WO2021006155A1 - 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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昭宏 吉永
文典 安藤
茂樹 ▲凡▼
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Kawasaki Heavy Industries Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to a sludge treatment method and a cement manufacturing system using sludge.
  • the cement manufacturing process is roughly divided into a raw material process of drying, crushing, and blending cement raw materials, a firing process of firing clinker, which is an intermediate product from raw materials, and a finishing process of adding clinker to clinker and crushing it to make cement. Consists of.
  • the cement raw material generally passes through the preheater, the calcining furnace (decomposition furnace), and the firing furnace in this order. It has been proposed to use the heat of combustion of sludge such as sewage sludge and factory effluent sludge as the heat energy of the firing process, and to use the incineration ash as a raw material for cement.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose a technique for utilizing sludge in a cement firing step.
  • Patent Document 1 after adding a solvent for imparting fluidity to waste containing organic substances and pulverizing with a wet mill, this slurry-like mixed pulverized product is put into a firing step to produce a cement clinker. It is shown. Sludge is mentioned as a solvent. Further, a high temperature portion of the preheater at 800 ° C. to 1000 ° C. is mentioned as a place to put the slurry-like mixed pulverized product.
  • Patent Document 2 when a cement firing device in which the calcining furnace and the lowermost cyclone are directly connected is used, the hydrous sludge is put into the region from the outlet of the calcining furnace to the outlet of the lowermost cyclone. , It is shown that when the calcining furnace and the lowermost cyclone are not directly connected, the hydrous sludge is put into the area from the inlet of the lowermost cyclone to the outlet of the lowermost cyclone.
  • the ambient temperature of the water-containing sludge input location is 800 ° C. or higher and 900 ° C. or lower.
  • Patent Document 1 the generation of dioxins is prevented by putting sludge containing a relatively large amount of water, which is a slurry-like mixed pulverized product, into a preheater at a temperature of 800 ° C. or higher.
  • Patent Document 2 by putting the hydrous sludge into a place of 800 ° C. or higher of the preheater, the hydrous sludge is efficiently dried, and the amount of heat required for raising the temperature of the sludge is reduced to suppress the heat loss of the cement firing apparatus. There is.
  • the present invention proposes a sludge treatment method that uses sludge as a part of a cement raw material and a fuel, and a technique for further stabilizing the operation in a cement manufacturing system that uses sludge.
  • the sludge treatment method is A method of treating sludge using a cement production system including a suspension preheater for preheating a cement raw material, a calcining furnace for calcining the preheated cement raw material, and a calcining furnace for calcining the calcined raw material. And Granules containing dry sludge are put into a temperature range of 600 ° C. or higher and lower than 800 ° C. of the suspension preheater, and the dry sludge is used as a cement raw material and a fuel.
  • the cement manufacturing system is A suspension preheater for preheating the cement raw material, a calcining furnace for calcining the preheated cement raw material, and a calcining furnace for calcining the calcined cement raw material are provided.
  • the suspension preheater is characterized by having at least one inlet for charging granules containing dry sludge in a temperature range of 600 ° C. or higher and lower than 800 ° C.
  • granules containing dry sludge are put into the temperature range of 600 ° C. or higher and lower than 800 ° C. of the suspension preheater. While moving from the charging port (loading position) to the suspension preheater to the calcining furnace, the granules are heated to the charging temperature (about 850 ° C. to 900 ° C.) to the calcining furnace together with the cement raw material.
  • the residence time of the granular material in the suspension preheater is longer, and the granular material is sufficiently preheated together with the cement raw material, as compared with the conventional case where the material is charged in a region of 800 ° C. or higher as in Patent Documents 1 and 2.
  • the temperature difference between the atmospheric temperature and the granules at the charging port (loading position) to the suspension preheater is small. Therefore, it is possible to suppress a local temperature drop in the vicinity of the inlet of the granular material, and it is possible to suppress a decrease in the life of the refractory coating and the occurrence of coaching.
  • sludge treatment method using sludge as a part of a cement raw material and a fuel, and a technique for further stabilizing the operation in a cement manufacturing system using sludge.
  • FIG. 1 is a systematic schematic configuration diagram showing a cement manufacturing system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the suspension preheater.
  • FIG. 1 is a systematic schematic configuration diagram showing a cement manufacturing system 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the cement manufacturing process is roughly divided into a raw material process of drying, crushing, and blending cement raw materials, a firing process of firing clinker, which is an intermediate product from raw materials, and a finishing process of adding clinker to clinker and crushing it to make cement. Consists of.
  • the cement firing device 2 and the air quenching cooler 3 which are responsible for the firing process, and their peripheral devices are described in detail.
  • the cement manufacturing system 100 includes a cement firing device 2 for firing a cement raw material and an air quenching cooler 3 for cooling a fired product emitted from the cement firing device 2.
  • the cement firing device 2 includes a suspension preheater (hereinafter, simply referred to as “preheater 21”) that preheats the cement raw material, a calcining furnace 22 that calcins (decomposes) the preheated cement raw material, and preheated and calcined cement. It has a firing furnace 23 for firing raw materials.
  • preheater 21 suspension preheater
  • calcining furnace 22 that calcins (decomposes) the preheated cement raw material
  • preheated and calcined cement preheated and calcined cement. It has a firing furnace 23 for firing raw materials.
  • the cement firing device 2 In the cement firing device 2, these are communicated so that the cement raw material moves in the order of the preheater 21, the calcining furnace 22, and the firing furnace 23. Further, in the cement firing apparatus 2, the high-temperature exhaust gas from the firing furnace 23 flows in the order of the calcining furnace 22 and the preheater 21. A firing device exhaust gas line 9 from which the exhaust gas of the cement firing device 2 flows out is connected to the preheater 21.
  • the boiler 91, the exhaust fan 92, the raw material mill 93, the dust collector 94, the exhaust fan 95, and the chimney 96 are provided in the firing device exhaust gas line 9 in this order from the upstream to the downstream of the exhaust gas flow. ..
  • FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the preheater 21.
