JP2015199823A - コークス炉の燃焼方法 - Google Patents

Abstract

【課題】空気吹き込み時の異常燃焼を防止しながら、ＣＯＧダクトに付着したカーボンを確実に燃焼除去することを目的とする。【解決手段】仕切壁を介して隣接する第１の燃焼室部及び第２の燃焼室部からなる小燃焼室が炉長方向に並設され、前記仕切壁に形成された隙間を介して前記第１の燃焼室部及び前記第２の燃焼室部の間でＣＯＧガスを交互に導通させるコークス炉の燃焼方法において、前記第２の燃焼室部から前記第１の燃焼室部に向かってＣＯＧガスを導通させる前記第２の燃焼室部の燃焼期間内に、第１の垂直バーナを介して前記第１の燃焼室部に連通する第１のＣＯＧダクトに対して不活性ガスを導入してダクト内に残留するＣＯＧガスをパージし、このパージ後に前記第１のＣＯＧダクトに空気を吹き込むことでダクト内に付着したカーボンを燃焼除去する【選択図】図１

Description

本発明は、仕切壁を介して隣接する第１の燃焼室部と第２の燃焼室部との間で交互にＣＯＧガスを導通させる燃焼室を多数備えたコークス炉の燃焼方法に関するものである。

室炉式コークス炉では、偶数側燃焼室部と奇数側燃焼室部との温度ばらつきを抑制するために、これらの燃焼室部を交互に立ち側と引き側に切り替え、燃焼ガスを供給している。燃焼ガスには、コークス炉発生ガスである富ガス（以下、ＣＯＧガスという）、又は高炉発生ガスである貧ガス（以下、ＢＦＧガスという）及びＣＯＧガスを混合したＭＩＸガス等が用いられる。

ＣＯＧガスは、ＣＯＧダクトを介して、コークス炉の燃焼室に導入される。ＣＯＧガスに含まれる炭化水素が分解すると、カーボンが析出して、この析出したカーボンがＣＯＧダクトを閉塞することにより、安定したコークス炉操業が阻害される。これに対して、特許文献１には、この付着したカーボンを機械的に削除する方法が開示されている。また、引き側の燃焼室に連通するＣＯＧダクトに対して空気を吹き込むことにより、付着したカーボンを燃焼除去することが行われているが、その詳細は開示されていない。

特開平１０−１１０１７１号公報

しかしながら、ＣＯＧガスの導入停止直後に空気を吹き込むと、局所的に残留するＣＯＧガスと導入空気とが爆発範囲の予混合状態となることで、異常燃焼を生じるおそれがある。異常燃焼が発生すると系内の急激な圧力上昇により、設備破損等のトラブルを招くおそれがある。図８は従来のコークス炉燃焼方法を説明するためのタイミングチャートである。同図を参照して、従来は、異常燃焼を防止するために、ダクト内部に残留したＣＯＧガスが燃焼室部に抜けるまで、所定時間（例えば、５〜１５分）空気の吹き込みを停止していた。奇数側燃焼が開始すると偶数側ＣＯＧダクトは負圧となるため、この間に、残留したＣＯＧガスは徐々に大気と置換される。すなわち、奇数側燃焼（偶数側燃焼）が開始されてから待機時間が経過するまで、空気の吹き込みが行われていなかった。

そのため、空気の吹き込み時間が短くなり、カーボンの燃焼除去が不十分となる場合があった。また、空気の吹き込み時に残存するＣＯＧガスが多い場合には、結果的に異常燃焼を起こしていた。ＣＯＧガスの残存量は、カーボン除去を行うその時々においてバラツキがあるため、ＣＯＧガスの導入を停止してから空気吹き込み時までの適正時間を正確に把握することもできなかった。そこで、本願発明は、空気吹き込み時の異常燃焼を防止しながら、ＣＯＧダクトに付着したカーボンを確実に燃焼除去することを目的とする。

上記課題を解決するために、本願発明は、（１）仕切壁を介して隣接する第１の燃焼室部及び第２の燃焼室部からなる小燃焼室が炉長方向に並設され、前記仕切壁に形成された隙間を介して前記第１の燃焼室部及び前記第２の燃焼室部の間でＣＯＧガスを交互に導通させるコークス炉の燃焼方法において、前記第２の燃焼室部から前記第１の燃焼室部に向かってＣＯＧガスを導通させる前記第２の燃焼室部の燃焼期間内に、第１の垂直バーナを介して前記第１の燃焼室部に連通する第１のＣＯＧダクトに対して不活性ガスを導入することでダクト内に残留するＣＯＧガスをパージし、このパージ後に前記第１のＣＯＧダクトに空気を吹き込むことでダクト内に付着したカーボンを燃焼除去する第１のステップと、前記第１の燃焼室部から前記第２の燃焼室部に向かってＣＯＧガスを導通させる前記第１の燃焼室部の燃焼期間内に、第２の垂直バーナを介して前記第２の燃焼室部に連通する第２のＣＯＧダクトに対して不活性ガスを導入することでダクト内に残留するＣＯＧガスをパージし、このパージ後に前記第２のＣＯＧダクトに空気を吹き込むことでダクト内に付着したカーボンを燃焼除去する第２のステップと、を交互に行うことを特徴とする。

