(57)【要約】  本発明は、鎔鉄製造時の排ガスの顕熱を利用したエネルギー生成装置及びこれを利用したエネルギー生成方法を提供する。本発明によるエネルギー生成方法は、ｉ）鉄鉱石を還元した還元鉄を提供する還元炉及び還元鉄を溶融して鎔鉄を製造する溶融ガス化炉を含む鎔鉄製造装置から排出される排ガスを提供する段階、ｉｉ）冷却水を排ガスと接触させて、冷却水を高圧蒸気に変換する段階、及びｉｉｉ）高圧蒸気を１つ以上の蒸気タービンに供給して、蒸気タービンを回転させることによって、蒸気タービンからエネルギーを生成する段階を含む。
2010511837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄鉱石を還元した還元鉄を提供する還元炉及び前記還元鉄を溶融して鎔鉄を製造する溶融ガス化炉を含む鎔鉄製造装置から排出される排ガスを提供する段階、
冷却水を前記排ガスと接触させて、前記冷却水を高圧蒸気に変換する段階、及び
前記高圧蒸気を１つ以上の蒸気タービンに供給して、前記蒸気タービンを回転させることによって、前記蒸気タービンからエネルギーを生成する段階
を含む、エネルギー生成方法。
【請求項２】
前記排ガスを提供する段階で、
前記排ガスは、前記還元炉で前記鉄鉱石を還元させた後で排出され、
前記還元炉は、充填層型還元炉または流動層型還元炉である、請求項１に記載のエネルギー生成方法。
【請求項３】
前記排ガスを提供する段階で、
前記排ガスは、前記溶融ガス化炉から排出される、請求項１に記載のエネルギー生成方法。
【請求項４】
前記排ガスを提供する段階で、
前記鎔鉄製造装置は、前記還元炉と前記溶融ガス化炉を連結して、前記還元炉で還元された還元鉄を前記溶融ガス化炉に供給する還元鉄供給容器をさらに含み、
前記排ガスは、前記還元鉄供給容器から排出される、請求項１に記載のエネルギー生成方法。
【請求項５】
前記冷却水を高圧蒸気に変換する段階で、
前記冷却水と接触した後の前記排ガスの温度は２００℃乃至２５０℃である、請求項１に記載のエネルギー生成方法。
【請求項６】
前記冷却水を高圧蒸気に変換する段階で、
前記冷却水は、前記排ガスと間接接触する、請求項１に記載のエネルギー生成方法。
【請求項７】
前記エネルギーを生成する段階で、
前記蒸気タービンに供給される前記高圧蒸気の圧力は４０ｂａｒ．ｇ以上である、請求項１に記載のエネルギー生成方法。
【請求項８】
前記高圧蒸気が前記蒸気タービンを回転させて低圧蒸気で排出される段階、
前記低圧蒸気を冷却して、前記冷却水を提供する段階、及び
前記冷却水を前記排ガス側に供給する段階
をさらに含み、
前記エネルギーを生成する段階で生成されたエネルギーを、前記冷却水を前記排ガス側に供給する段階に使用する、請求項１に記載のエネルギー生成方法。
【請求項９】
前記冷却水と接触した前記排ガスに工程水を供給する段階、
前記工程水によって前記排ガスを水集塵する段階、及び
前記水集塵を完了した前記工程水を回収する段階
をさらに含み、
前記エネルギーを生成する段階で生成されたエネルギーを、前記排ガスに工程水を供給する段階に使用する、請求項１に記載のエネルギー生成方法。
【請求項１０】
前記冷却水と接触した前記排ガスを圧縮する段階をさらに含み、
前記エネルギーを生成する段階で生成されたエネルギーを、前記排ガスを圧縮する段階に使用する、請求項１に記載のエネルギー生成方法。
【請求項１１】
前記高圧蒸気が前記蒸気タービンを回転させて低圧蒸気で排出される段階、
前記低圧蒸気を冷却して、前記冷却水を提供する段階、
前記冷却水を分岐させる段階、
前記分岐された冷却水を加熱して、余剰高圧蒸気に変換する段階、及び
前記余剰高圧蒸気を前記蒸気タービンに供給する段階
をさらに含む、請求項１に記載のエネルギー生成方法。
【請求項１２】
前記高圧蒸気を保存する段階をさらに含む、請求項１に記載のエネルギー生成方法。
【請求項１３】
前記エネルギーを生成する段階で、
前記１つ以上の蒸気タービンは複数の蒸気タービンを含み、
前記複数の蒸気タービンは並列連結される、請求項１に記載のエネルギー生成方法。
【請求項１４】
冷却水を供給する冷却水保存槽、
鉄鉱石を還元した還元鉄を提供する還元炉及び前記還元鉄を溶融して鎔鉄を製造する溶融ガス化炉を含む鎔鉄製造装置から排出される排ガス及び前記冷却水を接触させて、前記冷却水を高圧蒸気に変換する蒸気発生器、及び
前記蒸気発生器と連結されて、前記高圧蒸気の供給を受けて、前記高圧蒸気によって回転してエネルギーを生成する１つ以上の蒸気タービン
を含む、エネルギー生成装置。
【請求項１５】
前記蒸気発生器は、前記冷却水が通過する複数のパイプを含み、
前記排ガスは、前記複数のパイプの外面と接触する、請求項１４に記載のエネルギー生成装置。
