JP2006274059A - コークス炉の操業方法及びコークス炉 - Google Patents

Abstract

【課題】 温度の低下を来たさずに堆積カーボンを除去し、またＣガス経路の逆火を防止することができるコークスの操業方法を提供する。
【解決手段】 燃焼室の燃焼フリュー内にＣガスを吹き込んで燃焼させ、他方燃焼室の引落しフリュー内にＣガスを吹き込まずに燃焼排ガスを引き落とし、その後、繰り返しＣガス経路４のＣガス弁１４ａ，１４ｂを切替えて、ガスの流れの方向を転換させるコークス炉の操業方法において、Ｃガス弁１４ａ，１４ｂでＣガス経路４を閉じたときに、Ｃガス経路４に空気を導入し、Ｃガス経路４のＣガスをパージする空気導入工程と、その後、Ｃガス経路４に導入する空気流量を低減する空気流量低減工程と、を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、フリューにコークス炉ガスを吹き込んで燃焼させるコークス炉の操業方法及び装置に関し、特にコークス炉ガス経路に堆積するカーボンを除去できるコークス炉の操業方法及び装置に関する。

コークス炉は蓄熱室の上部に炭化室と燃焼室が交互に並べられて炉団をなしている。炭化室では石炭を乾留し、燃焼室では燃料ガスを燃焼させる。蓄熱室は燃焼排ガスの予熱を利用する。燃焼室は多数の垂直フリュー（加熱炎道）に細分されており、炭化室に沿った一列分のフリューの集まりがフリュー列と呼ばれる。

炉の加熱には、発熱量の高いコークス炉ガス（以下Ｃガスと記す）、発熱量の低い高炉ガス又はＣガスと高炉ガスとの混合ガスが使用される。Ｃガス加熱の場合は、燃焼室の燃焼フリュー内にＣガスを吹き込んで燃焼させ、燃焼室の引落しフリュー内にＣガスを吹き込まずに燃焼排ガスを引き落とし、その後、繰り返しＣガス経路のＣガス弁を切替えて、ガスの流れの方向を転換させる。このようにコークス炉では予熱、蓄熱を繰り返し、熱効率を高めるために例えば２０〜３０分毎にガスの流れの方向を転換させている。

炉の加熱にＣガスを使用する場合には、Ｃガス経路やバーナ部をＣガスが通過する際に、炉熱により加熱分解された遊離カーボンが堆積し、Ｃガス経路やバーナ部の閉鎖を招いて燃焼に支障をきたす。この現象は特に高温操業ほど起こり易く、コークス炉の均一加熱を不可能にし、コークス生産能力を低下させ、ひいては炉体温度変動による寿命の低下を招く。また、バーナの閉塞により、Ｃガス経路内圧が上昇し、Ｃガス経路接続部からガスを漏洩させる問題も生じさせる。

この問題を解決するために、特許文献１には、Ｃガスの吹き込みを行わない方のダクト及びバーナ部に空気を強制的に吹き込み、内部に堆積するカーボンを焼却除去するカーボン除去方法が開示されている（特許文献１、２頁）
特公昭４５−３３５４３号広報

しかし、この方法では燃焼停止時には、逆火現象を起し、管路の破損を生じるとともにダクト及びバーナ部に常時空気が導入され、これらのＣガス経路及び蓄熱室の温度低下を招き、熱効率を低下させる。せっかくガスの切替えを行ってコークス炉の熱効率を高めているのに、導入される空気が熱効率を低下させる原因になってしまう。

