JP3126705B1 - Exhaust gas energy recovery equipment - Google Patents
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Abstract
【要約】
【課題】 融還元プラントから発生する排ガスを、既に
開発され実用化されている高炉用コンバインドサイクル
発電プラントを用いて回収できるようにし、回収効率を
大幅に向上できる排ガスエネルギー回収設備を提供す
る。
【解決手段】 溶融還元プラント1にて発生する排ガス
を、高炉用コンバインドサイクル発電プラント10を介
してエネルギー回収する設備であって、排ガスに窒素を
継続的に混合することによって、コンバインドサイクル
発電プラント10に最適なガスエネルギー量になるよう
調整して、コンバインドサイクル発電プラント10へ供
給する。Abstract: PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust gas energy recovery facility capable of greatly improving the recovery efficiency by enabling recovery of an exhaust gas generated from a smelting reduction plant using a blast furnace combined cycle power plant that has already been developed and put into practical use. I do. SOLUTION: This is a facility for recovering energy from exhaust gas generated in a smelting reduction plant 1 through a combined cycle power plant 10 for a blast furnace. Is adjusted so as to have an optimal gas energy amount and supplied to the combined cycle power plant 10.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、冶金炉プラント
のうち、とくに溶融還元プラントにおいて発生するとこ
ろの、COおよびH2ガスを含む多量の可燃性の排ガス
のエネルギーを回収するための排ガスエネルギー回収設
備に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exhaust gas energy recovery for recovering a large amount of flammable exhaust gas containing CO and H 2 gas, which is generated in a metallurgical furnace plant, particularly in a smelting reduction plant. It concerns equipment.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、冶金炉プラントにおいて発生する
排ガスのエネルギー回収設備には、燃焼ボイラが一般的
に使用されているが、エネルギーの回収効率が35%程
度と非常に低かった。2. Description of the Related Art Conventionally, a combustion boiler is generally used as an energy recovery system for exhaust gas generated in a metallurgical furnace plant, but the energy recovery efficiency is extremely low at about 35%.
【0003】そこで、近年、高炉から発生する排ガスに
ついては、燃焼ボイラに代わって、発電効率に優れたコ
ンバインドサイクル発電プラント(CCPP)が適用さ
れている。このコンバインドサイクル発電プラントは、
ガスタービン(GT),燃料ガス圧縮機(FGC)、蒸気タ
ービン(ST)、発電機(GENO)を主要機器とする一軸型
のパワートレインで、高炉からの排ガスを燃料として運
転されるものも開発されている。そして、コンバインド
サイクル発電プラントを使用した場合には、回収効率が
45%程度まで向上している。[0003] In recent years, a combined cycle power plant (CCPP) having excellent power generation efficiency has been applied to exhaust gas generated from a blast furnace in place of a combustion boiler. This combined cycle power plant
Developed a single-shaft powertrain with gas turbine (GT), fuel gas compressor (FGC), steam turbine (ST), and generator (GENO) as main components, which can be operated using exhaust gas from blast furnace as fuel Have been. When the combined cycle power plant is used, the recovery efficiency is improved to about 45%.
【0004】また、先行技術に、特開平2−29863
3号公報に記載の石炭ガス化コンバインドサイクル発電
プラントがある。この石炭ガス化コンバインサイクル
は、石炭をガス化し、この石炭ガスを燃料としてガスタ
ービンを駆動し発電機を運転するとともに、ガスタービ
ンの排ガスを熱回収し、この熱によって発生させた蒸気
で蒸気タービンを駆動して発電機を運転するサイクルで
ある。The prior art is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-29863.
No. 3 discloses a coal gasification combined cycle power plant. This coal gasification combine cycle gasifies coal, uses the coal gas as fuel to drive a gas turbine to operate a generator, recovers the exhaust gas from the gas turbine, and uses the steam generated by this heat to generate steam from the steam turbine. Is a cycle for driving the generator by driving the power generator.
【0005】なお、本発明に係るエネルギー回収を対象
とする排ガスを発生する上記溶融還元プラント(溶融還
元法)は、鉄鉱石などを溶融状態で還元するためのプラ
ントで、高炉法などに代わるものであり、鉄鉱石(酸化
鉄)などの金属酸化物を含有する鉱石を、溶融状態で還
元して鉄やフェロアロイを得るプラント(方法)であ
る。溶融還元法には種々の方式があり、溶融還元炉のみ
を使用するもののほか、予備還元炉と溶融還元炉とを組
み合わせて使用するものがある。溶融還元炉では炉内に
鉱石、石炭などを装入したうえ酸素を吹き込み、溶融状
態で鉱石を還元する。このとき溶融還元炉からは CO
(一酸化炭素)およびH2(水素)を主成分とする還元力
のある高温ガスが発生するので、このガスを利用して鉱
石をあらかじめ固体状態で予備還元する、というのが予
備還元炉を組み合わせたプラントである。この場合は溶
融還元炉の発生ガスがもつ熱と還元力を有効に利用でき
るという利点があるので、予備還元炉を使用する方がむ
しろ溶融還元法の主流になりつつある。また予備還元炉
としては、粉粒状鉱石が流動層を形成(流動化)して上
記のガスと接触・反応する、流動層式のものが広く採用
されている。The smelting reduction plant (smelting reduction method) according to the present invention for generating exhaust gas for energy recovery is a plant for reducing iron ore or the like in a molten state, and is an alternative to the blast furnace method or the like. This is a plant (method) for obtaining ore and ferroalloy by reducing ore containing a metal oxide such as iron ore (iron oxide) in a molten state. There are various types of smelting reduction methods. Some methods use only a smelting reduction furnace, and others use a combination of a preliminary reduction furnace and a smelting reduction furnace. In a smelting reduction furnace, ore, coal, etc. are charged into the furnace and oxygen is blown into the furnace to reduce the ore in a molten state. At this time, CO
Since a high-temperature gas with a reducing power consisting mainly of (carbon monoxide) and H 2 (hydrogen) is generated, the ore is preliminarily reduced in a solid state using this gas. It is a combined plant. In this case, there is an advantage that the heat and reducing power of the gas generated in the smelting reduction furnace can be effectively used, and therefore, the use of the preliminary reduction furnace is becoming the mainstream of the smelting reduction method. As the preliminary reduction furnace, a fluidized bed reactor in which powdered ore forms a fluidized bed (fluidized) and contacts / reacts with the above gas is widely used.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た高炉用コンバインドサイクル発電プラントを溶融還元
プラントと組み合わせて使用しようとすると、次のよう
な不都合が生じる。However, when the combined cycle power plant for blast furnace described above is used in combination with a smelting reduction plant, the following disadvantages occur.