【請求項１６】
前記排ガスは、前記還元炉で前記鉄鉱石を還元させた後で排出され、
前記鎔鉄製造装置は、前記還元炉と連結されて、前記排ガスが通過する排ガス管をさらに含み、
前記還元炉は、流動層型還元炉または充填層型還元炉であり、
前記蒸気発生器は、前記排ガス管と連結される、請求項１４に記載のエネルギー生成装置。
【請求項１７】
前記鎔鉄製造装置は、前記排ガス管から分岐された排ガス供給管に設置されたガス圧縮器をさらに含み、
前記蒸気タービンは、前記ガス圧縮器と連結されて、前記ガス圧縮器に動力を伝達する、請求項１６に記載のエネルギー生成装置。
【請求項１８】
前記排ガスは、前記溶融ガス化炉から排出され、
前記鎔鉄製造装置は、前記溶融ガス化炉と連結されて、前記排ガスが流れる還元ガス供給管をさらに含み、
前記蒸気発生器は、前記還元ガス供給管と連結される、請求項１４に記載のエネルギー生成装置。
【請求項１９】
前記鎔鉄製造装置は、
前記還元炉と前記溶融ガス化炉を連結して、前記還元炉で還元された還元鉄を前記溶融ガス化炉に供給する還元鉄供給容器、及び
前記還元鉄供給容器から排ガスが排出される排ガス排出管
をさらに含み、
前記蒸気発生器は、前記排ガス排出管と連結される、請求項１４に記載のエネルギー生成装置。
【請求項２０】
前記冷却水と接触した後の前記排ガスの温度は２２０℃乃至２５０℃である、請求項１４に記載のエネルギー生成装置。
【請求項２１】
前記蒸気タービンに供給される前記高圧蒸気の圧力は４０ｂａｒ．ｇ以上である、請求項１４に記載のエネルギー生成装置。
【請求項２２】
前記蒸気タービンから排出される低圧蒸気を冷却して、前記冷却水に変換する復水器、及び
前記復水器と連結されて、前記冷却水を前記蒸気発生器に供給する冷却水循環ポンプ
をさらに含み、
前記蒸気タービンは、前記冷却水循環ポンプと連結されて、前記冷却水循環ポンプに動力を伝達する、請求項１４に記載のエネルギー生成装置。
【請求項２３】
前記鎔鉄製造装置は、
前記排ガスを水集塵する水集塵機、
前記水集塵機と連結されて、前記水集塵機に工程水を供給して、水集塵が完了した前記工程水を回収する工程水保存槽、及び
前記工程水保存槽及び前記水集塵機と連結されて、前記工程水保存槽及び前記水集塵機の間に前記工程水を循環させる工程水循環ポンプ
をさらに含み、
前記蒸気タービンは、前記工程水循環ポンプに連結されて、前記工程水循環ポンプに動力を伝達する、請求項１４に記載のエネルギー生成装置。
【請求項２４】
前記蒸気発生器に供給される前記冷却水から分岐された冷却水を加熱して、余剰高圧蒸気に変換して、前記余剰高圧蒸気を前記蒸気タービンに供給する余剰蒸気発生器をさらに含む、請求項１４に記載のエネルギー生成装置。
【請求項２５】
前記蒸気発生器と前記蒸気タービンを互いに連結して、前記蒸気発生器から生成された高圧蒸気を保存する蒸気保存槽をさらに含む、請求項１４に記載のエネルギー生成装置。
【請求項２６】
１つ以上の蒸気タービンは複数の蒸気タービンを含み、
前記複数の蒸気タービンは並列連結される、請求項１４に記載のエネルギー生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー生成装置及びこれを利用したエネルギー生成方法に関し、より詳細には、鎔鉄製造時の排ガスの顕熱を利用したエネルギー生成装置及びこれを利用したエネルギー生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、鎔鉄製造方法として、高炉法を代替し得る溶融還元製鉄法が開発されている。溶融還元製鉄法では、燃料及び還元剤として一般炭を直接使用し、鉄源として鉄鉱石を直接使用して、還元炉で鉄鉱石を還元して、溶融ガス化炉で鎔鉄を製造する。
【０００３】
溶融ガス化炉には酸素が吹込まれて、溶融ガス化炉内の石炭充填層を燃焼させる。酸素は、還元ガスに変換されて、溶融ガス化炉から排出される。溶融ガス化炉から排出された還元ガスは、還元炉に移送される。還元炉では、還元ガスによって鉄鉱石が還元される。鉄鉱石を還元した還元ガスは、排ガスとして還元炉から排出される。
【０００４】
