JP2008222968A - コークス炉の燃焼方法および燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コークス炉の稼働率に合わせてスカッフィング、小爆発対策用ブローのための空気を供給することができると共に、コックなどの弁類の数を削減できるコークス炉の燃焼方法および燃焼装置を提供する。
【解決手段】コークス炉の燃焼室を２つの燃焼室部２３、２４に区分けした小燃焼室２１の多数で構成し、２つの燃焼室部２３、２４を交互に燃焼側と引落し側に切替え、高カロリーガスを燃料として燃焼用空気との混合で燃焼を行うコークス炉の燃焼方法において、インバータ制御により送風量可変のファン１からの圧空を引落し側の燃焼室部２４に導入するスカーフィング前の燃焼切替中に、ファン１からの圧空を該スカーフィング時よりも多くして燃焼側および引落し側燃焼室部の燃料配管系２７、４８に吹き込むブロー工程を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＯＧガスなどの高カロリーガスを燃料とするコークス炉の燃焼室内におけるカーボン付着の抑制と小爆発の抑制の機能を一元管理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４０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煙道（ソールフリュー）である炉底側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。

図３は、上述したコークス炉の燃焼装置を示し、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とに仕切られている。ここで、一つの小燃焼室２１において区分けされた第１燃焼室部２３に係るものには奇数と、第２燃焼室に係るものには偶数を付して区別し、燃焼に係る場合には燃焼用、排ガスの引落しに係る場合には引落用と付して区別する。

第１燃焼室部２３には、奇数燃料ガス分配管２５からの燃料ガス（ＣＯＧ）が奇数燃料分配管２７を介して供給されると共に、炉底側奇数ソールフリュー２９からの燃焼用空気が奇数空気分岐管３１から奇数蓄熱室（不図示）を介して蓄熱室奇数連通孔３３から供給される。第１燃焼室２３に供給された燃料ガスが燃焼用空気と混合して燃焼し、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落し側となる第２燃焼室部２４を経て、蓄熱室偶数連通孔３２から偶数蓄熱室（不図示）を通過し、さらに偶数排ガス分岐管２６を経て炉底側偶数ソールフリュー２８に排出される。

炉底側奇数ソールフリュー２９は煙道（不図示）と奇数変更弁３５を介して接続され、同様に炉底側偶数ソールフリュー２８も偶数変更弁３０を介して煙道（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が燃焼側に使用されている場合に、奇数変更弁３５は閉状態に維持され、奇数空気コック５３を開状態として炉底側奇数ソールフリュー２９より燃焼用空気を第１燃焼室２３に供給させ、第２燃焼室部２４が引落し側に使用されている場合に、偶数用空気コック５４を閉状態とし偶数変更弁３０を開状態として、第２燃焼室部２４からの排ガスを煙突から大気に排出させる。

また、第２燃焼室２４を燃焼用とし、第１燃焼室部２３を引き側として使用した場合には偶数変更弁３０は閉状態に維持され、奇数変更弁３５は開状態となる。

一方、コークス炉でＣＯＧなどの高カロリーガスを燃料として燃焼させると、燃焼室内のガスバーナー先端およびバーナー内にカーボンが付着し燃焼を阻害する。

そして、高カロリーガス燃焼のコークス炉において高稼働率操業を実施した場合、燃焼室内の温度上昇（炉温上昇）に伴いカーボン付着は指数関数的に増加する。

そこで、カーボン付着対策として、引落し側として使用した燃焼室部を燃焼用として使用するために切替える燃焼切替後に引落し側として使用していた燃焼室部に自然吸気による空気導入にて付着カーボンを焼き落とす手法であるスカーフィングが行われている。

また、コークス炉において、高カロリーガスを燃料とする燃焼を実施した場合、燃焼切替時にダクト内または配管内にガス溜りが発生し、切替後にスカーフィングを実施した場合、ダクトもしくは配管内にて小爆発を起こし、炉体の煉瓦や機械設備の損傷を招くおそれがある。このため、小爆発対策として、管内への窒素ガスの吹き込み、もしくは圧空吹き込みによるブロー法が行われている。

