JP2004231688A - コークス乾式消火方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】プレチャンバーへの空気吹き込みを実施している際において、コークス装入蓋やカットゲート動作時、バイオマス投入時におけるプレチャンバー内の圧力制御を安定化させるためのコークス乾式消火方法を提供する。
【解決手段】プレチャンバー上方のコークス装入蓋１４を開ける際の事前信号から一定時間経過後に前記空気導入設備２０の流量調整弁２２の開度を記憶すると同時にプレチャンバー３への空気導入路を閉め、前記コークス装入蓋閉信号から一定時間経過後に空気導入設備２０の流量調整弁２２の開度を前記記憶した開度として空気導入路を開け、さらに一定時間経過後にプレチャンバー空気吹き込み量の制御を定常運転に戻すことを特徴とするコークス乾式消火方法。プレチャンバーへのバイオマス等の投入開始時とコークス投入開始時の一方又は両方において、投入開始から一定時間経過後に放散弁１３の開度を上げる。
【選択図】 図１
【解決手段】プレチャンバー上方のコークス装入蓋１４を開ける際の事前信号から一定時間経過後に前記空気導入設備２０の流量調整弁２２の開度を記憶すると同時にプレチャンバー３への空気導入路を閉め、前記コークス装入蓋閉信号から一定時間経過後に空気導入設備２０の流量調整弁２２の開度を前記記憶した開度として空気導入路を開け、さらに一定時間経過後にプレチャンバー空気吹き込み量の制御を定常運転に戻すことを特徴とするコークス乾式消火方法。プレチャンバーへのバイオマス等の投入開始時とコークス投入開始時の一方又は両方において、投入開始から一定時間経過後に放散弁１３の開度を上げる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コークス乾式消火方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コークス炉から排出される赤熱コークスを冷却するにあたり、赤熱コークスの顕熱を回収して省エネルギーを図るためにコークス乾式消火装置（いわゆるＣＤＱ（Ｃｏｋｅ Ｄｒｙ Ｑｕｅｎｃｈｅｒ））が用いられる。
【０００３】
乾式消火装置は、赤熱コークスの有する顕熱を不活性ガスにて熱交換する冷却室と、該冷却室の上部のプレチャンバーとを有する。赤熱コークスはプレチャンバーの上方のコークス装入蓋を開いてプレチャンバー内に装入される。プレチャンバーは赤熱コークス投入の時間変動を吸収し、かつ操業の安定性を得る目的で設けられている。コークスは冷却室内で不活性ガスと熱交換して２００℃近くまで冷却された後、冷却室下方のカットゲートを開いて一定量ずつ切り出される。熱交換後９００℃に加熱された不活性ガスは冷却室の上部からリングダクトへ排出され、１次ダストキャッチャーを経て廃熱ボイラーで熱回収され、循環ブロアーで再度冷却室へ圧送される。
【０００４】
循環ガス系統において、循環ブロアと冷却室との間の配管を分岐させ、分岐管の途中に放散弁を設け、循環ガスの一部を大気中に放散させる場合がある。ガスを放散させずに回収することもできる。ここでは、大気中に放散させる場合、ガスを回収する場合のいずれにおいても、放散弁との名称を用いる。
【０００５】
プレチャンバー内の圧力は、大気圧に対して常に一定の負圧を保つように制御される。通常は、上記放散弁の弁開度の調整によって放散弁を通過するガス量を調整し、これによって消火塔から排出する循環ガス排出量と消火塔に圧送する循環ガス圧送量の差を調整し、プレチャンバー内の圧力を制御することができる。プレチャンバー内に圧力計を配置し、圧力計の検出結果に基づいて放散弁の開度を調整する制御が行われる。前述のようにプレチャンバー内に空気を吹き込む場合には、空気吹き込みによって系内のガス量が増大するので、ガス量を一定に保持するためには放散弁を通して排出するガス量を増大することによってバランスを保持する。
【０００６】
プレチャンバーに赤熱コークスを投入するためにコークス装入蓋を開いた際、あるいは冷却塔からコークスを排出するためにカットゲートを開いた際には、負圧に調整していた消火塔内に空気が入り込み、プレチャンバー内の圧力が設定圧力から外れることとなる。プレチャンバー内圧力については、プレチャンバー内に設置した圧力計の検出結果に基づいて循環ガスの放散弁の開度を調整することにより、設定圧力に一致するように制御されている。コークス装入蓋を開いた際においても、プレチャンバー内の圧力が設定圧力から外れた場合には放散弁の開度が自動制御によって調整され、プレチャンバー内圧力を設定圧力に戻すよう調整される。ところが、放散弁の操作速度には限界があり、また放散弁が操作されてからプレチャンバー内の圧力に変動が生じるまでに時間的なずれがあるため、コークス装入蓋を開いた際あるいはカットゲートを開いた際におけるプレチャンバー内の急激な圧力変動に迅速に対応することができず、圧力の乱調が発生することがある。プレチャンバー内の圧力の乱調が発生し、プレチャンバー内が正圧となると、開いたコークス装入蓋からガスが噴出することとなり、プレチャンバー内が過度の負圧となると開いたコークス装入蓋から空気が過剰に吸い込まれてコークスが燃焼し、蒸気発生量が増加しすぎることとなる。
【０００７】
特許文献１においては、プレチャンバー内圧力と設定圧力との差を検出し、圧力差が許容範囲外にある継続時間が設定時間を超えたときに流量制御用バルブ（放散弁）の開度を調整することにより、圧力制御の乱調を防ぐことができるとしている。
【０００８】
装入されるコークス中には揮発分や微粉コークスを含んでいる。揮発分は、燃焼性が高く循環ガス中に高い比率で含まれると異常燃焼の可能性がある。そこでプレチャンバー内に空気を吹き込むと、コークス塊中に残存する揮発分や微粉コークスを燃焼させることができる。吹き込んだ空気により赤熱コークスの表層の一部が燃えることもある。その結果、高温になった空気及び燃焼排ガスが不活性ガスに混合することにより、冷却室から排出されるガスの熱量を増大することができる。また、プレチャンバーを経て冷却室に到達するコークスの温度も上昇しているため、冷却室内で不活性ガスに回収される熱量も増大する。その結果、廃熱ボイラーでの蒸気回収量を増大することができる。このためには、プレチャンバー内に空気を吹き込む空気導入設備を設置する。
【０００９】
【特許文献１】
特開昭５７−１６５４８２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
コークスの乾式消火装置において、前述のようにプレチャンバーへの空気吹き込み実施中において、赤熱コークスを投入するためにコークス装入蓋を開いた際、あるいはコークスを排出するためにカットゲートを開いた際に、プレチャンバー内の圧力制御がうまくいかないことがあった。本発明は、プレチャンバーへの空気吹き込みを実施している際において、コークス装入蓋やカットゲート動作時におけるプレチャンバー内の圧力制御を安定化させるためのコークス乾式消火方法を提供することを第１の目的とする。
【００１１】
木質、農業系バイオマスはカーボンニュートラルであり、積極的に使用して石油、石炭等を代替すべき資源であるといえる。これらバイオマスや炭化水素化廃棄物（以下「バイオマス等」という。）を赤熱コークスと共に乾式消火装置に投入すると、赤熱コークスの顕熱で揮発分が脱離する。プレチャンバー内では、コークス投入時の巻き込み空気や空気導入設備からの吹き込み空気が存在し、その空気の一部はプレチャンバー内のコークスの炭素の燃焼に用いられ、コークス歩留を悪化させる原因となっていた。バイオマス等をプレチャンバー内に投入すると、バイオマス等から揮発した成分が優先的に空気と反応することとなり、コークス燃焼ロスを低減することができる。また、バイオマス等の残渣中の炭素分は、コークスとして使用可能である。
【００１２】
プレチャンバー内の赤熱コークスの上にバイオマス等を投入した瞬間、あるいはプレチャンバー内のコークス上に未反応のバイオマスが堆積しているところに新たに赤熱コークスを投入した瞬間には、未反応のバイオマス等が急速に加熱されて瞬間的にガス化反応が起きる場合がある。このようなときに、プレチャンバー内の圧力制御がうまくいかず、圧力がハンチングを起こすことがある。本発明は、バイオマス等を乾式消火装置に投入する場合においてもプレチャンバー内の圧力制御を安定化させることのできるコークス乾式消火方法を提供することを第２の目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の要旨とするところは以下の通りである。
（１）冷却室２とその上部のプレチャンバー３とよりなる消火塔１を用い、プレチャンバー上方から赤熱コークス９を装入し、消火塔１に不活性ガス３８を循環させて赤熱コークスの顕熱を回収するようにしたコークス乾式消火方法において、プレチャンバー３内に空気４１を吹き込む空気導入設備２０を有し、プレチャンバー上方のコークス装入蓋１４を開ける際の事前信号から一定時間経過後に前記空気導入設備２０の流量調整弁２２の開度を記憶すると同時にプレチャンバー３への空気導入路を閉め、前記コークス装入蓋閉信号から一定時間経過後に空気導入設備２０の流量調整弁２２の開度を前記記憶した開度として空気導入路を開け、さらに一定時間経過後にプレチャンバー空気吹き込み量の制御を定常運転に戻すことを特徴とするコークス乾式消火方法。
