セメント焼成装置

【課題】セメントクリンカの製造コストの上昇を抑えながら、廃棄物の処理量を増加させることのできるセメント焼成装置を提供する。
【解決手段】セメントキルン21と、セメントキルンに付設され、セメント原料Rを予熱及び仮焼する仮焼炉22付きプレヒータ23と、セメントキルンから排出される燃焼排ガスG2を冷却するため、空冷部31a、31b及び水冷部31cを有する冷却塔31であって、セメントキルンから排出される燃焼排ガスの全量(G1+G2)に対して10%以上100%以下の燃焼排ガスを冷却する冷却塔とを備えるセメント焼成装置1。廃棄物(可燃物C+汚染物質S)の処理量に応じて、仮焼炉付きプレヒータ又は冷却塔へのセメントキルン排ガスの供給量を調整することで、セメントクリンカPの製造コストと廃棄物の処理量のバランスを好適に維持しながらセメントクリンカを焼成することができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、塩素、硫黄、アルカリ、放射性物質等の有害物質を除去しながら、セメントクリンカを焼成するセメント焼成装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、セメント焼成装置のプレヒータ等における閉塞等の問題を引き起こす原因となる塩素、硫黄、アルカリ等を除去するため、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、抽気ガス中に含まれている上記物質を取り除くバイパスシステムが用いられている。
【0003】
例えば、特許文献1には、塩素を除去する塩素バイパスシステムとして、プレヒータライジングダクトからプローブを用いて排ガスの一部を抽気し、抽気された排ガスをハロゲンの融点の600〜700℃以下にまで低下させてハロゲンを排ガス中のダストに付着させ、このダストをダスト捕集装置にて300℃以上の高温状態のまま捕集し、ハロゲンが付着したダストをプローブに搬送し、ダスト除去後の排ガスをサスペンションプレヒータ排ガスラインへ戻すセメント焼成設備の排ガス処理装置が開示されている。
【0004】
また、特許文献2には、アルカリを除去するアルカリバイパスシステムとして、セメントキルン排ガスの一部をキルンから抽気し、抽気したキルン排ガスに冷空気を混合して排ガス温度をアルカリ化合物の融点以下の600〜700℃に低下させてアルカリ分の付着したダストとした後、分級器に導いて排ガス中に存在するダスト粒径の10μmまでの粗粒ダストを分離してキルンへ戻すと共に、残余の微粒ダストを含む排ガスをボイラへ導いて熱回収した後、集塵機により微粒ダストを除去するセメントキルン排ガスの処理方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特許第4689514号公報
【特許文献2】特公平5−50458号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、上記従来のバイパスシステムでは、セメントキルン排ガス流路からの燃焼排ガスの抽気量が増加すると、燃焼排ガスを冷却しながら抽気するためのプローブの径が大きくなって排ガス流路に設置するのが困難になるため、抽気ガス量は、セメントキルンから排出される燃焼排ガスの全量に対して10%程度以下に抑えられていた。そのため、廃棄物を含む原燃料の使用量を増加させたい場合でも、抽気ガス量を増加させることができず、廃棄物の処理量が低く抑えられていた。
【0007】
一方、焼却灰や下水汚泥等を原料として利用するエコセメント焼成装置では、セメントキルンの燃焼排ガスに多量の塩素を含むため、セメントキルンの燃焼排ガスをすべて系外に排出しているが、同様の構成を有するセメント焼成装置で、通常のセメント原料と廃棄物の両方を用いてセメントを焼成した場合には、廃棄物の処理量を増加させることができるものの、セメントキルンの燃焼排ガスをセメント原料の予熱や仮焼等に全く利用することができないため、熱量原単位が大幅に上昇すると共に、セメントキルン排ガスの処理コストが高額になり、製造コストが増大するという問題があった。
【0008】
