JP2010184983A - カールスチル式コークス炉レンガ積替え後の昇温方法 - Google Patents

Abstract

【課題】積替え後の炉壁レンガの温度を各フリュー毎に最適状態に制御することが可能なカールスチル式コークス炉レンガ積替え後の昇温方法を提供する。
【解決手段】積替えをしていない炉壁レンガから遠い側の第１フリュー５ａから近い側の第４フリュー５ｄに向けて順次フリュー５ａ〜５ｄの燃焼バーナー４ａ〜４ｄに着火することにより、積替えをしていない炉壁レンガから遠い側の、最も温度が低下している第１フリュー５ａの炉壁レンガから次第に昇温することが可能となり、それら積替え後の炉壁レンガの温度が積替えをしていない炉壁レンガの温度にほぼ等しくなってから、積替え後の炉壁レンガの温度を、積替えをしていない炉壁レンガの温度と共にゆっくり昇温することが可能となり、これにより炉壁レンガの割れや歪みを抑制防止することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、コークス炉の炭化室炉壁レンガを部分的に熱間積替えした後、積替え炉壁レンガを加熱昇温するコークス炉レンガ積替え後の昇温方法に関するものであって、特にカールスチル式と呼ばれるコークス炉に好適なものである。

コークス炉の炭化室炉壁を構成する炉壁レンガは、長年の使用による損耗が生じ、補修或いはレンガの部分的な積替え補修を行う必要が生じる。特に、窯口に近い炉壁レンガは、炉蓋取外しの度に大気に晒されるため、中央部に比して損耗の程度が大きい。
カールスチル式コークス炉は、燃焼室内に設けられている複数のフリューに対し、各フリュー毎に燃焼バーナーへの燃料ガスや燃焼用空気を流量調整することができない。つまり、炭化室の炉壁は、即ち燃焼室の炉壁でもあるから、炭化室の炉壁を部分的に積替え補修する場合には、該当する燃焼室のフリューの燃焼バーナーを閉塞するなどして消火すると共に、該当しない燃焼室のフリューでは燃焼バーナーを燃焼させたままとし、積替え補修部分を補修しない部分から断熱し、その状態で炉壁レンガの積替え補修を行う。

積替え補修した炉壁レンガは、後段に詳述するように、その後の昇温制御が重要である。一般的には、積替え補修しない部分との間に設けた断熱壁や断熱シートなどを徐々に移動しながら、積替え補修した炉壁レンガに相当するフリューの燃焼バーナーを着火し、積替え補修した炉壁レンガがゆっくりと昇温するように調整する。また、下記特許文献１に記載されるコークス炉レンガ積替え後の昇温方法では、燃焼室内の一連のフリューの燃焼バーナーに冷却空気を供給するための経路と冷却空気流量を調整するための流量調整弁を設け、積替え補修した炉壁レンガの温度を測定しながら、その温度が所定の昇温パターンとなるように冷却空気の流量を調整するようにしている。

特開平１０−１２１０５１号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載されるコークス炉レンガ積替え後の昇温方法では、燃焼室内の一連のフリューの燃料バーナーに対して、冷却空気の流量調整弁が１つしかないので、積替え後の炉壁レンガの温度を各フリュー毎に最適状態に制御することができない。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、積替え後の炉壁レンガの温度を各フリュー毎に最適状態に制御することが可能なカールスチル式コークス炉レンガ積替え後の昇温方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明のカールスチル式コークス炉レンガ積替え後の昇温方法は、カールスチル式コークス炉の炭化室炉壁レンガを部分的に熱間積替えした後、積替え炉壁レンガを加熱昇温するカールスチル式コークス炉レンガ積替え後の昇温方法において、積替えをしていない炉壁レンガから遠い側のフリューから近い側のフリューに向けて順次フリューの燃焼バーナーに着火することを特徴とするものである。
また、前記積替えした炉壁レンガの温度をフリューごとに検出し、その検出された温度に基づいて前記フリューの燃焼バーナーに着火することを特徴とするものである。

