JP4767730B2 - コークス炉の操業方法 - Google Patents

Description

本発明は、コークス炉ガスを燃焼させて生成した燃焼排ガスを循環使用して、コークス炉の燃焼室内で発生するＮＯｘ（窒素酸化物）量を抑制するコークス炉の操業方法に関する。

従来、コークスは、炭化室に石炭を装入した後、隣り合う燃焼室内でガスを燃焼させ、その熱で炭化室を１２００〜１３００℃程度に加熱して製造している。
図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、燃焼室１０内には、その内部の上部を除く部分を炉長方向に二分割する仕切壁１１が設けられ、ガスを燃焼させる燃焼側と、この燃焼側で発生した燃焼排ガス（単に排ガスともいう）を外部へ排出する引落側がそれぞれ形成されている。この燃焼側と引落側は、交互に切替えられているため、同一の内部構造をしている。なお、ここでは、図２（Ａ）において、手前側を燃焼側１２とし、奥側を引落側１３として、以下にその構造を説明する。
この燃焼側１２の底部には、ガスを燃焼室１０の燃焼側１２へ供給するガス供給口１４と、蓄熱室１５によって加熱された燃焼用補助空気を燃焼側１２へ供給する空気供給口１６とが設けられ、更に、燃焼側１２の高さ方向には、ガスの燃焼時の燃焼側１２の温度分布を調整するため、燃焼用補助空気の空気供給口１７が多段（ここでは、２段）に設けられている。

一方、引落側１３の底部には、発生した燃焼排ガスを燃焼室１０内から外部へ排出するガス排出口１８が設けられている。なお、引落側１３の高さ方向に渡って排ガスの排出を行うこともできる。
ここで、排出された排ガスを蓄熱室１５内に通過させ、蓄熱室１５に熱を蓄積させることで、前記したように、燃焼側１２と引落側１３とを逆転させ、今まで引落側１３として使用してきた部屋を燃焼側として使用する際に、燃焼室１０内に供給する空気を加熱できる。
このように、燃焼室１０内の燃焼側と引落側とを交互に切り換えることで、炭化室を連続的に加熱している。

燃焼に使用するガスとしては、高炉から発生する高炉ガス（ＢＦＧともいう）とコークス炉の炭化室から発生するコークス炉ガス（ＣＯＧともいう）とを、所定の割合で混合した混合ガス、又はコークス炉ガスのみを使用している。このコークス炉ガスは、高炉ガスと比較して含まれる水素ガス量が多く、その結果得られる熱エネルギーも大きいが、燃焼室１０内の燃焼側１２において、局部的に燃焼温度が高く（例えば、１８００℃以上）なる部分が発生するため、ＮＯｘ（Ｔｈｅｒｍａｌ ＮＯｘともいう）の発生量を増大させるという問題もある。
そこで、燃焼室１０の構造を、仕切壁１１の下方に燃焼側１２と引落側１３とを繋ぐ開口部１９を設け、引落側１３の燃焼排ガスの一部を燃焼側１２へ供給して循環させる構造としている。これにより、燃焼排ガスの循環率を上昇させて、燃焼ガス中の酸素濃度を低下させ、燃焼室１０内の燃焼側１２の高さ方向における燃焼状態を改善して、局部的に燃焼温度が高くなることを防止することにより、ＮＯｘの発生量を抑制している（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−２６５７７８号公報

しかしながら、ＮＯｘの発生量は燃焼排ガスの循環率に大きく影響されるため、燃焼室の構造のみを検討しても、燃焼室内の燃焼側の温度変動幅を十分に小さくすることができず、ＮＯｘの発生量を目標値（例えば、１７０ｐｐｍ）以下まで低下できない。即ち、循環させる燃焼排ガス量が少な過ぎる場合は、ＮＯｘの発生量を抑制することができず、一方、多過ぎる場合は、コークス炉ガスの燃焼状態が変化し、ＮＯｘの発生量が増大する傾向にある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、燃焼室内の燃焼側の高さ方向における燃焼状態を改善して、局部的な高温部位の発生を防止し、窒素酸化物の発生量を低減することが可能なコークス炉の操業方法を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するためのものであり、その手段（１）は、コークス炉ガスと燃焼用補助空気をコークス炉の燃焼室の燃焼側に供給して前記コークス炉ガスを燃焼させた後、その燃焼排ガスを前記燃焼室の引落側から排出するに際し、該引落側の前記燃焼排ガスの一部を前記燃焼側へ下部から供給して循環させ、燃焼により発生するＮＯｘ量を抑制する方法において、
前記燃焼側への前記燃焼用補助空気の供給を、該燃焼側の高さ方向に渡って多段で行い、しかも前記燃焼側で発生した前記全燃焼排ガス量に対して循環する前記燃焼排ガス量を１０体積％以上１３体積％以下にすると共に、前記コークス炉ガスの温度を４００〜６００℃、且つ前記燃焼用補助空気の温度を１０００〜１２００℃とし、前記燃焼用補助空気に含まれる酸素量が前記コークス炉ガスの供給量の１．３倍以上１．５倍以下となるように、前記燃焼用補助空気の供給量を調整する。

