(57)【要約】【課題】エコセメント焼成の熱量原単位を低減しつつ、エコセメント製造装置の安定運転を図る。【解決手段】焼却飛灰ＦＡに含まれる塩素を水洗除去して脱塩焼却飛灰を得る水洗脱塩装置５と、脱塩焼却飛灰、焼却主灰ＢＡ及び石灰石ＬＳを含む混合原料Ｒ１を予熱するプレヒータと、予熱された混合原料を焼成してセメントクリンカＰを生成するセメントキルン２と、セメントクリンカを冷却するクリンカクーラ３とを備えるエコセメントの製造装置１。水洗脱塩装置は、焼却飛灰を海水を用いてスラリー化し、焼却飛灰中に含まれる塩素を海水に溶解させる溶解槽５１と、溶解槽で生じるスラリーＳを、脱塩ケーキＣとろ液Ｌとに分離する固液分離装置（ベルトフィルタ）５２とを備えることができる。セメントキルンの排ガスＧ１の一部Ｇ２を抽気する塩素バイパス経路２８を備えることができる。【選択図】図１
2018123037.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼却飛灰に含まれる塩素を水洗除去して脱塩焼却飛灰を得る水洗脱塩装置と、
前記脱塩焼却飛灰、焼却主灰及び石灰石を含む混合原料を予熱するプレヒータと、
予熱された前記混合原料を焼成してセメントクリンカを生成するセメントキルンと、
前記セメントクリンカを冷却するクリンカクーラとを備えることを特徴とするエコセメントの製造装置。
【請求項２】
前記水洗脱塩装置は、前記焼却飛灰を海水を用いてスラリー化し、前記焼却飛灰中に含まれる塩素を海水に溶解させる溶解槽と、
前記溶解槽で生じるスラリーを、脱塩ケーキとろ液とに分離する固液分離装置とを備えることを特徴とする請求項１に記載のエコセメントの製造装置。
【請求項３】
前記固液分離装置は、前記溶解槽で生じるスラリーを海水を用いて洗浄しながら固液分離する洗浄手段を備えることを特徴とする請求項２に記載のエコセメントの製造装置。
【請求項４】
前記セメントキルンの排ガスの一部を抽気する塩素バイパス経路を備えることを特徴とする請求項１、２又は３に記載のエコセメントの製造装置。
【請求項５】
焼却飛灰に含まれる塩素を水洗除去して脱塩焼却飛灰を得る水洗脱塩工程と、
前記脱塩焼却飛灰、焼却主灰及び石灰石を含む混合原料を予熱する予熱工程と、
予熱された前記混合原料を焼成してセメントクリンカを生成する焼成工程と、
得られた前記セメントクリンカを冷却する冷却工程とを有することを特徴とするエコセメントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼却灰等を原料とするエコセメントの製造装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エコセメントは、都市ごみや下水汚泥等の廃棄物の焼却灰を用いて製造され、廃棄物を有効活用して環境負荷を低減することができる。
【０００３】
エコセメントの原料となる焼却灰を構成する焼却主灰と焼却飛灰のうち、焼却飛灰には高濃度の塩素が含まれている。そのため、焼成時にセメントキルンから発生する排ガスに高濃度の塩素が含まれることになる。そこで、エコセメントの焼成装置は、一般的なセメントの焼成装置とは大幅に異なる装置構成となっている。
【０００４】
図５は、従来のエコセメントの焼成装置の一例を示す全体構成図である。この焼成装置は、セメントキルン２と、セメントキルン２で焼成されたセメントクリンカを冷却するクリンカクーラ３とを備えると共に、ダイオキシン類の再合成を抑制するため、セメントキルン２の排ガスＧ８の全量に散水等を行って冷却する冷却塔８を備える。
【０００５】
