JP3617895B2

JP3617895B2 - 流動床乾燥分級機による石炭の乾燥・予熱方法およびコークス製造方法

Info

Publication number: JP3617895B2
Application number: JP00358297A
Authority: JP
Inventors: 横溝正彦; 紫原康孝; 太田健男
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-01-18
Filing date: 1997-01-13
Publication date: 2005-02-09
Anticipated expiration: 2017-01-13
Also published as: JPH09255968A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コークス炉用石炭の水分乾燥及び／又は加熱装置として用いる流動床乾燥分級装置による石炭の乾燥・予熱方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コークス炉用石炭の付着水分を低減してコークス炉炭化室に装入することにより、コークス炉での乾留時間を短縮する操業は既に実施されている。
【０００３】
また、乾燥分級機にて水分が低減された石炭を、次の工程で別方式の乾燥装置にて昇温する方法は既に提案されている。
【０００４】
これら２段乾燥の目的は、広い粒度分布をもち、付着水分が石炭粒子径ごとにばらついているコークス炉用装入石炭の均一乾燥を狙う場合、或いは２段目に分級機能付き乾燥機を用いて粗粒炭に付着或いは混入している発塵要因となる微粉炭の排除強化を狙う場合などがある。
【０００５】
第１の目的としては、２段式の気流加熱塔が既に実機化され多くの文献がある。また、ロータリー式乾燥機にて予備乾燥した後に気流加熱する方式は特開昭５８−１９６２９１号公報にて提案されている。
【０００６】
また、乾燥後の石炭水分ばらつきを低減する目的では、特開平５−１１７６６１号公報にて提案されている。
【０００７】
第２の目的として、乾燥石炭或いは予熱石炭の搬送中での発塵防止や、コークス炉に装入する際の発生ガスへの微粉炭の同伴（通常、キャリーオーバーという）を抑制する観点では、既に特公昭６２−４５２７５号公報や特公昭６３−４１９５９号公報に開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、搬送中の発塵やキャリーオーバーを抑制するためには、石炭の微粉炭を粗粒炭と可能な限りシャープに分離することが必要である。特に、石炭を高温に加熱する場合には、微粉炭部分は表面積が大きく体積が小さい為昇温し易いが、加熱ガスにより過昇温して劣化する場合があることから、微粉炭と粗粒炭の分離、目標の分級粒子径を境にシャープに行わなければならない。更に、分離した微粉炭部分を目標とする温度に加熱制御する技術は従来技術では全く不充分であった。
【０００９】
以上の課題に対して、上記特開昭５８−１９６２９１号公報は、回転式加熱管乾燥機にて水分６％まで予備加熱し、その後気流加熱塔にて水分１〜２％、温度８０〜８５℃に加熱するものであるが、微粉炭と粗粒炭の分級機能がない。
【００１０】
特開平５−１１７６６１号公報は、含有水分が６％を下廻る場合の過乾燥防止対策の為の２段乾燥について述べられたものであるが、微粉炭と粗粒炭の分級性向上や分級した微粉炭の温度制御技術についての提案はない。
【００１１】
また、特公昭６２−４５２７５号公報や特公昭６３−４１９５９号公報には、発塵防止対策として微粉炭部分を分級して、バインダー等を添加してコークス炉に装入する技術が提案されているが、分級性を向上させる為の技術内容の提案はなされていない。
【００１２】