また、前記検出された温度に基づいて各フリューの燃焼バーナーの火力調整を行うことを特徴とするものである。
また、前記燃焼バーナーの火力調整は、各燃焼バーナーの燃焼開口面積を調整することで行うことを特徴とするものである。
また、前記燃焼バーナーの燃焼開口面積の調整は、点検窓から吊り降ろした蓋の穴明き窓の大きさを変更することで行うことを特徴とするものである。

而して、本発明のカールスチル式コークス炉レンガ積替え後の昇温方法によれば、積替えをしていない炉壁レンガから遠い側のフリューから近い側のフリューに向けて順次フリューの燃焼バーナーに着火することとしたため、積替えをしていない炉壁レンガから遠い側の、最も温度が低下しているフリューの炉壁レンガから次第に昇温することが可能となり、それら積替え後の炉壁レンガの温度が積替えをしていない炉壁レンガの温度にほぼ等しくなってから、積替え後の炉壁レンガの温度を、積替えをしていない炉壁レンガの温度と共にゆっくり昇温することが可能となる。そして、このように積替え後の炉壁レンガを昇温することにより、当該炉壁レンガの割れや歪みを抑制防止することができ、これにより積替え後の炉壁レンガの温度を各フリュー毎に最適状態に制御することができる。

また、積替えした炉壁レンガの温度をフリューごとに検出し、その検出された温度に基づいてフリューの燃焼バーナーに着火することとしたため、積替え後の炉壁レンガの昇温温度を最適に制御することができる。
また、検出された温度に基づいて各フリューの燃焼バーナーの火力調整を行うこととしたため、積替え後の炉壁レンガの昇温温度を最適に制御することができる。

また、燃焼バーナーの火力調整は、各燃焼バーナーの燃焼開口面積を調整することで行うこととしたため、カールスチル式コークス炉にあっても、積替え後の炉壁レンガの昇温温度を最適に制御することができる。
また、燃焼バーナーの燃焼開口面積の調整は、点検窓から吊り降ろした蓋の穴明き窓の大きさを変更することで行うこととしたため、カールスチル式コークス炉の積替え後の炉壁レンガの昇温温度を最適且つ容易に制御することができる。

本発明のカールスチル式コークス炉レンガ積替え後の昇温方法を適用したカールスチル式コークス炉の一実施形態を示す一部断面全体図である。 図１の昇温方法に用いられた蓋の説明図である。 図２の蓋を用いたカールスチル式コークス炉レンガ積替え後の昇温方法の説明図である。 図３のカールスチル式コークス炉レンガ積替え後の昇温方法による炉壁レンガ温度の説明図である。 積替え後の炉壁レンガ温度の昇温パターンの説明図である。 レンガの昇温パターンと線膨張率の関係を示す説明図である。

次に、本発明のカールスチル式コークス炉レンガ積替え後の昇温方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態のレンガ積替え後の昇温方法が適用されたカールスチル式コークス炉である。コークス炉は、周知のように、石炭を貯留する炭化室１と燃焼バーナー４を燃焼する燃焼室２とを交互に備え、炭化室１の炉頂部に設けられた装入口３から石炭を装入し、燃焼室２の顕熱で炭化室１内の石炭を乾留してコークスを生成する。コークスは、窯口の炉蓋を外した状態で、押出機により炉外に押出される。燃焼室２内には、炭化室１の長手に沿って複数の燃焼バーナー４ａ〜４ｈが配設されており、燃焼バーナー４ａ〜４ｈ毎にフリュー５ａ〜５ｈが隔成されている。従って、炭化室１の炉壁は燃焼室２の炉壁でもある。炉壁は、通常、珪石レンガのような耐火レンガで構築されている。なお、各フリュー５ａ〜５ｈの炉頂部には、各フリュー内を点検するための点検窓９ａ〜９ｈが設けられている。

