JPS59217656A

JPS59217656A - セメントキルン排ガス中の窒素酸化物低減方法及び装置

Info

Publication number: JPS59217656A
Application number: JP58091164A
Authority: JP
Inventors: 一柳　俊一; 須藤　勘三郎; 幸一金子
Original assignee: Chichibu Cement Co Ltd
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1983-05-23
Filing date: 1983-05-23
Publication date: 1984-12-07

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、セメントキルン排ガス中の屋素酸化物低減方
法及び装置、特に微粉炭焼成設備を有するセメントキル
ン排ガス中の窒素酸化物低減方法及び装置に関するもの
である。

近年、重油の大幅な値上がりの結果、セメント産業にお
ける焼成用燃料は、その殆んどが微粉炭に転換されてい
る。しかし微粉炭燃焼は重油燃焼に比べて窒素酸化物（
以下ＮｏＸと云う）の排出量が多く、重油を使用してい
た当時はＮＯｘ排出量の少なかった仮焼炉付きのセメン
トキルンにおいても、微粉炭への燃料転換後は仮焼炉を
有しないセメントキルンと同程度のＮＯｘ排出址に増加
している。

従って微粉炭燃焼の場合、通常の運転では既設の七メン
トキルンのＮＯｘ排出基準値４８０　ｐｐｍ（０２１０
％換算値。以下同じ）を守るのがやっとの状態で、新設
キルンの排出基準値２５０’ｐｐｍ以下に抑制すること
は不可能であり、これらに対して以下に述べる種々なる
対策が提案されている。

即ち、第１の対策としては特開昭５７−１４２５号公報
に記載された方法がある。これはセメント原料粉末の温
度が３００〜１２００℃の範囲において、連脱して移動
するセメント原料粉末又はそのセメント原料粉末を浮遊
しているガス流体に尿素を添加する方法である。そして
この方法では尿素をサスＡ？　７　ジョンプレヒータの
第３段サイクロンシュ）　Ｋ　添加シタ場合、（ＮＨ２
）　２　Ｃｏ／Ｎｏ　ｘ　％　ル比１．０で６２ヂ、２
０で８６％、３，０で９１％の脱硝率が得られている。

従ってこの方法は簡単でかつＮＯｘ低減効果が高いが、
尿素を使用するものであるため、モル比１０の添加でセ
メン）Ｉｔ当り２００円程鹿のコスト増となる欠点を有
している。

他の対策としては特公昭５５−６５９１号公報に記載さ
れた方法がある。これはロータリーキルンとサスペンシ
ョンプレヒータの最下段サイクロンとを結ぶキルン排ガ
ス導管と、最下段サイクロンよ９１段上のサイクロンか
らの原料導管との接続部付近において、がス温変が８０
０−１１００℃の区域に系外から可燃性のＮＯｘ還元剤
（重油２石炭粉末等）を供給し、その区域に還元性雰囲
気を形成すると共に、セメント原料粉末との熱交換によ
シ温度を８５０℃前後に保ち、原料粉末中の炭酸カル７
＝−ムの脱炭酸により生成する酸化カルシュームと原料
中の鉄及び酸化鉄とを還元触媒として作用せしめること
により、ロータリーキルン排ガス中のＮＯｘを還元除去
し、その後、最下段サイクロンまでの間のキルン排ガス
導管内に燃焼用空気を導入して、残存する可燃性物質を
燃焼させる方法である。との方法はＮＯｘ還元剤として
重油。

石炭等の可燃性物質を用い、ＮＯｘ還元後に残存する可
燃性物質は燃焼用空気を導入して燃焼させるものである
ため、可燃性物質の持つ熱量はセメント原料粉末の予熱
及び仮焼に有効利用される。従って前記した尿素などの
添加に比べて経済的な方法であシ、ＮＯｘ低減率も重油
を用いた場合で４０〜６０％と云う瞳が得られている。

しかし微粉炭を用いた場合のＮＯｘ低減率はせいぜい］
、　Ｏ％程度に過ぎないことが判明した。

その理由は重油の場合約８５０ＩＣの温度で急速に熱分
解されて一酸化炭素や炭化水素等の還１元性ガスになる
のに対して、微粉炭の場合は熱分解されにくく、８５０
℃程度の温度では分解に極めて長時間を要することから
、殆んどが未分解のままキルン排ガスに同伴されて還元
性雰囲気の形成が・ヱ　　　　不十分なまま、燃焼用空
気導入部に達してしまい、そこで燃焼するためと考えら
れる。この他、仮焼炉内で微粉炭を空気不足で燃焼させ
、還元性ガスを発生させてＮＯｘを還元しようとの試み
もあるが、これも仮焼炉内の温度が９ｏｏ℃前後と低く
、かつ炉内の滞留時間が短かいために還元性ガスの発生
量が少なく効果が小さい。