（２）前記第１のステップにおける不活性ガスの流入量は、少なくとも前記第１のＣＯＧダクトの内容積の３３体積％であり、前記第２のステップにおける不活性ガスの流入量は、少なくとも前記第２のＣＯＧダクトの内容積の３３体積％であることを特徴とする（１）に記載のコークス炉の燃焼方法。（２）のコークス炉の燃焼方法によれば、異常燃焼の原因となるＣＯＧダクトの内部での残留ＣＯＧガスと空気との爆発範囲となる予混合を防止できる。

（３）前記第１のステップにおける不活性ガスの流入量は、前記第１のＣＯＧダクトの内容積相当量であり、前記第２のステップにおける不活性ガスの流入量は、前記第２のＣＯＧダクトの内容積相当量であることを特徴とする（２）に記載のコークス炉の燃焼方法。（３）のコークス炉の燃焼方法によれば、ＣＯＧダクトの内部に残留するＣＯＧガスを排出できるので、確実に空気導入時の異常燃焼を防止できる。

（４）前記第１のＣＯＧダクトは、ＣＯＧガス分配管に接続される第１のＣＯＧ管と、この第１のＣＯＧ管に接続されて前記炉長方向に延びるとともに、前記第１の垂直バーナに接続される第１のＣＯＧ水平ダクトを含み、前記第２のＣＯＧダクトは、前記ＣＯＧガス分配管に接続される第２のＣＯＧ管と、この第２のＣＯＧ管に接続されて前記炉長方向に延びるとともに、前記第２の垂直バーナに接続される第２のＣＯＧ水平ダクトを含み、前記第１のＣＯＧ管は、前記ＣＯＧガス分配管から導入されるＣＯＧガスの流入を許容する全開位置と、ＣＯＧガスの流入を禁止する全閉位置との間で動作する第１の切替コックを備えており、前記第２のＣＯＧ管は、前記ＣＯＧガス分配管から導入されるＣＯＧガスの流入を許容する全開位置と、ＣＯＧガスの流入を禁止する全閉位置との間で動作する第２の切替コックを備えており、前記第１のステップにおいて、前記第１の切替コックのＣＯＧガス流出側に対応する二次側から不活性ガスを導入し、前記第２のステップにおいて、前記第２の切替コックのＣＯＧガス流出側に対応する二次側から不活性ガスを導入することを特徴とする（１）乃至（３）のうちいずれか一つに記載のコークス炉の燃焼方法。

（５）前記第１の燃焼室部の燃焼期間経過直後に、前記第１のステップを開始し、前記第２の燃焼室部の燃焼期間経過直後に、前記第２のステップを開始することを特徴とする（１）乃至（４）のうちいずれか一つに記載のコークス炉の燃焼方法。

（６）前記第２の燃焼室部の燃焼期間が経過するまで、前記第１のステップにおける空気の吹き込みを継続し、前記第１の燃焼室部の燃焼期間が経過するまで、前記第２のステップにおける空気の吹き込みを継続することを特徴とする（５）に記載のコークス炉の燃焼方法。

本願発明によれば、空気吹き込み時の異常燃焼を防止しながら、ＣＯＧダクトに付着したカーボンを確実に燃焼除去することができる。

コークス炉を炉長方向に沿って切断したコークス炉の一部における一方の断面図である。 コークス炉を炉長方向に沿って切断したコークス炉の一部における他方の断面図である。 奇数側ＣＯＧ管（偶数側ＣＯＧ管）の拡大図である。 コークス炉の燃焼方法に関わる要素の機能ブロック図である。 コークス炉の燃焼方法を説明するためのタイミングチャートである。 空気の吹き込み量を説明するためのグラフである。 実施例で用いたＣＯＧダクト（模型）の概略図である。 従来のコークス炉燃焼方法を説明するためのタイミングチャートである。

図１及び図２はコークス炉を炉長方向に沿って切断したコークス炉の一部における断面図であり、図１は燃焼室の炉幅方向中央を基準とした一方の断面図であり、図２は燃焼室の炉幅方向中央を基準とした他方の断面図である。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は互いに直交する異なる三軸を示している。Ｘ軸はコークス炉の炉幅方向に対応しており、Ｙ軸はコークス炉の炉長方向に対応しており、Ｚ軸はコークス炉の高さ方向に対応している。

これらの図を参照して、コークス炉１は、燃焼室１０と、図示しない炭化室と、蓄熱室２０と、奇数側ＣＯＧダクト（第１のＣＯＧダクトに相当する）３０と、偶数側ＣＯＧダクト（第２のＣＯＧダクトに相当する）４０と、ＣＯＧガス分配管５０と、ＭＩＸガス分配管６０と、ＭＩＸガス水平管７０とを含む。なお、以下の説明において、奇数側ＣＯＧダクト３０及び偶数側ＣＯＧダクト４０を纏めてＣＯＧダクト３０、４０と記載する場合がある。

