JP4645354B2 - コークス炉装炭車、石炭の密閉受炭方法及び密閉装入方法 - Google Patents

Description

本発明は、コークス炉に装入する石炭を石炭塔ホッパーから受炭した後、炭化室まで運搬して炭化室へ装入するための装炭車と、この装炭車に石炭塔ホッパーから石炭を受炭する方法、及び装炭車から炭化室に石炭を装入する方法に関するものである。

室炉式コークス炉は、炭化室、燃焼室が交互に配置された組み合わせを複数装備したコークス炉で、炭化室には、コークス炉端部に配置された石炭塔ホッパーに貯蔵されている石炭が装入される。以下、この炭化室に装入される石炭を装入炭ともいう。この石炭塔ホッパー内の石炭は、複数の装炭車ホッパーを持った装炭車に受炭された後炭化室まで運搬され、装炭車ホッパーの下部から炭化室頂部に設けられた複数の装入孔を通して炭化室内に装入される。

ところで、屋外の石炭ヤードから各銘柄の石炭を払い出して配合・粉砕される前記装入炭は、通常は１０質量％程度の水分が含まれている。しかし、近年、省エネルギの進展と共に、石炭の事前処理の一種である石炭予備乾燥法によって、水分を６質量％、或いはそれ以下まで乾燥して、コークス炉に装入する方法が採用されるようになってきている。

この装入炭中に含まれる微粉炭は、水分含有量が高い場合は比較的大きな石炭粒子の廻りに付着して、いわゆる疑似粒子を形成しているが、乾燥が進むと石炭粒子の廻りから離れるので、搬送時、発塵となって飛散し、環境の悪化が問題となる。より具体的には、石炭塔ホッパーから装炭車ホッパーへの受炭時、受炭後の石炭を炭化室まで運搬する時、そして、装炭車ホッパーから炭化室内への石炭装入時の発塵抑制についての解決方法が模索されている。

一般に、装炭車は、装炭車ホッパーの上部に受炭時の発塵を抑制する装置は装備しておらず開放状態である。一方、炭化室内への石炭装入時に経由するスリーブやスリーブ周辺には、石炭装入時、炭化室内から噴出する粉塵やガス、空気を吸引し、着火装置で燃焼させた後集煙するためのフード及びダクトを装備している。

しかしながら、前述の水分を６質量％、或いはそれ以下まで乾燥して、石炭を装入する方法が採用されるようになってくると、発塵の飛散に伴う環境の悪化が問題となる。

そこで、この対策として、密閉式のコンベアから、ダンパーを経て不活性ガスを導入した装炭筒を介して、炭化室に石炭を装入する方法が、特許文献１で開示されている。
特開昭５１−８６５０１号公報

また、１６０〜２８０℃まで予熱した石炭を気流輸送にて搬送し、重力装入する方法が、特許文献２や特許文献３で開示されている。
特開昭５２−１３２００２号公報 特開平６−１３６３６２号公報

これに対し、装炭車方式による装炭車ホッパー密閉化装置及び石炭装入方法が、特許文献４で開示されている。この特許文献４で開示されている方法では、石炭装入時における石炭装入前に、一定圧力の不活性ガスを装炭車ホッパー内に供給することで、装炭車ホッパーの密閉化と石炭追装を狙っている。
特開昭５８−１８５６８１号公報

しかしながら、特許文献１〜特許文献３で開示された方法を実現するためには、現状の装炭車方式による受炭・装炭設備を廃止し、密閉式のコンベアや気流輸送装置を新たに設置する必要がある。従って、既に稼働中のコークス炉は、このために炉を休止することが必要となる等の多大な損失を伴うことになる。

また、特許文献４で開示された方法では、装入孔周辺からの集煙及び密閉装置等については全く記載されていない。従って、後述の装入孔を密閉化した場合の石炭装入による炭化室内の圧力変動という課題について、記載や示唆もなされていないので、石炭装入時の密閉化対策としては不十分である。

本発明が解決しようとする問題点は、特許文献１〜特許文献３で開示された方法では、現状の装炭車方式による受炭・装炭設備を廃止し、密閉式のコンベアや気流輸送装置を新たに設置する必要があるという点、特許文献４で開示された方法では、装入孔を密閉化した場合の石炭装入による炭化室内の圧力変動という課題について考慮されておらず、石炭装入時の密閉化対策としては不十分であるという点である。

