JP2006070188A - コークス炉及びコークス炉炭化室上部のカーボン付着抑制方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃焼室上部の温度を制御できる新たな構造のコークス炉を提供する。
【解決手段】 炉体の下部に蓄熱室があり、その上部に燃焼室と炭化室とが交互に配列され、炭化室で乾留されたコークスを炉体のＰＳ（プッシャサイド）からＣＳ（コークサイド）に向かって押し出すコークス炉において、燃焼室の上方に、炉長方向（炉体のＰＳからＣＳに向かってコークスを押し出す方向）に伸び、且つ炉体のＰＳ及びＣＳに開口する水平フリューを設け、前記水平フリューと前記燃焼室の上部とを分岐道で接続し、前記水平フリューの端部に前記水平フリュー内に冷却気体を導入する気体注入装置を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、石炭を炭化室で乾留するコークス炉に関し、特に炭化室上部にカーボンが付着するのを抑制できるコークス炉に関する。

コークス炉は石炭を乾留する炭化室、燃料ガスを燃焼させる燃焼室、燃焼排ガスの予熱を利用するための蓄熱室及び蓄熱室下部のソーリュフリューと、を備える。燃焼室は多数の垂直フリュー（加熱炎道）に細分されている。

炉の加熱には発熱量の高いコークス炉ガス（富ガス）、発熱量の低い高炉ガス又はコークス炉ガスと高炉ガスとの混合ガス（貧ガス）を使用する。富ガス加熱の場合は蓄熱室では空気だけを予熱し、富ガスは蓄熱室を通らないで各垂直フリューに供給される。貧ガス加熱の場合は、空気と貧ガスが蓄熱室下部のソールフリューを経てそれぞれ別の蓄熱室で予熱されて垂直フリューに入る。垂直フリュー内で貧ガスと空気が会合して燃焼し、燃焼排ガスはさらに別の蓄熱室に引落とされ、蓄熱室内の蓄熱煉瓦を加熱してソールフリューを経て煙道にぬける。コークス炉では予熱、蓄熱を繰り返し、熱効率を高めるために２０〜３０分ごとにガスの流れの方向を転換させている。

炭化室の上部は石炭が装入されない空間となっていて、石炭の乾留中にこの上部空間を乾留ガスが抜け出る。炭化室の上部空間の温度は以下の(1)〜(4)の要因で決まるといわれている。(1)燃焼室内の上部温度、(2)燃焼室の寸法、高さ、形状、(3)装入炭の性状（揮発分）、(4)装入炭量（高さ）。

従来から炭化室の上部空間の温度は７５０〜８００℃が最適と言われている。通常の操業においては、(2)、(3)及び(4)は変更できず、コッパース式コークス炉のみが燃焼室上部の構造に調整機能があり、(1)燃焼室内の上部温度が調整可能であった。

図５は、特許文献１に記載されたコッパース式コークス炉の燃焼室の炉長方向に沿った断面を示す。この図７には、富ガス又は貧ガスによって加熱されるいわゆる複式炉が図示されている。

富ガス加熱の場合、富ガスは交互に富ガスノズル１又は２を介して上向きに導く垂直フリュー３に供給される。燃焼用空気は蓄熱室を経由して流出開口５，６，７を介して同様に上向きに導く垂直フリュー３内に供給される。燃焼室はヘアピンフリューを採用しており、２つの隣接する垂直フリュー３及び３ａはその上部で結合されている。二連垂直フリュー３及び３ａの一方は他方の垂直フリューと交互に、富ガス及び空気を上向きに導きながら燃焼させるか又は排ガスを下向きに排出させる。

貧ガス加熱の場合、高炉ガス及びコークス炉ガスからの貧ガスは、蓄熱室で予熱された後、垂直フリュー底部の流出開口７を介して供給される。燃焼用空気は蓄熱室を経由して流出開口５，６を介して同様に上向きに導く垂直フリュー３内に供給される。上向きに導く垂直フリュー３内で生ずる排ガスは上側で連絡壁の開口を介して下向きに導く隣接する垂直フリュー３ａに越流し、この垂直フリュー３ａ内の開口５及び中空連絡通路８並びに底部開口６，７を介してかつ蓄熱室を介して排出される。

燃焼室の上部には、炭化室の上部空間の温度を調整するために補助炎道９が設けられる。補助炎道９と燃焼室の天井とを分ける隔壁１０には、燃焼室と補助炎道９とを連通する開口１０ａが設けられ、この隔壁１０は一対の風量調整ダンパ４（スライド煉瓦）で開閉可能に塞がれる。人がフックを用いて点検孔１０ｂから風量調整ダンパ４を完全にあるいは部分的に開けることによって、燃焼ガスが補助炎道に流れ、炭化室上部の温度が調整される。
特表平４−５０１８７６号公報

