JP5849803B2 - コークス湿式消火設備の消火塔 - Google Patents

Description

本発明は、コークス湿式消火設備の消火塔に関する。

コークス炉から排出された赤熱コークスは、消火設備に搬送され、後の工程での取り扱いが可能な温度まで冷却される。この消火設備は、乾式消火設備と湿式消火設備とに大別される。乾式消火設備では、不活性の冷却ガスを通気することによって赤熱コークスが冷却される。一方、湿式消火設備では、冷却水を散水することによって赤熱コークスが冷却される。

本発明は、このうちの湿式消火設備に設けられる消火塔に関する。そこで、従来技術に係るコークス湿式消火設備の消火塔の例について、図５を参照して説明する。図５は、従来技術に係る消火塔の断面図である。

図５を参照すると、消火塔１は、消火室２と、消火室２の上方に突出する排気塔３とを有する。コークス炉から排出された赤熱コークスＣは、消火車４に積み込まれて、搬入口５から消火室２に搬入される。消火室２では、消火車４の上方に位置する散水ノズル６が設けられており、消火車４に積載された赤熱コークスＣに向けて冷却水Ｗを散水する。これによって、冷却水Ｗによって赤熱コークスＣが冷却されるとともに、水蒸気Ｓが発生する。消火塔１は、消火室２および排気塔３の内部で水蒸気Ｓを上昇させ、排気塔３の上部にある排気口７から上空の大気中に排出する。

ところが、近年、周辺環境への配慮などから、水蒸気Ｓに含まれる粉塵を除塵することが求められるようになった。除塵のための手段として、例えば、特許文献１には、消火塔の内部に設けられる、樹脂性固形物を充填したフィルタが記載されている。また、特許文献２，３には、消火塔を密閉構造にし、発生した水蒸気を別途設けられる除塵装置に導通することによって高い除塵性能を実現する技術が記載されている。

特開２００２−２８５１６６号公報 特開平２−２４２８８５号公報 特開昭６３−２９７４９３号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載されたようなフィルタでは、除塵性能は高いものの、樹脂性固形物を充填することによって、上昇する水蒸気に対する抵抗が大きくなる。また、充填物やスプレーノズルといった付加的な構成要素が必要になる。また、特許文献２，３に記載されたように消火塔を密閉構造にしたり、消火塔の外部に別途の除塵装置を設けたりすると、設備が複雑かつ大規模なものになり、設置および維持のコストが増大するという問題があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、簡易な構造によって、赤熱コークスの湿式消火設備の除塵性能を向上させることが可能な、新規かつ改良されたコークス消火塔を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、平坦な天井面及び消火車を搬入する搬入口を有する消火室と、天井面の中央付近に設けられた開口部に連通して上方に突出する排気塔とを有し、開口部における消火車の搬入方向の長さが、消火室における消火車の搬入方向の全長の１／３以上、１／２以下であることを特徴とする、コークス湿式消火設備の消火塔が提供される。

上記のコークス湿式消火設備の消火塔は、消火室内に天井面に対して平行に設けられ、開口部の少なくとも一部に対向する板部材をさらに有し、板部材と天井面との間の距離は、開口部における消火車の搬入方向の長さの１／２倍以上であり、板部材における消火車の搬入方向の長さは、開口部における消火車の搬入方向の長さと略同一であり、板部材における消火車の搬入方向および鉛直方向と直交する方向の長さは、開口部における消火車の搬入方向および鉛直方向と直交する方向の長さよりも大きくてもよい。

上記のコークス湿式消火設備の消火塔において、板部材は、天井面に設けられた開口部の全体に対向してもよい。また、板部材は、複数の部分に分離され、開口部の複数の異なる部分に対向してもよい。

かかる構成によれば、消火塔の内部を上昇する水蒸気に、消火室および排気塔の形状や板部材の配置によって適度な抵抗を与えることができ、重力集塵や慣性力集塵による除塵効果を高めることができる。従って、消火塔を密閉したり、別途の除塵装置を設けたりしなくても、湿式消火設備の除塵性能を向上させることができる。

