JP5167912B2 - コークス炉のドライメーン - Google Patents

Description

本発明は、コークス炉のドライメーンに関し、特に、ドライメーンの底部にスラッジ等の堆積物が堆積しないようにしたコークス炉のドライメーンに関するものである。

コークス炉の炉体設備は、炉体の下部に蓄熱室があり、その上部に炭化室と燃焼室とが交互に配列された構造を有し、燃焼室内でのガスの燃焼によって、燃焼室に隣接して配列された炭化室内に装入された石炭のコークス化を行うものである。

コークス炉の炭化室に石炭を装入し、炭化室に隣接する燃焼室内でのガスの燃焼熱によって石炭を乾留する過程で主として石炭中の揮発成分及び熱分解ガスからなるコークス炉ガスが発生する。このコークス炉ガスはガス中のタール及び軽油を分離した後、ガス回収設備により回収される。回収されたコークス炉ガスは、製鉄所の各部門でのエネルギー源として利用される。

図１は、石炭の乾留中に発生するコークス炉ガスを回収するガス回収設備の模式図である。

石炭の乾留中に発生するコークス炉ガスは、コークス炉１の各炭化室上部に設置されている上昇管５からドライメーン（コークスガス回収主管）２に回収される。ドライメーン２上部から高圧で安水をスプレーしコークス炉ガスを約９０℃に冷却し、ガス、コールタール及び安水のガス液とする。このガス液は、ドライメーンに接続されているオフテイクメーン（接続用配管）３からサクションメーン（吸引用主配管）４を経由し、必要に応じて、精製装置（例えば、粉塵を除去する電気集塵機やガス精製装置）でガス液の中に含まれている石炭粉や乾留中のスラッジを精製し、ガス液から分離したタール及び軽油は副産物処理設備へ送られる。

コークス炉のドライメーン構造は、外形内形ともほぼ同一断面形状でバックステー上部等に水平に取り付けられている。そのため、ドライメーン内の底部に徐々にスラッジ等が堆積し、そして固着する。固着すると堆積物が更に増加し安水の流れを阻害したり、ガス断面が少なくなり偏流が起きたりやがて閉塞するなどの欠点があった。これまで、堆積物の除去方法としては、通常、安水や蒸気を流しているが完全には流れきらない。その他の除去方法としては、点検口から作業者が棒等を使用して堆積物を除去しているが、高所で熱い場所での悪環境での掃除作業となる等の問題があった。

コークス炉のドライメーンに関する技術としては、ドライメーンの上面や側面に発生した腐食部を補修する技術等は提案されているが（例えば、特許文献１参照）、ドライメーン内の底部に堆積物を生じさせないようにする技術はいまだ提案されていないのが実情である。

特開２００１−５５５７６号公報

本発明は、上記実情に鑑み、ドライメーンの底部にスラッジ等の堆積物が堆積しなく、ドライメーンの取り付けが容易で、かつ、ドライメーンの上面が腐食されにくいコークス炉のドライメーンを提供することを課題とするものである。

本発明者らは、ドライメーンの底部にスラッジ等の堆積物が堆積する原因について検討した。その結果、従来は、ドライメーンの形状が内外形とも同一断面形状でかつ水平に設置しているため、ガス、コールタール及び安水のガス液の流れが悪く、ドライメーン内側底部にスラッジが堆積し易く、やがてダクト断面積が少なくなり発生ガスの偏流やガス液の流れに支障をきたしていたことを見出した。

そこで、本発明では、ドライメーンの外形状を長手方向に同一断面形状にし、ドライメーンをバックステー等に水平に取り付けることができる構造とし、そして、スラッジを含むガス液の流れを良くすることができるようにドライメーン内にドライメーンの両側端部とドライメーンの中央部にあるオフテイクメーン間にそれぞれ傾斜板を取り付け、さらに、ドライメーンの上面が腐食されにくいようにドライメーン上部断面形状を半円形状とすることにより、上記課題を解決できることを知見し、本発明を完成した。