燃焼室１０は、Ｙ軸方向に並設された複数（例えば、２０〜３０個）の小燃焼室１１から構成されている。各小燃焼室１１は、天井壁面との間に隙間を有する仕切り壁１１ａにより、奇数側小燃焼室部（第１の燃焼室部に相当する）１１ｂ及び偶数側小燃焼室部（第２の燃焼室部に相当する）１１ｃに仕切られている。奇数側小燃焼室部１１ｂの底部には奇数側ＣＯＧダクト３０のガス排出口である奇数側底部ポート１１ｂ１が形成されている。奇数側小燃焼室部１１ｂを燃焼側（立ち側）として用いる場合には、奇数側ＣＯＧダクト３０を介して、奇数側小燃焼室部１１ｂから偶数側小燃焼室部１１ｃに向かって、ＣＯＧガスが導入される。偶数側小燃焼室部１１ｃの底部には偶数側ＣＯＧダクト４０のガス排出口である偶数側底部ポート１１ｃ１が形成されている。偶数側小燃焼室部１１ｃを燃焼側として用いる場合には、偶数側ＣＯＧダクト４０を介して、偶数側小燃焼室部１１ｃから奇数側小燃焼室部１１ｂに向かって、ＣＯＧガスが導入される。

奇数側ＣＯＧダクト３０は、奇数側ＣＯＧ管（第１のＣＯＧ管に相当する）３１、奇数側ＣＯＧ水平ダクト（第１のＣＯＧ水平ダクトに相当する）３２からなる。奇数側ＣＯＧ管３１は鋼管によって構成されており、ＣＯＧガス入り側端部がＣＯＧガス分配管５０に接続され、ＣＯＧガス出側端部が奇数側ＣＯＧ水平ダクト３２に接続されている。奇数側ＣＯＧ管３１の管路には複数のコックが設けられているが、図１及び図２には詳細を図示しない。奇数側ＣＯＧ水平ダクト３２は、Ｙ軸方向に延びており、例えば煉瓦によって構成することができる。奇数側ＣＯＧ水平ダクト３２には、複数の奇数側垂直バーナ（第１の垂直バーナに相当する）３３が連設されており、これらの奇数側垂直バーナ３３はＺ軸方向に延びるとともに、奇数側底部ポート１１ｂ１を介して各奇数側小燃焼室部１１ｂに連通している。

偶数側ＣＯＧダクト４０は、偶数側ＣＯＧ管（第２のＣＯＧ管に相当する）４１、偶数側ＣＯＧ水平ダクト（第２のＣＯＧ水平ダクトに相当する）４２からなる。偶数側ＣＯＧ管４１は鋼管によって構成されており、ＣＯＧガス入り側端部がＣＯＧガス分配管５０に接続され、ＣＯＧガス出側端部が偶数側ＣＯＧ水平ダクト４２に接続されている。偶数側ＣＯＧ管４１の管路には複数のコックが設けられているが、図１及び図２には詳細を図示しない。偶数側ＣＯＧ水平ダクト４２は、Ｙ軸方向に延びており、例えば煉瓦によって構成することができる。偶数側ＣＯＧ水平ダクト４２には、複数の偶数側垂直バーナ（第２の垂直バーナに相当する）４３が連設されており、これらの偶数側垂直バーナ４３はＺ軸方向に延びるとともに、偶数側底部ポート１１ｃ１を介して各偶数側小燃焼室部１１ｃに連通している。

図３は奇数側ＣＯＧ管３１（偶数側ＣＯＧ管４１）の拡大図である。図４は、本実施形態のコークス炉の燃焼方法に関わる要素の機能ブロック図である。これらの図を参照して、奇数側ＣＯＧ管３１（偶数側ＣＯＧ管４１）は、Ｚ軸方向に延びる第１奇数側ＣＯＧ縦管部３１１（第１偶数側ＣＯＧ縦管部４１１）と、Ｙ軸方向に延びる奇数側ＣＯＧ水平管部３１２（偶数側ＣＯＧ水平管部４１２）と、Ｚ軸方向に延びる第２奇数側ＣＯＧ縦管部３１３（第２偶数側ＣＯＧ縦管部４１３）とからなる。第１奇数側ＣＯＧ縦管部３１１（第１偶数側ＣＯＧ縦管部４１１）の下端部はＣＯＧガス分配管５０に接続されており、第１奇数側ＣＯＧ縦管部３１１（第１偶数側ＣＯＧ縦管部４１１）の上端部は奇数側ＣＯＧ水平管部３１２（偶数側ＣＯＧ水平管部４１２）の管路の途中に接続されている。第２奇数側ＣＯＧ縦管部３１３（第２偶数側ＣＯＧ縦管部４１３）は、一端側が奇数側ＣＯＧ水平管部３１２（偶数側ＣＯＧ水平管部４１２）の終端部に接続され、他端側が奇数側ＣＯＧ水平ダクト３２（偶数側ＣＯＧ水平ダクト４２）に接続されている。

