JP2000055303A

JP2000055303A - 溶融還元炉の廃熱回収設備及びその操業方法

Info

Publication number: JP2000055303A
Application number: JP10227426A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ichikawa; 宏市川
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-08-11
Filing date: 1998-08-11
Publication date: 2000-02-22

Abstract

(57)【要約】【課題】炉本体に鉄原料，炭材，及び造滓剤を添加
し、純酸素及び／又は酸素富化ガスを吹き込んで、溶鉄
又は溶銑を直接製造すると共にその排ガスの熱で廃熱発
電する設備において、廃熱ボイラーへのダストの付着，
堆積によるガス流路の閉塞及び摩耗の問題を解消すると
共に、廃熱ボイラー及びそれを支持する架構及び建屋の
高さを低くする。【解決手段】炉本体と過熱器等の対流伝熱部の間にサ
イクロンセパレータを配設し、前記炉本体と前記サイク
ロンセパレータ，及び前記サイクロンセパレータと前記
対流伝熱部とをダクトで接続したことを特徴とする溶融
還元炉の廃熱回収設備、及びその操業方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炉本体に鉄原料，
炭材，及び造滓剤を添加し、純酸素及び／又は酸素富化
ガスを吹き込んで、溶鉄又は溶銑を直接製造する溶融還
元設備及びその操業方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶融還元は、炉本体内に鉄原料，炭材，
及び造滓剤を添加し、純酸素及び／又は酸素富化ガスを
吹き込んで、スラグ中で鉄原料中の酸化鉄を還元し、溶
鉄又は溶銑を直接製造する方法である。この方法では、
溶融還元炉から１，６００〜１，８００℃程度の高温の
燃焼性ガスが生成される。

【０００３】以下、従来技術の一例を図４に基づいて詳
細に説明する。図４は、溶融還元炉の廃熱回収設備にお
ける従来技術の一例のフロー図である。炉本体１で発生
した高温の燃焼性ガスは、炉本体１の上部に配設された
ガス排出口２を通して廃熱ボイラー３の輻射部４に導か
れる。輻射部４の壁面には燃焼用空気吹込みノズル５が
設けられ、燃焼用空気ブロアー６及び燃焼用空気配管７
を介して該ノズル５から吹き込まれた空気及び／又は酸
素により燃焼性ガスは完全燃焼されると共に、輻射部４
の壁面に冷却されながら輻射部４中を上昇し、過熱器８
の入口に至る。

【０００４】溶融還元炉においては、純酸素及び／又は
酸素富化ガスを吹き込むことにより、炉本体１から溶融
スラグ及び溶銑が炉本体１内の溶銑上面から２０ｍ程度
の高さにまで吹き上げられ、輻射部４の壁面に付着す
る。更に、炉本体１から発生する微細なダストは濃度が
非常に高く（約１００〜１５０g/Nm³）、しかも半溶融
状のダストを含んでおり、炉本体１内の溶銑上面から約
２５ｍ程度の高さでも輻射部４の壁面に付着している。
前記微細なダストは排ガス温度が約１，０００℃以下で
付着性が低下する性質があり、排ガス温度が約１，００
０℃以下になる点は、炉本体１内の溶銑上面から約３０
ｍ程度の高さである。

【０００５】一方、過熱器８はガス流れに垂直に多数の
対流伝熱チューブを挿入した構造なので、前記ダストの
付着及び堆積によるガス流路の閉塞現象，摩耗現象が発
生し易い。従って、溶融還元炉の廃熱ボイラー３におい
ては、炉本体１から吹き上げられる溶融スラグ及び溶銑
が過熱器８の入口まで到達するのを防ぐことと、過熱器
８の入口の排ガス温度を約１，０００℃以下として前記
微細なダストの付着性が低下させるため、過熱器８の入
口の高さを炉本体１内の溶銑上面から通常２５〜３０ｍ
程度上方としている。排ガスは、過熱器８及び節炭器９
で冷却された後、排ガスダクト１０，集塵機１１，排ガ
スブロアー１２，煙突１３を通して系外に排出される。

【０００６】一方、廃熱ボイラー３で燃焼性ガスの顕
熱，潜熱によって高圧蒸気化された蒸気は、蒸気配管１
４を通って蒸気タービン１５に導かれて蒸気タービン１
５を駆動し、その駆動軸に接続された発電機２４によっ
て電力に変換される。蒸気タービン１５によってエネル
ギーを回収された蒸気は、復水器１６で約４０℃に冷却
されて水になり、復水ポンプ１７を介して低圧給水加熱
器１８に送られる。低圧給水加熱器１８には、蒸気ター
ビン１５から抽気された蒸気が抽気配管１９−ａを介し
て送られ、前記復水ポンプ１７から送られた水と熱交換
してその水を約８５℃に加熱した後、加熱された水は脱
気器２０に送られる。

【０００７】脱気器２０には、蒸気タービン１５から抽
気された蒸気が抽気配管１９−ｂを介して送られ、前記
水に吹き込まれてその水を約１４０℃に加熱すると共
に、水中に溶存した酸素等を除いた後、加熱された水は
ボイラー給水ポンプ２１で廃熱ボイラー出側の蒸気圧力
（例えば約１２０kg／cm²）まで昇圧された後、高圧給
水加熱器２２に送られる。

