JP5114422B2 - 一次空気及び二次空気用の中央制御されるコークス炉給気系 - Google Patents

Description

本発明は、フラット構造形式で構成されていて炉団として配置されたコークス炉の炭化室（Verkokungskammer）における炭化ガス（Verkokungsgas）を燃焼させるための燃焼空気を供給する装置及び方法、いわゆる非熱回収法（Non-Recovery-Verfahren）又は熱回収法（Heat-Recovery-Verfahren）のための燃焼空気を供給する装置及び方法に関する。この場合装置は、各コークス炉ドア又は該コークス炉ドアを取り囲む壁を貫いて延びている、各炭化室に設けられた少なくとも１つの給気開口と、煙道に二次空気を供給するための給気開口とを有しており、各給気開口には、可動に支承された閉鎖エレメントが配属されている。

すべての閉鎖エレメントは少なくとも１つの調節エレメントと機械式に結合されており、この調節エレメントは中央箇所から制御及び駆動される。そして調節エレメントは閉鎖エレメントを、炭化室における燃焼空気の需要に関連して連続的に操作する。中央の調節エレメントと個々の閉鎖エレメントとの機械式の結合は、個別に行うことができ、この場合特に、個々の閉鎖エレメントの出発位置は、所属の炭化室の乾留過程もしくは炭化過程の開始時に、隣接した炭化室のその他の閉鎖エレメントとは無関係に独立して行うことができる。

熱回収炉の加熱は通常、乾留時に生じるガスの燃焼によって行われる。燃焼はこの場合次のように、すなわちガスの一部が炉室における装入石炭の上で一次空気と共に燃焼するように、制御される。この部分燃焼したガスは、「降下管（Downcomer）」とも呼ばれる通路を介して、炉室の炉底における煙道に供給され、そこで別の燃焼空気つまり二次空気の添加によって完全に燃焼される。

このようにして装入石炭には、熱が上から直接的にかつ下から間接的に供給され、これよって有利には乾留速度ひいては炉の出力に対して影響が与えられる。方法を実施するためには、供給される一次空気及び二次空気を正確に測定することが必要であり、かつ供給される一次空気及び二次空気を、２０〜９６時間にわたって続くことのある乾留時間の長さにわたって、可変に制御することが必要である。従来技術には、フラット構造形式の熱回収炉及び非熱回収炉について十分に記載されている。例えば従来技術としては、ＵＳ４，３４４，８２０、ＵＳ４，２８７，０２４、ＵＳ５，１１４，５４２、ＧＢ１５５５４００又はＣＡ２０５２１７７Ｃが挙げられる。

汎用の従来技術によれば、一次空気は大気からドアにおける開口を通して吸い込まれる。二次空気は炉底近傍の開口を通して吸い込まれ、通路を介して煙道に導入され、これらの煙道はほぼ水平にコークス炉室の下を延びている。一次空気及び二次空気用の開口は、常に開放されているか又は、吸い込まれる空気量を調節するためのフラップを備えている。

炉団は極めて広大であり、通常極めて高い温度になり、かつ極めて強く汚れを生ぜしめるので、従来技術には手動によって調節可能な給気フラップが開示されている。ＵＳ５，９２８，４７６に開示されたこのようなコークス炉団では、各コークス炉ドアに手動操作可能な３つの開口が設けられており、これらの開口には、開口横断面に合わせられていて中心軸に支承された各１つのプレートが配置されている。これらの開口フラップはレバーを介してそのポジションを手によって変化させることができる。

しかしながら実際には、一次空気量及び二次空気量を乾留時間にわたって手による調節時に変化させることは、本来必要ではあるが、極めてまれにしか行われず、従って、時間に関連した理想的な調節はほとんど不可能である。さらに手動操作は、作業員の健康に対して大きな負荷をかけることをなる。

ゆえに本発明の課題は、経済的な問題に関する前記欠点を排除し、一次空気及び／又は二次空気の最適化された供給を保証することである。しかもこの場合、通常存在する高温及び極度の汚染に対しても運転の確実性が保証されねばならない。

