JP4246355B2

JP4246355B2 - コークス炉の操業方法

Info

Publication number: JP4246355B2
Application number: JP2000202332A
Authority: JP
Inventors: 雅雄松永; 邦道杉原; 健一八ケ代; 知行弘中
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-07-04
Filing date: 2000-07-04
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2020-07-04
Also published as: JP2002020757A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コークス炉の排ガスを富ガスに混合して燃焼させて石炭の乾留を行うコークス炉の操業方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コークス炉は、石炭を乾留する炭化室と、この炭化室を挟んで加熱するための燃焼室を交互に配置しており、蓄熱室を通して予熱された燃料を燃焼室に供給して燃焼させ、燃焼室からの間接加熱によって炭化室の石炭を乾留している。燃焼室に供給する燃料としては、高炉発生ガスである貧ガス（ＢＦＧ）やコークス炉発生ガスである富ガス（ＣＯＧ）等を用いている。
しかし、製鉄業の集約や統合によって生産性の向上を図っており、高炉１基を稼働する製鉄所が増加し、ＢＦＧの発生量が減少する傾向にある。
従って、コークス炉から排出される燃焼排ガス（排ガス）をＣＯＧに混合して乾留用の燃料とする操業が行われている。
この代表として、例えば、特開昭５２−５２９０１号公報に記載されているように、蓄熱室を通って排出される燃焼排ガスの一部を取り出してから冷却し、この排ガスをＢＦＧ、あるいはＣＯＧに供給して再循環することにより、コークスの品質等に殆ど影響を与えることなく、排ガス中のＮＯｘの抑制を図ることが行われている。
更に、特開昭５８−８９６８４号公報に記載されているように、ＢＦＧとＣＯＧに、コークス炉の燃焼排ガスの一部を高温のまま取り出して混合し、燃焼室に形成される高さ方向の火炎の長さを調整して、コークスの品質を向上し、発生する排ガス量の増大を抑制している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭５２−５２９０１号公報及び特開昭５８−８９６８４号公報に記載された方法では、ＣＯＧを乾留用の燃料として用いる場合、蓄熱室を通る際に、蓄熱室の煉瓦目地切れや亀裂、あるいは排ガス中に含まれる酸素によって、蓄熱室内でＣＯＧの急速燃焼（異常燃焼）が発生し、局部が高温になり、蓄熱室を構成する煉瓦（ギッター）の損傷を生じる。
しかも、使用するＣＯＧの比率が高くなると、ＣＯＧ中に含まれる炭化水素が分解するため、カーボン析出が発生し、このカーボンの付着によってＣＯＧ等の供給ルートが閉塞され、安定したコークス炉の操業が困難になる。
更に、燃焼室に供給されたＣＯＧが急速燃焼し、局部的に高温部を形成し易く、燃焼室の温度分布が不均一となり、その結果、耐火物が損耗したり、石炭の乾留に変動が生じる等の問題がある。
特に、特開昭５２−５２９０１号公報に記載された方法では、前記の問題に加え、排ガスを冷却してから混合するため、排ガスの顕熱を有効に活用することができず、乾留に要する熱量が増加して燃料の消費原単位が高くなると言った問題がある。
【０００４】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、ＣＯＧの急速燃焼とカーボンの付着を抑制し、排ガスの顕熱を有効に活用して燃料原単位を低減することができるコークス炉の操業方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う本発明のコークス炉の操業方法は、コークス炉の蓄熱室を通って排出される排ガスの一部を富ガスに混ぜて混合ガスにしてから、蓄熱室を通して燃焼室に供給するコークス炉の操業方法において、前記混合ガスの酸素濃度を６体積％以下にする。
この方法により、混合ガスの酸素濃度を所定範囲にしているので、蓄熱室を通る際に、煉瓦の目地や亀裂からのリーク、あるいは排ガスの酸素濃度に起因した富ガス（ＣＯＧ）の局部燃焼を回避することができ、しかも、貧ガス使用時のガス供給経路をそのまま用いるため、燃焼室に供給された際のＣＯＧの理想的な燃焼状態を再現でき、燃焼室の温度を均一にすることができる。