以上説明したように本発明によれば、簡易な構造によって、赤熱コークスの湿式消火設備の除塵性能を向上させることができる。

本発明の第１の実施形態に係る消火塔の斜視図である。 図１に示す消火塔のＡ−Ａ断面図である。 図１に示す消火塔における気流解析の結果を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る消火塔の断面図である。 従来技術に係る消火塔の断面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（１．第１の実施形態）
まず、図１〜図３を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る消火塔の斜視図である。図２は、図１に示す消火塔のＡ−Ａ断面図である。図３は、図１に示す消火塔における気流解析の結果を示す図である。

図１および図２を参照すると、消火塔１１は、消火室１２と、消火室１２の上方に突出する排気塔１３とを有する。消火室１２は、平坦な天井面１２ｃを有し、排気塔１３は、天井面１２ｃの中央付近に設けられた開口部１２ａに連通している。さらに、消火室１２の内部には、板部材１８が設けられる。板部材１８は、天井面１２ｃに対して平行に設けられる板状の部材であり、開口部１２ａに対向している。

本実施形態では、図中のｘ軸方向について、板部材１８の長さＬ_１は、開口部１２ａの長さＬ_２とほぼ同じである。また、ｙ軸方向について、板部材１８の幅Ｂ_１は、開口部１２ａの長さＢ_２よりも大きく、消火室１２の幅Ｂ_３とほぼ同じである。このように、本実施形態において、板部材１８は、開口部１２ａの全体に対向している。板部材１８は、必ずしも開口部１２ａの全体に対向しなくてもよいが、上記のような配置によって、後述する消火塔１１の除塵性能がより向上する。また、板部材１８の長さＬ_１は、開口部１２ａの長さＬ_２を超えていてもよいが、このことは除塵性能にはあまり影響しない。なお、開口部１２ａの長さＬ_２および幅Ｂ_２、つまり排気塔１３の断面積は、単位時間あたりに発生する水蒸気Ｓの量によって決定される。単位時間あたりに発生する水蒸気Ｓの量は、消火車４の長さＬ_３に比例する。なお、後述する気流解析の結果によれば、開口部１２ａの長さＬ_２は、消火室１２のｘ軸方向の全長Ｌとの関係においてＬ／３≦Ｌ_２≦Ｌ／２を満たすことが望ましい。

一方、図中のｚ軸方向について、板部材１８と天井面１２ｃとの間の距離Ｈ_１は、開口部１２ａの長さＬ_２との関係においてＨ_１≧Ｌ_２／２を満たすことが望ましい。つまり、板部材１８と天井面１２ｃとの間には、両側を合わせて開口部１２ａと同程度の水蒸気Ｓの流路が確保されることが望ましい。また、板部材１８は、散水ノズル６よりも上方に設けられることが望ましい。つまり、板部材１８と天井面１２ｃとの間の距離Ｈ_１は、散水ノズル６に接続される配管６ｐと天井面１２ｃとの間の距離Ｈ_２以下であることが望ましい。なお、距離Ｈ_２は、散水ノズル６および配管６ｐの容積と、散水ノズル６と消火車４との間の距離によって決定される。散水ノズル６と消火車４と間の距離は、赤熱コークスＣの全体に冷却水Ｗが散水されるように、散水ノズル６の噴角に基づいて決定される。

消火塔１１の内部での赤熱コークスＣの湿式消火の工程は、上記で図５を説明した従来技術に係る消火塔１と同様である。すなわち、赤熱コークスＣは消火車４に積み込まれて搬入口５から消火室１２に搬入される。消火室１２では、散水ノズル６が赤熱コークスＣに向けて冷却水Ｗを散水し、これによって赤熱コークスＣが冷却されるとともに水蒸気Ｓが発生する。水蒸気Ｓは、消火室１２および排気塔１３の内部を上昇し、排気塔１３の上部にある排気口７から上空の大気中に排出される。排気塔１３の内部には、水蒸気Ｓの除塵のためのフィルタ（図示せず）が設けられてもよい。

