JPS5828982A - 廃熱回収発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はセメント焼成プラントの廃熱を回収して発電に
利用する廃熱回収発電装置に関するものである。

セメント焼成プラントは、一般に、サイクロンｉｋ多段
に重ねたサスペンションプレヒータ（以下、ｓｐと記す
）、助燃炉（すなわち仮焼炉）ロータリキルン、クーラ
を主機として構成されている。セメント焼成プラントに
必要な熱は、通常、ロータリキル／、助燃炉に供給され
、それは原料中の粘土の結晶水の除去、炭酸塩（ＣａＣ
Ｏａ　、　Ｍ！１ＣＯｓ等）の分解（仮燃）に大半消費
されルカ、輻射対流損失、ＳＰ排ガスおよびダスト顕熱
、クーラ余剰空気およびダスト顕熱、タリンカ顕除とし
て系外に排出される。このうち、ＳＰ排ガスおよびダス
ト顕熱は原料の乾燥に大部分消費されるが、原料水分が
小さく、ｓｐ排ガス量、温度が高い場合は余ることがあ
る。またタリンカ顕熱は通常、１００℃前後であるため
、その回収は極めて困難である。クーラ余剰空気顕熱は
、通常、石炭の乾燥粉砕に使用されることはあるが、大
部分は系外に放出されている。

従来、セメント焼成プラントに廃熱回収ボイラを設けた
ものとしては、 （１）　ロータリキルン直後に廃熱回収ボイラを設置し
、高温のロータリキルン排ガスの熱回収発電を行なうも
の、 （２）　　ＳＰ直後に廃熱回収ボイラを設置し、その排
ガスの熱回収発電を行なうもの、 （３）　　クーラ排気口後（電−気集塵器で除塵後が望
ましい）に廃熱回収ボイラを設置し、クーラ余剰空気の
熱回収発電を行なうもの、 が挙げられるが、これらはいずれもセメント焼成プラン
トでの廃熱を最小限に抑制した場合の各部よりの廃熱を
最大限に回収する技術であって、（２）については通常
その排熱を原料の乾燥粉砕に用いるため廃熱回収発電に
まわすことのできる割合は僅かであり、（３）について
は排ガスの温度が２００℃台で低く、かつ短周期の変動
をしているので、ボイラ出口温度が１２０〜１３０℃も
の差すなわちポイーラ負荷が大きく変動することになり
、廃熱回収発電工程の制御に多大の困難を生じ、（１］
については高温でアルカリｌ　８　ｅＣＩ等の揮発分ガ
スおよび大量のダストを含むため、水管へのコーチング
トラブルを生じ、しばしばセメント焼成プラントの運転
を停止することがある等の欠点がある。

一方、通常の火力発電プラントはボイラでのＮＯＸ発生
量が大であり、また８分を含む燃料を使用する場合はＳ
ｏ！が発生し、それぞれ公害防止のためにボイラ本体に
匹敵あるいはそれより石炭焚発電プラントでは石炭に含
まれる灰分が多げれば多い程その処理の設備９作業の負
担が増す。重油焚九ついても重金属を含む未燃カーボン
は別の処理が必要となる。

その他、セメント焼成プラントそれ自体は、安定な運転
が格別の制御を必要とせずに行なわれることもあるが、
ロータリキルン内のコーチング脱着等があり、そのため
の各部の状態が変動し、品質の変動、燃料消費量の悪化
を時々来すことがある。

また、周期的擾乱現象と称して、比較的短い周期（約３
０分）で、２次空気温度、焼点温度、ロータリキルン電
力（ロータリキルン内原料滞留量に関係）、ロータリキ
ルン排ガス温度、ＮＯＸ濃度、へ濃度、ロータリキルン
へ入る原料の仮焼度、温度、クーラ排気温度、量等が変
化し、そのため品質の変動、燃料消費量、の悪化、ＮＯ
Ｘの増大等を生ずる〇 これらのロータリキルンの乱調を生じさせないこと、か
つ生じても可及的速かに回復させることが、運転制御上
重要な問題である。

