JP5505878B2 - コークス生成炉のガス循環装置と方法 - Google Patents

Description

本発明は、コークス生成炉のガス循環装置と方法に関する。

コークスは、製鉄原料の１つであり、従来は原料炭として強粘結炭を用い、主として直立外熱式の加熱炉を用いて間歇的に製造していた。しかし、近年、世界的な鉄鋼業の発展に伴い、強粘結炭が不足し安定的な入手が困難になりつつある。
そこで、地球上に豊富に存在する非粘結炭や微粘結炭を主原料とした成型炭をシャフト炉型内燃式乾留炉に装入して連続的にコークスを製造する研究が進められている（例えば、非特許文献１、特許文献１）。

図１は、非特許文献１に開示された連続乾留実験設備の全体構成図である。この図において、５１は連続乾留炉、５２はプリクーラ、５３はガスクーラ、５４はＥＰ（電気集塵機）、５５はガスヒータ（低温熱風炉）、５６はプリヒータ、５７はガスヒータ（高温熱風炉）である。
非特許文献１では、連続乾留炉５１による発生ガスを、プリクーラ５２とガスクーラ５３で冷却してガス中のタール及びアンモニアを除去し、電気集塵機５４でガス中の粉塵を除去し、低温熱風炉５５で循環ガスを低温（６５０〜７３０℃）まで加熱し、プリヒータ５６と高温熱風炉５７で循環ガスを高温（９５０〜１０５０℃）まで加熱し、加熱した低温ガスと高温ガスをそれぞれ連続乾留炉５１に循環させている。

図２は、特許文献１に開示された成型コークス製造設備の全体構成図である。この図において、６１は乾留炉、６２は除塵機、６３はガス冷却設備、６４は循環ブロワー、６５は高温ガス加熱器、６６は連続式熱交換器（低温ガス加熱器）である。
特許文献１では、成型炭を乾留炉６１の炉頂より装入し、高温ガス加熱器６５と低温ガス加熱器６６からの熱風により成型炭を直接加熱で乾留し、成型コークスとして炉底より炉外に排出する。一方、乾留炉６１の炉頂から排出したコークス炉ガスは、除塵機６２およびガス冷却設備６３を通過させ、その一部を回収ガスとして回収し、残りを循環ブロワー６４により、連続式熱交換器（低温ガス加熱器）６６および高温ガス加熱器６５を介して乾留炉６１に循環供給している。

奥原捷晃他、「成型コークス製造における発生ガスの間接予熱循環」、社団法人日本鉄鋼協会、鉄と鋼 第６８年第４号 昭和５７年３月

特開平０６−３３００４６号公報、「成型コークスの製造方法」

上述したように、従来の成型コークス製造装置では、乾留炉（コークス生成炉）による発生ガスを排ガス処理した後、加熱して循環使用している。以下、排ガス処理前のガスを「発生ガス」、排ガス処理後のガスを「循環ガス」、コークス生成炉に供給するガスを「供給ガス」と呼ぶ。

発生ガスの主成分は水素および一酸化炭素であり、乾燥状態で水素成分は５０％以上である。また、成型コークスの製造のため、供給ガスは水分が少なく（例えば８〜１０％）、かつ高温（例えば１０００℃）である必要がある。

非特許文献１では、プリクーラ５２とガスクーラ５３で発生ガスを冷却し、電気集塵機５４でガス中の粉塵を除去し、プリヒータ５６と高温熱風炉５７で循環ガスを高温（９５０〜１０５０℃）まで加熱している。また、特許文献１では、ガス冷却設備６３で発生ガスを冷却及び除塵し、高温ガス加熱器６６で循環ガスを高温まで加熱している。

従来の高温熱風炉５７及び高温ガス加熱器６５は、循環ガス中の水分が増加しないように、熱交換器を用いた間接加熱で、循環ガスを加熱していた。
しかしこの場合、循環ガスを高温（例えば１０００℃）まで加熱するため、熱交換器の耐熱温度を高める必要があり、熱交換器が非常に高価となる問題点があった。また、かかる熱交換器の熱効率は一般的に低く、所望の加熱性能を発揮するためには、熱交換器が大型となる問題点もあった。

