JP5068698B2 - セメントキルン抽気ガスの処理システム及び処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、セメントキルン抽気ガスの処理システム及び処理方法に関し、特に、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部を抽気して塩素を除去するシステム等に関する。

従来、セメント製造設備におけるプレヒータの閉塞等の問題を引き起こす原因となる塩素、硫黄、アルカリ等の中で、塩素が特に問題となることに着目し、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部を抽気して塩素を除去する塩素バイパスシステムが用いられている。

この塩素バイパスシステムとは、例えば、特許文献１に記載のように、抽気した燃焼ガスを冷却した後、該排ガス中のダストを分級機により粗粉と微粉とに分離し、分離された塩素分（塩化カリウム・ＫＣｌ）を多く含む微粉（塩素バイパスダスト）を回収するシステムである。

上記微粉の回収には、乾式集塵法や湿式集塵法を用いることができるが、このうち、湿式集塵法を用いた処理システムでは、キルン排ガス流路からの抽気ガスを湿式集塵機に導入し、湿式集塵機のスクラバー部において、水を噴霧して捕集媒体とし、抽気ガスから微粉を分離する。その際、微粉に含まれる塩素分（ＫＣｌ）を液中に溶解させる。また、抽気ガス中の硫黄分を消石灰等と反応させて石膏を生成する。そして、微粉を取り除いたガス（以下、適宜「清浄ガス」という）を排気ファンを通じて大気に放出する一方で、スラリーを固液分離して石膏を回収し、塩素分を含むろ液については、別途処理して下水や海洋に放流する（例えば、特許文献２参照）。

国際公開第９７／２１６３８号パンフレット 国際公開第２００６／０３５６３１号パンフレット

上記のとおり、湿式集塵法を用いた処理システムにおいては、スクラバー部で抽気ガスに水を噴霧して微粉を捕集するが、分級機から排出される抽気ガスは高温であるため、湿式集塵機で水を噴霧した際に水分が蒸発して多量の水蒸気が発生する。一方、該スクラバー部で熱交換して温度が低下する。そのため、この水蒸気は、清浄ガスとともに排気ファンに誘引されて排気管内を流れるが、その過程で凝縮されて排気ファンや管路内に付着する。この水分は、酸性であるため、排気ファンや管路を腐食させるという問題があった。

また、湿式集塵機の内部において、生成したスラリーの一部が飛散し、排気管内に流入する場合があり、飛散したスラリーに含まれる石膏分が凝縮した水分やスラリーの粘性等により排気ファンや排気管内に付着し、振動や故障の要因になるという問題があった。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、セメントキルン抽気ガスからダストを湿式集塵するにあたって、酸性の水分やスラリー中の石膏分が排気ファンや排気管内に付着するのを抑制し、それらの設備の腐食や故障等を防止することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、セメントキルン抽気ガスの処理システムであって
、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気する抽気装置と、該抽気装置により抽気された抽気ガスを冷却する冷却装置と、該冷却装置により冷却された抽気ガスに含まれるダストを湿式集塵する湿式集塵機と、該湿式集塵機から排出されるガスを昇温する昇温装置とを備え、前記冷却装置及び昇温装置は、前記抽気装置により抽気された抽気ガスと前記湿式集塵機から排出されるガスとの間で熱交換させる１台の熱交換器であることを特徴とする。

そして、本発明によれば、抽気装置により抽気された抽気ガスを冷却した後に湿式集塵機に導入するため、湿式集塵機内で多量の水蒸気が発生するのを回避することができる。従って、酸性の水分が排気ファンや排気管に付着し、それらの設備を腐食させるのを防止することが可能になる。加えて、湿式集塵機から排出される排ガスを昇温するため、スラリー中の石膏分が排気ファンや排気管に固着するのを抑制することができ、振動や故障の発生率を低減することが可能になる。また、冷却用の設備と昇温用の設備とを一体化することができるため、設備コストを低減することができるだけでなく、抽気装置により抽気された抽気ガスを昇温用の熱源として利用できるため、熱エネルギーの有効活用を図ることができる。

上記セメントキルン抽気ガスの処理システムにおいて、前記抽気装置と前記冷却装置の間に配置され、少なくとも３００℃の耐熱性を有する固気分離装置を備え、前記抽気装置により抽気された抽気ガスを３００℃以上７００℃以下の温度で該固気分離装置に導入することができる。これによれば、抽気ガスをダイオキシン類の再合成温度より高い温度に維持したまま固気分離できるため、ダイオキシン類の再合成を抑制することが可能になる。

上記セメントキルン抽気ガスの処理システムにおいて、前記抽気装置により抽気された抽気ガスから粗粉を分離する分級機を備え、該分級機から排出される微粉を含む排ガスを前記冷却装置又は熱交換器に供給することができる。

