JP2008195902A - コークス炉の燃焼方法および燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コークス炉の底部空気吹出孔及び多段の空気吹出孔から供給される燃焼用空気量の比率を所要割合に確実に調整する。
【解決手段】底部及び多段の空気吹出孔を備えた二つの燃焼室部23,24を交互に立ち側と引き側に切り替えて燃焼を行うコークス炉の燃焼方法において、立ち側の燃焼室部23には底部と多段の空気吹出孔に別々の蓄熱室1,2から流量比率を調整した燃焼用空気を供給し、引き側の燃焼室部24からは、底部空気吹出孔から底部側蓄熱室3を経て底部側ソールフリュー7を介して燃焼排ガスを排出し、多段空気吹出孔から多段側蓄熱室4を経て多段側ソールフリュー8を介して燃焼排ガスを排出し、前記底部側蓄熱室と前記多段側蓄熱室に引き落とされる排ガスの流量比率を、底部空気吹出孔用蓄熱室と多段の空気吹出孔用蓄熱室に供給される燃焼用空気の流量比率に合わせた。
【選択図】図１

Description

本発明は、コークス炉において空気の流量を調節するコークス炉の燃焼方法および燃焼装置に関する。

一般にコークス炉は、炉幅方向（炉団方向）に交互に複数列配列した炭化室と燃焼室との対で一つの炉を形成し、通常は５０から１００個の炉が集まって１つの炉団を構成している。そして、各燃焼室は、炉壁（レンガ壁）を介して炭化室と隣接し、炉長方向に２０から３０個の小燃焼室に仕切られており、各小燃焼室の底部は蓄熱室に通じている（特許文献１、図１）。

各小燃焼室には、予熱用蓄熱室で予熱された燃料ガスと空気が供給され、これらの燃焼によって炉壁を通じて両側の炭化室が加熱されて石炭の乾留が行われる。そして、各小燃焼室で生成した排ガスは熱回収用蓄熱室に引き落とされて熱回収され、さらに炉底部に設けられている水平炎道（ソールフリュー）に排出された排ガスは炉の前後方に分配されて煙突から大気に排出される。この予熱用蓄熱室と熱回収用蓄熱室は例えば２０分あるいは３０分といった制御周期で交互に切り替えられる。なお、予熱用蓄熱室を「立ち側」、熱回収用蓄熱室を「引き側」と称す。

また、燃焼室の高さ方向における燃焼温度を均一にし、局部的な高温燃焼を無くして燃焼排ガス中のＮＯｘを低減させるコークス炉の操業方法として、燃焼用空気の一部を底部から、残りを高さ方向の一箇所または複数箇所から供給する多段型燃焼方式が提案されている（特許文献２）。

図２は、上述した多段型燃焼方式を採用したコークス炉の燃焼装置を示し、（ａ）（ｂ）は同一の小燃焼室21-１・・・・・21-ｎを立ち側と引き側に分離して示したもので、小燃焼室２１は、天井壁面との間に隙間を有する仕切壁２２により第１燃焼室部２３と、第２燃焼室部２４とに仕切られ、図２（ａ）は第１燃焼室部２３を立ち側燃焼室部とした場合、図２（ｂ）は第１燃焼室部２３を引き側燃焼室部とした場合を示す。また、第１燃焼室部２３と第２燃焼室部２４にはそれぞれ底部空気供給系２５と多段空気供給系２６により燃焼用の空気を底部と高さ方向の複数箇所より供給可能となっており、第１燃焼室部２３を立ち側とした場合には引き側となる第２燃焼室部２４側における底部空気供給系と多段空気供給系とが排ガス排出系として用いられる。

第１燃焼室部２３の下方に第１蓄熱室２７が対応して配置され、第２燃焼室部２４の下方に第２蓄熱室（不図示）が対応してそれぞれ配置され、第１蓄熱室２７には炉底側第１ソールフリュー２８からソールフリュー―蓄熱室連絡孔３０を介して空気が供給され、前記第２蓄熱室には不図示の炉底側第２ソールフリューから同様にソールフリュー―蓄熱室連絡孔を介して空気が供給される。そして、第１蓄熱室２７は第１燃焼室部２３用の底部空気供給系２５と多段空気供給系２６と接続され、高温の空気が第１燃焼室部２３内へ供給される。なお、第１燃焼室部２３及び第２燃焼室部２４に対して燃料ガスが供給可能となっており、第１燃焼室部２３を立ち側とした場合に燃料ガスを第１燃焼室部２３内に供給し、燃焼用の空気と混合することにより燃焼し、上昇して炉壁を加熱する。

そして、燃焼排ガスは仕切壁２２を矢印で示すように迂回し引き側となる第２燃焼室部２４を経て、底部空気排出系及び多段空気排出系から引き側となる第２蓄熱室を通過し、引き側となる炉底側第２ソールフリューに排出される。

