JP2010116283A - セメントキルン排ガスの処理装置及び処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】セメントキルンから排出される燃焼排ガスから水銀を効率よく除去する。
【解決手段】セメントキルン排ガスに含まれるダストを集塵する集塵装置２と、集塵装置２で集塵されたダストを加熱する加熱装置３と、加熱装置３から排出されたダストを含む排ガスを固気分離するセラミックフィルタを備えた固気分離装置６と、固気分離装置６によって分離されたガスの気相側に存在する水銀を回収する水銀回収装置８とを備えるセメントキルン排ガスの処理装置１。加熱装置３は、ガスで直接ダストを加熱することができる。加熱装置３から排出された前記ダストを含む排ガスの温度を２５０℃以上８００℃以下とすることができる。集塵装置２によって集塵されたダストを分級する分級装置２２又は集塵されたダストを造粒する造粒装置３２を備え、加熱装置３は、分級装置２２で分級された微粉側ダスト側のダスト又は造粒装置３２によって得られた造粒物を加熱してもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、セメント焼成設備を構成するセメントキルンから排出される燃焼排ガスから水銀を除去する装置及び方法に関する。

セメントキルンの排ガスには、微量の金属水銀（Ｈｇ）が含まれている。その起源は、セメントの主原料である石灰石等の天然原料が含有する水銀の他、フライアッシュ等の多品種にわたるリサイクル資源に含まれる水銀である。近年、廃棄物のセメント原料化及び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、セメントキルン排ガス中の水銀濃度が増加する可能性が考えられる。

しかし、セメントキルンの排ガスに低濃度で含まれる水銀を、多量の排ガスから除去することは極めて困難であり、セメントキルンの排ガス中の水銀が増加すると、大気汚染の原因となる虞があるとともに、フライアッシュ等のリサイクル資源利用拡大の阻害要因となる虞もある。

そこで、例えば、特許文献１には、セメントの製造工程から排出される排ガス中に含まれる水銀等を効率よく除去し、水銀等を除去した集塵ダストをセメント原料に再利用するため、セメントキルン排ガスを集塵機によって除塵した後、捕集した集塵ダストを加熱炉に導き、集塵ダスト中の水銀を揮発温度以上に加熱して揮発させ、その後、吸着剤等により吸着して除去するセメント製造排ガスの処理方法が提案されている。

しかし、上記文献には、揮発させた水銀を吸収液や吸着剤を用いて回収することが記載されているが、処理対象となる揮発状態の水銀を含むガスの温度や、水銀の回収に際して処理対象となるガスから事前にダストを除去するか否かなど、回収方法の詳細については言及されていない。

一方、特許文献２には、セメント製造設備内に水銀、ダイオキシン等の有害物質が蓄積するのを防止するため、セメント原料を予熱するためのプレヒーターより排出された後、煙突に至るまでの間の配管又は装置内を流通する温度３５０℃以上の排ガスの一部を抽気し、該ガスに含まれる水銀、ダイオキシン等の有害物質を凝縮させて除去する方法が記載されている。

特開２００２−３５５５３１号公報 特開２００５−９７００５号公報

しかし、上記特許文献２に記載の方法では、プレヒーターのサイクロンで排ガスからダストを捕集するものの、捕集されなかったダストは、排ガス中の水銀とともに凝縮装置に導かれるため、凝縮装置から回収されるダストは、水銀と水銀以外の物質とが混在した状態となる。このため、回収ダストから水銀のみを取り出すための操作が別途に必要となり、処理コストの高騰や処理効率の低下等を招くという問題がある。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、セメントキルンから排出される燃焼排ガスから水銀を効率よく除去することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、セメントキルン排ガスの処理装置であって、セメントキルンの排ガスに含まれるダストを集塵する集塵装置と、該集塵装置で集塵されたダストを加熱する加熱装置と、該加熱装置から排出された、前記ダストを含む排ガスを固気分離するセラミックフィルタを備えた固気分離装置と、該固気分離装置によって分離されたガスの気相側に存在する水銀を回収する水銀回収装置とを備えることを特徴とする。

