JP2016023230A - コークス乾式消火設備及びそのガス出口フリュー部構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスの排出流に随伴される粉粒や粉塵を低減するとともに、耐久性に優れる仕切板を備えるコークス乾式消火設備を提供すること。
【解決手段】プレチャンバ１０Ａとクーリングチャンバ１０Ｂとを備えるチャンバ１０を具備するコークス乾式消火設備のガス出口フリュー部構造１１０であって、プレチャンバ１０Ａの壁内に形成される環状ダクトと、環状ダクトの下方の壁内に形成され、プレチャンバ１０Ａの内周面に沿って柱レンガで複数に区分された、環状ダクト１２に連通する複数のガス流路と、ガス流路を区画する区画部材と、を備えており、区画部材は、ガス流路を上下に区画する複数に分割された仕切板と、仕切板を支持する支持部と、支持部を柱レンガに固定する固定部と、を有するコークス乾式消火設備１００のガス出口フリュー部構造１１０を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、コークス乾式消火設備、及びコークス乾式消火設備のガス出口フリュー部構造に関する。

コークス乾式消火設備（Coke Dry Quenching equipment：ＣＤＱ）は、製鉄所等において、コークス炉で乾留された高温のコークスを冷却用の不活性ガス等で消火する設備である。ＣＤＱは、高温のコークスを不活性ガス等で徐冷することによって、コークスの品質を向上させる機能を有する。また、ＣＤＱは、系内でガスを循環させることによって、廃熱ボイラ等の熱回収装置でコークスの顕熱を回収し省エネルギー化を図っている。

ところで、ＣＤＱにおいて高温のコークスと接触したガス中には、コークスに由来する多量の粉粒や粉塵が浮遊している。このような粉粒や粉塵を除去するために、集塵装置が用いられる。しかしながら、ガスに随伴する粉粒や粉塵が多くなると、集塵装置の負荷が大きくなり、また、集塵装置の下流側にあるボイラに影響を及ぼすことが懸念される。このため、ＣＤＱのチャンバからガスを排出するガス出口フリュー部において、ガス排出口を仕切る仕切板を設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２７７６６５号公報

ガス出口フリュー部に仕切板を設けることによって、ガスの排出流の偏流が低減され、ガスの排出流に随伴する粉粒や粉塵を低減することができる。しかしながら、仕切板は、通常金属製のものが用いられているものの、損傷頻度が高い傾向にある。このため、仕切板の耐久性を向上する技術を確立することが求められている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ガスの排出流に随伴する粉粒や粉塵を低減するとともに、耐久性に優れる仕切板を備えるコークス乾式消火設備、及びそのガス出口フリュー部構造を提供することを目的とする。

本発明者らは仕切板の損傷の原因を種々検討した。その結果、仕切板の損傷は、熱応力によるクリープ損傷が主な原因であることが分かった。すなわち、コークス乾式消火設備のガス出口フリュー部に設けられる仕切板は、ガスの排出流に随伴する粉粒や粉塵を低減するために、所定の大きさを有する必要がある。そのような大きさを有する仕切板には、大きな温度分布が生じており、高温ガスが接触する高温部（仕切板上部）、コークスが接触する低温部（仕切板下部）、その他の領域の中温部（仕切板中部）を有することとなる。この場合、高温部と低温部の温度差は、２００℃以上にもなる場合がある。このような温度差に伴って生じる熱応力によってクリープ損傷が生じていることを見出した。

そこで、本発明では、プレチャンバとプレチャンバの下方にクーリングチャンバとを備えるチャンバを具備するコークス乾式消火設備のガス出口フリュー部構造であって、プレチャンバの壁内に形成される環状ダクトと、環状ダクトの下方の壁内に形成され、プレチャンバの内周面に沿って柱レンガで複数に区分された、環状ダクトに連通するガス流路と、ガス流路を区画する区画部材と、を備えており、区画部材は、ガス流路を上下に区画する複数に分割された仕切板と、仕切板を支持する支持部と、支持部を柱レンガに固定する固定部と、を有するコークス乾式消火設備のガス出口フリュー部構造を提供する。

