JP2013087129A - Method of managing combustion of coke oven, and flow distribution control device - Google Patents
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Description
本発明は、石炭を乾留してコークスを製造するコークス炉の燃焼管理方法と、燃料ガスおよび空気の流量分布制御装置に関し、具体的には、燃焼室の炉長方向(押出方向)の温度分布を制御するコークス炉の燃焼管理方法と、燃料ガスおよび空気の炉長方向流量分布を制御する流量分布制御装置に関するものである。 The present invention relates to a combustion management method for a coke oven for producing coke by dry distillation of coal and a flow distribution control device for fuel gas and air, and specifically, a temperature distribution in the furnace length direction (extrusion direction) of a combustion chamber. The present invention relates to a combustion management method for a coke oven that controls the flow rate, and a flow rate distribution control device that controls the flow rate distribution of fuel gas and air in the furnace length direction.
コークス炉は、原料の石炭を装入する炭化室と、燃料ガスを空気で燃焼させる燃焼室とが交互に炉幅方向に複数配列した構造となっており、炭化室の両側に配置された燃焼室において燃料ガスを空気で燃焼させ、その燃焼熱によって、炭化室内に装入された石炭を、炭化室と燃焼室間の炉壁を介して間接的に加熱・乾留してコークスを製造している。 The coke oven has a structure in which multiple carbonization chambers that charge raw coal and combustion chambers that burn fuel gas with air are alternately arranged in the furnace width direction. The fuel gas is combusted with air in the chamber, and the coal charged in the carbonization chamber is indirectly heated and dry-distilled through the furnace wall between the carbonization chamber and the combustion chamber by the combustion heat to produce coke. Yes.
図1は、コークス炉の燃焼室部分の断面図である。燃焼室部分は、上部から燃焼室、蓄熱室、ソールフリューに分かれており、各燃焼室はさらに、炉長方向(押出方向)に20〜40程度のフリューと呼ばれる小さな室に分割されている。燃焼ガスおよび空気は、コークス炉外に配設された各ガス配管からソールフリューに供給され、その後、各フリューに分配される。 FIG. 1 is a cross-sectional view of a combustion chamber portion of a coke oven. The combustion chamber portion is divided into a combustion chamber, a heat storage chamber, and a sole flue from the top, and each combustion chamber is further divided into small chambers called flues of about 20 to 40 in the furnace length direction (extrusion direction). Combustion gas and air are supplied to the sole flue from each gas pipe disposed outside the coke oven, and then distributed to each flue.
コークス炉で用いる燃料ガスとしては、カロリーが4000〜5000kcal/Nm3程度のCOG(「富ガス」)や、その他の副生ガスを混合したカロリー1000〜3000kcal/Nm3程度のミックスガス(「貧ガス」)があるが、一般には、コスト的に有利な貧ガスが用いられることが多い。なお、富ガスを用いる場合には、上記ソールフリューを介することなく、フリュー下部から各フリューに直接供給されるのが普通である。また、空気の供給方式には、フアン等で供給する強制通風式や、排ガスのドラフトで吸引する自然通風式がある。 The fuel gas used in the coke oven, calories 4000~5000kcal / Nm 3 of about COG ( "rich gas") and other by-product gas mixture caloric 1000~3000kcal / Nm 3 of about mix gas ( "poor Gas)), but generally, a poor gas which is advantageous in terms of cost is often used. When a rich gas is used, it is usually supplied directly from the lower part of the flue to each flue without passing through the sole flue. In addition, the air supply method includes a forced ventilation method that uses a fan or the like, and a natural ventilation method that uses a draft of exhaust gas for suction.
