JP2014012756A

JP2014012756A - コークス炉における付着カーボンの除去方法及び付着カーボンの改質装置

Info

Publication number: JP2014012756A
Application number: JP2012150306A
Authority: JP
Inventors: Yuta Kimura; 勇太木村; Takashi Ogawa; 貴史小川; Shinji Shiibatake; 新次椎畑
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2012-07-04
Filing date: 2012-07-04
Publication date: 2014-01-23
Anticipated expiration: 2032-07-04
Also published as: JP6003299B2

Abstract

【課題】コークス炉の原料装入口内の炉壁に付着するカーボンを効率良く且つ経済性良く除去することができる方法および装置を提供する。
【解決手段】装入口内壁の付着カーボンに向けて水を高圧空気とともに噴射し、あるいは、最初に付着カーボンに向けて高圧空気を噴射して付着カーボンを燃焼させ、その後に水を高圧空気とともに噴射し、付着カーボンを脆く改質した後に、機械的衝撃により付着カーボンを炉壁から除去する。
【選択図】図２

Description

本発明は、コークス炉の炭化室内部に付着するカーボンの除去に関し、特に、原料となる石炭を炭化室に供給する装入口内の炉壁に付着し成長するカーボン（付着カーボン）を除去するための付着カーボンの除去方法及びその除去方法の実施に使用する付着カーボンの改質装置に関するものである。

コークス炉操業においては、コークス炉ガスの熱分解によって生成するカーボンが、石炭が装入されないで露出している炭化室上部の炉壁や天井部などに付着する。また、コークス炉の炭化室の天井部には、原料石炭を炭化室に装入するための装入口が設けられており、装入口内の炉壁（内壁）にもカーボンが付着する。

そのような炉壁に付着したカーボンは、そのまま放置しておくと成長して炭化室の有効容積を減少させ、コークス炉の生産性を低下させるばかりでなく、コークスの押止まり、押詰まりにつながり、炉体損傷の原因となるため、エアーあるいは酸素付加エアーを炭化室に吹き込むことによってカーボンを燃焼させるなどの方法を用いて、炭化室の炉壁や天井部に付着したカーボンを定期的に除去している。

しかし、装入口内壁に付着したカーボンは、側壁や天井に付着したカーボンを除去する方法では除去することができず、そのまま放置しておくと、炭化室への石炭の装入を困難にする原因となるため、個々の装入口の内壁に付着した付着カーボンを個別に除去していた。この作業は、従来から、金属棒（やり）等を用いた作業者による突き落としにより実施されており重労働であった。

このため、非操業時に石炭の装入口を開放して装入口内にエアーを導入し、赤熱した付着カーボンに多量の空気を接触させることにより、付着カーボンを燃焼除去することが作業者による除去と併用して実施されている。この方法は現場作業として扱い易いため、多くのコークス炉で活用されているが、除去の性能および能率が低いという問題がある。

そこで、燃焼除去する方法を改良したものとして、特許文献１、２に記載の方法が提案されている。
特許文献１の方法は、コークス炉の炉頂を走行する石炭装入車にブロワと圧縮空気供給装置を積載し、ブロワに内外二重筒からなるランスを接続し、ブロワからの空気を、ランス外筒に穿設した吹出口からコークス炉炭化室内に吹き込んで装入口や炭化室内に付着しているカーボンを燃焼し、さらに圧縮空気供給装置からの圧縮空気を内筒の吹出口から噴射して、付着カーボンを炉壁から剥離除去するものである。

また、特許文献２の方法は、噴射ノズルから、硬質粉粒体と、高温カーボンと反応する高圧気体（二酸化炭素含有気体や水蒸気含有気体）とを装入口内部に付着したカーボン層に向けて噴射することにより、高圧気体の吹付によりカーボン層を活性化させることにより、硬質粉粒体の噴射で炉の煉瓦を傷つけることなく効率良くカーボンの除去および剥離を可能とするものである。

