JP4916907B2 - コークス炉の燃焼管理方法および燃焼管理装置 - Google Patents

Description

本発明は、コークス炉において、窯テーパーに見合った列内温度分布を得るための微調整をオリフィスで行い、および稼働率の変更に合わせて窯口からの端放散熱を補償して端フリューの温度調整を流量調整バルブで行なうコークス炉の燃焼管理方法および燃焼管理装置に関する。

一般にコークス炉は、炉幅方向（炉団方向）に交互に複数列配列した炭化室と燃焼室との対で一つの炉を形成し、通常は５０から１００個の炉が集まって１つの炉団を構成している。そして、各燃焼室は、炉壁（レンガ壁）を介して炭化室と隣接し、炉長方向に２０から３０個の小燃焼室（窯）に仕切られており、各窯の底部は蓄熱室に通じている（特許文献１、図１）。

各窯には、予熱用蓄熱室で予熱された燃料ガスと空気が供給され、これらの燃焼によって炉壁を通じて両側の炭化室が加熱されて石炭の乾留が行われる。そして、各窯で生成した排ガスは熱回収用蓄熱室に引き落とされて熱回収され、さらに水平煙道に排出された排ガスは炉の前後方に分配されて煙突から大気に排出される。この予熱用蓄熱室と熱回収用蓄熱室は例えば２０分あるいは３０分といった制御周期で交互に切り替えられる。なお、予熱用蓄熱室を「立ち側」、熱回収用蓄熱室を「引き側」と称す。

また、燃料ガスと空気の供給系は、図４に示すように、炉団方向に沿って配管した空気配管２１および燃料ガス配管２２と、空気配管２１から各燃焼室毎に分岐した分岐空気管２３と、同様に燃料ガス配管２２から各燃焼室毎に分岐した分岐燃料ガス管２４と、燃焼室の下方に水平に配管されて前記分岐空気管２３に接続した水平空気管２５と、同様に燃焼室の下方に水平に配管されて前記分岐燃料ガス管２４に接続した水平燃料ガス管２６とを有する。なお、空気配管２１をブロワー２０に接続している。

さらに、水平空気管２５には、窯毎の立ち側と引き側の蓄熱室に通じるアンダージェット空気管２７が接続され、同様に水平燃料ガス管２６には、窯毎の立ち側と引き側の蓄熱室に通じるアンダージェット燃料ガス管２８が接続されている。

各アンダージェット空気管２７およびアンダージェット燃料ガス管２８には、オリフィス２９が交換可能に取り付けられ、オリフィス孔径（開口面積）に応じた流量で空気、燃料ガスを窯に供給する。さらに、分岐空気管２３と分岐燃料ガス管２４には、流量調整コック３０と立ち側と引き側の切り替えを行う切り替えコック３１がそれぞれ取り付けられ、これらの流量調整コック３０およびオリフィス２９のオリフィス孔径を選定することにより燃焼を管理している。

また、コークス炉は、窯口からの端放散熱によって炭化室の炉長方向の一方であるコークサイドおよび炉長方向の他方であるプッシャーサイドの端部近傍における装入炭の乾留進行と、他の区域（コークサイドとプッシャーサイドとの間の区域）での装入炭の乾留進行にバラツキが生じるという窯テーパーが見受けられる。

このため、炉長方向における各アンダージェット空気管２７およびアンダージェット燃料ガス管２８に取り付けられているオリフィス２９の孔径を変えて窯テーパーに見合った列内温度分布を得るようにしている。

また、窯テーパーに見合った列内温度分布を得るために、コークサイドとプッシャーサイドの窯を独立して燃焼制御することが提案されている（特許文献２）。
特開平１１−０３５９４４号公報 特開平０７−１１３０８０号公報

上述した図４に示す従来の燃焼管理装置では、アンダージェット空気管２７およびアンダージェット燃料ガス管２８にそれぞれオリフィス２９を取り付けて微調整を可能とした流量調整を行っているため、例えばコークス炉の稼働率を変更する時等に流量調整コック３０の開度調節で燃焼室のフリュー（炎道）温度を調整するだけでなく、新たにコークサイドとプッシャーサイドの窯のフリュー温度を調整して窯テーパーに見合った列内温度分布を得る必要がある。そのため、コークサイドとプッシャーサイドのアンダージェット空気管２７、アンダージェット燃料ガス管２８のオリフィス２９を他のオリフィスに交換する必要がある。