【０００８】高圧給水加熱器２２には、蒸気タービン１
５から抽気された蒸気が抽気配管１９−ｃを介して送ら
れ、前記水と熱交換して前記の水を約２００℃に加熱し
た後、加熱された水は節炭器９に送られ、節炭器９で排
ガスと熱交換することで更に過熱され、蒸気ドラム２３
に送られる。

【０００９】蒸気ドラム２３の水は、輻射部４及び過熱
器８及び節炭器９部分のガス流路壁面３７に送られ、排
ガスと熱交換することで飽和蒸気と飽和水の混合体とな
り、再び蒸気ドラム２３に戻ってきた後、蒸気ドラム２
３内で気水分離され、飽和蒸気は過熱器８に送られ、排
ガスと熱交換することで更に過熱されて過熱蒸気とな
り、蒸気配管１４を通って蒸気タービン１５に導かれて
蒸気タービン１５を駆動し、その駆動軸に接続された発
電機２４によって電力に変換される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、前記の従来
技術においては、以下の課題を有している。過熱器の入口の高さを炉本体内の溶銑上面から通常
２５〜３０ｍ程度上方としているため、廃熱ボイラー及
びそれを支持する架構及び建屋の高さが高くなり、建設
費が高くなる。過熱器の入口の高さを炉本体内の溶銑上面から通常
２５〜３０ｍ程度上方としても、微細なダストは排ガス
と共に過熱器内に持ち込まれるため、前記ダストの付着
及び堆積によるガス流路の閉塞現象，摩耗現象の問題が
若干残る。

【００１１】炉本体で発生した高温の燃焼性ガスの
輻射部中の上昇流に、輻射部の壁面に設けた燃焼用空気
吹込みノズルから空気及び／又は酸素を吹き込むため、
燃焼性ガスと燃焼用空気及び／又は酸素との完全混合に
よる均一燃焼が難しい。炉本体から発生する燃焼性ガスの熱量の変動、及び
前記ダストの過熱器への付着及び堆積による熱交換効率
の変動により、廃熱ボイラーで蒸気化し蒸気タービンで
回収する電力量が変動する。

【００１２】溶融還元炉に水分を多量に含む鉄原料
を投入した場合、水分の蒸発及び下記の式（１）に示す
吸熱反応がスラグ中で起こるため、その分だけ炉本体に
エネルギー即ち石炭と酸素を余分に投入する必要が生じ
る。Ｈ₂Ｏ＋Ｃ→Ｈ₂＋ＣＯ・・・・・・（１）溶融還元炉の熱効率向上を目的として、燃焼性ガスの熱
を利用して鉄原料を乾燥するために、炉本体から発生す
る燃焼性ガス中に未乾燥の鉄原料を吹き込んだ場合、鉄
原料が排ガスと共に過熱器に持ち込まれるため、付着及
び堆積によるガス流路の閉塞現象，摩耗現象の問題が増
大する。

【００１３】溶融還元炉は、炉本体内の溶融スラグ
の塩基度調整のため、造滓剤としてＣａＯ分を投入する
必要がある。生石灰（ＣａＯ）は比較的高価なため、安
価な石灰石（ＣａＣＯ₃）を投入する場合が多いが、石
灰石を使用した場合には、下記式（２）に示す脱炭酸反
応（吸熱反応）がスラグ中でおこるために、その分だけ
炉本体にエネルギー即ち石炭と酸素を余分に投入する必
要が生じる。ＣａＣＯ₃→ＣａＯ＋ＣＯ₂ ・・・・（２）溶融還元炉の熱効率向上を目的として、燃焼性ガスの熱
を利用して石灰石を乾燥及び脱炭酸するために、炉本体
から発生する燃焼性ガス中に石灰石を吹き込んだ場合、
石灰石が排ガスと共に過熱器に持ち込まれるため、付着
及び堆積によるガス流路の閉塞現象，摩耗現象の問題が
増大する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次の構成を要旨とする。すなわち、（１）炉本体に鉄原料，炭材，及び造滓剤を添加し、
純酸素と酸素富化ガスのいずれか一方又は双方を吹き込
んで、溶鉄又は溶銑を直接製造すると共に、前記炉本体
から排出される燃焼性ガスの熱を廃熱ボイラーで蒸気化
し、蒸気タービンで回収する溶融還元炉の廃熱回収設備
において、前記炉本体と前記廃熱ボイラーの過熱器との
間にサイクロンセパレータを配設し、前記炉本体と前記
サイクロンセパレータ，及び前記サイクロンセパレータ
と前記過熱器とをそれぞれダクトで接続したことを特徴
とする溶融還元炉の廃熱回収設備である。（２）さらに、廃熱ボイラーの過熱器は、サイクロン
セパレータの高さと同位置、もしくはそれ以下に配置し
たことを特徴とする。

【００１５】（３）また、サイクロンセパレータ，炉
本体と前記サイクロンセパレータを接続するダクト，前
記サイクロンセパレータと廃熱ボイラーの過熱器とを接
続するダクト，廃熱ボイラーの過熱器及び節炭器部分の
ガス流路壁面のうち、少なくともいずれか１つの壁面を
蒸発器で形成し、該蒸発器の入側配管及び出側配管を前
記廃熱ボイラーの蒸気ドラムと接続せしめ、該蒸気ドラ
ムの水を各壁面の蒸発器に送り、排ガスと熱交換するこ
とにより発生した蒸気又は蒸気と水の混合体を前記蒸気
ドラムに供給する如くなしたことを特徴とする。