炭化室１の炉壁レンガは、高温に晒されると共に、炭化室１内に石炭が装入されるたびに急冷され、更にコークス押出時の摩耗や側圧、コークス乾留中のカーボンの付着などの過酷な条件下で操業が繰り返される。そのため、特に窯口近傍の炉壁レンガの損耗が激しく、定期的又は不定期的な炉壁レンガの積替えが必要となる。
図２は、本実施形態の炉壁レンガの積替え並びに積替え後の昇温時に使用される蓋６ａ〜６ｄである。各フリュー５ａ〜５ｈの燃焼バーナー４ａ〜４ｈは、台形断面の成層火山のような円錐形をなし、中央部に燃焼口が開口され、この燃焼口に燃料ガス及び燃焼用空気が供給される。蓋６ａ〜６ｄは、第４蓋６ｄ、第３蓋６ｃ、第２蓋６ｂ、第１蓋６ａの順に燃焼バーナー４ａ〜４ｈに重ねて被せることができ、夫々の蓋６ａ〜６ｄは、鉄製ワイヤーのような耐熱索条７で独自に吊り下げられるようになっている。また、これらの索条７を順次引き上げると、第１蓋６ａ、第２蓋６ｂ、第３蓋６ｃ、第４蓋６ｄの順に、夫々の蓋を独自に引き上げることができるように重ねられている。また、第１蓋６ａには開口部がなく、第２蓋６ｂには開口面積の小さな開口部（穴明き窓）８ｂが開設され、第３蓋６ｃには、それよりも開口面積の大きな開口部（穴明き窓）８ｃが開設され、第４蓋６ｄには、それよりも開口面積の大きな開口部８（穴明き窓）ｄが開設されている。但し、開口部８ｄの開口面積は、燃焼バーナー４ａ〜４ｈの開口部よりも開口面積が小さい。なお、カールスチル式コークス炉では、同じ燃焼室２内の各フリュー５ａ〜５ｈの燃焼バーナー４ａ〜４ｈへの燃料ガスや燃焼ガスを個別に流量制御することができない。

例えば、図１の手前側のフリューから第１フリュー５ａ、第２フリュー５ｂ、第３フリュー５ｃ、…図示最奥のフリューを第８フリュー５ｈと定義し、該当する燃焼バーナーを、図示手前側から第１燃焼バーナー４ａ、第２燃焼バーナー４ｂ、第３燃焼バーナー４ｃ、…図示最奥の燃焼バーナーを第８燃焼バーナー４ｈと定義し、今、仮に第１フリュー５ａ〜第４フリュー５ｄの炉壁レンガを積替えする必要が生じたとする。そうした場合、図３に示すように、第１燃焼バーナー４ａ〜第４燃焼バーナー４ｄの夫々に、第４蓋６ｄ、第３蓋６ｃ、第２蓋６ｂ、第１蓋６ａの順に全て被せる。その状態で、第１フリュー５ａ〜第４フリュー５ｄに相当する炭化室１の炉壁レンガを積替える。なお、フリュー毎の隔壁は省略している。

この場合、炉壁レンガの積替えを行わない第５フリュー５ｅ〜第８フリュー５ｈでは、該当する第５燃焼バーナー４ｅ〜第８燃焼バーナー４ｈを燃焼させたままとする。後述するように、一度、高温化した炉壁レンガの温度を下げると、炉壁レンガに割れや隙間が生じるためである。ここで、各フリュー毎に炉壁レンガの温度を検出した場合、炉壁レンガの積替え後の温度は、図４ａに示すように、レンガ積替えを行わない第５フリュー５ｅから最も遠い第１フリュー５ａの温度が最も低く、次いで第２フリュー５ｂ、第３フリュー５ｃ、第４フリュー５ｄの順に高くなる。ここでは、第５フリュー５ｅ〜第８フリュー５ｈの温度は同じであると仮定する。