本発明のガス出口フリュー部構造は、ガス流路を上下に区画する複数に分割された仕切板を有する。このように仕切板を複数に分割することによって、仕切板の大きさを、従来よりも小さくすることができる。これによって、一枚の仕切板に生じる熱応力を低減してクリープ損傷を抑制することができる。また、一枚の仕切板が小さくても、複数の仕切板の合計の大きさを所定の大きさにすることによって、ガスの排出流の偏流が低減されて、ガスの排出流に随伴する粉粒や粉塵を低減することができる。

上記仕切板は、ガスの流通方向に並ぶように分割されていてもよい。これによって、一枚の仕切板に生じる温度差を低減して、熱応力を一層低減することができる。したがって、クリープ損傷を一層抑制することが可能となる。

上記仕切板は、ガスの流通方向に並ぶように分割されており、分割されたそれぞれの仕切板は、互いに隣接する仕切板の端部同士が重なり合うようにして支持部に支持されていてもよい。これによって、熱膨張によって隣接する仕切板同士が接触して変形することを抑制することができる。

上記仕切板は、ガスの流通方向に並ぶように分割されており、当該仕切板は、互いに隣接する、第１の仕切板と第１の仕切板よりもガスの流通方向の下流側に配置される第２の仕切板とを有し、第１の仕切板と第２の仕切板は、第２の仕切板の下端部が第１の仕切板の上端部を覆うように、重ね合わせられていてもよい。

これによって、熱膨張が発生して隣接する仕切板同士が接触して変形することを抑制するとともに、コークスの荷下がりを良好に維持することができる。すなわち、ガスの流通方向とは逆方向にコークスは荷下がりする必要がある、第２の仕切板の下端が第１の仕切板の上端を覆うように重ねあわせることによって、コークスが第１の仕切板と第２の仕切板を重なりあわせることによって生じる段差に、コークスが引っ掛かることが抑制される。これによって、コークスの荷下がりを良好に維持することができる。

複数に分割された仕切板の少なくとも一つは湾曲していてもよい。これによって、仕切板の剛性が一層高くなり、変形し難くなる。また、複数に分割された仕切板の少なくとも一つと支持部とが、溶接とは異なる連結手段を介して連結されていてもよい。これによって、熱応力によって、支持部から仕切板が分離することを十分に抑制することができる。

本発明ではまた、プレチャンバ及びプレチャンバの下方にクーリングチャンバを備えるチャンバと、プレチャンバの壁内に形成される環状ダクトと、環状ダクトの下方の壁内に形成され、プレチャンバの内周面に沿って柱レンガで複数に区分された、環状ダクトに連通する複数のガス流路と、ガス流路を区画する区画部材と、を備えており、区画部材は、ガス流路を上下に区画する複数に分割された仕切板と、仕切板を支持する支持部と、支持部を柱レンガに固定する固定部とを有するコークス乾式消火設備を提供する。

本発明のコークス乾式消火設備は、ガス流路を上下に区画する複数に分割された仕切板を有する。このように複数に分割することによって、仕切板の大きさを、従来よりも小さくすることができる。分割された仕切板をガスの流通方向に沿って並べることによって、一枚の仕切板に生じる熱応力が低減され、クリープ損傷を抑制することができる。また、一枚の仕切板が小さくても、複数の仕切板の合計の大きさを所定の大きさにすることによって、ガスの排出流の偏流が低減されて、ガスの排出流に随伴する粉粒や粉塵を低減することができる。

本発明によれば、ガスの排出流に随伴する粉粒や粉塵を低減するとともに、耐久性に優れる仕切板を備えるコークス乾式消火設備、及びそのガス出口フリュー部構造を提供することができる。

