JPS5849801A - 廃熱回収装置 - 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、廃熱回収装置、特に異なった温度レベルを有
する複数の排ガス熱源からの廃熱をできる限り有効に電
力として回収するための廃熱回収装置に関するものであ
る。

現在、セメント工場においてセメント原料を焼成焼結す
るキルン前段のプレヒータからは約３５０〜４００℃の
排ガスが排出されているが、そのままでは温度が高過ぎ
るために、散水により約２５０℃に減温し、セメント原
料の乾燥に使用されている。

一方、キルン後段にもうけられたクリンカーク−ラから
の排ガスは何ら利用されることなく大気中に放出されて
いるのが現状である。

そこで最近の省エネルギーに鑑み、前記プレヒータから
の廃熱及びタリンカークーラからの廃熱を廃熱ボイラに
て蒸気化し、蒸気タービンを駆動せしめて電力として回
収しようとする気運が高まりつつある。

この場合、異なる温度レベルにある蒸気を夫々の蒸気タ
ービンに導き、発熱する方法が殆んどである。しかしこ
のような方法では複数個の発電設備を必要とし、初期投
資が大きくなって経済的とは云えない。

そこで高温排ガス用の廃熱ボイラと低慕排ガス用の廃熱
ボイラとをシリーズに°し、前記結合された各廃熱ボイ
ラによって熱エネルギーを有効利用しようとする考慮が
なされている。このような場合の間・照点を第１図及び
第２図によって検討する。

第１図は異なる温度レベルの排ガスから廃熱回収するた
めの一般の蒸気発電プラントのサイクル図であり、第２
図はガスと水の温度変化状態を表わした図である。この
図において、Ｂｈ　は高温レベルの廃熱ボイラ、Ｂｔは
低温レベルの廃熱ボイラ、ｈ−１は過熱器、ｈ−ｇは蒸
発器、ｈ−ｓは節炭器であって共に高温レベルの廃熱ボ
イラＢｈ　　内にもうけられる。そして高温レベルの排
ガスＴｇ１は図示矢印の如く高温レベルの廃熱ボイラＢ
ｈ　に入り、熱交換した後、温度７ｇ２となって排出さ
れる。ここでセメントプロセスにおいては前記Ｔｇ２と
なった排ガスはセメント原料の乾燥に使用されるため、
この温度は２５０℃程度に定められている。従って授熱
量は定まることとなシ、当該高温レベルの廃熱ボイラＢ
ｈ　への給水温度ｔ２ができる限り高い方が蒸発量Ｇｓ
を多くとり得ることは云うまでもない。

なお゛、タービンＴに入った蒸気は復水器Ｃによって復
水され、給水ポンプｐ′ｔ−介して各ボイラに供給され
ている。又、Ｇは発電機である。

そして高温レベルの廃熱ボイラＢｈへの給水温度ｔ２を
高める方法としては、低温レベルの廃熱ボイラＢｔを給
水加熱器として使用することが考えられる。即ち、低温
レベルの廃熱ボイラＢｔに対して温Ｗ　Ｔｇ３で入った
排ガスは、給水を温度１．からｔｌまで加熱し、温度Ｔ
ｇ４となって排出されることとなる。

なお、この方法では当然のことながら（給水バイブがシ
リーズに連結されているパため）低温レベルの廃熱ボイ
ラＢｔには、高温レベルの廃熱ボイラＢｈの蒸発量に相
当する給水量のみが入ることになる。これを式で表わせ
ば次の如くなる。

