JP5157841B2

JP5157841B2 - セメント焼成設備の排ガス処理方法および処理システム

Info

Publication number: JP5157841B2
Application number: JP2008291183A
Authority: JP
Inventors: 倫朗石崎; 弘幸松田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2008-11-13
Filing date: 2008-11-13
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2028-11-13
Also published as: JP2010116298A

Description

本発明は、セメント焼成設備の系内における塩素濃度の上昇を抑える塩素バイパスを用いたセメント焼成設備の排ガス処理方法および処理システムに関するものである。

近年、廃棄物の廃棄処分問題を解決するため、セメント原料の一部あるいはセメントキルン内の加熱用燃料の一部として、各種の廃棄物が使用されている。しかしながら、特に合成樹脂等の廃棄物を上記燃料の一部としてセメントキルン内に投入する場合には、燃焼時に揮発性を有する塩素成分を発生する。このような塩素成分は、セメントキルン内から排出される排ガスに同伴して、上流側のプレヒータへと送られて行くものの、プレヒータの上段側へ移送されるにつれて雰囲気温度が融点以下になると、凝縮してセメント原料に付着し、再びセメントキルン内へと送られるとともに、雰囲気温度の上昇に伴って再度蒸発することになる。

このように、セメント焼成設備の系内に取り込まれた塩素成分は、セメントキルンおよびプレヒータ内で蒸発および凝縮を繰り返して循環するとともに、これに新たに投入される廃棄物から発生する塩素成分が加わることにより、その濃度が上昇して、コーチングによる上記プレヒータにおける閉塞が発生する等、安定的な操業を妨げるとともに、製造されたセメントクリンカーの品質にも悪影響を与えるという問題点を生じる。

そこで、上記問題点を解決すべく、例えば下記特許文献１においては、キルン排ガスの一部をキルンから抽気する行程と、該抽気した該排ガスを塩素化合物の融点以下に冷却する行程と、該排ガス中のダストを分級器により粗粉と微粉とに分離する行程と、分離された粗粉をキルンに戻し、微粉を分級器の下流側に送出する行程とを備えたキルン排ガス処理方法であって、前記キルン排ガスの抽気量の割合が、０％を超え５％以下であり、前記分級器での分離粒度を５μｍ〜７μｍにして、前記送出される微粉量をキルン生産量の０．１％以下にしたことを特徴とする塩素バイパスによるキルン排ガス処理方法が提案されている。

上記構成からなるキルン排ガスの処理方法によれば、分級器において分離された塩素含有率の高い微粉ダストを含む排ガスを集塵機に送り、高塩素濃度の上記微粉ダストを集塵して系外に排出することにより、ロータリーキルンを安定運転することができるとともに、最小の熱損失で効果的に塩素を除去でき、しかも抽気ガス量が少なくて済むため、処理設備が小型となり、スペース、設備費用が共に少なく、経済的にキルンの安定運転を確保できるといった効果が得られる、とされている。
特許第３３１８７１４号公報

しかしながら、上記従来のキルン排ガスの処理方法にあっては、集塵機によって回収する微粉ダストの粒径を、５μｍ〜７μｍ以下といった極めて微細な粒径範囲に設定しているために、分級機として汎用のものを用いることができず、高性能なものを設置する必要があるとともに、運転時に細かな制御を要するために、設置コストが嵩むという問題点がある。

加えて、微細な微粉ダストを回収している結果、回収された上記微粉ダストにおける塩素濃度が極めて高くなる。このため、仮に上記微粉ダストの塩素濃度が２０％を超えた場合には、微粉ダストに吸着された塩素化合物の潮解等に起因して、回収された微粉ダストのハンドリング性が大幅に低下し、搬送管、ホッパなどの内周壁に微粉ダストが付着（コーチングの発生）して、ホッパ詰まりやシュート詰まりを生じる等の事故が発生し易いという問題点もある。この結果、安定的な操業を行うことが難しく、かつメンテナンスコストも嵩むという問題点がある。

さらに、上記廃棄物として、下水汚泥等の有機物汚泥を上記セメントキルンの窯尻部分または仮焼炉に導入して処理する場合には、下式に示すように、塩素分として排ガス中に含まれる金属塩化物（ＫＣｌ、ＮａＣｌ）が上記有機物汚泥中に含まれる水分および排ガス中のＣＯ₂、ＳＯ₂と反応して硫酸塩や炭酸塩になるとともに、塩化水素（ＨＣｌ）が発生してしまう。

２ＫＣｌ＋ＳＯ₂＋（１／２）Ｈ₂Ｏ→Ｋ₂ＳＯ₄＋２ＨＣｌ
２ＫＣｌ＋ＣＯ₂＋Ｈ₂Ｏ→Ｋ₂ＣＯ₃＋２ＨＣｌ
そして、このようにして排ガス中に取り込まれた塩化水素は、常温付近まで冷却しても、その大部分が蒸気として存在している。

このため、上記従来のキルン排ガスの処理方法によっては、金属酸化物として同伴した塩素分を捕集することはできるものの、上記塩化水素を捕集することができず、この結果上記塩素バイパスにおける塩素バイパス量（単位抽気ガス量あたりの除去される塩素量）が低下してしまうという問題点があった。加えて、排ガス中に塩化水素（ＨＣｌ）が残存しているために、そのまま大気に排出することができず、しかも酸露点の発生による装置の腐食等の弊害も生じるという問題点もあった。

