JP4876630B2 - コークス炉への石炭装入方法及びコークスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、コークス炉への石炭装入方法及びコークスの製造方法に関し、特にコークス炉の炉長方向にわたって、装入される石炭の粒度を調整することにより、少なくともコークス排出側の窯口近傍におけるコークス収縮量の有利な増大を図り、もってコークス炉からのコークスの押し出しに際し、押し詰まりのないスムーズな押し出しを、コークスの生産性低下を伴わずに実現しようとするものである。

室炉方式のコークス炉では、石炭が装入される炭化室は、コークスを押し出すための押出機のラックが入る側（マシンサイド、Ｍ／Ｓともいう）から、コークスが排出される側（コークスサイド、Ｃ／Ｓともいう）に向かって、炉壁間距離（以下、炉幅という）が徐々に大きくなっている。これは、乾留されて排出されるコークスが排出され易いようにとの配慮からであるが、コークス炉の炉長が12〜13ｍから17〜18ｍもあるのに対して、そのテーパー（炉幅の増加量）は40〜80mm程度にすぎない。

ところで、近年、コークス炉の経過年数（年齢）は、最も老朽化したもので40年近くになっており、各社老朽化対策が重要な課題となっている。コークス炉は老朽化するに従い、当然のことながら、炉体の変形や付帯設備の劣化などが顕著化してくる。特に、コークス炉内の炉壁の状態は、年数が経過するに従って、レンガの目地切れの他、石炭装入やカーボン焼きによる冷却作用が引き起こす熱応力に起因したレンガのスポーリング、熱膨張と炉締めのバランスが崩れることによるレンガの張り出し、およびコークスの排出作業によるレンガの摩耗などが目立ってくる。

特に、コークス炉の炉長方向のコークス排出側（Ｃ／Ｓ）の炉壁の状態は、カーボン焼きのために行う空窯および上記したレンガの張り出しや摩耗（Ｃ／Ｓは全量のコークスが通過していくためコークスとの接触時間が最も長い）によるレンガの肌荒れ（凹凸）が顕著である。このようなレンガの凹凸が大きくなると、コークスの排出時における負荷が増大し、コークスの押し詰りを起こしてしまう。Ｃ／Ｓの押し詰りが、コークス排出時の初期に起こってしまうと、コークス全量が炭化室から排出不能となるので、その後の処理に多大な労力が必要となり、コークス炉の操業上、重大な悪影響を及ぼす。

さらに、燃焼室の温度分布は、前述したテーパーに見合うように、Ｍ／ＳからＣ／Ｓに向かって温度が高くなるような温度勾配を付けた設定にしてあるが、放熱作用の大きいＭ／ＳおよびＣ／Ｓの窯口の炉壁レンガ面の温度は低下傾向になるのが常である。このため、乾留による炭化不良もこの窯口側で起こる場合が多い。その結果、乾留後に生成するコークスの炉幅方向の収縮量も不十分となり、押し詰りの原因の一つとなる。

勿論、炉壁の凹凸に対しては、溶射、吹き付け等によってレンガ面を平滑化したり、炭化不良が超こらないように燃焼室の温度管理を行っている。しかしながら、Ｃ／Ｓの炉壁に凹凸が生じている場合や炭化不良が発生した場合であっても、他の部分に比べてＣ／Ｓのコークスの炉幅方向収縮量を大きくすることができれば、押し詰りを起こすことなしに、スムーズなコークスの排出が可能になる。また、同様に、Ｍ／Ｓにおけるコークスの炉幅方向収縮量も併せて大きくすることができれば、コークスの排出がより一層スムーズになる。

従来、例えば特許文献１に開示されているような、コークス炉の炉長方向で性状の異なった炭材を装入する方法として、例えば特許文献１に開示されているような、成形炭を窯口側（炉長方向両端側）底部に装入する方法が知られている。
しかしながら、炭化室内でこのような偏析を起こさせるためには、装炭車の窯口側のホッパーの底に成形炭を予め積み付ける必要がある。特許文献１では、この積み付け方法について言及されていないので明言はできないが、最初に窯口側の両ホッパーの底に成形炭を積み付けたのち、全ホッパーに配合炭を積み付けるものと考えられる。

とすれば、成形炭を装炭車に積み付けるための設備を、通常の配合炭の積み付け設備とは別系統で用意する必要があり、そのためには大掛かりな設備の設置と設備投資が必要となる。
また、例えば特許文献２に開示されているような、粒度偏析を利用した石炭の配合、装入に関しては、ある種特殊な石炭銘柄の粉砕前の粒度別性状の違いを利用したコークス強度安定化技術が知られている。