Ｇｇｈ＠Ｃｐｇｈ−（Ｔｇ、−Ｔｇｚ　　）＝Ｇｓ（ｉ
ｓ−１ｚ）＝−は）但し、Ｇｇｈ：廃熱ボイラＢｈを通
過するガス量拗ｇｈ　：：　％熱ボイラＢｈを通過する
ガスの比熱（これは温度の関数である が、式を簡略化するため一定と した） Ｇｓ：廃熱ボイラＢｈの蒸発量（廃熱ボイラＢｈに入る
給水量） ｉ　　：廃熱ボイラＢｈ出口の蒸気のエンタロピー １２：廃熱ボイラＢｈ入口の給水のエンタロピー ここで（１）式の左辺は既知であゃ、又、蒸気条件ｉ、
、Ｉｄ廃熱ボイラの入口及び出口のガス温度により決ま
る。従って、蒸気タービンＴの出力を最大ならしめるた
めには、できるだけｔｌを廃熱ボイラＢｈの蒸発温度ｔ
３近くまで高め、１２ｅ大きくすることによりＧｓ　（
蒸発量）を増加させる必要がある。

しかしながら、前記Ｇｓに相当する給水量が低温レベル
の廃熱ボイラＢｔに入る（給水パイプがフリースである
ため）こととなるため、低温レベルの廃熱ボイラにおい
ては次の式が成立する。

？ Ｇｇｔ＠ｋＡ（Ｔｇ３−Ｔｇ４）　＝　Ｇｓ（ｉ２−　
ｔｌ　）　−−−−−−＝−（２１但し、ａｇｔ：廃熱
ボイラＢｔを通過するガス量Ｃｐｇｔ：廃熱ボイラＢｔ
を通過するガスの比熱 ｔｌ：廃熱ボイラＢｔに入る給水の温度（給水のエンタ
ロピー） 上記の如く、１２を可能な限り高くとった場合、それに
より低温レベルの廃熱ボイラＢｔに対する給水量Ｇ８も
定まってしまう。

従って（２）式において、ｔｌが決っているとすれば、
低温レベルの廃熱ボイラＢｔの排ガス出口ｉ度Ｔｇ４も
決まってしまうことになる。例えばセメントプロセスに
おいては、Ｇｇｈ中１　、４　Ｎｍ３／　ＴＫ４タリン
ヵー、’ｌ’ｇｌ　＝　３５０〜４００℃、　ｃｐｇｈ
　＝：　ｏ、ａｓ　Ｋｃａｊ／Ｎｍ３℃。

Ｇｇｔ中１　、　ＯＮｍ３／　ｈクリンカー、　　Ｔｇ
ａ　＝　２３０〜２５Ｄ”Ｃ。

ｃｐｇｔ中０．３１　Ｋｃａ４乃−℃であり、更に前記
した如く、原料乾燥のため１ｇ２は２５０　℃にす颯必
要がある。

、一方、廃熱回収装置プラントにおいては、廃熱ボイラ
の如き熱交換器における給水、又は蒸気の入口、出口温
度をできる限シ加熱ガスの温度に近づけることがサイク
ル効率上望ましいことは良く知られているが、熱交換器
において最小となる加熱流体と被加熱草体との温度差（
ピンチポイント温度）が小さければ、熱交換伝熱面積が
著しく大きくなり経済上不利となる。そのためピンチポ
イント温度は最低限美〜（支）℃とす、る必要がある。

従って、高温レベルの廃熱ボイラＢｈの出口ガス温度Ｔ
ｇｌｌｔ−２５０℃とすれば、当該ボイラＢｈメ蒸発温
度ｔ３は２２０〜２３０℃程度に選ぶことが望ましく、
また前記した如く当該ボイラＢｈへの給水温度ｔ２もで
きるだけ、この温度に近づけることが望ましい。

温度でもあシ、当該ボイラＢｔの は２３０〜２５０℃であり、熱水出口温度畑を２１０〜
２２０℃に選べば、高温レベルの廃熱ボイラＢｈへの給
水温度としても理想的となる。しかもこのような場合、
高温レベルの廃熱ボイラＢｈにおいては節炭器ｈ−３を
もうけず、直接、蒸発器を設置するの、が構造上簡単で
ある上に出力的に利益が大きい。