本発明は、主としてＳＰ排ガスの余剰熱、クーラ排気の
余剰熱の回収発電装置を提供する煤と目的とするもので
、該装置をセメント焼成プラントに組込めば、セメント
プラントに必要な電力の一部を自給でき、総合的にエネ
ルギ利用率を高めることができる。

また本発明は、特別の脱硝、脱硫装置を設けることな（
且つ燃料より生ずる灰の特別の処理を必要とせずに発電
量を経済的に高めること、焼成プラントの擾乱を可及的
速かに解消し運転の安定性を高めること等をも目的とす
るものである。

すなわち本発明は、仮焼炉（以下、助燃炉と称す）排ガ
スと、ロータリキルン排ガスを縦方向に積重配置された
予熱機群（すなわち、多段サイクロンよりなるサスペン
ションプレヒータ（ＳＰ））に通す方式のセメント焼成
プラントにおいて、同ガスを最下段サイクロンに通した
後、一部をＳＰの中間で抜出し、発電用スチーム発生ボ
イラ（以下、廃熱回収ボイラと称す）に通し、該ボイラ
で発生するスチームを剥用して発電する廃熱回収発電装
置に関するもので、上記のガス抜出位置としては最下段
のサイクロン出口あるいはその次の段のサイクロン出口
が好ましく、またその抜出量としては従来の助燃炉への
供給ガス量（後述するようにロータリーキルンの後部に
設けられたクーラからその内部ガスが供給される）を増
大させそのほぼ増分とすることが好ましい。

本発明装置の好ましい実施態様は、セメント焼成プラン
トにおいて、ロータリーキル／の後部に設けられたクー
ラの下流側の低温排気を油気するガスダクト、該ガスダ
クトに該クーラの上流側の高温排気を若干量油気して合
流させるガスダクト、この合流ガスダクトな助燃炉へ導
（ガスダクト、上記クーラの中流側の比較的高温の排気
を油気して廃熱回収ボイラへ導くガスダクト、上記助燃
炉の排ガスを上記ロータリーキルンの排ガスをＳＰの最
下段サイクロンへ導くガスダクトへ合流させるガスダク
ト、およびｓｐを流れるガスをｓｐの中間部から分岐さ
せて上記廃熱回収ボイラへ導く分岐管を設けることにあ
る。

以下、添付図面を参照して本発明装置を詳細に説明する
。

第１図は本発明装置の一実施態様例を示す概略説明図で
ある。

第１図において、１はロータリーキルンで、右端から石
炭供給器１８により石炭が供給され、クーラ３から送ら
れる高温空気と混合し、高温の炎をあげて燃焼する。該
ロータリーキルン内の最高温度は１３００〜１５００℃
程度必要である。また該ロータリーキルン１の左端から
は、はぼ仮燃済のセメント原料が供給され、ロータリー
キルン１の回転により転動しながら右側へ向う間に、高
温の炎やガスと向流接触し、残りの仮焼、加熱、焼成が
行なわれ、タリン力となり、クーラ３へ排出される。

一方、セメント原料は、原料供給シュート１６から最上
段サイクロン７０入口側ガスダクト２６に供給され、該
ガスダクト２６内を流れるガス中に分散し、該ガスと熱
交換し、該ガスに運ばれて最上段サイクロン７に入る。

該サイクロン７内でガスと原料が分離され、ガスはガス
ダクト２７．ファン１４およびガスダクト２７′を経て
図示省略の原料乾燥拳粉砕および石炭乾燥嗜粉砕工程へ
送られ、原料はシュート１９を経て次段サイクロン６の
入口側ガスダクト２５へ送られる。ここでのガスと原料
の挙動は上記の最上段サイクロン７０入ロ側ガスダクト
２６内での挙動と同様であり、以後原料はサイクロン６
、シュート２０、ガスダクト２４、サイクロン５、シュ
ート２１を経て動燃炉２へ送られる。

