(57)【要約】【課題】塩素バイパスダスト等を脱塩処理する際の固液分離後の排水のｐＨ調整のための薬剤の使用量を大幅に低減し、セメントキルン抽気ガス処理の運転コストを低く抑える。【解決手段】セメントキルン２のキルン尻からボトム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するプローブ３と、プローブ３で抽気した燃焼ガスに含まれるダストの粗粉を分離する分級機５と、分級機５から排出された微粉を含む抽気ガスを溶媒を用いて集塵する湿式集塵装置６と、湿式集塵装置６から排出されたスラリーを固液分離する固液分離装置１０と、固液分離装置１０から排出された排水から重金属を含む有害物質を除去する排水処理設備１１〜１８とを備えるセメントキルン抽気ガス処理システムを用い、湿式集塵によって得られたスラリーのｐＨを３以上、６以下に調整する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントキルンのキルン尻からボトム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するプローブと、
該プローブで抽気した燃焼ガスに含まれるダストの粗粉を分離する分級機と、
該分級機から排出された微粉を含む抽気ガスを溶媒を用いて集塵する湿式集塵装置と、
該湿式集塵装置から排出されたスラリーを固液分離する固液分離装置と、
該固液分離装置から排出された排水から重金属を含む有害物質を除去する排水処理設備とを備えることを特徴とするセメントキルン抽気ガス処理システム。
【請求項２】
前記湿式集塵装置は、ミキシングスクラバーであることを特徴とする請求項１に記載のセメントキルン抽気ガス処理システム。
【請求項３】
前記分級機の分級点を可変としたことを特徴とする請求項１または２に記載のセメントキルン抽気ガス処理システム。
【請求項４】
前記分級機はサイクロンであって、該サイクロンの入口風速を可変としたことを特徴とする請求項１、２または３に記載のセメントキルン抽気ガス処理システム。
【請求項５】
セメントキルンのキルン尻からボトム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、
抽気ガス中のダストの粗粉を分離し、
微粉を含む抽気ガスを溶媒を用いて湿式集塵し、
該湿式集塵によって得られたスラリーのｐＨを３以上、６以下に調整し、
該スラリーを固液分離して得られる排水から重金属を含む有害物質を除去することを特徴とするセメントキルン抽気ガス処理方法。
【請求項６】
前記抽気ガス中のダストの粗粉を分離する際の分級点を、前記抽気ガス中のダストの粒径頻度及びＣａＯ濃度から算出して前記スラリーのｐＨが３以上、６以下になるように決定するか、または、前記スラリーのｐＨの実測値から該スラリーのｐＨが３以上、６以下になるように決定することを特徴とする請求項５に記載のセメントキルン抽気ガス処理方法。
【請求項７】
重金属を除去した排水を、脱塩水と濃縮塩水または工業塩に分離することを特徴とする請求項５または６に記載のセメントキルン抽気ガス処理方法。
【請求項８】
前記脱塩水を、前記湿式集塵の使用水として再利用することを特徴とする請求項５、６または７に記載のセメントキルン抽気ガス処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セメントキルン抽気ガス処理システム及び処理方法に関し、特に、セメントキルンのキルン尻からボトム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て塩素及び硫黄分を除去し、塩素バイパスダストを有効利用するセメントキルン抽気ガス処理システム及び処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、セメント製造設備におけるプレヒーターの閉塞等の問題を引き起こす原因となる塩素、硫黄、アルカリ等の中で、塩素が特に問題となることに着目し、セメントキルンのキルン尻からボトム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て塩素を除去する塩素バイパス設備が用いられている。
【０００３】