本発明の要旨は、次の通りである。

（１）石炭の乾留中に発生するコークス炉ガスを回収するコークス炉のドライメーンにおいて、ドライメーンはバックステー上部に水平に取り付けられていて、ドライメーン内の底部に、ドライメーンの両側端部とドライメーンの中央部にあるオフテイクメーン間にそれぞれ傾斜板を設置し、該傾斜板はドライメーンの端部側がオフテイクメーン側よりも高くなっている傾斜板であることを特徴とするコークス炉のドライメーン。

（２）前記傾斜板の勾配が、１０／１０００〜２５／１０００であることをと特徴とする上記（１）に記載のコークス炉のドライメーン。

（３）前記ドライメーンの上部断面形状を半円形状としたことを特徴とする上記（１）または（２）に記載のコークス炉のドライメーン。

（４）前記ドライメーンの外形形状は、長手方向に同一断面形状となっていることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載のコークス炉のドライメーン。

（５）前記ドライメーンは、外形形状が長手方向に同一断面形状の鋼管であって、バックステー上の管台に水平に設置されていることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載のコークス炉のドライメーン。

本発明では、ドライメーン外形を同一断面形状にしたので、製作しやすく、かつ安価にでき、バックステーに取り付ける管台が同一のものが使用できるので安価に製作でき、かつ据付工事期間も短縮されことになる。また、ドライメーン内にドライメーンの両側端部からドライメーンの中央部にあるオフテイクメーンに沿ってそれぞれ傾斜板を取り付けた構造としたので、ガス液やスラッジが流れやすくなるため、スラッジ堆積の掃除は不要かつガス道の閉塞も生じない。このため、スラッジの堆積による掃除作業は高所で高温の悪環境での掃除作業をなくすことができる。

さらに、ドライメーン上部断面形状を半円形状にしたので、上部に石炭粉やコークス粉が堆積しにくく、雨で堆積粉が流れドライメーンが腐食しにくくなる等の顕著な効果を奏するものである。

以下、本発明を図を参酌して詳細に説明する。

図２は、ドライメーン設置断面図である。

コークス炉は多数の炭化室を備えていて、炭化室で石炭を乾留すると、石炭の乾留中にコークス炉ガスが発生する。各炭化室上部には、コークス炉ガスを回収する上昇管が垂直に立設されている。上昇管に集められたコークス炉ガスやダストは、図２に示すように、上昇管５からベンド管６を経てドライメーン２に吸引されている。ベンド管６は上昇管５とドライメーン２とを接続している。ベンド管６の上部には安水ノズル７が設置されていて、高圧安水または低圧安水を安水ノズル７からコークス炉ガスにスプレーすることにより、コークス炉ガスは約９０℃に冷却される。そして、この安水スプレーにより、コークス炉ガスは、ガス、コールタール及び安水のガス液となる。炭化室に石炭を装入してコークス炉ガス発生量が多いときには、高圧安水をスプレーし、石炭乾留中のコークスガス発生量が少ないときには低圧安水をスプレーする。

なお、安水としては、コークス炉による石炭の乾留の際に石炭中の水分および酸素化合物から生じた水分が発生ガス中に水蒸気として含まれ、この発生ガスを冷却したときに水蒸気が様々な化合物を溶解しながら凝縮することにより得られる安水（アンモニア含有水））を用いるのが一般的である。

ドライメーン２とベンド管６とのシールは、両者の接続部に皿弁８を設けてスプレーした安水が皿弁に溜り、水封によりシールしている。皿弁を下方に回動する事により、皿弁が開きベンド管とドライメーンとが連通する。

ドライメーン２は、断面円形の長尺の管で、バックステー９上の管台１０に水平に設置されている。本発明では、ドライメーン内の底部に傾斜板１１を設置している。そして、ドライメーンはコークス炉の炉団長に応じて複数、例えば２乃至７個のドライメーンが直列に配置される。

