JP4813129B2 - コークス炉の燃焼室観察装置 - Google Patents

Description

本発明は、コークス炉の燃焼室の上方に設けられている覗き孔から挿入される燃焼室観察装置に関するものである。

コークス炉は、耐火レンガにより構成され、炭化室の両側に燃焼室を配置し、燃焼室の熱を壁を通して炭化室に間接的に伝熱し、炭化室内の石炭を乾留してコークスを製造する。コークス炉を構成する耐火レンガに目地切れや亀裂などの損傷が発生すると、炭化室から燃焼室への乾留ガスの洩れによる黒煙の発生、燃焼室から炭化室への燃焼排ガスの侵入による石炭の酸化等の問題が発生する。さらに、上記のような耐火レンガの損傷を放置しておくと、熱負荷により、耐火レンガの変形、欠損、脱落が生じ、コークス炉の寿命が大幅に低下するという問題が生じる。従って、そのような問題が生じないよう、耐火レンガの状態を定期的に観察し、損傷した個所を補修するなどの措置をとる必要がある。そのため、カメラを用いて炭化室や燃焼室の内部観察を行なっている。

炭化室の場合は、天面（コークス炉の炉上）に比較的大きな石炭装入用の孔（φ４００ｍｍ程度）が設けられており、また、製造されたコークスを押し出すための扉（炉蓋）が前面に設けられている。従って、炭化室の内部を観察する場合は、炉蓋を開いた状態で行なうことができるため、観察装置の大きさについては、特に配慮をすることなく、撮影カメラに対する水冷や空冷の設備を用いることができる。

一方、燃焼室の場合は、炭化室とは異なり扉が設けられておらず、天面に観察用の覗き孔（フリュー孔）が設けられているのみであると共に、この覗き孔の大きさもφ１２０ｍｍ程度であり、かなり小さくなっている。従って、観察装置を燃焼室内に挿入する場合は、この覗き孔を通して行うことになりサイズ的な面での制約となっている。

かかるコークス炉燃焼室の観察装置としては、例えば、下記特許文献１，２に開示される技術が公知である。特許文献１は、高温炉壁面観察装置について開示し、燃焼室の上部に設けられた覗き孔から水冷ランスを挿入するものであり、この水冷ランスは二重中空円筒構造を有し、外側に冷却水を環流させるようにし、内側にカメラを装着して、壁面観察を行なう。水冷ランスは、昇降機構を用いて燃焼室内への挿入及び昇降を行なうことができ、また、コークス炉の上部に設置される走行台車により移動することで、各燃焼室を観察することができる。

特許文献２も同様の構造を開示し、覗き孔を介して挿入される水冷ランスにカメラを取り付けている。

特開昭６４−７１３８４号公報 特開２００２−３８１５９号公報

燃焼室内にカメラを挿入して壁面観察を行う場合、覗き孔の大きさが元来小さいため、観察装置もできるだけ小型軽量化することが好ましい。しかしながら、観察装置は、燃焼室内で１１００〜１３５０℃の高温に晒されるため、通常は、上記特許文献１，２のように、冷却機構を設けることになる。観察装置に、水（あるいはエア）等のユーティリティを用いた冷却機構を設けると、装置が大きくなり、全体の重量も増加する。従って、観察装置を人間が持ち運ぶことが困難となり、コークス炉の上部に走行台車や昇降機構を設けて、観察装置を移動させる必要があり、全体として大掛かりな設備となってしまう。

また、従来の観察装置では、コークス炉の両端の覗き孔については上昇管やトロリーなどの障害物があり、燃焼室内の観察が困難である。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、水等のユーティリティを必要とせず、簡便に取り扱うことができる燃焼室観察装置を提供することである。

上記課題を解決するため本発明に係るコークス炉の燃焼室観察装置は、コークス炉の燃焼室の上方に設けられている覗き孔から挿入される燃焼室観察装置であって、本体部と、この本体部に結合される蓋部と、本体部と蓋部の少なくとも一方に設けられる断熱体と、この断熱体の内部に形成されるカメラ収容空間及び撮影光路形成空間とを備えていることを特徴とするものである。

