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JP7817012B2 - Boiler system and heating method - Google Patents
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JP7817012B2 - Boiler system and heating method - Google Patents

Boiler system and heating method

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JP7817012B2 JP2022028263A JP2022028263A JP7817012B2 JP 7817012 B2 JP7817012 B2 JP 7817012B2 JP 2022028263 A JP2022028263 A JP 2022028263A JP 2022028263 A JP2022028263 A JP 2022028263A JP 7817012 B2 JP7817012 B2 JP 7817012B2
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Description

本開示は、ボイラシステム、及び、加熱方法に関する。 This disclosure relates to a boiler system and a heating method.

特許文献1には、焼結設備用廃熱回収発電プラントが開示されている。特許文献2には、セメント焼成プラント廃熱発電システムが開示されている。特許文献3には、セメント製造装置のクリンカクーラが開示されている。 Patent Document 1 discloses a waste heat recovery power generation plant for sintering equipment. Patent Document 2 discloses a waste heat power generation system for a cement calcination plant. Patent Document 3 discloses a clinker cooler for a cement manufacturing device.

特許第6076977号公報Patent No. 6076977 特許第4478674号公報Patent No. 4478674 特開2010-195663号公報JP 2010-195663 A

本開示は、熱交換の効率低下とチューブの劣化とを抑制するのに有用なボイラシステム、及び、加熱方法を提供する。 The present disclosure provides a boiler system and heating method that are useful for suppressing a decrease in heat exchange efficiency and tube deterioration.

本開示の一側面に係るボイラシステムは、セメントクリンカを冷却するクリンカクーラからの排ガスを所定方向に沿って流すボイラ本体と、ボイラ本体内に配置されたチューブを有し、チューブ内を流れる水を排ガスとの熱交換により加熱するエコノマイザーと、エコノマイザーに対して水を導入する第1給水管と、ボイラ本体での加熱により得られる加温水の一部を、第1給水管に対して導入する循環部と、を備える。 A boiler system according to one aspect of the present disclosure includes a boiler body that allows exhaust gas from a clinker cooler that cools cement clinker to flow in a predetermined direction; an economizer having tubes arranged within the boiler body that heats water flowing within the tubes by heat exchange with the exhaust gas; a first water supply pipe that introduces water to the economizer; and a circulation unit that introduces a portion of the heated water obtained by heating in the boiler body into the first water supply pipe.

上記ボイラシステムは、ボイラ本体内に配置され、エコノマイザーで加熱された後の水を更に加熱する加熱部を更に備えてもよい。循環部は、エコノマイザーから加熱部へ水を導く第2給水管から第1給水管に対して加温水の一部を導入してもよい。 The boiler system may further include a heating unit disposed within the boiler body for further heating the water after it has been heated by the economizer. The circulation unit may introduce a portion of the heated water from a second water supply pipe that conducts water from the economizer to the heating unit to the first water supply pipe.

循環部は、第1給水管と第2給水管とを接続する接続管と、接続管に配置され、第1給水管に対して加温水を送り出すポンプと、接続管に配置され、第1給水管から第2給水管への水の逆流を防ぐ逆止弁と、を含んでもよい。 The circulation unit may include a connecting pipe that connects the first water supply pipe and the second water supply pipe, a pump that is disposed in the connecting pipe and sends heated water to the first water supply pipe, and a check valve that is disposed in the connecting pipe and prevents water from flowing back from the first water supply pipe to the second water supply pipe.

上記ボイラシステムは、エコノマイザーに導入される水の温度を計測する温度計と、温度計による計測値が目標値に近づくように、循環部から第1給水管に導入される加温水の流量を調節する制御部と、を更に備えてもよい。 The boiler system may further include a thermometer that measures the temperature of the water introduced into the economizer, and a control unit that adjusts the flow rate of heated water introduced from the circulation unit into the first water supply pipe so that the value measured by the thermometer approaches a target value.

チューブは、エコノマイザーでの水の流れにおいて上流側に位置する部分が、下流側に位置する部分に比べて、ボイラ本体内での排ガスの流れにおいて下流側に位置するように配置されていてもよい。 The tubes may be arranged so that the portion located upstream in the water flow in the economizer is located downstream in the exhaust gas flow within the boiler body compared to the portion located downstream.

本開示の一側面に係る加熱方法は、セメントクリンカを冷却するクリンカクーラからの排ガスをボイラ本体内において所定方向に沿って流通させる工程と、ボイラ本体内に配置されたエコノマイザーのチューブ内に水を流すことによって、排ガスとの熱交換により水を加熱する工程と、ボイラ本体での加熱により得られる加温水の一部を、エコノマイザーに対して導入される水に循環させる工程と、を含む。 A heating method according to one aspect of the present disclosure includes the steps of circulating exhaust gas from a clinker cooler that cools cement clinker in a predetermined direction within a boiler body, heating water through heat exchange with the exhaust gas by flowing water through tubes of an economizer disposed within the boiler body, and circulating a portion of the heated water obtained by heating in the boiler body into the water introduced into the economizer.

本開示によれば、熱交換の効率低下とチューブの劣化とを抑制するのに有用なボイラシステム、及び、加熱方法を提供する。 This disclosure provides a boiler system and heating method that are useful for suppressing a decrease in heat exchange efficiency and tube deterioration.

図1は、ボイラシステムを備えるセメント製造設備の一例を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a cement production facility equipped with a boiler system. 図2は、ボイラシステムの一例を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a boiler system. 図3は、エコノマイザーとその周囲の装置とを示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing an economizer and its surrounding equipment.

以下、図面を参照して一実施形態について説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 One embodiment will be described below with reference to the drawings. In the description, identical elements or elements with identical functions will be assigned the same reference numerals, and duplicate explanations will be omitted.

図1には、一実施形態に係るボイラシステムを備えるセメントの製造設備が模式的に示されている。図1に示されるセメントの製造設備1は、セメントを製造する設備である。製造設備1は、セメントを製造すると共に、セメントを製造する過程で生じた廃熱を利用して発電(廃熱発電)を行う。製造設備1は、クリンカ製造装置10と、ボイラシステム20と、発電システム90と、を備える。製造設備1は、図1に示される製造装置及びシステムに加えて、原料工程を行う装置(例えば、原料粉砕機等)と、仕上げ工程を行う装置(例えば、セメント粉砕機)と、を備えてもよい。 Figure 1 shows a schematic diagram of a cement production facility equipped with a boiler system according to one embodiment. The cement production facility 1 shown in Figure 1 is a facility for producing cement. The production facility 1 produces cement and generates electricity (waste heat power generation) by utilizing waste heat generated in the cement production process. The production facility 1 includes a clinker production device 10, a boiler system 20, and a power generation system 90. In addition to the production equipment and systems shown in Figure 1, the production facility 1 may also include equipment for performing raw material processes (e.g., a raw material grinder, etc.) and equipment for performing finishing processes (e.g., a cement grinder).

クリンカ製造装置10は、セメント原料を焼成することで、セメントの中間製品であるセメントクリンカ(以下、単に「クリンカ」という。)を製造する装置である。クリンカ製造装置10は、プレヒータ12と、ロータリキルン14と、クリンカクーラ16と、を備える。 The clinker production apparatus 10 is a device that produces cement clinker (hereinafter simply referred to as "clinker"), an intermediate cement product, by burning cement raw materials. The clinker production apparatus 10 includes a preheater 12, a rotary kiln 14, and a clinker cooler 16.

