JP4736400B2 - コークス炉炭化室の付着カーボン除去方法 - Google Patents

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Description

本発明は、コークス炉炭化室の炉内に酸素含有気体を供給して付着カーボンを除去する方法に関する。
コークス炉は炉体の下部に蓄熱室、その上部に燃焼室と炭化室が交互に配列され、蓄熱室で予熱された燃料ガスと空気を燃焼室で燃焼させて石炭を乾留しコークス化する。コークス炉の生産性を向上させる手段として炭化室壁レンガの熱伝導率を向上させたり、薄壁化することが有効であるが、これらは炭化室の炉壁にカーボンが付着すると、その効果が損なわれる。
付着カーボンは乾留生成ガスの熱分解によって生じるカーボンや石炭装入時に飛散する微粉炭が炭化室の炉壁に固着してコークス化したものであり、付着カーボン除去方法として炭化室内に酸素含有気体を供給して焼却除去することが特許文献１，２に提案されている。
特許文献１はコークス炉内に空気などの酸素含有気体を導入し炉壁に固着したカーボンを燃焼させて除去する方法で、燃焼除去されたカーボン総量と除去目標カーボン総量とを押出機の電流値や壁面の温度等から推定し、比較判別することによってカーボン除去完了時期を推定する。
特許文献２はカーボン除去完了時期の推定精度を特許文献１記載の方法と比較してより簡便な方法で向上させる方法に関し、コークス炉炭化室内の排気系に配置した温度検出手段を用いて酸素含有ガスの供給中にコークス炉炭化室内からの排気ガス温度を連続的に測定し、その温度変化より付着カーボンの除去完了時期を判定することを特徴とする。
特開昭６１−２３１０８７号公報 特開平６−２９９１５５号公報
特許文献２記載の方法では付着カーボンを有害な、れんが表面の付着カーボンと有益な、目地内に浸入した付着カーボンに分け、前者の除去完了時期を排気ガス温度が酸素含有気体供給前の初期温度よりも低くなった時点と判定する。
しかしながら、特許文献２にも記載されているように除去開始後の排気ガス温度は酸素含有気体の供給量、付着カーボンの燃焼も影響を与えるから、付着カーボンの燃焼状況と排気ガス温度との関係は必ずしも明確でない。すなわち、高温の燃焼ガスに対し、常温の酸素含有気体を供給するので、付着カーボンの燃焼があったとしても酸素含有気体の供給量が多い場合は、排気ガス温度が酸素含有気体供給前の燃焼ガスの初期温度よりも低くなり、れんが表面に付着カーボンが残存している場合が想定される。
図２は付着カーボンを燃焼させるため、燃焼ガス中に酸素含有気体を一定量としてオンオフ制御により供給する場合、排気ガスの温度３０、付着カーボンの残存量２０、酸素含有気体の供給量１０の時間的変化を示す模式図で、供給開始後、付着カーボンの燃焼により一旦上昇した排気ガスの温度３０が酸素含有気体を供給する前の燃焼ガスの温度Ｔ１０になった状態においても、付着カーボンが残存している状況を示す。排ガス温度の推移のみでは付着カーボンの除去状況を把握する精度として十分でなく、付着カーボンが残存し十分な効果は得られない。
そこで本発明は燃焼ガス中に供給する酸素含有気体の量を、付着カーボンの量に応じて適正に調整する簡便な方法を提供することを目的とする。
本発明者は、酸素供給によれ付着カーボンの燃焼反応において、レンガ表面部分の除去すべき付着カーボン量と排ガス中のＯ２濃度とＣＯ２濃度間に強い相関があることに着目し本発明を完成するに至った、すなわち、本発明は、
１ コークス炉炭化室内に酸素含有ガスを供給してコークス炉炭化室内の付着カーボンを燃焼して除去する方法において、前記酸素含有ガスを供給開始した時点からコークス炉炭化室内より排気されるガス中の特定成分ＣＯ２濃度とＯ２濃度を連続的に検出し、一定であった排気ガス中のＯ ２ 濃度が増加し、ＣＯ ２ 濃度が減少するようになる時点以降、排ガス中のＣＯ ２ 濃度、Ｏ ２ 濃度が一定となるように酸素含有ガスの供給量を漸次減少させ、その後、更にＯ ２ 濃度の上昇、ＣＯ ２ 濃度の減少時点を付着カーボンの燃焼完了と判断して、酸素含有ガスの供給を終了することを特徴とするコークス炉炭化室内の付着カーボン除去方法。
２ １記載のコークス炉炭化室の付着カーボン除去方法における付着カーボンの燃焼完了時期の判定に、更にコークス炉炭化室内より排気されるガスの連続的な温度変化を用いることを特徴とするコークス炉炭化室の付着カーボン除去方法。
本発明によれば、コークス炉炭化室における付着カーボンの除去完了時期を精度良く判定できるので、効率的な付着カーボン除去作業ができコークス炉の安定操業が可能となる。
本発明は付着カーボンが燃焼する際、O2を消耗し、CO2を発生することを利用して、付着カーボンの除去完了時期を推定する。
図１は本発明を適用し、炭化室に酸素含有気体を供給し、付着カーボンを燃焼させる状況において、供給する酸素含有気体の量、炭化室からの排気ガス中に含まれるO2、CO2濃度（O2,CO2濃度とも体積％）、炭化室内における付着カーボン量の時間的変化を模式的に示す説明図である。
