JP7202467B2

JP7202467B2 - セメントキルン排ガスの脱硝方法

Info

Publication number: JP7202467B2
Application number: JP2021536566A
Authority: JP
Inventors: 泰史山本; 敏章廣瀬
Original assignee: Taiheiyo Engineering Corp
Current assignee: Taiheiyo Engineering Corp
Priority date: 2019-08-01
Filing date: 2019-08-01
Publication date: 2023-01-11
Anticipated expiration: 2039-08-01
Also published as: WO2021019753A1; KR102334004B1; KR20210015601A; CN112601725A; JPWO2021019753A1

Description

本発明は、セメントキルンから排出される燃焼ガス中の窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」という。）濃度を低減する技術に関する。

セメントキルンの排ガスには、焼成帯の高温域に起因するＮＯｘが含まれ、ＮＯｘの濃度が高い場合には、尿素やアンモニア等の脱硝剤を投入したり、仮焼炉における燃焼による還元作用によってＮＯｘ濃度を低減している。しかし、尿素を脱硝剤として利用する方法では、尿素が高価であるため運転コストが高騰する。また、尿素を添加するのみでは脱硝効率が低く、ＮＯｘと反応しなかった余剰アンモニアがそのまま系外へ排出される虞もある。

そこで、本出願人は、セメントキルンの窯尻内に燃料及び燃焼用空気を吹き込む脱硝用バーナーを設け、セメントキルン排ガス中のＮＯｘを窯尻内の低酸素領域において還元すると共に、燃料を燃焼させることでセメント原料の脱炭酸効率も向上させることができ、仮焼炉の形式を問わず、良好な焼成状態を維持しながらセメントキルン排ガス中のＮＯｘ濃度を効率よく低減する技術を提案した（特許文献１参照）。

日本国特許第６４７６１６５号公報

上記特許文献１に記載の方法に基づき、従来、脱硝用バーナー１本を窯尻に設置し、仮焼炉燃料の２５～３０％を脱硝用バーナーから吹き込み、セメントキルン排ガス中のＮＯｘを還元し、ＮＯｘ濃度を低減していたが、７０～１００ｐｐｍ（Ｏ₂＝１０％）までの低減量しか得られず、昨今のＮＯｘ排出量の規制強化によりさらにＮＯｘ濃度を低減する必要性が生じていた。

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、セメントキルン排ガス中のＮＯｘ濃度をさらに低減することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のセメントキルン排ガスの脱硝方法は、セメントキルンの窯尻に複数設置される脱硝用バーナーから該窯尻内に、該複数の脱硝用バーナー全体で、該セメントキルンに付設された仮焼炉で燃焼させる燃料の５０％以上１００％以下の量の燃料と、少量の圧送用空気とを吹き込み、該燃料を低酸素濃度雰囲気下で部分燃焼ガス化させることを特徴とする。本発明によれば、還元剤量が多くなり、Ｏ２を消費することから窯尻Ｏ２の影響をほとんど受けなくなるため、セメントキルン排ガス中のＮＯｘ濃度をさらに低減することができる。また、脱硝用バーナー１本当たりの吹き込み量を減らすことでコーチングの付着や燃料同士の衝突を防ぐと共に、吹き込まれた燃料と窯尻を流れるキルン排ガスとの混合及びキルン排ガス中のＮＯｘとの衝突確率を上げることができる。

また、該セメントキルンに付設されたサイクロンから排出された原料の一部を分取し、前記脱硝用バーナーの設置部位の上方１０００ｍｍから下方１０００ｍｍまでの間に送入することで、原料中のＦｅ₂Ｏ₃を還元してＮＯｘを脱硝するための還元剤として利用することができる。

以上のように、本発明によれば、セメントキルン排ガス中のＮＯｘ濃度をさらに低減することができる。

本発明に係るセメントキルン排ガスの脱硝方法を実施するためのセメント焼成装置の一実施の形態を示す概略図である。図１のセメント焼成装置の窯尻における脱硝用バーナーの配置を示す概略図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図である。

図１及び図２は、本発明に係るセメントキルン排ガスの脱硝方法を実施するためのセメント焼成装置の一実施の形態を示し、このセメント焼成装置１は、セメント原料（以下「原料」という。）Ｒを予熱するプレヒータ２と、プレヒータ２の上から３段目のサイクロン２ｂからの原料Ｒ１を仮焼炉バーナー１３から吹き込まれた燃料Ｆ２によって仮焼する仮焼炉３と、プレヒータ２の最下段サイクロン２ａからの原料Ｒ２を主バーナー１５から吹き込まれた燃料Ｆ１によって焼成するセメントキルン５と、セメントキルン５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６と、セメントキルン５の窯尻４に設置された４本の脱硝用バーナー１４（１４Ａ～１４Ｄ）等で構成される。尚、脱硝用バーナー１４を除く、プレヒータ２、仮焼炉３、セメントキルン５及びクリンカクーラ６等の構成は、従来のものと同様である。

脱硝用バーナー１４（１４Ａ～１４Ｄ）は、図２に示すように、窯尻４に同一水平面上に配置される。また、各々の脱硝用バーナー１４の先端部には、特許文献１に記載のセメント焼成装置と同様に、旋回角度１０～５０度で６～１０枚の旋回羽根を設けることが好ましい。