ところで、コークス炉では、炭化室内の石炭を均一に乾留し、成品としてのコークスの品質を一定に保つため、燃焼室における炉長方向(押出方向)の温度分布を、所定の目標範囲内に制御することが必要とされ、そのためには、燃焼室を構成する炉長方向の各フリューに供給される燃料ガスおよび空気の流量を調整し、燃焼室の炉長方向の温度分布が目標範囲内となるよう制御することが重要である。従来、上記炉長方向の流量分布の調整は、燃料ガスとして富ガスを使用する場合には、燃焼室下部に設置された開度調整板を、貧ガス使用する場合には、蓄熱室下部に設置された開度調整板を用いて、燃焼室または蓄熱室に通ずるガス流路の開口面積を調整することで行っている。 By the way, in the coke oven, the temperature distribution in the furnace length direction (extrusion direction) in the combustion chamber is controlled within a predetermined target range in order to uniformly dry-coal the coal in the carbonization chamber and keep the quality of the coke as a product constant. For this purpose, the flow rate of the fuel gas and air supplied to each furnace in the furnace length direction constituting the combustion chamber is adjusted so that the temperature distribution in the furnace length direction of the combustion chamber is within the target range. It is important to control so that Conventionally, the adjustment of the flow rate distribution in the furnace length direction is performed by using an opening adjustment plate installed at the lower part of the combustion chamber when using rich gas as the fuel gas, and at the lower part of the heat storage chamber when using poor gas. This is done by adjusting the opening area of the gas flow path leading to the combustion chamber or the heat storage chamber, using the installed opening adjustment plate.
また、コークス炉の操業において、燃焼室における炉長方向の温度分布を目標範囲内に制御するためには、炉長方向の燃料ガスおよび空気の流量分布の調整は、操業中でも自由に行えることが必要である。しかしながら、上記開度調整板を用いてガス流路の開口面積を調整する方法は、作業安全上、燃焼停止時(非稼働時)にしか行うことができないため、操業中に自由に流量分布を制御することができない。 In addition, in the operation of a coke oven, in order to control the temperature distribution in the furnace length direction in the combustion chamber within the target range, adjustment of the flow distribution of fuel gas and air in the furnace length direction can be performed freely during operation. is necessary. However, the method of adjusting the opening area of the gas flow path using the opening adjustment plate can be performed only when combustion is stopped (during non-operation) for work safety, so the flow distribution can be freely distributed during operation. I can't control it.
流量分布を調整するその他の技術としては、例えば、特許文献1には、コークス炉の燃焼室の炉長方向における端部側の端フリューには流量調整バルブにより流量調整された空気および燃料ガスを、端フリューよりも内側のフリューにはオリフィスにより流量調整された空気および燃料ガスを供給するようにし、コークス炉の低稼働率操業と高稼働率操業との切り替えの際には、前記流量調整バルブで端フリューの流量を調整する技術が開示されている。
As another technique for adjusting the flow rate distribution, for example, in
また、特許文献2には、燃料流路に設けた燃料ガスと空気の加減コックおよび排ガス流路の両端に設けた2つのウェストダンパーを有するコークス炉の操業方法において、炉毎の炉内平均乾留時間を目標乾留時間に保持して、炉幅方向の炉内平均乾留時間のばらつきを最小にするために燃料流路に設けた燃料ガスと空気の加減コックの開度を調整して決定すると共に、炉内の炉長方向の乾留時間のばらつきを最小にするために2つのウェストダンパーの開度を調整して決定することにより、炉幅方向と炉長方向の燃焼室温度分布を最適値に保持して、炉毎の炉内平均乾留時間を目標乾留時間に保持し、炉内の炉長方向の乾留時間のばらつきを最小にする技術が開示されている。
Further, in
しかしながら、特許文献1の方法では、流量調整バルブを設置している端フリューの燃料ガス流量の調整は可能であるが、それ以外のフリューの流量調整は難しい。また、特許文献2に記載の加減コックで流量を調整する方法では、加減コックを閉めると流量が少なくなり、開けると流量が大きくなるというように、全体の流量が大きく変わるため、炉長方向の流量分布の変化が大きくなって炉長方向の温度分布を調整することは困難である。
However, in the method of
本発明は、従来技術が抱える上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ソールフリューを介してコークス炉の燃焼室(フリュー)に供給される燃料ガスおよび空気の炉長方向流量分布を精度よく制御することができるコークス炉の燃焼管理方法を提案すると共に、そのための燃料ガスおよび空気の流量分布制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to flow in the furnace length direction of fuel gas and air supplied to the combustion chamber (flue) of the coke oven via the sole flue. In addition to proposing a combustion management method for a coke oven that can control the distribution with high accuracy, it is an object of the present invention to provide a fuel gas and air flow rate distribution control device.
