JP2008157183A - セメント焼成プラント廃熱発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】セメント焼成プラントの廃熱を利用した発電システムに関る。
【解決手段】ＡＱＣボイラーがエコノマイザー、蒸発器及び過熱器を備え、ＰＨボイラーが第１蒸発器及び過熱器を備えており、ＡＱＣボイラーのエコノマイザーで加熱された熱水の一部がフラッシャーを介して蒸気タービンの低圧段に投入され、他の一部がＡＱＣボイラーの蒸発器及び過熱器で過熱され、さらに他の一部がＰＨボイラーの蒸発器及び過熱器で過熱されてこれらの高圧蒸気が蒸気タービンの高圧段に投入されるようになっているセメント焼成プラント廃熱発電システムを前提として、（イ）上記ＰＨボイラーが上記蒸発器及び過熱器の他に、そのＰＨ廃ガス出口側に第２蒸発器を備えており、上記フラッシャーからの戻り熱水が蒸気ドラムを介して上記第２蒸発器に導入しており、（ロ）上記第２蒸発器で加熱された熱水が蒸気ドラムに導入され、その蒸気が蒸気タービンの低圧段に投入される。
【選択図】図１

Description

この発明は、セメント焼成プラントの廃熱を利用した発電システムに関するものであり、エアクエンチングクーラー（ＡＱＣ）の廃熱回収率を可及的に高くしつつ、サスペンションプレヒーター（ＰＨ）の廃熱回収率を高くしてこれらの廃熱による総発電量を増大させることができるものである。

セメント焼成プラントではサスペンションプレヒーター（以下単に「プレヒーター」又は「ＰＨ］ともいう）の廃熱、エアクエンチングクーラー（以下単に「クエンチングクーラー」又は「ＡＱＣ」ともいう）の廃熱が大量に放出されるので、これを利用した廃熱ボイラーで蒸気を発生させ、これで蒸気タービンを駆動して発電なされている。
ところで、セメント焼成プラントでは廃熱源がプレヒーターとエアクエンチングクーラーの２つであって、両熱源の廃ガス温度、廃熱量が大幅に異なり、しかも、同プラントの運転状況によって変動するので、上記両廃熱による熱量供給は必ずしも安定しない。

プレヒーター（ＰＨ）の廃ガス温度は例えば３５０〜４００℃であり、エアクエンチングクーラー（ＡＱＣ）の廃ガス温度はほぼ３００〜２５０℃であり、これらの廃熱を利用するボイラー、すなわち、ＰＨボイラー、ＡＱＣボイラーで高圧蒸気を発生させ、ＰＨボイラーの出口ガス温度を２５０℃前後にしてこれをセメント原料乾燥用に利用し、他方、ＡＱＣ廃熱をＡＱＣボイラーで限界まで回収して発電するという廃熱発電システムが従前から運転されている。

〔従来技術１〕
上記廃熱発電システムの実施形態は、適用されるセメント焼成プラントの生産能力や余熱の利用形態の如何によって様々であるが、蒸気タービンを混気タービンとして、ＰＨボイラーで高圧蒸気を発生させてこれを蒸気タービンの高圧段に投入し、他方、ＡＱＣヒーターの熱水で低圧蒸気を発生させてこれを蒸気タービンの低圧段に投入して駆動するもの（従来技術１）がある（特開昭５８−５７０１３号公報図４）。このものの概略は図２に示すようなものであり、復水器Ｃの復水をＡＱＣヒーター５０のエコノマイザーｈで加熱し、フラッシャーＦで発生した低圧蒸気を蒸気タービンＴの低圧段Ｐｂに投入し、他方、復水器Ｃによる復水をＰＨボイラー４０の蒸発器ｈ−２で加熱し、過熱器ｈ−１で過熱してこれを蒸気タービンＴの高圧段Ｐａに投入するものである。このものにおけるＡＱＣヒーター５０による低圧蒸気の蒸気圧は３ａｔｇ程度であり、同ヒーターの出口ガスＢ２の温度は約１００℃であり、また、ＰＨボイラー４０による高圧蒸気は１６ａｔｇ程度であり、同ボイラーの出口ガスＢ１の温度は約２３０℃である。