プレヒータ12は、原料工程を行う装置から供給されたセメント原料(クリンカの原料)を予熱する。プレヒータ12は、例えば、多段サイクロンを構成する複数のサイクロンと、仮焼炉と、を有するニュー・サスペンション・プレヒータ(NSP)である。プレヒータ12は、4段又は5段のサイクロンを有してもよい。プレヒータ12には、ロータリキルン14からの排ガスが導入される。プレヒータ12は、高温の排ガスとセメント原料とを接触させ、サイクロンにおいて、排ガスとセメント原料とを分離する。プレヒータ12の最上段のサイクロンから熱交換に利用された後の排ガスが排出され、その排ガスの温度は400℃程度である。製造設備1は、多段サイクロンからの排ガスの熱を有効利用するために、ボイラシステム20とは別のボイラシステムを有してもよい。 The preheater 12 preheats the cement raw materials (clinker raw materials) supplied from the equipment performing the raw material process. The preheater 12 is, for example, a new suspension preheater (NSP) having multiple cyclones constituting a multi-stage cyclone system and a calciner. The preheater 12 may have four or five cyclones. Exhaust gas from the rotary kiln 14 is introduced into the preheater 12. The preheater 12 brings the high-temperature exhaust gas into contact with the cement raw materials and separates them in the cyclones. The exhaust gas after being used for heat exchange is discharged from the top cyclone of the preheater 12, and the temperature of this exhaust gas is approximately 400°C. The manufacturing facility 1 may have a boiler system separate from the boiler system 20 to effectively utilize the heat of the exhaust gas from the multi-stage cyclones.

ロータリキルン14は、プレヒータ12で予熱された状態のセメント原料の焼成を行う。ロータリキルン14は、その長軸方向に沿った軸線まわりに回転するように構成された回転窯である。ロータリキルン14は、例えば、ドラム本体と、ドラム本体の内部に燃焼ガスを導入するバーナーと、を有する。ロータリキルン14でのセメント原料の焼成によりクリンカが生成され、ロータリキルン14は、生成したクリンカをクリンカクーラ16に供給する。 The rotary kiln 14 burns the cement raw materials that have been preheated in the preheater 12. The rotary kiln 14 is a rotary kiln that is configured to rotate around an axis along its longitudinal direction. The rotary kiln 14 has, for example, a drum body and a burner that introduces combustion gas into the drum body. Clinker is produced by burning the cement raw materials in the rotary kiln 14, and the rotary kiln 14 supplies the produced clinker to the clinker cooler 16.

クリンカクーラ16は、ロータリキルン14で生成された高温のクリンカを冷却する。クリンカクーラ16は、冷却用の空気(ガス)を用いてクリンカを冷却する。クリンカクーラ16は、エアクエンチングクーラとも称される。クリンカクーラ16は、グレートでクリンカを輸送しながら、高圧空気をグレートの下部から吹き込むように構成されている(例えば、上記特許文献3参照)。 The clinker cooler 16 cools the high-temperature clinker produced in the rotary kiln 14. The clinker cooler 16 cools the clinker using cooling air (gas). The clinker cooler 16 is also called an air quenching cooler. The clinker cooler 16 is configured to transport the clinker using a grate while blowing high-pressure air into the bottom of the grate (see, for example, Patent Document 3, above).

上記高圧空気とクリンカとの熱交換が行われることで、クリンカが冷却(急冷)される。熱交換により高温となった空気は、二次空気としてロータリキルン14に戻され、また、余分な排ガス(ロータリキルン14に戻されない高温空気)は集塵機を経て外部に放出される。クリンカクーラ16において、この余分な排ガス(排気ガス)が膨大となるため、製造設備1は、この排ガスの熱エネルギーを発電に用いて有効利用する。クリンカクーラ16は、クリンカを冷却した後に発生する排ガスの少なくとも一部をボイラシステム20に送出する。クリンカクーラ16からボイラシステム20に送出される排ガスの温度は、300℃~420℃であってもよく、320℃~400℃であってもよく、340℃~380℃であってもよい。 The clinker is cooled (quenched) by heat exchange between the high-pressure air and the clinker. The air, heated to a high temperature by the heat exchange, is returned to the rotary kiln 14 as secondary air, and excess exhaust gas (high-temperature air not returned to the rotary kiln 14) is discharged to the outside via a dust collector. Because a large amount of this excess exhaust gas (exhaust gas) is generated in the clinker cooler 16, the manufacturing facility 1 effectively utilizes the thermal energy of this exhaust gas for power generation. The clinker cooler 16 sends at least a portion of the exhaust gas generated after cooling the clinker to the boiler system 20. The temperature of the exhaust gas sent from the clinker cooler 16 to the boiler system 20 may be 300°C to 420°C, 320°C to 400°C, or 340°C to 380°C.

ボイラシステム20は、クリンカクーラ16から導入された排ガスを用いて、水を加熱して蒸気を生成するシステムである。ボイラシステム20により加熱される水は、発電システム90から導入される復水である。ボイラシステム20は、クリンカクーラ16から導入された排ガスとの熱交換により復水から蒸気を生成し、熱交換後の排ガスを外部に排出する。ボイラシステム20からの排ガスは、集塵機(例えば、電気集塵機)を経て大気に放出される。ボイラシステム20から熱交換後に排出される排ガスの温度は、80℃~100℃程度であってもよい。ボイラシステム20は、生成した蒸気を発電システム90に送出する。ボイラシステム20の詳細については後述する。 The boiler system 20 generates steam by heating water using exhaust gas introduced from the clinker cooler 16. The water heated by the boiler system 20 is condensate introduced from the power generation system 90. The boiler system 20 generates steam from the condensate through heat exchange with the exhaust gas introduced from the clinker cooler 16, and discharges the exhaust gas after heat exchange to the outside. The exhaust gas from the boiler system 20 passes through a dust collector (e.g., an electrostatic precipitator) and is released into the atmosphere. The temperature of the exhaust gas discharged from the boiler system 20 after heat exchange may be approximately 80°C to 100°C. The boiler system 20 sends the generated steam to the power generation system 90. Details of the boiler system 20 will be described later.

発電システム90は、ボイラシステム20から送出される蒸気を利用して、発電を行うシステムである。発電システム90は、ボイラシステム20からの蒸気に加えて、別のボイラシステムにおいて多段サイクロンからの排ガスとの熱交換により生成された蒸気を利用して、発電を行ってもよい。発電システム90は、例えば、タービン92と、発電機94と、復水器96と、を備える。 The power generation system 90 generates electricity using steam delivered from the boiler system 20. In addition to the steam from the boiler system 20, the power generation system 90 may also generate electricity using steam generated in another boiler system by heat exchange with exhaust gas from a multi-stage cyclone. The power generation system 90 includes, for example, a turbine 92, a generator 94, and a condenser 96.

タービン92は、蒸気により回転する蒸気タービンである。発電機94は、タービン92の回転軸の回転により生じた運動エネルギーを電力に変換する。復水器96は、タービン92において仕事を終えた蒸気を凝縮して水に戻す。復水器96において蒸気から生成された復水は、例えば、復水ポンプ及び給水ポンプにより加圧されて、ボイラシステム20に送出される。発電システム90は、生成した復水を加熱することなく、ボイラシステム20に送り出してもよい。発電システム90からボイラシステム20に送出される水(復水)の温度は、20℃~50℃であってもよく、25℃~45℃であってもよく、30℃~40℃であってもよい。 The turbine 92 is a steam turbine that is rotated by steam. The generator 94 converts the kinetic energy generated by the rotation of the rotating shaft of the turbine 92 into electricity. The condenser 96 condenses the steam that has completed its work in the turbine 92 back into water. The condensate generated from the steam in the condenser 96 is pressurized, for example, by a condensate pump and a feedwater pump, and sent to the boiler system 20. The power generation system 90 may send the generated condensate to the boiler system 20 without heating it. The temperature of the water (condensate) sent from the power generation system 90 to the boiler system 20 may be 20°C to 50°C, 25°C to 45°C, or 30°C to 40°C.

図2には、ボイラシステムの一例が模式的に示されている。図2に示されるように、ボイラシステム20は、プレダスター22と、ボイラ本体24と、エコノマイザー40と、蒸発器50と、蒸気ドラム60と、過熱器70と、を備える。プレダスター22は、クリンカクーラ16からボイラシステム20に送出された排ガスに含まれるダストを除去するように構成されている。クリンカクーラ16から送出された排ガスには、クリンカの粉塵がダストとして含まれる。ボイラ本体24には、プレダスター22で集塵が行われた後の排ガスが導入される。 Figure 2 shows a schematic diagram of an example boiler system. As shown in Figure 2, the boiler system 20 includes a pre-duster 22, a boiler main body 24, an economizer 40, an evaporator 50, a steam drum 60, and a superheater 70. The pre-duster 22 is configured to remove dust contained in the flue gas sent from the clinker cooler 16 to the boiler system 20. The flue gas sent from the clinker cooler 16 contains clinker dust as dust. The flue gas is introduced into the boiler main body 24 after dust collection in the pre-duster 22.

