JP5524502B2 - コークス乾式消火設備および、この操業方法 - Google Patents

Description

本発明は、赤熱コークスの冷却に用いられた高温の不活性ガスをボイラに供給して熱回収するとともに、ボイラで熱交換された不活性ガスを用いて再び赤熱コークスを冷却させるコークス乾式消火設備と、この操業方法に関するものである。

コークス乾式消火設備では、コークス炉から窯出しされた赤熱コークスを不活性ガスによって冷却させ、ボイラで蒸気を発生させて、熱回収するようにしている。そして、熱回収されたエネルギを用いて発電を行うことができる。

ここで、ボイラで回収される蒸気の量が低下してしまうと、発電量も低下してしまうことになる。そこで、特許文献１に記載のコークス乾式消火設備の操業方法では、ボイラで回収される蒸気の量が減少してしまうのを抑制するために、冷却塔の出口に形成された円環状の煙道内に燃料（又は、燃料に空気を混入させたもの）を吹き込むようにしている。そして、燃料を燃焼させることにより、不活性ガスの温度を上昇させて、ボイラで回収させる蒸気の量を増加させるようにしている。

特開平９−２４１６４８号公報（段落００１４、図１） 特開平４−７６０９５号公報 特開２００１−２００２５７号公報

特許文献１に記載の操業方法では、ノズルから燃料を噴出させることにより、燃料を煙道内に吹き込んでいるが、このような構成では、煙道内において燃料が効率良く拡散しないことがある。この場合には、燃料の燃焼効率にバラツキが生じ、不活性ガスの温度分布にバラツキが生じることになる。

また、冷却塔とボイラの間で完全の燃焼反応が起こらず、ボイラ内で燃焼が起こるため、ボイラの操業が安定して行われないという問題もある。特に、コークス炉ガスなど比重の軽い燃料を環状の煙道に吹き込む場合は、上記現象が顕著であり、低吹込み操業時の効率を悪化させていた。また、燃料と空気を予め混合して吹き込む場合は、低吹込み流量の場合や吹込みを停止した場合には逆火を起こす問題があり、操業範囲が限定されていた。

そこで、本発明の目的は、燃料を効率良く燃焼させて、不活性ガスの温度分布のバラツキを抑制することができるコークス乾式消火設備と、この操業方法を提供することにある。

本願第１の発明は、プレチャンバに投入された赤熱コークスをクーリングチャンバの下部から導入した不活性ガスと熱交換させて赤熱コークスの冷却処理を行わせる冷却塔と、クーリングチャンバで熱交換され、プレチャンバの環状の煙道から排出された高温の不活性ガスに含まれる粗粒コークスを除去する１次除塵器と、１次除塵器で粗粒コークスが除去された後の高温の不活性ガスの顕熱を回収するボイラと、冷却塔、１次除塵器およびボイラを連結する第１の循環ダクトと、ボイラで顕熱が回収された後の不活性ガスに含まれる微細粉を除去する２次除塵器と、２次除塵器で微細粉が除去された後の不活性ガスを、クーリングチャンバの下部に向けて送り出す循環ブロワと、クーリングチャンバの下部および循環ブロワを連結する第２の循環ダクトと、を有するコークス乾式消火設備において、第２の循環ダクトから分岐され、循環ブロワからの不活性ガスの一部を、煙道および第１の循環ダクトのうち少なくとも一方に導く分岐ダクトと、分岐ダクト内に燃料を供給する供給機構と、を備えたことを特徴とする。

さらに、本願第１の発明であるコークス乾式消火設備は、ボイラに取り込まれる不活性ガスの温度を検出するための温度センサと、温度センサによる検出温度に基づいて、供給機構による燃料の供給量を制御するコントローラと、を備えている。そして、コントローラは、検出温度が基準温度範囲の下限値よりも低い場合には、燃料の供給量を増加させ、検出温度が基準温度範囲の上限値よりも高い場合には、燃料の供給量を減少させる。

