JP5712948B2

JP5712948B2 - コークス乾式消火設備

Info

Publication number: JP5712948B2
Application number: JP2012027041A
Authority: JP
Inventors: 高橋　顕; 顕高橋; 山村　雄一; 雄一山村; 進誉田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2012-02-10
Filing date: 2012-02-10
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2032-02-10
Also published as: JP2013163751A

Description

本発明は、赤熱コークスを不活性ガスによって消火するコークス乾式消火設備に関するものである。

コークス製造工程においては、コークス炉から排出される赤熱コークスの顕熱を回収し、省エネルギーを図る目的で図７に示すような形式のコークス乾式消火設備が多く採用されている。この設備は、プレチャンバー２内に赤熱状態のコークス３２を装入し、コークスはプレチャンバー２からその下部の冷却室３へと移動し、冷却室内において不活性ガスと熱交換して２００℃近くまで冷却された後、冷却室下部のゲート４から一定量ずつ切り出される。熱交換後約１０００℃程度に加熱された不活性ガスは、冷却室上端付近のスローピングフリュー５から排出され、ダストキャッチャー６を経てボイラー７で熱回収され、循環ブロアー９で再度冷却室３へ圧送される。

冷却室３から排出された不活性ガスには、細かい粒径のコークスが付随して排出される。そのため、スローピングフリュー５から排出された高温不活性ガスのガス経路は、ダストキャッチャー前の水平ガス経路（「前水平部１１」と呼ぶ。）からダストキャッチャー６に導入され、ダストキャッチャー６によって粉塵の除去を図っている。ダストキャッチャー６においては、ガス経路の天井部から下方に向けて衝突板１２が配置されている。不活性ガス流れは衝突板１２で下方に向きを変え、衝突板１２の下端をまわって上昇するガス流路を形成する。不活性ガスが下降流から上昇流に転じる位置において、ダストが不活性ガスから分離し、ダストキャッチャーの下部に堆積し除去される。ダストキャッチャー６とボイラー７の間には不活性ガスが流れる水平ガス経路（「後水平部１６」と呼ぶ。）を有し、不活性ガスは後水平部１６を経由してボイラー７に導かれる。

ボイラー前に配置したダストキャッチャー６によって不活性ガス中のダスト除去を図っているが、ダストキャッチャー６によるダスト除去は必ずしも十分ではなく、比較的大きな粒径のダストが除去されずにボイラー７に導かれると、ボイラーチューブが破損することとなる。また、粒径によらずボイラー内に堆積して循環ガス流量が確保できないといった事例が発生する。また、ダストキャッチャーからボイラーに至る後水平部の天井部２０が、ガス中に含まれる粉塵の衝突によって損傷することがある。さらに後水平部の底部１９にダストが堆積することがある。

ダストキャッチャーの下部には、衝突板による下降流と上昇流が流れるための空間が設けられており、水平ガス経路よりも下方に張り出している。特許文献１ではその空間を構成する上流側の壁を前壁部、下流側の壁を後壁部と名付けている。そして同文献に記載のものは、後壁部に突起もしくは鋸状歯型を形成し、これによって大幅な集塵効率の改善ができるとしている。

特開平１−２４０５９４号公報

特許文献１に記載の発明を適用すると、ダストキャッチャーでの集塵状況は必ずしも改善されず、ダストキャッチャーからボイラーに至る水平ガス経路の天井部がガス中ダストによって損傷する度合いがかえって助長されることがわかった。

本発明は、赤熱コークスを不活性ガスによって消火するコークス乾式消火設備において、ボイラーへ導入される不活性ガスの集塵効率を高め、ボイラー入口部のガス経路損傷を防止することを目的とする。

