JP2005163001A

JP2005163001A - 炭化炉蓋の炉内発生ガス燃焼用空気給止弁装置

Info

Publication number: JP2005163001A
Application number: JP2003436258A
Authority: JP
Inventors: Kesao Yamazaki; 今朝夫山▲崎▼
Original assignee: Yamazaki Corp
Current assignee: Yamazaki Corp
Priority date: 2003-12-02
Filing date: 2003-12-02
Publication date: 2005-06-23

Abstract

【書類】
【課題】炭化炉蓋の炉内発生ガス燃焼室に空気を送る際に、炉内発生ガスが燃焼するに必要な量の空気を送り込み、かつ爆発現象を最小限に食い止める炉内発生ガス燃焼用空気給止弁装置を提供する。
【解決手段】空気吸引パイプ１９と炭化炉蓋３のコークス炭化炉側に設けた炉内発生ガス燃焼室１２に流入した炉内発生ガスを燃焼させるに必要な空気量を、昇降駆動の閉塞弁盤で送り込む事のできる空気給止弁装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、石炭粒子を装入し乾留するコークス炭化炉の出入口を開閉する炭化炉蓋の炭化炉側に設けた炉内発生ガス燃焼室の空気給止弁装置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の大型耐火煉瓦を積み上げて内張した炭化炉蓋で閉塞した後、石炭粒子を装入する該炭化炉を隣接した加熱炉から高温度の熱を供給しながら石炭粒子を乾留し、コークスを製造する。乾留時に発生した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捕集室や蓄熱室などのガス関連付帯装置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の内張りによって耐熱性が確保されるが、コークスの窯出し毎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が充分に行えず、不良コークスが多く製造される問題があった。この問題を解決したのが、実開平３−９２７４３号公報や特許第２７４９９４１号公報など多くの特許等公報で紹介される、炭化炉側に炉内発生ガス通路を設けた炭化炉蓋である。この炭化炉蓋は、鋼鉄製炉蓋フレームに内張した断熱材に隔壁部材を介してコーキングプレートを設けて形成される垂直なガス通路を通って上昇する炉内発生ガスの高温度の熱とコーキングプレートの熱伝導性を利用し、炉蓋近傍部に装入された石炭粒子を加熱しようとするものである。耐火煉瓦を内張した従来の炭化炉蓋に較べ、炉蓋近傍部に装入された石炭粒子を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発生ガス中に含まれるＣＯ、Ｈ_２、Ｃ_２Ｈ_４など未燃焼性ガスを積極的に燃焼させるものでなく、不良コークスの発生を解消するものでなかった。

この問題を解消した炭化炉蓋が、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。これらの炭化炉蓋は、鋼鉄製炉蓋フレームの炭化炉側に内張しかつ側面に炉内発生ガス導入口を設けた中空断熱構造部材のガス通路に、ノズルから空気または酸素を吹き込みながら、炉内発生ガス中の未燃焼性ガスを燃焼させ、該燃焼熱で炉蓋近傍部に装入された石炭粒子の加熱を速めようとするものである。
実開平３−９２７４３号公報（第４頁第１図）特許第２７４９９４１号公報（第１欄第４図）特許第２９５３３１９号公報（第６欄図２）特開平８−２８３７３５号公報（第２欄図３）特開平９−５３０７８号公報（第４欄図４）

発明が開示しようとする課題

上記の様な中空断熱構造部材のガス通路で通過する炉内発生ガスを燃焼させる炭化炉蓋は、大型耐火煉瓦を内張したそれ以前の炭化炉蓋に較べ、炉蓋近傍部で発生する不良コークスを軽減する。しかしながら、石炭乾留中に発生する炉内発生ガスは、エネルギー源と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へ、炉内発生ガスを燃焼させるに必要な量の空気または酸素を、如何なる手段で送り込むかである。唯一の例が、上記した特開平８−２８３７３５号公報の図１に掲載された、点火燃焼装置である。同公報第４欄第４３行〜５０行に「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配設し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、実用化に至っていない。この理由は明らかでないが、本発明者らの推測によれば、コークス炉は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、しかも各炭化炉のコークス乾留時期を位相させて個別に操業するため、作業する者にとっては、高い温度でかつガスと塵埃の舞う過酷な作業環境の中で、開閉弁を手動操作で空気の送給と停止を行わねばならない厄介な問題があった。

