JPWO2014006677A1 - 焼結設備用廃熱回収発電プラント - Google Patents
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Abstract
Description
従来、たとえば図6に図示されたように、焼結鉱クーラー2の排ガスは、排ガスの余剰熱を廃熱ボイラー30で回収され、これによって、蒸気が発生する。蒸気は、ユーティリティ蒸気として、あるいは蒸気タービン51を介して得られる電力として利用される。このように、焼結鉱クーラー2の排ガスは効果的に廃熱回収されている。
特許文献1に開示された焼結鉱クーラー2の廃熱回収方法においては、焼結鉱クーラー2を、焼結鉱がより高温状態にあるボイラー連通領域と、冷却が進んだ煙道連通領域と、に分ける。ボイラー連通領域に導入された冷却ガスは、冷却後に焼結鉱を覆うフードを介してボイラーに導かれて熱が回収される。煙道連通領域に導入された冷却ガスは、そのまま煙道に導かれて大気に放出される。特許文献1に開示された方法は、フード内を常時正圧にして大気が混入しないようにして、回収する冷却ガスの温度低下を防ぐと共に、ボイラー連通領域と煙道連通領域の仕切りを任意に設定できるようにして熱回収率を向上させたことを特徴としている。
特許文献1には、焼結機1で発生する余剰熱について、これを回収して利用することについて何の言及も示唆もない。
特許文献2に開示されたセメント焼成プラント廃熱発電システムは、AQCボイラー130の節炭器で加熱された熱水の一部を、フラッシャーを介して低圧蒸気化して蒸気タービンの低圧段に投入する。また、熱水の残りの一部を、AQCボイラー130の蒸発器と過熱器を通して過熱し、さらに残りを、PHボイラー110の蒸発器と過熱器を通して過熱して、生成した高圧蒸気を蒸気タービンの高圧段に投入するシステムである。
開示されたシステムでは、PHボイラー110の入口においては325℃であるガス温度が、出口においては165℃まで下げられ、AQCボイラー130の入口においては360℃であるガス温度が、出口では105℃まで下げられる。
このようにして、開示された廃熱発電システムは、AQCの廃熱を十分に回収した上、PHの廃熱も十分に利用して、電気エネルギー化することができる。
図1焼結設備用廃熱回収発電プラントは、焼結設備における焼結機(SM)1と焼結鉱クーラー(SC)2で発生する廃熱とを回収して電力を得る廃熱回収発電プラントである。
また、焼結機1における排ガスには、粉コークスや鉄鉱石に含まれるイオウ成分が酸化して生成した亜硫酸ガスSO2および亜硫酸ガスがさらに酸化して生成される無水硫酸SO3が含まれる。無水硫酸SO3が含まれる排ガスは、温度が酸露点より低下すると固体表面上に液滴硫酸が結露して付着し高い腐食性を呈するようになり、後述する焼結機廃熱ボイラーの伝熱面や煙道に設けられた集塵機3などに損傷を与えるおそれがある。このため、排ガスの温度を酸露点以上に保持する必要がある。硫酸の酸露点は、SO3の分圧と水分の分圧により左右される値であるが、ほぼ120〜140℃程度である。
焼結鉱クーラー2において、高温の焼結鉱を冷却するために使用された冷却用空気は、300〜400℃の高温の排ガスとなる。
なお、焼結鉱クーラー2の排ガスには、破砕された焼結鉱を透過するため粉塵が含まれている。このため排ガスは、集塵機4などの除塵装置により粉塵が除去された後に大気に放出される。
蒸気タービン51における仕事を終えた蒸気は、復水器53で凝縮して水に返り、給水ポンプ54により再度ボイラーに供給される。
SCボイラー30の蒸気ドラム36に供給された熱水は、蒸発器35で加熱され高圧水になって蒸気ドラム36に戻り気液分離する。蒸気ドラム36の蒸気は過熱器33で飽和温度以上に加熱され高圧蒸気になる。
