(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント焼成設備において焼成後に生じる、セメント原料または製品からなるダストと有害成分とを含有する排ガスの一部であるバイパスガスの中から前記有害成分を除去するための設備であって、
前記有害成分を表面に凝結させ得る未凝結状態の循環媒体を前記有害成分の凝結温度以下に冷却する冷却装置と、
該冷却装置により冷却された前記循環媒体と前記バイパスガスが導入され、これら循環媒体とバイパスガスを接触させることにより該循環媒体の表面に前記有害成分を凝結させる接触装置と、
該接触装置による有害成分凝結後の循環媒体が導入され、該有害成分凝結後の循環媒体から有害成分を機械的に剥離してそれらを分離する剥離・分離装置とから構成され、
前記循環媒体は、耐熱性を有する材料で形成された砂状の微粒体であることを特徴とするバイパスガスの有害成分除去設備。
【請求項２】
請求項１記載のバイパスガスの有害成分除去設備において、前記循環媒体を前記冷却装置、前記接触装置、前記剥離・分離装置の間で順次循環させるための輸送装置が設けられたことを特徴とするバイパスガスの有害成分除去設備。
【請求項３】
請求項１または２に記載のバイパスガスの有害成分除去設備において、
前記剥離・分離装置と前記冷却装置に代えて、前記有害成分凝結後の循環媒体が導入され該循環媒体から有害成分を機械的に剥離する剥離装置と、該剥離装置から導入される循環媒体と有害成分の混合物をそれぞれに分離するとともにその分離後の循環媒体を前記有害成分の凝結温度以下に冷却する分離・冷却装置と、が設けられたことを特徴とするバイパスガスの有害成分除去設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原料または製品からなるダストと有害成分を含有したバイパスガスから有害成分を除去し、ダストを再利用するべくセメント焼成設備に用いて好適なバイパスガスの有害成分除去設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般のセメント焼成設備は、セメント原料がプレヒータ、仮焼炉に供給されて予熱、仮焼が順次行なわれた後、そのセメント原料がロータリーキルンに導入されて焼成が行なわれるものである。ところが、原料あるいは燃料中の塩素、アルカリ、ＳＯ3 等の成分値およびそれらのバランスによっては、原料の流動性を阻害する有害成分が運転系内で循環、蓄積され、運転障害を引き起こすことがある。したがって、このような場合はロータリーキルンからの排ガスが仮焼炉に入る前に、有害成分の濃度を下げる目的で排ガスの一部または全量をバイパスガスとして抽気し、集塵を行なった後に大気中に放出すべくバイパス設備を設けている。
【０００３】
そこで、上記バイパスガス中には、セメント原料や焼成後のセメント製品からなるダストと、焼成により発生する、例えばＫＣｌ、ＮａＣｌ等のアルカリ塩化物、ＣａＳＯ4 等の硫酸塩等からなる有害成分の双方が必然的に含まれることになる。そして、バイパスガスの温度低下に伴なって有害成分はダストの表面で凝結することになり、ダストに堅固に付着してしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような有害成分の固着したダストは従来廃棄物として扱われてきたが、廃棄場所および廃棄後の再飛散が環境保護の面から問題視されており、これらダストを造粒し化学的に固化したり、焼却炉を用いてガラス状に固化し、これを廃棄する等のダスト処理設備が考えられてきた。ところが、この設備を用いた場合でも廃棄場所は必要であり、また、再生すればセメント原料または製品として再利用できるダストをみすみす廃棄することになるため、セメント焼成設備全体として見たときに、極めて無駄が多く効率の悪い設備となってしまうという重大な欠点があった。
【０００５】