本発明のコークス炉装炭車は、
従来の装炭方式を変更せず、石炭塔ホッパーから装炭車ホッパーへの石炭受炭時、石炭受炭後、炭化室までの運搬時、装炭車ホッパーから炭化室内への石炭装入時の発塵を抑制するために、
コークス炉に石炭を装入する装炭車において、
装炭車ホッパーの上部に、
装炭車ホッパーを大気と遮断するための上部ダンパーと、この上部ダンパーの上部に配置され、装炭車ホッパーを石炭塔ホッパーと接続するための受炭時密閉装置を装備し、
装炭車ホッパーの下部には、
炭化室への石炭装入量を制御可能な装入装置と、この装入装置の下部に配置され、装炭車ホッパーを大気と遮断するための下部ダンパーと、この下部ダンパーの下部に配置され、炭化室装入孔と接続するための装入時密閉装置を装備し、
更に、前記装炭車ホッパーには、
装炭車ホッパー内の気体を石炭塔ホッパー内へ置換排出する気体排気用配管と、遮断弁と流量制御弁によって流量を制御した気体を炭化室内へ吹込む気体供給配管を装備したことを最も主要な特徴としている。

また、本発明の石炭の密閉受炭方法は、
前記本発明の装炭車における装炭車ホッパーの位置を石炭塔ホッパーに一致させた後、これら装炭車ホッパーと石炭塔ホッパーを受炭時密閉装置によって密閉状態に接続し、
受炭時、石炭塔ホッパーから受炭する石炭により、装炭車ホッパー内の気体を石炭塔ホッパー内へ気体排気用配管を経由して押し出すようにしたことを最も主要な特徴としている。

また、本発明の石炭の密閉装入方法は、
前記本発明の装炭車における装炭車ホッパーとコークス炉の装入孔とを一致させた後、これら装炭車ホッパーとコークス炉の装入孔を装入時密閉装置によって密閉状態に接続し、
石炭の装入時、流量制御が可能な装入装置にて石炭装入速度を制御するのと共に、流量制御が可能な気体を炭化室内に吹き込むことを最も主要な特徴としている。

この本発明の石炭の密閉装入方法では、
石炭装入初期は、遮断弁を開いて炭化室内へ気体を吹き込み、
石炭装入後は、遮断弁を閉じて流量制御弁に切替え、気体を炭化室内へ吹き込んで、炭化室内の圧力ができるだけ大気圧と等しくなるようにすれば、炭化室の炉壁が破損する等の問題が発生する危険性が減少する。

本発明によれば、コークス炉の省エネルギ上有効な石炭の事前処理方法を限定することなく、既設炉であっても、石炭の水分調整及び石炭の予熱を採用することが可能となり、石炭塔ホッパーから装炭車ホッパーへの石炭受炭時、石炭受炭後の石炭装入窯までの運搬時、そして、装炭車ホッパーから炭化室内への石炭装入時の発塵を抑制することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を用いて説明する。
図１は石炭塔ホッパーから本発明の装炭車に石炭を受炭する時の状況を説明する図、図２は本発明の装炭車に受炭した石炭を炭化室まで運搬する時の装炭車の状況を説明する図（走行装置は図示せず）、図３は本発明の装炭車から炭化室内に石炭を装入する時の状況を説明する図であり、以下、これらの図に従って説明する。

図１において、１はコークス炉の端部に配置された石炭塔ホッパーであり、この石炭塔ホッパー１の下部には、貯蔵された石炭を装炭車に供給する供給装置２が設けられている。

１１は本発明の装炭車であり、その装炭車ホッパー１２の上部には、上部ダンパー１３と受炭時密閉装置１４が順に取付けられている。また、装炭車ホッパー１２の下部には、貯蔵された石炭を炭化室３に供給する装入装置１５が設置され、この装入装置１５の下部に下部ダンパー１６と装入時密閉装置１７が順に取付けられている。

さらに、本発明の装炭車１１は、受炭時、装炭車ホッパー１２内の気体を石炭塔ホッパー１内へ置換排出する気体排気用配管１８と、石炭装入時、気体を炭化室３内へ吹込む気体供給配管１９を設けている。この気体排気用配管１８は、石炭塔側に設置された配管１８ａと、装炭車側に設置された配管１８ｂとからなり、それぞれの先端には接続装置１８ｃ、１８ｄが取付けられている。