炉底側第１ソールフリュー２８は煙道（不図示）と第１変更弁２９を介して接続され、同様に炉底側第２ソールフリューも煙道（不図示）を介して第２変更弁（不図示）に接続されていて、これらの煙道が煙突に接続されている。

第１燃焼室部２３が立ち側に使用されている場合に、第１変更弁２９は閉状態に維持され、燃焼用の空気を第１蓄熱室２７に供給させ、供給第２燃焼室部２４が引き側に使用されている場合に、前記第２変更弁は開状態に維持され、前記第２蓄熱室を通過した排ガスを煙突から大気に排出させる。

また、図２（ｂ）に示すように、第１燃焼室部２３を引き側として使用した場合には、第１変更弁２９は開状態となる。

一方、特許文献２には、底部から供給する燃焼用空気量を全供給空気量の５０％以上として操業するのが望ましいとしているが、底部空気吹出孔及び多段の空気吹出孔から供給される燃焼用空気量の比率を所要割合に調整する方法として、図３（ａ）（ｂ）に示すように、燃焼室の底部空気吹出孔３１、多段の空気吹出孔３３にスライドブリック３２、３４を設け、スライドブリック３２、３４をスライドさせて空気吹出孔３１、３３の開口面積を調整する方法が提案されており、具体的には図３（ｃ）に示すように、作業者が燃焼室の炉頂からスライドブリック開度調整棒３４をスライドブリック３２、３３まで挿入し、スライドブリック開度調整棒３４を操作してスライドブリックをスライドさせることが提案されている。
特開平１１−０３５９４４号公報 特開２０００−３５１９７５号公報

ところで、底部空気吹出孔及び多段の空気吹出孔から供給される燃焼用空気量の比率を所要割合に調整するために、燃焼室の底部空気吹出孔３１，多段の空気吹出孔３３に対するスライドブリック３２，３４をスライドさせる方法は、以下に示すように作業性が悪い等といった問題が指摘され、調整作業は現実的に困難であった。
１ 約１０００℃の燃焼室の炉頂で作業者がスライドブリック開度調整棒３４を操作するが、この作業は遠隔で行われ、しかも高温の燃焼室内に挿入されたスライドブリック開度調整棒３４は柔らかくなるため、微調整ができない。
２ 調整作業が高温環境下であり、重筋作業となる。
３ 燃焼室内温度が高温のため、スライドブリックと壁とが焼きつき、開度調整作業が難しく、無理に調整すると煉瓦の損傷を招くおそれもある。

本発明は、このような従来の問題を解決し、重筋作業を要することなく底部空気吹出孔及び多段の空気吹出孔から供給される燃焼用空気量の比率を所要割合に確実に調整することができるコークス炉の燃焼方法及び燃焼装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記技術的課題を解決するものであり、その発明の要旨とするところは以下の通りである。
（１）底部及び高さ方向の異なる多段位置にそれぞれ空気吹出孔を備えた二つの燃焼室部を交互に立ち側と引き側に切り替えて燃焼を行うコークス炉の燃焼方法において、立ち側の燃焼室部には底部と高さ方向の異なる多段位置の空気吹出孔にそれぞれ別々の蓄熱室から流量比率を調整した燃焼用空気を供給し、引き側の燃焼室部からは、底部の空気吹出孔から底部側蓄熱室を経て底部側ソールフリューを介して燃焼排ガスを排出すると共に、多段位置の空気吹出孔から多段側蓄熱室を経て多段側ソールフリューを介して燃焼排ガスを排出し、前記底部側蓄熱室と前記多段側蓄熱室に引き落とされる排ガスの流量比率を、底部空気吹出孔用の蓄熱室と多段の空気吹出孔用の蓄熱室に供給される燃焼用空気の流量比率に合わせたことを特徴とするコークス炉の燃焼方法。
（２）炉底及び高さ方向の異なる多段位置にそれぞれ空気吹出孔を備えた二つの燃焼室部を交互に立ち側と引き側に切り替えて燃焼を行うコークス炉の燃焼室と、前記各燃焼室部の炉底側空気吹出孔に通じる炉底側蓄熱室、及び多段側空気吹出孔に通じる多段側蓄熱室と、前記一方の燃焼室部用の炉底側蓄熱室及び多段側蓄熱室に別々に通じる炉底側第１ソールフリュー、及び多段側第１ソールフリューと、前記他方の燃焼室部用の炉底側蓄熱室及び多段側蓄熱室に別々に通じる炉底側第２ソールフリュー、及び多段側第２ソールフリューと、前記炉底側第１ソールフリュー、多段側第１ソールフリュー、炉底側第２ソールフリュー、及び多段側第２ソールフリューの排出側に夫々設けた排出ガス流量調整手段と、を有し、立ち側の燃焼室部用の炉底側蓄熱室及び多段側蓄熱室に供給する燃焼用空気の流量比率に合わせて、引き側の排出ガス流量調整手段を調整したことを特徴とするコークス炉の燃焼装置。