（２）冷却室２とその上部のプレチャンバー３とよりなる消火塔１を用い、プレチャンバー上方から赤熱コークス９を装入し、消火塔１に不活性ガス３８を循環させて赤熱コークスの顕熱を回収するようにしたコークス乾式消火方法において、プレチャンバー３内に空気を吹き込む空気導入設備２０を有し、冷却室下方のカットゲート１５の開信号により、空気導入設備２０の流量調整弁２２の開度をそのときの開度に固定するかあるいはあらかじめ定めた規定開度とすることを特徴とするコークス乾式消火方法。
（３）不活性ガス３８を循環させる循環系統は循環ガスの放散弁１３を有し、放散弁１３の開度調整によってプレチャンバー内の圧力制御を行っており、冷却室下方の複数のカットゲート１５の各開信号により、放散弁１３の開度をそのときの開度に固定するかあるいはあらかじめ定めた規定開度とすることを特徴とする上記（２）に記載のコークス乾式消火方法。
（４）冷却室２とその上部のプレチャンバー３とよりなる消火塔１を用い、プレチャンバー上方から赤熱コークス９を装入し、１消火塔に不活性ガス３８を循環させて赤熱コークスの顕熱を回収するようにしたコークス乾式消火方法において、不活性ガス３８を循環させる循環系統は循環ガスの放散弁１３を有し、放散弁１３の開度調整によってプレチャンバー内の圧力制御を行っており、プレチャンバー３内に木質系及び又は農業系バイオマスと炭化水素化廃棄物の一方又は両方（以下「バイオマス等」という。）を投入し、プレチャンバーへのバイオマス等の投入開始時とコークス投入開始時の一方又は両方において、投入開始から一定時間経過後に放散弁１３の開度を上げることを特徴とするコークス乾式消火方法。
（５）プレチャンバー３内に空気を吹き込む空気導入設備２０を有し、プレチャンバー３へのバイオマス等の投入開始時とコークス投入開始時の一方又は両方において、投入開始から一定時間経過後に空気導入設備２０の流量調整弁２２の開度を下げることを特徴とする上記（４）に記載のコークス乾式消火方法。
（６）プレチャンバー３へのバイオマス等の投入開始時とコークス投入開始時の一方又は両方において、投入開始から一定時間経過後に循環ガス３７の循環量を増やすことを特徴とする上記（４）又は（５）に記載のコークス乾式消火方法。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１に基づいて説明する。
【００１５】
赤熱コークスを冷却する消火塔１は縦形に形成され、上下方向にプレチャンバー３と冷却室２を備えている。プレチャンバー３と冷却室２とは、その内壁周囲に形成されたスローピングフリュー部４によってガス流れフローとしては分割されている。
【００１６】
９８０℃前後の温度を有する赤熱コークス９はプレチャンバー３の上方にあるコークス装入蓋１４を開けてその開口部から装入され、漸次下方に移動し、冷却室２において冷却室下部の吹き込み菅１１から吹き込まれる不活性ガス３８によって冷却される。冷却室下部から排出されるときのコークス１０の温度は２００℃近くとなっている。
【００１７】
冷却室内において吹き込まれた不活性ガス３８は、冷却室内を上昇しつつ赤熱コークスとの間で熱交換が行なわれ、ガス温度が上昇し、冷却室上部のスローピングフリュー部４からリングダクト５に排出される。更に不活性ガスはリングダクト５から１次ダストキャッチャー６を経て廃熱ボイラー７に送られ、廃熱ボイラー７で熱回収されて温度が１８０℃前後に低下した後、循環ブロアー８を経て不活性ガス吹き込み管１１から再度冷却室２に吹き込まれる。
【００１８】
循環ガス系統において、循環ブロア８と不活性ガス吹き込み管１１との間の配管を分岐させて放散ガス配管１２を設置し、放散ガス配管１２の途中に放散弁１３を設ける。放散ガス配管１２を経由して循環ガスの一部を大気中に放散させることができる。もちろん、ガスを放散させずに回収することもできる。
【００１９】
図１に示す例においては、必要に応じて空気導入設備２０からプレチャンバー内に空気４１を吹き込む。吹き込まれた空気中の酸素が残存揮発分、微粉コークス及び塊コークスの一部と反応する。反応は主に一酸化炭素を生成する発熱反応であり、吹き込んだ空気と生成ガス、及びコークスは温度が上昇しつつプレチャンバー内を下降し、プレチャンバー下部において最も高い温度となる。吹き込んだ空気と生成ガスは、プレチャンバー下部において下方から上昇してきた不活性ガスと混合し、スローピングフリュー部４からリングダクト５に排出される。プレチャンバーへの空気４１の吹き込み量の調整は、例えば廃熱ボイラー７における回収蒸気量を常に一定に保持するように調整される。発生蒸気３５の系列に発生蒸気流量計２６を配置し、該流量計で測定した発生蒸気量に基づき、流量制御装置２５によって流量調整弁２２の開度を調整し、蒸気発生量を一定に保持する制御を行う。特開２００２−２５６２７０号公報に記載されているとおりである。また、空気導入設備２０からプレチャンバー３への空気吹き込み量の調整手段としては、流量調整弁２２の弁開度の調整によって行われる。流量調整弁２２を閉として空気吹き込みを停止する場合には、放気弁２３を開いて放気弁２３から空気を逃がす。放気弁２３を開く理由は、流量調整弁２２を閉とする際に空気導入設備２０（送風機）のサージングを防止するためである。
【００２０】
プレチャンバー内の圧力は、大気圧に対して常に一定の負圧を保つように制御される。図１に示す例では、放散弁１３の弁開度の調整によって放散ガス配管１２を通過するガス量を調整し、これによって消火塔１から排出する排出ガス３２の量と消火塔に圧送する吹き込みガス３１の圧送量の差を調整し、プレチャンバー内の圧力を制御している。プレチャンバー内に圧力計１６を配置し、圧力制御装置２４は圧力計１６の検出結果に基づいて放散弁１３の開度を調整し、プレチャンバー内の圧力を設定圧に一致させる制御を行う。空気導入設備２０からプレチャンバー内に空気４１を吹き込む場合には、空気吹き込みによって系内のガス量が増大するので、ガス量を一定に保持してプレチャンバー内圧力を一定にするためには、放散弁１３を通して排出するガス量を増大することによってバランスを保持することとなる。
【００２１】
まず、プレチャンバー上方のコークス装入蓋１４の開閉に際しての本発明のコークス乾式消火方法について、図２を参照しつつ説明する。
【００２２】
従来は、プレチャンバーへの空気４１吹き込み実施中において、赤熱コークスを投入するためにコークス装入蓋１４を開いた際にも空気吹き込みを同じように継続しており、その結果としてプレチャンバー内圧力は、放散弁１３の開度調整が追従しないために、瞬間的に大量の空気を吸い込むためにプレチャンバー内のコークスガス化反応が急激に起きることで圧力が上昇し、コークス装入口よりガスが吹き出す現象が発生するという状況であった。
【００２３】
本発明において、コークス装入蓋１４を開く際には、開く時刻の一定時間（ｔ１）前に事前信号を発生する。コークス装入蓋１４を開けてからアクションを取ったのでは制御が間に合わないからである。事前信号から一定時間（ｔ２）経過後に空気導入設備２０の流量調整弁２２の開度を記憶すると同時にプレチャンバーへの空気導入路を閉める。流量調整弁２２の開度を記憶するのは、この後コークス装入蓋１４を再度閉じたときに、流量調整を再開する際における開度の初期値として使用するためである。プレチャンバーへの空気導入路を閉める手段としては、図２に示すように流量調整弁２２の開度を全閉とすることによって対応することができる。別に設けた遮断弁を閉じても良い。
【００２４】
コークス装入蓋１４を閉めているときも開けているときもプレチャンバー内の圧力は僅かながら負圧に制御しているので、コークス装入蓋１４を開くと同時に開口部からプレチャンバー内に空気が流入する。本発明においては、コークス装入蓋１４を開けている間はプレチャンバー内への空気吹き込みを中止するので、開口部からの流入空気量増大と相殺することができ、プレチャンバー内圧力はプレチャンバー内のコークスガス化反応が一定に起きることで圧力が上昇することなく、コークス装入口よりガスが吹き出す現象も発生しないという状況に改善される。
【００２５】
コークス装入蓋１４を開く時刻と事前信号との間の一定時間（ｔ１）については、３０秒程度の時間とすると好ましい。コークス開事前信号はコークスバケットがリミットスイッチ位置を切った時間で蓋動作の準備信号、装置構成により異なる。
【００２６】
事前信号から空気導入路を閉じるまでの一定時間（ｔ２）については、２５秒程度の時間とすると好ましい。コークス蓋が実際に開く際には導入空気が止まっている状態にするために弁動作時間を確保するためである。
【００２７】
プレチャンバーへの空気導入路を閉めると同時に、放気弁２３を開くこととしても良い。
【００２８】