本発明は上記問題点を解決することを目的としてなされ
たものであり、設備費が少なく、シかも効率の良いセメ
ントキルン排ガス中の窒素酸化物低減方法及び装置を提
供することを目的としている。

そして本発明では石炭ガス化装置によって石炭を加熱空
気及び水蒸気と反応させて粗製ガスを発生させ、この粗
製ガスと予熱原料とが導入される混合室においてロータ
リーキルンの排ガスに混合し、粗製ガス中の可燃性成分
にょジロータリーキルン中の酸素を消費させると共に窒
素酸化物を還元せしめ、その後クリンカークーラーから
抽気された高温空気を導入することにょシ、残存する可
燃性成分を燃焼させようとするものである。

以下図面を参照して実施例を説明する。第１図は本発明
によるセメントキルン排ガス中の窒素酸化物低減方法及
び装置を説明するだめの一実施例構成図である。

第１図において、本発明による装置は複数個のサイクロ
ン１ないし４を上下に配置してセメント原料粉末を予熱
するサスインジョンプレヒータ５と前記サスペンション
プレヒータによって予熱すれたセメント原料粉末をバー
ナ６で加熱し仮焼及ヒ焼結するロータリーキルン７とロ
ータリーキルンで生成したクリンカを空気で冷却するク
リンカクーラ８から構成されるセメント焼成装置に対し
て石炭ガス化装置９を付加したものである。１゜は混合
室であって排ガス導管１１と最下段のサイクロンとの間
にもうけられ、導管１２を介して後述する石炭ガス化装
置旦に接続される。前記混合室１０は導管１３によって
サスインジョンプレヒータの第３段サイクロン３と連結
され、予熱原料が導入される。又、混合室１ｏの後流側
で最下段のサイクロン４までの間には空気導入口Ｊ４が
もうけられ導管１５を介してクリンカクーラ８と連結さ
れる。１６は微粉炭輸送機、１７はダンパー、１８は微
粉炭ホッパー、１９は定量供給機、２゜はエアロツクパ
ルプ、２１はブロワである。

一方、石炭ガス化装置旦は噴流床ガス化Ｓ２２、空気力
ｏＭ器２３、ボイラ２４及びチャー分離器２５を有し、
前記噴流床ガス化炉２２はチャー供給装置ｔ２６、微粉
炭供給装置２７、加熱空気供給装置２８及び水蒸気供給
装置２９をそなえている。

３０は灰排出装置であシ、３１はエアロツクパルプ、３
２は微粉炭ボッ・に、３３は定量供給機、３４はエアロ
ツクパルプ、３５及び３６はブロワである。

第２図は混合室の縦断面図、第３図は前記第２図のＩ　
−１’線からみた横断平面図である。各図から明らかな
ように、混合室は円筒状の側壁３７とこれに絖いて一体
構成された逆円錐状の底壁３８とからなシ、側壁３７の
接線方向下向きに粗製ガス導入口３９が、又、対応する
側壁位置には予熱原料導入口４ｏがもうけられる。そし
て第１図において説明したように、導管１２は石炭ガス
化装置９と連結され、更に導管１３はサス被ンションゾ
レヒータの第３段サイクロン３と連結されている。

上記構成を有する装置の作用と共に、窒素酸化物低減方
法を説明する。

そして本方法は石炭ガス化装置を用いて、石炭を加熱空
気及び水蒸気と反応させて粗製ガスをつくわ、これをロ
ータリーキルン排ガスに混合し、粗製ガス中の可燃性成
分によってキルン排ガス中の酸素を消費させると共に、
ＮＯｘを還元しようとするものである。

