시멘트 소성 설비의 배기 가스 처리 방법 및 처리 시스템

시멘트 소성 설비의 배기 가스 처리 방법 및 처리 시스템 {PROCESS METHOD AND PROCESS SYSTEM OF EXHAUST GAS OF CEMENT CALCINATION EQUIPMENT}

본 발명은, 시멘트 소성 설비의 시스템 내에 있어서의 염소 농도의 상승을 억제하는 염소 바이패스를 이용한 시멘트 소성 설비의 배기 가스 처리 방법 및 처리 시스템에 관한 것이다.

최근, 폐기물의 폐기 처분 문제를 해결하기 위해, 시멘트 원료의 일부 혹은 시멘트 킬른 내의 가열용 연료의 일부로서, 각종 폐기물이 사용되고 있다. 그러나 특히 합성 수지 등의 폐기물을 상기 연료의 일부로서 시멘트 킬른 내에 투입하는 경우에는, 연소시에 휘발성을 갖는 염소 성분을 발생한다. 이러한 염소 성분은, 시멘트 킬른 내로부터 배출되는 배기 가스에 동반되어, 상류측의 프리 히터로 이송되어 가지만, 프리 히터의 상단측으로 이송됨에 따라 분위기 온도가 융점 이하가 되면, 응축하여 시멘트 원료에 부착되고, 다시 시멘트 킬른 내로 이송되는 동시에, 분위기 온도의 상승에 따라서 다시 증발하게 된다.

이와 같이, 시멘트 소성 설비의 시스템 내에 취입된 염소 성분은, 시멘트 킬른 및 프리 히터 내에서 증발 및 응축을 반복하여 순환하는 동시에, 이것에 새롭게 투입되는 폐기물로부터 발생하는 염소 성분이 가해짐으로써, 그 농도가 상승하여 코칭에 의한 상기 프리 히터에 있어서의 폐색이 발생하는 등, 안정적인 조업을 방해하는 동시에, 제조된 시멘트 클링커(clinker)의 품질에도 악영향을 미친다고 하는 문제점을 발생한다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위해, 예를 들어 하기 특허 문헌 1에 있어서는, 킬른 배기 가스의 일부를 킬른으로부터 추기(抽氣)하는 행정과, 상기 추기한 상기 배기 가스를 염소 화합물의 융점 이하로 냉각하는 행정과, 상기 배기 가스 중의 더스트를 분급기에 의해 조분(粗粉)과 미분(微粉)으로 분리하는 행정과, 분리된 조분을 킬른으로 복귀시키고, 미분을 분급기의 하류측으로 송출하는 행정을 구비한 킬른 배기 가스 처리 방법이며, 상기 킬른 배기 가스의 추기량의 비율이, 0％를 초과하고 5％ 이하이며, 상기 분급기에서의 분리 입도를 5㎛ 내지 7㎛로 하여, 상기 송출되는 미분량을 킬른 생산량의 0.1％ 이하로 한 것을 특징으로 하는 염소 바이패스에 의한 킬른 배기 가스 처리 방법이 제안되어 있다.

상기 구성으로 이루어지는 킬른 배기 가스의 처리 방법에 따르면, 분급기에 있어서 분리된 염소 함유율이 높은 미분 더스트를 포함하는 배기 가스를 집진기로 보내고, 고염소 농도의 상기 미분 더스트를 집진하여 시스템 외부로 배출함으로써, 로터리 킬른을 안정 운전할 수 있는 동시에, 최소의 열손실로 효과적으로 염소를 제거할 수 있고, 게다가 추기 가스량이 적어도 되므로 처리 설비가 소형이 되고, 공간, 설비 비용이 모두 적어, 경제적으로 킬른의 안정 운전을 확보할 수 있는 등의 효과가 얻어진다고 되어 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 제3318714호 공보

그러나 상기 종래의 킬른 배기 가스의 처리 방법에 있어서는, 집진기에 의해 회수하는 미분 더스트의 입경을, 5㎛ 내지 7㎛ 이하와 같은 매우 미세한 입경 범위로 설정하고 있기 때문에, 분급기로서 범용의 것을 이용할 수 없어, 고성능인 것을 설치할 필요가 있는 동시에, 운전시에 세밀한 제어를 필요로 하기 때문에, 설치 비용이 높아진다고 하는 문제점이 있다.

덧붙여, 미세한 미분 더스트를 회수하고 있는 결과, 회수된 상기 미분 더스트에 있어서의 염소 농도가 매우 높아진다. 이로 인해, 가령 상기 미분 더스트의 염소 농도가 20％를 초과한 경우에는, 미분 더스트에 흡착된 염소 화합물의 조해(潮解) 등에 기인하여, 회수된 미분 더스트의 핸들링성이 대폭으로 저하되고, 반송관, 호퍼 등의 내주벽에 미분 더스트가 부착(코칭의 발생)되어, 호퍼 막힘이나 슈트 막힘을 발생하는 등의 사고가 발생하기 쉽다고 하는 문제점도 있다. 이 결과, 안정적인 조업을 행하는 것이 어렵고, 또한 유지 보수 비용도 높아진다고 하는 문제점이 있다.

또한, 상기 폐기물로서, 하수 오니 등의 유기물 오니를 상기 시멘트 킬른의 가마 후미 부분 또는 예비 소결로로 도입하여 처리하는 경우에는, 하기 식에 나타내는 바와 같이, 염소분으로서 배기 가스 중에 포함되는 금속 염화물(KCl, NaCl)이 상기 유기물 오니 중에 포함되는 수분 및 배기 가스 중의 CO ₂ , SO ₂ 와 반응하여 황산 염이나 탄산염이 되는 동시에, 염화수소(HCl)가 발생해 버린다.