しかしながら、この方法は、石炭塔へ積み付ける以前のヤード堆積山や石炭槽ホッパー内での技術であり、また石炭塔内ではその特異な銘柄と他の配合炭が均一に混合されていることが条件的にも望ましいと考えられる。
従って、この方法では、窯口（特にＣ／Ｓ）のコークス収縮量を選択的に増加させることはできない。

これらの問題を解決する技術として、特許文献３に開示されているような、コークス炉の石炭装入車に石炭を供給する石炭塔内において、コークス炉炭化室炉長方向のＣ／ＳおよびＭ／Ｓのうち少なくともＣ／Ｓについては、装入される石炭の平均粒径が、該石炭塔内に装入される石炭全体の平均粒径よりも細かくなるように、該炉長方向にわたり粒度偏析させて石炭を堆積し、この状態で石炭装入車のホッパーに積み付け、引き続きホッパー間での粒度偏析を保持したままコークス炉に装入する技術が知られている。

これによれば、石炭塔への積み付け設備のわずかな改良で、しかもこれまでと同じ配合炭を用いて、Ｃ／Ｓおよび必要に応じてＭ／Ｓのコークスの炉幅方向収縮量を大きくすることができ、その結果、コークス炉からのコークスの押し出しをスムーズに行うことができる（石炭粒度が小さいと乾留による収縮量が大きくなって、コークスと炉壁との間のクリアランスが大きくなるからである）。

これの実施形態として、旋回式ベルトコンベアを用いた定点積み付け方式に適用されたものを図２に示す。図２中、１は石炭塔、２は石炭を石炭塔１の中央部に導くベルトコンベア、３はベルトコンベア２により石炭塔１内に導かれた石炭を旋回しながら該塔内に投入する旋回式ベルトコンベアであり、４は石炭の投入軌跡中に設置された反射板（スロープ板）である。

反射板４がない場合には、石炭塔１内における石炭の堆積表面形状は、図２(b)に破線で示すようになる。これに対し、反射板４を設置した場合には、旋回式ベルトコンベア３から供給された石炭はそのまま塔内には落下せず、反射板４に沿って塔壁側まで運ばれてから落下することになる。すなわち、反射板４を設置した側では、塔壁近傍のみに石炭が供給されることになる。そのため、このスロープ板設置側では、堆積レベルが次第に高くなるような傾斜が形成され、石炭はこの傾斜面に沿って供給されることになる。

その結果、供給される石炭のうち粒径の大きなものは、この傾斜面に沿って転がり落ち、塔壁近傍には比較的粒径が小さい石炭が残るようになる。すなわち、粒度偏析が生じる。さらに、図２(b)中に想像線で示すように、グリズリー５（例えば特許文献３の図２(b)に示されるような櫛歯状の分粒器）を設置すると、この粒度偏析をさらに助長することができる。

また、特許文献４には、前記グリズリー５に代えて、軸棒に対し、等間隔の配列になる棒状体群を２組（または３組）、隣り合う二棒状体が相異なる組に属するように取り付け、相異なる組間の角度差（軸棒を中心とする回転の位相差）を変更自在とした粉体の分級装置を用いる技術が開示されている。これによれば、相異なる組間の角度差を随時拡大することにより、隣り合う二棒状体の間隙の石炭目詰まりを有利に防止できる。
特開平６−212162号公報 特開平３−263488号公報 特開2005−179628号公報 特開2006−037011号公報

しかしながら、上記反射板およびグリズリー等（グリズリー５または特許文献４記載の粉体の分級装置）は、石炭塔内の石炭落下軌跡内に設置されるものであるから、設置工事の際はコークス炉操業を停止する必要がある。グリズリー等は耐用期間が十分長いので、その更新工事頻度は定期休工頻度より低くてよいのであるが、反射板は耐用期間が比較的短いので、その更新工事頻度を定期休工頻度よりも高くしなければならず、コークス炉操業の臨時停止回数の増加を招き、コークスの生産性を阻害するという問題があった。

本発明は上述の問題を解決し、コークスの生産性を損なわずに、コークス排出側の窯口近傍におけるコークス収縮量を増大させ、コークスの押し出しを円滑化できる、コークス炉への石炭装入方法及びコークスの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、室炉式コークス炉の石炭装入車に石炭を供給する石炭塔の中央部に石炭を導くベルトコンベアの上方に、スクレーパを昇降かつ回転可能に設置し、これを用いて、石炭塔内においてコークス炉出側の石炭粒径が小さくなるように該炉長方向に粒度偏析させて石炭を堆積し、この状態で石炭装入車のホッパーに積み付け、引続きホッパー間での粒度偏析を保持したままコークス炉炭化室に装入することを特徴とするコークス炉への石炭装入方法である。また、この石炭装入方法で石炭をコークス炉炭化室に装入し、乾留することを特徴とするコークスの製造方法も本発明である。