図３の燃焼装置では、小爆発対策として圧空吹き込みによるブロー法を用いており、ブロー用ファン４０に接続された送風管４１から圧空吹き込み分岐管４２が分岐し、さらに圧空吹き込み分岐管４２から奇数分岐管４３と偶数分岐管４４とが分岐し、奇数分岐管４３は奇数スカーフィングコック４５を介して、奇数燃料分配管２７に設けた奇数燃料切替コック４７に接続されている。同様に、偶数分岐管４４は、偶数スカーフィングコック４６を介して、偶数燃料分配管４８に設けた偶数燃料切替コック５０に接続されている。

奇数燃料切替コック４７および偶数燃料切替コック５０は、第１切替位置で燃料ガス分配管と燃焼室部とを連通し、第２切替位置でスカーフィングコックと燃焼室部とを連通する。スカーフィングコックは、第１切替位置で圧空吹き込み分岐管４２と切替コックとを連通し、第２切替位置で切替コックを大気と連通させる。５１は第１燃焼室部２３への燃料ガス流量を調整する燃料ガス用奇数調整コック、５２は第２燃焼室部２４への燃料ガス流量を調整する燃料ガス用偶数調整コック、５５は第１燃焼室部２３への燃焼用空気量を調整する燃焼空気用奇数調整コック、５６は第２燃焼室部２４への燃焼用空気量を調整する燃焼空気用偶数調整コック、５７はファン４０からの送風量あるいは送風圧を調整する送風調整弁である。

第１燃焼室部２３を燃焼用とし第２燃焼室部２４を引落し用として使用する図３に示す場合、奇数スカーフィングコック４５は第１切替位置とし、偶数スカーフィングコック４６は第２切替位置に切替、偶数スカーフィングコック４６より大気中の空気を自然吸気して第２燃焼室部２４に供給し、カーボンを焼き落とす。その後、偶数スカーフィングコック４５を第１切替位置に切替え、ブロー用ファン４０からの圧気を第２燃焼室部２４に僅かな時間だけ吹き込むことで小爆発対策を行う。
特開平１１−０３５９４４号公報 特開２０００−３５１９７５号公報

ところで、カーボン付着対策のために大気中の空気を自然吸気による空気導入で焼き落とす手法では、コークス炉が高稼働率になると空気量不足が発生し、低稼働率とした場合には必要以上に空気が導入されて熱効率が低下するなど空気量調整が難しい。

また、小爆発対策として、図３に示すように圧空吹き込みによるブロー法を採用すると、専用の配管ラインと切替コックを必要とし、設備の複雑化を招き、設備費のコスト高を招く。

本発明は、このような課題に鑑みなされたもので、コークス炉の稼働率に合わせてスカーフィング、小爆発対策用ブローのための空気を供給することができると共に、コックなどの弁類の数を削減できるコークス炉の燃焼方法およ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．コークス炉の炉長方向に延びる燃焼室を２つの燃焼室部に区分けした小燃焼室の多数で構成し、前記２つの燃焼室部を交互に燃焼側と引落し側に切替え、高カロリーガスを燃料として燃焼用空気との混合で燃焼を行うコークス炉の燃焼方法において、送風量可変の送風手段からの圧空を引落し側の燃焼室部に導入するスカーフィング前の燃焼切替中に、該送風手段からの圧空を該スカーフィング時よりも多くして前記燃焼側および引落し側燃焼室部の燃料配管系に吹き込むブロー工程を有することを特徴とする。

２．コークス炉の炉長方向に延びる燃焼室を２つの燃焼室部に区分けした小燃焼室の多数で構成し、前記２つの燃焼室部を交互に燃焼側と引落し側に切替え、各燃焼室部に対応する燃料切替コックの切替により高カロリーガスを燃料として燃焼用空気との混合で燃焼を行うコークス炉の燃焼装置において、送風風量を調節可能な送風手段と、前記送風手段からの圧空を供給する送風管に取り付けた遮断弁と、前記遮断弁から下流側で該送風管より分岐して前記各燃料切替コックにそれぞれ接続された分岐管と、を有し、前記遮断弁を開いて前記送風手段からの圧空を引落し側の燃焼室部に導入するスカーフィング時には、前記燃焼側の燃焼室部と前記分岐管との連通を遮断して燃料の供給を行う第１位置に位置させると共に、前記引落し側の燃料切替コックを前記分岐管と前記引落し側の燃焼室部と連通する第２位置に位置させ、前記スカーフィング前の燃焼切替中に、該遮断弁を開いて該送風手段からの圧空の風量を該スカーフィング時よりも多くして第２位置に位置する前記燃焼側および引落し側の燃料切替コックに向けてブローを吹き込むことを特徴とする。

