(57)【要約】【課題】  セメント焼成工程のクリンカ焼成効率を高めるとともに廃熱発電設備の熱エネルギーの利用効率をも高めることができ、しかもセメント焼成工程から大気に放出される排ガスの量が少ないセメント製造設備における熱エネルギーの利用方法及びセメント製造設備を提供する。【解決手段】  本発明の熱エネルギーの利用方法は、セメントキルン１と高効率型クリンカクーラ３１とを備えたセメント焼成設備と、この設備から排出される排ガスを用いて発電を行う廃熱発電システム３２とを備えたセメント製造設備における熱エネルギーの利用方法であり、高効率型クリンカクーラ３１によりクリンカを冷却し、給水加熱器３４により得られた加熱水を廃熱発電システム３２に供給し、給水加熱器３４から排出される排ガスの一部を高効率型クリンカクーラ３１の冷却空気として循環使用することを特徴とする。【選択図】    図１
2007091512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント原料を焼成してクリンカを生成するセメントキルンと、生成したクリンカを冷却するクリンカクーラとを備えたセメント焼成設備と、このセメント焼成設備から排出される排ガスを用いて発電を行う廃熱発電設備とを備えたセメント製造設備における熱エネルギーの利用方法であって、
前記クリンカクーラを高効率型のクリンカクーラとし、このクリンカクーラにより前記生成したクリンカを冷却空気を用いて冷却するクリンカ冷却工程と、
このクリンカクーラから排出される排ガスを用いて蒸気を発生させ、この蒸気を前記廃熱発電設備に供給する蒸気発生・供給工程と、
前記蒸気を発生した後の排ガスの一部を前記クリンカクーラの冷却空気として循環使用する排ガス循環工程と、
を備えてなることを特徴とするセメント製造設備における熱エネルギーの利用方法。
【請求項２】
セメント原料を焼成してクリンカを生成するセメントキルンと、生成したクリンカを冷却するクリンカクーラとを備えたセメント焼成設備と、このセメント焼成設備から排出される排ガスを用いて発電を行う廃熱発電設備とを備えたセメント製造設備における熱エネルギーの利用方法であって、
前記クリンカクーラを高効率型のクリンカクーラとし、このクリンカクーラにより前記生成したクリンカを冷却空気を用いて冷却するクリンカ冷却工程と、
このクリンカクーラから排出される排ガスを用いて水を加熱し、この加熱水を前記廃熱発電設備に供給する給水加熱工程と、
前記水を加熱した後の排ガスの一部を前記クリンカクーラの冷却空気として循環使用する排ガス循環工程と、
を備えてなることを特徴とするセメント製造設備における熱エネルギーの利用方法。
【請求項３】
前記クリンカ冷却工程における冷却空気の量は、前記クリンカクーラに供給されるクリンカ１ｋｇ当たり２．５Ｎｍ３以下であり、かつ、このクリンカクーラにて循環使用される排ガスの量は、このクリンカクーラから排出される排ガスの量の５０％以上であることを特徴とする請求項１または２記載のセメント製造設備における熱エネルギーの利用方法。
【請求項４】
前記クリンカクーラから排出される排ガスに含まれるクリンカダストを集塵し、このクリンカダストが除かれた排ガスを用いて前記蒸気の発生または前記水の加熱を行うことを特徴とする請求項１、２または３記載のセメント製造設備における熱エネルギーの利用方法。
【請求項５】
セメント原料を焼成してクリンカを生成するセメントキルンと、生成したクリンカを冷却するクリンカクーラとを備えたセメント焼成設備と、このセメント焼成設備から排出される排ガスを用いて発電を行う廃熱発電設備とを備えたセメント製造設備であって、
前記クリンカクーラを高効率型のクリンカクーラとし、
さらに、前記クリンカクーラから排出される排ガスを用いて蒸気を発生させ、この蒸気を前記廃熱発電設備に供給する蒸気発生・供給手段と、
前記蒸気を発生した後の排ガスの一部を前記クリンカクーラの冷却空気として循環使用する排ガス循環手段と、
を備えてなることを特徴とするセメント製造設備。
【請求項６】
セメント原料を焼成してクリンカを生成するセメントキルンと、生成したクリンカを冷却するクリンカクーラとを備えたセメント焼成設備と、このセメント焼成設備から排出される排ガスを用いて発電を行う廃熱発電設備とを備えたセメント製造設備であって、
前記クリンカクーラを高効率型のクリンカクーラとし、
さらに、前記クリンカクーラから排出される排ガスを用いて水を加熱し、この加熱水を前記廃熱発電設備に供給する給水加熱手段と、
前記水を加熱した後の排ガスの一部を前記クリンカクーラの冷却空気として循環使用する排ガス循環手段と、
を備えてなることを特徴とするセメント製造設備。
【請求項７】
前記クリンカクーラと、前記蒸気発生・供給手段または前記給水加熱手段との間に、前記クリンカクーラから排出される排ガスに含まれるクリンカダストを集塵する集塵手段を設けてなることを特徴とする請求項５または６記載のセメント製造設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメント製造設備における熱エネルギーの利用方法及びセメント製造設備に関し、更に詳しくは、廃熱発電設備を付設したセメント製造設備の熱エネルギーの利用効率を高めることで、セメント焼成工程のクリンカ焼成効率を高めることが可能となり、このセメント焼成工程から排出される排ガスを利用した廃熱発電設備の熱エネルギーの利用効率をも高めることが可能となり、しかもセメント焼成工程から大気に放出される排ガスの量が少ないセメント製造設備における熱エネルギーの利用方法及びセメント製造設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、セメント焼成設備から排出される排ガスを有効利用する設備としては、このセメント焼成設備の排ガスを用いて発電を行う廃熱発電設備を付設したものが知られている。