このような構成の本発明の装炭車１１により、石炭塔ホッパー１から石炭を受炭するに際しては、以下のように行う。
先ず、石炭塔ホッパー１の下方位置で、石炭を受炭する位置に装炭車１１を停止させた後、装炭車ホッパー１２の上部に装備した受炭時密閉装置１４を石炭塔ホッパー１の供給装置２に密閉接続させる。

この受炭時密閉装置１４は、一般の配管接続の場合に使用する密閉装置であればどのようなものでも使用可能であり、その構成は問わない。本例では、固定フード１４ａの外側に、シリンダ１４ｂによって上下に移動可能な移動フード１４ｃを設け、固定フード１４ａと移動フード１４ｃの間はパッキン１４ｄ等でシール性を確保するように構成したものを示している。しかしながら、接触面のパッキン等でのシールは、石炭塔ホッパー１の供給装置側に設けても良い等、これに限定されるものではない。

前記の密閉接続に際しては、気体供給配管１９の途中に設置された遮断弁１９ａ及び流量制御弁１９ｂは閉、上部ダンパー１３及び下部ダンパー１６を閉の状態としておき、接続装置１８ｃと接続装置１８ｄを接続させ、装炭車ホッパー１２内の気体が配管１８ｂと配管１８ａを介して石炭塔ホッパー１内に置換排出されるようにしておく。

石炭塔から装炭車１１への受炭は、前記のように、石炭塔ホッパー１と装炭車ホッパー１２とを大気から遮断された密閉状態で接続した後に、装炭車ホッパー１２の上部ダンパー１３を石炭が通過可能なようにシリンダ１３ａによって開いた状態とする。更に、装炭車ホッパー１２の内部気体を排出可能なように、配管１８ａと配管１８ｂを密閉状態で接続する。

以上の状態で、石炭塔ホッパー１の下部に設置した供給装置２を作動させて、石炭塔ホッパー１に貯蔵された石炭を装炭車ホッパー１２に入れる。この受炭時、装炭車ホッパー１２内の気体は、装炭車ホッパー１２に入れられた石炭と置換し、配管１８ｂから配管１８ａを介して石炭塔ホッパー１内に排気される。

このとき石炭塔ホッパー１は装炭車ホッパー１２に入れられた石炭の体積分の気体が補給されなければ、内部が大気圧以下となって石炭塔ホッパー１が破損する等の危険性があるが、本発明方法では、これと同容量の気体は装炭車ホッパー１２からの石炭と置換した気体が流入するので、大気から遮断された状態での受炭が可能となる。

以上のように石炭塔ホッパー１から装炭車ホッパー１２内に石炭を受炭した後は、上部ダンパー１３を閉にして接続装置１８ｃと接続装置１８ｄを切り離し、その後、受炭時密閉装置１４を供給装置２から切り離す。
以上で、石炭塔ホッパー１から装炭車ホッパー１２内への密閉受炭が完了となる。

以上の本発明受炭方法により装炭車ホッパー１２に石炭を満たされた本発明の装炭車１１は、図２に示すように、密閉状態（上部ダンパー１３、下部ダンパー１６を閉、気体供給配管１９の遮断弁１９ａ及び流量制御弁１９ｂを閉、接続装置１８ｄを閉）を維持し、受炭した石炭を炭化室３まで運搬する。

受炭した石炭を炭化室３まで運搬した後は、図３に示すように、石炭を装入する炭化室３の石炭装入位置で装炭車１１を停止させる。停止後は、装入孔３ａに載っている装入蓋を取外した後、装入時密閉装置１７を装入孔３ａに密閉接続し、下部ダンパー１６を石炭が通過可能なようにシリンダ１６ａにより開いた状態となした後、装入装置１５を作動させて装炭車ホッパー１２内の石炭を炭化室３内に装入する。

装入時密閉装置１７も受炭時密閉装置１４と同様、一般の配管接続の場合に使用する密閉装置であればどのようなものでも使用可能である。本例では、固定フード１７ａの外側にシリンダ１７ｂによって上下に移動可能な移動フード１７ｃを設け、固定フード１７ａと移動フード１７ｃの間にはパッキン１７ｄ等でシール性を確保するように構成したものを示しているが、これに限定されるものではない。