第１燃焼バーナー４ａ〜第３燃焼バーナー４ｄに被せられた第１蓋６ａ〜第４蓋６ｄを、何れも該当する点検窓９ａ〜９ｄから耐熱索条で吊り下げた状態とし、その状態から第１燃焼バーナー４ａの第１蓋６ａを点検窓９ａから吊り上げて取り外し、図３ｂに示すように、当該第１燃焼バーナー４ａに着火する。この場合、第１燃焼バーナー４ａを覆う第２蓋６ｂの開口部８ｂの開口面積は小さいので、火力も小さい。この状態で、第１フリュー５ａの積替えされた炉壁レンガの温度が所定温度になったら、第２燃焼バーナー４ｂの第１蓋６ａを点検窓９ｂから吊り上げて取り外し、図３ｃに示すように、当該第２燃焼バーナー４ｂに着火する。また、それと同時に、又は第１フリュー５ａの積替えされた炉壁レンガの温度が所定温度になったら、第１燃焼バーナー４ａの第２蓋６ｂを点検窓９ａから吊り上げて取り外す。この場合、第１燃焼バーナー４ａを覆う第３蓋６ｃの開口部８ｃの開口面積が大きくなる分だけ、当該第１燃焼バーナー４ａの火力が大きくなる。

この状態で、第２フリュー５ｂの積替えされた炉壁レンガの温度が所定温度になったら、第３燃焼バーナー４ｃの第１蓋６ａを点検窓９ｃから吊り上げて取り外し、図３ｄに示すように、当該第３燃焼バーナー４ｃに着火する。また、それと同時に、又は第２フリュー５ｂの積替えされた炉壁レンガの温度が所定温度になったら、第２燃焼バーナー４ｂの第２蓋６ｂを点検窓９ｂから吊り上げて取り外す。この場合、第２燃焼バーナー４ｂを覆う第３蓋６ｃの開口部８ｃの開口面積が大きくなる分だけ、当該第２燃焼バーナー４ｂの火力が大きくなる。また、それと同時に、又は第１フリュー５ａの積替えされた炉壁レンガの温度が所定温度になったら、第１燃焼バーナー４ａの第３蓋６ｃを点検窓９ａから吊り上げて取り外す。この場合、第１燃焼バーナー４ａを覆う第４蓋６ｄの開口部８ｄの開口面積が大きくなる分だけ、当該第１燃焼バーナー４ａの火力が大きくなる。

この状態で、第３フリュー５ｃの積替えされた炉壁レンガの温度が所定温度になったら、第４燃焼バーナー４ｄの第１蓋６ａを点検窓９ｄから吊り上げて取り外し、図３ｅに示すように、当該第４燃焼バーナー４ｄに着火する。また、それと同時に、又は第３フリュー５ｃの積替えされた炉壁レンガの温度が所定温度になったら、第３燃焼バーナー４ｃの第２蓋６ｂを点検窓９ｃから吊り上げて取り外す。この場合、第３燃焼バーナー４ｃを覆う第３蓋６ｃの開口部８ｃの開口面積が大きくなる分だけ、当該第３燃焼バーナー４ｃの火力が大きくなる。また、それと同時に、又は第２フリュー５ｂの積替えされた炉壁レンガの温度が所定温度になったら、第２燃焼バーナー４ｂの第３蓋６ｃを点検窓９ｂから吊り上げて取り外す。この場合、第２燃焼バーナー４ａを覆う第４蓋６ｄの開口部８ｄの開口面積が大きくなる分だけ、当該第２燃焼バーナー４ａの火力が大きくなる。また、それと同時に、又は第１フリュー５ａの積替えされた炉壁レンガの温度が所定温度になったら、第１燃焼バーナー４ａの第４蓋６ｄを点検窓９ａから吊り上げて取り外す。この場合、第１燃焼バーナー４ａの開口部の開口面積が大きくなる分だけ、当該第１燃焼バーナー４ａの火力が大きくなる。