ボイラ本体24は、クリンカクーラ16からの排ガスを所定方向に沿って流す(流通させる)。ボイラ本体24は、排ガスを流通させる領域(流通路)を形成し、その内部に、エコノマイザー40、蒸発器50、及び、過熱器70を収容する。図2では、ボイラ本体24の内部において流れる排ガスが「Ge」で示されており、排ガスGeが流れる方向が「D1」で示されている。排ガスGeは、方向D1(所定方向)に沿って、上流から下流に向かって流れる。排ガスGeの流れを基準として、過熱器70、蒸発器50、及び、エコノマイザー40が、方向D1に沿って、上流からこの順で配置されている。ボイラ本体24、エコノマイザー40、蒸発器50、及び、過熱器70によってボイラ装置(ボイラ)が構成される。 The boiler body 24 allows the exhaust gas from the clinker cooler 16 to flow (circulate) in a predetermined direction. The boiler body 24 forms an area (flow passage) through which the exhaust gas flows, and houses the economizer 40, evaporator 50, and superheater 70 within. In FIG. 2, the exhaust gas flowing within the boiler body 24 is indicated by "Ge," and the direction in which the exhaust gas Ge flows is indicated by "D1." The exhaust gas Ge flows from upstream to downstream along direction D1 (predetermined direction). Based on the flow of the exhaust gas Ge, the superheater 70, evaporator 50, and economizer 40 are arranged in this order from upstream to downstream along direction D1. The boiler body 24, economizer 40, evaporator 50, and superheater 70 constitute a boiler apparatus (boiler).

ボイラシステム20は、縦型のボイラ装置を備えてもよい。この場合、方向D1は上下方向であり、過熱器70、蒸発器50、及び、エコノマイザー40は、上からこの順に配置される。ボイラシステム20に導入される水(以下、「水W」と表記する。)は、エコノマイザー40、蒸発器50、及び、過熱器70を、この順に通り、それぞれの装置において、排ガスGeとの熱交換により加熱される。なお、過熱器70に導入される時点で水Wは、既に蒸気となっている。 The boiler system 20 may include a vertical boiler device. In this case, direction D1 is the up-down direction, and the superheater 70, evaporator 50, and economizer 40 are arranged in this order from top to bottom. Water introduced into the boiler system 20 (hereinafter referred to as "water W") passes through the economizer 40, evaporator 50, and superheater 70 in this order, and is heated in each device by heat exchange with exhaust gas Ge. Note that the water W has already become steam when it is introduced into the superheater 70.

ボイラシステム20は、給水管32(第1給水管)を備える。給水管32は、エコノマイザー40と発電システム90(復水器96)とを接続する配管である。給水管32は、発電システム90から送出される水Wをエコノマイザー40に導入する。エコノマイザー40には、蒸発器50において熱交換に利用された後の排ガスGeが導入される。エコノマイザー40は、排ガスGeとの熱交換により水Wを加熱する。エコノマイザー40により加熱された水Wの温度は、180℃~220℃であってもよく、185℃~215℃であってもよく、190℃~210℃であってもよい。以下では、エコノマイザー40によって加熱された後の水Wを「加温水Wh」と表記する。エコノマイザー40は、節炭器とも称される。 The boiler system 20 includes a water supply pipe 32 (first water supply pipe). The water supply pipe 32 is a pipe connecting the economizer 40 and the power generation system 90 (condenser 96). The water supply pipe 32 introduces water W delivered from the power generation system 90 into the economizer 40. Exhaust gas Ge, which has been used for heat exchange in the evaporator 50, is introduced into the economizer 40. The economizer 40 heats the water W through heat exchange with the exhaust gas Ge. The temperature of the water W heated by the economizer 40 may be 180°C to 220°C, 185°C to 215°C, or 190°C to 210°C. Hereinafter, the water W heated by the economizer 40 will be referred to as "heated water Wh." The economizer 40 is also referred to as a coal economizer.

ボイラシステム20は、給水管34(第2給水管)を有する。給水管34は、エコノマイザー40と蒸発器50(加熱部)とを接続する配管である。給水管34は、エコノマイザー40において生成された加温水Whを蒸発器50に導入する。蒸発器50には、過熱器70において熱交換に利用された後の排ガスGeが導入される。蒸発器50は、排ガスGeと加温水Whとの熱交換により、エコノマイザー40で加熱された後の水(加温水Wh)を更に加熱する。蒸発器50により更に加熱された後の水Wの温度は、270℃~330℃であってもよく、280℃~320℃であってもよく、290℃~310℃であってもよい。蒸発器50により加熱された後の水についても、加温水Whと称する。給水管34は、蒸気ドラム60を介して、エコノマイザー40で加熱された後の加温水Whをエコノマイザー40から蒸発器50まで導いてもよい。 The boiler system 20 has a water supply pipe 34 (second water supply pipe). The water supply pipe 34 is a pipe connecting the economizer 40 and the evaporator 50 (heating section). The water supply pipe 34 introduces heated water Wh produced in the economizer 40 into the evaporator 50. The exhaust gas Ge, which has been used for heat exchange in the superheater 70, is introduced into the evaporator 50. The evaporator 50 further heats the water (heated water Wh) heated in the economizer 40 through heat exchange between the exhaust gas Ge and the heated water Wh. The temperature of the water W further heated by the evaporator 50 may be 270°C to 330°C, 280°C to 320°C, or 290°C to 310°C. The water heated by the evaporator 50 is also referred to as heated water Wh. The water supply pipe 34 may conduct the heated water Wh, which has been heated in the economizer 40, from the economizer 40 to the evaporator 50 via the steam drum 60.

ボイラシステム20は、給水管36a、蒸気管36b、及び蒸気管38を備える。給水管36aは、蒸発器50と蒸気ドラム60とを接続する配管である。給水管36aは、蒸発器50において生成された加温水Whを蒸気ドラム60に導入する。蒸気ドラム60に導入された加温水Whは、水と蒸気(飽和蒸気)とに分離される。蒸気管36bは、蒸気ドラム60と過熱器70とを接続する配管である。蒸気管36bは、蒸気ドラム60において分離された後の飽和蒸気を過熱器70に導入する。 The boiler system 20 includes a water supply pipe 36a, a steam pipe 36b, and a steam pipe 38. The water supply pipe 36a connects the evaporator 50 and the steam drum 60. The water supply pipe 36a introduces heated water Wh produced in the evaporator 50 into the steam drum 60. The heated water Wh introduced into the steam drum 60 is separated into water and steam (saturated steam). The steam pipe 36b connects the steam drum 60 and the superheater 70. The steam pipe 36b introduces the saturated steam after separation in the steam drum 60 into the superheater 70.

過熱器70には、プレダスター22で集塵された後の排ガスGeが導入される。過熱器70は、排ガスGeと、蒸気ドラム60から導入される飽和蒸気との熱交換により飽和蒸気を過熱する。過熱器70により過熱された後の蒸気(過熱蒸気)の温度は、350℃~450℃であってもよく、360℃~440℃であってもよく、370℃~430℃であってもよい。蒸気管38は、過熱器70と発電システム90のタービン92とを接続する配管である。蒸気管38は、過熱器70において生成された過熱蒸気をタービン92に導入する。 The superheater 70 receives exhaust gas Ge after dust collection in the pre-duster 22. The superheater 70 superheats saturated steam through heat exchange between the exhaust gas Ge and the saturated steam introduced from the steam drum 60. The temperature of the steam (superheated steam) after being superheated by the superheater 70 may be 350°C to 450°C, 360°C to 440°C, or 370°C to 430°C. The steam pipe 38 is a pipe connecting the superheater 70 to the turbine 92 of the power generation system 90. The steam pipe 38 introduces the superheated steam generated in the superheater 70 into the turbine 92.