発明者らは、上記課題の解決に向けて鋭意検討を重ねた。その結果、各ソールフリューに供給する燃料ガスおよび空気の流量を、各ソールフリューに燃焼ガスおよび空気を供給する配管に設けられた調整弁で一定に制御した上で、各ソールフリュー入口の開口面積を変えてソールフリュー入口の燃焼ガスおよび空気の流速を調整すれば、各フリューに流れる燃料ガスおよび空気の炉長方向流量分布を制御することができることに想到し、本発明を開発するに至った。 The inventors have intensively studied to solve the above problems. As a result, the flow rate of the fuel gas and air supplied to each sole flue is controlled by a regulating valve provided in the piping for supplying combustion gas and air to each sole flue, and the opening area of each sole flue inlet By adjusting the flow rate of the combustion gas and air at the inlet of the sole flue by changing the flow rate, it was conceived that the flow distribution in the furnace length direction of the fuel gas and air flowing through each flue could be controlled, leading to the development of the present invention. .
すなわち、本発明は、炉長方向に複数に分割されたフリューからなる燃焼室と、炭化室とが炉幅方向に交互に複数配列されてなり、各フリュー内に供給された燃料ガスを空気で燃焼させて炭化室内の石炭を乾留するコークス炉の操業方法において、ソールフリューに供給される燃料ガスと空気の流量を一定に制御した上で、ソールフリュー入口の流速を調整し、各フリューに流れる燃料ガスおよび空気の炉長方向流量分布を制御することを特徴するコークス炉の燃焼管理方法を提案する。 That is, the present invention comprises a plurality of combustion chambers made of flues divided in the furnace length direction and a plurality of carbonization chambers alternately arranged in the furnace width direction, and the fuel gas supplied into each fulu is air. In the coke oven operation method, which burns and carbonizes coal in the carbonization chamber, the flow rate of the fuel gas and air supplied to the sole flue is controlled to be constant, and the flow velocity at the sole flue inlet is adjusted to flow through each flue. We propose a combustion management method for coke ovens that controls the distribution of fuel gas and air flow in the furnace length direction.
本発明のコークス炉の燃焼管理方法は、上記ソールフリュー入口流速を、燃焼室の炉長方向温度分布に基づいて調整することを特徴とする。 The combustion management method for a coke oven according to the present invention is characterized in that the sole flue inlet flow velocity is adjusted based on a furnace length direction temperature distribution of the combustion chamber.
また、本発明は、炉長方向に複数に分割されたフリューからなる燃焼室と、炭化室とが炉幅方向に交互に複数配列されてなり、各フリュー内に供給された燃料ガスを空気で燃焼させて炭化室内の石炭を乾留するコークス炉における燃料ガスと空気の流量分布制御装置であって、各燃焼室に燃料ガスおよび空気を供給する燃料ガス配管および空気配管と、上記配管から供給される燃料ガスおよび空気を各フリューに分配するソールフリューとの間に燃料ガスおよび空気の流量を一定に制御する流量調整弁を有し、上記ソールフリューの入口に燃料ガスおよび空気の流速を調整する流速調整機構を設けてなることを特徴するコークス炉の流量分布制御装置である。 The present invention also includes a plurality of combustion chambers composed of flues divided into a plurality of furnace length directions and a plurality of carbonization chambers arranged alternately in the furnace width direction. A fuel gas and air flow rate distribution control device in a coke oven for burning and carbonizing coal in a carbonization chamber, the fuel gas piping and air piping supplying fuel gas and air to each combustion chamber, and supplied from the above piping A flow rate adjusting valve for controlling the flow rate of the fuel gas and air to be constant between the fuel flow and the sole flue that distributes the fuel gas and air to each flue, and the flow velocity of the fuel gas and air is adjusted at the inlet of the sole flue A flow rate distribution control device for a coke oven, characterized in that a flow rate adjusting mechanism is provided.