この構成による燃焼室観察装置の作用・効果を説明する。燃焼室観察装置は、本体部と、本体部に結合される蓋部を備えている。この本体部と蓋部の少なくとも一方には、断熱体が設けられる。断熱体の内部には、観察用のカメラを収容するためのカメラ収容空間と、撮影光路形成空間が設けられる。このように、断熱体の内部にカメラが収容されるため、燃焼室内の熱がカメラに伝達しにくくなっている。従って、水冷や空冷などの機構を要することなく、観察装置を構成できるため、小型軽量化を実現できる。その結果、水等のユーティリティを必要とせず、簡便に取り扱うことができる燃焼室観察装置を提供することができる。

本発明において、本体部に設けられる第１断熱体と、蓋部に設けられる第２断熱体と、第１断熱体と第２断熱体のいずれか一方に設けられる凸嵌合部と、他方に設けられる凹嵌合部とを備え、本体部と蓋部を結合したときに、前記凸嵌合部と凹嵌合部が嵌合するように構成されることが好ましい。

本体部と蓋部の両方が断熱体を備えることで断熱性を高めることができる。また、本体部と蓋部とは結合・分離ができる構成であり、両者を結合するときに、凸嵌合部と凹嵌合部が嵌合するように構成する。これにより、より高い断熱性を持たせることができる。

本発明において、本体部及び蓋部は、表面に多数の孔が形成された金属材料により外装されることが好ましい。

金属材料により外装することで、燃焼室観察装置としての強度を確保することができる。また、金属材料の表面には多数の孔が形成されるので、強度を確保しながらも軽量化を図ることができる。また、多数の孔を形成することで装置の内部に熱がこもらないようにし、内部のカメラを保護することができる。

本発明において、本体部及び蓋部は略円筒形状に形成されることが好ましい。略円筒形状にすることで、覗き孔から挿入しやすくすると共に、燃焼室内の壁面からの輻射熱を受けにくくすることができる。

本発明に係るコークス炉の燃焼室観察装置の好適な実施形態を図面を用いて説明する。まず、コークス炉の構造について簡単に説明する。

＜コークス炉の構成＞
図１は、コークス炉の構造を示す概念図である。図２は、燃焼室１と炭化室２の水平方向の断面図である。コークス炉は、耐火レンガにより構成され、炉団方向に燃焼室１と炭化室２が交互に多数配置される。炭化室２には、上部に設けられた装入孔４から装炭車により石炭が装入され、隣接する燃焼室（１１００〜１３５０℃）の両側面の炉壁から加熱され、１０００℃位の温度で乾留され、コークスが製造される。製造されたコークスは、炭化室２の前方に設けられた炉蓋５を開き、押出機により炭化室２から押し出す。

コークス炉は、通常３０〜４０年と非常に長期間連続使用されると共に、使用される耐火レンガも上記のような過酷な環境で使用されるため、変形、欠損、脱落などの損傷が生じてくる。このような損傷が生じると、炉壁の補修を行う必要があるため、定期的にコークス炉内をカメラにより観察して、耐火レンガの損傷状態を検査するようにしている。

炭化室２に関しては、前述のように、炉長方向の前部に炉蓋５を有しており、ここを開くことで観察装置を挿入するためのスペースを十分に確保することができる。一方、燃焼室１は、炭化室２のような炉蓋５を備えておらず、観察装置を挿入するためには、コークス炉の上部に設けられた覗き孔３（フリュー孔）を利用する。覗き孔３は、図１に示すように、炉長方向に沿って多数設けられている。覗き孔３のサイズはφ１２０ｍｍ程度である。この覗き孔３は、燃焼室１の燃焼状態を目視観察するために使用されている。炭化室２の上方には、装入孔４が複数形成され、サイズはφ４００ｍｍ程度である。

図２において、燃焼室１は、第１室１ａと第２室１ｂとが交互に炉長方向に沿って配置されている。第１室１ａと第２室１ｂとは、仕切り壁１ｃにより仕切られている。ただし、第１室１ａと第２室１ｂとは上方で連通しており、実際の燃焼は第１室１ａで行なわれ、これにより生じる燃焼排ガスは第２室１ｂの方へ流れていくように構成される。覗き孔３は、各室ごとに設けられる。