【0007】すなわち、溶融還元プラントに適用しよう
としても、その排ガスのエネルギー量が高炉から発生す
る排ガスとは異なっているために、発電プラントをあら
たに開発しなければ適用できず、かつその開発費は膨大
なものとなる。That is, even if an attempt is made to apply the method to a smelting reduction plant, the energy amount of the exhaust gas is different from that of the exhaust gas generated from the blast furnace. Will be huge.
【0008】詳しく説明すると、高炉排ガスは低位発熱
量(LHV)が740〜840kcal/Nm3であること
から、高炉用CCPPで使用可能な排ガスの低位発熱量
(LHV)は750〜980kcal/Nm3前後で、排ガ
スのLHV総計は320MJ/sec(275,150,
592kcal/h)前後に設定されている。この場合、例
えばLHVを900kcal/Nm3にすると、ガスタービ
ン入口ガス流量は305,720Nm3/hになる。More specifically, since the blast furnace exhaust gas has a lower heating value (LHV) of 740 to 840 kcal / Nm 3 , the lower heating value (LHV) of the exhaust gas usable in the blast furnace CCPP is 750 to 980 kcal / Nm 3. Before and after, the total LHV of the exhaust gas was 320 MJ / sec (275, 150,
592 kcal / h). In this case, for example, when the LHV is set to 900 kcal / Nm 3 , the gas flow rate at the gas turbine inlet becomes 305,720 Nm 3 / h.
【0009】一方、溶融還元プラントから発生する排ガ
スは、LHVが1,000〜1,400kcal/Nm3とか
なり高く、またガス流量については200,000〜3
00,000Nm3/hとばらつきがある。On the other hand, the exhaust gas generated from the smelting reduction plant has a considerably high LHV of 1,000 to 1,400 kcal / Nm 3 and a gas flow rate of 200,000 to 3 kcal / Nm 3.
There is a variation of 00,000 Nm 3 / h.
【0010】したがって、溶融還元プラントの排ガスの
LHVは高炉用CCPPに適用可能な排ガスのLHVに
比べて高すぎるために、使用することができない。ま
た、LHV総計も概ね一致させる必要があるが、溶融還
元プラントから発生する排ガスとはかなり相違してい
る。Therefore, the LHV of the exhaust gas from the smelting reduction plant cannot be used because it is too high compared to the LHV of the exhaust gas applicable to the CCPP for the blast furnace. Also, the total LHV needs to be substantially the same, but it is considerably different from the exhaust gas generated from the smelting reduction plant.
【0011】本発明は上述の点に鑑みなされたもので、
溶融還元プラントから発生する排ガスを、既に開発され
実用化されている高炉用コンバインドサイクル発電プラ
ントを用いて回収できるようにし、これにより従来の燃
焼ボイラによる排ガスの回収に比べて回収効率を大幅に
向上するとともに、プラント全体が安価でしかも柔軟性
をもって操業できる排ガスエネルギー回収設備を提供す
ることを目的としている。The present invention has been made in view of the above points,
Exhaust gas generated from the smelting reduction plant can be recovered by using a blast furnace combined cycle power plant that has already been developed and put into practical use, thereby greatly improving the recovery efficiency compared to the conventional combustion boiler. It is another object of the present invention to provide an exhaust gas energy recovery facility that can operate the entire plant at low cost and with flexibility.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明に係る排ガスエネルギー回収設備は、溶融還
元プラントにて発生する排ガスを、高炉用コンバインド
サイクル発電プラントを介してエネルギー回収する設備
であって、前記排ガスに、前記溶融還元プラントで吹練
中に使用される酸素を製造する酸素製造装置により副産
物として発生する窒素を、流量制御弁を介して前記コン
バインドサイクル発電プラントに必要なガスエネルギー
量(LHV(低位発熱量)およびLHV総計(低位発熱
量総計))になるように前記窒素の混合量を調製して混
合した後、排ガス予熱装置により予熱してコンバインド
サイクル発電プラントへ供給することを特徴としてい
る。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, an exhaust gas energy recovery system according to the present invention is an equipment for recovering energy from exhaust gas generated in a smelting reduction plant through a combined cycle power plant for a blast furnace. Wherein the exhaust gas is blown into the smelting reduction plant.
Oxygen production equipment that produces oxygen used during production
Nitrogen, which is generated as a substance, is passed through the
Gas energy required for bind cycle power plants
Volume (LHV (lower heating value) and total LHV (lower heating value)
The total amount of nitrogen is adjusted so that
After being combined, it is characterized by being preheated by an exhaust gas preheating device and supplied to a combined cycle power plant.