本発明のコークス炉の操業方法は、燃焼排ガスの循環率を適正範囲内に設定するので、燃焼室内の燃焼側の温度変動幅を小さくし、窒素酸化物の発生量を低減できる。また、燃焼用補助空気の供給を燃焼側の高さ方向に渡って多段で行うことにより、燃焼室内の燃焼側の温度変動幅を更に小さくできる。

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。
ここで、図１は燃焼排ガスの循環率と燃焼室内で発生したＮＯｘ量との関係を示すグラフである。

本発明の一実施の形態に係るコークス炉の操業方法は、コークス炉ガスを燃焼させて発生した燃焼排ガスの一部を循環させ、ＮＯｘの発生量を低減する方法である。なお、本発明の一実施の形態に係るコークス炉の操業方法は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示した前記燃焼室１０に適用可能な方法であるため、以下、図２（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら説明する。

図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ガス供給口１４からコークス炉ガスを、空気供給口１６から空気（燃焼用補助空気）を、燃焼室１０の燃焼側１２へそれぞれ供給する。なお、空気は、上記底部の空気供給口１６を除いて、燃焼側１２の高さ方向に、例えば等間隔で多段（ここでは、二段）に渡って設けられた複数の空気供給口１７からも供給される。
燃焼側１２へ供給されるコークス炉ガスの温度は、例えば、４００〜６００℃（ここでは、５００℃）程度であり、空気の温度は、例えば、１０００〜１２００℃（ここでは、１１００℃）程度である。なお、空気の供給量は、含まれる酸素の使用効率を考慮して、酸素量が、コークス炉ガスの供給量の例えば、１．３倍以上１．５倍以下（ここでは、１．４倍）程度になるように調整する。
これにより、コークス炉ガスは、燃焼側１２の底部から供給され、空気は、底部に設けられた空気供給口１６と側壁に設けられた多段の空気供給口１７から供給されて燃焼する。

この燃焼により、発生した燃焼排ガスは、燃焼側１２の上方へ移動した後、仕切壁１１の上方を通過して、引落側１３へ流れ、引落側１３の下方に設けられたガス排出口１８を介して、外部へ排出される。なお、このとき、ロータリーバルブＲの位置を調整することで、開口部１９を通って燃焼側１２へ供給（循環）される燃焼排ガス量が調整される。このロータリーバルブＲとは、耐火物を円柱状に形成した燃焼排ガスの流量調整部材であり、使用にあっては、このロータリーバルブＲを回転させ、仕切壁１１に近づけることで、開口部１９へ流入する燃焼排ガス量を少なくでき、逆にロータリーバルブＲを仕切壁１１から遠ざけることで、開口部１９へ流入する燃焼排ガス量を増大できる。

ここで、燃焼排ガスの循環率と燃焼室１０内で発生したＮＯｘ量との関係について、図１を参照しながら説明する。図１は、燃焼排ガス量を１０６Ｎｍ³／Ｈｒ、前記３箇所からの合計空気供給量を９６Ｎｍ³／Ｈｒとし、燃焼排ガス循環率を変化させてＮＯｘ量を測定した結果である。なお、一段目と二段目の空気の各供給位置は、燃焼側の高さの１／３と２／３の位置である。
この燃焼排ガス循環率とは、燃焼側で発生した全燃焼排ガス量に対する循環する燃焼排ガス量であり、下式で求めた値である。
（燃焼排ガス循環量）×１００／（空気供給量）×（供給コークス炉ガス量）
また、ＮＯｘ量とは、燃焼室内で発生したＮＯｘ量であり、燃焼排ガスを大気放散するための煙道に設置したＮＯｘ計で測定した値である。
そして、燃焼排ガス循環量とは、前記ロータリーバルブＲの回転角度で推定した値であり、更に、空気供給量と供給コークス炉ガス量は、供給経路に設けた流量計で測定した値である。