【００１６】（４）また、サイクロンセパレータ，炉
本体と前記サイクロンセパレータを接続するダクト，前
記サイクロンセパレータと廃熱ボイラーの過熱器とを接
続するダクトのうち、少なくともいずれか１つの壁面を
蒸発器で形成し、蒸気タービンの下流に設けた脱気器と
前記蒸発器の入側配管を送水ポンプを介して接続し、前
記蒸発器の出側配管を前記脱気器と接続せしめ、該脱気
器を通過する水の一部を前記各壁面の蒸発器に送り、排
ガスと熱交換することにより発生した蒸気又は蒸気と水
の混合体を前記脱気器に循環供給する如くなしたことを
特徴とする。

【００１７】（５）また、サイクロンセパレータ，炉
本体と前記サイクロンセパレータを接続するダクト，前
記サイクロンセパレータと廃熱ボイラーの過熱器とを接
続するダクトのうち、少なくともいずれか１つの壁面に
燃焼用空気吹込みノズルを設け、該ノズルから吹き込ん
だ空気及び／又は酸素により前記炉本体から排出される
燃焼性ガスを完全燃焼させる如くなしたことを特徴とす
る。

【００１８】（６）また、サイクロンセパレータ及び
／又は炉本体と、前記サイクロンセパレータを接続する
ダクトの壁面に石炭吹込みノズルを設けたことを特徴と
する。（７）さらに、炉本体から排出される燃焼性ガスの熱
量が減少した時には、石炭吹込みノズルから吹き込む石
炭の量を増加し、炉本体から排出される燃焼性ガスの熱
量が増加した時には、石炭吹込みノズルから吹き込む石
炭の量を減少することで、廃熱ボイラーで蒸気化し蒸気
タービンで回収する電力量を一定に制御することを特徴
とする。

【００１９】（８）また、サイクロンセパレータ及び
／又は炉本体と、前記サイクロンセパレータを接続する
ダクトの壁面に鉄原料吹込みノズルを設けたことを特徴
とする。さらに、鉄原料吹込みノズルから未乾燥の鉄原
料を吹き込み、炉本体から排出される燃焼性ガスの顕熱
で乾燥した後、サイクロンセパレータで捕集し、炉本体
に投入することを特徴とする。

【００２０】（９）また、サイクロンセパレータ及び
／又は炉本体と、前記サイクロンセパレータを接続する
ダクトの壁面に石灰石吹込みノズルを設けたことを特徴
とする。さらに、石灰石吹込みノズルから石灰石を吹き
込み、炉本体から排出される燃焼性ガスの顕熱で乾燥及
び脱炭酸した後、サイクロンセパレータで捕集し、炉本
体に投入することを特徴とする。

【００２１】（１０）また、サイクロンセパレータに
設けた空気吹込みノズル、石灰吹込みノズル、鉄原吹込
みノズル、石灰石吹込みノズルは、それぞれサイクロン
セパレータの壁面に、周方向に沿って複数設けたことを
特徴とする。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の溶融還元炉の廃熱回収設
備においては、前述の構成としたことで、以下の作用が
ある。炉本体と前記廃熱ボイラーの過熱器の間にサイクロ
ンセパレータを配設し、ダストを除去するので、過熱器
の入口高さを低くでき、廃熱ボイラー及びそれを支持す
る架構及び建屋の高さが低くなり、設備費が安価にな
る。炉本体と前記廃熱ボイラーの過熱器の間にサイクロ
ンセパレータを配設し、ダストを除去するので、微細な
ダストの排ガスと共に過熱器内に持ち込まれる量が激減
するため、前記ダストの付着及び堆積によるガス流路の
閉塞現象，摩耗現象が激減する。また、前記ダストの過
熱器への付着及び堆積による熱交換効率の変動が小さく
なり、廃熱ボイラーで蒸気化し蒸気タービンで回収する
電力量の変動が小さくなる。

【００２３】サイクロンセパレータ、及び／又は炉
本体と前記サイクロンセパレータを接続するダクト、及
び／又は前記サイクロンセパレータと廃熱ボイラーの過
熱器とを接続するダクトの壁面に、燃焼用空気吹込みノ
ズルを設け、該ノズルから吹き込んだ空気及び／又は酸
素により前記炉本体から排出される燃焼性ガスを完全燃
焼させる系を設けたので、燃焼性ガスと燃焼用空気及び
／又は酸素はサイクロンセパレータ中で発生する旋回流
により完全混合し、均一燃焼する。

【００２４】サイクロンセパレータ、及び／又は炉
本体と前記サイクロンセパレータを接続するダクトの壁
面に石炭吹込みノズルを設け、炉本体から排出される燃
焼性ガスの熱量が減少した時には、石炭吹込みノズルか
ら吹き込む石炭の量を増加し、炉本体から排出される燃
焼性ガスの熱量が増加した時には、石炭吹込みノズルか
ら吹き込む石炭の量を減少することで、廃熱ボイラーで
蒸気化し蒸気タービンで回収する電力量を一定に制御す
ることができる。また、前記ノズルから吹き込まれた石
炭中の灰分及び燃え残った固定炭素分は、サイクロンセ
パレータでダストと共に捕集されることで、過熱器への
付着及び堆積によるガス流路の閉塞現象，摩耗現象の問
題なしに、蒸気タービンで回収する電力量を一定に制御
することができる。

