JP6617870B2 - コークス乾式消火設備 - Google Patents

Description

本発明は、コークス乾式消火設備に関するものである。

コークス乾式消火設備は、コークス炉で乾留（蒸し焼き）した赤熱コークスを冷却塔の上方から装入し、その下方より供給される循環ガス（不活性ガス）による対向流によって赤熱コークスを消火、冷却すると共に、その下流側に設けられたボイラにおいて赤熱コークスの顕熱を熱回収する構成となっている。このようなコークス乾式消火設備には、循環ガスに含まれる粉塵（主としてコークス粉、その他のダスト）を除塵する除塵器を冷却塔とボイラとの間に設け、循環ガスがボイラに導入される前に、循環ガスの除塵を行っている。

ところで、赤熱コークスは、水素（Ｈ_２）を主体とするボラタイルマターを有しており、コークス乾式消火設備の閉回路の循環ガス経路において、その水素が燃焼すると、燃焼反応により水蒸気（Ｈ_２０）が発生する。この水蒸気が、冷却塔の高温のコークス層を通過する際、水性ガス反応により水素と一酸化炭素（ＣＯ）が発生し、循環ガス経路の可燃性ガス（水素や一酸化炭素）の濃度が上昇する。このため、冷却塔の煙道から除塵器までは、水素や一酸化炭素の燃焼室になっている。

一方で、ボイラの入口部における循環ガスの温度には、ボイラ保護を目的として、上限温度が設定されている。ボイラの蒸発量を最大化（発電量を最大化）するためには、ボイラの入口部における循環ガスの温度を、ボイラの上限温度に調整する必要がある。
特許文献１に記載のコークス乾式消火設備は、ボイラで熱回収された循環ガスを冷却塔に送り出す循環ブロワの下流側に分岐ダクトを設け、循環ガスを除塵器の入口部に導く構成となっている。この構成によれば、熱回収により低温となった循環ガスを、赤熱コークスとの熱交換により高温となった循環ガスに混合することができ、ボイラの入口部における循環ガスの温度を調整することができる。

特開２０１０−２２９３４０号公報

ところで、近年、コークス乾式消火設備は、その回収電力量（＝発電量−消費電力量）が評価される傾向にある。消費電力の最大項目は、循環ブロワの消費電力量である。上記従来技術では、循環ガスの一部を除塵器の入口部までバイパスさせるため、冷却塔に送り出す循環ガスの量は減るものの、循環ブロワの下流側に分岐ダクトを設けているため、循環ブロワの仕事量は殆ど変わらず、消費電力量の低減には結びつかない、という問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ボイラを保護しつつ回収電力量を向上させることができるコークス乾式消火設備の提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、赤熱コークスを循環ガスで冷却する冷却塔と、前記冷却塔を通過した前記循環ガスに含まれる粉塵の少なくとも一部を除塵する除塵器と、前記除塵器を通過した前記循環ガスから熱回収するボイラと、前記ボイラを通過した前記循環ガスを前記冷却塔に送り出す第１の送風機と、前記ボイラと前記第１の送風機との間を接続する循環ダクトと、前記循環ダクトから分岐し、前記冷却塔の出口部及び前記除塵器の入口部の少なくともいずれか一方に接続されるバイパスダクトと、前記バイパスダクトに設けられ、前記第１の送風機よりも低い圧力で前記循環ガスの一部を送り出す第２の送風機と、を有する、コークス乾式消火設備を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、バイパスダクトを接続し、循環ガスを冷却塔に送り出す第１の送風機の上流側から、冷却塔の出口部及び除塵器の入口部の少なくともいずれか一方に循環ガスの一部をバイパスする。これにより、ボイラの入口部における循環ガスの温度を調整し、ボイラを保護することができる。また、第１の送風機の上流側からのバイパスによって、第１の送風機に供給される循環ガスが減り、第１の送風機の仕事量も減るため、消費電力量を低減することができる。バイパスダクトが接続される冷却塔の出口部及び除塵器の入口部は、第１の送風機の上流側よりも高圧側であるため、バイパスダクトに第２の送風機を設ける必要があるが、バイパスダクトを通る循環ガスは冷却塔（コークス層）を通過しないため、第２の送風機による昇圧幅は第１の送風機よりも小さく設定できる。このため、第２の送風機を追加したとしても、第１の送風機とのトータルの消費電力量は、従来の第１の送風機の下流側からバイパスさせる構成と比べて小さくすることができる。

