JP4361378B2

JP4361378B2 - カーボン付着炭化室の選定方法及びコークス炉の操業方法

Info

Publication number: JP4361378B2
Application number: JP2004008347A
Authority: JP
Inventors: 信輝高山; 敏幸福村; 廣志五郡
Original assignee: Kansai Coke and Chemicals Co Ltd
Current assignee: Kansai Coke and Chemicals Co Ltd
Priority date: 2004-01-15
Filing date: 2004-01-15
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2024-01-15
Also published as: JP2005200551A

Description

本発明は、複数の炭化室によって構成されるコークス炉において、炉壁に付着しているカーボンを除去すべき炭化室を選定する方法、及び、該選定に基づいて、炭化室の炉壁に付着しているカーボンを除去するコークス炉の操業方法に関するものである。

コークス炉には、石炭を高温乾留するための炭化室と、炭化室を加熱するための燃焼室とが交互に配置されており、コークスの製造は、原料となる石炭を前記炭化室内に充填し、約１，０００℃の高温で２０時間程度乾留した後、押出ラムで生成コークスを炭化室から押出すサイクルを繰り返すことによって行なわれる。前記炭化室の炉壁は耐火煉瓦で構成されているが、上記過酷な条件での連続操業によって欠損箇所が生じたり、カーボンの付着が生じたりする。炉壁に欠損やカーボン付着が存在すると、生成コークスの押出し時に、炉壁方向にも大きな負荷（圧力）がかかるので、炭化室炉壁の欠損、変形、移動が生じて、コークス炉の寿命を縮める原因となると言われている。

現在日本国内で稼動しているコークス炉の平均寿命は、約３０年といわれているが、コークス炉を新たに設備投資するコストは近年極めて高額につき、新たな設備投資は、コークス製造コストを著しく押し上げることになる。そのため、現状のコークス炉を保守・点検することにより、その寿命をいかに延長できるかということが、コークス製造業界の重要な課題となっている。

従来の保守・点検方法は、生成コークスを押出す際の押出ラムの負荷電力値や目視観察の結果、或いは、コークスの生産サイクル数などに基づいて、炉壁の壁面に付着しているカーボンを焼却除去したり、或いは、炉壁の欠損箇所を溶射補修することが行われている。

例えば、特許文献１及び２には、コークス炉炭化室炉壁の異常判定方法が開示され、特許文献３には、コークス炉の炭化室から赤熱コークスを押出す際に押出ラムに負荷される押出抵抗の異常原因を、目視観察することなく決定できるコークス炉の操業方法が開示されている。
特開平８−１３４４５８号公報特開平８−１３４４５９号公報特２００１−４０３５９号公報

コークス炉の寿命を延長するという観点からは、炭化室の保守・点検の回数を増加させることが好ましいが、保守・点検の回数を増加させるとそれだけコークスの生産効率が低下することになる。そこで、本発明は、コークスの生産効率の低下を抑制しつつ、コークス炉の寿命を延長することを目的として、複数の炭化室によって構成されるコークス炉において、保守・点検すべき炭化室を効率よく選定する方法及び該方法を利用するコークス炉の操業方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、コークス炉炭化室の内部を詳細に検査する方法として、例えば、特願２００２−１２６６６１号、特願２００３−３５４４６号を出願している。そして、コークス炉炭化室の一層効率的な保守・点検方法を摸索するため、これらの検査方法に基づいて、コークス炉炭化室内部を継続的に検査した結果、以下のような知見が得られた。

図１は、コークス炉を構成する複数の炭化室（総数１２８）について、コークス生産サイクル数と炭化室炉壁に付着しているカーボン付着量との相関を示す散布図である。図１より、コークス生産サイクル数とカーボン付着量との間には、正の相関があり、コークス生産サイクル数が増えるにつれて、カーボン付着量が増加する傾向が認められる。そして、１００〜１２０サイクルを境として、炭化室毎のカーボン付着量にばらつきが生じていることが分かる。

図２は、コークス炉を構成する複数の炭化室（総数１２８）について、カーボン付着量と押出ラムの押出電力値との相関を示す散布図である。この結果より、カーボン付着量が多くなっても必ずしも押出電力値が高くなっていない炭化室や、カーボン付着量が少ないにも関わらず押出電力値が高くなっている炭化室が存在していることが分かった。また、図１と図２とを併せて考慮すると、炭化室のコークス生産サイクル数が多くなってカーボン付着量が増加しても、押出電力値が高くならない炭化室が存在するため、炭化室のコークス生産サイクル数が多くなっているという理由のみで、炭化室の炉壁に付着しているカーボンを除去するということは、必ずしも効率的でないということが分かった。