しかし、第２図々示特性から明らかなように高温レベル
の廃熱、ボイラＢｈと低温レベルの廃熱ボイラＢｔとを
シリースに運転する場合、排ガス温１度Ｔｇｔ　ｅＴｇ
ｓ　ｐ　Ｔｇｓ　Ｆｉ前記の如く決まってしまい、しか
も低温レベルの廃熱ボイラ［は高温レベルの廃熱ボイラ
Ｂｈの蒸発量に相当する給水量のみが入るでしか下げら
れない。このことは高温レベル熱源と低温レベル熱源と
に夫々蒸気ボイラを設置した場合と殆んど変り力＜、廃
熱を十分有効利用したことになっていない。したがって
低温レベルの廃熱ボイラＢｌｔ−らの排ガス温度Ｔｇ４
をできる限シ低くとシ、前記排ガスの有する熱エネルギ
を十分利用するには、低温レベルの廃熱ボイラＢｔに入
る給水量を高温レベルの廃熱ボイラＢｈが必要とする給
水量Ｇｓよりも更に大きくしなければならない。

しかしながら高温レベルの廃熱ボイラＢｈが必要とする
給水量以上を連続した１本の給水パイ／を介して低温レ
ベルの廃熱ボイラＢｔに給水するためには、余剰の熱水
処理を考慮しなければならない。

本発明は上記問題点を解決することを目的としてなされ
たものであり、複数個の発電設備を設けることなく、大
容量の単一発電設備を設置し、プレヒータ及びクリンカ
ークーラからの異なる温度レベルを有する廃熱エネルギ
をできる限り有効に回収し得る廃熱回収装置を提供する
ことを目的としている。

したがって、本発明においては低温レベルの廃熱ボイラ
［対してのみ、高温レベルの廃熱ボイラＢｈが必要とす
る給水量Ｇｓ以上の給水量Ｇｓ’を供給し、余゛剰分（
Ｇｓ’−Ｇｓ）　　はフラッシャＦに導いてフラッシュ
蒸気を発生せしめ、タービン・Ｔの途中段に混入してタ
ービン出力を増加させようとするものである。

以下図面を参照しつつ実施例を説明する。

第３図は本発明による廃熱回収装置の一実施例構成図、
第４図は排ガス温度と水の温度変化状態を従来特性と比
較して示し念特性図である。

第３図において、図中の符号が第１図に対応するものは
第１図々示のものと同一機能を有する。

図において■はドラム水位制御弁、■は減圧弁、Ｆはフ
ラッシャ、４は給水パイプ％　４は分岐パイプ、ｔ３は
フラッシャ蒸気パイプ、ｔ４は循環パイプ、Ｇｓ’は低
温レベル廃熱ボイラＢｔに供給される給水量であって高
温レベル廃熱ボイラＢｈが必要とする給水量Ｇ８との関
係はＧｓ’＞Ｇｓである。

したがって運転状態においては、給水ポンプＰを介して
低温レベルの廃熱ボイラへの給水量ＧＩＩが当該ボイラ
Ｂｔ　ｔ−経由し、この間において熱交換され温度が約
ｔ２となって給水パイプｔ１に達するが、前記した如く
余剰の給水量（Ｇｂ　−Ｇｓ　）は分岐パイプｔ２及び
減圧弁ｖ２を介してフラッシャＦに“供給される。一方
、高温レベルの廃熱ボイラＢｈが必要とする給水量Ｇｓ
はドラム水位制御弁Ｖｌを介して当該ボイラＢｂ４Ｃ供
給され、熱交換されてタービンＴに高圧蒸気として供給
される。ここで７ラツシヤーでは余剰の熱水からフラッ
シュ蒸気を発生させ、フラッシュ蒸気パイプｔ３を介し
て蒸気Ｓ゛７．７．ビン圧段に混気され、タービン出力
増加に役立たせる。また７ラツシヤＦに入った熱水のう
ちフラッシュしない分はフラッシャ圧力に対応した飽和
温度の熱水となって循環パイプｔ４を経由し、復水器Ｃ
からの温度ｔ！の復水と混合され、温度ｔｌ（ｔ’　＞
　ｔ＞　）となって低温レベルの廃熱ボイラＢｔに給水
される。上記Ｇ’ｓ　（Ｇ’ｓ　＞　Ｇｓ）の給水によ
り、低温レベルの排ガス出口温′度はＴｋ＜　、（↑ｆ
＜’ａ　＜　Ｔｇ４．）まで下シ、前記（２）式の左辺
の値よりも太き束量の廃熱回収がなされることになる４
（第４図参照）。