【0013】上記の構成を有する本発明に係る排ガスエ
ネルギー回収設備によれば、既に実用化されている高炉
用コンバインドサイクル発電プラントを用いて、溶融還
元プラントから発生する排ガスのエネルギー回収に利用
することができ、あらたに溶融還元プラント専用の発電
プラントを開発するための開発費や開発期間等が不要に
なる。そして、高炉用コンバインドサイクル発電プラン
トの使用に際して、溶融還元プラントからの排ガスに不
活性ガスとしての窒素を継続的に適量混合するだけで、
円滑に発電プラントを使用することができる。しかも、
溶融還元プラントのとくに溶融還元炉において操業に必
要とされる酸素を空気を原料として製造する際に窒素が
副産物として生じることから、この窒素を排ガスに混合
して使用するので、無駄がなく、経済的である。また、
溶融還元プラントの排ガスのLHVは高炉用CCPPに
適用可能な排ガスのLHVに比べて高すぎるために、そ
のままでは使用することができず、また高炉用CCPP
に適用するにはLHV総計も概ね一致させる必要がある
が、同排ガスを高炉用CCPPに使用できるようにな
り、結果的に従来の燃焼ボイラによる排ガスエネルギー
の回収に比べて回収効率を大幅に向上させられる。さら
に、排ガスに混合される窒素も排ガス予熱装置により予
熱され、排ガスと窒素は一体に混合された状態の燃料ガ
スとなって高炉用コンバインドサイクル発電プラントに
供給される。 [0013] According to the exhaust gas energy recovery equipment of the present invention having the above-described configuration, the blast furnace combined cycle power plant that has already been put into practical use is used for energy recovery of exhaust gas generated from a smelting reduction plant. This eliminates the need for a new development cost and development period for developing a power plant specifically for the smelting reduction plant. Then, when using a combined cycle power plant for blast furnaces, just by continuously mixing an appropriate amount of nitrogen as an inert gas into the exhaust gas from the smelting reduction plant,
The power plant can be used smoothly. Moreover,
Nitrogen is produced as a by-product when producing oxygen required for operation in a smelting reduction plant, particularly in a smelting reduction furnace, using air as a raw material. It is a target. Also,
LHV of smelting reduction plant exhaust gas is converted to blast furnace CCPP
It is too high compared to the applicable exhaust gas LHV,
Can not be used as is, and CCPP for blast furnace
LHV totals need to be roughly matched to apply to
Will be able to use the exhaust gas for CCPP for blast furnaces.
As a result, exhaust gas energy from conventional combustion boilers
The collection efficiency can be greatly improved compared to the collection of Further
In addition, the nitrogen mixed in the exhaust gas is also
Exhaust gas and nitrogen are heated and the fuel gas is
Into a combined cycle power plant for blast furnaces
Supplied.
【0014】請求項2に記載のように、前記溶融還元プ
ラントが、溶融還元炉とともにその排ガスを利用する予
備還元炉を備え、該予備還元炉から排出される排ガスの
LHVが1,300kcal/Nm 3 で、且つ排出流量が212,300N
m 3 /hであり、前記酸素製造装置から生じる窒素を94,
360Nm 3 /hほど前記排ガスに継続的に混合して前記コ
ンバインドサイクル発電プラントへ供給することによ
り、同排ガスのLHVが900kcal/Nm 3 で導入流量が30
6,660Nm 3 /hになるように排ガスのLHVおよび単位
時間当たりの導入量(導入流量)をそれぞれ調製して前
記発電プラントが必要とするLHV総計(275,150,592k
cal/h)を充足させることができる。 According to a second aspect of the present invention, the smelting reduction plant includes a smelting reduction furnace and a preliminary reduction furnace that uses the exhaust gas of the smelting reduction furnace .
LHV is 1,300kcal / Nm 3 and discharge flow rate is 212,300N
m 3 / h, and the nitrogen generated from the oxygen production apparatus is 94,
360 Nm 3 / h continuously mixed with the exhaust gas
Supply to unbound cycle power plants.
The LHV of the exhaust gas is 900 kcal / Nm 3 and the introduced flow rate is 30
LHV and unit of exhaust gas to be 6,660 Nm 3 / h
Before adjusting the introduction amount per hour (introduction flow rate)
Total LHV required by the power plant (275,150,592k
cal / h) can be satisfied.
【0015】請求項2記載の排ガスエネルギー回収設備
によれば、予備還元炉から排出される排ガスのLHVが
1,300kcal/Nm 3 で、且つ排出流量が212,300Nm 3 /h
である場合に、コンバインドサイクル発電プラントに必
要なLHVに排ガスのLHVを低減させ、かつ同発電プ
ラントに必要なLHV総計を確保することができる。 According to the exhaust gas energy recovery system of the second aspect , the LHV of the exhaust gas discharged from the preliminary reduction furnace is reduced.
1,300 kcal / Nm 3 and discharge flow rate 212,300 Nm 3 / h
Is required for combined cycle power plants.
Reduce the LHV of the exhaust gas to the required LHV, and
The total LHV required for the runt can be secured.
【0016】[0016]
【0017】[0017]
【0018】[0018]
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る排ガスエネル
ギー回収設備の実施の形態を図面に基づいて説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of an exhaust gas energy recovery system according to the present invention will be described with reference to the drawings.
【0019】図1は溶融還元炉と予備還元炉を備えた溶
融還元プラントに、コンバインドサイクル発電プラント
を組み合わせた本発明の実施例に係る排ガスエネルギー
回収設備の全体の概要を示す構成図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall outline of an exhaust gas energy recovery system according to an embodiment of the present invention in which a combined cycle power plant is combined with a smelting reduction plant having a smelting reduction furnace and a preliminary reduction furnace.