特開２０００−２７３４５９号公報特開平８−２３９６６７号公報

しかしながら、上記の特許文献１の方法でも、基本的に付着カーボンの除去にカーボンの燃焼を用いており、能率の点で十分満足できるものではない。
また、特許文献２に示す方法は、高温カーボンと反応する高圧気体の吹付により、カーボン層を活性化させると同時に硬質粉粒体を噴出してカーボンを削り落とすようにしており、エアー燃焼方式よりも能率の点で改善されている。しかしながら硬質粉粒体を使用することから噴射ノズル閉塞の懸念や、噴射速度を上げた場合にはコークス炉壁まで削る懸念があり、さらに粉粒体を用いることから経済性も良くないという欠点があった。

そこで、この発明の目的は、上述した問題点を解決し、装入口内の炉壁に付着するカーボンを効率良く且つ経済性良く除去することができる方法および装置を提供することにある。

炉壁の耐火物等に付着したカーボンは、長時間経過すると緻密化、硬質化して、より機械的強度を増している。このため、従来の金属棒による掻き取りや燃焼、機械的な切削手法では、硬質化した付着カーボンの除去作業に多くの時間がかかり除去能率が悪く、限られた短時間内でカーボン付着物を除去することが困難であった。

そこで、本発明者は付着カーボン自体を脆くすれば除去が容易になり、除去の効率が向上するのではないかと考え、そのような手段について検討した。
その結果、装入口の炉壁に付着したカーボンに向けて気体と水を同時に噴射することにより、カーボンを脆くすることができ、脆くなった付着カーボンを機械的手段により従来よりも容易に炉壁より剥離できることを見出し、次のような本発明に到達した。
そのような本発明の要旨は以下のとおりである。

（１）コークス炉の原料装入口内の炉壁に付着した付着カーボンの除去方法において、水を高圧空気とともに前記付着カーボンに向けて噴射し、付着カーボンを脆く改質した後に、機械的衝撃により付着カーボンを炉壁から除去することを特徴とする付着カーボンの除去方法。
（２）上記（１）に記載の付着カーボンの除去方法において、水を高圧空気とともに前記付着カーボンに向けて噴射する前に、前記付着カーボンに向けて高圧空気を噴射して、付着カーボンを燃焼させることを特徴とする付着カーボンの除去方法。
（３）請求項１に記載の付着カーボンの除去方法の実施に使用する付着カーボンの改質装置において、水を高圧空気とともに前記付着カーボンに向けて噴射する噴射ノズル及び該噴射ノズルに水を供給する水供給手段を搭載した移動台車と、前記噴射ノズルと水供給手段に高圧空気を供給する接続配管とを備えることを特徴とする付着カーボンの改質装置。

本発明を実施すれば、効率的にかつ経済的に、またコークス炉の炉壁煉瓦を傷つけることなく、装入口内における付着カーボンの除去を実施できる。

コークス炉の炭化室の概略を説明するための断面図である。付着カーボンの除去に使用する改質装置の概略図である。

本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１に示すように、コークス炉１の天井部２には、炭化室３へ原料の石炭を装入するための装入口４が設けられており、その内部の炉壁（内壁）５には、操業に伴ってカーボンが付着して付着カーボン６が形成されている。

本発明では、炭化室３から乾溜後のコークスを押出した後、まず、噴射ノズル１１（図２参照）から赤熱状態の付着カーボン６に向けて、水を高圧空気（圧縮空気）とともに噴射し、付着カーボンを脆い状態に改質する。その後、脆くなった付着カーボンに機械的衝撃を付与して付着カーボンを装入口の内壁から除去する。
なお、水を高圧空気ととともに噴射することを、気水を噴射すると簡略化して表現する場合がある。

炭化室から乾溜コークスを押し出した後、内壁５に付着している赤熱カーボン表面は８００℃〜１０００℃の温度を有しているが、そこに気水を噴射すると、気水が噴射されたカーボンの表面は、２００℃〜５００℃まで温度が下がる。一方、カーボンが付着している装入口内壁５の煉瓦表面はコークス炉の炉壁温度８００℃〜１０００℃が維持されているため、表面と内部の温度差によりカーボン自体に熱応力が発生し、脆く改質されたと推測される。