続いて、図3を参照しながら、エコノマイザー40の詳細について説明する。エコノマイザー40に導入される排ガスGeの温度は、220℃~280℃であってもよく、230℃~270℃であってもよく、240℃~260℃であってもよい。エコノマイザー40において熱交換後に排出される排ガスGeの温度は、80℃~120℃であってもよく、85℃~115℃であってもよく、90℃~110℃であってもよい。図3において、方向D1に直交する一方向が「D2」で示されており、方向D1及び方向D2の双方に直交する方向が「D3」で示されている。ボイラシステム20において縦型ボイラが構成される場合、方向D2及び方向D3は、水平方向である。 Next, details of the economizer 40 will be described with reference to Figure 3. The temperature of the exhaust gas Ge introduced into the economizer 40 may be 220°C to 280°C, 230°C to 270°C, or 240°C to 260°C. The temperature of the exhaust gas Ge discharged after heat exchange in the economizer 40 may be 80°C to 120°C, 85°C to 115°C, or 90°C to 110°C. In Figure 3, one direction perpendicular to direction D1 is indicated by "D2," and a direction perpendicular to both direction D1 and direction D2 is indicated by "D3." When a vertical boiler is configured in the boiler system 20, directions D2 and D3 are horizontal.

エコノマイザー40は、複数のチューブ41と、管寄せ46と、管寄せ48と、を有する。複数のチューブ41は、ボイラ本体24の内部に配置され、各チューブ41は、エコノマイザー40に導入された水Wを流す流路を形成する。エコノマイザー40は、チューブ41内を流れる水Wを排ガスGeとの熱交換により加熱する。図3では、1つのチューブ41が示されており、他のチューブ41の図示は省略されている。複数のチューブ41は、排ガスGeが流れる方向D1に交差(例えば、方向D3)に沿って並ぶように配置されている。複数のチューブ41は、隣り合うチューブ41同士の間において排ガスGeが流れる程度に、方向D3に沿って配列されている。 The economizer 40 has multiple tubes 41, a header 46, and a header 48. The multiple tubes 41 are arranged inside the boiler body 24, and each tube 41 forms a flow path for water W introduced into the economizer 40. The economizer 40 heats the water W flowing through the tubes 41 by heat exchange with the exhaust gas Ge. In Figure 3, one tube 41 is shown, and the other tubes 41 are not shown. The multiple tubes 41 are arranged so as to be aligned in a direction (e.g., direction D3) that intersects with the direction D1 in which the exhaust gas Ge flows. The multiple tubes 41 are arranged in direction D3 to such an extent that the exhaust gas Ge flows between adjacent tubes 41.

複数のチューブ41は、方向D1の第1位置において方向D3に沿って並ぶ第1チューブ群と、方向D1の第2位置において方向D3に沿って並ぶ第2チューブ群と、を有してもよい。方向D3での隣り合うチューブ41の中心軸同士の間隔を1ピッチとした場合、第1チューブ群と第2チューブ群とでは、方向D3における位置が半ピッチずれていてもよい。第1チューブ群及び第2チューブ群それぞれにおいて隣り合うチューブ41の中心軸同士の間隔は、80mm~100mm程度であってもよい。エコノマイザー40は、例えば、40個~100個程度のチューブ41を有する。複数のチューブ41は、互いに同様に構成されている。 The multiple tubes 41 may include a first group of tubes aligned along direction D3 at a first position in direction D1, and a second group of tubes aligned along direction D3 at a second position in direction D1. If the distance between the central axes of adjacent tubes 41 in direction D3 is defined as one pitch, the first group of tubes and the second group of tubes may be offset by half a pitch in direction D3. The distance between the central axes of adjacent tubes 41 in each of the first and second groups of tubes may be approximately 80 mm to 100 mm. The economizer 40 may have, for example, approximately 40 to 100 tubes 41. The multiple tubes 41 are configured similarly to one another.

管寄せ46は、エコノマイザー40での水Wの導入口を構成し、給水管32の下流側の端部に接続されている。管寄せ46には、複数のチューブ41それぞれの上流側の端部が接続されており、給水管32から管寄せ46に導入された水Wが、複数のチューブ41それぞれに導入される。管寄せ48は、エコノマイザー40での水Wの導出口を構成し、給水管34の上流側の端部に接続されている。管寄せ48には、複数のチューブ41それぞれの下流側の端部が接続されており、複数のチューブ41から水Wが管寄せ48に導入される。そして、管寄せ48から水Wが加温水Wh(加熱後の水W)として給水管34に導入される。 The header 46 constitutes the inlet for water W in the economizer 40 and is connected to the downstream end of the water supply pipe 32. The upstream ends of each of the multiple tubes 41 are connected to the header 46, and water W introduced from the water supply pipe 32 into the header 46 is introduced into each of the multiple tubes 41. The header 48 constitutes the outlet for water W in the economizer 40 and is connected to the upstream end of the water supply pipe 34. The downstream ends of each of the multiple tubes 41 are connected to the header 48, and water W is introduced from the multiple tubes 41 into the header 48. The water W is then introduced from the header 48 into the water supply pipe 34 as heated water Wh (water W after heating).

チューブ41は、複数の交差部分42と、複数の接続部分44と、を有する。複数の交差部分42は、方向D1に沿って並んで配置されている。複数の交差部分42の方向D2及び方向D3における位置は、互いに略一致していてもよい。複数の交差部分42それぞれは、方向D1に交差するように(例えば、方向D2に沿って)延びている。方向D1において互いに隣り合う交差部分42は、間隔を空けて配置されている。互いに隣り合う交差部分42では、水Wの流れの向きが反対である。複数の交差部分42は、方向D1(例えば、上下方向)において、等間隔に配列されていてもよい。チューブ41は、8個~14個程度の交差部分42を含んでもよい。 The tube 41 has multiple intersections 42 and multiple connection portions 44. The multiple intersections 42 are arranged side by side along direction D1. The positions of the multiple intersections 42 in directions D2 and D3 may be approximately the same. Each of the multiple intersections 42 extends so as to intersect with direction D1 (e.g., along direction D2). Adjacent intersections 42 in direction D1 are arranged with a gap between them. The flow directions of water W are opposite between adjacent intersections 42. The multiple intersections 42 may be arranged at equal intervals in direction D1 (e.g., vertically). The tube 41 may include approximately 8 to 14 intersections 42.

複数の接続部分44それぞれは、互いに隣り合う交差部分42それぞれの一方の端部同士を互いに接続する。ここで、水Wの流れを基準にしたときに、交差部分42の上流側の端部を「端部42a」と表記し、交差部分42の下流側の端部を「端部42b」と表記する。接続部分44は、水Wの流れを基準にしたときに、上流に位置する交差部分42の下流側の端部42bと、下流に位置する交差部分42の上流側の端部42aとを接続する。複数の接続部分44は、チューブ41が管寄せ46及び管寄せ48の間において1本の流路を形成するように、交差部分42の方向D2の両端部において交互に配置されている。 Each of the multiple connection portions 44 connects one end of each of the adjacent intersection portions 42. Here, when the flow of water W is used as the reference, the upstream end of the intersection portion 42 is referred to as "end 42a," and the downstream end of the intersection portion 42 is referred to as "end 42b." When the flow of water W is used as the reference, the connection portion 44 connects the downstream end 42b of the intersection portion 42 located upstream with the upstream end 42a of the intersection portion 42 located downstream. The multiple connection portions 44 are arranged alternately at both ends of the intersection portion 42 in direction D2 so that the tube 41 forms a single flow path between the header 46 and the header 48.

水Wの流れを基準としたときに、複数の交差部分42のうちの、最上流に位置する交差部分42を「交差部分42A」とし、最下流に位置する交差部分42を「交差部分42B」とする。この場合、ボイラ本体24での排ガスGeの流れを基準としたときに、交差部分42Aが、交差部分42Bよりも下流に配置されていてもよい。以上のように、チューブ41は、エコノマイザー40での水の流れにおいて上流側に位置する部分が、下流側に位置する部分に比べて、ボイラ本体24内での排ガスGeの流れにおいて下流側に位置するように配置されていてもよい。すなわち、エコノマイザー40は、所謂対向流型であってもよい。エコノマイザー40では、交差部分42Aから交差部分42Bに向かうにつれて、排ガスGeとの熱交換により、交差部分42内の水Wの温度が高くなる。 When the flow of water W is used as a reference, the most upstream of the multiple intersections 42 is referred to as "intersection 42A," and the most downstream intersection 42 is referred to as "intersection 42B." In this case, when the flow of exhaust gas Ge in the boiler body 24 is used as a reference, intersection 42A may be located downstream of intersection 42B. As described above, the tubes 41 may be arranged so that the portion located upstream in the water flow in the economizer 40 is located downstream in the flow of exhaust gas Ge within the boiler body 24 compared to the portion located downstream. In other words, the economizer 40 may be a so-called counterflow type. In the economizer 40, the temperature of the water W in the intersection 42 increases from intersection 42A toward intersection 42B due to heat exchange with the exhaust gas Ge.