本発明の流量分布制御装置における上記流速調整機構は、少なくとも2枚のプレートからなり、その位置の変更によりソールフリュー入口の開口面積を調整するものであることを特徴する。 The flow velocity adjusting mechanism in the flow rate distribution control device of the present invention comprises at least two plates, and adjusts the opening area of the sole flue inlet by changing its position.
本発明によれば、コークス炉の操業中においても、各フリューに流れる燃料ガスおよび空気の炉長方向流量分布を所定の目標範囲に制御することが可能となるので、燃焼室の炉長方向における温度分布を目標温度範囲に制御することができ、ひいては、コークスの品質の均一化や燃料ガスの削減に寄与することができる。 According to the present invention, even during operation of the coke oven, it becomes possible to control the flow rate distribution of the fuel gas and air flowing in each flue in the furnace length direction to a predetermined target range, so that in the furnace length direction of the combustion chamber The temperature distribution can be controlled within the target temperature range, and as a result, the coke quality can be made uniform and the fuel gas can be reduced.
図2は、コークス炉の燃焼システムを示したものである。コークス炉に供給される燃料ガスおよび空気は、各ガスの本管に配設された流量調整弁、および、上記本管から分岐し、各ソールフリューに燃料ガスおよび空気を供給する配管に設置された調整弁で流量が調整される。すなわち、上記本管に設けられた流量調整弁では、コークス炉全体に流すガスの流量が、また、本管から分岐した配管に設けられた調整弁では、各ソールフリューに流すガスの流量が調整される。各ソールフリューに供給された燃料ガスおよび空気は、その後、蓄熱室で約900℃まで加熱された後、燃焼室を構成する各フリューに分配される。 FIG. 2 shows a coke oven combustion system. The fuel gas and air to be supplied to the coke oven are installed in the flow rate adjusting valve arranged in the main pipe of each gas, and in the pipe branched from the main pipe and supplying the fuel gas and air to each sole flue. The flow rate is adjusted by the adjustment valve. That is, the flow rate adjusting valve provided in the main pipe adjusts the flow rate of gas flowing through the coke oven, and the adjusting valve provided in the pipe branched from the main pipe adjusts the flow rate of gas flowing through each sole flue. Is done. The fuel gas and air supplied to each sole flue are then heated to about 900 ° C. in the heat storage chamber and then distributed to each flue constituting the combustion chamber.
ここで、上記ソールフリューから各フリューに分配されるガスの流れは、分岐管の流れと同じように考えることができ、その流量は、下記ベルヌーイの定理の式に従い、静圧と圧力損失の影響を受ける。
記
P=p+q=p+1/2・ρv2=一定
(ここで、P:総圧、p:静圧、q:動圧、ρ:流体密度、v:流線に沿った速度)
Here, the flow of gas distributed from the sole flue to each flue can be considered in the same way as the flow of the branch pipe, and the flow rate is influenced by the static pressure and pressure loss according to the Bernoulli theorem below. Receive.
P = p + q = p + 1/2 · ρv 2 = constant (where P: total pressure, p: static pressure, q: dynamic pressure, ρ: fluid density, v: velocity along the streamline)
従えば、ソールフリューの断面積が炉長方向で一定(等断面積)である場合には、ソールフリュー内のガスの流速は、各フリューへのガス分配により、入口側から順次低下する。それに伴い、静圧が回復するため、各フリューに流れるガスの流量は、図3に実線で示したように、ソールフリュー入口側で少なく、入口から遠くなるほど多くなる。
また、ソールフリュー内でのガスの流速が、炉長方向で等しい(等流速)場合には、上流側からの圧力損失の方が静圧の回復より大きくなるため、各フリューに流れるガスの流量は、図3に破線で示したように、ソールフリュー入口側で多く、入口から遠くなるほど少なくなる。
Therefore, when the cross-sectional area of the sole flue is constant (equal cross-sectional area) in the furnace length direction, the flow velocity of the gas in the sole flue gradually decreases from the inlet side due to gas distribution to each flue. Accordingly, since the static pressure is restored, the flow rate of the gas flowing through each flue is small on the sole flue inlet side as shown by a solid line in FIG.