この助燃炉２へは、クーラ３の排気がガスダク）２９，
３１．３２を経て送られている。ガスダクト２９はクー
ラ３の上流側から、ガスダクト３１はクーラ３の下流側
からそれぞれ抽気し、両者は助燃炉２の空気量や温度条
件の要求によりその比率が自由に変えられるようになっ
ている。また助燃炉２にはこ曵、クーラ３排気と同時に
、ファン１３とガスダクト３３を経て空気が送り込まれ
、石炭供給器１７から供給される石炭と、上記のシュー
ト２１から供給される原料を均一に分散・混合する。こ
れにより石炭は燃焼して原料の仮焼に必要な熱を発生し
、原料はこの熱により仮焼される。助燃炉２の温度は、
仮焼に必要な熱量が大きいので、８５０℃前後に保持す
る。

助燃炉２から排出されるガスと原料は、ガスダクト３９
からロータリーキルン１の排ガスダクト２３へ合流し、
最下段サイクロン４へ送られる。該排ガスダクト２３内
においてもロータリーキルン１の排ガス顕熱により原料
の仮焼が進む。ここでの原料の仮焼率は、助燃炉２での
熱の有効消費量によって決まる。すなわち、クーラ３か
らの抽気温度が低く、石炭供給器１７からの石炭供給量
が少ない場合は、仮焼率が低く、これと逆の場合は仮焼
率が高い。

最下段サイクロン４で分離されたガスばガスダクト２４
を経てサイクロン５へ送られ、このガスによ、って前記
したサイクロン６カ〕らシュー゛ト２０を経てガスダク
ト２４内へ送られて来る原料をサイクロン５へ導入する
。なお、各サイクロン４〜７の出口ガス温度は、サイク
ロン４で８２０〜８８０℃、サイクロン５で６８０〜７
５０℃、サイクロン６で５５０〜６００℃、サイクロン
７で３５０〜４００℃である。またサイクロン４で分離
された原料はシュート２２からロータリーキルン１の左
端へ送入される。

以上説明したサイクロン４〜７、シュート１９〜２２、
およびガスダクト２３〜２６にて構成される部分がＳＰ
であり、本発明ではその中間例えばサイクロン５の出口
ガスダクト２５（シュー）　１９　（（すなわち原料供
給））の上流側）から分岐管２８へガスを分岐し、該ガ
スを廃熱回収ボイラ８へ送る。

この廃熱回収ボイラ８では、言うまでもなく伝熱管群が
組込まれており、該伝熱管群に給水管３７から水が供給
され、該伝熱管群の隙間を分岐管２８からの熱ガスが通
過する間にスチームを発生する。このスチームは抜出管
３８から抜出され、図示省略のスチームタービンと発電
機よりなる発電工程へ送られ、発電に利用される。なお
、クーラ３の排気のうち、中流域からガスダクト３０へ
抽気される中温の排気も同様に廃熱回収ボイラ８へ送ら
れる。

誼廃熱回収ボイラ８の排気は、ガスダクト３４、電気集
塵器９、ガスダクト３５を経てファン１５より大気へ放
出される。電気集塵器９の配置については、廃熱回収ボ
イラ８の伝熱管群の摩耗や集塵効率を考慮して最適な位
置を選ぶべきであり、例えば第２図に示すように廃熱回
収ボイラを８と８′に分割・し、この間に電気集塵器９
を配置するようにしてもよい。

また、前記したクーラ３は、一般に、移動グレードある
いは往復グレードが使用され、該グレードに、よりロー
タリーキルン１から排出されるタリン力を右側へ運び、
シュート３６を経てファン１０，１１．１２より吹込ま
れる空気がグレードの下方から上方へ吹抜ける際に冷却
される。冷却に使用された後の空気は、前記した通’）
ロータリーキルンｌへ送、られ、またガスダク）２９．
３０．３１から抽気され、それぞれ前述の通りに使用さ
れる。

なお本発明装置においては、第３図に示すように、分岐
管２８からガスダクト４１を、更に該ガスダクト４１か
らガスダクト４１′を分岐させて、ＳＰ抜出ガスの一部
を該ガスダク゛ト４１゜４１′から前記したＳＰ排ガス
のガスダクト２７゜２７′（該ダクト２７　、２７’は
前記した通りセメント原料と石炭の乾燥・粉砕工程へ連
絡している）へ合・流させ、これによりセメント原料お
よび石炭の産地や天候によって変動する水分に応じてセ
メント原料および石炭の乾燥・粉砕に対処することもで
きる。

