JP2018028030A

JP2018028030A - コークス炉の補修方法

Info

Publication number: JP2018028030A
Application number: JP2016160943A
Authority: JP
Inventors: 要高野; Kaname Takano; 武高野; Takeshi Takano; 松井　淳; Atsushi Matsui; 淳松井; 進一中込; Shinichi Nakagome
Original assignee: Megatech Corp Japan
Current assignee: Megatech Corp Japan
Priority date: 2016-08-19
Filing date: 2016-08-19
Publication date: 2018-02-22
Anticipated expiration: 2036-08-19
Also published as: JP6674352B2

Abstract

【課題】コークス炉の燃焼室と蓄熱室の補修工事を効率良く行なうことが可能であり、ひいては工期の短縮、作業負荷の軽減、安全性の向上を図り、しかも、補修した後の耐用性を高めることができる補修方法を提供する。【解決手段】燃焼室を形成する壁体３、蓄熱室４を形成する柱体、および柱体の間に積み上げられて熱を蓄える蓄熱体を、それぞれ複数個のブロックに分割して耐熱材で一体的に成形した一体成形ブロックを予め製作しておき、壁体、柱体、および蓄熱体を解体して炉外へ搬出した後、一体成形ブロックを搬入して新たに壁体３、柱体、および蓄熱体をそれぞれ構築する。【選択図】図１

Description

本発明は、コークス炉を補修するにあたって、燃焼室と蓄熱室を解体した後、新たに構築する補修方法に関するものである。

図１はコークス炉の要部を模式的に示す垂直断面図である。一般にコークス炉は、図１に示すように、石炭を乾留する炭化室２、燃料ガスを燃焼させる燃焼室を内部に備えた壁体３、燃焼排ガスの余熱を利用して燃料ガスや燃焼用空気を予め加熱する蓄熱室４で構成され、燃焼室の壁体３と炭化室２は交互に配置される。なお、図１に示す壁体３は図５に示すような構造になっており、耐火煉瓦を積み上げた壁体３の内側に燃焼室１が形成される。

そしてコークス炉の操業中に、炭化室２へ石炭を装入し、さらに燃焼室１で発生する燃焼熱によって乾留した後、得られたコークスを炭化室２から排出する作業が繰り返し行なわれる。その結果、耐火煉瓦で形成される壁体３が損耗し、燃焼室１から燃焼排ガスや未燃焼の燃料ガスが炭化室２内に漏出するという問題が生じる。

また、蓄熱室４を支持する強度部材（以下、柱体という）、および、その柱体の間に積み上げられて熱を蓄える蓄熱体も耐火煉瓦で形成されており、時間の経過とともに劣化して損傷（たとえば変形、亀裂、欠損等）や詰りが生じる。柱体や蓄熱体に損傷・詰りが生じると、燃料ガスや燃焼用空気の流れが部分的に阻害され、壁体の温度分布のばらつきが大きくなり、コークスの品質劣化の原因となる。また、蓄えられる熱量が低下し、燃料ガスの使用量の増加を招く。

そこで、燃焼室１と蓄熱室４を適宜補修しなければならないが、コークス炉の燃焼室１と炭化室２を全て停止して補修を行なうのはコークスの生産に支障を来たす。したがって、コークス炉を操業しながら、補修の対象となる燃焼室１のみ燃焼を停止して、補修を行なう。その補修工事の手順は、
(A)補修すべき燃焼室１と蓄熱室４を解体して炉外へ搬出し、
その後、
(B)新たに燃焼室１と蓄熱室４を構築する
という２段階の工程に大別される。

従来から上記(B)の工程では、作業員が炉内で耐火煉瓦を１個ずつ積み上げて燃焼室１と蓄熱室４を構築している。しかし、耐火煉瓦の積み上げを手作業で行なうので、極めて長時間を要する。しかも作業環境が高温であるから、作業員の安全を確保するための装備が必要となり、施工コストの上昇を招く。

従来の技術では、燃焼室１の補修が終了した後、蓄熱室端部の耐火煉瓦を取り除き、そこから作業員が入室して蓄熱体を交換していた。ところが、作業場所は狭く、かつ50℃を超える高温であるため、作業効率は非常に悪く、安全上も好ましくなかった。また、蓄熱室４の構造上、作業員が端部から入室できず、補修できないコークス炉も存在する。

