JP2007119577A

JP2007119577A - コークス炉炭化室の付着カーボンの除去方法

Info

Publication number: JP2007119577A
Application number: JP2005312788A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ogawa; 貴史小川; Kazuyoshi Machida; 和喜町田; Masaaki Kamata; 正明鎌田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2005-10-27
Filing date: 2005-10-27
Publication date: 2007-05-17

Abstract

【課題】本発明ではコークス炉炭化室内の炉壁全体に付着するカーボンを均一に除去しつつ、局所的なカーボンの成長を防止できるカーボン除去方法を提供することを目的とする。
【解決手段】コークス炉炭化室内の炉壁に付着したカーボンを、エアあるいは酸素付加エアを吹き込み、炉内に高速のエア流動を発生させることによって燃焼させようとするものであり、具体的には、炉の前方（上昇管５を基準にして上昇管側を後方、反対側を前方とする）に吐出孔を1つのみ設けたランス３を使用するカーボンの除去方法である。
【選択図】図２

Description

本発明はコークス炉炭化室内炉壁に付着したカーボンを、エア吹き込みにより燃焼除去することを目的としたカーボン除去装置の操業方法に関するものである。

図３はコークス炉の概要を示す図である。コークス炉においては、炉上を往復する装炭車７に石炭を積み込み、炭化室１の上部に配設した複数の装入孔４から石炭を装入し、炭化室１内に装入炭層９を形成させる。炭化室内の装入炭層９は、隣接する燃焼室より炉壁煉瓦を介する間接加熱により十数時間をかけて乾留される。乾留中に発生するガスは上昇管５により回収される。乾留終了後、押出し機８でコークスを炉外に押出し回収する。このときコークス炉の炭化室内壁には、石炭の乾留時に発生するコークス炉ガスの熱分解によって生じるカーボンが付着する。この炉壁付着カーボンは炉壁レンガの目地を緻密に閉塞し、炭化室から燃焼室へのガスリークを防止するという有効な働きがある一方、そのまま放置しておくと成長して炭化室の有効容積を減少させて炉の生産性を低下させるばかりでなく、押し出し機の押詰りに繋がる原因となる。従って、上記の弊害を防止する為、定期的に付着カーボンを除去する必要がある。この炉壁付着カーボン除去方法としては、数個の吐出孔を設けたランスを炭化室内で傾動させ気体を炉壁に吹き付ける方法（例えば、特許文献１）が開示されている。また、吐出孔を1つのみ設けたランスを炉内に挿入し、ある一定の条件下で発生する、流動パターンの変化を利用してカーボンを除去する方法（例えば、特許文献２）が開示されている。
特開平６−２４８２７２号公報特開２００３−２９２９６２号公報

一般的に炭化室内に付着しているカーボンの温度は高温となっており、化学反応抵抗よりガス境膜内拡散抵抗が総括の反応速度を律することとなる。即ちカーボン燃焼速度の支配因子は燃焼によって生成した物質の除去であることから、エアを高速で循環させることが燃焼効率を向上させる上で非常に重要になる。

発明者らの調査の結果、ランスに幾つも吐出孔を設けたり、吐出孔を対向させたりすると、吐出流が互いに干渉し合い炭化室内の流速が低下することが判明した。また、吐出孔前方にランスがあると、ランス下流ではカルマン渦が形成され、おなじく炭化室内の流速を低下させることが判明した。従って、これらの流速低下原因を改善できるような除去方法が有効である。

しかしながら、前出の特許文献１に開示されているようなランスを傾動させるという方法では、流速の低下は免れず、更にエアの吹き付けが可能な位置が限定されるため、傾動範囲外のカーボン成長は避けられない。また、特許文献２に開示されている方法では、常に流速分布が生じるため平均流速が遅く、カーボンを燃焼除去するためには時間を要するため、装入スケジュール間という短い時間の中でカーボンを燃焼することには不利である。

本発明では炭化室全体に付着するカーボンを均一に除去しつつ、局所的なカーボンの成長を防止できるカーボン除去方法を提供することを目的とする。

本発明は上記のような従来法の欠点を解決しうるコークス炉炭化室の付着カーボン除去方法であり、その要旨はコークス炉炭化室内の炉壁に付着したカーボンを、エアを吹き込み、炉内に高速のエア流動を発生させることによって燃焼させようとするものであり、具体的には、炉の前方（上昇管５を基準にして上昇管側を後方、反対側を前方とする）に吐出孔を1つのみ設けたランスを使用するカーボンの除去方法であって、下記（１）乃至（３）で示す方法である。