そこで、有害成分が付着したダスト自身を再生しようとする処理設備も考えられたが、ダストを再生するための有害成分の分離に多大な熱エネルギーを必要とするばかりか、設備コストが極めて高いものであった。また、この処理設備でもダストが完全に再生できる訳ではなく、この設備で発生するダストは再生できなかったものとして廃棄するしか方法がなかった。すなわち、バイパスガス中のダストを再利用するための有効な手段の提供が望まれていた。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、有害成分のダストへの固着を極力抑え、バイパスガス中のダストを効率良く再利用に回すことのできるバイパスガスの有害成分除去設備を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明のバイパスガスの有害成分除去設備は、セメント焼成設備において焼成後に生じる、セメント原料または製品からなるダストと有害成分とを含有する排ガスの一部であるバイパスガスの中から前記有害成分を除去するための設備であって、前記有害成分を表面に凝結させ得る未凝結状態の循環媒体を前記有害成分の凝結温度以下に冷却する冷却装置と、該冷却装置により冷却された前記循環媒体と前記バイパスガスが導入され、これら循環媒体とバイパスガスを接触させることにより該循環媒体の表面に前記有害成分を凝結させる接触装置と、該接触装置による有害成分凝結後の循環媒体が導入され、該有害成分凝結後の循環媒体から有害成分を機械的に剥離してそれらを分離する剥離・分離装置とから構成されたことを特徴とするものである。
また、前記循環媒体を前記冷却装置、前記接触装置、前記剥離・分離装置の間で順次循環させるための輸送装置を設けてもよく、前記循環媒体として金属、セラミックス等の材料で球状に形成したものを用いてもよい。
【０００８】
あるいは、前記循環媒体として耐熱性を有する材料で形成した砂状の微粒体を用いてもよい。その場合には、前記剥離・分離装置と前記冷却装置に代えて、前記有害成分凝結後の循環媒体が導入され該循環媒体から有害成分を機械的に剥離する剥離装置と、該剥離装置から導入される循環媒体と有害成分の混合物をそれぞれに分離するとともにその分離後の循環媒体を前記有害成分の凝結温度以下に冷却する分離・冷却装置を設けることが望ましい。
【０００９】
すなわち、本発明のバイパスガスの有害成分除去設備は、そもそもバイパスガス中のダストに有害成分が凝結してしまった後にその有害成分を除去しようとするものではなく、バイパスガス中に導入した循環媒体の方に優先的に有害成分を凝結させ、ダストを極力清浄な状態に保つとともに、循環媒体に凝結した有害成分を除去しようとするものである。
【００１０】
そこで、冷却装置により有害成分の凝結温度以下にまで冷却した未凝結状態の循環媒体を接触装置に導入し、接触装置においてバイパスガスと接触させるとバイパスガス中を流れてきた高温のダストよりも温度の低い循環媒体の方に優先的に有害成分が凝結する。そして、ダストを排出する一方、有害成分凝結後の循環媒体を剥離・分離装置に導入し、剥離・分離装置において機械的に有害成分と循環媒体とを剥離、分離することによって有害成分が除去される。また、輸送装置を設けた場合、有害成分が除去されて再度未凝結状態となった循環媒体は輸送装置により前記冷却装置、接触装置、剥離・分離装置の間で順次循環する。また、循環媒体として金属、セラミックス等の材料で球状に形成したものを用いた場合、循環媒体の表面に有害成分が凝結しやすく、かつ凝結した有害成分が全て循環媒体の表面に露出した状態となるので、機械的に剥離しやすい。
【００１１】
また、循環媒体として耐熱性を有する材料で形成した砂状の微粒体を用いた場合、循環媒体の比表面積が大きくなるため、有害成分の凝結効率が高くなる。そしてこの場合、循環媒体自体の大きさが微小であるため、前記剥離・分離装置で行なっていた剥離、分離操作のうち、まず、剥離操作のみを剥離装置によって行なうようにする。その後、分離・冷却装置によって分離操作と循環媒体の冷却操作を同時に行なう。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の参考例を図１および図２を参照して説明する。図１は本参考例の有害成分除去設備１（バイパスガスの有害成分除去設備）を含むセメント焼成設備２全体の構成を示す図であって、図中符号３はロータリーキルン、４はクーラ、５は仮焼炉、６はプレヒータ、７は電気集塵機、８はバイパスファン、９は煙突である。
