JP2013047297A - 塊成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】密閉雰囲気の環境の中で高温微粉炭を塊成化する際に、塊成ロール間を微粉炭(混練炭)がそのまま抜ける粉抜け現象をなくして、安定な塊成処理を継続できるようにした高温微粉炭用塊成装置を提供すること。
【解決手段】ケース7内に配置された一対の塊成ロール8と、該塊成ロール8の上方には、ケース9に囲まれた混練炭供給のスクリューフィーダー及びサージホッパー4とを備え、スクリューフィーダーの回転により、混練炭を塊成ロール8へ供給すると共に押し込むように構成されている高温微粉炭用塊成装置であって、前記塊成ロール8を取り囲むケース7内雰囲気と前記サージホッパー4を取り囲むケース9内雰囲気とを均圧化させる連通管16を設けたことを特徴とする高温微粉炭用塊成装置。
【選択図】図5

Description

本発明は、密閉した環境の中で、高温微粉炭を塊成化して塊成炭とするための塊成装置に関し、さらに詳しくは、密閉した環境の中で、高温微粉炭を塊成化する一対の塊成ロールと、塊成ロール間に粉体を押し込むサージホッパー(粉体供給装置)とを設け、かつ塊成ロールケース内雰囲気とサージホッパーケース内雰囲気とを連通させた連通管を設けることにより安定して塊成ができるようにした高温微粉炭用塊成装置に関するものである。
従来、高炉用コークスの製造方法においては、石炭の乾留時間を短縮し生産性を向上させるために、原料炭を事前に乾燥してコークス炉に装入する原料炭の事前処理が行なわれている。例えば、原料炭を乾燥した後、または、乾燥と同時に、微粉炭と粗粒炭とに分級し、引き続き、分級した微粉炭に、粘結材として、タールの重質留分、軟ピッチ、および、石油ピッチの1種または2種以上を添加して塊成機で塊成し、該塊成炭と前記粗粒炭とを混合し、コークス炉に装入して乾留するコークスの製造方法がある。
近年では、コークスの更なる生産性向上のため加熱乾燥して分級した微粉炭の顕熱を利用して、高温状態の微粉炭を塊成機で熱間成形した塊成炭を粗粒炭と混合してコークス炉の炭化室に装入して、コークスを製造する方法が行なわれる様になってきている(例えば、特許文献1参照)。
高温状態で原料炭を処理する方法では、従来のように大気中で処理しようとすると、高温石炭と大気中の酸素が酸化反応を起こすため、石炭が劣化して乾留後のコークス品質に悪影響を及ぼす問題があるので、石炭を処理する複数の処理装置を搬送管でそれぞれ接続した事前処理設備に不活性ガスを流して、事前処理設備内部の酸素濃度を低減し、高温石炭を大気と接触させることなく密閉した状態で操業する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
ところが、分級した0.5mm以下の粒径で100℃を超える高温微粉炭を塊成炭とするには、定量切出機で微粉炭をホッパーから定量切り出して、バインダーを混練機で混合した後に、ロール塊成機で塊成化して塊成炭とするが、高温微粉炭が大気と反応して発火しないように密閉雰囲気中の環境下で塊成する必要があるが、密閉雰囲気中の環境下で高温微粉炭を塊成機で塊成化しようとすると大気中での操業とは異なり、高温微粉炭(混練炭)が塊成機のロール間で加圧を受けないまま抜け(粉抜け)てしまって、塊成化が上手くできない(塊成不良)という問題が生じた。
特開平8−259951号公報 特開2008−156382号公報
そこで、本発明は、密閉雰囲気の環境の中で、高温微粉炭を塊成化する際に、ロール塊成機の塊成ロール間を微粉炭(混練炭)がそのまま抜ける粉抜け現象をなくして、安定して塊成が継続できるようにした高温微粉炭用塊成装置を提供することを課題とする。