本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、耐熱温度（例えば１０００℃以上）の高い熱交換器を用いることなく、コークス生成炉の発生ガスの水分を除去し、水分が少なく（例えば８〜１０％）、かつ高温（例えば１０００℃）の供給ガスとしてコークス生成炉に循環させることができるコークス生成炉のガス循環装置と方法を提供することにある。

本発明によれば、非粘結炭又は微粘結炭を主原料とする成型炭から連続的にコークスを製造するコークス生成炉のガス循環装置であって、
コークス生成炉の発生ガスを冷却し除塵して循環ガスとする排ガス処理装置と、
前記循環ガスを再冷却し、コークス生成炉に供給する供給ガスの水分８〜１０％より低い水分まで低減する再冷却装置と、
該再冷却装置で再冷却された循環ガスを５００〜６００℃まで間接加熱する間接加熱装置と、
該間接加熱装置で間接加熱された循環ガスに高温燃焼ガスを混合してコークス生成炉に供給する最高１０００℃の供給ガスとする燃焼加熱器とを備え、
前記再冷却装置は、前記循環ガスを水冷された充填層で冷却する充填冷却装置であり、
前記燃焼加熱器は、循環ガスよりも水素成分の少ない燃料を空気で燃焼させて前記高温燃焼ガスを発生させる低水素燃料用燃焼器である、ことを特徴とするコークス生成炉のガス循環装置が提供される。

また本発明によれば、非粘結炭又は微粘結炭を主原料とする成型炭から連続的にコークスを製造するコークス生成炉のガス循環方法であって、
コークス生成炉の発生ガスを冷却し除塵して循環ガスとし、
水冷された充填層により該循環ガスを再冷却し、コークス生成炉に供給する供給ガスの水分８〜１０％より低い水分まで低減し、
再冷却された循環ガスを５００〜６００℃まで間接加熱し、
循環ガスよりも水素成分の少ない燃料を空気で燃焼させて高温燃焼ガスを発生させ、
間接加熱された循環ガスに前記高温燃焼ガスを混合して最高１０００℃の供給ガスとし、該供給ガスをコークス生成炉に供給する、ことを特徴とするコークス生成炉のガス循環方法が提供される。

上記本発明の装置および方法によれば、燃焼加熱器により、間接加熱装置で間接加熱された循環ガスに高温燃焼ガスを混合して所定温度（例えば最高１０００℃）の供給ガスとするので、耐熱温度（例えば１０００℃以上）の高い熱交換器を必要としない。
また、再冷却装置により、循環ガスを再冷却し、コークス生成炉に供給する供給ガスの所定水分より低い水分まで低減するので、高温燃焼ガスによりこれに含まれる水分が混合しても、コークス生成炉に供給する供給ガスを所定水分以下に抑えることができる。

また、本発明の実施例によれば、充填冷却装置により、前記循環ガスを水冷された充填層で再冷却するので、循環ガスの水分を約６〜７％まで下げることができ、低水素燃料用燃焼器により、発生ガスよりも水素成分の少ない燃料（都市ガス、灯油等）を空気で燃焼させることで、水分の増加量を２％未満に抑え、コークス生成炉に供給する供給ガスの水分を約８〜９％以下に抑えることができる。

また、本発明の別の実施例によれば、充填冷却装置により、前記循環ガスを水冷された充填層で再冷却して、循環ガスの水分を約６〜７％まで下げ、次いで、間接冷却器により、低温媒体で間接冷却するので、循環ガスの水分を約４〜５％以下まで下げることができ、循環ガス用燃焼器により、間接加熱装置で間接加熱された中温の循環ガスを空気で燃焼させることで、水分の増加量を３％未満に抑え、コークス生成炉に供給する供給ガスの水分を約７〜８％以下に抑えることができる。

非特許文献１に開示された連続乾留実験設備の全体構成図である。 特許文献１に開示された成型コークス製造設備の全体構成図である。 本発明によるコークス生成炉のガス循環装置の第１実施形態図である。 本発明によるコークス生成炉のガス循環装置の第２実施形態図である。