また、本発明は、セメントキルン抽気ガスの処理方法であって、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気し、該抽気された抽気ガスを冷却した後に該抽気ガスに含まれるダストを湿式集塵し、該湿式集塵によりダストを除去した後の排ガスを昇温し、前記冷却と昇温は、前記抽気ガスと前記ダストを除去した後の排ガスとの熱交換によって同時に行うことを特徴とする。本発明によれば、前記発明と同様に、酸性の水分やスラリー中の石膏分が排気ファンや排気管に付着するのを抑制し、それらの設備の腐食や故障等を防止することが可能になる。また、冷却用の設備と昇温用の設備とを一体化することができるため、設備コストを低減することができるだけでなく、抽気装置により抽気された抽気ガスを昇温用の熱源として利用できるため、熱エネルギーの有効活用を図ることができる。

以上のように、本発明によれば、セメントキルン抽気ガスからダストを湿式集塵するにあたり、酸性の水分やスラリー中の石膏分が排気ファンや排気管内に付着するのを抑制し、それらの設備の腐食や故障等を防止することが可能になる。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明にかかるセメントキルン抽気ガスの処理システムの一実施の形態を示し、この処理システム１は、大別して、ガス抽気部２と、ガス処理部３とから構成される。

ガス抽気部２は、セメントキルン５の窯尻から最下段サイクロン（不図示）に至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部を抽気するための設備である。このガス抽気部２は、燃焼ガスを抽気するプローブ６と、プローブ６内に冷風を供給して抽気ガスＧ１を急冷する冷却ファン７と、抽気ガスＧ１に含まれるダスト中の粗粉Ｄ１を分離する分級機としてのサイクロン１０等から構成される。

ガス処理部３は、サイクロン１０から排出される排ガスＧ２より水溶性成分及び微粉Ｄ２を捕集するとともに、捕集した微粉Ｄ２等を水洗処理するための設備である。このガス処理部３は、排ガスＧ２に含まれる微粉Ｄ２を集塵する高温バグフィルタ１１と、高温バグフィルタ１１の排ガスＧ３から熱回収する熱交換器１３と、熱交換器１３で冷却された排ガスＧ４から残留ダストや硫黄分を除去する湿式集塵機１５等から構成される。

高温バグフィルタ１１は、サイクロン１０からの排ガスＧ２より微粉Ｄ２を捕集するとともに、セメントキルン５内で熱分解されたダイオキシン類（ＰＣＤＤ、ＰＣＤＦ、ｃｏ−ＰＣＢ）、ポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢｓ）等の残留性有機汚染物質（ＰＯＰｓ）の再合成を抑制するために備えられる。この高温バグフィルタ１１は、例えば、セラミックフィルタを備えたバグフィルタであり、９００℃程度までの耐熱性を有する高耐熱型の固気分離装置である。

こうしたバグフィルタとしては、ハニカムセル化した棒状のセラミック管（セラミックフィルタ）を複数配列したものや、シート状のセラミックフィルタを用いたものなど、様々なタイプのものが開発されているが、本発明においては、排ガスＧ２中から０．１μｍ以上の微細粒子を集塵し得るものであれば、フィルタのタイプは特に限定されるものではない。

また、通常、プローブ６から抽気した直後の抽気ガスＧ１の温度は、７００℃以下であるため、高温バグフィルタ１１において、必ずしも９００℃までの耐熱性を有する必要はなく、少なくとも７００℃までの耐熱性があれば十分である。尚、高温バグフィルタ１１の後段には、微粉Ｄ２を除去した後の排ガスＧ３を誘引し、熱交換器１３に導入する誘引ファン１２が設けられる。

熱交換器１３は、高温バグフィルタ１１から排出される排ガスＧ３を冷却するとともに、湿式集塵機１５から排出される排ガス（清浄ガス）Ｇ５を昇温するために備えられる。この熱交換器１３の内部には、熱媒を流通させるための管路１３ａが設けられる。管路１３ａの熱媒入口部は、湿式集塵機１５から延びる排気管１５ａと接続され、一方、熱媒出口部は、排気ファン１４を介して、図示しない原料ミルや汚泥乾燥用の乾燥機等と接続される。

湿式集塵機１５は、熱交換器１３で冷却された排ガスＧ４から残留ダストを捕集するとともに、排ガスＧ４中の硫黄分（ＳＯ₂）を、微粉Ｄ２に含まれる生石灰（ＣａＯ）が水と反応して生じた消石灰（Ｃａ（ＯＨ）₂）と反応させて石膏（ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ）を生成するために備えられる。この湿式集塵機１５は、スクラバー１６と、循環液槽１７と、洗浄塔１８とから構成され、スクラバー１６と循環液槽１７との間には、スラリーを循環させるためのポンプ１６ａが設けられる。