本発明は、上記課題を解決しようとするもので、従来のように分級した70〜80℃の微粉炭を大気中でロール塊成機により塊成する場合には塊成することができたが、分級した微粉炭の顕熱をそのまま利用して100℃を超える高温微粉炭を大気による発火を防止するために、密閉雰囲気中でロール塊成機を用いて塊成しようとすると、塊成ロール間に供給した微粉炭(混練炭)がそのまま塊成ロール間を加圧を受けないまま抜ける粉抜け現象が生じ、塊成が上手くできないという問題が生じることを知見した。
そこで、本発明者は、塊成機による塊成時に、塊成ロール間を高温微粉炭(混練炭)がそのまま抜ける粉抜け現象について究明し、その原因が、塊成ロール上下の差圧(サージホッパーケース内の上部圧力と塊成機ケース内の圧力との差圧の意味)に基づくもので、この差圧を無くすことで、密閉雰囲気中で塊成機による高温微粉炭の塊成が安定して良好にできることを知見した。
本発明は、上記知見に基づくもので、その発明の要旨は次の通りである。
(1) ケース内に配置された一対の塊成ロールと、該塊成ロールの上方には、ケースに囲まれた混練炭供給のスクリューフィーダー及びサージホッパーとを備え、スクリューフィーダーの回転により、混練炭を塊成ロールへ供給すると共に押し込むように構成されている高温微粉炭用塊成装置であって、前記塊成ロールケース内雰囲気と前記サージホッパーケース内雰囲気とを均圧化させる連通管を設けたことを特徴とする高温微粉炭用塊成装置。
(2) 前記連通管は、その一端はサージホッパーケース上部に接続され、他端は塊成ロールケース上部に接続されていることを特徴とする上記(1)に記載の高温微粉炭用塊成装置。
(3) 前記連通管は、水平方向に対して60〜120度の範囲内の配管を組み合わせて構成されていることを特徴とする上記(1)または(2)に記載の高温微粉炭用塊成装置。
(4) 前記連通管は、外側に蒸気配管を備え、かつ耐熱性断熱材で覆われていることを特徴とする上記(1)乃至(3)のいずれか1項に記載の高温微粉炭用塊成装置。
密閉した雰囲気中で、高温微粉炭にバインダーを混練した混練炭を塊成ロールで塊成しようとすると、塊成ロール間を混練炭が塊成されずにそのまま抜ける粉抜けが生じて塊成する事ができなかったが、本発明によれば、サージホッパーケース内の雰囲気と塊成ロールケース内雰囲気とを連通管により連通させて均圧化したことにより、混練炭の粉抜けを防止して塊成ロールによる安定した塊成が可能となった。また、連通管の形状および連通管の保温を工夫することで、連通管の閉塞を防止することができた。
微粉炭を塊成化する概要を説明するための図である。 ロール塊成機での塊成化のメカニズムを説明する図である。 塊成装置および塊成ロール上下差圧が石炭排出速度へ及ぼす影響を説明する図である。 塊成不良に至る変化を説明するための模式図である。 サージホッパーのケース上部と塊成ロールを囲むケース上部との間に連通管を設けた例を示す図である。 連通管の外側に沿って蒸気配管を設置し、かつ全体をロックウール等の耐熱性断熱材で覆った状態を示す図である。 連通管設置前の塊成ロール上下圧力および差圧を説明するための図で、(a)はサージホッパーケース内の上部圧力(kPa)、(b)は塊成機ケース内の圧力(kPa)、(c)は塊成ロール上下差圧(kPa)の時間(h)に対するトレンドを示す図である。 連通管設置後の塊成ロール上下圧力および差圧を説明するための図で、(a)はサージホッパーケース内の上部圧力(kPa)、(b)は塊成機ケース内の圧力(KPa)、(c)は塊成ロール上下差圧(kPa)の時間(h)に対するトレンドを示す図である。 塊成ロールの反力を測定した時間に対するトレンドを示す図で、(a)は連通管設置前、(b)連通管設置後を示す図である。
以下本発明の実施の形態を図を参酌して説明する。