【００１３】
このセメント焼成設備２は、プレヒータ６および仮焼炉５においてセメント原料の予熱および仮焼が順次行なわれた後、そのセメント原料がロータリーキルン３に投入されて焼成が行なわれ、クーラ４により冷却されて製品として取り出されるようになっている。また、このセメント焼成設備２においては、セメント原料がプレヒータ６、仮焼炉５、立上りダクト１０を経てロータリーキルン３に導入される一方、焼成により発生する排ガスがロータリーキルン３から立上りダクト１０に排出された後、バイパスファン８の作動により一部または全量が抽気され、バイパスダクト２７を通じて有害成分除去設備１、電気集塵機７と流れていき、煙突９から大気中に排出されるようになっている。
【００１４】
そして、有害成分除去設備１は、冷却装置１１、接触装置１２、ドラムスクリーン１３（剥離・分離装置）、輸送装置１４から構成されている。
冷却装置１１は、循環媒体Ｃが内部に充填される充填層型のものであり、循環媒体導入口１５、媒体冷却ファン１６が接続される冷風導入口１７、排気口１８、および循環媒体排出口１９が設けられている。したがって、冷却装置１１の内部には媒体冷却ファン１６から冷風が送られるとともにその風量が調節されることにより、循環媒体Ｃがバイパスガス中の有害成分の凝結温度以下にまで冷却されるようになっている。図２（ａ）に示すように、上記循環媒体Ｃとは、有害成分を表面に凝結させ、かつ凝結した有害成分を容易に剥離し得る機能を持つもの、例えば鉄、アルミナ、ジルコニア等の耐熱性を有する材料を小さい球状に形成したものである。
【００１５】
接触装置１２が上記冷却装置１１の循環媒体排出口１９の下方にバルブ２０を介して接続されている。接触装置１２も冷却装置１１と同様、循環媒体Ｃが内部に充填される充填層型のものであり、冷却装置１１からの循環媒体導入口２１、立上りダクト１０からのバイパスガス導入口２２、ガス冷却ファン２３が接続される冷風導入口２４、電気集塵機７と接続されるバイパスガス排出口２５、および循環媒体排出口２６が設けられている。したがって、接触装置１２の内部にバイパスガスと冷却された循環媒体Ｃが導入された後、これらが装置内を併流しながら接触し、その間に循環媒体Ｃの表面に有害成分が凝結するようになっている。また、凝結後、バイパスガスおよび循環媒体Ｃはガス冷却ファン２３からの冷風により冷却され、有害成分の再蒸発が生じないようになっている。
【００１６】
ドラムスクリーン１３が上記接触装置１２の循環媒体排出口２６の下方に例えばシュート等の投入機構（図示せず）を介して設置されている。ドラムスクリーン１３は、内部に収容された有害成分凝結後の循環媒体Ｃに機械的衝撃を与えることで有害成分を循環媒体Ｃの表面から剥離し、下方にふるい落として分離するための装置である。したがって、ドラムスクリーン１３の下方には有害成分の受槽２８が設けられて有害成分のみが廃棄されるようになっている。
【００１７】
さらに、輸送装置１４がドラムスクリーン１３と冷却装置１１の間に配置されている。この輸送装置１４は例えばコンベア等のような、循環媒体Ｃを輸送し得る任意の輸送機であって、ドラムスクリーン１３から排出される有害成分除去後の循環媒体Ｃを再度冷却装置１１に供給するためのものである。
【００１８】
上記構成の有害成分除去設備１を運転すると、まず、冷却装置１１により有害成分の凝結温度にまで冷却した未凝結状態の循環媒体Ｃが接触装置１２に導入され、接触装置１２においてバイパスガスと接触させるとバイパスガス中を流れてきた高温のダストよりも温度の低い循環媒体Ｃの方に優先的に有害成分が凝結する。そして、接触装置１２のバイパスガス排出口２５からガスおよびダストが流出していく一方、有害成分が凝結した循環媒体Ｃは循環媒体排出口２６からドラムスクリーン１３に導入され、ドラムスクリーン１３において有害成分と循環媒体Ｃとを分離することによって有害成分が除去される。また、有害成分が除去されて再度未凝結状態となった循環媒体Ｃは輸送装置１４によって冷却装置１１に戻り、再使用される。
