JP2005126659A

JP2005126659A - 炉内発生ガス燃焼室に外気吸入制御装置を付設した炭化炉蓋

Info

Publication number: JP2005126659A
Application number: JP2003403795A
Authority: JP
Inventors: Kesao Yamazaki; 今朝夫山▲崎▼
Original assignee: Yamazaki Corp
Current assignee: Yamazaki Corp
Priority date: 2003-10-27
Filing date: 2003-10-27
Publication date: 2005-05-19

Abstract

【課題】炉内発生ガスが炉内発生ガス燃焼室で燃焼すに必要な量の空気を、自ら械的作で送り込む外気吸入制御装置を付設した炭化炉蓋を提供。
【解決手段】空気チャンバー１８に炭化炉蓋３のコークス炭化炉側に設けた炉内発生ガス燃焼室１２に連通する外気ノズルパイプ１９と外気吐出口側を内蔵する外気吸入パイプ２２を設けると共に、外気吸入パイプ２２の上端面に閉塞弁盤２３を載置しかつ該外気吸入パイプ２２の外周に閉塞弁盤２３を搭載する圧縮コイルバネ２４を遊嵌し、さらに外気吸入パイプ２２の外周離隔位置に閉塞弁盤飛行制止板２５を架設した閉塞弁盤昇降用ガイドフレームを設けてなる外気吸入制御装置１７を、炭化炉蓋３の外装面と炉内発生ガス燃焼室１２の間に付設した。
【選択図】図２

Description

本発明は、装入された石炭粒子を乾留するコークス炉の炭化炉側に設けた炉内発生ガス燃焼室に外気吸入制御装置を付設した、炭化炉蓋に関するものである。

コークス炉は、炭化炉の出入口を開閉自在な鋼鉄製炉蓋フレームの炉内側に炉内気密性を高めるシールプレートを介して厚さ４００ｍｍ程度の大型耐火煉瓦を積み上げる様に内張りした炭化炉蓋で閉塞した後、該炭化炉に装入した石炭粒子を隣接した加熱炉から高温度の熱を供給しながら乾留し、コークスを製造する。また乾留時に発生し高温度の熱を保有する炉内発生ガスは、炭化炉の上方に設けた上昇管からガス導出室またはガス捕集室を経てコークス炉外へ導出される。炭化炉蓋は大型耐火煉瓦を使用するため耐熱性が確保されるが、コークスを窯出し度に耐火煉瓦が放熱しまた多量の熱を吸収するため、炉蓋近傍部に装入された石炭粒子の乾留処理が充分に行われず、不良コークスが多く製造される問題があった。この問題を解消したのが、特公平３−４００７４号公報（昭和５４年出願）や実公平２−２６９１４号公報（昭和６２年出願）などに記載される、炉内発生ガスの流路迂回技術である。この技術は、高温度の熱を保有する炉内発生ガスを、上昇管へ直接誘導する事なく、石炭粒子と接触する熱伝導性金属隔壁で形成される垂直な通路やその近傍を迂回する様に流動させる事によって上昇する通路内の高温度の熱と隔壁の熱伝導性を利用し、炉蓋近傍部に装入された石炭粒子の加熱するものである。炉蓋の炭化炉側に熱伝導性金属隔壁を設ける事で、耐火煉瓦を内張りした従来の炭化炉蓋に較べ、炉蓋近傍部の石炭粒子の加熱を速める効果を奏する。しかしながら、乾留中に発生した炉内ガスに含まれるＣＯ、Ｈ_２、Ｃ_２Ｈ_４などの未燃焼性ガスを燃焼させるものでなく、炭化炉蓋付近に装入された石炭粒子を積極的に加熱するものでなく、不良コークスの発生を解消するには問題があった。

この問題を解消した技術が特公平５−３８７９５号公報、特許第２９５３３１９号公報、特開平８−２８３７３５号公報、特開平９−５３０７８号公報などで紹介されている。これらの技術は、上記した中空断熱構造部材のガス通路に空気または酸素を吹き込み、乾留中に発生するガスすなわち未燃焼性の炉内発生ガスの一部あるいは該ガス中に含まれるタール成分も燃焼させ、上昇したガス通路内の高温度の熱で、該隔壁を介して炉蓋近傍部に装入された石炭粒子の加熱速度を速めようとするものである。
特公平３−４００７４号公報（第７欄第１図）実公平２−２６９１４号公報（第１欄第１図）特公平５−３８７９５号公報（第３欄第１図）特開平８−２８３７３５号公報（第４欄図１）