さらに、一般に上記セメント製造設備においては、セメントキルンの運転状態や、コーチングの付着状況、あるいはセメントキルンの回転数の変更等によって、抽気ガス中に含まれるダスト量が大きく変動する。
このため、塩素バイパスにおいて回収されるダスト量も大きく変化し、この結果当該回収ダストの品質も変動するために、最終的に上記回収ダストを添加してセメントを製造する場合には、その品質に悪影響を与えるおそれがあった。

この発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、回収した微粉ダストのハンドリング性を高めることができ、よってメンテナンスフリーの安定的な操業を実現することができるとともに、有機質汚泥を焼却処理することに起因して発生する塩化水素も円滑に除去することが可能になるセメント焼成設備の排ガス処理方法および処理システムを提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明者等は、塩素濃度および微粉ダストの粒度が、ハンドリング性に与える影響について検討を行った。
先ず、セメント原料粉の平均粒子は、最大２００μｍから最小数μｍまで分布しているものの、概ね２０μｍ〜３０μｍ程度である。したがって、抽気ガス中からのダストの分級粒度を１０μｍ以下にすると、最終的に抽気ガスから捕集されるダストの殆どは塩素粒子となり、これに極微細なセメント原料粉が混入しているものと考えられる。

したがって、上記分級粒度を１０μｍ以下にすると、急激に塩素濃度が高くなることに加えて、捕集された微粉ダストが綿状になり、この結果ハンドリング性が極端に悪化するとともに、塩素成分の潮解等に起因して、設備の閉塞や詰まりの原因となるコーチングが発生し易くなるとの知見を得た。また、微粉ダストにおける塩素濃度を２０％以下に抑えれば、搬送過程においてコーチングに起因する微粉ダストの付着や詰まりの発生を防止し得ることが判明した。

次いで、セメントキルンからの抽気ガスを塩素化合物の融点以下に冷却し、サイクロン型分級機によって粒度が約２５μｍ以上のダストを上記抽気ガスから分離した後に、バグフィルタによって粒度が約２５μｍ以下の微粉ダストを捕集するに際して、上記抽気ガスに積極的にセメント原料を分散させることにより、当該抽気ガス中のダスト濃度を変化させて、上記微粉ダストの塩素濃度に与える影響を見たところ、図２に示すように、ダスト濃度が高くなるに従って、塩素濃度が低下することが確認された。

さらに、抽気されるセメントキルンからの排ガスに、セメント原料を積極的に分散させれば、抽気ガス中のダスト濃度が高くなるとともに、上記排ガスの温度が低下する。そして、この関係は、図３に示すように、概ね比例関係にあることが判った。

したがって、図２および図３から、図４に示すように、セメント原料の分散によって抽気ガスの温度を調整することにより、抽気ガス中のダスト濃度を調整し、最終的に捕集された微粉ダストの塩素濃度を容易に制御することができるとの知見を得るに至った。そして、上記確認試験により、当該塩素濃度を上述したハンドリング性に影響を与えない２０％以下とするためには、抽気ガスの温度を１１５０℃以下にすればよいことも判明した。

また、サイクロン型分級機によって抽気ガスから粗粉ダストを分離する際に、分級粒度を小さくすれば、微粉ダストの粒度が小さくなるために、当該微粉ダストにおける塩素濃度も高くなる。しかしながら、上述したように上記分級粒度を１０μｍ以下にすると、最終的に抽気ガスから捕集されるダストの殆どは塩素粒子となり、これによって塩素濃度が急激に高くなるのに対して、１０μｍ以上、より好ましくは１２μｍ以上の範囲内において調整すれば、上記抽気ガスの温度を１１５０℃以下に設定する限りにおいて、塩素濃度を２０％以下に抑え得ることも判った。

さらに、本発明者等の研究によれば、上述したように、回収された微粉ダストのハンドリング性を向上させるために、抽気ガス中に従来よりも多くの量のセメント原料を分散させると、上記プレヒータの最下部またはセメントキルンの窯尻部のセメント原料は、仮焼が終了した活性度の高いＣａＯを多く含むために、抽気ガス中の塩化水素ガス（ＨＣｌ）が上記ＣａＯと反応してＣａＣｌ₂が生成して、これをバグフィルタ等のダスト捕捉手段によって効果的に回収できることが判明した。

すなわち、図５に示すように、有機質汚泥として、下水汚泥をクリンカ１ｔあたり５０ｋｇ（５０ｋｇ／ｔ−ｃｌｉ）投入して焼却処理する際に、ダスト捕集手段で回収されるダスト量（単位抽気風量あたりの回収されるダスト量）を変化させて、上記塩素バイパス量を測定した。この結果、回収ダスト量を増加させると、すなわちセメント原料の分散量を増加させて抽気ガス中のダスト濃度を高めると、図中点線矢印で示すように、塩素バイパス量が増加し、上述した塩化水素ガスの回収効果が発現していることが判った。

そして、回収ダスト量を５０ｇ／ｍ³Ｎ以上にすることにより、塩素バイパス量は、ほぼ８ｇ−Ｃｌ^-／ｍ³Ｎに到達し、回収ダスト量をそれ以上増加させても塩素バイパス量に大きな変化が見られないことも判明した。
したがって、回収ダスト量を５０〜１５０ｇ／ｍ³Ｎの範囲に設定することにより、過度のダストを回収することなく、しかも排ガス中に含まれる塩化水素ガスを効果的に回収できることが判った。

ところで、回収ダスト量を５０〜１５０ｇ／ｍ³Ｎの範囲に設定する際に、図６に示すように、サイクロン型分級機（固気分離手段）における分級粒度を１５〜３０μｍの範囲で調整することにより、上記回収ダスト量を５０〜１５０ｇ／ｍ³Ｎの範囲に保持し得ることが確認できた。しかしながら、セメントキルンの運転状態やコーチングの付着状態等が変動して、抽気ガス中のダスト量が増加する場合がある。