コークスの生産に際し、コークスの品質向上およびコークス炉での生産性向上を目的としてコークス炉装入前に原料炭を乾燥することが行われていて、乾燥工程で生じた0.5mm以下の粒径で100℃を超える高温微粉炭は、大気と反応して発火しないように密閉雰囲気中で、集塵機で集めバインダーを加えてロール塊成機で塊成化して塊成炭とした上で粗粒炭と混合し、コークス炉に装入されている。なお、本願の高温微粉炭の温度の上限は特に限定されないが、操業条件などにより、150℃以下の場合や、180℃以下の場合や、200℃以下の場合などが例示できる。
この工程中、集塵機で集められた高温微粉炭の塊成化の工程は、図1の微粉炭を塊成化する概要を説明する図に示すように、微粉炭ホッパー1に集められた微粉炭を定量切出機2で定量切出しをし、バインダーを添加して混練機3で混合してサージホッパー(粉体供給装置)4に供給し、ロール塊成機5で塊成炭としている。そして、得られた塊成炭をコンベヤ6でコークス炉に搬送している。なお、図1では塊成機が2台並列して設けられている実施の形態を示しているが、塊成機の台数は限定されるものではない。
本発明の塊成装置に用いるロール塊成機は、図3に示すように、ケース7内に配置された一対の塊成ロール8を備えている。一対の塊成ロールの上方には、ケース9に囲まれた混練炭供給のスクリューフィーダー10及びサージホッパー4を備え、スクリューフィーダー10の回転により、混練炭11を塊成ロール8へ供給すると共に押し込むように構成されている。押し込まれた混練炭11は、塊成ロール間にて圧縮力を受けて塊成化される。塊成ロールの表面形状としては、凹凸の成型ロールを使用することで、塊成炭の表面形状を調整することが可能である。ケース7およびケース9は、密閉雰囲気として高温微粉炭(混練炭)が大気と接触して発熱・発火するのを防止するために設けてある。
ところが、本発明者は、密閉した雰囲気の環境中で高温微粉炭をロール塊成機で塊成化するために、混練機でバインダーを混練した混練炭をスクリューフィーダーにより塊成機のロール間に供給すると、塊成ロール間を混練炭がそのまま抜ける粉抜け状態となって、安定した塊成ができないことを知見した。
そこで、本発明者は、ロール塊成機で粉抜け状態が生じる原因について究明した。
まず、ロール塊成機での塊成化のメカニズムについて検討する。図2はロール塊成機での塊成化のメカニズムを説明する図である。
図2に示すように、サージホッパーからスクリューフィダー10により塊成機に供給された混練炭11は、塊成機の塊成ロール8間で塊成化される。塊成ロール間では、混練炭が塊成ロール表面を滑っている領域のスリップゾーン(i)と、混練炭が塊成ロールに巻き込まれて圧密(塊成)される領域のニップゾーン(ii)が存在する。
ニップゾーンでの塊成ロールの周速をVr(m/s)、塊成ロールからの石炭排出速度をVc(m/s)とし、両者の関係を考えると、塊成ロールの周速Vrが塊成ロールからの石炭排出速度Vcよりも大きい場合、即ち、Vr>Vcでは混練炭の荷下がりが不良の状態となる。塊成ロールの周速Vrが塊成ロールからの石炭排出速度Vcと一致する場合、即ち、Vr=Vcでは混練炭が塊成ロールに巻き込まれて圧密(塊成)され安定した塊成状態(塊成良好)となる。そして、塊成ロールの周速Vrが塊成ロールからの石炭排出速度Vcよりも小さい場合、即ち、Vr<Vcでは塊成不良(粉抜け)の状態となると考えられる。
大気中では、通常、ロール塊成機で粉抜け状態が生じることはないが、密閉雰囲気中ではロール塊成機で粉抜け状態が生じる、即ち、粉抜け状態が生じていることからして、密閉雰囲気中ではVr<Vcとなっていると考えられる。したがって、ロール塊成機で粉抜け状態が生じる原因は、密閉雰囲気中においては、塊成ロールからの石炭排出速度Vcが変動しているものと推定できる。
