JP5867220B2 - コークス炉の再構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、老朽化したコークス炉を解体し、生産性の高いコークス炉を再構築する方法と、該方法で構築したコークス炉に関するものである。

通常、コークス炉においては、炉床構造体の上に蓄熱室を構築し、その上に、耐火煉瓦で構築した炭化室と燃焼室が交互に配置されている。炭化室と燃焼室を構築する耐火煉瓦は、コークス炉の稼動で損耗する。特に、炭化室と燃焼室を区画する炉壁の損耗は、コークス押出時のトラブルの原因となるので、炉壁の損耗程度を監視し、損耗の著しい部分には不定形耐火物を吹付けて補修する。

炉壁の損耗が激しいと、コークス押出時に、炉壁の一部が脱落する破孔が生じることがある。炉壁に破孔が生じると、破孔部分に耐火煉瓦を積み上げて、破孔部分を補修する必要がある。

いずれにしても、炉壁の補修には、所要の日数が必要で、その間、操業を停止しなければならないので、コークス炉の生産性は低下する。さらに、炉壁補修の頻度が高くなると、生産性は極度に低下する。そこで、コークス炉の補修方法が、これまで幾つか提案されている（特許文献１〜３、参照）。

上記提案の補修方法により、炉寿命の延長を図ることができるが、近年、長期の稼動に加え、生産性の向上のため操業条件が過酷化し、コークス炉全体の老朽化が加速するとともに、炉壁補修の頻度が上昇している。それ故、長期稼動のコークス炉においては、炉壁補修による炉寿命の延長には限度があり、また、炉壁補修頻度の上昇で、生産性が極度に低下している。

特開２０００−００２４９１号公報 特開２００１−０１９９６８号公報 特開２００４−２３１６８１号公報

本発明は、長期稼動のコークス炉の現状に鑑み、該コークス炉を解体し、再構築することを前提とするところ、単に、解体前と同じコークス炉を構築するのではなく、生産性が、解体前に比べより向上したコークス炉を構築することを課題とし、該課題を解決するコークス炉の再構築方法と、該方法で構築したコークス炉を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決する手法について鋭意研究した。

その結果、コークス炉を保持する炉床構造体の上に、コークス炉を再構築する際、(a)総炉高（蓄熱室の高さ＋炉高）を、解体前の総炉高と同じにし、(b)窯芯ピッチ（炭化室の幅＋燃焼室の幅）を、解体前の窯芯ピッチより大きくすると、炭化室の容積を増大できるので、コークス炉の生産性が向上するとともに、炉上部に配置している既存の付帯設備がそのまま使用できることが判明した。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。

（１）炉床構造体の上に蓄熱室を配置し、その上に炭化室と燃焼室を交互に配置した室式コークス炉の再構築方法において、（ｘ）炉床構造体を残して、炭化室、燃焼室、及び、蓄熱室を解体し、（ｙ）上記炉床構造体の上に、蓄熱室を、解体前の高さで構築し、（ｚ）上記蓄熱室の上に、炭化室と燃焼室を、(z1)炉高は、解体前の炉高と同じにし、かつ、(z2)窯芯ピッチ（炭化室の幅＋燃焼室の幅）は、解体前の窯芯ピッチより大きくし、（z3）燃焼室の燃焼温度の再構築前後の上昇分に対して再構築前と同じ乾留時間とする条件から決定される炭化室幅とし、（z4）下記（１）式で示される炉壁強度Ｋ値が１０［ｋＰａ］以上となる前記炭化室の幅と前記窯芯ピッチとして構築することを特徴とするコークス炉の再構築方法。

本発明によれば、炭化室の容積が、解体前に比べ増加するので、生産性の高いコークス炉を提供することできる。また、本発明によれば、蓄熱室を含む総炉高が解体前と同じであるので、炉上部に配置した既存の付帯設備をそのまま使用することができる。

室式コークス炉の基本構造を示す図である。（ａ）は、炉長方向の断面構造を示し、（ｂ）は、炉幅方向の断面構造の一部を示す。 コークス炉の再構築態様を示す図である。（ａ）は、解体前の炉幅方向の断面構造を示し、（ｂ）は、再構築後の炉幅方向の断面構造を示す。 各燃焼温度における炭化室幅と乾留時間の関係を示す図である。 須賀・下川の式の意味を示す図である。

本発明は、炉床構造体の上に蓄熱室を配置し、その上に炭化室と燃焼室を交互に配置した室式コークス炉の再構築方法において、
（ｘ）炉床構造体を残して、炭化室、燃焼室、及び、蓄熱室を解体し、
（ｙ）上記炉床構造体の上に、蓄熱室を、解体前の高さで構築し、
（ｚ）上記蓄熱室の上に、炭化室と燃焼室を、(z1)炉高は、解体前の炉高と同じにし、かつ、(z2)窯芯ピッチ（炭化室の幅＋燃焼室の幅）は、解体前の窯芯ピッチより大きくし、（z3）燃焼室の燃焼温度の再構築前後の上昇分に対して再構築前と同じ乾留時間とする条件から決定される炭化室幅とし、（z4）下記（１）式で示される炉壁強度Ｋ値が１０［ｋＰａ］以上となる前記炭化室の幅と前記窯芯ピッチとして構築する
ことを特徴とする。

