JP6544116B2 - コークス炉における煤煙抑制方法 - Google Patents

Description

本発明は、コークス炉で発生する煤煙の抑制方法に関する。

コークスの原料となる原料炭は不均質であるため、そのままコークス炉に装入してコークスを製造するとコークス塊内に大小の亀裂が生じ、破壊や粉化を起こしてしまう。そこで、原料炭を粉砕して均一性を向上させる事前処理が行われる。具体的には、粘結炭と非微粘結炭とからなる原料炭をそれぞれ粉砕機で粉砕して、分級機で粗粒炭と微粉炭に分級し、微粉炭を塊成機で塊成炭とした後、粗粒炭と塊成炭を混合してコークス炉に装入する。
コークス炉では、炭化室に装入した原料炭（以下、「装入炭」ともいう。）を、隣接する燃焼室からの熱で間接加熱することにより石炭を乾留してコークスを製造する。燃焼室で発生した燃焼排ガスは煙道を介して煙突から大気中に排出される。

しかし、コークス炉の操業において、煙突から排出される燃焼排ガスに煤煙が含まれることがある。このような煤煙は概ね次の２つの要因により発生すると考えられている。
（ａ）燃焼室に供給される燃料ガスの不完全燃焼により煤が発生し、煙道へ排出される。
（ｂ）炭化室と燃焼室の間の炉壁レンガの目地割れや亀裂部を通して、装入炭あるいは装入炭から発生するガスが燃焼室へ漏洩し、そのままあるいは不燃物（煤）として煙道へ排出される。

そのため、上昇管から乾モルタル等の粉体状の補修材を圧縮空気と共に炭化室内に吹込み、炭化室内の圧力を高めて吹込まれた乾モルタルを炭化室炉壁の目地切れ部に充填し、目地切れ部を閉塞する方法（例えば特許文献１参照）や、炭化室へ装入する原料炭を、通常の場合より微粉炭含有率を高めた原料炭に短期間だけ変更することによって原料炭の一部を炭化室炉壁の目地亀裂部に埋め込ませ、炭化室と燃焼室のガスシール性を向上させる方法（特許文献２参照）などの煤煙対策が従来より行われてきた。

特開昭５０−８４６０１号公報 特開平１１−９２７６５号公報

しかしながら、特許文献１記載の方法は、補修材を使用するためコストがかかることに加え、補修時にコークス炉の操業を停止しなければならないという問題がある。また、特許文献２記載の方法は、微粉炭が亀裂部を埋めるまでに時間がかかるため、亀裂部が塞がるまでの間、煤煙の漏洩を防止できないという問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、コークス炉で発生する煤煙を、従来に比べて短期間かつ低コストで抑制することが可能な方法を提供することを目的とする。

本発明者等は、塊成炭が搬送途中に崩壊することにより、塊成炭と粗粒炭とからなる原料炭をコークス炉に装入した際、塊成炭に含まれていた粒径０．１ｍｍアンダーの石炭粒子が炭化室内で浮遊して、炭化室と燃焼室との間の炉壁亀裂部から燃焼室へ流出し、そのままあるいは不燃物（煤）として煙道へ排出されることを発見した。
また、本発明者等は、塊成炭に含まれる粒径０．１ｍｍアンダーの石炭粒子の比率は塊成機のロール線圧率（＝実線圧／目標線圧）に依存し、ロール線圧率が上昇するにつれて高強度の塊成炭を製造することができ、塊成炭に含まれる粒径０．１ｍｍアンダーの石炭粒子の比率が低下すること、塊成炭に含まれる粘結炭の比率が上昇すると、ロール線圧率が上昇することを発見した。
上記知見に基づき、本発明者等は以下に示す本発明に想到した。

即ち、本発明は、粘結炭と非微粘結炭をそれぞれ粉砕機で粉砕して、粘結炭と非微粘結炭とからなる原料炭を分級機で粗粒炭と微粉炭に分級し、前記微粉炭を塊成機で塊成炭とした後、前記粗粒炭と前記塊成炭を混合してコークス炉に装入する際に発生する煤煙を抑制する方法であって、
前記煤煙の濃度を煙道で測定し、測定した煤煙濃度が管理上限を超えた際、前記塊成機のロール線圧率を調整することにより、煤煙濃度を前記管理上限以下に収めることを特徴としている。