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、セメントクリンカの製造コストの上昇を抑えながら、廃棄物の処理量を増加させることなどが可能なセメント焼成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成するため、本発明は、セメント焼成装置であって、セメントキルンと、該セメントキルンに付設され、セメント原料を予熱及び仮焼する仮焼炉付きプレヒータと、前記セメントキルンから排出される燃焼排ガスを冷却するため、空冷部及び水冷部を有する冷却塔であって、前記セメントキルンから排出される燃焼排ガスの全量に対して10%以上100%以下の燃焼排ガスを冷却する冷却塔とを備えることを特徴とする。
【0010】
そして、本発明によれば、セメントキルンから排出される燃焼排ガスの全量に対して10%以上100%以下の燃焼排ガスを、仮焼炉付きプレヒータを通過させずに、冷却塔を介して冷却することができるため、廃棄物の処理量、又は処理する廃棄物の有害物質含有率、あるいは製造されるセメントクリンカの有害物質含有許容値に応じて、仮焼炉付きプレヒータ又は冷却塔へのセメントキルン排ガスの供給量を調整することができ、セメントクリンカの製造コストの上昇を抑えながら、廃棄物の処理量を増加させることなどが可能となる。
【0011】
また、本発明によれば、冷却塔が空冷部及び水冷部とを備えるため、冷却塔へのセメントキルン排ガスの供給量が大きく変動した場合でも、冷却塔への前記燃焼ガスの供給量が所定量以下の場合には空冷部で冷却し、冷却塔への燃焼ガスの供給量が所定量を超える場合には、冷却塔の空冷部及び水冷部で冷却することができるため、冷却塔内の通風量の変動を最小限に抑えることができ、冷却塔、ひいてはセメント焼成装置の安定運転を維持することができる。
【0012】
上記セメント焼成装置において、前記冷却塔は、内壁面に冷風膜を形成する手段を備えることができ、これによって、冷却塔へのセメントキルン排ガスの供給量が多く、冷却水量が多い場合でも、冷却塔の内壁面を冷風で被うことで、内壁面への固結(コーチング)の生成を最小限に抑え、冷却塔の安定運転を維持することができる。
【0013】
上記セメント焼成装置において、前記セメントキルンから排出される燃焼排ガスの前記仮焼炉付きプレヒータへの供給量と、前記冷却塔への供給量とを制御する制御手段とを備えることができる。これにより、セメントクリンカの製造コストと廃棄物の処理量のバランスを所望の範囲で変更することができる。
【0014】
上記セメント焼成装置において、前記制御手段は、前記仮焼炉付きプレヒータの後段に配置されたファンと、前記冷却塔の後段に配置されたファンの各々の出力を制御することにより、前記供給量の制御を行うことができる。また、前記仮焼炉を流動床式、流動層式、噴流層式又は気流式燃焼炉とすることができる。
【0015】
上記セメント焼成装置において、前記仮焼炉に熱風を吹き込む熱風炉を備えることができ、仮焼炉での原燃料の持ち上げ風量が不足している場合に容易に対応することができる。
【0016】
上記セメント焼成装置において、前記仮焼炉に、可燃性廃棄物を直接該仮焼炉に投入するための投入口を設けることができる。これにより、可燃性廃棄物を燃料として利用しながら処理することができる。
【0017】
また、前記セメントキルンに、汚染物質を直接該セメントキルン投入するための投入口を備えることができる。これにより、汚染物質をできるだけ人手に触れさせずに速やかに処理することができる。
【発明の効果】
【0018】
以上のように、本発明によれば、セメントクリンカの製造コストの上昇を抑えながら、廃棄物の処理量を増加させることのできるセメント焼成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明に係るセメント焼成装置の一実施の形態を示す全体構成図である。
【図2】本発明に係るセメント焼成装置を用いた場合のセメントキルンから排出される燃焼排ガスの全量に対する冷却塔31へ導入される排ガスの割合(抽気率)と冷却塔通風量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0020】
次に、本発明を実施するための形態について、図1を参照しながら詳細に説明する。
【0021】
