JP2002194358A - コークス炉上昇管からのガス放出方法及び放出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】最近の大気環境問題を鑑み、大気中への未燃ガ
スの放散量を従来より格段に低減可能なコークス炉上昇
管からのガス放出方法及び放出装置を提供する。 【解決手段】コークス炉での石炭乾留末期に、該コーク
ス炉の上昇管３の蓋６を開放して炭化室内で発生した石
炭ガスを大気中へ放出させるに際して、上昇管の先端上
方又は内部で放出ガスに助燃ガス１０を供給し、該助燃
ガスで放出ガスを旋回流として大気中へ放出させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コークス炉上昇管
からのガス放出方法及び放出装置に係わり、特に、石炭
の乾留末期にコークス炉から、その上昇管の蓋を開放し
て大気中に放出される石炭ガス中の未燃ガスの燃焼を促
進し、放出ガスに含まれる炭化水素等の濃度を低減する
技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】コークス炉は、密閉された炭化室に装入
された石炭へ、該炭化室に隣接する燃焼室で発生させた
燃焼排ガスの熱を炉壁レンガを介して伝え、石炭をコー
クスヘと乾留する設備である。図３に、石炭乾留中の炭
化室０内の様子を模式的に示す。石炭１の乾留時には、
石炭１中の揮発成分が石炭ガス２として放出され、該石
炭ガス２は、図３に矢印ｆａで示すように、石炭層の上
部から上昇管３を通じてドライメーン４（一種のガス溜
め）ヘ送り、回収して種々の用途に利用されている。こ
の石炭ガスは、乾留の進行に応じて発生量や組成が変化
しており、乾留末期には，発生量が低下すると共に、主
成分がほぼ水素となってガスカロリーが低下するため、
回収する価値がなくなる。また、乾留後のコークスを炭
化室０から外へ押出す前に、該炭化室０内の石炭装入孔
８の周辺や炉壁上部に付着したカーボン５を燃焼除去す
る必要もあるため、図３に示すように、石炭乾留末期に
は、上昇管３の蓋６（トップカバーともいう）を開放す
ると共に、ドライメーン４側との連結を弁７で遮断し、
石炭装入孔（以下、単に装入孔８という）から上昇管３
へ向けてドラフトによる空気の流れ（矢印ｆｂ）を作
り、カーボン焼きを実施している。このカーボン焼きに
より、上記の炉内付着カーボン５が燃焼するばかりでな
く、乾留末期に石炭から発生する炭化水素等のガスも燃
焼し、それらの燃焼排ガスは上昇管から大気中へ放出さ
れる。従来、この燃焼排ガス中に含まれる未燃焼ガスの
濃度に関しては、放出時間が短い等の理由で余り意識さ
れていなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、原料炭の装
入孔８から炭化室０内へ空気を自然に吸引させる従来の
燃焼方法では、装入孔８や炉壁上部に付着したカーボン
５及び炭化室０内で乾留を終了したコークスにも酸素が
消費されるので、発生した炭化水素等を完全に燃焼させ
るに十分な酸素量が供給できず、炭化水素等が燃焼しき
れずに上昇管３へ向かってしまうことが多い。この炭化
水素等は、上昇管３の蓋６を開放した際に大気と接触し
て上昇管３先端の上方で火炎９を形成して燃焼する。し
かしながら、強風時（例えば、５ｍ／ｓｅｃ以上）のよ
うに上昇管３の出口での空気の対流が激しい場合には、
図４（ａ）に示すように、周囲の横風に流されたり、図
４（ｂ）に示すように火炎９が乱れて、放出ガスは完全
燃焼せず、未燃ガスが大気中に放出されることがある。

【０００４】本発明は、最近の大気環境問題を鑑み、こ
のような大気中への未燃ガスの放散量を従来より格段に
低減可能なコークス炉上昇管からのガス放出方法及び放
出装置を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】発明者は、上記目的を達
成するため鋭意研究し、その成果を本発明に具現化し
た。

【０００６】すなわち、本発明は、コークス炉での石炭
乾留末期に、該コークス炉の上昇管の蓋を開放して炭化
室内で発生した石炭ガスを大気中へ放出させるに際し
て、上昇管の先端上方又は内部で放出ガスに助燃ガスを
供給し、該助燃ガスで放出ガスを旋回流として大気中へ
放出させることを特徴とするコークス炉上昇管からのガ
ス放出方法である。

【０００７】この場合、前記助燃ガスを、酸素又は空気
とし、放出ガス流の外周の複数位置で、該外周の接線方
向に供給したり、あるいは前記放出ガスに助燃ガスが加
わった全体ガスの下式で定義するスワール数が０．２〜
１．０となるように、助燃ガスを供給するのが好まし
い。