次に、燃焼室１に観察装置１０を挿入した状態を図３に示す。観察装置１０の詳細は後述するが、断熱構造を有しており、壁面撮影用のカメラを備えている。観察装置１０は、燃焼室１の上部の覗き孔３から挿入することができる。覗き孔３の近傍に巻き取り装置６が設けられ、チェーン７の先端に懸架された観察装置１０の昇降を行なわせることができる。

＜燃焼室観察装置の構成＞
次に、燃焼室観察装置１０の構成を説明する。図４は、燃焼室観察装置の外観図を示し、図５は、燃焼室観察装置の内部構成を示す。観察装置１０は、全体として略円筒形状を有している。観察装置１０は、本体部１１と蓋部１２に分かれており、両者はネジ１３により結合される。

本体部１１は、パンチングメタルにより構成される本体フレーム１４を有し、表面には多数の孔１４ａが形成されている。蓋部１２もパンチングメタルにより構成される蓋体フレーム１５を有し、同様に表面に多数の孔１５ａが形成されている。蓋体フレーム１５の孔１５ａの方が、本体フレーム１４の孔１４ａよりも大きくなっている。また、蓋体フレーム１５には、チェーン７で懸架するための懸架部１５ｂが形成される。

本体フレーム１４や蓋体フレーム１５は、例えば、パンチングメタルで構成できる。かかる素材は、安価に入手することができるので好ましい。また、パンチングメタルで覆うことにより、観察装置１０の強度を確保することができると共に、装置全体の軽量化に寄与することができる。本体フレーム１４や蓋体フレーム１５の表面に、更に断熱塗装を行なってもよい。

本体部１１の本体フレーム１４の内部には、第１断熱体１６が配置されており、カメラ１８を収容するカメラ収容空間Ａと、壁面を撮影するための撮影光路形成空間Ｂとが内部に形成されている。カメラ収容空間Ａにカメラ１８を挿入するための挿入口１６ｂが第１断熱体１６に設けられている。

蓋部１２の蓋体フレーム１５の内部には、第２断熱体１７が隙間なく配置されている。これら断熱体１６，１７は、耐熱温度の高い繊維質断熱材であるセラミックファイバーやアルミナファイバーなどを用いることができ、例えば、株式会社東京マテリアルス製のＴ／＃５４６２ルビールを用いることができる。

本体部１１と蓋部１２とが結合されるネジ１３の近傍には、第１断熱体１６には凹嵌合部１６ａが形成され、第２断熱体１７には凸嵌合部１７ａが形成される。本体部１１と蓋部１２を結合したときには、これら凹嵌合部１６ａと凸嵌合部１７ａが嵌合した状態となる。これにより、第１断熱体１６と第２断熱体１７の境界位置における断熱性を強化することができる。なお、第１断熱体１６に凸嵌合部を設け、第２断熱体１７に凹嵌合部を設けてもよい。

撮影光路形成空間Ｂを確保するため、本体フレーム１４には開口窓１４ｂが形成される。図５に示すように、光軸に沿って、断熱ガラス２０、熱吸収フィルター２１、中性濃度フィルター（ＮＤフィルター）２２が配置される。これらの光学要素により、内部のカメラ１８を熱から保護する。

カメラ１８は、汎用性のあるデジタルカメラやビデオカメラを用いることができる。また、カメラ１８は無線機能を備えており、撮影した画像を無線により外部へ送信することができる。従って、観察装置１０の外部に配線を露出させなくてもよい。

燃焼室観察装置の具体的な大きさの例を説明すると、全体的に略円筒形状であり、その直径はφ１０５ｍｍ、高さは３５０ｍｍ程度にすることができる。また、内部に収容されるカメラのサイズは、３６×１６×９０ｍｍである。従って、覗き孔３から挿入するのに問題のないサイズである。