【００２５】サイクロンセパレータ、及び／又は炉
本体と前記サイクロンセパレータを接続するダクトの壁
面に鉄原料吹込みノズルを設け、鉄原料吹込みノズルか
ら未乾燥の鉄原量を吹き込み、炉本体から排出される燃
焼性ガスの顕熱で乾燥した後、サイクロンセパレータで
捕集して炉本体に投入することで、過熱器への付着及び
堆積によるガス流路の閉塞現象，摩耗現象の問題なし
に、溶融還元炉の熱効率を向上できる。

【００２６】サイクロンセパレータ、及び／又は炉
本体と前記サイクロンセパレータを接続するダクトの壁
面に石灰石吹込みノズルを設け、石灰石吹込みノズルか
ら石灰石を吹き込み、炉本体から排出される燃焼性ガス
の顕熱で乾燥及び脱炭酸した後、サイクロンセパレータ
で捕集して炉本体に投入することで、過熱器への付着及
び堆積によるガス流路の閉塞現象，摩耗現象の問題なし
に、溶融還元炉の熱効率を向上できる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例を図１に基づい
て説明する。図１は、本発明に係わる溶融還元炉の廃熱
回収設備の第１の実施例のフロー図である。図３はサイ
クロンセパレータの水平断面図である。本実施例におい
ては、廃熱ボイラー出口の蒸気圧力が約１２０kg／cm²
の廃熱ボイラー及び蒸気タービンを例にとって説明して
いるが、本発明が圧力及び温度条件の異なる場合にも適
用されることは言うまでもない。

【００２８】炉本体１で発生したＣＯガス及びＨ₂ガス
を含む高温の燃焼性ガスは、炉本体１の上部に配設され
たガス排出口２及びダクト２５を通してサイクロンセパ
レータ２６に導かれる。サイクロンセパレータ２６で炉
本体１で発生するダストを捕集することにより、前記ダ
ストの過熱器８内に持ち込まれる量が激減するため、前
記ダストの付着及び堆積によるガス流路の閉塞現象，摩
耗現象が激減する。また、前記ダストの過熱器への付着
及び堆積による熱交換効率の変動が小さくなり、廃熱ボ
イラー３で蒸気化し蒸気タービン１５で回収する電力量
の変動が小さくなる。

【００２９】炉本体１とサイクロンセパレータ２６を接
続するダクト２５及び／又はサイクロンセパレータ２６
の壁面には空気吹込みノズル５が設けられ、燃焼用空気
ブロアー６及び燃焼用空気配管７を介して前記ノズル５
から吹き込まれた空気及び／又は酸素と燃焼性ガスはサ
イクロンセパレータ２６中で発生する旋回流により完全
混合し、均一燃焼し易い。サイクロンセパレータ２６に
設けられた前記ノズル５は、図３に示すようにサイクロ
ンセパレータ２６のほぼ接線方向、即ち周方向に沿って
複数取り付けられているので、前記ノズル５から吹き込
まれた空気及び／又は酸素と燃焼性ガスの接触時間が長
く、均一燃焼し易い。

【００３０】また、サイクロンセパレータ２６及び／又
は前記ダクト２５の壁面に石炭吹込みノズル２７が設け
られ、石炭吹込みタンク２８及び石炭吹込み配管２９を
介して前記ノズル２７から吹き込まれた石炭は、空気吹
込みノズル５から吹き込まれた空気及び／又は酸素と燃
焼する。炉本体から排出される燃焼性ガスの熱量が減少
した時には、石炭吹込みノズル２７から吹き込む石炭の
量を増加し、炉本体から排出される燃焼性ガスの熱量が
増加した時には、及び石炭吹込みノズル２７から吹き込
む石炭の量を減少することで、廃熱ボイラーで蒸気化し
蒸気タービンで回収する電力量を一定に制御する。

【００３１】前記ノズル２７から吹き込まれた石炭中の
灰分及び燃え残った固定炭素分は、サイクロンセパレー
タ２６でダストと共に捕集される。サイクロンセパレー
タ２６に設けられた前記ノズル２７は、図３に示すよう
にサイクロンセパレータ２６のほぼ接線方向、即ち周方
向に沿って複数取り付けられているので、前記ノズル２
７から吹き込まれた石炭と空気吹込みノズル５から吹き
込まれた空気及び／又は酸素の接触時間が長く、均一に
燃焼される。

【００３２】また、サイクロンセパレータ２６及び／又
は前記ダクト２５の壁面に鉄原料吹込みノズル３０が設
けられ、鉄原料吹込みタンク３１及び鉄原料吹込み配管
３２を介して前記ノズル３０から吹き込まれた未乾燥の
鉄原料は、炉本体から排出される燃焼性ガスの顕熱で乾
燥された後、サイクロンセパレータ２６でダストと共に
捕集される。

【００３３】サイクロンセパレータ２６に設けられた前
記ノズル３０は、図３に示すようにサイクロンセパレー
タ２６のほぼ接線方向、即ち周方向に沿って複数取り付
けられているので、前記ノズル３０から吹き込まれた鉄
原料と燃焼性ガスの接触時間が長く、均一に乾燥され
る。また、鉄原料の乾燥により、燃焼性ガスの温度が低
下するので、サイクロンセパレータ２６及び前記ダクト
２５，３６の熱負荷が軽減し、その寿命延長が期待でき
る。尚、鉄原料の乾燥により燃焼性ガスの温度が低下す
るが、あらかじめ考慮しておけば、回収する電力量を一
定にすることについては何ら影響はない。