本発明によれば、石炭塔内においてコークス炉出側の石炭粒径が小さくなるように該炉長方向に粒度偏析させて石炭を堆積するから、コークス排出側の窯口近傍におけるコークス収縮量が増大し、コークスの押し出しを円滑化できる。
石炭を堆積するために用いるスクレーパは、石炭塔の中央部に石炭を導くベルトコンベアの上方に設置されるから、更新工事の際、コークス炉操業を停止せずともよく、コークスの生産性を損なうことはない。スクレーパは昇降・回転可能であるから、随時、ベルトコンベアの途中を遮って石炭を石炭塔内のＣ／Ｓ塔壁近傍へ落下させることができる。

図１は、本発明の実施形態の例を示す概略図（(a)は平面、(b)は縦断面）である。図１において、10はスクレーパであり、図２と同一または相当部材には同じ符号を付し、説明を省略する。図２に示した従来技術の例と比較して明らかなように、本発明では、石炭塔１内に反射板４を設置せず、ベルトコンベア２の上方に、スクレーパ10を設置する。
スクレーパ10は、図３に示すように、昇降可能かつ回転（ベルトコンベア２の搬送面内での回転）可能であり、これを所定の回転角度の斜め姿勢に設定して、ベルトコンベア２上の所定の作業位置に降ろすことができる。この所定の回転角度姿勢および所定の作業位置は、スクレーパ10が該所定の作業位置を占めているときに、ベルトコンベア２上の石炭の流れが、図３に示すように斜め姿勢のスクレーパ10に当たってベルトコンベア２の幅端部に寄せられ、該幅端部から落下し、石炭塔１内のＣ／Ｓの塔壁近傍に向かうように、予め実験等で決定しておく。

したがって、かかるスクレーパ10を用いることで、反射板４を用いた場合と同様の石炭落下位置に石炭を落下させることができて、同様の石炭堆積表面形状（Ｃ／Ｓ炉壁から下り坂をなす傾斜面形状）が得られ、それゆえ同様の粒度偏析が達成される。なお、図３に示すように、石炭の落下軌跡の終点近くに図２と同様にグリズリー５（あるいは前記特許文献４記載の粉体の分級装置（図示省略））を配置すると、粒度偏析をさらに助長できる。

上記のようにして、Ｃ／Ｓに対し、石炭の平均粒径が石炭全体の平均粒径よりも細かくなるように粒度偏析を付けて石炭塔内に堆積させた石炭は、この状態のまま石炭装入車のホッパーに積み付け、引き続きホッパー間での粒度偏析を保持したままコークス炉に装入してから、乾留することによりコークスとする。
ここに、コークス炉における好適な乾留条件は次のとおりである。
・乾留温度：1050〜1250℃
・乾留時間：16〜24ｈ
・石炭水分：５〜11％
スクレーパ10は、上昇してベルトコンベア２の上方で待機する。この待機位置（石炭塔１から離れた位置）でスクレーパ10の新設工事や更新工事が行なわれる。これらの工事に対しては、コークス炉操業を停止する必要はないから、本発明により、コークスの生産性が阻害されることはない。

室炉式コークス炉の操業に、図１の形態で本発明を適用した場合（発明例）と、図２の形態で従来技術を適用した場合（比較例）とで、コークスの押し詰まり発生状況およびコークスの生産性を比較した。なお、両例ともグリズリー５は設置しなかった。その結果、両例ともコークスの押し詰まりは発生しなかった。しかしながら、比較例では、石炭塔１内への反射板４の取付け工事の際に、コークス炉操業を２日間停止せざるを得ず、その間はコークスの生産が滞った。これに対し、発明例では、コークス炉操業を停止せずとも、ベルトコンベア２上方でスクレーパ10の取付け工事を行なうことができ、工事期間中でもコークス生産量が確保できた。

本発明の実施形態の例を示す概略図（(a)は平面、(b)は縦断面）である。 従来技術の例を示す概略図（(a)は平面、(b)は縦断面）である。 本発明に用いるスクレーパの例を示す概略図である。

符号の説明

１ 石炭塔
２ ベルトコンベア
３ 旋回式ベルトコンベア
４ 反射板（スロープ板）
５ グリズリー
10 スクレーパ

Claims (2)

1. 室炉式コークス炉の石炭装入車に石炭を供給する石炭塔の中央部に石炭を導くベルトコンベアの上方に、スクレーパを昇降かつ回転可能に設置し、これを用いて、石炭塔内においてコークス炉出側の石炭粒径が小さくなるように該炉長方向に粒度偏析させて石炭を堆積し、この状態で石炭装入車のホッパーに積み付け、引続きホッパー間での粒度偏析を保持したままコークス炉炭化室に装入することを特徴とするコークス炉への石炭装入方法。
2. 石炭を、請求項１記載の装入方法でコークス炉炭化室に装入し、乾留することを特徴とするコークスの製造方法。
   

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