(57)【要約】【課題】従来の尿素等の還元剤の水溶液噴霧による脱硝法では、大きな脱硝効果が得られないセメント原料焼成装置に適用しても、高い脱硝効果が得られるようにした燃焼排ガス中の窒素酸化物除去方法【解決手段】ロータリーキルン３を備えたセメント原料焼成装置で発生する燃焼排ガス中の窒素酸化物を除去するための窒素酸化物除去方法において、上記燃焼排ガスに対し、固体状の還元剤を投入することとした。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータリーキルンを備えたセメント原料焼成装置で発生する燃焼排ガス中の窒素酸化物を除去するための窒素酸化物除去方法において、上記燃焼排ガスに対し、固体状の還元剤を投入することを特徴とする燃焼排ガス中の窒素酸化物除去方法。
【請求項２】
上記セメント原料焼成装置がサスペンションプレヒーターを備え、該サスペンションプレヒーター、ロータリーキルン原料入口部、及び該ロータリーキルン原料入口部に接続されたインレットフッドから選ばれた少なくとも一箇所に、固体状の還元剤を投入することを特徴とする請求項１記載の燃焼排ガス中の窒素酸化物除去方法。
【請求項３】
上記セメント原料焼成装置がサスペンションプレヒーター及び仮焼炉を備え、サスペンションプレヒーター、仮焼炉の上部、仮焼炉の下部、ロータリーキルン原料入口部、及び該ロータリーキルン原料入口部に接続されたインレットフッドから選ばれた少なくとも一箇所に、固体状の還元剤を投入することを特徴とする請求項１記載の燃焼排ガス中の窒素酸化物除去方法。
【請求項４】
上記セメント原料焼成装置がサスペンションプレヒーターを備えず、ロータリーキルン原料入口部、及び該ロータリーキルン原料入口部に接続されたインレットフッドから選ばれた少なくとも一箇所に、固体状の還元剤を投入することを特徴とする請求項１記載の燃焼排ガス中の窒素酸化物除去方法。
【請求項５】
上記還元剤として、熱分解の際ＮＨ３ガスを発生させ得る固体状物質を使用することを特徴とした請求項１〜４いずれかの燃焼排ガス中の窒素酸化物除去方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、ロータリーキルンを備えるセメント原料焼成装置で発生する燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物の除去方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒素酸化物を含む燃焼排ガス中に、高温域で尿素水等の還元剤を噴霧することにより、窒素酸化物を選択的に還元除去する脱硝法が知られている。しかし、セメント原料焼成装置では、この脱硝法の適用温度範囲が狭いため、反応に適した温度における滞留時間の確保が難しかった。また、還元剤と排ガスとの混合も重要で、それらを均一に混合しないと脱硝率が低下するといった欠点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の尿素等の還元剤の水溶液噴霧による脱硝法では、大きな脱硝効果が得られないセメント原料焼成装置に適用しても、高い脱硝効果が得られるようにした燃焼排ガス中の窒素酸化物除去方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係る燃焼排ガス中の窒素酸化物除去方法は、ロータリーキルンを備えたセメント原料焼成装置で発生する燃焼排ガス中の窒素酸化物を除去するための窒素酸化物除去方法において、上記燃焼排ガスに対し、固体状の還元剤を投入することを特徴とする。
【０００５】
本発明に係る燃焼排ガス中の窒素酸化物除去方法は、その一実施の形態において、上記セメント原料焼成装置がサスペンションプレヒーターを備え、該サスペンションプレヒーター、ロータリーキルン原料入口部、及び該ロータリーキルン原料入口部に接続されたインレットフッドから選ばれた少なくとも一箇所に、固体状の還元剤を投入することとしている。
【０００６】
本発明に係る燃焼排ガス中の窒素酸化物除去方法は、他の実施の形態において、上記セメント原料焼成装置がサスペンションプレヒーター及び仮焼炉を備え、サスペンションプレヒーター、仮焼炉の上部、仮焼炉の下部、ロータリーキルン原料入口部、及び該ロータリーキルン原料入口部に接続されたインレットフッドから選ばれた少なくとも一箇所に、固体状の還元剤を投入することとしている。
【０００７】
本発明に係る燃焼排ガス中の窒素酸化物除去方法は、さらに他の実施の形態において、上記セメント原料焼成装置がサスペンションプレヒーターを備えず、ロータリーキルン原料入口部、及び該ロータリーキルン原料入口部に接続されたインレットフッドから選ばれた少なくとも一箇所に、固体状の還元剤を投入することとしている。
【０００８】