2KCl+SO ₂ +(1/2)H ₂ O→K ₂ SO ₄ +2HCl

2KCl+CO ₂ +H ₂ O→K ₂ CO ₃ +2HCl

그리고 이와 같이 하여 배기 가스 중에 취입된 염화수소는, 상온 부근까지 냉각해도, 그 대부분이 증기로서 존재하고 있다.

이로 인해, 상기 종래의 킬른 배기 가스의 처리 방법에 따라서는, 금속 산화물로서 동반된 염소분을 포집할 수는 있지만, 상기 염화수소를 포집할 수 없어, 이 결과 상기 염소 바이패스에 있어서의 염소 바이패스량(단위 추기 가스량당 제거되는 염소량)이 저하되어 버린다고 하는 문제점이 있었다. 덧붙여, 배기 가스 중에 염화수소(HCl)가 잔존하고 있기 때문에 그대로 대기로 배출할 수 없고, 게다가 산로점(acid dew point)의 발생에 의한 장치의 부식 등의 폐해도 발생한다고 하는 문제점도 있었다.

또한, 일반적으로 상기 시멘트 제조 설비에 있어서는, 시멘트 킬른의 운전 상태나, 코칭의 부착 상황, 혹은 시멘트 킬른의 회전수의 변경 등에 의해, 추기 가스 중에 포함되는 더스트량이 크게 변동된다.

이로 인해, 염소 바이패스에 있어서 회수되는 더스트량도 크게 변화되고, 이 결과 당해 회수 더스트의 품질도 변동되기 때문에, 최종적으로 상기 회수 더스트를 첨가하여 시멘트를 제조하는 경우에는, 그 품질에 악영향을 미칠 우려가 있었다.

본 발명은, 이러한 사정에 비추어 이루어진 것으로, 회수한 미분 더스트의 핸들링성을 높일 수 있고, 따라서 유지 보수가 필요없는 안정적인 조업을 실현할 수 있는 동시에, 유기질 오니를 소각 처리하는 것에 기인하여 발생하는 염화수소도 원활하게 제거하는 것이 가능해지는 시멘트 소성 설비의 배기 가스 처리 방법 및 처리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명자들은, 염소 농도 및 미분 더스트의 입도가 핸들링성에 미치는 영향에 대해 검토를 행하였다.

우선, 시멘트 원료 분말의 평균 입자는, 최대 200㎛로부터 최소 수㎛까지 분포되어 있지만, 대개 20㎛ 내지 30㎛ 정도이다. 따라서, 추기 가스 중으로부터의 더스트의 분급 입도를 10㎛ 이하로 하면, 최종적으로 추기 가스로부터 포집되는 더스트의 대부분은 염소 입자가 되고, 이것에 매우 미세한 시멘트 원료 분말이 혼입되어 있는 것이라 생각된다.

따라서, 상기 분급 입도를 10㎛ 이하로 하면, 급격하게 염소 농도가 높아지는 것에 부가하여, 포집된 미분 더스트가 솜 형태로 되고, 이 결과 핸들링성이 극단적으로 악화되는 동시에, 염소 성분의 조해 등에 기인하여 설비의 폐색이나 막힘의 원인이 되는 코칭이 발생하기 쉬워진다는 지견을 얻었다. 또한, 미분 더스트에 있어서의 염소 농도를 20％ 이하로 억제하면, 반송 과정에 있어서 코칭에 기인하는 미분 더스트의 부착이나 막힘의 발생을 방지할 수 있는 것이 판명되었다.

계속해서, 시멘트 킬른으로부터의 추기 가스를 염소 화합물의 융점 이하로 냉각하고, 사이클론형 분급기에 의해 입도가 약 25㎛ 이상인 더스트를 상기 추기 가스로부터 분리한 후에, 버그 필터에 의해 입도가 약 25㎛ 이하인 미분 더스트를 포집할 때에, 상기 추기 가스에 적극적으로 시멘트 원료를 분산시킴으로써, 당해 추기 가스 중의 더스트 농도를 변화시켜, 상기 미분 더스트의 염소 농도에 미치는 영향을 관찰한 바, 도 2에 나타내는 바와 같이, 더스트 농도가 높아짐에 따라서, 염소 농도가 저하되는 것이 확인되었다.

또한, 추기되는 시멘트 킬른으로부터의 배기 가스에, 시멘트 원료를 적극적으로 분산시키면, 추기 가스 중의 더스트 농도가 높아지는 동시에, 상기 배기 가스의 온도가 저하된다. 그리고 이 관계는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 대략 비례 관계에 있는 것을 알 수 있었다.

따라서, 도 2 및 도 3으로부터, 도 4에 나타내는 바와 같이, 시멘트 원료의 분산에 의해 추기 가스의 온도를 조정함으로써, 추기 가스 중의 더스트 농도를 조정하여, 최종적으로 포집된 미분 더스트의 염소 농도를 용이하게 제어할 수 있다는 지견을 얻는 데 이르렀다. 그리고 상기 확인 시험에 의해, 당해 염소 농도를 상술한 핸들링성에 영향을 미치지 않는 20％ 이하로 하기 위해서는, 추기 가스의 온도를 1150℃ 이하로 하면 되는 것도 판명되었다.

또한, 사이클론형 분급기에 의해 추기 가스로부터 조분 더스트를 분리할 때에, 분급 입도를 작게 하면 미분 더스트의 입도가 작아지기 때문에, 당해 미분 더스트에 있어서의 염소 농도도 높아진다. 그러나 상술한 바와 같이 상기 분급 입도를 10㎛ 이하로 하면, 최종적으로 추기 가스로부터 포집되는 더스트의 대부분은 염소 입자가 되고, 이에 의해 염소 농도가 급격하게 높아지는 것에 대해, 10㎛ 이상, 보다 바람직하게는 12㎛ 이상의 범위 내에 있어서 조정하면, 상기 추기 가스의 온도를 1150℃ 이하로 설정하는 한에 있어서, 염소 농도를 20％ 이하로 억제할 수 있는 것도 알 수 있었다.

