(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントプラントのロータリキルン内で発生するＮＯｘを低減する装置であって、
キルンエンドからクリンカ落ち口に向けてロータリキルン内に挿入された液体噴霧ノズルと、
この液体噴霧ノズルからロータリキルン内にキルン排ガスの流れに対向して脱硝用添加剤を噴霧する噴霧装置と、
前記液体噴霧ノズルの先端部に設けられた温度センサと、
前記温度センサにより検出された温度がＮＯｘ低減効果の高い所定温度となるように前記液体噴霧ノズルをロータリキルンの長さ方向に移動させる駆動装置と
を備えたことを特徴とするセメントプラントにおける脱硝装置。
【請求項２】
セメントプラントのロータリキルン内で発生するＮＯｘを低減する方法であって、
キルンエンドからクリンカ落ち口に向けてロータリキルン内に液体噴霧ノズルを挿入し、
ロータリキルン内においてＮＯｘ低減効果の高い所定温度を探索し、
探索された箇所へ液体噴霧ノズルの先端部を移動させ、
液体噴霧ノズルからロータリキルン内にキルン排ガスの流れに対向して脱硝用添加剤を噴霧する
ことを特徴とするセメントプラントにおける脱硝方法。
【請求項３】
脱硝用添加剤は、尿素水溶液、アンモニアガス、アンモニア水、及びアンモニア塩の水溶液のうちのいずれかであることを特徴とする請求項２に記載の脱硝方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、セメントプラントにおける脱硝装置及び方法に係り、特に焼却灰を原料としてセメントを焼成するロータリキルンで発生する排ガス中のＮＯｘを低減する装置及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、著しく増加しつつある都市ゴミの焼却灰をセメント焼成原料として活用するセメントプラントが提案されている。一般に、セメントプラントでは、予熱装置で原料を予熱した後、ロータリキルン内で半溶融状態まで加熱して焼成する。このとき、ロータリキルン内ではバーナーから十分な輻射伝熱を生じるように高温の炎が生成され、このためロータリキルン内でＮＯｘの発生を余儀なくされていた。
【０００３】
このＮＯｘの低減方法として、各種の方法が考えられるが、そのうち、燃料種を変更する方法は、高価になり、実用的でない。湿式法による脱硝システムを使用する方法は、高い脱硝効率を得ることができるものの、排水が出ること、並びに建設費、維持費が高価で実用化の見込みが薄い。また、乾式法の脱硝システムのうち触媒法は、排ガス中のダストが多い場所では目詰まりを起こすために、電気集塵機などの除塵設備でダストを取り除いた後に設置しなければならないという問題がある。さらに、除塵後の排出ガスは温度が比較的低いので、現状の触媒では脱硝性能を満足できず、排ガスを適温（３００〜４００℃）にまでアフターバーニングする必要があり、高価な設備となっている。
【０００４】
そこで、尿素水またはアンモニア水等の脱硝用添加剤をロータリキルンと予熱装置とを接続する煙道部を流れるキルン排ガス中に吹き込み、ＮＯｘを低減する方法が提案され、採用されている。このとき、尿素はＮＨ３とＣＯ２に分解し、ＮＨ３が燃焼ガス中のＮＯｘと反応してＮＯｘはＮ２に還元される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、尿素の添加量が多すぎて未反応のＮＨ３が残留すると、煙突から排出直後に塩化水素と反応して塩化アンモニウムのヒュームとなり、水蒸気とは異質の消えにくい白煙を発生してしまう。これを防ぐために、一般に残留ＮＨ３の濃度は、最大２０ｐｐｍまでとされている。このため、尿素あるいはアンモニアの添加量のＮＯｘに対する当量比は１．０〜１．２に抑えられ、ＮＯｘの除去率は３５〜４０％と低いものであった。
【０００６】
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、大気中に白煙等の悪影響を及ぼすことなく、ロータリキルンで発生する排ガス中のＮＯｘを高効率で低減することができるセメントプラントにおける脱硝装置及びその方法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】
この発明に係るセメントプラントにおける脱硝装置は、セメントプラントのロータリキルン内で発生するＮＯｘを低減する装置であって、キルンエンドからクリンカ落ち口に向けてロータリキルン内に挿入された液体噴霧ノズルと、この液体噴霧ノズルからロータリキルン内にキルン排ガスの流れに対向して脱硝用添加剤を噴霧する噴霧装置と、液体噴霧ノズルの先端部に設けられた温度センサと、温度センサにより検出された温度がＮＯｘ低減効果の高い所定温度となるように液体噴霧ノズルをロータリキルンの長さ方向に移動させる駆動装置とを備えたものである。