このような場合には、サイクロン型分級機（固気分離手段）の下流側における抽気ガスは、粗いダストが除去されている結果、ダスト濃度が低いために、当該抽気ガスを再び排ガスを抽気するためのプローブに循環供給して、排ガスから抽気される抽気ガスのダスト濃度を薄めることにより、対応することが可能であるとの知見も得るに至った。

本発明は、かかる知見に基づいてなされたもので、請求項１に記載の発明は、セメント原料をセメントキルンにおいて焼成するとともに、上記セメントキルンの窯尻部分または仮焼炉に有機質汚泥を導入して焼却するセメント製造設備において、上記セメントキルンから排出されて上記セメント原料を予熱するプレヒータへと送られるダストを含む排ガスの一部を、上記プレヒータの最下部または上記セメントキルンの窯尻部に設けられたプローブから抽気ガスとして抽気し、この抽気ガスを塩素化合物の融点以下に冷却した後に、固気分離手段によって所定粒度以上の上記ダストを上記抽気ガスから分離して上記セメント原料の焼成工程に戻すとともに、ダスト捕捉手段によって上記所定粒度以下の微粉ダストを含む上記抽気ガスから当該微粉ダストを捕集・除去することにより上記抽気ガスに含まれていた塩素化合物を除去するセメント焼成設備の排ガス処理方法であって、上記プレヒータの最下部または上記セメントキルンの窯尻部の上記排ガスに、上記セメント原料を分散させるとともに当該分散量を調整することにより上記抽気ガスの温度を９５０℃〜１１５０℃の範囲に保持し、かつ上記固気分離手段における上記所定粒度を、１５μｍ〜３０μｍの範囲内に調整するとともに、上記固気分離手段の下流側から抜き出した上記抽気ガスを上記プローブに循環供給することにより、上記ダスト捕捉手段において回収する上記微粉ダストの量を５０〜１５０ｇ／ｍ³Ｎの範囲に保持しつつ、捕集された上記微粉ダストの塩素濃度を５〜２０％の範囲に保持することを特徴とするものである。

ここで上記抽気ガスの温度、すなわち当該抽気ガス中のダスト濃度を調整するために分散させる上記セメント原料としては、主として上記プレヒータの最下段から原料シュートを介して上記窯尻部に投入されるセメント原料を用いることが好適である。
また、上記セメント原料の排ガス中への分散と併行して、上記窯尻部の温度、すなわち抽気ガスの温度を調整するために、補助的に上記プレヒータから抜き出した、より低温のセメント原料や、各種原料が混合・乾燥されてセメント原料とされた後のセメント原料であって上記プレヒータへと搬送される前セメントの原料（所謂、生原料）を、上記窯尻部へ導入してもよい。

次いで、請求項２に記載の発明は、セメント原料を焼成するセメントキルンの窯尻部分または仮焼炉に、有機質汚泥を導入して焼却するための移送管が接続されたセメント製造設備に設けられ、上記セメントキルンから排出されて上記セメント原料を予熱するプレヒータへと送られるダストを含む排ガスの一部を抽気ガスとして抽気して、当該抽気ガスに含まれていた塩素化合物を除去するためのセメント焼成設備の排ガス処理システムであって、上記プレヒータの最下部または上記セメントキルンの窯尻部に上記抽気ガスを抽気するプローブが設けられ、このプローブに接続された抽気ダクトに沿って、上記抽気ガスを塩素化合物の融点以下に冷却する冷却器と、この冷却器から排気された上記抽気ガスから所定粒度以上の上記ダストを分離する固気分離手段と、この固気分離手段において所定粒度以上の上記ダストが分離された抽気ガスから同伴した上記所定粒度以下の微粉ダストを捕集・除去するダスト捕捉手段と、このダスト捕捉手段から回収された上記微粉ダストの量を計測するダスト量検出手段と、上記ダスト捕捉手段の下流側に設けられて上記抽気ガスを吸引する誘引ファンと、一端部が上記固液分離手段の下流側の上記抽気ダクトに接続され、他端部が上記プローブに接続されて送気ファンが介装されることにより、上記抽気ダクトを流れる上記抽気ガスの一部を上記プローブに循環供給するダスト濃度制御手段とが設けられ、上記プレヒータの最下部または上記セメントキルンの窯尻部の内部であって上記抽気ダクトの接続部近傍に、上記排ガスに上記セメント原料を分散させる分散手段が設けられるとともに、上記分散手段により分散させる上記セメント原料の量を調整する駆動手段と、上記抽気ガスの温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段によって検出された温度に基づいて上記駆動手段を制御して上記抽気ガスの温度を９５０℃〜１１５０℃の範囲に保持する第１の制御装置と、上記ダスト量検出手段において検出された上記微粉ダストの量が５０〜１５０ｇ／ｍ³Ｎの範囲に保持されるとともに、回収された上記微粉ダストの塩素濃度が５〜２０％の範囲になるように、上記固気分離手段における上記所定粒度を１５μｍ〜３０μｍの範囲内に調整するとともに、上記ダスト濃度制御手段の上記送気ファンを駆動制御して固気分離手段の下流側から抜き出した上記抽気ガスの一部を上記プローブに循環供給する第２の制御装置とを備えてなることを特徴とするものである。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、上記固気分離手段は、サイクロン型分級機であり、当該サイクロン型分級機の入口側に、上記抽気ガスの流量調整装置が設けられ、かつ上記ダスト捕捉手段はバグフィルタであり、当該バグフィルタから回収された上記微粉ダストの塩素濃度検出装置が設けられるとともに、上記第２の制御装置は、上記塩素濃度検出手段の検出信号および上記ダスト量検出手段の検出量に基づいて、上記ダスト捕捉手段において回収する上記微粉ダストの量が５０〜１５０ｇ／ｍ³Ｎの範囲であって、かつ回収された上記微粉ダストの塩素濃度が５〜２０％の範囲になるように、上記誘引ファンによる上記抽気ガスの吸引量および／または上記抽気ガスの流量調整装置を制御することにより上記所定粒度を１５μｍ〜３０μｍの範囲内に調整するとともに、上記ダスト濃度制御手段の上記送気ファンを駆動制御して固気分離手段の下流側から抜き出した上記抽気ガスの一部を上記プローブに循環供給することを特徴とするものである。