ここで、本実施形態に係る消火塔１１が従来技術に係る消火塔１とは異なる点として、消火室１２の天井面１２ｃが平坦であり、消火室１２の内部に板部材１８が設けられる点が挙げられる。従来技術に係る消火塔１では、消火室２の天井面が、排気塔３に至る水蒸気Ｓの流路が徐々に狭まるように山型に傾斜していた。これに対して、本実施形態に係る消火塔１１では、消火室１２の天井面１２ｃが平坦である。つまり、消火塔１１の断面形状は、逆Ｔ字形、ないしは凸形である。

一般に、コークス湿式消火設備の消火塔は、消火塔の内部で水蒸気Ｓを上昇させる浮力Ｆと、水蒸気Ｓが消火塔の内部を上昇する際の抵抗によって発生する圧力損失ΔＰとが、Ｆ＞ΔＰの関係を満たすように設計される。もし、Ｆ＜ΔＰになると、水蒸気Ｓは消火塔の内部で下方に逆流し、搬入口などから漏出してしまう。従来技術に係る消火塔１において、上記のように消火室２の天井面が傾斜しているのは、一つには圧力損失ΔＰを可能な限り小さくして水蒸気Ｓの逆流を防ぐためである。

これに対して、本実施形態に係る消火塔１１のように、天井面１２ｃを傾斜させずに平坦にしたり、消火室１２の内部に板部材１８を設けたりした場合、圧力損失ΔＰが大きくなって水蒸気Ｓの逆流が発生する可能性がある、というのが従来の知見であった。しかしながら、本発明者らは、図３に示すように消火塔１１の内部での水蒸気Ｓの気流解析を実施し、その結果、天井面１２ｃを平坦にしたり、板部材１８を設けたりしても、必ずしも水蒸気Ｓの逆流は発生しないことを見出した。

さらに、本発明者らは、下記の表１に示すように、気流解析によって消火塔内部での除塵率を算出した。なお、除塵率は、冷却水Ｗの散水によって発生した水蒸気Ｓに含まれる粉塵のうち、排気口７から排出されなかったもの（つまり、消火塔１の内部に留まったもの）の割合を質量比で表したものである。

この結果によれば、天井面１２ｃを平坦にすることによって、除塵率が従来よりも１４％向上することがわかる。また、加えて板部材１８を設けることによって、除塵率がさらに２０％向上することもわかる。これは、本実施形態に係る消火塔１１では、従来技術にかかる消火塔１に比べて、重力集塵や慣性力集塵による除塵効果が向上していることを示す結果である。

なお、重力集塵は、主に粒径が比較的大きい粉塵が、気流から受ける抗力よりも粉塵に作用する沈降力（重力−浮力）の方が大きくなった場合に気流から離脱して落下するものである。また、慣性力集塵は、主に粒径が中程度の粉塵が、気流が構造物に衝突するなどして方向が急激に変化した場合に気流に追従できずに捕集されるものである。

赤熱コークスの湿式消火によって発生する水蒸気Ｓには、操業条件にもよるが、重力集塵や慣性力集塵によって除塵することが可能な、粒径が中程度以上の粉塵（一つの目安としては粒径が３００μｍ以上）が、質量比で半分近く含まれている。従って、重力集塵や慣性力集塵による集塵効果を向上させる本実施形態に係る消火塔１１は、湿式消火設備の除塵性能を向上させるために有効であるといえる。