ドライメーン２の中央下部には、オフテイクメーンが垂直に接続されていて、ドライメーンに回収されたガス、コールタール及び安水のガス液は、図１に示すように、ドライメーン２の中央部へ流れてオフテイクメーン３からサクションメーン４を経由して副産物処理設備へ送られるようになっている。

ドライメーン２内部は、通常、サクションメーン４に接続されている吸引ポンプにより吸引され０．１ｋＭＰａ以下程度の正圧に保持されていて、発生したコークス炉ガスをドライメーンの中に捕集することができるようになっている。

本発明では、まず、このようなドライメーンを製作するにあたり、製作しやすく、かつ製作費を安価にすることについて検討した。その結果、ドライメーンの外形形状を同一断面形状の管とし、ドライメーンをバックステー等に水平に取り付けることができる構造とした。ドライメーンの外形形状を同一断面形状にすることで、製作が容易になり、そして、ドライメーンはバックステー上の管台に設置するが、バックステーに取り付ける管台も高さ及び幅などが同じ同一断面形状の管台とすることができ、管台の製作も容易になり、製作費を安価にすることができる。

さらに、バックステーも同一高さのものが使用でき、種々の高さのバックステーを用いる必要が無くなる。例えば、ドライメーンの外形が不均一形状の場合は、管台形状が高さ方向で変化するため、管台の形状もドライメーンの外形形状に合わせて不均一形状にしなければならず、また、バックステーも種々の高さのものを揃えなければならず、製作費が高く工事期間も長くかかる。また異種の管台を取り付けるため据付工事も時間が掛かることになり好ましくない。

そのため、本発明ではドライメーンを水平に取り付ける構造とした。ところが、ドライメーンを水平に取り付ける構造とすると、ドライメーンが水平であるため、ガス液の流れが悪く、ドライメーン内は９０℃程度以下の低温となっているので、ドライメーンの底部に徐々にスラッジ等が堆積し、そして固着する。固着すると堆積物が更に増加しガス液の流れを阻害したり、ガス断面が少なくなり偏流が起きたりやがて閉塞するという問題が発生する。

そこで、本発明では、ドライメーン内のスラッジとガス液の流れを良くするために、ドライメーン内の底部にドライメーンの両側端部からドライメーンの中央部にあるオフテイクメーンとの間に、底部を仕切るようにそれぞれ傾斜板を取り付けた構造とした。傾斜板を設けたことでガス液はドライメーン内を容易に流れることができる。

図３は、ドライメーン内に傾斜板を取り付けた概略構造図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での切断図、（ｃ）は側面図である。

傾斜板１１は、図３に示すように、ドライメーン２内底部にドライメーン２の両側端部からドライメーン２の中央部にあるオフテイクメーン３間に底部を仕切るようにそれぞれ傾斜して取り付けてある。このようにドライメーン内に直線状に傾斜板１１を設けることで、傾斜した真直ぐな傾斜板１１に沿ってガス液やスラッジが流れるので、流れやすくなり、ドライメーン２底部にスラッジ等の堆積物が堆積しにくくなる。

ドライメーン２内底部にドライメーン２の両側端部からドライメーン２の中央部にあるオフテイクメーン３間におけるそれぞれの傾斜板１１の勾配は、コークス炉の炉団長や石炭の配合等にもよるが、それぞれドライメーンの端部側がオフテクトメーン側よりも高くなっている１０／１０００〜２５／１０００とすることが好ましい。すなわち、この範囲内の傾斜板の勾配であれば、ドライメーン内端部から上記勾配で傾斜板を取り付けても、それぞれの端部の断面積は中央部の断面積を全体窯数で除算した以上であるためガス流れに支障をきたすことはない。しかし、傾斜板の勾配が１０／１０００未満であるとガス液やスラッジの十分な流れが確保できず、一方、２５／１０００を超えるとドライメーン内のガス流の有効断面積を確保するのに傾斜板が邪魔になりガス流れに支障をきたすこととなり好ましくない。
傾斜板の勾配は、好ましくは、１４／１０００〜１８／１０００、特に、約１６／１０００前後が良い。本発明にしたがって、傾斜板の勾配を１６／１０００にして実験を行ったところ、３０日経過してもドライメーン底部にスラッジ等の堆積物は認められなかった。