コークス装入が完了し、コークス装入蓋１４を閉じたら、コークス装入蓋閉信号から一定時間（ｔ３）経過後に空気導入設備２０の流量調整弁２２の開度を前記記憶した開度として空気導入路を開ける。
【００２９】
一定時間（ｔ３）経過後とするのは、コークス装入蓋１４が閉じた直後の変動が抑制される時間を確保するためである。一定時間（ｔ３）については、１〜３秒程度の時間が好ましい。リミット位置、蓋の開閉速度等に基づいて定める。空気導入路を開ける際における流量調整弁２２の開度を前記記憶した開度とするので、プレチャンバー３への空気吹き込み量を好適な量として吹き込みを再開することができる。
【００３０】
プレチャンバー３への空気導入路を開けると同時に、放気弁２３を閉じることとしても良い。
【００３１】
空気導入路を開けてからさらに一定時間（ｔ４）経過後にプレチャンバー空気吹き込み量の制御を定常運転に戻す。
【００３２】
空気吹き込み量の制御を定常運転に戻すのを一定時間（ｔ４）経過後とするのは、流量調整弁の開動作時間及び実際に流量が増加することを検知できる時間を確保するためである。一定時間（ｔ４）については、５秒程度の時間とすると好ましい。導入空気の管路長及び弁の開閉動作速度等から定める。
【００３３】
空気吹き込み量制御の定常運転とは、例えば廃熱ボイラー７における回収蒸気量を常に一定に保持するように空気吹き込み量を制御する方法を採用することができる。
【００３４】
コークス装入蓋開閉時におけるプレチャンバー内の圧力を設定圧力一定に保持するためには、上記空気導入設備の空気吹き込み制御とともに、プレチャンバー内の圧力制御を適正に行うことが必要である。プレチャンバー内の圧力制御は、通常は前述のように放散ガス配管１２を経由して循環系外に排出される放散ガス３６の流量を調整することによって行われる。排出されるガス流量制御は、放散弁１３の開度を調整することによって行うことができる。プレチャンバー内の圧力制御を、プレチャンバー内に設置した圧力計１６の検出結果に基づいて放散弁１３の開度を調整することによって行う、いわゆるフィードバック制御を行っている場合、コークス装入蓋開閉時にもフィードバック制御のみを行っていたのでは、プレチャンバー内圧力がハンチングを起こして正常な圧力制御ができなくなることがある。
【００３５】
コークス装入蓋開閉時におけるプレチャンバー内圧力制御としては、従来から行っている方法をそのまま適用することもでき、あるいは特許文献１に記載の方法、即ちプレチャンバー内圧力と設定圧力との差を検出し、圧力差が許容範囲外にある継続時間が設定時間を超えたときに流量制御用バルブ（放散弁）の開度を調整する方法を採用することもできる。
【００３６】
本発明においては、コークス装入蓋開閉時におけるプレチャンバー内圧力制御として、コークス装入蓋開の信号に基づいて放散弁１３の弁開度の調整を行い、コークス装入蓋閉の信号に基づいて再度放散弁１３の弁開度の調整を行うこととすると好ましい。放散弁１３の弁開度の調整とは、具体的にはコークス装入蓋開の信号を受け取ったときに放散弁１３の弁開度を一定量増加させる手段、またコークス装入蓋閉の信号を受け取ったときに放散弁１３の弁開度を一定量減少させる手段を採用することができる。このようなフィードフォワード制御を付加することにより、コークス装入蓋１４を開いた直後における流入空気量の増大、コークス装入蓋１４を閉じた直後における流入空気量の減少に適切に対応することができ、フィードバック制御のみを実施したときに発生する圧力のハンチングを防止することができる。
【００３７】
次に、冷却室下方のカットゲート１５の開閉に際しての本発明のコークス乾式消火方法について、複数のカットゲートの開閉でコークスを排出する方法を、図３を参照しつつ説明する。
【００３８】
まず、プレチャンバー内に空気を吹き込む空気導入設備２０を有する場合であって、カットゲート１５の開閉に際しての空気導入設備２０からの空気吹き込み量の制御方法について図３（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。
【００３９】
従来は、プレチャンバーへの空気吹き込み実施中において、冷却したコークスを排出するためにカットゲート１５を開いた際にも空気吹き込みを同じように継続しており、空気吹き込み量の調整も定常運転時と同様のフィードバック制御をおこなっていた。その結果としてプレチャンバー内圧力は、カットゲートがある部分は冷却室（クーリングチャンバー）下部であるために正圧になっており、各々のカットゲートにはリーク量があるがゆえに、１個のカットゲートが開くと循環ガスが系外に吹き出す。このため、各々のカットゲートが開く度にプレチャンバー内の圧力は急激に低下し、プレチャンバー圧力調整弁が閉方向に動作し、今度はプレチャンバー内圧力が正圧になるハンチングが発生する。この結果、プレチャンバーからガスの吹き出しが発生するという状況であった。
【００４０】
本発明においては、空気導入設備２０の空気流量調整について、定常運転時のフィードバック制御を行わず、カットゲート１５の開信号により、空気導入設備２０の流量調整弁２２の開度をそのときの開度に固定する（図３（ａ））かあるいはあらかじめ定めた規定開度とする（図３（ｂ））。フィードバック制御では上記のようにプレチャンバー内圧力がハンチングを起こすことがあるが、流量調整弁２２の開度をそのときの開度に固定（ロック）するかあるいはあらかじめ定めた規定開度とする（フィードフォワード制御）ことにより、圧力のハンチングを防止することができ、プレチャンバー内圧力は、２０ｈＰａ以下の変動に抑制されプレチャンバーからのガスの吹き出しもないという状況に改善される。
【００４１】
上記規定開度については、各々のカットゲートのガスリーク量に依存し、調整することになる。
【００４２】
コークスの排出が終了してカットゲート１５を閉じる際においては、空気導入設備２０の流量調整をそのまま定常運転時のフィードバック制御に戻せばよい。あるいは図３（ｂ）に示すように、カットゲート開信号を受けたときに空気導入設備の流量調整弁の開度を記憶しておき、カットゲートを閉じたときに流量調整弁の開度を該記憶した開度とした上でフィードバック制御に戻すこともできる。
【００４３】
カットゲート１５の開閉を行う際においては、空気導入設備２０の空気流量調整について上記本発明を実施するのみならず、プレチャンバー内圧力制御についても適正に行うことが必要である。これについては、従来から行っている方法をそのまま適用することもでき、あるいは特許文献１に記載の方法、即ちプレチャンバー内圧力と設定圧力との差を検出し、圧力差が許容範囲外にある継続時間が設定時間を超えたときに流量制御用バルブ（放散弁）の開度を調整する方法を採用することもできる。
【００４４】
本発明においては、放散弁１３の開度調整によってプレチャンバー内の圧力制御を行っている場合であって、冷却室下方のカットゲート１５の開信号により、放散弁１３の開度をそのときの開度に固定する（図３（ｃ））かあるいはあらかじめ定めた規定開度とする（図３（ｄ））と好ましい。カットゲート開閉時において定常運転時のフィードバック制御を継続する、あるいは特許文献１に記載の方法を適用するのに比較し、本発明の方法を適用することによって、プレチャンバー内圧力変動を、２０ｈＰａの変動から１０ｈＰａの変動に抑制することができた。
【００４５】
上記規定開度については、各々のカットゲートのガスリーク量に依存し、調整することになる。
【００４６】
コークスの排出が終了してカットゲート１５を閉じる際においては、プレチャンバー内の圧力制御をそのまま定常運転時のフィードバック制御に戻せばよい。あるいは図３（ｄ）に示すように、カットゲート開信号を受けたときに放散弁１３の開度を記憶しておき、カットゲート１５を閉じたときに放散弁１３の開度を該記憶した開度とした上でフィードバック制御に戻すこともできる。
【００４７】
次に、プレチャンバー内に木質系及び又は農業系バイオマスと炭化水素化廃棄物の一方又は両方（バイオマス等）を投入する際における本発明のコークス乾式消火方法について説明する。
【００４８】
バイオマスはカーボンニュートラルであり、石油、石炭等を代替すべき資源であるといえる。バイオマスとは生物量の総称であり、ＦＡＯ（国連食糧農業機関）によれば、農業系、林業系、畜産系、水産系、廃棄物系等に分類される。
【００４９】
本発明では、農業系と木質系バイオマスを対象としている。本発明において、バイオマスについての定義は上記ＦＡＯの定義に準ずる。すなわち、農業系バイオマスとは、ＦＡＯ定義における農業系バイオマスを指し、麦わら、サトウキビ、米糠、草木等が該当する。加えて、木質系バイオマスとは、ＦＡＯ定義における林業系バイオマスと、廃棄物系バイオマスの一部を指し、製紙廃棄物、製材廃材、除間伐材、薪炭林、庭木、木材などの建設廃材、などが該当する。これらを使用するのは、含有水分が少なく（〜５０質量％）、湿分基準の発熱量も高いため、赤熱コークス顕熱のみで乾留に必要な熱量以上のガス、固体エネルギーを回収できるからである。
【００５０】
