JPH03236593A - 冶金炉の排熱回収装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、溶融還元炉や転炉、高炉等冶金炉から関嘗久
的に発生する排ガスの保有熱紮回収する冶金炉の排熱回
収装置及び方法に関する。

〔従来の技術〕

冶金炉１例えば転炉において、多量に発生する排ガスは
、高温であり多量の熱を保有しているため、この保有熱
を回収し、これをたとえば発電用として有効に利用する
ことが従来から行われている。

これらの排ガスの保有熱の回収方式としては。

例えば転炉の場合には、その上部の排ガスダクト内にボ
イラーチューブを配置し、排ガス中のＣ０１Ｈ，ガス金
排ガスダクト内で強制燃焼とせ排ガスと燃焼ガスの保有
熱をボイラーチューブ内ｔ−流通する水金媒体とし蒸気
として回収する方式が代表的なものである。

第３図は、この従来の転炉の場合の排熱回収方法を実施
する設備構成例を示す。すなわち、転炉１炉口の上部に
排ガスダクト２が配設でれて訃り。

この排ガスダクト２内には蒸発器３が設けられ、この蒸
発器３に水を供給して熱交換によりこ？ｌ−ｉｌ−化し
、気水分離ドラム６に導き、ここで蒸気と水に分離し、
気水分離ドラム６中の水蒸気會排ガスダクト２内に設け
た。過熱器ＳＨに通す。ここでこの水蒸気は、排ガスの
熱によって更に加熱されて、過熱蒸気として発電用蒸気
タービン等のエネルギー変換器（図示せず）に送られ例
えば電力として回収することができるようになっている
。

（鉄と鋼　第６４年（１９７８）第１３号第１８６５〜
１８６８頁参照）。

〔発明が解決しようとする課題） 一般に、この転炉はもとより溶融還元炉等の冶金炉に１
いては、排ガスの発生は間駄的であり、排ガスが発生し
ダクトを流れているときと、そうでないときとでは、過
熱基金通過てろ水蒸気の量及び温度が極端に異なる。

たとえば、冶金炉からの排ガスがダクト音光れていると
き、蒸発器に供給された水は排ガスの保有熱によって充
分に加熱され、気水分離ドラムを経て必要とする量及び
温度の水蒸気が得られる。

過熱器金縁てこの水蒸気は排ガスダクトに設けられた過
熱器で排ガスの保有熱により過熱゛蒸気として例えば蒸
気タービンに供給することかできる。

しかし冶金炉で排ガスの発生か無い、るるいは少ない場
合には、蒸発器内に供給されている水に対する加熱が不
充分とな９水蒸気発生量が大幅に減少する。又、過熱器
の過熱能力も大幅に低下するので気水分離ドラムから過
熱器を経て得られる過熱蒸気量が大幅に減少し１例えば
発電用蒸気タービン金連続運転することか出来なくなる
。

又、このような状態から冶金炉で多量の排ガスが発生し
排ガスがダクト音光れると、過熱器が急激に過熱てれ、
オたいわゆるウオーターンマー現象を生じ、過熱器に大
きな熱的及び機械的な衝撃が加わる。その結果、過熱器
全構成している配管の寿命が短かくなることは勿論、水
蒸気洩れ等のトラブルが発生する原因となる。

そこで、量販的に発生する排ガスに対しては飽和蒸気で
の回収にとどめ、その発生変動に対してはアキュムレー
タを組み込むことで平均化を図ることが考えられる。し
かし、この場合、排ガスが利用とれる時点では低圧の飽
和蒸気となってし１い１発電用蒸気タービン全駆動する
ことは効率の低下を招き損失となる。

″また、補助燃料焚きバーナを排ガスダクトに付設し、
冶金炉から排ガスが発生していない場合に。

この補助燃料焚きバーナによって得られた燃焼ガスを、
排ガスダクトに設ｆｊ７’（過熱器に供給することが考
えられる。しかし、補助燃料の燃焼によって生成した排
ガスが、冶金炉からの発生ガス中に混入するため、従来
の技術として紹介した事例のように冶金炉発生ガス金燃
焼とせて、発生ガスの顕熱に加えて、その化学エネルギ
ーとしての潜熱１でも、水蒸気の熱エネルギーとして回
収する場合にｐいては問題がないが、冶金炉発生ガスの
顕熱のみ水蒸気の熱エネルギーとして回収し、その潜熱
である化学エネルギーは、別途活用するためにこの排ガ
ス金回収する場合において、回収利用性が低下する等の
問題かめる。