本発明者らは、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、炉内発生ガスが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で燃焼するに必要な量の空気を、人手に依らず、自らの機械的操作で送り込む事のできる空気給止弁装置を開発した。さらに炭化炉内の圧力は乾留初期の高圧力から乾留末期までの時間経過に低圧変化に対応して、炉内発生ガス燃焼室の圧力も減少する。その間に、開閉弁から炉内発生ガスを燃焼させるに必要な量以上の空気が炉内発生ガス燃焼室に送り込まれると、炉内発生ガスと空気との混合比が一時的に爆発範囲に入り、小爆発を起こす可能性が考えられる。その反対に、空気を送り込んだ瞬間は、局部的に小規模な爆発現象が起こる可能性があるが、検知されるほどのものでは無いとも言われている。また、コークス操業中に何かの障害や異変が起こり、炉内発生ガス燃焼室で、爆発に都合の好い条件が存在しないとも否定できない。しかしながら、本発明者らは、コークス操業において万全の安全対策を期する事が重要課題であると認識し、炉内発生ガス燃焼室に空気を送り込む際に、炉内発生ガスが燃焼するに必要な量を送り込み、かつ突然の爆発現象にも最小限に食い止められる炉内発生ガス燃焼用空気給止弁装置を提供する事を目的とするものである。

課題を解決するための手段

その目的を達成した本発明の要旨は、下方側を空気吸入口としまた上方側を水平な端面の空気吐出口とする空気吸引パイプと下方側を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に連通する吸引空気送給口としまた上方側を水平な端面の吸引空気導入口とする吸引空気送出パイプとを相方に離隔して空気チャンバーの底面を垂直に貫通して該空気チャンバーに内部突出し、さらに空気吸引パイプの空気吐出側上端面には着脱自在な閉塞弁盤を載置しかつ空気吸引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すると共に空気吸引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、さらに吸引空気送出パイプの吸引空気送出パイプの上方側外周に閉塞弁盤を持上げかつ該閉塞弁盤の持上げ力以上の吸降圧で圧縮するコイルバネを遊嵌すると共に吸引空気送出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炭化炉蓋の炉内発生ガス燃焼用空気給止弁装置を提供するものである。

発明の効果

本発明の炉内発生ガス燃焼用空気給止弁装置を設けた炭化炉蓋は、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空気を送り込みながら燃焼させるため、空気の送り込みによる該燃焼室内の温度降下を招く事もなく、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事から不良コークスの発生を著しく低減し、ガス組成を希薄化する事もなく化学工業用原料として使用される。また本発明の炉内発生ガス燃焼用空気給止弁装置は、機械的操作で自ら可動する構造に製作されて故障が極めて少なく、例え何かの障害や異変を起こして炉内発生ガス燃焼室で炉内発生ガスが爆発を起こしても、空気の送り込みを自動的にかつ直ちに給止する圧力制御構造に製作されているため、後続爆発を完全防止する特長もある。

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から発生する炉内発生ガスが流れ込み易い様に、壁面にガス流通孔を設けた耐熱製の中空構造体に製作されたもので、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を設けかつ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壁面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。本発明において、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はないが、耐熱製でガスの流通性に優れ、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など多くの利点から、図示する様に、耐熱金属製短冊板１４の隣接間に通気間隙１５を設けて製作した構造の炉内発生ガス燃焼室１２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進退自在な機構部材で、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、詳細に後述する炉内発生ガス燃焼用空気給止弁装置で、コークス炭化炉１で発生し通気間隙１５を通って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必要な量の空気を吸入しまた該炉内発生ガス燃焼室１２へ送り込み、さらに該炉内発生ガス燃焼室１２が異常圧力を感じたときに空気の送り込みを停止（制止）する構造に製作されている。