図1は、本発明に係るセメント焼成装置の一実施の形態を示し、このセメント焼成装置1は、セメントキルン21と、仮焼炉22と、サスペンションプレヒータ(以下、「プレヒータ」という)23と、クリンカクーラ24と、熱風炉25と、除染系排ガス処理装置3と、可燃物焼却系排ガス処理装置4等で構成される。
【0022】
セメントキルン21は、セメントキルン21へ焼成対象物を供給するための投入口21aと、微粉炭等の化石燃料F1を噴出してセメントキルン21内への供給物を焼成するためのバーナ21bを備える。
【0023】
仮焼炉22は、微粉炭等の化石燃料F2を噴出するバーナ(不図示)と、伐採木等の可燃物Cの投入口22aとを備え、炉の底部にクリンカクーラ24及び熱風炉25からの高温空気Hが燃焼用空気として導入される。この仮焼炉22には、流動床式、流動層式、噴流層式又は気流式燃焼炉の仮焼炉を使用することができる。
【0024】
プレヒータ23は、サイクロンが3段にわたって配列され、最上段サイクロン23aの入口ガスダクトにセメント原料Rが供給され、最下段サイクロン23bの原料出口部に連結されたシュート23cがセメントキルン21の投入口21aに接続される。尚、サイクロンの段数は3段に限定されない。
【0025】
熱風炉25は、仮焼炉22に熱風を吹き込むために備えられ、クリンカクーラ24からの抽気ガスと共に仮焼炉22の底部に高温空気Hを導入する。この熱風炉25は、仮焼炉22での原燃料の持ち上げ風量が不足している場合に用いられる。
【0026】
除染系排ガス処理装置3は、セメントキルン21の後段に配置され、セメントキルン21から排出された燃焼排ガス(以下「排ガス」という)のうち仮焼炉22に導入されなかった残りの排ガスG2を冷却する冷却塔31と、冷却塔31の後段に配置された1次集塵機32及び2次集塵機33と、集塵機32、33によって濃縮アルカリ塩等のダストが除去された排ガスG5を系外へ排気するファン34から構成される。
【0027】
冷却塔31は、セメントキルン21の排ガスG2を冷却するため、エアノズル(空冷部)31a、31b及び散水装置(水冷部)31cを備える。エアノズル31bは、冷却塔31の内壁に沿って冷風膜(エアカーテン)31dを形成するために設けられる。尚、エアノズル31a、31b及び散水装置31cの設置箇所は、冷却塔31の下端部に限定されない。
【0028】
1次集塵機32は、濃縮されたアルカリ塩等を含むダストD1を集塵するために備えられ、バグフィルタ等が用いられる。
【0029】
2次集塵機33は、アルカリ塩等を除去した後の排ガスG4に含まれる酸性ガス等を除去するために設けられ、酸性ガス等を吸着したダストD2が回収される。この2次集塵機33にもバグフィルタ等が用いられる。
【0030】
可燃物焼却系排ガス処理装置4は、プレヒータ23の最上段サイクロン23aから排出される排ガスG7を処理するために備えられ、集塵機41と、その後段にファン42が配置される。集塵機41は、排ガスG7に含まれる燃焼灰を含むダストD3を除去するために備えられ、バグフィルタ等が用いられる。
【0031】
次に、上記構成を有するセメント焼成装置1の動作について、図1を参照しながら説明する。
【0032】
セメントキルン21のバーナ21bから燃料F1を噴出してセメントキルン21内で燃焼させ、ファン34及びファン42の各々の出力を制御し、仮焼炉22及び冷却塔31の各々への排ガスG1、G2の供給量を所定の割合に制御する。
【0033】
プレヒータ23にセメント原料Rを投入すると共に、伐採木等の可燃物Cを仮焼炉22に投入し、クリンカクーラ24及び熱風炉25からの高温空気Hを燃焼用空気として用い、微粉炭等の燃料F2と共に燃焼させて燃焼焼却する。尚、仮焼炉22への排ガスG1の供給量が多く、仮焼炉22での原燃料の持ち上げ風量が充分である場合には、熱風炉25を用いずに、クリンカクーラ24からの抽気ガスのみを仮焼炉22に導入することができる。
【0034】
仮焼炉22の排ガスG6は、プレヒータ23の最下段サイクロン23b〜最上段サイクロン23aへと流れ、この際、排ガスG6や排ガスG6に含まれる燃焼灰の顕熱によって、プレヒータ23に投入されたセメント原料Rが加熱され、脱炭酸する。
【0035】
脱炭酸原料Mは、仮焼炉22から最下段サイクロン23b、シュート23cを経て投入口21aからセメントキルン21へ供給される。