そして、本発明によれば、セメントキルンの排ガス中のダストに含まれる水銀を、ダストを加熱することにより揮発させ、さらに加熱後の高温のダストを除去した上で気相側に存在する水銀を回収することができる。従って、水銀回収装置へのダストの侵入を防止しながら、セメントキルンの排ガスから水銀を効率よく除去することが可能となる。

上記セメントキルン排ガスの処理装置において、前記加熱装置は、前記集塵装置で集塵されたダストをガスにて直接加熱することができる。ガスにて直接ダストを加熱しているため、ダストを均一かつ効率的に加熱することができ、ダスト中の水銀を効率よく除去することができる。

また、上記セメントキルン排ガスの処理装置において、前記加熱装置から排出された前記ダストを含む排ガスの温度を２５０℃以上８００℃以下とすることができ、この温度範囲では排ガス中の水銀の大部分が揮発しているため、水銀を効率よく回収することができる。

さらに、上記セメントキルン排ガスの処理装置において、前記集塵装置によって集塵されたダストを分級する分級装置を設け、前記加熱装置は、前記分級装置で分級された微粉側のダストを加熱することができる。これによれば、セメントキルン排ガス中のダストの分級操作を行うことで、水銀含有率の高いダストを選択的に取り出し、そのダストを対象にして水銀の除去処理を行うため、水銀除去に不要なダストを事前に取り除いた状態で除去処理を行うことができる。従って、短時間で多量のセメントキルン排ガスを処理したり、或いは、設備規模を縮小化することができるため、処理効率の向上や処理コストの削減を図ることが可能になる。

また、上記セメントキルン排ガスの処理装置において、前記集塵装置によって集塵されたダストを造粒する造粒装置を設け、前記加熱装置は、前記造粒装置によって得られた造粒物を加熱することができる。これによれば、排ガス中のダストを粒状化した後に加熱するため、設備容量の小さい加熱装置を用いた場合でも、水銀の揮発に十分な加熱時間を確保することができ、捕集したダスト中の水銀を漏れなく揮発させることができるとともに、ダストを粒状化しているため、後段で処理すべきダスト量も少なくなり、後段のダスト処理工程にかかる負担を軽減することもできる。

また、本発明は、セメントキルン排ガスの処理方法であって、セメントキルンの排ガスに含まれるダストを集塵し、集塵されたダストを加熱し、加熱したダストを含む排ガスをセラミックフィルタを備えた固気分離装置を用いて固気分離し、該固気分離によって分離されたガスの気相側に存在する水銀を回収することを特徴とする。本発明によれば、上記発明と同様に、セメントキルンの排ガスから水銀を効率よく除去することが可能となる。

以上のように、本発明によれば、セメントキルンから排出される燃焼排ガスから水銀を効率よく除去することができる。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明にかかるセメントキルン排ガスの処理装置（以下、適宜「処理装置」という）の第１の実施形態を示し、この処理装置１は、セメントキルン排ガスに含まれるダストを集塵する電気集塵装置２と、電気集塵装置２で集塵されたダスト（以下、「ＥＰダスト」という）を加熱する加熱装置３と、加熱装置３に熱風Ｈを供給する熱風発生装置４と、加熱装置３によって加熱されたダストを含む排ガスＧ１を集塵するサイクロン５と、サイクロン５の排ガスＧ２を集塵する固気分離装置６と、固気分離装置６の排ガスＧ３から熱回収する熱交換器７と、熱交換器７を通過した排ガスＧ４から水銀を回収する水銀回収装置８とで構成される。

電気集塵装置２は、セメントキルンに付設されたプレヒータから排出されたセメントキルン排ガスに含まれるダストを集塵するために備えられ、セメント焼成設備において通常用いられるものである。この集塵ダストには、排ガス中の水銀が選択的に効率よく付着しており、該ダスト中の水銀を除去処理することが、セメント製造の系内の水銀を除去するのに最も効果的である。