以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図３は、本発明によるコークス生成炉のガス循環装置の第１実施形態図である。この図において、１０はコークス生成炉、１１は炉頂ホッパ、１２は炉頂ロータリーバルブ、１３は炉頂仕切りゲート、１４は製品切出装置、１５は製品ホッパ、１６は製品ロータリーバルブである。
非粘結炭又は微粘結炭を主原料とする成型炭１は、炉頂ホッパ１１、炉頂ロータリーバルブ１２、および炉頂仕切りゲート１３を介して、コークス生成炉１０の炉頂に連続的に装入される。
コークス生成炉１０の内部において、成型炭１は、本発明のガス循環装置２０から供給される熱風による直接加熱により乾留され、炉底より成型コークス２として、製品切出装置１４、製品ホッパ１５、および製品ロータリーバルブ１６を介して炉外に排出される。

図３において、本発明のガス循環装置２０は、排ガス処理装置２２、再冷却装置２４、間接加熱装置２６、および燃焼加熱器２８を備える。

排ガス処理装置２２は、この例でスプレータワー２２ａと湿式電気集塵機２２ｂからなり、スプレータワー２２ａによりコークス生成炉１０の発生ガス３を約６０〜７０℃まで冷却し、湿式電気集塵機２２ｂにより発生ガス３中の粉塵を除塵する。
以下、排ガス処理装置２２で冷却し除塵したガス４を、「循環ガス」と呼ぶ。

再冷却装置２４は、この例では、循環ガスを水冷された充填層で冷却する充填冷却装置２４ａであり、循環ガス４をさらに冷却し、コークス生成炉１０に供給する供給ガス７の所定水分（例えば８〜１０％）より十分低い水分（例えば６〜７％）まで低減する。ここで、再冷却装置２４による冷却後の水分は、後述する燃焼加熱器２８により水分が加算された後の水分が、コークス生成炉１０に供給する供給ガス６の所定水分以下となるように設定する。

再冷却装置２４で冷却された循環ガス４は、ガスブロア２５により昇圧されて、その一部が余剰ガス４ａとして外部に抜出され、さらに一部がコークス生成炉１０の炉底に冷却ガス４ｂとして供給され、残りが間接加熱装置２６に循環ガス４ｃとして供給される。

間接加熱装置２６は、この例では、間接熱交換器２６ａと燃焼空気ブロア２６ｂからなり、燃料ガス７ａ（例えば都市ガス）を燃焼空気ブロア２６ｂからの空気で燃焼させて高温燃焼ガスを発生し、この高温燃焼ガスを間接熱交換器２６ａに供給して循環ガス４ｃを所定の中温（例えば５００〜６００℃）まで間接加熱する。なお、燃料ガス７ａを空気で燃焼させるために、独立した燃焼器を備えるのが好ましい。

間接加熱装置２６で中温まで間接加熱した循環ガスは、その一部５ａがコークス生成炉１０に中温ガスとして直接供給され、残り５ｂが燃焼加熱器２８に循環ガスとして供給される。

燃焼加熱器２８は、この例では、燃焼器２８ａと燃焼空気ブロア２８ｂからなり、循環ガスよりも水素成分の少ない燃料７ｂ（都市ガス、灯油等）を燃焼空気ブロア２８ｂによる空気で燃焼させる低水素燃料用燃焼器である。
燃焼加熱器２８は、燃焼器２８ａで発生した高温燃焼ガスを、間接加熱装置２６で間接加熱された循環ガス５ｂに混合してコークス生成炉１０に供給する所定の温度（例えば１０００℃）まで高める。
さらに燃焼加熱器２８で昇温後のガスは、上述した供給ガス６であり、この供給ガス６をコークス生成炉１０に供給する。

