JP2005194489A

JP2005194489A - 炭化炉側に炉内発生ガス燃焼室を設けたコークス炭化炉蓋

Info

Publication number: JP2005194489A
Application number: JP2004032701A
Authority: JP
Inventors: Kesao Yamazaki; 今朝夫山▲崎▼
Original assignee: Yamazaki Corp
Current assignee: Yamazaki Corp
Priority date: 2004-01-07
Filing date: 2004-01-07
Publication date: 2005-07-21

Abstract

【課題】ガス通路空間室すなわち炉内発生ガス燃焼室の下部またはその側面から上方から常温の空気を吹き込む事で起こる下部付近の温度上昇と燃焼を妨げる問題、不良コークスとタールの発生問題などを解消したコークス炭化炉蓋を提供する。
【解決手段】炉内発生ガス燃焼室１３の室内圧を感知しながら自ら機械的に駆動する下開き閉塞板２３をもつ空気チャンバー１７から必要な量の空気を導入しつつ長尺な空気送給パイプ１２で予熱しながら、炉内発生ガス燃焼室１３の下部側から供給する燃焼用空気供給ノズル１１を、コークス炭化炉蓋３に設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、石炭粒子を装入し乾留する炭化炉側に炉内発生ガス燃焼室を設けたコークス炭化炉蓋に関するものである。

技術背景

石炭粒子を乾留してコークスを製造する炭化炉の出入口を開閉するコークス炭化炉蓋は、温度９００℃以上の高温度に耐えられる構造物で、しかも炭化炉で発生したＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_６、ＣＯ_２などを放出する事が作業環境や大気汚染を悪化する問題から、炉内気密性に優れた炉蓋が要求されている。これらの要求に対応して多くの種類のコークス炭化炉蓋が開発され使用されている。中でも実開平５−５６９４０号公報や特開２００１−２８８４７２号公報など多くの特許公報で紹介される様に、炭化炉の出入口を開閉する鉄鋼製炉蓋フレームの炉内側に、炭化炉口枠に当接して炉内気密性を高める鋼質製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重ねて内張りした、コークス炭化炉蓋が多く使用されている。大型耐火煉瓦を使用する事によって炉蓋の耐熱性が確保されるが、耐火煉瓦が多量の熱を吸収するため、炉蓋付近に装入された石炭粒子が充分な乾留処理を行わないまま窯出し作業する事から、不良コークスが多く製造される問題があった。また炉蓋を開閉する際に、耐火煉瓦が炭化炉内壁や炉口枠に当たって損傷し、損傷した煉瓦の破片がコークスに混ざり込む問題、損傷の激しい箇所では構造物に大きな変形を引き起こす問題があった。また、これらの問題を解消した炉蓋も開発されている。例えば実公平２−２６９１３号公報や実公平２−２６９１４号公報などで紹介される様に、炉蓋フレームの炉内側に鋼板を覆って設けた軽量断熱材に、間隔片を介して、耐熱鋼製遮蔽板を取付けて形成されるガス通路空間室をもつ軽量構造の炉蓋がある。この炉蓋は、従来の耐火煉瓦に代わって耐熱鋼製遮蔽板を取付ける事により、高温度の熱を保有する炉内発生ガスが炉蓋側に回り込んで炉蓋側近傍部の温度を上昇させ、炭化炉の損傷と炉蓋側に装入された石炭粒子から発生する不良コークスを著しく低減する効果を奏するが、高温度の熱を保有する炉内発生ガスが鉄鋼製炉蓋フレーム付近を流れる構造から、シールプレートやナイフエッジなどのシール部材に変形や焼損を起こし、炉蓋シール性が長く保持できない問題があった。