加熱装置３は、熱風発生装置４からの熱風Ｈを用いてＥＰダストを加熱し、ＥＰダストに含まれる水銀を揮発させるために備えられる。

熱風発生装置４は、加熱装置３の熱源としての熱風を発生させるために備えられ、所定の燃料を燃焼させて熱風を生成する。燃料コストの削減や資源の有効活用の観点から、熱風発生装置４では、廃油や廃溶剤等の可燃性廃棄物を主燃料として用い、重油や灯油等の天然燃料は補助的に使用するに留めることが望ましい。

サイクロン５は、加熱装置３にて加熱されたＥＰダストを含む排ガスＧ１を集塵し、排ガスＧ１に含まれるＥＰダスト中の粗粉側ダストＤ１を分離するために備えられる。

固気分離装置６は、セラミックフィルタを備たバグフィルタであって、９００℃程度までの耐熱性を有する。このようなバグフィルタとしては、ハニカムセル化した棒状のセラミック管を複数配列したものや、シート状のセラミックフィルタを用いたものなど、様々なタイプのものが開発されているが、本発明においては、排ガスＧ２に含まれる微粉Ｄ２を集塵し得るものであれば、フィルタのタイプは特に限定されない。

熱交換器７は、固気分離装置６の排ガスＧ３の顕熱を有効利用するために備えられる。排ガスＧ３中には、揮発した水銀が存在することから、水銀の再凝縮を避けるため、熱交換器７には、排ガスＧ３と非接触のタイプの熱交換器を用いる必要があるが、例えば、熱交換器７にて回収した熱を蒸気ボイラー用の熱源や空気予熱用の熱源として利用することができる。

水銀回収装置８は、排ガスＧ４中の水銀を除去するために備えられる。この水銀回収装置８としては、乾式、湿式のいずれの回収装置も用いることができる。水銀回収装置８として乾式の吸着装置、特に吸着媒体として活性炭を用いる場合には、熱交換器７を通して排ガスＧ４の温度を活性炭への通ガス可能温度（例えば１００℃程度）まで下げる必要がある。一方、水銀回収装置８として湿式のガス吸収装置を用いる場合には、排ガスＧ３を必ずしも熱交換器７に通す必要はなく、直接水銀回収装置８に導入することができる。

次に、上記構成を有する処理装置１の動作について、図１を参照しながら説明する。

セメントキルンの運転時に、電気集塵装置２でセメントキルン排ガスを集塵し、捕集したＥＰダストに含まれる水銀を除去すべく加熱装置３に移送する。

次に、熱風発生装置４からの熱風Ｈを用い、加熱装置３において電気集塵装置２から搬送されたＥＰダストを加熱し、ＥＰダスト中の水銀を揮発させる。ここで、加熱装置３からの排ガスＧ１の温度が２５０℃以上８００℃以下になるように制御する。この温度範囲で排ガス中の水銀の大部分が揮発するため、水銀を効率よく回収することができる。

次に、加熱されたＥＰダスト及び揮発した水銀を含む排ガスＧ１をサイクロン５へ導入し、回収された粗粉側ダストＤ１をセメントキルンの原料系に戻す。さらに、サイクロン５の排ガスＧ２を固気分離装置６に導入し、回収された微粉側ダストＤ２をセメントキルンの原料として利用したり、加熱装置３に供給して再加熱する。

次に、固気分離装置６の排ガスＧ３を熱交換器７に導入し、排ガスＧ３の顕熱を有効利用した後、熱交換器７の排ガスＧ４を水銀回収装置８に導入し、排ガスＧ４中の水銀を除去する。尚、排ガスＧ３を熱交換器７に導入せず、ガス吸収装置を用いた水銀回収装置８に直接導入して水銀を除去することもできる。水銀回収装置８において水銀が除去され、無害化した排ガスＧ５は、大気に放出するか、キルン系に戻す。

以上のように、本実施の形態によれば、揮発状態の水銀を含む高温の排ガスＧ２を固気分離装置６に導入し、微粉側ダストＤ２を除去した後、揮発状態の水銀をそのまま水銀回収装置８に導入して水銀を回収するため、ＥＰダストを加熱することにより揮発した水銀の大部分を回収することが可能となり、セメントキルンから排出される燃焼排ガスから水銀を効率よく除去することができる。