そこで、本発明は、温度の低下を来たさずに堆積カーボンを除去し、またＣガス経路の逆火を防止することができるコークスの操業方法及びコークス炉を提供する。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、燃焼室の燃焼フリュー内にＣガスを吹き込んで燃焼させ、他方燃焼室の引落しフリュー内にＣガスを吹き込まずに燃焼排ガスを引き落とし、Ｃガスを吹き込まない方のＣガス経路に空気を導入し、その後、繰り返しＣガス経路のＣガス弁を切替えて、ガスの流れの方向を転換させるコークス炉の操業方法において、前記Ｃガス弁を閉じたときに、Ｃガス経路に空気を導入して、Ｃガス経路のＣガスをパージする空気導入工程と、その後、Ｃガス経路に導入する空気流量を低減する空気流量低減工程と、を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のコークス炉の操業方法において、前記空気導入工程では、Ｃガス経路に空気を供給する空気経路の流量制御弁の開きを大きくし、前記空気流量低減工程では、前記流量制御弁の開きを小さくすることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のコークス炉の操業方法において、前記空気導入工程では、前記Ｃガス経路の切替えに間にあうように、前記Ｃガス弁を閉じる直前に前記流量制御弁の開きを大きくすることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３いずれかに記載のコークス炉の操業方法において、Ｃガス経路に空気を供給するための空気経路をコークス炉の地下室内に開放し、コークス炉の地下室内を換気することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、燃焼室の燃焼フリュー内にＣガスを吹き込んで燃焼させ、他方燃焼室の引落しフリュー内にＣガスを吹き込まずに燃焼排ガスを引き落とし、Ｃガスを吹き込まない方のＣガス経路に空気を導入し、その後、繰り返しＣガス経路のＣガス弁を切替えて、ガスの流れの方向を転換させるコークス炉において、Ｃガス経路に空気を導入するための空気経路と、空気経路に設けられる送風機と、Ｃガス経路に供給する空気量を制御する流量制御弁と、フリューにＣガスを吹き込む間は、Ｃガス経路に空気を吹き込まず、またフリューにＣガスを吹き込まない間は、Ｃガス経路に空気を吹き込むように切替えられる空気弁と、を備えることを特徴とするコークス炉により、上述した課題を解決する。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のコークス炉の操業方法において、空気経路をコークス炉の地下室内に開放し、コークス炉の室内を換気することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、Ｃガス経路の過度な温度低下を抑制しつつ、Ｃガス経路の堆積カーボンを除去し、かつＣガス経路の逆火を防止できる。

請求項２に記載の発明によれば、流量制御弁の開きを変化させることで、Ｃガス経路に吹き込まれる空気流量を最適に制御することができる。

請求項３に記載の発明によれば、Ｃガス経路のＣガス弁の切替えに間にあうようにＣガス経路に空気を供給することができる。

請求項４に記載の発明によれば、コークス炉の地下室内を換気することができる。

請求項５に記載の発明によれば、Ｃガス経路の過度な温度低下を抑制しつつ、Ｃガス経路の堆積カーボンを除去し、かつＣガス経路の逆火を防止できる。

請求項６に記載の発明によれば、コークス炉の地下室内を換気することができる。

以下添付図面に基づいて、本発明の一実施形態におけるコークス炉を説明する。図１はコークス炉の炉体の炉長方向（炉体のＰＳ（プッシャサイド）からＣＳ（コークサイド）に向かってコークスを押し出す方向）に沿った断面形状を示す。

コークス炉の炉体の下部には蓄熱室１があり、その上部には燃焼室２と炭化室３とが交互に配列されている。炭化室３は例えば長さ１２〜１６ｍ、高さ４〜７ｍ、幅４００〜８００ｍｍ、石炭装入量１２〜５０ｔ程度の大きさを有する。

燃焼室２は、多数の垂直フリュー(加熱炎道）に細分されていて、この実施形態では交互に配列されている燃焼フリューと引落しフリューとで一つの燃焼室が構成される。このような燃焼室２は双子炎道式（ヘアピン式）と呼ばれる。

炉の加熱には発熱量の高いＣガス、発熱量の低い高炉ガス、又はＣガスと高炉ガスとの混合ガスを使用する。Ｃガス加熱の場合は蓄熱室１では空気だけを予熱し、Ｃガスは蓄熱室１を通らないでＣガス経路４及びバーナを介して各フリューに供給される。燃焼フリュー内ではＣガスと空気が上昇しながら会合して燃焼する。燃焼フリュー内で生ずる排ガスは、フリューの上側の連絡通路を経由して、排ガスを下向きに導く引落しフリューに流れる。燃焼排ガスは引落しフリューからさらに別の蓄熱室１に引落とされ、蓄熱室１内の蓄熱煉瓦を加熱し、その後蓄熱室１下部のソールフリュー８を経て煙道６にぬける。コークス炉では予熱、蓄熱を繰り返し、熱効率を高めるために例えば２０〜３０分毎にＣガス経路４及びソールフリュー８を切替えてガスの流れの方向を転換させている。

他方、貧ガス加熱の場合は、空気と貧ガスが蓄熱室下部のソールフリュー８を経てそれぞれ別の蓄熱室１で予熱された後、燃焼フリューに入る。この貧ガスはＣガス経路４と反対側に設けられた貧ガス経路７から供給される。