本発明のコークス乾式消火設備の一実施形態を示す概略図である。 本発明のコークス乾式消火設備のガス出口フリュー部構造の一実施形態を示す概略図である。 本発明のコークス乾式消火設備のガス出口フリュー部構造の一実施形態を示す概略図である。 本発明のコークス乾式消火設備のガス出口フリュー部構造の一実施形態を示す概略図である。 本発明のコークス乾式消火設備のガス出口フリュー部構造の一実施形態における区画部材を示す斜視図である。 本発明のコークス乾式消火設備のガス出口フリュー部構造の一実施形態における区画部材の変形例を示す図である。 本発明のコークス乾式消火設備のガス出口フリュー部構造の一実施形態における区画部材の別の変形例を示す図である。 本発明のコークス乾式消火設備のガス出口フリュー部構造の一実施形態における仕切板と支持部との連結構造を示す図である。 本発明のコークス乾式消火設備のガス出口フリュー部構造の別の実施形態を示す概略図である。

以下、場合により図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、各図面において、同一または同等の要素には同一の符号を付与し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明のコークス乾式消火設備の一実施形態を示す概略図である。コークス乾式消火設備１００は、コークス炉から回収されたコークス（赤熱コークス）を冷却用のガスと接触させて冷却する。コークス乾式消火設備１００は、コークス炉から回収されたコークスＣとガスと接触させて、コークスＣを冷却するチャンバ１０を備える。チャンバ１０の上部はプレチャンバ１０Ａであり、チャンバ１０の下部はクーリングチャンバ１０Ｂである。

チャンバ１０を構成するプレチャンバ１０Ａとクーリングチャンバ１０Ｂは、チャンバ１０の塔頂から装入されるコークスＣを冷却する空間を一体的に形成している。プレチャンバ１０Ａの上部は、コークスＣがガス中を落下する空間を形成し、プレチャンバ１０Ａの下部とクーリングチャンバ１０Ｂは、コークスＣが堆積する空間を形成する。

プレチャンバ１０Ａの上方には、チャンバ１０の塔頂までコークスを搬送するクレーン３５が設けられている。コークスＣは、バケットＢに収容された状態でクレーン３５によって搬送される。

クレーン３５によってバケットＢに収容された状態で搬送されたコークスＣは、チャンバ１０の塔頂からプレチャンバ１０Ａ内に装入される。コークスＣは、プレチャンバ１０Ａの上部を落下して、チャンバ１０内に堆積する。

チャンバ１０内に堆積したコークスＣは、クーリングチャンバ１０Ｂの下部から供給される冷却用のガスによって約２００℃に冷却されて、チャンバ１０の塔底から排出装置６０によって排出される。冷却用のガスとしては、窒素などの不活性ガスが用いられる。チャンバ１０内でコークスＣと熱交換して、チャンバ１０内で約９６０℃に昇温したガスは、プレチャンバ１０Ａの側壁に設けられたガス出口フリュー部１１０から排出される。排出されたガスは、ダクト７４を流通して、ボイラ７０で熱回収される。ボイラ７０で発生した水蒸気は、発電設備、製鉄所、及び化学プラント等で使用することができる。

ダクト７４には、衝突板７６が設けられている。ガスの排出流に随伴する粉粒や粉塵は、衝突板７６に衝突して落下する。落下した粉粒や粉塵は、ダクト７４の下部に連結された集塵装置７２で捕捉される。これによって、ボイラ７０に粉粒や粉塵が流入することを抑制している。

ボイラ７０で熱回収されたガスは、循環ブロワ４０及び給水予熱器５０を流通した後、クーリングチャンバ１０Ｂの下部から冷却用のガスとして約１５０℃でチャンバ１０内に供給される。このように、冷却用のガスは循環利用されている。

図２及び図３は、ガス出口フリュー部構造１１０を示す概略図である。ガス出口フリュー部構造１１０は、プレチャンバ１０Ａの壁１５内に形成される環状ダクト１２と、環状ダクト１２の下方の壁１５内に、プレチャンバ１０Ａの内周面に沿って柱レンガ１７で複数に区分され、チャンバ１０の内部と環状ダクト１２に連通する複数のガス流路１３と、ガス流路１３を区画する区画部材１２０と、を備える。ガス出口フリュー部構造１１０では、柱レンガ１７をプレチャンバ１０Ａの内周面に対して放射状に設けることによって、複数のガス流路１３をプレチャンバ１０Ａの内周面に対して放射状に形成している。