次に、本発明にかかるセメントキルン排ガスの処理装置の第２の実施形態について、図２を参照しながら説明する。

この処理装置２１は、図１に示した処理装置１において、電気集塵装置２と加熱装置３との間に分級装置２２を備え、他の構成要素については処理装置１と同様である。

分級装置２２は、電気集塵装置２で捕集された集塵ダストを、粗粉側ダストＣと微粉側ダストＦに分離するために備えられ、遠心力式分級機、慣性力式分級機等を用いることができる。好ましくは、例えば、一般的なサイクロンエアセパレータ等よりも高い分級性能を有する、かご状のロータを内蔵した遠心力式分級機を備える方がよい。また、分級装置２２は、部分分級効率が５０％となる粒径が少なくとも１０μｍ以下となるような性能を有するものとする。

この分級装置２２により回収された粗粉側ダストＣは、セメント原料等として再利用し、微粉側ダストＦは、水銀を除去すべく加熱装置３に導入する。この処理は、水銀のほとんどがＥＰダストの微粉側ダスト側に偏在しているとの知見に基づくものであり、上記分級処理によりＥＰダストの中から水銀を多く含有する部分のみを選択的に抽出することができる。

本実施の形態によれば、電気集塵装置２で捕集したＥＰダストから水銀の含有率が高い微粉側ダストＦを選択的に取り出し、微粉側ダストＦのみを加熱装置３に導入するため、水銀の除去に際し、加熱処理の必要がないものを事前に取り除いた状態で加熱処理を行うことができる。従って、より多くのダストを加熱装置３に導入したり、或いは、設備規模を縮小化することができるため、処理効率の向上や処理コストの削減を図ることが可能になる。

次に、本発明にかかるセメントキルン排ガスの処理装置の第３の実施形態について、図３を参照しながら説明する。

この処理装置３１は、図１に示した処理装置１において、電気集塵装置２と加熱装置３との間に造粒装置３２を備え、他の構成要素については処理装置１と同様である。

造粒装置３２は、電気集塵装置２で捕集されたＥＰダストを造粒し、所定の粒径（例えば、２〜３ｍｍ）を有する粒体物を生成するために備えられる。ＥＰダストの造粒方法は、特に限定されるものではなく、造粒装置３２として、圧縮成形造粒機や押出し成形造粒機等の種々の造粒機を用いることができる。

本実施形態では、加熱装置３として流動層式加熱炉を用いることが好ましい。流動層式加熱炉では、熱風発生装置４にて発生させた所定温度の熱風を炉底から吹き込むことにより炉内に流動層を形成し、投入された造粒物Ｐを流動させながら加熱する。このため、規模の小さい流動層式加熱炉であっても造粒物Ｐの加熱時間を十分に取ることができ、効率よく水銀を揮発させることができる。

また、前記流動層式加熱炉に用いる補助流動材には、造粒物Ｐの流動化を促すと同時に排ガスの脱硫も行う観点から、石灰石を用いることが好ましい。

本実施の形態によれば、電気集塵装置２で捕集したＥＰダストを粒状化するため、捕集直後のＥＰダストに比べて個々の体積や重量が大きく、造粒物Ｐの加熱装置３への投入時や加熱装置３での加熱時に炉内での造粒物Ｐの飛散が抑制される。このため、規模の小さい炉を用いた場合でも造粒物Ｐの加熱時間を長く稼ぐことができ、捕集したダスト中の水銀を漏れなく揮発させることができるとともに、ダストを粒状化しているため、後段で処理すべきダスト量も少なくなり、後段のダスト処理工程にかかる負担を軽減することもできる。また、電気集塵装置２で捕集したＥＰダストと比べて造粒後の造粒物Ｐの見かけ嵩密度が大きいため、設備容量を低減することが可能となる。

尚、上記第１乃至第３の実施形態では、電気集塵装置２によって捕集したＥＰダストを加熱しているが、電気集塵装置に代えて、バグフィルタ、サイクロン、移動式集塵機等を配置し、それら集塵機によってセメントキルンの排ガスに含まれるダストを捕集し加熱装置３に搬送してもよい。