또한, 본 발명자들의 연구에 따르면, 상술한 바와 같이, 회수된 미분 더스트의 핸들링성을 향상시키기 위해, 추기 가스 중에 종래보다도 많은 양의 시멘트 원료를 분산시키면, 상기 프리 히터의 최하부 또는 시멘트 킬른의 가마 후미부의 시멘트 원료는, 예비 소결이 종료된 활성도가 높은 CaO를 다량 포함하기 때문에, 추기 가스 중의 염화수소 가스(HCl)가 상기 CaO와 반응하여 CaCl ₂ 가 생성되어, 이것을 버그 필터 등의 더스트 포착 수단에 의해 효과적으로 회수할 수 있는 것이 판명되었다.

즉, 도 5에 나타내는 바와 같이, 유기질 오니로서, 하수 오니를 클링커 1t당 50㎏(50kg/t-cli) 투입하여 소각 처리할 때에, 더스트 포집 수단에 의해 회수되는 더스트량(단위 추기 풍량당 회수되는 더스트량)을 변화시켜 상기 염소 바이패스량을 측정하였다. 이 결과, 회수 더스트량을 증가시키면, 즉 시멘트 원료의 분산량을 증가시켜 추기 가스 중의 더스트 농도를 높이면, 도면 중 점선 화살표로 나타내는 바와 같이, 염소 바이패스량이 증가하여, 상술한 염화수소 가스의 회수 효과가 발현되어 있는 것을 알 수 있었다.

그리고 회수 더스트량을 50g/㎥N 이상으로 함으로써, 염소 바이패스량은 대략 8g-Cl ^- /㎥N에 도달하고, 회수 더스트량을 그 이상 증가시켜도 염소 바이패스량에 큰 변화가 보이지 않는 것도 판명되었다.

따라서, 회수 더스트량을 50 내지 150g/㎥N의 범위로 설정함으로써, 과도한 더스트를 회수하는 일 없이, 게다가 배기 가스 중에 포함되는 염화수소 가스를 효과적으로 회수할 수 있는 것을 알 수 있었다.

또한, 시멘트 킬른의 운전 상태나 코칭의 부착 상태 등이 변동되어, 추기 가스 중의 더스트량이 증가한 경우에 있어서도, 도 6에 나타내는 바와 같이, 사이클론형 분급기(고체-기체 분리 수단)에 있어서의 분급 입도를 15 내지 30㎛의 범위에서 조정함으로써, 상기 회수 더스트량을 50 내지 150g/㎥N의 범위로 유지할 수 있는 것도 확인할 수 있었다.

본 발명은 이러한 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 청구항 1에 기재된 발명은, 시멘트 원료를 시멘트 킬른에 있어서 소성하는 동시에, 상기 시멘트 킬른의 가마 후미 부분 또는 예비 소결로에 유기질 오니를 도입하여 소각하는 시멘트 제조 설비에 있어서, 상기 시멘트 킬른으로부터 배출되어 상기 시멘트 원료를 예열하는 프리 히터로 이송되는 더스트를 포함하는 배기 가스의 일부를, 상기 프리 히터의 최하부 또는 상기 시멘트 킬른의 가마 후미부로부터 추기 가스로서 추기하고, 이 추기 가스를 염소 화합물의 융점 이하로 냉각한 후에, 고체-기체 분리 수단에 의해 소정 입도 이상의 상기 더스트를 상기 추기 가스로부터 분리하여 상기 시멘트 원료의 소성 공정으로 복귀시키는 동시에, 더스트 포착 수단에 의해 상기 소정 입도 이하의 미분 더스트를 포함하는 상기 추기 가스로부터 당해 미분 더스트를 포집·제거함으로써 상기 추기 가스에 포함되어 있던 염소 화합물을 제거하는 시멘트 소성 설비의 배기 가스 처리 방법이며, 상기 프리 히터의 최하부 또는 상기 시멘트 킬른의 가마 후미부의 상기 배기 가스에, 상기 시멘트 원료를 분산시키는 동시에 당해 분산량을 조정함으로써 상기 추기 가스의 온도를 950℃ 내지 1150℃의 범위로 유지하고, 또한 상기 고체-기체 분리 수단에 있어서의 상기 소정 입도를, 15㎛ 내지 30㎛의 범위 내로 조정함으로써, 상기 더스트 포착 수단에 있어서 회수하는 상기 미분 더스트의 양을 50 내지 150g/㎥N의 범위로 유지하면서, 포집된 상기 미분 더스트의 염소 농도를 5 내지 20％의 범위로 유지하는 것을 특징으로 하는 것이다.

여기서 상기 추기 가스의 온도, 즉 당해 추기 가스 중의 더스트 농도를 조정하기 위해 분산시키는 상기 시멘트 원료로서는, 주로 상기 프리 히터의 최하단으로부터 원료 슈트를 통해 상기 가마 후미부로 투입되는 시멘트 원료를 이용하는 것이 적합하다.

또한, 상기 시멘트 원료의 배기 가스 중으로의 분산과 병행하여, 상기 가마 후미부의 온도, 즉 추기 가스의 온도를 조정하기 위해, 보조적으로 상기 프리 히터로부터 발출한, 보다 저온의 시멘트 원료나, 각종 원료가 혼합·건조되어 시멘트 원료로 된 후의 시멘트 원료이며 상기 프리 히터로 반송되기 전에 시멘트의 원료(소위, 생원료)를, 상기 가마 후미부로 도입해도 좋다.