そこで、石炭排出速度Vcに影響を与える原因について調査したところ、塊成ロールの上下差圧(サージホッパーケース内の上部圧力と塊成機ケース内の圧力との差圧の意味で以下同様である)が石炭排出速度Vcに影響を与えることを知見した。
図3は、塊成装置および塊成ロール上下差圧が石炭排出速度へ及ぼす影響を説明する図である。
図3に示すように、P:サージホッパーケース内の上部空間圧力(kPa)、P:塊成機ケース内の圧力(kPa)、ΔP(P−P):塊成ロール上下差圧(kPa)とした場合、サージホッパー内の混練炭が静止した状態、つまりサージホッパー4及びスクリューフィダー10を停止した状態ではサージホッパー内の混練炭の流動はないので、塊成ロール上下差圧ΔPは石炭排出速度Vcへ影響を与えない。ところが、スクリューフィダー10を起動してサージホッパー内の混練炭が流動状態の時には、塊成ロール上下差圧ΔPがあると、サージホッパー内の混練炭は、固体であるにも拘らず、塊成ロール上下差圧ΔPは、石炭排出速度Vcを促進する吐出圧として作用し、石炭排出速度Vcを増加させ、塊成不良に至ることを本発明では新たに知見した。この現象は、スクリューフィダー10を起動してサージホッパー内の混練炭が流動状態の時には、サージホッパー内の混練炭は、固体であるにも拘らず、液体のような流動性を発現したものと推定される。
すなわち、上記に述べた塊成不良に至る変化を図4の模式図に示すと、塊成時に(a)に示すように、塊成ロール8に適正に混練炭が供給された混練炭が存在する部分12と、サージホッパーの停止や棚吊り等で混練炭が供給されず混練炭が存在しない部分13とを考えると、塊成ロール上下差圧ΔPが大きい場合には、(b)に示すように、塊成ロール上下差圧ΔPによる吐出圧が働き徐々に混練炭の粉抜け領域の拡大部分14が広がり塊成不良を引き起こす。ところが、従来のように大気中の塊成では、塊成ロール上下差圧ΔPが略零(ΔP≒0)であるので、(c)に示すように、粉抜けを助長する吐出圧が存在しないため、混練炭の安定塊成領域15が維持され、安定塊成を継続できるものと推定される。
塊成ロール上下差圧が生じるのは、サージホッパーのケース内の密閉雰囲気は、混練炭の発火を抑えるためにパージガスを流しているが、混練炭は高温(例えば、130〜150℃)であるためガスを発生する。このため発生ガスを吸引して正圧(例えば、0.2kPa)に調整してあるが、サージホッパー内には混練炭が入ってきたり、切り出されたりして、体積が常に変わっていて圧力が変動する。一方、塊成ロールのケース内はサージホッパーケース内の密閉雰囲気とは連通していない異なる領域の密閉雰囲気となっていることから、塊成ロール上下差圧が生じるものである。
さらに、塊成ロール上下差圧が石炭排出速度Vcに及ぼす影響を検討する。
サージホッパー内混練炭が静止した状態では、サージホッパー内の混練炭の流動性はないので、塊成ロール上下差圧ΔPの石炭排出速度Vcへの影響はない。また、サージホッパーを起動してサージホッパー内の混練炭が流動性を発現すると、塊成ロール上下差圧ΔPは石炭排出を促進する吐出圧として作用し、石炭排出速度Vcを増加させる。
以上の前提の基に、塊成ロール上下差圧ΔP(kPa)による石炭排出速度Vc(m・s)の変化は、サージホッパー内で流動した混練炭を液体として扱った場合、
ΔP=1/2・ρ・Vc (ここで、ρは混練炭の嵩密度)
の関係が成立するので、石炭排出速度Vcは次式で表すことができる。
Vc=(2・ΔP/ρ)1/2
この石炭排出速度Vc(m/s)が、塊成ロールの周速Vr(m/s)より大きければ、即ち、Vr<Vcであれば塊成不良(粉抜け)が発生しやすいこととなる。
そこで、本発明では、塊成ロール上下差圧を解消すれば、塊成不良が抑制できることに着目して、サージホッパーを取り囲むケース内雰囲気と塊成ロールを取り囲むケース内雰囲気とを連通させる連通管を設けることとした。連通管を設けることで、塊成ロールの上下差圧が解消され均圧化し、粉抜けなしに安定して塊成ができるようになった。