また、この焼成装置においては、冷却塔８の排ガスＧ９をサイクロン９で粗粉ＣＰと、微粉を含む排ガスＧ１０とに分離し、ろ過式集塵装置１０で排ガスＧ１０から微粉ＦＰを除去し、微粉ＦＰを除去した排ガスＧ１１に消石灰を添加してろ過式集塵装置１１で塩素、ＳＯｘ等の酸性成分ＡＣを除去し、酸性成分ＡＣを除去した排ガスＧ１２からＳＯｘ、ＮＯｘ、水銀、ダイオキシン類等を活性コークス塔１２で除去し、活性コークス塔１２の排ガスＧ１３を煙突１３から大気に放出する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のエコセメントの焼成装置は、上述のように、セメントキルン２の排ガスＧ８の全量を冷却塔８で冷却しており、プレヒータ等の予熱装置がないため熱量原単位が高いという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記従来技術における問題点に鑑みてなされたものであって、熱量原単位を低減しつつ、安定運転可能なエコセメントの製造装置等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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、エコセメントの製造装置であって、焼却飛灰に含まれる塩素を水洗除去して脱塩焼却飛灰を得る水洗脱塩装置と、前記脱塩焼却飛灰、焼却主灰及び石灰石を含む混合原料を予熱するプレヒータと、予熱された前記混合原料を焼成してセメントクリンカを生成するセメントキルンと、前記セメントクリンカを冷却するクリンカクーラとを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、混合原料を予熱するプレヒータを備えるため、エコセメントを焼成する際の熱量原単位を大幅に低減することができる。また、水洗脱塩装置によって予め焼却飛灰に含まれる塩素を水洗除去するため、塩素に起因する問題の発生を防止して焼成装置の安定運転を図ることができる。
【００１０】
前記エコセメントの製造装置の水洗脱塩装置は、前記焼却飛灰を海水を用いてスラリー化し、前記焼却飛灰中に含まれる塩素を海水に溶解させる溶解槽と、前記溶解槽で生じるスラリーを、脱塩ケーキとろ液とに分離する固液分離装置とを備えてもよい。セメントクリンカの原料となる焼却飛灰中の塩素を海水を用いて除去するため、真水の入手が困難な地域や、真水が高価な地域においてもエコセメントを焼成することが可能となる。
【００１１】
前記エコセメントの製造装置において、前記溶解槽で生じるスラリーを海水を用いて洗浄しながら固液分離する洗浄手段を設けてもよく、洗浄しながら固液分離することで効率よく塩素を除去することができる。
【００１２】
前記エコセメントの製造装置は、前記セメントキルンの排ガスの一部を抽気する塩素バイパス経路を備えてもよく、塩素を系外に排出することでエコセメント焼成装置における負担を軽減することができる。
【００１３】
また、本発明は、エコセメントの製造方法であって、焼却飛灰に含まれる塩素を水洗除去して脱塩焼却飛灰を得る水洗脱塩工程と、前記脱塩焼却飛灰、焼却主灰及び石灰石を含む混合原料を予熱する予熱工程と、予熱された前記混合原料を焼成してセメントクリンカを生成する焼成工程と、得られた前記セメントクリンカを冷却する冷却工程とを有することを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、混合原料を予熱した後焼成するため、エコセメントを焼成する際の熱量原単位を大幅に低減することができる。また、予め焼却飛灰に含まれる塩素を水洗除去するため、塩素に起因する問題の発生を防止して焼成工程が安定する。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、低い熱量原単位で安定してエコセメントを製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るエコセメントの製造装置の一実施形態を示す全体構成図である。
【図２】塩素バイパス経路の抽気率に応じた最下段サイクロン出口原料及びセメントクリンカ中のＣｌ濃度とＳＯ３濃度の変化を示すグラフであり、（ａ）は最下段サイクロン出口原料を、（ｂ）はセメントクリンカを示す。