계속해서, 청구항 2에 기재된 발명은, 시멘트 원료를 소성하는 시멘트 킬른의 가마 후미 부분 또는 예비 소결로에, 유기질 오니를 도입하여 소각하기 위한 이송관이 접속된 시멘트 제조 설비에 설치되고, 상기 시멘트 킬른으로부터 배출되어 상기 시멘트 원료를 예열하는 프리 히터로 이송되는 더스트를 포함하는 배기 가스 의 일부를 추기 가스로서 추기하여, 당해 추기 가스에 포함되어 있던 염소 화합물을 제거하기 위한 시멘트 소성 설비의 배기 가스 처리 시스템이며, 상기 프리 히터의 최하부 또는 상기 시멘트 킬른의 가마 후미부에 접속되어 상기 추기 가스를 추기하는 추기 덕트를 따라, 이 추기 덕트로부터 추기된 상기 추기 가스를 염소 화합물의 융점 이하로 냉각하는 냉각기와, 이 냉각기로부터 배기된 상기 추기 가스로부터 소정 입도 이상의 상기 더스트를 분리하는 고체-기체 분리 수단과, 이 고체-기체 분리 수단에 있어서 소정 입도 이상의 상기 더스트가 분리된 추기 가스로부터 동반된 상기 소정 입도 이하의 미분 더스트를 포집·제거하는 더스트 포착 수단과, 이 더스트 포착 수단으로부터 회수된 상기 미분 더스트의 양을 계측하는 더스트량 검출 수단과, 상기 더스트 포착 수단의 하류측에 설치되어 상기 추기 가스를 흡인하는 유인 팬이 설치되고, 상기 프리 히터의 최하부 또는 상기 시멘트 킬른의 가마 후미부의 내부이며 상기 추기 덕트의 접속부 근방에, 상기 배기 가스에 상기 시멘트 원료를 분산시키는 분산 수단이 설치되는 동시에, 상기 분산 수단에 의해 분산시키는 상기 시멘트 원료의 양을 조정하는 구동 수단과, 상기 추기 가스의 온도를 검출하는 온도 검출 수단과, 이 온도 검출 수단에 의해 검출된 온도에 기초하여 상기 구동 수단을 제어하여 상기 추기 가스의 온도를 950℃ 내지 1150℃의 범위로 유지하는 제1 제어 장치와, 상기 더스트량 검출 수단에 있어서 검출된 상기 미분 더스트의 양이 50 내지 150g/㎥N의 범위로 유지되는 동시에, 회수된 상기 미분 더스트의 염소 농도가 5 내지 20％의 범위가 되도록, 상기 고체-기체 분리 수단에 있어서의 상기 소정 입도를 15㎛ 내지 30㎛의 범위 내로 조정하는 제2 제어 장치를 구 비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 청구항 3에 기재된 발명은, 청구항 2에 기재된 발명에 있어서, 상기 고체-기체 분리 수단이 사이클론형 분급기이며, 당해 사이클론형 분급기의 입구측에, 상기 추기 가스의 유량 조정 장치가 설치되고, 또한 상기 더스트 포착 수단은 버그 필터이고, 당해 버그 필터로부터 회수된 상기 미분 더스트의 염소 농도 검출 장치가 설치되는 동시에, 상기 제2 제어 장치가, 상기 염소 농도 검출 수단의 검출 신호 및 상기 더스트량 검출 수단의 검출량에 기초하여, 상기 더스트 포착 수단에 있어서 회수하는 상기 미분 더스트의 양이 50 내지 150g/㎥N의 범위이며, 또한 회수된 상기 미분 더스트의 염소 농도가 5 내지 20％의 범위가 되도록, 상기 유인 팬에 의한 상기 추기 가스의 흡인량 및/또는 상기 추기 가스의 유량 조정 장치를 제어함으로써, 상기 소정 입도를 15㎛ 내지 30㎛의 범위 내로 조정하는 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나에 기재된 발명에 따르면, 추기 가스 중에 포함되는 염소 농도의 높은 미분 더스트를 더스트 포착 수단에 의해 포집하여 제거함으로써, 시스템 내에 있어서의 염소 농도가 상승하는 것을 방지할 수 있다. 덧붙여, 추기 가스가 추기되는 프리 히터의 최하부 또는 시멘트 킬른의 가마 후미부의 배기 가스에, 시멘트 원료를 분산시켜 당해 추기 가스의 온도를 950℃ 내지 1150℃의 범위로 유지함으로써, 용이하게 최종적으로 포집된 미분 더스트의 염소 농도를 20％ 이하로 할 수 있다.

이로 인해, 상기 미분 더스트의 핸들링성이 우수한 동시에, 반송 중에 당해 미분 더스트에 포함되는 염소 성분에 의해, 설비에 폐색이나 막힘 등의 폐해가 발생할 우려가 없어, 안정적인 조업을 행할 수 있다.

게다가, 상기 더스트 포착 수단에 있어서 회수하는 상기 미분 더스트의 양을 50 내지 150g/㎥N의 범위로 설정하고 있기 때문에, 배기 가스 중에 포함되는 유기질 오니를 소각 처리하는 것에 기인한 염화 수소 가스도, 예비 소결이 종료된 시멘트 원료 중의 활성도가 높은 CaO와 반응시켜 CaCl ₂ 로서 더스트 포착 수단에 의해 효과적으로 회수할 수 있다.

또한, 종래의 이러한 종류의 시멘트 제조 설비에 있어서는, 더스트 포착 수단으로서 버그 필터를 이용한 경우에, 추기 가스 중에 포함되는 SO ₂ 가스가, 그 이슬점 온도 이하의 분위기하가 되는 당해 버그 필터의 하류측의 배기 가스 덕트 등에 있어서 부식을 야기시키기 때문에, 유지 보수 등의 많은 수고를 필요로 한다고 하는 문제가 있었다.

이 점, 본원 발명에 있어서는, 추기 가스 중에 종래보다도 많은 CaO를 포함하는 시멘트 원료가 동반되어 있기 때문에, 상기 버그 필터의 여과포의 표면에 CaO층이 형성되고, 이 CaO층에, 추기 가스 중의 SO ₂ 나, 그 산화에 의해 발생한 SO ₃ 이 화학적으로 흡수되어 CaSO ₃ 이나 CaSO ₄ 로서 고정되기 때문에, 상술한 추기 가스 중에 포함되는 SO ₂ 나 SO ₃ 에 기인하는 황산 부식도 저감시킬 수 있다고 하는 부가적인 효 과도 얻어진다.

