JP3048971B2 - Exhaust heat recovery device - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は排熱回収装置に関
し、特に、大量の熱エネルギーを使用する製鉄プラント
に関連するプロセスにおいて発生する熱を有効に回収す
ることができる装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exhaust heat recovery apparatus, and more particularly to an apparatus capable of effectively recovering heat generated in a process related to a steelmaking plant using a large amount of thermal energy.
【０００２】[0002]
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】一般
的に鋼の製造は、高炉により鉄鉱石を銑鉄に転化し、そ
の後、平炉または転炉などにより銑鉄を鋼に転化する工
程からなっているが、このような伝統的な製法は、必要
なエネルギー、設備規模、およびコスト等が大きなもの
になるため、小規模の製鋼には、直接製鉄により鉄鉱石
を製鋼炉原料（固体）に転化し、この製鋼炉原料を電気
炉等により溶融鋼に転化する工程からなる方法が採用さ
れている。かかる直接製鉄には、鉄鉱石を還元鉄に転化
する直接還元法があるが、この方法で製造される還元鉄
は反応活性が強く、大気中の酸素と反応して発熱するた
め、輸送、貯蔵には不活性ガスによるシール等の手当が
必要になる。このため、反応活性が低く、容易に輸送、
貯蔵が可能で、比較的高パーセンテージの鉄を含有する
鉄カーバイドが、近年、電気炉等による製鋼原料として
使用されつつある。BACKGROUND OF THE INVENTION Generally, the production of steel comprises the steps of converting iron ore to pig iron in a blast furnace and then converting pig iron to steel in a flat furnace or a converter. However, such a traditional manufacturing method requires large amounts of energy, equipment scale, and cost. Therefore, for small-scale steelmaking, iron ore is converted directly into steelmaking furnace raw material (solid) by direct ironmaking. A method of converting the raw material of the steelmaking furnace into molten steel by an electric furnace or the like is employed. In such direct iron production, there is a direct reduction method for converting iron ore to reduced iron. However, the reduced iron produced by this method has a strong reaction activity and reacts with oxygen in the atmosphere to generate heat, so that it is transported and stored. Requires a treatment such as sealing with an inert gas. For this reason, the reaction activity is low, easy transportation,
Iron carbide, which is storable and contains a relatively high percentage of iron, has recently been used as a raw material for steelmaking in electric furnaces and the like.
【０００３】かかる鉄カーバイドを製造する従来のプロ
セスは、鉄鉱石を粉体にして流動層式反応器に充填し、
還元ガス（水素ガス）と炭化ガス（例えば、メタンガス
など）の混合ガスと所定温度で反応させることで、鉄鉱
石内の鉄酸化物（ヘマタイト（Ｆｅ2Ｏ3）、マグネタイ
ト（Ｆｅ3Ｏ4）、ウスタイト（ＦｅＯ）など）を単一操
作（一つの反応器内に還元および炭化ガスを同時に導入
して行う操作をいう）で還元および炭化させるものであ
る。この種の先行技術としては、特表平６−５０１９８
３号公報に記載のものがある。[0003] A conventional process for producing such iron carbide is to powder iron ore and fill it into a fluidized bed reactor.
By reacting a mixed gas of a reducing gas (hydrogen gas) and a carbonized gas (for example, methane gas) at a predetermined temperature, iron oxide (hematite (Fe 2 O 3 ), magnetite (Fe 3 O 4 )) in iron ore , Wustite (FeO) and the like are reduced and carbonized in a single operation (referring to an operation performed by simultaneously introducing reduction and carbonization gas into one reactor). As this kind of prior art, Japanese Patent Publication No. Hei 6-50198 is disclosed.
There is one described in Japanese Patent Publication No.
【０００４】この流動層式反応器における反応は一般的
に約６００℃、５気圧で行われており、反応器から排出
される高温の鉄カーバイド製品をそのまま輸送、貯蔵す
ると、その間に二次的な反応（例えば、製品中のＦｅの
再酸化現象）が進行するという不都合が生じることがあ
る。そのため、反応器から排出される鉄カーバイド製品
は、冷却器において一定温度（約１００℃以下）に冷却
される。しかし、約６００℃から約１００℃以下に冷却
するに際して大量の熱が冷却媒体（水または不活性ガ
ス）によって持ち去られているが、この熱を有効に利用
する方法は提案されていない。[0004] The reaction in this fluidized bed reactor is generally carried out at about 600 ° C. and 5 atm. When the high-temperature iron carbide product discharged from the reactor is transported and stored as it is, secondary reaction occurs during that time. In some cases (eg, reoxidation of Fe in the product). Therefore, the iron carbide product discharged from the reactor is cooled to a constant temperature (about 100 ° C. or lower) in the cooler. However, a large amount of heat is removed by a cooling medium (water or an inert gas) when cooling from about 600 ° C. to about 100 ° C. or less, but no method for effectively using this heat has been proposed.
