JPS5828983A - セメント焼成における廃熱回収発電装置 - 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、一般にサイクロンを多段に重
ねたサスペンションプレヒータ（以下、ｓｐと略す）、
助−焼炉（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、助焼炉、ロ
ータリキルンに供給され、それは、原料中の粘土の結晶
水の除去、炭酸塩の分Ｍ（仮焼）に大半消費されるが、
輻射対流損失、ｓｐ排ガスおよびダストの顕熱、クーラ
余剰空気およびダストの顕熱、クリンカ顕熱として系外
に排出される。

このうちＳＰ排ガスΦダクト顕熱は、原料の乾燥に大部
分消費されるが、原料水分が少なく、ＳＰ排ガス量、温
度が高い場合は余ることがある。またクリンカ顕熱は、
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、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し・る。

従来、セメント焼成プラントに廃熱回収ボイラな設けた
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）　　クーラ排気口の後（望ましくは、電気集塵器
で除塵した後）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
らはいづ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、 （１１については、高温であるので、アルカリ、硫黄、
塩素等の揮発分及び多量のダストがガスに含まれるため
、水管へのコーチングトラブルが発生し易く、シばしば
セメント焼成プラントの運転を停止することがあり、 （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ができる割合は、
わずかであり、 （３）については、排ガス温度が２００℃台で、低く、
かつ短周期の変動をしているので、ボイラ負荷が大きく
変動することになり（ボイラ出ロ一度１２０〜１３０℃
）１．廃熱回収発電工程の制御に多大の困難を生ずる、 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
生量が犬であり、また硫黄分を含む燃料を使用する場合
はＳへが発生し、それぞれ公害防止のために、ボイラ本
体に匹敵、あるい＆１それよりも大きい排ガス処理装置
を必要とする。

さらに石炭焚発電プラントでは、石炭に含まれる灰分が
多いので、その処理の設備、作業の負担が増す。重油焚
についても、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は、格別の制御を必要と
せずに安定な運転が行なわれて（・るが、ロータリキル
ン内のコーチング脱着等が発生した場合には、各部の状
態が変動し、品質の変動燃料消費量の悪化をきたすこと
がある。

また、周期的擾乱現象と称して、比較的短（１周期（約
３０分）で、キルン燃料二次空気温度、焼点温度、ロー
タリキルン回転電力（ロータリキルン内原料滞留量と関
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／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；　ＮＯＸの増大等を生ずる。

これらのロータリキル／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ことを目的とするもの
で、該装置をセメント焼成プラントに組み込めばセメン
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（
且つ燃料から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
速や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、助焼炉と称す）から
の排ガスで加熱する複数段の予熱機群で構成された第−
予熱系（すなわち、多段サイクロンよりなる第一のサス
ペンションプレヒータ）と、回転炉（以下、ロータリー
キルンと称す）からの排ガスで加熱する複数段の予熱機
群で構成された第二予熱系（すなわち、多段サイクロン
よりなる第二のサスペンションプレヒータ）ト、上記第
一のサスペンションプレヒータを流れる助燃炉排ガスの
一゛部を分岐し発電用スチーム発生ボイラに導く分岐管
を有することを特徴とするセメント焼成の廃熱回収発電
装置に関するものである。

本発明におけるガス分岐位置としては第一サスペンショ
ンプレヒータの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、またその分岐量と
しては従来の助焼炉への供給ガス量（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、ロータリーキルンの後部に設けられたクー
ラの下流側の低温排気を抽気するガスダクト、該ガスダ
クトに該クーラの上、流側の高温排気を若干量抽気して
合流させるガスダクト、この合流ガスダクトな助焼炉へ
導くガスダクト、上記クーラの中流側の比較的高温の排
気を抽気して発電用スチーム発生ボイラに導（ガスダク
ト、上記助燃炉排ガスを第一サスペンションプレヒータ
の最下段サイクロンへ導くガスダクト、上記ロータリー
キルン排ガス上第二サスペンションプレヒータの最下段
サイクロンへ導（ガスダクト、および上記第一サスペン
ションプレヒータを流れる助燃炉排ガスを該サスペンシ
ョンプレヒータの中間部から分岐させて上記発電用スチ
ーム発生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、ロータリキルン１には、石炭供給管１
８により石炭が供給され、クーラ３から送られる高温空
気と混合され、高温の炎を形成しながら燃焼する。また
、ロータリキルン１には原料シュート２２ａからほぼ仮
焼したセメント原料が供給され、ロータリキルン１０回
転によって転動しながら、図面の左から右へ移動する間
に、高温のガスと向流接触して、仮焼・加熱・焼成され
、クリンカとなって、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１６ａ、１６
ｂ−から第一、第二サスペンションプレヒータ２９ａ、
２９ｂへそれぞれ供給され、ダクト３９から供給される
助燃炉排ガスおよびダクトｊｌｂから供給されるロータ
リーキルン排ガスとそれぞれ熱交換し、予熱されたのち
、原料シュー）ｊｌａ、２１ｂを経て動焼炉２へ送られ
る。