炭化室上部の温度が高すぎると炭化室上部にカーボンが析出・付着するので、石炭を装入する装炭作業ができなくなったり、石炭を平らに均すレベリング作業ができなくなったりする。付着したカーボンを除去しようとすると、人力で落とさなければならず、それによって煉瓦を損傷してしまう。

コッパース式コークス炉のみが、燃焼室の上部が２段構造になっていて、補助炎道へのガス導入量を調整することにより、燃焼室上部の温度を適正に制御でき、ひいては炭化室上部の温度を適正に制御できる。しかし補助炎道へのガス導入量を調整するために風量調整ダンパを閉めると、点検孔から燃焼室内の観察ができなくなるという欠点があった。

そこで本発明は、燃焼室上部の温度を制御できる新たな構造のコークス炉及びコークス炉炭化室上部のカーボン付着抑制方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、炉体の下部に蓄熱室があり、その上部に燃焼室と炭化室とが交互に配列されていて、炭化室で乾留されたコークスを炉体のＰＳ（プッシャサイド）からＣＳ（コークサイド）に向かって押し出すコークス炉において、燃焼室の上方又は上部に、炉長方向（炉体のＰＳからＣＳに向かってコークスを押し出す方向）に伸び、且つ炉体のＰＳ及び／又はＣＳに開口する水平フリューを設け、前記水平フリューの端部に前記水平フリュー内に冷却気体を導入する気体注入装置を設けることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載のコークス炉において、前記水平フリューと前記燃焼室の上部とを分岐道で接続することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載のコークス炉において、一つの前記燃焼室に対して二列の前記水平フリューを、前記燃焼室両側の前記炭化室の間に設けることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１ないし３いずれかに記載のコークス炉において、前記気体注入装置を、前記水平フリューのＣＳの端部のみに設けることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１ないし４に記載のコークス炉を用い、前記気体注入装置からの冷却気体を前記水平フリューに導入することによって、前記燃焼室上部の温度を制御することを特徴とするコークス炉炭化室上部のカーボン付着抑制方法である。

請求項１の発明によれば、気体注入装置から水平フリューに冷却空気を導入することで、燃焼室上部の温度を適正に制御することができる。

請求項２の発明によれば、燃焼室上部の温度を効果的に低減することができる。

請求項３の発明によれば、燃焼室の両側の炭化室上部を均等に冷却することができる。

ＣＳの方がＰＳに比べて燃焼室の温度が高い（炭化室の幅がＣＳ＞ＰＳなのでその分高くなる）ので、請求項４の発明のように、ＣＳに冷たい空気を投入する方が温度バランスが良好になる。

図１及び図２は本発明の一実施形態におけるコークス炉を示す。図１はコークス炉の炉体の炉長方向（炉体のＰＳ（プッシャサイド）からＣＳ（コークサイド）に向かってコークスを押し出す方向）に沿った断面形状を示し、炭化室１１の断面と燃焼室１２の断面の双方が示されている。勿論実際には炭化室１１と燃焼室１２とは図１の奥行き方向で位置がずれている。図２は炉長方向と直交する炉体の断面形状を示し、炭化室１１と燃焼室１２が交互に配置されている。なおこの図２では、炭化室１１及び燃焼室１２の数は実際よりも少なく示されている。

コークス炉の炉体の下部には蓄熱室があり、その上部には燃焼室１２と炭化室１１とが交互に配列されている。炭化室１１は例えば長さ１２〜１６ｍ、高さ４〜７ｍ、幅４００〜８００ｍｍ、石炭装入量１２〜５０ｔ程度の大きさを有する。コークスの押出を容易にするために、コークガイド車のあるＣＳの炭化室の幅が押出し機のあるＰＳよりも広い。炭化室１１の加熱の際には幅の広いＣＳと幅の狭いＰＳの炉壁温度に差がつけられる。

燃焼室１２は、多数の垂直フリュー(加熱炎道）に細分されていて、この実施形態では交互に配列されている燃焼フリュー１３と引落しフリュー１３ａとで一つの燃焼室が構成される。このような燃焼室１２は双子炎道式（ヘアピン式）と呼ばれる。