図において１は付着カーボンを燃焼除去するために供給される酸素含有気体の量、２は付着カーボンの量、３は炭化室から排出される排気ガスの温度、４は排気ガス中に含まれるO2濃度、５は排気ガス中に含まれるCO2濃度の時間的変化を示す。
炭化室に酸素含有気体の供給量１を一定量として供給開始（図中ｔ０）すると、付着カーボンが燃焼して排ガス中の二酸化炭素(CO2)濃度５が上昇し、また、酸素(O2)濃度４は減少し、その後、排ガス中のCO2濃度５、O2濃度４が一定となる。
付着カーボン除去が進行すると、それ以前は一定であった排気ガス中のO2濃度が増加し、CO2濃度が減少するようになるので（ｔ１時点）、これらの値が変化しないように、酸素含有気体の供給量を漸次減少させる。ｔ１時点以降、排気ガスの温度３は下降し始めるが、O2濃度とCO2濃度が一定となるように酸素含有気体の供給量を漸次減少させることにより、ｔ１時点前の温度に回復する。
付着カーボン除去が進行し、ｔ２時点になると、それ以前よりも更に急激に排気ガス中のO2濃度が増加し、CO2濃度が減少するようになるので酸素含有気体の供給量を更に減少させて、これらの値が一定となるようにする。
上述したように酸素含有気体の供給量を漸次減少させ、最後に供給を停止する（ｔ３時点）。ｔ３時点において、排ガス温度は付着カーボンの燃焼開始前の温度となる。ｔ０〜ｔ１時点間では付着カーボンの燃焼による発熱が排ガス温度を支配するが、ｔ１〜ｔ２時点間では燃焼する付着カーボン量が減少するため低温の酸素含有気体の供給量が影響を及ぼし始め、ｔ２〜ｔ３時点間ではその影響が支配的になると思われる。
本発明では排ガス中のO2濃度やCO2濃度を一定量となるように行う酸素含有気体の供給量調整において、ある時点で行った酸素含有量の調整後、O2濃度の上昇、CO2濃度の減少時点を付着カーボンの燃焼完了と判断する。また、CO2濃度が１体積％以下であれば終点と判断してよい。この際、排ガス温度も測定すると、付着カーボンの燃焼完了判断の一助とすることができる。付着カーボンが燃焼完了すると排ガス温度は付着カーボンの燃焼開始前の温度になる。
本発明の付着カーボン除去方法を用いてコークス炉炭化室の付着カーボンの除去を行った。コークス炉炭化室（装入炭量約３０Ｔ／ｃｈ）に、コークサイドの装入孔（装入孔は一炭化室当たり本実施例では全数で５個）３箇所に酸素含有気体供給用のランスを設置した。前記酸素含有気体供給用ランスは酸素含有気体の送給量を調整する制御弁を各々に備え、炭化室の押し出し側（コークスサイドの反対側）に設置された上昇管にCO2及びO2の排ガス成分検出器と排ガス温度を検知する検知器を備える。
本実施例では、排ガス成分検出器におけるO2濃度とCO2濃度により前記制御弁の開度を調整し、酸素含有気体の供給量を調整した。付着カーボン除去の確認は目視でおこなった。
酸素含有気体として空気を前記各ランスから３．０Ｎｍ３／ｓｅｃ供給したところ、供給開始約９０ｓｅｃ後よりO2濃度が上昇し、CO2濃度が下降する現象が観察された。
そこで、O2濃度一定となるように空気量を漸次低減させた。一定となった時点から更に約４０ｓｅｃ後、O2濃度が上昇するようになったため、付着カーボンの燃焼除去が完了したと判断した。その後、炉内を目視で観察したところ付着カーボンが燃焼除去されていた。
尚、酸素含有気体を供給する挿入する装入孔は３箇所に限定されるものでなく、適宜選択しても良い。また、供給する酸素含有気体量についても適宜調整して付着カーボン除去の時間調整は可能である。
本発明例。 従来例。
符号の説明
１ 燃焼ガスに混入させる酸素含有気体の量
２ 付着カーボンの量
３ 炭化室から排出される排気ガスの温度
４ 排気ガス中に含まれるO2の濃度
５ 排気ガス中に含まれるCO2の濃度
１０ 酸素含有気体の供給量
２０ 付着カーボンの残存量
３０ 排気ガスの温度

Claims (2)

  1. コークス炉炭化室内に酸素含有ガスを供給してコークス炉炭化室内の付着カーボンを燃焼して除去する方法において、前記酸素含有ガスを供給開始した時点からコークス炉炭化室内より排気されるガス中の特定成分ＣＯ２濃度とＯ２濃度を連続的に検出し、一定であった排気ガス中のＯ ２ 濃度が増加し、ＣＯ ２ 濃度が減少するようになる時点以降、排ガス中のＣＯ ２ 濃度、Ｏ ２ 濃度が一定となるように酸素含有ガスの供給量を漸次減少させ、その後、更にＯ ２ 濃度の上昇、ＣＯ ２ 濃度の減少時点を付着カーボンの燃焼完了と判断して、酸素含有ガスの供給を終了することを特徴とするコークス炉炭化室内の付着カーボン除去方法。
  2. 請求項１記載のコークス炉炭化室の付着カーボン除去方法における付着カーボンの燃焼完了時期の判定に、更にコークス炉炭化室内より排気されるガスの連続的な温度変化を用いることを特徴とするコークス炉炭化室の付着カーボン除去方法。
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