請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発明によれば、抽気ガス中に含まれる塩素濃度の高い微粉ダストをダスト捕捉手段によって捕集して除去することにより、系内における塩素濃度が上昇することを防止することができる。加えて、抽気ガスが抽気されるプレヒータの最下部またはセメントキルンの窯尻部の排ガスに、セメント原料を分散させて当該抽気ガスの温度を９５０℃〜１１５０℃の範囲に保持することにより、容易に最終的に捕集された微粉ダストの塩素濃度を２０％以下にすることができる。

このため、上記微粉ダストのハンドリング性に優れるとともに、搬送中に当該微粉ダストに含まれる塩素成分によって、設備に閉塞や詰まり等の弊害が生じるおそれがなく、安定的な操業を行うことができる。

しかも、上記ダスト捕捉手段において回収する上記微粉ダストの量を５０〜１５０ｇ／ｍ³Ｎの範囲に設定しているために、排ガス中に含まれる有機質汚泥を焼却処理することに起因した塩化水素ガスも、仮焼が終了したセメント原料中の活性度の高いＣａＯと反応させてＣａＣｌ₂としてダスト捕捉手段によって効果的に回収できる。

さらに、従来のこの種のセメント製造設備においては、ダスト捕捉手段としてバグフィルタを用いた場合に、抽気ガス中に含まれるＳＯ₂ガスが、その露点温度以下の雰囲気下となる当該バグフィルタの下流側の排ガスダクト等において腐食を引き起こすために、メンテナンス等の多くの手間を要するという問題があった。

この点、本願発明においては、抽気ガス中に従来よりも多くのＣａＯを含むセメント原料が同伴しているために、上記バグフィルタのろ布の表面にＣａＯ層が形成され、このＣａＯ層に、抽気ガス中のＳＯ₂や、その酸化により生じたＳＯ₃が化学的に吸収されてＣａＳＯ₃やＣａＳＯ₄として固定されるために、上述した抽気ガス中に含まれるＳＯ₂やＳＯ₃に起因する硫酸腐食も低減させることができるという付加的な効果も得られる。

また、固気分離手段における分級粒度を、１５μｍ〜３０μｍの範囲内に調整すれば良いために、上記固気分離手段として例えば汎用のサイクロン型分級機等を用いることができ、設備コストが嵩むおそれもない。

ここで、抽気ガスの温度を９５０℃以上とし、この結果微粉ダストにおける塩素濃度を５％以上としたのは、上記抽気ガスの温度が９５０℃以下となるほどに排ガスにセメント原料を分散させると、熱損失が大きくなって経済性に劣るとともに、抽気ガスのダスト濃度が過度に高くなり、この結果最終的に捕集・除去される微粉ダストの嵩が大きくなって不都合だからである。

また、固気分離手段における分級粒度を、１５μｍ〜３０μｍとしたのは、上述したように分級粒度が１５μｍに満たないと、微粉ダストにおける塩素粒子の比率が急激に高まり、この結果微粉ダストにおける塩素濃度を２０％以下に抑え、かつ上記微粉ダストの量を５０〜１５０ｇ／ｍ³Ｎの範囲に保持することが困難になるからであり、他方分級粒度が３０μｍを超えると、上記微粉ダストの量が１５０ｇ／ｍ³Ｎを超えて最終的に処分すべき微粉ダストの量が多くなるのに対して、塩素バイパス量の増加傾向が見られずに、不経済だからである。

さらに、上述したように、上記排ガス中に分散させて抽気ガス中のダスト濃度を高めるセメント原料としては、上記プレヒータの最下段から原料シュートを介して上記窯尻部に投入されるセメント原料を用いれば、既存の設備を大幅に変更する必要がなく、しかも当該セメント原料の温度が高いために、活性化したＣａＯを多く含むことから好適である。また、温度調整のためには比較的多くの量を分散させる必要があり、よって抽気ガス中のダスト濃度を高めて、容易に微粉ダストの塩素濃度を２０％以下にすることができるという利点もある。

また、上記原料シュートから窯尻部に投入されるセメント原料の分散と併行して、上記プレヒータにおける６００℃〜７００℃のセメント原料や、当該プレヒータへと搬送される前の温度が５０℃〜１００℃と低いセメントの生原料を、上記窯尻部における温度調整用として供給した場合には、これらのセメントの原料は上記原料シュートからのセメント原料と比較して温度が一段と低いために、排ガス中に少量分散させることにより、上記抽気ガスの温度を効率的に低下させることができる。

これに加えて、本発明においては、従来よりも抽気ガス中のダスト濃度を高めているのに対して、必要に応じて固気分離手段の下流側から抜き出したダスト濃度が低い抽気ガスを上記プローブに循環供給して、排ガスから抽気される抽気ガスのダスト濃度を薄めることができるために、セメントキルンの運転状態やコーチングの付着状態等が変動して、抽気ガス中のダスト量が過度に高まった際にも、抽気ダクトに生じるドラフト阻害を未然に防止することができる。