具体的には、煤煙濃度が管理上限を超えた場合、ロール線圧率を現在値より上昇させて、塊成炭に含まれる粒径０．１ｍｍアンダーの石炭粒子の比率を低下させる。

また、本発明に係るコークス炉における煤煙抑制方法では、前記塊成炭に含まれる粘結炭の比率を調節することにより、前記塊成機のロール線圧率を調整してもよい。

煤煙濃度が管理上限を超えた場合、塊成炭に含まれる粘結炭の比率を現在の比率より上昇させてロール線圧率を現在値より上昇させる。

また、本発明に係るコークス炉における煤煙抑制方法では、粘結炭の粉砕粒度を前記粉砕機で調節することにより、前記塊成炭に含まれる粘結炭の比率を調整するようにしてもよい。

塊成炭に含まれる粘結炭の比率を現在の比率より上昇させる場合、微粉炭となる粘結炭量が増加するように粘結炭の粉砕粒度を粉砕機で調節する。

また、本発明に係るコークス炉における煤煙抑制方法では、前記分級機で粗粒炭と微粉炭に分級する原料炭の粒径を調節することにより、前記塊成機のロール線圧率を調整してもよい。分級点の粒径を小さくすると、ロール線圧率が上昇する。

本発明に係るコークス炉における煤煙抑制方法では、煤煙の濃度を煙道で測定し、測定した煤煙濃度が管理上限を超えた際、塊成機のロール線圧率を調整して煤煙の原因となる粒径０．１ｍｍアンダーの石炭粒子の発生を抑制することにより、煤煙濃度を管理上限以下に収めるので、従来に比べて短期間かつ低コストでコークス炉で発生する煤煙を抑制することができる。

コークス炉の斜視図である。 塊成炭の製造プロセスを説明するためのフロー図である。 塊成炭に含まれる粒径０．１ｍｍアンダーの石炭粒子の比率と煤煙濃度との関係を示したグラフである。 塊成機のロール線圧率と塊成炭に含まれる粒径０．１ｍｍアンダーの石炭粒子の比率との関係を示したグラフである。 塊成機のロール線圧率と流動床乾燥分級機によって分級された微粉炭中の粘結炭比率との関係を示したグラフである。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。

コークス炉１０は、図１に示すように、装入口２０ａから装入された原料炭を乾留する炭化室２０と、燃料ガスを燃焼させる燃焼室２１とが炉幅方向Ｘに交互に配置されている。また、炭化室２０と燃焼室２１の下方には、燃焼排熱を再利用するための蓄熱室２２が配置されている。
各燃焼室２１は、炉長方向Ｙに配置された複数の小燃焼室（フリュー）から構成され、各小燃焼室の底部は蓄熱室２２に通じている。

各小燃焼室には、蓄熱室２２を通過する間に予熱された燃料ガスと空気が供給される。小燃焼室内で燃料ガスを燃焼させることにより、炉壁を介して隣接する炭化室２０が加熱され、炭化室２０内の原料炭の乾留が行われる。各小燃焼室で発生した燃焼排ガスは、蓄熱室２２を通過する間に熱回収された後、煙道２３を介して煙突（図示省略）から大気中に排出される。

コークスの製造に用いられる原料炭は、設定コークス強度となるように、粘結性を示す粘結炭と、粘結性を僅かに示す微粘結炭ないし粘結性を示さない非粘結炭からなる非微粘結炭を配合して用いられる。
粘結炭及び非微粘結炭は、各種銘柄ごとにヤードに積み付けられている。ヤードに積み付けられた粘結炭及び非微粘結炭は、リクレーマ（図示省略）によって払い出され、ベルトコンベア（図示省略）により搬送され、配合槽１１、１２に貯炭される（図２参照）。配合槽１１、１２に貯えられている粘結炭及び非微粘結炭は、それぞれ必要な量が配合槽１１、１２から切り出され、粉砕機１３、１４によって所定の粒度に粉砕された後、流動床乾燥分級機１５（分級機の一例）に投入される。

流動床乾燥分級機１５に投入された、粘結炭と非微粘結炭とからなる原料炭は、流動床乾燥分級機１５によって粗粒炭と微粉炭に分級される。粗粒炭と微粉炭の分級点を例えば０．５ｍｍとすると、粒径０．５ｍｍオーバーの原料炭が粗粒炭、粒径０．５ｍｍアンダーの原料炭が微粉炭となる。
流動床乾燥分級機１５によって分級された微粉炭は捕集機１６に捕集される。捕集された微粉炭は粘結剤を添加された後、塊成機１８に供給され、加圧成形されて塊成炭となる。塊成機１８から排出された塊成炭は篩装置１９で篩い分けられ、篩上の塊成炭がコークス炉１０に装入される。一方、篩下の粉は再度、塊成処理される。例えば篩装置１９の目開きを１ｍｍとすると、１ｍｍオーバーの塊成炭がコークス炉に装入され、１ｍｍアンダーの粉が塊成処理される。
一方、流動床乾燥分級機１５によって分級された粗粒炭は塊成炭と混合され、コークス炉１０に装入される。粗粒炭と塊成炭の比率はほぼ７：３である。