【０００５】例えば、この種の排熱回収装置として、米
国特許第５４７４２８０には、図４に示すような装置が
開示されている。同装置の構成を簡単に説明すると、４
１は流動層反応炉、４２はサイクロンスクラバー、４３
は熱交換器、４４はベンチュリスクラバー、４５はパッ
クドスクラバー、４６はコンプレッサー、４７は水素プ
ラント、４８はバーナー、４９は予熱炉、５０は鉱石予
熱器、５１は燃焼空気予熱器、５２は鉱石加熱器であ
る。このように構成される排熱回収装置において、流動
層反応炉４１から排出される高温のダーティガスはサイ
クロンスクラバー４２においてガス中の微粉を分離回収
された後、スクラバー４４、４５を経て清浄化されたク
リーンガスと熱交換器４３において熱交換をする。その
結果、クリーンガスは高温のダーティガスの熱を付与さ
れて一定の温度に昇温されるが、その温度だけではまだ
不足であるため、予熱器５１で予熱された燃焼空気と燃
料ガス供給設備５３から供給される燃料ガスをバーナー
４８で燃焼させて得た熱を付加されたクリーンガスが流
動層反応炉４１に供給される。以上説明したように、こ
の排熱回収装置は、流動層反応炉から排出されるガスの
熱量だけではプロセスガスの予熱に不足であるから、バ
ーナーにおける付加的な燃焼熱が必要であるという欠点
がある。For example, US Pat. No. 5,474,280 discloses an exhaust heat recovery apparatus of this type as shown in FIG. Briefly describing the configuration of the device, 4
1 is a fluidized bed reactor, 42 is a cyclone scrubber, 43
Is a heat exchanger, 44 is a venturi scrubber, 45 is a packed scrubber, 46 is a compressor, 47 is a hydrogen plant, 48 is a burner, 49 is a preheating furnace, 50 is an ore preheater, 51 is a combustion air preheater, and 52 is ore heating. It is a vessel. In the exhaust heat recovery apparatus configured as described above, high-temperature dirty gas discharged from the fluidized bed reactor 41 is separated and recovered in a cyclone scrubber 42, and then purified through scrubbers 44 and 45. The heat exchange is performed in the heat exchanger 43 with the clean gas. As a result, the clean gas is given the heat of the high-temperature dirty gas and is heated to a certain temperature. However, the temperature is still insufficient, so the combustion air preheated by the preheater 51 and the fuel gas supply equipment The clean gas to which the heat obtained by burning the fuel gas supplied from 53 by the burner 48 is added is supplied to the fluidized bed reactor 41. As described above, this exhaust heat recovery apparatus has a drawback that additional combustion heat in the burner is necessary because the calorific value of the gas discharged from the fluidized bed reactor is not sufficient for preheating the process gas. is there.
【０００６】また、図５（ａ）に示すように、熱交換器
６１内に上方から高温の製品Ｐを投入し、図５（ｂ）に
示すように、熱交換器内に設置した冷却チューブ６２内
を上方から下方に向けて落下する製品Ｐと、冷却チュー
ブ外側を下方から上方に向けて流通する冷却水Ｗとを熱
交換させるか、または、図５（ｃ）に示すように、熱交
換器内に設置した冷却パネル６２内を下方から上方に向
けて流通する冷却水Ｗと、上方から下方に向けて落下す
る高温製品Ｐとを熱交換させることにより、下部側方か
ら供給される低温の水を上部側方から熱水として取り出
し、熱交換器６１の底部から低温製品を取りだす構成の
排熱回収装置が知られている。ところが、この排熱回収
装置の場合、冷却チューブまたは冷却パネル６２は上部
固定板６３と下部固定板６４で拘束されているので、シ
ェルに伸縮継手６５を設けても、冷却水と高温製品との
温度差に基づいて発生する熱応力を完全には吸収するこ
とができず、冷却チューブまたは冷却パネル６２が徐々
に変形したり、破損することがある。また、粉粒体の圧
力を減圧せしめながら且つマテリアルシールをすると
き、ブロッキング、噴流化を生じない構造が求められ
る。Further, as shown in FIG. 5 (a), a high-temperature product P is put into the heat exchanger 61 from above, and as shown in FIG. 5 (b), a cooling tube installed in the heat exchanger 61 Heat is exchanged between the product P, which falls inside the inside of the cooling tube 62 from the upper side to the lower side, and the cooling water W, which flows outside the cooling tube from the lower side to the upper side, or as shown in FIG. Heat exchange is performed between the cooling water W flowing from the lower side to the upper side in the cooling panel 62 installed in the exchanger and the high temperature product P falling from the upper side to the lower side, so that the cooling water W is supplied from the lower side. There is known an exhaust heat recovery device configured to take out low-temperature water as hot water from the upper side and take out low-temperature products from the bottom of the heat exchanger 61. However, in the case of this exhaust heat recovery apparatus, since the cooling tube or cooling panel 62 is restrained by the upper fixed plate 63 and the lower fixed plate 64, even if the expansion joint 65 is provided in the shell, the cooling water and the high-temperature product are not separated. The thermal stress generated based on the temperature difference cannot be completely absorbed, and the cooling tube or the cooling panel 62 may be gradually deformed or damaged. In addition, a structure that does not cause blocking or jetting when a material seal is performed while reducing the pressure of the granular material is required.
【０００７】本発明は従来の技術の有するこのような問
題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、熱発
生プラントで製造される高温製品の保有熱あるいは熱発
生プラントから排出される高温排ガスの保有熱を有効に
利用することができる、簡単な構成の排熱回収装置を提
供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and has as its object to retain heat of a high-temperature product manufactured in a heat generating plant or to be discharged from the heat generating plant. It is an object of the present invention to provide an exhaust heat recovery apparatus having a simple configuration that can effectively use the heat possessed by high-temperature exhaust gas.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の要旨は、熱発生プラントで製造された高温製
品または高温排ガスと熱交換器内を流通する冷却媒体と
を熱交換させ、高温製品または高温排ガスの保有熱を過
熱蒸気等のエネルギーに変換し、各種機器の駆動に利用
することができる。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the gist of the present invention is to exchange heat between a high-temperature product or high-temperature exhaust gas produced in a heat generating plant and a cooling medium flowing in a heat exchanger. The heat possessed by high-temperature products or high-temperature exhaust gas is converted into energy such as superheated steam and can be used for driving various devices.
