(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダストを含む高温の排ガスが供給される間接熱交換器と、
間接熱交換器に接続され、間接熱交換器から供給される排ガス中のダストを除去する集塵器と、
集塵器に接続され、集塵器によってダストが除去された清浄な排ガスを、前記間接熱交換器に導く戻り管路と、
間接熱交換器によって熱回収した排ガスが供給される膨張タービンと、
膨張タービンによって駆動される発電機とを含むことを特徴とする排熱回収発電装置。
【請求項２】
膨張タービンからの排ガスによって水蒸気を発生するボイラを含むことを特徴とする請求項１記載の排熱回収発電装置。
【請求項３】
間接熱交換器から集塵器に供給される排ガスを、前記集塵器の耐熱温度以下に冷却する冷却用熱交換器を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の排熱回収発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、治金用還元炉の炉頂から導かれる高温および高圧の排ガスから熱回収して電力を得るために好適に実施することができる排熱回収発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶融還元製鉄プロセスの経済性を高めるには、還元炉から発生する排ガスが保有する熱を有効に回収することがきわめて重要である。実用上、前記排ガスの熱を回収するには、前記排ガスをボイラに導き、このボイラによって得られた蒸気によって蒸気タービンを駆動し、この蒸気タービンの駆動力によって発電機を駆動する排ガス→ボイラ→蒸気タービン→発電機による方法と、高炉炉頂圧タービンと同じように前記排ガスをガスエキスパンダと呼ばれる膨張タービンに導き、このタービンの駆動力によって発電機を駆動する排ガス→膨張タービン→発電機による方法とがある。後者は前者よりも排熱回収効率がよいことが知られており、さらにシステム全体の効率を高めるためには、ガス膨張タービンの入口ガス温度が高いことが望ましく、このような排熱回収発電装置が所望されている。
【０００３】
図５は、上述のボイラを用いる排熱回収発電装置を示す簡略化した系統図である。還元炉からボイラ１に供給される排ガスは、８００℃の高温でかつ３．７ｋｇ／ｃｍ２  Ｇの高圧であり、このような排ガスとの間接熱交換によって得られた蒸気を蒸気タービン２に供給し、この蒸気タービン２の動力によって発電機３を駆動している。ボイラ１から排出される熱交換後の排ガスは、たとえばバグフィルタによって実現される集塵器４によって集塵され、これによって前記ダストが除去された清浄の排ガスは膨張タービン５に供給され、この膨張タービン５の動力によって発電機６が駆動される。前記蒸気タービン２から排出された蒸気は、図示しない復水器で復水させ、給水ポンプによって前記ボイラ１に戻される。また前記膨張タービン５の排ガスは、膨張によって０．１ｋｇ／ｃｍ２  Ｇまで降圧しており、図示しないバーナなどの燃料として用いられる。
【０００４】
このような図５に示される従来の技術では、前記集塵器４は膨張タービン５の羽根がダストによって摩耗することを防止するために設けられているけれども、この集塵器４の最大耐熱温度が現状では約２５０℃であるため、前記ボイラ１から集塵器４に供給される排ガスの温度は、約２５０℃以下とする必要があり、したがって膨張タービン５に供給される排ガスの温度も約２５０℃以下であり、熱回収効率を高めるには限界がある。
【０００５】
図５に示される従来の技術と類似の他の従来の技術として、図６に示されるように、前記ボイラ１に代えて空冷熱交換器７が設けられる。この図６に示される従来の技術においてもまた、膨張タービン５に供給される排ガスが除塵されていなければならず、そのための集塵器４の耐熱温度が約２５０℃であるため、膨張タービン５に供給される排ガス温度を高くすることができず、熱回収効率を高めるには限界がある。
【０００６】
この空冷熱交換器７は、そのハウジング８内に複数の伝熱管９を備え、これらの伝熱管９にファン１０によって送風して、高温の排ガスを冷却するように構成されている。
【０００７】