本発明によれば、燃焼室の炉底と多段位置から吹出燃焼用空気量を、低ＮＯｘを達成するために必要な流量割合に熱効率を低下させることなく容易に調整することが可能となった。

以下本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明する。

図１は本発明を適用したコークス炉の燃焼装置の一実施形態を示す概略図で、（ａ）（ｂ）は図２に示す従来例と同様に、同一の小燃焼室21-１・・・・・21-ｎを立ち側と引き側に分離して示したもので、小燃焼室２１を仕切壁２２により第１燃焼室部２３と第２燃焼室部２４とに仕切り、第１燃焼室部２３と第２燃焼室部２４にはそれぞれ底部空気吹出孔及び多段の空気吹出孔を設けた構成も図２に示す従来例と同様である。なお、図１（ａ）は第１燃焼室２１を立ち側燃焼室部とした場合、図２（ｂ）は第２燃焼室部２４を引き側燃焼室部とした場合を示す。

本実施形態は、第１燃焼室部２３において、底部空気吹出孔用の炉底側第１蓄熱室１と、多段の空気吹出孔用の多段側第１蓄熱室２とを別々に設け、同様に第２燃焼室部２４において、底部空気吹出孔用の炉底側第２蓄熱室３と、多段の空気吹出孔用の多段側第２蓄熱室４とを別々に設けている。

また、第１燃焼室部２３用に２つのソールフリュー５、６を設け、炉底側第１ソールフリュー５はソールフリュー―蓄熱室連絡孔３０を介して炉底側第１蓄熱室１に接続され、多段側第１ソールフリュー６はソールフリュー―蓄熱室連絡孔３０を介して多段側第１蓄熱室２に接続されている。

同様に、第２燃焼室部２４用に２つのソールフリュー７、８を設け、炉底側第２ソールフリュー７はソールフリュー―蓄熱室連絡孔３０を介して炉底側第２蓄熱室３に接続され、多段側第２ソールフリュー８はソールフリュー―蓄熱室連絡孔３０を介して多段側第２蓄熱室４に接続されている。

炉底側第１ソールフリュー５及び多段側第１ソールフリュー６の排出端部は合流して第１変更弁９に接続され、炉底側第２ソールフリュー７及び多段側第２ソールフリュー８の排出端部は合流して第２変更弁１０に接続され、さらに煙道を経て煙突につながっている。

また、炉底側第１ソールフリュー５及び多段側第１ソールフリュー６の排出端部にはそれぞれ第１変更弁入口ダンパー１１が設けられ、炉底側第２ソールフリュー７及び多段側第２ソールフリュー８の排出端部にはそれぞれ第２変更弁入口ダンパー１２が設けられ、排ガスの流量を調整可能としている。

さらに、炉底側第１蓄熱室１には第１燃焼室部２３用の底部空気供給系２５を接続し、多段側第１蓄熱室２には第１燃焼室部２３用の多段空気供給系２６を接続し、炉底側第２蓄熱室３には第２燃焼室部２４用の底部空気供給系２５を接続し、多段側第２蓄熱室４には第２燃焼室部２４用の多段空気供給系２６を接続している。

本実施形態において、炉底側第１ソールフリュー５及び多段側第１ソールフリュー６内をそれぞれ流れる燃焼用空気は、不図示の流量調整コック等で構成される元弁の弁開度を調整することにより、第１燃焼室部２３内に供給される燃焼用空気量を別々に調整して低ＮＯｘを達成するために必要な流量割合で底部空気吹出孔及び多段の空気吹出孔から供給することができる。

第１燃焼室部２３を立ち側とした場合、燃焼用空気は炉底側第１蓄熱室１と多段側第１蓄熱室２を通過して高温に加熱されて任意の流量割合で底部空気供給系２５と多段空気供給系２６を経て第１燃焼室２３内に供給される。この場合、各第２変更弁入口ダンパー１２は、炉底側第２ソールフリュー７と多段側第２ソールフリュー８を流れる排ガスの流量割合が上述の燃焼用空気の流量割合に一致するように弁開度をそれぞれ調整している。これは、第２燃焼室部２４を立ち側とした場合に引き側となる第１燃焼室部２３に通じる炉底側第１ソールフリュー５と多段側第１ソールフリュー６にそれぞれ取り付けた第１変更弁入口ダンパー１１についても適用される。

