專利名稱：水泥熟料的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種水泥熟料的制造方法，尤其涉及帶有SP (懸浮預熱器)的水泥窯設備或帶有NSP (新式懸浮預熱器)的水泥窯設備等水泥熟料制造設備的水泥熟料的制造方法。
背景技術：
一般來說，在處理城市垃圾等一般廢棄物或伴隨著經(jīng)營活動產(chǎn)生的產(chǎn)業(yè)廢棄物的焚燒爐等中容易從廢氣中產(chǎn)生屬于有害物質(zhì)的二噁英類。二噁英類在150 500°C下反復進行分解、再合成。作為二噁英類的抑制對策，公開了如下對策在800°C以上的高溫下使之充分燃燒、不使焚燒爐變?yōu)檫€原氣氛；以及增大500°C以下的廢氣的冷卻速度等。作為在800°C以上的高溫下使之充分燃燒、不使焚燒爐變?yōu)檫€原氣氛的做法，在《中小企業(yè)綜合事業(yè)團化學物質(zhì)安全對策用手冊平成13年I月》、《改正廢掃法施行規(guī)則的一部分的省令、平成9年12月I日施行、厚生省令第65號》等中，作為結構基準顯示出，設置燃燒氣體在溫度為800°C以上的狀態(tài)下可以滯留2秒以上的燃燒室，或設置可以將燃燒氣體的溫度大致上冷卻到200°C以下的冷卻設備，作為維持管理基準顯示出，將流向燃燒室的燃燒氣體溫度保持為800°C以上，或?qū)⒘魅爰瘔m器的燃燒氣體的溫度大致上冷卻到200°C以下。另一方面，作為增大500°C`以下的廢氣的冷卻速度的事例，可以舉出水泥廠中的事例。如

圖1中所示，水泥廠中，窯廢氣從約i，ooo°c的窯尾在旋流器中利用對流將調(diào)和原料脫碳酸，在旋流器上段變?yōu)榧s400°c，在鍋爐中因?qū)⑺舭l(fā)、產(chǎn)生加熱蒸氣而被急冷，在鍋爐出口被冷卻到約250°C，因此從約400°C到約250°C的冷卻速度大，所以與一般的處理城市垃圾等產(chǎn)業(yè)廢棄物的焚燒爐相比，可以抑制二噁英類的產(chǎn)生。但是，隨著近年的循環(huán)型社會形成法的普及，水泥廠中的產(chǎn)業(yè)廢棄物使用量增加，即使使用具有余熱發(fā)電鍋爐的帶有SP、及NSP的水泥窯設備，也會因具有氯等的產(chǎn)業(yè)廢棄物的水泥廠中的單位消耗的增加，而使來自窯廢氣的二噁英類的發(fā)生量增加。另外，水泥廠中，因原燃料消耗及動力消耗而排出的CO2是由來自原料中石灰石的熱分解、燃料中煤等的燃燒、基于能量起源的動力消耗的CO2形成。由于CO2是地球溫暖化氣體，因此減少基于這些原燃料消耗及動力消耗的能量是十分重要的技術。以下，使用實例對以往的過去的技術進行更明確的說明。一般來說，水泥廠中的水泥熟料制造設備如圖1中所示，以具有多個旋流器103a、103b、103c、103d的預熱器110、用于對來自預熱器110的窯廢氣進行熱交換而進行余熱發(fā)電的余熱發(fā)電用鍋爐106及用于將調(diào)和原料燒成為水泥熟料的窯101作為主要部分構成。投入上段的旋流器103a的調(diào)和原料在上段約400°C的預熱器110中與來自窯101的廢氣形成對流，被加以熱交換、脫碳酸，以約1，000°C導入窯101，燒成為水泥熟料。窯廢氣在窯尾112約為1，000°C，在通過旋流器103a d期間，在將調(diào)和原料利用對流脫碳酸的同時被冷卻，在最上段的旋流器103a中變?yōu)榧s400°C，在余熱發(fā)電鍋爐106中因使水蒸發(fā)、產(chǎn)生加熱蒸氣而被冷卻，在鍋爐106出口被冷卻到約340°C，抽吸到窯IDF (引風機)105中，在原料粉碎干燥機107中消耗掉干燥用熱量，在穩(wěn)定器108中被調(diào)溫加濕，在電集塵機109集塵后，從煙囪中排出。