上述の図５および図６に示される従来の技術に類似のさらに他の従来技術は、たとえば実公平４−３７６１３、特開平３−９４０１０、特開昭６３−４２３１６および特開昭６３−４２３１７に示されている。これらの従来技術においてもまた、膨張タービンに供給される排ガスを除塵するために、集塵器が設けられ、膨張タービンに供給される排ガスを集塵器の耐熱温度以下に降温しなければならず、交換効率を高めるには制限がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の目的は、集塵器の耐熱温度を超える高温の排ガスを膨張タービンに供給することができるようにして、熱回収効率を格段に向上することができる排熱回収発電装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ダストを含む高温の排ガスが供給される間接熱交換器と、
間接熱交換器に接続され、間接熱交換器から供給される排ガス中のダストを除去する集塵器と、
集塵器に接続され、集塵器によってダストが除去された清浄な排ガスを、前記間接熱交換器に導く戻り管路と、
間接熱交換器によって熱回収した排ガスが供給される膨張タービンと、
膨張タービンによって駆動される発電機とを含むことを特徴とする排熱回収発電装置である。
【００１０】
また本発明は、膨張タービンからの排ガスによって水蒸気を発生するボイラを含むことを特徴とする。
【００１１】
さらに本発明は、間接熱交換器から集塵器に供給される排ガスを、前記集塵器の耐熱温度以下に冷却する冷却用熱交換器を含むことを特徴とする。
【００１２】
【作用】
本発明に従えば、間接熱交換器に供給されたダストを含む高温の排ガスは、集塵器によって前記ダストが除去され、戻り管路によって再び間接熱交換器に導かれて、前記ダストを含む高温の排ガスと熱交換して昇温される。こうして昇温された排ガスは膨張タービンに供給され、この膨張タービンの動力によって発電機が駆動される。このようにして集塵器によってダストが除去された清浄な排ガスと、間接熱交換器に供給されるダストを含む高温の排ガスとを熱交換して、高温となる排ガスを膨張タービンに導くようにしたので、集塵器にその耐熱温度以下の排ガスを供給して集塵することが可能となる。しかもこのダストが除去された清浄な排ガスは、間接熱交換器によって前記ダストを含む高温の排ガスと熱交換して昇温されるので、前記ダストを含む高温の排ガスが保有する熱エネルギを効率よく回収することができ、熱回収効率を格段に向上することができる。
【００１３】
また本発明に従えば、前記膨張タービンからの排ガスによって水蒸気を発生するボイラが設けられる。このボイラから得られる水蒸気によって、たとえば蒸気タービンを駆動して発電するようにしてもよく、あるいは熱源として利用することができる。これによって熱回収効率をさらに向上することができる。
【００１４】
さらに本発明に従えば、間接熱交換器から集塵器に供給される排ガスを、冷却用熱交換器によって前記集塵器の耐熱温度以下に冷却するようにしたので、集塵器の過加熱が防がれ、熱による損耗および耐久性の低下を防ぐことができる。
【００１５】
【実施例】
図１は、本発明の一実施例の排熱回収発電装置２１を示す簡略化した系統図である。たとえば溶融還元製鉄プラントおよび石炭ガス化プラントに好適に適用することができる排熱回収発電装置２１において、図示しない高炉などの炉で発生したダストを含む排ガスは、たとえば８００℃程度の高温であり、かつ３．７ｋｇ／ｃｍ２  Ｇの高圧である。このような排ガスは、前記炉の炉頂から延びるガス輸送管２２によって間接熱交換器２３に供給され、熱交換によって約３２０℃まで冷却された後、ガス輸送管２４を経て冷却用熱交換器２５に導かれて約２５０℃まで冷却され、ガス輸送管２０によって集塵器であるバグフィルタ２６に供給される。このバグフィルタ２６の耐熱温度は約２５０℃であり、前記冷却用熱交換器２５によってこの耐熱温度まで冷却された排ガスが供給されて除塵される。バグフィルタ２６はいわゆる乾式除塵器であって、熱損失が少なく、９９％程度の除塵率でダストを除去することができる。
【００１６】
こうしてダストが除去された清浄な２５０℃程度の排ガスは、戻り管路としてのガス輸送管２７によって再び前記間接熱交換器２３に導かれ、前記排ガスを含む高温の排ガスと熱交換して、７００℃まで昇温され、ガス輸送管２８によってガスエキスパンダ（ＧＥＰ）と呼ばれる膨張タービン２９に供給される。この膨張タービン２９では、前記排ガスが膨張して０．１ｋｇ／ｃｍ２  Ｇまで降圧され、ガス輸送管３０によって図示しない冷却器に導かれて直接冷却水によって冷却された後、図示しないガスホルダに蓄えられ、その後、バーナなどの燃料として使用される。
【００１７】