本発明によれば、一つの送風手段により強制通風によるスカーフィングと、小爆発対策ブローの吹き込みを実現することができ、しかも従来の自然吸気法のようにスカーフィング（ＳＦ）コックを不要とするため、設備の簡素化、コスト削減を図ることができる。

また、送風手段の送風量を可変としているので、コークス炉の稼働率が変動しても、スカーフィングおよび小爆発対策用ブローのための送風量を該稼働率の変動に合わせて増減することができる。

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、従来例の図３に示す部材と同じ部材には同じ符号を付してその説明を省略する。また、第１燃焼室部２３に係るものには奇数と、第２燃焼室に係るものには偶数を付して区別し、燃焼に係る場合には燃焼用、排ガスの引落しに係る場合には引落用と付して区別する点も従来例の説明と同様である。

図１に示す本実施形態において、インバータ制御により送風空気量を調整可能とするファン１により送風管４１に空気を供給し、途中に遮断弁２を取り付けて空気の供給を停止可能としている。

送風管４１から分岐している圧空吹き込み分岐管４２からさらに分岐している奇数分岐管４３を３方コックである奇数燃料切替コック４７に接続し、同様に偶数分岐管４４を３方コックである偶数燃料切替コック５０に接続している。図３に示す従来例では、２方コックであるスカーフィングコック４５、４６を用いて自然吸気による空気でスカーフィングを行っていたが、本実施形態では強制通風によりスカーフィングを行っている。

すなわち、図１において、偶数燃料分配管４８に設けた３方コックである偶数燃料切替コック５０が第２位置（偶数分岐管４４と第２燃焼室部２４とを連通させる切替位置）に切替えられているので、遮断弁２を開状態とすると、ファン１からの圧空が圧空吹き込み分岐管４２から偶数分岐管４４を経て偶数燃料切替コック５０に送られ、第２燃焼室部２４内に強制通風される。

スカーフィングは、緩やかな燃焼を行うために、ファン１のインバータ制御により送風量を少なくするように制御する。

一方、本実施形態において、ファン１は小爆発対策用のブロー用としても使用する。小爆発対策用のブローは、瞬間的に大きな送風量の空気を引落し側の燃焼室部に供給するため、ファン１のインバータ制御により送風量をスカーフィング時の送風量に比べて大きくするように制御する。その際、遮断弁２を開状態とする。

このように、ファン１の送風量を制御可能とすることで強制通風によるスカーフィングと小爆発対策ブローを同じ配管系により動作可能としており、スカーフィングの動作終了から小爆発対策ブローの開始までの間は遮断弁２を閉状態とすることで、引落し側の燃焼室部中の排ガスが引落し側の燃料分配管から送風管４１へ逆流するのを防止することができる。

なお、本実施形態では、強制通風によるスカーフィングおよび小爆発対策ブローのファン１の送風量は、ファン１のインバータ制御機能により行う例を示したが、流量制御弁もしくは圧力制御弁を設け、流量または圧力の制御を行うことも可能である。

また、強制通風によるスカーフィングの送風量の設定は、コークス炉の稼働率に応じて変更するのが好ましい。例えば、高稼働率時は、カーボン付着量が増加するためスカーフィングの送風量を高く設定し、カーボン燃焼のための空気量を増加させ、低稼働率時は、スカーフィングの送風量を低く設定し、必要以上に空気が導入されて熱効率が低下することを防止することが好ましい。