この廃熱発電のために利用される排ガスは、主にサスペンションプレヒータからの排ガスとクリンカクーラからの排ガスが使用される。このうちクリンカクーラからの排ガスは、温度が２５０〜３００℃と比較的低温でしかも温度変化も大きいため、この排ガスを利用したボイラなどで廃熱回収を行い安定した蒸気を得ることは難しい。したがって、廃熱発電をクリンカクーラからの排ガスを利用したボイラのみで行う設備は少なく、主にサスペンションプレヒータからの排ガスを利用したボイラに付設して行われることが多い。
【０００３】
図８は、従来の廃熱発電設備を付設したセメント製造設備の一例を示す模式図であり、サスペンションプレヒータ用廃熱ボイラとクリンカクーラ用廃熱ボイラを備えたセメント製造設備の例である。
図において、１はセメントキルン、２はサスペンションプレヒータ、３は仮焼炉、４はクリンカクーラ、５は冷却空気ファン、６は電気集塵機、７はクリンカクーラ排気ファン、８は排気煙突、９はサスペンションプレヒータ排気ファン、１０は廃熱発電システムである。また、１１は仮焼炉燃料燃焼用２次空気ライン（ダクト）、１２はクリンカクーラ排ガスライン（ダクト）、１３はサスペンションプレヒータ排ガスライン（ダクト）である。
この廃熱発電システム１０は、サスペンションプレヒータ廃熱ボイラ２１と、クリンカクーラ廃熱ボイラ２２と、タービン２３と、発電機２４と、サスペンションプレヒータ廃熱ボイラ蒸気ライン２５と、クリンカクーラ廃熱ボイラ蒸気ライン２６とにより構成されている。
【０００４】
このセメント製造設備では、排出されるガスのうち、サスペンションプレヒータ２からサスペンションプレヒータ排ガスライン１３に排出される排ガスの温度は、クリンカクーラ４から排出される排ガスと比較して高温であり、しかも温度変化が小さいので、この排ガスを利用するボイラ２１からは安定した蒸気を発生させることができる。一方、クリンカクーラ４からの排ガスは上述したように２５０〜３００℃であり、クリンカクーラ４におけるクリンカの流量の変動やクリンカの粒径の変動による影響を絶えず受けるため、サスペンションプレヒータ２の排ガスを利用したボイラ２１と比べて安定した高温蒸気を得ることが難しい。
そこで、クリンカクーラからの排気から有効に蒸気を発生させるために、クリンカクーラからの排ガスの温度を高めるとともに、温度の変動を抑制することにより、排ガスを利用したボイラから発生する蒸気を高過熱蒸気として安定したものにする様々な方法や装置が提案されている。
【０００５】
例えば、廃熱ボイラを用いた方法としては、エア・クエンチング・クーラの中温部から排出される約４５０〜５００℃の冷却空気をエア・クエンチング・クーラ用廃熱ボイラに導入し、エア・クエンチング・クーラの低温部から排出される約３００〜１２０℃の冷却空気の全部又は一部をサスペンション・プレヒータ入口の石炭燃焼部に導入し、エア・クエンチング・クーラの低温部から排出される冷却空気の一部をエア・クエンチング・クーラ用廃熱ボイラに導入するセメント廃熱発電方法が提案されている（特許文献１参照）。
また、廃熱回収ボイラを用いた装置としては、セメント製造設備のセメントクリンカー冷却機から出る排気のうち比較的高温の排気を廃熱回収ボイラに利用し、低温部の排ガスを燃料焚ボイラに利用する設備であり、排熱を回収するボイラ部と、燃料焚ボイラ部とを併置し、排熱回収ボイラ部の排気、又はクリンカー冷却機の上記の中高温排気以外の中温排気の一部を燃料焚ボイラ部の燃焼用空気に使用し、排熱回収ボイラ部には大部分の量の給水加熱と一部の量の蒸発を分担させ、燃料焚ボイラ部には一部の量の給水加熱と大部分の量の蒸発及び全量の蒸気過熱を分担させた排熱回収ボイラが提案されている（特許文献２参照）。
【０００６】
これらの廃熱ボイラや排熱回収ボイラでは、クリンカクーラ排ガスの温度を高めることにより安定した蒸気を得るために、本来はセメント焼成設備に回収されるべき高温の排ガスをボイラに導入することによって行っている。
さらに、上記の廃熱ボイラや排熱回収ボイラにおいても、ボイラからの排ガスの一部を再循環してセメントクーラの冷却空気として回収し、クリンカクーラでのクリンカの冷却後の空気温度を高める方法が提案されている。
【特許文献１】特開平５−１０６４０８号公報
【特許文献２】特開平２−１５０６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した様に排ガスが比較的低温で温度変化の大きいクリンカクーラに廃熱発電を付設した従来のセメント製造設備には、次の様な従来型のクリンカクーラに起因する問題点があった。
セメントキルン内で焼成されたクリンカは、セメントキルンの回転による分級作用を受けるために、クリンカクーラ内に落下すると、クリンカクーラ幅方向によって粒度が変化し、特に粒度の細かいクリンカが端に偏在することとなる。