【0020】図1に示すように、溶融還元プラント1
は、予備還元炉と溶融還元炉とを用いて鉄鉱石を還元す
るもので、2が溶融還元炉、3が予備還元炉である。As shown in FIG. 1, a smelting reduction plant 1
Is a method for reducing iron ore using a preliminary reduction furnace and a smelting reduction furnace, 2 is a smelting reduction furnace, and 3 is a preliminary reduction furnace.
【0021】溶融還元炉2は鉄鉱石を溶融状態で還元し
て銑鉄とするもので、原料および副原料として炉内には
鉄鉱石(下記の予備還元鉄)、石炭、酸素および後述す
る生石灰などが装入される。還元反応にともなって発生
する高温ガス(排出ガス)は、COおよびH2を多量に
含んで還元力があるので、フード、ダクト4を通って予
備還元炉3の下方へ導入される。The smelting reduction furnace 2 is a furnace for reducing iron ore in a molten state to obtain pig iron. Iron ore (preliminarily reduced iron described below), coal, oxygen, and quick lime described below are contained in the furnace as raw materials and auxiliary materials. Is charged. The high-temperature gas (exhaust gas) generated by the reduction reaction contains a large amount of CO and H 2 and has a reducing power, and is thus introduced below the preliminary reduction furnace 3 through the hood and the duct 4.
【0022】予備還元炉3は鉄鉱石を固体状態で予備還
元し予備還元鉄を得るものであるが、この実施例のもの
は流動層式で、多数の開孔を設けた分散板3a上に鉄鉱
石が装入され分散板3aの下方より上記のガスが導入さ
れることにより、鉄鉱石が流動化してガスと接触し、予
備還元が進行する形式である。この予備還元炉3内で還
元された予備還元鉄は、図示を省略した装入管により溶
融還元炉2内に装入される。The pre-reduction furnace 3 is for pre-reducing iron ore in a solid state to obtain pre-reduced iron. In this embodiment, the pre-reduction furnace 3 is of a fluidized bed type and is provided on a dispersion plate 3a provided with a large number of openings. When the iron ore is charged and the above-mentioned gas is introduced from below the dispersion plate 3a, the iron ore is fluidized and comes into contact with the gas, and the preliminary reduction proceeds. The pre-reduced iron reduced in the pre-reduction furnace 3 is charged into the smelting reduction furnace 2 by a charging pipe (not shown).
【0023】溶融還元炉2内には、溶湯(溶融金属浴)
Aとして銑鉄およびスラグを保持されており、この中に
石炭、石灰などとともに鉄鉱石が装入され、ランス5を
通して酸素が吹き込まれることにより、鉄鉱石を溶融状
態で還元して銑鉄に変えるというプロセスがなされる。
また、酸素は酸素製造装置6において、大気中の空気を
原料として製造されるが、酸素製造装置6により酸素を
製造する過程で、不活性ガスとしての窒素が同時に発生
する。In the smelting reduction furnace 2, a molten metal (molten metal bath)
A is a process in which pig iron and slag are held as A, and iron ore is charged together with coal, lime, and the like, and oxygen is blown through a lance 5 to reduce the iron ore in a molten state and convert it into pig iron. Is made.
Oxygen is produced in the oxygen production apparatus 6 using air in the atmosphere as a raw material. In the process of producing oxygen by the oxygen production apparatus 6, nitrogen as an inert gas is simultaneously generated.
【0024】予備還元炉3から排出される排ガスは、ダ
クト7で図示を省略したサイクロンセパレータに通され
たうえ、排出ダクト8で高炉用コンバインドサイクル発
電プラント10へ送られる。セパレータ(図示せず)で
は、排ガスとともに流動層Bから飛び出した微粉粒の予
備還元鉄が捕集され、図示を省略した装入管により予備
還元炉3へ戻される。The exhaust gas discharged from the pre-reduction furnace 3 is passed through a cyclone separator (not shown) through a duct 7 and then sent to a blast furnace combined cycle power plant 10 through a discharge duct 8. In the separator (not shown), the pre-reduced iron in the form of fine powder that has jumped out of the fluidized bed B together with the exhaust gas is collected and returned to the pre-reduction furnace 3 by a charging pipe (not shown).
【0025】本例の排ガスエネルギー回収設備では、高
炉排ガス用に開発されているコンバインドサイクル発電
プラント10を排ガスエネルギーの回収の主要設備とし
て使用している。排出ダクト8の途中には、電気式の排
ガス湿式除塵装置11が介設されている。また、酸素製
造装置6からは酸素供給管9がランス5に接続されると
ともに、窒素供給管12が排出ダクト8の除塵装置11
の下流側に接続されている。In the exhaust gas energy recovery facility of this embodiment, a combined cycle power plant 10 developed for blast furnace exhaust gas is used as a main facility for exhaust gas energy recovery. In the middle of the discharge duct 8, an electric exhaust gas wet type dust remover 11 is interposed. Further, the oxygen supply pipe 9 is connected to the lance 5 from the oxygen production apparatus 6, and the nitrogen supply pipe 12 is connected to the dust removal device 11 of the discharge duct 8.
Is connected to the downstream side.