湿式集塵機１５で生成されるスラリーＳには、高温バグフィルタ１１から供給された微粉Ｄ２及び排ガスＧ４に残留するダスト中の生石灰が水と反応して生じた消石灰が存在するため、排ガスＧ４中に存在する硫黄分（ＳＯ₂）は、消石灰と以下のように反応する。
ＳＯ₂＋Ｃａ（ＯＨ）₂→ＣａＳＯ₃・１／２Ｈ₂Ｏ＋１／２Ｈ₂Ｏ
ＣａＳＯ₃・１／２Ｈ₂Ｏ＋１／２Ｏ₂＋３／２Ｈ₂Ｏ→ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ
これにより、排ガスＧ４中の硫黄分が除去され、石膏（ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ）が生成される。尚、消石灰を補う目的で、消石灰スラリーを供給する消石灰スラリー貯槽２１、ポンプ２１ａがスラリー循環路１６ｂに接続される。また、循環液槽１７には、消石灰が過剰になった場合に備え、硫酸を供給して循環スラリーのｐＨ値を５〜６に調整する硫酸貯槽２０及びポンプ２０ａが備えられる。

次に、上記処理システム１の動作について、図１を参照しながら説明する。

セメントキルン５の窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部をプローブ６によって抽気すると同時に、冷却ファン７からの冷風によって、塩素化合物の融点である７００℃以下にまで急冷する。次いで、サイクロン１０において、プローブ６から排気される抽気ガスＧ１を、粗粉Ｄ１と、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２とに分離し、粗粉Ｄ１をセメントキルン系に戻す。

その一方で、４００〜７００℃の排ガスＧ２を高温バグフィルタ１１に導入するが、高温バグフィルタ１１は、９００℃までの耐熱性を有するため、サイクロン１０から供給された排ガスＧ２をそのままの温度で固気分離することができる。ここで、排ガスＧ２を高温状態で固気分離するのは、前述のとおり、ダイオキシン類等の残留性有機汚染物質が再合成されるのを抑制するためである。

すなわち、ダイオキシン類は、８００℃以上の高温下で完全燃焼すれば熱分解できるものの、その後、３００℃程度の温度領域にさらすと再合成されるという性質を有する。それに加え、排ガスＧ２中の微粉Ｄ２や塩素は、再合成反応の触媒として機能し、ダイオキシン類の発生を促進するため、微粉Ｄ２が混在する状態で排ガスＧ２の温度を低下させると、有機汚染物質の濃度を大幅に増大させる虞がある。

そこで、サイクロン１０の後段に高温バグフィルタ１１を設置し、排ガスＧ２をダイオキシン類の再合成温度より高い温度に維持したまま固気分離することで、ダイオキシン類が再合成される前に、触媒となる微粉Ｄ２や塩素を排ガスＧ２から分離する。これにより、ダイオキシン類の再合成を抑制することができ、有機汚染物質の発生を抑制することが可能になる。

次いで、高温バグフィルタ１１の排ガスＧ３を誘引ファン１２により誘引し、熱交換器１３に供給する。一方、高温バグフィルタ１１で集塵した微粉Ｄ２は、ダストタンク（不図示）等によって回収し、スラリー循環路１６ｂに供給する。

次に、熱交換器１３において、高温バグフィルタ１１の排ガスＧ３と湿式集塵機１５から排出される清浄ガス（５０℃程度）Ｇ５とを熱交換し、排ガスＧ３を１５０℃以下に冷却すると同時に、清浄ガスＧ５を３００℃以上に昇温する。そして、昇温した清浄ガスＧ６を排気ファン１４により誘引し、セメント原料や汚泥等の乾燥のための熱源として利用する。

その一方で、冷却した排ガスＧ４を湿式集塵機１５のスクラバー１６に供給し、排ガスＧ４に水を噴霧してスラリーＳを生成する。この際、排ガスＧ４の温度は１５０℃以下であるため、水と排ガスＧ４が接触しても多量の水蒸気が発生することはない。そして、高温バグフィルタ１１からのダストを供給して水洗する。この際、上述のように、排ガスＧ４中の硫黄分が除去され、石膏が生成される。湿式集塵機１５における消石灰が不足する場合には、消石灰スラリー貯槽２１よりポンプ２１ａを介してスラリー循環路１６ｂに消石灰スラリーを補充し、消石灰が過剰になった場合には、硫酸貯槽２０から硫酸を添加してｐＨを調整する。

残留ダストを除去した後の清浄ガスＧ５は、排気ファン１４により誘引されて熱交換器１３内の管路１３ａに流入し、上記のとおり、高温バグフィルタ１１の排ガスＧ３から熱回収するための熱媒として利用される。一方、石膏やダスト分を含むスラリーＳは、後段の処理設備（不図示）に供給され、重金属類等の有害物質や石膏分等が分別されて回収されるとともに、塩素分等を含む排水は、水処理後放流される。