前記膨張タービン２９には、発電機３１が直結され、膨張タービン２９の動力によって発電することができる。この発電機３１による発電量は、膨張タービン２９に供給されるガス流量を３２１，０００Ｎｍ３  ／時としたとき、３０，４２０ｋＷを得ることができ、これに対して図５に示される従来の技術では１９，８６０ｋＷであり、本発明に従えば、格段に熱回収効率を向上することができる。
【００１８】
前記間接熱交換器２３は、図２に示されように、ケーシング３３と、ケーシング３３の前記高温の排ガスが供給される熱交換室３４内に設けられる伝熱管３５とを有し、前記ガス輸送管２７から供給される約２５０℃程度の清浄な排ガスを伝熱管３５に導いて、前記８００℃程度の排ガスと熱交換させ、７００℃まで昇温された高温の排ガスを得ることができる。
【００１９】
前記冷却器熱交換器２５は、図３に示されるように、ガス輸送管２４から高温の排ガスが供給される上部ヘッダ３６と、上部ヘッダ３６から高温の排ガスが供給される複数の伝熱管３７と、各伝熱管３７から冷却後の排ガスが供給される下部ヘッダ３８と、伝熱管３７に向けて送風する複数のファン３９とを有する。これらのファン３９の送風量を調整して、間接熱交換器２３から供給される高温の排ガスをバグフィルタ２６の入口温度がその耐熱温度２５０℃となるように制御するようにしてもよい。これらのファン３９は、伝熱管３７だけによってフィルタ２６の耐熱温度まで排ガス温度を冷却することができる場合には、設けなくてもよい。また冷却用熱交換器２５に代えて、ボイラを設けて、このボイラによって排熱を回収するようにしてもよい。
【００２０】
図４は、本発明の他の実施例の排熱回収発電装置２１ａを示す簡略化した系統図である。なお、前述の実施例に対応する部分には同一の参照符を付す。本実施例では、前記膨張タービン２９からガス輸送管３０に供給される約５０６℃の温度を有しかつ０．１ｋｇ／ｃｍ２  Ｇの圧力を有する排ガスと熱交換して水蒸気を発生するボイラ４０が設けられる。このようなボイラ４０から得られる水蒸気によって発電を行うようにしてもよく、あるいはその水蒸気を熱源として利用するようにしてもよい。
【００２１】
以上のようにして集塵器であるバグフィルタ２６の耐熱温度を超える高温の排ガスを膨張タービンに供給することができ、炉などから供給される高温および高圧の排ガスから高効率で熱回収を行うことができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、集塵器によって集塵された清浄な排ガスを再び間接熱交換器に導いて熱交換し、その昇温された排ガスを膨張タービンに供給して発電を行うようにしたので、集塵器の耐熱温度を超える高温でかつダストが除去された清浄な排ガスを膨張タービンに供給することができ、熱回収効率を格段に向上することができる。
【００２３】
また本発明によれば、膨張タービンからの排ガスによって水蒸気を発生するボイラが設けられるので、このボイラからの水蒸気によって発電を行い、あるいは熱源として利用することによって、熱回収効率をさらに向上することができる。
【００２４】
さらに本発明によれば、間接熱交換器からの排ガスを冷却用熱交換器によって冷却した後に集塵器に供給するようにしたので、前記集塵器の熱による損耗を防ぎ、耐久性を向上することができるとともに、集塵器の耐熱温度よりもむやみに低い温度に排ガスを冷却する必要がないので、集塵器による熱損失を可及的に少なくすることができ、熱回収効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の排熱回収発電装置２１を示す簡略化した系統図である。
【図２】間接熱交換器２３の構成を示す簡略化した断面図である。
【図３】冷却用熱交換器２５の構成を示す簡略化した断面図である。
【図４】本発明の他の実施例の排熱回収発電装置２１ａを示す簡略化した系統図である。
【図５】従来の排熱回収発電装置を示す簡略化した系統図である。
【図６】排熱回収発電装置の他の従来の技術を示す簡略化した系統図である。
【符号の説明】
２１，２１ａ  排熱回収発電装置
２２，２４，２７，２８，３０  ガス輸送管
２３  間接熱交換器
２５  冷却用熱交換器
２６  バグフィルタ
２９  膨張タービン
３１  発電機
【図１】
0003625301.tif 000002
【図２】
0003625301.tif 000003
【図３】
0003625301.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003625301.tif 000006
【図６】
0003625301.tif 000007