即ち、本発明の要旨とするところは以下の通りである。
（１）赤熱コークスを不活性ガスによって消火するコークス乾式消火設備であって、乾式消火設備の冷却室から出た高温の不活性ガスはガス経路の途中に設けられたダストキャッチャーを経てボイラーで熱回収され、ダストキャッチャーにおいてはガス経路の天井部から下方に向けて衝突板が配置され、不活性ガス流れは衝突板で下方に向きを変え、衝突板の下端をまわって上昇するガス流路を形成し、ダストキャッチャーとボイラーの間には不活性ガスが流れる水平ガス経路（後水平部）を有し、後水平部の底部の上流端から下流端までの中間位置よりも上流側には衝立が設置されており、該衝立の高さをガス経路の後水平部の空間高さＨの１０％〜２５％の範囲とし、該衝立の厚さは後水平部の長さの５０％以下であり、該衝立の形状は衝立の下流側の面が後水平部の軸方向に垂直を向いていることを特徴とするコークス乾式消火設備。

本発明のコークス乾式消火設備においては、ダストキャッチャーとボイラーの間の水平ガス経路の底部に衝立を設置することにより、水平ガス流路を流れる不活性ガス流の最大流速を抑えることができ、その結果として水平ガス流路天井部のダスト衝突による損傷を低減し、水平ガス流路底部のダスト堆積が低減し、ダストキャッチャーにおける集塵効率を向上することができる。

本発明のダストキャッチャーの一例を示す断面図である。ガス流路内ガス流速表示部におけるガス流速分布の比較図である。本発明のダストキャッチャー内ガス流速分布図である。従来のダストキャッチャーの一例を示す断面図である。従来例のダストキャッチャー内ガス流速分布図である。後壁部突起例のダストキャッチャー内ガス流速分布図である。コークス乾式消火設備の構造を示す概念図である。

コークス乾式消火設備の構造を図７に示す。

コークス乾式消火設備１のダストキャッチャー６内におけるガス流れの状況を、汎用の数値流体解析の手法で計算によって求めることができる。ここでは、ＦＬＵＥＮＴという商品名の数値流体解析プログラムによってガス流れを算出した。

ここでは、スローピングフリュー５からダストキャッチャー６までの水平ガス経路を「前水平部１１」、ダストキャッチャー６からボイラー７までの水平ガス経路を「後水平部１６」と呼ぶ。また、ダストキャッチャー６において、衝突板１２よりも上流側を「前室１３」、下流側を「後室１５」と呼び、衝突板下端よりも下方の空間を「下室１４」と呼ぶ。

図４（ａ）に示すように、ダストキャッチャー６内に衝突板１２のみが配置された形式を「従来例」として、ガス流れを数値流体解析によって求めた。ガス流れの概略を図５に示す。図５において、ガス通過部の白黒の濃淡がガス流速を意味しており、白に近いほどガス流速が速く、黒に近いほどガス流速が遅いことを意味する。下記図３、６も同様である。前水平部１１内ではガス流は均一な流速分布であり、ダストキャッチャー６の前室１３に入った部分においてもガス流の方向が下方に変化するがガス流速分布は比較的均一が保たれている。ダストキャッチャーの下室１４に入ると、衝突板１２の下端付近において高い流速（３０〜７０ｍ／ｓｅｃ）を有する流れが形成される。以下「高速ガス流束２５」という。高速ガス流束２５は、下室１４内で流れる方向を１８０°転換し、後室１５の後壁部１８に沿って上昇し、後水平部１６の天井部２０にまで達している。

図２（ｂ）に「ガス流速表示部３０」と示した線のＡ点からＢ点にかけてのガス流速を、図２（ａ）に表示した。上記図４（ａ）、図５に示す従来例について、ガス流速表示部３０のガス流速分布をグラフ化したのが図２（ａ）の一点鎖線である。下流へ向かうガス流速は天井部２０付近（Ｂ点付近）で最大流速となっている。一方、底部１９側（Ａ点側）の下１／３程度についてはガス流速がマイナスであり、上流へ向かう反転流となっていると推定される。ガス経路を流れるガス流量は数値計算前提で定めた一定量であるから、天井部２０から底部１９までの平均流速は反転流の存在にかかわらず一定である。従って、反転流が形成されている結果、天井部付近を流れる高速ガス流束２５の流速は反転流が形成されない場合に比較して速くなっているはずである。