排ガス中のダストは水集塵され、排ガスのうちの一部は改質されて、再び還元ガスとして使用される。排ガスの温度が高いので、排ガスは多量の顕熱を含んでいて、排ガスの循環中に前記顕熱が失われる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、鎔鉄製造時の排ガスの顕熱を利用して、エネルギーをリサイクルすることができるエネルギー生成装置を提供する。また、鎔鉄製造時の排ガスの顕熱を利用して、エネルギーをリサイクルすることができるエネルギー生成方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施例によるエネルギー生成方法は、ｉ）鉄鉱石を還元した還元鉄を提供する還元炉及び還元鉄を溶融して鎔鉄を製造する溶融ガス化炉を含む鎔鉄製造装置から排出される排ガスを提供する段階、ｉｉ）冷却水を排ガスと接触させて、冷却水を高圧蒸気に変換する段階、及びｉｉｉ）高圧蒸気を１つ以上の蒸気タービンに供給して、蒸気タービンを回転させることによって、蒸気タービンからエネルギーを生成する段階を含む。
【０００７】
排ガスを提供する段階で、排ガスは、還元炉で鉄鉱石を還元させた後で排出され、還元炉は、充填層型還元炉または流動層型還元炉である。排ガスを提供する段階で、排ガスは、溶融ガス化炉から排出される。排ガスを提供する段階で、鎔鉄製造装置は、還元炉と溶融ガス化炉を連結して、還元炉で還元された還元鉄を溶融ガス化炉に供給する還元鉄供給容器をさらに含み、排ガスは、還元鉄供給容器から排出される。
【０００８】
冷却水を高圧蒸気に変換する段階で、冷却水と接触した後の排ガスの温度は２００℃乃至２５０℃である。冷却水を高圧蒸気に変換する段階で、冷却水は、排ガスと間接接触する。エネルギーを生成する段階で、蒸気タービンに供給される高圧蒸気の圧力は４０ｂａｒ．ｇ以上である。
【０００９】
本発明の一実施例によるエネルギー生成方法は、ｉ）高圧蒸気が蒸気タービンを回転させて低圧蒸気で排出される段階、ｉｉ）低圧蒸気を冷却して、冷却水を提供する段階、及びｉｉｉ）冷却水を排ガス側に供給する段階をさらに含む。エネルギーを生成する段階で生成されたエネルギーを、冷却水を排ガス側に供給する段階に使用する。
【００１０】
本発明の一実施例によるエネルギー生成方法は、ｉ）冷却水と接触した排ガスに工程水を供給する段階、ｉｉ）工程水によって排ガスを水集塵する段階、及びｉｉｉ）水集塵を完了した工程水を回収する段階をさらに含む。エネルギーを生成する段階で生成されたエネルギーを、排ガスに工程水を供給する段階に使用する。
【００１１】
本発明の一実施例によるエネルギー生成方法は、冷却水と接触した排ガスを圧縮する段階をさらに含む。エネルギーを生成する段階で生成されたエネルギーを、排ガスを圧縮する段階に使用する。
【００１２】
本発明の一実施例によるエネルギー生成方法は、ｉ）高圧蒸気が蒸気タービンを回転させて低圧蒸気で排出される段階、ｉｉ）低圧蒸気を冷却して、冷却水を提供する段階、ｉｉｉ）冷却水を分岐させる段階、及びｉｖ）分岐された冷却水を加熱して、余剰高圧蒸気に変換する段階、及びｖ）余剰高圧蒸気を蒸気タービンに供給する段階をさらに含む。本発明の一実施例によるエネルギー生成方法は、高圧蒸気を保存する段階をさらに含む。エネルギーを生成する段階で、１つ以上の蒸気タービンは複数の蒸気タービンを含み、複数の蒸気タービンは並列連結される。
【００１３】
本発明の一実施例によるエネルギー生成装置は、ｉ）冷却水を供給する冷却水保存槽、ｉｉ）鉄鉱石を還元した還元鉄を提供する還元炉及び還元鉄を溶融して鎔鉄を製造する溶融ガス化炉を含む鎔鉄製造装置から排出される排ガス及び冷却水を接触させて、冷却水を高圧蒸気に変換する蒸気発生器、及びｉｉｉ）蒸気発生器と連結されて、高圧蒸気の供給を受けて、高圧蒸気によって回転してエネルギーを生成する１つ以上の蒸気タービンを含む。
【００１４】
蒸気発生器は、冷却水が通過する複数のパイプを含み、排ガスは、複数のパイプの外面と接触する。排ガスは、還元炉で鉄鉱石を還元させた後で排出され、鎔鉄製造装置は、還元炉と連結されて、排ガスが通過する排ガス管をさらに含み、還元炉は、流動層型還元炉または充填層型還元炉であり、蒸気発生器は、排ガス管と連結される。
【００１５】
鎔鉄製造装置は、排ガス管から分岐された排ガス供給管に設置されたガス圧縮器をさらに含み、蒸気タービンは、ガス圧縮器と連結されて、ガス圧縮器に動力を伝達する。排ガスは、溶融ガス化炉から排出され、鎔鉄製造装置は、溶融ガス化炉と連結されて、排ガスが流れる還元ガス供給管をさらに含み、蒸気発生器は、還元ガス供給管と連結される。
【００１６】
鎔鉄製造装置は、ｉ）還元炉と溶融ガス化炉を連結して、還元炉で還元された還元鉄を溶融ガス化炉に供給する還元鉄供給容器、及びｉｉ）還元鉄供給容器から排ガスが排出される排ガス排出管をさらに含み、蒸気発生器は、排ガス排出管と連結される。冷却水と接触した後の排ガスの温度は２００℃乃至２５０℃である。蒸気タービンに供給される高圧蒸気の圧力は４０ｂａｒ．ｇ以上である。
【００１７】