第１奇数側ＣＯＧ縦管部３１１（第１偶数側ＣＯＧ縦管部４１１）には、奇数側ＣＯＧ自動切替コック（第１の切替コックに相当する）３１ａ（偶数側ＣＯＧ自動切替コック（第２の切替コックに相当する）４１ａ）及び奇数側ＣＯＧ手動コック３１ｂ（偶数側ＣＯＧ手動コック４１ｂ）が設けられている。奇数側ＣＯＧ自動切替コック３１ａ（偶数側ＣＯＧ自動切替コック４１ａ）は、第１奇数側ＣＯＧ縦管部３１１（第１偶数側ＣＯＧ縦管部４１１）のＣＯＧガス入り側端部に設けられている。奇数側ＣＯＧ手動コック３１ｂ（偶数側ＣＯＧ手動コック４１ｂ）は、奇数側ＣＯＧ自動切替コック３１ａ（偶数側ＣＯＧ自動切替コック４１ａ）のＣＯＧガス導入方向（矢印で示す）における下流側に設けられている。

奇数側ＣＯＧ自動切替コック３１ａ（偶数側ＣＯＧ自動切替コック４１ａ）は、奇数側コック駆動モータ３１０ａ（偶数側コック駆動モータ４１０ａ）を回転駆動させることにより、全開位置と全閉位置との間で動作する。奇数側コック駆動モータ３１０ａ（偶数側コック駆動モータ４１０ａ）は、コントローラ１００によって駆動制御される。コントローラ１００には、ＣＰＵなどを用いることができる。

奇数側ＣＯＧ自動切替コック３１ａ（偶数側ＣＯＧ自動切替コック４１ａ）が全開になると、ＣＯＧガス分配管５０から奇数側ＣＯＧ管３１（偶数側ＣＯＧ管４１）の内部に向かってＣＯＧガスが導入される。奇数側ＣＯＧ自動切替コック３１ａ（偶数側ＣＯＧ自動切替コック４１ａ）が全閉になると、奇数側ＣＯＧ管３１（偶数側ＣＯＧ管４１）に対するＣＯＧガスの導入が禁止される。

奇数側ＣＯＧ手動コック３１ｂ（偶数側ＣＯＧ手動コック４１ｂ）は、奇数側ＣＯＧ自動切替コック３１ａ（偶数側ＣＯＧ自動切替コック４１ａ）を介して奇数側ＣＯＧ管３１（偶数側ＣＯＧ管４１）の内部に導入されたＣＯＧガスの流量を調節する。奇数側ＣＯＧ手動コック３１ｂ（偶数側ＣＯＧ手動コック４１ｂ）は手動により開度を調節することができる。ただし、通常、コークス炉の稼働中に奇数側ＣＯＧ手動コック３１ｂ（偶数側ＣＯＧ手動コック４１ｂ）の開度は、変更されることなく一定である。したがって、奇数側ＣＯＧ手動コック３１ｂ（偶数側ＣＯＧ手動コック４１ｂ）の開度に応じた所定量のＣＯＧガスが奇数側ＣＯＧ管３１（偶数側ＣＯＧ管４１）の内部に導入される。

奇数側ＣＯＧ自動切替コック３１ａ（偶数側ＣＯＧ自動切替コック４１ａ）及び奇数側ＣＯＧ手動コック３１ｂ（偶数側ＣＯＧ手動コック４１ｂ）の間には、奇数側Ｎ_２ガス導入管３１ｃ（偶数側Ｎ_２ガス導入管４１ｃ）が挿入されている。すなわち、奇数側Ｎ_２ガス導入管３１ｃ（偶数側Ｎ_２ガス導入管４１ｃ）は、奇数側ＣＯＧ自動切替コック３１ａ（偶数側ＣＯＧ自動切替コック４１ａ）のＣＯＧガス排出側に対応する二次側から不活性ガスとしてのＮ_２ガスを導入する。

奇数側Ｎ_２ガス導入管３１ｃ（偶数側Ｎ_２ガス導入管４１ｃ）の管路には奇数側Ｎ_２弁３１ｄ（偶数側Ｎ_２弁４１ｄ）が設けられている。奇数側Ｎ_２弁３１ｄ（偶数側Ｎ_２弁４１ｄ）は、奇数側Ｎ_２弁駆動モータ３１０ｄ（偶数側Ｎ_２弁駆動モータ４１０ｄ）を回転駆動させることにより、全開位置と全閉位置との間で動作する。奇数側Ｎ_２弁駆動モータ３１０ｄ（偶数側Ｎ_２弁駆動モータ４１０ｄ）は、コントローラ１００によって駆動制御される。