したがって本発明によるサイクルを用いれば、前　′温
しベルの廃熱ボイラＢｔの給水ｉ　Ｇ’ｓ　Ｆｉ従来の
２〜３倍となり、当該廃熱ボイラ出口ガス温度を１１０
−１４０℃程［１で下げることができ、従って発電出力
ｆ：１０〜２０％増大させることが可能である。

な、お、この種のシステムにおけるドラム水位制御弁■
は、低温レベルの廃熱ボイラＢｔと高温レベルの廃熱ボ
イラＢｈとの間の給水ラインにもうけるのが普通である
が、前記の如く低温レベルの廃熱ボイラＢｔの出口熱水
温度ｔ２が、高温レベルの廃熱ボイラＢｈの蒸発温度ｔ
＝に近い場合には、前記ドラム水位制御弁■内及びその
後流においてフラッシュが生じ、制御不能に陥る危険が
ある。そこで給水温度を下げて高温レベルの廃熱ボイラ
Ｂｈ効率は低下することとなる。　　　　。

特にセメントプラントの如く、低温レベルの廃当該ボイ
ラＢｔの熱水出口温度を意、の変帥が頷〜園℃にも及ぶ
場合に問題は大きいが、ガス入口温度Ｔｇｓの変動に応
じて、低温レベル廃熱ボイラＵの通°過流水量Ｇｈを変
化させれば、当該廃熱ボイラＢｔの熱水出口温度ｔ２が
一定となる筈である。従って、低温レベルの廃熱ボイラ
Ｂｔの熱水出口温度ｔ２をプラント効率上、又、熱交換
器の伝同構成上、最適となるように選び、当該熱水出口
温度ｔ２を検出して、フラッシャＦに導かれる分岐パイ
プ４経路中にもうけた減圧弁ｖ１の開［を変化させ、フ
ラッシャＦへの熱水量を制御すれば、高温レベル廃熱ボ
イラＢｈへの給水量を一定としつつ、　当該ボイラＢｈ
への給水温度を一定に維持し、ドラム水位制御弁Ｍにお
けるフラッシングを防止することができる。

更に、低温レベル廃熱ボイラＢｔへのガス入口温度Ｔｇ
ｓを検出して、フィードフォワード的にフラッシャＦ入
口の減圧弁■へ信号を送り、低温レベル廃熱ボイラＢｔ
出口の熱水温度ｈ　ｆ安定した値に維持することも容易
である。