本発明の一実施例によるエネルギー生成装置は、ｉ）蒸気タービンから排出される低圧蒸気を冷却して、冷却水に変換する復水器、及びｉｉ）復水器と連結されて、冷却水を蒸気発生器に供給する冷却水循環ポンプをさらに含む。蒸気タービンは、冷却水循環ポンプと連結されて、冷却水循環ポンプに動力を伝達する。
【００１８】
鎔鉄製造装置は、ｉ）排ガスを水集塵する水集塵機、ｉｉ）水集塵機と連結されて、水集塵機に工程水を供給して、水集塵が完了した工程水を回収する工程水保存槽、及びｉｉｉ）工程水保存槽及び水集塵機と連結されて、工程水保存槽と水集塵機の間に工程水を循環させる工程水循環ポンプをさらに含む。蒸気タービンは、工程水循環ポンプと連結されて、工程水循環ポンプに動力を伝達する。
【００１９】
本発明の一実施例によるエネルギー生成装置は、蒸気発生器に供給される冷却水から分岐された冷却水を加熱して、余剰高圧蒸気に変換して、余剰高圧蒸気を蒸気タービンに供給する余剰蒸気発生器をさらに含む。本発明の一実施例によるエネルギー生成装置は、蒸気発生器と蒸気タービンを互いに連結して、蒸気発生器から生成された高圧蒸気を保存する蒸気保存槽をさらに含む。１つ以上の蒸気タービンは複数の蒸気タービンを含み、複数の蒸気タービンは並列連結される。
【発明の効果】
【００２０】
鎔鉄製造時の排ガスの顕熱を利用してエネルギーを生成することによって、エネルギー利用効率を向上させることができる。また、鎔鉄製造時に冷却された排ガスによって還元ガスの温度を低くすることによって、還元ガスの還元力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施例によるエネルギー生成装置を概略的に示した図面である。
【図２】図１の蒸気発生器の内部構造を概略的に示した斜視図である。
【図３】図１のエネルギー生成装置と連結された鎔鉄製造装置を概略的に示した図面である。
【図４】図１のエネルギー生成装置と連結された他の鎔鉄製造装置を概略的に示した図面である。
【図５】本発明の第２実施例によるエネルギー生成装置を概略的に示した図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
それでは、添付した図面を参照して、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施することができるように本発明の実施例を説明する。本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は、本発明の概念及び範囲を逸脱しない限度内で、下記の実施例を多様な形態に変更することができる。図面では、同一または類似した部分には可能な限り同一な図面符号を使用して示した。
【００２３】
下記で使用される技術用語及び科学用語を含む全ての用語は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が一般に理解する意味と同一な意味を有する。事前に定義された用語は、関連技術文献及び現在開示されている内容に符合する意味を有すると追加解釈され、事前に定義されない限り、理想的な意味や非常に公式的な意味に解釈されない。
【００２４】
図１は本発明の第１実施例によるエネルギー生成装置１００を概略的に示した図面である。図１で、点線で囲まれた部分は、エネルギー生成装置１００と連結された鎔鉄製造装置８００、９００（図３及び図４）を示す。
【００２５】
図１に示したように、エネルギー生成装置１００は、蒸気発生器１０、１２、１４、冷却水保存槽２０、及び蒸気タービン３０を含む。これ以外に、エネルギー生成装置１００は、復水器４０、冷却水循環ポンプ５０、蒸気保存槽６０、燃焼器７０、及び動力伝達器８２、８４、８６をさらに含む。
【００２６】
図１は本発明の第１実施例によるエネルギー生成装置１００を概略的に示した図面である。図１のエネルギー生成装置１００の構造は、単に本発明を例示するためのものであって、本発明はこれに限定されない。したがって、エネルギー生成装置１００の構造を他の形態に変形することもできる。
【００２７】
図１に示したように、蒸気発生器１０、１２、１４は、第１蒸気発生器１０、第２蒸気発生器１２、及び第３蒸気発生器１４を含む。蒸気発生器１０、１２、１４は、鎔鉄製造装置８００、９００（図３及び図４）から排出される排ガス及び冷却水を互いに熱交換させる。したがって、高温の排ガスの顕熱によって冷却水が高圧蒸気に変換される。蒸気発生器１０、１２、１４の内部構造は、図２を参照して後により詳細に説明する。
【００２８】
図１に示したように、前記高圧蒸気は、蒸気発生器１０、１２、１４と連結された蒸気保存槽６０に保存される。蒸気保存槽６０は、蒸気発生器１０、１２、１４と蒸気タービン３０を互いに連結する。図１には蒸気保存槽６０を示したが、蒸気保存槽６０を省略することもできる。