ボイラシステム20は、循環部80と制御部28とを備える。循環部80は、ボイラ本体24での加熱により得られる加温水Whの一部を、給水管32に対して導入する(給水管32に循環させる)。循環部80は、例えば、給水管34を流れる加温水Whの一部を給水管32に対して導入する。この場合、循環部80は、エコノマイザー40において加熱され、且つ、他の加熱部で加熱されていない状態の水Wを、給水管34から給水管32に循環させる。循環部80は、例えば、接続管81と、ポンプ82と、逆止弁84と、調節弁86と、温度計88と、を有する。 The boiler system 20 includes a circulation unit 80 and a control unit 28. The circulation unit 80 introduces a portion of the heated water Wh obtained by heating in the boiler body 24 into the water supply pipe 32 (circulates it through the water supply pipe 32). The circulation unit 80, for example, introduces a portion of the heated water Wh flowing through the water supply pipe 34 into the water supply pipe 32. In this case, the circulation unit 80 circulates water W that has been heated in the economizer 40 but not in other heating units from the water supply pipe 34 to the water supply pipe 32. The circulation unit 80 includes, for example, a connecting pipe 81, a pump 82, a check valve 84, an adjustment valve 86, and a thermometer 88.

接続管81は、給水管32と給水管34とを接続する配管である。ポンプ82は、接続管81に配置され、給水管32に対して加温水Whを送り出す。接続管81の上流側の端部と給水管34との接続箇所の圧力は、エコノマイザー40での圧力損失により、接続管81の下流側の端部と給水管32との接続箇所の圧力よりも低い。そのため、循環部80は、ポンプ82により、給水管34から加温水Whの一部を吸引して、給水管32に対して送り出すことで、加温水Whの一部を循環させる。 The connecting pipe 81 is a pipe that connects the water supply pipe 32 and the water supply pipe 34. The pump 82 is disposed on the connecting pipe 81 and delivers heated water Wh to the water supply pipe 32. Due to pressure loss in the economizer 40, the pressure at the connection point between the upstream end of the connecting pipe 81 and the water supply pipe 34 is lower than the pressure at the connection point between the downstream end of the connecting pipe 81 and the water supply pipe 32. Therefore, the circulation unit 80 circulates a portion of the heated water Wh by using the pump 82 to suck in a portion of the heated water Wh from the water supply pipe 34 and deliver it to the water supply pipe 32.

逆止弁84は、接続管81に配置され、給水管32から給水管34への水の逆流を防ぐ弁である。調節弁86は、接続管81に配置され、接続管81内を流れる水の流量(単位時間あたりの流量)を調整可能な弁である。調節弁86は、制御部28からの動作信号に基づき動作し、例えば、開度が調節可能となるように構成されている。この場合、調節弁86の開度に応じて、循環部80(給水管34)から給水管32に導入される流量が変化する。 The check valve 84 is disposed in the connecting pipe 81 and prevents water from flowing back from the water supply pipe 32 to the water supply pipe 34. The adjustment valve 86 is disposed in the connecting pipe 81 and is capable of adjusting the flow rate (flow rate per unit time) of water flowing through the connecting pipe 81. The adjustment valve 86 operates based on an operation signal from the control unit 28 and is configured, for example, so that its opening degree can be adjusted. In this case, the flow rate introduced from the circulation unit 80 (water supply pipe 34) to the water supply pipe 32 changes depending on the opening degree of the adjustment valve 86.

温度計88は、エコノマイザー40(例えば、管寄せ46)に導入される水の温度を計測する。温度計88は、例えば、発電システム90から供給される復水と、循環部80により循環された水とが合流した状態の水の温度を計測する。温度計88は、給水管32のうちの、給水管32と接続管81の下流側の端部との接続箇所と、管寄せ46との間の区画において流れる水Wの温度を計測するように構成されていてもよい。温度計88は、計測した温度を示す情報を制御部28に出力する。接続管81には、接続管81内の流路を開閉する開閉弁が設けられてもよい。 The thermometer 88 measures the temperature of the water introduced into the economizer 40 (e.g., header 46). The thermometer 88 measures the temperature of the water resulting from the merging of condensate supplied from the power generation system 90 and water circulated by the circulation unit 80, for example. The thermometer 88 may be configured to measure the temperature of the water W flowing in the section of the water supply pipe 32 between the header 46 and the connection point between the water supply pipe 32 and the downstream end of the connecting pipe 81. The thermometer 88 outputs information indicating the measured temperature to the control unit 28. The connecting pipe 81 may be provided with an on-off valve that opens and closes the flow path within the connecting pipe 81.

制御部28は、温度計88による計測値が目標値(目標温度)に近づくように、循環部80から給水管32に導入される流量を調節する。制御部28は、例えば、温度計88による計測値と目標値との偏差に基づき、その偏差が縮小するように調節弁86の開度を調節する。上記目標値は、例えば、作業員等によって予め定められており、50℃~90℃に設定されてもよく、55℃~85℃に設定されてもよく、60℃~80℃に設定されてもよい。 The control unit 28 adjusts the flow rate of water introduced from the circulation unit 80 into the water supply pipe 32 so that the value measured by the thermometer 88 approaches the target value (target temperature). For example, based on the deviation between the value measured by the thermometer 88 and the target value, the control unit 28 adjusts the opening of the adjustment valve 86 so that the deviation is reduced. The target value is determined in advance by an operator, for example, and may be set to 50°C to 90°C, 55°C to 85°C, or 60°C to 80°C.

制御部28は、コンピュータ装置である。制御部28は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)及び、入出力インターフェイス等を備える。制御部28は、ボイラシステム20を制御するコンピュータ装置の一部の機能であってもよい。 The control unit 28 is a computer device. The control unit 28 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), and an input/output interface. The control unit 28 may be a part of the function of a computer device that controls the boiler system 20.

以上の製造設備1において、セメントを製造するセメント製造工程と、水から蒸気を生成する加熱工程と、蒸気により発電を行う発電工程とを実行することができる。セメント製造工程は、原料工程と、焼成工程と、仕上げ工程と、を含む。上記焼成工程では、クリンカ製造装置10を用いて、クリンカが生成される。上記焼成工程は、プレヒータ12においてセメント原料を予熱する予熱工程と、ロータリキルン14においてセメント原料を焼成してクリンカを生成する生成工程と、クリンカを冷却する冷却工程と、を含む。クリンカを冷却する冷却工程では、クリンカクーラ16において空気によりクリンカが冷却され、冷却に用いられた後の空気の少なくとも一部が、排ガスとしてボイラシステム20に送出される。 The above-described manufacturing equipment 1 can perform a cement manufacturing process for manufacturing cement, a heating process for generating steam from water, and a power generation process for generating electricity using the steam. The cement manufacturing process includes a raw material process, a calcination process, and a finishing process. In the calcination process, clinker is produced using a clinker manufacturing apparatus 10. The calcination process includes a preheating process for preheating the cement raw materials in a preheater 12, a production process for producing clinker by calcining the cement raw materials in a rotary kiln 14, and a cooling process for cooling the clinker. In the cooling process, the clinker is cooled by air in a clinker cooler 16, and at least a portion of the air used for cooling is sent to the boiler system 20 as exhaust gas.