또한, 고체-기체 분리 수단에 있어서의 분급 입도를, 15㎛ 내지 30㎛의 범위 내로 조정하면 되므로, 상기 고체-기체 분리 수단으로서 예를 들어 범용의 사이클론형 분급기 등을 이용할 수 있어, 설비 비용이 높아질 우려도 없다.

여기서, 추기 가스의 온도를 950℃ 이상으로 하고, 이 결과 미분 더스트에 있어서의 염소 농도를 5％ 이상으로 한 것은, 상기 추기 가스의 온도가 950℃ 이하가 될 정도로 배기 가스에 시멘트 원료를 분산시키면, 열손실이 커져 경제성이 열화되는 동시에, 추기 가스의 더스트 농도가 과도하게 높아져, 이 결과 최종적으로 포집·제거되는 미분 더스트의 부피가 커져 문제가 되기 때문이다.

또한, 고체-기체 분리 수단에 있어서의 분급 입도를, 15㎛ 내지 30㎛로 한 것은, 상술한 바와 같이 분급 입도가 15㎛에 충족되지 않으면, 미분 더스트에 있어서의 염소 입자의 비율이 급격하게 높아지고, 이 결과 미분 더스트에 있어서의 염소 농도를 20％ 이하로 억제하고, 또한 상기 미분 더스트의 양을 50 내지 150g/㎥N의 범위로 유지하는 것이 곤란해지기 때문이며, 다른 쪽 분급 입도가 30㎛를 초과하면, 상기 미분 더스트의 양이 150g/㎥N을 초과하여 최종적으로 처분해야 할 미분 더스트의 양이 많아지는 것에 대해, 염소 바이패스량의 증가 경향이 보이지 않아 경제적이지 않기 때문이다.

또한, 상술한 바와 같이, 상기 배기 가스 중에 분산시켜 추기 가스 중의 더스트 농도를 높이는 시멘트 원료로서는, 상기 프리 히터의 최하단으로부터 원료 슈트를 통해 상기 가마 후미부로 투입되는 시멘트 원료를 이용하면, 기존의 설비를 대폭으로 변경할 필요가 없고, 게다가 당해 시멘트 원료의 온도가 높기 때문에, 활성화된 CaO를 다량 포함하므로 적합하다. 또한, 온도 조정을 위해서는 비교적 많은 양을 분산시킬 필요가 있고, 따라서 추기 가스 중의 더스트 농도를 높여, 용이하게 미분 더스트의 염소 농도를 20％ 이하로 할 수 있다는 이점도 있다.

또한, 상기 원료 슈트로부터 가마 후미부로 투입되는 시멘트 원료의 분산과 병행하여, 상기 프리 히터에 있어서의 600℃ 내지 700℃의 시멘트 원료나, 당해 프리 히터로 반송되기 전의 온도가 50℃ 내지 100℃로 낮은 시멘트의 생원료를, 상기 가마 후미부에 있어서의 온도 조정용으로서 공급한 경우에는, 이들 시멘트의 원료는 상기 원료 슈트로부터의 시멘트 원료와 비교하여 온도가 한층 낮기 때문에, 배기 가스 중에 소량 분산시킴으로써, 상기 추기 가스의 온도를 효율적으로 저하시킬 수 있다.

이 결과, 더스트 농도가 높아졌을 때에 추기 덕트에 발생하는 드래프트 저해를 미연에 방지할 수 있는 동시에, 배기 가스의 온도를 저하시킴으로써, 상술한 코칭의 발생도 억지할 수 있다고 하는 이점이 있다.

도 1은, 본 발명에 관한 시멘트 소성 설비의 배기 가스 처리 시스템의 실시 형태를 도시하는 것이다.

우선, 상기 배기 가스 처리 시스템이 설치된 시멘트 제조 설비에 대해 설명하면, 도면 중 부호 1이 시멘트 원료를 소성하기 위한 시멘트 킬른이다. 이 시멘트 킬른(1)은, 축심 주위로 회전 가능하게 설치된 로터리 킬른이며, 그 도면 중 좌 측의 단부에, 로터리 부분을 지지하는 가마 후미 하우징(2a) 및 그 기립부(2b)로 이루어지는 가마 후미부(2)가 설치되어 있다.

또한, 이 가마 후미부(2)의 상류측에, 시멘트 원료를 예열하기 위한 프리 히터(3)가 설치되는 동시에, 도면 중 우측의 가마 전방(도시를 생략함)에, 내부를 가열하기 위한 주 버너가 설치되어 있다.

여기서, 프리 히터(3)는 상하 방향으로 직렬적으로 배치된 복수 단(예를 들어, 4단)의 사이클론에 의해 구성되어 있고, 최하단(4단째)의 사이클론(3a)에 시멘트 원료가 공급되는 동시에, 이 사이클론(3a)의 저부(底部)에는, 내부의 시멘트 원료를 시멘트 킬른(1)의 가마 후미부(2)로 이송하는 원료 슈트(4)가 접속되어 있다.

한편, 가마 후미부(2)의 기립부(2b)에는, 시멘트 킬른(1)으로부터 배출된 연소 배기 가스를 최하단의 사이클론으로 공급하는 배기 가스관(5)이 접속되어 있고, 최상단의 사이클론의 상부로부터 배출된 배기 가스가, 배기 팬에 의해 배기 라인을 통해 배기되어 가도록 되어 있다.

또한, 이 시멘트 제조 설비에 있어서는, 시멘트 킬른(1)의 가마 후미부(2)에, 하수 오니(유기질 오니)를 함수 상태 그대로 직접 내부로 도입하여 소각 처리하기 위한 이송관(25)이 접속되어 있다.