【０００９】すなわち、本発明の要旨は、反応炉から高
温で且つ加圧状態から減圧されて排出される粉粒体を冷
却媒体により間接的に冷却して上記粉粒体の保有熱を回
収する装置であって、反応炉に後続して粉粒体冷却器を
設置し、この冷却器内を移動流下する粉粒体を冷却する
ために冷却器内に冷却媒体の流通する複数段の熱交換器
を設置し、この熱交換器を構成する伝熱管が水平且つ千
鳥配列の単一あるいは複数のＵ字状管であることを特徴
とする排熱回収装置を第一の発明とし、反応炉から排出
される高温の粉粒体の保有熱を回収する装置であって、
反応炉に後続して、上段、中段および下段の３段からな
る流動層式冷却器を設置し、この各段流動層式冷却器の
ガス循環経路内に冷却媒体の流通する熱交換器を設置し
たことを特徴とする排熱回収装置を第二の発明とし、鉄
カーバイドを製造する設備の反応ガスの加熱炉または予
熱炉から排出される高温のガスを冷却媒体により間接的
に冷却して上記排ガスの保有熱を回収する装置であっ
て、加熱炉または予熱炉の排ガスダクト中に試運転用ガ
スバーナーに後続して冷却媒体の流通する複数段の熱交
換器群を設置し、回収した排熱で過熱蒸気を発生し、反
応ガスの循環ガスの駆動用タービンに使用することを特
徴とする排熱回収装置を第三の発明とする。That is, the gist of the present invention is to recover indirectly a particulate material discharged from a reactor at a high temperature and a reduced pressure from a pressurized state by a cooling medium to recover the retained heat of the particulate material. An apparatus, in which a particulate cooler is installed subsequent to the reaction furnace, and a plurality of stages of heat exchange in which a cooling medium flows through the cooler to cool the particulates moving down the cooler. The first invention is a waste heat recovery device characterized in that the heat transfer tubes constituting the heat exchanger are horizontal or staggered single or plural U-shaped tubes, A device for recovering the retained heat of the discharged high-temperature granular material,
Following the reactor, a fluidized bed cooler consisting of three stages, an upper stage, a middle stage, and a lower stage, is installed, and a heat exchanger through which a cooling medium flows is installed in the gas circulation path of each stage of the fluidized bed cooler. The second aspect of the present invention is directed to an exhaust heat recovery apparatus characterized in that the high-temperature gas discharged from a heating furnace or a preheating furnace of a reaction gas of a facility for manufacturing iron carbide is indirectly cooled by a cooling medium using a cooling medium. This is a device that recovers the retained heat of exhaust gas, and installs a multi-stage heat exchanger group through which a cooling medium flows after the test gas burner in the exhaust gas duct of the heating furnace or preheating furnace, and recovers the recovered exhaust heat. A third aspect of the present invention is directed to a waste heat recovery apparatus characterized in that superheated steam is generated in the exhaust gas and used for a turbine for driving a circulating gas of a reaction gas.
【００１０】上記のように構成される本発明によれば、
以下のようにして排熱を回収することができる。According to the present invention configured as described above,
Exhaust heat can be recovered as follows.
【００１１】第一の発明によれば、反応炉から排出され
て粉粒体冷却器内を移動流下する高温の粉粒体は、この
冷却器内に設置した複数段の熱交換器内を流通する冷却
媒体により逐次冷却され、上段の熱交換器ほど高温の保
有熱を回収できるので、上段熱交換器を蒸気過熱用、中
段熱交換器を蒸気発生用、下段熱交換器をボイラー用水
の予熱などに利用することができる。また、熱交換器を
複数段とすることで、管板を分割できるので、管板にか
かる熱応力を軽減することができる。また、伝熱管が水
平且つ千鳥配列であれば、冷却器内を移動流下する粉粒
体の伝熱管表面への接触が交互になされるため、熱交換
効率が向上する。さらに、伝熱管がＵ字状であることに
より、伝熱管の長手方向の伸びが拘束されないため、冷
却器内を移動流下する粉粒体の伝熱管表面への接触が不
均一になったときに生じる伝熱管と管板にかかる熱応力
を軽減できる。According to the first aspect of the invention, the high-temperature powder discharged from the reaction furnace and moved down the particulate cooler flows through a plurality of stages of heat exchangers installed in the cooler. The upper heat exchanger can recover higher retained heat as the upper heat exchanger recovers steam.The upper heat exchanger is used for steam heating, the middle heat exchanger is used for steam generation, and the lower heat exchanger is used for boiler water preheating. It can be used for such purposes. In addition, since the tube sheet can be divided by providing the heat exchanger in a plurality of stages, thermal stress applied to the tube sheet can be reduced. Further, if the heat transfer tubes are horizontal and staggered, the powder particles moving down the cooler alternately come into contact with the surface of the heat transfer tubes, thereby improving the heat exchange efficiency. Furthermore, since the heat transfer tube is U-shaped, the elongation in the longitudinal direction of the heat transfer tube is not constrained, so that the contact between the powder and particles moving down the cooler and the heat transfer tube surface becomes uneven. The resulting thermal stress on the heat transfer tube and the tube sheet can be reduced.
【００１２】また、冷却器内を移動流下する粉粒体が圧
力を減少しつつ冷却されるとき多段の水平且つ千鳥配列
の伝熱管により逐次冷却されるため、単一伝熱管にかか
る下方向の力が分散されて、伝熱管の摩耗を軽減しつつ
均等に圧力を減少させるのに好都合である。Further, when the granular material moving and flowing down in the cooler is cooled while reducing the pressure, the granular material is successively cooled by the multi-stage horizontal and staggered heat transfer tubes. The forces are distributed, which is advantageous for reducing pressure evenly while reducing wear on the heat transfer tubes.
