JP4992325B2

JP4992325B2 - セメント製造装置の運転管理方法および運転管理システム

Info

Publication number: JP4992325B2
Application number: JP2006200452A
Authority: JP
Inventors: 広明門野; 正成藤原
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 2006-07-24
Filing date: 2006-07-24
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2026-07-24
Also published as: JP2008024559A

Description

本発明は、セメント製造装置の操業を安定化させるための運転管理方法および運転管理システムに関する。

セメントを製造する際、夾雑物である産業廃棄物や硫黄の含有量が高いオイルコークス等を原料や燃料として利用する試みがなされている。この場合、硫黄酸化物の塊状物が装置内部に付着するいわゆるコーチングが急激に成長したり、セメントキルンやプレヒーターの耐火物の損耗が加速するなどの現象が認められる場合がある。よって、セメント製造装置の運転管理が従来に増してより重要となっている。

窯尻ガスを採取して硫黄濃度を直接測定する方法も考えられる。しかし、暑熱環境において高温で赤熱したガスを採取する必要があり、作業性に問題がある。
特開平１０−３３０１３６号公報

本発明は、産業廃棄物やオイルコークス等をセメントを製造するたの原燃料として使用した場合においても、プラントの安定操業を可能とするセメント製造装置の運転管理方法および運転管理システムを提供することを目的とする。

本発明は、セメントキルンの窯尻から抽気されたダストを含む窯尻抽気ガスを冷却した後、この窯尻抽気ガスを、集塵装置の出口ダストおよび出口排ガスに分離し、前記出口ダスト中のＳＯ３濃度Ｃ４と、前記出口排ガス中のＳＯ２濃度Ｃ３と、前記窯尻抽気ガスを冷却する冷却用空気量Ｑ２と、前記窯尻抽気ガスの酸素濃度Ｃ１と、前記出口排ガスの酸素濃度Ｃ２と、前記出口ダスト量Ｗ１と、を測定することにより、前記窯尻中の硫黄濃度を算出し、前記窯尻中の硫黄濃度に応じて、セメント製造装置に供給する原燃料の供給量を制御することを特徴とするセメント製造装置の運転管理方法である。
また、セメントキルンの窯尻から抽気されたダストを含む窯尻抽気ガスを冷却するための冷却手段と、前記窯尻抽気ガスを集塵し、集塵装置の出口ダストおよび出口排ガスに分離する集塵装置と、前記窯尻抽気ガスの冷却用空気量Ｑ２を計測する冷却用空気量測定器と、前記窯尻抽気ガスの酸素濃度Ｃ１を計測する窯尻抽気ガス酸素濃度測定器と、前記出口排ガスの酸素濃度Ｃ２を計測する出口排ガス酸素濃度測定器と、前記出口排ガス中のＳＯ２濃度Ｃ３を測定する出口排ガスＳＯ２濃度測定器と、前記出口ダスト量Ｗ１の計量器と、前記出口ダスト中のＳＯ３濃度Ｃ４を計測する出口ダストＳＯ３濃度測定器と、前記窯尻中の硫黄濃度を算出する計算手段と、算出された前記窯尻中の硫黄濃度に応じて原燃料の供給量を制御するための制御手段とを備え、前記計算手段は、前記窯尻抽気ガスを冷却する冷却用空気量Ｑ２と、抽気した前記窯尻抽気ガスの酸素濃度Ｃ１と、前記出口排ガスの酸素濃度Ｃ２と、前記出口排ガス中のＳＯ２濃度Ｃ３と、前記出口ダスト量Ｗ１と、前記出口ダスト中のＳＯ３濃度Ｃ４と、に基づき、前記窯尻中の硫黄濃度を算出することを特徴とするセメント製造装置の運転管理システムである。

本発明によれば、窯尻中の硫黄濃度を簡便に把握し管理することが可能となる。その結果、コーチングの急激な成長を抑制することができ操業度を高く維持することができる。また、塊状物が原料の供給シュートに落下し閉塞するような予期しない操業停止を防止し、計画的な定期修理も可能となる。これにより、セメント製造装置において産業廃棄物やオイルコークス等をセメントを製造するための原燃料として大量かつ安定的に処理することのが可能となる。

