JP2020132812A

JP2020132812A - コークス上昇管基部の付着カーボン燃焼除去方法及び燃焼除去装置

Info

Publication number: JP2020132812A
Application number: JP2019031731A
Authority: JP
Inventors: 亮太岡島; Ryota Okajima; 晴祈佐藤; Haruki Sato; 誉子鳥谷; Takako Toritani; 修史山本; Shuji Yamamoto; 光利稲田; Mitsutoshi Inada
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2019-02-25
Filing date: 2019-02-25
Publication date: 2020-08-31
Anticipated expiration: 2039-02-25
Also published as: JP7243285B2

Abstract

【課題】上昇管の基部に付着したカーボンの清掃作業を簡易且つ効率的に行えるようにすること。【解決手段】コークス上昇管８１内上部に設置されたノズル２１から成るAir吹き付け装置からエジェクター効果を伴って上昇管基部８２に付着したカーボン９１にAirを吹き付けて、付着カーボンを燃焼除去することを特徴とするコークス上昇管基部の付着カーボン燃焼除去方法とする。【選択図】図１

Description

本発明は、コークス上昇管基部の付着カーボン燃焼除去方法及び燃焼除去装置に関するものである。

コークス炉で乾留中の石炭から発生した生ガス（乾留ガス）は、コークス炉端上部に設置されている上昇管を通り、通常、ドライメーンへと送られ回収される。上昇管内には、生ガスおよび生ガスに随伴する微粉炭が通過するため、その基部にカーボンが付着し成長する。このような事象が続くことで、上昇管の基部が付着カーボンで塞がれてしまうと、炉内で発生する生ガスが回収できず、コークス炉の操業停止につながる。よって、コークス安定生産のためには、定期的に上昇管の基部に付着したカーボンの除去が必要である。

特許文献１に記載されているように、これまでも、上昇管の基部に付着するカーボンを除去する装置について様々な開発が行われている。

特許第４３５８３１４号公報

しかしながら、継続的に利用できる装置の開発にまでは至っておらず、現在は、図８に示すように、作業者が棒状治具を用いて突落しによる清掃を行っている。この作業は暑熱環境下で行われる重労働であり、作業負荷は極めて大きい。また、人手による作業のため、一窯あたりの清掃頻度が3〜4日間に1回と、少なめになってしまい、付着カーボンによる上昇管の閉塞を見逃すリスクも大きい。以上の理由から、上昇管の基部に付着したカーボンの清掃作業は、簡易且つ効率的に行えるようにすることが強く求められている。

本発明は、このような背景でなされた発明であり、本発明が解決しようとする課題は、上昇管の基部に付着したカーボンの清掃作業を簡易且つ効率的に行えるようにすることである。

上記課題を解決するため、コークス上昇管内上部に設置されたノズルから成るAir吹き付け装置からエジェクター効果を伴って上昇管基部に付着したカーボンにAirを吹き付けて、付着カーボンを燃焼除去することを特徴とするコークス上昇管基部の付着カーボン燃焼除去方法とする。

また、上昇管基部に流量が1150Nm³/h以上のAirを20min以上吹き付けることが好ましい。

また、下記式１により求められる総Air量Q[Nm³/h]が1150Nm³/h以上であるようにすることが好ましい。
Q =（A×α＋B×V＋C）×V ・・・（式1）
ここで、A：ノズル角度影響の係数[1/°]、B：ノズル総Air量影響の係数[h/(Nm³)]、C：定数[-]、α：ノズル角度[°]、V：ノズル総Air量[Nm³/h]とする。

また、ノズル本数が2本であり、各ノズルのノズル角度が0°であって、下記式２を満足するノズルの配置で付着カーボンを除去することが好ましい。
（L-x）/D≧4.4 ・・・（式2）
ここで、L：上昇管高さ（TOP〜基部直上）[mm]、D：上昇管径[mm]、x：Air吹付けノズル先端位置（上昇管TOP基準）[mm]とする。