図３およ図４はそれぞれ、コークス炉を構成するある炭化室について、コークス生産サイクル数に対する押出電力値の推移を示すグラフである。図３及び図４中、炉壁に付着しているカーボンを焼却除去した時期を、押出電力値０で示した。図３に示した炭化室では、押出電力値は、炉壁に付着しているカーボンを除去した後、それほどばらつくことなく一定値で推移し、コークス生産サイクル数が１６０を超えたあたりから、上下にばらつきながら上昇した。一方、図４に示した炭化室では、押出電力値は、カーボン除去後もばらつきながら推移し、再びカーボンを除去した後、ほぼ一定値に収束した。

これらの現象を炭化室の内部観察結果に基づいて解析した結果、図３や図４の如く押出電力値にばらつきが生ずるのは、炉壁に付着しているカーボンが部分的に剥離して、これが抵抗となって押出電力値が高くなり、これが完全に剥離して炉壁から脱落すると、押出電力値が低下することが分かった。さらに図１を参酌すると、カーボン付着量がばらつくコークス生産サイクル数とカーボンが部分的に剥離するコークス生産サイクル数とに相関があることが分かる。また、炉壁に滑らかにカーボンが付着している場合には、押出電力値が高めに推移するかもしれないがそれほど問題にはならないこと、さらに、炉壁表面に凹凸が存在して押出電力値がばらついていたとしても、該凹凸を低減するようにカーボンが付着したり、或いは、剥離して、炉壁表面が滑らかになれば、押出電力値は低下することなどが分かった。

本発明は、上記知見に基づいて、複数の炭化室によって構成されるコークス炉において、炉壁に付着しているカーボンを除去すべき炭化室を効率よく選定する方法を提供することを主たる目的とし、さらに該選定方法を利用したコークス炉の操業方法を提供するものである。すなわち、本発明は、複数の炭化室によって構成されるコークス炉において、炉壁に付着しているカーボンを除去すべき炭化室を選定する方法であって、各炭化室において、生成したコークスを押出す毎に押出抵抗値を測定し、特定サイクル分の押出抵抗値の平均値Ａと、特定サイクル分の押出抵抗値の標準偏差Ｂとを求め、各炭化室について得られた押出抵抗値の平均値Ａと標準偏差Ｂについて、前記複数の炭化室を母集団とするその炭化室の偏差値Ｓ（Ａ）及びＳ（Ｂ）を求め、上記偏差値Ｓ（Ａ）およびＳ（Ｂ）に基づいて、複数の炭化室の中から炉壁に付着しているカーボンを除去すべき炭化室を選定することを特徴とする。例えば、最新の押出し時から遡って５〜１０サイクル分の押出抵抗値の平均値Ａと、最新の押出し時から遡って５〜１０サイクル分の押出抵抗値の標準偏差Ｂとを求めることが好ましい態様である。また、上記選定した炭化室の炉壁に付着したカーボンを除去して、コークス炉を操業することも本発明の好ましい態様である。

本発明によれば、炉壁に付着しているカーボンを除去すべき炭化室を効率よく選定できる。また、斯かる選定方法を採用してコークス炉を操業すれば、生成コークスを押出す際の押出抵抗値を安定化して、炉壁への負担を軽減でき、さらには、コークス炉の寿命を延長できる。

本発明のカーボン付着炭化室の選定方法は、複数の炭化室によって構成されるコークス炉において、炉壁に付着しているカーボンを除去すべき炭化室を選定する方法であって、各炭化室において、生成したコークスを押出す毎に押出抵抗値を測定し、特定サイクル分の押出抵抗値の平均値Ａと、特定サイクル分の押出抵抗値の標準偏差Ｂとを求め、各炭化室について得られた押出抵抗値の平均値Ａと標準偏差Ｂについて、前記複数の炭化室を母集団とするその炭化室の偏差値Ｓ（Ａ）及びＳ（Ｂ）を求め、上記偏差値Ｓ（Ａ）及びＳ（Ｂ）に基づいて、複数の炭化室の中から炉壁に付着しているカーボンを除去すべき炭化室を選定することを特徴とする。