そこで、本発明者等は、冶金用炉の排ガスダクトと別系
統に燃料焚きボイラー′ｆｒ：設け、−ｆ：の燃焼ガス
通路に過熱器全般けると共に、熱回収装置全般けてここ
で発生した水蒸気を冶金炉からの排ガス発生量、即ち、
排ガスダクトの熱回収装置からの水蒸気発生量に応じて
、所要量過熱器に供給することより、冶金用炉からの排
ガス発生が間３７Ｌ的であっても、過熱器を経て過熱蒸
気を発電用蒸気タービンに安定供給することかできるよ
うにすること金目的として、先に特願昭６３−７８３６
７号出願の発明全提案した。しかし、この発明にｐいて
は、冶金炉の排ガスダクト内に過熱器が配設されている
ために、冶金炉からの排ガス発生の間鳴尺的変動をまと
もに受けるため、前述のような寿命の短命化の問題、過
熱蒸気の温度制御の難しさ、保全対策等種々の問題が残
されている。

本発明はこれらの問題も併せて解消する冶金炉の排熱回
収装置及び方法を提供するものである〇〔課題を解決す
るための手段〕 本発明の第１の発明は、冶金炉の排ガスダクトに水金媒
体とする熱回収装置全段け、水を冶金炉の排ガスの保有
熱により蒸気としこの蒸気金気水分離ドラム、過熱器金
経て過熱蒸気として回収する装置に１いて、前記冶金炉
の排ガスダクトに過熱器を設けず、その系外に燃焼炉を
設けてその燃焼ガス通路に過熱器と水音媒体とする熱回
収装置を設け、該熱回収装置と前記気水分離ドラム間に
水蒸気通路音形成すると共に、該気水分離ドラムからの
水蒸気回収四路を前記過熱器に接続したことを特徴とす
る冶金炉の排熱回収装置でろり１本発明の第２の発明は
、前項の冶金炉の排熱回収装置において、該冶金炉の排
ガスダクトの熱回収装置から気水分離ドラムに供給され
る水蒸気量に応じて過熱器に供給でれる蒸気量が設定範
囲内になるように前記燃ψ炉に釦ける溶炉条件、過熱器
の注水量全制御すること金特徴とする冶金炉の排熱回収
方法である。

又第３の発明は、冶金炉の排ガスダクトに水金媒体とす
る熱回収装置金設けると共に、この熱回収装置からの水
蒸気全気水に分ＩＩＩＩＩする第１の無水分１１Ｍドラ
ム４設け、前記冶金炉の排ガスダクトには過熱器を設け
ず、その系外に燃焼炉を設けてその燃焼排ガス通路に過
熱器を設けると共に水を媒体とする熱回収装＃を設けこ
の熱回収装置からの水蒸気を気水に分離する第２の気水
分離ドラムに導き、該第２の気水分離ドラムと前記第１
の気水分離ドラムからの水蒸気回収回路上前記燃焼炉の
蛤焼ガス通路の過熱器に接続したことを％微とする冶金
Ｖの排熱回収装置。

第４の発明は、第３の発明に）いて前項の冶金炉の御熱
圓収装置に分いて、前記排ガスダクトの熱回収装置から
第１の気水分離器に供給の水蒸気量に応じて過熱器に供
給される過熱蒸気が設定された範囲内になるように前記
燃焼炉の燃焼条件および該燃焼炉の熱回収装置の給水量
を制御して該燃焼炉の熱回収装置からの水蒸気発生量を
制御して第２の気水分離ドラムを経て前記第１の気水分
離ドラムからの蒸気と混合して過熱器に供給し。

該過熱器にかいて注水量全制御して所定の過熱蒸気を回
収することを特徴とする冶金炉の熱回収方法である。

〔作用〕

本発８Ａにおいては、冶金炉で排ガスか発生しておらず
、戚いは発生していてもその量が少なく排ガスダクトの
熱回収装置からの水蒸気発生量か少ない場合には、別系
の燃焼炉の熱回収装置で得られた水蒸気上適量混合して
過熱器に供給し過熱されて得られる過熱蒸気量および温
度を例えば蒸気タービンの連続運転に最適な範囲に安定
維持することかできる。又、過熱器は冶金炉の排ガスダ
クトと別系の安定的な燃焼が行われる燃焼炉の燃焼ガス
通路に設けられてか夕、とらに、この過熱器に供給され
る水蒸気量の変動中を小さくできるので燃焼炉の過熱器
に急激な機械的、熱的衝撃が加わらない状態を維持でき
１％に過熱器の寿命を延長しその保全も容易で過熱蒸気
の温度等の制御性も良好でるる。