炭化水素化廃棄物とは、代表的なものとしてプラスチック類があり、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）等のパラフィン系の高分子化合物やポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）を含む物質である。これらは、バイオマスと同様に赤熱コークスの顕熱にて熱分解ガス化し乾留し、炭素源として回収することができる。
【００５１】
これらの炭化水素化廃棄物は単独に廃棄物等で回収したものを利用できる他、木質系バイオマス、特に廃棄物系バイオマス中には混在しており、混在状態のまま利用することも可能である。
【００５２】
本発明では、木質系及び又は農業系バイオマスと炭化水素化廃棄物の一方又は両方を「バイオマス等」と呼び、これらを乾式消火設備のプレチャンバー内に投入する。バイオマス等をプレチャンバー内に投入すると、赤熱コークスの顕熱で揮発分が脱離する。空気導入設備２０によってプレチャンバー内に吹き込まれた空気、及びコークス投入時にプレチャンバー内に巻き込まれた空気は、まず上記バイオマス等から離脱した揮発分の燃焼に使われ、その結果生じた熱が廃熱ボイラーにおいて蒸気として回収される。この結果、プレチャンバー内の空気によるコークスの燃焼が減少するので、コークスの燃焼ロスを低減することができる。また、揮発分が脱離した後のバイオマス等の残渣中における炭素分は、燃焼性、着火性に優れ、他の性状もコークスに比べ遜色ないため、コークスとしての使用が可能である。
【００５３】
プレチャンバー内へのバイオマス等の投入は、コークスとバイオマス等とを交互に投入するバッチ式投入、バイオマス等を連続的に投入する連続投入のいずれを採用しても良い。プレチャンバー内へのバイオマス等の投入方法としては、図１に示すようにコークス装入蓋１４を開けてバイオマス等３０を投入するようにしてもよく、あるいはプレチャンバーの側壁からバイオマス等を投入する投入口を設けても良い。
【００５４】
プレチャンバー内の赤熱コークスの上にバイオマス等を投入した瞬間、あるいはプレチャンバー内のコークス上に未反応のバイオマスが堆積しているところに新たに赤熱コークスを投入した瞬間には、未反応のバイオマス等が急速に加熱されて瞬間的にガス化反応が起きる場合がある。このようなときに、放散弁の開度調整によってプレチャンバー内の圧力制御をフィードバック制御で行っている場合において、プレチャンバー内の圧力制御がうまくいかず、圧力がハンチングを起こすことがある。
【００５５】
本発明は、プレチャンバーへのバイオマス等の投入開始時とコークス投入開始時の一方又は両方において、図４（ａ）に示すように投入開始から一定時間（ｔ５）経過後に放散弁の開度を上げることにより、プレチャンバー内の圧力を安定して保持することが可能になる。定常運転時のフィードバック制御に加え、バイオマス等の投入開始やコークス投入開始の信号に基づいて放散弁の開度を上げるフィードフォワード制御を付加することにより、プレチャンバー内のガス発生量が急激に増えた際における適正な圧力制御に迅速に移行できるからである。
【００５６】
一定時間（ｔ５）経過後とするのは、バイオマスが赤熱コークスからの伝熱によって乾燥・加熱され熱分解ガスが発生する時間が必要だからである。一定時間（ｔ５）については、２０〜３０秒程度の時間であり、この時間はバイオマスの投入量により熱分解ガス化するのに必要な２００〜３００℃の温度に要する時間の違いである。
【００５７】
放散弁１３の開度の上げしろは通常５〜１０％程度であり、この上げしろはバイオマスの投入量により調整する。
【００５８】
本発明は、プレチャンバー内に空気を吹き込む空気導入設備２０を有している場合において、上記プレチャンバー内の圧力制御に加え、プレチャンバーへのバイオマス等の投入開始時とコークス投入開始時の一方又は両方において、図４（ｂ）に示すように投入開始から一定時間（ｔ５）経過後に前記空気導入設備２０の流量調整弁２２の開度を下げることにより、プレチャンバー内の圧力を一層安定して保持することが可能になる。定常運転時のフィードバック制御に加え、バイオマス等の投入開始やコークス投入開始の信号に基づいてプレチャンバーへの空気吹き込み量を下げるフィードフォワード制御を付加することにより、プレチャンバー内のガス発生量が急激に増えた際における適正な圧力制御に迅速に移行できるからである。
【００５９】
一定時間（ｔ５）経過後とする理由は上記放散弁の開度調整の場合と同様である。また、空気導入設備の流量調整弁の開度の下げしろについては、プレチャンバー内に投入するバイオマスのコークスに対する投入量割合や、バイオマスの形状（大きさ）によって制御量は変化する。
【００６０】
例えば、バイオマスの粒径が３０ｍｍで投入量がコークス処理量の５％程度のときは、赤熱コークス上にバイオマスを投入しても輻射などの伝熱速度は比較的遅いために熱分解ガス化反応がゆっくりと反応し、赤熱コークス上のバイオマスは次の赤熱コークス投入前にバイオマスの未反応部分が残ることになる。未反応のバイオマス上に赤熱コークスを投入すると伝熱速度の速い対流伝熱が支配的になるために熱分解ガス化反応も速くなり、プレチャンバーの発生ガス量が多くなる。したがって、このような場合にはプレチャンバーに投入する空気量を下げプレチャンバーから発生するガス量増加を抑制するとともに、放散弁を開けて循環量を下げてやる必要がある。
【００６１】
バイオマスの粒径が小さくなると未反応部分が残る部分が少なくなるために変動が小さくなり、粒径が大きくなると赤熱コークスが上に投入されても単位体積当たりの表面積が小さいために反応が遅くなってくる。
【００６２】
本発明は、上記プレチャンバー内の圧力制御、プレチャンバーへの空気吹き込み量制御に加え、プレチャンバーへのバイオマス等の投入開始時とコークス投入開始時の一方又は両方において、投入開始から一定時間経過後に循環ガスの循環量を一時的に減らすことにより、プレチャンバー内の圧力を一層安定して保持することが可能になる。
【００６３】
循環ガス量については、定常運転時にはボイラ入口温度が一定温度（９００〜９８０℃）になるように風量を維持するという制御を行っている。このような循環ガス量制御に加え、バイオマス等の投入開始やコークス投入開始の信号に基づいて循環ガスの循環量を一時的に減らすフィードフォワード制御を付加することにより、プレチャンバー内のガス発生量が急激に増えた際における適正な制御に迅速に移行できるからである。
【００６４】
一定時間（ｔ５）経過後とする理由及び循環ガス量の減らし代については上記放散弁の開度調整の場合と同様である。
【００６５】
【発明の効果】
本発明により、プレチャンバーへの空気吹き込みを実施するコークスの乾式消火方法において、コークス装入蓋やカットゲート動作時におけるプレチャンバー内の圧力制御を安定化させることができる。
【００６６】
本発明はまた、プレチャンバーへのバイオマス等の投入を実施するコークスの乾式消火方法において、バイオマス等の投入時やコークス投入時におけるプレチャンバー内の圧力制御を安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する乾式消火設備を示す図である。
【図２】コークス装入蓋開閉時における空気導入設備流量調整弁開度の時間推移図である。
【図３】カットゲート開閉時における空気導入設備流量調整弁及び放散弁開度の時間推移図である。
【図４】バイオマス等投入開始時における放散弁および空気導入設備流量調整弁開度の時間推移図である。
【符号の説明】
１ 消火塔
２ 冷却室
３ プレチャンバー
４ スローピングフリュー部
５ リングダクト
６ １次ダストキャッチャー
７ 廃熱ボイラー
８ 循環ブロアー
９ 赤熱コークス
１０ 排出コークス
１１ 不活性ガス吹き込み管
１２ 放散ガス配管
１３ 放散弁
１４ コークス装入蓋
１５ カットゲート
１６ 圧力計
１７ ガス排出管
１９ バイパス管
２０ 空気導入設備
２１ ブロアー
２２ 流量調整弁
２３ 放気弁
２４ 圧力制御装置
２５ 流量制御装置
２６ 発生蒸気流量計
２７ ２次ダストキャッチャー
２８ 循環ガス弁
２９ 赤熱コークス層
３０ バイオマス等
３１ 吹き込みガス
３２ 排出ガス
３３ 廃熱ボイラー供給ガス
３４ 給水
３５ 発生蒸気
３６ 放散ガス
３７ 循環ガス
３８ 不活性ガス
３９ 空気流
４０ バイパスガス
４１ プレチャンバー吹き込み空気
【発明の属する技術分野】
本発明は、コークス乾式消火方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コークス炉から排出される赤熱コークスを冷却するにあたり、赤熱コークスの顕熱を回収して省エネルギーを図るためにコークス乾式消火装置（いわゆるＣＤＱ（Ｃｏｋｅ Ｄｒｙ Ｑｕｅｎｃｈｅｒ））が用いられる。
【０００３】