【0026】ところで、下記の表1は、上記溶融還元プ
ラント1の予備還元炉3から発生する排ガスおよび混合
すべき窒素ならびに窒素混合後のガスについてのガス流
量(Nm3/h,0℃ 1.03323kg/cm2 abs.換算)、ガ
ス組成(体積%)および低位発熱量(kcal/Nm3)を
表すものである。The following Table 1 shows the gas flow rates (Nm 3 / h, 0 ° C. 1.03323 kg) of the exhaust gas generated from the preliminary reduction furnace 3 of the smelting reduction plant 1, the nitrogen to be mixed, and the gas after nitrogen mixing. / Cm 2 abs.), Gas composition (% by volume) and lower calorific value (kcal / Nm 3 ).
【0027】[0027]
【表1】(添付の表を参照ください) [Table 1] (See attached table)
【0028】すなわち、予備還元炉3から排出される排
ガスは、LHVが1,300kcal/Nm3で、排出流量は212,3
00Nm3/hであり、このままでは高炉用コンバインド
サイクル発電プラント10に適用できない。しかし、酸
素製造装置6から生じる窒素を、94,360Nm3/h(L
HVは0kcal/Nm3)ほど混合して導入するため、結
果的に、同排ガスはLHVが900kcal/Nm3、導入流量
は306,660Nm3/hになる。つまり、LHV総計も275,
994,000kcal/h(900×306,660)で、発電プラント1
0が必要とするLHV総計(275,150,592kcal/h)を
充足している。That is, the exhaust gas discharged from the preliminary reduction furnace 3 has an LHV of 1,300 kcal / Nm 3 and a discharge flow rate of 212,3
00 Nm 3 / h, and cannot be applied to the blast furnace combined cycle power plant 10 as it is. However, the nitrogen generated from the oxygen production apparatus 6 is converted to 94,360 Nm 3 / h (L
Since HV is mixed and introduced at about 0 kcal / Nm 3 ), as a result, the exhaust gas has an LHV of 900 kcal / Nm 3 and an introduced flow rate of 306,660 Nm 3 / h. In other words, the total LHV is 275,
Power plant 1 at 994,000kcal / h (900 × 306,660)
0 satisfies the required total LHV (275,150,592 kcal / h).
【0029】上記実施例では、溶融還元プラント1から
発生する排ガスに、同プラント1に付属の酸素製造装置
6により酸素を製造する際に副産物として生じる窒素を
混合して発電プラント10に導入し、電力としてエネル
ギー回収するようにした。この結果、排ガスエネルギー
の回収効率は45%に達した。また、設備的には、既に
開発済みで実績のある高炉用コンバインドサイクル発電
プラント10を組み合わせ、集塵装置11を介設した排
出ダクト8で溶融還元プラント1と接続するとともに、
酸素製造装置6の窒素発生部と排出ダクト8とを窒素供
給管12により接続した構成である。上記実施例では、
窒素の混合割合(流量)を制御する流量調整弁(図2の
符号16)を窒素供給管12に介在させていないが、溶
融還元プラント1の排ガスの発生量が変動する場合に
は、流量調整弁を介して窒素の混入量を調整できるよう
にするのが望ましい。In the above embodiment, nitrogen produced as a by-product when oxygen is produced by the oxygen production apparatus 6 attached to the smelting reduction plant 1 is mixed with the exhaust gas generated from the smelting reduction plant 1 and introduced into the power plant 10. Energy is recovered as electric power. As a result, the efficiency of exhaust gas energy recovery reached 45%. Further, in terms of equipment, a combined blast furnace combined cycle power plant 10 which has already been developed and has a proven track record is combined, and connected to the smelting reduction plant 1 by a discharge duct 8 provided with a dust collecting device 11,
This is a configuration in which a nitrogen generation unit of the oxygen production apparatus 6 and a discharge duct 8 are connected by a nitrogen supply pipe 12. In the above embodiment,
A flow control valve (reference numeral 16 in FIG. 2) for controlling the mixing ratio (flow rate) of nitrogen is not interposed in the nitrogen supply pipe 12. It is desirable to be able to adjust the amount of nitrogen contamination via a valve.
【0030】次に、図2は別の実施例に係る排ガスエネ
ルギー回収設備の全体の概要を示す構成図である。Next, FIG. 2 is a configuration diagram showing an outline of the entire exhaust gas energy recovery equipment according to another embodiment.
【0031】溶融還元プラント1から発生する排ガスが
電気式集塵装置11および排ガス予熱装置13を順に経
由し、軸流圧縮機14に排出ダクト8により導入され
る。また、溶融還元プラント1に付属の酸素製造装置6
により発生する窒素が、窒素供給管12により流量制御
弁16を介して排ガス予熱装置13のすぐ上流側の排出
ダクト8に導入される。そして、窒素は排ガスに所定割
合(流量制御弁16により調整)で混合された状態で、
排ガス予熱装置13により予熱される。本例の排ガスエ
ネルギー回収設備では、高炉用コンバインドサイクル発
電プラント10’が、燃料ガス圧縮機として軸流圧縮機
14とラジアル圧縮機15とを一連に備えている。この
ため、排ガスと窒素は一体に混合された状態の燃料ガス
となって軸流圧縮機14にて圧縮されたのち、ガスクー
ラ17を経由して冷却されラジアル圧縮機15に導入さ
れてさらに圧縮される。それから、圧縮された燃料ガス
は燃料ガス供給管19によりガスタービン20の入口へ
送給され、ガスタービン20内に導入される。Exhaust gas generated from the smelting reduction plant 1 passes through an electric dust collector 11 and an exhaust gas preheating device 13 in order, and is introduced into an axial compressor 14 by a discharge duct 8. Further, the oxygen production apparatus 6 attached to the smelting reduction plant 1
Is introduced into the exhaust duct 8 immediately upstream of the exhaust gas preheating device 13 through the flow control valve 16 by the nitrogen supply pipe 12. Then, with the nitrogen mixed with the exhaust gas at a predetermined ratio (adjusted by the flow control valve 16),
It is preheated by an exhaust gas preheating device 13. In the exhaust gas energy recovery facility of this example, the combined cycle power plant for blast furnace 10 'includes a series of axial compressors 14 and radial compressors 15 as fuel gas compressors. For this reason, the exhaust gas and the nitrogen become a fuel gas in a state of being mixed together, are compressed by the axial compressor 14, are cooled via the gas cooler 17, are introduced into the radial compressor 15, and are further compressed. You. Then, the compressed fuel gas is sent to the inlet of the gas turbine 20 by the fuel gas supply pipe 19 and introduced into the gas turbine 20.