そこで、燃焼室１の補修においては、耐火煉瓦を積み上げて所定の形状（たとえば図５参照）に成形した耐火煉瓦集合体（以下、煉瓦集合体ブロックという）を、炉外の地組場で予め製作しておき、上記(B)の工程でその煉瓦集合体ブロックを炉内に搬入して、燃焼室１を構築する補修工事が普及し始めている（特許文献１参照）。煉瓦集合体ブロックを用いることによって、補修工事を効率良く行なうことが可能となり、工期の短縮を図ることができる。しかも、作業員の負荷が軽減され、安全性が向上するという効果も得られる。

また、蓄熱室４の補修では、耐火煉瓦の損傷部に補修材を充填する補修技術が開発されている（特許文献２参照）。ところが、耐火煉瓦に生じた亀裂が深い場合は、その深奥部まで補修材を浸透させ難いので、亀裂を十分に補修することは困難である。耐火煉瓦の欠損が広い範囲にわたって生じた場合は、欠損に補修材を充填するのに長時間を要する。したがって、蓄熱室４の補修においても煉瓦集合体ブロックを使用すれば、工期の短縮、作業負荷の軽減、安全性の向上が期待できる。

ところが、煉瓦集合体ブロックは耐火煉瓦を積み上げて、さらに固着材（たとえばモルタル等）で耐火煉瓦を接合し固着させたものである。そのため、補修時に煉瓦集合体ブロックを搬送し、さらに組み付ける際に、煉瓦集合体ブロックの破損や煉瓦脱落が生じやすく、また、補修が終了して操業を開始した後、耐火煉瓦と固着材の熱膨張量の差に起因して、耐火煉瓦の接合部（いわゆる目地）や耐火煉瓦に亀裂が生じる、あるいは煉瓦集合体ブロックが変形する等の問題が生じ易い。

特開2001-19969号公報特開平10-219252号公報

本発明は、従来の技術の問題点を解消し、コークス炉の燃焼室と蓄熱室の補修工事を効率良く行なうことが可能であり、ひいては工期の短縮、作業負荷の軽減、安全性の向上を図り、しかも、補修した後の耐用性を高めることができる補修方法を提供することを目的とする。

本発明者は、補修工事を効率良く行ない、工期の短縮、作業負荷の軽減、安全性の向上を図るためには煉瓦集合体ブロックが有効であることから、その煉瓦集合体ブロックに生じる亀裂や変形を防止する技術について検討した。そして、煉瓦集合体ブロックが２種類の材料（すなわち耐火煉瓦、固着材）からなることが、亀裂や変形が生じる原因であることに着目して研究した結果、従来の煉瓦集合体ブロックと同様の形状のブロックを単一の材料で成形すれば、亀裂や変形を防止できることを見出した。つまり、単一の材料で一体的に成形したブロック（以下、一体成形ブロックという）は、全体の熱膨張量が均一であるから、亀裂や変形を防止できる。

本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。
すなわち本発明は、コークス炉の燃焼室と蓄熱室を補修する補修方法において、燃焼室を形成する壁体、蓄熱室を形成する柱体、および柱体の間に積み上げられて熱を蓄える蓄熱体を、それぞれ複数個のブロックに分割して耐熱材で一体的に成形した一体成形ブロックを予め製作しておき、壁体、柱体、および蓄熱体を解体して炉外へ搬出した後、一体成形ブロックを搬入して新たに壁体、柱体、および蓄熱体をそれぞれ構築するコークス炉の補修方法である。

本発明によれば、コークス炉の燃焼室と蓄熱室の補修工事を効率良く行なうことが可能であり、ひいては工期の短縮、作業負荷の軽減、安全性の向上を図り、しかも、補修した後の耐用性を高めることができるので、産業上格段の効果を奏する。