乾式消火装置は、赤熱コークスの有する顕熱を不活性ガスにて熱交換する冷却室と、該冷却室の上部のプレチャンバーとを有する。赤熱コークスはプレチャンバーの上方のコークス装入蓋を開いてプレチャンバー内に装入される。プレチャンバーは赤熱コークス投入の時間変動を吸収し、かつ操業の安定性を得る目的で設けられている。コークスは冷却室内で不活性ガスと熱交換して２００℃近くまで冷却された後、冷却室下方のカットゲートを開いて一定量ずつ切り出される。熱交換後９００℃に加熱された不活性ガスは冷却室の上部からリングダクトへ排出され、１次ダストキャッチャーを経て廃熱ボイラーで熱回収され、循環ブロアーで再度冷却室へ圧送される。
【０００４】
循環ガス系統において、循環ブロアと冷却室との間の配管を分岐させ、分岐管の途中に放散弁を設け、循環ガスの一部を大気中に放散させる場合がある。ガスを放散させずに回収することもできる。ここでは、大気中に放散させる場合、ガスを回収する場合のいずれにおいても、放散弁との名称を用いる。
【０００５】
プレチャンバー内の圧力は、大気圧に対して常に一定の負圧を保つように制御される。通常は、上記放散弁の弁開度の調整によって放散弁を通過するガス量を調整し、これによって消火塔から排出する循環ガス排出量と消火塔に圧送する循環ガス圧送量の差を調整し、プレチャンバー内の圧力を制御することができる。プレチャンバー内に圧力計を配置し、圧力計の検出結果に基づいて放散弁の開度を調整する制御が行われる。前述のようにプレチャンバー内に空気を吹き込む場合には、空気吹き込みによって系内のガス量が増大するので、ガス量を一定に保持するためには放散弁を通して排出するガス量を増大することによってバランスを保持する。
【０００６】
プレチャンバーに赤熱コークスを投入するためにコークス装入蓋を開いた際、あるいは冷却塔からコークスを排出するためにカットゲートを開いた際には、負圧に調整していた消火塔内に空気が入り込み、プレチャンバー内の圧力が設定圧力から外れることとなる。プレチャンバー内圧力については、プレチャンバー内に設置した圧力計の検出結果に基づいて循環ガスの放散弁の開度を調整することにより、設定圧力に一致するように制御されている。コークス装入蓋を開いた際においても、プレチャンバー内の圧力が設定圧力から外れた場合には放散弁の開度が自動制御によって調整され、プレチャンバー内圧力を設定圧力に戻すよう調整される。ところが、放散弁の操作速度には限界があり、また放散弁が操作されてからプレチャンバー内の圧力に変動が生じるまでに時間的なずれがあるため、コークス装入蓋を開いた際あるいはカットゲートを開いた際におけるプレチャンバー内の急激な圧力変動に迅速に対応することができず、圧力の乱調が発生することがある。プレチャンバー内の圧力の乱調が発生し、プレチャンバー内が正圧となると、開いたコークス装入蓋からガスが噴出することとなり、プレチャンバー内が過度の負圧となると開いたコークス装入蓋から空気が過剰に吸い込まれてコークスが燃焼し、蒸気発生量が増加しすぎることとなる。
【０００７】
特許文献１においては、プレチャンバー内圧力と設定圧力との差を検出し、圧力差が許容範囲外にある継続時間が設定時間を超えたときに流量制御用バルブ（放散弁）の開度を調整することにより、圧力制御の乱調を防ぐことができるとしている。
【０００８】
装入されるコークス中には揮発分や微粉コークスを含んでいる。揮発分は、燃焼性が高く循環ガス中に高い比率で含まれると異常燃焼の可能性がある。そこでプレチャンバー内に空気を吹き込むと、コークス塊中に残存する揮発分や微粉コークスを燃焼させることができる。吹き込んだ空気により赤熱コークスの表層の一部が燃えることもある。その結果、高温になった空気及び燃焼排ガスが不活性ガスに混合することにより、冷却室から排出されるガスの熱量を増大することができる。また、プレチャンバーを経て冷却室に到達するコークスの温度も上昇しているため、冷却室内で不活性ガスに回収される熱量も増大する。その結果、廃熱ボイラーでの蒸気回収量を増大することができる。このためには、プレチャンバー内に空気を吹き込む空気導入設備を設置する。
【０００９】
【特許文献１】
特開昭５７−１６５４８２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
コークスの乾式消火装置において、前述のようにプレチャンバーへの空気吹き込み実施中において、赤熱コークスを投入するためにコークス装入蓋を開いた際、あるいはコークスを排出するためにカットゲートを開いた際に、プレチャンバー内の圧力制御がうまくいかないことがあった。本発明は、プレチャンバーへの空気吹き込みを実施している際において、コークス装入蓋やカットゲート動作時におけるプレチャンバー内の圧力制御を安定化させるためのコークス乾式消火方法を提供することを第１の目的とする。
【００１１】
木質、農業系バイオマスはカーボンニュートラルであり、積極的に使用して石油、石炭等を代替すべき資源であるといえる。これらバイオマスや炭化水素化廃棄物（以下「バイオマス等」という。）を赤熱コークスと共に乾式消火装置に投入すると、赤熱コークスの顕熱で揮発分が脱離する。プレチャンバー内では、コークス投入時の巻き込み空気や空気導入設備からの吹き込み空気が存在し、その空気の一部はプレチャンバー内のコークスの炭素の燃焼に用いられ、コークス歩留を悪化させる原因となっていた。バイオマス等をプレチャンバー内に投入すると、バイオマス等から揮発した成分が優先的に空気と反応することとなり、コークス燃焼ロスを低減することができる。また、バイオマス等の残渣中の炭素分は、コークスとして使用可能である。
【００１２】
プレチャンバー内の赤熱コークスの上にバイオマス等を投入した瞬間、あるいはプレチャンバー内のコークス上に未反応のバイオマスが堆積しているところに新たに赤熱コークスを投入した瞬間には、未反応のバイオマス等が急速に加熱されて瞬間的にガス化反応が起きる場合がある。このようなときに、プレチャンバー内の圧力制御がうまくいかず、圧力がハンチングを起こすことがある。本発明は、バイオマス等を乾式消火装置に投入する場合においてもプレチャンバー内の圧力制御を安定化させることのできるコークス乾式消火方法を提供することを第２の目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の要旨とするところは以下の通りである。
（１）冷却室２とその上部のプレチャンバー３とよりなる消火塔１を用い、プレチャンバー上方から赤熱コークス９を装入し、消火塔１に不活性ガス３８を循環させて赤熱コークスの顕熱を回収するようにしたコークス乾式消火方法において、プレチャンバー３内に空気４１を吹き込む空気導入設備２０を有し、プレチャンバー上方のコークス装入蓋１４を開ける際の事前信号から一定時間経過後に前記空気導入設備２０の流量調整弁２２の開度を記憶すると同時にプレチャンバー３への空気導入路を閉め、前記コークス装入蓋閉信号から一定時間経過後に空気導入設備２０の流量調整弁２２の開度を前記記憶した開度として空気導入路を開け、さらに一定時間経過後にプレチャンバー空気吹き込み量の制御を定常運転に戻すことを特徴とするコークス乾式消火方法。
（２）冷却室２とその上部のプレチャンバー３とよりなる消火塔１を用い、プレチャンバー上方から赤熱コークス９を装入し、消火塔１に不活性ガス３８を循環させて赤熱コークスの顕熱を回収するようにしたコークス乾式消火方法において、プレチャンバー３内に空気を吹き込む空気導入設備２０を有し、冷却室下方のカットゲート１５の開信号により、空気導入設備２０の流量調整弁２２の開度をそのときの開度に固定するかあるいはあらかじめ定めた規定開度とすることを特徴とするコークス乾式消火方法。
（３）不活性ガス３８を循環させる循環系統は循環ガスの放散弁１３を有し、放散弁１３の開度調整によってプレチャンバー内の圧力制御を行っており、冷却室下方の複数のカットゲート１５の各開信号により、放散弁１３の開度をそのときの開度に固定するかあるいはあらかじめ定めた規定開度とすることを特徴とする上記（２）に記載のコークス乾式消火方法。
（４）冷却室２とその上部のプレチャンバー３とよりなる消火塔１を用い、プレチャンバー上方から赤熱コークス９を装入し、１消火塔に不活性ガス３８を循環させて赤熱コークスの顕熱を回収するようにしたコークス乾式消火方法において、不活性ガス３８を循環させる循環系統は循環ガスの放散弁１３を有し、放散弁１３の開度調整によってプレチャンバー内の圧力制御を行っており、プレチャンバー３内に木質系及び又は農業系バイオマスと炭化水素化廃棄物の一方又は両方（以下「バイオマス等」という。）を投入し、プレチャンバーへのバイオマス等の投入開始時とコークス投入開始時の一方又は両方において、投入開始から一定時間経過後に放散弁１３の開度を上げることを特徴とするコークス乾式消火方法。
（５）プレチャンバー３内に空気を吹き込む空気導入設備２０を有し、プレチャンバー３へのバイオマス等の投入開始時とコークス投入開始時の一方又は両方において、投入開始から一定時間経過後に空気導入設備２０の流量調整弁２２の開度を下げることを特徴とする上記（４）に記載のコークス乾式消火方法。