この課題を解決するために本発明の構成では、フラット構造形式で構成されていて炉団として配置されたコークス炉の炭化室における炭化ガスを燃焼させるための一次空気及び二次空気を供給するための給気装置であって、給気装置が、各炭化室に設けられた少なくとも１つの給気開口から成っており、該給気開口が、各コークス炉ドア又は該コークス炉ドアを取り囲む壁を貫いて延びており、さらに各給気開口のために可動に支承された閉鎖エレメントが設けられている形式のものにおいて、
給気開口のすべての閉鎖エレメントが、少なくとも１つの調節エレメントと機械式に結合されていて、該調節エレメントが、中央箇所から制御及び駆動されるようになっており、
閉鎖エレメントが、炭化室における燃焼空気の需要に関連して、調節エレメントを用いて操作されるようになっており、
個々の閉鎖エレメントと中央の調節エレメントとが、機械式に個々に結合可能であり、特に個々の閉鎖エレメントの出発位置が、所属の炭化室の乾留過程もしくは炭化過程の始めにそれぞれ個別に、かつ、隣接した炭化室のその他の閉鎖エレメントとは無関係に独立して設定可能であるようにした。

本発明の構成において、閉鎖エレメントと調節エレメントとの結合とは次のこと、すなわち両方のエレメントが直接的に又は、例えばレバー、ケーブル、チェーン、レバーアーム等及びこれらの部材の組合せのような結合エレメントを介して、互いに解離可能に結合され得ることを、意味している。

本発明の有利な構成では、調節エレメントが循環するチェーン又は鋼製ロープとして構成されている。同様にまた、ねじ山付スピンドルを調節エレメントとして使用することも有利である。これらすべての調節エレメントは、１つの移動方向における持続的な操作を可能にし、このことは、持続的なプロセス全体のために極めて有利である。

本発明の別の有利な構成では、閉鎖エレメントとして閉鎖プレートが使用され、該閉鎖プレートは、該閉鎖プレートが結合エレメントによる操作時に炉ドアに対してほぼ平行に運動するように、支承されている。

適正に方向付けられた一次ガスの流れのためには、通気開口が回転対称的に成形されていると有利である。従って、垂直に起立する閉鎖プレートとして形成されていて中心軸線を中心にして鉛直方向又は水平方向に回転可能に支承されている閉鎖プレートを、使用すると有利である。

給気装置の別の有利な構成では、閉鎖エレメントが、互いにオーバラップしていて相互にシフト可能な少なくとも２つの面部材から形成されていて、該面部材が理想的には、部分開放時に、多角形でかつ点対称の又はほぼ円形の横断面が開放するようになっている。このように構成されていると、吸い込まれた空気が給気開口内で変向することはなくなり、吸い込まれた空気はその高い流速度に基づいて炉室の奥深くに導入される。

本発明の別の有利な構成では、閉鎖エレメントが円錐形状であり、組み付けられた状態において先端が炉内室に向かって方向付けられている。このような構成は、給気開口が、所属の円錐形の閉鎖エレメントと同じ開放角か又はそれよりも大きな開放角を有していることによって、さらに最適化される。本発明による給気装置のための閉鎖エレメントのこのような構成では、吸い込まれた空気は、閉鎖エレメントの領域及び給気開口の領域において極めて僅かしか渦流を生ぜしめず、開放された横断面積の寸法とは無関係にガス流が形成される。

給気開口と閉鎖エレメントとの円錐角の値が異なっている場合には、給気開口に沈着した汚れが給気開口の完全な閉鎖を阻止することを、確実に防止することができる。この場合円錐形の閉鎖エレメントは、レバー構造及び／又はスピンドルを介して、開口の長手方向に運動させられ、これによって部分開放時には円形のリング間隙が開放される。

給気装置の別の有利な構成では、閉鎖エレメントは、該閉鎖エレメントが終端位置において給気開口の完全な閉鎖時に調節エレメントから自動的に解離されるように、調節エレメントと解離可能に結合されている。