In addition, when the gas flow rate in the sole flue is equal in the furnace length direction (equal flow velocity), the pressure loss from the upstream side is greater than the recovery of static pressure, so the flow rate of the gas flowing through each flue As shown by a broken line in FIG. 3, it increases on the sole flue inlet side and decreases with distance from the inlet.
そこで、ソールフリュー入側のガス流量が一定の条件下で、ソールフリュー入口のガス流速を変化させた場合の、各フリューに流れるガスの炉長方向の流量分布について検討すると、ソールフリュー入口の流速を大きくしたときには、ソールフリュー入口側では、動圧が大きく、静圧が小さくなるが、入口から離れて炉長方向の中央部に行くに従い、流速が遅くなって動圧が小さくなるため静圧が回復し、さらにその先では、圧力損失が増加するため静圧が低下する。その結果、各ソールフリューに流れる炉長方向のガス流量分布は、図4に実線で示したように、入側と先端側で小さく、中央部において大きくなる。
逆に、ソールフリュー入口の流速を小さくしたときには、ソールフリュー入口側の静圧は大きいが、入口から遠くなるほど圧力損失が増加し、静圧が低下していくので、各ソールフリューに流れる炉長方向のガス流量分布は、図4に破線で示したように、入側が大きく、入側から遠くなるほど小さくなる。
このように、ソールフリュー入側のガス流量が一定の条件下では、ソールフリュー入側のガス流速を調整すれば、炉長方向の各ソールフリューに流れるガス流量分布を制御できることがわかる。
Therefore, when the gas flow rate at the sole flue inlet is changed and the gas flow rate at the sole flue inlet is changed, the flow distribution in the furnace length direction of the gas flowing through each flue is examined. Is increased, the dynamic pressure increases and the static pressure decreases on the sole flue inlet side, but the flow rate decreases and the dynamic pressure decreases toward the center of the furnace length away from the inlet. Is recovered, and further, the pressure loss increases and the static pressure decreases. As a result, the gas flow rate distribution in the furnace length direction flowing through each sole flue is small at the inlet side and the tip side and large at the center as shown by the solid line in FIG.
On the other hand, when the flow velocity at the sole flue inlet is reduced, the static pressure at the sole flue inlet side is large, but the pressure loss increases and the static pressure decreases as the distance from the inlet increases. As shown by the broken line in FIG. 4, the gas flow distribution in the direction is larger on the entry side and becomes smaller as the distance from the entry side increases.
Thus, it can be seen that under conditions where the gas flow rate on the sole flue inlet side is constant, the gas flow rate distribution flowing through each sole flue in the furnace length direction can be controlled by adjusting the gas flow rate on the sole flue inlet side.
しかしながら、図2に示したように、本管から分岐した各ソールフリューに燃料ガスおよび空気を供給する配管に設置された調整弁で各ソールフリューに流れるガスの流速を調整しようとすると、流速と流量とが比例関係となり、流量も同時に変化してしまうため、流量分布を上記のように調整することができない。 However, as shown in FIG. 2, when adjusting the flow velocity of the gas flowing through each sole flue with the regulating valve installed in the pipe supplying fuel gas and air to each sole flue branched from the main pipe, Since the flow rate has a proportional relationship and the flow rate also changes at the same time, the flow rate distribution cannot be adjusted as described above.