第一サスペンションプレヒータ２９ａは、第２図に示す
ように、サイクロン４ａ、５ａ。

６ａ、７ａ、ガスダクト２４　ａ　、　２５　ａ　、　
２６ａ２７ａおよび原料シュート１９ａ、２０ａ。

２１ａ、２２ａから構成されており、セメント原料はガ
スダクト内を流れている助燃炉排ガス中に分散され、ガ
スと熱交換しながらガスに運ばれてサイクロンへ入り、
ガスと分離され、原料シュートを経て次段へ送られ、こ
の分散会分離を繰り返した上、前述のように原料シュー
ト２１ａへ至る。

排ガスはセメント原料と熱交換したのち、ガスダクト２
７ａ、２７．ファン１４を経て、図示しない原料乾燥・
粉砕工程へ送られる。

第二サスペンションプレヒータ２９ｂは、排ガスとして
ロータリキルンｌの排ガスを用いることヲ除（と前述の
第一サスペンションプレヒータ２９ａと同様の構成であ
る。

助焼炉２へはクーラ３に接続した排気ダクト３２ａ　、
３２ｂ　、３２を経て、クーラ排気が送られる。ガスダ
クト３２ｂはクーラ３の上流側より、ガスダクト３２ａ
はクーラ３の下流側よりそれぞれ抽気するためのダクト
である。両者は助焼炉２の空気量、温度の要求によって
、その比率が自由に変えられるようになっている。

助焼炉２へは、同時にファン１３、ガスダクト３３によ
り空気が送り込まれ、石炭供給管１７より供給された石
炭、シュー）２１ａ、２１ｂより供給された原料を均一
に分散・混合するよう作用する。

助焼炉２へ送り込まれた空気と石炭との混合により、石
炭は燃焼し、セメント原料の仮焼に必要な熱を発生する
。セメント原料及び石炭は、空気に同伴されながらそれ
ぞれ仮焼及び燃焼する。ここで発生した熱の大部分は仮
焼に費やされるため、助燃炉内の温度は８５０℃前後の
ほぼ一定に保たれる。助焼炉２から排出されたガスと原
料とはガスダクト３９を経て、第一サスペンションプレ
ヒータ２９ａの最下段サイクロン４ａへ送られる。最下
段サイクロン４ａで分離されたガスは、ガスダクト２４
ａを経て、次段サイクロン５ａへ送られ、順次同様の操
作を繰り返したあと、ガスダクト２７ａから排出される
。なお、各サイクロン４ａ〜７ａの出口ガス温度は、サ
イクロン４ａで８２０〜８８０℃、サイクロ７５ａで６
８０〜ｙｓｏＩｃ、、サイクロｙ６ａで５５０〜６００
℃、サイクｏン７ａで３５０〜４００℃である。−１最
下段サイクロン４ａで分離された原料は、シュート２２
ａを経てロータリキルン１へ送られる。

ところで本発明では、前述の第一、第二サスペンション
プレヒータ２９ａ、２９ｂのウチ、助燃炉排ガスを使用
する第一サスペンションプレヒータ２９ａの中間部から
ガスをダクト２８へ分岐させ、廃熱回収ボイラ８へ送る
。この分岐位置としては最下段サイクロン４ａの出ロダ
ク）　２４８ｍあるいはその一つ上段のサイクロン５ａ
の出ロダク）２５ａが好適である。第２図は出口ダクト
２４ａから抜き出す場合を示したものである。