【０００８】

【数１】

【０００９】

【数２】

【００１０】

【数３】

【００１１】ここで、 Ｇθ：全体ガスの角運動量 Ｗ：全体ガスの角方向流速［ｍ／ｓ］ Ｒ：上昇管の半径［ｍ］ Ｇｘ：全体ガスの軸運動量 Ｕ：全体ガスの軸方向流速［ｍ／ｓ］ ρ：全体ガスの密度［ｋｇ／ｍ³］ なお、一般にスワール数の計算には、分母の軸運動量の
式中に圧力依存項があるが、本発明においては、上昇管
出口部の大気圧中でのスワール数を考慮しているため、
該圧力依存項は無視できる。

【００１２】さらに、本発明は、コークス炉上昇管の先
端近傍に、助燃ガスのガスヘッダと、上昇管内を通過し
てくる放出ガス流の外周接線に向けて前記助燃ガスを吹
きつけるノズルとを備えたことを特徴とするコークス炉
上昇管からのガス放出装置である。

【００１３】本発明によれば、コークス炉の石炭乾留末
期に、コークス炉の上昇管の蓋を開放して炭化室内で発
生したガスを大気中に放散するに際して、放出ガスに助
燃ガスを供給し、前記放出ガスをその流れ軸に対して旋
回流としたので、放出ガスが周囲の横風に流されたり、
火炎が乱れるのが抑制されるようになる。その結果、放
出ガスが不完全燃焼する頻度が減り、炭化水素等が大気
中に未燃状態で放出されるのが防止できるようになる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を説明する。

【００１５】図１（ｂ）は，本発明に係る助燃ガス１０
の供給例を説明する平面図である。本発明では、助燃ガ
ス１０の供給は上昇管３の先端から放出ガスが大気中へ
出た位置で行う。そのため、上昇管３の蓋６を載せる水
封座１１の周囲に、助燃ガス供給用のガスヘッダ１２を
取り付けた。そして、このヘッダ１２には、助燃ガス１
０を噴射させるノズル１３を複数本設けた（図１（ｂ）
では、４本）。その際、ノズル１３の開口は、上昇管３
からの放出ガスをその中心軸に対して旋回させるように
するため、放出ガス流れ１４の外周の接線に向けるよう
にした。また、前記ヘッダ１２は、図１（ａ）に示すよ
うに、電磁弁１５や配管１６を介して、圧縮した助燃ガ
ス１０を該ヘッダ１２に供給するコンプレッサー１７が
接続されている。なお、上記例では、助燃ガス１０の放
出ガス流への供給を、上昇管３の先端上方の大気中で行
っているが、本発明では、上昇管先端の内壁側にノズル
１３を設けて供給しても良い。

【００１６】以上述べたように放出ガス流へ助燃ガス１
０を供給すると、炭化室０での石炭１の乾留終了し、装
入孔８及び炉壁のカーボン５を燃焼除去するために上昇
管３の蓋６を開放した際、助燃ガス供給用の電磁弁１５
を開とし、コンプレッサ１７からの高圧の助燃ガス１０
をノズル１３から放出ガス流の接線方向に噴射できるよ
うになる。その結果、放出ガス流は、上昇管３の先端上
方で旋回流となると同時に火炎９となり、横風に対する
安定性が増した。また、火炎長さも従来の１／２に短く
なり、良好な形状の火炎になった。なお、この場合、旋
回流は、前記放出ガスに助燃ガスが加わったものにな
り、以下全体ガスと称する。

【００１７】次に、発明者は、全体ガスの旋回流の火炎
形状を、その周囲の影響をあまり受けずに安定させる適
正条件を見出せば、本発明の効果は一層向上できると考
えた。そして、この考えを具体化するため鋭意研究し、
全体ガスからなる旋回流の火炎形状をそのスワール数で
区別することにした。このスワール数は、旋回流を評価
する際に利用されるガス流れ上の指数であって、全体ガ
スの流れ条件を前記（１）〜（３）式に当てはめること
で定まる。ここに、スワール数の計算例を示しておく。

【００１８】全体ガスの運動量は、放出ガス流の有して
いた運動量と助燃ガスの持つ運動量との和と考えられ
る。また、全体ガスは、上昇管の外径の中で旋回流にな
ると仮定することで、スワール数を計算することができ
る。この時求めるスワール数は、 スワール数Ｓ＝（放出ガスの角運動量Ｇθ₁＋助燃ガス
の角運動量Ｇθ₂）／（上昇管外径Ｘ×（放出ガスの軸
方向運動量ＧＸ₁＋助燃ガスの軸方向運動量ＧＸ₂））と
して定義できる。

【００１９】半径ｒ₁が０．３ｍの上昇管から放出ガス
（密度ρ₁、速度ｖ₁）が放出され、その上昇管を囲む半
径がｒ₂のノズル・ヘッダから上昇管の外側接線方向
に、水平から５０度上方への角度θで助燃ガス（密度ρ
₂、速度ｖ₂）を吹き付けて旋回流を与えるという条件で
計算を行うと、上記スワール数は、以下のようになる。
放出ガスの軸方向運動量ＧＸ₁は、

【数３】に基づくと ＧＸ₁＝πρ₁ｖ₁ ²ｒ₁ ²となる。 放出ガスは上昇管内を上昇する一方向流れなので、その
角運動量Ｇθ₁は、０と考えられる。一方、助燃ガスの
軸方向運動量ＧＸ₂は、