ところで、前記炭化室３への石炭装入の際、炭化室３内の温度（通常は約１０００℃）より温度の低い石炭が炭化室３内に装入されることで、炭化室３内の気体が急冷され、炭化室３内が大気圧以下になる。炭化室３内が大気圧以下になると、耐火物と目地で形成された炭化室３の炉壁が破損する等の問題が発生する危険がある。従って、炭化室３内は大気圧或いはほぼ大気圧の状態とすることが望ましい。それには、炭化室３内の気体が冷却され収縮した分の気体を補うため、石炭の装入初期は、装炭車ホッパー１２の気体の入口から装入される石炭により冷却収縮された炭化室３内の気体量に見合う気体（通常は、不活性ガス）を導入し、炭化室３内の圧力が大気圧とほぼ等しくなるように制御する必要がある。

ここで、容積が４０m^３程度の炭化室３内に水分が６質量%程度の調湿炭を装入する場合に、装入初期において、１５０T／Hの装入スピードで装入した場合、炭化室３内の圧力が−１．９kPaに低下した。この時の炭化室３内の気体の収縮量は５．１m^３N／minであった。このことから、前記した諸問題を解決する目的の炭化室３内の圧力を大気圧付近にするためには、５．１m^３N／minの気体を吹込めば良いことになる。なお、単位中のm^３Nは、気体の標準状態（０℃、１気圧）での体積であることを示す。

しかしながら、炭化室３内の圧力の低下が上昇管４（図３参照）の水封深さ以内であれば、前記のような炭化室３内への気体吹込みは不要となる。この上昇管４の水封深さは、一般的に−０．４９〜−０．９８kPa程度であり、石炭装入スピードと初期変動炭化室内圧力の関係を示した図４より、６０T／Hの石炭装入スピードであれば、炭化室３内の圧力は−０．９３kPaで、上昇管４の一般的な水封代の−０．９８kPa以内だからである。

ところで、前記のように初期の石炭装入スピードを極端に落とした場合、トータルの石炭装入時間が長くなり、装炭車１１各部の温度上昇による焼損や操業タイムサイクルが長くなることによる生産性の低下という問題につながる。よって、２分程度で石炭装入を完了させるためには、本発明による石炭装入初期の炭化室内への気体吹込みが必要となる。

なお、装炭初期の炭化室３内における圧力低下は、装炭開始後１〜２秒程度で生じるので、遮断弁１９ａを開いて気体供給配管１９を流通させ、下部ダンパー１６の上部に気体を供給することが望ましい。下部ダンパー１６の上部に供給された気体は、石炭と共に炭化室１６内に供給される。

一方、炭化室３に装入された石炭は、まもなく炭化室３の炉壁からの熱を受けてガスを発生し、そのガスにより炭化室３内の圧力が大気圧を超えようとする。このガスは炭化室３に付属して設けられた発生ガス吸引手段（図示せず）によって炭化室３外に排出されるが、この能力は通常、高圧安水の圧力で実施しており制御できない。また、装入石炭の水分条件や石炭の石炭化度によっても、ガスの発生量が変化するため、密閉状態で石炭を装入する場合は炭化室３内の圧力が変動することになる。

従って、発生ガスがある規定量に達するまで（石炭のほぼ全量が炭化室内に装入されるまで）は、炭化室３内の圧力を制御するために、不活性ガス又は気体の吹き込み流量及び流路、或いは，不活性ガス又は気体の吹き込み流量又は流路により制御することが望ましい。

ここで、前記と同様、容積が４０m^３程度の炭化室３内に水分が６質量%程度の調湿炭を装入初期後において、１６００T／Hの石炭装入スピードで装入した場合、石炭粗ガスの発生速度は５．９m^３N／min程度であった。また、この時の炭化室３内の気体の収縮量は、５４．５m^３N／min程度であった。

このことから、前記の諸問題を解決する目的で、炭化室３内の圧力を大気圧付近にするためには、炭化室３内の気体の収縮量５４．５m^３N／minから石炭粗ガスの発生速度５．９m^３N／minと、炭化室内に入った石炭の量３４．２m^３N／minを引いた、１４．４m^３N／minの気体を吹込めば良いこととなる。