【００１３】また、冷却器内を移動流下する粉粒体が圧
力を減少しつつ冷却されるとき粉粒体空隙にある加圧さ
れたガスが減圧開放されるので、このガスが粉粒体のガ
スの透過許容限度を超えるとき、移動流下する粉粒体と
減圧開放されるガスが分離するので、移動流下する粉粒
体の流動が不安定になることがある。これに対して、減
圧開放されるガスを必要に応じて各段熱交換器ごとまた
は適宜の箇所から系外に放出することにより、そのよう
な粉粒体の流動が不安定になる、いわゆる閉塞や噴流、
あるいはその繰り返しを伴うような不都合な現象を排除
することができる利点がある。[0013] Further, when the granular material moving and flowing down in the cooler is cooled while reducing the pressure, the pressurized gas in the void of the granular material is released under reduced pressure. When the gas permeation limit is exceeded, the moving and flowing powder particles are separated from the gas to be released under reduced pressure, so that the flowing of the moving and flowing powder particles may become unstable. On the other hand, the gas released under reduced pressure is discharged out of the system from each stage heat exchanger or from an appropriate place as necessary, so that the flow of such a granular material becomes unstable. And jets,
Alternatively, there is an advantage that an inconvenient phenomenon involving the repetition can be eliminated.
【００１４】第二の発明によれば、反応炉に後続して、
上段、中段および下段の３段からなる流動層式冷却器を
設置し、この各段流動層式冷却器のガス循環経路内に冷
却媒体の流通する熱交換器を設置することにより、粉粒
体は逐次冷却され、上段の熱交換器ほど高温の保有熱を
回収できるので、上段熱交換器を蒸気過熱用、中段熱交
換器を蒸気発生用、下段熱交換器をボイラー用水の予熱
などに利用することができる。According to the second invention, following the reactor,
By installing a fluidized bed cooler consisting of three stages, an upper stage, a middle stage and a lower stage, and installing a heat exchanger through which a cooling medium flows in the gas circulation path of each stage fluidized bed type cooler, Are sequentially cooled, and the higher the heat exchanger in the upper stage, the higher the retained heat can be recovered.The upper heat exchanger is used for superheating steam, the middle heat exchanger is used for generating steam, and the lower heat exchanger is used for preheating water for boilers. can do.
【００１５】第三の発明によれば、加熱炉または予熱炉
の排ガスダクト中に試運転用ガスバーナーに後続して冷
却媒体の流通する複数段の熱交換器群を設置することに
より、排ガスは逐次冷却され、上段の熱交換器ほど高温
の保有熱を回収できるので、上段熱交換器を蒸気過熱
用、中段熱交換器を蒸気発生用、下段熱交換器をボイラ
ー用水や燃焼空気などの予熱に利用することができる。
また、単一の蒸気発生プラントでは初期駆動用のボイラ
ーを必要とするが、排ガスダクト中に試運転用ガスバー
ナーに後続して冷却媒体の流通する複数段の熱交換器群
を設置することにより、加熱炉の低負荷燃焼運転時にも
試運転用ガスバーナーを燃焼して駆動用蒸気が得られる
ので、このようなボイラー設備は不要であるという利点
がある。According to the third aspect of the present invention, by installing a plurality of heat exchanger groups through which a cooling medium flows after the test gas burner in the exhaust gas duct of the heating furnace or the preheating furnace, the exhaust gas can be sequentially reduced. As the upper heat exchanger is cooled and the higher heat exchanger can recover the higher retained heat, the upper heat exchanger is used for steam superheating, the middle heat exchanger is used for steam generation, and the lower heat exchanger is used for preheating water for boilers and combustion air. Can be used.
In addition, a single steam generation plant requires a boiler for initial drive, but by installing a multi-stage heat exchanger group through which a cooling medium flows after the test gas burner in the exhaust gas duct, Even during the low-load combustion operation of the heating furnace, since the driving steam is obtained by burning the gas burner for trial operation, there is an advantage that such a boiler facility is unnecessary.
【００１６】[0016]
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。図１は本
発明の排熱回収装置の一実施例の概略構成図である。図
１において、流動層反応炉１に後続して粉粒体冷却器２
が設置されており、これらは管路３によって接続されて
いる。流動層反応炉１の底部には多数の小孔が形成され
た分散板４が配設されており、底部の供給ガスダクト５
から炉内に供給された反応ガスは風箱６から分散板４を
経て流動層７に達する。流動層７は１例として２枚の仕
切板８によって３つのチャンバー（７ａ、７ｂ、７ｃ）
に分割されている。９は排ガスダクト、１０は粉粒体原
料（細粒状の酸化鉄）の投入管、１１は粉粒体製品（鉄
カーバイド）の排出口である。なお、分散板４に代え
て、多数のガス吹込孔を有するパイプを格子状に配した
構造のものを使用することもできる。２ａはシール用Ｎ
2 ガスの供給管、２ｂは同Ｎ2 ガスの排出管である。Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of one embodiment of the exhaust heat recovery device of the present invention. In FIG. 1, following a fluidized bed reactor 1, a granular material cooler 2
Are connected, and these are connected by the pipeline 3. At the bottom of the fluidized bed reactor 1, there is disposed a dispersion plate 4 having a large number of small holes formed therein.
The reaction gas supplied from the furnace into the furnace reaches the fluidized bed 7 from the wind box 6 via the dispersion plate 4. The fluidized bed 7 is made up of three chambers (7a, 7b, 7c) by two partition plates 8 as an example.