また、本発明においては、前記冷却塔の出口部は、前記冷却塔の周壁部の周方向に沿って設けられる環状煙道を有し、前記環状煙道は、前記除塵器の入口部が接続される出口部を有し、前記バイパスダクトは、前記環状煙道において、前記出口部とは反対側に接続される、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、第１の送風機の上流側からバイパスした低温の循環ガスを環状煙道の反出口側に供給して、ボイラの入口部における循環ガスの温度ムラを低減することができる。すなわち、環状煙道の反出口側に供給された低温の循環ガスは、環状煙道の出口部に向かって環状煙道を約半周流れるため、その過程で冷却塔の環状煙道に噴き上がる高温の循環ガスと略均一に混ぜ合わせることができる。循環ガスが略均一に混ざり合うと温度分布が小さくなり、その温度分布の最高温度がボイラの上限温度を超えないようにすることが容易になり、ボイラの入熱量を多くすることができる。

また、本発明においては、前記環状煙道の底部から燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給部を有し、前記バイパスダクトは、前記環状煙道の天井部に接続される、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、環状煙道の底部から燃焼用空気を供給して、環状煙道の底部で可燃性ガスを燃焼させると共に、環状煙道の天井部から低温の循環ガスを供給することで、ボイラの入口部における循環ガスの温度ムラを低減させることができる。すなわち、燃焼により発生した高温ガスは、煙突効果により循環ガス経路において底部から天井部に向かって上昇するのに対し、バイパスダクトから供給される低温ガスは、その比重よって天井部から底部に向かって降下するため、循環ガスを略均一に混ぜ合わせることができる。

また、本発明においては、前記バイパスダクトに設けられ、前記冷却塔の出口部及び前記除塵器の入口部の少なくともいずれか一方からの前記循環ガスの逆流を防止する逆止弁を有する、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、冷却塔の出口部及び除塵器の入口部は第１の送風機の上流側よりも高圧側であるため、バイパスダクトに逆止弁を設け、冷却塔の出口部及び除塵器の入口部から第１の送風機の上流側への循環ガスの逆流を防止する。

また、本発明においては、前記バイパスダクトは、鉛直方向に延びる鉛直部を有し、前記逆止弁は、前記鉛直部に設けられている、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、逆止弁をバイパスダクトの鉛直部に設けることで、逆止弁の上部は比重が小さい高温ガス、逆止弁の下部は比重が大きい低温ガスであるため、例えば第２の送風機を緊急停止させたときでもガスリークを防ぐことができ、設備の安全を確保できる。

また、本発明においては、前記冷却塔の内部に前記循環ガスを吹き込むブラストヘッドと、前記ブラストヘッドに接続される分配器と、前記第１の送風機から送り出された前記循環ガスを、前記分配器を介して前記ブラストヘッドに供給する環状ガス供給ダクトと、を有し、前記ブラストヘッドには、前記分配器が少なくとも２本以上接続される、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、ブラストヘッドに接続される分配器が通常の２本以上となるため、分配器内部の流路面積が拡大され、通気抵抗が小さくなる。これにより、第１の送風機の昇圧量を小さくし、消費電力量を小さくすることができる。

また、本発明においては、前記冷却塔の内部に前記循環ガスを吹き込むブラストヘッドと、前記ブラストヘッドに接続される分配器と、前記第１の送風機から送り出された前記循環ガスを、前記分配器を介して前記ブラストヘッドに供給する環状ガス供給ダクトと、を有し、前記ブラストヘッドには、前記分配器が鉛直方向に対して斜めに延びて接続される、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、ブラストヘッドに接続される分配器が鉛直方向に対して斜めに延びるため、平面視で幅寸法を拡大させることなく、分配器内部の流路面積を拡大することができる。このため、冷却塔におけるコークスの降下速度の均一性を崩すことなく、通気抵抗を小さくし、第１の送風機の消費電力量を小さくすることができる。

