(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント製造設備で廃棄物を処理しながらセメントを製造するセメント製造設備の運転制御方法であって、セメント製造設備に投入される前の廃棄物から採取した試料を最大５５０℃に加熱し、その加熱により発生する揮発ガス中の全炭化水素量を測定し、その測定結果に基づきセメント製造設備から放出される排ガス中の全炭化水素量の増加量を予測し、その予測結果に基づきセメント製造設備への廃棄物の投入量を制御することを特徴とするセメント製造設備の運転制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメント製造設備で廃棄物を処理する場合の運転制御方法に係り、特に、排ガスの臭気を予測しつつ廃棄物の投入量を制御する運転制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種の産業廃棄物を処分のためセメント原料やセメント焼成用の燃料の一部として利用するようになってきている。この産業廃棄物には、廃プラスチック、油分や洗浄剤等を含む土壌、各種汚泥等が混在していることにより、石炭を起源とするものではない炭素分や有機分が発生するようになってきた。これら産業廃棄物からの揮発やその燃焼によって生じる排ガスは、臭気物質を含むため、その管理が必要である。
【０００３】
本出願人は、先に特許文献１〜３により、セメント製造設備から発生する排ガス中の全炭化水素量（Ｔｏｔａｌ  ＨｙｄｒｏＣａｒｂｏｎ：略してＴＨＣということがある）を連続的に測定し、この全炭化水素量から排ガスの臭気指数を推定する技術を提案した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１９２４８２号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５１６４９号公報
【特許文献３】特開２０１０−１５１６５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これら特許文献１〜３で提案した技術によって、セメント製造設備からの排ガス中の臭気を連続的に把握することが可能になったが、このような測定技術を開発しただけでは、廃棄物の処理自体を効率化することはできず、排ガスの臭気指数の上昇を危惧し、少量の廃棄物しか処理することができなかった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、排ガス中の臭気を抑えながら、最大限効率よく廃棄物を処理することができるセメント製造設備の運転制御方法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】
【０００７】
廃棄物をセメント製造設備に投入する際に、その廃棄物により臭気成分がどの程度増えるかについて、予め把握できるようにしておくと、投入量の制御により、排ガス中の臭気成分を所定量以下に管理することができる。この場合、有機物に由来する臭気成分としてこげ臭を把握できればよく、廃棄物を加熱して発生する揮発ガスから全炭化水素量を測定すれば、セメント製造設備に投入した際の全炭化水素量の増量分を把握することができる。
また、この場合、本発明者は鋭意研究の結果、廃棄物には種々の有機物が混合されており、これを加熱していくと、３５０℃前後で大半の有機物が揮発し、残りの有機物も４５０℃前後でほとんど揮発し、５５０℃までの間に有機物の大部分が揮発することを見出した。その後、例えば６００℃に加熱したとしても、揮発分にはこげ臭の原因となる臭気成分がほとんど含まれていないし、６００℃以上では分解が発生する。このため、こげ臭の把握のためには廃棄物を最大５５０℃まで加熱することで十分であるとの知見を得た。
【０００８】
すなわち、本発明は、セメント製造設備で廃棄物を処理しながらセメントを製造するセメント製造設備の運転制御方法であって、セメント製造設備に投入される前の廃棄物から採取した試料を最大５５０℃に加熱し、その加熱により発生する揮発ガス中の全炭化水素量を測定し、その測定結果に基づきセメント製造設備から放出される排ガス中の全炭化水素量の増加量を予測し、その予測結果に基づきセメント製造設備への廃棄物の投入量を制御することを特徴とする。
【０００９】
廃棄物中の有機物のうち、こげ臭の原因となる有機物による全炭化水素量を予め測定しているので、廃棄物の投入による臭気成分への影響、言い換えれば廃棄物を投入することによる全炭化水素量の増加量を事前に把握できる。したがって、この方法によりセメント製造設備の運転を制御すれば、環境に悪影響を及ぼさない範囲で廃棄物を最大限処理することが可能になる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るセメント製造設備の運転制御方法によれば、廃棄物をセメント製造設備に投入する前に、投入による全炭化水素量の増加量を把握することができるので、環境に悪影響を及ぼさない範囲で廃棄物を最大限処理することができ、その処理効率がよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の運転制御方法の実施に用いられる全炭化水素量測定装置の例を示す構成図である。