ｔた。燃焼炉の燃焼ガス通路は、冶金炉の排ガスダクト
とは別系統になっているため燃焼排ガスか冶金炉排ガス
に混入することがなく冶金炉の排ガスの成分に影響全島
えることなくその顕熱を回収後この排ガスの有効成分を
効率的に回収することができる。

〔実施例〕

以下１図面を参照しながら、実施例により本発明の特徴
を具体的に説明する。

第１図は１本発明を転炉排ガスの排熱回収に適用した例
に於ける排熱回収設備の概要を示す。

転炉１から排出される排ガスは、排ガスダクト２によっ
て収集される。この排ガスダクト２には。

蒸発器３、補助蒸発器４及びエコノマイザ−５等からな
る熱回収装置が配設されその上方には上記熱回収装置か
らの水蒸気全気水に分離するための気水分離ドラム６が
設けられている。

そして、この排ガスダクト２の系外には、炉焼炉として
燃料焚ボイラー７が付設されておジ、この燃料焚きボイ
ラー７には水を媒体とする熱回収装置が設けられている
。この燃料焚ボイラー７は。

石炭１石油、天然ガス等の燃料の燃焼熱で、蒸発器８に
供給された水を水蒸気化する。なか、燃焼熱を効率良く
回収するため、蒸発器８の近くに補助蒸発器９、エコノ
マイザ−１０が付設されてかりこれらの熱回収装置によ
って得られた水蒸気は。

前述の排ガスダクト２側に設けた気水分離ドラム６に導
かれる。この気水分離ドラム６で分離された蒸気は、燃
料焚ボイラー７の内に設けた過熱器１１により所定の温
度に調節された後、蒸気タービンに（図示省略）に送ら
れ発電用のエネルギーとして消費される。

″１ｆＣ１気水分離ドラム６で分離された水は、給水管
ＷＯろるいはＷｌｉ経て前記排ガスダクト２側及び燃料
焚ボイラー７側の熱回収装置にそれぞれ供給され熱回収
用媒体として用いられる。

以上の排熱回収設備において、排ガスダクト２側の熱回
収装置にかいては、熱回収用の媒体としての水は、先ず
エコノマイザ−５に供給冨れる。

転炉１で発生した排ガスがダクト２を流れている転炉操
業中にかいてはこの水は排ガスダクト２を冷却し、該排
ガスダクト２ｔ−熱的に保護すると共に転炉１からの排
ガスの保有熱により温水となジ補助蒸発器４、蒸発器３
に供給され、ここで３００℃程度に加熱てれて気水混合
物となる。そして。

この気水温合物は、水蒸気管ＰＯ，ＰｌＫ−経て気水分
離ドラム６に送られ、水蒸気と水とに分離される。

一方、　Ｐｆｌ−炉側、即ち燃料焚ボイラー７側にｋい
ても同様に熱回収用の媒体としての水はエコノマイザ−
ｌＯに供給され、燃料焚ボイラー７に釦ける燃焼ガスの
保有熱により、温水となり、補助蒸発器９、蒸発器８に
供給でれここで３００′ｃ程度に加熱でれて気水温合物
となる。

この気水温合物は、水蒸気管Ｐ３．Ｐ４？経て排ガスダ
クト側に設けられた前記気水ドラム６に送られ、ここで
排ガスダクト２側からの気水温合物と混合し、水蒸気と
水とに分離される。

この気水分離ドラム６で分離でれた水蒸気は。

水蒸気回収回路Ｐ５を経由して燃料焚ボイラー７側に設
けられた過熱器１１に送られる。この過熱器１１には、
燃料焚ボイラー７で発生した１０００℃程度の燃焼ガス
が流れてかり気水分離ドラム６から過熱器に供給とれた
水蒸気は、４００℃以上の温度の過熱蒸気となる。気水
分離ドラム６内には圧力計１２が、又過熱器１１には温
度調整用の注水器１３が設げられてかり、気水分離ドラ
ム６内の圧力、過熱器１１の出側の＠度計１４による温
度か適範囲になるように燃料や過Ｍ器１１にシける注水
量等金調整して、過熱器１１からの過熱蒸気の温度（圧
力）を過熱蒸気回収装置とし１の蒸気タービンに供給す
る場合の許容範囲内に維持する。

前述した工うに、転炉１からの排ガスの発生な、一定で
なくかなり大きく変動する。

本発明に訃いては１例えば転炉１で排ガス発生がない場
合にも蒸気タービンに必要な過熱器１１に付設された熱
回収装置の容量、過熱器の容量、即ち燃焼ガスの発生及
び熱回収装置からの水蒸気発生量、２ＩＩ熱蒸気の発生
量の制御中を設定し、転炉からの排ガス発生量の変動に
応じて燃料焚ボイラー７の燃焼条件、熱回収装置への給
水量、過熱器への注水量等を制御するものでるる。