本願第２の発明は、プレチャンバに投入された赤熱コークスをクーリングチャンバの下部から導入した不活性ガスと熱交換させて赤熱コークスの冷却処理を行わせる冷却塔と、クーリングチャンバで熱交換され、プレチャンバの環状の煙道から排出された高温の不活性ガスに含まれる粗粒コークスを除去する１次除塵器と、１次除塵器で粗粒コークスが除去された後の高温の不活性ガスの顕熱を回収するボイラと、冷却塔、１次除塵器およびボイラを連結する第１の循環ダクトと、ボイラで顕熱が回収された後の不活性ガスに含まれる微細粉を除去する２次除塵器と、２次除塵器で微細粉が除去された後の不活性ガスを、クーリングチャンバの下部に向けて送り出す循環ブロワと、クーリングチャンバの下部および循環ブロワを連結する第２の循環ダクトと、を有するコークス乾式消火設備の操業方法において、第２の循環ダクトに配設された分岐ダクトによって、循環ブロワからの不活性ガスの一部を、煙道および第１の循環ダクトのうち少なくとも一方に導くとともに、分岐ダクト内に燃料を供給することを特徴とする。

さらに、本願第２の発明は、ボイラに取り込まれる不活性ガスの温度を検出する検出ステップと、検出ステップで得られた検出温度に基づいて、燃料の供給量を制御する制御ロジックを備えることにより、検出温度が基準温度範囲の下限値よりも低い場合には、燃料の供給量を増加させ、検出温度が基準温度範囲の上限値よりも高い場合には、燃料の供給量を減少させる。

本願第１および第２の発明では、第２の循環ダクトからの不活性ガスの一部を、燃料とともに、供給するようにしている。このように、燃料を含んだ不活性ガスを環状の煙道もしくは第１の循環ダクトに供給することにより、環状の煙道もしくは第１の循環ダクト内で燃料を拡散させやすくすることができ、燃料の燃焼効率を向上させることができる。そして、ボイラに導かれる不活性ガスの温度のバラツキを抑制することができるとともに、ボイラ内での燃料の燃焼を起こすこともなくなるため、ボイラの安定操業ができる。また、燃料の低量吹き込みも可能となるため、あらゆる操業範囲での適用が可能となる。

本発明の実施例１であるコークス乾式消火設備の構成を示す概略図である。 本発明の実施例２であるコークス乾式消火設備の構成を示す概略図である。 本発明の実施例３であるコークス乾式消火設備の構成を示す概略図である。 実施例３において、燃料および燃焼用空気の供給量の制御を示すフローチャートである。 ボイラにおける蒸気発生量の推移を示す図である。

以下、本発明の実施例について説明する。

本発明の実施例１であるコークス乾式消火設備の構成について、図１を用いて説明する。

コークス炉（不図示）の窯（炭化室）から押し出された赤熱コークスは、バケットにより、冷却塔１の頂部に設けられた装入口２まで運ばれ、装入装置によってプレチャンバ３内に投入される。プレチャンバ３の下方には、クーリングチャンバ（冷却室）４が位置しており、クーリングチャンバ４内には、供給部４ａから不活性ガス（例えば、窒素ガス）が供給される。この不活性ガスは、後述するように、コークス乾式消火設備において循環して使用される。なお、図１において、ハッチングされた矢印は、不活性ガスの移動方向を示している。

装入口２から投入された赤熱コークスは、プレチャンバ３からクーリングチャンバ４に移動する過程において、不活性ガスと接触することにより消火冷却される。冷却されたコークスは、クーリングチャンバ４の下部に配置された排出装置５から冷却塔１の外部に排出される。排出装置５から排出されたコークスは、搬送装置（不図示）によって搬送される。

クーリングチャンバ４において、不活性ガスを赤熱コークスと接触させると、不活性ガスおよび赤熱コークスの間の熱交換によって、不活性ガスが高温状態となる。高温の不活性ガスは、クーリングチャンバ４からスローピングフリュー６を介して煙道７に移動する。煙道７は、プレチャンバ３の外周に沿って配置されており、円環状に形成されている。煙道７の一部は、第１の循環ダクト８に接続されているため、煙道７を通過した高温の不活性ガスは、第１の循環ダクト８に沿って移動する。