まず、各炭化室において、生成したコークスを押出す毎に押出抵抗値を測定し、特定サイクル分の押出抵抗値の平均値Ａと、特定サイクル分の押出抵抗値の標準偏差Ｂとを求める方法について説明する。本発明において測定する押出抵抗値としては、生成したコークスを押出ラムで押出す際に押出ラムが受ける抵抗（負荷）を指標するものであれば、特に限定されず、例えば、押出ラムの押出電力値や押出ラム駆動用ギアのトルクなどを採用することができる。一般に、コークス製造においては、生成コークスを押出す際の押出電力値を管理する場合が多いので、押出電力値を採用することが簡便で好ましい態様である。

本発明では、生成したコークスを押出す毎に押出抵抗値を測定し、得られた押出抵抗値をコークス生産サイクル数ともに記録する。そして、特定サイクル分の押出抵抗値の平均値Ａ（以下、「サイクル平均押出抵抗値Ａ」と称する場合がある）と標準偏差Ｂ（以下、「サイクル標準偏差Ｂ」と称する場合がある）とを求める。特に、最新の押出し時から遡って特定サイクル分の押出抵抗値の平均値Ａと、最新の押出し時から遡って特定サイクル分の標準偏差Ｂをそれぞれ求めることが好ましい態様である。最新の押出し時から遡ることによって、最新の押出抵抗値を採用することができ、選定精度が高まるからである。上記サイクル平均押出抵抗値Ａとサイクル標準偏差Ｂは、通常の算出方法により求めることができる。念のため算出方法を例示すると、特定サイクル数をＺとし、各サイクルの押出抵抗値をＸ_Z、Ｘ_Z-1・・・Ｘ₂、Ｘ₁で表すと、サイクル平均押出抵抗値Ａは、下記式（１）で表される。

また、サイクル標準偏差Ｂは、下記式（２）で表わされる。

（式（２）中、Ｘａｖは、Ｚサイクル分の平均押出抵抗値である。）
本発明において、上記特定サイクル数Ｚは、サイクル平均押出抵抗値Ａとサイクル標準偏差Ｂを求める際にそれぞれ任意に定めることができ、サイクル平均押出抵抗値Ａを求めるために遡るサイクル数とサイクル標準偏差Ｂを求めるために遡るサイクル数が異なっていてもよい。尚、式（２）中、サイクル平均押出抵抗値として、Ｘａｖを使用するのは、上記平均値Ａと上記標準偏差Ｂを算出するのに使用する特定サイクル数が異なる場合には、式（２）中のＸａｖが、式（１）中の平均値Ａと異なる場合が生ずるからである。上記特定サイクル数Ｚは、通常、５以上とすることが好ましく、より好ましくは７以上とする。５未満であると、炉壁の状態を十分に指標できない場合もあるからである。一方、上記特定サイクル数Ｚの上限は、特に限定されるものではないが、通常、１５程度であることが好ましく、より好ましくは１２程度である。算出の基礎とする特定サイクル数を増やしすぎると、過去の状態の影響を大きく受けて、最新の炉壁状態を反映しない場合が生じるからである。

そして、コークス炉を構成する複数の炭化室のそれぞれについて、上記サイクル平均押出抵抗値Ａとサイクル標準偏差Ｂを求めた後、各炭化室について得られたサイクル平均押出抵抗値Ａとサイクル標準偏差Ｂについて、それぞれ、前記複数の炭化室を母集団とする各炭化室の偏差値Ｓ（Ａ）及びＳ（Ｂ）を求める。

コークス炉を構成する複数の炭化室の数をＮとし、炭化室Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３、・・Ｎｏ．Ｎ−２、Ｎｏ．Ｎ−１、Ｎｏ．Ｎの炭化室のそれぞれのサイクル平均押出抵抗値を、Ａ₁、Ａ₂、Ａ₃、・・・Ａ_N-2、Ａ_N-1、Ａ_N、及び、炭化室のそれぞれのサイクル標準偏差Ｂを、Ｂ₁、Ｂ₂、Ｂ₃、・・・、Ｂ_N-2、Ｂ_N-1、Ｂ_Nとすると、Ｎ個の炭化室からなるコークス炉を母集団として、各炭化室について得られたサイクル平均押出抵抗値Ａとサイクル標準偏差Ｂについての偏差値Ｓ（Ａ）およびＳ（Ｂ）は、それぞれ次式（３）〜（５）及び（６）〜（８）で表される。