このクリンカクーラにおいては、クリンカの冷却は直交流の熱交換によってクリンカ層に対して冷却空気を下部から吹き込むことによって行われているが、この冷却空気はクリンカクーラ幅方向に沿って一定の空気圧になっているために、クリンカの粒度がクリンカクーラ幅方向に変化すると、クリンカ粒度の違いによりクリンカ層に通風抵抗の差が発生し、クリンカ層における中心部と周辺部の冷却空気量を一定とすることができないという問題点があった。
その結果、従来型のクリンカクーラでは、クリンカ層の通風抵抗の偏りによるクリンカ冷却のアンバランスが生じ易くなり、また、粒度の細かいクリンカが流動化してクリンカクーラ後方に流れる等の現象が生じ易くなり、細かいクリンカの側の冷却が進まず、逆に粗い側のクリンカが過剰に冷却されることとなる。
【０００８】
また、細かいクリンカが偏在することによりクリンカを十分に冷却することができなくなった場合、比較的高温のクリンカがクリンカクーラの格子板を熱損傷する虞がある。そこで、これを防止するために、高温クリンカの存在するクリンカクーラ上流域の冷却空気量を多くすることが一般に行われているが、冷却空気量を多くすると、細かいクリンカの流動化現象が助長される虞がある。
この様に、従来の廃熱発電設備を付設したセメント製造設備は、従来型のクリンカクーラでは、クリンカと冷却空気との熱交換が効率よく行なうことを阻害し、その結果、特にセメントキルンや仮焼炉への燃料燃焼用２次空気として回収する上流域の熱交換の悪化を招き、クリンカを冷却した後の２次空気の温度やクリンカクーラ排ガスの温度を高くすることができないという問題点があった。
また、クリンカを１５０℃程度まで冷却するためには、冷却空気を大量に必要とするという問題点があった。さらに、従来型のクリンカクーラでは、クリンカクーラは冷却面積を多くすることが必要となるので、クリンカクーラも大型化するという問題点があった。
【０００９】
一方、従来型のクリンカクーラのこのような問題点に対応する上記の従来の廃熱ボイラにおいては、クリンカクーラ排ガスの中温部をボイラに導入しているために、セメント焼成設備の仮焼炉の燃料燃焼用空気をクリンカクーラ排ガスの低温部から回収することとなり、したがって、セメント焼成装置へのエネルギー回収効率が低下し、セメントクリンカを焼成するためのエネルギー原単位が悪化する等の問題点があった。
これらの問題点は、結果的にセメント焼成設備の操業に悪影響を与えることとなる。
また、上述した従来の廃熱回収ボイラでは、燃料焚ボイラを別途設けることが必要となり、廃熱発電設備が大掛かりかつ複雑になる等の問題点があった。
さらに、廃熱ボイラからの排ガスの一部を再循環利用する場合、従来型のクリンカクーラである限り、クリンカの冷却が不十分になったり、冷却面積の大きい大型のクリンカクーラとする必要がある等の問題点があり、必ずしも有効な方法ではない。
【００１０】
このように、従来のクリンカクーラから排出される排ガスを利用した廃熱発電設備においては、セメント焼成設備で使用された熱エネルギーの利用効率を高めようとすると、セメント焼成の操業に悪影響が生じ、さらに余分な燃料を追加焚きを行う必要が生じ、クリンカクーラでのクリンカ冷却に悪影響が生じる等の問題を解決する必要があり、これらが同時に解決されない限り有効な方法ではなかった。
そこで、セメント焼成設備のクリンカクーラから排出される排ガスの熱を回収する廃熱発電設備では、セメント製造設備の操業に影響を与えず、しかも、セメント製造設備から排出される熱エネルギーを最大限利用することが可能な設備の開発が求められていた。
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、セメント製造設備の熱エネルギーの利用効率を高めることで、セメント焼成工程のクリンカ焼成効率を高めることができ、さらに、このセメント焼成工程から排出される排ガスを利用した廃熱発電設備の熱エネルギーの利用効率をも高めることができ、しかもセメント焼成工程から大気に放出される排ガスの量が少ないセメント製造設備における熱エネルギーの利用方法及びセメント製造設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、セメント焼成設備のクリンカクーラから排出される排ガスの熱エネルギーを最大限に有効利用するには、クリンカクーラを高効率型クリンカクーラとする必要があることを見出し、また、このクリンカクーラから排出される排ガスが低温であっても、熱交換が有効に行われるボイラまたは給水加熱器を用いることにより、蒸気を発生するか、あるいはボイラ用の給水を加熱することとし、さらに、このボイラもしくは給水加熱器から排出される１００℃程度の排ガスをクリンカクーラの後部の冷却空気として循環使用すれば、クリンカクーラの排ガスを大気にほとんど排出することなく、エネルギーの利用効率を高められることが可能であることを見出し、さらには、高効率型クリンカクーラおけるクリンカの冷却効率を高めることにより、冷却面積が比較的小さいにも関わらずクリンカの冷却能力をも高めることができ、その結果、セメント焼成設備の能力およびエネルギーの利用効率を最大限高めることが可能になることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