【0032】ガスタービン20には排熱回収ボイラ21
が一体的に連設されており、ガスタービン20に導入さ
れ、ガスタービン20の駆動に使用された燃料ガスの排
気ガスが排熱回収ボイラ21にて回収され、蒸気を発生
させる。この蒸気は蒸気供給管18にて蒸気タービン2
3へ供給され、蒸気タービン23を回転駆動しこの回転
力で発電機24を回転させて発電する。また発電機24
は、減速機構25を介してガスタービン20から軸流圧
縮機14とラジアル圧縮機15とを挟んで一軸(共通の
軸)の回転駆動軸31にて接続されており、減速機構2
5によって発電機24により発電される電気(交流)の
周波数(例えば50Hz/60Hz)が変更できるよう
になっている。排熱回収ボイラ21は煙突21aを備え
ており、ガスタービン20からの排気ガスが熱回収され
たのち、煙突21aから排出される。The gas turbine 20 includes an exhaust heat recovery boiler 21
Are integrally connected to each other, and the exhaust gas of the fuel gas introduced into the gas turbine 20 and used to drive the gas turbine 20 is collected by the exhaust heat recovery boiler 21 to generate steam. This steam is supplied to the steam turbine 2 through the steam supply pipe 18.
3, the steam turbine 23 is rotationally driven, and the generator 24 is rotated by this rotational force to generate electric power. The generator 24
Is connected to the gas turbine 20 via a reduction drive mechanism 25 via a single (common) rotary drive shaft 31 across the axial compressor 14 and the radial compressor 15.
5, the frequency (for example, 50 Hz / 60 Hz) of electricity (alternating current) generated by the generator 24 can be changed. The exhaust heat recovery boiler 21 includes a chimney 21a, and after exhaust heat from the gas turbine 20 is recovered, the exhaust gas is discharged from the chimney 21a.
【0033】そのほか、蒸気タービン23は凝縮機23
aを並設しており、蒸気タービン23で使用されたのち
の蒸気が凝縮機23aで凝縮されて水滴化し、送給ポン
プ26を介して送給管27からガスクーラ17に送給さ
れた後、排熱回収ボイラ21へ送られ、排気ガスと熱交
換されて蒸気になる。また、第2のガスクーラ28を備
えており、このガスクーラ28にはラジアル圧縮機15
からガスタービン20へ送られる燃料ガスの一部が、燃
料ガス供給管19から分岐された分岐管32により送ら
れ、冷却されたのち、予熱装置13で予熱された燃料ガ
スに混合され、軸流圧縮機14に供給される。また、発
電機24により発電された電気は、変圧器33で高電圧
化され、鉄塔34間に架設された電線で所要の電力消費
地へ送電される。なお、本例のコンバインドサイクル発
電プラント10’も基本的に高炉用発電プラントであ
り、溶融還元プラント1からの排ガスに不活性ガスとし
ての窒素を適量混合するようにしたところが相違する。
そして、本例の排ガスエネルギー回収設備では、結果的
に排ガスのエネルギー回収効率は46%に達した。 (他の実施例) 上記実施例では、不活性ガスとして窒素を用いた
が、窒素以外の例えば、アルゴンあるいはヘリウムを使
用することもできる。In addition, the steam turbine 23 includes a condenser 23
After the steam used in the steam turbine 23 is condensed in the condenser 23a to form water droplets and is sent from the feed pipe 27 to the gas cooler 17 via the feed pump 26, It is sent to the exhaust heat recovery boiler 21 and exchanges heat with exhaust gas to become steam. Further, a second gas cooler 28 is provided, and this gas cooler 28 has a radial compressor 15.
A part of the fuel gas sent to the gas turbine 20 from the fuel gas is sent by a branch pipe 32 branched from the fuel gas supply pipe 19, cooled, mixed with the fuel gas preheated by the preheating device 13, It is supplied to the compressor 14. Further, the electricity generated by the generator 24 is converted to a high voltage by the transformer 33 and transmitted to a required power consuming area by an electric wire installed between the steel towers 34. The combined cycle power plant 10 ′ of this example is also basically a blast furnace power plant, and differs in that an appropriate amount of nitrogen as an inert gas is mixed into the exhaust gas from the smelting reduction plant 1.
And in the exhaust gas energy recovery equipment of this example, the energy recovery efficiency of the exhaust gas reached 46% as a result. (Other Embodiments) In the above embodiment, nitrogen is used as the inert gas. However, other than nitrogen, for example, argon or helium can be used.