【０００９】
また、この発明に係るセメントプラントにおける脱硝方法は、セメントプラントのロータリキルン内で発生するＮＯｘを低減する方法であって、キルンエンドからクリンカ落ち口に向けてロータリキルン内に液体噴霧ノズルを挿入し、ロータリキルン内においてＮＯｘ低減効果の高い所定温度を探索し、探索された箇所へ液体噴霧ノズルの先端部を移動させ、この液体噴霧ノズルからロータリキルン内にキルン排ガスの流れに対向して脱硝用添加剤を噴霧する方法である。
【００１０】
なお、脱硝用添加剤としては、尿素水溶液、アンモニアガス、アンモニア水、及びアンモニア塩の水溶液のうちのいずれかを用いることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１はこの発明に係る脱硝装置が適用されるセメントプラントを示すフロー図である。ロータリキルン１のクリンカ落ち口Ｂ側にクリンカクーラー２が接続されると共に、クリンカ落ち口Ｂからロータリキルン１内にバーナー３が配置されている。ロータリキルン１のキルンエンドＡには排ガス冷却器４が接続され、排ガス冷却器４にサイクロン５が接続されている。このサイクロン５の排出口と原料供給設備６の排出口がキルンエンドＡ内に連絡している。また、サイクロン５には、消石灰供給設備７、活性炭供給設備８、バグフィルター９、ファン１０を介して煙突１１が接続されている。
【００１２】
このようなセメントプラントにおいては、主原料としての都市ゴミ等の焼却灰と、調整成分として加える石灰石、粘土、珪石等が原料供給設備６からロータリキルン１に供給され、ここでバーナー３により燃焼されたガスと熱交換されて焼成され、クリンカクーラー２より排出される。ロータリキルン１のキルンエンドＡにおける排ガス温度は６００〜８００℃となる。都市ゴミ等の焼却灰は一般に少量のダイオキシン生成物を含んでいるが、ロータリキルン１はダイオキシンの分解温度以上で操業されるため、ロータリキルン１内においては分解されている。ただし、排ガスがロータリキルン１から排出されて冷却されるとダイオキシンが再生成される虞れがある。そこで、キルン排ガスはロータリキルン１のキルンエンドＡに接続された排ガス冷却器４で温度２５０〜３００℃まで急冷され、これによりダイオキシンの再生成を抑制している。
【００１３】
さらに、キルン排ガスはダストを多量に含むため、サイクロン５で粗粉を分離してロータリキルン１へ戻す。サイクロン５を経た排ガスは、消石灰供給設備７及び活性炭供給設備８から消石灰及び活性炭が添加された後にバグフィルター９を通り、これにより排ガス中からＨＣｌとダイオキシンが捕集される。バグフィルター９を経て煙突１１より排出される排ガス中のＮＯｘは酸素分圧１２％換算値で１５０〜２３０ｐｐｍと高い値を示す。
【００１４】
そこで、図２に示されるように、この発明の一実施形態に係る脱硝装置をロータリキルン１のキルンエンドＡに接続する。脱硝装置は液体噴霧ノズル１２を有し、このノズル１２の先端部がキルンエンドＡからクリンカ落ち口Ｂに向けてロータリキルン１内に挿入されている。ノズル１２は二つの流体を同時に噴出させることができる二流体噴霧ノズルであり、二つの流体供給口１３及び１４を有している。一方の流体供給口１３には圧縮空気が供給される。他方の流体供給口１４には、流量計１５、電磁弁１６及びポンプ１７を介して尿素水溶液を収容する二つのタンク１８及び１９が接続されている。タンク１８及び１９には、それぞれ撹拌器２０及び２１が配設されると共に、これらタンクの底部は互いに配管により接続されてポンプ１７に連結されている。また、タンク１８及び１９の上部は互いに配管により接続されて電磁弁２２を介してポンプ１７に連結されている。
【００１５】
電磁弁１６を閉じると共に電磁弁２２を開き、各配管に設けられたバルブ２４を開いてポンプ１７を駆動させることにより、双方のタンク１８及び１９内の尿素水溶液はそれぞれタンク１８及び１９の底部から吸引され、電磁弁２２を通ってタンク１８及び１９の上部へと循環されるようになっている。
【００１６】
また、電磁弁１６を開くと共に電磁弁２２を閉じてポンプ１７を駆動させると、タンク１８及び１９内の尿素水溶液は電磁弁２５及び１６を通ってノズル１２の流体供給口１４へ供給され、ノズル１２の先端部からロータリキルン１内をクリンカ落ち口Ｂに向けて、すなわちキルン排ガスの流れに対向してロータリキルン１内に噴霧される。排ガスと対向させて尿素水溶液を噴霧するために、尿素水溶液の拡散に優れると共に排ガスと尿素との反応時間が長く、高い脱硝率が得られる。