그리고 상기 구성으로 이루어지는 시멘트 제조 설비에, 염소 바이패스라 불리우는 배기 가스 처리 시스템이 병설되어 있다.

이 처리 시스템은, 시멘트 킬른(1)으로부터 배출되어 프리 히터(3)로 이송되는 더스트를 포함하는 배기 가스의 일부를 추기 가스로서 추기하여, 당해 추기 가 스에 포함되어 있던 염소 화합물을 제거하기 위한 것이며, 도면 중 부호 10이 시멘트 킬른(1)의 가마 후미부(2)의 기립부(2b)에 접속되어 상기 추기 가스를 추기하는 추기 덕트이다.

그리고 이 처리 시스템에 있어서는, 추기 덕트(10)를 따라, 차례로 이 추기 덕트(10)로부터 추기된 추기 가스를 냉각하는 냉각기(11)와, 이 냉각기(11)로부터 배기된 추기 가스로부터 소정 입도 이상의 더스트를 분리하는 사이클론형 분급기(고체-기체 분리 수단)(12)와, 이 사이클론형 분급기(12)에 있어서 소정 입도 이상의 더스트가 분리된 추기 가스로부터 동반된 미분 더스트를 포집·제거하는 버그 필터(더스트 포착 수단)(13)와, 이 버그 필터(13)의 하류측에 설치되어 추기 가스를 흡인하는 유인 팬(14)이 설치되어 있다.

여기서, 냉각기(11)는, 예를 들어 냉각 팬으로부터의 냉기나 냉각 펌프로부터의 냉각수를 냉매로 하여 추기 가스와 열교환시킴으로써, 추기 가스의 온도를 염소 화합물의 융점(600 내지 700℃) 이하로 냉각하는 것이다.

또한, 사이클론형 분급기(12)에 있어서의 추기 가스의 입구에는, 모터(15a)에 의해 개방도 조정 가능하게 된 유량 조정용의 밸브(15)가 개재 장착되어 있다. 한편, 이 사이클론형 분급기(12)의 저부에는, 분리된 소정 입도 이상의 더스트를 다시 가마 후미부(2)로 복귀시키는 복귀관(16)이 접속되어 있다.

또한, 유인 팬(14)의 흡입측에는, 모터(17a)에 의해 개방도 조정 가능하게 된 유량 조정용의 밸브(17)가 개재 장착되어 있다.

그리고 가마 후미부(2) 내에는, 상기 배기 가스에 시멘트 원료를 분산시키기 위한 분산판(분산 수단)(18)이 설치되어 있다.

이 분산판(18)은, 방형, 타원형, 다각형 등의 형상으로 형성된 판상 부재이며, 그 판면을 수평하게 하여, 원료 슈트(4)의 낙하구(4a)의 하방에, 낙하구(4a)의 바로 아래를 향해 출몰 가능하게 설치되어 있다. 이 분산판(18)은, 낙하구(4a)로부터 낙하하는 시멘트 원료를, 가마 후미부(2) 내에 있어서 배기 가스 중으로 분산시키기 위한 것으로, 그 기단부에는, 당해 분산판(18)을 출몰시켜 낙하구(4a)의 바로 아래에 위치하는 면적을 바꿈으로써, 분산시키는 시멘트 원료의 양을 조정하기 위한 구동 모터(구동 수단)(19)가 설치되어 있다.

또한, 이 배기 가스 처리 시스템에 있어서는, 가마 후미부(2)의 기립부(2b)이며, 추기 덕트(10)의 접속부의 근방에, 추기 가스의 온도를 검출하기 위한 온도 검출기(온도 검출 수단)(20)가 설치되어 있다. 그리고 이 온도 검출기(20)로부터의 검출 신호에 기초하여, 구동 모터(19)를 작동시켜 분산판(18)을 출몰시킴으로써, 추기 가스의 온도를 950℃ 내지 1150℃의 범위로 유지하는 제1 제어 장치(21a)가 설치되어 있다.

또한, 버그 필터(13)의 저부에는, 포집된 미분 더스트의 양을 검출하는 더스트량 검출 수단(22)과, 상기 미분 더스트에 있어서의 염소 농도를 검출하기 위한 염소 농도 검출 수단(23)이 설치되어 있다.

그리고 염소 농도 검출 수단(23)으로부터의 검출 신호가 5％에 충족되지 않는 값으로 되었을 때, 및 20％를 초과하는 값으로 된 경우, 및 더스트량 검출 수단(22)에 의해 검출된 미분 더스트량이, 50g/㎥N에 충족되지 않는 값으로 되었을 때, 및 150g/㎥N을 초과하는 값으로 된 경우에, 모터(15a) 및/또는 모터(17a)를 작동시켜 유량 조정용의 밸브(15) 및/또는 밸브(17)를 개폐시키고, 추기 가스의 유속을 변화시킴으로써, 사이클론형 분급기(12)에 있어서의 분급 입도를 15㎛ 내지 30㎛의 범위 내에 있어서 조정하여, 버그 필터(13)에 있어서 회수하는 상기 미분 더스트의 양을 50 내지 150g/㎥N의 범위로 유지하면서, 포집된 상기 미분 더스트의 염소 농도가 5 내지 20％의 범위가 되도록 제어하는 제2 제어 장치(21b)가 설치되어 있다.

또한, 이 제2 제어 장치(21b)는, 상기 밸브(15, 17)의 제어와 함께, 혹은 이들 제어 대신에, 유인 팬(14)에 의한 흡인량을 인버터 제어함으로써, 사이클론형 분급기(12)에 있어서의 추기 가스의 유속을 조정하도록 구성할 수도 있다. 그리고 이들 제1 및 제2 제어 장치(21a, 21b)에 의해, 전체의 제어 장치(21)가 구성되어 있다.