【００２９】
蒸気保存槽６０から排出された高圧蒸気は、蒸気タービン３０に供給される。蒸気タービン３０に供給される高圧蒸気の圧力は４０ｂａｒ．ｇ以上である。したがって、高圧蒸気によって蒸気タービン３０を所望の回転速度で作動させることができて、蒸気タービン３０の駆動効率を最適化することができる。
【００３０】
蒸気タービン３０は、高圧蒸気の供給を受けて、高圧蒸気によって回転してエネルギーを生成する。蒸気タービン３０に供給された高圧蒸気は、蒸気タービン３０を回転させて膨張及び冷却されて、低圧蒸気で排出される。蒸気タービン３０の回転力によってガスの圧縮、ポンプの作動、または電気エネルギーの生成が可能である。これをより詳細に説明する。
【００３１】
第1に、図１に示したように、蒸気タービン３０は、動力伝達器８２を通じて冷却水循環ポンプ５０と連結される。したがって、蒸気タービン３０は、冷却水循環ポンプ５０に動力を伝達する。つまり、蒸気タービン３０の回転によって冷却水循環ポンプ５０が共に回転して、冷却水を循環させる。動力伝達器８２はカップリングともいわれる。動力伝達器８２は減速ギヤなどを含むので、蒸気タービン３０の回転速度より低い回転速度で冷却水循環ポンプ５０が回転する。蒸気タービン３０、動力伝達器８２、及び冷却水循環ポンプ５０の連結構造は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に理解することができるので、その詳細な説明は省略する。
【００３２】
図１に示したように、冷却水循環ポンプ５０は、冷却水保存槽２０から冷却水の供給を受けて、蒸気発生器１０、１２、１４に移送する。したがって、蒸気タービン３０で生成されるエネルギーを、冷却水を排ガス側に供給する冷却水循環ポンプ５０に使用することによって、蒸気発生器１０、１２、１４で高圧蒸気を連続的に生成することができる。
【００３３】
一方、冷却水循環ポンプ５０は、動力伝達器８２が連結された軸とは異なる軸に電気モータ９０と連結される。冷却水循環ポンプ５０及び電気モータ９０は、動力伝達器８８を通じて連結される。したがって、蒸気タービン３０が作動しない場合にも、別途の電力によって駆動される電気モータ９０を回転させることによって、冷却水循環ポンプ５０を作動させることができる。例えば、蒸気タービン３０の駆動前には電気モータ９０によって冷却水循環ポンプ５０を作動させる。その結果、冷却水を連続的に循環させることができる。
【００３４】
第２に、図１に示したように、蒸気タービン３０は、動力伝達器８４を通じてガス圧縮器８５５を作動させる。動力伝達器８４は減速ギヤなどを含むので、ガス圧縮器８５５の回転速度を制御することができる。蒸気タービン３０、動力伝達器８４、及びガス圧縮器８５５の連結構造は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に理解することができるので、その詳細な説明は省略する。ガス圧縮器８５５は、回転力によって流入されるガスを高圧に圧縮する。したがって、ガスを高圧に圧縮した後で外部に排出することができる。この場合、ガス改質装置８８０（図３及び図４）が高圧ガスの供給を受けて、ガスの改質効率を最大化することができる。
【００３５】
第３に、図１に示したように、蒸気タービン３０は、工程水循環ポンプ８９５（図３及び図４参照）に動力を伝達する。蒸気タービン３０は、動力伝達器８６を通じて工程水循環ポンプ８９５と連結される。動力伝達器８６は減速ギヤなどを含むので、工程水循環ポンプ８９５を所望の回転速度で回転させることができる。蒸気タービン３０、動力伝達器８６、及び工程水循環ポンプ８９５の連結構造は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に理解することができるので、その詳細な説明は省略する。ここで、工程水循環ポンプ８９５は、工程水を循環させることによって、鎔鉄製造装置８００、９００から排出される排ガスを水集塵する。その結果、鎔鉄製造装置８００、９００の工程水循環ポンプ８９５を蒸気タービン３０によって作動させるので、エネルギーをリサイクルすることができる。
【００３６】
図１に示したように、蒸気タービン３０から排出される低圧蒸気は、復水器４０で冷却されて、冷却水に変換される。復水器４０の内部にはまた他の冷却水が複数のチューブを通じて流れていて、低圧蒸気は、複数のチューブの外面と接触する。したがって、低圧蒸気は、複数のチューブに熱を奪われて、冷却水に変換される。冷却水は、冷却水保存槽２０に保存された後で冷却水循環ポンプ５０に供給されて、エネルギー生成装置１００の内部を循環する。
【００３７】