以下、本発明について図面に基づいて説明する。

まず、図１に、室式コークス炉の基本構造を示す。図１（ａ）に、炉長方向の断面構造を示し、図１（ｂ）に、炉幅方向の断面構造の一部を示す。コークス炉においては、炉床支持構造体１の上に蓄熱室２が配置され、その上に、燃焼室３と炭化室４が交互に配置されている（図１（ｂ）、参照）。燃焼室３と炭化室４は、天井壁５で覆われている。

蓄熱室２には、燃料ガス供給路８から燃料ガスが送り込まれ、空気供給路７から空気が送り込まれる。空気と燃料ガスは、予熱された後、燃焼室で燃焼する。燃焼排ガスは、蓄熱室を通り、蓄熱煉瓦と熱交換をした後、煙道６を通して煙突から排出される。

即ち、本発明のコークス炉の再構築方法（以下「本発明方法」ということがある。）においては、長期にわたり稼働して老朽化が進み、生産性が低下した室式コークス炉において、炉床支持構造体（図１、参照）上の煉瓦構造物（蓄熱室、及び、燃焼室と炭化室）を解体し、この炉床支持構造体の上に、新たに、蓄熱室、及び、炭化室と燃焼室を構築するが、このとき、蓄熱室を、解体前の高さで構築し、この上に、炭化室と燃焼室を、(z1)炉高は、解体前の炉高と同じにし、かつ、(z2)窯芯ピッチ（炭化室の幅＋燃焼室の幅）は、解体前の窯芯ピッチより大きくして構築する。

図２に、コークス炉の再構築態様を示す。図２（ａ）に、解体前の炉幅方向の断面構造を示し、図２（ｂ）に、再構築後の炉幅方向の断面構造を示す。

総炉高Ｈ（＝燃焼室３と炭化室４の高さｈ1＋蓄熱室２の高さｈ2）のコークス炉を、炉床支持構造体１を残して解体し、炉床支持構造体１の上に、蓄熱室２、及び、燃焼室３と炭化室４を、解体前の高さと同じ高さ（蓄熱室２：ｈ2、燃焼室３と炭化室４：ｈ1）で、総炉高Ｈを変えずに構築するが、このとき、窯芯ピッチＷ（＝炭化室４の幅ｗ1＋燃焼室３の幅ｗ2）を、解体前の窯芯ピッチＷ’（＝炭化室４の幅ｗ1’＋燃焼室３の幅ｗ2’）より大きくして構築する。

即ち、再構築したコークス炉においては、解体前と同じ総炉高Ｈのもとで、炭化室４の幅ｗ1＞解体前の炭化室４の幅ｗ1’、燃焼室３の幅ｗ2＞解体前の燃焼室３の幅ｗ2’である。この点が、本発明方法の特徴である。

ここで、図３に、各燃焼温度における炭化室幅と乾留時間の関係を示す。炭化室内に装入する石炭は熱伝導率が低く、石炭乾留時の伝熱が律速となるので、図３に示すように、炭化室の幅と乾留時間の関係は、燃焼室温度毎に、同一石炭条件下において、一意に決定される。

再構築コークス炉において、炭化室の幅を拡大した場合、炭化室の中央で、コークス押出時のトラブルの原因となる乾留不足が生じることが懸念される。炭化室の幅の拡大により炭化室中央部への伝熱速度が低下し、乾留時間が延長する。

これに対し、燃焼室への燃料ガス及び空気量を増加し、燃焼室温度を従来の燃焼室温度より高くすることで、再構築コークス炉においても、解体前と同等の乾留時間を確保することが可能となる。

このとき、燃焼室温度は、炉壁煉瓦の物理性状及び環境負荷などの制約により、最高温度が決定される。この最高温度において、解体前と同等の乾留時間を確保することが可能な炭化室の幅ｗ1を設定し（図３、参照）、この炭化室幅に対して必要な炉壁強度を確保できる窯芯ピッチＷを設定することで、乾留効率が最も高くなる。

炭化室の幅の拡大に対して、必要な炉壁強度は、下記（１）式で示す須賀・下川の式（１９７０．９コークスサーキュラー２０巻Ｎｏ．２）により算出され、炉壁強度Ｋ値が１０［ｋＰａ］以上となることが必要である。なお、式中の記号は、図４に示すとおりである。