小燃焼室２１の第１燃焼室部２３に対し、奇数用空気コック５３を開として燃焼用空気を供給すると共に、奇数燃料切替コック４７を第１位置に切替えて奇数燃料ガス配管２５よりＣＯＧなどの高カロリーガスを供給して燃料ガスを燃焼させ、排ガスを第２燃焼室部２４の蓄熱室偶数連通孔３２から引落し側蓄熱室を通して炉底側偶数ソールフリュー２８に引落す。その際、スカーフィングを行い、第１燃焼室部２３への燃料ガスの供給を停止後、小爆発対策ブロー動作を行う。その後燃焼を第１燃焼室部２３から第２燃焼室部２４へ切替る。なお、第１燃焼室部２３及び第２燃焼室部２４へ供給される燃料ガスの流量は燃料ガス用奇数調整コック５１、燃焼ガス用偶数調整コック５２により調整され、第１燃焼室部２３及び第２燃焼室部２４へ供給される燃焼用空気の流量は燃焼空気用奇数調整コック５５、燃焼空気用偶数調整コック５６により調整される。

以上の一連の燃焼動作を図２に示すタイミングチャートを参照して以下に説明する。

図２において、ＣＯＧコックの奇数燃焼用は図１の３方コックである奇数燃料切替コック４７を示し、ＣＯＧコックの偶数燃焼用は３方コックである偶数燃料切替コック５０を示す。ＡＩＲコックの奇数燃焼用は図１の奇数空気切替コック５３を示し、ＡＩＲコックの偶数燃焼用は偶数空気切替コック５４を示す。変更弁の奇数引落用は図１の奇数変更弁３５を示し、偶数引落用は図１の偶数変更弁３０を示す。なお、奇数変更弁３５と偶数変更弁３０は閉状態の場合を示している。また、奇数空気切替コック５３および偶数空気切替コック５４は弁開度を調節して空気流量を調節可能としている。

スカーフィング（ＳＦ）項目において、遮断弁は図１の遮断弁２を示し、ブロワーは図１のブロワー１を示していて、高さが単位時間当たりの通風量の大小を表している。また、ＡＩＲ通気は、スカーフィングか小爆発対策ブローのいずれかを示す。

なお、図２中、奇数Ｆ燃焼は奇数燃焼室２３での燃焼を示し、偶数Ｆ燃焼は偶数燃焼室２４での燃焼を示している。また、中間停止は奇数Ｆ燃焼と偶数Ｆ燃焼との間で奇数燃焼室２３および偶数燃焼室２４への燃料ガスの供給を行わず、奇数空気コック５３と偶数空気コック５４を開状態とするが燃焼時の空気量よりも少ない空気量を炉底側奇数ソールフリュー２９と炉底側偶数ソールフリュー２８に供給し、その間は奇数変更弁３５と偶数変更弁３０は共に開状態としている。

なお、中間停止時に、奇数空気コック５３と偶数空気コック５４を全閉とせずに、微開の状態とし、微量空気を炉底側奇数ソールフリュー２９と炉底側偶数ソールフリュー２８に供給するのは、燃料空気を燃料空気用ブロワで供給する場合のブロワのサージングを防止するためである。

第１（奇数）燃焼室部２３で燃焼を行う奇数Ｆ燃焼の場合、奇数空気コック５３を開状態として燃焼用空気を奇数燃焼室部２３に供給した後に奇数燃料切替コック４７を第１位置に切替えて燃料ガスであるＣＯＧを奇数燃焼室部２３に供給し、中間停止よりも以前に奇数燃料切替コック４７を第２位置に切替えて燃料ガスの供給を停止するが、奇数空気コック５３開状態を中間停止まで維持する。

奇数変更弁３５は、奇数空気コック５３の開状態への切替と同時に閉じられ、燃焼の切替が行われる中間停止の開始まで閉状態が維持される。偶数変更弁３０は、奇数変更弁３５が閉じている場合には開状態に維持され、炉底側偶数ソールフリュー２８から煙突へ排ガスを排出する。

一方、偶数燃料切替コック５０は第２位置に切替えられており、ブロワー１のインバータ制御により送風量を少なくなるように制御して遮断弁２を開状態とすると、偶数燃焼室２４内にスカーフィング用のエアーが通気される。一旦遮断弁２を閉じ、奇数燃焼室２３への燃料ガスの供給を停止後、再び遮断弁２を開いてブロワー１から小爆発対策用ブローを管内に通気する。この小爆発対策用ブローは、ブロワー１のインバータ制御により送風量を多くする。その後に中間停止となる。