一方、高圧蒸気の量が不足する場合には、任意に高圧蒸気を生成して高圧蒸気の量を増加させる。つまり、図１に示したように、蒸気発生器１０、１２、１４に供給される冷却水から分岐された冷却水を余剰蒸気発生器１６に供給する。燃焼器７０に酸素及び燃料を供給して、余剰蒸気発生器１６を高温燃焼ガスで加熱することによって、余剰蒸気発生器１６を通過する冷却水が加熱されて、高圧蒸気に変換される。余剰蒸気発生器１６で生成された余剰高圧蒸気は、蒸気保存槽６０に保存された後で蒸気タービン３０に供給される。したがって、高圧蒸気の量が不足する場合に、高圧蒸気の量を容易に補充することができる。以下では、図２を参照して、図１の第１蒸気発生器１０の内部構造についてより詳細に説明する。
【００３８】
図２は図１の第１蒸気発生器１０を概略的に示した図面である。図２の拡大円には第１蒸気発生器１０の内部を拡大して示した。第１蒸気発生器１０の構造は、第２蒸気発生器１２（図１）及び第３蒸気発生器１４（図１）にも同一に適用される。また、図２の第１蒸気発生器１０の構造は、単に本発明を例示するためのものであって、本発明はこれに限定されない。したがって、第１蒸気発生器１０の構造を他の形態に変形することもできる。
【００３９】
図２に示したように、第１蒸気発生器１０は、ケーシング１０１及び複数のパイプ１０３３を含む。冷却水は、入口側パイプ１０３１を通じて流入した後、複数のパイプ１０３３に分岐されて、複数のパイプ１０３３を通過する。図２の拡大円に示したように、冷却水は、複数のパイプ１０３３を通じて流れて、排ガスによって加熱されて、高圧蒸気に変換される。高圧蒸気は、複数のパイプ１０３３が合流する出口側パイプ１０３５を通じて外部に排出される。
【００４０】
排ガスは、複数のパイプ１０３３の外面と接触して、その顕熱を複数のパイプ１０３３に伝達する。つまり、排ガスは、冷却水と間接接触する。排ガスが冷却水と直接接触する場合に熱交換はより円滑に行われるが、冷却水中に排ガスのダストなどが含まれる。したがって、冷却水の冷却性能が悪化する。第１蒸気発生器１０は、複数のパイプ１０３３を含むので、排ガスと複数のパイプ１０３３の接触面積を最大化する。したがって、排ガスの顕熱を複数のパイプ１０３３を通過する冷却水に効率的に伝達することができる。
【００４１】
一方、排ガスは、排ガス入口１０５１を通じて第１蒸気発生器１０に流入する。排ガスは、複数のパイプ１０３３を加熱して、第１蒸気発生器１０の内部で冷却される。冷却された排ガスは、排ガス出口１０５５を通じて外部に排出される。
【００４２】
図２に示したように、第１蒸気発生器１０で、排ガスの入出方向及び冷却水の入出方向は互いに反対である。つまり、第１蒸気発生器１０は向流式である。しかし、第１蒸気発生器１０を並流式、つまり排ガスの入出方向及び冷却水の入出方向が同一になるように設計することもできる。
【００４３】
図３は図１のエネルギー生成装置１００と連結された鎔鉄製造装置８００を概略的に示した図面である。
【００４４】
図３に示したように、鎔鉄製造装置８００は、流動層型還元炉８２０、塊性体製造装置８３０、溶融ガス化炉８１０、及び還元ガス供給管８４０を含む。また、鎔鉄製造装置８００は、高温均排圧装置８１２及び還元鉄供給容器８１６をさらに含む。鎔鉄製造装置８００は、必要に応じて他の装置をさらに含むこともできる。
【００４５】
図３に示したように、流動層型還元炉８２０は、第１流動還元炉８２４、第２流動還元炉８２５、第３流動還元炉８２６、及び第４流動還元炉８２７を含む。第１流動還元炉８２４、第２流動還元炉８２５、第３流動還元炉８２６、及び第４流動還元炉８２７は、順次に連結される。流動層型還元炉８２０は、還元ガス供給管８４０を通じて溶融ガス化炉８１０から還元ガスの供給を受けて、鉄鉱石を還元させて、還元鉄を提供する。ここで、第１流動還元炉８２４は、鉄鉱石の供給を受けて、還元ガスによって鉄鉱石を予熱する。第２流動還元炉８２５及び第３流動還元炉８２６は、予熱された鉄鉱石を予備還元する。そして、第４流動還元炉８２７は、予備還元された鉄鉱石を最終還元して、粉還元鉄に製造する。
【００４６】
流動層型還元炉８２０は、粉還元鉄を塊性体製造装置８３０に移送する。塊性体製造装置８３０は、粉還元鉄を塊性化する。溶融ガス化炉８１０に粉還元鉄を直接装入する場合、溶融ガス化炉８１０の内部の還元ガスによって粉還元鉄が外部に飛散される。また、溶融ガス化炉８１０の内部に粉還元鉄が直接装入される場合、溶融ガス化炉８１０の内部の通気性が悪化する。したがって、塊性体製造装置８３０によって粉還元鉄を塊性体に製造した後で溶融ガス化炉８１０に供給する。
【００４７】