另一方面，在水泥熟料制造設備中，在窯尾部112、上升導管部111及預熱器110中，二噁英類的有機氯化合物在廢氣中反復進行分解、再合成，包含于窯廢氣中。作為減少這些來自水泥熟料制造設備的二噁英類的有機氯化合物的方法，有將廢氣在工業(yè)上循環(huán)等大規(guī)模地變更工藝的方法。日本特開2004-244308號公報(專利文獻I)中，記載有如下的水泥制造裝置的廢氣的處理方法，其特征在于，包括(A)工序，將水泥制造裝置的廢氣使用集塵機構加以處理，捕集含有有機氯化合物的灰塵，另一方面，將借助所述集塵機構的處理后的廢氣排出；和(B)工序，將所述捕集到的灰塵的至少一部分投入所述水泥制造裝置內(nèi)的800°C以上的場所。日本特開2007-70173號公報(專利文獻2)中，作為水泥制造裝置內(nèi)的有機氯化合物減少方法，記載有如下的方法在將來自預熱器的上部的廢氣向原料粉碎工序部供給的途中，將該廢氣的一部分利用第一廢氣分支管分流，將其投入水泥制造設備的常規(guī)運轉(zhuǎn)時達到800°C以上的預熱器的下段部。這樣，如果將廢氣中所含的二噁英類、PCB等有機氯化合物熱分解，則可以使從水泥制造設備中排出的有機氯化合物的排出量比以往減少。此外，日本特開2007-91547號公報(專利文獻3)中，記載有如下的水泥制造裝置的廢氣處理方法，其特征在于，包括(A)工序，使在水泥的制造過程中產(chǎn)生的廢氣流入所述預熱器內(nèi)；和(B)工序，利用設于所述預熱器中的加熱機構，擴大所述預熱器內(nèi)的800°C以上的區(qū)域。

日本特開2009-184902號公報(專利文獻4)中，作為水泥制造方法，記載有如下的水泥的制造方法，其特征在于，在將從水泥燒成設備的懸浮預熱器上部排出的廢氣在原料粉碎工序中用于水泥原料的干燥，將從原料粉碎工序中排出的廢氣在集塵機中分離為凈化廢氣和集塵灰塵后，將凈化廢氣向大氣中排放，將集塵灰塵作為水泥原料的一部分送入懸浮預熱器上部的水泥制造工序中，包括(A)工序，將集塵灰塵的一部分從水泥熟料制造工序的循環(huán)路徑中排出；(B)工序，將利用工序(A)排出的集塵灰塵導入加熱裝置內(nèi)，在還原氣氛中進行加熱處理；(C)工序，將利用工序(B)進行了加熱處理的集塵灰塵急速冷卻；和(D)工序，將利用工序(C)急速冷卻了的集塵灰塵送回水泥熟料制造工序的循環(huán)路徑，從懸浮預熱器上段作為水泥原料再次送入。此外，作為減少這些來自水泥廠的二噁英類的有機氯化合物的方法，有加入添加物而使之產(chǎn)生化學反應的方法。日本特開2007-90261號公報(專利文獻5)中，記載有如下的水泥制造裝置的廢氣處理方法，其特征在于，包括(A)工序，在使用了含有氯成分的水泥原料的水泥制造過程中，產(chǎn)生含有氯化氫的廢氣；和(B)工序，針對在工序(A)中產(chǎn)生的含有氯化氫的廢氣，在干燥機或粉碎機的廢氣上游側的地點，投入選自CaO和Ca(OH)2中的至少I種鈣化合物，生成作為該鈣化合物與所述廢氣中的氯化氫的中和產(chǎn)物的氯化鈣。該方法中，因氯化氫被中和，變成作為固體成分的氯化鈣，而減少了廢氣中的氯化氫的量，其結果是，在鈣化合物投入口的廢氣下游側的區(qū)域，可以抑制二噁英類等殘留性有機污染物質(zhì)的生成。還記載有最好將廢氣中的每I當量氯化氫的CaO或Ca(OH)2的投入量設為1. O 10當量?