次に、図４（ｂ）に示すように、ダストキャッチャーの後壁部１８に突起２２を設けた形状（以下「後壁部突起例」という。）（特許文献１参照）について、ガス流れを数値流体解析によって求めた。数値計算結果を図６に示す。高速ガス流束２５の経路が、図５に示す従来例では後壁部１８に沿っていたのに対し、図６に示す後壁部突起例では突起２２の先端に沿って流れるように変化はしているが、高速ガス流束２５が存在している点では従来例と同様であった。図２（ｂ）に示すガス流速表示部３０におけるガス流速分布をグラフ化したのが図２（ａ）の破線である。天井部付近（Ｂ点付近）の最大ガス流速は従来例の実線と変化していないことがわかる。実機において、特許文献１に記載の発明（後壁部突起）を適用すると、ダストキャッチャーでの集塵状況は必ずしも改善されず、ダストキャッチャーからボイラーに至る水平ガス経路の天井部がガス中ダストによって損傷する度合いがかえって助長されることがわかっていたが、その原因は、後壁部突起を形成しても高速ガス流束が改善されないことにあることが判明した。

後水平部１６内で高速ガス流束２５が高いガス流速を保持している理由のひとつは、後水平部内で高速ガス流束２５は天井部２０付近を流れ、一方で後水平部の底部１９付近には反転流が流れていることにもよると考えられる。後水平部の平均流速が一定である以上、反転流が存在すると高速ガス流束２５の流速が高くならざるを得ないからである。そこで、後水平部底部の反転流を防止することを検討した。

図１に示すように、後水平部１６の底部１９に衝立２１を設け、ガス流れを数値流体解析によって求めた。衝立２１は、後水平部１６の幅方向全幅に配置している。衝立２１の高さは後水平部の空間高さＨの１０％とし、後水平部１６の上流端に配置した。ガス流れの概略を図３に示す。ダストキャッチャーの下室１４と後室１５の部分には高速ガス流束２５が存在しているが、後水平部１６に入ると高速ガス流束２５の流速が減少していることがわかる。図２（ｂ）に示すガス流速表示部３０におけるガス流速分布をグラフ化したのが図２（ａ）の太い実線である。後水平部の下流端（ガス流速表示部３０）において、底部１９（Ａ点付近）の反転流がほとんど消滅しており、同時に天井部２０（Ｂ点）付近の最大流速が減少している。

以上の数値計算結果から、後水平部１６の底部１９に衝立２１を設けることにより、後水平部内に形成される高速ガス流束２５の最大流速を低減できる可能性が示された。後水平部内において高速ガス流束２５の最大流速を低減できれば、水平ガス流路天井部のダスト衝突による損傷の低減、水平ガス流路底部ダスト堆積低減、ダストキャッチャーにおける集塵効率向上が期待される。

そこで、コークス乾式消火設備の実機において後水平部１６の底部１９に衝立２１を設置した。図１に示すように、衝立２２は後水平部１６の上流端に設けた。幅方向については幅方向全幅に設けた。衝立２２の高さは後水平部の空間高さＨの１０％とした。その結果、該衝立２２より後方に飛散するダストが大幅（５０質量％程度）に減少して、後水平部１６の天井部２０の摩耗（浸食深さ）が衝立２２を設けない場合の５０％程度となり、また、ボイラ内へのダストの堆積については３０質量％以下になるという成果が得られた。

衝立２２の形状は、後水平部１６の底部１９から上方に突出し、後水平部１６を流れるガス流れを遮ることのできる形状であればよい。衝立２２の面が後水平部１６の軸方向に垂直に向いていると好ましい。

衝立の高さは、後水平部の空間高さＨの１０％〜２５％の範囲とすると良い。衝立の高さが低すぎると衝立の設置効果が減殺されるが、後水平部の空間高さの１０％以上であればこのような問題は発生しない。また、衝立２２の高さが高すぎるとかえって後水平部内での高速ガス流束の流速が大きくなってボイラー入口部の内壁を損傷することになるが、後水平部の空間高さＨの２５％以下（好ましくは１５%以下）であればこのような問題は発生しない。