図２は、図１において炭化炉蓋３に取付けられる炉内発生ガス燃焼用空気給止弁装置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は中空矩形断面、円筒断面など任意な中空断面形状に作られた密閉構造のボックスで、コークス炭化炉１から炭化炉蓋３の炉内発生ガス燃焼室１２に流入した炉内発生ガスが燃焼するに必要な量の外気すなわち空気を送出し、また何らかの障害が起きた場合に空気の送出を給止する構造に設けられている。１９は空気吸引パイプで、下方側を空気吸入口２０とし、上方側を水平な端面に仕上げられた空気吐出口２１である。２２は吸引空気送出パイプで、下方側を炭化炉蓋３のコークス炭化炉側に設けた炉内発生ガス燃焼室１２に連通する吸引空気送給口２３とし、上方側を水平な端面な吸引空気導入口２４を設けている。また空気吸引パイプ１９と吸引空気送出パイプ２２は、相方に任意な間を設けて離隔する位置に、空気チャンバー１８の底面を垂直に貫通して該空気チャンバー１８に内部突設している。すなわち、空気吸引パイプ１９から吸込まれた空気は、空気チャンバー１８をと吸引空気送出パイプ２２を経て空気誘導接続パイプ２５のノズル２６から炉内発生ガス燃焼室１２に噴出する構造に設けられている。空気誘導接続パイプ２５は直管でも湾曲管でもよく、先端のノズルについても円孔型、分散孔型など如何なる形状でもよく、噴出方向もコークス炭化炉側や下向きや斜下向きなど如何なる方向でもよい。さらに本発明においては空気の吸引量を制御するために、空気吸引パイプ１９の空気吐出口側上端面には着脱自在な閉塞弁盤２７を載置し、かつ空気吸引パイプ１９の上方側外周に閉塞弁盤２７の搭載自重で圧縮するコイルバネ２８を遊嵌すると共に、該空気吸引パイプ１９の外周から離隔する位置に閉塞弁盤飛行制止板２９を架設した閉塞弁盤昇降用ガイドフレーム３０を設けている。閉塞弁盤２７は、炉内発生ガス燃焼室１２に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自在に昇降し、炉内発生ガス燃焼室１２が正圧の場合は、閉塞弁盤２７に上面に圧力が掛かって圧縮コイルバネ２８を縮めながら、空気吸引パイプ１９の上端面に吸着される様に載着し、空気の吸引を制止する。その反対に負圧の場合は、閉塞弁盤２７が、吸上げられる様に浮上して圧縮コイルバネ２８を伸長し、空気吸引パイプ１９の空気吐出口２１を開放し、空気を吸引する。つまり、本発明において、炉内発生ガスが燃焼するに必要な量の空気が、送り込まれる構造に設けられている。閉塞弁盤２７の昇降動作を効果的に駆動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、中でもガラス板が、生成されるガスや使用される温度に変質する事がなく、剛性があり、平坦性も優れているため、空気の吸込み量を制御するには他の板部材よりも適している。圧縮コイルバネ２８は、閉塞弁盤２７の浮上を助けと落下衝撃の吸収を担うもので、閉塞弁盤２７の搭載自重を担う程度の圧縮力と伸長力を有するバネを使用する必要がある。

閉塞弁盤昇降用ガイドフレーム３０の上方に架設した閉塞弁盤飛行制止板２９は、過剰の高さに浮上した閉塞弁盤２７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３０そのものは、閉塞弁盤２７を円滑に昇降させかつ空気吸引パイプ１９の空気吐出口２１に定置させるためのガイドレールであって、閉塞弁盤２７の昇降動作を阻害しない程度の隙間を設け、しかも空気吸引パイプ１９から空気チャンバー１８に吸込まれた空気が自由に流動し易い様に、空気吸引パイプ１９を取り囲む離隔位置に２本または３本以上のガイドレール棒を立設する枠組み構造に設けられている。

さらに吸引空気送出パイプ２２の上方側外周には、吸引空気送出パイプ２２の吸引空気導入口２４を開閉する閉塞弁盤３１を持上げかつ該閉塞弁盤３１の持上げ力以上の吸降圧で圧縮する強さのコイル３２を遊嵌すると共に、吸引空気送出パイプ２２の上方位置に閉塞弁盤飛行制止板３３を架設した閉塞弁盤昇降用イドフレーム３４を設けている。閉塞弁盤昇降用ガイドフレーム３４は、空気吸引パイプ１９の閉塞弁盤昇降用ガイドフレーム３０と同様の枠組み構造で、空気送出パイプ２２の外周を取り囲む様に設けられている。すなわち、吸引空気送出パイプ２２は、コークス炭化炉１が空気吸引パイプ１９を介して空気を過剰に吸込んで小爆発を起こす様な異常な炉内低圧操業になったとき、圧縮コイル３２で持ち上げられていた閉塞弁盤３１を吸引しつつ降下させ、吸引空気送出パイプ２２の吸引空気導入口２４を閉塞する構造に設けられている。
本発明において使用する圧縮コイルバネ３２を圧縮する応力を調整する事によって、閉塞弁盤３１の吸降圧を制御する事が出来る。

さらに本発明の炉内発生ガス燃焼用空気給止弁装置は、図１で示す様な吸引空気送出パイプ２２と炉内発生ガス燃焼室１２とを接続パイプ３５、あるいは開閉バルブ３６を介して接続し、該炉内発生ガス燃焼室１２の任意な高さ位置に１個または２個以上を高さ方向へ離隔する位置に設けて使用される。特に本発明において、開閉バルブ３６を接続して炉内発生ガス燃焼用空気給止弁装置を使用する場合、該空気給止弁装置を補修したり、部品を交換したりあるいは急遽不必要な空気を人為的に供給停止する場合にも便利である。