，F(xiàn)有技術文獻專利文獻專利文獻1:日本特開2004-244308號公報專利文獻2 :日本特開2007-70173號公報專利文獻3 :日本特開2007-91547號公報專利文獻4 日本特開2009-184902號公報專利文獻5 :日本特開2007-90261號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題專利文獻I 4的方法中，都需要大幅度且高價的工藝的變更，并且其二噁英類的有機氯化合物的減少效果也不確定。根據(jù)專利文獻5中記載的方法，雖然不需要此種大規(guī)模的工藝變更，鈣化合物可以減少廢氣中的氯化氫的量、抑制二噁英類等殘留性有機污染物質(zhì)的生成，然而二噁英類的有機氯化合物的減少效果并不確定，仍有改善的余地。

發(fā)明內(nèi)容
所以，本發(fā)明的課題之一是，提供一種水泥熟料的制造方法，其可以在不用大幅度地變更工藝的情況下有效地抑制廢氣中的二噁英類(DXNs)的濃度。

用于解決問題的手段本發(fā)明人為了解決上述問題進行了深入研究，結果發(fā)現(xiàn)，當向給定的溫度區(qū)域的廢氣所通過的旋流器內(nèi)，添加具有給定的最終沉降速度的消石灰時，水泥熟料制造設備的廢氣中的二噁英類(DXNs)的濃度會顯著地減少。所以，本發(fā)明在一個方面中，提供一種水泥熟料制造方法，其是具備具有多個旋流器的預熱器及回轉(zhuǎn)窯的水泥熟料制造設備的水泥熟料制造方法，其包括將最終沉降速度為
O.5 lOcm/sec的消石灰向廢氣出口的廢氣溫度為350 500°C的旋流器內(nèi)投入的工序。本發(fā)明的水泥熟料制造方法的一個實施方式中，以使每I噸水泥熟料中所述消石灰為20 200kg的方式，投入所述消石灰。本發(fā)明的水泥熟料制造方法的另一個實施方式中，將所述消石灰投入最上段的旋流器。本發(fā)明的水泥熟料制造方法的另一個實施方式中，所述消石灰在與水泥調(diào)和原料混合后或者與調(diào)和原料并行地供給到原料粉碎干燥機，與水泥調(diào)和原料一起通過調(diào)和原料供給管線投入到最上段的旋流器本發(fā)明的水泥熟料制造方法的另一個實施方式中，所述消石灰的最終沉降速度相對于水泥熟料調(diào)和原料的最終沉降速度的比為O. 5 1. 5。本發(fā)明的水泥熟料制造方法的另一個實施方式中，所述消石灰是在由碳化鈣產(chǎn)生乙炔時副產(chǎn)的消石灰。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，在水泥熟料制造設備中，可以在不用大幅度變更工藝的情況下有效地抑制廢氣中的二噁英類(DXNs)的濃度。根據(jù)本發(fā)明，可以將水泥熟料制造設備的廢氣中的二噁英類的濃度例如抑制為20ng/m3N以下。附圖簡單說明圖1是本發(fā)明的一個實施方式的水泥熟料制造設備的系統(tǒng)圖。
具體實施例方式以下，在參照附圖的同時對本發(fā)明的實施方式進行詳述。本實施方式的水泥熟料制造設備是帶有NSP (新式懸浮預熱器)的水泥窯設備，如圖1中所示，由回轉(zhuǎn)窯101、預熱器110、余熱發(fā)電用鍋爐106、窯IDF105、原料粉碎干燥機107、穩(wěn)定器108、以及電集塵機109構成。預熱器110具有沿縱向排列的4個旋流器(第一段旋流器103a、第二段旋流器103b、第三段旋流器103c、第四段旋流器103d)、煅燒爐102、以及連結它們的導管。