〔従来技術２〕
エアクエンチングクーラー（ＡＱＣ）の廃熱回収率を高くする廃熱発電システムの実施形態として、ＡＱＣヒーター５０のエコノマイザーｈで加熱した熱水の一部をフラッシャーＦに導入して低圧蒸気にしてこれを蒸気タービンＴの低圧段Ｐｂに投入し、上記熱水の他の一部をＰＨボイラーで過熱してこれを蒸気タービンＴの高圧段Ｐａに投入するもの（従来技術２）がある（特開昭５８−４９８０１号公報図３）。

この従来技術２の概略は図３に示すようなものであり、復水器Ｃの復水をＡＱＣヒーター５０のエコノマイザーｈで加熱し、その熱水の一部をフラッシャーＦに導入し、その低圧蒸気を蒸気タービンＴの低圧段Ｐｂに投入し、他の一部をＰＨボイラー４０の蒸発器ｈ−２で加熱し、さらに過熱器ｈ−１で過熱してこれを蒸気タービンＴの高圧段Ｐａに投入するものである。
ＡＱＣヒーター５０による低圧蒸気の蒸気圧は３ａｔｇ程度であり、同ヒーターの出口ガスＢ２の温度は約１００℃であり、また、ＰＨボイラー４０による高圧蒸気は１６ａｔｇ程度であり、同ボイラーの出口ガスＢ１の温度は約２３０℃である。

〔従来技術３〕
さらに、上記従来技術２について、そのＡＱＣ廃熱回収率を可及的に上げてＡＱＣボイラーの出口ガス温度を低下させるもの（従来技術３）である。
このものの概略は、図４に示されているようなものであり、ＡＱＣボイラー５０Ａにエコノマイザーｈ−５、蒸発器ｈ−４及び過熱器ｈ−３を設け、ＡＱＣボイラー５０Ａのエコノマイザーｈ−５による熱水の一部をフラッシャーＦに導入し、その低圧蒸気を蒸気タービンＴの低圧段Ｐｂに投入し、上記熱水の外の一部をＡＱＣボイラー５０Ａの蒸発器ｈ−４に導入し、さらに過熱器ｈ−３で過熱し、その高圧蒸気を蒸気タービンＴの高圧段Ｐａに投入し、また、上記熱水のさらに他の一部を、弁ｖ、蒸発器ＳＤを介してＰＨボイラー４０の蒸発器ｈ−２に導入し、次いで過熱器ｈ−１で過熱し、その高圧蒸気を蒸気タービンＴの高圧段Ｐａに投入するものである。

従来技術３のＡＱＣボイラー５０Ａのエコノマイザーｈ−５ではＡＱＣボイラー、ＰＨボイラーに加えフラッシャー用熱水を熱交換することによりＡＱＣボイラー５０Ａの出口ガス温度は１００℃程度まで低下されるので、ＡＱＣ廃熱は十分回収されている。
他方、ＰＨボイラー４０の蒸発器ｈ−２で加熱され、さらに過熱器ｈ−１で過熱された高圧蒸気は１６〜７ａｔｇ程度で制御され、このときのＰＨボイラー出口ガスＢ１の温度は２３０〜２００℃程度に低下される。そして、この高温排ガスはさらにセメント原料の乾燥等に利用される。
特開昭５８−４９８０１号公報 特開昭５８−５７０１３号公報