そこで、発明者らは、上記問題点を解決する方法について検討した結果、本管から分岐した各ソールフリューに燃料ガスおよび空気を供給する配管に設置された調整弁でガスの流量を一定に制御し、その上で、ソールフリュー入口(図1に示したA部)にガスの流速を調整するための機構を設けて、ソールフリュー入口の流速を調整するようにしてやればよいことに想到し、本発明を開発するに至った。 Therefore, as a result of studying a method for solving the above problems, the inventors have controlled the gas flow rate to be constant with an adjustment valve installed in a pipe for supplying fuel gas and air to each sole flue branched from the main pipe. Then, it is thought that it suffices to provide a mechanism for adjusting the gas flow velocity at the sole flue inlet (A portion shown in FIG. 1) to adjust the flow velocity of the sole flue inlet, The present invention has been developed.
ここで、上記流速調整機構としては、簡単な例として、例えば図5に示したように、ソールフリューの入口に、1対の金属製のプレートからなり、そのプレートの位置変更によりソールフリュー入口の開口面積を調整可能としたものを挙げることができるが、この例に限定されるものではない。 Here, as a simple example of the flow rate adjusting mechanism, as shown in FIG. 5, for example, as shown in FIG. 5, the sole flue inlet is composed of a pair of metal plates. Although the thing which made the opening area adjustable is mentioned, it is not limited to this example.
本発明のコークス炉の燃焼管理方法を適用し、炉長方向のガス流量分布を制御するためには、各フリューの炉長方向の温度分布(目標温度分布に対する乖離量)を測定する必要がある。上記各フリューの温度は、例えば、フリュー頂部に設置された点検口から、熱電対を挿入したり、放射温度計を用いることで、容易に測定することができる。
そして、上記各フリューの炉長方向の温度分布と目標温度分布とを対比し、目標温度との乖離量が大きい部分のフリューに対して、例えば、温度が低い部分には供給する燃料ガスおよび空気の流量を多くし、一方、温度が高い部分には供給する燃料ガスおよび空気の流量を少なくする等、調整してやればよい。
In order to apply the coke oven combustion management method of the present invention and control the gas flow rate distribution in the furnace length direction, it is necessary to measure the temperature distribution of each flue in the furnace length direction (deviation from the target temperature distribution). . The temperature of each flue can be easily measured, for example, by inserting a thermocouple or using a radiation thermometer from an inspection port installed at the top of the flue.
Then, the temperature distribution in the furnace length direction of each flue and the target temperature distribution are compared, and for example, the fuel gas and air to be supplied to the portion where the deviation from the target temperature is large, in the portion where the temperature is low On the other hand, the flow rate of the fuel gas and air to be supplied may be adjusted to a high temperature portion, for example.
炉長が15mで、20個のフリューから構成されるツインフリュー方式の燃焼室を有する実機コークス炉で、燃焼室を構成する各フリューの頂部における温度(フリュー温度)を放射温度計を用いて測定し、その結果を図6に破線で示した。この結果から、この温度分布には、目標温度に対してCS側で温度が高く、中央部で温度が低いという問題があることがわかる。そこで、本発明の流量分布制御装置を調整して、燃料ガスおよび空気のソールフリューの入口流速を、図7に示したように、PS側、CS側流量が多い流量分布から、PS側の流量を低減し、中央部の流量を増加した流量分布に変更したところ、炉長方向の温度分布が、図6に実線で示したように改善された。これから、本発明の燃焼管理方法が有効であることが確認できた。 This is a real coke oven with a furnace length of 15m and a twin-fluid combustion chamber consisting of 20 flues. The temperature (flue temperature) at the top of each flue composing the combustion chamber is measured using a radiation thermometer. The result is shown by a broken line in FIG. From this result, it can be seen that this temperature distribution has a problem that the temperature is higher on the CS side than the target temperature, and the temperature is low in the center. Therefore, by adjusting the flow rate distribution control device of the present invention, the inlet flow rate of the fuel gas and air sole flue is changed from the flow rate distribution with a large PS side and CS side flow rate, as shown in FIG. The temperature distribution in the furnace length direction was improved as shown by the solid line in FIG. 6. From this, it was confirmed that the combustion management method of the present invention is effective.
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