水泥熟料調(diào)和原料一般來說含有石灰石、粘土、硅石、及鐵原料，此外也可以適當?shù)靥砑釉诔鞘欣姆贌挟a(chǎn)生的主灰、鑄件砂等廢棄物。水泥熟料調(diào)和原料在原料粉碎干燥機107中被粉碎、混合、及干燥。當水泥熟料調(diào)和原料其后通過調(diào)和原料供給管線104從最上段的第一段旋流器103a投入預熱器110時，在沿著圖1中的實線依次與從回轉(zhuǎn)窯101中排出的高溫的廢氣進行熱交換的同時將調(diào)和原料預熱。煅燒爐102中將被預熱的水泥熟料調(diào)和原料加以煅燒。旋流器的數(shù)目可以適當?shù)卦鰷p。煅燒爐102是為了提高燒成效果而設置的，然而不一定要設置。以約1000°C投入回轉(zhuǎn)窯101的水泥熟料調(diào)和原料在回轉(zhuǎn)窯101內(nèi)向出口慢慢地移動的同時溫度升高到約1400 1500°C左右。調(diào)和原料在此期間被燒成，制造出水泥熟料。從回轉(zhuǎn)窯101中在窯尾112處排出約1000°C的廢氣。在廢氣中，含有二噁英類(DXNs)。廢氣從窯尾112經(jīng)過向正上方延伸的上升導管111、煅燒爐102、及旋流器103a 103d沿著圖1中的虛線依次前進，流向窯IDF風扇105。廢氣在此期間因熱交換而被冷卻，在典型的實施方式中，在最下段的第四段旋流器103d的廢氣出口為820 870°C，在第三段旋流器103c的廢氣出口為730 790°C，在第二段旋流器103b的廢氣出口為590 650°C，在最上段的第一段旋流器103a的廢氣出口為350 500°C，在余熱發(fā)電鍋爐106中利用將水蒸發(fā)時的蒸發(fā)潛熱進一步冷卻，在鍋爐106的出口冷卻到約340°C。繼而，抽吸到窯IDF105中，在原料粉碎干燥機107中消耗干燥用熱量，在穩(wěn)定器108中被調(diào)溫加濕，在電集塵機109中集塵后，從煙囪排出。本發(fā)明中，其特征之一是，為了減少廢氣中的二噁英類(DXNs)的濃度，將最終沉降速度為O. 5 lOcm/sec的消石灰投入廢氣出口的廢氣溫度為350 500°C的旋流器內(nèi)。對通過添加此種具有特定的最終沉降速度的消石灰而減少二噁英類的濃度的推定機理進行說明，然而并非意圖利用理論來限定本發(fā)明。如果參照圖1，則第一段旋流器103a入口溫度為590 650°C左右，出口溫度為350 500°C。所以，通過第一段旋流器103a的廢氣處于二噁英類易于再合成的溫度區(qū) 域。另一方面，消石灰在400 500°C的溫度下利用下式Ca (OH) 2 —CaCHH2O發(fā)生脫水反應(吸熱反應)，并且因所生成的水利用蒸發(fā)奪取潛熱，因此使溫度降低。所以可以認為，當將消石灰投入廢氣的出口溫度處于上述范圍的第一段旋流器103a時，因消石灰在該旋流器內(nèi)進行脫水反應而產(chǎn)生急冷效應，從而可以抑制二噁英類的再合成。
對于投入消石灰的旋流器的廢氣出口的廢氣溫度，基于確保構成旋流器及旋流器以后的鍋爐、窯IDF、穩(wěn)定器、原料粉碎干燥機、電集塵機等的機械設備的鐵的耐久性的理由，優(yōu)選為440°C以下。這是因為，一般來說，窯或預熱器下段的旋流器由耐火物保護，而構成第一段旋流器以后的機械設備的材料多為鐵，鐵的屈服點為440°C。另一方面，對于廢氣溫度的下限，可以從進行抑制二噁英類的發(fā)生的方面、在鍋爐內(nèi)進行高壓蒸氣回收的方面考慮。