コークス炉１０の操業では、煙突から排出される燃焼排ガスに煤煙が含まれることがある。このような煤煙は、前述したように、炭化室２０と燃焼室２１の間の炉壁の目地割れや亀裂部を通して、装入炭あるいは装入炭から発生するガスが燃焼室２１へ漏洩し、そのままあるいは不燃物（煤）として煙道２３へ排出されることにより発生する。

本発明者等は、煤煙に含まれる粒子の粒径について調査し、煤煙濃度が、塊成炭に含まれる粒径０．１ｍｍアンダーの石炭粒子と関係があることを突き止めた。塊成炭に含まれる粒径０．１ｍｍアンダーの石炭粒子の比率と煙道２３に設置した光透過式排煙濃度計によって連続測定された煤煙濃度の１日の平均値との関係を図３に示す。図中の直線は、煤煙濃度の測定値の上限を示している。

塊成炭に含まれる粒径０．１ｍｍアンダーの石炭粒子の比率は、塊成機１８による塊成直後の塊成炭からサンプリングして、目開き０．１ｍｍの篩でふるって０．１ｍｍアンダーの石炭粒子の質量比率より求めた。
塊成炭に含まれる粒径０．１ｍｍアンダーの石炭粒子は、搬送途中で塊成炭が崩壊して生じるものであるが、そのような強度の低い塊成炭は、篩でふるう際に崩壊して０．１ｍｍアンダーの石炭粒子が生じるため、上記方法により、搬送途中で崩壊して煤煙の原因となる塊成炭に含まれる粒径０．１ｍｍアンダーの石炭粒子を評価することができる。

なお、本明細書における煤煙濃度はリンゲルマン濃度である。リンゲルマン濃度とは、縦１４ｃｍ、横２１ｃｍの白紙の上に、黒い部分が全体の０、２０、４０、６０、８０、１００％を占める格子型黒線を描き、これらの黒さと煙突から排出される煙の黒さとを肉眼で比較して０°から５°までの６階級に分類したものである。

同図より、塊成炭に含まれる粒径０．１ｍｍアンダーの石炭粒子の比率と煙道２３で測定した煤煙濃度との間には相関関係があり、塊成炭に含まれる粒径０．１ｍｍアンダーの石炭粒子の比率が上昇するにつれて煤煙濃度も上昇することがわかる。

粉砕機１３、１４で粉砕した石炭を流動床乾燥分級機１５で分級し、微粉炭を塊成機１８で塊成して塊成炭とし、この塊成炭と流動床乾燥分級機１５で分級した粗粒炭と混合してコークス炉１０に装入していることから、粒径０．１ｍｍアンダーの石炭粒子の殆どは塊成炭に含まれている。この塊成炭が搬送途中に崩壊することにより、粒径０．１ｍｍアンダーの石炭粒子が発生する。粘結炭と非微粘結炭とからなる原料炭を炭化室２０に装入した際、この粒径０．１ｍｍアンダーの石炭粒子が炭化室２０内で浮遊し、炭化室２０と燃焼室２１との間の差圧によって、炉壁の亀裂部から燃焼室２１内に流出する。その結果、塊成炭に含まれる粒径０．１ｍｍアンダーの石炭粒子の比率が上昇するにつれて煤煙濃度も上昇すると考えられる。

従って、搬送途中で塊成炭が崩壊しないように塊成炭の強度低下を防止すれば、煤煙濃度を低下させることができる。
塊成炭の強度低下は、塊成機１８の線圧（ロール線圧率）が安定しないことに起因する。塊成機１８の線圧が低いと、微粉炭がロールに十分に噛み込まれず、低強度で崩壊しやすい塊成炭となる。図４は、塊成機１８のロール線圧率（＝実線圧／目標線圧）と塊成炭に含まれる粒径−０．１ｍｍの石炭粒子の比率との関係を示したものである。同図より、塊成機１８のロール線圧率が上昇するにつれて、塊成炭に含まれる粒径０．１ｍｍアンダーの石炭粒子の比率が低下することがわかる。

塊成機１８のロール線圧率を上昇させる手段としては、塊成炭に含まれる粘結炭の含有量を増加させる方法がある。図５は、塊成機１８のロール線圧率と流動床乾燥分級機１５によって分級された微粉炭中の粘結炭比率を示したものである。同図より、微粉炭に占める粘結炭の割合、即ち、塊成炭中の粘結炭比率が上昇するにつれて、塊成機１８のロール線圧率が上昇することがわかる。