また、コークス上昇管内上部に少なくとも2つ以上のAir吹き付けノズルが配置されていることを特徴とするコークス上昇管基部の付着カーボン燃焼除去装置とする。

また、ノズル本数が2本であり、各ノズルのノズル角度が0°であって、下記式２を満足するノズル配置であることを特徴とする請求項５に記載のコークス上昇管基部の付着カーボン燃焼除去装置。
（L-x）/D≧4.4 ・・・（式2）
ここで、L：上昇管高さ（TOP〜基部直上）[mm]、D：上昇管径[mm]、x：Air吹付けノズル先端位置（上昇管TOP基準）[mm]とする。

本発明を用いると、上昇管の基部に付着したカーボンの清掃作業を簡易且つ効率的に行えるようにすることができる。

Air吹き付け装置のノズルをコークス炉の上昇管に取り付けた状態の概略図である。実機におけるAir吹込み試験の結果を示した図である。「ノズル角度（鉛直下向きからの傾き）」と、「総Air量（ノズル総Air量＋随伴Air量）/ノズル総Air量」の関係を示す図である。「ノズルAir量」と「総Air量（ノズル総Air量＋随伴Air量）/ノズル総Air量」の関係を示す図である。実測値と式１による推定値の相関を示す図である。各種のノズル仕様におけるAir吹付け時の基部の風速分布を示す図である。ノズル本数2本、双方のノズルのノズル角度0°のときの「（L-x）/D」と「基部壁面Air流速の標準偏差」の関係を示す図である。上昇管の基部に付着したカーボンを棒状治具により突き落としている状態を示した図である。

以下に発明を実施するための形態を示す。図１に示されていることから理解されるように、本実施形態のコークス上昇管８１の基部８２の付着カーボン燃焼除去方法は、コークス上昇管８１内の上部に設置されたノズル２１から成るAir吹き付け装置からエジェクター効果を伴って上昇管８１の基部８２に付着したカーボン９１にAirを吹き付けて、付着カーボン９１を燃焼除去するものである。このため、上昇管８１の基部８２に付着したカーボン９１の清掃作業を簡易且つ効率的に行える。なお、上昇管８１は、コークス炉１の運転時にコークス炉１内で発生した生ガスをドライメーン８３に送るための経路の一部となるものであり、コークス炉１の上部に設けられている。

また、実施形態のコークス上昇管８１の基部８２の付着カーボン燃焼除去装置は、コークス上昇管８１内の上部に少なくとも2つ以上のAir吹き付けノズル２１が配置されている。この付着カーボン燃焼除去装置を用いれば、上昇管８１の基部８２に付着したカーボン９１の清掃作業を簡易且つ効率的に行えるようにすることが可能となる。

図１に本発明にかかる上昇管８１のAir吹込み設備の概要を示す。本発明では、コークス押し出し後から石炭装入開始までの空窯期間（〜20min）に、上昇管８１の上部に設けたTOPカバー８４を開放した状態で、上昇管８１の内部の上部に設置したノズル２１から基部８２に向けてAirを吹き付ける。このとき、エジェクター効果により、上昇管８１の上部の開口部から大量の随伴Airが上昇管８１の基部８２に供給され、付着カーボン９１を燃焼させる。つまりは、上昇管８１の上部から導入されたAir及び随伴Airが、十分に熱された炉内側に流れ込む際に、上昇管８１の基部８２周りに付着してできたカーボン９１の塊を燃焼するために用いられることになる。なお、燃焼ガスはコークス炉１のC/Sの上部に設置されている燃焼ガス排出機構から系外へ排出される。

ところで、Air吹付けによる燃焼除去においては、吹き付けAirが生ガスとの燃焼に消費されるのを避けるようにするのが良い。このため、炉内のコークスを押し出した後、次の石炭が装入されるまでの空窯状態の短期間（一般的に、20min程度以下）で実施することになる。また、基部８２への吹付けAir量に偏りがある場合、基部８２の一部分しか清掃できず、付着カーボン９１の成長を抑制できない懸念がある。また、基部８２の一部に過度にAirを吹き付ける場合、基部８２のレンガの過加熱（≧1100℃）または過冷却により、レンガを損傷させてしまう懸念がある。よって、Air吹付けによる付着カーボン燃焼除去を適切に実施するには、限られた時間内に必要な量のAirを基部８２の円周方向に均一に吹き付けるようにするのが良い。