チャンバ１０内に堆積したコークスＣの隙間を流通したガスは、ガス出口フリュー部構造１１０のガス流路１３を上昇して環状ダクト１２へ排出される。すなわち、複数設けられるガス流路１３を流通したガスは、環状ダクト１２で合流した後、環状ダクト１２と連通するダクト７４に向かって流通する。複数のガス流路１３のそれぞれには、ガス流路１３を区画する区画部材１２０が設けられている。

図４は、チャンバ１０の中央側からガス出口フリュー部構造１１０をみたときの区画部材１２０の設置状態を示す図である。プレチャンバ１０Ａの周方向に沿って隣接するガス流路１３は、柱レンガ１７によって隔てられている。複数のガス流路１３のそれぞれには、区画部材１２０が設けられている。区画部材１２０は、ガス流路１３を上側（プレチャンバ１０Ａ側）と下側（プレチャンバ１０Ａとは反対側）に区画し、ガスの流通方向に並ぶように複数に分割された仕切板２０と、仕切板２０を支持する支持部２２と、支持部２２を柱レンガ１７に固定する固定部２４とを有する。固定部２４は、例えば角柱又は円柱などの柱状形状であってもよい。

図５は、ガス流路１３を区画する区画部材１２０の斜視図である。区画部材１２０は、３枚の仕切板２０ａ，２０ｂ，２０ｃを有する。３枚の仕切板２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、ガスの流通方向に沿って、上流側（図５中、下側）から仕切板２０ｃ、仕切板２０ｂ、仕切板２０ａの順に並んで支持部２２の上側面に連結されている。このように、仕切板２０が３つに分割されていることから、一枚の仕切板の大きさを従来よりも小さくすることができる。これによって、一枚の仕切板に生じる温度差を小さくすることができ、熱応力に起因するクリープ損傷を抑制することができる。

例えば、仕切板全体が一枚で構成される場合には、上端と下端とで約２００℃の温度差が生じる。これに対し、仕切板２０は、３分割されているため、各仕切板２０ａ，２０ｂ，２０ｃに生じる温度差を６０〜７０℃にすることができる。なお、仕切板の分割数は３枚に限定されるものではなく、２枚であってもよく、４枚以上であってもよい。クリープ損傷を十分に抑制しつつ、製作を容易にする観点から、仕切板の数は３〜５枚であることが好ましい。仕切板２０は金属製であり、例えば、ＳＵＳ３１０Ｓ等を用いることができる。支持部２２も同様の金属製とすることができる。支持部２２の数も２枚に限定されず、３枚以上であってもよい。また、他の幾つかの実施形態では、支持部２２の上部をワイヤ状にして、仕切板が連結された支持部２２を吊り下げる構造としてもよい。

区画部材１２０の構造は、図２〜図５のような構造に限定されず、種々の変形例が挙げられる。例えば、仕切板２０はスリットを有していてもよい。スリットを有することによって、仕切板２０に生じる熱応力を低減してクリープ損傷を一層抑制することができる。図６は、区画部材１２０の変形例を示す図である。図６では、区画部材の一部（仕切板の周囲）を拡大して示している。

図６に示す区画部材の仕切板２５は、仕切板２０ａ，２０ｂ，２０ｃの３枚に分割されている。仕切板２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、互いに隣接する仕切板の端部が重ね合わせられた状態で、平板状の支持部２２の上側面に連結されている。このように、仕切板２０ａ，２０ｂ，２０ｃの端部を重ね合わせることによって、仕切板２０ａが熱膨張したとしても、隣接する仕切板２０ａ，２０ｂ，２０ｃが接触して応力が発生することを抑制できる。

図６において、仕切板２０ｂと、ガスの流通方向を基準として、これよりも下流側に配置される仕切板２０ａは、仕切板２０ａの下端部が仕切板２０ｂの上端部を上から覆うように重ね合わせられている。このように、上流側の仕切板２０ｂの一部を、下流側の仕切板２０ａが上から覆うように重ね合わせることによって、ガス出口フリュー部構造に侵入したコークス、粉粒及び粉塵等が、仕切板２０ａ，２０ｂの重ね合わせ部分に堆積することを抑制できる。また、ガス出口フリュー部構造に侵入したコークス、粉粒及び粉塵等を、ガス出口フリュー部構造の下方に落下し易くすることができる。