  • the preheater 21 shown in FIG. 2 includes a plurality of stages of cyclone type dust collectors connected in series.
  • the preheater 21 according to the present embodiment includes five stages of cyclone units U1 to U5 connected in series upward from the calcining furnace 22.
  • the number of stages of the cyclone unit U included in the preheater 21 may be 3 or more.
  • each cyclone unit U the cyclone C, the duct D for introducing the air flow into the cyclone C, and the solid separated from the air flow by the cyclone C are fired in the duct D, the calcining furnace 22, and the calcining furnace 22 of the cyclone unit U in the lower stage. It has a pipe B for sending to at least one of the furnaces 23.
  • the numbers attached to B, C, D, and U represent the number of stages.
  • the lowermost first cyclone unit U1 includes the first cyclone C1, the first duct D1, and the first pipe B1.
  • the airflow inlet of the first cyclone C1 is connected to the outlet of the calcining furnace 22 via the first duct D1.
  • the solid outlet of the first cyclone C1 is connected to the connection portion between the firing furnace 23 and the calcining furnace 22 via the pipe B1.
  • the second cyclone unit U2 in the second stage from the bottom includes the second cyclone C2, the second duct D2, and the second pipe B2.
  • the gas outlet of the first cyclone C1 is connected to the air flow inlet of the second cyclone C2 via the second duct D2.
  • the solid outlet of the second cyclone C2 is connected to the calcining furnace 22 via the pipe B2.
  • the third cyclone unit U3 in the third stage from the bottom includes the third cyclone C3, the third duct D3, and the third pipe B3.
  • the gas outlet of the second cyclone C2 is connected to the air flow inlet of the third cyclone C3 via the third duct D3.
  • the solid outlet of the third cyclone C3 is connected to the second duct D2 via the pipe B3.
  • the fourth cyclone unit U4 in the fourth stage from the bottom includes the fourth cyclone C4, the fourth duct D4, and the fourth pipe B4.
  • the gas outlet of the third cyclone C3 is connected to the air flow inlet of the fourth cyclone C4 via the fourth duct D4.
  • the solid outlet of the fourth cyclone C4 is connected to the third duct D3 via the pipe B4.
  • the uppermost fifth cyclone unit U5 includes the fifth cyclone C5, the fifth duct D5, and the fifth pipe B5.
  • the gas outlet of the fourth cyclone C4 is connected to the air flow inlet of the fifth cyclone C5 via the fifth duct D5.
  • the solid outlet of the fifth cyclone C5 is connected to the fourth duct D4 via the pipe B5.
  • the gas outlet of the fifth cyclone C5 is connected to the upstream end of the firing device exhaust gas line 9.
  • high-temperature exhaust gas from the firing furnace 23 flows into the first cyclone C1 through the calcining furnace 22 and the first duct D1.
  • the exhaust gas moves from the lowest cyclone C1 to the uppermost cyclone C5. That is, the exhaust is the first cyclone C1, the second duct D2, the second cyclone C2, the third duct D3, the third cyclone C3, the fourth duct D4, the fourth cyclone C4, the fifth duct D5, and the fifth cyclone. It passes in the order of C5.
  • the fifth duct D5 is provided with a cement raw material supply port 28.
  • the cement raw material is supplied to the fifth duct D5 through the cement raw material supply port 28.
  • the cement raw material supplied to the fifth duct D5 flows into the fifth cyclone C5 along with the exhaust flow.
  • the cement raw material is separated from the exhaust flow, and the cement raw material is sent to the fourth duct D4 through the pipe B5.
  • the cement raw material sent to the fourth duct D4 flows into the fourth cyclone C4 along with the exhaust flow.
  • the cement raw material is separated from the exhaust flow, and the cement raw material is sent to the third duct D3 through the pipe B4.
  • the third duct D3 is provided with a hybrid input port 29, which will be described later.
  • the input port 29 is connected to a hybrid material supply line 8 (transport line 84), which will be described later.
  • the cement raw material sent from the 4th cyclone C4 to the 3rd duct D3, and the cement raw material and the mixture (granular matter) supplied to the 3rd duct D3 through the input port 29 are carried by the exhaust flow to the 3rd cyclone. It flows into C3.
  • the cement raw material (including the mixture) is separated from the exhaust flow, and the cement raw material is sent to the second duct D2 through the pipe B3.
  • the cement raw material sent to the second duct D2 flows into the second cyclone C2 along with the exhaust flow.
  • the cement raw material is separated from the exhaust flow, and the cement raw material is sent to the calcining furnace 22 through the pipe B2.
  • the exhaust gas from the calcining furnace 22 flows into the first cyclone C1 through the first duct D1.
  • the cement raw material is separated from the exhaust flow, and the cement raw material is sent to the connection portion between the firing furnace 23 and the calcining furnace 22 through the pipe B1.
  • the cement raw material moves in order from the uppermost cyclone C5 to the lowermost cyclone C1.
  • the cement raw material of the preheater 21 is heated by heat exchange with the exhaust gas of the calcining furnace 22 as it passes through each cyclone C.
  • the calcining furnace 22 includes a calcining furnace burner 25.
  • the quenching furnace 22 is connected to an air extraction duct 41 for the quenching furnace that sends exhaust heat from the air quenching cooler 3 to the quenching furnace 22.
  • the cement raw material and the mixture that have left the preheater 21 are calcined in an atmosphere of about 900 ° C.
  • the temperature of the exhaust gas flowing into the first duct D1 is about 900 ° C.
  • the temperature of the exhaust gas flowing into the second duct D2 is about 850 ° C.
  • the temperature of the exhaust gas flowing into the third duct D3 is about 850 ° C.
  • the temperature of the exhaust gas flowing into the fourth duct D4 is about 600 ° C.
  • the temperature of the exhaust gas flowing into the fifth duct D5 is about 450 ° C.
  • the cyclone C5 goes out to the firing device exhaust gas line 9.
  • the temperature of the exhaust is about 310 ° C.
  • the temperature of the exhaust gas flowing into each duct D is merely an example.
  • the firing furnace 23 employs a rotary kiln which is a horizontally long cylindrical rotary kiln.