（６）プレチャンバー３へのバイオマス等の投入開始時とコークス投入開始時の一方又は両方において、投入開始から一定時間経過後に循環ガス３７の循環量を増やすことを特徴とする上記（４）又は（５）に記載のコークス乾式消火方法。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１に基づいて説明する。
【００１５】
赤熱コークスを冷却する消火塔１は縦形に形成され、上下方向にプレチャンバー３と冷却室２を備えている。プレチャンバー３と冷却室２とは、その内壁周囲に形成されたスローピングフリュー部４によってガス流れフローとしては分割されている。
【００１６】
９８０℃前後の温度を有する赤熱コークス９はプレチャンバー３の上方にあるコークス装入蓋１４を開けてその開口部から装入され、漸次下方に移動し、冷却室２において冷却室下部の吹き込み菅１１から吹き込まれる不活性ガス３８によって冷却される。冷却室下部から排出されるときのコークス１０の温度は２００℃近くとなっている。
【００１７】
冷却室内において吹き込まれた不活性ガス３８は、冷却室内を上昇しつつ赤熱コークスとの間で熱交換が行なわれ、ガス温度が上昇し、冷却室上部のスローピングフリュー部４からリングダクト５に排出される。更に不活性ガスはリングダクト５から１次ダストキャッチャー６を経て廃熱ボイラー７に送られ、廃熱ボイラー７で熱回収されて温度が１８０℃前後に低下した後、循環ブロアー８を経て不活性ガス吹き込み管１１から再度冷却室２に吹き込まれる。
【００１８】
循環ガス系統において、循環ブロア８と不活性ガス吹き込み管１１との間の配管を分岐させて放散ガス配管１２を設置し、放散ガス配管１２の途中に放散弁１３を設ける。放散ガス配管１２を経由して循環ガスの一部を大気中に放散させることができる。もちろん、ガスを放散させずに回収することもできる。
【００１９】
図１に示す例においては、必要に応じて空気導入設備２０からプレチャンバー内に空気４１を吹き込む。吹き込まれた空気中の酸素が残存揮発分、微粉コークス及び塊コークスの一部と反応する。反応は主に一酸化炭素を生成する発熱反応であり、吹き込んだ空気と生成ガス、及びコークスは温度が上昇しつつプレチャンバー内を下降し、プレチャンバー下部において最も高い温度となる。吹き込んだ空気と生成ガスは、プレチャンバー下部において下方から上昇してきた不活性ガスと混合し、スローピングフリュー部４からリングダクト５に排出される。プレチャンバーへの空気４１の吹き込み量の調整は、例えば廃熱ボイラー７における回収蒸気量を常に一定に保持するように調整される。発生蒸気３５の系列に発生蒸気流量計２６を配置し、該流量計で測定した発生蒸気量に基づき、流量制御装置２５によって流量調整弁２２の開度を調整し、蒸気発生量を一定に保持する制御を行う。特開２００２−２５６２７０号公報に記載されているとおりである。また、空気導入設備２０からプレチャンバー３への空気吹き込み量の調整手段としては、流量調整弁２２の弁開度の調整によって行われる。流量調整弁２２を閉として空気吹き込みを停止する場合には、放気弁２３を開いて放気弁２３から空気を逃がす。放気弁２３を開く理由は、流量調整弁２２を閉とする際に空気導入設備２０（送風機）のサージングを防止するためである。
【００２０】
プレチャンバー内の圧力は、大気圧に対して常に一定の負圧を保つように制御される。図１に示す例では、放散弁１３の弁開度の調整によって放散ガス配管１２を通過するガス量を調整し、これによって消火塔１から排出する排出ガス３２の量と消火塔に圧送する吹き込みガス３１の圧送量の差を調整し、プレチャンバー内の圧力を制御している。プレチャンバー内に圧力計１６を配置し、圧力制御装置２４は圧力計１６の検出結果に基づいて放散弁１３の開度を調整し、プレチャンバー内の圧力を設定圧に一致させる制御を行う。空気導入設備２０からプレチャンバー内に空気４１を吹き込む場合には、空気吹き込みによって系内のガス量が増大するので、ガス量を一定に保持してプレチャンバー内圧力を一定にするためには、放散弁１３を通して排出するガス量を増大することによってバランスを保持することとなる。
【００２１】
まず、プレチャンバー上方のコークス装入蓋１４の開閉に際しての本発明のコークス乾式消火方法について、図２を参照しつつ説明する。
【００２２】
従来は、プレチャンバーへの空気４１吹き込み実施中において、赤熱コークスを投入するためにコークス装入蓋１４を開いた際にも空気吹き込みを同じように継続しており、その結果としてプレチャンバー内圧力は、放散弁１３の開度調整が追従しないために、瞬間的に大量の空気を吸い込むためにプレチャンバー内のコークスガス化反応が急激に起きることで圧力が上昇し、コークス装入口よりガスが吹き出す現象が発生するという状況であった。
【００２３】
本発明において、コークス装入蓋１４を開く際には、開く時刻の一定時間（ｔ１）前に事前信号を発生する。コークス装入蓋１４を開けてからアクションを取ったのでは制御が間に合わないからである。事前信号から一定時間（ｔ２）経過後に空気導入設備２０の流量調整弁２２の開度を記憶すると同時にプレチャンバーへの空気導入路を閉める。流量調整弁２２の開度を記憶するのは、この後コークス装入蓋１４を再度閉じたときに、流量調整を再開する際における開度の初期値として使用するためである。プレチャンバーへの空気導入路を閉める手段としては、図２に示すように流量調整弁２２の開度を全閉とすることによって対応することができる。別に設けた遮断弁を閉じても良い。
【００２４】
コークス装入蓋１４を閉めているときも開けているときもプレチャンバー内の圧力は僅かながら負圧に制御しているので、コークス装入蓋１４を開くと同時に開口部からプレチャンバー内に空気が流入する。本発明においては、コークス装入蓋１４を開けている間はプレチャンバー内への空気吹き込みを中止するので、開口部からの流入空気量増大と相殺することができ、プレチャンバー内圧力はプレチャンバー内のコークスガス化反応が一定に起きることで圧力が上昇することなく、コークス装入口よりガスが吹き出す現象も発生しないという状況に改善される。
【００２５】
コークス装入蓋１４を開く時刻と事前信号との間の一定時間（ｔ１）については、３０秒程度の時間とすると好ましい。コークス開事前信号はコークスバケットがリミットスイッチ位置を切った時間で蓋動作の準備信号、装置構成により異なる。
【００２６】
事前信号から空気導入路を閉じるまでの一定時間（ｔ２）については、２５秒程度の時間とすると好ましい。コークス蓋が実際に開く際には導入空気が止まっている状態にするために弁動作時間を確保するためである。
【００２７】
プレチャンバーへの空気導入路を閉めると同時に、放気弁２３を開くこととしても良い。
【００２８】
コークス装入が完了し、コークス装入蓋１４を閉じたら、コークス装入蓋閉信号から一定時間（ｔ３）経過後に空気導入設備２０の流量調整弁２２の開度を前記記憶した開度として空気導入路を開ける。
【００２９】
一定時間（ｔ３）経過後とするのは、コークス装入蓋１４が閉じた直後の変動が抑制される時間を確保するためである。一定時間（ｔ３）については、１〜３秒程度の時間が好ましい。リミット位置、蓋の開閉速度等に基づいて定める。空気導入路を開ける際における流量調整弁２２の開度を前記記憶した開度とするので、プレチャンバー３への空気吹き込み量を好適な量として吹き込みを再開することができる。
【００３０】
プレチャンバー３への空気導入路を開けると同時に、放気弁２３を閉じることとしても良い。
【００３１】
空気導入路を開けてからさらに一定時間（ｔ４）経過後にプレチャンバー空気吹き込み量の制御を定常運転に戻す。
【００３２】
空気吹き込み量の制御を定常運転に戻すのを一定時間（ｔ４）経過後とするのは、流量調整弁の開動作時間及び実際に流量が増加することを検知できる時間を確保するためである。一定時間（ｔ４）については、５秒程度の時間とすると好ましい。導入空気の管路長及び弁の開閉動作速度等から定める。
【００３３】
空気吹き込み量制御の定常運転とは、例えば廃熱ボイラー７における回収蒸気量を常に一定に保持するように空気吹き込み量を制御する方法を採用することができる。
【００３４】
コークス装入蓋開閉時におけるプレチャンバー内の圧力を設定圧力一定に保持するためには、上記空気導入設備の空気吹き込み制御とともに、プレチャンバー内の圧力制御を適正に行うことが必要である。プレチャンバー内の圧力制御は、通常は前述のように放散ガス配管１２を経由して循環系外に排出される放散ガス３６の流量を調整することによって行われる。排出されるガス流量制御は、放散弁１３の開度を調整することによって行うことができる。プレチャンバー内の圧力制御を、プレチャンバー内に設置した圧力計１６の検出結果に基づいて放散弁１３の開度を調整することによって行う、いわゆるフィードバック制御を行っている場合、コークス装入蓋開閉時にもフィードバック制御のみを行っていたのでは、プレチャンバー内圧力がハンチングを起こして正常な圧力制御ができなくなることがある。
【００３５】