図１は、本発明に係るセメント焼成設備の排ガス処理システムの実施形態を示すものである。
先ず、上記排ガス処理システムが設けられたセメント製造設備について説明すると、図中符号１がセメント原料を焼成するためのセメントキルンある。このセメントキルン１は、軸芯回りに回転自在に設けられたロータリーキルンであり、その図中左方の端部に、ロータリー部分を支持する窯尻ハウジング２ａおよびその立ち上がり部２ｂからなる窯尻部２が設けられている。

また、この窯尻部２の上流側に、セメント原料を予熱するためのプレヒータ３が設けられるとともに、図中右方の窯前（図示を略す。）に、内部を加熱するための主バーナが設けられている。

ここで、プレヒータ３は、上下方向に直列的に配置された複数段（例えば４段）のサイクロンによって構成されており、最下段（４段目）のサイクロン３ａに、上段のサイクロンから順次下方に送られてきたセメント原料が供給されるとともに、このサイクロン３ａの底部には、内部のセメント原料をセメントキルン１の窯尻部２へと送る原料シュート４が接続されている。

他方、窯尻部２の立ち上がり部２ｂには、セメントキルン１から排出された燃焼排ガスを最下段のサイクロンへと供給する排ガス管５が接続されているおり、最上段のサイクロンの上部から排出された排ガスが、排気ファンによって排気ラインを介して排気されて行くようになっている。

さらに、このセメント製造設備においては、セメントキルン１の窯尻部２に、下水汚泥（有機質汚泥）を含水状態のまま直接内部に導入して焼却処理するための移送管２５が接続されている。

そして、上記構成からなるセメント製造設備に、塩素バイパスと呼ばれる排ガス処理システムが併設されている。
この処理システムは、セメントキルン１から排出されてプレヒータ３へと送られるダストを含む排ガスの一部を抽気ガスとして抽気して、当該抽気ガスに含まれていた塩素化合物を除去するためのもので、図中符号２６がセメントキルン１の窯尻部２の立ち上がり部２ｂに接続されて上記抽気ガスを抽気する筒状のプローブであり、符号１０がこのプローブ２６の端部に接続されて上記抽気ガスを送る抽気ダクトである。

そして、この処理システムにおいては、抽気ダクト１０に沿って、この抽気ダクト１０から抽気された抽気ガスを冷却する冷却器１１と、この冷却器１１から排気された抽気ガスから所定粒度以上のダストを分離するサイクロン型分級機（固気分離手段）１２と、このサイクロン型分級機１２において所定粒度以上のダストが分離された抽気ガスから同伴した微粉ダストを捕集・除去するバグフィルタ（ダスト捕捉手段）１３と、このバグフィルタ１３の下流側に設けられて抽気ガスを吸引する誘引ファン１４と、一端部がサイクロン型分級機１２の排気側（下流側）の抽気ダクト１０に接続され、他端部がプローブ２６に接続された戻りライン２７とが設けられており、この戻りライン２７に、抽気ガスをプローブ２６に戻す送気ファン２８が介装されている。

そして、戻りライン２７と送気ファン２８とによって、サイクロン型分級機１２において粗粒のダストが分離された上記抽気ガスの一部をプローブ２６に循環供給するダスト濃度制御手段が構成されている。

ここで、冷却器１１は、例えば冷却ファンからの冷気や冷却ポンプからの冷却水を冷媒として抽気ガスと熱交換させることにより、抽気ガスの温度を塩素化合物の融点（６００〜７００℃）以下に冷却するものである。

また、サイクロン型分級機１２における抽気ガスの入口には、モータ１５ａによって開度調整自在とされた流量調整用の弁１５が介装されている。他方、このサイクロン型分級機１２の底部には、分離された所定粒度以上のダストを再び窯尻部２へと戻す戻り管１６が接続されている。

さらに、誘引ファン１４の吸入側には、モータ１７ａによって開度調整自在とされた流量調整用の弁１７が介装されている。
そして、窯尻部２内には、上記排ガスにセメント原料を分散させるための分散板（分散手段）１８が設けられている。

この分散板１８は、方形、楕円形、多角形などの形状に形成された板状部材であり、その板面を水平にして、原料シュート４の落口４ａの下方に、落口４ａの直下に向けて出没自在に設けられている。この分散板１８は、落口４ａから落下するセメント原料を、窯尻部２内において排ガス中に分散させるためのもので、その基端部には、当該分散板１８を出没させて落口４ａの直下に位置する面積を変えることにより、分散させるセメント原料の量を調整するための駆動モータ（駆動手段）１９が設けられている。

さらに、この排ガス処理システムにおいては、窯尻部２の立ち上がり部２ｂであって、抽気ダクト１０の接続部の近傍に、抽気ガスの温度を検出するための温度検出器（温度検出手段）２０が設けられている。そして、この温度検出器２０からの検出信号に基づいて、駆動モータ１９を作動させて分散板１８を出没させることにより、抽気ガスの温度を９５０℃〜１１５０℃の範囲に保持する第１の制御装置２１ａが設けられている。

また、バグフィルタ１３の底部には、捕集された微粉ダストの量を検出するダスト量検出手段２２と、上記微粉ダストにおける塩素濃度を検出するための塩素濃度検出手段２３が設置されている。