Is divided into Reference numeral 9 denotes an exhaust gas duct, reference numeral 10 denotes an inlet pipe for a granular material (fine-grained iron oxide), and reference numeral 11 denotes an outlet for a granular product (iron carbide). Instead of the dispersion plate 4, a pipe having a large number of gas injection holes arranged in a lattice can be used. 2a is N for sealing
Two gas supply pipes and 2b are discharge pipes of the same N 2 gas.
【００１７】粉粒体冷却器２内には、多管式の熱交換器
１２が上、中、下の３段にわたって設置されている。各
熱交換器を構成する伝熱管は水平且つ千鳥配列の複数の
Ｕ字状管からなっている。流動層反応炉１において所定
時間の反応を経て鉄カーバイドとなった約６００℃、５
気圧の高温の粉粒体は管路３を経て冷却器２の上部入口
から冷却器内に投入されて上段の熱交換器１２ａ内を流
通する蒸気と熱交換をし、この蒸気は過熱蒸気となって
取りだされ、この過熱蒸気はタービン駆動用等に使用す
ることができる。また、中段の熱交換器１２ｂ内を流通
する熱水は高温の鉄カーバイドの粉粒体と熱交換をして
蒸気となり、上段の熱交換器１２ａの入口蒸気として利
用される。さらに、下段の熱交換器１２ｃ内に供給され
た水は高温の鉄カーバイドの粉粒体と熱交換をして熱水
となり、中段の熱交換器１２ｂの入口熱水として利用さ
れる。かくして、粉粒体冷却器２に投入された約６００
℃の高温の鉄カーバイドの粉粒体は、１００℃以下の低
温の粉粒体となって下部の出口から排出される。このよ
うにして粉粒体冷却器２内で冷却された鉄カーバイドの
粉粒体は、下部のコンベヤ１３あるいはその他の搬送手
段により電気炉等の鉄カーバイド使用設備まで搬送され
る。A multi-tube heat exchanger 12 is provided in the powder / granule cooler 2 in three stages: upper, middle and lower. The heat transfer tubes constituting each heat exchanger are composed of a plurality of horizontal and staggered U-shaped tubes. In a fluidized bed reactor 1, iron carbide was formed at a temperature of about 600 ° C.
The high-temperature granular material at atmospheric pressure is introduced into the cooler from the upper inlet of the cooler 2 through the pipe line 3 and exchanges heat with the steam flowing through the upper heat exchanger 12a. The superheated steam can be used for driving a turbine. Further, the hot water flowing through the middle heat exchanger 12b exchanges heat with the high-temperature iron carbide powder and granules to form steam, which is used as inlet steam of the upper heat exchanger 12a. Further, the water supplied into the lower heat exchanger 12c exchanges heat with the high-temperature iron carbide powder and granules to become hot water, which is used as hot water at the inlet of the middle heat exchanger 12b. Thus, about 600
The iron carbide powder having a high temperature of 100 ° C. is discharged as a low-temperature powder having a temperature of 100 ° C. or less from a lower outlet. The iron carbide powder cooled in the powder cooler 2 in this manner is conveyed to the iron carbide using equipment such as an electric furnace by the lower conveyor 13 or other conveying means.
【００１８】図２は、本発明の排熱回収装置の別の実施
例の概略構成図である。図２において、１４は流動層式
冷却器である。流動層式冷却器１４の下方の粉粒体の供
給管路１５には、上記した流動層反応炉１と同様の構成
の流動層反応炉において所定時間の反応を経て鉄カーバ
イドとなった約６００℃、５気圧の高温の粉粒体が供給
されている。流動層式冷却器１４内には内部サイクロン
などのダストキャッチャー１６が設置されており、流動
層式冷却器１４の頂部からは除塵された高温のガスが排
出される。そして、流動層式冷却器１４の頂部から粉粒
体の供給管路１５に至るガス循環経路１８が形成されて
いる。ガス循環経路１８内の管路１９ａ１９ｂ、１９ｃ
には、それぞれ熱交換器２０、２１、２２が設置されて
いる。流動層式冷却器１４の頂部から排出される高温の
排ガスは、熱交換器２０内を流通する蒸気と熱交換を
し、この蒸気は過熱蒸気となって取りだされ、この過熱
蒸気はタービン駆動用等に使用することができる。ま
た、熱交換器２１内を流通する熱水は高温の排ガスと熱
交換をして蒸気となり、熱交換器２０の入口蒸気として
利用される。さらに、熱交換器２２に供給された水は高
温の排ガスと熱交換をして熱水となり、熱交換器２１の
入口熱水として利用される。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of another embodiment of the exhaust heat recovery apparatus of the present invention. In FIG. 2, reference numeral 14 denotes a fluidized bed cooler. The powder supply line 15 below the fluidized bed cooler 14 is supplied with iron carbide through a reaction for a predetermined time in a fluidized bed reactor having the same configuration as the fluidized bed reactor 1 described above. 5 ° C. and a high pressure of 5 atm are supplied. A dust catcher 16 such as an internal cyclone is installed in the fluidized-bed cooler 14, and high-temperature gas from which dust has been removed is discharged from the top of the fluidized-bed cooler 14. Further, a gas circulation path 18 is formed from the top of the fluidized-bed cooler 14 to the supply line 15 of the granular material. Pipes 19a 19b, 19c in the gas circulation path 18
Are provided with heat exchangers 20, 21, and 22, respectively. The high-temperature exhaust gas discharged from the top of the fluidized-bed cooler 14 exchanges heat with the steam flowing through the heat exchanger 20, and this steam is taken out as superheated steam. It can be used for applications. The hot water flowing through the heat exchanger 21 exchanges heat with high-temperature exhaust gas to form steam, which is used as inlet steam of the heat exchanger 20. Further, the water supplied to the heat exchanger 22 exchanges heat with high-temperature exhaust gas to become hot water, which is used as hot water at the inlet of the heat exchanger 21.