なお、ロータリーキルン排ガスと助燃炉排ガスとをそれ
ぞれ別系列で処理するサスペンションプレヒータ付セメ
ント焼成プラントの原料フローは多（のものが提案され
、また稼動しており、第１図および第２図の７０−はそ
の１例であって、この他に例えば第３図に示す原料フロ
ーもあり、本発明の要点は助燃炉排ガスを分岐させて廃
熱回収ボイラへ送ることにあるのであって、原料フロー
の如何により制限されるものではなく、第３図のような
フローを有するものにも適用することができることは言
うまでもないＯ 廃熱回収ボイラ８には、言うまでもな（、伝熱管群が組
み込まれ、それに水が給水管３８から供給され、ダクト
２８から送られてくる熱ガスが管隙間を通過する間にス
チームを発生する。

このスチームは、抜出管３７から図示していないスチー
ムタービン、発電機等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へ外出される中温の排気も同じく廃熱
回収ボイラ８へ送られる。該廃熱回収ボイラ８の排気は
、ガスダクト３４、電気集塵機９、ガスダクト３５を経
て、ファン１５に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４図に示すように廃熱回収ボイラな
８と８′に分割し、この間に電気集塵機９を配置するよ
うにしてもよい。

また、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から排出されるクリンカを右側へ運び、シュート４
０を経て排出する。

グレードにより運搬中にのクリンカは、ファン１０．１
１．１２より吹込まれる空気がグレードの下方から上方
へ吹抜ける際に冷細される。

冷却に使用された後の空気は、前記した通りロータリー
キルン１へ送られ、またガスダクト３２ａ、３２ｂ、３
２．３０から抽気され、それぞれ前述の通りに使用され
る。

セメント原料中にはアルカリ、硫黄、塩素等°　〜 が含まれており、これらの物質は高温で気化するため、
ロータリキルン１の排ガス（ロータリーキルン内の最高
温度は１３００〜１５００℃、ダクト２３ｂ内の温度は
１０００〜１２００℃）中には、これらの揮発分が多量
に含まれている。

一方、助燃炉排ガス温度は前述のようにせいぜい８５０
℃程度であり、排ガス中の揮発分の含有量モロータリキ
ルン１の排ガスに比べると非常に少ない。

従って、本発明のように廃熱回収ボイラ８へ送る排ガス
な助燃炉系の第一サスペンションプレヒータ２９ａから
抜き出したものとすることにより、廃熱回収ボイラ８の
伝熱管群への、前記揮発分を主成分とするコーチングや
スケールの固着、あるいは前記揮発分がそれを助長する
コーチングやスケールの固着を防止することができる。

なお本発明装置においては、第５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、第一サスペンション
プレヒータ抜出カスの一部を該ガスダク）　４１　、４
１’から前記したガスダクト２７（該ダクト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拳粉砕に対処することもできる。

以上説明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ラ３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、本発明では該廃熱を助焼炉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焼炉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
明では助焼炉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、上記の助焼炉２へ送った排気を助焼炉にて温度上
昇させ、第一サスペンションプレヒータ２９ａの中間部
から一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、′シかも
その変動をな（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、や
はり困難な問題である。その１つの手段として、助焼炉
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焼炉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０（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、第一サスペンションプレヒータ２９ａ中
間部よりガスを抜出すこと、助焼炉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（し、平滑化すること
に最も適している。

（ＩＩ）廃熱回収ボイラ８へ送る熱ガスは、助燃炉ガス
ヲ流ス第一サスペンションプレヒータから抜出したもの
であるため、該ガス中にはアルカリ、硫黄、塩素等の揮
発分が含まれておらず、これらが要因となるボイラ８伝
熱管群へのコーティングやスケールの固着は発生しない
。

（ｌｉｉ）　　従来の火力発電プラントに比し、まずＮ
ＯＸは低温燃焼であるため燃料ＮＯＸのみで０，１０係
ベースで５０　ｐｐｍと低（、またｓｏ、はセメント原
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
設ける必要はない。

【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図は第１図の部分説明図、第３図は第１図および第
２図に示す原料フロー以外の原料フローの一例を示す概
略説明図、第４図およびｔ４５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　　−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. セメント焼成プラントにおいて、仮焼炉からの排ガスで
   加熱する複数段の予熱機群で構成された第−予熱系と、
   回転炉からの排ガスで加熱する複数段の予熱機群で構成
   された第二予熱系と、前記第−予熱系を流れる仮焼炉排
   ガスの一部を分岐し発電用スチーム発生ボイラに導（分
   岐管を有することを特徴とするセメント焼成における廃
   熱回収発電装置。