【００３４】また、サイクロンセパレータ２６及び／又
は前記ダクト２５の壁面に石灰石吹込みノズル３３が設
けられ、石灰石吹込みタンク３４及び石灰石吹込み配管
３５を介して前記ノズル３３から吹き込まれた石灰石
（ＣａＣＯ₃）は、炉本体から排出される燃焼性ガスの
顕熱で乾燥及び前記式（２）で示される脱炭酸反応（吸
熱反応）を起こし、生石灰（ＣａＯ）となった後、サイ
クロンセパレータ２６でダストと共に捕集される。

【００３５】サイクロンセパレータ２６に設けられた前
記ノズル３３は、図３に示すようにサイクロンセパレー
タ２６のほぼ接線方向に複数取り付けられているので、
前記ノズル３３から吹き込まれた石灰石と燃焼性ガスの
接触時間が長く、均一に乾燥及び脱炭酸される。また、
石灰石の乾燥及び脱炭酸により、燃焼性ガスの温度が低
下するので、サイクロンセパレータ２６及び前記ダクト
２５，３６の熱負荷が軽減し、その寿命延長が期待でき
る。尚、石灰石の乾燥及び脱炭により燃焼性ガスの温度
が低下するが、あらかじめ考慮しておけば、回収する電
力量を一定にすることについては何ら影響はない。

【００３６】空気吹込みノズル５から吹き込まれた空気
及び／又は酸素により燃焼すると共にサイクロンセパレ
ータ２６でダストを除去された排ガスは、サイクロンセ
パレータ２６と廃熱ボイラー３の過熱器８とを接続する
ダクト３６を介して過熱器８に送られる。尚、サイクロ
ンセパレータ２６で排ガス中のダストが除去されるた
め、従来のように過熱器８入口の高さを炉本体１内の溶
銑上面から２５〜３０ｍもとる必要がない。従って過熱
器８の入口高さ位置は、サイクロンセパレータ２６の高
さと同位置、もしくはそれ以下に配置する。

【００３７】サイクロンセパレータ２６の出口における
排ガス中に未燃のＣＯガス，Ｈ₂ガスが残留している場
合には、前記ダクト３６の壁面に配された空気吹込みノ
ズル５から吹き込まれた空気及び／又は酸素により完全
燃焼する。排ガスは、過熱器８及び節炭器９で冷却され
た後、排ガスダクト１０，集塵機１１，排ガスブロアー
１２，煙突１３を通して系外に排出される。

【００３８】一方、サイクロンセパレータ２６でダスト
と共に捕集された乾燥された鉄原料，生石灰（Ｃａ
Ｏ），及び前記ノズル２７から吹き込まれた石炭中の灰
分と燃え残った固定炭素分は、サイクロンセパレータ２
６の下に配されたダスト吹込みタンク４２に貯められ、
ダスト吹込み配管４３及びダスト吹込みランス４４を介
して炉本体１に吹き込まれる。

【００３９】一方、廃熱ボイラー３で燃焼性ガスの顕
熱，潜熱によって高圧蒸気化された蒸気は、蒸気配管１
４を通って蒸気タービン１５に導かれて蒸気タービン１
５を駆動し、その駆動軸に接続された発電機２４によっ
て電力に変換される。蒸気タービン１５によってエネル
ギーを回収された蒸気は、復水器１６で約４０℃に冷却
されて水になり、復水ポンプ１７を介して低圧給水加熱
器１８に送られる。低圧給水加熱器１８には、蒸気ター
ビン１５から抽気された蒸気が抽気配管１９−ａを介し
て送られ、前記水と熱交換してその水を約８５℃に加熱
した後、加熱された水は脱気器２０に送られる。

【００４０】脱気器２０には、蒸気タービン１５から抽
気された蒸気が抽気配管１９−ｂを介して送られ、前記
水に吹き込まれ、前記水を約１４０℃に加熱すると共
に、水中に溶存した酸素等を除いた後、加熱された水は
ボイラー給水ポンプ２１で廃熱ボイラー出側の蒸気圧力
（例えば約１２０kg／cm²）まで昇圧された後、高圧給
水加熱器２２に送られる。

【００４１】高圧給水加熱器２２には、蒸気タービン１
５から抽気された蒸気が抽気配管１９−ｃを介して送ら
れ、前記水と熱交換してその水を約２００℃に加熱した
後、加熱された水は節炭器９に送られ、節炭器９で排ガ
スと熱交換することで更に過熱され、蒸気ドラム２３に
送られる。

【００４２】蒸気ドラム２３の水は、入側配管を通して
サイクロンセパレータ２６の壁面，炉本体とサイクロン
セパレータを接続するダクト２５の壁面，サイクロンセ
パレータと過熱器８とを接続するダクト３６の壁面，及
び廃熱ボイラー３の過熱器８及び節炭器９部分のガス流
路壁面３７に送られ、排ガスと熱交換することで飽和蒸
気と飽和水の混合体となり、出側配管を通って再び蒸気
ドラム２３に戻ってくる。