先ず微粉炭は微粉炭輸送機１６によりロータリーキルン
側の微粉炭ホッパー１８、定量供給機１９及びエアロツ
クパルプ２０を介してロータｌ）−キルン７のバーナ６
に供給されイ燃焼に供される。一方、ダンパー１７によ
って分岐された微粉炭は石炭ガス化装置９内にある微粉
炭ホソ・ぐ−３２、定量供給機３３及びエアロツクパル
プ３４を介して微粉炭供給装置２７に供給される。噴流
床ガス化炉２２では空気加熱器２３からの加熱空気が加
熱空気供給装置２８を介して供給されると同時に、ボイ
ラ２４からの水蒸気が水蒸気供給装置２９を介して供給
される。そして噴流床ガス化炉２２内では供給された微
粉炭が１０′ｏＯ〜１３００℃の高温にて加熱空気及び
水蒸気と反応してガス化され、空気加熱器２３及びボイ
ラ２４を経由してチャー分離器でチャーを分離され粗製
ガスとなる。なお、石炭は灰分を除い′てその殆んどが
粗製ガスとなり、この粗製ガス中には主な可燃性成分と
して一酸化炭素２０〜２５％、水素１０〜１５係及び少
量の炭化水素が含まれ、その他硫化水素。

アンモニア等が微量に含まれるが、ＮＯｘは殆んど検出
されない。これはガス化炉内が極端な還元性雰囲気であ
って、微粉炭中の窒素分の酸化が起シにくいこと、及び
例えＮＯｘが生成しても直ちに還元されてしまうためと
考えられる。結局微粉炭中の窒素分の大部分は無害な窒
素となり、一部はアンモニアなどになる。

又、ＮＯｘの還元には酸素濃度を全量消費させる必要が
あシ、そのためには石炭ガス化装置を用いて粗製ガスを
生成するに際して、粗製ガス中の一酸化炭素と水素の合
計量が、モル比でキルン排ガス中の酸素の２倍以上にな
るようにする必要がある。

ここでチャー分離器２５によって分離されたチャーは、
チャー供給装置２６を介して再びガス化炉２２に戻され
、ガス化の残渣として生成する灰は炉底部の灰排出装置
３０によシ排出された後、セメント原料として利用され
る。そしてチャーを分離された粗製ガスは導管１２を通
って粗製ガス導入口３９から接線方向下向きに混合室１
０に導入され、キルン排ガスと混合される。これと同時
にサスペンションプレヒータ５の第３段サイクロン３か
ら予熱されたセメント原料粉末が導管１３を介して混合
室１０へ導入される。

一方、キルン排ガス導管１１を通って混合室１０に入る
約１０００℃のキルン排ガス中には１〜３％の酸素、３
５０〜４５０　ｐｐｍのＮＯｘが含まれている。従って
導入された粗製ガスは混合室内を旋回しながら下降した
後反転して上昇しキルン排ガス及びセメント原料粉末と
十分混合する。

従って粗製ガスを単にキルン排ガス導管内に導入した場
合に起こるガスの吹抜けが防止され、可燃性成分である
一酸化炭素及び水素がキルン排ガス中の酸素をほぼ完全
に消費して急速に燃焼すると共に、ＮＯｘを窒素に還元
する。この時発生する燃焼熱ハセメント原料粉末中の炭
酸力ルシー−ムの脱炭酸に利用されるので、ガス温度は
８５０℃前後に保たれガス温度の過度の上昇による耐火
物の焼損やコーチングトラブルが防止される。又、この
時生成する酸化カルシー−ム及びセメント原料粉末中の
鉄及び酸化鉄はＮＯｘ還元反応の触媒としてはたらく。

ＮＯｘ還元後、キルン排ガス中に残存する可燃性成分は
クリンカクーラ８から導管１５を介して抽気された高温
の空気を導入することにより燃焼される。ただし仮焼炉
付きのセメントキルンでは仮焼炉に燃焼用空気が導入さ
れるので、別に空気を導入する必要はない。又、粗製ガ
スとキルン排ガスとの混合が行なわれる領域に触媒とし
て予熱されたセメント原料粉末を導入することによりＮ
ｏＸ還元反応が一層促進される。

第４図は混合室の他の実施例縦断面図、第５図は前記第
４図のｎ−ｕ’線からみた横断平面図である。

本実施例（でおいては混合室１．０の周囲に粗製ガス供
給管４１を環状に配設し、導管１２からの粗製ガスを複
数に分散された粗製ガス導入口３９を介して混合室眼内
に導入し、キルン排ガス及びセメント原料粉末との均一
な混合を行なわせるよう構成したものであり、他の構成
は第２図及び第３図と同様である。