本発明に係る燃焼排ガス中の窒素酸化物除去方法では、上記還元剤として、熱分解の際ＮＨ３ガスを発生させ得る固体状物質を使用することが好適である。このような還元剤としては、固体窒素化合物が好適であり、具体的に、尿素、炭酸水素アンモニウム、炭酸アンモニウム、蓚酸アンモニウム、メラミン、ビウレット、シアヌル酸等から選ばれる少なくとも一以上のものを挙げることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る燃焼排ガス中の窒素酸化物除去方法の好適な実施の形態を図１及び図２を参照しながら説明する。
【００１０】
図１に、本発明に係る燃焼排ガス中の窒素酸化物除去方法が適用される一般的なセメント原料焼成装置について、その一実施の形態を概念的に示す。図１に示したセメント原料焼成装置は、サスペンションプレヒーター１、仮焼炉２、ロータリーキルン３、クリンカークーラー４をその主要な構成要素としている。
【００１１】
このセメント原料焼成装置では、サスペンションプレヒーター１の最上部から供給されたセメント原料粉末が徐々に下方に向かう。その際セメント原料粉末はサスペンションプレヒーター１の下方に設置された微粉炭等を燃料とする仮焼炉バーナ５及びロータリーキルン３で発生する高温燃焼ガスにより予熱される。
【００１２】
この時セメント原料粉末の温度は、約７５０℃になり仮焼炉２に供給され、さらにその後最下段サイクロンで捕集される。この時点でセメント原料は８５％以上の脱炭酸率に達している。予熱分解されたセメント原料は続いてロータリーキルン３に入り、出口に向かい転動しながら移動する。原料出口側には微粉炭又は重油等を主燃料とするキルンバーナ７が設置されている。ロータリーキルン３内のセメント原料は、１４５０〜１５００℃程度まで昇温された後、１３００〜１３５０℃程度まで低下しセメントクリンカーとなってクリンカークーラー４に排出される。
【００１３】
ロータリーキルン３又は仮焼炉２で発生した燃焼排ガス中には窒素酸化物が含まれ、これを排出基準値以下にまで除去する必要がある。セメント焼成炉での規制値は２５０ｐｐｍ（Ｏ２１０％、最大定格排ガス量１０万Ｎｍ３／ｈ以上）となっている。
【００１４】
この要件を満足するために、図１のセメント原料焼成装置においては、サスペンションプレヒーター１の所定の位置から、固体状の還元剤を投入する。固体状の還元剤は、サスペンションプレヒーター１に投入された途端に燃焼排ガスにより一様に分散する。さらに、高温の燃焼排ガスに接触することにより、表面から徐々に分解・揮発しながらサスペンションプレヒーター１の下方へ向かう。これにより分解・揮発した還元剤と燃焼排ガスとは、一様に接触することが可能となる。さらに、燃焼排ガスとの接触時間を長く取ることができる。
【００１５】
以上のことから、固体状の還元剤を投入する場合は、高速のガス流の影響を受けず、分散性が良く、還元剤と排ガスとの混合が良くなる。また、瞬時のうちにプレヒーター１の上部の低温度域へ流されることがなく、適温度域での滞留時間が長くなる等により、従来生じていた、不都合な現象を回避することができる。したがって、高い脱硝効果を得ることが可能となる。
【００１６】
固体状の還元剤の投入位置としては、▲１▼セメント原料投入口９、▲２▼各サイクロンの出口ダクト、▲３▼仮焼炉２の上部、▲４▼仮焼炉２の下部、▲５▼インレットフッド６、▲６▼ロータリーキルン原料入口部１０等から選ばれた少なくとも一箇所を挙げることができる。
ただし、仮焼炉２の方式により仮焼炉２の下部（又はインレットフッド６、ロータリーキルン原料入口部１０）での添加には不向きな場合もある。これは、還元剤添加後の燃焼排ガスがそのまま仮焼炉２に導入される方式のものである。この場合、一旦窒素酸化物が窒素に還元された後、仮焼炉２の燃焼領域で再度窒素が酸化されることになるため、脱硝効果が上がらない。したがって、固体状還元剤の添加位置は、仮焼炉２の方式により限定される場合もある。
【００１７】
従来、尿素を一旦水に溶解させた後、仮焼炉２の上部の約９００℃のガス温度域に、スプレーノズルを用い噴霧させる等の方法を試みた。しかし、噴霧された微粒の尿素水粒子が燃焼排ガスの流れに巻き込まれ燃焼排ガス中に十分に到達・浸透することなく結果的に部分的な混合に留まってしまっていた。これは、この部位でのガス流速が、１０〜数十ｍ／ｓと早いためであることに起因する。また、このようにガス流速が早いため、適温度域での滞留時間（反応時間）が短いことから期待するほどの脱硝効果が得られなかったものと推測される。
【００１８】
次に、本発明に係る燃焼排ガスの窒素酸化物除去方法を適用するサスペンションプレヒーターを持たないセメント原料焼成装置の一実施の形態を図２に示す。図２に示されているセメント原料焼成装置は、ロータリーキルン２１、クリンカークーラー２２、冷却塔２３及びサイクロン２４を主な構成要素として含む。
【００１９】
この実施の形態では、ロータリーキルン原料入口部から供給したセメント原料粉末は、ロータリーキルン２１に入り、原料出口側に向かい転動しながら移動する。原料出口側には微粉炭又は重油等を主燃料とするキルンバーナ２７が設置されている。セメント原料は、ロータリーキルン２１内で予熱、脱炭酸、焼成といった過程を経て、その後セメントクリンカーとなってクリンカークーラー２２に排出される。一方、燃焼排ガスは冷却塔２３で急冷された後、サイクロン２４により粗粒子成分が分級され再びロータリーキルン２１に戻され、燃焼排ガス及び一部の微粒子がサイクロン２４から排出される。