ところで、セメント焼成プラントでは、エネルギー費用の高騰に伴って電力費用が高騰しているので、その廃熱をできるだけ電力として回収することが求められるようになっている。このため、発電量をさらに上げるためにＰＨボイラーの出口ガス温度を１６０℃程度まで下げることが必要になる可能性があり、そのためにＰＨボイラーを多圧化することが考えられる。
他方、上記の従来技術３について、そのプレヒーター（ＰＨ）及びエアクエンチングクーラー（ＡＱＣ）の廃熱の回収率を高くすることが重要であるので、ＰＨボイラーを多圧化してその出口ガス温度を下げてＰＨ廃熱の回収率を高めつつ、ＡＱＣ廃ガスの廃熱回収率を高レベルに維持することが重要である。

そこで、この発明は、
ＡＱＣボイラーがエコノマイザー、蒸発器及び過熱器を備え、ＰＨボイラーが蒸発器及び過熱器を備えており、ＡＱＣボイラーのエコノマイザーで加熱された熱水の一部をフラッシャーを介して蒸気タービンの低圧段に投入し、残りの一部をＡＱＣボイラーの蒸発器及び過熱器で過熱し、また、ＰＨボイラーの蒸発器及び過熱器で過熱してその高圧蒸気を蒸気タービンの高圧段に投入するようになっているセメント焼成プラント廃熱発電システムについて、上記ＰＨボイラーを２圧化するに当たり、ＡＱＣボイラーの出口ガス温度を可及的に低温に維持しつつ、ＰＨボイラーの出口ガス温度を可及的に下げて廃熱回収率が大幅に高められるように、セメント廃熱発電システムの基本構成を工夫することをその技術的課題とするものである。

上記課題を解決するための手段は、次の構成（Ａ）を前提として、次の（イ）（ロ）によるものである。
（Ａ）ＡＱＣボイラーがエコノマイザー、蒸発器及び過熱器を備え、ＰＨボイラーが第１蒸発器及び過熱器を備えており、ＡＱＣボイラーのエコノマイザーで加熱された熱水の一部がフラッシャーを介して蒸気タービンの低圧段に投入され、他の一部がＡＱＣボイラーの蒸発器及び過熱器で過熱され、さらに他の一部がＰＨボイラーの蒸発器及び過熱器で過熱されてこれらの高圧蒸気が蒸気タービンの高圧段に投入されるようになっているセメント焼成プラント廃熱発電システムであること。
（イ）上記ＰＨボイラーが上記蒸発器及び過熱器の他に、そのＰＨ廃ガス出口側に第２蒸発器を備えており、上記フラッシャーからの戻り熱水が蒸気ドラムを介して上記第２蒸発器に導入しており、
（ロ）上記第２蒸発器で加熱された熱水が蒸気ドラムに導入され、その蒸気が蒸気タービンの低圧段に投入されるようになっていること。

この発明におけるＡＱＣボイラーは、エコノマイザー、蒸発器及び過熱器を備え、ＰＨボイラーが蒸発器及び過熱器を備えており、ＡＱＣボイラーのエコノマイザーで加熱された熱水の一部がフラッシャーを介して蒸気タービンの低圧段に投入されているので、この点では従来技術３と同じであり、したがって、ＡＱＣ廃熱の回収率は従来技術３と同様に高水準に維持される。
他方、ＰＨボイラーの廃ガス出口側に第２蒸発器があり、これにＡＱＣボイラーの低圧系におけるフラッシャーの戻り熱水が導入されているので、蒸気タービンの低圧段に投入される低圧蒸気が多量に発生される。そして、この多量の低圧蒸気が上記タービンの低圧段に投入されるので、ＰＨ廃熱の回収率が大幅に高くなる。

従来技術３のＰＨボイラーでは、その蒸気圧を７ａｔｇ程度まで上げることが発電システム構成上好ましく、このときのＰＨボイラーの出口ガス温度は２００℃が限度である。これに対して、この発明の場合は、第２蒸発器、蒸気ドラムによる低圧系を３ａｔｇ（飽和温度１４２．９℃）程度とすることで、第１蒸発器と過熱器とによる高圧系の蒸気圧を少なくとも１６ａｔｇまで上げることができ、この場合のＰＨボイラーの出口ガス温度を１６０℃近傍まで低下させることができる。したがって、ＰＨボイラーによるＰＨ廃熱は限界近くまで回収されることになる。
それゆえ、上記のとおりＡＱＣ廃熱の回収率を高水準に維持しつつ、かつＰＨ廃熱の回収率を大幅に向上させることができる。

