JP5135543B2 - コークス炉上昇管集塵方法 - Google Patents

Description

本発明は、コークス炉上昇管の集塵方法に関するものである。

図３にコークス炉の概要を部分断面図で示す。コークス炉においては、炉上を往復する装炭車５に石炭を積み込み、炭化室１の上部に配設した複数の装入口２から石炭を装入し、炭化室１内に装入炭層７を形成させる。炭化室１内の装入炭層７は、隣接する燃焼室より炉壁煉瓦を介する間接加熱により十数時間をかけて乾留される。乾留中に発生するガスは上昇管４により回収される。乾留終了後、押出し機６でコークスを炉外に押出し、コークスを製造する。

このときコークス炉の炭化室１の内壁や装入口２，上昇管４の内壁には、炉の稼働率にもよるが石炭の乾留時に発生するコークス炉ガスの熱分解によって生じるカーボンが付着する。付着したカーボンは、レンガ目地を緻密に密閉するという有用な働きをする一方で、そのまま放置しておくと成長して、押出し機６の押詰まりに繋がる原因になったり、ガス回収を阻害して乾留不良を引きおこす原因となる。従って、上記の弊害を防止するため、定期的にカーボンを除去する必要がある。

付着カーボンを除去する方法としては、上昇管５基部に高圧のガスを吹き付けて剥離除去したり、装入口２等からランスを装入し炉内に酸素含有ガスを導入して燃焼除去する等の方法が採用させれている。このとき、上昇管４上部から多量の粉塵が過熱空気に同伴されて飛散し、作業環境を悪化させ、大気を汚染する場合がある。従って、環境保護の観点から、カーボンの過剰な成長を抑制するため、炉温を下げるなど稼働率を下げて操業を行っている。

一方、稼働率を落とすことなく操業を行う方法として、コークス炉上昇管４から放出される粉塵の集塵対策も行われている。その方法としては、上昇管４の構造を大きく改造して、皿弁を設けた天蓋下部に設置したノズルにより、上昇管４内を通過する粉塵含有ガスに高圧水を当てて洗浄集塵した後、大気放出する方法が提案されている（特許文献１）。
特開平０７−２５８６４７号公報

一般的にコークス炉は１炉団で数十門の炉が連なっており、各炉に一本づつ上昇管４を有している。上記特許文献１に記載された技術のように、数十本〜数百本の上昇管４の構造を改造するためには、膨大な設備投資が必要となる。また、洗浄集塵を行うには処理ガス１ｍ^３あたり最低でも０．５リットル程度の水が必要であるため、付着カーボン除去作業中に発生するガス量数千ｍ^３を洗浄集塵するためには膨大な水量が必要である。特許文献１に記載された技術のように皿弁を閉にした状態で貯水しておくには水量が膨大なので、別途大型の排水処理設備が必要である。

更に、特許文献１に開示された技術では、除去された粉塵は全てドライメーンの内部に堆積することになる。上昇管４基部に付着したカーボンは塊状のものも多く存在しており、それらがドライメーン内部に堆積すれば、ドライメーンの流路を閉塞して圧力損失が高まりガス回収率が低下するという問題がある。

一方で、除塵しきれず炉周りに一旦落下した粉塵や、上昇管４以外の箇所、例えば窯口等から漏洩して炉周りに落下した粉塵は、天候の状態で再び巻き上げられ大気に飛散する危険性がある。これらの問題を解決するために、主に散水による堆積物の湿潤が行われているが、散水範囲が広大であり、散水ノズルを数箇所に設置する必要があるため、多大な設備費及び点検整備費がかかるという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、コークス炉上昇管から排出される粉塵含有ガスを少ない設備投資で効率よく集塵できるコークス炉上昇管排出ガスの集塵方法を提供することにある。

本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、洗浄集塵を行う場合に、液滴径の異なる多層の噴霧層でコークス炉上昇管から排出される粉塵含有ガスを集塵することにより、効率的に集塵を行えることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明の要旨は、下記の通りである。
（１） コークス炉上昇管から排出される粉塵含有ガスに対して、微粒化した液体を上昇管上部に噴射するコークス炉上昇管排出ガスの集塵方法であって、噴射された微粒化液体が液滴径の異なる多層の噴霧層を形成し、該多層の噴霧層において、上方に位置する噴霧層の液滴径が下方に位置する噴霧層の液滴径より小さいことを特徴とするコークス炉上昇管排出ガスの集塵方法。

本発明は、大規模な設備改造を行うことなく、最低限の設備改造でコークス炉上昇管から排出される粉塵含有ガスの集塵を効率的に行うことができる。また、炉周りに堆積した粉塵が濡れるので、炉周りに堆積した粉塵の飛散を防止することができる。

本発明の集塵の対象となる、コークス炉上昇管から排出される粉塵含有ガスとは、カーボン除去手段の稼働によって排出されるカーボン粉塵を含むガスであり、カーボン除去手段は限定されるものではないが、例えば、炉壁に付着したカーボンを除去するカーボンランス、上昇管基部に付着したカーボンを除去する上昇管基部スカーフィング、炉天井に付着したカーボンを除去する天井スカーフィング等を挙げることができる。

本発明の集塵方法は、コークス炉上昇管から排出される粉塵含有ガスに対して、微粒化した液体を上昇管上部に噴射して集塵することであって、噴射された微粒化液体群が液滴径の異なる多層の噴霧層を形成していることを特徴とするものである。液滴径の異なる多層の噴霧層とすることにより、粒径の異なる粒子をより効率的に集塵することができ、粉塵の集塵効率を上げることができる。