上述した中温ガス５ａと高温の供給ガス６は、コークス生成炉１０にガス循環装置２０から供給される熱風として機能する。

上述したガス循環装置２０を用い、本発明のガス循環方法では、
（Ａ）コークス生成炉１０の発生ガス３を冷却し除塵して循環ガス４とし、
（Ｂ）水冷された充填層により循環ガス４を再冷却し、コークス生成炉１０に供給する供給ガス６の所定水分より低い水分まで低減し、
（Ｃ）再冷却された循環ガスの一部４ｃを所定の中温まで間接加熱し、
（Ｄ）循環ガス４（４ａ，４ｃ，５ｂ）よりも水素成分の少ない燃料７ｂを空気で燃焼させて高温燃焼ガスを発生させ、間接加熱された循環ガス４ｃに高温燃焼ガスを混合して所定温度の供給ガス６とし、供給ガス６をコークス生成炉１０に供給する。

上述した本発明の装置および方法によれば、燃焼加熱器２８により、間接加熱装置２６で間接加熱された循環ガスの残部５ｂに高温燃焼ガスを混合して所定温度（例えば最高１０００℃）の供給ガス６とするので、耐熱温度（例えば１０００℃以上）の高い熱交換器を必要としない。
また、再冷却装置２４により、循環ガス４を再冷却し、コークス生成炉１０に供給する供給ガス６の所定水分より低い水分まで低減するので、高温燃焼ガスによりこれに含まれる水分が混合しても、コークス生成炉１０に供給する供給ガスを所定水分以下に抑えることができる。

また、上記本発明の実施例によれば、充填冷却装置２４ａにより、循環ガス４を水冷された充填層で再冷却するので、循環ガス４の水分を約６〜７％まで下げることができ、低水素燃料用燃焼器（燃焼加熱器２８）により、循環ガスよりも水素成分の少ない燃料（都市ガス、灯油等）を空気で燃焼させることで、水分の増加量を２％未満に抑え、コークス生成炉１０に供給する供給ガス６の水分を約８〜９％以下に抑えることができる。

図４は、本発明によるコークス生成炉のガス循環装置の第２実施形態図である。

この例において、再冷却装置２４は、循環ガス４を水冷された充填層で冷却する充填冷却装置２４ａと、充填冷却装置２４ａで冷却した循環ガス４を低温媒体で間接冷却する間接冷却器２４ｂとからなる。間接冷却器２４ｂはこの例で余剰ガス４ａが外部に抜出された後のラインに設置され、間接冷却する循環ガス量を少なくしている。また、間接冷却器２４ｂで用いる低温媒体は、例えば冷却水又は冷凍機の冷媒であり、循環ガス４を充填冷却装置２４ａよりもさらに冷却し、コークス生成炉１０に供給する供給ガス７の所定水分（例えば８〜１０％）より十分低い水分（例えば４〜５％）まで低減する。
ここで、間接冷却器２４ｂによる冷却後の水分は、後述する燃焼加熱器２８により水分が加算された後の水分が、コークス生成炉１０に供給する供給ガス７の所定水分以下となるように設定する。

この例において、燃焼加熱器２８は、燃焼器２８ａと燃焼空気ブロア２８ｂからなり、間接加熱装置２６で間接加熱された中温の循環ガス５ａの一部を燃焼空気ブロア２８ｂによる空気で燃焼させる循環ガス用燃焼器である。
燃焼加熱器２８は、燃焼器２８ａで発生した高温燃焼ガスを、間接加熱装置２６で間接加熱された循環ガスの残部５ｂに混合してコークス生成炉１０に供給する所定の温度（例えば１０００℃）まで高める。
さらに燃焼加熱器２８で昇温後のガスは、上述した供給ガス６であり、この供給ガス６をコークス生成炉１０に供給する。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。

上述したガス循環装置２０を用い、本発明のガス循環方法では、
（Ａ）コークス生成炉１０の発生ガス３を冷却し除塵して循環ガス４とし、
（Ｂ）水冷された充填層により循環ガス４を再冷却し、さらに低温媒体で循環ガス４を間接冷却して、コークス生成炉１０に供給する供給ガス６の所定水分より低い水分まで低減し、
（Ｃ）再冷却された循環ガスの一部４ｃを所定の中温まで間接加熱し、
（Ｄ）間接加熱された中温の循環ガス４を空気で燃焼させて高温燃焼ガスを発生させ、間接加熱された循環ガス４ｃに高温燃焼ガスを混合して所定温度の供給ガス６とし、供給ガス６をコークス生成炉１０に供給する。