上記加熱工程(加熱方法)は、流通工程と、第1加温工程と、第2加温工程と、過熱工程と、循環工程と、を含む。流通工程は、クリンカクーラ16からの排ガスGeをボイラ本体24内において方向D1に沿って流通させる。第1加温工程は、ボイラ本体24内に配置されたエコノマイザー40のチューブ41内に水Wを流すことによって、排ガスGeとの熱交換により水Wを加熱する。第2加温工程は、第1加温工程において生成された加温水Whを、ボイラ本体24内に配置された蒸発器50により更に加熱する。 The heating process (heating method) includes a circulation process, a first heating process, a second heating process, a superheating process, and a circulation process. In the circulation process, exhaust gas Ge from the clinker cooler 16 is circulated within the boiler body 24 along direction D1. In the first heating process, water W is heated through heat exchange with the exhaust gas Ge by flowing it through the tubes 41 of the economizer 40 located within the boiler body 24. In the second heating process, heated water Wh produced in the first heating process is further heated by an evaporator 50 located within the boiler body 24.

過熱工程は、第2加温工程において生成された加温水Whから得られる飽和蒸気を、過熱器70により過熱する。過熱工程において、飽和蒸気を過熱することで得られる過熱蒸気が発電システム90に送出される。循環工程は、ボイラ本体24での加熱により得られる加温水Whの一部を、エコノマイザー40に対して導入される水に循環させる(合流させる)。循環工程では、例えば、第1加温工程で加熱され、且つ、第2加温工程で加熱される前の加温水Whの一部が、エコノマイザー40よりも上流の配管に戻される。循環工程では、エコノマイザー40に対して導入される水の温度が目標値に近づくように、PID制御等により、加温水Whを循環させる量(流量)が調節される。 In the superheating process, saturated steam obtained from the heated water Wh produced in the second heating process is superheated by the superheater 70. In the superheating process, the superheated steam obtained by superheating the saturated steam is sent to the power generation system 90. In the circulation process, a portion of the heated water Wh obtained by heating in the boiler body 24 is circulated (merged) with the water introduced into the economizer 40. In the circulation process, for example, a portion of the heated water Wh heated in the first heating process but before being heated in the second heating process is returned to the piping upstream of the economizer 40. In the circulation process, the amount (flow rate) of circulated heated water Wh is adjusted using PID control or the like so that the temperature of the water introduced into the economizer 40 approaches the target value.

発電工程では、上記過熱工程で得られた過熱蒸気を利用して、蒸気タービンを回転させることで、発電機94が電力を生成する。発電工程は、蒸気タービンで仕事を終えた蒸気を復水器96により水に戻して、ポンプ等により、復水(水W)をボイラシステム20に圧送する。 In the power generation process, the superheated steam obtained in the superheating process is used to rotate a steam turbine, causing the generator 94 to generate electricity. In the power generation process, the steam that has completed its work in the steam turbine is converted back into water by the condenser 96, and the condensate (water W) is then pressure-fed to the boiler system 20 by a pump or the like.

以上に説明したボイラシステム20は、一例であり、適宜変更可能である。図3に示される例とは異なり、エコノマイザー40の交差部分42A(水の流れでは最上流に位置する交差部分42)が、排ガスGeの流れを基準としたときに、交差部分42B(水の流れでは最下流に位置する交差部分42)よりも上流側に位置していてもよい。複数の交差部分42が、方向D1に代えて、方向D1に対して交差(例えば、直交)する方向に沿って、並んで配置されていてもよい。 The boiler system 20 described above is one example and can be modified as appropriate. Unlike the example shown in FIG. 3, the intersection 42A of the economizer 40 (the intersection 42 located most upstream in terms of the water flow) may be located more upstream than the intersection 42B (the intersection 42 located most downstream in terms of the water flow) when the flow of the exhaust gas Ge is used as the reference. Multiple intersections 42 may be arranged side by side along a direction that intersects (e.g., perpendicular to) direction D1, instead of along direction D1.

循環部80は、エコノマイザー40で加熱され、且つ、他の加熱部で加熱された状態の加温水Whの一部を給水管32に対して導入してもよい。一例では、循環部80は、蒸発器50で更に加熱された後の加温水Whが流れる給水管36aから、給水管32に対して加温水Whの一部を導入してもよい。循環部80は、蒸気ドラム60において飽和蒸気と分離して残った加温水Whの一部を給水管32に対して導入してもよい。 The circulation unit 80 may introduce a portion of the heated water Wh that has been heated in the economizer 40 and another heating unit into the water supply pipe 32. In one example, the circulation unit 80 may introduce a portion of the heated water Wh into the water supply pipe 32 from the water supply pipe 36a through which the heated water Wh flows after being further heated in the evaporator 50. The circulation unit 80 may also introduce a portion of the heated water Wh that remains after being separated from the saturated steam in the steam drum 60 into the water supply pipe 32.

循環部80では、制御部28による自動制御に代えて、作業員等のオペレータが温度計88による計測値を確認して、調節弁86の開度を調節することで、循環部80から給水管32への加温水Whの導入量が調節されてもよい。、エコノマイザー40へ導入される水の温度制御が行われずに、循環部80は、所定の設定流量で加温水Whを給水管32に対して導入することを継続してもよい。 Instead of automatic control by the control unit 28, the circulation unit 80 may have an operator, such as a worker, check the measurement value from the thermometer 88 and adjust the opening of the control valve 86 to adjust the amount of heated water Wh introduced from the circulation unit 80 to the water supply pipe 32. Alternatively, the circulation unit 80 may continue to introduce heated water Wh into the water supply pipe 32 at a predetermined set flow rate without controlling the temperature of the water introduced into the economizer 40.

[実施形態の効果]
従来のボイラシステムにおいてエコノマイザーに対して低温(例えば、35℃程度)の復水が導入される場合、チューブのうちの水の流れの上流側に位置する部分(以下、「上流部分」という。)の外表面において、結露が生じることが見出された。クリンカクーラ16からの排ガスは、プレダスターでダストの一部が捕集されるものの、クリンカの微粉をダストとして含んだ状態でボイラ本体に導入される。そのため、エコノマイザーのチューブの外表面で結露が生じると、クリンカ(クリンカの微粉)が、チューブの外表面において結露水と反応して、チューブの外表面にクリンカが固着及び堆積してしまう。
[Effects of the embodiment]
It has been discovered that when low-temperature (e.g., about 35°C) condensate is introduced into the economizer in a conventional boiler system, condensation occurs on the outer surface of the tubes in the upstream portion of the water flow (hereinafter referred to as the "upstream portion"). Although some dust is captured in the pre-duster, the flue gas from the clinker cooler 16 still contains fine clinker powder as dust before being introduced into the boiler body. Therefore, when condensation occurs on the outer surface of the economizer tubes, the clinker (fine clinker powder) reacts with the condensed water on the outer surface of the tubes, causing the clinker to adhere and accumulate on the outer surface of the tubes.

チューブの外表面にクリンカが固着及び堆積すると、次の2つの不都合が生じる。1つの不都合は、チューブの外表面に堆積したクリンカにより熱交換が阻害され、熱交換の効率が低下してしまうことである。例えば、結露の影響を調査したところ、堆積前では11000kw/h~12000kw/h程度の発電量が得られたのに対し、堆積後では、発電量が7000kw/h~9000kw/h程度まで低下した。別の不都合は、排ガスが通過する経路が狭まるために、排ガスの流速が大きくなり、アッシュカットが生じることである。アッシュカットとは、排ガスと一緒に、そのガスに含まれるクリンカがチューブに衝突することであり、アッシュカットにより、チューブが摩耗により劣化する。アッシュカットが生じることで、チューブに穴が空いてしまい、本来、耐用年数が数十年程度であるエコノマイザーの寿命が、数年程度と極めて短くなっていた。 When clinker adheres and accumulates on the outer surface of the tubes, the following two problems occur. One is that the accumulation of clinker on the outer surface of the tubes inhibits heat exchange, reducing its efficiency. For example, when the impact of condensation was investigated, it was found that power generation before accumulation was approximately 11,000 to 12,000 kW/h, whereas after accumulation, power generation dropped to approximately 7,000 to 9,000 kW/h. Another problem is that the narrowing of the exhaust gas passage increases the flow rate of the exhaust gas, resulting in ash cut. Ash cut occurs when the clinker contained in the exhaust gas collides with the tubes along with the exhaust gas, causing wear and deterioration of the tubes. Ash cut causes holes to form in the tubes, significantly shortening the lifespan of the economizer, which normally has a service life of several decades, to just a few years.