第１の循環ダクト８には、１次除塵器９が設けられており、１次除塵器９において、第１の循環ダクト８内を移動する不活性ガスに含まれている塵等が回収される。

１次除塵器９を通過した高温の不活性ガスは、ボイラ１０に供給されることにより、熱回収が行われる。

ボイラ１０で熱交換された不活性ガス（低温状態の不活性ガス）は、第２の循環ダクト１１に沿って移動して、冷却塔１のクーリングチャンバ４に導かれるようになっており、クーリングチャンバ４において赤熱コークスの冷却に再び用いられる。このように、第１および第２の循環ダクト８，１１によって、不活性ガスは、冷却塔１およびボイラ１０の間において、一方向の経路で循環することになる。

第２の循環ダクト１１には、２次除塵器１２が設けられており、２次除塵器１２において、第２の循環ダクト１１内を移動する不活性ガスに含まれる塵等が回収される。２次除塵器１２で除塵処理が行われた不活性ガスは、第２の循環ダクト１１内を移動して、循環ブロワ１３に導かれる。ここで、第２の循環ダクト１１のうち、２次除塵器１２および循環ブロワ１３の間に位置する領域には、ダンパ１７が配置されている。ダンパ１７は、２次除塵器１２から循環ブロワ１３に移動する不活性ガスの量を調節するために用いられる。

循環ブロワ１３は、冷却塔１およびボイラ１０の間において、不活性ガスを循環させるための動力源となる。循環ブロワ１３から送り出された不活性ガスは、第２の循環ダクト１１に沿って移動して、クーリングチャンバ４に供給され、赤熱コークスの冷却に用いられる。

本実施例では、第２の循環ダクト１１のうち、循環ブロワ１３および冷却塔１（クーリングチャンバ４）の間に位置する領域に、分岐ダクト１４が接続されている。そして、分岐ダクト１４の一端は、第２の循環ダクト１１に接続されているとともに、分岐ダクト１４の他端は、煙道７に接続されている。このため、循環ブロワ１３から送り出された不活性ガスは、クーリングチャンバ４と、煙道７とに分けられる。また、煙道７には、分岐ダクト１４との接続部とは異なる部分に空気を供給するダクトが接続されている。

分岐ダクト１４には、分岐ダクト１４内を移動する不活性ガスの量（又は流速）を調節するためのダンパ１６が配置されている。また、分岐ダクト１４には、ダンパ１５が設けられており、ダンパ１５を介して、分岐ダクト１４内に燃料が供給されるようになっている。この燃料は、上記ダクトから供給される空気と燃焼させることにより、不活性ガスの温度を上昇させるために用いられる。燃料としては、燃焼して不活性ガスの温度を上昇させることができる材料であればよく、例えば、粉コークス、粉炭、コークス炉ガス、高炉ガス、プロパンガス、天然ガス、重油、コールタールを用いることができる。

本実施例によれば、分岐ダクト１４を介して煙道７に供給される不活性ガスに燃料を混入させることにより、燃料単独で煙道７内に供給するより流速が速くなるため、煙道７内において、燃料を効率良く拡散させることができる。そして、煙道７内において、燃料を効率良く拡散させることにより、燃料の燃焼効率を向上させ、煙道７からボイラ１０に供給される不活性ガスの温度分布にバラツキが生じてしまうのを抑制することができる。

また、燃料を効率良く拡散させることにより、煙道７からボイラ１０までの経路において、燃料を完全に燃焼させることができる。言い換えれば、燃焼していない燃料がボイラ１０に到達して、ボイラ１０内での燃料の燃焼を抑制することができ、ボイラ１０の蒸気を安定的に発生させることができるとともに、燃料の使用量の低減も行うことができる。

さらに、燃料を混入させた分岐ダクト１４の不活性ガスを煙道７に供給しているため、煙道７に供給しているガス流速が常に逆火速度を上回るため、逆火の恐れがない。そのため、あらゆる操業範囲での適用も可能となる。

次に、本発明の実施例２であるコークス乾式消火設備の構成について、図２を用いて説明する。本実施例において、実施例１で説明した部材と同一の機能を有する部材については、同一符号を用い、詳細な説明は省略する。

実施例１では、分岐ダクト１４を煙道７に接続し、循環ブロワ１３からの不活性ガスを、燃料を含ませた状態で煙道７内に供給している。一方、本実施例では、実施例１と同様の分岐ダクトを用いることにより、循環ブロワ１３からの不活性ガスを、第１の循環ダクト８内に供給するようにしている。以下、実施例１と異なる点について、主に説明する。