また炉蓋の熱伝導性を利用して炉蓋付近に装入された石炭粒子のコークス完全化を目的とした炉蓋が、特公平３−４００７４号公報で紹介されている。この炉蓋は、高温度の熱を保有する炉内発生ガスを、該炉蓋の炭化炉側に設けた垂直な熱伝導性金属隔壁のガス通路空間室を通過させる事によって隔壁を昇温させ、該隔壁の熱伝導性を利用して炉蓋付近に装入された石炭粒子を加熱しようとするものであって、大型耐火煉瓦を使用するものでなく、炉内で発生したガスが保有する高温度の熱を利用する点では優れた技術である。しかしながら、ガス通路空間室は、炉蓋側の炭化炉底に装入された石炭粒子の未乾留域から発生する比較的温度の低いガスも通過するため、予想以上に温度が上がらず、目的が達成されない問題があった。さらにまた、この問題を解消した炉蓋や操業技術も開発されている。例えば特許第２９５３３１９号公報の「ガス通路に空気もしくは酸素を吹き込み、乾留中の炉内発生ガスの一部を燃焼させる、コークス炉窯口部の乾留促進方法」、特開平８−２８３７３５公報や特開平９−５３０７８号公報などを要約して「炉蓋の炭化炉側に設けた中空体のガス通路に導入された炉内発生ガスを、ノズルから吹き込まれる空気で燃焼させ、その燃焼熱を利用して炉蓋側に装入された石炭粒子を加熱する、コークス炉の操業方法」が紹介されている。ところが、炉蓋側に装入された石炭粒子の加熱を促進するものとして開発されたこれらの加熱内蔵式コークス炉蓋は、いずれも実用化に至っていない。
実開平５−５６９４０号公報（第３頁図１）実公平２−２６９１３号公報（第１頁図２）特公平３−４００７４号公報（第１頁図１）特許第２９５３３１９号公報（第１頁図１）

発明を解決しようとする課題

その理由は定かでないが、本発明者らの実験と検討結果から推測すれば、炉蓋の炭化炉側に設けたガス通路空間室を通過する炉内発生ガスを開閉弁の開度で調整しつつノズルから空気を吹き込みながら燃焼させる方法では、期待する以上に温度が上がらず、空気の吹き込み量が少な過ぎると燃焼するに至らず、必要以上に吹き込み過ぎると空気の一部が炭化炉に流れ込んで石炭粒子を燃焼させ灰分化する問題がある。またコークス窯出し毎に開閉する炉蓋のガス通路空間室に電気的操作で空気供給量を制御する事は、炉蓋毎に通電性の保全管理が必要とする他に、乾留初期あるいは空気の吹き込み停止時にノズルまたはその周辺部に堆積した石炭粉塵から変成したタールがノズルを閉塞する問題など、未解決な問題が多く残されているものと思われる。また、ガス通路空間室のソールプレート（下部）付近で温度が特に低く、上部温度とは２００℃以上の温度差がある。従って、ガス通路空間室の下部またはその側面から上方に指向するノズルから常温の空気を吹き込む事で、下部付近の温度上昇と燃焼を妨げる問題、また該下部付近の炭化炉に装入された石炭粒子の加熱を妨げて不良コークスとタールが多く発生する問題、さらに炭化炉からガス通路空間室ガス流通孔を経て侵入し落下する微細な石炭粒子が燃焼する事なくノズルを閉塞するなど、多くの問題があったものと思われる。

本発明は、ガス通路空間室すなわち炉内発生ガス燃焼室を設けたコークス炭化炉蓋の上記した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されたもので、電気的な制御操作に依らず、自ら機械的操作で、炉内発生ガス燃焼室の室内圧を感知しながら炉内発生ガス燃焼室を流通する燃焼性の炉内発生ガスを燃焼させるに必要な量の空気を導入しつつ、かつ予熱しながら該炉内発生ガス燃焼室の下部側から供給する事によって炭化炉の炉蓋近傍下部に装入された石炭粒子の加熱速度を速め、炉内発生ガス燃焼室内の温度差を少なめて高温度に昇温する事のできる、コークス炭化炉蓋を提供するものである。

その要旨は、炭化炉側に突出する炉内発生ガス燃焼室を設けて該炭化炉の出入口を開閉するコークス炭化炉蓋の外側に、Ｔ型三方パイプの垂直バイプの上端側には上方から内側へ傾斜する一壁面に空気導入孔を設けかつ該空気導入孔を介して外側に先端側を下方位置とする斜行通路の空気導入パイプを設けまた内側に該空気導入孔を開閉する下開き閉塞板を吊設した空気チャンバーを設けると共に垂直パイプの下端側には石炭粉塵排出用開封蓋を設け、さらに水平パイプの先端側には開閉バルブを介して炉内発生ガス燃焼室の下部側にノズルをもつ長尺な空気送給パイプを接続してなる燃焼用空気供給ノズルを、炉内発生ガス燃焼室の下部側に設けたコークス炭化炉蓋である