更に、蓄熱室の高温部でのＣＨ₄ の分解により生成するＣ（炭素）が付着して供給経路が閉塞するのを防止できる。
酸素濃度が６体積％を超えて高くなると、ＣＯＧの急速燃焼が生じ、局部温度が上昇して耐火物の損傷や乾留されたコークス品質に悪い影響を与える。しかし、極端に低くなると析出した炭素の焼き落としが悪くなるので、酸素濃度は、０．５〜５体積％にすることにより好ましい結果が得られる。
【０００６】
ここで、前記コークス炉は少なくとも２炉団であって、前記富ガスに混合する排ガスを前記コークス炉の何れか一方から供給すると良い。
これにより、操業の休止によって燃焼排ガスの発生が無くなるのを防止し、混合ガスを安定して供給することができる。
更に、各炉団における燃焼室の切り替え時間（燃焼サイクル）を５〜３０分ずらして操業することにより、自炉が切り替えの際に他炉の排ガスを混合用として供給することができ、排ガスの供給の保証と排ガスから混入する酸素濃度を安定して低減することができる。
【０００７】
更に、前記混合ガスを前記燃焼室に供給した後の排ガス温度を９０℃以上にすると好ましい。
排ガス温度を露点以上の温度に維持して排ガス中の水分の結露を無くし、結露水がＳＯ₂ ガスを吸収することによる強酸の生成を抑制して、ダクト等が酸腐食するのを防止できる。
排ガス温度を９０℃よりも低い温度になると、急激に発生する結露に、ＳＯ₂ ガスが吸収されて強酸が生成し、この強酸によってダクト等の腐食が急速に進行する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１は本発明の一実施の形態に係るコークス炉の操業方法に適用されるコークス炉の全体図、図２は同コークス炉の蓄熱室及び燃焼室の断面の模式図、図３はフリュー番号と炉壁温度の関係を表すグラフ、図４はフリュー温度とギッター温度及び異常燃焼の関係を表すグラフである。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係るコークス炉の操業方法を適用するコークス炉１０は、フリュー（燃焼室）１１が炭化室１２を挟んで設けられており、フリュー１１に供給される燃料の燃焼熱により、炭化室１２に熱を間接的に付与して炭化室１２内に装入された石炭の乾留を行ない、通常４０〜６０門の炭化室１２が配置されている。
フリュー１１には、ミックスガス管１３からアンダーゼット１４を通し、エアー供給管１５からアンダーゼット１６を通して、それぞれソールフリュー１７にミックスガス（混合ガス）とエアーが供給される。
各ソールフリュー１７の上方には、このソールフリュー１７に連通した蓄熱室１８が設けられており、この蓄熱室１８は、内部に耐火煉瓦をギッター状に積んだ複数の部屋に分割されている。
フリュー１１で燃焼した後の排ガスは、水平煙道１９に引き落とされ、煙道２０を通って煙突２１に至る。その煙道２０の途中に設けられた吸引管２２から吸引ブロア２４により取り出された排ガスは、調整弁２３でその量を調整して混合装置２５に送られる。
そして、混合装置２５には、本管２６から送給ブロア２７によりＣＯＧ（コークス炉発生ガスである富ガス）が送られ、ここで排ガスとＣＯＧが混合されてミックスガスとして、ミックスガス管１３に供給される。
【０００９】
次に、図２を参照してガスの流通経路について詳しく説明する。
排ガスとＣＯＧが混合したミックスガスは、ミックスガス管１３に連設したアンダーゼット１４からソールフリュー１７ａ₁ （１７ａ₂ ）を通し、高温の各蓄熱室１８ａ₁ （１８ａ₂ ）に供給され、ギッター煉瓦に接触して熱置換することにより予熱される。
エアーは、エアー供給管１５に連設したアンダーゼット１６からソールフリュー１７ｂ₁ （１７ｂ₂ ）を介して高温の蓄熱室１８ｂ₁ （１８ｂ₂ ）に供給されて予熱される。
予熱されたミックスガス及びエアーは、それぞれ蓄熱室１８ａ₁ （１８ａ₂ ）、蓄熱室１８ｂ₁ （１８ｂ₂ ）から供給ダクト２８ａ、２８ｂを経由してフリュー１１ａ（１１ｂ）に吹き込まれて燃焼し、隣接する炭化室１２を間接的に加熱する。
フリュー１１ａで燃焼した後の排ガスは、供給ダクト２９ａ、２９ｂからそれぞれ蓄熱室１８ａ₂ 、蓄熱室１８ｂ₂ に排気され、ギッター煉瓦を加熱してから図１に示す水平煙道１９に引き落とされる。