ドライメーン内底部に傾斜板を設けずに、ドライメーンの底部を直接傾斜させてもガス液やスラッジの流れを促す効果は得られるが、底部を傾斜させた場合にはドライメーンの外形形状が長手方向に不均一な形状となり、ドライメーンを設置する管台形状を長手方向で高さを変化させなければならなくなる。このため前述したように、管台形状を高さ方向で変化させる必要が生じたり、据付工事も時間が掛かることになるという問題がある。したがって、ドライメーンの外形形状としては、長手方向に同一断面形状とすることが好ましいので、本発明のように、ドライメーン内底部にドライメーンの両側端部からドライメーンの中央部にあるオフテイクメーンとの間に、ドライメーン底部に沿ってそれぞれ傾斜板を取り付けることが好ましい。

傾斜板は、横断面がＶ字形状やＵ字形状等の任意形状の鋼板とすることができるが、ドライメーン内の有効断面積を最大にしてドライメーン内のガス流れに支障をきたさないようにするには平板形状の鋼板の傾斜板が最適である。

ドライメーンは、一般構造用鋼、特に、耐食性のよい構造用鋼を用いて鋼管として製作することができ、ドライメーン内に傾斜板を取り付けるには、同様の材質の鋼板を傾斜板としてドライメーン内の底部に溶接することによって取り付けることができる。

また、本発明では、図２に示すように、ドライメーン２の上部形状を半円形状１２にしているので、上部に石炭粉やコークス粉の粉塵が堆積しにくく、雨水等による外面腐食も防止できる。このため、コークス炉の数十年の連続稼動操業でもドライメーン上部で外面腐食に起因する孔空きによるガス漏れが発生することを防止できる。仮に、ドライメーン本体が腐食して孔が開きガス漏れが発生することとなれば、ドライメーン本体の取替え工事をしなければならなくなり、この取替え工事期間中にはコークス炉本体の熱間保持のための種々の対策が必要となる等の大規模工事となり、工事日数もかかることから、ドライメーンが腐食しないようにすることは重要である。

以上詳細に述べたように、本発明によれば、ドライメーンの底部にスラッジ等の堆積物が堆積しなく、ドライメーンの取り付けが容易で、かつ、ドライメーンの上面が腐食されにくいコークス炉のドライメーンとすることができる。

石炭の乾留中に発生するコークス炉ガスを回収するガス回収設備の模式図である。 ドライメーン設置断面図である。 ドライメーン内に傾斜板を取り付けた概略構造図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、（ｃ）は側面図である。

符号の説明

１コークス炉
２ドライメーン
３オフテイクメーン
４サクションメーン
５上昇管
６ベンド管
７高圧安水ノズル
８皿弁
９バックステー
１０管台
１１傾斜板
１２半円形状

Claims (5)

1. 石炭の乾留中に発生するコークス炉ガスを回収するコークス炉のドライメーンにおいて、ドライメーンはバックステー上部に水平に取り付けられていて、ドライメーン内の底部に、ドライメーンの両側端部とドライメーンの中央部にあるオフテイクメーン間にそれぞれ傾斜板を設置し、該傾斜板はドライメーンの端部側がオフテイクメーン側よりも高くなっている傾斜板であることを特徴とするコークス炉のドライメーン。
2. 前記傾斜板の勾配が、１０／１０００〜２５／１０００であることを特徴とする請求項１に記載のコークス炉のドライメーン。
3. 前記ドライメーンの上部断面形状を半円形状としたことを特徴とする請求項１または２に記載のコークス炉のドライメーン。
4. 前記ドライメーンの外形形状は、長手方向に同一断面形状となっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のコークス炉のドライメーン。
5. 前記ドライメーンは、外形形状が同一断面形状であって、バックステー上の管台に水平に設置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のコークス炉のドライメーン。

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