そして、奇数燃焼室での燃焼から偶数燃焼室での燃焼へ切替られ、同様にして偶数燃焼室２４内へ燃料ガスと燃焼用空気が供給され、奇数燃焼室２３内に対して上述のスカーフィングが行われ、奇数燃焼室２３側からの排ガスが炉底側奇数ソールフリュー２９から煙突へ排出される。

すなわち、小爆発対策用ブローはスカーフィング前の燃焼切替中に実行され、奇数燃料切替コック４７と偶数燃料切替コック５０が共に第２位置に切替えられているので、奇数燃料分配管２７および偶数燃料分配管４８にブローが瞬間的に吹き込まれ、残留している燃料ガス等を第１燃焼室部２３および第２燃焼室部２４内に排出する。その際、奇数空気コック５３が開いており、第１燃焼室部２３内に空気が供給されているため、ブローにより排気された燃料ガス等は燃焼し、排ガスとして第２燃焼室部２４から炉底側偶数ソールフリュー２８を経て煙突に排出される。

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。 図１の燃焼装置の燃焼方法を示すタイミングチャート。 従来のコークス炉の燃焼装置を示す概略図。

符号の説明

１ ブロワー
２ 遮断弁
２１ 小燃焼室
２２ 仕切壁
２３ 第１燃焼室部（奇数燃焼室）
２４ 第２燃焼室部（偶数燃焼室）
２５ 奇数燃料ガス分配管
２６ 偶数排ガス分岐管
２７ 奇数燃料分配管
２８ 炉底側偶数ソールフリュー
２９ 炉底側奇数ソールフリュー
３０ 偶数変更弁
３１ 奇数空気分岐管
３２ 蓄熱室偶数連通孔
３５ 奇数変更弁
４０ ブロー用ファン
４１ 送風管
４２ 圧空吹き込み分岐管
４３ 奇数分岐管
４４ 偶数分岐管
４５ 奇数スカーフィングコック
４６ 偶数スカーフィングコック
４７ 奇数燃料切替コック
４８ 偶数燃料分配管
５０ 偶数燃料切替コック
５１ 燃料ガス用奇数調整コック
５２ 燃料ガス用偶数調整コック
５３ 奇数空気切替コック
５４ 偶数空気切替コック
５５ 燃焼空気用奇数調整コック
５６ 燃焼空気用偶数調整コック
５７ 送風調整弁

Claims (2)

1. コークス炉の炉長方向に延びる燃焼室を２つの燃焼室部に区分けした小燃焼室の多数で構成し、前記２つの燃焼室部を交互に燃焼側と引落し側に切替え、高カロリーガスを燃料として燃焼用空気との混合で燃焼を行うコークス炉の燃焼方法において、
   送風量可変の送風手段からの圧空を引落し側の燃焼室部に導入するスカーフィング前の燃焼切替中に、該送風手段からの圧空を該スカーフィング時よりも多くして前記燃焼側および引落し側燃焼室部の燃料配管系に吹き込むブロー工程を有することを特徴とするコークス炉の燃焼方法。
2. コークス炉の炉長方向に延びる燃焼室を２つの燃焼室部に区分けした小燃焼室の多数で構成し、前記２つの燃焼室部を交互に燃焼側と引落し側に切替え、各燃焼室部に対応する燃料切替コックの切替により高カロリーガスを燃料として燃焼用空気との混合で燃焼を行うコークス炉の燃焼装置において、
   送風風量を調節可能な送風手段と、
   前記送風手段からの圧空を供給する送風管に取り付けた遮断弁と、
   前記遮断弁から下流側で該送風管より分岐して前記各燃料切替コックにそれぞれ接続された分岐管と、
   を有し、
   前記遮断弁を開いて前記送風手段からの圧空を引落し側の燃焼室部に導入するスカーフィング時には、前記燃焼側の燃焼室部と前記分岐管との連通を遮断して燃料の供給を行う第１位置に位置させると共に、前記引落し側の燃料切替コックを前記分岐管と前記引落し側の燃焼室部と連通する第２位置に位置させ、前記スカーフィング前の燃焼切替中に、該遮断弁を開いて該送風手段からの圧空の風量を該スカーフィング時よりも多くして第２位置に位置する前記燃焼側および引落し側の燃料切替コックに向けてブローを吹き込むことを特徴とするコークス炉の燃焼装置。

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