発明の効果

以上述べた様に、炉内発生ガス燃焼室の下部側に燃焼用空気供給ノズルを設けた本発明のコークス炭化炉蓋によれば、炉内発生ガス燃焼室に流れ込んだ未燃焼性の炉内発生ガスを燃焼されるに必要な量の空気を供給しつつ、炉内発生ガス燃焼室の下部側に伸びる長尺な空気送給パイプを通過する際に高温度に予熱する構造に製作されているため、炉内発生ガス燃焼室下部側の燃焼時期を遅らせる事もなく、高温度に昇温して炉蓋近傍に装入された石炭粒子の乾留速度を速め、不良コークスの低減化を図る。また低温域で発生したタールは、炉内発生ガス燃焼室で凝固するまでもなく直ちに燃焼分解するため、窯出し毎に行われる出入口付近のタールクリーナー作業の必要性が無くなる。さらに耐火物構造の炉壁と乾留を終え収縮したコークス層との間に程よい隙間が生成されるため、乾留コークス窯出しの際にコークスによる摩擦や衝突によって炉壁の損傷も無くなるなど多くの効果を奏する。

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は炭化炉のコークス排出側（またはコークス押出機側）の出入口を閉塞したコークス炭化炉蓋とその近傍の炭化炉の縦断面図を示す。図１において、１は炭化炉で、石炭粒子２が装入されている。すなわち、炭化炉１は、両側に隣接する加熱炉（図示せず）で、石炭粒子２を乾留する構造に設けられている。３はコークス炭化炉蓋である。コークス炭化炉蓋３は、炭化炉１を押圧する通常の締結構造を付設した鋼鉄製炉蓋フレーム構造体４の炭化炉側に、スライドプレート５、ナイフエッジ断面形状のフランジ部材６を周設して炭化炉１の炉口枠７に当接する耐熱金属製のシールプレート８や炉内プレートなどを介装し、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９を介して炭化炉１の出入口１０を突出する最前位置に、後述する燃焼用空気供給自制御操作の燃焼用空気送給ノズル１１の下部側にノズルをもつ長尺な空気送給パイプ１２を内蔵した炉内発生ガス燃焼室１３を設けて構成されている。炉内発生ガス燃焼室１３は、炭化炉１で乾留中の石炭粒子２から発生した炉内発生ガスが流れ込み易い耐熱性中空構造に製作したもので、図示する様に断熱ボックス９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１４に耐熱金属の短冊板１５を左右または上下あるいはその両者に微小な通気間隙１６を設けて着脱自在な係合手段で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。本発明において、炉内発生ガス燃焼室１３の構造や形状については特に限定するものでないが、耐熱性でガス流通性に優れ、しかも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、耐熱金属短冊板１５の隣接間に通気間隙１６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。

図２は、図１に示す鋼鉄製炉蓋フレーム構造体４の外壁面に取付けられた燃焼用空気送給ノズル１１の拡大断面図を示す。１７は空気チャンバーである。空気チャンバー１７は、Ｔ型三方パイプ１８の垂直パイプ１９の上方側に設けた空気収容室で、上方側から内側へ傾斜する一壁面２０に空気導入孔２１を設け、かつ該空気導入孔（または導入口）２１を介して外側に先端側を下方位置とする斜行通路の空気導入パイプ２２を設けまた内側に空気導入孔２１を開閉する下開き閉塞板２３を吊設したボックス構造に構成している。すなわち、空気チャンバー１７は、鋼鉄製炉蓋フレーム構造体４の外側周囲から導入した空気に浮遊する石炭粉塵を空気導入パイプ２２の斜行通路で落下させながら、清浄な空気のみを下開き閉塞板２３の開放動作で導入する構造に設けられている。また垂直パイプ１９の下方側には、石炭粉塵排出用開封蓋２４を設けている。石炭粉塵排出用開封蓋２４は、空気チャンバー１７から導入された空気に混在する石炭粉塵が垂直パイプ１９の空気流通路に堆積し閉塞した場合に、該石炭粉塵を除去するために開放されるクリーナー用の蓋である。さらにＴ型三方パイプ１８の水平パイプ２５には、開閉バルブ２６を介して、炉内発生ガス燃焼室１３の下部側にノズル２７をもつ長尺な空気送給パイプ２８が接続されている。