  • the firing furnace 23 is installed with a slight downward slope from the raw material inlet to the raw material outlet.
  • the firing furnace 23 is provided with a burner 26 on the raw material outlet side.
  • the cement raw material preheated and calcined in the preheater 21 and the calcining furnace 22 is calcined by the exhaust heat of the air quenching cooler 3 and the combustion gas of the burner 26.
  • the outlet of the firing furnace 23 is connected to the inlet of the air quenching cooler 3.
  • the air quenching cooler 3 the high-temperature fired product emitted from the firing furnace 23 is brought into contact with cold air to quench the fired product into a clinker.
  • the clinker discharged from the air quenching cooler 3 is sent to the clinker silo by the clinker conveyor 32.
  • the air quenching cooler 3 is connected to a cooler exhaust heat line 4 through which the exhaust heat of the air quenching cooler 3 flows out.
  • the cooler exhaust heat line 4 includes the above-mentioned air extraction duct 41 for a calcining furnace, a high temperature exhaust heat line 42 that extracts air from the air quenching cooler 3, and a low temperature that extracts exhaust heat of less than about 200 ° C. from the air quenching cooler 3. Includes a heat exhaust line 43.
  • the high temperature exhaust heat line 42 is connected to the boiler 45.
  • the exhaust gas of the air quenching cooler 3 is sent to the boiler 45 through the high temperature exhaust heat line 42.
  • the low temperature exhaust heat line 43 is provided with a dust collector 46, an exhaust fan 47, and a chimney 48 in this order from upstream to downstream of the exhaust gas flow.
  • the exhaust gas line 45a of the boiler 45 is connected to the upstream side of the dust collector 46 of the low temperature exhaust heat line 43.
  • the cement production system 100 includes a mixing device 5 that mixes dehydrated sludge and a cement raw material to produce a granular mixture, a dryer 6 that dries the mixture by contacting the mixture with a drying gas, and drying.
  • a dryer exhaust gas line 7 that sends the exhaust gas of the machine 6 to the air quenching cooler 3, a mixture supply line 8 that sends the dried mixture from the dryer 6 to the preheater 21 of the cement firing device 2, and a drying machine 6 for drying.
  • a drying gas supply line 61 for supplying gas is further provided.
  • the mixing device 5 includes a cement raw material hopper 51, a dehydrated sludge hopper 52, and a mixer 53 that feeds the cement raw material and the dehydrated sludge while mixing them.
  • the cement raw material that has been dried, crushed, and prepared in the raw material process is put into the cement raw material hopper 51.
  • the cement raw material may be the same as the cement raw material supplied to the cement raw material supply port 28 of the preheater 21.
  • the cement raw material a known raw material containing limestone as a main component is used without particular limitation.
  • Specific examples of cement raw materials include limestone, which is generally mixed with clay, silica stone, iron oxide, and the like.
  • the chemical composition of the cement raw material is 12 to 15% by mass SiO 2 , 3 to 4% by mass Al 2 O 3 , 1.5 to 2.5% by mass Fe 2 O 3 , 43 to 44% by mass.
  • Dewatered sludge is put into the dehydrated sludge hopper 52.
  • the dehydrated sludge is a solid substance (dehydrated cake) remaining after dehydrating sludge such as sewage sludge, factory effluent sludge, and activated sludge with a dehydrator (not shown).
  • Dewatered sludge which is generally treated as a dewatered cake, contains 60 to 90% by mass of water.
  • the outlet of the cement raw material hopper 51 is connected to the inlet of the mixer 53 via the cement raw material metering device 55.
  • the cement raw material metering device 55 weighs the cement raw material sent from the cement raw material hopper 51 to the mixer 53.
  • the outlet of the dehydrated sludge hopper 52 is connected to the inlet of the mixer 53 via the sludge metering device 56.
  • the sludge metering device 56 weighs the dehydrated sludge sent from the dehydrated sludge hopper 52 to the mixer 53.
  • the mixing ratio of the dehydrated sludge and the cement raw material in the mixer 53 is a mass ratio or a volume ratio of the dehydrated sludge and the cement raw material so that the mixture formed by mixing the dehydrated sludge and the cement raw material becomes granular. ..
  • the mixture of dehydrated sludge and cement raw material becomes granular without undergoing granulation treatment when the mixing ratio of dehydrated sludge and cement raw material is within a specific range.
  • the mixing ratio of the dehydrated sludge and the cement raw material is not uniform, and changes depending on the properties of the dehydrated sludge (particularly the amount of moisture and the ratio of organic matter) and the properties of the cement raw material (particularly the water content and composition). Therefore, it is desirable to set the mixing ratio of the dehydrated sludge and the cement raw material each time the properties of the dehydrated sludge and the cement raw material change.
  • the range of the mixing ratio of the dehydrated sludge and the cement raw material can be determined, for example, by a test.
  • the mixing ratio of the dehydrated sludge and the cement raw material is set to a value such that the mixed product has appropriate granules as a fluidized medium. Is desirable.
  • the mixing ratio of the dehydrated sludge and the cement raw material is experimentally set so that the total water content of the mixture is 10% by mass or more and 25% by mass or less, preferably 13% by mass or more and 22% by mass or less. It is obtained and set in advance in the control device 57.
  • the control device 57 controls the cement raw material metering device 55 and the sludge metering device 56 so that the mixed ratio of the dehydrated sludge and the cement raw material can be obtained.
  • the total water content of the hybrid is the sum of the moisture content that is the surface-adhering water content of the hybrid product and the water content that is the adsorbed water content of the hybrid product.
  • the total water content of the mixture was measured in accordance with the case of coals of the water content determination method specified in "JIS M 8812 Coals and Coke-Industrial Analysis Method".
  • the particle size distribution of the mixture is small (that is, the variation in particle size is small) and the average particle size is fluid. It has been confirmed that a granular mixture having an appropriate size as a medium can be obtained.
  • the "appropriate size as a flow medium” is the diameter of particles that can be uniformly flowed in the layer, and is said to be in the range of several ⁇ m to 5 mm.