【００１７】
なお、図２の脱硝装置では二つのタンク１８及び１９を配設しているため、これらタンクのうち一方のみを脱硝に使用し、他方のタンクを予備として使用すれば、一方のタンク内の尿素水溶液がなくなった場合でもタンクを切り替えることにより連続して脱硝を行うことができる。ただし、一つのタンクのみを設置しても、脱硝を行うことは充分可能である。
【００１８】
図１のプラントでは排ガス冷却器４がロータリキルン１の出口に後置されるため、その一部代替を兼ねて、尿素溶液を希薄にし、多量に噴霧することも可能である。
【００１９】
また、尿素水溶液の代わりに、アンモニアガス、アンモニア水、あるいはアンモニア塩の水溶液を脱硝用添加剤として使用することもできる。
【００２０】
脱硝用添加剤の代わりに、あるいは脱硝用添加剤と共に重金属等の試験分析で発生した汚水をタンク１８もしくは１９に収容し、同様にしてロータリキルン１内に噴霧すれば、重金属の濃縮したダストが図１のバグフィルター９で回収される。このため、重金属精練するかキレート処理して無害化し、廃棄することも可能である。このように、重金属を含む汚水の処理を行うこともできる。
【００２１】
また、下水汚泥をスラリー化して、脱硝用添加剤の代わりにあるいは脱硝用添加剤と共に噴霧し、加熱分解することも可能である。この場合、下水汚泥を図２のタンク１８に貯蔵すると悪臭がするため、ファン２３で強制的に換気し、換気した空気はキルンエンドＡに導入して臭気を分解するようにするとよい。
【００２２】
図３に他の実施形態に係る脱硝装置の液体噴霧ノズル３１を示す。このノズル３１はロータリキルン１のキルンエンドＡからクリンカ落ち口（図３の右方）に向けてロータリキルン１内に挿入されており、駆動装置３２によってロータリキルン１の長さ方向に移動自在に設けられている。すなわち、駆動装置３２の作用により、スクリュー３６が回転することで前後方向に移動自在な支持部材３５に連結されたノズル３１がロータリキルン１への挿入深さを調整できるようになっている。
【００２３】
ノズル３１は尿素水溶液等の脱硝用添加剤と圧縮空気の二つの流体を同時に噴出させることができる二流体噴霧ノズルであり、その先端部に熱電対からなる温度センサ３３が設けられている。なお。３４は、温度センサ３３に接続された配線である。
【００２４】
図１に示されるように、ロータリキルン１のクリンカ落ち口Ｂ側にバーナー３が設けられているので、キルンエンドＡからロータリキルン１内にノズル３１の先端部を挿入すると、その挿入深さに応じて先端部の温度が変化する。そこで、まず温度センサ３３による検出温度が所定温度となるように駆動装置３２によりノズル３１をロータリキルン１の長さ方向に移動させ、その後ノズル３１から尿素水溶液等をロータリキルン１内に噴霧すれば、高い効率でＮＯｘを低減させることが可能となる。
【００２５】
ノズル３１のキルンエンドＡからの挿入深さを変化させて脱硝を行い、それぞれの脱硝率を測定したところ、図４に示されるような結果が得られた。なお、アンモニア（モル）／ＮＯｘ（モル）が１．０で５％濃度の尿素水溶液を用いた。図４からわかるように、ノズル３１の挿入深さ３．５ｍのときに７０％程度もの高い脱硝率が得られた。各挿入深さにおける温度は、挿入深さ１．５ｍで７１２℃、２．５ｍで７８０℃、３．５ｍで８１０℃であった。
【００２６】
また、ノズル３１を移動自在とすることにより、ノズル３１の先端部に付着するコーチングを軽微なうちに除去できるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る脱硝装置が適用されるセメントプラントを示すフロー図である。
【図２】この発明の一実施形態に係る脱硝装置を示す図である。
【図３】他の実施形態に係る脱硝装置の一部を示す図である。
【図４】図３の実施形態による脱硝率の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１    ロータリキルン
１２，３１    液体噴霧ノズル
１６，２２    電磁弁
１７    ポンプ
１８，１９    タンク
３２    駆動装置
３３    温度センサ
Ａ    キルンエンド
Ｂ    クリンカ落ち口
【図１】
0003681130.tif 000002
【図２】
0003681130.tif 000003
【図３】
0003681130.tif 000004
【図４】
0003681130.tif 000005