この状態で、第４フリュー５ｄの積替えされた炉壁レンガの温度が所定温度になったら、図３ｆに示すように、第４燃焼バーナー４ｄの第２蓋６ｂを点検窓９ｄから吊り上げて取り外す。この場合、第４燃焼バーナー４ｄを覆う第３蓋６ｃの開口部８ｃの開口面積が大きくなる分だけ、当該第４燃焼バーナー４ｄの火力が大きくなる。また、それと同時に、又は第３フリュー５ｃの積替えされた炉壁レンガの温度が所定温度になったら、第３燃焼バーナー４ｃの第３蓋６ｃを点検窓９ｃから吊り上げて取り外す。この場合、第３燃焼バーナー４ｃを覆う第４蓋６ｄの開口部８ｄの開口面積が大きくなる分だけ、当該第３燃焼バーナー４ｃの火力が大きくなる。また、それと同時に、又は第２フリュー５ｂの積替えされた炉壁レンガの温度が所定温度になったら、第２燃焼バーナー４ｂの第４蓋６ｄを点検窓９ｂから吊り上げて取り外す。この場合、第２燃焼バーナー４ａの開口部の開口面積が大きくなる分だけ、当該第２燃焼バーナー４ｂの火力が大きくなる。

この状態で、第４フリュー５ｄの積替えされた炉壁レンガの温度が所定温度になったら、図３ｇに示すように、第４燃焼バーナー４ｄの第３蓋６ｃを点検窓９ｄから吊り上げて取り外す。この場合、第４燃焼バーナー４ｄを覆う第４蓋６ｄの開口部８ｄの開口面積が大きくなる分だけ、当該第４燃焼バーナー４ｄの火力が大きくなる。また、それと同時に、又は第３フリュー５ｃの積替えされた炉壁レンガの温度が所定温度になったら、第３燃焼バーナー４ｃの第４蓋６ｄを点検窓９ｃから吊り上げて取り外す。この場合、第３燃焼バーナー４ｃの開口部の開口面積が大きくなる分だけ、当該第３燃焼バーナー４ｃの火力が大きくなる。
この状態で、第４フリュー５ｄの積替えされた炉壁レンガの温度が所定温度になったら、図３ｈに示すように、第４燃焼バーナー４ｄの第４蓋６ｄを点検窓９ｄから吊り上げて取り外す。この場合、第４燃焼バーナー４ｄの開口部の開口面積が大きくなる分だけ、当該第４燃焼バーナー４ｄの火力が大きくなる。

このように炉壁レンガの各フリュー５ａ〜５ｄにおける温度を検出しながら、各フリュー５ａ〜５ｄの燃焼バーナー４ａ〜４ｄの着火並びに火力調整を行うと、図４に示すように、積替えを行っていない第５フリュー５ｅから最も遠い第１フリュー５ａの炉壁レンガ温度から、第２フリュー５ｂ、第３フリュー５ｃ、第４フリュー５ｄの順に順次高めていくことができ、最終的には図４ｅに示すように、第１フリュー５ａ〜第８フリュー５ｈにおける炉壁レンガ温度をほぼ均一にすることができる。このように第１フリュー５ａ〜第８フリュー５ｈの炉壁レンガ温度がほぼ均一になったら、全ての燃焼バーナー４ａ〜４ｈへの燃料ガス及び燃焼用空気の流量を増大して、同図に二点鎖線で示すように、全てのフリューの炉壁レンガ温度をゆっくり昇温する。

図５には、積替え後の炉壁レンガの理想的な昇温パターンを示す。図中で、最も重要なのは、温度が約２００℃〜３００℃まで昇温するプロセスである。この２００℃〜３００℃は、図６の珪石レンガに示すように、線膨張率が著しく増大する温度領域であり、この温度領域の昇温速度が大きいと、積替えした炉壁レンガに割れや歪みが生じ、著しい場合にはバランスが崩れて炉壁そのものが崩れてしまう。本実施形態では、前述のように、積み替えした炉壁レンガを積替えしていない炉壁レンガとほぼ均一な２００℃以下の温度まで昇温し、然る後、全ての燃焼バーナー４ａ〜４ｈへの燃料ガス及び燃焼用空気の流量を増大して、３００℃までゆっくり昇温することで、積替えした炉壁レンガにおける割れや歪みを抑制防止する。