また本発明装置においては、助燃炉２へはクーラ３から
の抽気を供給することに限らず、冷風を直接吸引するよ
うにしてクーラ３から助燃炉２へのガスダク）２９．３
１．３２を省略することもできる。

以上詳述した本発明装置による効果をまとめると次の通
りである。

（１）従来は低温で変動のはげしいクー２３排気の廃熱
を回収し発電に利用していた〔前記した従来技術の（３
）参照〕が、本発明では該廃熱な助燃炉２を一部経由さ
せることによって、温度を上げ、平滑化し、発電量、発
電効率を向上させることができる。

すなわち、従来は原料仮焼のための助燃炉２へはクーラ
３の上流側から抽気する高温の排気を送り、発電用には
クーラ３の最下流側の出口排気を使用していたが、本発
明では助燃炉２へ送る排気を、クーラ３下流側の低温排
気に、上流側の高温排気で少なくとも一部を置換し゛た
もの、あるいは該高温排気を若干゛追加したものとして
、クーラ３から直接発電用に送る排気を高温のものとす
ると共に、上記の助熔炉２へ送った排気な助燃炉にて温
度上昇させ、ｓｐ中間部から−、部を抜出して発電用に
使用するもので、発電用に回収する廃熱の温度を上昇さ
せることができ、しかもその変動をなくすことができる
のである。

また、変動の主因はロータリーキルン１内のコーチング
の脱着およびそれに基づ（原料の滞留量（移動速度）の
変動であるが、これを生起させないか、あるいは生起し
ても小規模に止どめるか、早期に回復させることは、か
なり困難な問題である。その１つの手段として、助燃炉
２への熱供給量を制御してロータリーキルン１へ導入す
る原料性状を安定化し、ロータリーキルン１のコーチン
グにショックを与えないこと、あるいは逆に変動が生じ
た場合、それを修復するために助燃炉２への熱供給量を
調節し、その結果として焼点温度（セメント焼成のため
に確保すべきロータリ−キルン１内最高温度であって、
前記したように１３００〜１５００℃、一般には１４５
０℃）を安定化させることが挙げられる（すなわち、焼
点温度を安定化させることにより、ロータリーキルン１
からクーラ３に排出されるクリンカの持つ熱量も安定し
、ひいてはクーラ３排気の変動がなくなるのである）。

本発明ではＳＰ中間部よりガスを抜出すこと、助燃炉２
への空気量、燃料量、温度が容易に変更できること等か
ら、上記手段を講じることが容易であり、変動をなくし
、平滑化することに最も適している。

（ｌ）　　従来の火力発電プラントに比し、まずＮＯＸ
は低温燃焼であるため燃料ＮＯＸのみで０，１０係ペー
スで５０　ｐｐｍと低く、またＳｏ、は助燃炉２、サイ
クロン４、ガスダクト２３でセメント原料に殆んど吸収
されてしまい、しかも石炭中の灰、重油や廃棄物中の重
金属は、クリンカ鉱物として取込まれ、無害化されるの
で、排ガス処理設備、灰処理設備を別途設ける必要がな
い。

（ｔｉｌ＋　　燃焼性に優れた助燃炉を適用しているた
め、低品位燃料や廃棄物も使用することができ、また石
炭も微粉化せずに粗粒のままで使用することができるこ
とから、燃料費や燃料処理費が軽減される。

Ｏｖ）　　第３図のような設計変更を加えることにより
使用するセメント原料や石炭の性状変動に対処すること
ができる。

（Ｖ）　　また助燃炉２へ直接冷風を吹込むようにして
クーラ３からの抽気なやめれば、該抽気用ダク）２９，
３１．３２を省略することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施態様例を示す概略説明図、
第２図および第３図は本発明装置の一部設計変更例を示
す概略説明図である。 復代理人　　内　１）　　明 復代理人　　　萩　　原　　亮　　− 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. セメント焼成プラントにおいて、縦方向に積−ム発生ボ
   イラ忙連絡したことを特徴とする廃熱回収発電装置。