即，在抑制二噁英類的發(fā)生方面，最好提高在400 250°C時的冷卻速度，如前所述，如果以太低的溫度向鍋爐內(nèi)輸送廢氣，則有可能無法充分地獲得借助鍋爐的急冷得到的抑制二噁英類的發(fā)生效果。另外，眾所周知，鍋爐的高壓蒸氣回收越是高溫，則越能獲得葉輪機的發(fā)電能量。此外，如前所述，容易進行消石灰的脫水反應的區(qū)域是400 500°C。所以，將旋流器的廢氣出口溫度設定為比400°C過低的溫度并不恰當，優(yōu)選設為370°C以上，更優(yōu)選設為390°C以上。但是，在旋流器內(nèi)不能充分地確保消石灰的保持時間的情況下，消石灰在結束脫水反應之前就從該旋流器中流出。根據(jù)本發(fā)明人的研究結果，為了在旋流器內(nèi)獲得足夠的保持時間，消石灰的最終沉降速度需要為O. 5cm/sec以上,優(yōu)選為lcm/sec以上,更優(yōu)選為2cm/sec以上,進一步優(yōu)選為4cm/sec以上。另一方面，如果消石灰的最終沉降速度超過lOcm/sec，則在普通的預熱器中無法在旋流器內(nèi)充分地形成回旋流，因在旋流器內(nèi)落下而發(fā)生短傳(short pass),有可能難以運轉(zhuǎn)。由此,消石灰的最終沉降速度優(yōu)選設為10cm/sec以下，更優(yōu)選為7cm/sec以下。消石灰的投入地點只要是可以投入上述旋流器內(nèi)就沒有特別限制，例如可以設置專用的供給管線，可以向原料粉碎干燥機107與第一段旋流器103a之間的調(diào)和原料供給管線104中投入，或者也可以與調(diào)和原料混合后或與調(diào)和原料并行地向原料粉碎干燥機107中投入。在進行用于控制熟料的組成的原料調(diào)和控制的原料分析儀將調(diào)和原料合起來一并分析，根據(jù)其結果來運算控制原料供給器時，本發(fā)明中投入的消石灰最終就會形成熟料的石灰成分。所以，由于包含于調(diào)和原料值中地被加以分析、并控制了作為石灰原料的供給量的話，就可以使熟料的組成的變動少地控制，因此優(yōu)選將消石灰作為調(diào)和原料一并包含于原料中、與調(diào)和原料混合后或與調(diào)和原料并行地投入原料粉碎干燥機107。下面，對消石灰的投入量進行敘述。雖然隨著所述具有給定的最終沉降速度的消石灰的投入量變少，二噁英類的減少效果逐漸變小，然而如果消石灰的投入量過多，則會在預熱器中產(chǎn)生大的壓力損耗，有可能難以進行正常的運轉(zhuǎn)。所以，優(yōu)選以在每I噸水泥熟料中所述消石灰為20 200kg(20 200kg/tcl)的方式，向水泥熟料的調(diào)和原料中添加所述消石灰，更優(yōu)選以在每I噸水泥熟料中所述消石灰為40 IOOkg (40 100kg/tcl)的方式，向水泥熟料的調(diào)和原料中添加所述消石灰。作為最終沉降速度為0. 5 10cm/sec的消石灰,畐Ij產(chǎn)消石灰利用基于碳化物法的乙炔氣體的制造工序中產(chǎn)生的材料較為方便，也有益于資源的有效利用。由碳化鈣產(chǎn)生乙炔的化學反應可以用下式CaC2+2H20 — C2H2+Ca(OH)2來表示。消石灰的最終沉降速度的調(diào)整可以利用篩分、造粒及粉碎等方法來進行。另外，在相對于水泥熟料調(diào)和原料的最終沉降速度來說，投入的消石灰的最終沉`降速度的比過大的情況下，消石灰在旋流器內(nèi)無法充分地形成回旋流，發(fā)生短傳、沉降，因此無法充分地進行熱交換，窯的燃料效率惡化，熟料燒成量有降低的趨勢，另一方面，在該比過小的情況下，旋流器內(nèi)的壓力差有變大的趨勢，另外，投入的消石灰的捕集效率也降低，因此無法充分地進行熱交換，窯IDF的氣體流量降低，窯的燃料效率惡化，容易形成熟料燒成量降低的趨勢。