（１）コークス炉の炭化室内の炉壁に付着したカーボンを除去する方法において、
炉の前方に1つのみ吐出孔を設けたランスから前記炭化室内に空気（以下、エアと称す）を吹込み炉内に高速のエアの流れを発生させることによって前記カーボンを燃焼させることを特徴とするコークス炉炭化室の付着カーボン除去方法。
（２）吐出孔の径がランス径の０．７〜０．９倍であることを特徴とする前記（１）に記載のコークス炉炭化室の付着カーボン除去方法。
（３）ランスの挿入深さが炭化室の高さの１／１０以下の深さに挿入したランスと、炭化室の高さの１／４〜２／５の深さに挿入したランスを組み合わせて使用することを特徴とする前記（１）又は（２）に記載のコークス炉炭化室の付着カーボン除去方法。

以上に説明したように本発明によってコークス炉炭化室内の全体に付着するカーボンを均一に除去しつつ、局所的なカーボンの成長を防止することが可能となり、付着カーボン起因の生産性低下が大幅に改善することが可能となり、産業上著しい効果を有する。

図１はコークス炉内を示す図である。コークス押し出し後、炭化室１に装入口２から吐出孔４を設けたランス３を挿入しエアを吐出する。
炉内に高速のエアの流れを発生させて付着カーボンを効率良く燃焼除去するために、ランスに設ける吐出孔は一つとする。吐出孔の数が２以上であると、吐出流が干渉したり、吐出流が分散されたりして流速が低下するため、好ましくない。

吐出孔４の向きは炉の前方(本発明において、上昇管５を基準にして上昇管側を後方、反対側を前方とする)とする。吐出孔４から噴射されたエアは高速の流れを形成し、炭化室の炉壁に付着したカーボンを燃焼除去し、その燃焼後排ガスは上昇管５から排気される。

炉内に挿入するランス３の挿入本数は特に限定しないが、高速の流動を実現するには、２本とすることが好ましい。挿入本数を２本として適正な配置、挿入深さを設定することで、吐出流の相乗効果が期待できる。しかし、挿入する本数が１本の場合、例えば前方ランス３−１のみを天井から５００ｍｍの深さに挿入した場合、炉中央部広範囲に淀みが形成される。また一方で、前方ランス３−１と後方ランス３−２の中間にランス３を挿入して３本とした場合、お互いの吐出流が干渉しあい、流速が低下する。

ランス３を挿入する装入口の位置について、装入口２が前方から数えて5つあるコークス炉では、前方ランス３−１を２番装入口、後方ランス３-２を４番装入口から挿入すればよい。炉の寸法や、機械的な制限によってランス３の挿入位置を、若干ズラしても、ほぼ同様の効果が得られるが、前方寄りにした場合、例えば１番、２番装入口から挿入したとすると、後方側の流速が低下する傾向を示し、一方後方寄りにした場合、例えば４番、５番装入口（装入口２が４つの場合は、３番、４番装入口）から挿入すると前方の流速が低下する傾向を示す。

炭化室１に挿入するランス３の深さについて、前方ランス３-１の挿入深さは炭化室の高さの１／１０以内、後方ランス３-２の挿入深さは炭化室の高さの1/4〜2/5とすることが好ましい。このように前方ランス３-１の挿入深さを短くすることで、後方ランス３-２の吐出流線上の障害物を排除することができる。

前方ランス３−１について、吐出孔４と天井との距離を大きくした場合、例えば炭化室の高さの1/5程度とすると、吐出流が炉蓋内壁６に衝突したとき、主流が上下に２分され上方に向かった流れが主流と天井との間に渦を形成する。この渦が前方ランス３−１の主流に干渉するため、下方に向かう流れの流速を低下させ燃焼効率が低下する。逆にこれ以上吐出孔４と天井との距離を小さくした場合、吐出流が装入口２に衝突し炉外に放散されてしまうため、燃焼効率が低下する。

後方ランス３−２について、吐出孔４と天井との距離を炭化室の高さの1/3より大きくした場合、例えば炭化室の高さの1/2とすると炉壁に沿って流れてきた前方ランスの主流と衝突したり、ランスを通過した主流がカルマン渦を形成したりして燃焼効率を低下させる。逆に吐出孔４と天井との距離を炭化室の高さの1/4より小さくした場合、例えば1/6とすると炉中央部に淀みを形成するので、これも燃焼効率を低下させる。