  • the average particle size (median diameter d50) of the mixture having a total water content of 10% by mass or more and 25% by mass or less is 0.5 mm or more and 5 mm or less, which is an appropriate size as a flow medium. It was.
  • the hybrid produced by mixing the dehydrated sludge and the cement raw material in the mixer 53 is supplied to the dryer 6.
  • a fluidized bed is formed in which the hybrid is used as a fluidized medium and the drying gas is used as the fluidized gas.
  • the drying gas is supplied into the hybrid layer formed at the bottom of the drying chamber, and the drying gas rises in the hybrid layer, so that the mixture and the drying gas come into contact with each other and are mixed.
  • a fluidized bed type dryer having a high drying efficiency (that is, a large volume heat exchange rate) as compared with other types of dryers is used as the dryer 6.
  • the dryer 6 is not limited to the fluidized bed type dryer.
  • the drying gas is sent to the dryer 6 through the drying gas supply line 61.
  • the air volume (wind speed) of the drying gas supplied to the dryer 6 is the property of the mixture (that is, particle size, moisture, density, etc.) so that an appropriate fluidized state of the fluidized bed of the dryer 6 can be obtained. It may be adjusted by a damper, a fan, or the like according to the situation.
  • the drying gas exhaust gas from the cement manufacturing process or exhaust gas from a process using the heat thereof, which is 50 ° C. or higher and lower than 200 ° C., is used.
  • the exhaust gas of the air quenching cooler 3 having a temperature of less than 200 ° C., the exhaust gas of the boiler 45 using the exhaust gas of the air quenching cooler 3 having a temperature of less than 200 ° C., and the exhaust gas from the cement firing device 2 were used.
  • Examples include the exhaust gas of the raw material mill 93 at a temperature of less than 200 ° C.
  • the hybrid dried by the dryer 6 is discharged from the bottom of the drying chamber and supplied to the calcining furnace 22 through the hybrid supply line 8.
  • the mixture supplied to the calcining furnace 22 is not particularly limited, but may have a water content of about 2 to 5% by mass and a temperature of about 60 to 100 ° C.
  • the hybrid product supply line 8 was quantitatively discharged from the transporters 81 and 82 that carry out the dried hybrid product from the dryer 6, the hybrid product hopper 83 that temporarily stores the hybrid product, and the hybrid product hopper 83. Includes a transport line 84 for transporting the hybrid.
  • the hybrid product supplied to the calcining furnace 22 by the hybrid product supply line 8 is used as a part of the fuel, and the combustion ash of the hybrid product is used as a part of the cement raw material.
  • the exhaust gas from the dryer 6 is supplied to the air quenching cooler 3 through the dryer exhaust gas line 7.
  • the dryer exhaust gas line 7 is provided with a dust collector 71, an exhaust fan 72, and a blower fan 74 in this order from upstream to downstream of the dryer exhaust gas flow. Dust accompanying the dust collector 71 is removed from the dryer exhaust gas discharged from the dryer 6 by the exhaust fan 72. The removed dust is sent from the dust collector 71 to the hybrid hopper 83, and is supplied to the calcining furnace 22 together with the hybrid stored in the hybrid hopper 83.
  • the dryer exhaust gas that has passed through the dust collector 71 is sent to the air quenching cooler 3 by the blower fan 74.
  • the cement manufacturing system 100 fires the preheater 21 for preheating the cement raw material, the calcining furnace 22 for calcining the preheated cement raw material, and the calcined cement raw material.
  • the calcination furnace 23 is provided, and the preheater 21 has at least one inlet 29 for charging granules containing dry sludge into a temperature range of 600 ° C. or higher and lower than 800 ° C.
  • the sludge treatment method includes a preheater 21 for preheating the cement raw material, a calcining furnace 22 for calcining the preheated cement raw material, and a calcining furnace 23 for calcining the calcined cement raw material.
  • the above-mentioned "granular matter containing dry sludge” is a mixture of dry sludge and a cement raw material. Therefore, the cement manufacturing system 100 according to the present embodiment is dried by a mixing device 5 that mixes dehydrated sludge and a cement raw material to obtain a granular mixture, a dryer 6 that dries the mixture, and a dryer 6. Further provided is a transport line 84 for transporting the mixed product as granules to the input port 29.
  • the granules containing dry sludge are not limited to the mixture of dry sludge and cement raw material.
  • the granular material containing dry sludge may be a pulverized product of dry sludge, or a mixture of raw sludge and dry sludge.
  • the size of the granules may be powder, flakes, or pellets, as long as it can be carried by airflow by the exhaust gas from the calcining furnace 22.
  • granules containing dry sludge are put into the temperature range of 600 ° C. or higher and lower than 800 ° C. of the preheater 21. While moving from the charging port 29 (loading position) to the preheater 21 to the calcining furnace 22, the granules are heated to the charging temperature (about 850 ° C. to 900 ° C.) to the calcining furnace 22 together with the cement raw material. To.
  • the residence time of the granular material in the preheater 21 is longer than that in the conventional case in which the mixture is charged in a region of 800 ° C. or higher as in Patent Documents 1 and 2, and it is sufficiently preheated before being transferred to the calciner 22. It is thrown in. Therefore, it is possible to suppress the disturbance of the combustion state and the increase of the fuel consumption due to the low temperature substance being put into the calcining furnace 22. Further, as compared with the conventional case, the temperature difference between the atmospheric temperature and the granules at the charging port 29 (loading position) to the preheater 21 is small.
  • the preheater 21 includes three or more stages of cyclone units U1 to U5 connected in series upward from the calcining furnace 22.
  • Each of the cyclone units U1 to U5 is a cyclone unit U1 in which the solids separated from the airflow by the cyclones C1 to C5, the ducts D1 to D5 for introducing the airflow into the cyclones C1 to C5, and the cyclones C1 to C5 It has ducts D1 to D4 of U4, a calcining furnace 22, and pipes B1 to B5 for sending to at least one of the firing furnaces 23.