【0034】 溶融還元プラント1は、予備還元炉3
を備えないタイプ、いいかえれば溶融還元炉2だけを備
えたタイプであっても、実施可能である。ただし、この
場合には、排ガスの低位発熱量が非常に高く、ガス排出
流量もかなり多いので、混合すべき不活性ガスの量を増
大させ、かつLHV総計がCCPPに適合するよう(例
えば、277,660,300kcal/h前後)に流量を調整する必
要がある。The smelting reduction plant 1 includes a preliminary reduction furnace 3
However, the present invention can be applied to a type having no smelting reduction furnace 2, in other words, a type having only the smelting reduction furnace 2. However, in this case, since the lower heating value of the exhaust gas is very high and the gas discharge flow rate is considerably large, the amount of the inert gas to be mixed is increased, and the total LHV conforms to the CCPP (for example, 277,660,300 It is necessary to adjust the flow rate to around (kcal / h).
【0035】 上記の表1に示した溶融還元プラント
からの排ガス流量や窒素の混合流量は一例であり、限定
されるものではないことはいうまでもない。しかし、排
ガスの低位発熱量が高い場合にも、高炉用コンバインド
サイクル発電プラントに使用できるようにするために
は、LHVが800〜1,000kcal/Nm3になるよう
に不活性ガスを継続的に混合する必要がある。The flow rate of the exhaust gas from the smelting reduction plant and the mixed flow rate of nitrogen shown in Table 1 above are merely examples, and it goes without saying that they are not limited. However, even when the lower heating value of the exhaust gas is high, in order to be able to use the combined cycle power plant for a blast furnace, the inert gas is continuously supplied so that the LHV becomes 800 to 1,000 kcal / Nm 3. Need to mix.
【0036】[0036]
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明の排ガスエネルギー回収設備には、次のような優
れた効果がある。As is apparent from the above description,
The exhaust gas energy recovery equipment of the present invention has the following excellent effects.
【0037】(1) 溶融還元プラントから発生する排ガ
スのエネルギーを、既に開発され実用化されている高炉
用コンバインドサイクル発電プラントを用いて回収でき
る。またこの結果、従来の燃焼ボイラによる排ガスエネ
ルギーの回収に比べて回収効率を大幅に向上させられ
る。具体的には、回収率が40%未満から45〜46%
に向上する。さらに、専用の発電プラントをあらたに開
発して組み合わせる場合に比べて、開発費や開発に要す
る期間が一切不要で、プラント全体の設備が安価で提供
し得る。しかも、高炉用コンバインドサイクル発電プラ
ントの使用に際して、溶融還元プラントからの排ガスに
不活性ガスとしての窒素を継続的に適量混合するだけで
済むから、柔軟性をもって操業できるとともに、円滑に
発電プラントを使用することができる。そのうえ、溶融
還元プラントのとくに溶融還元炉において操業に必要と
される酸素を空気を原料として製造する際に副産物とし
て生じる窒素を排ガスに混合して使用するので、無駄が
なく、経済的である。また、前記流量調整弁を介して排
ガスに対する窒素の混入量を調整できる。さらに、溶融
還元プラントの排ガスのLHVは高炉用CCPPに適用
可能な排ガスのLHVに比べて高すぎるために、そのま
までは使用することができず、また高炉用CCPPに適
用するにはLHV総計も概ね一致させる必要があるが、
同排ガスを高炉用CCPPに使用できるようになり、結
果的に従来の燃焼ボイラによる排ガスエネルギーの回収
に比べて回収効率を大幅に向上させることができる。さ
らにまた、排ガスに混合される窒素も排ガス予熱装置に
より予熱され、排ガスと窒素は一体に混合された状態の
燃料ガスとなって高炉用コンバインドサイクル発電プラ
ントに供給される。 (1) The energy of the exhaust gas generated from the smelting reduction plant can be recovered using a blast furnace combined cycle power plant that has already been developed and put into practical use. As a result, the recovery efficiency can be greatly improved as compared with the recovery of the exhaust gas energy by the conventional combustion boiler. Specifically, the recovery rate is less than 40% to 45 to 46%
To improve. Further, as compared with a case where a dedicated power generation plant is newly developed and combined, development costs and a period required for development are not required at all, and equipment of the entire plant can be provided at a low cost. Moreover, when using a combined cycle power plant for blast furnaces, it is only necessary to continuously mix an appropriate amount of nitrogen as an inert gas into the exhaust gas from the smelting reduction plant, so that it is possible to operate with flexibility and use the power plant smoothly. can do. In addition, since nitrogen required as a by-product when producing oxygen required for operation in a smelting reduction plant, particularly in a smelting reduction furnace, using air as a raw material is used by mixing it with exhaust gas, there is no waste and economical. In addition, exhaust is performed through the flow control valve.
The amount of nitrogen mixed into the gas can be adjusted. In addition, melting
LHV of exhaust gas from reduction plant is applied to blast furnace CCPP
It is too high compared to the possible exhaust gas LHV,
Unable to use for CCPP for blast furnace
In order to use it, it is necessary to roughly match the total LHV,
The exhaust gas can be used for CCPP for blast furnaces.
Exhaust gas energy recovery by conventional combustion boiler
The collection efficiency can be greatly improved as compared with. Sa
In addition, nitrogen mixed with exhaust gas is also used for exhaust gas preheating equipment.
More preheated, the exhaust gas and nitrogen are mixed
Combined cycle power generation blast furnace for blast furnace
Supplied to the client.
【0038】(2) 請求項2記載の排ガスエネルギー回
収設備では、予備還元炉から排出される排ガスのLHV
が1,300kcal/Nm 3 で、且つ排出流量が212,300Nm 3 /
hである場合に、コンバインドサイクル発電プラントに
必要なLHVに排ガスのLHVを低減させ、かつ同発電
プラントに必要なLHV総計を確保できる。 (2) In the exhaust gas energy recovery system according to the second aspect, the LHV of the exhaust gas discharged from the preliminary reduction furnace is
Is 1,300 kcal / Nm 3 and the discharge flow rate is 212,300 Nm 3 /
h, the combined cycle power plant
Reduce the LHV of exhaust gas to required LHV and generate electricity
The total LHV required for the plant can be secured.