図３に示したように、塊性体製造装置８３０は、保存槽８３１、一対のロール８３３、破砕機８３５、及び塊性体保存槽８３７を含む。保存槽８３１は、粉還元鉄を臨時保存する。粉還元鉄は、保存槽８３１から排出されて、一対のロール８３３によってストリップ形態の塊性体に製造される。破砕機８３５は、塊性体を破砕して、一定の大きさに製造する。破砕された塊性体は、塊性体保存槽８３７に保存される。
【００４８】
高温均排圧装置８１２は、塊性体製造装置８３０と還元鉄供給容器８１６を互いに連結する。高温均排圧装置８１２は、塊性体製造装置８３０及び還元鉄供給容器８１６の間の圧力を調節して、塊性体を塊性体製造装置８３０から還元鉄供給容器８１６に圧送する。還元鉄供給容器８１６は、塊性体を保存して、溶融ガス化炉８１０に塊性体を供給する。
【００４９】
塊性体は、溶融ガス化炉８１０に装入されて溶融される。塊状炭材が溶融ガス化炉８１０に装入されて、その内部に石炭充填層を形成する。ここで、塊状炭材は、塊炭または成形炭を例に挙げることができる。溶融ガス化炉８１０に酸素を吹込むことによって、石炭充填層を燃焼させ、石炭充填層の燃焼熱によって塊性体を溶融させる。塊性体は、溶融されて、鎔鉄に製造された後で外部に排出される。
【００５０】
石炭充填層から発生した還元ガスは、還元ガス供給管８４０を通じて流動層型還元炉８２０及び還元鉄供給容器８１６に供給される。したがって、還元鉄供給容器８１６に供給される塊性体を再還元することができる。一方、図３には示さなかったが、粗粒鉄鉱石、例えば粒度が８ｍｍ以上の鉄鉱石を還元鉄供給容器８１６に供給することもできる。
【００５１】
図３に示したように、第１流動還元炉８２４から排出された排ガスは、排ガス管８５０を通じて外部に排出される。排ガス管８５０には第１蒸気発生器１０及び第１水集塵機８９１が設置される。図１には排ガス管８５０に第１蒸気発生器１０及び第１水集塵機８９１が設置及び連結されたことを示したが、蒸気発生器１０及び第１水集塵機８９１が排ガス管８５０自体に設置されずに、単純連結されてもよい。
【００５２】
排ガスは、第１蒸気発生器１０（図１参照）を通過して冷却される。つまり、第１流動還元炉８２４から排出される排ガスの温度は４００℃乃至４５０℃であるが、第１蒸気発生器１０を通過して冷却水と接触した後の排ガスの温度は２００℃乃至２５０℃である。排ガスの温度が２００℃より低い場合には、排ガスに含まれるタールが固体状態に凝縮されて、排ガスの熱伝達を妨害する。また、排ガスの温度が２５０℃より高い場合には、排ガスが還元ガスと混合されて、還元ガスの温度が高くなりすぎて、鉄鉱石が流動層型還元炉８２０の内部に粘着する。したがって、排ガスの温度を前記範囲に調節する。
【００５３】
次に、図３に示したように、排ガスは、第１水集塵機８９１から噴射される工程水によって再び冷却される。第１水集塵機８９１で排ガス中の微粉を捕集して水集塵を完了した工程水は、工程水保存槽８９７に回収される。工程水保存槽８９７で、工程水内の微粉は、水と混合されたスラッジとして外部に排出されて除去される。スラッジを除去した工程水は、再び工程水循環ポンプ８９５を通じて水集塵機８９１に供給される。工程水循環ポンプ８９５は、工程水保存槽８９７及び第１水集塵機８９１と連結されて、これらの間に工程水を循環させる。
【００５４】
第１水集塵機８９１によって冷却された排ガスのうちの一部は外部に排出され、残りの排ガスは排ガス供給管８５７を通じて溶融ガス化炉８１０から排出される還元ガスと混合される。排ガス管８５０から分岐された排ガス供給管８５７にはタール除去機８５３、ガス圧縮器８５５、及びガス改質装置８８０が設置される。タール除去機８５３は、排ガスに含まれているタールを除去し、ガス圧縮器８５５は、排ガスの圧力を上昇させる。ガス改質装置８８０は、排ガスから二酸化炭素など還元ガスの還元力に悪影響を与える成分を除去する。
【００５５】
図３に示したように、第２蒸気発生器１２を還元ガス供給管８４０に設置及び連結する。第２蒸気発生器１２は、溶融ガス化炉８１０から排出される排ガスの顕熱によって冷却水を高圧蒸気に変換する。したがって、還元ガス供給管８４０を通じて流れる排ガスの温度を低くすることができる。流動層型還元炉８２０に供給される還元ガスの温度は９００℃乃至９５０℃程度と高い。しかし、第２蒸気発生器１２によって排ガスの温度を低くすることによって、還元ガスの温度を７００℃乃至８００℃まで低くすることができる。
【００５６】
一方、図３に示したように、還元鉄供給容器８１６から排ガス排出管８５４を通じて排ガスが排出される。第３蒸気発生器１４は、排ガス排出管８５４に設置及び連結される。５００℃乃至６００℃の温度の排ガスは、第３蒸気発生器１４によって冷却される。冷却された排ガスは、第２水集塵機８９３によって水集塵される。排ガスに含まれている微粉は、水集塵機８９３から噴射される工程水によって捕集されて、スラッジとして工程水保存槽８９７から排出される。水集塵処理された排ガスは、排ガス供給管８５０に供給されて、外部に排出されたり、還元ガスとして使用される。