  • the input port 29 is preferably provided in the duct D of the cyclone unit U at the upper stage of the temperature range of 600 ° C. or higher of the preheater 21. Therefore, in the present embodiment, the inlet 29 is provided near the inflow port of the duct D3 of the cyclone unit U3 in the third stage from the bottom.
  • the temperature of the exhaust gas flowing into the duct D2 of the cyclone unit U2 in the second stage from the bottom is about 850 ° C., the temperature drops immediately after that and becomes less than 800 ° C. Therefore, the inlet 29 is provided in the duct D2. It may have been.
  • the inlet 29 may be provided in at least one of the ducts D2 and D3 of the cyclone units U2 and U3 in the second and third stages from the bottom.
  • granules may be charged into at least one of the ducts D2 and D3 of the cyclone units U2 and U3 in the second and third stages from the bottom.
  • the position of the inlet 29 can be appropriately adjusted for each preheater 21 of the cement manufacturing system 100.
  • the odor generated from the sludge contained in the granules is discharged to the firing device exhaust gas line 9 without being decomposed by heat. Therefore, a device for decomposing odor is required in the firing device exhaust gas line 9. Further, the temperature region of the preheater 21 of 800 ° C. or higher is approximately specified in the first duct D1 connecting the calcining furnace 22 and the lowermost cyclone C1.
  • the granular material containing the dry sludge When the granular material containing the dry sludge is charged into the first duct D1 of the preheater 21, the granular material may not be sufficiently heated because only the first cyclone unit U1 of the preheater 21 passes through the granular material. It is difficult to suppress a local temperature drop in the vicinity of the mouth 29.

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Abstract

セメント製造システムは、セメント原料を予熱するサスペンションプレヒータ、予熱されたセメント原料を仮焼する仮焼炉、及び、仮焼されたセメント原料を焼成する焼成炉を備える。このセメント製造システムにおいて、乾燥汚泥を含む粒状物を、サスペンションプレヒータの６００℃以上８００℃未満の温度領域に投入して、乾燥汚泥をセメント原料及び燃料として使用する。

Description

汚泥の処理方法及びセメント製造システム
　　本発明は、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。焼成工程では、一般に、セメント原料がプレヒータ、仮焼炉（分解炉）、及び焼成炉の順に通過する。焼成工程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１，２では、セメント焼成工程で汚泥を利用する技術が開示されている。
　特許文献１では、有機物を含む廃棄物に、流動性を与えるための溶媒を加えて湿式ミルで粉砕した後、このスラリー状の混合粉砕物を焼成工程に投入してセメントクリンカを製造することが示されている。溶媒として、汚泥が挙げられている。また、スラリー状の混合粉砕物の投入箇所として、プレヒータの８００℃～１０００℃の高温部が挙げられている。
　特許文献２では、仮焼炉と最下段サイクロンとが直接に接続されているセメント焼成装置を用いる場合には、含水汚泥を仮焼炉の出口から最下段サイクロンの出口部までの領域に投入し、仮焼炉と最下段サイクロンとが直接に接続されていない場合には、含水汚泥を最下段サイクロンの入口部から最下段サイクロンの出口部までの領域に投入することが示されている。含水汚泥の投入箇所は、その雰囲気温度が８００℃以上９００℃以下である。
特開２００４－１２３５１３号公報 特開２００９－９５８０４号公報
　特許文献１では、スラリー状の混合粉砕物という比較的水分を多く含む汚泥をプレヒータの８００℃以上の箇所に投入することにより、ダイオキシンの発生を防止している。特許文献２では、含水汚泥をプレヒータの８００℃以上の箇所に投入することで、含水汚泥を効率よく乾燥させるとともに、汚泥の昇温に要する熱量を低減してセメント焼成装置の熱損失を抑えている。
　本出願人らは、特願２０１８－００６４７１にて、脱水汚泥とセメント原料とを混合して粒状とし、それを乾燥用ガスと接触させることにより乾燥して得られる粒状の混成物を、セメント焼成工程の仮焼炉に投入することを提案している。混成物の乾燥に仮焼炉の炉内温度と比較して低温の乾燥ガスが利用されることから、乾燥後の混成物は一般的なセメント原料と比較して多くの水分を含有することがあり、また、仮焼炉に投入される混成物の温度は仮焼炉の炉内温度よりも低い。
　仮焼炉に炉内温度よりも温度の低い混成物が投入されると、燃焼状態の乱れや燃料消費量の増加が懸念される。また、混成物の投入口近傍で局所的な温度低下が生じ、耐火被覆の寿命の低下やコーチングが生じることが懸念される。