このとき、排ガス中の無水硫酸による腐食を防止するため、SMボイラー10の排ガス出口における排ガス温度を酸露点より高い温度、たとえば160℃以上に維持する必要がある。したがって、SMボイラー10における廃熱回収量は、SMボイラー10に供給される排ガス温度と排ガス流量により制約される。
なお従来は、フラッシャーで生成される蒸気を蒸気タービン51の低圧段に供給していた。一方、本実施例においては、高圧段フラッシャー41および低圧段フラッシャー42を有する2段式フラッシャー40を用いている。このため、SCボイラー30で蒸気タービン51の中圧段に適合する蒸気を生成し、生成された蒸気を蒸気タービン51の中圧段に注入し、これによって、電力を補強することができる。すなわち、節炭器37で加熱した熱水を高圧段フラッシャー41に供給することによって、蒸気タービン51の出力を増強することができる。
このためには、たとえば、SCボイラー30の節炭器37の出口における熱水の温度を177℃として、SMボイラー10の蒸気ドラム16に給水する。これによって、蒸発器15の水側温度は182℃に保持され、このときのSMボイラー10の出口における排ガス温度は約200℃に保持される。
本実施例の廃熱回収発電プラントを上記の条件下で運転して焼結機の排ガスから回収した廃熱を加えたことにより、焼結鉱クーラーからの廃熱回収のみの場合と比較して、ほぼ1.5倍の電力を得ることができた。
本実施例または変形例の廃熱回収発電プラントは、SMボイラー10とSCボイラー30で共有される給水系統を備え、設備コストが安価でシンプルな運用が可能という利点があり、焼結機1で発生する利用可能な廃熱が比較的少ない場合に適している。
第2実施例の焼結設備用廃熱回収発電プラントは、第1実施例の廃熱回収発電プラントと比較して、焼結機廃熱ボイラー(SMボイラー)10にさらに節炭器(第2節炭器)17を設けて配管系統を少し変更したもので、他の構成には大きな相違がない。
Claims (12)
- 焼結機と焼結鉱クーラーとを備える焼結設備に適用する廃熱回収発電プラントであって、
発電機と結合した多段式蒸気タービンと、
前記多段式蒸気タービンの復水を、前記焼結鉱クーラーの排ガスを導入して加熱し、熱水および蒸気を発生させる焼結鉱クーラー廃熱ボイラーと、
前記焼結鉱クーラー廃熱ボイラーで発生した熱水の全部または一部を、前記焼結機の排ガスのうち高温の部分を導入して加熱し、蒸気を発生させる焼結機廃熱ボイラーと、を備え、
前記焼結鉱クーラー廃熱ボイラーにおいて発生した蒸気と、前記焼結機廃熱ボイラーにおいて発生した蒸気と、が前記多段式蒸気タービンの高圧段に供給され、
前記焼結機廃熱ボイラーの排ガス出口における排ガスの温度を酸露点より高い温度に維持するよう、前記焼結機廃熱ボイラーに供給される熱水の温度を制御することを特徴とする焼結設備用廃熱回収発電プラント。 - 前記焼結鉱クーラー廃熱ボイラーは、第1蒸発器、第1過熱器、第1節炭器および第1蒸気ドラムを備え、
前記焼結機廃熱ボイラーは、少なくとも第2蒸発器、第2過熱器および第2蒸気ドラムを備え、
前記第1節炭器は、前記多段式蒸気タービンの復水を加熱し、加熱された熱水が、前記第1蒸気ドラムに供給されるとともに前記焼結機廃熱ボイラーに直接的または間接的に供給され、
前記第1蒸発器と前記第1過熱器で発生した蒸気と、前記第2蒸発器と前記第2過熱器で発生した蒸気と、が前記多段式蒸気タービンの高圧段に供給されることを特徴とする請求項1に記載の焼結設備用廃熱回収発電プラント。 - 前記焼結鉱クーラー廃熱ボイラーの前記第1節炭器から供給された熱水の熱を利用して蒸気を発生させ、発生した蒸気を前記多段式蒸気タービンに供給する蒸気抽出器をさらに備え、
前記蒸気抽出器から排出された熱水が、前記焼結機廃熱ボイラーに供給されることを特徴とする請求項2に記載の焼結設備用廃熱回収発電プラント。 - 前記蒸気抽出器は、前記多段式蒸気タービンの中圧段に蒸気を供給する第1段フラッシャーと、前記多段式蒸気タービンの低圧段に蒸気を供給する第2段フラッシャーと、を有し、