炉の加熱には発熱量の高いコークス炉ガス（富ガス）、発熱量の低い高炉ガス又はコークス炉ガス（貧ガス）と高炉ガスとの混合ガスを使用する。富ガス加熱の場合は蓄熱室では空気だけを予熱し、富ガスは蓄熱室を通らないで流出開口２０を介して各フリュー１３，１３ａに供給される。

貧ガス加熱の場合は、空気と貧ガスが蓄熱室下部のソールフリューを経てそれぞれ別の蓄熱室で予熱された後、流出開口１４，１５，１６を介して燃焼フリュー１３に入る。貧ガスは燃焼フリュー底部の流出開口１４を介して燃焼フリュー１３内に導かれ、空気はフリュー底部の流出開口１５を介して、かつ中空連絡通路１７及び上側の流出開口１６を介して燃焼フリュー１３内に導かれる。燃焼フリュー１３内では貧ガスと空気が会合して燃焼する。より詳しくは貧ガスは空気用の下側の流出開口１５が設けられる燃焼フリューの底部で一次燃焼した後、上側の流出開口１６が設けられている部分で二次燃焼し、燃焼フリュー１３を上昇する（図３も参照）。炉長方向におけるガスと空気の分配調整は、例えば蓄熱室下部に設けた調整板（ノズルプレート）により調整される。

燃焼フリュー１３内で生ずる排ガスは上側の連絡通路１８を経由して、排ガスを下向きに導く引落しフリュー１３ａに流れる。燃焼排ガスはさらに流出開口１４，１５，１６を介して別の蓄熱室に引落とされ、蓄熱室内の蓄熱煉瓦を加熱して蓄熱室下部のソールフリューを経て煙道にぬける。コークス炉では予熱、蓄熱を繰り返し、熱効率を高めるために２０〜３０分ごとに１３，１３ａを切替えてガスの流れの方向を転換させている。このことはガスの切替と呼ばれる。

燃焼室１２の温度を熱電対で測定し、この測定値に基づいてソールフリューへの燃料ガスの供給量を操作し、燃焼室全体の温度を制御する。また炉長方向における各燃焼室１２の温度を点検孔２６から光学的な温度測定装置で測定し、この測定値に基づいて各燃焼室１２のガスと空気の分配調整を行い、炭化室の炉長方向の温度勾配を調整する。

燃焼フリュー１３と引落としフリュー１３ａとを分ける隔壁の底部には、サーキュレーション開口１９が開けられる。燃焼排ガスはこのサーキュレーション開口１９から燃焼フリュー１３内に再流入する。図３に示されるように、空気用の流出開口１５及び１６を２段に設けることによる２段燃焼と、この燃焼排ガスの循環により、燃焼排ガス中のＮＯｘを低減することができる。

燃焼室１２の上部には、炭化室の上部空間の温度を調整するために補助炎道２１が設けられる。補助炎道２１と燃焼室１２の天井とを分ける隔壁２２には、燃焼室１２と補助炎道２１とを連通する開口２３が設けられ、この開口２３は一対の風量調整ダンパ２５（スライド煉瓦、図４参照）で開閉可能に塞がれる。図１に示されるように、人がフックを用いて点検孔２６から風量調整ダンパ２５を図４（Ａ）に示されるように完全にあるいは部分的に開けることによって、ガスが補助炎道に流れ、炭化室上部の温度が調整される。図４（Ｂ）は開口２３が風量調整ダンパ２５で塞がれた状態を示す。

図１及び図２に示されるように、燃焼室１２の上方又は上部（燃焼室１２の天井よりも上か又は天井よりも下の燃焼室１２の上部）には炉長方向に伸びる水平フリュー２７が設けられる。この水平フリュー２７は両端がそれぞれ炉体のＰＳ及びＣＳに開口する。またこの水平フリュー２７は一つの燃焼室１２に対して二列設けられ、二列の水平フリュー２７は燃焼室１２両側の炭化室１１の間で点検孔２６を避けた左右の場所に設けられる（図２参照）。二列の水平フリューは炉体の同じ高さに設けられるのが望ましいが、若干高さを異ならせてもよい。

水平フリュー２７の両端部には、水平フリュー２７内に燃焼排ガスを導入する気体注入装置としてファン等の空気注入装置３１が設けられる。空気注入装置３１は水平フリュー２７に空気を導入すると共に導入する空気量を調整する。水平フリュー２７の中間部は複数個所を燃焼室に分岐道３２で接続され、空気注入装置３１の燃焼排ガスは燃焼室上部に排出される。空気注入装置３１はコークス炉の燃焼時間と同じタイミングで燃焼し、コークス炉の燃焼を休止する時間は煙道が切り替わるので、空気注入装置３１も休止する。