そして、塩素濃度検出手段２３からの検出信号が５％に満たない値となった際、および２０％を超える値となった場合、並びにダスト量検出手段２２によって検出された微粉ダスト量が、５０ｇ／ｍ³Ｎに満たない値となった際、および１５０ｇ／ｍ³Ｎを超える値となった場合に、上記微粉ダストの量を５０〜１５０ｇ／ｍ³Ｎの範囲に保持しつつ、捕集された上記微粉ダストの塩素濃度が５〜２０％の範囲になるように制御する第２の制御装置２１ｂが設けられている。

この第２の制御装置２１ｂは、先ずモータ１５ａおよび／またはモータ１７ａを作動させて流量調整用の弁１５および／または弁１７を開閉させ、抽気ガスの流速を変化させることにより、サイクロン型分級機１２における分級粒度を１５μｍ〜３０μｍの範囲内において調整して、上記微粉ダストの量を５０〜１５０ｇ／ｍ³Ｎの範囲に保持しつつ、捕集された上記微粉ダストの塩素濃度が５〜２０％の範囲になるように制御する。

そしてさらに、上記サイクロン型分級機１２における分級粒度の調整のみでは、特にダスト量検出手段２２によって検出された微粉ダスト量が１５０ｇ／ｍ³Ｎを超える値となった場合に、送気ファン２８を作動させてサイクロン型分級機１２の下流側の抽気ダクト１０から抜き出したダスト濃度の低い上記抽気ガスの一部を、戻りライン２７からプローブ２６に供給するようになっている。

なお、この第２の制御装置２１ｂは、上記弁１５、１７の制御とともに、あるいはこれらの制御に代えて、誘引ファン１４による吸引量をインバータ制御することにより、サイクロン型分級機１２における抽気ガスの流速を調整するように構成することもできる。そして、これら第１および第２の制御装置２１ａ、２１ｂにより、全体の制御装置２１が構成されている。

また、上記立ち上がり部２ｂには、３段目のサイクロンからの６００℃〜７００℃のセメント原料や、プレヒータ３へと搬送される前の温度が５０℃〜１００℃と低いセメントの生原料を、窯尻部２における温度調整用として導入するための、導入管（図示を略す。）が接続されている。

次に、以上の構成からなる排ガス処理システムを用いた本発明に係る排ガス処理方法の一実施形態について説明する。
先ず、このセメント焼成設備においては、図示されない供給管からプレヒータ３の１段目のサイクロンに供給されたセメント原料は、順次下方のサイクロンへと落下するにしたがって、下方から上昇するセメントキルン１からの高温の排ガスによって予熱され、最終的に最下段のサイクロン３ａから原料シュート４を介してセメントキルン１の窯尻部２に導入される。

そして、このセメントキルン１内において、窯尻部２側から窯前側へと図中右方に徐々に送られる過程において、主バーナからの燃焼排ガスによって約１４５０℃まで加熱され、焼成されてクリンカとなる。次いで、窯前に到達したクリンカは、クリンカクーラ内に落下して送られてゆく。この際に、クリンカクーラ内に供給された空気によって所定温度まで冷却されて最終的に当該クリンカクーラから取り出される。

これと併行して、移送管２５を通じて、セメントキルン１の窯尻部２側から、下水汚泥（有機質汚泥）が内部に投入され、高温雰囲気下において焼却処理されるとともに、焼却後の灰分がセメント原料の一部として利用される。
そして、上述したセメントクリンカーの製造工程において、連続的あるいは間欠的に、誘引ファン１４によってセメントキルン１から排出された排ガスの量の１％以上を、セメントキルン１の窯尻部２から抽気ダクト１０を通じて抽気ガスとして抽気する。

この際に、分散板１８を原料シュート４の落口４ａの下方に位置させて、原料シュート４から落下するセメント原料を排ガス中に分散させるとともに、第１の制御装置２１ａによって、温度検出器２０によって検出された抽気ガスの温度が９５０℃〜１１５０℃の範囲に保持されるように、駆動モータ１９を作動させることにより分散板１８を原料シュート４の落口４ａの下方で進退させて、排ガスへのセメント原料の分散量を調整する。

また、上記分散板１８によるセメント原料の分散と併行して、立ち上がり部２ｂに接続された上記導入管から、３段目のサイクロンからの６００℃〜７００℃のセメント原料、またはプレヒータ３へと搬送される前の温度が５０℃〜１００℃と低いセメントの生原料を、窯尻部２に導入することにより窯尻部２の温度を調整することもできる。

次いで、この抽気ガスを、冷却器１１において塩素化合物の融点（６００℃〜７００℃）以下まで冷却した後に、サイクロン型分級機１２に送って１５μｍ〜３０μｍの範囲内の分級粒度によって粗ダストを分離し、当該粗ダストについては、戻り管１６から再び窯尻部２へと戻す。

他方、上記分級粒度よりも細く、よって塩素濃度の高い微粉ダストを含む抽気ガスについては、バグフィルタ１３に送って同伴した上記微粉ダストを捕集し、回収することにより上記抽気ガスから除去する。これにより、セメントキルン１およびプレヒータ３の系内における塩素濃度の上昇が防止される。そして、上記微粉ダストが除去された抽気ガスは、誘引ファン１４の排気側から排気ガスラインへと送られて排気される。

また、バグフィルタ１３によって回収された微粉ダストについては、ダスト量検出手段２２によってその量が検出されるとともに、塩素濃度検出手段２３によって塩素濃度が検出される。