この塩素バイパス設備では、抽気した排ガスを冷却して生成したダストの微粉側に塩素が偏在しているため、ダストを分級機によって粗粉と微粉とに分離し、粗粉をセメントキルン系に戻すとともに、分離された塩化カリウム等を含む微粉（塩素バイパスダスト）を回収してセメント粉砕ミル系に添加していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ところが、近年、廃棄物のセメント原料化または燃料化によるリサイクルが推進され、廃棄物の処理量が増加するに従い、セメントキルンに持ち込まれる塩素、硫黄、アルカリ等の揮発成分の量も増加し、塩素バイパスダストの発生量も増加している。そのため、塩素バイパスダストを全てセメント粉砕工程で利用することができず、水洗処理されていたが、今後、塩素バイパスダストの発生量もさらに増加することが予測されるため、その有効利用方法の開発が求められていた。
【０００５】
かかる見地から、特許文献２に記載のセメント原料化処理方法では、従来水洗処理されている塩素バイパスダスト等を脱塩処理し、セメント原料として有効利用するため、塩素を含む廃棄物に水を添加して廃棄物中の塩素を溶出させてろ過し、得られた脱塩ケークをセメント原料として利用するとともに、排水を浄化処理し、環境汚染を引き起こすことなく、塩素バイパスダストの有効利用を図っている。
【０００６】
【特許文献１】
国際公開第ＷＯ９７／２１号パンフレット
【特許文献２】
特開平１１−１００２４３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献２に記載のセメント原料化処理方法等では、塩素バイパスダスト等を脱塩処理するにあたって、排水のｐＨを塩酸等により調整した後、還元作用のある鉄イオンを有する薬剤を添加してセレン等の重金属類を除去し、下水や海洋へ放流したり、有価物として塩を回収する。しかし、固液分離後の排水中には、アルカリ性の消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）の縣濁物質が多量に混入しているため、ｐＨ調整のための薬剤を大量に消費し、運転コストが高騰するという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記従来のセメント原料化処理方法等における問題点に鑑みてなされたものであって、塩素バイパスダスト等を脱塩処理する際の固液分離後の排水のｐＨ調整のための薬剤の使用量を大幅に低減し、運転コストを低く抑えること等が可能なセメントキルン抽気ガス処理システム及び処理方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、セメントキルン抽気ガス処理システムであって、セメントキルンのキルン尻からボトム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するプローブと、該プローブで抽気した燃焼ガスに含まれるダストの粗粉を分離する分級機と、該分級機から排出された微粉を含む抽気ガスを溶媒を用いて集塵する湿式集塵装置と、該湿式集塵装置から排出されたスラリーを固液分離する固液分離装置と、該固液分離装置から排出された排水から重金属を含む有害物質を除去する排水処理設備とを備えることを特徴とする。ここで、固液分離装置としては、遠心分離機、フィルタープレス等を使用することができる。
【００１０】
そして、請求項１に記載の発明によれば、セメントキルン抽気ガス中のダストの粗粉を分離した後、微粉を含む抽気ガスを溶媒を用いて湿式集塵するため、ダストに含まれるＣａＯと抽気ガス中のＳＯ２ガスとを利用して湿式集塵装置内のスラリーのｐＨを調整することができる。これによって、後段の排水処理設備で用いるｐＨ調整剤の量を大幅に削減することができ、セメントキルン抽気ガス処理システムの運転コストを低く抑えることが可能となる。尚、溶媒としては、水または水を含有するスラリー等、抽気ガス中のダスト等を捕集可能な液状物を用いる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のセメントキルン抽気ガス処理システムの好ましい一形態として、前記湿式集塵装置がミキシングスクラバーであることを特徴とする。ここで、ミキシングスクラバーとは、筒体内に、該筒体内を気体と液体が向流または並流で移動していく過程で、該流れに旋回を与える案内羽根を複数配置したことを特徴とする、気体と液体とを接触させ、反応及びダストの捕集等を行わせる装置をいう。好ましくは、気体と液体とを並流とし、該流れに右旋回を与える案内羽根と、左旋回を与える案内羽根とを交互に配置する。