奇数側ＣＯＧ水平管部３１２（偶数側ＣＯＧ水平管部４１２）の始端部には奇数側空気導入フラッパー弁３１２ａ（偶数側空気導入フラッパー弁４１２ａ）が設けられている。奇数側空気導入フラッパー弁３１２ａ（偶数側空気導入フラッパー弁４１２ａ）は、奇数側フラッパー弁駆動モータ３１２ｂ（偶数側フラッパー弁駆動モータ４１２ｂ）を回転駆動させることにより、全開位置と全閉位置との間で動作する。奇数側フラッパー弁駆動モータ３１２ｂ（偶数側フラッパー弁駆動モータ４１２ｂ）は、コントローラ１００によって駆動制御される。コントローラ１００が奇数側フラッパー弁駆動モータ３１２ｂ（偶数側フラッパー弁駆動モータ４１２ｂ）の駆動時間及び駆動速度を制御することにより、奇数側空気導入フラッパー弁３１２ａ（偶数側空気導入フラッパー弁４１２ａ）の開閉速度、開き時間が調節され、奇数側ＣＯＧダクト３０（偶数側ＣＯＧダクト４０）の内部に吹き込まれる空気の流量を調節することができる。コントローラ１００は、上述の制御処理を、タイマー２００のカウント結果に基づき実行することができる。

図５は本実施形態のコークス炉の燃焼方法を説明するためのタイミングチャートである。初期状態（コークス炉の操業開始時）において、奇数側ＣＯＧ自動切替コック３１ａ、偶数側ＣＯＧ自動切替コック４１ａ、奇数側空気導入フラッパー弁３１２ａ、偶数側空気導入フラッパー弁４１２ａ、奇数側Ｎ_２弁３１ｄ及び偶数側Ｎ_２弁４１ｄは全て閉じられており、奇数側ＣＯＧ手動コック３１ｂ及び偶数側ＣＯＧ手動コック４１ｂは所定の開度に設定されているものとする。

コントローラ１００は、タイマー２００を作動させるとともに、奇数側コック駆動モータ３１０ａを駆動することにより、全閉位置から全開位置に向かって奇数側ＣＯＧ自動切替コック３１ａを移動させる。奇数側ＣＯＧ自動切替コック３１ａが全開位置に向かって移動すると、ＣＯＧガス分配管５０から奇数側ＣＯＧ管３１の内部に向かって徐々にＣＯＧガスが導入され、奇数側ＣＯＧ手動コック３１ｂの開度に応じた量のＣＯＧガスが奇数側小燃焼室部１１ｂに吹き込まれて、奇数側小燃焼室部１１ｂが燃焼する。

コントローラ１００は、さらに、タイマー２００の作動開始時に偶数側Ｎ_２弁駆動モータ４１０ｄを駆動することにより、偶数側Ｎ_２弁４１ｄを開き方向に移動させる。偶数側Ｎ_２弁４１ｄが開き方向に移動すると、偶数側Ｎ_２ガス導入管４１ｃを介してＮ_２ガスが偶数側ＣＯＧ管４１の内部に導入され、偶数側ＣＯＧダクト４０に残留するＣＯＧガスが偶数側小燃焼室部１１ｃに向けてパージされる。

また、本実施形態では、奇数側ＣＯＧ自動切替コック３１ａのＣＯＧガス排出側に対応する二次側、つまり、奇数側ＣＯＧ自動切替コック３１ａの直後からＮ_２ガスを導入しているため、ＣＯＧ残留ポケットをより少なくすることができる。

ここで、Ｎ_２ガスの吹き込み量（Ｑ）は偶数側ＣＯＧダクト４０の内容積（Ｖ）の３３体積％以上１００体積％以下の範囲で適宜選択することができる。前記下限値は、後述の実施例に基づく。これにより、局所的に残留するＣＯＧガスと導入空気とが爆発範囲の予混合状態となる部位がなくなり、異常燃焼を防止できる。ただし、ＣＯＧダクト３０、４０の形状によってＣＯＧガスの滞留しやすい部位が異なったり、Ｎ_２ガスの流速（これは、Ｎ_２ガスの元圧で変わる。）によって排出挙動が異なったりするので、実際の適用条件に合わせて調整する。Ｎ_２ガスの吹き込み量が内容積相当（１００体積％）となると、残留するＣＯＧガスが確実にＮ_２と置換される。従って、安全サイドとなり、これ以上とする必要はない。一方、これを越えてＮ_２の吹き込み時間が長くなると、空気を導入する時間が短くなり、カーボン除去が十分に行えなくなる。したがって、Ｎ_２ガスの吹き込み量（Ｑ）の設定は、上記２つの観点から、操業状況を鑑みて決定する。

つまり、コントローラ１００は、Ｎ_２ガスの吹き込み量が前記決定値となるように、偶数側Ｎ_２弁駆動モータ４１０ｄの駆動を制御することで、Ｎ_２吹き込みによるパージ処理を行う。コントローラ１００は、偶数側Ｎ_２弁駆動モータ４１０ｄの駆動を制御して、偶数側Ｎ_２弁４１ｄを全閉位置に移動させることでＮ_２吹き込みによるパージ処理を終了する。

ここで、コントローラ１００は、Ｎ_２ガスの吹き込み量（Ｑ）を時間で制御する。偶数側ＣＯＧダクト４０におけるＣＯＧガスのパージ時間をＴ１、Ｎ_２ガスの吹き込み速度をｆとしたとき、Ｔ１＝Ｑ／ｆとなる。ここに、前記Ｑの上下限制約から、Ｔ１は、０．３３Ｖ／ｆ≦Ｔ１≦Ｖ／ｆの範囲となる。