すなわち、本発明のセメント製造設備における熱エネルギーの利用方法は、セメント原料を焼成してクリンカを生成するセメントキルンと、生成したクリンカを冷却するクリンカクーラとを備えたセメント焼成設備と、このセメント焼成設備から排出される排ガスを用いて発電を行う廃熱発電設備とを備えたセメント製造設備における熱エネルギーの利用方法であって、
前記クリンカクーラを高効率型のクリンカクーラとし、このクリンカクーラにより前記生成したクリンカを冷却空気を用いて冷却するクリンカ冷却工程と、
このクリンカクーラから排出される排ガスを用いて蒸気を発生させ、この蒸気を前記廃熱発電設備に供給する蒸気発生・供給工程と、
前記蒸気を発生した後の排ガスの一部を前記クリンカクーラの冷却空気として循環使用する排ガス循環工程と、
を備えてなることを特徴とする。
【００１４】
この熱エネルギーの利用方法では、セメント焼成設備のクリンカクーラを高効率型のクリンカクーラとしたことにより、クリンカクーラにおけるクリンカの冷却効率が高まり、同時にセメント焼成工程における熱エネルギーの利用効率が高まる。
また、クリンカクーラから排出される排ガスを用いて蒸気を発生させ、この蒸気を前記廃熱発電設備に供給し、蒸気を発生した後の排ガスの一部をクリンカクーラの冷却空気として循環使用することにより、クリンカクーラにおける排ガス温度を高温にて安定化することが可能になり、廃熱発電プロセスにおけるエネルギーの利用効率を高めることが可能になる。
【００１５】
本発明の他のセメント製造設備における熱エネルギーの利用方法は、セメント原料を焼成してクリンカを生成するセメントキルンと、生成したクリンカを冷却するクリンカクーラとを備えたセメント焼成設備と、このセメント焼成設備から排出される排ガスを用いて発電を行う廃熱発電設備とを備えたセメント製造設備における熱エネルギーの利用方法であって、
前記クリンカクーラを高効率型のクリンカクーラとし、このクリンカクーラにより前記生成したクリンカを冷却空気を用いて冷却するクリンカ冷却工程と、
このクリンカクーラから排出される排ガスを用いて水を加熱し、この加熱水を前記廃熱発電設備に供給する給水加熱工程と、
前記水を加熱した後の排ガスの一部を前記クリンカクーラの冷却空気として循環使用する排ガス循環工程と、
を備えてなることを特徴とする。
【００１６】
この熱エネルギーの利用方法では、セメント焼成設備のクリンカクーラを高効率型のクリンカクーラとしたことにより、クリンカクーラにおけるクリンカの冷却効率が高まり、同時にセメント焼成工程における熱エネルギーの利用効率が高まる。
また、クリンカクーラから排出される排ガスを用いて水を加熱し、この加熱水を前記廃熱発電設備に供給し、水を加熱した後の排ガスの一部をクリンカクーラの冷却空気として循環使用することにより、クリンカクーラにおける排ガス温度を高温にて安定化することが可能になり、廃熱発電プロセスにおけるエネルギーの利用効率を高めることが可能になる。
【００１７】
これらの熱エネルギーの利用方法は、前記クリンカ冷却工程における冷却空気の量を、前記クリンカクーラに供給されるクリンカ１ｋｇ当たり２．５Ｎｍ３以下とし、かつ、このクリンカクーラにて循環使用される排ガスの量を、このクリンカクーラから排出される排ガスの量の５０％以上とすることが好ましい。
この熱エネルギーの利用方法では、上記のような冷却風量とすることにより、クリンカクーラを大きくすることなく、効率のよいクリンカ冷却が可能となる。また、循環使用される排ガスの量を多くとることにより、クリンカクーラにおける排ガスの温度が高まり、発生する蒸気または加熱水の流量が増加し、発電の効率が向上する。
【００１８】
これらの熱エネルギーの利用方法は、前記クリンカクーラから排出される排ガスに含まれるクリンカダストを集塵し、このクリンカダストが除かれた排ガスを用いて前記蒸気の発生または前記水の加熱を行うことが好ましい。
この熱エネルギーの利用方法では、クリンカクーラの排ガス中のクリンカダストを取り除いた後、この排ガスを用いて蒸気の発生または水の加熱を行うことにより、蒸気や温水の流路の内面にクリンカダストが付着する虞がなくなり、また、これらの流路の内面が排ガス中のクリンカダストにより摩耗する虞もなくなる。これにより、蒸気の発生や水の加熱を安定して行うことが可能となり、用いられる各種装置や配管の保守・管理も容易になり、メンテナンスが軽減されて長期使用が可能になる。
【００１９】
本発明のセメント製造設備は、セメント原料を焼成してクリンカを生成するセメントキルンと、生成したクリンカを冷却するクリンカクーラとを備えたセメント焼成設備と、このセメント焼成設備から排出される排ガスを用いて発電を行う廃熱発電設備とを備えたセメント製造設備であって、
前記クリンカクーラを高効率型のクリンカクーラとし、
さらに、前記クリンカクーラから排出される排ガスを用いて蒸気を発生させ、この蒸気を前記廃熱発電設備に供給する蒸気発生・供給手段と、
前記蒸気を発生した後の排ガスの一部を前記クリンカクーラの冷却空気として循環使用する排ガス循環手段と、
を備えてなることを特徴とする。
【００２０】
このセメント製造設備では、クリンカクーラを高効率型のクリンカクーラとしたことにより、セメント焼成設備における熱エネルギーの利用効率が高まる。