以上で説明したように、本実施形態に係る消火塔１１によれば、消火塔の内部で水蒸気に適度な抵抗を与えることができ、重力集塵や慣性力集塵による除塵効果を高めることができる。また、副次的な効果として、排気塔１３の内部などに設けられるフィルタによって除塵される粉塵を従来よりも減少させることができ、かかるフィルタの目詰まりなどの不具合を防ぐことができる。さらに、消火室１２の天井面１２ｃを平坦にすることによって、施工も容易になる。

（２．第２の実施形態）
次に、図４を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。図４は、本発明の第２の実施形態に係る消火塔の断面図である。

図４を参照すると、消火塔２１は、上記の第１の実施形態に係る板部材１８とは異なる形状の板部材２８を有する。それ以外の構成は、第１の実施形態に係る消火塔１１と同様であるため、詳細な説明を省略する。

板部材２８は、第１の実施形態に係る板部材１８と同様に、天井面１２ｃに対して平行に設けられる板状の部材である。ただし、板部材２８は、開口部１２ａの中央付近で２つの板部材２８ａ，２８ｂに分離している。板部材２８ａ，２８ｂは、それぞれ、開口部１２ａの異なる部分に対向する。

本発明者らは、本実施形態に係る消火塔２１について、下記の表２に示すように、気流解析によって消火塔内部での除塵率と水蒸気Ｓの平均流速とを算出した。なお、表中および以下の説明では、第１の実施形態に係る板部材１８のように開口部１２ａの全体に対向するものを中央型の板部材、本実施形態にかかる板部材２８のように開口部１２ａの複数の異なる部分に対向するものを分離型の板部材と称している。また、流速は、水蒸気Ｓの発生ピーク時における排気口７での面平均流速である。

上記の結果によれば、分離型の板部材２８を設けることによって、除塵率が、中央型の板部材１８を設ける場合と同程度にまで向上することがわかる。また、分離型の板部材２８を設ける場合、中央型の板部材１８を設ける場合よりも、板部材を設けることによる水蒸気Ｓの流速の低下が抑えられることがわかる。

このように、本実施形態に係る消火塔２１によれば、第１の実施形態に係る消火塔１１と同程度の除塵性能が得られるとともに、水蒸気Ｓの流速をある程度確保することができる。従って、第１の実施形態に係る消火塔１１と本実施形態に係る消火塔２１とは、例えば単位時間あたりに発生する水蒸気Ｓの量などに応じて、適宜使い分けられてもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１，１１，２１ 消火塔
２，１２ 消火室
１２ａ 開口部
１２ｃ 天井面
３，１３ 排気塔
４ 消火車
５ 搬入口
６ 散水ノズル
７ 排気口
１８，２８ 板部材
Ｃ 赤熱コークス
Ｗ 冷却水
Ｓ 水蒸気

Claims (4)

1. 平坦な天井面及び消火車を搬入する搬入口を有する消火室と、
   前記天井面の中央付近に設けられた開口部に連通して上方に突出する排気塔と
   を備え、
   前記開口部における前記消火車の搬入方向の長さが、前記消火室における前記消火車の搬入方向の全長の１／３以上、１／２以下であることを特徴とする、コークス湿式消火設備の消火塔。
2. 前記消火室内に前記天井面に対して平行に設けられ、前記開口部の少なくとも一部に対向する板部材をさらに備え、
   前記板部材と前記天井面との間の距離は、前記開口部における前記消火車の搬入方向の長さの１／２倍以上であり、
   前記板部材における前記消火車の搬入方向の長さは、前記開口部における前記消火車の搬入方向の長さと略同一であり、
   前記板部材における前記消火車の搬入方向および鉛直方向と直交する方向の長さは、前記開口部における前記消火車の搬入方向および鉛直方向と直交する方向の長さよりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載のコークス湿式消火設備の消火塔。
3. 前記板部材は、前記開口部の全体に対向することを特徴とする、請求項２に記載のコークス湿式消火設備の消火塔。
4. 前記板部材は、複数の部分に分離され、前記開口部の複数の異なる部分に対向することを特徴とする、請求項２に記載のコークス湿式消火設備の消火塔。

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