例えば、実施例で示すように、一つの奇数側ＣＯＧダクト３０（偶数側ＣＯＧダクト４０）の内容積が０．２３ｍ^３で、この奇数側ＣＯＧダクト３０（偶数側ＣＯＧダクト４０）の設置個所が１３０か所である場合、一回におけるＮ_２ガスの吹き込み量は、約１０から３０ｍ^３の範囲で設定する。さらに、吹き込み速度ｆが０．０３８ｍ^３／分の場合、吹き込み時間Ｔ１の範囲は、２分から６分である。

コントローラ１００は、偶数側Ｎ_２弁４１ｄが閉じ動作を完了すると、直ちに偶数側フラッパー弁駆動モータ４１２ｂを駆動することにより、偶数側空気導入フラッパー弁４１２ａを開き方向に動作させる。偶数側空気導入フラッパー弁４１２ａが開き方向に移動すると、エジェクタ効果により、偶数側ＣＯＧ管４１の内部に空気が引き込まれ、偶数側ＣＯＧダクト４０の壁面に付着したカーボンを燃焼除去することができる。

空気の吹き込み時間は、偶数側Ｎ_２弁４１ｄが閉じた直後から奇数側燃焼室部１１ｂの燃焼終了時までとするのが好ましい。これにより、空気の吹き込み時間を長くできるため、より確実にカーボンを燃焼除去することができる。

すなわち、本実施形態では、奇数側小燃焼室部１１ｂの燃焼終了とともに空気の吹き込みが停止されるように、奇数側小燃焼室部１１ｂの燃焼終了時間の１分前から偶数側空気導入フラッパー弁４１２ａの閉じ動作を開始している。

コントローラ１００は、奇数側小燃焼室部１１ｂの燃焼が終了すると、偶数側コック駆動モータ４１０ａを駆動することにより、全閉位置から全開位置に向かって偶数側ＣＯＧ自動切替コック４１ａを移動させる。偶数側ＣＯＧ自動切替コック４１ａが全開位置に向かって移動すると、ＣＯＧガス分配管５０から偶数側ＣＯＧ管４１の内部に向かって徐々にＣＯＧガスが導入され、偶数側ＣＯＧ手動コック４１ｂの開度に応じた量のＣＯＧガスが偶数側小燃焼室部１１ｃに吹き込まれることで、偶数側小燃焼室部１１ｃが燃焼する。

コントローラ１００は、さらに、奇数側Ｎ_２弁駆動モータ３１０ｄを駆動することにより、奇数側Ｎ_２弁３１ｄを開き方向に移動させる。奇数側Ｎ_２弁３１ｄが開き方向に移動すると、奇数側Ｎ_２ガス導入管３１ｃを介してＮ_２ガスが奇数側ＣＯＧ管３１の内部に導入され、奇数側ＣＯＧダクト３０に残留するＣＯＧガスをパージする。

ここで、Ｎ_２ガスの吹き込み量は奇数側ＣＯＧダクト３０の内容積以上とするのが好ましい。Ｎ_２ガスの吹き込み量が奇数側ＣＯＧダクト３０の内容積相当であれば、奇数側ＣＯＧダクト３０に残留するＣＯＧガスを確実にパージでき、残留するＣＯＧガスをＮ_２ガスに置換できる。つまり、コントローラ１００は、Ｎ_２ガスの吹き込み量が奇数側ＣＯＧダクト３０の内容積以上となるように、奇数側Ｎ_２弁駆動モータ３１０ｄの駆動を制御することで、Ｎ_２吹き込みによるパージ処理を行う。コントローラ１００は、
奇数側Ｎ_２弁駆動モータ３１０ｄの駆動を制御して、奇数側Ｎ_２弁３１ｄを全閉位置に移動させることでＮ_２吹き込みによるパージ処理を終了する。例えば、Ｎ_２ガスの吹き込み能力が５ｍ^３／ｍｉｎである場合、パージ時間を１．９５ｍｉｎ以上に設定することができる。

また、本実施形態では、奇数側ＣＯＧ自動切替コック３１ａのＣＯＧガス排出側に対応する二次側、つまり、奇数側ＣＯＧ自動切替コック３１ａの直後からＮ_２ガスを導入しているため、ＣＯＧ残留ポケットをより少なくすることができる。

ただし、Ｎ_２ガスの吹き込み時間が長くなると、空気を導入する時間が短くなってしまう。したがって、異常燃焼を抑制できる最低量でＮ_２を吹き込むとよい。

コントローラ１００は、奇数側Ｎ_２弁３１ｄが閉じ動作を完了すると、直ちに奇数側フラッパー弁駆動モータ３１２ｂを駆動して、奇数側空気導入フラッパー弁３１２ａを開き方向に動作させる。奇数側空気導入フラッパー弁３１２ａが開き方向に移動すると、エジェクタ効果により、奇数側ＣＯＧ管３１の内部に空気が引き込まれ、奇数側ＣＯＧダクト３０の壁面に付着したカーボンを燃焼除去することができる。