第６図は本発明による他の実施例構成図である。

図中の符号１ないし１３．１６ないし３６は第１図に対
応している。本実施例では混合室具とサスベンンヨング
レヒータ５との間に仮焼炉４２がもうけられる。４３は
バーナであって仮焼炉４２にもうけられ、微粉炭輸送機
１６″からの微粉炭が微粉炭ホラ／−，６４４、定量供
給機４５及びエアロツクバルブ４６を介して供給される
。４７は分配器であって第３段サイクロン３に接続され
た導管４８からの予熱されたセメント原料粉末を分岐混
合室１０へ供給される。４９は導管であってクリンカク
ーラ８からの高温空気を仮焼炉４２へ導入する。したが
ってロータリーキルン７からの排ガスはキルン排ガス導
管１１を通って仮焼炉４２へ導入される。同時にクリン
カクーラ８からの高温空気とバーナ４３からの微粉炭が
仮焼炉４２内へ導入されて燃焼し、セメント原料粉末の
仮焼が行なわれる。仮焼炉４２において、８５係〜９０
％が仮焼されたセメント原料粉末は最下段サイクロン４
で排ガスと分離されてロータリーキルン７に導入される
。そして本実施例においても石炭ガス化装置９からの粗
製ガスがキルン排ガス導管１１を介して混合室１０に導
入されることは第１図の場合と同様である。又、第３段
サイクロン３から仮焼炉４２に投入されるセメント原料
粉末の一部が分岐されて混合室１０へ導入されるために
、キルン排ガス中のＮＯｘの効果的な還元が行なわれる
。

この場合、ＮＯえ還元後に残存する可燃性成分は仮焼炉
４２の燃焼用空気によって燃焼するので、別に空気導入
口をもうける必要はない。

なお、仮焼炉付きのセメント焼成装置の場合、仮焼炉に
おいても微粉炭の燃焼によってＮＯｘが発生するが、キ
ルン排ガス導管に粗製ガスを導入した分、仮焼炉バーナ
４３の微粉炭を減少させることができるので、仮焼炉に
おけるＮＯｘ発生量も減少し、キルン排ガス中のＮＯｘ
低減と相まって、全体としてのＮＯｘ排出量を極力低減
させることができる。又、セメント原料粉末の一部は混
合室で仮焼されてから仮焼炉に入るため、仮焼炉は従来
より小さくてよい。

上記実施例ではガス化炉２２とチャー分離器２’５との
間に空気加熱器２３及びボイラ２４をもうけて発生ガス
と熱交換させているが、加熱空気及び水蒸気は系外から
供給してもよい。又、ガス化炉２２は噴流床でなくても
よいが、セメント産業では一般に産地の異なる種々の石
炭を使用するため、炭種の適用範囲の広い噴流床ガス化
炉が有利である。又、噴流床ガス化炉は微粉炭を使用す
るため、石炭の乾燥及び粉砕のだめの設備をセメント焼
成装置で使用する微粉炭の設備と共用することができる
。