連通管は、サージホッパーのケース上部から立ち上げた配管と、塊成ロールを囲むケース上部から立ち上げた配管との両者を、垂直方向の垂直配管と、水平方向に対して傾斜した傾斜配管と、を組み合わせて接合することで構成した。
図5は、サージホッパーのケース上部と塊成ロールを囲むケース上部との間に連通管を設けた例を示す図である。
図5の例に示すように、連通管16は、塊成ロール8を囲むケース7の上部から垂直方向に立ち上げた配管の上部に、水平方向に対して右にθ度傾斜した傾斜配管17aを接続し、その傾斜配管17aの上部に垂直方向の垂直配管18を接続し、さらにその上部に水平方向に対して左にθ度傾斜した傾斜配管17bを接続し、その上部はサージホッパーのケース上部から垂直方向に立ち上げた配管と接続して、連通管16を構成している。連通管の全体は、逆C字状の形状となって配管されている。
連通管の内部には水蒸気が存在するので、温度が低下すると結露する。そして、結露が生じると、その結露部分に微粉炭が付着して連通管を閉塞してしまうこととなり、塊成ロール上下差圧ΔPを発生させることとなる。したがって、連通管に水平部分が存在すると水蒸気が結露した部分に微粉炭が付着して連通管の閉塞を生じ易いので、連通管には水平部分の配管が存在しないようにすることが重要である。連通管に水平部分を無くすには、連通管としては、垂直配管と水平方向に対して傾斜した傾斜配管とを組み合わせて配設けることで、連通管を構成させればよい。即ち、連通管の構成は、水平方向に対して傾斜角度θ(図5に示す傾斜角θ及びθを含む)としては60〜120度、好ましくは70〜110度の範囲内の傾斜配管と垂直方向の垂直配管とを組み合わせて構成させればよい。配管の傾斜角度θが60度未満または120度を超えると、配管の結露に基づく閉塞が生じる可能性があるからである。
なお、図5の例では直線状の配管の組み合わせを示したが、必ずしも垂直方向の垂直配管はなくてもよく、また湾曲した配管を用いても良い。
また、連通管内が100℃以下となると水蒸気の結露が生じて、連通管を閉塞し易いので、連通管内温度が100℃以下に下がらないようにすることが好ましい。連通管内温度が100℃以下に下がらないようにするためには、図6に示すように、連通管16の外側に沿って蒸気配管19を設置し、かつ全体をロックウール等の耐熱性断熱材20で覆って連通管を保温することで、結露を防止することができる。結露を防止するには、蒸気配管を設置し、連通管内を130〜150℃に保温することが好ましい。蒸気配管は、例えば、連通管の外側に沿って並列に、或いは連通管を取巻くように螺旋状に設置すればよい。
連通管を設置したことで、塊成ロール上下差圧が減少して均圧化し、混練炭の粉抜けなしに塊成ロールにより安定して塊成ができるようになったことについて説明する。
図7は、連通管設置前の塊成ロール上下圧力および差圧を説明するための図で、(a)はサージホッパーケース内の上部空間圧力(kPa)、(b)は塊成機ケース内の圧力(kPa)、(c)は塊成ロール上下差圧(kPa)の時間(h)に対する夫々のトレンドを示す図である。
図8は、連通管設置後の塊成ロール上下圧力および差圧を説明するための図で、(a)はサージホッパーケース内の上部圧力(kPa)、(b)は塊成機ケース内の圧力(kPa)、(c)は塊成ロール上下差圧(kPa)の時間(h)に対するトレンドを示す図である。
連通管設置前のサージホッパーケース内の上部空間圧力(P)の変動は、図7(a)に示すように、大きく変動して略0.5〜−0.2kPaであり、また、塊成機ケース内の圧力(P)は、図7(b)に示すように、略0.25〜−0.7kPaの範囲であった。そして、サージホッパーケース内の上部圧力と塊成機ケース内の圧力との差圧(ΔP)である塊成ロール上下差圧は、図7(c)に示すように、略0.8〜−0.1kPaの範囲で変動していた。