　そこで、本発明は、汚泥をセメント原料の一部及び燃料として利用する汚泥の処理方法、及び、汚泥を利用するセメント製造システムにおいて、運転をより安定化させる技術を提案する。
　本発明の一態様に係る汚泥の処理方法は、
セメント原料を予熱するサスペンションプレヒータ、予熱された前記セメント原料を仮焼する仮焼炉、及び、仮焼された前記セメント原料を焼成する焼成炉を備えるセメント製造システムを利用して汚泥を処理する方法であって、
乾燥汚泥を含む粒状物を、前記サスペンションプレヒータの６００℃以上８００℃未満の温度領域に投入して、前記乾燥汚泥をセメント原料及び燃料として使用することを特徴とする。
　また、本発明の一態様に係るセメント製造システムは、
セメント原料を予熱するサスペンションプレヒータ、予熱された前記セメント原料を仮焼する仮焼炉、及び、仮焼された前記セメント原料を焼成する焼成炉を備え、
前記サスペンションプレヒータは、６００℃以上８００℃未満の温度領域に乾燥汚泥を含む粒状物を投入する少なくとも１つの投入口を有することを特徴とする。
　上記汚泥の処理方法及びセメント製造システムでは、乾燥汚泥を含む粒状物がサスペンションプレヒータの６００℃以上８００℃未満の温度領域に投入される。この粒状物は、サスペンションプレヒータへの投入口（投入位置）から仮焼炉まで移動する間に、セメント原料と共に仮焼炉への投入温度（約８５０℃～９００℃）まで昇温される。
　特許文献１，２のように８００℃以上の領域に投入される従来の場合と比較して、本願発明では粒状物のサスペンションプレヒータにおける滞留時間が長く、粒状物はセメント原料と共に十分に予熱されてから仮焼炉へ投入される。よって、仮焼炉に低温物が投入されることに起因する、燃焼状態の乱れや燃料消費量の増加を抑制することができる。これにより、汚泥をセメント原料の一部及び燃料として利用するセメント製造システムにおいて、システムの運転の安定化に寄与することができる。
　更に、上記従来の場合と比較して、本願発明ではサスペンションプレヒータへの投入口（投入位置）における雰囲気温度と粒状物との温度差が小さい。よって、粒状物の投入口近傍における局所的な温度低下を抑えることができ、耐火被覆の寿命の低下やコーチングの発生を抑制することができる。
　本発明によれば、汚泥をセメント原料の一部及び燃料として利用する汚泥の処理方法、及び、汚泥を利用するセメント製造システムにおいて、運転をより安定化させる技術を提案することができる。
図１は、本発明の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、サスペンションプレヒータの概略構成を示すブロック図である。
　次に、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の実施形態に係るセメント製造システム１００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１００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されている。
　セメント製造システム１００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サスペンションプレヒータ（以下、単に「プレヒータ２１」と称する）と、予熱したセメント原料を仮焼（分解）する仮焼炉２２と、予熱及び仮焼されたセメント原料を焼成する焼成炉２３とを有する。
　セメント焼成装置２では、セメント原料がプレヒータ２１、仮焼炉２２、及び焼成炉２３の順に移動するように、これらが連通されている。また、セメント焼成装置２では、焼成炉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。
　図２は、プレヒータ２１の概略構成を示すブロック図である。図２に示すプレヒータ２１は、直列的に接続された複数段のサイクロン式集塵器を備える。本実施形態に係るプレヒータ２１は、仮焼炉２２から上方へ向かって直列的に接続された５段のサイクロンユニットＵ１～Ｕ５を備える。但し、プレヒータ２１が備えるサイクロンユニットＵの段数は３以上であればよい。
　各サイクロンユニットＵは、サイクロンＣと、サイクロンＣへ気流を導入するダクトＤと、サイクロンＣで気流から分離された固体をそれよりも下段のサイクロンユニットＵのダクトＤ、仮焼炉２２、及び焼成炉２３のうち少なくとも１つへ送る配管Ｂとを有する。なお、図２では、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｕに付された数字が段数を表している。
　最下段の第１サイクロンユニットＵ１は、第１サイクロンＣ１、第１ダクトＤ１、及び第１配管Ｂ１を含む。第１サイクロンＣ１の気流入口は、第１ダクトＤ１を介して仮焼炉２２の出口と接続されている。第１サイクロンＣ１の固体出口は、配管Ｂ１を介して焼成炉２３と仮焼炉２２との接続部と接続されている。
　下から二段目の第２サイクロンユニットＵ２は、第２サイクロンＣ２、第２ダクトＤ２、及び第２配管Ｂ２を含む。第１サイクロンＣ１の気体出口は、第２ダクトＤ２を介して第２サイクロンＣ２の気流入口と接続されている。第２サイクロンＣ２の固体出口は配管Ｂ２を介して仮焼炉２２と接続されている。
　下から三段目の第３サイクロンユニットＵ３は、第３サイクロンＣ３、第３ダクトＤ３、及び第３配管Ｂ３を含む。第２サイクロンＣ２の気体出口は、第３ダクトＤ３を介して第３サイクロンＣ３の気流入口と接続されている。第３サイクロンＣ３の固体出口は配管Ｂ３を介して第２ダクトＤ２と接続されている。
　下から四段目の第４サイクロンユニットＵ４は、第４サイクロンＣ４、第４ダクトＤ４、及び第４配管Ｂ４を含む。第３サイクロンＣ３の気体出口は、第４ダクトＤ４を介して第４サイクロンＣ４の気流入口と接続されている。第４サイクロンＣ４の固体出口は配管Ｂ４を介して第３ダクトＤ３と接続されている。
　最上段の第５サイクロンユニットＵ５は、第５サイクロンＣ５、第５ダクトＤ５、及び第５配管Ｂ５を含む。第４サイクロンＣ４の気体出口は、第５ダクトＤ５を介して第５サイクロンＣ５の気流入口と接続されている。第５サイクロンＣ５の固体出口は配管Ｂ５を介して第４ダクトＤ４と接続されている。第５サイクロンＣ５の気体出口は、焼成装置排ガスライン９の上流端と接続されている。
　上記構成のプレヒータ２１では、焼成炉２３からの高温の排気が仮焼炉２２及び第１ダクトＤ１を通じて第１サイクロンＣ１に流入する。排気は、最下段のサイクロンＣ１から最上段のサイクロンＣ５に向けて移動する。即ち、排気は、第１サイクロンＣ１、第２ダクトＤ２、第２サイクロンＣ２、第３ダクトＤ３、第３サイクロンＣ３、第４ダクトＤ４、第４サイクロンＣ４、第５ダクトＤ５、及び、第５サイクロンＣ５の順に通過する。
　第５ダクトＤ５には、セメント原料供給口２８が設けられている。セメント原料供給口２８を通じて、セメント原料が第５ダクトＤ５へ供給される。第５ダクトＤ５に供給されたセメント原料は、排気の流れに乗って第５サイクロンＣ５へ流入する。第５サイクロンＣ５では、排気の流れからセメント原料が分離され、セメント原料は配管Ｂ５を通じて第４ダクトＤ４へ送られる。第４ダクトＤ４へ送られたセメント原料は、排気の流れに乗って第４サイクロンＣ４へ流入する。第４サイクロンＣ４では、排気の流れからセメント原料が分離され、セメント原料は配管Ｂ４を通じて第３ダクトＤ３へ送られる。