所以，所添加的消石灰的最終沉降速度相對于水泥熟料調(diào)和原料的最終沉降速度的比優(yōu)選為0. 5 1. 5，更優(yōu)選為0. 7 1. 3。通過原料粉碎干燥機107后的水泥熟料調(diào)和原料一般來說具有0. 2 15cm/sec的最終沉降速度,典型的情況下具有
0.5 13cm/sec的最終沉降速度,更典型的情況下具有1 10cm/sec的最終沉降速度。[實施例]以下，使用實施例對本發(fā)明進行說明，然而本發(fā)明并不限定于這些實施例。<例1:副產(chǎn)消石灰的制造>向粒度4. 0mm以下的碳化鈣中添加水，產(chǎn)生乙炔氣體，副生成最終沉降速度為
0.5 15cm/sec的消石灰。副產(chǎn)消石灰的水分量為7 10質(zhì)量％ ,最終沉降速度為5cm/sec0將碳化鈣的品位及乙炔發(fā)生器的規(guī)格表示于表I中，將所得的副產(chǎn)消石灰的成分量表示于表2中。碳化鈣的粒度使用JIS Z 8801金屬性鋼篩測定。最終沉降速度利用JIS Z8821中規(guī)定的安德雷亞森吸管沉降法測定。成分量依照JIS R 5202測定。水分量利用紅外線水分計(Kett科學研究所制型號“FD- 800”)測定。[表 I]
權利要求
1.一種水泥熟料制造方法，其是具備具有多個旋流器的預熱器及回轉(zhuǎn)窯的水泥熟料制造設備的水泥熟料制造方法，其包括將最終沉降速度為O. 5 lOcm/sec的消石灰投入廢氣出口的廢氣溫度為350 500°C的旋流器內(nèi)的工序。
2.根據(jù)權利要求1所述的水泥熟料制造方法，其中，以使每I噸水泥熟料中所述消石灰為20 200kg的方式，投入所述消石灰。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的水泥熟料制造方法，其中，將所述消石灰投入最上段的旋流器。
4.根據(jù)I 3中任一項所述的水泥熟料制造方法，其中，所述消石灰在與水泥調(diào)和原料混合后或者與調(diào)和原料并行地供給到原料粉碎干燥機，與水泥調(diào)和原料一起通過調(diào)和原料供給管線投入到最上段的旋流器。
5.根據(jù)I 4中任一項所述的水泥熟料制造方法，其中，所述消石灰的最終沉降速度相對于水泥熟料調(diào)和原料的最終沉降速度的比為O. 5 1. 5。
6.根據(jù)I 5中任一項所述的水泥熟料制造方法，其中，所述消石灰是在由碳化鈣產(chǎn)生乙炔時副生成的消石灰。
全文摘要
本發(fā)明提供一種水泥熟料的制造方法，其可以在不用大幅度變更工藝的情況下有效地抑制廢氣中的二噁英類的濃度。本發(fā)明的水泥熟料制造方法包括通過向水泥熟料調(diào)和原料中添加最終沉降速度為0.5～10cm/sec的消石灰而制作改性了的水泥熟料調(diào)和原料的工序、向具備預熱器及窯的水泥熟料制造設備的預熱器中投入該改性了的水泥熟料調(diào)和原料的工序。
文檔編號C04B7/42GK103068765SQ20108006868
公開日2013年4月24日 申請日期2010年10月19日 優(yōu)先權日2010年10月19日
發(fā)明者西岡朝明, 吉野亮悅, 松尾靖史, 中島一平, 齊藤智己, 大森博昭 申請人:電氣化學工業(yè)株式會社