しかし、オリフィス２９は燃焼室の下方に取り付けられているため、高温環境下でしかも限られたスペースでの作業が強いられることになる。しかも５０から１００室の燃焼室の全てについて交換作業を行わなければならず、膨大な労力を要することになる。

また、特許文献２に開示されているように、コークサイドとプッシャーサイドの窯を独立して燃焼制御する構成では、装置が複雑化する。

本発明はこのような観点に鑑みなされたもので、窯テーパーに見合った列内温度分布をえるための燃料ガス流量、空気流量の微調整を可能とし、またコークス炉の稼働率の変更等に伴って端フリューに対する燃料ガスおよび空気の流量分布の変更調整を容易に行えるコークス炉の燃焼管理方法および燃焼管理装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記技術的課題を解決するものであり、その発明の要旨とするところは以下の通りである。
（１）コークス炉の燃焼室の炉長方向における端部側の端フリューには流量調整バルブにより流量調整された空気および燃料ガスをアンダージェットパイプを通して個々に供給し、該端フリューよりも内側の中フリューにはオリフィスにより流量調整された空気及び燃料ガスをアンダージェットパイプを通して個々に供給し、前記各アンダージェットパイプに供給する空気及び燃料ガスの流量を増量してコークス炉の高稼働率操業に切り替える場合、前記各流量調整バルブの弁開度を大きくして端フリューの流量を増量し、高稼働率操業に応じた列内温度分布を得るようにしたことを特徴とするコークス炉の燃焼管理方法。
（２）前記オリフィスの孔径は、高稼働率操業に対応した流量に設定されていることを特徴とする上記（１）記載のコークス炉の燃焼管理方法。
（３）コークス炉の炉団方向に沿って配管した空気配管および燃料ガス配管と、前記空気配管から燃焼室毎に分岐した分岐空気管と、前記燃料ガス配管燃焼室毎に分岐した分岐燃料ガス管と、燃焼室の下方に水平に配管されて前記分岐空気管に接続した水平空気管と、燃焼室の下方に水平に配管されて前記分岐燃料ガス管に接続した水平燃料ガス管と、各窯に設けられ、前記水平空気管から上方に延びるアンダージェット空気管と、各窯に設けられ、前記水平燃料ガス管から上方に延びるアンダージェット燃料ガス管と、を有し、前記燃焼室の炉長方向一端部あるいは両端部のアンダージェット空気管およびアンダージェット燃料ガス管には流量調整バルブを取り付け、他のアンダージェット空気管およびアンダージェット燃料ガス管にはオリフィスを取り付け、コークス炉の低稼働率操業と高稼働率操業との切り替えの際に前記流量調整バルブのバルブ開度を調整することにより、目的とする列内温度分布を得ることを特徴とするコークス炉の燃焼管理装置。
（４）前記分岐空気管と前記分岐燃料管に取り付けた流量調整コックを調整することにより、コークス炉の高稼働率と低稼働率を変更可能とすることを特徴とする上記（３）記載のコークス炉の燃焼管理装置。
（５）前記オリフィスの孔径は、高稼働率操業に対応した流量に設定されていることを特徴とする上記（３）または（４）記載のコークス炉の燃焼管理装置。

本発明によれば、コークス炉の低稼働率操業から高稼働率操業へ切り替え作業は、流量調整バルブを調整するだけで窯テーパーに見合った列内温度分布を得ることができ、従来行われていたオリフィスの交換作業という過酷な作業が不要となった。

以下本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施形態を示すコークス炉における燃料ガスと空気の供給系を示す配管図である。

なお、図１において、図４に示す部材と同じ部材には同じ符号を付してその説明を省略する。

図１には、立ち側の燃料ガスと空気の供給系のみを示し、引き側の燃料ガスと空気の供給系は省略しており、引き側の燃料ガスと空気の供給系については立ち側の燃料ガスと空気の供給系と同一の構成とし、立ち側にあった分岐空気管２３に取り付けた切り替えコック３１を切り替えることにより、立ち側であった水平空気管２５から分岐空気管２３への流れを絶って排ガスを煙道に導く。

同様に立ち側であった分岐燃料ガス管２４に取り付けた切り替えコック３１を切り替えることにより、立ち側であった水平燃料ガス管２６から分岐燃料ガス管２４への流れを絶って排ガスを煙道に導く。その際、引き側における燃料ガスと空気の供給系の切り替えコックを引き側から立ち側へ切り替える。