また、本発明においては、前記冷却塔の内部に前記循環ガスを吹き込むブラストヘッドと、前記ブラストヘッドに接続される分配器と、前記第１の送風機から送り出された前記循環ガスを、前記分配器を介して前記ブラストヘッドに供給する環状ガス供給ダクトと、を有し、前記分配器と前記環状ガス供給ダクトとの接続部は、ベルマウス状に形成されている、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、分配器と環状ガス供給ダクトとの接続部がベルマウス状に形成されているため、環状ガス供給ダクトから分配器への流入抵抗を低減することができ、第１の送風機の消費電力量を小さくすることができる。

本発明によれば、ボイラを保護しつつ回収電力量を向上させることができるコークス乾式消火設備が得られる。

本発明の実施形態におけるコークス乾式設備の構成を示す図である。 本発明の実施形態におけるブラストヘッド、分配器、環状ガス供給ダクトを示す概略平面図である。 本発明の実施形態における分配器と環状ガス供給ダクトとの接続部の形状による作用を説明するための図である。 図１の矢視Ａ−Ａ断面図である。 図４の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。 本発明の実施形態における逆止弁の構成を示す側断面図である。 本発明の実施形態における逆止弁の構成を示す平断面図である。 本発明の実施形態におけるコークス乾式消火設備の動作を示すフローチャートである。 本発明の別実施形態における冷却塔の下部の構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態の装置について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態におけるコークス乾式設備１の構成を示す図である。
コークス乾式消火設備１は、図１に示すように、循環ガス２（図１において白抜き矢印で示す）を循環させ、赤熱コークスを冷却すると共に、赤熱コークスの顕熱を熱回収する設備である。循環ガス２は、不活性ガス（例えば窒素）を主成分とするガスである。コークス乾式消火設備１は、冷却塔３と、除塵器４と、ボイラ５と、循環ブロワ６（第１の送風機）等を有する。

冷却塔３は、赤熱コークスを循環ガス２で冷却する設備である。冷却塔３は、上部が予備室３Ａ（プリチャンバ、貯留帯）となり、下部が冷却室３Ｂ（冷却帯）となっている。冷却室３Ｂは、小煙道３Ｃ（ガス吸引帯）の上端までの領域であり、その上は、予備室３Ａとなる。冷却塔３においては、予備室３Ａの上部を介して装入される赤熱コークスが、冷却室３Ｂの下部から吹き込まれる循環ガス２の対向流によって冷却（消火）される。

除塵器４は、冷却塔３を通過した循環ガス２に含まれる粉塵２ａの少なくとも一部を除塵する設備である。この除塵器４は、重力沈降式の除塵器である。重力沈降式の除塵器４には、邪魔板反転式の除塵器と異なり、邪魔板が存在しない。重力沈降式の除塵器４においては、循環ガス２に含まれる循環ガス２よりも比重の大きい粉塵２ａ（主としてコークス粉、その他のダスト）が、重力によって除塵される。

重力沈降式の除塵器４には、循環ガス２が水平方向に通過する煙道４Ａが形成されている。循環ガス２に含まれる粉塵２ａは、煙道４Ａを通過する過程で、粒径の大きく重いものから順（優先的）に落下し除塵される。重力沈降式の除塵器４は、煙道４Ａに邪魔板を備えず、上流側よりも下流側の方が流路面積が大きくなっている。このため、重力沈降式の除塵器４では、邪魔板反転式の除塵器に比べて、ボイラ５の入口部５ａ（除塵器４の出口部４ｂ）における循環ガス２の流速が遅く、均一となり、また、ボイラ５の入口部５ａにおける粉コークス濃度が均一となる、という特徴がある。