また、蒸気発生・供給手段により前記クリンカクーラから排出される排ガスを用いて蒸気を発生させ、この蒸気を前記廃熱発電設備に供給し、排ガス循環手段により、蒸気を発生した後の排ガスの一部を前記クリンカクーラの冷却空気として循環使用することにより、廃熱発電設備のエネルギー利用効率が高まる。
【００２１】
本発明の他のセメント製造設備は、セメント原料を焼成してクリンカを生成するセメントキルンと、生成したクリンカを冷却するクリンカクーラとを備えたセメント焼成設備と、このセメント焼成設備から排出される排ガスを用いて発電を行う廃熱発電設備とを備えたセメント製造設備であって、
前記クリンカクーラを高効率型のクリンカクーラとし、
さらに、前記クリンカクーラから排出される排ガスを用いて水を加熱し、この加熱水を前記廃熱発電設備に供給する給水加熱手段と、
前記水を加熱した後の排ガスの一部を前記クリンカクーラの冷却空気として循環使用する排ガス循環手段と、
を備えてなることを特徴とする。
【００２２】
このセメント製造設備では、クリンカクーラを高効率型のクリンカクーラとしたことにより、セメント焼成設備における熱エネルギーの利用効率が高まる。
また、給水加熱手段により前記クリンカクーラから排出される排ガスを用いて水を加熱し、この加熱水を前記廃熱発電設備に供給し、排ガス循環手段により、水を加熱した後の排ガスの一部を前記クリンカクーラの冷却空気として循環使用することにより、廃熱発電設備のエネルギー利用効率が高まる。
【００２３】
これらのセメント製造設備は、前記クリンカクーラと、前記蒸気発生・供給手段または前記給水加熱手段との間に、前記クリンカクーラから排出される排ガスに含まれるクリンカダストを集塵する集塵手段を設けたことが好ましい。
【００２４】
このセメント製造設備では、集塵手段によりクリンカクーラの排ガス中のクリンカダストを取り除いた後、蒸気発生・供給手段または給水加熱手段により前記排ガスを用いて蒸気の発生または水の加熱を行うことにより、蒸気発生・供給手段または給水加熱手段の排ガスの流路にクリンカダストが付着する虞がなくなり、また、この流路の内面等が排ガス中のクリンカダストにより摩耗する虞もなくなる。これにより、蒸気の発生や水の加熱を安定して行うことが可能となり、用いられる各種装置や配管の保守・管理も容易になり、メンテナンスが軽減されて長期使用が可能になる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のセメント製造設備における熱エネルギーの利用方法によれば、クリンカクーラを高効率型のクリンカクーラとしたので、クリンカクーラにおけるクリンカの冷却効率を高めることができ、同時にセメント焼成工程における熱エネルギーの利用効率を高めることができる。
また、クリンカクーラから排出される排ガスを用いて蒸気を発生させ、この蒸気を前記廃熱発電設備に供給し、蒸気を発生した後の排ガスの一部をクリンカクーラの冷却空気として循環使用するので、クリンカクーラにおける排ガス温度を高温にて安定化することができ、廃熱発電プロセスにおけるエネルギーの利用効率を高めることができる。
【００２６】
本発明の他のセメント製造設備における熱エネルギーの利用方法によれば、クリンカクーラを高効率型のクリンカクーラとしたので、クリンカクーラにおけるクリンカの冷却効率を高めることができ、同時にセメント焼成工程における熱エネルギーの利用効率を高めることができる。
また、クリンカクーラから排出される排ガスを用いて水を加熱し、この加熱水を前記廃熱発電設備に供給し、水を加熱した後の排ガスの一部をクリンカクーラの冷却空気として循環使用するので、クリンカクーラにおける排ガス温度を高温にて安定化することができ、廃熱発電プロセスにおけるエネルギーの利用効率を高めることができる。
【００２７】
本発明のセメント製造設備によれば、クリンカクーラを高効率型のクリンカクーラとしたので、セメント焼成設備における熱エネルギーの利用効率を高めることができる。
また、蒸気発生・供給手段により前記クリンカクーラから排出される排ガスを用いて蒸気を発生させ、この蒸気を前記廃熱発電設備に供給し、排ガス循環手段により、蒸気を発生した後の排ガスの一部を前記クリンカクーラの冷却空気として循環使用するので、廃熱発電設備におけるエネルギー利用効率を高めることができる。
したがって、セメント焼成設備及び廃熱発電設備の省エネルギー化、省資源化を図ることができる。
【００２８】
本発明の他のセメント製造設備によれば、クリンカクーラを高効率型のクリンカクーラとしたので、セメント焼成設備における熱エネルギーの利用効率を高めることができる。
また、給水加熱手段により前記クリンカクーラから排出される排ガスを用いて水を加熱し、この加熱水を前記廃熱発電設備に供給し、排ガス循環手段により、水を加熱した後の排ガスの一部を前記クリンカクーラの冷却空気として循環使用するので、廃熱発電設備におけるエネルギー利用効率を高めることができる。
したがって、セメント焼成設備及び廃熱発電設備の省エネルギー化、省資源化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明のセメント製造設備における熱エネルギーの利用方法及びセメント製造設備の最良の形態について、図面に基づき説明する。
なお、本形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【００３０】