このように本実施形態のカールスチル式コークス炉レンガ積替え後の昇温方法によれば、カールスチル式コークス炉の炭化室炉壁レンガを部分的に熱間積替えした後、積替え炉壁レンガを加熱昇温する場合にあって、積替えをしていない炉壁レンガから遠い側の第１フリュー５ａから近い側の第４フリュー５ｄに向けて順次フリュー５ａ〜５ｄの燃焼バーナー４ａ〜４ｄに着火することにより、積替えをしていない炉壁レンガから遠い側の、最も温度が低下している第１フリュー５ａの炉壁レンガから次第に昇温することが可能となり、それら積替え後の炉壁レンガの温度が積替えをしていない炉壁レンガの温度にほぼ等しくなってから、積替え後の炉壁レンガの温度を、積替えをしていない炉壁レンガの温度と共にゆっくり昇温することが可能となる。そして、このように積替え後の炉壁レンガを昇温することにより、当該炉壁レンガの割れや歪みを抑制防止することができ、これにより積替え後の炉壁レンガの温度を各フリュー毎に最適状態に制御することができる。

また、積替えした炉壁レンガの温度をフリュー５ａ〜５ｄごとに検出し、その検出された温度に基づいてフリュー５ａ〜５ｄの燃焼バーナー４ａ〜４ｄに着火することにより、積替え後の炉壁レンガの昇温温度を最適に制御することができる。
また、検出された温度に基づいて各フリュー５ａ〜５ｄの燃焼バーナー４ａ〜４ｄの火力調整を行うことにより、積替え後の炉壁レンガの昇温温度を最適に制御することができる。
また、燃焼バーナー４ａ〜４ｄの火力調整は、各燃焼バーナー４ａ〜４ｄの燃焼開口面積を調整することで行うこととしたため、カールスチル式コークス炉にあっても、積替え後の炉壁レンガの昇温温度を最適に制御することができる。

また、燃焼バーナー４ａ〜４ｄの燃焼開口面積の調整は、点検窓９ａ〜９ｄから吊り降ろした蓋６ａ〜６ｄの開口部（穴明き窓）８ｂ〜８ｄの大きさを変更することで行うこととしたため、カールスチル式コークス炉の積替え後の炉壁レンガの昇温温度を最適且つ容易に制御することができる。
なお、前記燃焼バーナーを閉塞したり開口面積を調整したりするための蓋の構造は前記に限定されるものではなく、燃焼バーナーの形状や火力、炉壁レンガの昇温パターン等に応じて適宜設定するべきものである。
また、蓋の開閉による燃焼バーナーの火力調整も前記に限定されるものではなく、燃焼バーナーの火力、炉壁レンガの昇温パターンなどに応じて適宜設定するべきものである。

１は炭化室、２は燃焼室、３は挿入口、４ａ〜４ｈ燃焼バーナー、５ａ〜５ｈはフリュー、６ａ〜６ｄは蓋、７は耐熱索条、８ｂ〜８ｄは開口部（穴明き窓）、９ａ〜９ｈは点検窓

Claims (5)

1. カールスチル式コークス炉の炭化室炉壁レンガを部分的に熱間積替えした後、積替え炉壁レンガを加熱昇温するカールスチル式コークス炉レンガ積替え後の昇温方法において、積替えをしていない炉壁レンガから遠い側のフリューから近い側のフリューに向けて順次フリューの燃焼バーナーに着火することを特徴とするカールスチル式コークス炉レンガ積替え後の昇温方法。
2. 前記積替えした炉壁レンガの温度をフリューごとに検出し、その検出された温度に基づいて前記フリューの燃焼バーナーに着火することを特徴とする請求項１に記載のカールスチル式コークス炉レンガ積替え後の昇温方法。
3. 前記検出された温度に基づいて各フリューの燃焼バーナーの火力調整を行うことを特徴とする請求項２に記載のカールスチル式コークス炉レンガ積替え後の昇温方法。
4. 前記燃焼バーナーの火力調整は、各燃焼バーナーの燃焼開口面積を調整することで行うことを特徴とする請求項３に記載のカールスチル式コークス炉レンガ積替え後の昇温方法。
5. 前記燃焼バーナーの燃焼開口面積の調整は、点検窓から吊り降ろした蓋の穴明き窓の大きさを変更することで行うことを特徴とする請求項４に記載のカールスチル式コークス炉レンガ積替え後の昇温方法。

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