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のセメントキルン抽気ガス処理システムにおいて、前記分級機の分級点を可変としたことを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、分級機の分級点を調整することにより、微粉に含まれるＣａＯ濃度を制御し、湿式集塵装置内のスラリーのｐＨを制御することができる。分級機には、乾式分級機、すなわち、沈降室等の重力分級機、Ｖ型、ジグザグ型等の慣性分級機、気流旋回型、回転翼型等の遠心式分級機、振動篩、音波篩、気流分散型等の機械式篩等を使用することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１、２または３に記載のセメントキルン抽気ガス処理システムにおいて、前記分級機はサイクロンであって、該サイクロンの入口風速を可変としたことを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、サイクロンの入口風速を変更して分級点を調整することにより、微粉に含まれるＣａＯ濃度を制御し、湿式集塵装置内のスラリーのｐＨを制御することができる。入口風速の変更は、ガイドベーンの位置を変更したり、サイクロンの台数を変更すること等によって行う。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、セメントキルン抽気ガス処理方法であって、セメントキルンのキルン尻からボトム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、抽気ガス中のダストの粗粉を分離し、微粉を含む抽気ガスを溶媒を用いて湿式集塵し、該湿式集塵によって得られたスラリーのｐＨを３以上、６以下に調整し、該スラリーを固液分離して得られる排水から重金属を含む有害物質を除去することを特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、セメントキルン抽気ガス中のダストの粗粉を分離した後、微粉を含む抽気ガスを溶媒を用いて湿式集塵するため、ダストに含まれるＣａＯと抽気ガス中のＳＯ２ガスとを利用して湿式集塵によって得られたスラリーのｐＨを調整することができ、排水から重金属を含む有害物質を除去する際に用いるｐＨ調整剤の量を大幅に削減することができる。また、スラリーのｐＨを３以上、６以下に調整するため、スラリー中の固形分の主成分をＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏとすることができ、該スラリーを固液分離して得られたケークをセメント粉砕工程において利用することができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のセメントキルン抽気ガス処理方法の好ましい一形態として、前記抽気ガス中のダストの粗粉を分離する際の分級点を、前記抽気ガス中のダストの粒径頻度及びＣａＯ濃度から算出して前記スラリーのｐＨが３以上、６以下になるように決定するか、または、前記スラリーのｐＨの実測値から該スラリーのｐＨが３以上、６以下になるように決定することを特徴とする。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載のセメントキルン抽気ガス処理方法において、重金属を除去した排水を、脱塩水と濃縮塩水または工業塩に分離することを特徴とする。これによって、脱塩水及び工業塩等を各々有効利用することができる。塩水の濃縮操作の手段としては、電気透析、多重効用缶等を用いることができ、固形塩を回収する手段としては、晶析、蒸発乾固等を用いることができる。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、請求項５、６または７に記載のセメントキルン抽気ガス処理方法において、前記脱塩水を、前記湿式集塵の使用水として再利用することを特徴とする。これによって、湿式集塵のための使用水量を削減することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明にかかるセメントキルン抽気ガス処理システムの一実施の形態を示し、このセメントキルン抽気ガス処理システム１は、セメントキルン２のキルン尻から図示しないボトム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するプローブ３と、このプローブ３で抽気した燃焼ガスに含まれるダストの粗粉を分離する分級機としてのサイクロン５と、サイクロン５から排出された微粉を含む抽気ガスを溶媒を用いて集塵する湿式集塵装置としてのミキシングスクラバー６と、ミキシングスクラバー６から排出されたスラリーを固液分離する固液分離装置としてのフィルタープレス１０と、フィルタープレス１０から排出された排水から重金属を含む有害物質を除去する排水処理設備としての貯槽１１乃至塩回収装置１８等で構成される。