【００４３】これら壁面は蒸発器で形成され、鋼管の集
合体又はジャケット構造である。この場合、蒸気ドラム
２３からサイクロンセパレータ２６の壁面，前記ダクト
２５，３６の壁面に送られる水は蒸気ドラム２３内の圧
力（例えば約１２０kg／cm²）における飽和水であり、
サイクロンセパレータ２６の壁面，前記ダクト２５，３
６の壁面から蒸気ドラム２３に送られる蒸気又は蒸気と
水の混合体は蒸気ドラム２３内の圧力（例えば約１２０
kg／cm²）における飽和蒸気又は飽和蒸気と飽和水の混
合体であることから、サイクロンセパレータ２６の壁
面，前記ダクト２５，３６の壁面の入側の水の温度と出
側の蒸気の温度は、サイクロンセパレータ２６の壁面，
前記ダクト２５，３６の壁面の熱負荷の変動に係わら
ず、ほぼ同じである。従って、サイクロンセパレータ２
６の壁面，前記ダクト２５，３６の壁面の熱応力の変動
が殆どなく、サイクロンセパレータ２６の壁面，前記ダ
クト２５，３６の壁面の長寿命化が期待できる。

【００４４】更に、蒸気ドラム２３内で気水分離され、
飽和蒸気は過熱器８に送られ、排ガスと熱交換すること
で更に過熱されて過熱蒸気となり、蒸気配管１４を通っ
て蒸気タービン１５に導かれて蒸気タービン１５を駆動
し、その駆動軸に接続された発電機２４によって電力に
変換される。

【００４５】更に、本発明の第２の実施例を図２に基づ
いて説明する。図２は、本発明に係わる溶融還元炉の廃
熱回収設備の第２の実施例のフロー図である。第２の実
施例においても、炉本体１と過熱器８の間に、ダクト２
５、３６を介してサイクロンセパレータ２６が配置され
ている。また過熱器８はサイクロンセパレータ２６の高
さと同じ位置、もしくはそれ以下に配置されている。

【００４６】過熱器８で燃焼性ガスの顕熱，潜熱によっ
て高圧蒸気化された蒸気は、蒸気配管１４を通って蒸気
タービン１５に導かれ蒸気タービン１５を駆動し、その
駆動軸に接続された発電機２４によって電力に変換され
る。蒸気タービン１５によってエネルギーを回収された
蒸気は、復水器１６で約４０℃に冷却されて水になり、
復水ポンプ１７を介して脱気器２０に送られる。

【００４７】この脱気器２０から、サイクロンセパレー
タ等入側配管３８を分岐して接続し、水の一部はサイク
ロンセパレータ等送水ポンプ３９でサイクロンセパレー
タ２６の壁面，炉本体１とサイクロンセパレータ２６を
接続するダクト２５の壁面，サイクロンセパレータ２６
と過熱器８とを接続するダクト３６の壁面の圧力損失分
だけ昇圧され、サイクロンセパレータ等水量制御弁４０
で水量を制御されてサイクロンセパレータ２６の壁面，
前記ダクト２５，３６の壁面に送られる。これら壁面は
蒸発器で形成され、鋼管の集合体又はジャケット構造で
ある。

【００４８】前記水は、サイクロンセパレータ２６の壁
面，前記ダクト２５，３６の壁面内で蒸気化された後、
その蒸気又は蒸気と水の混合体は、サイクロンセパレー
タ等出側配管４１を介して低圧給水過熱器１８及び／又
は高圧給水過熱器２２を通過する過程で、熱交換により
廃熱ボイラー３に供給する水を加熱した後、再び脱気器
２０に送られる。

【００４９】この場合、サイクロンセパレータ２６の壁
面，前記ダクト２５，３６の壁面内の蒸気圧力は、脱気
器２０内の圧力に管路圧損を加算した圧力（例えば約１
０kg／cm²）程度であり、サイクロンセパレータ２６の
壁面，前記ダクト２５，３６の壁面の水漏れの可能性は
少なく、溶融還元設備の安定操業に支障をきたすことは
ない。特に排ガス中のダスト濃度が高く摩耗が激しい場
合、及び排ガス及びダスト中の硫黄分が高く腐食性が高
い場合に有効である。

【００５０】また、脱気器２０からサイクロンセパレー
タ２６の壁面，前記ダクト２５，３６の壁面に送られる
水は、脱気器２０内の圧力に管路圧損を加算した圧力
（例えば約１０kg／cm²）における飽和水であり、サイ
クロンセパレータ２６の壁面，前記ダクト２５，３６の
壁面から脱気器２０に送られる蒸気又は蒸気と水の混合
体は、例えば約１０kg／cm²における飽和蒸気又は飽和
蒸気と飽和水の混合体であることから、サイクロンセパ
レータ２６の壁面，前記ダクト２５，３６の壁面の入側
の水の温度と出側の蒸気の温度は、サイクロンセパレー
タ２６の壁面，前記ダクト２５，３６の壁面の熱負荷の
変動に係わらず、ほぼ同じである。従って、サイクロン
セパレータ２６の壁面，前記ダクト２５，３６の壁面の
熱応力の変動が殆どなく、サイクロンセパレータ２６の
壁面，前記ダクト２５，３６の壁面の長寿命化が期待で
きる。

【００５１】脱気器２０には、前記の低圧蒸気がサイク
ロンセパレータ等出側配管４１及び高圧給水過熱器２２
を介して送られ、前記復水ポンプ１７から脱気器２０に
直接送られる水に吹き込まれ、前記水を約１４０℃に加
熱すると共に、水中に溶存した酸素等を除いた後、加熱
された水はボイラー給水ポンプ２１で廃熱ボイラー出側
の蒸気圧力（例えば約１２０kg／cm²）まで昇圧された
後、高圧給水加熱器２２に送られる。