図２はＣガス経路４、及びＣガス経路４に空気を導入する空気経路５の系統図を示す。図２のＸ方向は炉団方向を示す。例えば５５個の炭化室３がある場合、Ｃガス経路４には、偶数・奇数（燃焼側・引き落し側）も合わせて１１２個の立ち上がり配管４ａ，４ｂがある。Ｃガス配管４ａ側が燃焼している場合にはＣガス弁としての三方弁１４ａがＣガス経路に開通し、他方、Ｃガス弁としての三方弁１４ｂは空気経路に開通し、Ｃガス配管４ｂ側の燃焼は停止する。通常２０分〜３０分の間隔で三方弁１４ａ，１４ｂが切替えられ、今度はＣガス配管４ｂ側が燃焼し、Ｃガス配管４ａ側の燃焼は停止する。以降三方弁１４ａ，１４ｂの切替えが繰り返し交互に行われる。Ｃガス弁ａ１，ｂ１は図示しない燃焼切替え装置の切替えバーの左右の動きによって開閉される。

Ｃガス経路４の三方弁１４ａ，１４ｂよりも上流側には、手動弁ａ１，ｂ１が設けられる。通常手動弁ａ１，ｂ１は開のままで、修理時にのみ手動にて閉とする。

Ｃガス経路４に空気を導入するための空気経路５には、その上流側から、フィルタ９、Ｃガス経路に空気を送風する送風機１０、手動弁１１、オリフィス１２、流量制御弁としてのバタフライ弁１３が設けられ、空気弁としての三方弁１４ａ，１４ｂでＣガス経路に連結されている。

三方弁１４ａ，１４ｂは、空気弁としての役割も有していて、フリューにＣガスを吹き込む間は、Ｃガス経路４に空気を吹き込まず、またフリューにＣガスを吹き込まない間は、Ｃガス経路４に空気を吹き込むように切替えられる。つまり、この実施形態では、三方弁１４ａ，１４ｂのみにて、Ｃガス及び空気の切替えが行なわれる。

空気経路５の三方弁１４ａ，１４ｂよりも上流側には、手動弁ａ２，ｂ２が設けられる。通常手動弁ａ２，ｂ２は開のままで、修理時にのみ手動にて閉とする。

バタフライ弁１３はＣガス経路４に供給する空気量を制御することができ、例えばその開きを全開と半開以下に変化させることで、空気経路５を流れる空気の流量を大流量と小流量とに変化させることができる。

空気経路５はＣガス経路４に連結される経路以外に、分岐した換気用経路１５も有している。図２の実施形態では、換気用経路として１，２，…，２８の２８箇所を有しており、Ｃガス経路４に接続される立ち上がり配管５ａ，５ｂの数よりも少ない。換気用経路１５は、地下室の換気を目的としており、炉団方向の長いスパンに設けたとしても十分なので、その数が少なくされる。なお、空気経路５から分岐された換気用経路１５以外にも、換気専用経路１７が設けられ、該換気専用経路１７は地下室の炉長方向の反対側（ＣＳ）１８より地下室に開放される。

図３は、Ｃガス経路４及び空気経路５の立ち上がり配管４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂを示す。炉団方向（紙面と直交方向）にＣガス経路４のＣガス本管４ｃ、空気経路５の空気本管５ｃが伸びる。４ａ，４ｂはＣガス本管４ｃから分岐した立ち上がり配管を示し、５ａ，５ｂは空気本管５ｃから分岐したカーボン除去用及びＣガスパージ用の空気配管を示す。１４ａ，１４ｂは三方弁を示す。また、１５は地下室内（セラー）の換気用空気配管を示す。換気用空気配管１５の先端１５ａは室内に開放している。

以上の設備構成により、Ｃガス経路の堆積カーボンの除去、残留Ｃガスのパージ、及び炉室の換気を行う。以下にその手順を記載する。

まず、図２に示されるＣガス配管４ａ側が燃焼しているとする。この状態からＣガス配管４ａの三方弁１４ａを空気経路側に通じ、三方弁１４ｂをＣガス経路側に通じ、Ｃガス供給経路をガス配管４ｂに切り替える。その際、Ｃガス配管を４ａから４ｂへ切替える直前にバタフライ弁１３を全開にする。切替える直前とは例えば約１０秒前である。この時間は、Ｃガス配管の４ａから４ｂへの切替えに間にあうように、空気がバタフライ弁１３から三方弁１４ａ，１４ｂにまで到るまでの時間遅れ、バタフライ弁１３の作動時間などを考慮して決定される。

次に、三方弁１４ａを空気経路側に通じたとき、空気をＣガス経路に導入する。空気を導入することにより、三方弁１４ａ〜燃焼室バーナ間のＣガスのパージを行うことができ、逆火を防止することができる。所要時間は空気の流量にもよるが、三方弁１４ａ以降から燃焼室バーナ間のＣガスをパージするのに要する時間である。例えば３〜３０秒あれば充分にパージ可能である。