本発明はまた、上述の本発明による給気装置が使用される、コークス炉において燃料空気を供給するための方法に関しており、本発明による方法では、
イ）炭化室を空にして新たに充填した後で、閉鎖エレメントを、給気開口が完全に又はほぼ完全に開口された位置である出発位置にもたらして、中央の調節エレメントと結合し、
ロ）乾留時間中に閉鎖エレメントを、調節エレメントによって連続的にかつほぼ一定の平均速度又は調節頻度で操作して、通気開口をそのまま閉鎖し、
ハ）炭化室の給気開口の閉鎖エレメントを、遅くとも各炭化室の乾留時間の終了時には完全に閉鎖し、調節エレメントから解離させ、
ニ）炭化室を空にして新たに充填した後で、イ）に示された方法を新たに開始する。

本発明の有利な方法では、閉鎖エレメントを最終位置において調節エレメントから自動的に解離させる。

本発明の別の有利な方法では、少なくとも２つの中央の調節エレメントが設けられており、一方の調節エレメントが一次空気用の閉鎖エレメントを移動させ、他方の中央の調節エレメントが二次空気用の閉鎖エレメントを移動させるようにした。この場合両調節エレメントは、全乾留時間中、互いに完全に無関係に独立して調整可能である。

また、中央の調節エレメントを連続的にかつほぼ同じ速度又は頻度で操作すると、有利である。

フラット構造形式で構成されていて炉団として配置されたコークス炉の炭化室における燃焼空気を供給する方法において、本発明による給気装置を使用することも、本発明に含まれている。

次に図１〜図３を参照しながら本発明の３つの実施例を説明する。本発明の図示の実施例に制限されるものではない。図１はコークス炉１を示す正面図である。コークス炉１は前面にコークス炉ドア２を有しており、このコークス炉ドア２には一次空気用の２つの通気開口３が配置されている。コークス炉ドア２の下には破線で煙道４が示されており、これらの煙道４は炉室の下を延びている。これらの煙道４に二次空気を供給するための通気開口５は、煙道４の下において底部近傍に設けられている。

図１にはさらに、一次空気供給の通気開口３のための閉鎖エレメント６と、二次空気供給の通気開口５のための閉鎖エレメント７とが示されている。各閉鎖エレメントは主として閉鎖プレート９とレバーアーム１０とから成っており、さらに軸８に支承されていて、この軸８を中心にして各閉鎖エレメントは回転運動可能である。閉鎖エレメント６のレバーアーム１０は、循環するチェーン１１と解離可能に結合され、閉鎖エレメント７は循環するチェーン１２と解離可能に結合されている。

チェーン１１の連続的な運動によって、閉鎖エレメント６は逆時計回り方向で角度αだけ運動させられ、閉鎖エレメント７は時計回り方向で角度βだけ運動させられる。チェーン自体は、中央の調節エレメント１３；１４によって駆動される。

図２には、２つの矢印Ｉ，ＩＩで示されるように、大きなコークス炉団用の２つのコークス炉１が正面図で示されている。図示の両コークス炉１は異なった乾留状態（Garungszustand）にある。右に示されたコークス炉１は、乾留過程もしくは炭化過程の始めにあるので、閉鎖エレメント６は通気開口３をほとんど覆っていない。レバーアーム１０はこの実施例では小さなチェーン１５を介して循環するチェーン１１と結合されている。二次空気のための通気開口５の領域における構造は、同じである。ここでは閉鎖エレメント７もしくはそのレバーアーム１０は小さなチェーン１６を介して循環するチェーン１２と結合されている。

左側のコークス炉１への給気は、完全に遮断されており、レバーアーム１０もしくはチェーン１５は循環するチェーン１１から解離されている。左側に示されたコークス炉１の二次空気を調整するための閉鎖エレメント７は、閉鎖直前であり、なお完全には閉鎖されていない。上述のことから明らかなように、各コークス炉１は、１つの共通の中央制御にもかかわらず、完全に個別に制御されることができる。