分岐ダクト１４の一端は、第２の循環ダクト１１に接続されているとともに、分岐ダクト１４の他端は、第１の循環ダクト８に接続されている。具体的な一例として、分岐ダクト１４の他端は、第１の循環ダクト８のうち、煙道７および１次除塵器９の間に位置する領域に接続されている。これにより、循環ブロワ１３からの不活性ガスは、クーリングチャンバ４と、第１の循環ダクト８とに分けられる。また、第１の循環ダクト８には、分岐ダクト１４との接続部と異なる部分に空気を供給するダクトが接続されている。

本実施例でも、実施例１と同様にダンパ１５を介して分岐ダクト１４内に燃料が供給されるようになっている。これにより、燃料を含んだ不活性ガスが、分岐ダクト１４を介して、第１の循環ダクト８内に供給される。第１の循環ダクト８内に移動した燃料は、上記ダクトからの空気と燃焼することにより、不活性ガスの温度を上昇させる。

本実施例においても、実施例１と同様の効果を得ることができる。すなわち、第１の循環ダクト８内において、燃料を効率良く拡散させることができ、不活性ガスの温度分布のバラツキを抑制することができる。そして、ボイラ１０に到達する前に燃料を完全に燃焼できるため、蒸気を安定的に発生させることができる。また、逆火の恐れもないため、あらゆる操業範囲での適用も可能となる。

なお、本実施例では、第１の循環ダクト８のうち、１次除塵器９よりも煙道７側の領域に、分岐ダクト１４を接続しているが、これに限るものではない。すなわち、第１の循環ダクト８内に、燃料を含む不活性ガスを供給して、煙道７からボイラ１０までの経路において、燃料を燃焼させることができればよい。例えば、第１の循環ダクト８のうち、１次除塵器９よりもボイラ１０側の領域に、分岐ダクト１４を接続することができる。

また、本実施例および実施例１の構成を組み合わせることもできる。具体的な一例として、分岐ダクト１４を２つに分岐させて、一方を煙道７に接続するとともに、他方を第１の循環ダクト８に接続することができる。この構成では、循環ブロワ１３から分岐ダクト１４内に移動した不活性ガスは、煙道７および第１の循環ダクト８に導かれる。ここで、燃料を供給する位置は、適宜設定することができる。例えば、分岐ダクト１４を２つに分岐させた部分で燃料を供給したり、分岐ダクト１４を２つに分岐させた位置よりも、不活性ガスの移動方向における上流側の部分で、燃料を供給したりすることができる。

次に、本発明の実施例３であるコークス乾式消火設備の構成について、図３を用いて説明する。本実施例において、実施例１で説明した部材と同一の機能を有する部材については、同一符号を用い、詳細な説明は省略する。

本実施例は、ボイラ１０に供給される不活性ガスの温度に基づいて、分岐ダクト１４内に吹き込まれる燃料の量や、煙道７内に供給される燃焼用空気の量を制御するものである。以下、この制御について、具体的に説明する。

本実施例では、第１の循環ダクト８のうち、ボイラ１０との接続部に、温度センサ２１が配置されている。温度センサ２１は、ボイラ１０の入口部分における不活性ガスの温度を検出するために設けられている。コントローラ２０は、温度センサ２１からの出力に基づいて、ボイラ１０の入口部分における不活性ガスの温度を検出する。

なお、温度センサ２１を配置する位置は、適宜設定することができる。すなわち、ボイラ１０に供給される不活性ガスの温度を検出することができればよい。

コントローラ２０は、各ダンパ１８，１９に対して制御信号を出力することにより、各ダンパ１８，１９の動作を制御する。ダンパ１８は、分岐ダクト１４に供給される燃料の量を調節するために用いられる。また、ダンパ１９は、煙道７に供給される燃焼用空気の量を調節するために用いられる。