図１に示すように、燃焼排ガスの循環率が７体積％未満の場合、燃焼ガスに混合する燃焼排ガス量が少なくなり過ぎ、燃焼ガスが燃焼側下部で急激に燃焼するので、コークス炉ガスの燃焼温度が高くなって、ＮＯｘの発生量を目標値（好ましくは１３０ｐｐｍ）以下にできない。一方、燃焼排ガスの循環率が１８体積％を超える場合、燃焼ガスに混合する燃焼排ガス量が多くなり過ぎ、逆に、燃焼側上部で燃焼過多となり上部の温度が高くなって、ＮＯｘの発生量が増加し始める。
以上のことから、引落側の燃焼排ガスの一部を、７体積％以上１８体積％以下の循環率で、仕切壁の下方から燃焼側へ供給して循環させることにより、燃焼により発生するＮＯｘ量を抑制できる。なお、燃焼排ガス循環率を１０体積％以上１３体積％以下にすることにより、発生するＮＯｘ量を最も抑制できるので好ましい。

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
コークス炉の操業に際し、コークス炉ガスを燃焼させて発生した燃焼排ガスの一部を循環させた。ここで、燃焼排ガス量、空気供給量、燃焼排ガス循環率、ＮＯｘ量、及びその判定結果を表１に示し、燃焼室の燃焼側の底部と側壁の各空気供給口からそれぞれ供給される空気の供給比、及び各空気供給位置からの空気供給割合を表２に示す。

表１に示す実施例１と比較例１は、空気供給を燃焼側の高さ方向に二段で行った結果であり、燃焼排ガス循環率以外は全て同一条件である。また、実施例２と比較例２は、実施例１と比較例１の空気供給割合を変更した結果であり、燃焼排ガス循環率以外は全て同一条件である。そして、参考例１は、空気供給を三段で行った結果である。
ここで、空気供給を二段で行う場合、一段目と二段目の各供給位置を、燃焼側の高さの１／３と２／３の位置とした。また、空気供給を三段で行う場合、一段目、二段目、及び三段目の各供給位置を、燃焼側の高さの２／９、４／９、及び２／３の位置とした。

空気供給を燃焼側の高さ方向に二段で行った場合、表１に示す実施例１、２のように、燃焼排ガスの循環率を前記した範囲内に設定することで、燃焼排ガス循環率が前記範囲外の比較例１、２と比較して、ＮＯｘ量を大幅に低減できることを確認できた。
また、空気供給を燃焼側の高さ方向に三段で行った場合についても、参考例１から明らかなように、燃焼排ガスの循環率を前記した範囲内に設定することで、ＮＯｘ量を１７０ｐｐｍ（ここでは１３０ｐｐｍ）以下まで低減できた。
このように、燃焼排ガスの循環率を適正範囲内に設定することで、燃焼室内の燃焼側の高さ方向における燃焼状態を改善して、局部的な高温部位の発生を防止し、窒素酸化物の発生量を低減できることを確認できた。

以上、本発明を、一実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明のコークス炉の操業方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。

燃焼排ガスの循環率と燃焼室内で発生したＮＯｘ量との関係を示すグラフである。 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ燃焼室の内部構成の説明図、燃焼室内のガス及び空気の流れを示す説明図である。

符号の説明

１０：燃焼室、１１：仕切壁、１２：燃焼側、１３：引落側、１４：ガス供給口、１５：蓄熱室、１６、１７：空気供給口、１８：ガス排出口、１９：開口部

Claims (1)

1. コークス炉ガスと燃焼用補助空気をコークス炉の燃焼室の燃焼側に供給して前記コークス炉ガスを燃焼させた後、その燃焼排ガスを前記燃焼室の引落側から排出するに際し、該引落側の前記燃焼排ガスの一部を前記燃焼側へ下部から供給して循環させ、燃焼により発生するＮＯｘ量を抑制する方法において、
   前記燃焼側への前記燃焼用補助空気の供給を、該燃焼側の高さ方向に渡って多段で行い、しかも前記燃焼側で発生した前記全燃焼排ガス量に対して循環する前記燃焼排ガス量を１０体積％以上１３体積％以下にすると共に、前記コークス炉ガスの温度を４００〜６００℃、且つ前記燃焼用補助空気の温度を１０００〜１２００℃とし、前記燃焼用補助空気に含まれる酸素量が前記コークス炉ガスの供給量の１．３倍以上１．５倍以下となるように、前記燃焼用補助空気の供給量を調整することを特徴とするコークス炉の操業方法。

Images