【００１９】熱交換器２０、２１、２２の後方にはスク
ラバ２３が設置されており、スクラバ２３内には水を噴
射する管路２４から水が噴射され、流動層式冷却器１４
の排ガスを冷却して排ガス中のダストが捕集される。こ
の水は管路２５から排出される。かくしてダストを除去
された排ガスは、管路２６から排出された後、一部の排
ガスはガス組成の調整のために必要に応じて管路２７か
ら系外に排出され、残りの排ガスは管路２８、２８ａを
経て粉粒体の供給管路１５まで送給される。また、管路
２８から分岐した管路２８ｂ、２８ｃ、２８ｄが流動層
式冷却器１４の３つのチャンバーに接続されている。管
路２８にはタービン２９で駆動されるブロア３０が配設
されている。また、管路２８には管路３１より適宜Ｎ2
ガスが添加され、必要に応じて流動層式冷却炉１４内の
粉粒体の温度低下が図られる。かくして、流動層式冷却
器１４に供給された約６００℃の高温の鉄カーバイドの
粉粒体は、流動層式冷却器１４内で浮遊・流動しつつ流
動層１４ａ、１４ｂ、１４ｃを形成し、所定時間経過後
に１００℃以下の低温の粉粒体となって管路３２から排
出される。A scrubber 23 is provided behind the heat exchangers 20, 21, and 22. Water is injected into the scrubber 23 from a pipe 24 for injecting water.
Is cooled to collect dust in the exhaust gas. This water is discharged from the pipe 25. The exhaust gas from which dust has been removed in this way is discharged from a pipe 26, then a part of the exhaust gas is discharged from a pipe 27 as necessary for adjusting the gas composition, and the remaining exhaust gas is discharged from a pipe 26. The powder is fed to the supply line 15 of the powder and granules via the pipes 28 and 28a. The pipes 28b, 28c, 28d branched from the pipe 28 are connected to the three chambers of the fluidized bed cooler 14. A blower 30 driven by a turbine 29 is provided in the pipe 28. In addition, the pipe 28 is appropriately changed from the pipe 31 to N 2.
The gas is added, and the temperature of the granular material in the fluidized bed cooling furnace 14 is reduced as necessary. Thus, the iron carbide powder at about 600 ° C. supplied to the fluidized bed cooler 14 forms the fluidized beds 14a, 14b, 14c while floating and flowing in the fluidized bed cooler 14, After a lapse of a predetermined time, the powder becomes a low-temperature granule of 100 ° C. or less and is discharged from the pipe 32.
【００２０】図３は、本発明の排熱回収装置のさらに別
の実施例の概略構成図である。図３において、３３は加
熱炉であり、加熱炉３３へは管路３４から反応ガスが通
入されており、この反応ガスは加熱炉３３内で一定温度
に昇温された後、管路３５を経て、例えば、上記した流
動層反応炉１等の反応炉へ供給されて所定の反応促進に
供される。加熱炉３３の排ガスダクト３６内には、試運
転用ガスバーナー３６ａに後続して熱交換器３７、３
８、３９が設置されている。加熱炉３３の頂部から排出
される約９５０℃の高温のガスは、上記と同様に熱交換
器３７、３８、３９内を流通する冷却媒体（水、空気）
と熱交換をする。すなわち、熱交換器３７内を流通する
蒸気は過熱蒸気として取りだされ、この過熱蒸気はター
ビン駆動用等に使用することができる。また、熱交換器
３８内を流通する水は蒸気として取りだされ、この蒸気
は熱交換器３７の入口蒸気として利用され、さらに、熱
交換器３９に供給された空気は一定温度に予熱されて加
熱炉３３の燃焼用空気として使用される。FIG. 3 is a schematic configuration diagram of still another embodiment of the exhaust heat recovery apparatus of the present invention. In FIG. 3, reference numeral 33 denotes a heating furnace, into which a reaction gas is passed through a pipe 34. The reaction gas is heated to a predetermined temperature in the heating furnace 33, and then is supplied to a pipe 35. Is supplied to a reaction furnace such as the above-described fluidized bed reaction furnace 1 and is used for promoting a predetermined reaction. In the exhaust gas duct 36 of the heating furnace 33, a heat exchanger 37, 3
8, 39 are installed. The high-temperature gas of about 950 ° C. discharged from the top of the heating furnace 33 is supplied with a cooling medium (water, air) flowing through the heat exchangers 37, 38, and 39 in the same manner as described above.
Heat exchange with That is, the steam flowing through the heat exchanger 37 is extracted as superheated steam, and this superheated steam can be used for driving a turbine or the like. Further, water flowing through the heat exchanger 38 is taken out as steam, and this steam is used as inlet steam of the heat exchanger 37, and the air supplied to the heat exchanger 39 is preheated to a certain temperature. It is used as combustion air for the heating furnace 33.
【００２１】次に、本発明の排熱回収装置を用いて実際
に熱交換を行った場合について説明する。Next, a case where heat exchange is actually performed using the exhaust heat recovery apparatus of the present invention will be described.
