装置１９の水銀除去ダストＤ５の排出口や、高温集塵機２２の水銀除去ダストＤ６の排出口の各々にこれらのダストＤ５、Ｄ６の温度を計測する温度計（不図示）を配置し、これらの温度計の指示値に従って第３サイクロン４Ｃから分取するセメント原料Ｒ２の量を流量調節ゲート１８によって調節することもできる。これにより、セメント原料Ｒ２の分取に伴うセメント焼成装置への悪影響を最小限に抑えることができる。
また、粗粉Ｄ２及び集塵ダストＤ４に塩素分を添加し、粗粉Ｄ２及び集塵ダストＤ４に含まれる水銀を塩化することで、水銀の沸点を下げて運転コストを低減することもできる。
尚、キルンダストＤ１の微粉分である集塵ダストＤ４に水銀が偏在するため、サイクロン１３で回収された粗粉Ｄ２は、必ずしも混合加熱装置１９に供給して処理する必要はなく、セメント原料Ｒ１の一部としてそのまま利用してもよい。
また、プレヒータ４が５段や６段のサイクロンからなる場合にも、最上段及び最下段サイクロン以外から４５０℃〜８１０℃程度の原料温度を有するセメント原料Ｒ２を分取し、セメント原料Ｒ２が分取されるサイクロンよりも下段に位置するサイクロンに混合加熱装置から排出される混合物を戻すことで、上記実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
さらに、セメントキルン排ガスＧ１の流路に活性炭等の水銀吸着材を投入することで、集塵機６において排ガスＧ１に含まれる水銀をキルンダストＤ１として捕捉して排ガスＧ１と共に煙突７から水銀が排出されるのを防止すると同時に、このキルンダストＤ１（Ｄ２及びＤ４）を水銀低減装置１１において加熱処理して水銀を回収することで、大気に放出される水銀の量を制御することが可能となる。
１ セメント焼成装置
２ セメントキルン
３ クリンカクーラ
４ プレヒータ
４Ａ 最下段サイクロン
４Ｂ 第２サイクロン
４Ｃ 第３サイクロン
４Ｄ 最上段サイクロン
５ 仮焼炉
６ 集塵機
７ 煙突
８ 水銀吸着材投入装置
１１ セメントキルン排ガスの水銀低減装置
１２ 空気輸送機
１３ サイクロン
１４ 集塵機
１５ 定量供給機
１６ ファン
１８ 流量調節ゲート
１９ 混合加熱装置
２１ 水銀回収装置
２２ 高温集塵機
２４ 熱交換器
２５ 水銀回収タンク
２６ 気液分離器
２７ 流量調整バルブ
Ｄ１ キルンダスト
Ｄ２ 粗粉
Ｄ３ 微粉
Ｄ４ 集塵ダスト
Ｄ５、Ｄ６ 水銀除去ダスト
Ｇ１ セメントキルン排ガス
Ｇ２〜Ｇ７ 排ガス
Ｒ１、Ｒ２ セメント原料
Ｗ 冷却水

Claims (8)

  1. セメントキルンの燃焼排ガスに含まれるセメントキルンダストを、セメント原料を予熱するプレヒータの最上段サイクロン及び最下段サイクロンを除くサイクロンから分取したセメント原料と混合しながら該セメント原料の顕熱によって加熱し、
    該混合加熱によって前記セメントキルンダストから揮発した水銀を回収し、
    前記混合加熱後の前記セメントキルンダストと前記セメント原料の混合物を前記セメント原料を分取したサイクロンよりも下段に位置するサイクロンに戻すことを特徴とするセメントキルン排ガスの水銀低減方法。
  2. 前記混合加熱装置から排出されるセメントキルンダストとセメント原料の混合物の温度を計測し、
    該計測結果に基づいて前記セメント原料の分取量を制御することを特徴とする請求項１に記載のセメントキルン排ガスの水銀低減方法。
  3. 前記セメントキルンダストに塩素を添加す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水銀低減方法。
  4. 水銀吸着材として活性炭を前記プレヒータの排ガスに添加し、該排ガスに含まれる水銀を前記セメントキルンダストとして回収することを特徴とする請求項１、２又は３に記載のセメントキルン排ガスの水銀低減方法。
  5. セメントキルンの燃焼排ガスに含まれるセメントキルンダストを、セメント原料を予熱するプレヒータの最上段サイクロン及び最下段サイクロンを除くサイクロンから分取したセメント原料と混合しながら該セメント原料の顕熱によって加熱する混合加熱装置と、
    該混合加熱によって前記セメントキルンダストから揮発した水銀を回収する水銀回収装置と、
    前記混合加熱装置から排出される前記セメントキルンダストと前記セメント原料の混合物を前記セメント原料が分取されるサイクロンよりも下段に位置するサイクロンに供給する供給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水銀低減装置。
  6. 前記混合加熱装置から排出されるセメントキルンダストとセメント原料の混合物の温度を計測する温度計と、
    該温度計の計測結果に基づいて前記セメント原料の分取量を制御する制御装置とを備えることを特徴とする請求項５に記載のセメントキルン排ガスの水銀低減装置。
  7. 前記セメントキルンダストに塩素を添加する塩素添加装置を備えることを特徴とする請求項５又は６に記載のセメントキルン排ガスの水銀低減装置。
  8. 水銀吸着材として活性炭が投入され、前記プレヒータの排ガスに含まれる水銀を前記セメントキルンダストとして回収する集塵機を備えることを特徴とする請求項５、６又は７に記載のセメントキルン排ガスの水銀低減装置。
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