そして、上記微粉ダストの塩素濃度が５〜２０％の範囲から逸脱した場合や、微粉ダスト量が５０〜１５０ｇ／ｍ³Ｎの範囲から逸脱した場合には、第２の制御装置２１ｂによって、先ず誘引ファン１４による抽気ガスの吸引量および／またはモータ１５ａ、１７ａを作動させることにより弁１５、１７の開度を調整する。これにより、抽気ダクト１０を流れる抽気ガスの流速を増減させて、サイクロン型分級機１２における分級粒度を調整することにより、回収される微粉ダスト量が５０〜１５０ｇ／ｍ³Ｎの範囲を保持しつつ、上記塩素濃度が再び５〜２０％の範囲内になるように制御する。

そして、サイクロン型分級機１２における分級粒度の調整のみでは、ダスト量検出手段２２によって検出された微粉ダスト量が１５０ｇ／ｍ³Ｎを超える値となった場合には、上記第２の制御装置２１ｂが送気ファン２８を作動させて、サイクロン型分級機１２の下流側の抽気ダクト１０から抜き出したダスト濃度の低い上記抽気ガスの一部を、戻りライン２７からプローブ２６に供給することにより、微粉ダスト量を５０〜１５０ｇ／ｍ³Ｎの範囲に保持する。

したがって、第１の制御装置２１ａによって、抽気温度を上述した９５０℃〜１１５０℃の範囲内に保持することによって、予め設定されたサイクロン型分級機１２における分級粒度により安定的に回収される微粉ダスト量が５０〜１５０ｇ／ｍ³Ｎの範囲であって、かつ上記微粉ダストにおける塩素濃度が５〜２０％の範囲に保持できる場合には、上記第２の制御装置２１ｂが作動することはない。

以上のように、上記構成からなる排ガス処理方法によれば、窯尻部２から抽気した抽気ガス中に含まれる塩素濃度の高い微粉ダストを、バグフィルタ１３によって捕集して除去することにより、セメントキルン１およびプレヒータ３を含めた系内における塩素濃度が上昇することを防止することができる。

しかも、第１の制御装置によって、抽気ガスの温度に基づいて分散板１８を移動させ、抽気ガスが抽気される窯尻部２の排ガスに対するセメント原料の分散量を調整して当該抽気ガスの温度を９５０℃〜１１５０℃の範囲に保持することにより、容易に最終的に捕集された微粉ダストの塩素濃度を２０％以下にすることができる。

このため、バグフィルタ１３において捕集された上記微粉ダストのハンドリング性に優れるとともに、搬送中に当該微粉ダストに含まれる塩素成分によって、設備に閉塞や詰まり等の弊害が生じるおそれがなく、安定的な操業を行うことができる。

加えて、バグフィルタ１３において回収する上記微粉ダストの量を５０〜１５０ｇ／ｍ³Ｎの範囲に設定しているために、排ガス中に含まれる有機質汚泥を焼却処理することに起因した塩化水素ガスも、仮焼が終了したセメント原料中の活性度の高いＣａＯと反応させてＣａＣｌ₂としてダスト捕捉手段によって効果的に回収できる。

さらに、抽気ガス中に従来よりも多くのＣａＯを含むセメント原料が同伴しているために、バグフィルタ１３のろ布の表面にＣａＯ層が形成されるとともに、このＣａＯ層に、抽気ガス中のＳＯ₂や、その酸化により生じたＳＯ₃が化学的に吸収されてＣａＳＯ₃やＣａＳＯ₄として固定されるために、上述した抽気ガス中に含まれるＳＯ₂やＳＯ₃に起因する硫酸腐食も低減させることができる。

また、抽気ガスから窯尻部２へ戻す粗ダストの分級粒度を、１５μｍ〜３０μｍの範囲内に調整すれば良いために、汎用のサイクロン型分級機等を用いることができ、設備コストが嵩むおそれもない。

なお、上記実施の形態においては、プローブ２６をセメントキルン１の窯尻部２に設けて、当該箇所から排ガスを抽気した場合についてのみ説明したが、これに限定されるものではなく、プレヒータ３における排ガス管５に同様のプローブを設けて抽気するようにしてもよい。
また、固気分離手段やダスト捕捉手段についても、上述したサイクロン型分級機１２やバグフィルタ１３の他、様々な形式のものを用いることができる。

さらに、分散板１８や弁１５、１７の駆動手段についても、駆動モータ１９やモータ１５ａ、１７ａの他、油圧または空気圧シリンダ等の駆動源を用いることも可能である。
さらに、上述した第２の制御装置２１ｂを用いることなく、塩素濃度検出手段２３によって得られた検出値に基づいて、手動で弁１５、１７を開閉したり、あるいは手動で誘引ファン１４による抽気ガスの吸引量を切り換えたりするようにしてもよい。

本発明に係るセメント焼成設備の排ガス処理システムの一実施形態を示す概略構成図である。セメント焼成設備における抽気ガス中のダスト濃度と捕集された微粉ダストにおける塩素濃度との関係を示すグラフである。セメント焼成設備における抽気ガスの温度と抽気ガス中のダスト濃度との関係を示すグラフである。図２および図３に示すグラフから得られた抽気ガスの温度と捕集された微粉ダストにおける塩素濃度との関係を示すグラフである。塩素バイパスにおいてダスト捕捉手段での回収ダスト量と塩素バイパス量との関係を示すグラフである。塩素バイパスにおける固気分離手段での分離粒度とダスト捕捉手段での回収ダスト量との関係を示すグラフである。

符号の説明

１セメントキルン
２窯尻部
３プレヒータ
３ａ最下段のサイクロン
４原料シュート
４ａ落口
１０抽気ダクト
１１冷却器
１２サイクロン型分級機（固気分離手段）
１３バグフィルタ（ダスト捕捉手段）
１４誘引ファン
１６戻り管
１８分散板（分散手段）
１９駆動モータ（駆動手段）
２０温度検出器（温度検出手段）
２１ａ第１の制御装置
２１ｂ第２の制御装置
２２ダスト量検出手段
２５含水汚泥（有機質汚泥）の移送管２５
２６プローブ
２７戻りライン
２８送気ファン