これに対して、連通管設置後のサージホッパーケース内の上部空間圧力(P)の変動は、図8(a)に示すように、略0.2〜−0.2kPaであり、また、塊成機ケース内の圧力(P)は、図7(b)に示すように、略0.2〜−0.2kPaの範囲であった。そして、サージホッパーケース内の上部圧力と塊成機ケース内の圧力との差圧である塊成ロール上下差圧(ΔP)は、図8(c)に示すように、略一定といえる0〜−0.05kPaの範囲であって、圧力の変動は殆どなかった。
図7及び図8の結果を対比すると、連通管を設置することで、サージホッパーケース内の上部圧力と塊成機ケース内の圧力との差圧である塊成ロール上下差圧は、0.8〜−0.1kPaから殆ど0(0〜−0.05kPa)といえるほどに改善され、均圧化されたことがわかった。
上記塊成ロール上下差圧に基づく塊成の状態を測定した結果を図9に示す。
図9は、塊成ロールの反力を測定した時間に対するトレンドを示す図で、(a)は連通管設置前、(b)連通管設置後を示す図である。
塊成ロールにより塊成ができるか否かは、塊成ができる場合は塊成ロールに反力が生じて混練炭を固めることができる。粉抜けがある場合は反力が生ぜずに塊成ができない(塊成不良)。
したがって、塊成ロールの反力を測定すれば、塊成ができているか否かが分かる。
図9(a)に示すように、連通管設置前には塊成ロール反力が大きく変動して、塊成ができている割合(線圧>4t/cm時間割合)は、略55.9%であった。これに対して、連通管設置後は、図9(b)に示すように、塊成ロール反力の変動は殆どなく、略99.5%の割合で安定して塊成ができていた。
以上述べたように、本発明はサージホッパーケース内と塊成ロールケース内との雰囲気を連通管により連通させたことで、塊成ロールの粉抜けなしで安定して塊成することが可能となった。なお、本発明は上記実施の態様に限定されるものではなく、当業者が容易になし得る変更も本発明の範囲に含まれるものである。
1微粉炭ホッパー
2定量切出機
3混練機
4サージホッパー
5塊成機
6コンベヤ
7ケース
8塊成ロール
9ケース
10スクリューフィーダー
11混練炭
12混練炭が存在する部分
13混練炭が存在しない部分
14粉抜け領域の拡大部分
15混練炭の安定塊成領域
16連通管
17a、17b傾斜配管
18垂直配管
19蒸気配管
20耐熱性断熱材

Claims (4)

  1. ケース内に配置された一対の塊成ロールと、該塊成ロールの上方には、ケースに囲まれた混練炭供給のスクリューフィーダー及びサージホッパーとを備え、スクリューフィーダーの回転により、混練炭を塊成ロールへ供給すると共に押し込むように構成されている高温微粉炭用塊成装置であって、前記塊成ロールケース内雰囲気と前記サージホッパーケース内雰囲気とを均圧化させる連通管を設けたことを特徴とする高温微粉炭用塊成装置。
  2. 前記連通管は、その一端はサージホッパーケース上部に接続され、他端は塊成ロールケース上部に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の高温微粉炭用塊成装置。
  3. 前記連通管は、水平方向に対して60〜120度の範囲内の配管を組み合わせて構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の高温微粉炭用塊成装置。
  4. 前記連通管は、外側に蒸気配管を備え、かつ耐熱性断熱材で覆われていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の高温微粉炭用塊成装置。
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