コークス炉の要部を模式的に示す垂直断面図である。図１中の壁体と蓄熱室を解体して炉外へ搬出した例を模式的に示す垂直断面図である。一体成形ブロックを用いて蓄熱室を構築した例を模式的に示す垂直断面図である。一体成形ブロックを用いて燃焼室の壁体を構築した例を模式的に示す垂直断面図である。燃焼室壁体の煉瓦集合体ブロックの例を模式的に示す平面図である。燃焼室壁体の一体成形ブロックの例を模式的に示す平面図である。図３中の柱体用の一体成形ブロックの例を模式的に示す斜視図である。図３中の蓄熱体用の一体成形ブロックの例を模式的に示す斜視図である。

図２は、図１の壁体３と蓄熱室４を解体して炉外へ搬出した例を模式的に示す垂直断面図である。図２中の符号4aは蓄熱室４を支持する耐火煉瓦の柱体、符号4bは柱体4aの間に積み上げられて熱を蓄える耐火煉瓦の蓄熱体である。

図３は、図２の蓄熱室の空間に一体成形ブロックを積み上げて、蓄熱室を構築した例を模式的に示す垂直断面図である。そして、図７は、図３中の柱体用の一体成形ブロックの例を模式的に示す斜視図、図８は、図３中の蓄熱体用の一体成形ブロックの例を模式的に示す斜視図である。

柱体用の一体成形ブロック５は、耐熱材として溶融シリカ（純度97質量％以上）を96〜99質量％、バインダー（リン酸塩および／または酸化カルシウム）を2.5〜3.5質量％含有し、残部が不可避的に混入する不純物（以下、不可避的不純物という）からなる混合物を型枠に流し込んで、昇温速度10〜25℃／時で1000〜1200℃の温度範囲まで昇温し、さらに24時間以上保持した後、冷却速度10〜25℃／時で室温まで冷却することによって、一体的に成形したものである。

このようにして製作した柱体用の一体成形ブロック５は、熱膨張率が0.01〜0.20％と極めて小さく、しかも冷間圧縮強度が30MPa以上かつ荷重軟化点が1400℃以上と十分な強度を備えているので、亀裂や変形が発生せず、かつ後述する壁体用の一体成形ブロックの荷重を支持することができる。

また、柱体用の一体成形ブロック５の１個分の重量が小さすぎると、炉内へ搬入する回数が増えるので、蓄熱室の補修工事の効率が低下する。一方で、重量が大きすぎると、炉内への搬入に長時間を要するので、蓄熱室の補修工事の効率が低下する。したがって、柱体用の一体成形ブロック５の１個分の重量は300〜3000kg／個の範囲内が好ましい。

蓄熱体用の一体成形ブロック６は、耐熱材として溶融シリカ（純度97質量％以上）を96〜99質量％、バインダー（リン酸塩および／または酸化カルシウム）を2.5〜3.5質量％含有し、残部が不可避的に混入する不純物（以下、不可避的不純物という）からなる混合物を型枠に流し込んで、昇温速度10〜25℃／時で1000〜1200℃の温度範囲まで昇温し、さらに24時間以上保持した後、冷却速度10〜25℃／時で室温まで冷却することによって、一体的に成形したものである。

このようにして製作した蓄熱体用の一体成形ブロック６は、熱膨張率が0.01〜0.20％と小さく、しかも冷間圧縮強度が30MPa以上かつ荷重軟化点が1400℃以上と十分な強度を備えているので、亀裂や変形が発生せず、かつ大量の熱を蓄えることができる。

また、蓄熱体用の一体成形ブロック６の１個分の重量が小さすぎると、炉内へ搬入する回数が増えるので、蓄熱室の補修工事の効率が低下する。一方で、重量が大きすぎると、炉内への搬入に長時間を要するので、蓄熱室の補修工事の効率が低下する。したがって、蓄熱体用の一体成形ブロック６の１個分の重量は100〜2000kg／個の範囲内が好ましい。

図４は、図３の蓄熱室の上部の空間に一体成形ブロック７を積み上げて、燃焼室の壁体を構築した例を模式的に示す垂直断面図である。図６は、壁体用の一体成形ブロック７の例を模式的に示す平面図である。