なお本発明においては、排ガス熱源が２個の場合につい
て説明したが、３個以上の場合であっても適用可能であ
ることは勿論アある。

以上説明した如く、本発明によれば異なった温度レベル
を有する複数の廃熱ボイラをシリースにし、１本の給水
パイプを介して低温レベルの廃熱ボイラと高温レベルの
廃熱ボイラとに給水する廃熱回収装置において、高温レ
ベル廃熱ボイラが必要とする給水量以上を低温レベル廃
熱ボイラに供給し、高温レベル廃熱ボイラには一定必要
量を供給しつつタービン駆動し、余剰分はフラッシャに
導いてフラッシュ蒸気を発生せしめタービン、中圧段に
供給する如き構成としたため、低温レベル廃熱ボイラの
有する熱エネルギーを十分効率よく回収できるばかりか
、簡単な設備で大きな発電出力を得ることの可能な廃熱
回収装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は異なる温度レベルの排ガスから廃熱回収するた
めの一般の蒸気発電プラントのサイクル図、第２図はガ
スと水の温度変化状態を表わした特性図、第３図は本発
明による廃熱回収装置の一実施例構成図、第４図は排ガ
ス温度と水の温度変化状態を従来特性と比較して示した
特性図である。 Ｂｈ・・・高温レベルの廃熱ボイラ Ｂｔ・・・低温レベルの廃熱ボイラ ｈ−＼・・・過熱器　　　　　　　ｈ−２・・・蒸発器
ｈ−３・・・　節炭器　　　　　　　Ｆ・・・・・・フ
ラッシャＴ・・・・・・　蒸気夕〜ビン　　　　　Ｃ・
・・・・・復水器Ｐ・・・・・・　給水ポンプ　　　　
　　Ｇ・・・・・・発電機ｖｌ・・・・・・　ドラム水
位制御弁　　　　ｖ２・・・・・・減圧弁ｔ１・・・・
・・　給水パイプ　　　　　　ｔ２・・・・・・分岐パ
イプｔ３・・・・・・　フラッシャ蒸気パイプ　ｔ４・
・・・・・循環パイプＴｇｓ・・・・・高温レベル廃熱
ボイラのガス出口温度Ｔｇｚ・・・・・・高温レベル廃
熱ボイラのガス出口温度Ｔｇｓ・・・・・・低温レベル
廃熱ボイラのガスの入口温度Ｔｇ　４　、Ｔｋａ・・・
・・低温レベル廃熱ボイラのガス出口温度ｔ１　・・−
・−・・復水温度 ｔ２　・・・・−・・低温レベル廃熱ボイラの出口熱水
温度（高温レベル廃熱ボイラの給水温度） ｔ３・・−・・・・高温レベル廃熱ボイラの蒸発温度ｔ
ｓ　　・・・・・・過熱器の出自蒸気温度Ｇｓ　・・・
・・・高温レベル廃熱ボイラの蒸発量Ｇｇｈ・・・・・
・高温レベル廃熱ボイラの通過ガス量ＧｇＬ・・・・・
・低温レベル廃熱ボイラの通過ガス量Ｃｐｇｈ・・・高
温レベル廃熱ボイラの通過ガス比熱、Ｃｐｇｌ・・・低
温レベル廃熱ボイラの、通過ガス比熱特許出願人　秩父
セメント株式会社 代理人弁二十石井紀男 第３図 弔４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）温度レベルの異なる複数の排ガスが有する廃熱を
   夫々個々に回収する複数個の廃熱ボイラと、該複数個の
   廃熱ボイラを貫通して給水することにより、低温レベル
   の廃熱ボイラから高温レベルの廃熱ボイラを経由して発
   生した蒸気により１単位のタービンを駆動せしめるよう
   にした廃熱回収装置において、上記低温レベル廃熱ボイ
   ラ出口の給水パイプから、分岐パイプと減圧弁とを介し
   て高温レベル廃熱ボイラへ供給される熱水の一部を分岐
   してフラッシャへ導入し、フラッシュ蒸気を発生せしめ
   ると共に、前記高温レベル廃熱ボイラからの発生蒸気と
   、前記フラッシャからのフラッシュ蒸気とを動力源とし
   てタービンを駆動することを特徴とする廃熱回収装置。
2. （２）低温レベル廃熱ボイラの出口熱水温度を検出し、
   減圧弁の開度を調整することにより、前記低温レベル廃
   熱ボイラの出口熱水温度を一定にすることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の廃熱回収装置。
3. （３）低温レベル廃熱ボイラの入口ガス温度を検出し、
   減圧弁の開度を調整することにより、前記低温し゛ペル
   廃熱ボイラの出口熱水温度を一定にすることを特徴とす
   る特許請求の範囲オ１項記載の廃熱回収装置。