空気の吹き込み時間は、奇数側Ｎ_２弁３１ｄが閉じた直後から偶数側燃焼室部１１ｃの燃焼終了時までとするのが好ましい。これにより、空気の吹き込み時間を長くできるため、より確実にカーボンを燃焼除去することができる。

すなわち、本実施形態では、偶数側小燃焼室部１１ｃの燃焼終了とともに空気の吹き込みが停止されるように、偶数側小燃焼室部１１ｃの燃焼終了時間の１分前から偶数側空気導入フラッパー弁４１２ａの閉じ動作を開始している。

このように、本実施形態では、空気を吹き込む前にＮ_２ガスをＣＯＧダクト３０、４０に導入することにより、ＣＯＧダクト３０、４０に残留するＣＯＧガスをパージしている。したがって、空気の吹き込み時に吹き込まれた空気と残留したＣＯＧガスとが混合することによる異常燃焼を起こりにくくすることができる。また、本実施形態では、Ｎ_２ガスをＣＯＧダクト３０、４０に導入することにより、積極的にＣＯＧガスをパージして除去しているため、空気の吹き込み時間をより長くすることができる。これにより、ＣＯＧガスの残留による異常燃焼を抑止しながら、カーボンの燃焼除去をより確実に行うことができるため、コークス炉を安定的に操業することができる。

上述の効果について、図６を参照しながら、より具体的に説明する。図６は空気の吹き込み量を説明するためのグラフであり、横軸が空気の吹き込み時間、縦軸が奇数側空気導入フラッパー弁３１２ａ（偶数側空気導入フラッパー弁４１２ａ）の弁開度である。実施形態の弁開度を実線、比較例１の弁開度を鎖線、比較例２の弁開度を一点鎖線で示している。

図６の実施形態では、２分間のＮ_２ガス吹き込みを行った後、直ちに空気を導入しているため、空気の総吹き込み量は、ハッチングで示す台形の面積Ｓに相当する（図６ｂ参照）。一方、比較例１では、ＣＯＧガスがＣＯＧダクトから抜けるまで、空気の吹き込みを遅延させる必要があるため、図６の実施形態の５分遅れで空気の吹き込みが行われる。したがって、比較例１の空気の総吹き込み量は、ハッチングで示す台形の面積Ｓ１に相当する（図６ｃ参照）。また、比較例２では、空気の吹き込みを段階的に増加しているため、空気の総吹き込み量は、ハッチングで示す多角形の面積Ｓ２に相当する（図６ｄ参照）。面積Ｓは、面積Ｓ１及びＳ２よりも大きいため、本実施形態のコークス炉の燃焼方法を実施することで、従来の方法よりも空気の吹き込み量が増大して、カーボンの燃焼除去をより確実に行うことができる。

実施例を示して、本発明についてより具体的に説明するとともに、Ｎ_２ガスの吹き込み量の下限値の決定根拠を示す。図７の実物大模型を用いてＣＯＧダクトの異常燃焼実験を行った。同図を参照して、第１ＣＯＧ縦管部５００（本実施形態の第１奇数側ＣＯＧ縦管部３１１、第１偶数側ＣＯＧ縦管部４１１に相当する）の内径を０．１ｍ、長さを１ｍとして、内容積を０．００８ｍ^３とした。ＣＯＧ水平管部６００（本実施形態の奇数側ＣＯＧ水平管部３１２、偶数側ＣＯＧ水平管部４１２に相当する）の内径を０．１５ｍ、長さを２ｍとして、内容積を０．０３５ｍ^３とした。第２奇数側ＣＯＧ縦管部７００（本実施形態の第２奇数側ＣＯＧ縦管部３１３、第２偶数側ＣＯＧ縦管部４１３に相当する）の内径を０．１５ｍ、長さを１ｍとして、内容積を０．０１８ｍ^３とした。ＣＯＧ水平ダクト８００（本実施形態の奇数側ＣＯＧ水平ダクト３２、偶数側ＣＯＧ水平ダクト４２に相当する）の内径を０．１６ｍ、長さを８．４ｍとして、内容積を０．１６８ｍ^３とした。つまり、ＣＯＧダクト３００（実施形態の奇数側ＣＯＧダクト３０、偶数側ＣＯＧダクト４０に相当する）の内容積を０．２３０ｍ^３とした。

ＣＯＧダクト３００の内部にＣＯＧガスを充填した後、Ｎ_２ガスを１分、１.５分、２分、４分、６分吹き込んだ後、空気を導入して、異常燃焼の有無を爆発音で判別した。Ｎ_２ガスの流量は、０．０３８ｍ^３／ｍｉｎに設定した。なお、ＣＯＧダクト３００の内容積に対するＮ_２の吹き込み割合は、吹き込み時間が６分の場合１００体積％であり、吹き込み時間が４分の場合６６体積％であり、吹き込み時間が２分の場合３３体積％であり、吹き込み時間が１．５分の場合２３体積％であり、吹き込み時間が１分の場合１７体積％であった。試験結果を表１に示した。