上記の様な本発明の炉内発生ガス燃焼用空気給止弁装置１７を付設した炭化炉蓋３は、コークス炭化炉１の出入口４に装着した後、石炭粒子２をコークス炭化炉１に装入し、通常のコークス作業に基づいて操業を行う。石炭粒子２の乾留初期時において、コークス炭化炉１で発生し未燃焼ガスを多量に含有した高圧の炉内発生ガスの一部が、炉内発生ガス燃焼室１２に流れ込んで該炉内発生ガス燃焼室１２を高圧化し、上方の排気口（図示せず）から流れ出る。この時の炉内発生ガス燃焼用空気給止弁装置１７は、炉内発生ガス燃焼室１２の高圧力を受けて空気チャンバー１８の閉塞弁盤２７が空気吸引パイプ１９の空気吐出口２１に降下し、空気吸入口２０と空気吐出口２１の外気流通路を閉塞する。石炭粒子２からの炉内発生ガスの発生量も乾留時間の経過に徐々に減少し、炉内発生ガス燃焼室１２も低圧化へと変化する。さらに炉内発生ガスの発生量が減少すると、炉内発生ガス燃焼室１２は負圧化に転じ、正圧と負圧を交互に繰り返えす現象が乾留末期まで続く。この現象を起こす理由は、現時点では明らかにする事が出来ないが、本発明者らの推測によれば、石炭粒子２から発生する炉内発生ガス発生量の減少で、該ガス流出経路に何らかの変化を生じたものと考える。この現象に追従して炉内発生ガス燃焼室１２が負圧化すると、閉塞弁盤２７が吸引空気送出パイプ２２を介して吸い上げられて浮上する。閉塞弁盤２７の浮上高さと浮上時間に見合った量の外気が、空気吸引パイプ１９、空気チャンバー１８を介して吸引空気送出パイプ２２を経て空気誘導接続パイプ２５のノズル２６から炉内発生ガス燃焼室１２から送り込まれ、該炉内発生ガス燃焼室１２に流入した炉内発生ガスの未燃焼ガスを燃焼する。燃焼した炉内発生ガスの発熱で周囲の温度を上昇させて炭化炉蓋３の近傍に装入された石炭粒子２を加熱する共に、発熱した際に生じる膨張によって該炉内発生ガス燃焼室１２を正圧化し、閉塞弁盤２７を押下げ、空気吸引パイプ１９から外気の吸引を絶つ。この様な動作を繰り返しながら、コークス炉炭化炉１に装入された石炭粒子２の乾留が終わるまで、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が送り込まれる。
コークス作業中に何らの原因で、炉内発生ガス燃焼室１２の炉内発生ガスを燃焼させるに必要な量以上の空気を吸い込んで局部的に小爆発を起こし、その反動でさらに過剰な空気を吸い込む異常な大きさの負圧状態になったとき、閉塞弁盤３１が吸引空気送出パイプ２２の吸引空気導入口２４に吸い寄せられる様に急降下し、空気の吸引を瞬時に停止し、二次爆発を予防する機能も有する構造に製作されている。

世界的にコークス供給量の不足が叫ばれている中で、本発明の炭化炉蓋は、既存コークス炉のコークス生産歩留を向上するだけでなく、コークス炭化炉出入口付近のタールの発生を著しく低減するなど、多くの利点がある。世界のコークス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

２石炭粒子
３炭化炉蓋
１２炉内発生ガス燃焼室
１７炉内発生ガス燃焼用空気給止弁装置
１８空気チャンバー
１９空気吸引パイプ
２０空気吸入口
２１空気吐出口
２２吸引空気送出パイプ
２３吸引空気送給口
２４吸引空気導入口
２７閉塞弁盤
２８圧縮コイルバネ
２９閉塞弁盤飛行制止板
３０閉塞弁盤昇降用ガイドフレーム
３１閉塞弁盤
３２圧縮コイルバネ
３３閉塞弁盤飛行制止板３
３４閉塞弁盤昇降用イドフレーム

Claims

下方側を空気吸入口としまた上方側を水平な端面の空気吐出口とする空気吸引パイプと下方側を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に連通する吸引空気送給口としまた上方側を水平な端面の吸引空気導入口とする吸引空気送出パイプとを相方に離隔して空気チャンバーの底面を垂直に貫通して該空気チャンバーに内部突設し、さらに空気吸引パイプの空気吐出口側上端面には着脱自在な閉塞弁盤を載置しかつ空気吸引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すると共に空気吸引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、さらに吸引空気送出パイプの上方側外周に閉塞弁盤を持上げかつ該閉塞弁盤の持上げ力以上の吸降圧で圧縮するコイルバネを遊嵌すると共に吸引空気送出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事を特徴とする炭化炉蓋の炉内発生ガス燃焼用空気給止弁装置。