前述の方法により炭化室の容積の増大（幅の拡大）を行うことで、窯数は減少するが、容積が増大した炭化室で、燃焼室温度を従来温度より高くして、解体前と同じ乾留時間を確保することで、生産性が著しく向上する。

そして、再構築コークス炉の総炉高Ｈは、解体前と同じであるので、コークス炉の上部に配置されている既存の付帯設備は、そのままの位置で使用することができる。

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

（実施例）
４０年稼働した、総炉高約１３ｍ、炉高６．５ｍ、窯芯ピッチ１３５０ｍｍ（炭化室の幅４３０ｍｍ、燃焼室の幅９２０ｍｍ）のコークス炉を解体し、総炉高約１３ｍ、炉高６．５ｍ、窯芯ピッチ１４１０ｍｍ（炭化室の幅４８０ｍｍ、燃焼室の幅９３０ｍｍ）のコークス炉を再構築した。

窯数は９２門から９０門に減少したが、燃焼室温度を１２７０℃まで高めて乾留することができ、その結果、生産性が約１２％向上した。

解体前のコークス炉は、窯芯ピッチ１３５０ｍｍ、炭化室の幅４３０ｍｍ（燃焼室の幅９２０ｍｍ）であり、燃焼室温度１２００℃にて操業を行っていた。このときの乾留時間は１７．２時間であった。現在の技術において、炉壁煉瓦の物理性状及び環境負荷などの制約から、燃焼室温度は１２７０℃での操業が可能である。

この燃焼室温度１２７０℃において、乾留時間が約１７．２時間となるのは、伝熱モデルによる計算から、炭化室の幅が４８０ｍｍと算出される。この炭化室の幅が４８０ｍｍとなるとき、解体前と同一の窯芯ピッチ１３５０ｍｍ（燃焼室の幅８７０ｍｍ）とした場合、須賀・下川の式から算出される炉壁強度Ｋ値が７％低下する。

この炉壁強度Ｋ値を解体前のコークス炉と同等とするためには、須賀・下川の式から窯芯ピッチを１４１０ｍｍ（炭化室の幅４８０ｍｍ、燃焼室の幅９３０ｍｍ）とすればよい。また、前述のように、窯芯ピッチを変更する必要があることから、既設の炉床構造体を利用する場合、設置可能な窯数は９２門から９０門に減少する。

以上の手法において、コークス炉の総炉高は同じであるので、既設の付帯設備を利用することができ、コークス炉を再構築した後、直ちに操業を開始することができた。

本発明を利用して、生産性の高いコークス炉の設置を行った場合において、解体前のコークス炉と同一の生産量を要求する場合、コークスの押出回数は１１８回／日から１０６回／日に低下する。このことから、発塵などの環境負荷の低減を期待することができる。

本手法は、コークス炉に装入する石炭の性状及び装入する石炭の条件に応じて適用することができ、いずれの場合においても適用が可能である。

前述したように、本発明によれば、炭化室の容積が、解体前に比べ増加した、生産性の高いコークス炉を提供することできる。これは、同一の生産量を求める場合においては、環境負荷を低減することができる。また、本発明によれば、炉高が、解体前と同じコークス炉であるので、炉上部の既存の付帯設備をそのまま使用することができる。よって、本発明は、コークス製造産業において利用可能性が高いものである。

１ 炉床支持構造体
２ 蓄熱室
３ 燃焼室
４ 炭化室
５ 天井壁
６ 煙道
７ 空気供給路
８ 燃料ガス供給路
Ｈ コークス炉の総炉高
Ｗ 再構築したコークス炉の窯芯ピッチ
ｗ1 再構築した炭化室の幅
ｗ2 再構築した燃焼室の幅
Ｗ' 解体前のコークス炉の窯芯ピッチ
ｗ1' 解体前の炭化室の幅
ｗ2' 解体前の燃焼室の幅

Claims (1)

1. 炉床構造体の上に蓄熱室を配置し、その上に炭化室と燃焼室を交互に配置した室式コークス炉の再構築方法において、（ｘ）炉床構造体を残して、炭化室、燃焼室、及び、蓄熱室を解体し、（ｙ）上記炉床構造体の上に、蓄熱室を、解体前の高さで構築し、（ｚ）上記蓄熱室の上に、炭化室と燃焼室を、(z1)炉高は、解体前の炉高と同じにし、かつ、(z2)窯芯ピッチ（炭化室の幅＋燃焼室の幅）は、解体前の窯芯ピッチより大きくし、（z3）燃焼室の燃焼温度の再構築前後の上昇分に対して再構築前と同じ乾留時間とする条件から決定される炭化室幅とし、（z4）下記（１）式で示される炉壁強度Ｋ値が１０［ｋＰａ］以上となる前記炭化室の幅と前記窯芯ピッチとして構築することを特徴とするコークス炉の再構築方法。