【００１９】
有害成分除去設備１は、バイパスガス中のダストに有害成分が凝結した後にその有害成分を分離、除去しようとするものではなく、有害成分の凝結温度まで冷却した循環媒体Ｃをバイパスガスと接触させることでダストよりも循環媒体Ｃの方に優先的に有害成分を凝結させ、循環媒体Ｃから有害成分を分離、除去しようというものである。
【００２０】
すなわち、有害成分除去設備１によれば、有害成分の自然な凝結に任せるのではなく、冷却した循環媒体Ｃに対して有害成分を積極的に凝結させる構成としているため、ダストは極力清浄な状態に保たれるので、ダストをセメント原料または製品に戻すことができ、この有害成分除去設備１を適用したセメント焼成設備２を収率の良いものとすることができる。
【００２１】
また、従来のバイパスダスト処理設備の場合、一旦ダストに凝結してしまった有害成分を分離することは極めて困難であり、したがって、分離のために非常に大きな熱エネルギーを必要としていた。それに対して、有害成分除去設備１では循環媒体Ｃの表面に有害成分が付着しているので、ドラムスクリーン１３の機械的衝撃のみによって分離することができる。また、循環媒体Ｃとして鉄、アルミナ、ジルコニア等を球状に形成したものを用いたことで凝結した有害成分が全て循環媒体Ｃの表面に露出した状態となるので、機械的衝撃によって剥離しやすく、有害成分をより容易にかつ効率良く分離することができる。
【００２２】
さらに、大きな熱エネルギーを使うことなく、ドラムスクリーン１３で機械的に分離できるため、有害成分除去設備１の運転に要するエネルギーはほぼドラムスクリーン１３や輸送装置１４および各種ファンを駆動させるためのエネルギーのみとなり、最小限のエネルギーで運転することができ、運転コストを小さいものとすることができる。
【００２３】
また、有害成分除去設備１は循環媒体Ｃをドラムスクリーン１３から冷却装置１１へ輸送するための輸送装置１４を設け、循環媒体Ｃを再使用するようにしたので、循環媒体Ｃの使用量を低減できるとともに、必要以上の量の循環媒体Ｃを取り扱う手間やスペースを少なくすることができる。
【００２４】
なお、有害成分除去設備１においては、循環媒体Ｃとして鉄、アルミナ、ジルコニア等の耐熱性を有する材料を図２（ａ）に示す小さい球状に形成したものを用いたが、表面に有害成分を凝結し得るとともに有害成分を機械的に分離し得るものであれば、これに限らず種々の材料および形状の循環媒体を用いることができる。例えば単位体積あたりの表面積が大きく、有害成分との接触に有利な形状である図２（ｂ）に示すラシヒリング型の循環媒体Ｃ1 、図２（ｃ）に示すベルルサドル型の循環媒体Ｃ2 を用いてもよい。また、本参考例では冷却装置１１および接触装置１２として充填層型のものを、分離装置としてドラムスクリーン１３を適用しこれらを縦方向に配置したが、これら装置の形式や配置についても適宜変更することが可能である。
【００２５】
次に、本発明の一実施形態を図３を参照して説明する。本実施の形態は、循環媒体として砂状の微粒体を採用し、それに伴って有害成分除去設備を構成する各装置の形式を上述した参考例で用いたものから変更したものである。なお、セメント焼成設備２の全体構成については参考例と同様であるため、共通部分については図３中に図１と同一の符号を付し説明を省略する。
【００２６】
図３に示すように、本実施の形態の有害成分除去設備３１は、接触ダクト３２（接触装置）、接触サイクロン３３（接触装置）、剥離装置３４、気流分離冷却装置３５（分離・冷却装置）、輸送装置３６等から概略構成されている。