これに対して、以上に説明したボイラシステム20は、クリンカを冷却するクリンカクーラ16からの排ガスGeを方向D1に沿って流すボイラ本体24と、ボイラ本体24内に配置されたチューブ41を有し、チューブ41内を流れる水を排ガスGeとの熱交換により加熱するエコノマイザー40と、エコノマイザー40に対して水を導入する給水管32と、ボイラ本体24での加熱により得られる加温水Whの一部を、給水管32に対して導入する循環部80と、を備える。 In contrast, the boiler system 20 described above comprises a boiler body 24 through which exhaust gas Ge from the clinker cooler 16 that cools the clinker flows in direction D1, an economizer 40 having tubes 41 arranged within the boiler body 24 and heating the water flowing within the tubes 41 through heat exchange with the exhaust gas Ge, a water supply pipe 32 that introduces water to the economizer 40, and a circulation section 80 that introduces a portion of the heated water Wh obtained by heating in the boiler body 24 into the water supply pipe 32.

上記ボイラシステム20では、加温水Whの一部が給水管32内の水に戻されることで、エコノマイザー40に対して導入される水に加温水Whの一部を戻さない場合に比べ、エコノマイザー40に導入される水の温度が高くなる。エコノマイザー40に導入される水の温度が高いと、チューブ41の上流部分内の流路に流れる水と、その上流部分の外に流れる排ガスGeとの温度差が縮小する。これにより、チューブ41の上流部分の外表面において結露が生じ難い。その結果、チューブ41の外表面においてクリンカが固着又は堆積する可能性を低減できる。したがって、上記ボイラシステム20は、熱交換の効率低下の抑制と、チューブ41の劣化の抑制とに有用である。 In the boiler system 20, a portion of the heated water Wh is returned to the water in the water supply pipe 32, thereby increasing the temperature of the water introduced into the economizer 40 compared to when a portion of the heated water Wh is not returned to the water introduced into the economizer 40. When the temperature of the water introduced into the economizer 40 is high, the temperature difference between the water flowing in the flow path in the upstream portion of the tubes 41 and the exhaust gas Ge flowing outside that upstream portion is reduced. This reduces the likelihood of condensation forming on the outer surface of the upstream portion of the tubes 41. As a result, the likelihood of clinker adhering or accumulating on the outer surface of the tubes 41 is reduced. Therefore, the boiler system 20 is useful for preventing a decrease in heat exchange efficiency and preventing deterioration of the tubes 41.

以上に説明したボイラシステム20は、ボイラ本体24内に配置され、エコノマイザー40で加熱された後の水を更に加熱する加熱部(蒸発器50)を更に備えてもよい。循環部80は、エコノマイザー40から上記加熱部へ水を導く給水管34から給水管32に対して加温水Whの一部を導入してもよい。この場合、エコノマイザー40及び加熱部の双方での加熱により得られた加温水Whの一部を給水管32に戻す場合に比べて、戻される加温水Whと、給水管32内の水との温度差が小さい。これにより、加温水Whを戻すことに起因して、給水管32と循環部80の流路との合流箇所に生じる影響が小さい。その結果、給水管32を簡素化できるので、ボイラシステム20の簡素化に有用である。 The boiler system 20 described above may further include a heating unit (evaporator 50) disposed within the boiler body 24 that further heats the water after it has been heated by the economizer 40. The circulation unit 80 may introduce a portion of the heated water Wh into the water supply pipe 32 from the water supply pipe 34, which conducts water from the economizer 40 to the heating unit. In this case, the temperature difference between the returned heated water Wh and the water in the water supply pipe 32 is smaller than when a portion of the heated water Wh obtained by heating in both the economizer 40 and the heating unit is returned to the water supply pipe 32. This reduces the impact of returning the heated water Wh at the junction of the water supply pipe 32 and the flow path of the circulation unit 80. As a result, the water supply pipe 32 can be simplified, which is useful for simplifying the boiler system 20.

循環部80は、給水管32と給水管34とを接続する接続管81と、接続管81に配置され、給水管32に対して加温水Whを送り出すポンプ82と、接続管81に配置され、給水管32から給水管34への水の逆流を防ぐ逆止弁84と、を含んでもよい。エコノマイザー40のチューブ41において生じる圧力損失により、下流に位置する給水管34の圧力は、上流に位置する給水管32の圧力よりも小さい。この場合、給水管32と給水管34との間を配管で接続しても、給水管32から給水管34へと水が流れ得る。上記構成では、ポンプ82と逆止弁84とが設けられることで、給水管32から給水管34への逆流が防止され、加温水Whの一部をより確実に循環させることができる。 The circulation unit 80 may include a connecting pipe 81 connecting the water supply pipe 32 and the water supply pipe 34, a pump 82 disposed on the connecting pipe 81 and sending heated water Wh to the water supply pipe 32, and a check valve 84 disposed on the connecting pipe 81 to prevent backflow of water from the water supply pipe 32 to the water supply pipe 34. Due to pressure loss occurring in the tube 41 of the economizer 40, the pressure in the downstream water supply pipe 34 is lower than the pressure in the upstream water supply pipe 32. In this case, even if the water supply pipe 32 and the water supply pipe 34 are connected by a pipe, water can flow from the water supply pipe 32 to the water supply pipe 34. In the above configuration, the provision of the pump 82 and the check valve 84 prevents backflow from the water supply pipe 32 to the water supply pipe 34, allowing a portion of the heated water Wh to circulate more reliably.

以上に説明したボイラシステム20は、エコノマイザー40に導入される水の温度を計測する温度計88と、温度計88による計測値が目標値に近づくように、循環部80から給水管32に導入される加温水Whの流量を調節する制御部28と、を更に備えてもよい。この場合、加温水Whと合流した後にエコノマイザー40に導入される水の温度が安定する。そのため、チューブ41の上流部分の外表面における結露の発生を安定して抑制することができる。したがって、熱交換の効率低下の抑制と、チューブ41の劣化の抑制とに更に有用である。 The boiler system 20 described above may further include a thermometer 88 that measures the temperature of the water introduced into the economizer 40, and a control unit 28 that adjusts the flow rate of heated water Wh introduced from the circulation unit 80 into the water supply pipe 32 so that the value measured by the thermometer 88 approaches a target value. In this case, the temperature of the water introduced into the economizer 40 after merging with the heated water Wh is stabilized. This makes it possible to stably suppress the occurrence of condensation on the outer surfaces of the upstream portions of the tubes 41. This is therefore even more useful for suppressing a decrease in heat exchange efficiency and suppressing deterioration of the tubes 41.

チューブ41は、エコノマイザー40での水の流れにおいて上流側に位置する部分(例えば、交差部分42A)が、下流側に位置する部分(例えば、交差部分42B)に比べて、ボイラ本体24内での排ガスGeの流れにおいて下流側に位置するように配置されていてもよい。この場合、チューブ41の上流部分が排ガスGeの流れにおいて上流側に配置される場合に比べて、チューブ41の上流部分のまわりを流れる排ガスGeの温度が低い。そのため、チューブ41の上流部分において、チューブ41内の水と排ガスGeとの温度差により生じる水滴が蒸発し難く、結露が発生しやすい傾向があるが、加温水Whの一部が循環されることで、結露の発生が抑制される。したがって、上記構成では、加温水Whの一部を循環させて、エコノマイザー40に導入される水の温度を上昇させることが更に有用である。 The tubes 41 may be arranged so that a portion located upstream in the water flow in the economizer 40 (e.g., intersection 42A) is located downstream in the flow of exhaust gas Ge within the boiler body 24 compared to a portion located downstream (e.g., intersection 42B). In this case, the temperature of the exhaust gas Ge flowing around the upstream portion of the tubes 41 is lower than when the upstream portion of the tubes 41 is located upstream in the flow of exhaust gas Ge. Therefore, in the upstream portion of the tubes 41, water droplets generated by the temperature difference between the water in the tubes 41 and the exhaust gas Ge are less likely to evaporate, making condensation more likely to occur. However, circulating a portion of the heated water Wh suppresses the occurrence of condensation. Therefore, in the above configuration, circulating a portion of the heated water Wh to raise the temperature of the water introduced into the economizer 40 is even more useful.