「第１の実施の形態」
図１は、本発明の第１の実施形態のセメント製造設備を示す模式図であり、給水加熱器の排ガスをクリンカクーラの冷却空気として循環利用する設備の例である。図中、図７と同一の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。
図において、３１は高効率型クリンカクーラ、３２は廃熱発電システム（廃熱発電設備）である。
この廃熱発電システム３２は、フラッシュサイクル付きの廃熱発電システムであり、サスペンションプレヒータ廃熱ボイラ３３と、クリンカクーラ廃熱給水加熱器（給水加熱手段）３４と、タービン３５と、発電機３６と、フラッシャ３７と、サスペンションプレヒータ廃熱ボイラ蒸気ライン３８と、廃熱ボイラ３３への加熱水の給水ライン３９と、フラッシャ３７への加熱水の給水ライン４０と、クリンカクーラ排ガス循環ライン（排ガス循環手段）４１とにより構成されている。
【００３１】
図２は高効率型クリンカクーラ３１の縦断面図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図において、５１はセメントキルン１の窯前部１ａに接続された長尺箱状のクーラ本体、５２はクーラプレート、５３はクーラプレート５２の下面に設けられたグレートサポート、５４は仕切板、５５は冷却空気用配管、５６は配管５５の途中に設けられた屈曲可能なフレキシブル継手、５７ａ〜５７ｄ及び５７ａ−１、５７ａ−２は冷却空気ファン、５８はエアビーム（風箱）である。
【００３２】
クーラプレート５２は、矩形状の板体であり、その表面には横幅方向にスリット状の冷却空気の噴出孔が数本形成されており、このスリット状の噴出孔からは冷却空気が板体表面に沿ってクリンカの進行方向に噴出するものであり、この冷却機構によって、プレート５２の表面が冷却空気により保護されるため、高温クリンカによるプレート表面の熔損を防止することができるものであり、いわゆる波形プレート構造と称されるものである。
このクーラプレート５２は、グレートサポート５３と一体になることで、クーラプレート５２とグレートサポート５３とで囲まれた空間をエアビーム（風箱）５８と称している。
【００３３】
このエアビーム５８は、図３に示すように、クーラ本体５１の幅方向に仕切板５４により２分割されており、それぞれの区画に送風するファン５７ａ−１及びファン５７ａ−２によって一定の冷却空気がエアビーム５８を経由してクーラプレート５２の表面のスリット状の噴出孔からクリンカ層に対してクリンカの進行方向（図２中矢印方向）に噴出される。
この冷却空気によって、クリンカの冷却がクーラ本体５１の幅方向に均一にしかも効率よく行われるようになっている。しかも、噴出する空気量を減少させた場合であっても、上述した冷却機構によりプレート５２の表面の熔損を防止することができる。さらに、少ない空気量でクリンカを冷却した後の冷却空気は、高温度となるので、２次空気の熱回収率を高めることができる。
【００３４】
この高効率型クリンカクーラ３１では、上述した冷却空気の噴出し構造を有するクーラプレート５２、及び各々のクーラプレート５２に一定の冷却空気を送風するためのクーラプレート５２とグレートサポート５３とにより形成されたエアビーム５８が高効率型の冷却機構を構成している。
この高効率型の冷却機構は、セメントキルン１及び仮焼炉３での燃料燃焼用２次空気の回収領域にのみ設けられており、クリンカクーラ３１の全冷却面積に対して２０〜３０％の面積に設置することが好ましい。
【００３５】
この廃熱発電システム３２では、高効率型クリンカクーラ３１と組み合わせることにより、従来型クリンカクーラと比較して、クリンカクーラの排ガス７の持つ熱エネルギーが少なくなるので、排ガスを利用した給水加熱器の給水量、あるいはボイラの発生する蒸気量が少なくなる。
したがって、高効率型クリンカクーラ３１では、クリンカクーラの排ガスの持つ熱エネルギーを高めるために、給水加熱器またはボイラから排出される排ガスをクリンカクーラの冷却空気として循環使用することにより、排ガスの持つ熱エネルギーをクリンカクーラの排ガスの持つ熱エネルギーに再利用し、セメント焼成設備に投入された熱エネルギーを最大限に利用することが可能となる。しかも、クリンカクーラからの排ガスが大気中に排出されない、もしくは、大気中への排ガスの排出量が少ないセメント製造設備を提供することができる。
【００３６】
このセメント製造設備では、高効率型クリンカクーラ３１から排出される排ガスは、それに含まれるクリンカダストが電気集塵機６により取り除かれた後、クリンカクーラ廃熱給水加熱器３４に導入され、温度が１００℃前後まで低下する。このクリンカクーラ廃熱給水加熱器３４から排出される温度が１００℃程度に低下した排ガスは、クリンカクーラ排ガス循環ライン４１を経由してファン５７ｂ、５７ｃに再び導入され、クリンカクーラの冷却空気として利用される。
このように、クリンカクーラ廃熱給水加熱器３４から排出される排ガスを循環使用することにより、高効率型クリンカクーラ３１の排ガス量を増加させるとともに、安定した高温の排ガスが得られる。
一方、給水加熱器３４で２００℃以上に加熱された給水は、廃熱ボイラ３３の給水として利用され、残りの加熱された給水はフラッシャ３７にて一部が低圧の蒸気としてタービン３５に送気される。一方、廃熱ボイラ３３では、サスペンションプレヒータ排ガス１３を導入し、供給された給水を過熱蒸気とした後、タービン３５に送気されて発電される。