燃焼室１２の温度は１２００℃〜１３００℃である。これに対して、従来から石炭が装入されていない炭化室上部３３の温度は７５０℃〜８００℃が最適といわれている。炭化室上部３３の温度が高すぎると炭化室上部にカーボンが析出・付着する。

本実施形態のように空気注入装置から冷却空気を水平フリュー２７に導入することで、燃焼室上部の温度を適正に制御でき、ひいては炭化室上部３３の温度を適正に制御して温度が高くなるのを防止することができる。具体的には炭化室上部３３の温度が例えば８００℃より高い場合には、冷却空気を水平フリュー２７及び燃焼室上部に導入し、燃焼室上部の温度を下げ、炭化室上部３３の温度を下げる。水平フリュー２７を設けることで、補助炎道の風量調整ダンパ２５を開けた燃焼室内の観察が可能な状態で、燃焼室上部の温度を制御することが可能になる。

また、一つの燃焼室１２に二列の水平フリュー２７を設けることで、燃焼室１２の両側の炭化室上部３３を均等に冷却することができる。さらに水平フリュー２７の両端部に空気注入装置３１を設けることで、冷却空気による水平フリュー２７内の温度を長手方向で略均等にすることができる。

なお図示しないが、炭化室上部３３に熱電対等の温度測定装置を設置し、この温度測定装置の測定値に基づいて空気注入装置３１が水平フリュー２７に導入する空気量を遠隔操作し、炭化室上部３３の温度を自動的に制御してもよい。この他にも装入炭性状、装入量に合わせて空気注入装置３１が水平フリュー２７に導入する空気量を遠隔操作し、炭化室上部３３の温度を制御してもよい。

本実施形態は本発明の要旨を変更しないで種々変更可能である。例えば本発明の水平フリューは２段補助炎道を有さない多段燃焼式のカールスティル式コークス炉、オットー式のコークス炉に適用可能である。またヘアピン方式でないゾーン方式のカールスティル式コークス炉、オットー式コークス炉にも適用可能である。

また水平フリューは炉体のＰＳ及びＣＳのどちらか一方のみに開口してもよいし、空気注入装置は炉体のＰＳ及びＣＳのどちらか一方のみに設けられてもよい。空気注入装置を炉体のＰＳ及びＣＳのどちらか一方のみに設けた場合、燃焼室に空気を導くことなく、気体注入装置を設けていない水平フリューの端部から空気を排出してもよい。さらに水平フリューに空気の替わりに窒素等の気体を導入してもよい。

本発明の一実施形態におけるコークス炉の炉体の炉長方向に沿った断面図。 炉長方向と直交する炉体の断面図。 燃焼室内の２段燃焼と排ガス循環を示す概略図。 補助炎道内の風量調整ダンパを示す斜視図（図中（Ａ）はダンパを開けた状態を示し、図中（Ｂ）はダンパを閉めた状態を示す）。 従来のコッパース式コークス炉を示す断面図。

符号の説明

１１…炭化室
１２…燃焼室
２７…水平フリュー
３１…気体注入装置（空気注入装置）
３２…分岐道
３３…炭化室上部

Claims (5)

1. 炉体の下部に蓄熱室があり、その上部に燃焼室と炭化室とが交互に配列されていて、炭化室で乾留されたコークスを炉体のＰＳ（プッシャサイド）からＣＳ（コークサイド）に向かって押し出すコークス炉において、
   燃焼室の上方又は上部に、炉長方向（炉体のＰＳからＣＳに向かってコークスを押し出す方向）に伸び、且つ炉体のＰＳ及び／又はＣＳに開口する水平フリューを設け、
   前記水平フリューの端部に前記水平フリュー内に冷却気体を導入する気体注入装置を設けることを特徴とするコークス炉。
2. 前記水平フリューと前記燃焼室の上部とを分岐道で接続することを特徴とする請求項１に記載のコークス炉。
3. 一つの前記燃焼室に対して二列の前記水平フリューを、前記燃焼室両側の前記炭化室の間に設けることを特徴とする請求項１又は２に記載のコークス炉。
4. 前記気体注入装置を、前記水平フリューのＣＳの端部のみに設けることを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載のコークス炉。
5. 請求項１ないし４に記載のコークス炉を用い、
   前記気体注入装置からの冷却気体を前記水平フリューに導入することによって、前記燃焼室上部の温度を制御することを特徴とするコークス炉炭化室上部のカーボン付着抑制方法。

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