図７は、区画部材１２０の変形例を示す図である。図７では、区画部材の一部（仕切板の周囲）を拡大して示している。図７に示す区画部材の仕切板２８は、仕切板２８ａ，２８ｂ，２８ｃの３枚に分割されている。図７の仕切板２８ａ，２８ｂ，２８ｃは、円弧状に湾曲している。３枚の仕切板２８ａ，２８ｂ，２８ｃは、互いに隣接する仕切板の端部が重ね合わせられた状態で、支持部２２の上側面に連結されている。このように、仕切板２８ａ，２８ｂ，２８ｃの端部が重ね合わせられていることから、図６の仕切板２５と同様の作用を有する。

図７において、仕切板２８ｂと、ガスの流通方向を基準として、これよりも下流側に配置される仕切板２８ａは、仕切板２８ａの下端部が仕切板２８ｂの上端部を上から覆うように重ね合わせられている。このように、上流側の仕切板２８ｂの一部を、下流側の仕切板２８ａが上から覆うように重ね合わせることによって、ガス出口フリュー部構造に侵入したコークス、粉粒及び粉塵等が、仕切板２８ａ，２８ｂの重ね合わせ部分に堆積することを抑制できる。

仕切板２８ａ，２８ｂ，２８ｃは支持部２２側に凹部を有し、支持部２２側とは反対側に凸部を有するように湾曲している。これによって、剛性を高くしつつ、ガス出口フリュー部構造に侵入したコークス、粉粒及び粉塵等を、ガス出口フリュー部構造の下方に落下しやすくしている。

図８は、本実施形態のコークス乾式消火設備のガス出口フリュー部構造における仕切板２０ａと支持部２２との連結構造を示す図である。仕切板２０ａには、金属製の連結部２２ａが溶接によって接合されている。連結部２２ａは、分割された仕切板２０ａ，２０ｂ，２０ｃのそれぞれに設けられていてもよい。

連結部２２ａ及び支持部２２には、それぞれボルト８０を挿入する穴が形成されている。これらの穴にはボルト８０が挿入されており、連結部２２ａの主面と支持部２２の主面とを対向させた状態で、連結部２２ａと支持部２２とが金属製のワッシャ２９を介して相対的に固定されている。このように固定された状態において、仕切板２０ａの下面と、支持部２２の上端とは当接させてもよい。本実施形態では、仕切板２０ａと支持部２２とは、溶接されておらず、連結部２２ａ及びボルト８０を介して連結されている。

仕切板２０ａと支持部２２との連結手段として、溶接ではなく、ボルト８０のような機械的な連結手段を採用していることから、加熱膨張に伴って生じる応力が緩和され、応力の増大に伴う破断を抑制することができる。したがって、支持部２２から仕切板２０ａが解離することを十分に抑制することができる。

図９は、本発明のコークス乾式消火設備のガス出口フリュー部構造の別の実施形態を示す概略図である。図９は、図４と同様に、チャンバ１０の中央側からガス出口フリュー部構造をみたときの区画部材の設置状態を示す図である。図９に示すコークス乾式消火設備のガス出口フリュー部構造１１２は、図４の区画部材１２０に代えて区画部材１２２を有する点で異なっている。区画部材１２２は、ガス流路１３を上側（プレチャンバ１０Ａ側）と下側（プレチャンバ１０Ａとは反対側）に区画する、ガスの流通方向と垂直方向に並ぶように複数に分割された仕切板２６と、仕切板２６を支持する支持部２２と、支持部２２を柱レンガ１７に固定する固定部２４とを有する。

区画部材１２２は、３枚の仕切板２６ａ，２６ｂ，２６ｃを有する。３枚の仕切板２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、ガスの流通方向とは垂直方向に沿って、図９中、左側から仕切板２６ａ、仕切板２６ｂ、仕切板２６ｃの順に並んで支持部２２に固定されている。このように、仕切板２６が３つに分割されていることから、一枚の仕切板の大きさを従来よりも小さくすることができる。これによって、一枚の仕切板に生じる熱応力を小さくすることができ、熱応力に起因するクリープ損傷を抑制することができる。