ここで、実機を用いた基部８２の付着カーボン９１の燃焼除去の試験について説明する。試験は３水準について行った。水準1では未清掃期間（カーボン９１の堆積期間）を1日とし、この期間で堆積したカーボン９１を燃焼させるために基部８２に送る総Air量を682Nm³/hとした場合のカーボン９１の変化を、Airを送ってから0分後、10分後、20分後で観察した。水準2では未清掃期間を1日とし、総Air量を1149Nm³/hとした場合のカーボン９１の変化を0分後、10分後、20分後で観察した。水準3では未清掃期間を4日とし、総Air量を2361Nm³/hとした場合のカーボン９１の変化を0分後、10分後、20分後で観察した。図２に、実機におけるAir吹込み試験の結果を示す。なお、総Air量はノズル総Air量と、エジェクター効果による随伴Air量を合わせたものである。

図２より、20min程度の限られた空窯期間で付着カーボン９１を除去、またはその成長を抑制するためには、上昇管８１の基部８２へ供給する総Air量を水準2の1149Nm³/h≒1150Nm³/h以上とするのが良いことがわかる。つまり、上昇管８１の基部８２に流量が1150Nm³/h以上のAirを20min以上吹き付ければ、付着カーボン９１の除去、または付着カーボン９１の成長の抑制が可能となる。なお、総Air量をノズル２１のみで賄うように、ノズル２１から大量のAirを吹き込むと、ノズル２１の本数やコンプレッサー基数が増加し、費用とメンテナンス性の面から問題となる。しかしながら、本発明では、上昇管８１に対してエジェクター効果で外気を導入しているため、少ないノズル２１からのAir吐出量で、上昇管８１の基部８２へ大量かつ均一にAirを吹付けることができ、このような問題を回避することができる。

次に、本発明における、上昇管８１の基部８２へ吹付けられる総Air量の推定方法について述べる。エジェクター効果による随伴Air量は、ノズル２１の角度とノズル２１からの吐出Air量から推定することができる。ノズル角度が鉛直下向きを基準として水平方向に傾くほど、下向きの速度成分が小さくなるため、随伴Air量は小さくなる。また、総Air量が大きくなると、炉内圧が上昇し、随伴Air量は小さくなる。

図３に、「ノズル角度」と「総Air量（ノズル総Air量＋随伴Air量）/ノズル総Air量」の関係を示す。また、図４に、「ノズル総Air量」と「総Air量（ノズル総Air量＋随伴Air量）/ノズル総Air量」の関係を示す。

図３、図４から理解されるように、ノズル角度α[°]とノズル総Air量V[Nm³/h]から、総Air量Q[Nm³/h]の推定する下記の式1が得られる。この式１の算出結果の総Air量が前述の1150Nm³/h以上であることが好ましい。
Q =（A×α＋B×V＋C）×V ・・・（式1）
A：ノズル角度影響の係数[1/°]
B：ノズル総Air量影響の係数[h/(Nm³)]
C：定数[-]
（実施形態では：A=-0.06, B=-0.02, C=14.33）
なお、図５に、実測値と式１による推定値の相関を示す。

次に、基部８２へ均一にAirを吹き付けるためのノズル設計について述べる。ノズル２１はメンテナンス上、少ない本数ほど望ましい。特に、メンテナンス性が求められる場合は、1〜2本であることが好ましい。ノズル２１の数が多くなるとAir吐出流速が低下して随伴Air量が低下するため、ノズル２１の本数はこのようなものとすることが望ましい。同様の理由でノズル２１はφ30mm程度のものが好ましい。ノズル２１の径が大きくなるとAir吐出流速が低下して随伴Air量が低下するためである。

ところで、構造上、上昇管８１の壁面近傍に近い位置にノズル２１を配置するほうがメンテナンスにおいて有利である。但し、1本のノズル２１を上昇管８１内の中心に設置した場合、短時間のAir吹付けで除去しきれない量のカーボン９１が付着していた場合やAir吹き付け装置トラブル時に、人力によるカーボン９１の突落し作業の実施が困難になる。よって、ノズル２１は上昇管８１内の端に付けることが望ましい。

