JP2011208081A

JP2011208081A - コークス乾式消火設備における冷却塔内圧力の制御方法

Info

Publication number: JP2011208081A
Application number: JP2010079318A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Hirata; 章一平田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2011-10-20

Abstract

【課題】たとえ火落ち程度の低いコークスが装入されて、冷却塔内の圧力が大幅に変動するような場合であっても、その変動を効果的に解消して、塔内圧を一定に保持することができるコークス乾式消火設備における冷却塔内圧力の制御方法を提供する。
【解決手段】コークスの乾式消火設備において、コークス炉における火落ち現象から求めたコークスの火落ち程度と火落ち程度の低いコークスの装入時の重量に基づいて、該コークス装入時における冷却塔内の圧力制御バルブの開度を調整することにより、火落ち程度の低いコークス装入時における塔内圧変動を抑制する。
【選択図】図３

Description

本発明は、コークス乾式消火設備における冷却塔内圧力の制御方法に関し、コークス乾式消火設備へ火落ち程度の低いコークスを装入した時に生じる冷却塔内の圧力変動を適切に制御しようとするものである。

コークス乾式消火設備（ＣＤＱ：Coke Dry Quenching）は、閉鎖系内で循環するガスによって赤熱コークスを冷却するシステムであるため、コークス粉塵の飛散がなく、また従来大気中に放散されていた赤熱コークスの熱エネルギーをボイラによって回収し、利用できることから、化石燃料の使用量を低減できるだけでなく、CO₂排出量を削減して地球温暖化の防止にも貢献する。

かかるコークス乾式消火設備では、操業の安定化および排出コークスの品質確保の面から冷却塔内を一定の圧力（負圧）に保つことが重要であり、従来の圧力制御方法としては、火落ちコークス装入口付近の圧力を検出して、圧力調整用バルブの開度を調整する方法が一般的であった。

またその他にも、以下に述べるような技術が提案されている。
・特許文献１；圧力許容範囲を設け、範囲外でバルブ開度を一旦変化させる。また、範囲外にある時間を計測し、設定時間を超えた場合にはさらにバルブ開度を変化させる（サンプル値制御）。
・特許文献２；圧力が設定範囲を超えるとき、ガス回収流量を自動調整する（ガス回収よりも圧力の安定を優先する）。
・特許文献３；装入蓋を開く１分前から回収ガス量をサンプリングし、その平均値に応じたバルブ開度とし、所定の時間はこの開度に固定する。
・特許文献４；冷却塔内コークスレベルと装入蓋との距離およびその空間の温度、外気温度を測定し、それらから目標負圧を算出して、制御する。

特開昭５７−１６５４８２号公報特開昭５９−１０８０８４号公報特開平１−３０６４９５号公報特開平７−２６８３３８号公報

しかしながら、上記した従来技術はいずれも、以下に述べるような問題を残していた。
すなわち、特許文献１では、制御的外乱の大きさをある程度限定した上で、設定時間とそのときのバルブ開度変化量を決定する必要があるため、火落ち不良のようなその都度異なる外乱が生じた場合には、追従性に欠ける。
特許文献２では、コークス装入時における圧力変動に対応できない。
特許文献３では、コークス装入中以外の時間は塔内圧を安定化させ得るものの、コークス装入中は何の制御も行わないため、塔内圧の変動が避けられない。
特許文献４では、コークス装入中以外の時間は塔内圧を安定化させることができるが、コークス装入中は空気を過剰に吸い込むおそれがあり、やはり塔内圧を安定化させることはできない。

以上述べたとおり、従来技術では、例えば火落ち程度の低いコークス（以下、火落ち不良コークスという）のように、冷却塔内に装入したとき、塔内圧を大幅に変動させ、しかもその変動幅がその都度変化するような事態が生じた場合には、冷却塔内の圧力を適正に制御することはできなかった。

本発明は、上記の現状に鑑み開発されたもので、たとえ火落ち不良コークスのような大きな外乱要素に起因して、冷却塔内の圧力が大幅に変動するような場合であっても、その変動を効果的に解消して塔内圧を適正に制御することができる、コークス乾式消火設備における冷却塔内圧力の制御方法を提案することを目的とする。

すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．コークスの乾式消火設備において、コークス炉における火落ち現象から求めたコークスの火落ち程度と火落ち不良コークスの装入時の重量に基づいて、該コークス装入時における冷却塔内の圧力制御バルブの開度を調整することにより、火落ち不良コークス装入時における塔内圧変動を抑制することを特徴とするコークス乾式消火設備における冷却塔内圧力の制御方法。

２．コークスの乾式消火設備において、
(1) コークス装入蓋を閉じた通常の操業時は、装入口付近の圧力を一定に保持するように、冷却塔内の圧力制御バルブをＰＩＤ制御により作動させておき、
(2) 火落ち不良コークスの装入に先立って、該コークスの装入時の重量と、コークス炉における火落ち終了時刻から押し出し可能時刻までの時間当たりの温度降下量により求めた火落ち程度から発生ガス量を推定し、この推定値に基づいて圧力制御バルブの開度を決定し、
(3) コークス装入蓋を開ける直前にＰＩＤ制御を停止し、
(4) コークス装入蓋が開き始めた時点で、上記(2)で決定したバルブ開度に調整し、
(5) コークス装入蓋が閉じ終った時点で、上記(1)のＰＩＤ制御に切り替える
ことを特徴とする上記１記載のコークス乾式消火設備における冷却塔内圧力の制御方法。

本発明によれば、火落ち不良コークスのように、冷却塔内に装入したとき、塔内圧を大幅に変動させ、しかもその変動幅がその都度変化するような事態が生じた場合であっても、冷却塔内の圧力を適正に制御して、安定したコークスの消火作業を行うことができる。

一般的な火落ち時刻および押し出し可能時刻の判定要領を示した図である。本発明の実施に用いて好適なコークス乾式消火設備の模式図である。本発明に従う圧力制御バルブの開度調整要領を示した図である。

コークス炉は、複数の炭化室で石炭を乾留しているが、老朽化等により全ての炭化室で安定して乾留できない場合がある。このような場合には、火落ち不良コークスがコークス乾式消火設備に装入することになるが、火落ち不良コークスの装入に対して、従来の冷却塔内圧制御法では安定した塔内圧制御が望めなかったことは前述したとおりである。
そこで、本発明では、火落ち不良コークスの重量と火落ち程度に応じて、コークス装入時における冷却塔の圧力制御バルブの開度を調整することにより、火落ち不良コークス装入時でも冷却塔内の圧力を安定に保持することができるのである。

以下、図面に従い、本発明を具体的に説明する。
図１に、一般的な火落ち時刻および押し出し可能時刻の判定要領を示す。
同図に示したとおり、コークス炉内に石炭を装入後、石炭の乾留を開始すると、排ガス温度は急激に上昇したのち、若干の温度降下を経て、暫くはこの排ガス温度で移行する。その後、乾留の末期に至ると、排ガス温度は若干上昇したのち、なだらかに降下する。
この温度降下の過程で排ガス温度が所定の温度に到達した時点で火落ちが終了した時刻と判定する。但し、このときの排ガス温度は依然として高いので、通常は、この時点から一定の据え置き時間を設け、こき据え置き時間が経過した時点で押し出し可能時刻と判定する。
そこで、コークス炉から火落ち不良コークスを押し出し、通常バケット台車で受け取って、コークス乾式消火設備に移送する。

図２に、本発明の実施に用いて好適なコークス乾式消火設備を模式で示す。
図中、符号１は巻き上げ塔、２は冷却塔、３はボイラ、４はガス循環ファン、５は圧力制御バルブ、６はコークスの排出口であり、７がコークス炉、８がバケット台車である。
さて、コークス炉７から押し出された赤熱コークス（火落ちコークス）は、バケット台車８に移されたのち、巻き上げ塔１にてワイヤーで引き上げられ、走行台車で冷却塔２の塔頂に運ばれて、冷却塔２の内部へ投入される。冷却塔２内に投入された赤熱コークスは、塔内を降下しながら塔底から吹き込まれる循環ガスと熱交換され、約200℃程度まで冷却されたのち、排出口６から塔外に排出される。一方、高温に昇温された循環ガスは、ボイラ３で熱交換後、除塵器（図示省略）でダストを除去されたのち、再度、赤熱コークス冷却用の循環ガスとして塔底に送給される。