【0039】[0039]
【図1】溶融還元炉と予備還元炉を備えた溶融還元プラ
ントにコンバインドサイクル発電プラントを組み合わせ
た、本発明の実施例に係る排ガスエネルギー回収設備の
全体の概要を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing an overall outline of an exhaust gas energy recovery facility according to an embodiment of the present invention in which a combined cycle power plant is combined with a smelting reduction plant including a smelting reduction furnace and a preliminary reduction furnace.
【図2】コンバインドサイクル発電プラントを溶融還元
プラントに組み合わせた、本発明の第2実施例に係る排
ガスエネルギー回収設備の全体の概要を示す構成図であ
る。FIG. 2 is a configuration diagram showing an overall outline of an exhaust gas energy recovery facility according to a second embodiment of the present invention in which a combined cycle power plant is combined with a smelting reduction plant.
1 溶融還元プラント 2 溶融還元炉 3 予備還元炉 6 酸素製造装置 7 ダクト 8 排出ダクト 10・10' 高炉排ガス用コンバインドサイクル発電プ
ラント 11 集塵装置 12 窒素供給管 13 排ガス予熱装置 14 軸流圧縮機 15 ラジアル圧縮機 16 流量制御弁 17 ガスクーラ 18 蒸気供給管 19 燃料ガス供給管 20 ガスタービン 21 排熱回収ボイラ 23 蒸気タービン 24 発電機 25 減速機構DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Smelting reduction plant 2 Smelting reduction furnace 3 Preliminary reduction furnace 6 Oxygen production device 7 Duct 8 Discharge duct 10 ・ 10 'Combined cycle power plant for blast furnace exhaust gas 11 Dust collection device 12 Nitrogen supply pipe 13 Exhaust gas preheating device 14 Axial compressor 15 Radial compressor 16 Flow control valve 17 Gas cooler 18 Steam supply pipe 19 Fuel gas supply pipe 20 Gas turbine 21 Exhaust heat recovery boiler 23 Steam turbine 24 Generator 25 Reduction mechanism
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−191307(JP,A) 特開 平9−317499(JP,A) 特開 平4−321725(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02C 3/30 F02C 6/00 F02C 9/00 F27D 17/00 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-4-191307 (JP, A) JP-A-9-317499 (JP, A) JP-A-4-321725 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 7 , DB name) F02C 3/30 F02C 6/00 F02C 9/00 F27D 17/00
Claims (2)
を、高炉用コンバインドサイクル発電プラントを介して
エネルギー回収する設備であって、前記排ガスに、前記溶融還元プラントで吹練中に使用さ
れる酸素を製造する酸素製造装置により副産物として発
生する窒素を、流量制御弁を介して前記コンバインドサ
イクル発電プラントに必要なガスエネルギー量(LHV
およびLHV総計)になるように前記窒素の混合量を調
製して混合した後、排ガス予熱装置により予熱して コン
バインドサイクル発電プラントへ供給することを特徴と
する排ガスエネルギー回収設備。1. A facility for recovering energy from exhaust gas generated in a smelting reduction plant through a combined cycle power plant for a blast furnace, wherein the exhaust gas is used during blowing in the smelting reduction plant.
Oxygen production equipment that produces
The generated nitrogen is supplied to the combined combiner through a flow control valve.
Gas energy amount (LHV) required for cycle power plant
And the total amount of LHV).
An exhaust gas energy recovery facility characterized in that after being manufactured and mixed, it is preheated by an exhaust gas preheating device and supplied to a combined cycle power plant.
ともにその排ガスを利用する予備還元炉を備え、該予備還元炉から排出される排ガスのLHVが1,300kca
l/Nm 3 で、且つ排出流量が212,300Nm 3 /hであり、 前記酸素製造装置から生じる窒素を94,360Nm 3 /hほ
ど前記排ガスに継続的に混合して前記コンバインドサイ
クル発電プラントへ供給することにより、同排ガスのL
HVが900kcal/Nm 3 で導入流量が306,660Nm 3 /hに
なるように排ガスのLHVおよび単位時間当たりの導入
量をそれぞれ調製して前記発電プラントが必要とするL
HV総計(275,150,592kcal/h)を充足させる 請求項
1記載の排ガスエネルギー回収設備。2. The smelting reduction plant includes a smelting reduction furnace and a pre-reduction furnace using the exhaust gas, and the LHV of the exhaust gas discharged from the pre-reduction furnace is 1,300 kca.
In l / Nm 3, and a discharge flow rate 212,300Nm 3 / h, the nitrogen originating from the air separation unit 94,360Nm 3 / h ho
Continuously mixed with the exhaust gas
By supplying the exhaust gas to the power plant.
HV is 900 kcal / Nm 3 and introduction flow rate is 306,660 Nm 3 / h
LHV of exhaust gas and introduction per unit time
The amount of L required by the power plant
The exhaust gas energy recovery system according to claim 1 , wherein the total HV (275,150,592 kcal / h) is satisfied .
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JP11224285A JP3126705B1 (en) | 1999-08-06 | 1999-08-06 | Exhaust gas energy recovery equipment |
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JP11224285A JP3126705B1 (en) | 1999-08-06 | 1999-08-06 | Exhaust gas energy recovery equipment |
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JP3126705B1 true JP3126705B1 (en) | 2001-01-22 |
JP2001050059A JP2001050059A (en) | 2001-02-23 |
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---|---|---|---|
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