【００５２】高圧給水加熱器２２には、サイクロンセパ
レータ２６の壁面，前記ダクト２５，２６の壁面内で蒸
気化された蒸気又は蒸気と水の混合体が通過し、熱交換
により前記の水を約２００℃に加熱した後、加熱された
水は廃熱ボイラー３の節炭器９に送られ、節炭器９で排
ガスと熱交換することで更に過熱され、蒸気ドラム２３
に送られる。

【００５３】蒸気ドラム２３の水は、廃熱ボイラー３の
過熱器８及び節炭器９部分のガス流路壁面３７に送ら
れ、排ガスと熱交換することで飽和蒸気と飽和水の混合
体となり、再び蒸気ドラム２３に戻ってくる。更に、蒸
気ドラム２３内で気水分離され、飽和蒸気は過熱器８に
送られ、排ガスと熱交換することで更に過熱されて過熱
蒸気となり、蒸気配管１４を通って蒸気タービン１５に
導かれ蒸気タービン１５を駆動し、その駆動軸に接続さ
れた発電機２４によって電力に変換される。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の溶融還元
炉の廃熱回収設備及びその操業方法においては、前述の
構成としたことで、以下の効果を奏することができる。過熱器の入口の高さを高くする必要が無くなり、廃
熱ボイラー及びそれを支持する架構及び建屋の高さが低
くなり、設備費が安価になる。例えば、従来過熱器への
ダストの付着を防止するために、過熱器入口の高さを、
炉本体内の溶銑上面から２５〜３０ｍにする必要があっ
たが、本発明では炉本体と過熱器との間にサイクロンセ
パレータを設け、過熱器の高さをサイクロンセパレータ
と同レベルもしくはそれ以下に設置することにより、架
構及び建屋の高さを従来の２／３程度にすることができ
る。

【００５５】微細なダストの排ガスと共に過熱器内
に持ち込まれる量が激減するため、前記ダストの付着及
び堆積によるガス流路の閉塞現象，摩耗現象が激減す
る。また、前記ダストの過熱器への付着及び堆積による
熱交換効率の変動が小さくなり、廃熱ボイラーで蒸気化
し蒸気タービンで回収する電力量の変動が小さくなる。燃焼性ガスと燃焼用空気及び／又は酸素はサイクロ
ンセパレータ中で発生する旋回流により完全混合し、均
一燃焼する。過熱器への付着及び堆積によるガス流路の閉塞現
象，摩耗現象の問題なしに、廃熱ボイラーで蒸気化し蒸
気タービンで回収する電力量を一定とすることができ
る。

【００５６】未乾燥の鉄原料を炉本体から排出され
る燃焼性ガスの顕熱で乾燥した後、サイクロンセパレー
タで捕集して炉本体に投入することで、過熱器への付着
及び堆積によるガス流路の閉塞現象，摩耗現象の問題な
しに、溶融還元炉の熱効率を向上できる。石灰石を炉本体から排出される燃焼性ガスの顕熱で
乾燥及び脱炭酸した後、サイクロンセパレータで捕集し
て炉本体に投入することで、過熱器への付着及び堆積に
よるガス流路の閉塞現象，摩耗現象の問題なしに、溶融
還元炉の熱効率を向上できる。

【００５７】鉄原料の乾燥及び石灰石の乾燥，脱炭
酸により、燃焼性ガスの温度が低下するので、サイクロ
ンセパレータ及びその前後のダクトの熱負荷が軽減し、
その寿命延長が期待できる。サイクロンセパレータ及びその前後のダクトを、通
常の工業用水（硬水）ではなくボイラー水（純水）によ
って冷却するので、石灰分の析出，パネル内面への付着
による冷却能低下の心配がない。また、かかる冷却方法
を採用することにより、工業用水冷却設備を設置する必
要がない。サイクロンセパレータ及びその前後のダクトの熱応
力の変動が殆どなく、長寿命化が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる溶融還元炉の廃熱回収設備の第
１の実施例のフロー図。

