JP2012522849A - 排出ガスを再循環させるコークス化プラント - Google Patents

Abstract

この発明は、多数の炉を用いた非回収プロセス又は熱回収プロセスによって、コークス化プラントの燃焼特性を均質化し、熱によるＮＯ_Ｘの排出を減少する方法及び装置に関するものであり、各炉は、装入炭又はコンパクト化されたコークスケーク用の扉と側壁で仕切られた炉スペースと、それらの上に位置する空きスペースと、排ガスを空きスペースから取り出す排気装置と、空きスペースにフレッシュエアを送る導入装置とを具え、更に、排ガス又は二次供給空気を案内するソール流路のシステムであって炉スペース下の底部に少なくとも部分的に一体化されているシステムを具えている。炉内で発生した排ガスが、炉の燃焼プロセスの用の開口部又は流路を経て部分的に炉スペースに再循環する。
【選択図】図１

Description

本発明は、石炭からコークスを作る非回収プロセス（Non Recovery Process）又は熱回収プロセス（Heat Recovery Process）によって設計し、建設したコークス化プラントに関する。以下においては、簡略してＮＲ／ＨＲとする、非回収プロセス又は熱回収プロセスによるコークス化プラントの経済効率を達成するには、特に、高い処理能力が重要である。これは、この技術は従来の水平型チャンバー技術に比べて燃焼ガス開放がわずかな影響を及ぼすに過ぎないため、長い稼働時間、すなわち経済効率の低さが常に付きまとっていることが主な理由である。このコークス化技術の速度は、空気の均質な供給によって、多段階においてプロセスに影響し、燃焼が最適化される。

このため、過去数年、上炉と下炉での一次空気及び二次空気の導入を均質にして、上から下への炭／コークス装入の面加熱を確実にするために、多くの改善策が提案されている。これによって、装入炭を完全にコークス化するのに必要な稼働時間を短縮し、経済性を向上させることができる。それにもかかわらず、上炉内の一次空気と下炉内の二次空気は常に炉底面を経てスポット式に供給されるのみであるため、現状の解決策は、面加熱に類似したものに留まっている。

下炉内の耐火性構造の一例が、図１に平面図として示されている。上炉の燃焼室で生成された生ガス／排ガスの混合物は、１炉当り２乃至２０本の降水管流路で下炉内のソール煙道に導入され、そこで燃焼空気を追加することによって完全に燃焼する。そこで発生した熱は装入炭をコークス化するように下から作用し、これによって、稼働時間の短縮と高い炉の処理能力が確保される。この結果、下炉では、前方側部の開口を経ていわゆる二次空気が吸入され、これは分岐した垂直型流路システムを経て、可燃性ガスの二次燃焼用の実際のソール流路の加熱煙道に供出される。このプロセスの間に、ソール流路において、多数の短い個別の火炎が発生する。このソール流路の加熱煙道で生成される熱は、次いで熱伝導によって、装入炭の炉ソールを通って垂直方向に供給され、この装入炭のコークス化を行う。下炉の複数流路の設定は、二次空気の段階数を増やす可能性を提供し、それによって二次側の燃焼効率を高める余地が殆ど無いことを図が示している。このような解決策は、加工技術の観点から、キャリブレーション工程において、不適切に高額な臨時支出を引き起こす。

これに加えて、環境に優しい炉の稼働という意味で、工業施設からの窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）排出を可能な限り低減することが求められている。窒素酸化物は、例えば石炭のような化石燃料を燃焼させる工程で、火炎中及び周囲の高温ゾーン中で、燃焼空気中の窒素分子や、燃料中の化学的に結合した窒素の部分的酸化によって発生する。熱的に生成されたＮＯ_Ｘの主成分としてのＮＯは、１３００℃より高い温度で、酸素分子による酸化作用によって、火炎中で窒素分子Ｎ_２から生じる。ＮＲ／ＨＲ炉では、温度が約１４５０℃になることがあるので、この熱的なＮＯ生成とこれに伴う環境負荷を低減する技術的な努力が迫られている。ＮＯを低減する最も有意な理論上の可能性の総括的概要を以下に示す。
・少ない空気総量
・空気供給の段階化
・ＮＨ３の注入
・蒸気／水の注入
・排ガス再循環