以上に挙げたいずれの文献でも、石炭粒子の急速昇温による熱割れや過昇温を防止する方法について述べたものではない。扱う素材の中で雰囲気温度に特に敏感に影響を受ける微粉部分を、独立に変質を起こさない温度範囲に制御しようとする技術は従来少なく、更に粗粒炭に付着している微粉炭、又は凝集して粗大化している擬似粒子や微粉炭の分離促進方法を論じた文献も少ない。
【００１３】
本発明は、１段目の乾燥装置にて水分を４〜６重量％に乾燥した石炭を、ある粒子径を境に微粉炭と粗粒炭とにシャープに分級することを目的として提案したものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を解決する為に、コークス炉用石炭を乾燥機で４〜６重量％に乾燥した後、粗粉炭（Ａ）と微粉炭（Ｂ）とに分級し、分離した粗粉炭（Ａ）を流動床乾燥分級機の流動化部に投入して乾燥及び／又は加熱すると共に分離し、一方微粉炭（Ｂ）を流動床乾燥分級機の分級室に吹き込み、流動床乾燥分級機の流動化部を通過したガスで乾燥及び／又は加熱することを特徴とする流動床乾燥分級機による石炭の乾燥・予熱方法である。
【００１５】
また、コークス炉用石炭を乾燥機で４〜６重量％に乾燥した後、粗粉炭（Ａ）と微粉炭（Ｂ）とに分級し、分離した粗粉炭（Ａ）を流動床乾燥分級機の流動化部に投入して乾燥及び／又は加熱すると共に分級し、一方微粉炭（Ｂ）を流動床乾燥分級機の長手方向の所定位置から流動化部上部に投入し、乾燥及び／又は加熱すると共に分級することを特徴とする流動床乾燥分級機による石炭の乾燥・予熱方法である。
【００１６】
また、請求項１または請求項２のいずれかに記載の乾燥後の微粉炭（Ｂ）を、塊成化処理又は造粒化処理を行った後、乾燥した粗粉炭と混合又は各々単独にコークス炉に装入し、乾留することを特徴とするコークス製造方法である。
【００１７】
ここでいう分級室は、流動化部の上方を指し、分級室はフリーボード部の一部分の断面積及び／又は高さを変形させたものであり、本発明での分級室にはフリーボード部を含むものとする。
【００１８】
また、ここでいう流動床乾燥分級機は、分級機能を備え、かつ石炭に付着した水分乾燥する機能を有するのみでなく、水分乾燥が終了し石炭を高温に予熱する石炭加熱機として利用することも機能として含むものである。
【００１９】
ここでいう造粒化処理とは、添加剤を加え混練することによる擬似粒子化や微粉炭を転動・圧密などにより小さな粒子化することを含むものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本発明による、流動床分級機の構造と運転方法を図１、４を用いて詳細に説明する。
【００２１】
コークス炉用石炭は、一般に粒度分布が広く、通常の場合常温での石炭水分は８〜１０％程度であった。これを、乾燥機で４〜６重量％に乾燥する技術が最近では普及し、乾燥機出口での石炭温度は通常約６０〜８０℃となっている。
【００２２】
近年コークス炉での乾留時間を更に短縮する技術として乾燥機を直列に２段設置して石炭の水分を３％以下まで低下させる技術が検討されている。
【００２３】
しかし、石炭の水分を低下させるためには乾燥機中の温度を高くする必要があり、石炭粒子径による昇温特性の違いから、微粉炭の過昇温による石炭品質の劣化が生じると共に発塵量の増加の問題がある。そこで石炭を劣化させない加熱技術と、微粉炭を粗粒炭に残存させない高効率分級技術がのぞまれるようになった。
【００２４】
本発明は、微粉炭の過昇温を抑え、適正温度に制御する方法を提供するものである。つまり、１段目の乾燥機２で水分４〜６重量％に乾燥した石炭を、気流分級法または重力分級法により分級して微粉炭と粗粒炭に分離する。この分級方法はサイクロン法でも良いし、気流輸送管の途中にトラップを設けガス流速を下げて重力沈降させる方法または衝突板に衝突させて粒子径の大きい部分を重力分級する方法もある。
【００２５】