本発明の内容を、図面を用いながら詳細に説明する。図１は、本発明を実施するためのセメント製造装置の概略図である。セメントクリンカ焼成装置は、サスペンションプレヒーター１、ロータリーキルン２、クリンカクーラー３、プレヒーター排ガスファン１４などから構成される。サスペンションプレヒーター１は、複数のサイクロンが連結された構造であり、最上段のサイクロンをトップサイクロン９、最下段のサイクロンをボトムサイクロン１０とする。原料投入部８から投入されたセメント原料は、サイクロンにおいてロータリーキルン２から上昇するキルン排ガスと接触することにより予熱される。予熱されたセメント原料は、仮焼炉４において脱炭酸が促進され、窯尻部７を経てロータリーキルン２に流入する。セメント原料は、ロータリーキルン２において焼成されクリンカとなる。生成したクリンカは、クリンカクーラー３において急冷されセメントクリンカとなる。

ここで、サスペンションプレヒーター１とロータリーキルン２の間における硫黄分の循環について説明する。原燃料に含まれる硫黄分は、原料中のカルシウム分と反応して石膏を形成する。石膏は１０００℃以上の温度において、不完全燃焼によって生じた一酸化炭素と反応し生石灰と二酸化硫黄（ＳＯ_２）となる。ＳＯ_２ガスは仮焼炉４を経由してサイクロンに導入される。ＳＯ_２は、サイクロンにおいてセメント原料と熱交換される。温度が低下したＳＯ_２は、セメント原料中の生石灰と反応して再び石膏となり、再びロータリーキルン２に導入される。循環することにより、硫黄分は濃縮されることになる。

次に、図２を用いながら窯尻部７からダストを含む排ガスを抽気するプロセスについて説明する。サスペンションプレヒーター１の底部とロータリーキルン２の入口との接続部である窯尻部７からダストを含む約１１００℃の排ガス（以下、窯尻抽気ガスという。）が抽気される。窯尻抽気ガス抽気部としては窯尻部周辺で、抽気するためのダクトが設置できるスペースが確保できる場所であればどこでもいいが、キルン側に設置しほうが吸引するダスト量を少なくすることができるので好ましい。窯尻部７において、抽気される窯尻抽気ガス中の酸素濃度Ｃ１が測定される。

窯尻抽気ガスは、冷却ファン１９によって冷却室１８の接線方向に向かって吹き込まれた所定量の冷却用空気によって３５０℃以下、好ましくは約２８０℃以下に冷却される。冷却される過程において、窯尻抽気ガス中のＳＯ２の一部が酸素と反応し脱硫されＳＯ３に転化する。

冷却された窯尻抽気ガスは、集塵装置２１においてこの集塵装置２１の出口ダストと出口排ガスに分離される。出口排ガスは、クリンカクーラー３に導入されることによりクリンカの冷却用ガスとして利用される他、クーラー抽気ダクト５に導入されることにより燃焼ガスとして利用される。集塵装置２１の出口においては、出口排ガス中のＳＯ２濃度Ｃ３と酸素濃度Ｃ１が測定される。一方、集塵装置２１において出口排ガスから分離された出口ダストは、計量された後出口ダスト中のＳＯ３濃度Ｃ４が測定される。出口ダストは、クリンカク−ラ−３近辺のクリンカ輸送系統において図示しない添加装置によってクリンカに添加されるか、もしくはタンクに貯蔵され、ジェットパック車などの粉体輸送車両によって別の場所に運ばれる。

次に、窯尻中の硫黄濃度を算出する方法について説明する。窯尻抽気ガス量をＱ１（ｋＮｍ３／ｈｒ）、冷却用空気量をＱ２（ｋＮｍ３／ｈｒ）、集塵装置２１の出口排ガス量をＱ３（ｋＮｍ３／ｈｒ）、抽気した窯尻抽気ガスの酸素濃度をＣ１（容量％）、集塵装置２１の出口排ガスの酸素濃度をＣ２（容量％）、集塵装置２１の出口排ガスのＳＯ２濃度をＣ３（容量％）、集塵装置２１から排出される出口ダスト量をＷ１（ｋｇ／ｈｒ）、出口ダスト中のＳＯ３濃度をＣ４（重量％）とする。尚、冷却用空気の酸素濃度は２０．９容量％とする。

まずガス量と酸素の収支の関係式を求めるとそれぞれ以下のようになる。
Ｑ１＋Ｑ２＝Ｑ３・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
Ｑ１×Ｃ１＋Ｑ２×２０．９＝Ｑ３×Ｃ２・・・・・・・（２）
（１）と（２）からＱ１を求めると次のようになる。
Ｑ１＝Ｑ２×（２０．９−Ｃ２）／（Ｃ２−Ｃ１）・・・（３）
よって、集塵装置２１の出口排ガス中のＳＯ２量は（Ｑ１＋Ｑ２）×Ｃ３（ｋＮｍ３／ｈｒ）となる。
一方、出口ダスト中のＳＯ３量は、Ｗ１×Ｃ４（ｋｇ／ｈｒ）となる。これを体積換算すると（Ｗ１×Ｃ４／８０）×２２．４（ｋＮｍ３／ｈｒ）となる。
以上より、抽気した窯尻抽気ガス中の硫黄濃度すなわち窯尻中の硫黄濃度は、下式で与えられる。
［（Ｑ１＋Ｑ２）×Ｃ３＋（Ｗ１×Ｃ４／８０）×２２．４］／Ｑ１
これにより、操業中の窯尻中の硫黄濃度を簡便に常時把握することが可能となる。