또한, 상기 기립부(2b)에는, 3단째의 사이클론으로부터의 600℃ 내지 700℃의 시멘트 원료나, 프리 히터(3)로 반송되기 전의 온도가 50℃ 내지 100℃로 낮은 시멘트의 생원료를, 가마 후미부(2)에 있어서의 온도 조정용으로서 도입하기 위한 도입관(도시를 생략함)이 접속되어 있다.

다음에, 이상의 구성으로 이루어지는 배기 가스 처리 시스템을 이용한 본 발명에 관한 배기 가스 처리 방법의 일 실시 형태에 대해 설명한다.

우선, 이 시멘트 소성 설비에 있어서는, 도시되지 않은 공급관으로부터 프리 히터(3)의 1단째의 사이클론으로 공급된 시멘트 원료는, 차례로 하방의 사이클론으 로 낙하함에 따라서, 하방으로부터 상승하는 시멘트 킬른(1)으로부터의 고온의 배기 가스에 의해 예열되고, 최종적으로 최하단의 사이클론(3a)으로부터 원료 슈트(4)를 통해 시멘트 킬른(1)의 가마 후미부(2)로 도입된다.

그리고 이 시멘트 킬른(1) 내에 있어서, 가마 후미부(2)측으로부터 가마 전방측으로 도면 중 우측으로 서서히 이송되는 과정에 있어서, 주 버너로부터의 연소 배기 가스에 의해 약 1450℃까지 가열되고, 소성되어 클링커가 된다. 계속해서, 가마 전방에 도달한 클링커는, 클링커 쿨러 내로 낙하하여 이송되어 간다. 이때, 클링커 쿨러 내에 공급된 공기에 의해 소정 온도까지 냉각되어 최종적으로 당해 클링커 쿨러로부터 취출된다.

이와 병행하여, 이송관(25)을 통해 시멘트 킬른(1)의 가마 후미부(2)측으로부터, 하수 오니(유기질 오니)가 내부로 투입되고, 고온 분위기하에서 소각 처리되는 동시에, 소각 후의 회분이 시멘트 원료의 일부로서 이용된다.

그리고 상술한 시멘트 클링커의 제조 공정에 있어서, 연속적 혹은 간헐적으로, 유인 팬(14)에 의해 시멘트 킬른(1)으로부터 배출된 배기 가스의 양의 1％ 이상을, 시멘트 킬른(1)의 가마 후미부(2)로부터 추기 덕트(10)를 통해 추기 가스로서 추기한다.

이때, 분산판(18)을 원료 슈트(4)의 낙하구(4a)의 하방에 위치시켜, 원료 슈트(4)로부터 낙하하는 시멘트 원료를 배기 가스 중으로 분산시키는 동시에, 제1 제어 장치(21a)에 의해, 온도 검출기(20)에 의해 검출된 추기 가스의 온도가 950℃ 내지 1150℃의 범위로 유지되도록, 구동 모터(19)를 작동시킴으로써 분산판(18)을 원료 슈트(4)의 낙하구(4a)의 하방에서 진퇴시켜, 배기 가스로의 시멘트 원료의 분산량을 조정한다.

또한, 상기 분산판(18)에 의한 시멘트 원료의 분산과 병행하여, 기립부(2b)에 접속된 상기 도입관으로부터, 3단째의 사이클론으로부터의 600℃ 내지 700℃의 시멘트 원료 또는 프리 히터(3)로 반송되기 전의 온도가 50℃ 내지 100℃로 낮은 시멘트의 생원료를, 가마 후미부(2)로 도입함으로써 가마 후미부(2)의 온도를 조정할 수도 있다.

계속해서, 이 추기 가스를, 냉각기(11)에 있어서 염소 화합물의 융점(600℃ 내지 700℃) 이하까지 냉각한 후에, 사이클론형 분급기(12)로 이송하여 15㎛ 내지 30㎛의 범위 내의 분급 입도에 의해 조(粗) 더스트를 분리하고, 당해 조 더스트에 대해서는, 복귀관(16)으로부터 다시 가마 후미부(2)로 복귀시킨다.

한편, 상기 분급 입도보다도 미세하고, 따라서 염소 농도가 높은 미분 더스트를 포함하는 추기 가스에 대해서는, 버그 필터(13)로 이송하여 동반된 상기 미분 더스트를 포집하고, 회수함으로써 상기 추기 가스로부터 제거한다. 이에 의해, 시멘트 킬른(1) 및 프리 히터(3)의 시스템 내에 있어서의 염소 농도의 상승이 방지된다. 그리고 상기 미분 더스트가 제거된 추기 가스는, 유인 팬(14)의 배기측으로부터 배기 가스 라인으로 보내져 배기된다.

또한, 버그 필터(13)에 의해 회수된 미분 더스트에 대해서는, 더스트량 검출 수단(22)에 의해 그 양이 검출되는 동시에, 염소 농도 검출 수단(23)에 의해 염소 농도가 검출된다.

그리고 상기 미분 더스트의 염소 농도가 5 내지 20％의 범위로부터 일탈한 경우나, 미분 더스트량이 50 내지 150g/㎥N의 범위로부터 일탈한 경우에는, 제2 제어 장치(21b)에 의해 유인 팬(14)에 의한 추기 가스의 흡인량 및/또는 모터(15a, 17a)를 작동시킴으로써 밸브(15, 17)의 개방도를 조정한다. 이에 의해, 추기 덕트(10)를 흐르는 추기 가스의 유속을 증감시켜, 사이클론형 분급기(12)에 있어서의 분급 입도를 조정함으로써, 회수되는 미분 더스트량이 50 내지 150g/㎥N의 범위를 유지하면서, 상기 염소 농도가 다시 5 내지 20％의 범위 내로 되도록 제어한다.