装入石炭からガスが発生し始めた後は、遮断弁１９ａから流量制御弁１９ｂに切替え、気体供給配管１９を流通させて下部ダンパー１６の上部に気体を供給する。そして、石炭装入初期と同様、下部ダンパー１６の上部に供給された気体は、石炭と共に炭化室３内に供給される。装炭車ホッパー１２内から炭化室３への石炭装入が完了した後、装入装置１５を停止させ、下部ダンパー１６を閉にし、流量制御弁１９ｂも閉にする。そして、装入時密閉装置１７を装入孔３ａから切り離し、装入蓋を装入孔３ａの上に取付けて本発明の密閉装入が完了となる。

その後の別の炭化室３への石炭の装入は、図１〜図３を用いて説明した前述の操作を繰返すことになる。
このような本発明装置及び本発明方法によって、石炭事前処理により水分を低下した石炭についても、環境上及び操業上の問題なく、受炭及び石炭装入を密閉状態で実施することが可能となった。

上記の例は単なる一例であり、本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範囲内で、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

本発明は、コークス炉への石炭の運搬に伴うものだけでなく、粉塵が発生するものの運搬であれば、どのようなものにも適用できる。

石炭塔ホッパーから本発明の装炭車に石炭を受炭する時の状況を説明する図である。 本発明の装炭車に受炭した石炭を炭化室まで運搬する時の装炭車の状況を説明する図（走行装置は図示せず）である。 本発明の装炭車から炭化室内に石炭を装入する時の状況を説明する図である。 装炭スピードと初期変動炭化室内圧力の関係を示す図である。

符号の説明

１ 石炭塔ホッパー
２ 供給装置
３ 炭化室
３ａ 装入孔
１１ 装炭車
１２ 装炭車ホッパー
１３ 上部ダンパー
１４ 受炭時密閉装置
１５ 装入装置
１６ 下部ダンパー
１７ 装入時密閉装置
１８ 気体排気用配管
１８ａ，１８ｂ 配管
１８ｃ、１８ｄ 接続装置
１９ 気体供給配管
１９ａ 遮断弁
１９ｂ 流量制御弁

Claims (4)

1. コークス炉に石炭を装入する装炭車において、
   装炭車ホッパーの上部に、
   装炭車ホッパーを大気と遮断するための上部ダンパーと、この上部ダンパーの上部に配置され、装炭車ホッパーを石炭塔ホッパーと接続するための受炭時密閉装置を装備し、
   装炭車ホッパーの下部には、
   炭化室への石炭装入量を制御可能な装入装置と、この装入装置の下部に配置され、装炭車ホッパーを大気と遮断するための下部ダンパーと、この下部ダンパーの下部に配置され、炭化室装入孔と接続するための装入時密閉装置を装備し、
   更に、前記装炭車ホッパーには、
   装炭車ホッパー内の気体を石炭塔ホッパー内へ置換排出する気体排気用配管と、遮断弁と流量制御弁によって流量を制御した気体を炭化室内へ吹込む気体供給配管を装備したことを特徴とするコークス炉装炭車。
2. コークス炉に装入する石炭を石炭塔ホッパーから装炭車に受炭する方法において、
   請求項１に記載の装炭車における装炭車ホッパーの位置を石炭塔ホッパーに一致させた後、これら装炭車ホッパーと石炭塔ホッパーを受炭時密閉装置によって密閉状態に接続し、
   受炭時、石炭塔ホッパーから受炭する石炭により、装炭車ホッパー内の気体を石炭塔ホッパー内へ気体排気用配管を経由して押し出すようにしたことを特徴とする石炭の密閉受炭方法。
3. 装炭車からコークス炉に石炭を装入する方法において、
   請求項１に記載の装炭車における装炭車ホッパーとコークス炉の装入孔とを一致させた後、これら装炭車ホッパーとコークス炉の装入孔を装入時密閉装置によって密閉状態に接続し、
   石炭の装入時、流量制御が可能な装入装置にて石炭装入速度を制御するのと共に、流量制御が可能な気体を炭化室内に吹き込むことを特徴とする石炭の密閉装入方法。
4. 炭化室内の圧力ができるだけ大気圧と等しくなるように、
   石炭装入初期は、遮断弁を開いて炭化室内へ気体を吹き込み、
   石炭装入後は、遮断弁を閉じて流量制御弁に切替え、気体を炭化室内へ吹き込むことを特徴とする請求項３に記載の石炭の密閉装入方法。
   

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