【００２３】
セメントキルン２のキルン尻からボトムサイクロンに至るまでのキルン排ガス流路からの抽気ガスは、プローブ３において冷却ファン４からの冷風によって冷却された後、サイクロン５に導入され、粗粉と微粉及びガスとに分離される。
【００２４】
微粉及びガスは、ミキシングスクラバー６において、循環液槽７から供給されるスラリーの有する水分等によって冷却され、微粉がミキシングスクラバー６によって集塵される。ミキシングスクラバー６から排出された排ガスは、循環液槽７、洗浄塔８及びファン９を経て大気に放出される。
【００２５】
ここで、ミキシングスクラバー６で集塵されたＫＣｌ等の塩素分を含む集塵ダストスラリーのｐＨを３以上、６以下に調整する。これは、後述するように、排水処理工程におけるｐＨ調整剤の添加量を低減するためである。集塵ダストスラリーには、微粉中のＣａＯが水と反応して生じたＣａ（ＯＨ）２が存在するとともに、セメントキルン入口フードからの抽気ガスにはＳＯ２が含まれるため、これらによって集塵ダストスラリーのｐＨを調整することができる。
【００２６】
具体的には、集塵ダストスラリーのｐＨを調整するにあたって、サイクロン５の分級点を変化させる。サイクロン５において回収されなかった微粉中のＣａＯを含むセメント原料と、ＫＣｌ等を含む微粉の粒度分布は、図２に示すとおりである。そこで、ｐＨを上げるためには、サイクロン５の分級点を、例えば、Ａ点からＢ点に移動させる。これによって、サイクロン５から排出される微粉中のＣａＯ濃度が上昇し、集塵ダストスラリーのｐＨを上昇させることができる。分級点を決定するにあたっては、抽気ガス中のダストの粒径頻度及びＣａＯ濃度から算出するか、集塵ダストスラリーのｐＨの実測値から該スラリーのｐＨが３以上、６以下になるように決定することができる。
【００２７】
サイクロン５の分離粒子径は、以下の式で決定される。ここで、Ｄ０：分離粒径［ｃｍ］、μ：流体粘度［ｐｏｉｓｅ］、ρＳ：ダスト比重［ｇ／ｃｍ３］、ρｆ：流体比重［ｇ／ｃｍ３］、Ｖｉ：入口流速［ｃｍ／ｓｅｃ］、ｄ０：出口ダクト径［ｃｍ］、Ｈ：サイクロンホッパー部高さ［ｃｍ］である。従って、サイクロン５の分級点を変更するにあたって、入口流速Ｖｉを小さくしたり、サイクロンホッパー部高さＨを小さくしたり、出口ダクト径ｄ０を小さくすることによって分離粒径Ｄ０が大きくなるが、サイクロンホッパー部高さＨ、出口ダクト径ｄ０を変更することは現実には困難であるため、ガイドベーンの位置の変更、及びサイクロンの台数の変更等によって入口流速Ｖｉを調整するのが現実的な方策である。
【００２８】
【数１】
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【００２９】
ミキシングスクラバー６で集塵されたＫＣｌ等の塩素分を含む集塵ダストスラリーは、循環液槽７を経て、フィルタープレス１０によってケークと塩水（排水）とに分離される。
【００３０】
図３は、本発明にかかるセメントキルン抽気ガス処理方法の一実施例として、ミキシングスクラバーを用いた湿式塩素バイパス試験機において、ミキシングスクラバーによって得られた集塵ダストスラリーのｐＨを変化させた場合の該スラリーのＸ線回折結果を比較したものである。図３（ａ）は、スラリーのｐＨを３〜５に調整した場合、図３（ｂ）は、スラリーのｐＨを８〜１０に調整した場合を示し、スラリーのｐＨを３〜５に調整することによって、スラリー中の固形分の主成分をＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏとすることができることが判る。
【００３１】
以上のように、スラリーのｐＨを３〜５に調整することによって、フィルタープレス１０からの脱塩ダストケークをセメントミル系へ添加することができ、石膏を含む脱塩ダストケークを有効利用することができる。尚、スラリーのｐＨを８〜１０に調整した場合には、脱塩ダストケークにかなりの量のＣａＣＯ３が含まれるため、セメント原料として利用することができるが、セメントキルンによって焼成する必要がある。
【００３２】
