説明

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

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。

【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

【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。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公表番号】特表2010−511837(P2010−511837A)
【公表日】平成22年4月15日(2010.4.15)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−540176(P2009−540176)
【出願日】平成19年12月17日(2007.12.17)
【国際出願番号】PCT/KR2007/006605
【国際公開番号】WO2008/075870
【国際公開日】平成20年6月26日(2008.6.26)
【出願人】(592000691)ポスコ (130)
【出願人】(301041586)シーメンス・ファオアーイー・メタルズ・テクノロジーズ・ゲーエムベーハー・ウント・コ (41)
【Fターム(参考)】