壁体用の一体成形ブロック７は、耐熱材として溶融シリカ（純度97質量％以上）を96〜99質量％、バインダー（リン酸塩および／または酸化カルシウム）を2.5〜3.5質量％含有し、残部が不可避的に混入する不純物（以下、不可避的不純物という）からなる混合物を型枠に流し込んで、昇温速度10〜25℃／時で1000〜1200℃の温度範囲まで昇温し、さらに24時間以上保持した後、冷却速度10〜25℃／時で室温まで冷却することによって、一体的に成形したものである。

このようにして製作した壁体用の一体成形ブロック７は、熱膨張率が0.01〜0.20％と極めて小さく、しかも冷間圧縮強度が30MPa以上かつ荷重軟化点が1400℃以上と十分な強度を備えているので、亀裂や変形が発生せず、優れた耐用性を有する。

また、壁体用の一体成形ブロック７の１個分の重量が小さすぎると、炉内へ搬入する回数が増えるので、燃焼室の補修工事の効率が低下する。一方で、重量が大きすぎると、炉内への搬入に長時間を要するので、燃焼室の補修工事の効率が低下する。したがって、壁体用の一体成形ブロック７の１個分の重量は300〜3000kg／個の範囲内が好ましい。

図２に示すように、コークス炉（炉高６ｍ、炉長34フリュー）の１燃焼室の壁体、およびその下方の蓄熱室の柱体と両側の蓄熱体を全て解体して炉外へ搬出（上記(A)の工程）した後、図３に示すように、柱体用の一体成形ブロックを積み上げ、さらに蓄熱体用の一体成形ブロックを積み上げて蓄熱室を構築した。

使用した柱体用の一体成形ブロック（重量1500kg／個）は、純度98.4質量％の溶融シリカ：97.3質量％、リン酸塩と酸化カルシウムからなるバインダー：2.6質量％を含有し、残部が不可避的不純物である混合物を型枠に流し込んで、昇温速度17.7℃／時で1120℃まで昇温し、さらに27時間保持した後、冷却速度17.1℃／時で室温まで冷却することによって、一体的に成形したものである。

また、使用した蓄熱体用の一体成形ブロック（重量610kg／個）の成分と成形方法は、上記の柱体用の一体成形ブロックと同じである。
次いで、図４に示すように、蓄熱室の上部の空間に壁体用の一体成形ブロックを積み上げて、燃焼室の壁体を構築した。
使用した壁体用の一体成形ブロック（重量2200kg／個）の成分と成形方法は、上記の柱体用の一体成形ブロックと同じである。
これを発明例とする。

一方、従来は、壁体を全て解体して炉外へ搬出（上記(A)の工程）した後、作業員が耐火煉瓦を積み上げて、壁体を再構築（上記(B)の工程）していた。また蓄熱室は、上記の燃焼室の壁体の積み上げが完了した後、蓄熱室の端部の耐火煉瓦を取り除き、そこから作業員が入室して蓄熱体を交換していた。
これを従来例とする。

発明例と従来例について、上記(B)の工程に要した日数を比較したところ、発明例の所要日数Ｍは、従来例の所要日数Ｎに対してＭ／Ｎが約１／２であった。
さらに、発明例では、補修工事が終了した後、再び稼動を開始して６ケ月が経過した時に点検孔から炉内を点検したところ、一体成形ブロックの亀裂や変形は認められなかった。

１燃焼室
２炭化室
３壁体
４蓄熱室
4a 柱体
4b 蓄熱体
５柱体用の一体成形ブロック
６蓄熱体用の一体成形ブロック
７壁体用の一体成形ブロック

Claims

コークス炉の燃焼室と蓄熱室を補修する補修方法において、前記燃焼室を形成する壁体、前記蓄熱室を形成する柱体、および該柱体の間に積み上げられて熱を蓄える蓄熱体を、それぞれ複数個のブロックに分割して耐熱材で一体的に成形した一体成形ブロックを予め製作しておき、前記壁体、前記柱体、および前記蓄熱体を解体して炉外へ搬出した後、前記一体成形ブロックを搬入して新たに前記壁体、前記柱体、および前記蓄熱体をそれぞれ構築することを特徴とするコークス炉の補修方法。