なお、本発明において、Ｔ型三方パイプ１８と空気チャンバー１７、開閉バルブ２６や長尺な空気送給パイプ２７などの各部材は、一連状に接続してもよく、図示する様にネジ継手部材を介して接続してもよい。特に石炭粉塵が飛び交う炭化炉においては、各部材の取換補修や空気通路のクリーナー作業が行い易い利点から分解を容易にするネジ継手部材を介装する組立構造が好ましい。また本発明において、空気通路のクリーナー作業時に遮蔽弁として利用される開閉バルブ２６には玉形バルブ、アングルバルブ、仕切バルブなど各種のバルブが使用されるが、中でも入口と出口とが一直線の口径をもつ玉形バルブを使用する事が、炉内発生ガスや空気を円滑に流動させるに最も好ましい。つまり、本発明における燃焼用空気供給ノズル１１は、炉内発生ガス燃焼室１３に流れ込んだ炉内発生ガスが燃焼状況にある場合は正圧（高圧）になるため、下開き閉塞板２３が空気チャンバー１７の空気導入孔２１を密閉する様に駆動して空気の導入を絶ち、その反対に、炉内発生ガス燃焼室１３の炉内発生ガスが不燃焼状況にある場合は該室内が負圧（真空圧）になるため、下開き閉塞板２３が空気チャンバー１７の空気導入孔２１を開放し導入した空気を長尺な空気送給パイプ２８のノズル２７から供給（または導出）し、しかも炉内発生ガス燃焼室１３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自ら導入し供給する機械的操作の制御構造に設けられている。また本発明においては、上記の様な構成された燃焼用空気供給ノズル１１は、炉内発生ガス燃焼室１３の下方側で単独に設けてもよく、図１で示す様に、その上方側に別の構造をした例えば上記した水平パイプ２５の先端側に垂直ノズルパイプ２８を設けた燃焼用空気供給ノズル２９と併設してもよい。

上記の様に構成された本発明のコークス炭化炉蓋は、前記した通常のコークスの製造操業と同様に炭化炉１の出入口１０を閉塞した後、該炭化炉１に装入された石炭粒子２を、隣接する加熱炉で加熱しながら乾留する。その際、炭化炉１の下方側から炉内発生ガス燃焼室１３に流れ込んだ未燃焼性の炉内発生ガスが燃焼するに必要な量の空気を燃焼用空気供給ノズル１１から送給しながら、かつ該炉内発生ガス燃焼室１３に設けられた長尺な空気送給パイプ２７を通過する際に高温度に温められながら供給されるため、炉内発生ガス燃焼室１３の下部側の温度を低下させる事なく、未燃焼性の炉内発生ガスを直ちに燃焼させ、炉内発生ガス燃焼室１３を昇温する。また本発明の燃焼用空気供給ノズル１１は、図１で示す様に、その上方側に別の構造の燃焼用空気供給ノズル３０と併用する事によって、炉内発生ガス燃焼室１３に流れ込んだ未燃焼性の炉内発生ガスを燃焼するに必要な量の空気を供給するため、該炉内発生ガス燃焼室１３が均一な温度分布の室内になり、不良コークスやタールを低減する。

世界的にコークス供給量不足が叫ばれる中で、本発明の炭化炉蓋は、既存のコークス炉をコークス生産歩留を工場するだけでなく、炭化炉蓋の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り、世界のコークス技術水準を高める評価を受ける。

炭化炉のコークス排出側の出入口を閉塞したコークス炭化炉蓋とその近傍の炭化炉の縦断面図。図１に示す鋼鉄製炉蓋フレーム構造体の外壁面に取付けられる燃焼用空気送給ノズルの拡大断面図を示す。

符号の説明

１炭化炉
３コークス炭化炉蓋
１０出入口
１１燃焼用空気送給ノズル
１２空気供給パイプ
１３炉内発生ガス燃焼室
１７空気チャンバー
１８Ｔ型三方パイプ
１９垂直パイプ
２１空気導入孔
２２空気導入パイプ
２３下開き閉塞板
２４石炭粉塵排出用開封蓋
２５水平パイプ
２６開閉バルブ

Claims

炭化炉側に突出する炉内発生ガス燃焼室（１３）を設けて該炭化炉（１）の出入口（１０）を開閉するコークス炭化炉蓋（３）の外側に、Ｔ型三方パイプ（１８）の垂直バイプ（１９）の上端側には上方から内側へ傾斜する一壁面（２０）に空気導入孔（２１）を設けかつ該空気導入孔（２１）を介して外側に先端側を下方位置とする斜行通路の空気導入パイプ（２２）を設けまた内側に該空気導入孔（２１）を開閉する下開き閉塞板（２３）を吊設した空気チャンバー（１７）を設けると共に垂直パイプ（１９）の下端側には石炭粉塵排出用開封蓋（２４）を設け、さらに水平パイプ（２５）の先端側には開閉バルブ（２６）を介して炉内発生ガス燃焼室（１３）の下部側にノズル（２７）をもつ長尺な空気送給パイプ（１２）を接続してなる燃焼用空気供給ノズル（１１）を設けた事を特徴とする、炭化炉側に炉内発生ガス燃焼室を設けたコークス炭化炉蓋。