本実施形態において、空気配管２１から分岐空気管２３を経て水平空気管２５に至るまでの配管系は図２と同様で、分岐空気管２３には水平空気管２５側に切り替えコック３１を取り付け、空気配管２１側に流量調整コック３０を取り付けている。また、燃料ガス配管２２から分岐燃料ガス管２４を経て水平燃料ガス管２６に至るまでの配管系は図２と同様で、分岐燃料ガス管２４には水平燃料ガス管２６側に切り替えコック３１を取り付け、燃料ガス配管２１側に流量調整コック３０を取り付けている。

これらの流量調整コック３０および切り替えコック３１は不図示のアクチュエータにより遠隔操作が行われる。

水平空気管２５に接続されるアンダージェット空気管２７は、コークサイド（Ｃｓ）とプッシャーサイド（Ｐｓ）の端部に位置する窯用のアンダージェット空気管２７ａには、ボール弁やニードル弁等のアンダージェット空気管用の流量調整バルブ１を取り付け、その間の窯に配置される中間位置のアンダージェット空気管２７ｂには従来と同様のオリフィス２９を取り付けている。

同様に、水平燃料ガス管６５に接続されるアンダージェット燃料ガス管２８は、コークサイド（Ｃｓ）とプッシャーサイド（Ｐｓ）の端部に位置する窯用のアンダージェット燃料ガス管２８ａには、ボール弁、ニードル弁、ダンパー等のアンダージェット燃料ガス管用の流量調整バルブ２を取り付け、その間の窯に配置される中間位置のアンダージェット燃料ガス管２８ｂには従来と同様のオリフィス２９を取り付けている。

本実施形態において、アンダージェット空気管用の流量調整バルブ１およびアンダージェット燃料ガス管用の流量調整バルブ２は手動操作式としているが、アクチュエータ駆動による遠隔操作式としても良く、燃焼管理の無人化を図ることができる。

上記した実施形態において、中間位置のアンダージェット空気管２７ｂとアンダージェット燃料ガス管２８ｂにはオリフィス２９は取り付けられ、コークサイドとプッシャーサイドのアンダージェット空気管２７ａとアンダージェット燃料ガス管２８ａにはそれぞれ流量調整バルブ１、２が取り付けられている。

なお、図３に示すように、オリフィスの分解能は、ボール弁やニードル弁の分解能に比べて非常に高い。しかし、窯テーパーに見合った列内温度分布を得るために窯口からの端放散熱を補償するのに必要な燃料ガスおよび空気の増量は微調整よりも絶対量の確保が求められる。したがって、流量調整バルブ１、２を調整することにより、燃料ガスおよび空気の絶対量を増減することができ、このためコークサイドとプッシャーサイドの窯のフリュー温度を大きく調整することができる。

ところで、これら流量調整バルブ１、２は炉団方向に配置された５０から１００の燃焼室の全てに配置されているので、その数は数百個に及ぶ。しかし、同数のオリフィスを交換することと比較すればその労力が比較にならない程低減されることは容易に理解されるであろう。

また、稼働率を変更する場合は、分岐空気管２３および分岐燃料ガス管２４にそれぞれ取り付けた流量調整コック３０を調整することにより、全てのアンダージェット空気管２７とアンダージェット燃料管２８から供給される流量が変更される。その際、端フリュー以外のフリューに対する窯テーパーに見合った列内温度分布はオリフィスを交換することなくそのままのものを使用でき、端フリューに対しては流量調整バルブ１、２を調整することで新たな窯テーパーに見合った列内温度分布を得ることができる。

図２は、本発明を適用した場合の稼働率の相違による列内温度分布、列内流量分布、端フリュー用の流量調整バルブ１，２及び中フリュー用のオリフィス２９の列内開度分布を示し、図２の（ａ）〜（ｃ）の列内温度分布に示すように、グラフの左端が例えばコークサイドの端フリューとすると、端フリューの温度を中フリュー（端フリュー間のフリュー）に比べて高くしている。なお、（ａ）はコークス炉の高稼働率操業に対応して流量調整コック３０の開方向開度を大とした場合、（ｂ）はコークス炉の低稼働率に対応して流量調整コック３０の開方向開度を大とした場合、（ｃ）はコークス炉の低稼働率操業に対応して流量調整コック３０の開方向開度を小とした場合を示す。また、（ａ）に示すオリフィスと（ｃ）に示すオリフィスとはフリュー列方向において同じオリフィス径のものを使用し、（ｂ）に示すオリフィスは（ａ）（ｂ）に示すものよりオリフィス径が小径のものを使用している。したがって、列内開度分布を見ると、流量調整コック３０のコック開度を大きくしてもオリフィス孔径が小さいため、列内流量分布が（ｃ）の場合と同じ流量となり、列内温度分布も同じとなる。