吐出孔径について、吐出による圧力損失係数はランス径/吐出孔径の4乗に比例する。従って、吐出孔径が小さい場合は圧力損失が大幅に増加するため、特に好ましくない。一方吐出孔径をランス径より大きくした場合も圧力損失が発生する。発明者らの調査では、吐出孔４の直径はランス径の0.7〜0.9程度の範囲が望ましい。本発明では0.7を採用している。なお、本発明におけるランス径とは、ランスの内径である。

炭化室１内のエアの流れは図２のような挙動を描く。前方ランス３−１からの吐出流は、若干広がりながら前方の炉蓋内壁６に衝突し下方に流れ、炭化室１の中央部〜下部を通り後方の上昇管５から排気される。後方ランス３−２からの吐出流は、前方ランス３−１の吐出流より大きく広がりながら、斜め上方に向かって流れる。前方ランス３−１の主流と後方ランス３−２の主流は、前方ランス３−１下部近傍からお互い干渉することなく並走するように流れるため、炭化室１内全域にエアを行き渡らせることが可能である。本発明によれば、流動の障害となりうるランス３を深く挿入することなく、炭化室１内に付着したカーボンを均一に除去することが可能である。

実施例
実施例により本発明をより詳細に説明する。本発明を実機コークス炉に適用した。本発明のランスパターンは、炉の前方にランス内径と吐出孔径の比が０．７である吐出孔を１つのみ設けたランスを使用し、前方ランス３−１を炭化室の高さの１／１３まで挿入し、後方ランス３−２を炭化室の高さの４／１３まで挿入したパターンである。

本発明との比較のため、前方ランス３-１を炭化室の高さの1/5まで挿入したランスパターン（以下、比較例１）、後方ランス３−２を炭化室の高さの１／２まで挿入したランスパターン（以下、比較例２）、前方、後方の中間にランスを挿入したランスパターン(以下、比較例３)の実機評価を行った。発明者らの調査では、各条件の炉内流速は図４の様になる。本発明は最も速い流速を示す。

また、燃焼効率についても調査した。それぞれ上昇管５において燃焼排ガスを採取し、ＣＯ₂濃度、ＣＯ濃度で燃焼効率を評価した。その結果を図５に示す。比較例では、空気の流れに乱れを生じるため、燃焼効率が劣るものであったのに対し、本発明は高い燃焼効率を確保できることが判明した。

また、本発明のランスパターンにおいて、吐出孔径を変化させた場合の結果を図６に示す。同様に、それぞれ上昇管５において燃焼排ガスを採取し、ＣＯ₂濃度、ＣＯ濃度で燃焼効率を判断した。ランス内径と吐出孔径の比が０．７の場合最も高い値を示した。

実機適応後、付着カーボンの厚みは無害なレベルまで低減し、図７に示すように従来の１／３となった。また、押出しトラブルも図８に示すように大幅に減少し、製骸量（生産量）アップに貢献することができた。

コークス炉内を示す図、エアの流れを示す図、コークス炉の概要を示す図、挿入深さが炉内流速に与える影響を調査した結果を示す図、挿入深さが燃焼効率に与える影響を調査した結果を示す図、吐出孔径が燃焼効率に与える影響を調査した結果を示す図、カーボン厚みの変化を示す図、押出しトラブル推移を示す図。

符号の説明

１．炭化室
２．装入口
３-１．前方ランス
３-２．後方ランス
４．吐出孔
５．上昇管
６．炉蓋内壁
７．装炭車
８．押出しラム
９．装入炭層

Claims

コークス炉の炭化室内の炉壁に付着したカーボンを除去する方法において、
炉の前方に1つのみ吐出孔を設けたランスから前記炭化室内に空気（以下、エアと称す）を吹込み炉内に高速のエアの流れを発生させることによって前記カーボンを燃焼させることを特徴とするコークス炉炭化室の付着カーボン除去方法。
吐出孔の径がランス径の０．７〜０．９倍であることを特徴とする請求項１に記載のコークス炉炭化室の付着カーボン除去方法。
ランスの挿入深さが炭化室の高さの１／１０以下の深さに挿入したランスと、炭化室の高さの１／４〜２／５の深さに挿入したランスを組み合わせて使用することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のコークス炉炭化室の付着カーボン除去方法。