【図３】塩素バイパス経路の抽気率とセメントキルン内の燃焼温度に応じた最下段サイクロン出口原料及びセメントクリンカ中のＣｌ濃度とＳＯ３濃度の変化を示すグラフであり、（ａ）は最下段サイクロン出口原料を、（ｂ）はセメントクリンカを示す。
【図４】取り扱う焼却灰の種類を代えた場合の塩素バイパス経路の抽気率とセメントキルン内の燃焼温度に応じた最下段サイクロン出口原料及びセメントクリンカ中のＣｌ濃度とＳＯ３濃度の変化を示すグラフであり、（ａ）は最下段サイクロン出口原料を、（ｂ）はセメントクリンカを示す。
【図５】従来のエコセメントの焼成装置の一例を示す全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係るエコセメントの製造装置の一実施形態を示し、この製造装置１は、セメントキルン２と、クリンカクーラ３と、サスペンションプレヒータ（以下「プレヒータ」という。）４と、水洗脱塩装置５と、灰ピット６と、原料前処理・調合装置７等で構成される。セメントキルン２、クリンカクーラ３及びプレヒータ４は普通セメントの焼成装置に用いられるものと同様のものである。
【００１９】
プレヒータ４は、４段にわたって配列されたサイクロン４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄによって構成され、最上段サイクロン４ａに供給されたセメント原料Ｒ１をセメントキルン２の排ガスＧ３〜Ｇ６によって予熱する。尚、サイクロンの段数は４段に限定されない。
【００２０】
セメントキルン２は、プレヒータ４の最下段サイクロン４ｄから供給されたセメント原料Ｒ２を焼成してセメントクリンカを生成するために備えられ、微粉炭等の化石燃料ＦＵを噴出してセメント原料Ｒ２を焼成するためのバーナ２１等を備える。
【００２１】
クリンカクーラ３は、セメントキルン２で焼成したセメントクリンカを冷却するために設けられ、冷却空気Ａを用いてセメントクリンカを冷却すると共に、加熱された空気をセメントキルン２での燃焼用空気として利用する。
【００２２】
水洗脱塩装置５は、溶解槽５１と、固液分離装置としてのベルトフィルタ５２と、ベルトフィルタ５２からの脱塩ケーキＣを灰ピット６へ投入する投入装置（不図示）等で構成される。
【００２３】
溶解槽５１は、焼却飛灰ＦＡと海水Ｗ１とを混合撹拌してスラリーＳを生成するために設けられ、槽本体５３と、撹拌羽根５４と、撹拌羽根５４を回転駆動する駆動装置５５等を備える。
【００２４】
ベルトフィルタ５２は、溶解槽５１からのスラリーＳを海水Ｗ２によって洗浄しながら固液分離するために設けられ、ベルト上のスラリーＳに海水Ｗ２を噴霧するノズル５６を備える。尚、ベルトフィルタ５２以外のフィルタープレス等の他の固液分離装置を用いてもよい。
【００２５】
灰ピット６は、水洗脱塩装置５から供給される脱塩ケーキＣとなった脱塩焼却飛灰と、焼却主灰ＢＡとを貯蔵するために設けられる。
【００２６】
原料前処理・調合装置７は、灰ピット６から供給された脱塩焼却飛灰及び焼却主灰ＢＡに石灰石ＬＳ等を加え、適宜粉砕してエコセメント原料を調合するために備えられる。
【００２７】
次に、上記構成を有する製造装置１を用いたエコセメントの製造方法について、図１を参照しながら説明する。
【００２８】
受け入れた焼却飛灰ＦＡと海水Ｗ１とを溶解槽５１に供給し、これらを撹拌羽根５４によって混合撹拌してスラリーＳを生成する。この際、溶解槽５１内では、焼却飛灰ＦＡに含まれる水溶性の塩素が海水Ｗ１に溶解し、焼却飛灰ＦＡの脱塩が行われ、脱塩焼却飛灰が生成される。
【００２９】
次に、溶解槽５１から排出されたスラリーＳをベルトフィルタ５２に供給し、ベルトフィルタ５２において、ノズル５６から海水Ｗ２を噴霧してスラリーＳを洗浄しながら脱塩ケーキＣとろ液Ｌとに固液分離する。
【００３０】
ベルトフィルタ５２で塩素が除去された脱塩ケーキＣは、焼却主灰ＢＡと共に灰ピット６に供給されて貯留される。
【００３１】