また、上記実施形態では、水銀回収装置８として、吸収液を用いるガス吸収装置等を例示したが、吸着剤により水銀を吸着除去するガス吸着装置を用いることができ、具体的には、カートリッジ式固定相吸着装置、連続クロスフロー式移層吸着装置等を用いることができる。この際、吸着剤としては、硫黄又は金属硫化物、活性炭又は活性炭を担持した吸着媒体、水銀と反応する金属又は水銀を担持した吸着媒体等を用いることが好ましい。この場合、熱交換器の排ガスＧ４に吸着剤を吹き込み、ガス化した状態の水銀を吸着除去し、排ガスＧ４から水銀を取り除く。水銀を吸着した吸着剤は、回収して別途適切な最終処理を行う。好ましい最終処理方法として、例えば、水銀リサイクル処理を専門的に行っている企業や機関への委託処理が挙げられる。

さらに、水銀回収装置に活性炭や活性コークスなどを用いた装置を使用することで、水銀の他に、排ガスＧ１に含まれる微量のダイオキシンやＰＣＢ等の有機塩素化合物に代表される有害物質を分解除去することもできる。

尚、上記実施の形態では、排ガスＧ２の温度を２５０℃〜８００℃の範囲に制御しているが、排ガスＧ２の温度は、３００℃以上６００℃以下であることがより好ましい。排ガスＧ２の温度が３００℃未満では、一旦揮発した水銀がダスト側へ再付着する割合が高くなる。一方、排ガスＧ２の温度が６００℃より高いと、一旦揮発した水銀がダスト側へ再付着する割合はほとんど変わらず、設備への負担が大きくなる。

本発明にかかるセメントキルン排ガスの処理装置の第１の実施形態を示すフローチャートである。 本発明にかかるセメントキルン排ガスの処理装置の第２の実施形態を示すフローチャートである。 本発明にかかるセメントキルン排ガスの処理装置の第３の実施形態を示すフローチャートである。

符号の説明

１ セメントキルン排ガスの処理装置
２ 電気集塵装置
３ 加熱装置
４ 熱風発生装置
５ サイクロン
６ 固気分離装置
７ 熱交換器
８ 水銀回収装置
２１ セメントキルン排ガスの処理装置
２２ 分級装置
３１ セメントキルン排ガスの処理装置
３２ 造粒装置
Ｃ 粗粉側ダスト
Ｆ 微粉側ダスト
Ｄ１ 粗粉側ダスト
Ｄ２ 微粉側ダスト
Ｈ 熱風
Ｇ１〜Ｇ５ 排ガス

Claims (6)

1. セメントキルンの排ガスに含まれるダストを集塵する集塵装置と、
   該集塵装置で集塵されたダストを加熱する加熱装置と、
   該加熱装置から排出された、前記ダストを含む排ガスを固気分離するセラミックフィルタを備えた固気分離装置と、
   該固気分離装置によって分離されたガスの気相側に存在する水銀を回収する水銀回収装置とを備えることを特徴とするセメントキルン排ガスの処理装置。
2. 前記加熱装置は、前記集塵装置で集塵されたダストをガスにて直接加熱することを特徴とする請求項１に記載のセメントキルン排ガスの処理装置。
3. 前記加熱装置から排出された前記ダストを含む排ガスの温度が２５０℃以上８００℃以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のセメントキルン排ガスの処理装置。
4. 前記集塵装置によって集塵されたダストを分級する分級装置を備え、前記加熱装置は、前記分級装置で分級された微粉側のダストを加熱することを特徴とする請求項１、２又は３に記載のセメントキルン排ガスの処理装置。
5. 前記集塵装置によって集塵されたダストを造粒する造粒装置を備え、前記加熱装置は、前記造粒装置によって得られた造粒物を加熱することを特徴とする請求項１、２又は３に記載のセメントキルン排ガスの処理装置。
6. セメントキルンの排ガスに含まれるダストを集塵し、
   集塵されたダストを加熱し、
   加熱したダストを含む排ガスをセラミックフィルタを備えた固気分離装置を用いて固気分離し、
   該固気分離によって分離されたガスの気相側に存在する水銀を回収することを特徴とするセメントキルン排ガスの処理方法。

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