以上説明した如く、本発明によればセメントキルン排ガ
ス導管とサス被ンションデレヒークの最下段サイクロン
との間に混合室をもうけ、石炭ガス化装置からの粗製ガ
スとキルン排ガスとを混合してＮＯｘを還元するよう構
成したので、微粉炭中の窒素弁の大部分は無害な窒素と
なって除去されしかも粗製ガスの燃焼によシ、ロータリ
ーキルン及び仮焼炉で使用する微粉炭の量は減少するの
で、全体として微粉炭の使用量はほとんど増加せず、経
済的なセメントキルン排ガス中の窒素酸化物低減方法及
び装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるセメントキルン排ガス中の窒素酸
化物低減方法及び装置を説明するための一実施例構成図
、第２図は混合室の縦断面図、第３図は前記第２図の１
−１’線からみた横断平面図、第４図は混合室の他の実
施例縦断面図、第５図は前記第４図のｎ　−ｎ’線から
みた横断平面図、第６図は本発明による他の実施例構成
図である。１〜４・・・サイクロン　　５・・・サスペンションプ
レヒータ６．４３・・・バーナ　　７・・・ロータリー
キルン８・・・クリンカクーラ　９・・・石炭ガス化装
置１０・・・混合室　　　　１１・・キルン排ガス導管
１２　、１３　、１５　、４８　、４．９・・・導管１
４・・空気導入口１６　、１６’　、　１６“・・微粉炭輸送機１７　、
１７’・・・ダンパー１８．３２．４４・・・微粉炭ホッノや−１、９，、３
３、４５・・・定量供給機２０．３１，３４．４６・・
・エアロツクバルブ２１．３５，３６，５０．５１・・
ブロワ２２・・・ガス化炉　　　２３・・・空気加熱器
２４・・・ゲイ２　　　２５・・チャー分離器２６・・
・チャー供給装置２７・・・微粉炭供給装置２８・・加
熱空気供給装置２９・・・水蒸気供給装置３０・・灰排出装置３７・・
・側壁　　　　　３８・底壁３９・・・粗製ガス導入口４０・・予熱原料導入口４１
・・・粗製ガス供給管４２・・仮焼炉　　　　４７・・・分配器特許出願人　
　秩父セメント株式会社代理人弁理士　　石　　井　　紀　　男第２図県４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）石炭ガス化装置によって石炭を加熱空気及び水蒸
気と反応させて高温の粗製ガスを生成し、これをロータ
リーキルンからの排ガスに混合し、同時に予熱されたセ
メント原料粉末を導入することにより前記粗製ガス中の
可燃性成分によってロータリーキルン排ガス中の酸素を
消費させると共に窒素酸化物を還元せしめ、しかる後に
クリンカクーラから抽気された高温空気を導入して残存
する可燃性成分を燃焼させることを特徴とするセメント
キルン排ガス中の窒素酸化物低減方法。
（２）粗製ガス中の一酸化炭素と水素の合計量がロータ
リーキルン排ガス中の酸素に対して、モル比で２倍以上
となるよう調整したことを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のセメントキルン排ガス中の墾素酸化物低減方
法。
（３）石炭ガス化装置に供給される微粉炭は、ロータリ
ーキルン又は仮焼炉で使用される微粉炭の一部を分岐し
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記
載のセメントキルン排ガス中の窒素酸化物低減方法。
（４）　　複数のサイクロンを上下に配置してセメント
原料粉末を予熱するサス被ンションプレヒータと、サス
ベンンヨンプレヒータで予熱されたセメント原料粉末を
バーすで加熱し仮焼及び焼結するロータリーキルンと、
ロータリーキルンで生成したタリンカを空気で冷却する
クリンカクーラとで構成されたセメント焼成装置と、石
炭を加熱空気及び水蒸気と反応させて粗製ガスを発生さ
せる石炭ガス化装置とからなり、前記ロータリーキルン
の排ガスをサスベンンヨンプレヒータに導くキルン排ガ
ス導管とサスＲンションプレヒータとの間に混合室をも
うけ、前記混合室は石炭ガス化装置からの粗製ガスを導
入する粗製ガス導入口と、前記サスベンンヨンプレヒー
タの下から２段目のサイクロンに連結された予熱原料導
入口とをそなえると共に、前記混合室と最下段サイクロ
ンとの間に空気導入口をもうけてタリンカクーラと連結
したことを特徴とするセメントキルン排ガス中の窒素酸
ｆヒ物低減装置。
（５）石炭ガス化装置に供給する微粉炭はロータリーキ
ルンのバーナに供給する微粉炭の一部を分岐したことを
特徴とする特許請求の範囲第４項記載のセメントキルン
排ガス中の窒素酸化物低減装置。
（６）複数のサイクロンを上下に配置してセメント原料
粉末を予熱するサス啄ンションプレヒータと、サスにン
ションゾレヒータで予熱されたセメント原料粉末をバー
ナで加熱して仮焼する仮焼炉と、仮焼されたセメント原
料粉末をｉＺ−すで加熱して焼結するロータリーキルン
と、ロータリーキルンで生成されたタリンカを空気で冷
却するクリ、１　　　　７カクーラとで構成されたセメ
ント焼成装置と、石炭を加熱空気及び水蒸気と反応させ
て粗製ガスを発生させる石炭ガス化装置とからなシ、前
記ロータリーキルンの排ガスを仮焼炉に導くキルン排ガ
ス導管と仮焼炉との間に混合室をもうけ、前記混合室は
石炭ガス化装置からの粗製ガスを導入する粗製力゛ス導
入口と予熱原料導入口とをそなえると共に、前記予熱原
料導入口は前記サスペンションプレヒータの下から２段
目のサイクロンと仮焼炉とを連結する原料導管から分岐
された導管が連結されていることを特徴とするセメント
キルン排ガス中の窒素酸化物低減装置。
（７）石炭ガス化装置に供給される微粉炭は、仮焼炉で
使用される微粉炭の一部を分岐したことを特徴とする特
許請求の範囲第６項記載のセメントキルン排力゛ス中の
窒素酸化物低減装置。