次に、脱塩ケーキＣとなった脱塩焼却飛灰と焼却主灰ＢＡの混合物Ｍに、原料前処理・調合装置７でさらに石灰石ＬＳ等を加えてセメント原料Ｒ１としてプレヒータ４の最上段サイクロン４ａに供給する。セメント原料Ｒ１は、下方のサイクロン４ｂ、４ｃ、４ｄへと移動する際に、セメントキルン２から排出される高温の排ガスＧ３、Ｇ４、Ｇ５、Ｇ６によって予熱される。
【００３２】
予熱されたセメント原料Ｒ２は、セメントキルン２へ供給され、セメントキルン２内でバーナ２１から吹き込まれた化石燃料ＦＵの燃焼熱によって焼成され、セメントクリンカが生成する。
【００３３】
生成したセメントクリンカはクリンカクーラ３において冷却空気Ａによって冷却され、セメントクリンカＰが生成する。その後、セメントクリンカＰに石膏等を添加した後、粉砕機（不図示）を用いて粉砕されてエコセメントになる。
【００３４】
尚、上記工程においてセメント原料となる焼却飛灰ＦＡから塩素が除去されているものの、完全に塩素を除去することは難しく、セメントキルン２の排ガスＧ１中にわずかに塩素が含まれる。この塩素がプレヒータ４内に濃縮されると閉塞等の問題を引き起こすおそれがある。
【００３５】
そこで、プレヒータ４内に蓄積した塩素の濃度等に応じて塩素バイパス経路２８より排ガスＧ１の一部の排ガスＧ２を抽気して系外に排出する。これにより、プレヒータ４内での塩素の濃縮を防止し、塩素に起因する問題の発生を効果的に防止することができる。
【００３６】
以上のように、従来では冷却塔８によってセメントキルン２の排ガスＧ８の全量に散水等を行って冷却していたのに対し、本発明では、冷却塔８に代えてプレヒータ４を設置し、セメントキルン２の排ガスＧ３〜Ｇ６を用いてセメント原料Ｒ１を予熱するため、エコセメントを焼成する際の熱量原単位を大幅に低減することができる。
【００３７】
また、エコセメントの原料となる焼却飛灰ＦＡから海水を用いて脱塩するため、真水の入手が困難な地域や真水が高価な地域でもエコセメントを焼成することができる。尚、真水の入手が容易で真水が安価な地域等では、海水に代えて真水を用いてもよい。
【００３８】
次に、本発明に係るエコセメントの製造装置及び製造方法のシミュレーション結果について説明する。
【００３９】
このシミュレーションでは、現実の焼却飛灰ＦＡ、主灰ＢＡ、石灰石ＬＳ等の原料成分の分析結果に基づいて、プレヒータ４、セメントキルン２、クリンカクーラ３の原料又はクリンカの通過時間、混合モデル等を用いてクリンカ等の成分変動を推定し、さらに、クリンカ成分による各種原料の投入量のフィードバック制御、及びセメント原料Ｒ１の成分による各種原料の投入量のフィードフォワード制御等を行った。
【００４０】
このシミュレーションにおけるエコセメントの製造装置の装置構成は、上記製造装置１と同様であるが、ベルトフィルタ５２に代えてフィルタープレスと海水を用いて安価に脱塩を行う場合を想定し、飛灰脱塩率を７８．７％に設定した。また、異なる組成の飛灰と主灰各々２種類（飛灰Ａ、飛灰Ｂ、主灰Ａ、主灰Ｂ）を原料の一部として用いた。これらの塩素濃度を表１に示す。また、シミュレーションの水準及びシミュレーション結果の一部を表２に示す。
【００４１】
【表１】
2018123037.tif 000003
【００４２】
【表２】
2018123037.tif 000004
【００４３】
水準Ａ−０（抽気率０％）、Ａ−３０（抽気率３０％）、Ａ−５０（抽気率５０％）のシミュレーションにより、脱塩率７８．７％で飛灰Ａを脱塩し、脱塩飛灰、主灰Ａ、石灰石等を用いてエコセメント原料を調整した場合、調合原料（上記セメント原料Ｒ１に相当）の脱塩率は３９．１％となった。この調合原料を用い、塩素バイパス経路２８の抽気率（セメントキルン２から排出される排ガスのＧ１の全量に対する、塩素バイパス経路２８へ抽気した排ガスＧ２の割合）を０％、３０％、５０％と変化させた場合、最下段サイクロン４ｄから排出された原料中のＣｌ濃度（ｐｐｍ）とＳＯ３濃度（％）、及びクリンカクーラ３から排出されたセメントクリンカＰ中のＣｌ濃度（％）とＳＯ３濃度（％）は、図２（ａ）、（ｂ）に示す結果となった。両図における太線で囲まれた範囲は、各々の物質のＣｌ濃度（％）とＳＯ３濃度（％）の管理目標値を示す。