前記第1節炭器は、前記多段式蒸気タービンの復水と前記第2段フラッシャーの戻り熱水とを加熱し、加熱された熱水が前記第1段フラッシャーと前記第1蒸気ドラムとに供給され、
前記第1段フラッシャーから排出された熱水が、前記第2段フラッシャーと前記焼結機廃熱ボイラーとに供給されることを特徴とする請求項3に記載の焼結設備用廃熱回収発電プラント。 - 前記焼結機廃熱ボイラーは、第2節炭器をさらに備え、
前記第1段フラッシャーから排出された熱水が、前記第2段フラッシャーと前記焼結機廃熱ボイラーの前記第2節炭器とに供給され、
前記第2節炭器によって加熱された熱水が、前記第2蒸発ドラムに供給されることを特徴とする請求項4に記載の焼結設備用廃熱回収発電プラント。 - 前記第2節炭器によって加熱された熱水が、前記第2蒸発ドラムと前記第1段フラッシャーとに供給されることを特徴とする請求項5に記載の焼結設備用廃熱回収発電プラント。
- 前記焼結鉱クーラー廃熱ボイラーの前記第1節炭器から供給された熱水の熱を利用して蒸気を発生させ、発生した蒸気を前記多段式蒸気タービンに供給する蒸気抽出器をさらに備え、
前記第1節炭器によって加熱された熱水が、前記蒸気抽出器と前記焼結機廃熱ボイラーと前記第1蒸気ドラムとに供給されることを特徴とする請求項2に記載の焼結設備用廃熱回収発電プラント。 - 前記蒸気抽出器は、前記多段式蒸気タービンの中圧段に蒸気を供給する第1段フラッシャーと、前記多段式蒸気タービンの低圧段に蒸気を供給する第2段フラッシャーと、を有し、
前記第1節炭器は、前記多段式蒸気タービンの復水と前記第2段フラッシャーの戻り熱水とを加熱し、加熱された熱水が前記第1段フラッシャーと前記焼結機廃熱ボイラーと前記第1蒸気ドラムとに供給されることを特徴とする請求項7に記載の焼結設備用廃熱回収発電プラント。 - 前記焼結機廃熱ボイラーは、第2節炭器をさらに備え、
前記第1節炭器によって加熱された熱水が、前記第1段フラッシャーと前記焼結機廃熱ボイラーの前記第2節炭器と前記第1蒸気ドラムとに供給され、
前記第2節炭器によって加熱された熱水が、前記第2蒸発ドラムに供給されることを特徴とする請求項8に記載の焼結設備用廃熱回収発電プラント。 - 前記焼結機廃熱ボイラーの排ガス出口における排ガスの温度を160〜200℃の範囲内に維持するよう、前記焼結機廃熱ボイラーに供給される熱水の温度を制御することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載の焼結設備用廃熱回収発電プラント。
- 前記焼結機廃熱ボイラーに供給される熱水の温度を140〜180℃の範囲内に制御することを特徴とする請求項10に記載の焼結設備用廃熱回収発電プラント。
- 焼結機と焼結鉱クーラーとを備える焼結設備に適用する廃熱回収発電プラントであって、
発電機と結合した多段式蒸気タービンと、
前記多段式蒸気タービンの復水を、前記焼結鉱クーラーの排ガスを使用して加熱し、熱水を発生させる加熱器と、
前記加熱器で発生した熱水の一部を、前記焼結鉱クーラーの排ガスを使用して加熱し、蒸気を発生させる第1蒸気発生器と、
前記加熱器で発生した熱水の一部を、前記焼結機の排ガスのうち高温の部分を使用して加熱し、蒸気を発生させる第2蒸気発生器と、を備え、
前記加熱器には、前記第1蒸気発生器に導入されて前記第1蒸気発生器から排出された後の前記焼結鉱クーラーの排ガスが導入され、
前記第1蒸気発生器において発生した蒸気と、前記第2蒸気発生器において発生した蒸気と、が前記多段式蒸気タービンの高圧段に供給され、
前記第2蒸気発生器の排ガス出口における排ガスの温度を酸露点より高い温度に維持するよう、前記第2蒸気発生器に供給される熱水の温度を制御することを特徴とする焼結設備用廃熱回収発電プラント。
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