この場合においてよＶ高精度な制ａｔする場合には１例
えば燃料焚ボイラー７に訃ける燃焼系統を主と補助の２
系統設け、主燃焼系統は過熱器にほぼ一定の燃焼ガスを
供給し、又一定量の水蒸気全発生してこれ金気水分離ド
ラムに供給できる熱回収機能を備え、又補助燃焼系統は
、過熱器の下流側に配［ｔ＃れ１例えば転炉からの排ガ
ス量の上限に相当する燃焼ガス金発生させかつ、転炉排
ガス量が上限の場合の発生水蒸気量に相当する水蒸気全
発生できる熱回収機能を備え、転炉からの排ガス発生量
の変動による水蒸気発生量の変動に応じて、特に補助燃
焼系の燃焼条件全制御して、熱回収装置による水蒸気発
生量全制御することによって、気水分離ドラム内の水蒸
気量全所定の範囲に維持して過熱器への水蒸気量全安定
供給し、過熱器を経て所定量の過熱蒸気全蒸気タービン
に安定供給することができる。

この例においては燃料焚ボイラーの燃焼ガス通路に設け
た過熱器は気水分離ドラムからの水蒸気の温度をタービ
ンに供給する温度まで昇温し、所定温度の過熱蒸気を得
るために機能するためのものであるから常に燃料焚ボイ
ラーの主燃焼系にかいては、そのために必要な燃焼が行
なわれているが、補助燃焼系にかいては転炉排ガス発生
がない場合と、充分な発生がある場合とで燃焼条件を変
えるようにして、転炉排ガスの発生変動に応じて変化さ
せることによって、熱効率を上げることができる。従っ
てこの場合は、燃料焚ボイラーにかいては、過熱器用の
主燃焼系と熱回収装置用、即ち水蒸気発生用の補助燃焼
系を、それぞれ熱効率を考慮して配置する。

このように、これらの実施例にかいては転炉１排ガスダ
クト２に過熱器を設けずに、この排ガスダクト系外に燃
料焚ボイラー７會設置し、その燃焼ガス通路に熱回収装
置と過熱器金設けて、転炉からの排ガス発生か充分でな
いときは、燃料焚ボイラー７に設けた熱回収装置の水蒸
気の発生ｉを増やして、気水分離ドラム全経由して過熱
器に水蒸気を供給するようになっているため転炉１に釦
ける排ガス発生の有無に拘らず、該燃料焚ボイラーにお
ける燃φの制御によって水蒸気全過熱器に安定供給でき
、転ｆの排ガスダクトに設けた場合に比し、急激な熱的
、機械的衝撃を受けることなく、過熱蒸気を安定生成し
これ金発電用蒸気タービンに安定供給することができ、
この過熱蒸気によって蒸気タービンを連続運転すること
かできる。

な釦１以上の実施例においては、転炉排ガスダクト２１
！ｌｌの熱回収装置で発生の水蒸気用の気水分離ドラム
を、燃料焚機ボイラー側の熱回収装置で発生した水蒸気
用の気水分離ドラムとして兼用している。

しかし、これに拘束されることなく、第２図に示すよう
に排ガスダクト２側の気水分離ドラム６（第一）とは別
個に、燃料焚ボイラー７側専用の気水分離ドラム１５（
第二）そ設けてそれぞれの気水分離ドラムからの水蒸気
上混合して水蒸気回収回路Ｐ５ｔ−経て加熱器１１に供
給するようにしても良い。

又、転炉からの排ガス発生量の変動は、気水分離ドラム
内の圧力の変動として把握するようにしているが、これ
に限るものではなく、例えば転炉排ガス発生）６るいは
、該排ガスダクトの熱回収装置から過熱器に至る水蒸気
流路に圧カ計、温度計、Ｉ５！量計、熱量計等を選択的
に設けて、これらによりその測定結果で把握しても良い
。

又、冶金炉としては、転炉に限らず特に酸素の吹込みを
伴う操業金行う溶融還元炉、高炉、電気炉環、多量の高
温排ガスを発生する炉にも適用するものでるる。

〔発明の効果〕

以上に説明したように１本発明に訃いては、バンチ式で
操業される冶金炉で間品疋的に発生する排ガスから熱を
回収する場合において、該排ガスダクトに過熱器を設け
ず冶金炉排ガスダクトの排熱回収系外に設けた燃焼炉に
過熱器と熱回収装置全般け１％に冶金炉排ガスダクトの
排熱回収系からの水蒸気発生が充分でない場合この燃焼
炉の熱回収装置からの水蒸気金増量供給できるようにし
ている。これによって、過熱器には常に所定の水蒸気を
安定供給し、過熱器によって所定の温度の過熱蒸気とし
てこれ全発電用蒸気タービン荷安定供給することかでき
るので、該蒸気タービン等の過熱蒸気回収装置金連続運
転できる。