閉鎖エレメント６；７の特別な実施形態が図３に示されている。この断面図に示された回転対称的な閉鎖エレメント６は、円錐台形状の閉鎖ヘッド１７を有しており、この閉鎖ヘッド１７は円筒形のガイドロッド１８に固定されている。このガイドロッド１８はばねブリッジ１９と堅く結合されており、このばねブリッジ１９はコークス炉ドア２に固定されている。ガイドロッド１８はガイド管２０内において案内されていて、後端部で小さなチェーン１５を介して循環するチェーン１１と結合されている。乾留時間の始めにばねブリッジ１９のばねは、伸張によって予負荷され、その結果通気開口３は大きく開放されている。循環するチェーン１１の運動によってばねブリッジ１９は弛緩され、閉鎖エレメント６はコークス炉ドア２に向かって移動させられ、閉鎖ヘッド１７は円錐形の通気開口３に導入される。この場合予負荷は、チェーン１５及びばねブリッジ１９の弛緩後に通気開口３が完全に閉鎖されるように、選択されねばならない。

コークス炉の１実施例を示す正面図である。 コークス炉の別の実施例を示す正面図である。 通気開口用の閉鎖エレメントの１実施例を示す断面図である。

符号の説明

１ コークス炉、 ２ コークス炉ドア、 ３ 通気開口（一次空気）、 ４ 煙道、 ５ 通気開口（二次空気）、 ６ 閉鎖エレメント（一次空気）、 ７ 閉鎖エレメント（二次空気）、 ８ ヒンジ、 ９ 閉鎖プレート、 １０ レバーアーム、 １１ チェーン（一次空気）、 １２ チェーン（二次空気）、 １３ 調節エレメント、 １４ 調節エレメント、 １５ チェーン、 １６ チェーン、 １７ 閉鎖ヘッド、 １８ ガイドロッド、 １９ ばねブリッジ、 ２０ ガイド管

Claims (17)