　第３ダクトＤ３には、後述する混成物の投入口２９が設けられている。投入口２９は、後述する混成物供給ライン８（搬送ライン８４）と接続されている。第４サイクロンＣ４から第３ダクトＤ３へ送られたセメント原料、及び、投入口２９を通じて第３ダクトＤ３へ供給されたセメント原料及び混成物（粒状物）は、排気の流れに乗って第３サイクロンＣ３に流入する。第３サイクロンＣ３では、排気の流れからセメント原料（混成物を含む）が分離され、セメント原料は配管Ｂ３を通じて第２ダクトＤ２へ送られる。第２ダクトＤ２へ送られたセメント原料は、排気の流れに乗って第２サイクロンＣ２へ流入する。第２サイクロンＣ２では、排気の流れからセメント原料が分離され、セメント原料は配管Ｂ２を通じて仮焼炉２２へ送られる。仮焼炉２２の排気は、第１ダクトＤ１を通じて第１サイクロンＣ１へ流入する。第１サイクロンＣ１では、排気の流れからセメント原料が分離され、セメント原料は配管Ｂ１を通じて焼成炉２３と仮焼炉２２との接続部へ送られる。このように、プレヒータ２１では、セメント原料（混成物を含む）が最上段のサイクロンＣ５から最下段のサイクロンＣ１へ向けて順に移動する。プレヒータ２１のセメント原料は、各サイクロンＣを通過するに従って、仮焼炉２２の排気との熱交換によって加熱される。
　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が、約９００℃の雰囲気で仮焼される。本実施形態では、第１ダクトＤ１に流入する排気の温度は約９００℃であり、第２ダクトＤ２に流入する排気の温度は約８５０℃であり、第３ダクトＤ３に流入する排気の温度は約７５０℃であり、第４ダクトＤ４に流入する排気の温度は約６００℃であり、第５ダクトＤ５に流入する排気の温度は約４５０℃であり、サイクロンＣ５から焼成装置排ガスライン９へ出る排気の温度は約３１０℃である。但し、各ダクトＤに流入する排気の温度は例示に過ぎない。
　図１に戻って、焼成炉２３は、本実施形態では、横長の円筒型の回転窯であるロータリキルンが採用されている。焼成炉２３は、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。焼成炉２３は、原料出口側にバーナ２６を備える。焼成炉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の排熱及びバーナ２６の燃焼ガスによって焼成する。
　焼成炉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、焼成炉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、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℃未満の排熱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１００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成する混合装置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のプレヒータ２１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、プレヒータ２１のセメント原料供給口２８へ供給される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。混合機５３での脱水汚泥とセメント原料との混合比は、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状となるような値とされることが望ましい。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。制御装置５７は、上記の脱水汚泥とセメント原料の混合比が得られるように、セメント原料調量装置５５及び汚泥調量装置５６を制御する。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。
　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では、乾燥室の底部に形成された混成物層内に乾燥用ガスが供給され、混成物層を乾燥用ガスが上昇することにより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）流動層式乾燥機が乾燥機６として用いられている。但し、乾燥機６は流動層式乾燥機に限定されない。
　乾燥用ガスは、乾燥用ガス供給ライン６１を通じて乾燥機６へ送られる。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℃未満の排ガスが利用される。このような排ガスには、例えば、エアクエンチングクーラ３の２００℃未満の排ガス、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、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、などが挙げられる。
　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。仮焼炉２２へ供給される混成物は、特に限定されるわけではないが、含水率が２～５質量％程度、温度が６０～１００℃程度であってよい。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。
　以上に説明した通り、本実施形態に係るセメント製造システム１００は、セメント原料を予熱するプレヒータ２１、予熱されたセメント原料を仮焼する仮焼炉２２、及び、仮焼されたセメント原料を焼成する焼成炉２３を備え、プレヒータ２１が、６００℃以上８００℃未満の温度領域に乾燥汚泥を含む粒状物を投入する少なくとも１つの投入口２９を有する。
　また、本実施形態に係る汚泥の処理方法は、セメント原料を予熱するプレヒータ２１、予熱されたセメント原料を仮焼する仮焼炉２２、及び、仮焼されたセメント原料を焼成する焼成炉２３を備えるセメント製造システム１００を利用して汚泥を処理する方法であって、乾燥汚泥を含む粒状物を、プレヒータ２１の６００℃以上８００℃未満の温度領域に投入して、乾燥汚泥をセメント原料及び燃料として使用する。
　本実施形態において、上記「乾燥汚泥を含む粒状物」は、乾燥汚泥とセメント原料との混成物である。そのため、本実施形態に係るセメント製造システム１００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得る混合装置５と、混成物を乾燥する乾燥機６と、乾燥機６で乾燥された混成物を粒状物として投入口２９へ搬送する搬送ライン８４と、を更に備えている。
　但し、乾燥汚泥を含む粒状物は、乾燥汚泥とセメント原料との混成物に限定されない。例えば、乾燥汚泥を含む粒状物は、乾燥汚泥の粉砕物、或いは、生汚泥と乾燥汚泥との混成物などであってもよい。また、粒状物のサイズは、仮焼炉２２からの排気で気流搬送され得る大きさであればよく、粉状、フレーク状或いはペレット状であってもよい。