そして、ミックスガス及びエアーの予熱と排ガスによるギッター煉瓦の熱置換（加熱）は、蓄熱室１８ａ₁ 、１８ｂ₁ と蓄熱室１８ａ₂ 、１８ｂ₂ 間で通常２０〜３０分の所定時間内で切り替えを行いながら交互に行われる。
【００１０】
次に、コークス炉１０を用いたコークス炉の操業方法について説明する。
石炭を炭化室１２で乾留する際に発生したＣＯ、ＣＨ₄ （炭化水素）等を主成分にした約４３００Ｋｃａｌ／Ｎｍ³ の高カロリーのＣＯＧを１１０００Ｎｍ³ ／ｈｒと、フリュー１１から排出された排ガスのうち３４０００Ｎｍ³ ／ｈｒを混合装置２５に供給し、約１１００Ｋｃａｌ／Ｎｍ³ に調整を行ってミックスガスにした。
ミックスガスは、ミックスガス管１３に連接したアンダーゼット１４からソールフリュー１７ａ₁ を通し蓄熱室１８ａ₁ に供給され、蓄熱室１８ａ₁ で９００℃程度までに予熱される。
エアーは、エアー供給管１５に連設したアンダーゼット１６からソールフリュー１７ｂ₁ を経て高温の蓄熱室１８ｂ₁ に供給されて予熱される。
予熱されたミックスガスとエアーは、それぞれを蓄熱室１８ａ₁ 、蓄熱室１８ｂ₁ の供給ダクト２８ａ、２８ｂを経てフリュー１１ａに吹き込んで燃焼させて炭化室１２を間接的に加熱した。
この条件をコークス炉１０の全てのフリュー１１（フリュー番号を１ｆ〜２５ｆとする）に適用した。
図３に示すように、ＣＯＧに排ガスを希釈した場合（◆）は、ＢＦＧと同じガス供給経路を用いるため、蓄熱室で目地切れ等に伴う洩れ込みによる燃焼が抑制でき、フリュー３ｆ〜２３ｆの範囲で適正な炉壁温度の分布を再現することができ、特に、フリュー群の中央近傍の炉壁温度を安定させることができる。
そして、炭化室１２の全体を理想的に加熱することができ、石炭から良好なコークスを製造することができる。
これに対し、富ガスであるＣＯＧのみを燃焼した場合（□）では、従来の図示しないＣＯＧ専焼の供給経路を用いるので、両端部の蓄熱室が温度変化が大きくなり目地切れが生じ易く、ＣＯＧが蓄熱室に洩れて燃焼する。その結果、両端部のフリューの温度が低下する。
ＣＯＧのみを使用した場合、この両端部のフリューの温度を保証するため、フリューの炉壁温度がフリュー番号３ｆ〜２３ｆの範囲で必要以上に上昇している。
【００１１】
また、図４に示すように、従来のＣＯＧの専焼の供給経路を用いた燃焼（◆）で、フリューの温度として１０００℃以上を確保した際に、ＣＯＧのギッター部への洩れ込みの発生による異常燃焼（ＣＯＧとエアーが燃焼）を生じる斜線領域になり、ギッター温度が上昇し、耐火物の煉瓦が損耗して炉体が損傷したり、時に、爆発的な燃焼になり、耐火煉瓦の破損を招くこともある。
従って、本実施の形態では、フリュー温度を確保しながら異常燃焼を抑制するため、排ガスを混合したいわゆるＣＯＧの濃度を希釈したミックスガス（■）を用いることにより、蓄熱室１８に供給（従来のＢＦＧ供給経路）した際に、異常燃焼を抑制できる領域にすることができる。
特に、ミックスガス中に含まれる酸素濃度は、６体積％以下にすることにより、確実に蓄熱室１８やフリュー１１の異常燃焼を防止することができ、安定操業を行うことができる。
酸素濃度が６体積％を超えると、蓄熱室１８に供給した際に、蓄熱室１８内で異常燃焼し易くなり、前述と同様にギッター温度の上昇等から、耐火煉瓦の損耗、耐火煉瓦の破損等を招く。この理由から酸素濃度を５体積％以下にするとより好ましい結果が得られる。
【００１２】
また、Ａ炉とＢ炉の２基（２炉団）のコークス炉１０を用い、Ａ炉とＢ炉の燃焼切り替えタイミングを１０〜２０分程度ずれるように調整しておく。
そして、Ａ炉（自炉）の燃焼切り替えの間は、Ｂ炉に布設した吸引管から吸引ブロアにより排ガスを取り出し、ミックス用の排ガスとしてＡ炉に供給することが好ましい。
その結果、ＣＯＧに混合する排ガスを安定して確保でき、しかも、酸素濃度の低い部分の排ガスを選択して供給できるので、排ガス中の酸素濃度を５重量％以下に低減することが可能となり、異常燃焼の無い安定した操業ができる。
また、フリュー１１で燃焼させた後の排ガスは、その温度を９０℃以上、好ましくは１００℃以上にすることにより、結露が発生する露点以上に維持することができる。
結露の発生を抑制することにより、結露水とＳＯ₂ ガスによる強酸の生成を抑制でき、排ガス系路のダクト等が酸腐食するのを防止できる。
しかも、顕熱を保有した排ガスをＣＯＧに混合するため、供給する燃料を節減することができる。