【００５７】
前記のように、工程水循環ポンプ８９５及びガス圧縮器８５５は、排ガスの顕熱を利用して蒸気発生器１０、１２、１４から生成された高圧蒸気によって作動する。したがって、鎔鉄製造装置８００のエネルギー使用量を最少化することができる。
【００５８】
図４は図１のエネルギー生成装置１００と連結された他の鎔鉄製造装置９００を概略的に示した図面である。図４の鎔鉄製造装置９００の構造は、図３の鎔鉄製造装置８００の構造と類似しているので、同一な部分には同一な図面符号を使用し、その詳細な説明は省略する。
【００５９】
図４に示したように、充填層型還元炉９２２を使用して還元鉄を製造した後で溶融ガス化炉８１０に装入することによって、鎔鉄を製造することができる。溶融ガス化炉８１０には塊状炭材が装入されて石炭充填層を形成し、これから還元ガスが排出される。還元ガスは、還元ガス供給管８４０を通じて充填層型還元炉９２２に供給されて、鉄鉱石を還元鉄に変換する。
【００６０】
排ガスは、充填層型還元炉９２２から排ガス管９５０を通じて排出される。排ガス管９５０には第１蒸気発生器１０が設置される。第１蒸気発生器１０では、排ガスの顕熱を回収して、高圧蒸気を生成する。また、溶融ガス化炉８１０から排出される排ガスの顕熱を利用して、第２蒸気発生器１２で高圧蒸気を生成する。したがって、他の鎔鉄製造装置９００は、図１のエネルギー生成装置１００と連結されて、エネルギー使用量を節減することができる。
【００６１】
図５は本発明の第２実施例によるエネルギー生成装置２００を概略的に示した図面である。図５のエネルギー生成装置２００の構造は、図１のエネルギー生成装置１００の構造と類似しているので、同一な部分には同一な図面符号を使用し、その詳細な説明は省略する。また、図５のエネルギー生成装置２００は、図３の鎔鉄製造装置１００及び図４の鎔鉄製造装置２００と連結されて使用される。
【００６２】
図５に示したように、エネルギー生成装置２００は、並列連結された複数の蒸気タービン３２、３４、３６を含む。ここで、複数の蒸気タービン３２、３４、３６は、第１蒸気タービン３２、第２蒸気タービン３４、及び第３蒸気タービン３６を含む。したがって、蒸気タービン３２、３４、３６を小型化することによって、エネルギーの生成を最大化することができる。
【００６３】
以下では、実験例を通じて本発明をより詳細に説明する。このような実験例は、単に本発明を例示するためのものであり、本発明はこれに限定されない。
【００６４】
［実験例］
図１の鎔鉄製造装置の構造と同一な構造からなる鎔鉄製造装置を使用して、排ガスの顕熱を回収した。回収した排ガスの顕熱を、図２のエネルギー生成装置の構造と同一な構造からなるエネルギー生成装置で利用した。エネルギー生成装置を利用する前に鎔鉄製造装置で使用するエネルギーの量は鎔鉄１トン当り４９４５Ｍｃａｌ／ｔＨＭであった。
【００６５】
鎔鉄製造装置で鎔鉄を製造する時に得られる排ガスの顕熱を測定した。排ガスの顕熱は、溶融ガス化炉から排出される排ガス、流動層型還元炉から排出される排ガス、及び塊性体供給容器から排出される排ガスから測定した。溶融ガス化炉から排出される排ガスの顕熱は鎔鉄１トン当り５８Ｍｃａｌ／ｔＨＭであり、流動層型還元炉から排出される排ガスの顕熱は鎔鉄１トン当り１１１Ｍｃａｌ／ｔＨＭであった。また、還元鉄供給容器から排出される排ガスの顕熱は鎔鉄１トン当り２２Ｍｃａｌ／ｔＨＭであった。
【００６６】
前記排ガスの総顕熱は２９１Ｍｃａｌ／ｔＨＭであった。エネルギー生成装置を使用して、このような総顕熱を回収して、電気エネルギーを生成した。その結果、鎔鉄製造装置で使用するエネルギーの量は鎔鉄１トン当り４６５２Ｍｃａｌ／ｔＨＭであった。したがって、エネルギー生成装置を使用して、鎔鉄１トン当り２９３Ｍｃａｌ／ｔＨＭのエネルギーを節減することができた。つまり、エネルギー生成装置を使用して、６％のエネルギーを節減することができた。
【符号の説明】
【００６７】
１００  エネルギー生成装置
８００、９００  鎔鉄製造装置
【図１】
2010511837.tif 000003
【図２】
2010511837.tif 000004
【図３】
2010511837.tif 000005
【図４】
2010511837.tif 000006
【図５】
2010511837.tif 000007
【国際調査報告】
2010511837.tif 000008
2010511837.tif 000009