　上記汚泥の処理方法及びセメント製造システム１００では、乾燥汚泥を含む粒状物がプレヒータ２１の６００℃以上８００℃未満の温度領域に投入される。この粒状物は、プレヒータ２１への投入口２９（投入位置）から仮焼炉２２まで移動する間に、セメント原料と共に仮焼炉２２への投入温度（約８５０℃～９００℃）まで昇温される。
　特許文献１，２のように８００℃以上の領域に投入される従来の場合と比較して、本願発明では粒状物のプレヒータ２１における滞留時間が長く、十分に予熱されてから仮焼炉２２へ投入される。よって、仮焼炉２２に低温物が投入されることに起因する燃焼状態の乱れや燃料消費量の増加を抑制することができる。また、上記従来の場合と比較して、プレヒータ２１への投入口２９（投入位置）における雰囲気温度と粒状物との温度差が小さい。よって、粒状物の投入口２９近傍における局所的な温度低下を抑えることができ、耐火被覆の寿命の低下やコーチングの発生を抑制することができる。その結果、汚泥をセメント原料の一部及び燃料として利用するセメント製造システム１００において、システムの運転の安定化に寄与することができる。
　本実施形態に係るセメント製造システム１００において、プレヒータ２１は、仮焼炉２２から上方へ向かって直列的に接続された３段以上のサイクロンユニットＵ１～Ｕ５を備える。サイクロンユニットＵ１～Ｕ５の各々は、サイクロンＣ１～Ｃ５と、サイクロンＣ１～Ｃ５へ気流を導入するダクトＤ１～Ｄ５と、サイクロンＣ１～Ｃ５で気流から分離された固体をそれよりも下段のサイクロンユニットＵ１～Ｕ４のダクトＤ１～Ｄ４、仮焼炉２２、及び焼成炉２３のうち少なくとも１つへ送る配管Ｂ１～Ｂ５とを有する。
　投入口２９は、プレヒータ２１での滞留時間を長くする観点から、プレヒータ２１の６００℃以上の温度領域のうちより上段のサイクロンユニットＵのダクトＤに設けられることが望ましい。そのため、本実施形態では、下から三段目のサイクロンユニットＵ３のダクトＤ３の流入口近傍に投入口２９が設けられている。但し、下から二段目のサイクロンユニットＵ２のダクトＤ２に流入する排気の温度は約８５０℃であるが直後に温度が低下して８００℃未満となることから、ダクトＤ２に投入口２９が設けられていてもよい。このように、本実施形態に係るセメント製造システム１００では、下から二段目及び三段目のサイクロンユニットＵ２，Ｕ３のダクトＤ２，Ｄ３のうち少なくとも一方に投入口２９が設けられていてよい。換言すれば、下から二段目及び三段目のサイクロンユニットＵ２，Ｕ３のダクトＤ２，Ｄ３のうち少なくとも一方に粒状物が投入されてよい。但し、投入口２９の位置は、セメント製造システム１００のプレヒータ２１ごとに適宜調整され得る。
　乾燥汚泥を含む粒状物がプレヒータ２１の６００℃未満の温度領域に投入されると、粒状物に含まれる汚泥から生じる臭気が熱で分解されずに焼成装置排ガスライン９へ排出される。そのため、焼成装置排ガスライン９に臭気を分解するための装置が必要となる。また、プレヒータ２１の８００℃以上の温度領域は、即ち、仮焼炉２２と最下段のサイクロンＣ１とを接続する第１ダクトＤ１におおよそ特定される。乾燥汚泥を含む粒状物がプレヒータ２１の第１ダクトＤ１に投入されると、粒状物はプレヒータ２１のうち第１サイクロンユニットＵ１のみしか通過しないので十分に昇温しないおそれがあり、粒状物の投入口２９近傍における局所的な温度低下を抑えることが難しい。
　以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明の思想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。
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
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　　：サスペンションプレヒータ
２２　　：仮焼炉
２３　　：焼成炉
２５　　：仮焼炉バーナ
２６　　：バーナ
２８　　：セメント原料供給口
２９　　：投入口
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
６１　　：乾燥用ガス供給ライン
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
１００　：セメント製造システム
Ｂ，Ｂ１～Ｂ５　　：配管
Ｃ，Ｃ１～Ｃ５　　：サイクロン
Ｄ，Ｄ１～Ｄ５　：ダクト
Ｕ，Ｕ１～Ｕ５　：サイクロンユニット

Claims (6)

  1. 　セメント原料を予熱するサスペンションプレヒータ、予熱された前記セメント原料を仮焼する仮焼炉、及び、仮焼された前記セメント原料を焼成する焼成炉を備えるセメント製造システムを利用して汚泥を処理する方法であって、
    　乾燥汚泥を含む粒状物を、前記サスペンションプレヒータの６００℃以上８００℃未満の温度領域に投入して、前記乾燥汚泥をセメント原料及び燃料として使用する、
    汚泥の処理方法。
  2. 　前記サスペンションプレヒータは、前記仮焼炉から上方へ向かって直列的に接続された３段以上のサイクロンユニットを備え、
    　前記サイクロンユニットの各々は、サイクロンと、前記サイクロンへ気流を導入するダクトと、前記サイクロンで前記気流から分離された固体をそれよりも下段の前記サイクロンユニットの前記ダクト、前記仮焼炉、及び前記焼成炉のうち少なくとも１つへ送る配管とを有し、
    　下から二段目及び三段目の前記サイクロンユニットの前記ダクトのうち少なくとも一方に前記粒状物を投入する、
    請求項１に記載の汚泥の処理方法。
  3. 　前記粒状物が、前記乾燥汚泥と前記セメント原料との混成物である、
    請求項１又は請求項２に記載の汚泥の処理方法。
  4. 　セメント原料を予熱するサスペンションプレヒータ、予熱された前記セメント原料を仮焼する仮焼炉、及び、仮焼された前記セメント原料を焼成する焼成炉を備え、
    　前記サスペンションプレヒータは、６００℃以上８００℃未満の温度領域に乾燥汚泥を含む粒状物を投入する少なくとも１つの投入口を有する、
    セメント製造システム。
  5. 　前記サスペンションプレヒータは、前記仮焼炉から上方へ向かって直列的に接続された３段以上のサイクロンユニットを備え、
    　前記サイクロンユニットの各々は、サイクロンと、前記サイクロンへ気流を導入するダクトと、前記サイクロンで前記気流から分離された固体をそれよりも下段の前記サイクロンユニットの前記ダクト、前記仮焼炉、及び前記焼成炉のうち少なくとも１つへ送る配管とを有し、
    　下から二段目及び三段目の前記サイクロンユニットの前記ダクトのうち少なくとも一方に前記投入口が設けられている、
    請求項４に記載のセメント製造システム。
  6. 　脱水汚泥とセメント原料とを混合して粒状の混成物を得る混合装置と、
    　前記混成物を乾燥する乾燥機と、
    　前記乾燥機で乾燥された前記混成物を前記粒状物として前記投入口へ搬送する搬送ラインと、を更に備える、
    請求項４又は５に記載のセメント製造システム。
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