上述した本発明の装置および方法によれば、充填冷却装置２４ａにより、循環ガス４を水冷された充填層で再冷却して、循環ガスの水分を約６〜７％まで下げ、次いで、間接冷却器２４ｂにより、低温媒体で間接冷却するので、循環ガス４ｃの水分を約４〜５％以下まで下げることができる。
次いで、循環ガス用燃焼器２８により、間接加熱装置２６で間接加熱された中温の循環ガス５ａを空気で燃焼させることで、水分の増加量を３％未満に抑え、コークス生成炉１０に供給する供給ガス６の水分を約７〜８％以下に抑えることができる。
その他の作用効果は、第１実施形態と同様である。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

１ 成型炭、２ 成型コークス、３ 発生ガス、
４ 循環ガス、４ａ 余剰ガス、４ｂ 冷却ガス、４ｃ 循環ガス、
５ａ 中温ガス、５ｂ 循環ガス、６ 供給ガス、
７ａ 燃料ガス（都市ガス）、７ｂ 燃料（都市ガス、灯油）、
１０ コークス生成炉、１１ 炉頂ホッパ、
１２ 炉頂ロータリーバルブ、１３ 炉頂仕切りゲート、
１４ 製品切出装置、１５ 製品ホッパ、
１６ 製品ロータリーバルブ、
２０ ガス循環装置、２２ 排ガス処理装置、
２２ａ スプレータワー、２２ｂ 湿式電気集塵機、
２４ 再冷却装置、２４ａ 充填冷却装置、２４ｂ 間接冷却器、
２５ ガスブロア、２６ 間接加熱装置、
２６ａ 間接熱交換器、２６ｂ 燃焼空気ブロア、
２８ 燃焼加熱器（低水素燃料用燃焼器、循環ガス用燃焼器）、
２８ａ 燃焼器、２８ｂ 燃焼空気ブロア

Claims (2)

1. 非粘結炭又は微粘結炭を主原料とする成型炭から連続的にコークスを製造するコークス生成炉のガス循環装置であって、
   コークス生成炉の発生ガスを冷却し除塵して循環ガスとする排ガス処理装置と、
   前記循環ガスを再冷却し、コークス生成炉に供給する供給ガスの水分８〜１０％より低い水分まで低減する再冷却装置と、
   該再冷却装置で再冷却された循環ガスを５００〜６００℃まで間接加熱する間接加熱装置と、
   該間接加熱装置で間接加熱された循環ガスに高温燃焼ガスを混合してコークス生成炉に供給する最高１０００℃の供給ガスとする燃焼加熱器とを備え、
   前記再冷却装置は、前記循環ガスを水冷された充填層で冷却する充填冷却装置であり、
   前記燃焼加熱器は、循環ガスよりも水素成分の少ない燃料を空気で燃焼させて前記高温燃焼ガスを発生させる低水素燃料用燃焼器である、ことを特徴とするコークス生成炉のガス循環装置。
2. 非粘結炭又は微粘結炭を主原料とする成型炭から連続的にコークスを製造するコークス生成炉のガス循環方法であって、
   コークス生成炉の発生ガスを冷却し除塵して循環ガスとし、
   水冷された充填層により該循環ガスを再冷却し、コークス生成炉に供給する供給ガスの水分８〜１０％より低い水分まで低減し、
   再冷却された循環ガスを５００〜６００℃まで間接加熱し、
   循環ガスよりも水素成分の少ない燃料を空気で燃焼させて高温燃焼ガスを発生させ、
   間接加熱された循環ガスに前記高温燃焼ガスを混合して最高１０００℃の供給ガスとし、該供給ガスをコークス生成炉に供給する、ことを特徴とするコークス生成炉のガス循環方法。
   

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