【００２２】（１）粉粒体冷却器２による熱交換 流動層反応炉１から排出した約６００℃、５気圧の粉粒
体（鉄カーバイド）を２０００ton／day、粉粒体冷却器
２内に装入し、粉粒体冷却器２内に設置した多管式の熱
交換器１２に３２℃の水を１６０００ｍ3／day通入し、
４５℃に昇温して取りだした。そして、粉粒体冷却器２
の下部からは約６０℃の粉粒体を２０００ton／day排出
した。この場合、冷却水に付与される熱量は８．７Ｇca
l ／hourである。このうち、熱交換器１２ではそれぞ
れ、１２ｃでボイラ給水予熱、１２ｂで蒸気発生器、１
２ａで蒸気過熱器として熱交換すれば、８．７Ｇcal ／
hourを過熱水蒸気として回収したことになる。(1) Heat Exchange by Powder Cooler 2 The powder (iron carbide) of about 600 ° C. and 5 atm discharged from the fluidized bed reactor 1 is put into the powder cooler 2 at 2000 tons / day. 16,000 m 3 / day of water at 32 ° C. was introduced into the multi-tubular heat exchanger 12 installed in the granular material cooler 2,
The temperature was raised to 45.degree. And the powder and particle cooler 2
2,000 tons / day of powder at about 60 ° C. was discharged from the lower part of the tube. In this case, the amount of heat given to the cooling water is 8.7 Gca
l / hour. Among them, in the heat exchanger 12, the boiler feedwater preheating is performed at 12c, the steam generator is controlled at 12b,
If heat is exchanged as a steam superheater in 2a, 8.7 Gcal /
This means that hour was recovered as superheated steam.
【００２３】（２）加熱炉３３による熱交換 加熱炉３３には４０Ｇcal／hour の熱量を供給し、この
加熱炉３３の頂部から排出される約９５０℃の排ガスの
保有熱から、熱交換器３７、３８、３９にはそれぞれ、
１０Ｇcal／hour の熱量が付与され、熱交換器３９を出
た後のガス温は約１２０℃となった。熱交換器３９にお
いては、加熱炉３３へ供給する燃焼用空気の予熱が行わ
れ、約３０℃の空気は熱交換器３９において、約２５０
℃に昇温された。また、熱交換器３８においては、約１
０５℃の水は約３１０℃で１００kg／cm2 の蒸気となっ
て排出され、この蒸気は熱交換器３７において、約４５
０℃で１００kg／cm2 の過熱蒸気となって排出された。
このようにして得た過熱蒸気は、例えば、蒸気プラント
におけるタービン駆動用に使用することができる。(2) Heat Exchange by Heating Furnace 33 A heat amount of 40 Gcal / hour is supplied to the heating furnace 33, and the heat exchange of the exhaust gas at about 950 ° C. discharged from the top of the heating furnace 33 is carried out. , 38 and 39 respectively
A heat of 10 Gcal / hour was applied, and the gas temperature after leaving the heat exchanger 39 was about 120 ° C. In the heat exchanger 39, the combustion air supplied to the heating furnace 33 is preheated.
The temperature was raised to ° C. In the heat exchanger 38, about 1
The water at 05 ° C is discharged as steam of 100 kg / cm 2 at about 310 ° C.
It was discharged as superheated steam of 100 kg / cm 2 at 0 ° C.
The superheated steam thus obtained can be used, for example, for driving a turbine in a steam plant.
【００２４】[0024]
【発明の効果】本発明によれば、熱発生プラントで製造
される高温製品の保有熱あるいは熱発生プラントから排
出される高温排ガスの保有熱を有効に利用して蒸気等の
エネルギーを得、この蒸気をタービン駆動用として使用
することにより、最終的に電力エネルギーを得ることが
できる。According to the present invention, energy such as steam is obtained by effectively utilizing the retained heat of a high-temperature product manufactured in a heat-generating plant or the high-temperature exhaust gas discharged from the heat-generating plant. By using the steam for driving the turbine, electric power energy can be finally obtained.
【００２５】特に請求項１記載の発明によれば、伝熱管
が水平且つ千鳥配列であるため、冷却器内を移動流下す
る粉粒体の伝熱管表面への接触が交互になされるので、
熱交換効率が向上し、また、伝熱管がＵ字状であるた
め、伝熱管の長手方向の伸びが拘束されないので、冷却
器内を移動流下する粉粒体の伝熱管表面への接触が不均
一になっときに生じる伝熱管と管板にかかる熱応力を軽
減できる。さらに、冷却器内を移動流下する粉粒体は多
段の水平且つ千鳥配列の伝熱管により逐次冷却されるた
め、単一伝熱管にかかる下方向の力が分散されて伝熱管
の摩耗を軽減しうるという効果がある。そして、粉粒体
空隙から減圧開放されるガスを必要に応じて適宜の箇所
から系外に排出することにより、粉粒体とガスが分離す
ることなく粉粒体の不安定流動を防止することができ
る。In particular, according to the first aspect of the present invention, since the heat transfer tubes are horizontal and in a staggered arrangement, the powder particles moving down the cooler are brought into contact with the surface of the heat transfer tubes alternately.
The heat exchange efficiency is improved, and since the heat transfer tube is U-shaped, the elongation in the longitudinal direction of the heat transfer tube is not restricted, so that the contact of the granular material moving down the cooler with the surface of the heat transfer tube does not occur. The thermal stress applied to the heat transfer tube and the tube sheet generated when the heat transfer becomes uniform can be reduced. Further, since the powder particles moving down the cooler are successively cooled by the multi-stage horizontal and staggered heat transfer tubes, the downward force applied to the single heat transfer tube is dispersed to reduce wear of the heat transfer tubes. There is an effect of getting. By discharging the gas decompressed and released from the voids of the granular material to the outside of the system from an appropriate place as needed, it is possible to prevent unstable flow of the granular material without separating the gas from the granular material. Can be.