次に、バタフライ弁１３の開きを半開以下にした小流量の空気流量で、Ｃガス配管４ａ中の堆積カーボンを除去する。パージ完了後に空気流量を低減させるのは、堆積カーボンを徐々に燃焼させるためであり、また急激な温度低下による操業への支障、蓄熱室温度変化による損傷を防止するためである。堆積カーボンの蓄積状況はコークス炉の稼働率によっても異なり、負荷が低い場合はＣガス燃焼停止時中に空気を導入させる必要もなく、タイマを設置して空気の導入を停止してもかまわない。

以上の手順は切替えごとに繰り返される。

なお、本実施形態は本発明の要旨を変更しないで種々変更可能である。例えば本発明は燃焼フリューと引落しフリューが交互に配列されている双子炎道式に限られることなく、２分割炎道式、４分割炎道式、クロスオーバ式等、様々な形式のガスの流れ形式に適用することができる。また、送風機の回転数を変化させることで、Ｃガス経路に導入する空気の流量を変化させてもよい。さらに、Ｃガス経路及び空気経路の切替えは上記共通の三方弁に限られることなく、別々のバルブを使用してもよい。

Ｃガス燃焼方式のコークス炉において、コークス炉稼働率１４０％、フリュー平均温度１２８０℃の条件下で本発明を実施した。バタフライ弁を全開にしてＣガス経路に空気を導入した時間は１０秒で、バタフライ弁を半開以下にしてＣガス経路に小流量の空気を導入した時間は１８分であった。下記の表１に具体的な条件を示す。

上記の対応によりカーボン堆積、残留Ｃガスによる逆火もなく、また地下室の換気も充分に行われ、安定した燃焼が可能になった。

本発明の一実施形態におけるコークス炉の炉長方向に沿った断面図。 Ｃガス経路及び空気経路の配管系統図。 Ｃガス配管及び空気配管を示す図。

符号の説明

１…蓄熱室
２…燃焼室
３…炭化室
４…Ｃガス経路
４ａ，４ｂ…Ｃガス配管
５…空気経路
５ａ，５ｂ…空気配管
１０…送風機
１３…バタフライ弁（流量制御弁）
１４ａ，１４ｂ…三方弁（Ｃガス弁、空気弁）
１５…換気用経路
ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２…手動弁

Claims (6)

1. 燃焼室の燃焼フリュー内にコークス炉ガスを吹き込んで燃焼させ、他方燃焼室の引落しフリュー内にコークス炉ガスを吹き込まずに燃焼排ガスを引き落とし、その後、繰り返しコークス炉ガス経路のコークス炉ガス弁を切替えて、ガスの流れの方向を転換させるコークス炉の操業方法において、
   前記コークス炉ガス弁を閉じたときに、コークス炉ガス経路に空気を導入して、コークス炉ガス経路のコークス炉ガスをパージする空気導入工程と、
   その後、コークス炉ガス経路に導入する空気流量を低減する空気流量低減工程と、を備えることを特徴とするコークス炉の操業方法。
2. 前記空気導入工程では、コークス炉ガス経路に空気を供給する空気経路の流量制御弁の開きを大きくし、
   前記空気流量低減工程では、前記流量制御弁の開きを小さくすることを特徴とする請求項１に記載のコークス炉の操業方法。
3. 前記空気導入工程では、前記コークス炉ガス経路の切替えに間にあうように、前記コークス炉ガス弁を閉じる直前に前記流量制御弁の開きを大きくすることを特徴とする請求項２に記載のコークス炉の操業方法。
4. コークス炉ガス経路に空気を供給するための空気経路をコークス炉の地下室内に開放し、コークス炉の地下室内を換気することを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載のコークス炉の操業方法。
5. 燃焼室の燃焼フリュー内にコークス炉ガスを吹き込んで燃焼させ、他方燃焼室の引落しフリュー内にコークス炉ガスを吹き込まずに燃焼排ガスを引き落とし、その後、繰り返しコークス炉ガス経路のコークス炉ガス弁を切替えて、ガスの流れの方向を転換させるコークス炉において、
   コークス炉ガス経路に空気を導入するための空気経路と、
   空気経路に設けられる送風機と、
   コークス炉ガス経路に供給する空気量を制御する流量制御弁と、
   フリューにコークス炉ガスを吹き込む間は、コークス炉ガス経路に空気を吹き込まず、またフリューにコークス炉ガスを吹き込まない間は、コークス炉ガス経路に空気を吹き込むように切替えられる空気弁と、を備えることを特徴とするコークス炉。
6. 空気経路をコークス炉の地下室内に開放し、コークス炉の室内を換気することを特徴とする請求項５に記載のコークス炉。
   
   

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