上記に概要を示す２セットの問題点を効率的且つ共通に解決するために、ＮＲ／ＨＲ炉の燃焼室に排ガスを再循環させる処理技術状の手法を適用することが提唱されている。一方、下炉のソール流路システム内の内部排ガス再循環を適用することができる。したがって、排ガスの部分流は、最終的に炉から排気される直前に、ソール流路内で分岐し、流路システムを介して又は一又は複数の開口部を経由して、ソール流路の上流に戻される。排ガス再循環の駆動は、上流側と下流側に位置するソール流路の圧力差によって行われ、これが、上流側に位置する流路への還流を生じさせる。この圧力差は、高い排ガス温度と、従って上流側のソール流路における低い密度に起因する。

この方法によって、二次側燃焼に遅延が生じ、ソール煙道における個々の火炎が長くなって、燃焼特性の均質化と、下炉での熱の放出を促進する。更に、この方法によって、下炉のソール流路加熱煙道における酸素の部分圧が低下し、熱的に形成されたＮＯ_Ｘの排ガス部分が減少する。これは、排ガスの混合に起因して、媒体温度と、それに伴うソール流路におけるＮＯの熱的生成が減少するためである。

しかしながら、排ガスのみを別の流れ、すなわち炉の流路システム外に排出し、炉室の送風機によって降水管又は下炉内のソール流路システムに戻すこともできる。中間のプロセス技術処理段階において、環境またはプロセスに影響する別の成分は、炉内に戻る前に、排ガスから除去することができる。

本発明は、特許請求の範囲に記載された特徴によってこの課題を解決するものである。それは図１乃至図５により詳しく説明されている。
図１は、並んで配置した２基のコークス炉のソールシステムを、ガスの流れと共に示す図である。 図２ａは、従来技術によるソール流路における流路と火炎の生成と、これを本発明と比較して示す図である。 図２ｂは、従来技術によるソール流路における流路と火炎の生成と、これを本発明と比較して示す図である。 図３は、並んで配置した２基のコークス炉のソールシステムを示す別の平面図である。 図４は、並んで配置した２基のコークス炉のソールシステムを示す別の平面図である。 図５は、並んで配置した２基のコークス炉のソールシステムを示す別の平面図である。

図１は、並んで配置した２基のＮＲ／ＨＲ炉１及び２、二次空気取入口３、二次空気取出口４、および降水管５を示す平面図及び正面図である。さらに、底部に一体的に形成された二次側空気流路６や、排ガス流路７、内側ソール流路８および外側ソール流路９が見られる。

図２ａは、従来技術によるソール流路における流路と火炎の形成を示している。ここでは、上炉の生ガスと排ガスの混合物が降水管５から出て、ソール流路８及び９において、二次側空気出口１３からの空気と共に、火炎１１及び１２で燃焼する。

これに比べて、本発明による方法と図２ｂに示すこれに対応する装置を適用することによれば、個々の循環流開口１０が設けられており、排ガスが還流することができ、これによって火炎１１と１２のジオメトリーが改善されて、有害物質発生に関する本発明の利点が達成される。

図３は、下炉中に内部排ガス再循環を作る個別開口部１０があるソール流路のジオメトリーの一例を示す。

図４は、下炉中に内部排ガス再循環を作る２つの個別開口部１０があるソール流路のジオメトリーの一例を示す。

図５は、外部排ガス再循環が可能な２つの例を示しており、ここでは再循環送風機１４がそれぞれ再循環を支援している。

Claims (15)