付着カーボンに気水を噴射して付着カーボンを脆く改質するには、次のような気水噴射装置を改質装置として用いて実施することができる。図２にその装置の概要を示す。
気水噴射装置１０は、炭化室の装入口内壁の付着カーボンに向けて水を高圧空気とともに噴射する噴射ノズル１１及び該噴射ノズルに水を供給する水供給手段を搭載した移動台車１２と、前記噴射ノズルと水供給手段に高圧空気をそれぞれ供給する接続配管よりなっている。

噴射ノズル１１は、その先端を装入口内側の天井端部まで挿入できるような長さを有しており、移動台車１２に固定されたノズルスタンド１３によって支持されている。ノズルスタンド１３には、該スタンドに沿って上下に移動できるようにノズル支持体１４が取付けられており、噴射ノズル１１はこのノズル支持体１４に取付け角度を調節できるように取付けられている。そして、ノズル支持体１４を上下し、気水噴射ノズル１１の回転角度を調整することにより、気水噴射ノズル１１の先端を目標の付着カーボンの位置に向けてセットすることができる。

なお、噴射ノズル１１の取り付け方はこの例に限定ざれず、例えば、ノズルスタンド１３に回転可能に取付けられたノズル支持体１４に、噴射ノズル１１をノズル支持体上でスライドできるように取り付ける方法でも、噴射ノズル１１の先端部を装入口内の所望の位置にセットすることができる。

噴射ノズル１１は、水噴射ノズル２０と高圧空気噴射ノズル２１よりなり、水噴射ノズル２０は、その後端で水供給手段となる加圧タンク２２と配管２３で接続されており、高圧空気噴射ノズル２１は、その後端で外部の高圧空気供給源からの配管２４に接続されており、この二つのノズルを一体的に組み合わせて、それらの先端から水を高圧空気とともに噴射できるようになっている。

加圧タンク２２は、高圧空気の圧力によってタンク内の水を水噴射ノズル２０に供給するため、高圧空気供給源と配管２５によって接続されているが、高圧空気噴射ノズル２１と加圧タンク２２に供給する高圧空気は、コークス炉上に通常設置されている高圧空気配管より供給することができる。

以上では、噴射ノズル１１を水噴射ノズル２０と高圧空気噴射ノズル２１の２本のノズルで構成する場合で説明したが、二重管構造のノズルを使用すれば、１本のノズルで水を加圧空気とともに噴射することができる。さらには、途中で混合バルブを用いて加圧水と加圧空気を混合してから１本のノズルに供給することもできる。

以上のような改質装置を用いて付着カーボンを脆く改質するためには、３．０kgf／cm²以上、望ましくは５．０kgf／cm²以上の圧力の高圧空気に、水量換算で０．５L／min以上２．０L／min以下の水を混合して、装入口内壁の付着カーボンに向けて２０分以上噴射するのが好ましい。
噴射する水の量が２．０L／minを超えると、炭化室内へ水が侵入し、コークス炉自体を痛めてしまうため好ましくない。また水の量が０．５L／min未満では、水量が不足し、気水の噴射時間が過大となり望ましくない。

上述のような気水の噴射は単独で実施してもよいが、従来から行われている空気による付着カーボンの燃焼除去と組み合わせて実施することもできる。
燃焼除去と気水の噴射を組み合わせる場合には、水を高圧空気をとともに噴射する前に、まず空気だけを噴射して付着カーボンを燃焼させ、その後に水を混合して気水噴射を加えるようにする。

具体的には、まず、高圧空気噴射ノズルから空気だけを圧力５．０kgf／cm²以上の条件で２０〜４０分間、付着カーボンに向けて噴射し、付着カーボンを燃焼させ、続いて、水噴射ノズルに１．０L／min以上２．０L／min以下の水を供給して、１０〜２０分間気水噴霧を実施するようにする。