因みに、一例をあげれば、発電出力２３，４００ｋＷの従来技術３によるセメント焼成廃熱発電システムに本発明による同発電システムを適用すれば、その発電出力は少なくとも２５，５００ｋＷになる。
それゆえ、セメント焼成プラントの廃熱回収率を向上させ、その廃熱発電の出力を大幅に増大させることができる。

次いで、図１を参照しながら実施例を説明する。
この実施例は生産能力が１０，０００ｔ／日のセメント焼成プラントの２基分の廃熱発電システムに本発明を適用した例であり、全体構成は上記従来技術３と格別の違いはない。そして、サスペンションプレヒーター（ＰＨ）の廃ガスＡ１の温度は１６５℃であり、他方、エアクエンチングクーラー（ＡＱＣ）の廃ガスＡ２の温度は１０５℃である。

ＰＨボイラー１０は、従来技術３（図４）と同様に、第１蒸発器ｈ−２と過熱器ｈ−１を備えており、これに加えてその廃ガス出口側に第２蒸発器ｈ−６を備えている。
他方、ＡＱＣボイラー２０は、従来技術３のＡＱＣボイラー５０と同様のものであり、過熱器ｈ−３、蒸発器ｈ−４，エコノマイザーｈ−５を備えている。
フラッシャーＦの戻り熱水と復水器Ｃの復水とが給水ポンプＰ１でエコノマイザーｈ−５に押し込まれる。エコノマイザーｈ−５で加熱された熱水の温度は２００℃で、その一部はフラッシャーＦに導入され、低圧蒸気になって蒸気タービンの低圧段Ｐｂに投入される。その他の一部がＡＱＣボイラーの蒸発器ｈ−４に導入され、さらに他の一部がＰＨボイラー１０の蒸気ドラムＳＤに導入される。そしてこれらの点も従来技術３と違いがない。
この実施例では、給水ポンプＰ１によるエコノマイザーｈ−５への給水流量は合計２６０ｔ／時間で制御され、フラッシャーＦに導入される熱水の流量は合計１５０ｔ／時間で制御される。

他方、ＰＨボイラー１０は、その廃ガスＡ１の出口側に第２蒸発器ｈ−６を備えており、この第２蒸発器が蒸気ドラムｓｄに接続され、蒸気ドラムｓｄが蒸気タービンＴの低圧段Ｐｂに接続されている。そして、フラッシャーＦの戻り熱水の一部が給水ポンプＰ２で上記蒸気ドラムｓｄに導入され、第２蒸発器ｈ−６で加熱され低圧蒸気が生成される。

この実施例では、ＰＨボイラー１０の過熱器ｈ−１による蒸気圧が１６ａｔｇ程度で制御され、第２蒸発器ｈ−６の蒸気圧が３ａｔｇ程度で制御される。そしてまた、ＡＱＣボイラー２０の過熱器ｈ−３による蒸気圧は１５ａｔｇ程度で制御され、同ボイラー２０のエコノマイザーｈ−５とフラッシャーとによる低圧蒸気は３ａｔｇ程度で制御される。

以上の運転状態で、ＰＨボイラー１０の入り口ガスＡ１の温度３２５℃が出口ガスＢ１の温度１６５℃まで下げられる。また、ＡＱＣボイラー２０の入り口ガスＡ２の温度３６０℃が出口ガスＢ２の温度１０５℃まで下げられる。
この実施例による以上のような運転状態での発電量はほぼ２５，５００ｋｗであり、従来技術３による発電量の約１．１倍である。