コークス装入蓋開閉時におけるプレチャンバー内圧力制御としては、従来から行っている方法をそのまま適用することもでき、あるいは特許文献１に記載の方法、即ちプレチャンバー内圧力と設定圧力との差を検出し、圧力差が許容範囲外にある継続時間が設定時間を超えたときに流量制御用バルブ（放散弁）の開度を調整する方法を採用することもできる。
【００３６】
本発明においては、コークス装入蓋開閉時におけるプレチャンバー内圧力制御として、コークス装入蓋開の信号に基づいて放散弁１３の弁開度の調整を行い、コークス装入蓋閉の信号に基づいて再度放散弁１３の弁開度の調整を行うこととすると好ましい。放散弁１３の弁開度の調整とは、具体的にはコークス装入蓋開の信号を受け取ったときに放散弁１３の弁開度を一定量増加させる手段、またコークス装入蓋閉の信号を受け取ったときに放散弁１３の弁開度を一定量減少させる手段を採用することができる。このようなフィードフォワード制御を付加することにより、コークス装入蓋１４を開いた直後における流入空気量の増大、コークス装入蓋１４を閉じた直後における流入空気量の減少に適切に対応することができ、フィードバック制御のみを実施したときに発生する圧力のハンチングを防止することができる。
【００３７】
次に、冷却室下方のカットゲート１５の開閉に際しての本発明のコークス乾式消火方法について、複数のカットゲートの開閉でコークスを排出する方法を、図３を参照しつつ説明する。
【００３８】
まず、プレチャンバー内に空気を吹き込む空気導入設備２０を有する場合であって、カットゲート１５の開閉に際しての空気導入設備２０からの空気吹き込み量の制御方法について図３（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。
【００３９】
従来は、プレチャンバーへの空気吹き込み実施中において、冷却したコークスを排出するためにカットゲート１５を開いた際にも空気吹き込みを同じように継続しており、空気吹き込み量の調整も定常運転時と同様のフィードバック制御をおこなっていた。その結果としてプレチャンバー内圧力は、カットゲートがある部分は冷却室（クーリングチャンバー）下部であるために正圧になっており、各々のカットゲートにはリーク量があるがゆえに、１個のカットゲートが開くと循環ガスが系外に吹き出す。このため、各々のカットゲートが開く度にプレチャンバー内の圧力は急激に低下し、プレチャンバー圧力調整弁が閉方向に動作し、今度はプレチャンバー内圧力が正圧になるハンチングが発生する。この結果、プレチャンバーからガスの吹き出しが発生するという状況であった。
【００４０】
本発明においては、空気導入設備２０の空気流量調整について、定常運転時のフィードバック制御を行わず、カットゲート１５の開信号により、空気導入設備２０の流量調整弁２２の開度をそのときの開度に固定する（図３（ａ））かあるいはあらかじめ定めた規定開度とする（図３（ｂ））。フィードバック制御では上記のようにプレチャンバー内圧力がハンチングを起こすことがあるが、流量調整弁２２の開度をそのときの開度に固定（ロック）するかあるいはあらかじめ定めた規定開度とする（フィードフォワード制御）ことにより、圧力のハンチングを防止することができ、プレチャンバー内圧力は、２０ｈＰａ以下の変動に抑制されプレチャンバーからのガスの吹き出しもないという状況に改善される。
【００４１】
上記規定開度については、各々のカットゲートのガスリーク量に依存し、調整することになる。
【００４２】
コークスの排出が終了してカットゲート１５を閉じる際においては、空気導入設備２０の流量調整をそのまま定常運転時のフィードバック制御に戻せばよい。あるいは図３（ｂ）に示すように、カットゲート開信号を受けたときに空気導入設備の流量調整弁の開度を記憶しておき、カットゲートを閉じたときに流量調整弁の開度を該記憶した開度とした上でフィードバック制御に戻すこともできる。
【００４３】
カットゲート１５の開閉を行う際においては、空気導入設備２０の空気流量調整について上記本発明を実施するのみならず、プレチャンバー内圧力制御についても適正に行うことが必要である。これについては、従来から行っている方法をそのまま適用することもでき、あるいは特許文献１に記載の方法、即ちプレチャンバー内圧力と設定圧力との差を検出し、圧力差が許容範囲外にある継続時間が設定時間を超えたときに流量制御用バルブ（放散弁）の開度を調整する方法を採用することもできる。
【００４４】
本発明においては、放散弁１３の開度調整によってプレチャンバー内の圧力制御を行っている場合であって、冷却室下方のカットゲート１５の開信号により、放散弁１３の開度をそのときの開度に固定する（図３（ｃ））かあるいはあらかじめ定めた規定開度とする（図３（ｄ））と好ましい。カットゲート開閉時において定常運転時のフィードバック制御を継続する、あるいは特許文献１に記載の方法を適用するのに比較し、本発明の方法を適用することによって、プレチャンバー内圧力変動を、２０ｈＰａの変動から１０ｈＰａの変動に抑制することができた。
【００４５】
上記規定開度については、各々のカットゲートのガスリーク量に依存し、調整することになる。
【００４６】
コークスの排出が終了してカットゲート１５を閉じる際においては、プレチャンバー内の圧力制御をそのまま定常運転時のフィードバック制御に戻せばよい。あるいは図３（ｄ）に示すように、カットゲート開信号を受けたときに放散弁１３の開度を記憶しておき、カットゲート１５を閉じたときに放散弁１３の開度を該記憶した開度とした上でフィードバック制御に戻すこともできる。
【００４７】
次に、プレチャンバー内に木質系及び又は農業系バイオマスと炭化水素化廃棄物の一方又は両方（バイオマス等）を投入する際における本発明のコークス乾式消火方法について説明する。
【００４８】
バイオマスはカーボンニュートラルであり、石油、石炭等を代替すべき資源であるといえる。バイオマスとは生物量の総称であり、ＦＡＯ（国連食糧農業機関）によれば、農業系、林業系、畜産系、水産系、廃棄物系等に分類される。
【００４９】
本発明では、農業系と木質系バイオマスを対象としている。本発明において、バイオマスについての定義は上記ＦＡＯの定義に準ずる。すなわち、農業系バイオマスとは、ＦＡＯ定義における農業系バイオマスを指し、麦わら、サトウキビ、米糠、草木等が該当する。加えて、木質系バイオマスとは、ＦＡＯ定義における林業系バイオマスと、廃棄物系バイオマスの一部を指し、製紙廃棄物、製材廃材、除間伐材、薪炭林、庭木、木材などの建設廃材、などが該当する。これらを使用するのは、含有水分が少なく（〜５０質量％）、湿分基準の発熱量も高いため、赤熱コークス顕熱のみで乾留に必要な熱量以上のガス、固体エネルギーを回収できるからである。
【００５０】
炭化水素化廃棄物とは、代表的なものとしてプラスチック類があり、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）等のパラフィン系の高分子化合物やポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）を含む物質である。これらは、バイオマスと同様に赤熱コークスの顕熱にて熱分解ガス化し乾留し、炭素源として回収することができる。
【００５１】
これらの炭化水素化廃棄物は単独に廃棄物等で回収したものを利用できる他、木質系バイオマス、特に廃棄物系バイオマス中には混在しており、混在状態のまま利用することも可能である。
【００５２】
本発明では、木質系及び又は農業系バイオマスと炭化水素化廃棄物の一方又は両方を「バイオマス等」と呼び、これらを乾式消火設備のプレチャンバー内に投入する。バイオマス等をプレチャンバー内に投入すると、赤熱コークスの顕熱で揮発分が脱離する。空気導入設備２０によってプレチャンバー内に吹き込まれた空気、及びコークス投入時にプレチャンバー内に巻き込まれた空気は、まず上記バイオマス等から離脱した揮発分の燃焼に使われ、その結果生じた熱が廃熱ボイラーにおいて蒸気として回収される。この結果、プレチャンバー内の空気によるコークスの燃焼が減少するので、コークスの燃焼ロスを低減することができる。また、揮発分が脱離した後のバイオマス等の残渣中における炭素分は、燃焼性、着火性に優れ、他の性状もコークスに比べ遜色ないため、コークスとしての使用が可能である。
【００５３】
プレチャンバー内へのバイオマス等の投入は、コークスとバイオマス等とを交互に投入するバッチ式投入、バイオマス等を連続的に投入する連続投入のいずれを採用しても良い。プレチャンバー内へのバイオマス等の投入方法としては、図１に示すようにコークス装入蓋１４を開けてバイオマス等３０を投入するようにしてもよく、あるいはプレチャンバーの側壁からバイオマス等を投入する投入口を設けても良い。
【００５４】
プレチャンバー内の赤熱コークスの上にバイオマス等を投入した瞬間、あるいはプレチャンバー内のコークス上に未反応のバイオマスが堆積しているところに新たに赤熱コークスを投入した瞬間には、未反応のバイオマス等が急速に加熱されて瞬間的にガス化反応が起きる場合がある。このようなときに、放散弁の開度調整によってプレチャンバー内の圧力制御をフィードバック制御で行っている場合において、プレチャンバー内の圧力制御がうまくいかず、圧力がハンチングを起こすことがある。