仕切板２６は、図示しない連結部材を介して、支持部２２に固定することができる。コークス乾式消火設備のガス出口フリュー部構造１１２における区画部材１２２以外の構成は、コークス乾式消火設備のガス出口フリュー部構造１１０と同様とすることができる。

以上、本発明の好適な実施形態を詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、分割された個々の仕切板の形状又は大きさは、互いに異なっていてもよい。また、仕切板と支持部とは、ボルト等を用いて直接機械的に連結してもよい。

本発明によれば、ガスの排出流に随伴される粉粒や粉塵を低減するとともに、耐久性に優れる仕切板を備えるコークス乾式消火設備、及びそのガス出口フリュー部構造を提供することができる。

１０…チャンバ、１０Ａ…プレチャンバ、１０Ｂ…クーリングチャンバ、１２…環状ダクト、１３…ガス流路、１５…壁、１７…柱レンガ、２０，２５，２６，２８…仕切板、２２…支持部、２２ａ…連結部、２４…固定部、２９…ワッシャ、３５…クレーン、４０…循環ブロワ、５０…給水予熱器、６０…排出装置、７０…ボイラ、７２…集塵装置、７４…ダクト、７６…衝突板、８０…ボルト、１００…コークス乾式消火設備、１１０，１１２…ガス出口フリュー部構造（ガス出口フリュー部）、１２０，１２２…区画部材。

Claims (7)

1. プレチャンバと前記プレチャンバの下方にクーリングチャンバとを備えるチャンバを具備するコークス乾式消火設備のガス出口フリュー部構造であって、
   前記プレチャンバの壁内に形成される環状ダクトと、
   前記環状ダクトの下方の前記壁内に形成され、前記プレチャンバの内周面に沿って柱レンガで複数に区分された、前記環状ダクトに連通するガス流路と、
   前記ガス流路を区画する区画部材と、を備えており、
   前記区画部材は、前記ガス流路を上下に区画する複数に分割された仕切板と、前記仕切板を支持する支持部と、前記支持部を前記柱レンガに固定する固定部と、を有するコークス乾式消火設備のガス出口フリュー部構造。
2. 前記仕切板は、ガスの流通方向に並ぶように分割されている、請求項１に記載のコークス乾式消火設備のガス出口フリュー部構造。
3. 複数に分割された前記仕切板は、互いに隣接する前記仕切板の端部同士が重なり合うようにして前記支持部に支持される、請求項１又は２に記載のコークス乾式消火設備のガス出口フリュー部構造。
4. 前記仕切板は、ガスの流通方向に並ぶように分割されており、
   前記仕切板は、互いに隣接する、第１の仕切板と前記第１の仕切板よりも前記ガスの流通方向の下流側に配置される第２の仕切板とを有し、
   前記第１の仕切板と前記第２の仕切板は、前記第２の仕切板の下端部が前記第１の仕切板の上端部を覆うように重ね合わせられている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のコークス乾式消火設備のガス出口フリュー部構造。
5. 複数に分割された前記仕切板の少なくとも一つが湾曲している、請求項１〜４のいずれか一項に記載のコークス乾式消火設備のガス出口フリュー部構造。
6. 複数に分割された前記仕切板の少なくとも一つと前記支持部とが、溶接とは異なる連結手段を介して連結されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のコークス乾式消火設備のガス出口フリュー部構造。
7. プレチャンバ及び前記プレチャンバの下方にクーリングチャンバを備えるチャンバと、
   前記プレチャンバの壁内に形成される環状ダクトと、
   前記環状ダクトの下方の前記壁内に形成され、前記プレチャンバの内周面に沿って柱レンガで複数に区分された、前記環状ダクトに連通する複数のガス流路と、前記ガス流路を区画する区画部材と、を備えており、
   前記区画部材は、前記ガス流路を上下に区画する複数に分割された仕切板と、前記仕切板を支持する支持部と、前記支持部を前記柱レンガに固定する固定部とを有するコークス乾式消火設備。

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