【００２０】
次いで、サスペンションプレヒーターを具備しないセメント原料焼成装置においては、ロータリーキルン原料入口部又はそれに接続されたインレットフッド２５から、固体状の還元剤を投入する。
その投入方法としては、▲１▼予めセメント原料に混入させる、▲２▼セメント原料送入用とは別にスクリューフィーダ等の輸送機にて送入させる、▲３▼空気圧送によりロータリーキルン２１内部へ吹込む等を挙げることができる。投入位置としては、ロータリーキルン２１の原料入口部、及び該ロータリーキルン２１の原料入口部に接続されたインレットフッド２５から選ばれた少なくとも一箇所である。この場合、セメント原料投入用の原料送入用スクリューコンベアー２６とは、別のコンベアーを使用することもできる。
【００２１】
ロータリーキルン２１に投入された固体状の還元剤は、セメント原料に混入した状態でロータリーキルン２１内部を転動する。固体状の還元剤は、転動しながら高温の排ガスに接触することにより、表面から徐々に分解・揮発しながら原料出口側へ移動する。すなわち、固体状の還元剤は投入と同時に分解・揮発するのではなく、より原料出口側で分解・揮発することになり、排ガスとの接触時間を長くとることができる。このため、水溶液を噴霧する場合に比較し高い脱硝効果を得ることができる。
【００２２】
かつて、図２のセメント原料焼成装置で、尿素水等の還元剤をロータリーキルン原料入口部からスプレーノズルを用い噴霧させることが試みられた。しかし、インレットフッド２５通過後は、冷却塔２３で急冷されるため、脱硝に適した温度での滞留時間が短く、十分な脱硝効果を得ることができなかった。
【００２３】
なお、上記した固体状の還元剤としては、尿素、炭酸水素アンモニウム、炭酸アンモニウム、蓚酸アンモニウム、メラミン、ビウレット、シアヌル酸等の熱分解の際ＮＨ３ガスを発生させ得る物質を用いることができる。これらのうち、安価で取扱いが容易な尿素を用いるのが好ましい。また、その大きさは平均粒径で０．５ｍｍ以上、１００ｍｍ以下が好適である。平均粒径が０．５ｍｍ未満であると、分解・揮発時間が短くなり、脱硝適温度域での滞留時間が短くなるため脱硝効果が低下する。また、この固体状の還元剤は、大きすぎるとダクト部での閉塞を起こし易く、あるいは、衝撃により各装置を損傷させるため、その平均粒径は、１００ｍｍ以下が好ましい。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明に係る燃焼排ガスの窒素酸化物除去方法に関し、その実施例を挙げる。
実施例
還元剤として尿素（平均粒径φ１．５ｍｍ程度）を使用し、ＮＨ３／ＮＯｘ＝１（モル比）となるよう投入量を調整した後、所定の位置から投入し、その脱硝効果を確認した。
同時に比較対照用に同量の尿素を１０％濃度水溶液となるよう調整した後、スプレーノズルにより同位置から噴霧させた。
投入位置としては、サスペンションプレヒーターを具備するセメント原料焼成装置では仮焼炉上部、サスペンションプレヒーターを具備しないセメント原料焼成装置においては予め調合原料に混入させロータリーキルン内部に送入した。
結果を表１に示す。これより尿素水噴霧時に比較し、固体尿素投入時の方が高い脱硝効果が得られることが分かる。
【表１】
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【００２５】
【発明の効果】
上記したところから明らかなように、本発明によれば、従来の尿素等の還元剤の水溶液噴霧による脱硝法では、大きな脱硝効果が得られないセメント原料焼成装置に適用しても、高い脱硝効果が得られるようにした燃焼排ガス中の窒素酸化物除去方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃焼排ガス中の窒素酸化物除去方法を適用するサスペンションプレヒーター及び仮焼炉を備えるセメント原料焼成装置の一実施の形態を説明する概念図である。
【図２】本発明に係る燃焼排ガス中の窒素酸化物除去方法を適用するサスペンションプレヒーターを具備しないセメント原料焼成装置の一実施の形態を説明する概念図である。
【符号の説明】
１　サスペンションプレヒーター
２　仮焼炉
３　ロータリーキルン
４　クリンカクーラー
５　仮焼炉バーナ
６　インレットフッド
７　キルンバーナ
９　セメント原料投入口
２１　ロータリーキルン
２２　クリンカクーラー
２３　冷却塔
２４　サイクロン
２５　インレットフッド
２６　原料用送入用スクリューコンベアー
２７　キルンバーナー
【図１】
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【図２】
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