Claims

セメント原料をセメントキルンにおいて焼成するとともに、上記セメントキルンの窯尻部分または仮焼炉に有機質汚泥を導入して焼却するセメント製造設備において、上記セメントキルンから排出されて上記セメント原料を予熱するプレヒータへと送られるダストを含む排ガスの一部を、上記プレヒータの最下部または上記セメントキルンの窯尻部に設けられたプローブから抽気ガスとして抽気し、この抽気ガスを塩素化合物の融点以下に冷却した後に、固気分離手段によって所定粒度以上の上記ダストを上記抽気ガスから分離して上記セメント原料の焼成工程に戻すとともに、ダスト捕捉手段によって上記所定粒度以下の微粉ダストを含む上記抽気ガスから当該微粉ダストを捕集・除去することにより上記抽気ガスに含まれていた塩素化合物を除去するセメント焼成設備の排ガス処理方法であって、
上記プレヒータの最下部または上記セメントキルンの窯尻部の上記排ガスに、上記セメント原料を分散させるとともに当該分散量を調整することにより上記抽気ガスの温度を９５０℃〜１１５０℃の範囲に保持し、かつ上記固気分離手段における上記所定粒度を、１５μｍ〜３０μｍの範囲内に調整するとともに、上記固気分離手段の下流側から抜き出した上記抽気ガスを上記プローブに循環供給することにより、上記ダスト捕捉手段において回収する上記微粉ダストの量を５０〜１５０ｇ／ｍ³Ｎの範囲に保持しつつ、捕集された上記微粉ダストの塩素濃度を５〜２０％の範囲に保持することを特徴とするセメント焼成設備の排ガス処理方法。
セメント原料を焼成するセメントキルンの窯尻部分または仮焼炉に、有機質汚泥を導入して焼却するための移送管が接続されたセメント製造設備に設けられ、上記セメントキルンから排出されて上記セメント原料を予熱するプレヒータへと送られるダストを含む排ガスの一部を抽気ガスとして抽気して、当該抽気ガスに含まれていた塩素化合物を除去するためのセメント焼成設備の排ガス処理システムであって、
上記プレヒータの最下部または上記セメントキルンの窯尻部に上記抽気ガスを抽気するプローブが設けられ、このプローブに接続された抽気ダクトに沿って、上記抽気ガスを塩素化合物の融点以下に冷却する冷却器と、この冷却器から排気された上記抽気ガスから所定粒度以上の上記ダストを分離する固気分離手段と、この固気分離手段において所定粒度以上の上記ダストが分離された抽気ガスから同伴した上記所定粒度以下の微粉ダストを捕集・除去するダスト捕捉手段と、このダスト捕捉手段から回収された上記微粉ダストの量を計測するダスト量検出手段と、上記ダスト捕捉手段の下流側に設けられて上記抽気ガスを吸引する誘引ファンと、一端部が上記固液分離手段の下流側の上記抽気ダクトに接続され、他端部が上記プローブに接続されて送気ファンが介装されることにより、上記抽気ダクトを流れる上記抽気ガスの一部を上記プローブに循環供給するダスト濃度制御手段とが設けられ、上記プレヒータの最下部または上記セメントキルンの窯尻部の内部であって上記抽気ダクトの接続部近傍に、上記排ガスに上記セメント原料を分散させる分散手段が設けられるとともに、
上記分散手段により分散させる上記セメント原料の量を調整する駆動手段と、上記抽気ガスの温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段によって検出された温度に基づいて上記駆動手段を制御して上記抽気ガスの温度を９５０℃〜１１５０℃の範囲に保持する第１の制御装置と、
上記ダスト量検出手段において検出された上記微粉ダストの量が５０〜１５０ｇ／ｍ³Ｎの範囲に保持されるとともに、回収された上記微粉ダストの塩素濃度が５〜２０％の範囲になるように、上記固気分離手段における上記所定粒度を１５μｍ〜３０μｍの範囲内に調整するとともに、上記ダスト濃度制御手段の上記送気ファンを駆動制御して固気分離手段の下流側から抜き出した上記抽気ガスの一部を上記プローブに循環供給する第２の制御装置とを備えてなることを特徴とするセメント焼成設備の排ガス処理システム。
上記固気分離手段は、サイクロン型分級機であり、当該サイクロン型分級機の入口側に、上記抽気ガスの流量調整装置が設けられ、かつ上記ダスト捕捉手段はバグフィルタであり、当該バグフィルタから回収された上記微粉ダストの塩素濃度検出装置が設けられるとともに、上記第２の制御装置は、上記塩素濃度検出手段の検出信号および上記ダスト量検出手段の検出量に基づいて、上記ダスト捕捉手段において回収する上記微粉ダストの量が５０〜１５０ｇ／ｍ³Ｎの範囲であって、かつ回収された上記微粉ダストの塩素濃度が５〜２０％の範囲になるように、上記誘引ファンによる上記抽気ガスの吸引量および／または上記抽気ガスの流量調整装置を制御することにより上記所定粒度を１５μｍ〜３０μｍの範囲内に調整するとともに、上記ダスト濃度制御手段の上記送気ファンを駆動制御して固気分離手段の下流側から抜き出した上記抽気ガスの一部を上記プローブに循環供給することを特徴とする請求項２に記載のセメント焼成設備の排ガス処理システム。