このようにすることにより、付着カーボンを脆くする改質効果が大きくなり、より軽い力の機械的打撃により、付着カーボンを装入口内壁から剥離させることができるようになる。これは、カーボンの燃焼反応で付着カーボンが９００〜１１００℃まで加熱され、その後の気水噴霧によりカーボン表面が２００〜５００℃まで急冷されるが、そのとき、付着カーボン塊における内部の温度勾配が急となり、熱応力がより大きく発生し、よりカーボンが脆く改質されたと推測される。

上述の方法でカーボンを改質した後、バール等の機械的衝撃を加えることのできる道具を用いて、気水の噴射箇所へ機械的衝撃を与えることにより、付着カーボンを装入口内壁から除去する。
本発明では、付着カーボンは脆く改質されているので、付着カーボンの突き落としを作業者が行っても、作業者への負担は従来に比べて格段に軽減されており、特許文献２に記載されているような、硬質粒子を用いたブラスト処理などを行わなくても実施できるが、機械的衝撃付与手段としては、作業者によるものに限定されるものではない。
以下実施例により、本願発明の実施可能性と作用効果についてさらに説明する。

（実施例１）
図２に示される改質装置を用いて、付着カーボンの改質と除去を行った。
気水噴射の条件は、高圧空気圧力：３．０kgf／cm²、水噴射量：１L／miｎとし、装入口内壁の付着カーボンへ６０分間、水を高圧空気とともに噴射した後、バールにより機械的打撃を付着カーボンへ与えたところ、処理前後の写真からの比較で、９０％以上の付着カーボンを内壁から剥離させることができた。

（実施例２）
図２に示される改質装置を用いて、最初に空気だけを噴射し、続いて気水を噴射して、付着カーボンの燃焼、及び改質と除去を行った。
まず、高圧空気噴射ノズルかを用いて装入口内壁の付着カーボンへ空気だけを３０分噴射した後、水噴射ノズルに水を供給して、実施例１と同じ気水噴射条件で２０分間の気水噴射を実施し、その後、バールにより機械的打撃をカーボンへ与えたところ、実施例１の１／２程度の力で内壁から付着カーボンを剥離させることができた。

（比較例）
図２に示される改質装置の高圧空気噴射ノズルだけを用いて装入口内壁の付着カーボンに向けて、５．０kgf／cm²の高圧空気を６０分間噴射した。その結果、一部のカーボンは燃焼により消失したものの大部分のカーボンがそのまま残り、消失させることはできなかった。また、残ったカーボンをバールで除去しようとしたところ、実施例１に比べ剥離に３倍程度の力を要した。

１コークス炉
２コークス炉の天井部
３炭化室
４装入口
５装入口内部の炉壁
６付着カーボン
１０気水噴射装置
１１噴射ノズル
１２移動台車
１３ノズルスタンド
１４ノズル支持体
２０水噴射ノズル
２１高圧空気噴射ノズル
２２水噴射ノズルに加圧水を供給する加圧タンク
２３水噴射ノズルと加圧タンクを接続する配管
２４高圧空気供給源と高圧空気噴射ノズルを接続する配管
２５高圧空気供給源と加圧タンクを接続する配管

Claims

コークス炉の原料装入口内の炉壁に付着した付着カーボンの除去方法において、水を高圧空気とともに前記付着カーボンに向けて噴射し、付着カーボンを脆く改質した後に、機械的衝撃により付着カーボンを炉壁から除去することを特徴とする付着カーボンの除去方法。
請求項１に記載の付着カーボンの除去方法において、水を高圧空気とともに前記付着カーボンに向けて噴射する前に、前記付着カーボンに向けて高圧空気を噴射して、付着カーボンを燃焼させることを特徴とする付着カーボンの除去方法。
請求項１または２に記載の付着カーボンの除去方法の実施に使用する付着カーボンの改質装置において、水を高圧空気とともに前記付着カーボンに向けて噴射する噴射ノズル及び該噴射ノズルに噴射する水を供給する水供給手段を搭載した移動台車と、前記噴射ノズルと水供給手段に高圧空気を供給する接続配管とを備えることを特徴とする付着カーボンの改質装置。