【００３７】
次に、高効率型クリンカクーラ３１の冷却機構について説明する。
従来型のクリンカクーラでは、クリンカクーラの幅方向に均一な冷却が行われないという欠点があったが、その理由は、それぞれの位置でのクリンカの持つ通風抵抗の差によるものであると考えられている。
クリンカ層においては、冷却空気の通風抵抗を支配する要因として、（１）クリンカ層の厚さ、（２）クリンカの粒子径、（３）クリンカの温度の違いに起因するクリンカを冷却した後の冷却空気の膨張および粘性の変化等がある。
【００３８】
これらの要因とクリンカクーラの各冷却域との関係については、クリンカクーラの上流側では、セメントキルンの窯前部から落下したクリンカの温度は、クリンカクーラの幅方向に同一であるため、クリンカ層の厚さや、クリンカの粒子径の大きさのみによる。一方、中流側および下流側では、上流域でクリンカクーラ幅方向に冷却度が変わるため、上記の要因に加えてクリンカの冷却度（クリンカ温度）の要因が加わる。すなわち、クリンカクーラの中流域および下流域では、上流域でのクリンカクーラ幅方向の冷却のアンバランスによるクリンカ温度の違いにより、クリンカ層の通風抵抗が支配されることとなる。
【００３９】
本実施形態の高効率型クリンカクーラ３１では、クリンカクーラの上流域を高効率型とすることにより、セメントクリンカの冷却をクリンカクーラの幅方向で均等になるようにしているので、クリンカクーラの残る冷却面積の７０〜８０％を占める中流域以降を、エアビームを構成しない従来型のクリンカクーラとした場合においても、通風抵抗の差によるクリンカ冷却のアンバランス現象、粒度の細かいクリンカが流動化してクリンカクーラ後方に流れる現象等が防止される。これにより、クリンカクーラの全冷却領域においてクリンカ冷却効率が高められることとなる。
【００４０】
このように、クリンカクーラを高効率型クリンカクーラとすることにより、クリンカクーラにおけるクリンカの冷却が効率よく行われ、従来型のクリンカクーラと比較してセメントキルンおよび仮焼炉用２次空気の温度が高くなり、反面、同一冷却風量であるとクリンカクーラの排ガス温度が低下する。
この高効率型クリンカクーラ３１では、クリンカ冷却工程における冷却空気の量を、このクリンカクーラ３１に供給されるクリンカ１ｋｇ当たり２．５Ｎｍ３以下、好ましくは１．５〜２．２Ｎｍ３とし、かつ、このクリンカクーラ３１にて循環使用される排ガスの量を、このクリンカクーラ３１から排出される排ガスの量の５０％以上とすることにより、従来型のクリンカクーラと比較して冷却空気の風量を増加させること無くして、２次空気の熱回収率を高めると同時にクリンカクーラからの排ガスの持つ熱エネルギーをも高めることができる。
【００４１】
図４は、高効率型クリンカクーラ及び従来型クリンカクーラそれぞれのクリンカの冷却パターンを示す図であり、高効率型クリンカクーラについては、排ガスを循環使用した場合と再循環しない場合の双方について挙げてある。
図中、横軸は冷却空気量（Ｎｍ３）をクリンカ流量（ｋｇ）で除した単位クリンカ当たりの空気流量である。
【００４２】
この高効率型クリンカクーラは、上流域（Ａ領域）についてのみ、クーラプレート５２が波形プレート形状となっており、このクーラプレート５２とグレートサポート５３とにより形成されたエアビーム５８を有し、このエアビーム５８は２分割されており、それぞれの区画に送風するファン５７ａ−１及びファン５７ａ−２によって一定の冷却空気がエアビーム５８を経由してクーラプレート５２の表面からクリンカ層に対してクリンカの進行方向噴出するようになっている。また、中流域（Ｂ領域）及び下流域（Ｃ領域）は従来型のクリンカクーラを用いている。
なお、中流域（Ｂ領域）は、高効率型クリンカクーラにおいては給水加熱器の排ガスを再循環させた領域であり、この領域の冷却空気の温度は１２０℃である。
【００４３】
この図によれば、高効率型クリンカクーラでは、クリンカの均一な冷却が行われ、上流側および以降の下流側においても効率よくクリンカ冷却がおこなわれており、容易に１５０℃以下の温度まで冷却が可能であることが分かる。また、排ガスを循環使用した場合においても、クリンカを所定温度まで冷却することが可能であることが分かる。
一方、従来型クリンカクーラでは、クリンカクーラの上流域で均一なクリンカ冷却が行われないので、クリンカの冷却遅れが生じている。また、中流域以降の冷却過程においても、上流側のクリンカ冷却のアンバランスを解消することができず、冷却の遅れた細粒側のクリンカの影響により１５０℃以下にまで冷却することができていないことが分かる。
【００４４】
図５は、本実施形態の高効率型クリンカクーラ３１及び廃熱発電システム３２を備えたセメント製造設備の主要個所のガス量およびその温度を示す図であり、廃熱発電システム３２の給水加熱器３４の排ガスのすべてを高効率型クリンカクーラ３１の冷却空気として再循環使用したものである。
図６は、従来のクリンカクーラ及び廃熱発電システムを備えたセメント製造設備の主要個所のガス量およびその温度を示す図である。
図５及び図６中の風量は、単位クリンカ当たりの排ガスの量である。
【００４５】