式（３）は、サイクル平均押出抵抗値Ａについて、Ｎ個の炭化室を母集団とする個数平均値を求めるものである。

式（４）は、サイクル平均押出抵抗値Ａについて、Ｎ個の炭化室を母集団とする標準偏差を求めるものである。

式（５）は、ある炭化室のサイクル平均押出抵抗値Ａについて、Ｎ個の炭化室を母集団とする偏差値を求めるものである。

式（６）は、サイクル標準偏差Ｂについて、Ｎ個の炭化室を母集団とする個数平均値を求めるものである。

式（７）は、サイクル標準偏差Ｂについて、Ｎ個の炭化室を母集団とする標準偏差を求めるものである。

式（８）は、ある炭化室のサイクル標準偏差Ｂについて、Ｎ個の炭化室を母集団とする偏差値を求めるものである。

本発明では、上記のようにして得られた偏差値Ｓ（Ａ）およびＳ（Ｂ）に基づいて、複数の炭化室の中から炉壁に付着しているカーボンを除去すべき炭化室を選定する。
上記偏差値Ｓ（Ａ）およびＳ（Ｂ）に基づくカーボン付着炭化室の選定は、例えば、下記式（９）で表されるＦに基づいて行うことができる。
Ｆ＝ａ・Ｓ（Ａ）＋ｂ・Ｓ（Ｂ）（但し、ａ，ｂは、任意の有理数）・・・式（９）
ここで、Ｓ（Ａ）は、炉壁に付着している滑らかなカーボンの程度を指標するものであり、Ｓ（Ｂ）は、炉壁から部分的に剥離したり、或いは、完全に剥離して、押出抵抗値のばらつきの原因となるようなカーボンの程度を指標するものである。そして、Ｆは、これらの影響を総合的に指標するものである。Ｓ（Ａ）とＳ（Ｂ）とを総合的に考慮するのは、例えば、炉壁に付着している滑らかなカーボンの付着量が多く、押出抵抗値が高く推移している場合において、炉壁の一部が剥離して、押出抵抗値が一時的に極端に高くなると、炉壁に過度の負荷がかかって、炉壁の煉瓦の損傷や炉壁の変形などの原因となるからである。また、カーボン付着の程度を総合的に指標するＦ中のＳ（Ａ）とＳ（Ｂ）の割合を意味するａとｂは、考慮すべき因子の重み付けに相当し、例えば、Ｓ（Ａ）の因子がＳ（Ｂ）の因子より重要である場合には、ａ≧ｂとなるようにし、Ｓ（Ｂ）の因子がＳ（Ａ）の因子より重要である場合には、ａ≦ｂとなるように適宜選択することができる。通常、ａ：ｂ＝１：１とすることが経験的に好ましい。また、前記ａおよびｂとしては、任意に有理数を採用することができるが、好ましくは整数であり、さらに好ましくは１〜１０程度の自然数とする。

そして、式（９）によって得られる上記Ｆの値が大きいほど、炉壁に付着しているカーボンを除去すべき炭化室であると選定できる。また、選定の際、例えば、コークス生産サイクル数が１００サイクル以上、より好ましくは１２０サイクル以上の炭化室のみを対象としてもよい。１００サイクル未満の炭化室において、炉壁に付着しているカーボンを除去する必要があるのはまれであるからである。また上述した様に、生産サイクル数が１２０サイクル以上になると炉壁付着カーボン量がばらつく傾向があるからである（図１参照）。

炉壁に付着しているカーボンを除去する方法は、特に限定されず、例えば、炭化室を空の状態で加熱し、炉壁付着のカーボンと炉壁の煉瓦との熱膨張差により炉壁付着カーボンを剥離させる方法、及び、空の状態の炭化室に大量の大気を強制的に吹き込んで、炉壁付着カーボンを燃焼除去する方法などを挙げることができる。

本発明のコークス炉の操業方法は、前記選定結果に基づいて、炉壁に付着しているカーボンを除去しつつ、コークス炉を操業するものであれば、特に限定されない。上述した如く、コークス炉の操業は、原料となる石炭を各炭化室内に充填し、約１，０００℃の高温で２０時間程度乾留した後、押出ラムで生成コークスを炭化室から押出すサイクルを繰り返すことによって行なわれる。各炭化室においてカーボンを除去する必要が生じたときには、それぞれの炭化室の生産サイクルの適当な時期を見計らってカーボンを除去しつつ、コークス炉を操業するようにすればよい。