上記で得られた窯尻中の硫黄濃度に応じて、原燃料の供給量を制御する。そのために、予め石灰石や微粉炭等の通常のセメント原燃料と、産業廃棄物やオイルコークス等に含まれる硫黄濃度を予め測定し、硫黄濃度のデータベースを作成する。そのデータベースをもとに、窯尻中の硫黄濃度が高くなった場合は、硫黄濃度が高い原燃料の使用量を減少させて、硫黄濃度が低い原燃料の使用量を増加させる。具体的には、原料と燃料ごとに、貯蔵庫やタンクが分けてあり、そこからの抜出し量を適宜変更することにより所定の管理を行うことができる。これにより、窯尻中の硫黄濃度を適正に管理することが可能となる。その結果、コーチングの急激な成長を抑制することができ操業度を高くすることができる。また、予期しない操業停止を防止し、計画的な定期修理も可能となる。

本発明で用いられるセメント原料としては、通常用いられる石灰石、粘土、珪石、酸化鉄などが挙げられる。また、産業廃棄物としては、石炭灰、スラグ、各種スラッジ、汚泥類などが挙げられる。また、セメント燃料としては、鶴壁半無煙炭などの低品位炭や、オイルコークス、産業廃棄物として、廃プラスチック、ＲＤＦ、木屑、廃畳、廃ゴム類などが挙げられる。

次に、セメント製造装置の運転管理システムについて説明する。ライジングダクト６のキルン側の壁面には、抽気管１７が接続されており、窯尻部７からダストを含む窯尻抽気ガスが抽気管１７を経由して冷却室１８に導かれる。窯尻部には酸素濃度計１６が設置されており、キルン排ガス３０の酸素濃度が常時計測される。窯尻抽気ガスの抽気部としては窯尻部周辺で、抽気するためのダクトが設置できるスペースが確保できる場所であればどこでもいいが、好ましくはキルン側、キルン上端の１から３ｍ程度上で、できるだけキルンに近い位置に設置する。酸素濃度計としては、ジルコニア式や磁気式などが挙げられる。

酸素濃度計の設置場所は、窯尻とキルンとの接続部より上で、仮焼炉より下であればいずれでもよい。冷却室１８には、空気が冷却ファン１９によって冷風ダクト２５を通じて送気される。空気は、冷却室１８の接線方向に向かって吹き込まれることにより旋回流を発生する。これにより中心部に流入する窯尻抽気ガス２７が冷却される。冷却ファン１９によって送気される冷却空気量は、風量計２０によって計測される。風量計２０としては、ピトー管などが挙げられる。

窯尻抽気ガス２７と空気の混合ガスは、集塵装置排ガスダクト２６を通じて出口ダストと出口排ガスを分離するための分離手段である集塵装置２１に供給される。集塵装置２１としてはバグフィルターが挙げられる。出口排ガス２８は、排ガスダクト２６を通じて排気ファン２２によって排気される。集塵装置排ガスダクト２６には、ＳＯ２濃度計が設置され、ＳＯ２濃度Ｃ３が常時計測されている。ＳＯ２濃度計としては、赤外線吸収方式や紫外線吸収方式などが挙げられる。

一方出口ダストは、集塵装置２１の下部に設けられたバケット３１（図示しない）に抜き出される。バケット３１には、計量機２３が設置されており出口ダストの計量がなされる。計量機としては、ロードセル方式が用いられるが、インパクトラインなどその他の計量手法でも実施可能である。出口ダスト中のＳＯ３濃度Ｃ４は、オフラインで蛍光Ｘ線解析方式により計測される。

次に窯尻中硫黄濃度の計算手段について説明する。自動計測されている冷却用空気量をＱ２（ｋＮｍ３／ｈｒ）、抽気した窯尻抽気ガスの酸素濃度Ｃ１（容量％）、集塵装置２１の出口排ガスの酸素濃度Ｃ２（容量％）集塵装置２１の出口排ガスのＳＯ２濃度Ｃ３（容量％）、集塵装置２１から排出される出口ダスト量Ｗ１（ｋｇ／ｈｒ）および出口ダスト中の硫黄濃度Ｃ４（重量％）の各計測データ情報は、セメント製造装置を制御するための中央制御室に送信される。中央制御室にある中央制御盤には、先に説明した窯尻中の硫黄濃度を求める計算式が予め入力されており、送信されたデータから窯尻中の硫黄濃度が自動計算される。尚、出口ダスト中の硫黄濃度をオフライン分析で求めた場合は、オフライン分析のデータを入力する。