この分離した粗粒炭は、次工程の流動床乾燥（加熱機能を含む。以下同様）分級機の流動化部４に投入し、同じく微粉炭として分級した部分は、流動床乾燥分級機の分級室１０に吹き込み、流動床乾燥分級機の流動化部を通過したガスで加熱する。ここで、微粉炭と粗粒炭の投入位置を変える理由は、微粉炭の方が粗粒炭に比較して昇温し易く、粗粒炭と同じ部位に投入して高温ガスにて加熱すると過昇温になることが懸念されることから、温度目標に合わせ適当な位置から投入するためである。また、もう１つの理由は、微粉炭をできる限り粗粒炭と高効率で分離させる為に１段目乾燥機出口部又は分級機能付き乾燥機にてまず分級し、更に粗粒炭として流動床乾燥分級機に投入した石炭から、流動床内での揉み洗い効果によって粗粒炭に付着していた微粉炭を分離したり崩壊した擬似粒子を更に剥ぎとろうとするためである。
【００２６】
最適な分級粒子径は、加熱温度レベルや粒度分布により１００μｍから１０００μｍの範囲で変わる。４００℃までの高温域まで加熱する場合は、やや粗い粒子例えば８００μｍを境に分級しておくことが好ましく、最大粒子径が５００μｍ程度の細かい粒子群を空気雰囲気中で５０℃／分以下の低速昇温する場合は、１００μｍで分級することが好ましい。
【００２７】
１段目分級機または分級機能付き乾燥機で分級した微粉炭の投入位置として、流動床乾燥分級機の分級室を指定した理由は、流動化部において下部から吹きこまれるガスに直接接触したり、流動化部での滞留時間が長くなり、石炭粒子が過加熱されることを避けるためである。さらに流動化部を通過したガスで加熱するのは、温度が低下しており、石炭を変質させることなく微粉炭を予熱することを狙ったものである。
【００２８】
特に、石炭の軟化溶融開始温度近傍までの高温加熱システム、例えば４００℃付近までの乾燥昇温システムにおいては、微粉炭部分の過加熱は石炭の劣化をもたらすものであり、昇温し易い微粉炭部分を予め分離しておくことが不可欠である。
【００２９】
また、１段目分級機または分級機能付き乾燥機で分級した微粉炭を、流動床乾燥分級機の長手方向の途中の流動化部上部に吹き込む場合がある。その狙いは、粗粒炭は高温に、微粉炭は粗粒炭よりやや低めの温度に加熱したい場合に、加熱ガス温度が低温化し湿分を多く含む前に微粉炭と接触させるためである。分級部或いはフリーボード部でなくても、石炭の移動方向の途中であって且つ流動化部上部であれば、粗粒炭との分離性が良いからである。フリーボード部上部ではガス温度が低下しすぎる可能性があり、微粉炭昇温の目標温度によっては、流動化部の方が好ましいからである。
【００３０】
また、更にフリーボード部上部ガス温度が低下しすぎている場合には、温度制御の観点から、高温ガスの供給が必要でありプレナム室からフリーボード部に高温ガスをバイパスする高温ガス吹込み管１５（図４）を設けることも良い方法である。
【００３１】
また、１段目分級機で分級された微粉炭の過加熱を避け、そのままコークス炉送りにする場合には、粗粒炭のみを次工程の乾燥分級機に投入することがのぞましい。
【００３２】
本発明法により、水分を３％以下に乾燥した粗粉炭は、直接コークス炉に装入できるが、微粉炭は輸送中或いはコークス炉への装入時の発塵を回避するため、塊成化又は造粒処理を行った後に前記粗粉炭と混合、又は単独でコークス炉に装入し、乾留することにより高強度のコークスを乾留時間を短縮して製造することができる。
【００３３】
［実施例１］
以上の技術について、実施例に従って具体的に述べる。
【００３４】
コークス炉に装入する石炭の乾燥加熱システムを設置したが、通常の水分は８〜１０％石炭を０％、３００℃までできるだけ均一に加熱することを目標とした。
【００３５】
そこで乾燥加熱装置は２段で構えることにした。設備構成を図１に示す。１段目はチューブ内蔵ドラム式回転乾燥機２にて水分２％１１０℃まで乾燥加熱し、その後段に気流吹き込みによる輸送管を設け、衝突板式の重力分級装置３を設け、７００μｍを境に分級することにした。ドラム式回転乾燥機２にはチューブ内に１４０℃の過熱蒸気を用い間接過熱で石炭乾燥をおこなった。重力分級装置で粗粒炭を捕集し下部ホッパーに溜め、回転式切り出し機にて抜き出す。７００μｍ未満の微粉炭は気流に同伴され重力分級装置を通過し、そのまま２段目の流動床乾燥分級機の分級室下部７につなぎこんだ。粗粒炭は、２段目流動床乾燥分級機の石炭供給部８に搬送し、流動床内で更に加熱され図１右方向に移動しながら３００℃に加熱されていく。