図１に戻り、フィルタープレス１０からの排水は、貯槽１１を経て薬剤反応槽１２に供給される。薬剤反応槽１２内は、塩酸を加えてｐＨを４以下に調整する。ここで、上述のように、ミキシングスクラバー６で集塵されたＫＣｌ等の塩素分を含む集塵ダストスラリーのｐＨを既に３以上、６以下に調整しているため、添加するｐＨ調整剤としての塩酸の量を大幅に低減することができる。尚、薬剤反応槽１２内の薬剤のｐＨを４以下に調整するのは、還元剤としての硫酸第一鉄を溶かして還元剤としての効果を高めるためである。そして、硫酸第一鉄によって、排水に含まれる重金属としてのセレン等を還元して析出させた後、水酸化カルシウムを加え、ｐＨを８〜１１に上昇させ、硫酸第一鉄を凝縮、析出させる。
【００３３】
さらに、フィルタープレス１３を用いて固液分離を行い、ケークをセメント原料として利用し、ろ液を、さらに薬剤反応槽１４で塩酸を加えてｐＨ調整した後、除鉄塔１５、キレート樹脂塔１６、ろ過装置１７によって、鉄、残留重金属、縣濁物質を除去する。尚、固液分離には、フィルタープレスの他に遠心分離機等を使用することができる。その後、塩回収装置１８で、電気透析を用いて脱塩水と濃縮塩に分離し、さらに晶析装置を用いて工業塩を回収する。脱塩水は、洗浄塔８に供給して再利用することができ、湿式集塵のための使用水量を削減することができる。
【００３４】
次に、本発明にかかるセメントキルン抽気ガス処理方法の試験例として、種々のスラリーについて、ミキシングスクラバーによって得られた集塵ダストスラリーのｐＨを２にした場合の排水処理設備での塩酸の使用量を比較した場合について、表１を参照しながら説明する。
【００３５】
同表において、実施例１は、本発明にかかる湿式集塵装置を用いた塩素バイパスシステムでｐＨを３〜５に調整したスラリーを用いた場合、比較例１は、従来の乾式集塵装置を用いた塩素バイパスシステムで捕集したダストに水を添加したスラリー（固液比１：１０）を用いた場合、比較例２は、湿式集塵装置を用いた塩素バイパスシステムでｐＨを８〜１０に調整したスラリーを用いた場合を示す。各々のスラリーをろ過した後、得られたろ液と固形分とで実機想定液（縣濁物質の量は、２０００ｍｇ／Ｌ）を作成し、これを濃度３．５％の塩酸でｐＨが２となるまで滴定し、このときの塩酸の使用量を比較した。その結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
表１に示すように、乾式集塵装置を用いた場合に比較して、湿式集塵装置を用いることによって大幅に塩酸使用量を低減することができるとともに、スラリーのｐＨを３〜５に調整することによってさらに塩酸使用量を低減できることが判る。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明かかるセメントキルン抽気ガス処理システム及び処理方法によれば、塩素バイパスダスト等を脱塩処理する際の固液分離後の排水のｐＨ調整のための薬剤の使用量を大幅に低減し、運転コストを低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるセメントキルン抽気ガス処理システムの一実施の形態を示すフローチャートである。
【図２】図１のセメントキルン抽気ガス処理システムのサイクロンで回収されなかった微粉中のＣａＯを含むセメント原料と、ＫＣｌ等を含む微粉の粒度分布を示すグラフである。
【図３】図１のセメントキルン抽気ガス処理システムのミキシングスクラバーによって得られた集塵ダストスラリーのｐＨを変化させた場合の該スラリーのＸ線回折結果を示す図である。
【符号の説明】
１            セメントキルン抽気ガス処理システム
２            セメントキルン
３            プローブ
４            冷却ファン
５            サイクロン
６            ミキシングスクラバー
７            循環液槽
８            洗浄塔
９            ファン
１０        フィルタープレス
１１        貯槽
１２        薬剤反応槽
１３        フィルタープレス
１４        薬剤反応槽
１５        除鉄塔
１６        キレート樹脂塔
１７        ろ過装置
１８        塩回収装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004331474.tif 000007