なお、冷却塔内の圧力はＰＩＤ制御により一定圧に制御されているが、それでも塔内圧が上昇した場合には、圧力制御バルブ５の開度を調整して、ガス余剰分を系外に排出する。排出されたガスは、燃料ガスとして回収するか、そのまま放散される。
ここに、ＰＩＤ制御とは、比例制御（Proportional Control）、積分制御（Integral Control）および微分制御（Derivation Control）を組み合わせて、設定値に収束させる制御のことである。
しかしながら、火落ち不良コークスを冷却塔内に装入したときのように、塔内圧が大幅に変動し、しかもその変動幅がその都度変化するような場合には、従来の冷却塔内圧制御法では冷却塔内の圧力変動に追従することができなかった。

本発明は、上記したような不測の事態が生じた場合であっても、冷却塔内の圧力を適正に制御することができる方法を提案するものであり、その機能構成例を図３に示す。図中、符号９でコークス炉を管理している計算機を、10でＣＤＱを管理している計算機を示し、11でＣＤＱ計算機10に内蔵されたバルブ開度の演算器を示す。
さて、冷却塔内へのコークスの装入のない通常の状態では、冷却塔内の圧力12が目標圧力13となるようにＰＩＤ制御14で演算し、その値に基づいてバルブ開度指令15をＣＤＱ計算機10が制御バルブ５に出力する。

本発明において、コークスの火落ち程度16は、コークス炉計算機９からＣＤＱ計算機10へ伝送する。また、ＣＤＱ計算機10には、巻き上げ塔上部で検出したバケット内のコークス重量17および装入蓋の開閉状態を検出するセンサーからの信号18も入力されている。
従って、コークスの火落ち程度16とコークス重量17の信号を掛け合わせ、演算器11により、火落ち不良コークスの程度および量に見合ったバルブ開度を決定する。
ここに、コークスの火落ち程度16は、図１に示した、火落ちが終了時刻から押し出し可能時刻までの時間当たりの温度降下量により、求めることができる。

実際に火落ち不良コークスを冷却塔内に装入するに際しては、コークス装入蓋を開ける直前にＰＩＤ制御を停止し、コークス装入蓋が開き始めた時点で、上述のようにして決定したバルブ開度に調整する。
このように、火落ち不良コークスを装入するために装入蓋が開いた段階で、通常のＰＩＤ制御14を切り替え、コークスの火落ち程度とコークス重量を基にして算出された演算器11からの開度信号に基づいてバルブ開度に調整することにより、火落ち不良コークスを装入したときの圧力変動を効果的に吸収することができるのである。
なお、火落ち不良コークスを装入後、コークス装入蓋が閉じ終ったら、その時点、再度ＰＩＤ制御に切り替える

１巻き上げ塔
２冷却塔
３ボイラ
４ガス循環ファン
５圧力制御バルブ
６排出口
７コークス炉
８バケット台車
９コークス炉計算機
10 ＣＤＱ計算機
11 バルブ開度演算器
12 冷却塔内圧力
13 冷却塔内目標圧力
14 ＰＩＤ制御
15 バルブ開度指令
16 コークス火落ち程度
17 コークス重量
18 センサー信号

Claims

コークスの乾式消火設備において、コークス炉における火落ち現象から求めたコークスの火落ち程度と火落ち程度の低いコークスの装入時の重量に基づいて、該コークス装入時における冷却塔内の圧力制御バルブの開度を調整することにより、火落ち程度の低いコークス装入時における塔内圧変動を抑制することを特徴とするコークス乾式消火設備における冷却塔内圧力の制御方法。
コークスの乾式消火設備において、
(1) コークス装入蓋を閉じた通常の操業時は、装入口付近の圧力を一定に保持するように、冷却塔内の圧力制御バルブをＰＩＤ制御により作動させておき、
(2) 火落ち程度の低いコークスの装入に先立って、該コークスの装入時の重量と、コークス炉における火落ち終了時刻から押し出し可能時刻までの時間当たりの温度降下量により求めた火落ち程度から発生ガス量を推定し、この推定値に基づいて圧力制御バルブの開度を決定し、
(3) コークス装入蓋を開ける直前にＰＩＤ制御を停止し、
(4) コークス装入蓋が開き始めた時点で、上記(2)で決定したバルブ開度に調整し、
(5) コークス装入蓋が閉じ終った時点で、上記(1)のＰＩＤ制御に切り替える
ことを特徴とする請求項１記載のコークス乾式消火設備における冷却塔内圧力の制御方法。