따라서, 제1 제어 장치(21a)에 의해, 추기 온도를 상술한 950℃ 내지 1150℃의 범위 내로 유지함으로써, 미리 설정된 사이클론형 분급기(12)에 있어서의 분급 입도에 의해 안정적으로 회수되는 미분 더스트량이 50 내지 150g/㎥N의 범위이며, 또한 상기 미분 더스트에 있어서의 염소 농도를 5 내지 20％의 범위로 유지할 수 있는 경우에는, 상기 제2 제어 장치(21b)가 작동하는 일은 없다.

이상과 같이, 상기 구성으로 이루어지는 배기 가스 처리 방법에 따르면, 가마 후미부(2)로부터 추기한 추기 가스 중에 포함되는 염소 농도가 높은 미분 더스트를, 버그 필터(13)에 의해 포집하여 제거함으로써, 시멘트 킬른(1) 및 프리 히터(3)를 포함한 시스템 내에 있어서의 염소 농도가 상승하는 것을 방지할 수 있다.

게다가, 제1 제어 장치에 의해, 추기 가스의 온도에 기초하여 분산판(18)을 이동시키고, 추기 가스가 추기되는 가마 후미부(2)의 배기 가스에 대한 시멘트 원료의 분산량을 조정하여 당해 추기 가스의 온도를 950℃ 내지 1150℃의 범위로 유지함으로써, 용이하게 최종적으로 포집된 미분 더스트의 염소 농도를 20％ 이하로 할 수 있다.

이로 인해, 버그 필터(13)에 있어서 포집된 상기 미분 더스트의 핸들링성이 우수한 동시에, 반송 중에 당해 미분 더스트에 포함되는 염소 성분에 의해, 설비에 폐색이나 막힘 등의 폐해가 발생할 우려가 없어, 안정적인 조업을 행할 수 있다.

덧붙여, 버그 필터(13)에 있어서 회수하는 상기 미분 더스트의 양을 50 내지 150g/㎥N의 범위로 설정하고 있기 때문에, 배기 가스 중에 포함되는 유기질 오니를 소각 처리하는 것에 기인한 염화수소 가스도, 예비 소결이 종료된 시멘트 원료 중의 활성도가 높은 CaO와 반응시켜 CaCl ₂ 로서 더스트 포착 수단에 의해 효과적으로 회수할 수 있다.

또한, 추기 가스 중에 종래보다도 많은 CaO를 포함하는 시멘트 원료가 동반되어 있기 때문에, 버그 필터(13)의 여과포의 표면에 CaO층이 형성되는 동시에, 이 CaO층에, 추기 가스 중의 SO ₂ 나, 그 산화에 의해 발생한 SO ₃ 이 화학적으로 흡수되어 CaSO ₃ 이나 CaSO ₄ 로서 고정되므로, 상술한 추기 가스 중에 포함되는 SO ₂ 나 SO ₃ 에 기인하는 황산 부식도 저감시킬 수 있다.

또한, 추기 가스로부터 가마 후미부(2)로 복귀시키는 조 더스트의 분급 입도를, 15㎛ 내지 30㎛의 범위 내로 조정하면 되므로, 범용의 사이클론형 분급기 등을 이용할 수 있어, 설비 비용이 높아질 우려도 없다.

또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 추기 가스를 시멘트 킬른(1)의 가마 후미부(2)로부터 추기한 경우에 대해서만 설명하였지만 이것에 한정되는 것은 아니며, 프리 히터(3)에 있어서의 배기 가스관(5)으로부터 추기하도록 해도 좋다.

또한, 고체-기체 분리 수단이나 더스트 포착 수단에 대해서도, 상술한 사이클론형 분급기(12)나 버그 필터(13) 외에, 다양한 형식의 것을 이용할 수 있다.

또한, 분산판(18)이나 밸브(15, 17)의 구동 수단에 대해서도, 구동 모터(19)나 모터(15a, 17a) 외에, 유압 또는 공기압 실린더 등의 구동원을 이용하는 것도 가능하다.

또한, 상술한 제2 제어 장치(21b)를 이용하는 일 없이, 염소 농도 검출 수단(23)에 의해 얻어진 검출값에 기초하여, 수동으로 밸브(15, 17)를 개폐하거나, 혹은 수동으로 유인 팬(14)에 의한 추기 가스의 흡인량을 절환하도록 해도 좋다.

도 1은 본 발명에 관한 시멘트 소성 설비의 배기 가스 처리 시스템의 일 실시 형태를 도시하는 개략 구성도.

도 2는 시멘트 소성 설비에 있어서의 추기 가스 중의 더스트 농도와 포집된 미분 더스트에 있어서의 염소 농도의 관계를 나타내는 그래프.

도 3은 시멘트 소성 설비에 있어서의 추기 가스의 온도와 추기 가스 중의 더스트 농도의 관계를 나타내는 그래프.

도 4는 도 2 및 도 3에 나타내는 그래프로부터 얻어진 추기 가스의 온도와 포집된 미분 더스트에 있어서의 염소 농도의 관계를 나타내는 그래프.

도 5는 염소 바이패스에 있어서 더스트 포착 수단에서의 회수 더스트량과 염소 바이패스량의 관계를 나타내는 그래프.

도 6은 염소 바이패스에 있어서의 고체-기체 분리 수단에서의 분리 입도와 더스트 포착 수단에서의 회수 더스트량의 관계를 나타내는 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 시멘트 킬른

2 : 가마 후미부

3 : 프리 히터

3a : 최하단의 사이클론

4 : 원료 슈트

4a : 낙하구

10 : 추기 덕트

11 : 냉각기

12 : 사이클론형 분급기(고체-기체 분리 수단)

13 : 버그 필터(더스트 포착 수단)

14 : 유인 팬

16 : 복귀관

18 : 분산판(분산 수단)

19 : 구동 모터(구동 수단)

20 : 온도 검출기(온도 검출 수단)

21a : 제1 제어 장치

21b : 제2 제어 장치

22 : 더스트량 검출 수단

25 : 함수 오니(유기질 오니)의 이송관