JP6502437B2 - コークス炉の燃焼室の支持構造 - Google Patents

Description

本発明は、コークス炉の燃焼室を形成する煉瓦構造体を支持する支持構造に関するものである。

一般にコークス炉は、石炭を乾留する炭化室、燃料ガスを燃焼させる燃焼室、燃焼排ガスの余熱を利用して燃料ガスや燃焼用空気を予め加熱する蓄熱室で構成され、燃焼室と炭化室は交互に配置される。つまり、互いに隣接する炭化室を隔離するための耐火煉瓦の構造体（以下、煉瓦構造体という）の内部に燃焼室が形成される。そしてコークス炉の操業中に、炭化室へ石炭を装入し、さらに燃焼室で発生する燃焼熱によって乾留した後、得られたコークスを炭化室から押し出す作業が繰り返し行なわれる。

つまりコークス炉の操業において、石炭を乾留するための熱による負荷（以下、熱負荷という）、および、コークスを押し出すための荷重による負荷（以下、荷重負荷という）が、炉体に繰り返し作用する。したがって、時間の経過にともなって、炉体の変形あるいは緩みが進行していき、燃焼室を形成する煉瓦構造体の崩壊を引き起こす。

そこで、燃焼室を形成する煉瓦構造体を締め付けながら支持するための支持構造が種々検討されている。

たとえば、金属製の３種類の部品（すなわちヘッドプレート、プロテクションプレート、プロテクションレッジ）をボルトで結合し、バックステーから付与される押圧力で煉瓦構造体を締め付けながら支持する支持構造が、従来から広く普及している。しかし、熱負荷や荷重負荷が繰り返し作用する環境では、ボルトの損傷（たとえば折損、伸び、曲り等）が発生し易く、ひいては炉体の変形や緩みの進行を抑えられないという問題がある。

この問題に対して特許文献１には、上記のヘッドプレート、プロテクションプレート、プロテクションレッジを一体成形した金属製部材が開示されており、その金属製部材にはボルトは装着されていない。したがって、特許文献１に開示された金属製部材を用いた支持構造は、ボルトの損傷に起因する炉体の変形や緩みを防止できる。ところが金属製部材の変形抵抗が高温の環境で減少するのは避けられず、バックステーから付与される押圧力によって支持構造全体が湾曲するという新たな問題が発生する。支持構造が湾曲すれば、炉体の変形や緩みの進行を抑えられないので、煉瓦構造体の崩壊を招く。

特開2015-137291号公報

本発明は、従来の技術の問題点を解消し、コークス炉の燃焼室を形成する煉瓦構造体を安定して長期間にわたって支持することができ、その結果、煉瓦構造体の耐久性を向上することが可能な支持構造を提供することを目的とする。

本発明者は、熱負荷と荷重負荷に起因する煉瓦構造体の変形や緩みを防止する技術について検討した。その結果、荷重負荷は乾留したコークスを押し出すことによって発生するものであるから、荷重負荷に起因する煉瓦構造体の変形や緩みを防止するためには、コークス炉の構造を大幅に変更する大規模な改造が必要になる、と判断するに至った。

そこで、熱負荷に起因する煉瓦構造体の変形や緩みを防止する技術について詳細に検討した。そして、煉瓦構造体の支持構造に配設される金属製の部品（すなわちヘッドプレート、プロテクションプレート、プロテクションレッジ）の損傷や湾曲を防止することによって、煉瓦構造体の変形や緩みを防止できることを見出した。

次に、金属製の部品の個数を削減すれば、その部品の損傷や湾曲を防止できることに着目して、金属製の３種類の部品が果たす機能を他の材料で代替させる技術について研究した。その結果、
(A)ヘッドプレートおよびプロテクションプレートは、バックステーから付与される押圧力を煉瓦構造体に伝達するために金属の弾力性が不可欠である、
(B)プロテクションレッジは煉瓦構造体と同じ材料の耐火煉瓦に代替できる
ということが判明した。

本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。
すなわち本発明は、コークス炉の窯口側の端部に設けられて燃焼室を支持する支持構造であって、燃焼室を形成する煉瓦構造体の窯口側の端面に当接するレッジ煉瓦と、レッジ煉瓦の他方の側面に当接するプロテクションプレートと、プロテクションプレートに当接しかつバックステーから付与される押圧力によってプロテクションプレートをレッジ煉瓦に押し付けるヘッドプレートとを有し、煉瓦構造体の凸型嵌合突起とレッジ煉瓦の凹型嵌合溝が嵌合するとともに、プロテクションプレートのＬ字型突起とレッジ煉瓦のＵ字型溝が嵌合する燃焼室の支持構造である。

本発明の支持構造においては、レッジ煉瓦と煉瓦構造体の隙間にモルタルを流し込んで接合することが好ましい。

本発明によれば、コークス炉の燃焼室を形成する煉瓦構造体を安定して長期間にわたって支持することが可能となり、その結果、煉瓦構造体の耐久性を向上することができるので、産業上格段の効果を奏する。