【００２６】特に、請求項２記載の発明によれば、流動
層式冷却器が３段からなる場合、上段側の熱交換器を蒸
気過熱用、中段側の熱交換器を蒸気発生用、下段側の熱
交換器をボイラー用水予熱用として、各熱交換器の役割
分担を明確にし、下段側の熱交換器で得られた熱水を中
段側の熱交換器の入口熱水として利用し、中段側の熱交
換器で得られた蒸気を上段側の熱交換器の入口蒸気とし
て利用することにより、極めて合理的且つ効率的に高温
粉粒体の保有熱を利用することができる。また、請求項
３記載の発明によれば、単一の蒸気発生プラントで必要
とされる初期駆動用のボイラー設備が不要であるという
利点がある。In particular, according to the second aspect of the present invention, when the fluidized bed cooler has three stages, the upper heat exchanger is used for superheating steam, the middle heat exchanger is used for generating steam, and the lower heat exchanger is used for generating steam. The heat exchanger on the side is used for boiler water preheating, the role of each heat exchanger is clarified, and the hot water obtained in the lower heat exchanger is used as the inlet hot water for the middle heat exchanger, By using the steam obtained in the middle heat exchanger as the inlet steam of the upper heat exchanger, the retained heat of the high-temperature granular material can be utilized extremely and efficiently. According to the third aspect of the present invention, there is an advantage that a boiler facility for an initial drive required in a single steam generating plant is not required.
【図１】図１（ａ）は本発明の排熱回収装置の一実施例
の概略構成を示す図、図１（ｂ）は多管式熱交換器の正
面図である。FIG. 1 (a) is a diagram showing a schematic configuration of an embodiment of an exhaust heat recovery apparatus of the present invention, and FIG. 1 (b) is a front view of a multi-tube heat exchanger.
【図２】本発明の排熱回収装置の別の実施例の概略構成
を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the exhaust heat recovery device of the present invention.
【図３】本発明の排熱回収装置のさらに別の実施例の概
略構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of still another embodiment of the exhaust heat recovery device of the present invention.
【図４】従来の排熱回収装置の概略構成を示す図であ
る。FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional exhaust heat recovery device.
【図５】図５（ａ）は従来の別の排熱回収装置の概略構
成を示す図、図５（ｂ）はその冷却チューブの拡大側面
図、図５（ｃ）はその冷却パネルの拡大側面図である。5 (a) is a view showing a schematic configuration of another conventional exhaust heat recovery apparatus, FIG. 5 (b) is an enlarged side view of a cooling tube thereof, and FIG. 5 (c) is an enlarged view of a cooling panel thereof. It is a side view.
１…流動層反応炉 ２…粉粒体冷却器 １２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、２０、２１、２２、３
７、３８、３９…熱交換器 １４…流動層式冷却器 １８…ガス循環経路 ３３…加熱炉 ３６…排ガスダクト ３６ａ…試運転用ガスバーナーDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fluidized bed reactor 2 ... Powder cooler 12, 12a, 12b, 12c, 20, 21, 22, 3
7, 38, 39 heat exchanger 14 fluidized bed cooler 18 gas circulation path 33 heating furnace 36 exhaust gas duct 36a gas burner for test operation
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ２８Ｄ 13/00 Ｆ２８Ｄ 13/00 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F28D 21/00 B01J 8/24 C21B 15/00 F27D 17/00 103 F28D 1/00 F28D 13/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 identification code FI F28D 13/00 F28D 13/00 (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) F28D 21/00 B01J 8/24 C21B 15/00 F27D 17/00 103 F28D 1/00 F28D 13/00
Claims (3)
されて排出される粉粒体を冷却媒体により間接的に冷却
して上記粉粒体の保有熱を回収する装置であって、反応
炉に後続して粉粒体冷却器を設置し、この冷却器内を移
動流下する粉粒体を冷却するために冷却器内に冷却媒体
の流通する複数段の熱交換器を設置し、この熱交換器を
構成する伝熱管が水平且つ千鳥配列の単一あるいは複数
のＵ字状管であることを特徴とする排熱回収装置。An apparatus for indirectly cooling a particulate material discharged from a reactor at a high temperature and reduced pressure from a pressurized state by a cooling medium to recover heat retained in the particulate material, A granule cooler is installed following the furnace, and a plurality of stages of heat exchangers through which a cooling medium flows are installed in the cooler to cool the granules moving down the cooler. An exhaust heat recovery apparatus characterized in that the heat exchanger tubes constituting the heat exchanger are horizontal or staggered single or plural U-shaped tubes.
有熱を回収する装置であって、反応炉に後続して、上
段、中段および下段の３段からなる流動層式冷却器を設
置し、この各段流動層式冷却器のガス循環経路内に冷却
媒体の流通する熱交換器を設置したことを特徴とする排
熱回収装置。2. A device for recovering potential heat of the hot particulate material discharged from the reactor, and subsequent to the reactor, on
A fluidized bed cooler consisting of three stages, a middle stage and a lower stage, is installed.
A heat exchanger through which a cooling medium flows in a gas circulation path of the fluidized bed cooler of each stage .
の加熱炉または予熱炉から排出される高温のガスを冷却
媒体により間接的に冷却して上記排ガスの保有熱を回収
する装置であって、加熱炉または予熱炉の排ガスダクト
中に試運転用ガスバーナーに後続して冷却媒体の流通す
る複数段の熱交換器群を設置し、回収した排熱で過熱蒸
気を発生し、反応ガスの循環ガスの駆動用タービンに使
用することを特徴とする排熱回収装置。3. An apparatus for indirectly cooling a high-temperature gas discharged from a heating furnace or a preheating furnace of a reaction gas of a facility for manufacturing iron carbide by a cooling medium to recover retained heat of the exhaust gas, After the test gas burner, a multi-stage heat exchanger group through which the cooling medium flows is installed in the exhaust gas duct of the heating furnace or preheating furnace, and the recovered exhaust heat generates superheated steam, and the reaction gas circulation gas An exhaust heat recovery apparatus characterized by being used for a drive turbine.
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