【図２】セメント製造設備を示す全体システム構成図である。
【図３】廃棄物を加熱して発生する揮発ガス中のＴＨＣ量の加熱温度との関係を示すグラフである。
【図４】廃棄物（原料）を５５０℃まで加熱して発生する揮発ガス中のＴＨＣ量を１００としたときの、加熱温度によるＴＨＣ量の比率を原料毎に示すグラフである。
【図５】本発明の方法により予測した排ガス中のＴＨＣ量と実際に測定した排ガス中のＴＨＣ量との相関を示すグラフである。
【図６】本発明の方法によって予測した臭気指数とセメント製造設備に廃棄物を投入した際の臭気指数の時間的変動との関係を示すグラフである。
【図７】廃棄物を６５０℃程度まで加熱して予測した排ガス中のＴＨＣ量と実際に測定した排ガス中のＴＨＣ量との相関を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係るセメント製造設備の運転制御方法の一実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の運転制御方法の実施に際してセメント製造設備からの排ガス中の臭気成分の予測のために用いられる全炭化水素量測定装置２１を示している。
この全炭化水素量測定装置２１は、例えば電気炉からなる加熱炉２２と、加熱炉２２内で加熱される試料の揮発ガスを輸送するための窒素ガス等のキャリアガスを供給するキャリアガス供給系２３と、キャリアガスとともに輸送された揮発ガス中の全炭化水素量を測定するＴＨＣ測定器２４と、このＴＨＣ測定器２４の測定結果からセメント製造設備で処理した場合の臭気指数の増加量を予測する臭気指数予測手段２５とを備えている。
【００１３】
キャリアガス供給系２３には、キャリアガスを貯留するガス容器２６と、ガス容器２６からの流通量を測定する流量計２７とが備えられており、ガス容器２６からキャリアガスが加熱炉２２内に所定流量で供給される。
加熱炉２２には、試料２８を収容する炉芯管２９が備えられており、この炉芯管２９内にキャリアガスを流通させて揮発ガスをＴＨＣ測定器２４に送り出すようになっている。
【００１４】
ＴＨＣ測定器２４は、例えば水素イオン化検出法（ＦＩＤ：Ｆｌａｍｅ  Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）による測定器であり、ノズルから排ガスと燃料の水素とを送って点火することにより、排ガス中の有機物が水素炎中で燃焼し、その炎を挟むコレクター電極間に発生する炭素イオンによるイオン電流を測定するものである。
臭気指数予測手段２５は、予め全炭化水素量と臭気指数との相関関係を数式化してコンピュータに記憶しておき、ＴＨＣ測定器２４から得られた全炭化水素量の測定値から数式に従い臭気指数の増加量を予測するものである。
【００１５】
この臭気指数は、嗅覚測定法（臭気指数及び臭気排出強度の算定の方法）により、あらかじめ嗅覚が正常であることの検査に合格した被検者が臭気を感じなくなるまで試料を無臭空気で希釈したときの希釈倍率（臭気濃度）を求め、その常用対数値に１０を乗じた数値である。算出式は、臭気指数＝１０×Ｌｏｇ（臭気濃度）で表わされる。測定の具体的方法としては「三点比較式臭袋法」が採用される。この三点比較式臭袋法は、３個の袋のうち、２個の袋には無臭の空気を入れ、残りの１個の袋に所定の希釈倍数に希釈した試料を入れ、これら３袋を１組として、６名以上の被検者により、各袋の臭いの有無を判定する作業を希釈倍率を変えながら繰り返し行い、臭いを感じなくなった希釈倍率を求める方法である。
【００１６】
また、この臭気指数と全炭化水素量とは、臭気指数＝ａ×ｌｏｇ（全炭化水素量）＋ｂの関係を有しており、その定数であるａ，ｂは廃棄物の種類等によって異なり、パイロット運転等によってあらかじめ求めておくことが行われる。
【００１７】
一方、図２は、本発明の運転制御方法が適用されるセメント製造設備を示している。このセメント製造設備１は、セメント原料を粉砕、乾燥する原料ミル及びドライヤ２と、この原料ミルで得られた粉体原料を予熱するプレヒータ３と、プレヒータ３によって予熱された粉体原料を焼成するキルン４と、キルン４で焼成された後のセメントクリンカを冷却するための図示略の冷却機等とを備えている。
【００１８】