【図２】本発明に係わる溶融還元炉の廃熱回収設備の第
２の実施例のフロー図。

【図３】本発明に係わる溶融還元炉の廃熱回収設備の第
１及び第２の実施例におけるサイクロンセパレータの水
平断面図。

【図４】従来技術の溶融還元炉の廃熱回収設備のフロー
図。

【符号の説明】

１：炉本体２：ガス排出口３：廃熱ボイラー４：輻射部５：燃焼用空気吹込みノズル６：燃焼用空気ブロア
ー７：燃焼用空気配管８：過熱器９：節炭器１０：排ガスダクト１１：集塵機１２：排ガスブロアー１３：煙突１４：蒸気配管１５：蒸気タービン１６：復水器１７：復水ポンプ１８：低圧給水加熱器１９：抽気配管２０：脱気器２１：ボイラー給水ポンプ２２：高圧給水加熱器２３：蒸気ドラム２４：発電機２５：炉本体１とサイクロンセパレータ２６を接続する
ダクト２６：サイクロンセパレータ２７：石炭吹込みノズ
ル２８：石炭吹込みタンク２９：石炭吹込み配管３０：鉄原料吹込みノズル３１：鉄原料吹込みタ
ンク３２：鉄原料吹込み配管３３：石灰石吹込みノ
ズル３４：石灰石吹込みタンク３５：石灰石吹込み配
管３６：サイクロンセパレータ２６と過熱器８を接続する
ダクト３７：過熱器及び節炭器部分のガス流路壁面３８：サイクロンセパレータ等入側配管３９：サイクロンセパレータ等送水ポンプ４０：サイクロンセパレータ等水量調節弁４１：サイクロンセパレータ等出側配管４２：ダスト吹込みタンク４３：ダスト吹込み配
管４４：ダスト吹込みランス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炉本体に鉄原料，炭材，及び造滓剤を添
加し、純酸素と酸素富化ガスのいずれか一方又は双方を
吹き込んで、溶鉄又は溶銑を直接製造すると共に、前記
炉本体から排出される燃焼性ガスの熱を廃熱ボイラーで
蒸気化し、蒸気タービンで回収する溶融還元炉の廃熱回
収設備において、前記炉本体と前記廃熱ボイラーの過熱
器との間にサイクロンセパレータを配設し、前記炉本体
と前記サイクロンセパレータ，及び前記サイクロンセパ
レータと前記過熱器とをそれぞれダクトで接続したこと
を特徴とする溶融還元炉の廃熱回収設備。
【請求項２】廃熱ボイラーの過熱器は、サイクロンセ
パレータの高さと同位置もしくはそれ以下に配置したこ
とを特徴とする請求項１記載の溶融還元炉の廃熱回収設
備。
【請求項３】サイクロンセパレータ，炉本体と前記サ
イクロンセパレータを接続するダクト，前記サイクロン
セパレータと廃熱ボイラーの過熱器とを接続するダク
ト，廃熱ボイラーの過熱器及び節炭器部分のガス流路壁
面のうち、少なくともいずれか１つの壁面を蒸発器で形
成し、該蒸発器の入側配管及び出側配管を前記廃熱ボイ
ラーの蒸気ドラムと接続せしめ、該蒸気ドラムの水を各
壁面の蒸発器に送り、排ガスと熱交換することにより発
生した蒸気又は蒸気と水の混合体を前記蒸気ドラムに供
給する如くなしたことを特徴とする請求項１又は２記載
の溶融還元炉の廃熱回収設備。
【請求項４】サイクロンセパレータ，炉本体と前記サ
イクロンセパレータを接続するダクト，前記サイクロン
セパレータと廃熱ボイラーの過熱器とを接続するダクト
のうち、少なくともいずれか１つの壁面を蒸発器で形成
し、蒸気タービンの下流に設けた脱気器と前記蒸発器の
入側配管を送水ポンプを介して接続し、前記蒸発器の出
側配管を前記脱気器と接続せしめ、該脱気器を通過する
水の一部を前記各壁面の蒸発器に送り、排ガスと熱交換
することにより発生した蒸気又は蒸気と水の混合体を前
記脱気器に供給する如くなしたことを特徴とする請求項
１又は２記載の溶融還元炉の廃熱回収設備。
【請求項５】サイクロンセパレータ，炉本体と前記サ
イクロンセパレータを接続するダクト，前記サイクロン
セパレータと廃熱ボイラーの過熱器とを接続するダクト
のうち、少なくともいずれか１つの壁面に燃焼用空気吹
込みノズルを設け、該ノズルから吹き込んだ空気と酸素
のいずれか一方又は双方により前記炉本体から排出され
る燃焼性ガスを完全燃焼させる如くなしたことを特徴と
する請求項１又は２記載の溶融還元炉の廃熱回収設備。
【請求項６】サイクロンセパレータ，及び炉本体と前
記サイクロンセパレータを接続するダクトのいずれか一
方又は双方の壁面に、石炭吹込みノズルを設けたことを
特徴とする請求項１、２又は５記載の溶融還元炉の廃熱
回収設備。
【請求項７】サイクロンセパレータ，及び炉本体と前
記サイクロンセパレータを接続するダクトのいずれか一
方又は双方の壁面に、鉄原料吹込みノズルを設けたこと
を特徴とする請求項１又は２記載の溶融還元炉の廃熱回
収設備。
【請求項８】サイクロンセパレータ，及び炉本体と前
記サイクロンセパレータを接続するダクトのいずれか一
方又は双方の壁面に、石灰石吹込みノズルを設けたこと
を特徴とする請求項１又は２記載の溶融還元炉の廃熱回
収設備。
【請求項９】吹込みノズルは、サイクロンセパレータ
の壁面に、周方向に沿って複数設けたことを特徴とする
請求項５乃至８のいずれか１項に記載の溶融還元炉の廃
熱回収設備。
【請求項１０】請求項６記載の溶融還元炉の廃熱回収
設備において、炉本体から排出される燃焼性ガスの熱量
が減少した時には、石炭吹込みノズルから吹き込む石炭
の量を増加し、炉本体から排出される燃焼性ガスの熱量
が増加した時には、石炭吹込みノズルから吹き込む石炭
の量を減少することで、廃熱ボイラーで蒸気化し蒸気タ
ービンで回収する電力量を一定に制御することを特徴と
する溶融還元炉の廃熱回収設備の操業方法。
【請求項１１】請求項７記載の溶融還元炉の廃熱回収
設備において、鉄原料吹込みノズルから未乾燥の鉄原料
を吹き込み、炉本体から排出される燃焼性ガスの顕熱で
乾燥した後、サイクロンセパレータで捕集し、炉本体に
投入することを特徴とする溶融還元炉の廃熱回収設備の
操業方法。
【請求項１２】請求項８記載の溶融還元炉の廃熱回収
設備において、石灰石吹込みノズルから石灰石を吹き込
み、炉本体から排出される燃焼性ガスの顕熱で乾燥及び
脱炭酸した後、サイクロンセパレータで捕集し、炉本体
に投入することを特徴とする溶融還元炉の廃熱回収設備
の操業方法。