更に、ミックスガスの蓄熱室１８への供給は、従来の貧ガス（ＢＦＧ）の経路をそのまま使用することができる。特に、コークス炉を新設する場合は、ミックスガスとエアーの供給系路のみにすることができるため、コークス炉１０の下部（燃料等の供給装置）を簡素化して設置スペースを縮小でき、コークス炉の小型化が可能になる。
【００１３】
【実施例】
次に、コークス炉の操業方法の実施例について説明する。
他のコークス炉のフリューで燃焼させた後の１２０℃の排ガスを吸引管を通して吸引ブロアで取り出して混合装置に供給して、排ガスが７４体積％になるようにＣＯＧと混合し、この時の酸素濃度を１．６体積％にしたミックスガス４３０００Ｎｍ³ ／ｈｒを蓄熱室で９００℃に予熱し、同時に、エアーを蓄熱室に供給して予熱を行い、このミックスガスとエアーをそれぞれ燃焼室に吹き込んで燃焼させ、炭化室の加熱を行った。
そして、蓄熱室のギッターの温度異常の有無、カーボン付着、燃料原単位について調査した。
その結果、ギッターの温度の異常が無く、カーボンの焼き落としが良好でありカーボン付着の発生を抑制できた。
しかも、排ガスの顕熱を有効利用して燃料原単位の低減とダクト等の酸腐食の発生を防止することができた。
これに対し、従来行われている混合ガスを用い、その酸素濃度を考慮しないで蓄熱室を通して燃焼室に供給した場合では、ミックスガスが急速燃焼し、蓄熱室の温度異常が多々発生した。
更に、カーボンの付着やダクト等の酸腐食等が発生しており、操業も不安定になった。
【００１４】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、ＣＯＧに混合する排ガスは、コークス炉の燃焼排ガスの他に、冶金用精錬炉の排ガスや高炉の排ガス、窒素に代表される不活性ガス等を用いることもできる。
更に、ダクト等の酸腐食を防止するため、ダクト等にスラグウール等の断熱材を巻き付けて保温を行い、結露を防止することができる。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１〜３記載のコークス炉の操業方法は、混合ガスの酸素濃度を６体積％以下にして蓄熱室を通して燃焼室に供給するので、ＣＯＧを用いた際の燃焼温度を適正化でき、蓄熱室等の耐火物の損傷やカーボンの付着を無くし、乾留したコークスの品質を向上することができる。
更に、排ガスの顕熱を活用して燃料原単位を低減し、しかも、燃料の供給経路を簡素化したコークス炉が実現できる。
【００１６】
特に、請求項２記載のコークス炉の操業方法は、富ガスに混合する排ガスを少なくとも２炉団の内の何れか一方から供給するので、混合する排ガスを安定して供給でき、しかも、排ガスに含まれる酸素濃度を低減して操業の安定化を図ることができる。
【００１７】
請求項３記載のコークス炉の操業方法は、混合ガスを燃焼室に供給した後の排ガス温度を９０℃以上にするので、排ガス中の水分の結露を無くし、ダクト等の酸腐食するのを防止して、設備の長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るコークス炉の操業方法を適用するコークス炉の全体図である。
【図２】同コークス炉の蓄熱室及び燃焼室の断面の模式図である。
【図３】フリュー列と炉壁温度を表すグラフである。
【図４】フリュー温度とギッター温度の関係を表すグラフである。
【符号の説明】
１０：コークス炉、１１、１１ａ、１１ｂ：フリュー（燃焼室）、１２：炭化室、１３：ミックスガス管、１４：アンダーゼット、１５：エアー供給管、１６：アンダーゼット、１７、１７ａ₁ 、１７ａ₂ 、１７ｂ₁ 、１７ｂ₂ ：ソールフリュー、１８、１８ａ₁ １８ａ₂ 、１８ｂ₁ 、１８ｂ₂ ：蓄熱室、１９：水平煙道、２０：煙道、２１：煙突、２２：吸引管、２３：調整弁、２４：吸引ブロア、２５：混合装置、２６：本管、２７：送給ブロア、２８ａ、２８ｂ、２９ａ、２９ｂ：供給ダクト

Claims

コークス炉の蓄熱室を通って排出される排ガスの一部を富ガスに混ぜて混合ガスにしてから、蓄熱室を通して燃焼室に供給するコークス炉の操業方法において、前記混合ガスの酸素濃度を６体積％以下にすることを特徴とするコークス炉の操業方法。
請求項１記載のコークス炉の操業方法において、前記コークス炉は少なくとも２炉団であって、前記富ガスに混合する排ガスを前記コークス炉の何れか一方から供給することを特徴とするコークス炉の操業方法。
請求項１又は２記載のコークス炉の操業方法において、前記混合ガスを前記燃焼室に供給した後の排ガス温度を９０℃以上にしていることを特徴とするコークス炉の操業方法。