上記した技術は、中空断熱構造部材を通過する炉内発生ガスを燃焼させて上昇する高温度の熱を利用して炉蓋近傍部から発生する不良コークスを軽減を図ろうとする乾留技術である。しかしながら、石炭粒子の乾留中に発生するコークス炉ガスは、エネルギー源としてまた化学工業原料として広く利用されるため、安易に空気などを混入し、ガス組成を必要以上に希薄化する事を避けなければならない。問題は、中空断熱構造部材のガス通路すなわち炉内発生ガス燃焼室へ、如何なる手段で、燃焼するに必要な量の空気または酸素を送り込むかである。唯一の例が、上記した特開平８−２８３７３５号公報に掲載された図１である。同公報第４欄第４３行〜５０行の記載によれば「炭化炉の窯口下部の作業デッキ上にコークス炉列に沿って設置された空気配管から開閉弁を介して分岐管で空気を送り込む」と説明されているが、実用化されるに至っていない。その理由は明らかでないが、本発明者らの推測によれば、コークス炉と言えば炭化炉の両側に加熱炉を備えたものを普通５０〜７０組を設置したものであり、しかも各炭化炉がコークス乾留時期を位相させて個別的に操業されるため、作業する者が、高温度でガスと塵埃の舞う苛酷な作業環境の中で、コークス窯出し毎に開閉弁を操作させて空気の送給と停止を行う事は、厄介な作業である。また作業に安全性が確保されない問題から実用化に至らなかったものと思われる。また必要量以上の空気を送り込む問題もあった。

また開閉弁を適宜に開放し必要量以上の空気を炉内発生ガス燃焼室へ送り込むため、低温域においては炉内発生ガスが炭化炉の窯口下部で燃焼するに至らず石炭粒子の乾留速度を遅化し、高温域においては過剰に燃焼させて乾留速度を速めてコークスの灰分化を進める問題があった。

本発明は、上記した諸々の問題点を解消する事を目的に種々検討した結果から創作したもので、炉内発生ガスが炉内発生ガス燃焼室で燃焼させるに必要な量の空気を、人手に依らず、自ら機械的操作で送り込む事のできる外気吸入制御装置を付設した炭化炉蓋を提供するものである

その目的を達成した本発明の要旨は、炭化炉蓋のコークス炭化炉側に設けた炉内発生ガス燃焼室と炭化炉蓋の外装面に取付けた空気チャンバーとの間を外気ノズルパイプで連通しさらに外気吸入口を下方側とし水平な端面の外気吐出口を上方側とする外気吸入パイプの外気吐出口側を前記空気チャンバーの底面を垂直に貫通して内蔵突設すると共に、外気吸入パイプの外気吐出口側上端面に着離自在な閉塞弁盤を載置しかつ該外気吸入パイプの上方側外周に閉塞弁盤の搭載自重で圧縮するコイルバネを遊嵌し、さらに外気吸入パイプの外周から離隔する位置に閉塞弁盤飛行制止板を架設した閉塞弁盤昇降用ガイドフレームを設けて構成した外気吸入制御装置を、炉内発生ガス燃焼室に付設した炭化炉蓋である。

本発明のコークス炭化炉の炉蓋によれば、炉内発生ガス燃焼室に流れ込んだ炉内発生ガスを燃焼させるに必要な量の外気を送り込みながら燃焼させるため、外気の送り込みによる該室内の温度低下を招く事もなく、炉蓋近傍部に装入された石炭粒子の乾留を効率的に行う理由から不良コークスの発生を著しく低減し、必要限度の外気の送り込み量でコークス炉ガスのガス組成を希薄化する事なく化学工業原料として使用される。また本発明における外気吸入制御装置は、電気的操作を使用するものでなく、機械的操作に製作されているため故障が少なく、熱と塵埃に曝される厳しいコークス作業環境に適応される装置である。従って、多数あるコークス炭化炉に個別して取付けられまた個々のコークス操業において長期間使用できる特長がある。