衝立の幅方向の配置位置は、後水平部の幅方向全幅に設けると最も好ましい結果を得ることができる。一方、後水平部の幅方向の一部のみに衝立を設けることとしても効果を発揮することができる。衝立は、後水平部の空間幅の５０％以上を占めることとすると良い。

衝立２２の厚さは、衝立２２の強度を保持できる厚さ、即ち、２００ｍｍ程度以上であればよい。しかし、衝立２２の厚さが極端に厚くなるとかえって後水平部内のガス流れに対する障害となるが、衝立２２の厚さが後水平部１６の長さの５０％以下であればこのような問題は発生しない。

後水平部１６の流路方向における衝立２２の設置位置は、後水平部１６の上流端から下流端までの中間位置よりも上流側とすれば、本発明の効果を発揮することができる。図１に示すように後水平部１６の上流端とすると最も好ましい効果を得ることができる。後水平部の底部に複数枚の衝立を設けても良い。

後水平部に設ける衝立の材質としてはダストアタックによって摩耗が抑制されれば良く、コークス乾式消火設備の内壁に用いられる煉瓦やキャスタブル、即ち、高Ａｌ₂Ｏ₃質の耐熱性煉瓦やキャスタブルを用いることができる。

処理能力：１２０トン／ｈｒで、後水平部１６の空間寸法（高さ×厚さ（長さ）×幅）：２９００ｍｍ×２５００ｍｍ×５３００ｍｍを有し、後水平部１６の空間を流れるガス量及び温度：１６万Ｎｍ³／ｈｒ×９５０℃であるコークス乾式消火設備に本発明を適用した例を説明する。

高さ３００ｍｍ×厚さ３００ｍｍ×幅５３００ｍｍの衝立２１をＡｌ₂Ｏ₃：８２質量％、ＳｉＯ₂：１２質量％の成分構成のキャスタブルを用いて、後水平部１６の空間の最上流側に衝立１２の前面が位置する様に流し込み施工により形成して設けた。

この結果、衝立２１の下流側に流出するダストは衝立２１がない場合に比較して５０質量％となり、後水平部１６の天井部２０の摩耗深さは衝立２１がない場合に比較して５０質量％に低減すると共に、ボイラー内に堆積するダストは衝立２１がない場合に比較して２５質量％に低減することができた。

１コークス乾式消火設備
２プレチャンバー
３冷却室
４ゲート
５スローピングフリュー
６ダストキャッチャー
７ボイラー
８第２集塵機
９循環ブロアー
１１前水平部
１２衝突板
１３前室
１４下室
１５後室
１６後水平部
１７前壁部
１８後壁部
１９底部
２０天井部
２１衝立
２２突起
２５高速ガス流束
３０ガス流速表示部
３２コークス
Ｈ後水平部の空間高さ

Claims

赤熱コークスを不活性ガスによって消火するコークス乾式消火設備であって、乾式消火設備の冷却室から出た高温の不活性ガスはガス経路の途中に設けられたダストキャッチャーを経てボイラーで熱回収され、ダストキャッチャーにおいてはガス経路の天井部から下方に向けて衝突板が配置され、不活性ガス流れは衝突板で下方に向きを変え、衝突板の下端をまわって上昇するガス流路を形成し、ダストキャッチャーとボイラーの間には不活性ガスが流れる水平ガス経路（以下「後水平部」という。）を有し、
後水平部の底部の上流端から下流端までの中間位置よりも上流側には衝立が設置されており、該衝立の高さをガス経路の後水平部の空間高さＨの１０％〜２５％の範囲とし、該衝立の厚さは後水平部の長さの５０％以下であり、該衝立の形状は衝立の下流側の面が後水平部の軸方向に垂直を向いていることを特徴とするコークス乾式消火設備。