【００５５】
本発明は、プレチャンバーへのバイオマス等の投入開始時とコークス投入開始時の一方又は両方において、図４（ａ）に示すように投入開始から一定時間（ｔ５）経過後に放散弁の開度を上げることにより、プレチャンバー内の圧力を安定して保持することが可能になる。定常運転時のフィードバック制御に加え、バイオマス等の投入開始やコークス投入開始の信号に基づいて放散弁の開度を上げるフィードフォワード制御を付加することにより、プレチャンバー内のガス発生量が急激に増えた際における適正な圧力制御に迅速に移行できるからである。
【００５６】
一定時間（ｔ５）経過後とするのは、バイオマスが赤熱コークスからの伝熱によって乾燥・加熱され熱分解ガスが発生する時間が必要だからである。一定時間（ｔ５）については、２０〜３０秒程度の時間であり、この時間はバイオマスの投入量により熱分解ガス化するのに必要な２００〜３００℃の温度に要する時間の違いである。
【００５７】
放散弁１３の開度の上げしろは通常５〜１０％程度であり、この上げしろはバイオマスの投入量により調整する。
【００５８】
本発明は、プレチャンバー内に空気を吹き込む空気導入設備２０を有している場合において、上記プレチャンバー内の圧力制御に加え、プレチャンバーへのバイオマス等の投入開始時とコークス投入開始時の一方又は両方において、図４（ｂ）に示すように投入開始から一定時間（ｔ５）経過後に前記空気導入設備２０の流量調整弁２２の開度を下げることにより、プレチャンバー内の圧力を一層安定して保持することが可能になる。定常運転時のフィードバック制御に加え、バイオマス等の投入開始やコークス投入開始の信号に基づいてプレチャンバーへの空気吹き込み量を下げるフィードフォワード制御を付加することにより、プレチャンバー内のガス発生量が急激に増えた際における適正な圧力制御に迅速に移行できるからである。
【００５９】
一定時間（ｔ５）経過後とする理由は上記放散弁の開度調整の場合と同様である。また、空気導入設備の流量調整弁の開度の下げしろについては、プレチャンバー内に投入するバイオマスのコークスに対する投入量割合や、バイオマスの形状（大きさ）によって制御量は変化する。
【００６０】
例えば、バイオマスの粒径が３０ｍｍで投入量がコークス処理量の５％程度のときは、赤熱コークス上にバイオマスを投入しても輻射などの伝熱速度は比較的遅いために熱分解ガス化反応がゆっくりと反応し、赤熱コークス上のバイオマスは次の赤熱コークス投入前にバイオマスの未反応部分が残ることになる。未反応のバイオマス上に赤熱コークスを投入すると伝熱速度の速い対流伝熱が支配的になるために熱分解ガス化反応も速くなり、プレチャンバーの発生ガス量が多くなる。したがって、このような場合にはプレチャンバーに投入する空気量を下げプレチャンバーから発生するガス量増加を抑制するとともに、放散弁を開けて循環量を下げてやる必要がある。
【００６１】
バイオマスの粒径が小さくなると未反応部分が残る部分が少なくなるために変動が小さくなり、粒径が大きくなると赤熱コークスが上に投入されても単位体積当たりの表面積が小さいために反応が遅くなってくる。
【００６２】
本発明は、上記プレチャンバー内の圧力制御、プレチャンバーへの空気吹き込み量制御に加え、プレチャンバーへのバイオマス等の投入開始時とコークス投入開始時の一方又は両方において、投入開始から一定時間経過後に循環ガスの循環量を一時的に減らすことにより、プレチャンバー内の圧力を一層安定して保持することが可能になる。
【００６３】
循環ガス量については、定常運転時にはボイラ入口温度が一定温度（９００〜９８０℃）になるように風量を維持するという制御を行っている。このような循環ガス量制御に加え、バイオマス等の投入開始やコークス投入開始の信号に基づいて循環ガスの循環量を一時的に減らすフィードフォワード制御を付加することにより、プレチャンバー内のガス発生量が急激に増えた際における適正な制御に迅速に移行できるからである。
【００６４】
一定時間（ｔ５）経過後とする理由及び循環ガス量の減らし代については上記放散弁の開度調整の場合と同様である。
【００６５】
【発明の効果】
本発明により、プレチャンバーへの空気吹き込みを実施するコークスの乾式消火方法において、コークス装入蓋やカットゲート動作時におけるプレチャンバー内の圧力制御を安定化させることができる。
【００６６】
本発明はまた、プレチャンバーへのバイオマス等の投入を実施するコークスの乾式消火方法において、バイオマス等の投入時やコークス投入時におけるプレチャンバー内の圧力制御を安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する乾式消火設備を示す図である。
【図２】コークス装入蓋開閉時における空気導入設備流量調整弁開度の時間推移図である。
【図３】カットゲート開閉時における空気導入設備流量調整弁及び放散弁開度の時間推移図である。
【図４】バイオマス等投入開始時における放散弁および空気導入設備流量調整弁開度の時間推移図である。
【符号の説明】
１ 消火塔
２ 冷却室
３ プレチャンバー
４ スローピングフリュー部
５ リングダクト
６ １次ダストキャッチャー
７ 廃熱ボイラー
８ 循環ブロアー
９ 赤熱コークス
１０ 排出コークス
１１ 不活性ガス吹き込み管
１２ 放散ガス配管
１３ 放散弁
１４ コークス装入蓋
１５ カットゲート
１６ 圧力計
１７ ガス排出管
１９ バイパス管
２０ 空気導入設備
２１ ブロアー
２２ 流量調整弁
２３ 放気弁
２４ 圧力制御装置
２５ 流量制御装置
２６ 発生蒸気流量計
２７ ２次ダストキャッチャー
２８ 循環ガス弁
２９ 赤熱コークス層
３０ バイオマス等
３１ 吹き込みガス
３２ 排出ガス
３３ 廃熱ボイラー供給ガス
３４ 給水
３５ 発生蒸気
３６ 放散ガス
３７ 循環ガス
３８ 不活性ガス
３９ 空気流
４０ バイパスガス
４１ プレチャンバー吹き込み空気
Claims (6)
- 冷却室とその上部のプレチャンバーとよりなる消火塔を用い、プレチャンバー上方から赤熱コークスを装入し、消火塔に不活性ガスを循環させて赤熱コークスの顕熱を回収するようにしたコークス乾式消火方法において、前記プレチャンバー内に空気を吹き込む空気導入設備を有し、プレチャンバー上方のコークス装入蓋を開ける際の事前信号から一定時間経過後に前記空気導入設備の流量調整弁の開度を記憶すると同時にプレチャンバーへの空気導入路を閉め、前記コークス装入蓋閉信号から一定時間経過後に前記空気導入設備の流量調整弁の開度を前記記憶した開度として空気導入路を開け、さらに一定時間経過後にプレチャンバー空気吹き込み量の制御を定常運転に戻すことを特徴とするコークス乾式消火方法。
- 冷却室とその上部のプレチャンバーとよりなる消火塔を用い、プレチャンバー上方から赤熱コークスを装入し、消火塔に不活性ガスを循環させて赤熱コークスの顕熱を回収するようにしたコークス乾式消火方法において、前記プレチャンバー内に空気を吹き込む空気導入設備を有し、冷却室下方のカットゲートの開信号により、前記空気導入設備の流量調整弁の開度をそのときの開度に固定するかあるいはあらかじめ定めた規定開度とすることを特徴とするコークス乾式消火方法。
- 前記不活性ガスを循環させる循環系統は循環ガスの放散弁を有し、該放散弁の開度調整によってプレチャンバー内の圧力制御を行っており、冷却室下方の複数のカットゲートの各開信号により、前記放散弁の開度をそのときの開度に固定するかあるいはあらかじめ定めた規定開度とすることを特徴とする請求項２に記載のコークス乾式消火方法。
- 冷却室とその上部のプレチャンバーとよりなる消火塔を用い、プレチャンバー上方から赤熱コークスを装入し、消火塔に不活性ガスを循環させて赤熱コークスの顕熱を回収するようにしたコークス乾式消火方法において、前記不活性ガスを循環させる循環系統は循環ガスの放散弁を有し、該放散弁の開度調整によってプレチャンバー内の圧力制御を行っており、前記プレチャンバー内に木質系及び又は農業系バイオマスと炭化水素化廃棄物の一方又は両方（以下「バイオマス等」という。）を投入し、プレチャンバーへのバイオマス等の投入開始時とコークス投入開始時の一方又は両方において、投入開始から一定時間経過後に前記放散弁の開度を上げることを特徴とするコークス乾式消火方法。
- 前記プレチャンバー内に空気を吹き込む空気導入設備を有し、プレチャンバーへのバイオマス等の投入開始時とコークス投入開始時の一方又は両方において、投入開始から一定時間経過後に前記空気導入設備の流量調整弁の開度を下げることを特徴とする請求項４に記載のコークス乾式消火方法。
- プレチャンバーへのバイオマス等の投入開始時とコークス投入開始時の一方又は両方において、投入開始から一定時間経過後に循環ガスの循環量を増やすことを特徴とする請求項４又は５に記載のコークス乾式消火方法。
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