中央制御盤には、予め測定されたセメント原料、産業廃棄物およびセメント燃料その他の硫黄濃度に関するデータが入力されている。算出された窯尻排ガス中の硫黄濃度に応じて、原燃料の供給量を制御するための制御弁が制御される。

算出された窯尻中硫黄(ＳＯ２)濃度の上限値と下限値を予め設定しておき、上限値または下限値に達した場合に警報を発するシステムとすることもできる。すなわち、下限値に達した場合は、硫黄濃度が高いセメント原料やセメント燃料の使用量を増加する。一方、上限値に達した場合は、硫黄濃度が低いセメント原料やセメント燃料の使用量を増加したり、硫黄濃度が高いセメント原料やセメント燃料の使用量を減少させる。これら上限値、下限値は、実装置における実績より適宜定めることができる。例えば、上限値、下限値はそれぞれ２００００容量ｐｐｍから５０００容量ｐｐｍの間で設定される。

警報手段は、制御盤のランプの点灯や、警報音の発生が挙げられる。また、原燃料の受入れヤードに警報手段としての表示灯や警報装置を設置することもできる。これにより、原燃料の種類を迅速に変更することが可能となり、セメント製造装置の操業を更に安定させることが可能となる。

以下において、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらによって限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の設計変更が可能である。

［セメント原料やセメント燃料（原燃料）の組成］
使用する原燃料中の湿分は、１１０℃を超えない温度で一定質量となるまで乾燥し、重量減少分から算出された。また、硫黄濃度（ＳＯ_３）はＪＩＳＲ５２０２に従い測定された。さらに、発熱量は燃研式ボンベ型熱量計を用いて、ＪＩＳＭ８８１４やＪＩＳＫ２２７９に準拠して測定された。セメント原料の測定結果を表１に、セメント燃料の測定結果を表２に示す。

［実施例１］
２５０トン／時間のセメントクリンカを生産することができるＮＳＰ（ニューサスペンションプレヒーター）キルンにおいて、石灰石を３１５トン／時間、硅石１４トン／時間、粘土１２トン／時間、石炭灰２７トン／時間、その他のセメント原料２２トン／時間など合わせて３９０トン／時間をセメント原料投入口部８から投入した。イラワラ炭（硫黄濃度が０．３３重量％である硫黄濃度が低い燃料；表３中の石炭Ｃに相当）とオイルコークス（硫黄濃度が７．６重量％である硫黄濃度が高い燃料；表３のオイルコークス）を重量ベースで７対３の割合に混合した燃料を竪型ローラーミルで９０μｍ残分が６重量％以下になるまで粉砕したものをキルンバーナー１２から１３．４トン／時間、またセナキン炭（硫黄濃度が０．７１重量％；表3の石炭Ｂに相当）を仮焼炉石炭バーナー１３から１２．９トン／時間の割合で供給した。窯尻部7の温度は９１４℃であった。窯尻からダストを含む窯尻抽気ガスを１２．５ｋｍ３Ｎ／時間の割合で抽気管２１から抽気した。冷却用の空気を６４．６５ｋｍ３Ｎ／時間の割合で冷却室８に供給した。２２０℃まで冷却された窯尻抽気ガスを集塵装置２１において、出口排ガスと出口ダストを分離した。各計測データと窯尻中の硫黄濃度を表３に示す。

［参考例１］
実施例１におけるセメント製造装置において、窯尻部７からダストを含むガス（窯尻抽気ガスと同一のガス）を直接採取して排ガス中の硫黄濃度を測定した。その結果、硫黄濃度は１６０３０容量ｐｐｍであった。実施例１において求めた数値とほぼ同程度であったことより、直接採取して測定することなく窯尻中の硫黄濃度を簡便に知ることができることが明らかとなった。

［比較例１］
実施例１において仮焼炉に供給するイラワラ炭とオイルコークスの供給量を各調整弁を操作することにより等重量にした以外は実施例１と同様な方法で行なった。その結果、硫黄濃度は表３に示すとおり２６２６０容量ｐｐｍとなった。その後、数日して仮焼炉４の差圧（仮焼炉の入口圧力から出口圧力を差し引いたもの）が増加した。このことは、硫黄の循環によるコーチングが成長していることを示唆するものである。