【数３】に基づくと ＧＸ₂＝πρ₂ｖ₂ ²ｓｉｎ²θ（ｒ₂ ²−ｒ₁ ²）となる。 また、助燃ガスの角運動量Ｇθ₂は、同様に

【数２】に基づき、 Ｇθ₂＝２πρ₂ｖ₂ ²ｃｏｓθ・ｓｉｎθ・１／３（ｒ₂ ³
−ｒ₁ ³）となる。 そして、ρ₁＝０．２ｋｇ／ｍ³、ｖ₁＝９ｍ／ｓ、ｒ₁＝
０．３ｍ ρ₂＝１．２ｋｇ／ｍ³、ｖ₂＝４ｍ／ｓ、ｒ₂＝０．４３
ｍ 及びθ＝５０°を上記の各式に代入し、Ｓ＝０．３を得
た。

【００２０】発明者が上記のようにして種々の条件での
スワール数を求め、試行した例を、スワール数と上昇管
３の上方に形成される火炎９の形状との関係で図２に示
す。この図２より、以下のことが明らかになった。 （ａ）スワール数が０．２未満では、旋回強度が弱く、
横風による火炎が安定しない （ｂ）スワール数が０．２〜１．０の範囲では、空気等
の助燃ガスを供給することにより、火炎の安定化が図れ
る （ｃ）スワール数が１．０を超えると，環状の火炎が形
成され、軸中心部で未燃が発生するようになる そこで、発明者は、上記（ｂ）の範囲にあるスワール数
でコークス炉から燃焼排ガスを放出するのが、本発明の
うちで最も好ましいとした。ちなみに、その場合の効果
としては、以前は、装入孔８の開放時に上昇管３先端か
ら４ｍ上方でサンプリングした放出ガス中の炭化水素の
濃度は、３２０ｍｇ／Nｍ³であったが、１／４の７０ｍ
ｇ／Ｎｍ³まで減少することができた。

【００２１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明により、コー
クス炉の上昇管より大気中への未燃ガスの放散量を従来
より格段に低減できるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るコークス炉上昇管からのガス放出
装置を示す図であり、（ａ）は上昇管の側面、（ｂ）は
上昇管の先端近傍の平面である。

【図２】上昇管からの全体ガスのスワール数（記号Ｓ）
と火炎形状との関係を示す図であり、（ａ）はＳ<０．
２、（ｂ）はＳが０．２〜１．０の範囲、（ｃ）はＳ>
１．０の場合である。

【図３】一般的なコークス炉の炭化室から、乾留末期に
石炭ガスを大気放出する状況を示す図である。

【図４】従来のコークス炉ガスを大気放出する状況を示
す図であり、（ａ）は、横風の火炎への影響を、（ｂ）
は火炎の乱れを表している。

【符号の説明】

０ 炭化室 １ 石炭 ２ 石炭ガス ３ 上昇管 ４ ドライメーン ５ カーボン ６ 蓋 ７ 弁 ８ 石炭装入孔 ９ 火炎 １０ 助燃ガス １１ 水封座 １２ ガスヘッダ １３ ノズル １４ 放出ガス流れ １５ 電磁弁 １６ 配管 １７ コンプレッサー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小澤 達也 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社千葉製鉄所内 Ｆターム(参考） 4H012 GB09

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コークス炉での石炭乾留末期に、該コー
   クス炉の上昇管の蓋を開放して炭化室内で発生した石炭
   ガスを大気中へ放出させるに際して、 上昇管の先端上方又は内部で放出ガスに助燃ガスを供給
   し、該助燃ガスで放出ガスを旋回流として大気中へ放出
   させることを特徴とするコークス炉上昇管からのガス放
   出方法。
2. 【請求項２】 前記助燃ガスを、酸素又は空気とし、放
   出ガス流の外周の複数位置で、該外周の接線方向に供給
   することを特徴とする請求項１記載のコークス炉上昇管
   からのガス放出方法。
3. 【請求項３】 前記放出ガスに助燃ガスが加わった全体
   ガスの下式で定義するスワール数が０．２〜１．０とな
   るように、助燃ガスを供給することを特徴とする請求項
   ２記載のコークス炉上昇管からのガス放出方法。 【数１】 【数２】 【数３】 ここで、 Ｇθ：全体ガスの角運動量 Ｗ：全体ガスの角方向流速［ｍ／ｓ］ Ｒ：上昇管の半径［ｍ］ Ｇｘ：全体ガスの軸運動量 Ｕ：全体ガスの軸方向流速［ｍ／ｓ］ ρ：全体ガスの密度［ｋｇ／ｍ³］
4. 【請求項４】 コークス炉上昇管の先端近傍に、助燃ガ
   スのガスヘッダと、上昇管内を通過してくる放出ガス流
   の外周接線に向けて前記助燃ガスを吹きつけるノズルと
   を備えたことを特徴とするコークス炉上昇管からのガス
   放出装置。