塊成機１８のロール線圧率を上昇させる別の手段としては、原料炭を流動床乾燥分級機１５で粗粒炭と微粉炭に分級する分級点を調節することにより、塊成機１８のロール線圧率を調整することができる。分級点の粒径を小さくする、即ち、微粉炭の粒度を細粒化すると、微粉炭の比表面積が大きくなりロール線圧率が上昇する。

次に、本発明者等が得た上記知見に基づく本発明に係るコークス炉における煤煙抑制方法の一実施例について説明する。
（１）光透過式排煙濃度計（図示省略）を煙道２３に設置して煤煙濃度（＝リンゲルマン濃度）を測定する。煤煙濃度が２°以下であれば有視煙として観測されないので、２°を管理上限とする。
（２）煤煙濃度を２°以下に制御するためには、塊成炭に含まれる粒径０．１ｍｍアンダーの石炭粒子の比率を１３質量％以下とする必要がある（図３参照）。
（３）塊成炭に含まれる粒径０．１ｍｍアンダーの石炭粒子の比率を１３質量％以下とするためには、塊成機１８のロール線圧率を８３％以上とする必要がある（図４参照）。
（４）塊成機１８のロール線圧率を８３％以上とするためには、微粉炭に占める粘結炭の割合、即ち、塊成炭中の粘結炭比率を３６質量％以上とする必要がある（図５参照）。

例えば、煙道２３で測定した煤煙濃度が２．１°（＞管理上限）だったとする。煤煙濃度が２．１°のとき、塊成炭中の粘結炭比率は３３質量％であるから（図３〜図５参照）、煤煙濃度を２°以下とするためには、塊成炭中の粘結炭比率を３３質量％から３６質量％に上昇させる必要がある。

塊成炭中の粘結炭比率を上昇させるためには、原料となる粘結炭の粉砕を強化し、分級点（０．５ｍｍ）以下の粘結炭比率を上昇させる必要がある。粘結炭比率の調整は、粘結炭の粉砕粒度を粉砕機１３で調節することにより行う。粘結炭比率を上昇させる場合、粘結炭の粒度を現在の粒度より細かくし、粘結炭比率を低下させる場合、粘結炭の粒度を現在の粒度より粗くする。

粉砕機１３がハンマークラッシャーである場合、粉砕粒度の調整はロータの周速（回転数）を調節することにより行う。表１は、非微粘結炭を粉砕する粉砕機１４のロータ周速を一定として、粘結炭を粉砕する粉砕機１３のロータ周速を上昇させていったときの分級率（＝微粉炭量／粗粒炭と微粉炭の総量）を示したものである。同表より、塊成炭中の粘結炭比率を上昇させるためには、粘結炭を粉砕する粉砕機１３のロータ周速を上昇させればよいことがわかる。

以上、本発明の一実施例について説明してきたが、本発明は何ら上記実施例の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施例や変形例も含むものである。例えば、上記実施例では、粉砕機はハンマークラッシャーとしたが、これに限定されるものではなく、粉砕粒度が調節できる粉砕機であればよい。

１０：コークス炉、１１、１２：配合槽、１３、１４：粉砕機、１５：流動床乾燥分級機（分級機）、１６：捕集機、１８：塊成機、１９：篩装置、２０：炭化室、２０ａ：装入口、２１：燃焼室、２２：蓄熱室、２３：煙道、Ｘ：炉幅方向、Ｙ：炉長方向

Claims (4)

1. 粘結炭と非微粘結炭をそれぞれ粉砕機で粉砕して、粘結炭と非微粘結炭とからなる原料炭を分級機で粗粒炭と微粉炭に分級し、前記微粉炭を塊成機で塊成炭とした後、前記粗粒炭と前記塊成炭を混合してコークス炉に装入する際に発生する煤煙を抑制する方法であって、
   前記煤煙の濃度を煙道で測定し、測定した煤煙濃度が管理上限を超えた際、前記塊成機のロール線圧率を調整することにより、煤煙濃度を前記管理上限以下に収めることを特徴とするコークス炉における煤煙抑制方法。
2. 請求項１記載のコークス炉における煤煙抑制方法において、前記塊成炭に含まれる粘結炭の比率を調節することにより、前記塊成機のロール線圧率を調整することを特徴とするコークス炉における煤煙抑制方法。
3. 請求項２記載のコークス炉における煤煙抑制方法において、粘結炭の粉砕粒度を前記粉砕機で調節することにより、前記塊成炭に含まれる粘結炭の比率を調整することを特徴とするコークス炉における煤煙抑制方法。
4. 請求項１記載のコークス炉における煤煙抑制方法において、前記分級機で粗粒炭と微粉炭に分級する原料炭の粒径を調節することにより、前記塊成機のロール線圧率を調整することを特徴とするコークス炉における煤煙抑制方法。

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