図６に、Air吹付け時の基部８２の風速分布を示す。図６に示すことから理解されるように、ノズル２１の本数は2本以上であることが望ましい。つまり、コークス上昇管８１内の上部に少なくとも2つ以上のAir吹き付けノズル２１が配置されていることが好ましい。また、ノズル角度αは小さい程望ましい。ノズル２１の本数が増えるとノズル２１からのAir吐出風速が低下し、エジェクター効果による随伴Air量が低下するため、好ましくないが、これは、ノズルAir吐出量を増加させることで補える。但し、ノズル総Air量を増加させると、コンプレッサーやブロワーの設備費が上がるため望ましくない。また、上記したように、ノズル２１の本数増加とともに装置メンテナンス負荷が増加するので、ノズル２１の本数の過剰な増加は望ましくない。これらを総合的に考慮するとノズル２１の本数は2本とすることが望ましい。また、各ノズル２１のノズル角度は0°とすることが好ましい。

図7に、ノズル２１の本数2本、双方のノズル２１のノズル角度0°のときの上昇管８１の基部８２へのAir吹付けシミュレーション結果を示す。上昇管８１のサイズ、ノズルAir吐出流速にかかわらず基部８２に均一にAirを吹き付けるためには、上昇管８１のサイズ（L,D）と上昇管８１のTOPからノズル２１の先端までの距離（x）の関係を、式2を満たす範囲に決める必要がある。
（L-x）/D≧4.4 ・・・（式2）
L：上昇管高さ（TOP〜基部直上）[mm]
D：上昇管径[mm]
x：Air吹付けノズル先端位置（上昇管TOP基準）[mm]

ところで、付着カーボン９１の除去方法としては、機械的に突き落す方法、Airにより燃焼除去する方法の2通りがある。しかし、機械的に突き落す方法は基部８２のレンガを損傷させる懸念が大きい。このため、自動化には不向きである。一方、Airによる燃焼除去であれば、自動化することも可能となる。

以上、実施形態を中心として本発明を説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、各種の態様とすることが可能である。

２１ノズル
８１上昇管
８２基部
９１付着カーボン

Claims

コークス上昇管内上部に設置されたノズルから成るAir吹き付け装置からエジェクター効果を伴って上昇管基部に付着したカーボンにAirを吹き付けて、付着カーボンを燃焼除去することを特徴とするコークス上昇管基部の付着カーボン燃焼除去方法。
上昇管基部に流量が1150Nm³/h以上のAirを20min以上吹き付けることを特徴とする請求項１に記載のコークス上昇管基部の付着カーボン燃焼除去方法。
下記式１により求められる総Air量Q[Nm³/h]が1150Nm³/h以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のコークス上昇管基部の付着カーボンの燃焼除去方法。
Q =（A×α＋B×V＋C）×V ・・・（式1）
ここで、
A：ノズル角度影響の係数[1/°]
B：ノズルAir量影響の係数[h/(Nm³)]
C：定数[-]
α：ノズル角度[°]
V：ノズル総Air量[Nm³/h]
ノズル本数が2本であり、各ノズルのノズル角度が0°であって、下記式２を満足するノズルの配置で付着カーボンを除去することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコークス上昇管基部の付着カーボンの燃焼除去方法。
（L-x）/D≧4.4 ・・・（式2）
ここで、
L：上昇管高さ（TOP〜基部直上）[mm]
D：上昇管径[mm]
x：Air吹付けノズル先端位置（上昇管TOP基準）[mm]
コークス上昇管内上部に少なくとも2つ以上のAir吹き付けノズルが配置されていることを特徴とするコークス上昇管基部の付着カーボン燃焼除去装置。
ノズル本数が2本であり、各ノズルのノズル角度が0°であって、下記式２を満足するノズル配置であることを特徴とする請求項５に記載のコークス上昇管基部の付着カーボン燃焼除去装置。
（L-x）/D≧4.4 ・・・（式2）
ここで、
L：上昇管高さ（TOP〜基部直上）[mm]
D：上昇管径[mm]
x：Air吹付けノズル先端位置（上昇管TOP基準）[mm]