以下、本発明について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図面は本発明の一実施例を示したもので、図１はコークス炭化炉のコークス排出側（またはコークス押出側）の出入口を閉塞した炭化炉蓋とその近傍のコークス炭化炉の縦断面図を示す。図１において、１はコークス炭化炉で、石炭粒子２が装入されている。すなわち、コークス炭化炉１は、両側に隣接された加熱炉（図示せず）で、石炭粒子２を乾留する炉体構造に設けられている。３は炭化炉蓋である。炭化炉蓋３は、コークス炭化炉１の出入口４を押圧する締結構造に製作された鋼鉄製炉蓋フレーム５のコークス炭化炉側にスライドプレート６、ナイフエッジ断面形状のフランジ部材７を周設してコークス炭化炉１の炉口枠８に当接する耐熱金属製のシールプレート９や炉内プレート１０などを介装し、さらに金属製耐熱ボックスにアルミナシリケートやセラミックスなど一般に使用される断熱材を充填した断熱ボックス１１を介してコークス炭化炉１の出入口４を突入する最前位置に炉内発生ガス燃焼室１２を設けて構成されている。炉内発生ガス燃焼室１２は、コークス炭化炉１で乾留される石炭粒子２から発生した炉内発生ガスが流れ込み易い様に流通孔を設けた耐熱製中空構造に製作したもので、例えば図示する様な断熱ボックス１１の炉高方向を複数段に分割する位置に固定した横体支持枠１３に耐熱金属製の短冊板１４を左右または上下あるいはその両者に微小な通気間隙１５を設けて着脱自在な係合手段を利用して縦横に並列した有底または無底構造のガス燃焼室の他に、耐熱金属製ボックスの任意な位置にガス流通孔を設けた簡単な構造のガス燃焼室でもよい。本発明における炉内発生ガス燃焼室１２の構造や形状や大きさについては特に限定するものでないが、耐熱製でガス流通性に優れ、過熱や外部から何らかの衝撃を受けて局部的に焼損や変形しても個別的に取替えられて補修し易く容易に復元できる利点から、図示する様な耐熱金属製短冊板１４の隣接間に通気間隙１５を設けて縦横に並べて製作した構造の炉内発生ガス燃焼室を使用する事が最も好ましい。１６はシリンダーや押圧ボルトなどの如き進退自在機構部材で、前記したフランジ部材７を押圧しつつシールプレート９を炉口枠８に強く当接するものである。１７は外気吸入制御装置で、コークス炭化炉１で発生し通気間隙１５を通って耐熱製中空構造の炉内発生ガス燃焼室１２に流入した炉内発生ガスを燃焼させるに必要な量の空気を吸入しまた炉内発生ガス燃焼室１２へ送り込むもので、炭化炉蓋３の外装面に１基または２基以上が任意な間隔を設けて取付けられる。

図２は、図１において炭化炉蓋３に取付けられた外気吸入制御装置１７の一実施例を拡大断面図で示す。１８は空気チャンバーである。空気チャンバー１８は矩形断面、円筒断面など任意な断面形状に作られた密閉構造のボックスで、炭化炉蓋３のコークス炭化炉側に設けられた炉内発生ガス燃焼室１２との間を外気ノズルパイプ１９で連通し、さらに外気吸入口２０を下方側とし水平な端面の外気吐出口２１を上方側とする外気吸入パイプ２２が、該外気吸入パイプ２２の外気吐出口側を空気チャンバー１８の底面を垂直に貫通して任意な内部位置まで内蔵突設する様に設けられている。また外気吸入パイプ２２の外気吐出口側上端面は、後述する閉塞弁盤２３を機能よく作動させる理由から、その端面を水平でかつ閉塞弁盤２３との接触面積を小さくするためにナイフエッジ断面形状の如く先尖断面形状の端縁部形状に加工する事が好ましい。すなわち、空気チャンバー１８は、外気吸入パイプ２２の外気吸入口２０から吸い込んだ外気を、該空気チャンバー１８の底面または側面に設けられた外気ノズルパイプ１９を経て炉内発生ガス燃焼室１２に送り込む構造に設けられている。空気チャンバー１８と炉内発生ガス燃焼室１２との間を連通する外気ノズルパイプ１９は、空気が該パイプ内を円滑に流れる様に、長手方向に直管または曲管が好ましい。また外気ノズルパイプ１９の炉内発生ガス燃焼室側ノズル形状は、該室の下部に堆積した微細な石炭粒子を積極的に燃焼消失するために下方側へ開口する円形ノズル孔でもよく、該室内を流動する炉内発生ガスの燃焼性を高めるために送り込まれる空気を広角形状で炭化炉側に噴出する楕円形ノズル孔あるいは多数の分散ノズル孔に設けてもよい。