上述の試験結果から、Ｎ_２ガスの吹き込みを少なくとも２分行うことで、異常燃焼を防止できることがわかった。つまり、ＣＯＧダクト３００の内容積に対するＮ_２の吹き込み割合が３３体積％以上であれば、異常燃焼が起こらないことがわかった。

１：コークス炉
１０：燃焼室
１１ａ：仕切り壁
１１ｂ：奇数側小燃焼室部
１１ｃ：偶数側小燃焼室部
３０：奇数側ＣＯＧダクト
３１：奇数側ＣＯＧ管
３１ａ：奇数側ＣＯＧ自動切替コック
３２：奇数側ＣＯＧ水平ダクト
３３：奇数側垂直バーナ
４０：偶数側ＣＯＧダクト
４１：偶数側ＣＯＧ管
４１ａ：偶数側ＣＯＧ自動切替コック
４２：偶数側ＣＯＧ水平ダクト
４３：偶数側垂直バーナ

Claims (6)

1. 仕切壁を介して隣接する第１の燃焼室部及び第２の燃焼室部からなる小燃焼室が炉長方向に並設され、前記仕切壁に形成された隙間を介して前記第１の燃焼室部及び前記第２の燃焼室部の間でＣＯＧガスを交互に導通させるコークス炉の燃焼方法において、
   前記第２の燃焼室部から前記第１の燃焼室部に向かってＣＯＧガスを導通させる前記第２の燃焼室部の燃焼期間内に、第１の垂直バーナを介して前記第１の燃焼室部に連通する第１のＣＯＧダクトに対して不活性ガスを導入することでダクト内に残留するＣＯＧガスをパージし、このパージ後に前記第１のＣＯＧダクトに空気を吹き込むことでダクト内に付着したカーボンを燃焼除去する第１のステップと、
   前記第１の燃焼室部から前記第２の燃焼室部に向かってＣＯＧガスを導通させる前記第１の燃焼室部の燃焼期間内に、第２の垂直バーナを介して前記第２の燃焼室部に連通する第２のＣＯＧダクトに対して不活性ガスを導入することでダクト内に残留するＣＯＧガスをパージし、このパージ後に前記第２のＣＯＧダクトに空気を吹き込むことでダクト内に付着したカーボンを燃焼除去する第２のステップと、
   を交互に行うことを特徴とするコークス炉の燃焼方法。
2. 前記第１のステップにおける不活性ガスの流入量は、少なくとも前記第１のＣＯＧダクトの内容積の３３体積％であり、
   前記第２のステップにおける不活性ガスの流入量は、少なくとも前記第２のＣＯＧダクトの内容積の３３体積％であることを特徴とする請求項１に記載のコークス炉の燃焼方法。
3. 前記第１のステップにおける不活性ガスの流入量は、前記第１のＣＯＧダクトの内容積相当量であり、
   前記第２のステップにおける不活性ガスの流入量は、前記第２のＣＯＧダクトの内容積相当量であることを特徴とする請求項２に記載のコークス炉の燃焼方法。
4. 前記第１のＣＯＧダクトは、ＣＯＧガス分配管に接続される第１のＣＯＧ管と、この第１のＣＯＧ管に接続されて前記炉長方向に延びるとともに、前記第１の垂直バーナに接続される第１のＣＯＧ水平ダクトを含み、
   前記第２のＣＯＧダクトは、前記ＣＯＧガス分配管に接続される第２のＣＯＧ管と、この第２のＣＯＧ管に接続されて前記炉長方向に延びるとともに、前記第２の垂直バーナに接続される第２のＣＯＧ水平ダクトを含み、
   前記第１のＣＯＧ管は、前記ＣＯＧガス分配管から導入されるＣＯＧガスの流入を許容する全開位置と、ＣＯＧガスの流入を禁止する全閉位置との間で動作する第１の切替コックを備えており、
   前記第２のＣＯＧ管は、前記ＣＯＧガス分配管から導入されるＣＯＧガスの流入を許容する全開位置と、ＣＯＧガスの流入を禁止する全閉位置との間で動作する第２の切替コックを備えており、
   前記第１のステップにおいて、前記第１の切替コックのＣＯＧガス流出側に対応する二次側から不活性ガスを導入し、
   前記第２のステップにおいて、前記第２の切替コックのＣＯＧガス流出側に対応する二次側から不活性ガスを導入することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載のコークス炉の燃焼方法。
5. 前記第１の燃焼室部の燃焼期間経過直後に、前記第１のステップを開始し、
   前記第２の燃焼室部の燃焼期間経過直後に、前記第２のステップを開始することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一つに記載のコークス炉の燃焼方法。
6. 前記第２の燃焼室部の燃焼期間が経過するまで、前記第１のステップにおける空気の吹き込みを継続し、
   前記第１の燃焼室部の燃焼期間が経過するまで、前記第２のステップにおける空気の吹き込みを継続することを特徴とする請求項５に記載のコークス炉の燃焼方法。