本実施形態において、第１燃焼室部２３と第２燃焼室部２４とに対して一定時間毎に燃焼の切り替えが行われ、燃料ガスと空気、及び燃焼排ガスは立ち側と引き側とが入れ替わる。図１において、切り替え前における引き側の蓄熱室１、２は燃焼排ガスが保有する顕熱を蓄え、切り替え後に立ち側の炉底側及び多段側の燃焼用空気をそれぞれ予熱する。このときに、立ち側の炉底側第１蓄熱室１と多段側第１蓄熱室２に流入する空気流量の割合と、引き側であったときの炉底側第１蓄熱室１と多段側第１蓄熱室２に流入する排ガスの流量割合をバランスさせないと、熱交換率が低下する。

すなわち、仮に立ち側の炉底蓄熱室に６割の燃焼用空気が入り、多段側蓄熱室に４割りが入ったとし、燃焼室で燃焼後、燃焼排ガスが引き側の炉底、多段それぞれの蓄熱室に引き落とされた場合、炉底側蓄熱室抜熱過多となり、多段側は抜熱不足となる。この場合、消費熱量の悪化および燃焼用空気の予熱不足から燃焼が不安定となるおそれが発生する。

しかし、本実施形態では、立ち側の炉底側蓄熱室及び多段側蓄熱室に入る燃焼用の空気量の割合と、そのときの引き側の炉底側蓄熱室及び多段側蓄熱室に引き落とされる燃焼排ガスの流量割合をバランスさせているので、高い熱交換率を維持することができる。

本発明の一実施形態を示すコークス炉の燃焼装置を示す概略図で、（ａ）は立ち側、（ｂ）は引き側を示す。 従来のコークス炉の燃焼装置を示す概略図で、（ａ）は立ち側、（ｂ）は引き側を示す。 従来の底部空気吹出孔及び多段の空気吹出孔から供給される燃焼空気量の比率を調整する方法を示す図。

符号の説明

１ 炉底側第１蓄熱炉
２ 多段側第１蓄熱炉
３ 炉底側第２蓄熱炉
４ 多段側第２蓄熱炉
５ 炉底側第１ソールフリュー
６ 多段側第１ソールフリュー
７ 炉底側第２ソールフリュー
８ 多段側第２ソールフリュー
９ 第１変更弁
１０ 第２変更弁
１１ 第１変更弁入口ダンパー
１２ 第２変更弁入口ダンパー
２１ 燃焼室
２２ 仕切壁
２３ 第１燃焼室部
２４ 第２燃焼室部
２５ 炉底側空気供給系
２６ 多段側空気供給系
２７ 第１蓄熱室
２８ 炉底側第１ソールフリュー
２９ 変更弁
３０ ソールフリュー―蓄熱室連絡孔

Claims (2)

1. 底部及び高さ方向の異なる多段位置にそれぞれ空気吹出孔を備えた二つの燃焼室部を交互に立ち側と引き側に切り替えて燃焼を行うコークス炉の燃焼方法において、
   立ち側の燃焼室部には底部と高さ方向の異なる多段位置の空気吹出孔にそれぞれ別々の蓄熱室から流量比率を調整した燃焼用空気を供給し、引き側の燃焼室部からは、底部の空気吹出孔から底部側蓄熱室を経て底部側ソールフリューを介して燃焼排ガスを排出すると共に、多段位置の空気吹出孔から多段側蓄熱室を経て多段側ソールフリューを介して燃焼排ガスを排出し、前記底部側蓄熱室と前記多段側蓄熱室に引き落とされる排ガスの流量比率を、底部空気吹出孔用の蓄熱室と多段の空気吹出孔用の蓄熱室に供給される燃焼用空気の流量比率に合わせたことを特徴とするコークス炉の燃焼方法。
2. 炉底及び高さ方向の異なる多段位置にそれぞれ空気吹出孔を備えた二つの燃焼室部を交互に立ち側と引き側に切り替えて燃焼を行うコークス炉の燃焼室と、
   前記各燃焼室部の炉底側空気吹出孔に通じる炉底側蓄熱室、及び多段側空気吹出孔に通じる多段側蓄熱室と、
   前記一方の燃焼室部用の炉底側蓄熱室及び多段側蓄熱室に別々に通じる炉底側第１ソールフリュー、及び多段側第１ソールフリューと、
   前記他方の燃焼室部用の炉底側蓄熱室及び多段側蓄熱室に別々に通じる炉底側第２ソールフリュー、及び多段側第２ソールフリューと、
   前記炉底側第１ソールフリュー、多段側第１ソールフリュー、炉底側第２ソールフリュー、及び多段側第２ソールフリューの排出側に夫々設けた排出ガス流量調整手段と、を有し、
   立ち側の燃焼室部用の炉底側蓄熱室及び多段側蓄熱室に供給する燃焼用空気の流量比率に合わせて、引き側の排出ガス流量調整手段を調整したことを特徴とするコークス炉の燃焼装置。

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