又、過熱器は冶金炉排ガスダクト系外の燃焼炉に設けら
れており冶金炉排ガスダクトに設けた場合に比し、過熱
器の配管に対する機械的、熱的な衡撃が格段に少なくな
り、過熱器の破損や水洩れ等のトラブルが抑制される。

更に冶金用炉の排ガスダクトと別系統に設けた燃焼炉の
熱回収装置で発生した水蒸気金増量して過熱器に供給し
、又、排ガスの発生がないときには燃焼炉の燃焼ガスで
過熱器に対する熱補給全行っているので、従来の補助燃
料焚きの場合のように排ガスの成分が変動することがな
く、保有熱回収後の排ガスに金管れているＣＯ，Ｈ，等
の有効成分を高純度で回収することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明金転炉ガスの排熱回収に適用した実施例
の説明図、第２図は本発明の他の実施例の説明図、第３
図は従来の排熱回収設備例の説明図でめる０ ＩＦ１転炉、２は排ガスダクト、３は蒸発器、４は補助
蒸発器、５はエコノマイザ−６Ｆｉ気水分離ドラム、７
は燃料焚ボイラー　８は蒸発器、９は補助蒸発器、１０
はエコノマイザ−１１ｉｉ過熱器。 １２は圧力計、１３ｉ！注水器、１４は温度計、１５は
第２気水ドラム、ＰＯ，Ｐｉ、Ｐ２．Ｐ３．Ｐ４は水蒸
気管。 Ｐ５は水蒸気回収回路、ＷＯ，ＷＩＦｉ給水管、ｓｐは
水蒸気回収水路。 特許出　願人　新日本製鉄株式会社

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）冶金炉の排ガスダクトに水を媒体とする熱回収装
   置を設け、水を冶金炉の排ガスの保有熱により蒸気とし
   、この蒸気を気水分離ドラム、過熱器を経て過熱蒸気と
   して回収する冶金炉の排熱回収装置において、前記冶金
   炉の排ガスダクトに過熱器を設けず、その系外に燃焼炉
   を設けてその燃焼ガス通路に過熱器と水を媒体とする熱
   回収装置を設け、該熱回収装置と前記気水分離ドラム間
   に水蒸気通路を形成すると共に、該気水分離ドラムから
   の水蒸気回収回路を前記過熱器内を経由して過熱蒸気回
   収装置に接続したことを特徴とする冶金炉の排熱回収装
   置。
2. （２）前記請求項（１）の冶金炉の排熱回収装置におい
   て、該冶金炉の排ガスダクトの、熱回収装置から気水分
   離ドラムに供給される水蒸気量の変化に対して過熱器に
   供給される蒸気量が設定範囲内になるように前記請求項
   （１）の燃焼炉における燃焼条件、該燃焼炉の熱回収装
   置の給水量、過熱器の注水量を制御することを特徴とす
   る冶金炉の排熱回収方法。
3. （３）冶金炉の排ガスダクトに水を媒体とする熱回収装
   置を設けると共に、この熱回収装置からの水蒸気を気水
   に分離する第１の気水分離ドラムを設け、前記冶金炉の
   排ガスダクトには過熱器を設けず、その系外に燃焼炉を
   設けてその燃焼ガス通路に過熱器を設けると共に水を媒
   体とする熱回収装置と、この熱回収装置からの水蒸気を
   気水に分離する第２の気水分離ドラムを設け、該第２の
   気水分離ドラムと前記第１の気水分離ドラムからの水蒸
   気回収回路を、前記燃焼炉の燃焼排ガス通路の過熱器に
   接続したことを特徴とする冶金炉の排熱回収装置。
4. （４）前記請求項（３）の冶金炉の排熱回収装置におい
   て、第１の気水分離ドラムにて分離される供給の水蒸気
   量に応じて過熱器に供給される過熱蒸気が設定された範
   囲内になるように前記請求項（３）の燃焼炉の燃焼条件
   、該燃焼炉の熱回収装置の給水量を制御して第２の気水
   分離ドラムからの水蒸気発生量を制御し、これを前記第
   １の気水分離器からの蒸気と混合して過熱器に供給し、
   該過熱器において注水量を制御して所定の過熱蒸気を発
   生させることを特徴とする冶金炉の排熱回収方法。