1. 複数の炉（１、２）を具える非回収プロセス又は熱回収プロセスによって設計され建設されたコークス化プラントからを行う設備において燃焼特性を均質化し、熱によるＮＯ_Ｘ排出を低減させる方法であって、各炉が、装入炭又はコンパクト化したコークスケーク用の扉と側壁で仕切られた炉スペースと、その上に位置する空きスペースと、当該空きスペースからの排ガス放出する排気装置（７）と、前記空きスペースにフレッシュエアを送る供給装置とを具え、更に、排ガス又は二次供給空気を案内するソール流路（８、９）システムであって、前記炉スペースの下の底部に少なくとも部分的に一体化されているシステムを具える、方法において、
   前記炉（１）内で発生した排ガス流の更なる流れが、前記炉（１）の上流側の前記炉室、降水管（５）又は前記下炉内のソール流路システム（８、９）の燃焼プロセスに戻ることを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   前記炉（１）内で発生し前記燃焼室から排出される排ガスの還流が、前記炉（１）の外部流路システム（７）からの排出によって、及び送風機（１４）を介して、前記炉の、前記降水管（５）又は前記下炉のソール流路システム（８、９）に戻り、前記炉（１）内で行なわれることを特徴とする方法。
3. 請求項１に記載の方法において、
   前記排ガスが、前記炉（１）から前記ソール流路（９）に最終的に排出される前に、開口（１０）又は流路（１０）を経て、上流側のソール流路（８）に戻ることを特徴とする方法。
4. 請求項３に記載の方法において、
   前記炉（１）内で発生し、コークス化室から排出される排ガスの還流が、ソール流路（８、９）の間のソール流路隔壁内の唯一の開口部（１０）を経て行なわれることを特徴とする方法。
5. 請求項３に記載の方法において、
   前記炉（１）内で発生し、コークス化室から排出される排ガスの還流が、ソール流路（８、９）の間のソール流路隔壁内の複数の開口部（１０）を経て行なわれることを特徴とする方法。
6. 請求項３に記載の方法において、
   前記炉（１）内で発生し、コークス化室から排出される排ガスの還流が、ソール流路（８、９）の間のソール流路隔壁内の一または複数の開口部（１０）を経て行なわれ、その量のキャリブレーションが、滑り石、ノズル、又は、ベンチュリー装置を介して行なわれることを特徴とする方法。
7. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法において、
   前記炉（１）内で発生しコークス化室から排出される排ガスの還流が、前記炉（１）の外で行われることを特徴とする方法。
8. 請求項７に記載の方法において、
   前記炉（１）内で発生しコークス化室から排出される排ガスの還流が、送風機（１４）を用いて、上流側に配置されたソール流路（８）に達することを特徴とする方法。
9. 請求項７に記載の方法において、
   前記炉（１）内で発生しコークス化室から排出される排ガスの還流が、送風機（１４）を用いて、降水管（５）に達することを特徴とする方法。
10. 請求項７に記載の方法において、
    前記炉（１）内で発生しコークス化室から排出される排ガスの還流が、送風機（１４）を用いて、炉扉の一次空気用開口部に達することを特徴とする方法。
11. 請求項７に記載の方法において、
    前記炉（１）内で発生しコークス化室から排出される排ガスの還流が、送風機（１４）を用いて、炉天井の一次空気用開口部に達することを特徴とする方法。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の方法を、装入炭を完全にコークス化するために必要な炉の稼動時間を短縮する方法の適用であって、
    ソール流路における個々の火炎が長くなり、燃焼特性の均質化が促進されて、当該方法の経済効率を向上させることを特徴とする適用。
13. 請求項３乃至５のいずれか１項に記載された方法を実行する、非回収プロセス又は熱回収プロセスによって石炭からコークスを生産するコークス化プラントとしての装置において、
    前記ソール流路（８、９）の間のソール流路隔壁に、一又は複数の開口部（１０）が設けられていることを特徴とする装置。
14. 請求項６に記載された方法を実行する、非回収プロセス又は熱回収プロセスによって石炭からコークスを生産するコークス化プラントとしての装置において、
    前記ソール流路（８、９）の間のソール流路隔壁の開口部（１０）が、滑り石によって閉鎖できること、又は、排ガス量が適宜の滑り石、ノズル、又はベンチュリー装置でキャリブレーションできることを特徴とする装置。
15. 請求項７乃至１１のいずれか１項に記載された方法を実行する、非回収プロセス又は熱回収プロセスによって石炭からコークスを生産するコークス化プラントとしての装置において、
    送風機（１４）が設けられており、当該送風機がコークス化室から排出された排ガスが上流側に配置されたソール流路（８、９）、降水管（５）、又は、炉扉もしくは炉天井の一次空気用開口部に搬送できるように接続されていることを特徴する装置。

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