以上に説明したボイラシステム20において実行される加熱方法は、クリンカを冷却するクリンカクーラ16からの排ガスGeをボイラ本体24内において方向D1に沿って流通させる工程と、ボイラ本体24内に配置されたエコノマイザー40のチューブ41内に水を流すことによって、排ガスGeとの熱交換により水を加熱する工程と、ボイラ本体24での加熱により得られる加温水Whの一部を、エコノマイザー40に対して導入される水に循環させる工程と、を含む。この加熱方法では、加温水Whの一部を循環させることで、エコノマイザー40に導入される水の温度が上昇し、チューブ41の上流部分内の流路に流れる水と、その上流部分の外に流れる排ガスGeとの温度差が縮小する。これにより、チューブ41の上流部分の外表面において結露が生じ難い。その結果、チューブ41の外表面においてクリンカが固着又は堆積する可能性を低減できる。したがって、上記加熱方法は、熱交換の効率低下の抑制と、チューブ41の劣化の抑制とに有用である。 The heating method implemented in the boiler system 20 described above includes the steps of circulating exhaust gas Ge from the clinker cooler 16, which cools clinker, in the boiler body 24 along direction D1; heating water through heat exchange with the exhaust gas Ge by flowing water through the tubes 41 of the economizer 40 disposed within the boiler body 24; and circulating a portion of the heated water Wh obtained by heating in the boiler body 24 into the water introduced into the economizer 40. In this heating method, circulating a portion of the heated water Wh increases the temperature of the water introduced into the economizer 40, thereby reducing the temperature difference between the water flowing in the flow path within the upstream portion of the tubes 41 and the exhaust gas Ge flowing outside that upstream portion. This reduces the likelihood of condensation forming on the outer surfaces of the upstream portion of the tubes 41. As a result, the likelihood of clinker adhering or accumulating on the outer surfaces of the tubes 41 is reduced. Therefore, the heating method described above is useful for preventing a decrease in heat exchange efficiency and preventing deterioration of the tubes 41.

1…セメントの製造設備、10…クリンカ製造装置、20…ボイラシステム、24…ボイラ本体、Ge…排ガス、28…制御部、32,34…給水管、W…水、Wh…加温水、40…エコノマイザー、41…チューブ、50…蒸発器、80…循環部、81…接続管、82…ポンプ、84…逆止弁、86…調節弁、88…温度計、90…発電システム。 1...Cement manufacturing equipment, 10...Clinker manufacturing device, 20...Boiler system, 24...Boiler body, Ge...Exhaust gas, 28...Control unit, 32, 34...Water supply pipe, W...Water, Wh...Heated water, 40...Economizer, 41...Tube, 50...Evaporator, 80...Circulation unit, 81...Connecting pipe, 82...Pump, 84...Check valve, 86...Control valve, 88...Thermometer, 90...Power generation system.

Claims (6)

セメントクリンカを冷却するクリンカクーラからの排ガスを所定方向に沿って流すボイラ本体と、
前記ボイラ本体内に配置されたチューブを有し、前記チューブ内を流れる水を前記排ガスとの熱交換により加熱するエコノマイザーと、
前記エコノマイザーに対して水を導入する第1給水管と、
前記エコノマイザーでの加熱により得られる加温水の一部を、前記第1給水管に対して導入する循環部と、
前記ボイラ本体内に配置され、前記エコノマイザーで加熱された後の水を更に加熱する加熱部と、
前記エコノマイザーから前記加熱部へ水を導く第2給水管と、を備え
前記加熱部は、前記所定方向において前記エコノマイザーと隣り合う蒸発器であり、
前記循環部は、前記第1給水管と前記第2給水管とを接続する接続管を含み、当該接続管を介して、前記第2給水管から前記第1給水管に対して前記加温水の一部を導入する、ボイラシステム。
a boiler body that allows exhaust gas from a clinker cooler that cools cement clinker to flow in a predetermined direction;
an economizer having tubes arranged in the boiler body and heating water flowing through the tubes by heat exchange with the exhaust gas;
a first water supply pipe for introducing water into the economizer;
a circulation section that introduces a portion of the heated water obtained by heating in the economizer into the first water supply pipe;
a heating section disposed in the boiler body and configured to further heat the water heated by the economizer;
a second water supply pipe that guides water from the economizer to the heating section ,
the heating unit is an evaporator adjacent to the economizer in the predetermined direction,
A boiler system in which the circulation section includes a connecting pipe connecting the first water supply pipe and the second water supply pipe, and introduces a portion of the heated water from the second water supply pipe to the first water supply pipe via the connecting pipe .
前記第1給水管には、発電システムから、復水が加熱されることなく送り出される、請求項1に記載のボイラシステム。The boiler system according to claim 1 , wherein condensate from a power generation system is sent to the first water supply pipe without being heated. 前記循環部は
記接続管に配置され、前記第1給水管に対して前記加温水を送り出すポンプと、
前記接続管に配置され、前記第1給水管から前記第2給水管への水の逆流を防ぐ逆止弁と、を含む、請求項1又は2に記載のボイラシステム。
The circulation section includes :
a pump disposed in the connecting pipe and configured to send the heated water to the first water supply pipe;
3. The boiler system according to claim 1, further comprising: a check valve disposed on the connecting pipe to prevent backflow of water from the first water supply pipe to the second water supply pipe.
前記エコノマイザーに導入される水の温度を計測する温度計と、
前記温度計による計測値が目標値に近づくように、前記循環部から前記第1給水管に導入される前記加温水の流量を調節する制御部と、を更に備える、請求項1~3のいずれか一項に記載のボイラシステム。
a thermometer for measuring the temperature of the water introduced into the economizer;
A boiler system as described in any one of claims 1 to 3, further comprising a control unit that adjusts the flow rate of the heated water introduced from the circulation unit to the first water supply pipe so that the measurement value by the thermometer approaches a target value.
前記チューブは、前記エコノマイザーでの水の流れにおいて上流側に位置する部分が、下流側に位置する部分に比べて、前記ボイラ本体内での前記排ガスの流れにおいて下流側に位置するように配置されている、請求項1~4のいずれか一項に記載のボイラシステム。 A boiler system as described in any one of claims 1 to 4, wherein the tubes are arranged so that the portion located upstream in the water flow in the economizer is located downstream in the exhaust gas flow within the boiler body compared to the portion located downstream. セメントクリンカを冷却するクリンカクーラからの排ガスをボイラ本体内において所定方向に沿って流通させる工程と、
前記ボイラ本体内に配置されたエコノマイザーのチューブ内に水を流すことによって、前記排ガスとの熱交換により水を加熱する工程と、
第1給水管により、前記エコノマイザーに対して水を導入する工程と、
前記エコノマイザーでの加熱により得られる加温水の一部を、前記エコノマイザーに対して導入される水に循環させる工程と、
前記ボイラ本体内に配置された加熱部において、前記エコノマイザーで加熱された後の水を更に加熱する工程と、
第2給水管により、前記エコノマイザーから前記加熱部へ水を導く工程と、を含み、
前記加熱部は、前記所定方向において前記エコノマイザーと隣り合う蒸発器であり、
前記加温水の一部を、前記エコノマイザーに対して導入される水に循環させる工程では、前記第1給水管と前記第2給水管とを接続する接続管を介して、前記第2給水管から前記第1給水管に対して前記加温水の一部が導入される、加熱方法。
a step of circulating exhaust gas from a clinker cooler that cools cement clinker in a predetermined direction within the boiler body;
a step of heating the water by heat exchange with the exhaust gas by flowing the water through tubes of an economizer disposed in the boiler body;
introducing water to the economizer through a first water supply pipe;
a step of circulating a portion of the heated water obtained by heating in the economizer into the water introduced into the economizer;
Further heating the water heated by the economizer in a heating section disposed in the boiler body;
and directing water from the economizer to the heating section through a second water supply pipe ;
the heating unit is an evaporator adjacent to the economizer in the predetermined direction,
A heating method in which, in the process of circulating a portion of the heated water into the water introduced into the economizer, a portion of the heated water is introduced from the second water supply pipe to the first water supply pipe via a connecting pipe connecting the first water supply pipe and the second water supply pipe .
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