本実施形態のセメント製造設備によれば、クリンカクーラを高効率型クリンカクーラとすることにより、セメント焼成設備における燃料燃焼用２次空気の温度を高くすることができ、セメント焼成設備における単位クリンカ当たりの焼成用燃料を少なくすることができる。また同時に、単位クリンカ当たりの回収する２次空気量およびサスペンションプレヒータの排ガス量、排ガス温度も低下することとなる。
したがって、セメント焼成工程では、燃料使用量が単位クリンカ当たり８％以下の範囲で減少し、クリンカ焼成能力が１０％以下の範囲で向上する結果となった。
【００４６】
一方、廃熱発電システム３２においては、セメント焼成工程での熱効率の上昇に伴うサスペンションプレヒータ２の温度の低下などにより、サスペンションプレヒータ廃熱ボイラ３３の発生蒸気量が低下する。
クリンカクーラ廃熱給水加熱器３４においては、高効率型クリンカクーラ３１により給水加熱器３４の排ガスを循環使用することができ、クリンカクーラ３１の排ガスの量を増加させることができる。したがって、給水の流量を増加させることで、サスペンションプレヒータ廃熱ボイラ３３から発生する蒸気量の低下を補うことができる。
【００４７】
以上説明したように、本実施形態のセメント製造設備によれば、セメント焼成工程でのクリンカの焼成効率を高めることができ、セメント焼成工程からの排ガスを利用した廃熱発電システムの発電量についても維持することができる。
また、高効率型クリンカクーラ３１から排出される排ガスは、サスペンションプレヒータ２を経由してボイラ３３にて利用された後、更にセメント原料の乾燥用熱源として再利用され、８０〜９０℃程度まで低下した排ガスとなる。しかも従来のセメント製造設備に比べて、排ガスの排出量を最大３０％まで低減することができる。
以上により、投入された熱エネルギーの利用率を最大限まで高めることができ、しかも、ＣＯ２の排出量の少ないセメント製造設備を提供することができる。
【００４８】
「第２の実施の形態」
図７は、本発明の第２の実施形態のセメント製造設備を示す模式図であり、本実施形態のセメント製造設備の廃熱発電システム６１が、第１の実施形態のセメント製造設備の廃熱発電システム３２と異なる点は、クリンカクーラ廃熱給水加熱器３４、フラッシャ３７及び給水ライン４０を設ける替わりに、高効率型クリンカクーラ３１から排出される排ガスを用いて蒸気を発生させ、この蒸気をタービン３５に供給する蒸気発生供給器（蒸気発生・供給手段）６２及びクリンカクーラ廃熱ボイラ蒸気ライン６３を設けた点である。
【００４９】
このセメント製造設備においても、第１の実施形態のセメント製造設備と同様の効果を奏することができる。
しかも、蒸気発生供給器６２及びクリンカクーラ廃熱ボイラ蒸気ライン６３により高効率型クリンカクーラ３１から排出される排ガスを用いて蒸気を発生させ、この蒸気を廃熱発電システム６１のタービン３５に供給するとともに、蒸気を発生した後の排ガスの一部を高効率型クリンカクーラ３１の冷却空気として循環使用するので、高効率型クリンカクーラ３１におけるクリンカの冷却効率を高めることができ、廃熱発電システム６１のエネルギー利用効率を同時に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施形態のセメント製造設備を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のセメント製造設備の高効率型クリンカクーラを示す縦断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】高効率型クリンカクーラ及び従来型クリンカクーラそれぞれのクリンカの冷却パターンを示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態のセメント製造設備におけるガス量および温度を示す図である。
【図６】従来のセメント製造設備におけるガス量および温度を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態のセメント製造設備を示す模式図である。
【図８】従来の廃熱発電設備を付設したセメント製造設備の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  セメントキルン
２  サスペンションプレヒータ
３  仮焼炉
６  電気集塵機
７  クリンカクーラ排気ファン
８  排気煙突
９  サスペンションプレヒータ排気ファン
３１  高効率型クリンカクーラ
３２  廃熱発電システム
３３  サスペンションプレヒータ廃熱ボイラ
３４  クリンカクーラ廃熱給水加熱器
３５  タービン
３６  発電機
３７  フラッシャ
３８  サスペンションプレヒータ廃熱ボイラ蒸気ライン
３９、４０  給水ライン
４１  クリンカクーラ排ガス循環ライン
５１  クーラ本体
５２  クーラプレート
５３  グレートサポート
５４  仕切板
５５  冷却空気用配管
５６  フレキシブル継手
５７ａ〜５７ｄ  冷却空気ファン
６１  廃熱発電システム
６２  蒸気発生供給器
６３  クリンカクーラ廃熱ボイラ蒸気ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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