図６に示すグラフは、観察装置内に温度センサーを挿入して、観察装置１０を燃焼室１内に挿入したときの観察装置内部の温度の推移を示すグラフである。温度センサーは、ＫＮラボラトリーズ社製のサーモクロン（Ｇタイプ）を使用した。大きさはφ１７ｍｍ×６ｍｍであり、温度検出精度は±１℃、最小測定間隔は１分、測定範囲は−４０℃から８５℃の間である。

図６に示すように、観察装置１０を燃焼室１に挿入している約２分間の間に、装置内部の温度は３８℃から５０℃へと上昇した。その後、観察装置１０を燃焼室１から取り出した後も、内部の温度は上昇を続け６５℃に到達したが、蓋部１２を開放することで徐々に温度が低下した。カメラの使用可能温度範囲の上限は４５℃程度であるが、４５℃を超えているのは短時間であることから、カメラは故障することなく、繰り返し使用することができる。実際に、観察装置１０を燃焼室１に挿入して観察を行う時間も数分間程度であるから、実用的には問題がない。

以上のように、本発明による燃焼室観察装置によれば、水やエアなどのユーティリティを用いた冷却機構が不要であり、観察装置を小型軽量化でき、サイズの比較的小さな覗き孔３から挿入することができる。また、人が持ち運ぶことができる重さにできるため、従来技術にある走行台車のような大掛かりな設備を必要としない。

＜別実施形態＞
本体部１１と蓋部１２の結合はネジ１３以外の方法、例えば、ロック機構を用いて両者を結合してもよい。本体部１１と蓋部１２の形状は、本実施形態のものに限定されるものではなく、覗き孔３から挿入可能であれば、どのような形状を採用してもよい。

本実施形態の図３、図４に示す燃焼室観察装置は炉壁を観察するように構成されているが、更に炉底（燃焼室の床）を観察できるように構成することも変形例として考えられる。

コークス炉の構造を示す概念図 燃焼室と炭化室の水平方向の断面図 燃焼室観察装置を燃焼室に挿入した状態を示す図 燃焼室観察装置の外観を示す図 燃焼室観察装置の内部構成を示す図 燃焼室観察装置内の温度の測定結果

符号の説明

１ 燃焼室
２ 炭化室
３ 覗き孔
１０ 観察装置
１１ 本体部
１２ 蓋部
１４ 本体フレーム
１４ａ 孔
１５ 蓋体フレーム
１５ａ 孔
１６ 第１断熱体
１７ 第２断熱体
１８ カメラ
Ａ カメラ収容空間
Ｂ 撮影光路形成空間

Claims (6)

1. コークス炉の燃焼室の上方に設けられている覗き孔から挿入される燃焼室観察装置であって、
   本体部と、この本体部に結合される蓋部と、
   本体部に設けられる第１断熱体と、
   蓋部に設けられる第２断熱体と、
   前記第１断熱体の内部に形成されるカメラ収容空間及び撮影光路形成空間と、
   前記本体部を外装し、金属材料の表面に多数の穴が形成された本体フレームと、
   前記蓋体を外装し、金属材料の表面に多数の穴が形成された蓋体フレームと、
   前記本体フレーム及び前記蓋部フレームを略円筒形状に形成すると共に、ネジを一体形成し、前記本体フレームと前記蓋体フレームをネジで結合可能に構成したことを特徴とするコークス炉の燃焼室観察装置。
2. 第１断熱体と第２断熱体のいずれか一方に設けられる凸嵌合部と、他方に設けられる凹嵌合部とを備え、
   本体部と蓋部を結合したときに、前記凸嵌合部と凹嵌合部が嵌合するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のコークス炉の燃焼室観察装置。
3. 前記凸嵌合部の先端面と前記凹嵌合部の底面の間に隙間が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のコークス炉の燃焼室観察装置。
4. 前記本体フレームに形成される穴よりも前記蓋体フレームに形成される穴のほうが大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のコークス炉の燃焼室観察装置。
5. 前記撮影光路形成空間には、撮影光軸に沿って、断熱ガラス、熱吸収フィルター、中性濃度フィルターが配置され、かつ、前記第１断熱体により支持されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のコークス炉の燃焼室観察装置。
6. 前記本体フレーム及び前記蓋体フレームの表面に断熱塗装を行っていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のコークス炉の燃焼室観察装置。

Images