キルン４は、横向きの円筒状シェルを回転させながら、プレヒータ３から供給されるセメント原料をバーナーによって１４５０℃以上に加熱焼成してセメントクリンカを生成するものである。この場合、キルン４からの排ガスは、プレヒータ３を経由して原料ミル及びドライヤ２に導入されるようになっており、原料ミル及びドライヤ２は、キルン４からの排ガスが導入されることにより、セメント原料の粉砕と乾燥を同時に行うようになっている。また、プレヒータ３は、下方から上方に向けて複数のサイクロンを多段に接続した多段サイクロン式のものであり、原料ミルで粉砕されたセメント原料をキルン４からの排ガスを利用して所定温度まで予熱するものである。
【００１９】
このセメント製造設備１において、図２の二重実線の矢印がセメント原料からセメントクリンカを得る流れを示している。
一方、キルン４での燃焼により発生した排ガスの流れを破線で示しており、この排ガスは、プレヒータ３、原料ミル及びドライヤ２を経由して、プレヒータ３での粉体原料の予熱の熱源、原料ミル及びドライヤ２での乾燥の熱源として利用された後、集塵機５に送られ、集塵機５でダストを除去された後に煙突６から大気に放出される。
【００２０】
この集塵機５は、例えば高電圧放電により生じる静電気を利用して排ガス中のダストを集塵する電気集塵機であり、その電極に、排ガス中に固体分として混在している灰分等のダストが捕集される。電気集塵機以外にも、排ガス中の固体分を捕集することができるものであれば、バグフィルタ、サイクロン等の周知の集塵機を用いることができる。捕集されたダストは、ダスト配送管７を通して原料ミルに投入されるようになっている。
【００２１】
そして、この集塵機５と煙突６との間に排ガス臭気測定装置１１が設けられている。この排ガス臭気測定装置１１は、集塵機５と煙突６との間の配管１２に、排ガスの一部を抽出するサンプリング部１３が設けられるとともに、該サンプリング部１３に、ＴＨＣ測定器１４と、特定気体として一酸化炭素の量を測定する一酸化炭素量測定器１５とが並列に接続され、ＴＨＣ測定器１４に、全炭化水素量の測定値を一酸化炭素量の測定値によって補正する補正手段１６と、その補正後の全炭化水素量から排ガスの臭気指数を推定する臭気指数推定手段１７とが設けられた構成とされている。
【００２２】
ＴＨＣ測定器１４は、前述の全炭化水素量測定装置２１に用いられるものと同様、例えば水素イオン化検出法（ＦＩＤ：Ｆｌａｍｅ  Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）による測定器である。
【００２３】
一酸化炭素量測定器１５は、例えば非分散型赤外線分析法による測定器であり、一酸化炭素が特定波長の赤外光を選択的に吸収する性質を有していることを利用し、その赤外線吸収量から成分濃度を測定するものである。
【００２４】
これらＴＨＣ測定器１４及び一酸化炭素量測定器１５は、排ガスの全炭化水素量及び一酸化炭素量を同じタイミングで連続的に測定している。そして、補正手段１６は、ＴＨＣ測定器１４で連続的に測定される全炭化水素量をこれと同じタイミングで測定した一酸化炭素量によって補正するものであり、一酸化炭素量の測定値にピーク部が発生した場合に、そのピーク部が発生したタイミングで全炭化水素量の測定値にピーク部が発生しているか否かを判断し、全炭化水素量の測定値にも同一タイミングでピーク部が発生している場合は、そのピーク部が不完全燃焼の影響によるものであるとして、この全炭化水素量のピーク部を除外した状態で次の臭気指数推定手段１７に測定値を受け渡す。
【００２５】
臭気指数推定手段１７は、前述した臭気指数予測手段２５と同様に予め全炭化水素量と臭気指数との相関関係を数式化してコンピュータに記憶しておき、補正手段１６から得られた補正後の全炭化水素量の測定値から数式に従い臭気指数を推定するものである。
【００２６】
次に、このセメント製造設備１において廃棄物を処理しながらセメントを製造する運転制御方法について説明する。
まず、持ち込まれた廃棄物の一部をサンプリングして全炭化水素量測定装置２１により全炭化水素量を測定する。この場合、廃棄物から採取した試料２８を加熱炉２２の炉芯管２９に設置し、キャリアガスを流して揮発ガスをＴＨＣ測定器２４に輸送して測定する。廃棄物の加熱は５５０℃まで行われ、５５０℃に達するまでの間に揮発したガスの全炭化水素量を連続的に測定し、その積算量を廃棄物の全炭化水素量とする。
【００２７】
図３は、廃棄物を加熱した際に生じる揮発ガス中の全炭化水素量（ＴＨＣ量）の温度との関係を示している。データが複数あるのは、時と場所を異にして収集された廃棄物のそれぞれについて示したためである。この図３により明らかなように、いずれの廃棄物も、３５０℃前後でＴＨＣ量が著しく増大している。また、４５０℃前後で若干増大するものがあり、５５０℃前後で少なくなり、６００℃前後でまた増大している。
【００２８】