【0036】
一方、プレヒータ23の最上段サイクロン23aからの排ガスG7は、集塵機41へ導入され、排ガスG7に含まれる可燃物Cの焼却灰等からなるダストD3が回収された後、清浄化された排ガスG8がファン42によって系外へ排出される。回収されたダストD3は、脱炭酸原料Mと共に、セメントキルン21の投入口21aへ供給される。
【0037】
可燃物Cは、仮焼炉22内で燃焼し、可燃物Cに含まれていたアルカリ化合物は、仮焼炉22内で揮発するか、揮発せずに焼却灰と共に仮焼炉22から排出されるが、いずれにしてもプレヒータ23における排ガスG6の温度の低下に伴ってダストD3又は脱炭酸原料Mに取り込まれた状態でセメントキルン21の投入口21aに供給される。
【0038】
セメントキルン21には、上記脱炭酸原料M及びダストD3と共に、汚染土壌等の汚染物質Sを投入口21aから投入する。また、汚染物質Sに加え、反応促進剤Bとしてセメントキルン21内のアルカリ総量に対して当量以上の塩素源(塩化カルシウム(CaCl2)、塩化カリウム(KCl)、塩化ナトリウム(NaCl)等)を投入口21aからセメントキルン21内へ投入する。
【0039】
汚染物質S、脱炭酸原料M及びダストD3に含まれていたアルカリ化合物は、セメントキルン21内で塩素源から生じた塩素と反応して塩化アルカリとなって揮発し、排ガスG2に含まれた状態で冷却塔31へ導入される。
【0040】
冷却塔31において、排ガスG2は、エアノズル31a、31bから吹き込まれた冷却空気、及び散水装置31cから噴霧された水によって急激に冷却され、排ガスG2に含まれていた塩化アルカリが固体状のアルカリ塩となってダストに付着する。
【0041】
図2は、セメントキルン21から排出される燃焼排ガスの全量(G1+G2)に対する、冷却塔31へ導入される排ガスG2の割合(以下「抽気率」という)と、冷却塔31での冷却パターンの違いによる冷却塔31の通風量との関係を示す。冷却塔31の通風量は、1200℃の排ガスG2を200℃まで下げることを条件に熱収支を計算することにより導出した。
【0042】
同図から判るように、空冷のみでは、抽気率の上昇に応じて冷却塔31の通風量が増加し、例えば、抽気率が10%の場合と90%の場合とで約7倍の差があり、冷却塔31内の通風量の変動が大きくなって冷却塔31の安定運転を維持するのが困難であるが、散水による水冷と、冷却空気による空冷を同時に行うことで、冷却塔内の通風量の変動を小さく抑えることができ、冷却塔31を含むセメント焼成装置1の安定運転を維持することができる。
【0043】
また、冷却塔31での散水装置31cによる散水量が多いと、冷却塔31の内壁面へ固結が生成し易くなるが、エアノズル31bによって冷風膜31dを形成しているため、内壁面への固結の生成を最小限に抑えることができる。
【0044】
冷却塔31からの排ガスG2は、1次集塵機32に導入され、固体状の濃縮アルカリ塩を含むダストD1が回収される。濃縮アルカリ塩を回収した後の排ガスG4には、酸性ガス等の有害ガスが含まれているため、2次集塵機33によって、アルカリ塩等を除去した後の排ガスG4に含まれる酸性ガス等を吸着したダストD2を回収し、清浄化した排ガスG5をファン34を介して系外に排気する。
【0045】
一方、セメントキルン21へ投入された脱炭酸原料M、ダストD3及び汚染物質Sは、反応促進剤Bの塩素源によって含有するアルカリ化合物の揮発が促進され、セメントキルン21内でバーナ21bから吹き込まれた微粉炭の燃焼熱により、塩素、アルカリ等が揮発除去された後に焼成され、クリンカクーラ24によって冷却されてセメントクリンカPが生成される。
【0046】
以上のように、本実施の形態によれば、セメントキルン21から排出される排ガスの全量(G1+G2)に対して10%以上100%以下の排ガスG2を、仮焼炉22及びプレヒータ23を通過させずに、冷却塔31を介して冷却して除去することができるため、廃棄物(可燃物C及び汚染物質S)の処理量等に応じて、仮焼炉22又は冷却塔31へのセメントキルン排ガスG1、G2の供給量を調整することができ、セメントクリンカPの製造コストの上昇を抑えながら、廃棄物の処理量を増加させることなどが可能となる。
【0047】