さらに本発明においては、炉内発生ガス燃焼室１２に流れ込んだ炉内発生ガスが燃焼するに必要な量の外気を外気吸入パイプ２２から空気チャンバー１８に送り込むため、外気吸入パイプ２２の外気吐出口側上端面に前記した閉塞弁盤２３を昇降可能に着離自在に載置し、かつ該外気吸入パイプ２２の上方側外周に閉塞弁盤２３の外周端縁を搭載支持する程度の大きさの口径と搭載自重で圧縮するコイルバネ２４を遊嵌する。閉塞弁盤２３は、炉内発生ガス燃焼室１２を流れ込んだ炉内発生ガスの量と燃焼によって正圧と負圧が交互に繰返される圧力変化に対応して昇降し、炉内発生ガス燃焼室１２が正圧の場合は外気吸入パイプ２２の上端面に吸着される様に載着し、反対に負圧の場合は浮上する様に離脱する。すなわち、閉塞弁盤２３が浮上しまた載着する昇降作用を利用して、炉内発生ガス燃焼室１２の炉内発生ガスが燃焼するに必要な量の外気が送り込まれる。この昇降作用を効果的に機能させるためにはガラス板、金属板、雲母板や合成樹脂などの軽量板部材が使用される。その中でもガラス板は、実際に使用されるガスや温度によって変質する事がなく、剛性もあり、平坦性も優れているため、外気吸入パイプ２２の外気吸い込み量を制御するには他の板部材よりも適している。外気吸入パイプ２２の外気吐出口側を水平端面とし、必要によっては前記した様に、先尖断面形状にする事で閉塞弁盤２３との密着性を高め、その間の不必要な外気の吸い込みや炉内発生ガスの漏れを抑制し、完全に遮断する効果がある。また圧縮コイルバネ２４は、閉塞弁盤２３の自重を保持する程度の圧縮バネを使用する事によって、閉塞弁盤２３が浮上する隙に速やがに上昇させまた炉内発生ガスの押圧力を受けて外気吸入パイプ２２の上端面に落下する場合の強い落下衝撃を吸収し、変形や割れを防止する作用を奏する。すなわち、圧縮コイルバネ２４は、閉塞弁盤２３の浮上促進と落下衝撃の吸収を担うもので、閉塞弁盤（９）の搭載自重を担う程度の圧縮力と伸張力を有するバネを使用する必要がある。

さらに外気吸入パイプ２２の外周から離隔する位置には、上方に閉塞弁盤飛行制止板２５を架設した閉塞弁盤昇降用ガイドフレーム２６が設けられている。閉塞弁盤飛行制止板２５は過剰の高さに浮上した閉塞弁盤２３の飛行を制止するものであって、その形状は円板や環状板あるいはリボン状板など任意な形状の板物や条物が使用される。また閉塞弁盤昇降用ガイドフレーム２６は、閉塞弁盤２３が昇降する場合のガイドレールであり、外気吸入パイプ２２の外気吐出口側上面の定置する場合のガイドレールでもあって、外気吸入パイプ２２を取り囲みまた外気が空気チャンバー１８を自由に流動し易い様にガイドフレーム構造に設けられている。図２は、閉塞弁盤昇降用ガイドフレーム２６と閉塞弁盤２３との間に閉塞弁盤２３の昇降動作を阻害しない程度の隙間を設け、かつ空気チャンバー１８に吸い込まれた外気が自由に流れ易い様にそれぞれが離隔する２本または３本以上のガイド棒を外気吸入パイプ２２の外周を取り囲み位置に配置して構成した場合の一実施例を示す。すなわち、本発明における外気吸入制御装置１７は、石炭粒子２の乾留中に炉内発生ガス燃焼室１２に流れる炉内発生ガスの量と燃焼で起こる短い周期の正圧と負圧の圧力変化に対応して閉塞弁盤２３が外気吸入パイプ２２の外気吐出口側上端面から浮上しまた落下し、この閉塞弁盤２３の昇降動作を利用して外気吸入パイプ２２の外気吐出口２１の開閉動作を制御し、炉内発生ガスの燃焼に必要な量の外気を炉内発生ガス燃焼室１２に送り込む構造に設けられている。