次に、ダンパ１８，１９の駆動制御について、図４に示すフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ１０において、コントローラ２０は、温度センサ２１の出力に基づいて、ボイラ１０に導かれる不活性ガスの温度を検出する。そして、ステップＳ１１において、コントローラ２０は、ステップＳ１０で検出された温度が基準温度範囲の下限値よりも低いか否かを判別する。この基準温度範囲は、ボイラ１０において、所定の熱量を回収するために予め設定された温度範囲であり、例えば、９００〜１０００℃に設定することができる。この場合において、９００℃は基準温度範囲の下限値となり、１０００℃は基準温度範囲の上限値となる。

ステップＳ１１において、検出温度が下限値よりも低ければ、ステップＳ１２に進み、そうでなければ、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１２において、コントローラ２０は、各ダンパ１８，１９に対して制御信号を出力することにより、燃料および燃焼用空気の供給量を増加させる。燃料および燃焼用空気の供給量を増加させれば、煙道７における燃料の燃焼が促進され、ボイラ１０に導かれる不活性ガスの温度を上昇させることができる。なお、ステップＳ１２の処理において、燃料および燃焼用空気の供給量の増加率は、互いに等しくすることもできるし、互いに異ならせることもできる。また、燃料の供給量だけを増加させることもできる。

ここで、ボイラ１０に導かれる不活性ガスの温度と、燃料や燃焼用空気の供給量との関係を予め求めておけば、この関係に基づいて、燃料や燃焼用空気の供給量を決定することができる。例えば、不活性ガスの温度と燃料等の供給量との関係を示すマップをメモリに格納しておき、検出された不活性ガスの温度および上記マップを用いて、燃料等の供給量を決定することができる。また、不活性ガスの温度と燃料等の供給量との関係を示す演算式を用いて、燃料等の供給量を決定することができる。

ステップＳ１３において、コントローラ２０は、ステップＳ１０で検出された温度が、上述した基準温度範囲の上限値よりも高いか否かを判別する。ここで、検出温度が上限値よりも高ければ、ステップＳ１４に進み、そうでなければ、本処理を終了する。

ステップＳ１４において、コントローラ２０は、各ダンパ１８，１９に対して制御信号を出力することにより、燃料および燃焼用空気の供給量を減少させる。燃料および燃焼用空気の供給量を減少させれば、煙道７における燃料の燃焼が抑制され、ボイラ１０に導かれる不活性ガスの温度を低下させることができる。なお、ステップＳ１４の処理において、燃料および燃焼用空気の供給量の減少率は、互いに等しくすることもできるし、互いに異ならせることもできる。また、燃料の供給量だけを減少させることもできる。

図５には、ボイラ１０における蒸気発生量の推移を示している。図５において、横軸は、ボイラ１０（コークス乾式消火設備）の運転時間を示し、縦軸は、ボイラ１０で生成される蒸気の量を示している。なお、ボイラ１０における蒸気発生量は、ボイラ１０に供給される不活性ガスの温度に比例している。

図５において、実線は、本実施例で説明したように、燃料および燃焼用空気の供給量を制御した場合における蒸気発生量の推移を示している。また、点線は、従来の構成における蒸気発生量の推移を示している。従来の構成とは、図３に示す本実施例の構成において、分岐ダクト１４が省略された構成である。すなわち、循環ブロワ１３からの不活性ガスを、冷却塔１のクーリングチャンバ４だけに導くようにしている。

図５に示すように、本実施例によれば、従来の構成に比べて、ボイラ１０における蒸気発生量のバラツキを抑制していることが分かる。

本実施例によれば、温度センサ２１による検出温度に基づいて、燃料および燃焼用空気の供給量を調節しているため、ボイラ１０に供給される不活性ガスの温度がばらつくのを抑制することができる。これにより、ボイラ１０における熱的負荷を略一定とすることができ、ボイラ１０による熱回収量を略一定とすることができる。

なお、本実施例では、実施例１（図１）で説明した構成において、燃料および燃焼用空気の供給量を制御しているが、これに限るものではない。具体的には、実施例２（図２）で説明した構成において、燃料および燃焼用空気の供給量を制御することもできる。また、本実施例では、ボイラ１０の入口付近における不活性ガスの温度を基準温度範囲内に位置するように燃料等の供給量を制御しているが、不活性ガスの温度が基準値（特定値）となるように燃料等の供給量を制御することもできる。この場合には、不活性ガスの検出温度が基準値よりも高ければ、燃料等の供給量を減少させ、不活性ガスの検出温度が基準値よりも低ければ、燃料等の供給量を増加させることができる。