ここで、（ａ）と（ｃ）を比較すると、（ｃ）では低稼働率操業であるため、フリュー温度を低くして操業するので、中フリューの流量分布勾配は（ａ）に示す高稼働率操業と同じであるが、全体的に流量は少ない。しかし、端フリューでの列内流量分布は、高稼働率の場合には勾配を大きくして端フリューの熱を増大させる必要がある。

そうすると、（ｃ）に示す列内開度分布の状態において、流量調整バルブ１、２の開度を大きくすると、（ａ）に示す端フリューに対応した列内流量分布を得ることができる。なお、（ｂ）に示す場合には、中フリューに対応したオリフィスを交換する必要がある。

このように本実施形態によれば、中フリューに対応したアンダージェットパイプ２７ｂ、２８ｂには予め高稼働率に見合ったオリフィス２９を取り付け、端フリューに対応したアンダージェットパイプ２７ａ、２８ｂには絶対量での流量調整に適した流量調整バルブ１、２を取り付けることで、通常は低稼働率で操業し、高稼働率操業へ切り替える場合には、流量調整バルブ１、２の弁開度を調整するだけで、迅速に操業の切り替えを行える。

本発明の一実施形態を示すコークス炉における燃料ガスと空気の供給系を示す配管図。 流量調整コックの開度と、列内温度分布，列内流量分布，列内下位度分布との関係を示す図。 オリフィス、ボール弁、ニードル弁の分解能を示す図。 従来のコークス炉における燃料ガスと空気の供給系を示す配管図。

符号の説明

１ 流量調整バルブ
２ 流量調整バルブ
２０ ブロワー
２１ 空気配管
２２ 燃料ガス配管
２３ 分岐空気管
２４ 分岐燃料ガス管
２５ 水平空気管
２６ 水平燃料ガス管
２７ アンダージェット空気管
２８ アンダージェット燃料ガス管
２９ オリフィス
３０ 流量調整コック
３１ 切り替えコック

Claims (5)

1. コークス炉の燃焼室の炉長方向における端部側の端フリューには流量調整バルブにより流量調整された空気および燃料ガスをアンダージェットパイプを通して個々に供給し、該端フリューよりも内側の中フリューにはオリフィスにより流量調整された空気及び燃料ガスをアンダージェットパイプを通して個々に供給し、前記各アンダージェットパイプに供給する空気及び燃料ガスの流量を増量してコークス炉の高稼働率操業に切り替える場合、前記各流量調整バルブの弁開度を大きくして端フリューの流量を増量し、高稼働率操業に応じた列内温度分布を得るようにしたことを特徴とするコークス炉の燃焼管理方法。
2. 前記オリフィスの孔径は、高稼働率操業に対応した流量に設定されてい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管理方法。
3. コークス炉の炉団方向に沿って配管した空気配管および燃料ガス配管と、前記空気配管から燃焼室毎に分岐した分岐空気管と、前記燃料ガス配管燃焼室毎に分岐した分岐燃料ガス管と、燃焼室の下方に水平に配管されて前記分岐空気管に接続した水平空気管と、燃焼室の下方に水平に配管されて前記分岐燃料ガス管に接続した水平燃料ガス管と、各窯に設けられ、前記水平空気管から上方に延びるアンダージェット空気管と、各窯に設けられ、前記水平燃料ガス管から上方に延びるアンダージェット燃料ガス管と、を有し、前記燃焼室の炉長方向一端部あるいは両端部のアンダージェット空気管およびアンダージェット燃料ガス管には流量調整バルブを取り付け、他のアンダージェット空気管およびアンダージェット燃料ガス管にはオリフィスを取り付け、コークス炉の低稼働率操業と高稼働率操業との切り替えの際に前記流量調整バルブのバルブ開度を調整することにより、目的とする列内温度分布を得ることを特徴とするコークス炉の燃焼管理装置。
4. 前記分岐空気管と前記分岐燃料管に取り付けた流量調整コックを調整することにより、コークス炉の高稼働率と低稼働率を変更可能とすることを特徴とする請求項３に記載のコークス炉の燃焼管理装置。
5. 前記オリフィスの孔径は、高稼働率操業に対応した流量に設定されていることを特徴とする請求項３または４に記載のコークス炉の燃焼管理装置。
   

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