この全炭化水素量のうち、セメント製造設備１で処理した際の臭気成分を抑えるためには、廃棄物に由来する臭気成分としてこげ臭を把握できればよい。図３の全炭化水素量では、こげ臭の原因となる臭気成分は３５０℃前後で大半が揮発し、４５０℃前後でほとんど揮発しており、６００℃付近での揮発成分はこげ臭の原因となる臭気成分がほとんど含まれていない。また、６００℃以上では分解が発生する。このため、廃棄物をＴＨＣの発生が少なくなる５５０℃まで加熱して全炭化水素量を測定することにより、廃棄物からの揮発ガス中のこげ臭を把握することができる。
【００２９】
図４は、５５０℃以下の５００℃、４５０℃での各加熱温度における原料（廃棄物）の揮発ガス中のＴＨＣ量について、５５０℃でのＴＨＣ量を１００としたときの比率を原料毎に示したものである。この図４で示されるように、加熱温度によるＴＨＣ量は原料の種類によって異なっており、例えば原料Ｈ及び原料Ｉは５５０℃まで加熱しなくても、５００℃程度で５５０℃の時のＴＨＣ量にほぼ等しいＴＨＣ量となっている。逆に原料Ｆは加熱温度によるＴＨＣ量の変化が大きく、５５０℃まで加熱してＴＨＣ量を測定する必要がある。
このように、廃棄物のＴＨＣ量を測定する場合、最大５５０℃の範囲内で原料により決まる固有の温度まで廃棄物を加熱すればよい。
【００３０】
図５は、全炭化水素量測定装置２１により５５０℃まで加熱して測定された原料（廃棄物）のＴＨＣ量をもとに予測したセメント製造設備での排ガスのＴＨＣ量と、その原料を実際にセメント製造設備に投入した際に生じる排ガス中のＴＨＣ量との相関を示すグラフである。このグラフで明らかなように、両者の相関は高く、５５０℃まで加熱して測定したＴＨＣ量によりセメント製造設備１に投入した際のＴＨＣ量を正確に把握することができる。
【００３１】
図７は、廃棄物を５５０℃を超えて６５０℃程度まで加熱して測定されたＴＨＣ量と、その廃棄物をセメント製造設備に投入した際に生じる排ガス中のＴＨＣ量との相関を示しているが、両者の相関は低いことがわかる。したがって、セメント製造設備１からの排ガス中のＴＨＣ量を予測するには、廃棄物を最大５５０℃まで加熱してＴＨＣ量を測定すればよい。
【００３２】
このようにして廃棄物のＴＨＣ量を測定し、その測定値から臭気指数予測手段２５ではセメント製造設備１に廃棄物を投入した場合の臭気指数の増加量を予測する。
そして、この事前の予測結果に基づき、セメント製造設備１で廃棄物を適量ずつ処理しながらセメントを製造する。
セメント製造設備１からの排ガスは、集塵機５でダストが除去された後に煙突６から大気に放出されるが、この集塵機５と煙突６との間のサンプリング部１３で排ガスの一部がサンプリングされ、ＴＨＣ測定器１４及び一酸化炭素量測定器１５により全炭化水素量及び一酸化炭素量が連続的に測定され、補正手段１６及び臭気指数推定手段１７により排ガス中の臭気指数が推定される。
【００３３】
図６は、セメント製造設備に廃棄物を投入した際の臭気指数の時間的変動を示しており、本発明の方法によって予測した臭気指数を一点鎖線（ａ）で示したように、ほぼ予測値の範囲内で変動していることがわかる。
したがって、この運転制御方法を用いれば、排ガス中の臭気指数への影響を予測した廃棄物投入計画を立てることができ、周辺住民に悪影響を及ぼすような臭気の上昇を避けることができ、セメント製造設備の操業を安定させることができる。
【００３４】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、廃棄物の全炭化水素量を測定して臭気指数を予測したが、全炭化水素量と臭気指数とは一定の相関があるので、臭気指数を計算することなく、全炭化水素量の測定値に基づいて廃棄物の投入量を制御するようにしてもよい。
また、上記実施形態では廃棄物を５５０℃まで加熱してＴＨＣ量を測定したが、廃棄物の種類によっては、例えば４５０℃や５００℃程度で臭気成分に影響を与えるＴＨＣをほとんど揮発させることができる場合がある。このような場合は５５０℃まで加熱する必要はなく、そのような場合も含めて、最大５５０℃までの範囲で加熱すればよい。
【符号の説明】
【００３５】
１  セメント製造設備
２  原料ミル及びドライヤ
３  プレヒータ
４  キルン
５  集塵機
６  煙突
１１  排ガス臭気測定装置
１３  サンプリング部
１４  ＴＨＣ測定器
１５  一酸化炭素量測定器
１６  補正手段
１７  臭気指数推定手段
２１  全炭化水素測定装置
２２  加熱炉
２３  キャリアガス供給系
２４  ＴＨＣ測定器
２５  臭気指数予測手段
２６  ガス容器
２７  流量計
２８  試料
２９  炉芯管
【図１】
0005838800.tif 000002
【図２】
0005838800.tif 000003
【図３】
0005838800.tif 000004
【図４】
0005838800.tif 000005
【図５】
0005838800.tif 000006
【図６】
0005838800.tif 000007
【図７】
0005838800.tif 000008