尚、上記実施の形態においては、脱炭酸原料M、ダストD3、汚染物質S及び反応促進剤Bを投入口21aからセメントキルン21内へ供給したが、この際各々を直接セメントキルン21へ投入してもよく、予め混合して供給してもよい。
【0048】
また、仮焼炉22に投入する可燃物Cには、伐採木等の他、都市ごみ焼却灰、下水汚泥、建設汚泥、下水スラグ等を用いることができる。また、セメントキルン21へ投入する汚染物質Sについても、汚染土壌の他、がれき等であってもよく、可燃物C及び汚染物質Sが放射性セシウムで汚染された廃棄物であってもよい。
【0049】
さらに、仮焼炉22に可燃物Cを投入せず、セメントキルン21へ汚染物質Sを投入せずに、塩素やアルカリ等の含有率の高いセメント原料Rを用いてセメントクリンカPを製造する場合にも、本発明を用いることができる。
【符号の説明】
【0050】
1 セメント焼成装置
21 セメントキルン
21a 投入口
21b バーナ
22 仮焼炉
22a 投入口
23 サスペンションプレヒータ
23a 最上段サイクロン
23b 最下段サイクロン
23c シュート
24 クリンカクーラ
25 熱風炉
3 除染系排ガス処理装置
31 冷却塔
31a、31b エアノズル
31c 散水装置
31d 冷風膜
32 1次集塵機
33 2次集塵機
34 ファン
4 可燃物焼却系排ガス処理装置
41 集塵機
42 ファン
B 反応促進剤(塩素源)
C 可燃物
D1〜D3 ダスト
F1、F2 燃料
G1〜G8 排ガス
H 高温空気
M 脱炭酸原料
P クリンカ(除染生成物)
R セメント原料
S 汚染物質

【特許請求の範囲】
【請求項1】
セメントキルンと、
該セメントキルンに付設され、セメント原料を予熱及び仮焼する仮焼炉付きプレヒータと、
前記セメントキルンから排出される燃焼排ガスを冷却するため、空冷部及び水冷部を有する冷却塔であって、前記セメントキルンから排出される燃焼排ガスの全量に対して10%以上100%以下の燃焼排ガスを冷却する冷却塔とを備えることを特徴とするセメント焼成装置。
【請求項2】
前記冷却塔は、内壁面に冷風膜を形成する手段を備えることを特徴とする請求項1に記載のセメント焼成装置。
【請求項3】
前記セメントキルンから排出される燃焼排ガスの前記仮焼炉付きプレヒータへの供給量と、前記冷却塔への供給量とを制御する制御手段とを備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のセメント焼成装置。
【請求項4】
前記制御手段は、前記仮焼炉付きプレヒータの後段に配置されたファンと、前記冷却塔の後段に配置されたファンの各々の出力を制御することにより、前記供給量の制御を行うことを特徴とする請求項3に記載のセメント焼成装置。
【請求項5】
前記仮焼炉は、流動床式、流動層式、噴流層式又は気流式燃焼炉であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のセメント焼成装置。
【請求項6】
前記仮焼炉に熱風を吹き込む熱風炉を備えることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のセメント焼成装置。
【請求項7】
前記仮焼炉は、可燃性廃棄物を直接該仮焼炉に投入するための投入口を備えることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載のセメント焼成装置。
【請求項8】
前記セメントキルンは、汚染物質を直接該セメントキルン投入するための投入口を備えることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載のセメント焼成装置。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2013−107802(P2013−107802A)
【公開日】平成25年6月6日(2013.6.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−254664(P2011−254664)
【出願日】平成23年11月22日(2011.11.22)
【出願人】(000000240)太平洋セメント株式会社 (1,449)
【Fターム(参考)】