接触ダクト３２および接触サイクロン３３は、それぞれの内部でバイパスガスと冷却された循環媒体を互いに接触させることで、バイパスガス中の有害成分を循環媒体に凝結させるためのものである。ここで用いる循環媒体としては、例えばシリカサンドのような、バイパスガス中に浮遊でき、かつ接触サイクロンで捕集可能な範囲の粒径を有し、比較的硬度の高い砂状の微粒体を適用する。
【００２７】
また、接触ダクト３２は一端がバイパスガス導入口３７とされ、他端が接触サイクロン３３に連結されたダクトであり、途中にはガス冷却ファン２３が接続された冷風導入口３８が設けられている。そして、接触サイクロン３３には前記接触ダクト３２が連結されるとともに、電気集塵機７へと続くバイパスダクト２７が連結され、その下部にはバルブ４０を有する循環媒体排出口３９が設けられている。
【００２８】
剥離装置３４が前記接触サイクロン３３の後段に設置され、接触サイクロン３３から有害成分凝結後の循環媒体が導入されるようになっている。剥離装置３４は、有害成分凝結後の循環媒体に機械的衝撃を与えることにより循環媒体の表面から有害成分を剥離させるための装置であり、具体的には例えばボール入りの回転ドラム、先細スクリューコンベア等をはじめとする種々の形式の装置が用いられる。
【００２９】
気流分離冷却装置３５が前記剥離装置３４の後段に設置され、剥離装置３４からの循環媒体と剥離した有害成分の混合物が導入されるようになっている。この気流分離冷却装置３５としては例えばサイクロンエアセパレータを使用することができ、その場合、混合物が導入される回転分散板を有するセパレータ４１は空気導入口５３を有し、その下部にはバルブ４２を有する循環媒体排出口４３が設けられるとともに、上部にはサイクロン４４との連絡管４５が接続されている。そして、サイクロン４４の下部にはバルブ４６を有する有害成分排出口４７が設けられるとともに、上部にはガス排出管４８が接続されている。
【００３０】
また、気流分離冷却装置３５には、バグフィルター５０、ファン４９が順次接続されており、空気導入口５３よりセパレータ４１に分離および冷却のために導入した空気が、バグフィルター５０、ファン４９を経て外部に排出されるようになっている。そして、気流分離冷却装置３５のサイクロン４４、およびバグフィルター５０から排出される有害成分の受槽５１が設けられている。
【００３１】
さらに、輸送装置３６が、気流分離冷却装置３５におけるセパレータ４１の循環媒体排出口４３と接触ダクト３２の間に配置されている。この輸送装置３６は例えばコンベア等のような、循環媒体を輸送し得る任意の輸送機であって、気流分離冷却装置３５から排出される有害成分除去後の循環媒体を接触ダクト３２に再度供給するためのものである。また、輸送装置３６の出口と接触ダクト３２の間には循環媒体を接触ダクト３２に投入するためのフィーダー５２が設置されている。
【００３２】
上記構成の有害成分除去設備３１を運転すると、まず、有害成分の凝結温度以下にまで冷却された未凝結状態の循環媒体とバイパスガスが接触ダクト３２、接触サイクロン３３に順次導入される。すると、これら接触装置内で循環媒体とバイパスガスが接触することによりバイパスガス中の有害成分が温度の低い循環媒体の表面に凝結する。そして、接触サイクロン３３の循環媒体排出口３９から有害成分除去済みのバイパスガスが排出される一方、接触サイクロン３３の下部から有害成分凝結後の循環媒体が排出される。ついで、この循環媒体は剥離装置３４に導入され、剥離装置３４内で循環媒体の表面から有害成分が剥離することによって循環媒体と有害成分との混合物が生成される。
【００３３】
ついで、この混合物が気流分離冷却装置３５のセパレータ４１に導入され、ここで混合物が粒径の大きな循環媒体と気流に乗った有害成分とに分離されて循環媒体が循環媒体排出口４３から排出される一方、有害成分が導入空気とともに連絡管４５を通じてサイクロン４４に導入される。そして、ここではガスと有害成分の大部分が分離されて有害成分が有害成分排出口４７から受槽５１に排出される一方、ガスはガス排出管４８を通じて排出され、さらに、サイクロン４４で分離しきれなかった微細な有害成分がバグフィルター５０で最終的に除去されて受槽５１に排出される。
【００３４】