【００３６】
加熱ガス温度は、過剰空気を１％未満に抑え且つＮ₂ ガスで希釈して４３０℃に調整した燃焼排ガスを用い、流動化部１４を浮遊状態に保ちながら水分乾燥と石炭粒子の昇温を行った。
【００３７】
流動化部を通過したガス温度は、流動床の長手方向に序々に変化しており、出口方向に近い程高いガス温度になっていた。石炭投入口付近でのガス温度は、水分を１５％含み１００℃前後であったが、長手方向に移動するに従い石炭温度は上昇し流動床を通過するガス温度は出口では３５０℃前後まで昇温していた（図２）。石炭投入口から出口近傍５ｍに至る範囲の通過ガスは別配管から排気し、出口近傍５ｍ分の通過ガスのみを分級室に流すことにした。該ガス温度は約３５０℃であり、重力分級装置を通過した微粉炭はこの分級室の中に吹きこまれた。ガス温度は若干低下したが、微粉炭温度はほぼ２５０℃まで昇温し目標温度に合わせることができた。
【００３８】
粗粒炭は、流動床分散板９上を流動化した状態で移動し、温度３００℃まで昇温した（図３）。この間に粗粒炭に付着していた微粉炭及び／又は微粉炭同志が凝集して擬似粒子を形成していた微粉炭が崩壊し、０．１ｍｍより細かい粒子が約４％分ガスに同伴し分級室方向に飛散した。その結果、粗粒炭に付着残存している０．１ｍｍ篩下微粉炭量が１％未満に減少した。２５０℃に過熱した状態でも過加熱して溶融した粒子は無く、コークス炉用石炭として安定した性状の装入炭を得ることができた。
【００３９】
図中１は石炭乾燥機への石炭供給ライン、５は粗粒炭の２段目乾燥分級機への供給ライン、６は捕集した微粉炭の２段目乾燥分級機への投入ライン、１０は分級室、１１は流動層からの粗粒炭排出口、１２はフリーボード部、１３はプレナム室を示す。
【００４０】
［実施例２］
コークス炉に装入する石炭の乾燥加熱システムを設置したが、水分８〜１０％石炭を０．４ｍｍ未満粒子は水分２％、１００℃まで、０．４ｍｍ以上粒子は水分３％、８０℃までできるだけ均一に加熱することを目標とした。
【００４１】
そこで乾燥加熱装置は２段で構えることにした。設備構成を図４に示す。１段目はチューブ内蔵ドラム式回転乾燥機２にて水分５％５５℃まで乾燥加熱し、その後段に気流吹き込みによる輸送管を設け衝突板式の重力分級装置３を設け４００μｍを境に分級することにした。ドラム式回転乾燥機２にはチューブ内蔵ドラム式回転乾燥機２にて水分５％５５℃まで乾燥加熱し、その後段に気流吹き込みによる輸送管を設け衝突板式の重力分級装置３を設け４００μｍを境に分級することにした。ドラム式回転乾燥機２にはチューブ内に１４０℃の過熱蒸気を用い間接過熱で石炭乾燥をおこなった。重力分級装置で粗粒炭を捕集し下部ホッパーに溜め、回転式切り出し機にて抜き出す。４００μｍ未満の微粉炭は気流に同伴されサイクロンに投入され２０μｍ以上の粒子は捕捉され下部のサージホッパーに落下し輸送管６により２段目の流動床乾燥分級機の流動化部の途中７に微粉炭吹き込み装置（図５）を用いてつなぎこんだ。微粉炭吹き込み位置は、５５℃に乾燥昇温された微粉炭を１００℃にするための所要滞留時間から、流動床１５ｍの内の入口から７ｍの位置から吹きこんだ。２０μｍ未満の粒子は、捕捉できない為工場全体の総合集塵システムを経由して排気した。
【００４２】
粗粒炭は、２段目流動床乾燥分級機の石炭供給部８に搬送され、流動床内で更に加熱され図４の右方向に移動しながら８０℃に加熱されていく。
【００４３】
図中１５はプレナム室からフリーボード部への高温ガス供給バイパス管を示す。
【００４４】
加熱ガス温度は、過剰空気を１％未満に抑え且つＮ₂ ガスで希釈して２００℃に調整した燃焼排ガスを用い、流動化部１４を浮遊状態に保ちながら水分乾燥と石炭粒子の昇温を行った。