以下、本発明を実施例によってより具体的に説明するが、本発明は、下記実施例によって限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲の変更、実施の態様は、いずれも本発明の範囲内に含まれる。

表１−１〜表１−３には、１２８の炭化室によって構成されるコークス炉の各炭化室について、最新の押出時のサイクル数と、押出抵抗値として、最新の押出時から遡って１０サイクル分の押出電力値を示した。

表１−１〜表１−３の測定結果に基づき、最新の押出し時から遡って５サイクル分のサイクル平均押出抵抗値Ａと１０サイクル分のサイクル標準偏差Ｂとを炭化室Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１２８のそれぞれについて求めた。次いで、各炭化室のサイクル平均押出抵抗値Ａとサイクル標準偏差Ｂについて、総数１２８の炭化室を母集団とする偏差値Ｓ（Ａ）、Ｓ（Ｂ）、及び、Ｆ＝Ｓ（Ａ）＋Ｓ（Ｂ）（ａ＝ｂ＝１）を求め、Ｆの大きい順に、炭化室に優先順位を付けた。結果を表２−１〜表２−３に示した。

上記のようにして得られた優先順位に基づいて、カーボン付着炭化室を選定し、約２０炭化室／月の割合で炉壁のカーボンを除去しつつ、コークス炉を約３ヶ月間操業した。その結果について説明する。
押出電力値やコークス生産回数、目視観察などの結果にもとづいて、カーボン付着炭化室を選定していたとき（２００２年９月時点）の各炭化室について、コークス生産サイクル数と押出電力値との相関を示す散布図を図５に示した。図５より、従来法による操業では、コークス生産サイクル数が約１００回を超えた炭化室には、押出電力値が高くなっている炭化室が多く存在し、生成コークス押出し時には、炭化室の炉壁や押出機に負荷がかかっていることが分かる。この結果より、従来の選定基準によるカーボン除去では、必ずしも効率的ではなかったと言える。

一方、本発明により、カーボン付着炭化室を選定してカーボンを除去しつつ、コークス炉の操業を実施した結果、２００３年１月時点の各炭化室について、コークス生産サイクル数と押出電力値との相関を示す散布図を図６に示した。図６からも明らかなように、本発明によれば、コークス生産サイクル数が増えた炭化室でも、押出電力値が安定化され、生成コークス押出し時にも、炉壁や押出機への負荷が低減されていることが分かる。

本発明は、複数の炭化室によって構成されるコークス炉において、炉壁に付着しているカーボンを除去すべき炭化室を選定する方法、及び、該選定に基づいて、炭化室のカーボンを除去するコークス炉の操業方法として有用である。

コークス生産サイクル数と炉壁のカーボン付着量との相関を示す散布図である。押出電力値と炉壁のカーボン付着量との相関を示す散布図である。ある炭化室におけるコークス生産サイクル数に対する押出電力値の推移を示すグラフである。別の炭化室におけるコークス生産サイクル数に対する押出電力値の推移を示すグラフである。従来法によるコークス生産サイクル数と押出電力値との相関を示す散布図である。本発明法によるコークス生産サイクル数と押出電力値との相関を示す散布図である。

Claims

複数の炭化室によって構成されるコークス炉において、炉壁に付着しているカーボンを除去すべき炭化室を選定する方法であって、
各炭化室において、生成したコークスを押出す毎に押出抵抗値を測定し、特定サイクル分の押出抵抗値の平均値Ａと、特定サイクル分の押出抵抗値の標準偏差Ｂとを求め、
各炭化室について得られた押出抵抗値の平均値Ａと標準偏差Ｂについて、前記複数の炭化室を母集団とするその炭化室の偏差値Ｓ（Ａ）及びＳ（Ｂ）を求め、
上記偏差値Ｓ（Ａ）および上記Ｓ（Ｂ）に基づいて、複数の炭化室の中から炉壁に付着しているカーボンを除去すべき炭化室を選定することを特徴とするカーボン付着炭化室の選定方法。
最新の押出時から遡って５〜１０サイクル分の押出抵抗値の平均値Ａと、最新の押出時から遡って５〜１０サイクル分の押出抵抗値の標準偏差Ｂを求める請求項１に記載のカーボン付着炭化室の選定方法。
請求項１又２のカーボン付着炭化室の選定方法によって選定した炭化室の炉壁に付着したカーボンを除去することを特徴とするコークス炉の操業方法。