一方で噴射された微粒化液体が混在するように噴射し、微粒化液体の空間充填率を向上させた単一層として噴射しても良い。また、排ガス中の粉塵の粒度分布が狭い範囲である場合は、多層とせず単一層としても良い。

噴射された液体の液滴径としては、対象粉塵の粒径やノズルから上昇管４までの距離にもよるが、対象粉塵粒径に対し、液滴平均粒径が粉塵粒径の５０倍以上の液滴径となるように噴霧すればよく、その際に噴射された微粒化液体が液滴径の異なる多層の噴霧層を形成するように噴射すればよい。

多層の噴霧層を形成する場合、上方に位置する噴霧層の液滴径を下方に位置する噴霧層の液滴径より小さくすることで、下層の大きな液滴で比較的粗い粒子を集塵し、下層を通過してきた細かい粒子を上層の小さい液滴で、集塵する。

噴霧層は２層以上の多層であればよいが、２層で十分な集塵効率を得られる。２層の噴霧層を形成させる場合は、上層の噴霧層の液滴径は対象粉塵最小粒径の５０倍、下層の噴霧層の液滴径を対象粉塵最大粒径の５０倍範囲で適宜選択すればよい。

３層以上とする場合も同様に、上方に位置する噴霧層の液滴径を下方に位置する噴霧層の液滴径より小さくすると良い。しかしながら、強風等に煽られ上方に位置させた微細な液滴が目的点である上昇管上部まで到達しない場合は、最上層と最下層を大きな液滴とし、その間を微粒な液滴としても良い。

噴霧する液体としては、水、界面活性剤などの薬液、電気的な力を加えたイオン化溶液等を挙げることができるが、最も低コストな水が好ましい。

液体を噴射する位置は、粉塵含有ガスが排出される上昇管４の上部である。噴射角度は、指定無しの範囲で適宜選択すればよい。

液体の噴霧は、処理ガス１ｍ^３あたり最低でも０．５リットル〜４リットル程度の流量で行えばよい。

噴霧した液体は、上昇管上部で粉塵を捕集した後、そのまま炉周りに落下させる。噴霧した液体の余剰水を利用して、炉周りに堆積した粉塵を湿潤させ、二次飛散を抑制する。上昇管は1ｍ〜1.5ｍ程度の間隔で連なって設置されており、全上昇管に噴霧することで緻密で広範囲の散水が可能である。

余剰水と共に炉周りに落下させた粉塵は、清掃作業車等を用いて回収する。一般的にコークス炉では、清掃体制が整っているため、地上に落下した粉塵は比較的簡易に回収できる。
この結果、炉周りの散水設備や、水処理設備等の大規模設備投資を回避できる。

液体を噴霧する手段は特に限定されないが、ノズルを用いて液体を噴霧すればよい。２層の噴霧層を形成するためのノズルの配置を図１に示す。

２層の噴霧層が形成されるように液滴径の異なるノズル３１、３２を千鳥状に配置すればよく、その際上層の噴霧層を形成する液滴径が下層の噴霧層を形成する液滴径より小さくなるようにノズル径の異なるノズル３１、３２を配置すればよい。

本発明方法の一実施形態を図２に示す。散水用のノズル３は装炭車５に設置すればよい。貯水タンクやコンプレッサー等は炉上を移動する装炭車５もしくは、装炭車５が牽引する架台に設置するのがよい。コークス炉の操業上、装炭する窯と押出しする窯の間の間隔は一定であるので、装炭車５もしくは装炭車が牽引する架台に、窯間隔を考慮した位置に液体噴射設備を設置する。この結果、炉上に大規模な散水設備を設置することなく、上昇管４の上部への散水が可能となる。

本発明をコークス３炉において実施した。対象粉塵粒径が１０〜２０μｍであったので、下層の平均液滴径を１０００μｍとし、上層の平均液滴径を５００μｍとした。なお、平均液滴径は（１）式より算出したものである。

集塵を行った水を回収し、回収した水の中に含有された粉塵量と発生粉塵量から、集塵効率を算出した。比較として上層と下層のノズルを変更した場合、平均液滴径を変更した場合の集塵効率を測定した。その結果を表１、表２に示す。表１、表２に示すように本発明によって高い集塵効率を得られることを確認した。

本発明は、コークス炉上昇管から排出される粉塵含有ガスを少ない設備投資で効率よく集塵できるので、極めて有用である。

液滴径の異なる２層の噴霧層を形成するためのノズルの配置説明図。 本発明方法の一実施形態を示す説明図。 コークス炉を示す部分断面図。

符号の説明

１ 炭化室
２ 装入口
３、３１、３２ 散水ノズル
４ 上昇管
５ 装炭車
６ 押出しラム
７ 装入炭層
８ 噴霧層

Claims (1)

1. コークス炉上昇管から排出される粉塵含有ガスに対して、微粒化した液体を上昇管上部に噴射するコークス炉上昇管排出ガスの集塵方法であって、噴射された微粒化液体が液滴径の異なる多層の噴霧層を形成し、該多層の噴霧層において、上方に位置する噴霧層の液滴径が下方に位置する噴霧層の液滴径より小さいことを特徴とするコークス炉上昇管排出ガスの集塵方法。