【００４５】
その結果、１段目で分級された微粉炭は、２段目の流動床乾燥分級機にて分級された微粉炭と共に流動層通過ガスによりさらに加熱され、水分２％１００℃に加熱された。一方、粗粒炭は流動化部にて２００℃の供給ガスにより目標通りに水分４％まで乾燥され、８０℃まで昇温された（図６）。また、重力分級装置で分離できず粗粒炭として流動床に投入された微粉炭は、流動床で揉み洗いされ微粉炭が分離しガスに同伴して分級室１０以降の集塵機にて、流動床に投入した粗粒炭量に対して約５％分が捕捉された。
【００４６】
以上のプロセスにより、石炭粒子を劣化させることなく目標分級と乾燥を達成することができた。
【００４７】
【発明の効果】
以上の発明により、コークス炉に装入する石炭を２段乾燥法により乾燥昇温するプロセスで、２段目の乾燥昇温工程でガス温度により容易に昇温し易い微粉炭を過加熱することなく、適正な温度制御を行うことが可能となった。
【００４８】
特に、微粉部分を分級する場合、具体例として粒度分布の広い石炭を乾燥昇温する場合に、各粒度分布の石炭粒子を３００℃に加熱する場合に、１段目乾燥機で１１０℃まで乾燥し、一旦分級した後０．７ｍｍ未満の粒子は２段目流動床式乾燥機の排出口に近い方向の中間部に投入し、０．７ｍｍ以上の粗粒炭は流動床乾燥機の入口から挿入することにより、最終石炭温度ばらつきが±１０℃という精度の良い加熱を行うことができた。また、微粉炭の分離効率も、１段目に分離した後２段目の分級機により、投入した全石炭量に対して更に４〜５％程度捕捉された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による流動床加熱分級機への乾燥微粉炭及び粗粒炭の供給フロー図。
【図２】２段目流動床長手方向での通過排ガス温度分布の例を示す図。
【図３】２段目流動床長手方向での供給ガス温度と石炭温度変化例を示す図。
【図４】本発明による流動床乾燥分級機への乾燥微粉炭及び粗粒炭の供給フローの１例を示す図。
【図５】２段目流動床乾燥分級機への乾燥微粉炭投入装置例を示す図。
【図６】２段目流動床乾燥分級機中間分級機への微粉炭供給時の石炭水分と温度変化パターン例を示す図。
【符号の説明】
１…石炭乾燥機への石炭供給ライン
２…石炭乾燥機
３…粗粒炭と微粉炭の一次分級機
４…一次分級機から排出した微粉炭の捕集装置
５…粗粒炭の２段目乾燥分級機への供給ライン
６…捕集した微粉炭の２段目乾燥分級機への投入ライン
７…２段目乾燥分級機中間部への乾燥微粉炭投入孔
８…１段目乾燥工程で一次分級した粗粒炭の２段目乾燥分級機への投入孔
９…分散板
１０…分級室
１１…流動層からの粗粒炭排出口
１２…フリーボード部
１３…プレナム室
１４…流動化部の石炭層
１５…プレナム室からフリーボード部への高温ガス供給バイパス管

Claims

コークス炉用石炭を乾燥機で４〜６重量％に乾燥した後、粗粉炭（Ａ）と微粉炭（Ｂ）とに分級し、分離した粗粉炭（Ａ）を流動床乾燥分級機の流動化部に投入して乾燥及び／又は加熱すると共に分級し、一方微粉炭（Ｂ）を流動床乾燥分級機の分級室に吹き込み、流動床乾燥分級機の流動化部を通過したガスで乾燥及び／又は加熱することを特徴とする流動床乾燥分級機による石炭の乾燥・予熱方法。
コークス炉用石炭を乾燥機で４〜６重量％に乾燥した後、粗粉炭（Ａ）と微粉炭（Ｂ）とに分級し、分離した粗粉炭（Ａ）を流動床乾燥分級機の流動化部に投入して乾燥及び／又は加熱すると共に分級し、一方微粉炭（Ｂ）を流動床乾燥分級機の長手方向の所定位置から流動化部上部に投入し、乾燥及び／又は加熱すると共に分級することを特徴とする流動床乾燥分級機による石炭の乾燥・予熱方法。
請求項１または請求項２のいずれかに記載の乾燥後の微粉炭（Ｂ）を、塊成化処理又は造粒化処理を行った後、乾燥した粗粉炭と混合又は各々単独にコークス炉に装入し、乾留することを特徴とするコークス製造方法。