［実施例２］
そこで、オイルコークスの供給を停止しイラワラ炭のみに変更した。その結果、仮焼炉４の差圧が低下した。また、集塵装置２１の出口排ガス中のＳＯ２濃度Ｃ３が低下した。このことは、仮焼炉４におけるコーチングの成長が抑制されたことを示唆するものである。これにより、半年間の連続操業が可能となった。操業後、仮焼炉を開放した結果コーチングの厚みは約５０ｃｍ、ＳＯ３濃度は８％であり、運転管理を行なわなかった場合と比べてコーチングの厚み、ＳＯ３濃度ともに半減した。これにより、コーチングの除去作業を短期間に行なうことが可能となった。

上記以外の原燃料を使用した場合（例えば、表１における石炭灰Aを石炭灰Bに変えた場合）においても、その硫黄濃度に応じて、原燃料の供給量を適宜変えることにより、窯尻ガス中の硫黄濃度を適正に管理することが可能である。この結果、製造装置の操業度を高めることができた。

本発明を実施するためのセメント製造装置の概略図である。本発明を実施するためのセメント製造装置に係る窯尻ガスの抽気装置の詳細図である。

符号の説明

１：サスペンションプレヒーター
２：ロータリーキルン
３：クリンカクーラー
４：仮焼炉
５：クーラー抽気ダクト
６：ライジングダクト
７：窯尻部
８：原料投入部
９：トップサイクロン
１０：ボトムサイクロン
１１：サイクロン原料シュート
１２：キルンバーナー
１３：仮焼炉バーナー
１４：プレヒーター排ガスファン
１５：燃料供給量制御装置
１６：酸素濃度計
１７：抽気管
１８：冷却室
１９：冷却ファン
２０：風量計
２１：集塵装置
２２：排気ファン
２３：計量器
２４：ダスト添加装置
２５：冷風ダクト
２６：集塵装置排ガスダクト
２７：窯尻抽気ガス
２８：出口排ガス
２９：出口ダスト
３０：キルン排ガス
３１：バケット

Claims

セメントキルンの窯尻から抽気されたダストを含む窯尻抽気ガスを冷却した後、この窯尻抽気ガスを、集塵装置の出口ダストおよび出口排ガスに分離し、
前記出口ダスト中のＳＯ３濃度Ｃ４と、前記出口排ガス中のＳＯ２濃度Ｃ３と、前記窯尻抽気ガスを冷却する冷却用空気量Ｑ２と、前記窯尻抽気ガスの酸素濃度Ｃ１と、前記出口排ガスの酸素濃度Ｃ２と、前記出口ダスト量Ｗ１と、を測定することにより、前記窯尻中の硫黄濃度を算出し、
前記窯尻中の硫黄濃度に応じて、セメント製造装置に供給する原燃料の供給量を制御すること
を特徴とするセメント製造装置の運転管理方法。
セメントキルンの窯尻から抽気されたダストを含む窯尻抽気ガスを冷却するための冷却手段と、
前記窯尻抽気ガスを集塵し、集塵装置の出口ダストおよび出口排ガスに分離する集塵装置と、
前記窯尻抽気ガスの冷却用空気量Ｑ２を計測する冷却用空気量測定器と、
前記窯尻抽気ガスの酸素濃度Ｃ１を計測する窯尻抽気ガス酸素濃度測定器と、
前記出口排ガスの酸素濃度Ｃ２を計測する出口排ガス酸素濃度測定器と、
前記出口排ガス中のＳＯ２濃度Ｃ３を測定する出口排ガスＳＯ２濃度測定器と、
前記出口ダスト量Ｗ１の計量器と、
前記出口ダスト中のＳＯ３濃度Ｃ４を計測する出口ダストＳＯ３濃度測定器と、
前記窯尻中の硫黄濃度を算出する計算手段と、
算出された前記窯尻中の硫黄濃度に応じて原燃料の供給量を制御するための制御手段と
を備え、
前記計算手段は、前記窯尻抽気ガスを冷却する冷却用空気量Ｑ２と、抽気した前記窯尻抽気ガスの酸素濃度Ｃ１と、前記出口排ガスの酸素濃度Ｃ２と、前記出口排ガス中のＳＯ２濃度Ｃ３と、前記出口ダスト量Ｗ１と、前記出口ダスト中のＳＯ３濃度Ｃ４と、に基づき、前記窯尻中の硫黄濃度を算出すること
を特徴とするセメント製造装置の運転管理システム。
算出された前記窯尻中の硫黄濃度が所定の値に達すると警報を発する警報手段をさらに備える請求項２記載のセメント製造装置の運転管理システム。