1. フラット構造形式で構成されていて炉団として配置されたコークス炉の炭化室における炭化ガスを燃焼させるための一次空気及び二次空気を供給するための給気装置であって、給気装置が、各炭化室に設けられた、一次空気のための少なくとも１つの給気開口と、各炭化室に設けられた、二次空気のための少なくとも１つの給気開口とから成っており、一次空気用の給気開口が、各コークス炉ドア又は該コークス炉ドアを取り囲む壁を貫いて延びており、さらに給気開口の少なくとも一部のために可動に支承された閉鎖エレメントが設けられている形式のものにおいて、
   給気開口の閉鎖エレメントの少なくとも一部が、結合エレメントを介して調節エレメントと機械式に結合されていて、該調節エレメントが、中央箇所から制御及び駆動されるようになっており、
   閉鎖エレメントが、炭化室における燃焼空気の需要に関連して、調節エレメントを用いて操作されるようになっており、
   個々の閉鎖エレメントと調節エレメントとが、結合エレメントを介して機械式に個々に結合されており、閉鎖エレメントと結合エレメントとの機械式の結合が機械式に解離可能であることを特徴とする、一次空気及び二次空気を供給するための給気装置。
2. 一次空気用の閉鎖エレメントの少なくとも一部が、結合エレメントを介して調節エレメントと機械式に結合されていて、二次空気用の閉鎖エレメントの少なくとも一部が、結合エレメントを介して別の調節エレメントと機械式に結合されている、請求項１記載の給気装置。
3. 結合エレメントが循環するチェーンである、請求項１又は２記載の給気装置。
4. 調節エレメントがねじ山付スピンドルである、請求項１から３までのいずれか１項記載の給気装置。
5. 閉鎖エレメントが閉鎖プレートであり、該閉鎖プレートは、該閉鎖プレートが結合エレメントによる操作時に炉ドアに対して平行に運動するように、軸に支承されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の給気装置。
6. 閉鎖エレメントが垂直に起立する閉鎖プレートであり、該閉鎖プレートが中心軸線を中心にして鉛直方向又は水平方向に回転可能に支承されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の給気装置。
7. 閉鎖エレメントが、互いにオーバラップしていて相互にシフト可能な少なくとも２つの面部材から形成されていて、該面部材が、給気開口の部分開放時に、多角形でかつ点対称の又は円形の横断面を開放するようになっている、請求項１から５までのいずれか１項記載の給気装置。
8. 閉鎖エレメントが円錐形状であり、組み付けられた状態において先端が炉内室に向かって方向付けられており、閉鎖エレメントが回転対称的であり、かつ円錐台形状の閉鎖ヘッドを有しており、該閉鎖ヘッドは円筒形のガイドロッドに固定されており、該ガイドロッドはばねブリッジと堅く結合されており、該ばねブリッジはコークス炉ドアに固定されており、ガイドロッドはガイド管内において案内されていて、後端部でチェーンを介して結合エレメントと結合されており、ばねブリッジのばねは、伸張による予負荷及び弛緩が可能であり、結合エレメントの運動によってばねブリッジは伸張又は弛緩され、閉鎖エレメントが給気開口に対して接近・離反することによって、給気開口が閉鎖又は開放される、請求項１から５までのいずれか１項記載の給気装置。
9. 給気開口が、所属の円錐形の閉鎖エレメントと同じ開放角又はそれよりも大きな開放角を有している、請求項８記載の給気装置。
10. 円錐形の閉鎖エレメントが、開口の長手方向軸線の方向に可動であり、これによって給気開口の部分開放時に円形のリング間隙が開放される、請求項８又は９記載の給気装置。
11. 閉鎖エレメントは、機械式に解離可能に結合エレメントと結合されており、該閉鎖エレメントが終端位置において給気開口の完全な閉鎖時に結合エレメントから自動的に解離されるようになっている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の給気装置。
12. フラット構造形式で構成されていて炉団として配置されたコークス炉の炭化室における炭化ガスを燃焼させるための燃焼空気を供給する方法であって、
    請求項１から１１のいずれか１項記載の少なくとも１つの装置を使用し、この際に、
    イ）個々の炭化室を空にして新たに充填した後で、炭化室の閉鎖エレメントを、給気開口が完全に開口された位置である出発位置にもたらして、閉鎖エレメントを結合エレメントと機械式に結合し、これにより閉鎖エレメントを調節エレメントと結合し、次いで、
    ロ）乾留時間の開始時に乾留過程を開始し、乾留時間中に閉鎖エレメントを、単数又は複数の調節エレメントによって単数又は複数の結合エレメントを介して連続的に操作して、給気開口を連続的に閉鎖し、次いで、
    ハ）乾留時間の終了時に乾留過程を終了し、この際に炭化室の閉鎖エレメントを、給気開口を閉鎖する終了位置に位置させ、閉鎖エレメントを次いで調節エレメントから解離させ、
    ニ）その後で炭化室を空にして新たに充填し、イ）に示された方法を再び開始することを特徴とする、燃焼空気を供給する方法。
13. 給気開口の完全な閉鎖後に、結合エレメントからの閉鎖エレメントの解離を自動的に行う、請求項１２記載の方法。
14. 調節エレメントを全乾留時間中に連続的に、かつ一定の平均速度又は調節頻度で操作する、請求項１２又は１３記載の方法。
15. 一次空気の閉鎖エレメントのために少なくとも１つの調節エレメントが設けられ、かつ二次空気の閉鎖エレメントのために少なくとも１つの調節エレメントが設けられている、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の方法。
16. 一次空気用の調節エレメントと二次空気用の調節エレメントとを互いに無関係に独立させて、全乾留時間中に連続的に、かつ一定の平均速度又は調節頻度で操作する、請求項１５記載の方法。
17. フラット構造形式で構成されていて炉団として配置されたコークス炉の炭化室に燃焼空気を供給する方法のための、請求項１から１１までのいずれか１項記載の装置の使用。

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