また、気流分離冷却装置３５は、前記混合物を循環媒体と有害成分に分離する機能を持つと同時に、導入した空気により循環媒体を有害成分の凝結温度以下にまで冷却する機能も合わせ持っている。したがって、気流分離冷却装置３５に導入された循環媒体はここから排出される前に充分に冷却され、再利用可能な状態となって輸送装置３６により接触ダクト３２に戻される。
【００３５】
本実施の形態の有害成分除去設備３１においては、循環媒体として例えばシリカサンドのような砂状の微粒体を採用したので、図２に示す球型、ラシヒリング型、ベルルサドル型等の参考例で使用した循環媒体に比べて比表面積が大きくなり、バイパスガスと循環媒体の接触面積が大きくなることで参考例の有害成分除去設備に比べて有害成分の凝結（除去）効率を高めることができる。
【００３６】
また、設備を構成する、例えば気流分離冷却装置３５（サイクロンエアセパレータ）は何ら特別な装置ではなく、セメント製造プラントで一般に用いられており、さらにシリカサンドについてもセメント工場で容易に入手、調整できるものであるため、これらの装置や循環媒体の準備に手間取ることがなく、これらに要するコストを低減することができる。さらに、気流分離冷却装置３５が混合物の分離と循環媒体の冷却の機能を兼ねるため、分離装置と冷却装置を両方備える必要がなくなる。
【００３７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明のバイパスガスの有害成分除去設備は、従来設備のようにバイパスガス中のダストに有害成分が凝結した後にその有害成分を除去するものではなく、有害成分の凝結温度まで冷却した循環媒体をバイパスガスと気固接触させることでダストよりも循環媒体の方に優先的に有害成分を凝結させる構成であるため、ダストは極力清浄な状態に保たれるので、ダストをセメント原料または製品に戻すことができ、この有害成分除去設備を適用したセメント焼成設備を収率の良いものとすることができる。また、循環媒体の表面に凝結した有害成分を剥離・分離装置において機械的に分離することができるため、分離のために大きな熱エネルギーを使うことなく、最小限のエネルギーで運転でき、運転コストを小さいものとすることができる。
【００３８】
また、前記循環媒体を冷却装置、接触装置、剥離・分離装置の間で順次循環させるための輸送装置を設けた場合には、循環媒体を再使用することができるので、循環媒体の使用量を低減できるとともに必要以上の量の循環媒体を取り扱う手間やスペースを少なくすることができる。さらに、循環媒体として金属、セラミックス等を球状に形成したものを用いた場合には、有害成分をより容易にかつ効率良く分離することができる。
【００３９】
また、循環媒体として耐熱性を有する砂状の微粒体を用いた場合、循環媒体の比表面積が大きくなり、バイパスガスと循環媒体との接触面積が大きくなることで有害成分の凝結（除去）効率を高めることができる。また、分離・冷却装置を設けた場合には、この分離・冷却装置が循環媒体と有害成分の分離と循環媒体の冷却の双方の機能を兼ねるため、分離装置と冷却装置を別個に備える必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の参考例に係る有害成分除去設備を含むセメント焼成設備全体の概略構成図である。
【図２】  同、有害成分除去設備に用いる循環媒体の例を示す図である。
【図３】  本発明の一実施形態に係る有害成分除去設備を含むセメント焼成設備全体の概略構成図である。
【符号の説明】
１，３１  有害成分除去設備
２  セメント焼成設備
１１  冷却装置
１２  接触装置
１３  ドラムスクリーン（剥離・分離装置）
１４，３６  輸送装置
３２  接触ダクト（接触装置）
３３  接触サイクロン（接触装置）
３４  剥離装置
３５  気流分離冷却装置（分離・冷却装置）
Ｃ，Ｃ1，Ｃ2  循環媒体
【図１】
0003724010.tif 000002
【図２】
0003724010.tif 000003
【図３】
0003724010.tif 000004