１：冷却塔
２：装入口
３：プレチャンバ
４：クーリングチャンバ（冷却室）
５：排出装置
６：スローピングフリュー
７：煙道
８：第１の循環ダクト
９：１次除塵器
９ａ：除塵板
１０：ボイラ
１１：第２の循環ダクト
１２：２次除塵器
１３：循環ブロワ
１４：分岐ダクト
１５〜１９：ダンパ
２０：コントローラ
２１：温度センサ

Claims (2)

1. プレチャンバに投入された赤熱コークスをクーリングチャンバの下部から導入した不活性ガスと熱交換させて赤熱コークスの冷却処理を行わせる冷却塔と、
   前記クーリングチャンバで熱交換され、前記プレチャンバの環状の煙道から排出された高温の不活性ガスに含まれる粗粒コークスを除去する１次除塵器と、
   前記１次除塵器で粗粒コークスが除去された後の前記高温の不活性ガスの顕熱を回収するボイラと、
   前記冷却塔、前記１次除塵器および前記ボイラを連結する第１の循環ダクトと、
   前記ボイラで顕熱が回収された後の不活性ガスに含まれる微細粉を除去する２次除塵器と、
   前記２次除塵器で微細粉が除去された後の不活性ガスを、前記クーリングチャンバの下部に向けて送り出す循環ブロワと、
   前記クーリングチャンバの下部および前記循環ブロワを連結する第２の循環ダクトとを有するコークス乾式消火設備において、
   前記第２の循環ダクトから分岐され、前記循環ブロワからの不活性ガスの一部を、前記環状の煙道および前記第１の循環ダクトのうち少なくとも一方に導く分岐ダクトと、
   前記分岐ダクト内に燃料を供給する供給機構と、
   前記ボイラに取り込まれる不活性ガスの温度を検出するための温度センサと、
   前記温度センサによる検出温度に基づいて、前記供給機構による燃料の供給量を制御するコントローラと、を有し、
   前記コントローラは、前記検出温度が基準温度範囲の下限値よりも低い場合には、前記燃料の供給量を増加させ、前記検出温度が前記基準温度範囲の上限値よりも高い場合には、前記燃料の供給量を減少させることを特徴とするコークス乾式消火設備。
2. プレチャンバに投入された赤熱コークスをクーリングチャンバの下部から導入した不活性ガスと熱交換させて赤熱コークスの冷却処理を行わせる冷却塔と、
   前記クーリングチャンバで熱交換され、前記プレチャンバの環状の煙道から排出された高温の不活性ガスに含まれる粗粒コークスを除去する１次除塵器と、
   前記１次除塵器で粗粒コークスが除去された後の前記高温の不活性ガスの顕熱を回収するボイラと、
   前記冷却塔、前記１次除塵器および前記ボイラを連結する第１の循環ダクトと、
   前記ボイラで顕熱が回収された後の不活性ガスに含まれる微細粉を除去する２次除塵器と、
   前記２次除塵器で微細粉が除去された後の不活性ガスを、前記クーリングチャンバの下部に向けて送り出す循環ブロワと、
   前記クーリングチャンバの下部および前記循環ブロワを連結する第２の循環ダクトと、を有するコークス乾式消火設備の操業方法において、
   前記第２の循環ダクトに配設された分岐ダクトによって、前記循環ブロワからの不活性ガスの一部を、前記環状の煙道および前記第１の循環ダクトのうち少なくとも一方に導くとともに、前記分岐ダクト内に燃料を供給し、かつ、
   前記ボイラに取り込まれる不活性ガスの温度を検出する検出ステップと、
   前記検出ステップで得られた検出温度に基づいて、前記燃料の供給量を制御する制御ロジックと、を有し、
   前記制御ロジックにおいて、前記検出温度が基準温度範囲の下限値よりも低い場合には、前記燃料の供給量を増加させ、前記検出温度が前記基準温度範囲の上限値よりも高い場合には、前記燃料の供給量を減少させることを特徴とするコークス乾式消火設備の操業方法。

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