以上のように、本実施の形態によれば、高温バグフィルタ１１の排ガスＧ３を１５０℃以下に冷却した後に湿式集塵機１５のスクラバー１６に導入するため、湿式集塵機１５内で多量の水蒸気が発生するのを回避することができる。従って、酸性の水分が大量に排気管１５ａに流入することがなく、排気ファン１４や排気管１５ａが腐食するのを防止することが可能になる。

それに加え、湿式集塵機１５から排出される清浄ガスＧ５を熱交換器１３で昇温するため、湿式集塵機１５内で飛散したスラリーＳの一部が排気管１５ａに流入したとしても、スラリーＳ中の石膏分が排気ファン１４や排気管１５ａに固着したり、湿式集塵機１５からの排ガス中の酸性の水分が排気ファン１４や排気管内に付着するのを抑制することができ、振動や腐食及び故障の発生率を低減することが可能になる。尚、湿式集塵機１５からの排ガス中の酸性の水分が排気ファン１４や排気管内に付着して腐食の原因となることを回避することができれば足りるため、清浄ガスＧ５は、必ずしも３００℃以上に昇温する必要はなく、飽和水蒸気温度以上に昇温すれば十分である。

尚、上記実施の形態においては、高温バグフィルタ１１と湿式集塵機１５の間に熱交換器１３を設けるが、高温バグフィルタ１１の排ガスＧ３を冷却するための冷却装置と、湿式集塵機１５の清浄ガスＧ５を昇温するための昇温装置とを別個に設置してもよい。

また、サイクロン１０で粗粉Ｄ１を分離した後に、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２を湿式集塵機１５に導入するが、サイクロン１０を設けることなく、プローブ６で抽気した抽気ガスＧ１を高温バグフィルタ１１に直接導入してもよい。さらに、高温バグフィルタ１１を設置した方が、熱交換器１３に導入されるダストが少なくなるため好ましいが、高温バグフィルタ１１を設けずに、サイクロン１０からの排ガスＧ２又はプローブ６で抽気した抽気ガスＧ１を熱交換器１３に導入することもできる。

本発明にかかるセメントキルン抽気ガスの処理システムの一実施の形態を示すフローチャートである。

符号の説明

１ セメントキルン抽気ガスの処理システム
２ ガス抽気部
３ ガス処理部
５ セメントキルン
６ プローブ
７ 冷却ファン
１０ サイクロン
１１ 高温バグフィルタ
１２ 誘引ファン
１３ 熱交換器
１３ａ 管路
１４ 排気ファン
１５ 湿式集塵機
１５ａ 排気管
１６ スクラバー
１６ａ ポンプ
１６ｂ スラリー循環路
１７ 循環液槽
１８ 洗浄塔
２０ 硫酸貯槽
２０ａ ポンプ
２１ 消石灰スラリー貯槽
２１ａ ポンプ
Ｇ１ 抽気ガス
Ｇ２〜Ｇ４ 排ガス
Ｇ５、Ｇ６ 清浄ガス
Ｄ１ 粗粉
Ｄ２ 微粉
Ｓ スラリー

Claims (5)

1. セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気する抽気装置と、
   該抽気装置により抽気された抽気ガスを冷却する冷却装置と、
   該冷却装置により冷却された抽気ガスに含まれるダストを湿式集塵する湿式集塵機と、
   該湿式集塵機から排出されるガスを昇温する昇温装置とを備え、
   前記冷却装置及び昇温装置は、前記抽気装置により抽気された抽気ガスと前記湿式集塵機から排出されるガスとの間で熱交換させる１台の熱交換器であることを特徴とするセメントキルン抽気ガスの処理システム。
2. 前記熱交換器は、前記抽気ガスから回収した熱を利用して前記湿式集塵機から排出されるガスを飽和水蒸気温度以上に昇温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抽気ガスの処理システム。
3. 前記抽気装置と冷却装置の間に配置され、少なくとも３００℃の耐熱性を有する固気分離装置を備え、
   前記抽気装置により抽気された抽気ガスを３００℃以上７００℃以下の温度で該固気分離装置に導入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抽気ガスの処理システム。
4. 前記抽気装置により抽気された抽気ガスから粗粉を分離する分級機を備え、
   該分級機から排出される微粉を含む排ガスを前記冷却装置又は熱交換器に供給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抽気ガスの処理システム。
5. セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガ
   スの一部を抽気し、
   該抽気された抽気ガスを冷却した後に該抽気ガスに含まれるダストを湿式集塵し、
   該湿式集塵によりダストを除去した後の排ガスを昇温し、
   前記冷却と昇温は、前記抽気ガスと前記ダストを除去した後の排ガスとの熱交換によって同時に行うことを特徴とするセメントキルン抽気ガスの処理方法。

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