〔比較例〕
ところで、上記従来技術３の廃熱発電システムにおいて、そのＰＨボイラーの出口ガス温度を極力下げて、ＰＨボイラーによるＰＨ廃熱の回収率を高めるには、ＡＱＣボイラーと同様に、ＰＨボイラーの廃ガス出口側にエコノマイザーを設けてこれに復水器の復水を供給し、当該エコノマイザーで加熱された熱水を蒸発器ｈ−２に導入すること（比較例）が考えられる。

しかし、この比較例による場合は、ＰＨボイラー４０は１圧系であって従来技術３と違いがなく、ＰＨ廃熱回収率は高くなるものの、ＡＱＣボイラー５０Ａのエコノマイザーｈ−５への給水量が、従来技術３に比して少なくなるので、それだけＡＱＣ廃熱回収率が低下する。したがって、この比較例による場合は、ＡＱＣボイラーとＰＨボイラーとによるトータルで、本発明による場合に比して廃熱回収率が顕著に低くなる。言い換えれば、本発明による場合は、上記比較例に比してセメント焼成プラント廃熱利用の発電量が大幅に高いということができる。

は、実施例の全体構成を模式的に示した図である。 は、セメント焼成プラント廃熱発電システムについての従来技術（従来技術１）の全体構成を模式的に示した図である。 は 、セメント焼成プラント廃熱発電システムについての外の従来技術（従来技術２）の全体構成を模式的に示した図である。 は、セメント焼成プラント廃熱発電システムについての従来技術（従来技術３）の全体構成を模式的に示した図である。

符号の説明

ＰＨ：サスペンションプレヒーター
ＡＱＣ：エアクエンチングクーラー
Ｃ：復水器
Ｐ１，Ｐ２：給水ポンプ
Ｔ：蒸気タービン
Ｆ：フラッシャー
ｓｄ，ＳＤ：蒸気ドラム
ｈ：ＡＱＣヒーターのエコノマイザー
ｈ−１：ＰＨボイラーの過熱器
ｈ−２：ＰＨボイラーの蒸発器（又は第１蒸発器）
ｈ−３：ＡＱＣボイラーの過熱器
ｈ−４：ＡＱＣボイラーの蒸発器
ｈ−５：ＡＱＣボイラーのエコノマイザー
ｈ−６：ＰＨボイラーの第２蒸発器
１０，４０：ＰＨボイラー
２０，５０Ａ：ＡＱＣボイラー
５０：ＡＱＣヒーター
Ａ１：ＰＨボイラーの入り口ガス
Ｂ１：ＰＨボイラーの出口ガス
Ａ２：ＡＱＣボイラーの入り口ガス
Ｂ２：ＡＱＣヒーター又はＡＱＣボイラーの出口ガス

Claims (2)

1. ＡＱＣボイラーがエコノマイザー、蒸発器及び過熱器を備え、ＰＨボイラーが第１蒸発器及び過熱器を備えており、ＡＱＣボイラーのエコノマイザーで加熱された熱水の一部がフラッシャーを介して蒸気タービンの低圧段に投入され、他の一部がＡＱＣボイラーの蒸発器及び過熱器で過熱され、さらに他の一部がＰＨボイラーの蒸発器及び過熱器で過熱されてこれらの高圧蒸気が蒸気タービンの高圧段に投入されるようになっているセメント焼成プラント廃熱発電システムにおいて、
   上記ＰＨボイラーが上記蒸発器及び過熱器の他にＰＨ廃ガス出口側に第２蒸発器を備えられており、上記フラッシャーの戻り熱水が蒸気ドラムを介して第２蒸発器に導入されており、
   上記第２蒸発器で加熱された熱水が上気ドラムに導入され、その蒸気が蒸気タービンの低圧段に投入されるようになっているセメント焼成プラント廃熱発電システム。
2. 上記ＰＨボイラーの上記過熱器による過熱蒸気圧が１３ａｔｇ以上であり、上記第２蒸気発生器、蒸気ドラムによる蒸気圧が３ａｔｇ以下である請求項１のセメント焼成プラント廃熱発電システム。
   

Images