本発明の支持構造の例を模式的に示す水平断面図である。

コークス炉は、図１に示すように、石炭を乾留する炭化室２、燃料ガスを燃焼させる燃焼室１、燃焼排ガスの余熱を利用して燃料ガスや燃焼用空気を予め加熱する蓄熱室（図示せず）で構成され、燃焼室１と炭化室２は交互に配置される。つまり、互いに隣接する炭化室２を隔離するための耐火煉瓦の構造体３（以下、煉瓦構造体という）の内部に燃焼室１が形成される。このようなコークス炉の操業中に、炭化室２へ石炭を装入し、さらに燃焼室１で発生する燃焼熱によって乾留した後、得られたコークスを炭化室２から押し出す作業が繰り返し行なわれる。

炭化室２の端部（いわゆる窯口）には炉蓋（図示せず）が配設されており、石炭を装入し、さらに乾留する間は炉蓋によって窯口が閉塞されるが、コークスを押し出す際には開放される。図１は、燃焼室１を形成する煉瓦構造体３の窯口側の端部に設けられる支持構造の例を模式的に示す水平断面図である。

本発明の支持構造においては、煉瓦構造体３の窯口側の端面に、従来から公知の金属製のプロテクションレッジに代えて、所定の形状に成形した耐火煉瓦４（以下、レッジ煉瓦という）を当接させる。レッジ煉瓦４と煉瓦構造体３が当接する部位においては、煉瓦構造体３の窯口側の端面に凸型嵌合突起５を設け、それに対向するレッジ煉瓦４の側面に凹型嵌合溝６を設ける。そして、凸型嵌合突起５と凹型嵌合溝６を嵌め合わせることによって、レッジ煉瓦４と煉瓦構造体３のズレを防止する。

さらに、レッジ煉瓦４は、従来の金属製のプロテクションレッジよりも熱伝導率が小さいので、後述するヘッドプレートとプロテクションプレートの温度上昇を抑制できる。そのため、熱負荷に起因するヘッドプレートとプロテクションプレートの損傷あるいは湾曲を防止する効果も得られる。

レッジ煉瓦４の材質は、煉瓦構造体３の耐火煉瓦と同じであることが好ましい。その理由は、同質の材料を使用することによって、レッジ煉瓦４と煉瓦構造体３との接合を良好に保つことができるからである。

また、レッジ煉瓦４と煉瓦構造体３の隙間にモルタルを流し込んで接合することが好ましい。モルタルを流し込むことによって、レッジ煉瓦４と煉瓦構造体３のズレを防止する効果が向上する。

レッジ煉瓦４の他方の側面（すなわち煉瓦構造体３が当接する面の反対側）にプロテクションプレート７を当接させる。レッジ煉瓦４とプロテクションプレート７が当接する部位においては、プロテクションプレート７の先端にＬ字型突起８を設け、それに対向するレッジ煉瓦４の側面にＵ字型溝９を設ける。そして、Ｌ字型突起８とＵ字型溝９を嵌め合わせることによって、レッジ煉瓦４とプロテクションプレート７のズレを防止し、ひいては、プロテクションプレート７と後述するヘッドプレート10の損傷や湾曲を防止する。

プロテクションプレート７の他方の端部にヘッドプレート10を当接させる。ヘッドプレート10の背後にはバックステー11が配設され、バックステー11によって押圧力がヘッドプレート10に付与される。その押圧力は、ヘッドプレート10からレッジ煉瓦４に伝達される。

本発明の支持構造は、押出機側と消火車側の両方に設けられる。したがって、押出機側と消火車側の両方から、レッジ煉瓦４が押圧力によって煉瓦構造体３を締め付けて、長期間にわたって安定して煉瓦構造体３を支持することができる。

コークス炉（炉高６ｍ、炉長34フリュー）の各燃焼室を形成する煉瓦構造体の窯口側の各々の端部に、図１に示すようなレッジ煉瓦、プロテクションプレート、ヘッドプレートを備えた本発明の支持構造を設け、レッジ煉瓦と煉瓦構造体の隙間にモルタルを流し込んだ。レッジ煉瓦は、煉瓦構造体の耐火煉瓦と同じくSiO₂が主成分（含有量：99質量％以上）である。

こうしてコークス炉を12ケ月稼動した後、各煉瓦構造体を点検した。その結果、煉瓦構造体の変形や緩みは確認されなかった。

１ 燃焼室
２ 炭化室
３ 煉瓦構造体
４ レッジ煉瓦
５ 凸型嵌合突起
６ 凹型嵌合溝
７ プロテクションプレート
８ Ｌ字型突起
９ Ｕ字型溝
10 ヘッドプレート
11 バックステー

Claims (2)

1. コークス炉の窯口側の端部に設けられて燃焼室を支持する支持構造であって、前記燃焼室を形成する煉瓦構造体の前記窯口側の端面に当接するレッジ煉瓦と、該レッジ煉瓦の他方の側面に当接するプロテクションプレートと、該プロテクションプレートに当接しかつバックステーから付与される押圧力によって前記プロテクションプレートを前記レッジ煉瓦に押し付けるヘッドプレートとを有し、前記煉瓦構造体の凸型嵌合突起と前記レッジ煉瓦の凹型嵌合溝が嵌合するとともに、前記プロテクションプレートのＬ字型突起と前記レッジ煉瓦のＵ字型溝が嵌合することを特徴とする燃焼室の支持構造。
2. 前記レッジ煉瓦と前記煉瓦構造体の隙間にモルタルを流し込んで接合することを特徴とする請求項１に記載の燃焼室の支持構造。

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