【００４４】
図２（ａ）、（ｂ）より、水準Ａ−０の抽気率が０％の場合には、Ｃｌ濃度（％）とＳＯ３濃度（％）は管理目標値から大きく逸脱し、塩素バイパス経路２８の抽気が必要であることが判る。水準Ａ−３０及び水準Ａ−５０の抽気率が３０％、５０％の場合には、最下段サイクロン４ｄから排出された原料のＣｌ濃度とＳＯ３濃度（％）は管理目標値から若干逸脱しているが、セメントクリンカＰ中のＣｌ濃度（％）とＳＯ３濃度（％）は、ほぼ０％とすることができた。従って、フィルタープレスと海水を用いて安価に脱塩を行った場合でも、塩素バイパス経路２８の抽気を行うことで、安定してエコセメントを製造することができる。
【００４５】
次に、水準Ａ−３０、Ａ−５０の各々において燃料及び燃焼用空気量を調整し、セメントキルン２内の燃焼効率を高めた場合、表２に示すように、セメントキルン２内の気相及び固相の最高温度が低下し、各々１１．８％、１０．８％のエネルギを削減することができた。また、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、燃料及び燃焼用空気量を調整することで、最下段サイクロン４ｄから排出された原料中ＳＯ３濃度（％）が低下し、セメントクリンカＰ中のＣｌ濃度（％）とＳＯ３濃度（％）は若干高くなるものの、管理目標値の範囲内に充分収まっている。
【００４６】
水準Ｂ−５０、Ｂ−１０、Ｂ−１０−２のシミュレーションにより、脱塩率７８．７％で飛灰Ｂを脱塩し、脱塩飛灰、主灰Ｂ、石灰石等を用いてエコセメント原料を調整した場合、調合原料の脱塩率は６４．７１％となった。この調合原料を用い、塩素バイパス経路２８の抽気率を１０％、５０％と変化させ、さらに、抽気率１０％の場合に燃料及び燃焼用空気量を調整し、セメントキルン２内の燃焼効率を高めた場合、最下段サイクロン４ｄから排出された原料中のＣｌ濃度（ｐｐｍ）とＳＯ３濃度（％）、及びクリンカクーラ３から排出されたセメントクリンカＰ中のＣｌ濃度（％）とＳＯ３濃度（％）は、図４（ａ）、（ｂ）に示す結果となった。両図における太線で囲まれた範囲は、各々の物質のＣｌ濃度（％）とＳＯ３濃度（％）の管理目標値であり、いずれの場合にも、各々の物質のＣｌ濃度（％）とＳＯ３濃度（％）は管理目標値の範囲内に充分収まっている。また、水準Ｂ−１０において燃料及び燃焼用空気量を調整し、セメントキルン２内の燃焼効率を高めた場合、表２に示すように、セメントキルン２内の気相及び固相の最高温度が低下し、２６．３％のエネルギを削減することができた。
【００４７】
以上のシミュレーション結果より、本発明に係るエコセメントの製造装置及び製造方法によれば、フィルタープレスと海水を用いて安価に脱塩を行う場合でも、塩素バイパス経路で抽気を行うことで安定してエコセメントを製造することができる。従って、より脱塩効果の高いベルトフィルタ等を用いることで塩素バイパス経路を省略することも可能である。また、セメントキルン内の燃焼効率を高めることで大きな省エネルギ効果が得られることが判る。
【符号の説明】
【００４８】
１  エコセメントの製造装置
２  セメントキルン
３  クリンカクーラ
４  プレヒータ
４ａ〜４ｄ  サイクロン
５  水洗脱塩装置
６  灰ピット
７  原料前処理・調合装置
８  冷却塔
９  サイクロン
２１  バーナ
２８  塩素バイパス経路
５１  溶解槽
５２  ベルトフィルタ
５３  槽本体
５４  撹拌羽根
５５  駆動装置
５６  ノズル
Ａ  冷却空気
ＢＡ  焼却主灰
Ｃ  脱塩ケーキ
Ｆ  微粉
ＦＡ  焼却飛灰
ＦＵ  化石燃料
Ｇ１〜Ｇ７  排ガス
Ｐ  セメントクリンカ
Ｒ１、Ｒ２  セメント原料
Ｓ  スラリー
Ｗ１、Ｗ２  海水
【図１】
2018123037.tif 000005
【図２】
2018123037.tif 000006
【図３】
2018123037.tif 000007
【図４】
2018123037.tif 000008
【図５】
2018123037.tif 000009