上記の様に外気吸入制御装置１７を付設した本発明の炭化炉蓋は、コークス炭化炉１で発生した炉内ガスの一部が、外気不足の炉内発生ガス燃焼室１２に流れ込むと未燃焼のまま上昇気流になって炉内発生ガス燃焼室１２の上部に設けた排気口に流れ出し、該炉内発生ガス燃焼室１２が負圧化すると、閉塞弁盤２３が外気ノズルパイプ１９を介して吸い上げられる様に浮上し、閉塞弁盤２３の浮上高さと時間に見合った量の外気を外気吸入パイプ２２から吸い込まれ、外気ノズルパイプ１９を介して炉内発生ガス燃焼室１２に送り込む。送り込まれた外気は、炉内発生ガス燃焼室１２の炉内発生ガスを燃焼させると発熱で膨脹して正圧に転じ、浮上した閉塞弁盤２３が徐々に押し下げられて外気吸入パイプ２２の吐出口２１を閉塞する。この様な動作を繰り返えしながら、コークス炭化炉１に装入された石炭粒子２が完全に乾留が終わるまで、炉内発生ガス燃焼室１２に流れ込んだ炉内発生ガスを燃焼するに必要な量の外気が送り込まれる。

また炉内発生ガス燃焼室１２の燃焼管理を全体的に行う場合は、例えば図１で示す様に、本発明における外気吸入制御装置１７を、炉内発生ガス燃焼室１２の下部側とその直上の下部側と中央位置に配置する事が好ましい。またこの他に、外気吸入制御装置１７の取付位置や取付基数を選択する事によって、任意な燃焼管理を望む事が出来る。

世界的にコークス不足が叫ばれている中で、本発明の炭化炉蓋は、コークス炉の出入口に単に取付けるだけで、炉蓋近傍部に装入された石炭粒子を迅速に加熱するため、不良コークスの発生や熱エネルギーの損失を著しく減少させるなど、多くの利点がある。今後世界のコークス炉技術水準を高める評価を受けるであろう。

本発明の一実施例を示したもので、コークス炭化炉のコークス排出側（またはコークス押出側）の出入口を閉塞した炭化炉蓋とその近傍のコークス炭化炉の縦断面図を示す。本発明における外気吸入制御装置の一実施例を拡大断面図で示す。

符号の説明

３炭化炉蓋
１２炉内発生ガス燃焼室
１７外気吸入制御装置
１８空気チャンバー
１９外気ノズルパイプ
２０外気吸入口
２１外気吐出口
２２外気吸入パイプ
２３閉塞弁盤
２４圧縮コイルバネ
２５閉塞弁盤飛行制止板
２６閉塞弁盤昇降用ガイドフレーム

Claims

炭化炉蓋（３）のコークス炭化炉側に設けた炉内発生ガス燃焼室（１２）と炭化炉蓋（３）の外装面に取付けた空気チャンバー（１８）との間を外気ノズルパイプ（１９）で連通しさらに外気吸入口（２０）を下方側とし水平な端面の外気吐出口（２１）を上方側とする外気吸入パイプ（２２）の外気吐出口側を前記空気チャンバー（１８）の底面を垂直に貫通して内蔵突設すると共に、外気吸入パイプ（２２）の外気吐出口側上端面に着離自在な閉塞弁盤（２３）を載置しかつ該外気吸入パイプ（２２）の上方側外周に閉塞弁盤（２３）の搭載自重で圧縮するコイルバネ（２４）を遊嵌し、さらに外気吸入パイプ（２２）の外周から離隔する位置に閉塞弁盤飛行制止板（２５）を架設した閉塞弁盤昇降用ガイドフレーム（２６）を設けて構成した外気吸入制御装置（１７）を、炉内発生ガス燃焼室（１２）に付設した事を特徴とする炉内発生ガス燃焼室に外気吸入制御装置を付設した炭化炉蓋。