次に、本発明に係るセメントキルン排ガスの脱硝方法について図１及び図２を参照しながら説明する。

セメント焼成装置１のプレヒータ２でセメントキルン５からの排ガスＧを用いて原料Ｒの予熱を行い、仮焼炉３でプレヒータ２のサイクロン２ｂからの原料Ｒ１を仮焼する。この際、仮焼炉バーナー１３から燃料Ｆ２と共に、クリンカクーラ６からの３次空気Ｇ１を吹き込んで燃料Ｆ２を燃焼させる。燃料Ｆ２には、微粉炭、重油等が用いられ、可燃性廃棄物を燃料Ｆ２の一部又は全部に用いてもよい。

セメントキルン５の窯尻４に設置された４本の脱硝用バーナー１４（１４Ａ～１４Ｄ）からも燃料Ｆ３を少量の圧送用空気と共に吹き込み、燃料Ｆ３を部分燃焼ガス化させる。４本の脱硝用バーナー１４から吹き込む燃料Ｆ３の量は、４本の脱硝用バーナー１４の合計で、仮焼炉３用の燃料Ｆ２の量の５０％以上１００％以下とする。燃料Ｆ３には、仮焼炉３用の燃料Ｆ２と同様、微粉炭、重油、可燃性廃棄物を用いることができ、これらのいずれか一つ又は複数を同時に用いてもよい。

脱硝用バーナー１４から燃料Ｆ３を吹き込むことで、セメントキルン５の燃焼ガスＧに含まれるＮＯｘを窯尻内の低酸素領域において還元することができる。また、燃料Ｆ３を少量の圧送用空気を用いて部分燃焼ガス化させることで、原料Ｒ２、Ｒ３の脱炭酸を行うこともでき、セメント焼成装置１全体の脱炭酸効率を向上させることもできる。この際、脱硝用バーナー１４に設けた旋回羽根により燃料Ｆ３と燃焼用空気との混合流を旋回させて窯尻４の内部に吹き込むため、燃料Ｆ３の燃焼効率が向上する。

また、脱硝用バーナー１４全体から吹き込む燃料Ｆ３の量を仮焼炉３用の燃料Ｆ２の量の５０％以上１００％以下と多くしたことで、還元剤量が多くなると共に、窯尻Ｏ₂の影響をほとんど受けなくなるため、従来のように窯尻Ｏ₂濃度が高い場合に還元効果が低下することがなく、セメントキルン排ガス中のＮＯｘ濃度を効果的に低減することができる。

さらに、脱硝用バーナー１４が１本の場合には、脱硝用バーナー１４から吹き込まれた燃料はすぐに上方へ移動するため、脱硝用バーナー１４を設置した部位の上部だけＮＯｘが還元されるものの、脱硝用バーナー１４とは反対側のＮＯｘは還元され難く、ＮＯｘの低減効果は小さい。そこで、本発明では、脱硝用バーナー１４を４本設けることで、脱硝用バーナー１４の１本当たりの吹き込み量を減らし、コーチングの付着や燃料同士の衝突を防ぐと共に、窯尻を流れるキルン排ガスとの混合及びキルン排ガス中のＮＯｘとの衝突確率を上げることができる。

また、脱硝用バーナー１４を同一水平面上に設置することで、キルン排ガス中のＮＯｘとの衝突確率をさらに上昇させることができて好ましい。

さらに、窯尻４でＣＯを２％～５％以上発生させることで、セメント原料中のＦｅ₂Ｏ₃がＦｅＯとなり、さらに大きなＮＯｘ還元効果を奏する。

次に、セメントキルン５の主バーナー１５から微粉炭等の燃料Ｆ１を吹き込んで、プレヒータ２のサイクロン２ａからの原料Ｒ２を焼成し、得られたクリンカをクリンカクーラ６で冷却してセメントクリンカＣＬを得る。

上記構成を有するセメント焼成装置１を用いることで、１１０ｐｐｍ（Ｏ₂＝１０％）以上のＮＯｘ低減効果が得られた。

また、図示を省略するが、脱硝用バーナー１４の設置部位にセメント原料によるコーチングが付着するため、プレヒータ２のサイクロンから排出された原料の一部を分取し、脱硝用バーナー１４の設置部位の上方１０００ｍｍから下方１０００ｍｍまでの間に送入することが好ましい。また、これによって原料中のＦｅ₂Ｏ₃を還元してＮＯｘを脱硝するための還元剤として利用することができる。

尚、上記実施の形態においては、４本の脱硝用バーナー１４を設置したが、脱硝用バーナー１４の本数は４本に限定されず、複数設置することで上記効果を奏する。脱硝用バーナー１４を５本以上設置する場合には、同一水平面上ではなく、上下方向に２段にわたっって配置してもよい。

また、セメント焼成装置１がＳＦ式の場合を例示したが、その他の形式のセメント焼成装置であっても本発明を適用することができる。

１セメント焼成装置
２プレヒータ
２ａ最下段サイクロン
２ｂ上から３段目のサイクロン
３仮焼炉
４窯尻
５セメントキルン
６クリンカクーラ
１３仮焼炉バーナー
１４（１４Ａ～１４Ｄ）脱硝用バーナー
１５主バーナー

Claims

セメントキルンの窯尻に複数設置される脱硝用バーナーから該窯尻内に、該複数の脱硝用バーナー全体で、該セメントキルンに付設された仮焼炉で燃焼させる燃料の５０％以上１００％以下の量の燃料と、圧送用空気とを吹き込み、該燃料を低酸素濃度雰囲気下で部分燃焼ガス化させることを特徴とするセメントキルン排ガスの脱硝方法。
該セメントキルンに付設されたサイクロンから排出された原料の一部を分取し、前記脱硝用バーナーの設置部位の上方１０００ｍｍから下方１０００ｍｍまでの間に送入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脱硝方法。