ボイラ５は、除塵器４を通過した循環ガス２から赤熱コークスの顕熱を熱回収する設備である。ボイラ５においては、循環ガス２との熱交換により蒸気が生成される。ボイラ５の入口部５ａには、蒸気を生成するボイラチューブの一部であるスクリーン管５Ａが配置されている。スクリーン管５Ａは、循環ガス２が通過可能となるように、幅方向（図１において紙面奥行方向）に隙間をあけて並列に配列されている。このスクリーン管５Ａには、不燃性の耐火プロテクターを巻いてもよい。

循環ブロワ６は、ボイラ５を通過した循環ガス２を冷却塔３の下部から吹き込む設備である。循環ブロワ６は、ボイラ５と循環ダクト７を介して接続されている。循環ダクト７は、ボイラ５の出口部５ｂに一端が接続され、循環ブロワ６の入口部６ａに他端が接続される。また、循環ブロワ６は、冷却塔３と循環ダクト８を介して接続されている。循環ダクト８は、循環ブロワ６の出口部６ｂに一端が接続され、冷却塔３の入口部３ａに他端が接続される。

冷却塔３の下部には、冷却塔３の内部に循環ガス２を吹き込むブラストヘッド９Ａと、ブラストヘッド９Ａに接続される分配器９Ｂと、循環ブロワ６から送り出された循環ガス２を、分配器９Ｂを介してブラストヘッド９Ａに供給する環状ガス供給ダクト９Ｃと、が設けられている。循環ブロワ６から送り出された循環ガス２は、環状ガス供給ダクト９Ｃ、分配器９Ｂを介してブラストヘッド９Ａから冷却塔３の下部に吹き込まれ、循環ガス２は、冷却塔３、除塵器４、ボイラ５の順に循環する。なお、ブラストヘッド９Ａの円筒部下端は開口となっており、当該開口からも循環ガス２が吹き込まれる。

図２は、本発明の実施形態におけるブラストヘッド９Ａ、分配器９Ｂ、環状ガス供給ダクト９Ｃを示す概略平面図である。
ブラストヘッド９Ａは、上下二段のスカート９Ａ１，９Ａ２を備えている。スカート９Ａ１，９Ａ２は、循環ガス２を案内するものであり、下側のスカート９Ａ２の外径が上側のスカート９Ａ１の外径よりも大きくなっている。このブラストヘッド９Ａには、２本以上（本実施形態では４本）の分配器９Ｂが接続される。

分配器９Ｂは、ブラストヘッド９Ａを支持するものであり、環状ガス供給ダクト９Ｃから周方向に等間隔に４本設けられ、それぞれがブラストヘッド９Ａに接続される。分配器９Ｂには、ガス流量調節弁９Ｂ１が設けられており、各分配器９Ｂを流れる循環ガス２の流量を個別に調整できるようになっている。分配器９Ｂと環状ガス供給ダクト９Ｃとの接続部９Ｄは、ベルマウス状に形成されている。なお、分配器９Ｂを流通するガス流量は、図１に示す上部ファンネル９Ｅに配置した図示しない温度センサで判断しているが、各分配器９Ｂにガス流量センサを配置して判断してもよい。

図３は、本発明の実施形態における分配器９Ｂと環状ガス供給ダクト９Ｃとの接続部９Ｄの形状による作用を説明するための図である。
図３（ａ）では、接続部９Ｄがベルマウス状ではなく、直角に形成されている。仮に、循環ガス２が速度ｖで流れ、分配器９Ｂが直径ｄの直管であるとした場合、接続部９Ｄの抵抗形状係数ζは、０．４〜０．４５となる。

図３（ｂ）では、接続部９Ｄが曲率半径ｒを有し、ｒ／ｄ＝１／７とされている。この場合、接続部９Ｄの抵抗形状係数ζは、０．０４となる。
図３（ｃ）では、接続部９Ｄが曲率半径ｒを有し、ｒ／ｄ＝０．６とされている。この場合、接続部９Ｄの抵抗形状係数ζは、０．０１〜０．０２となる。
このように、接続部９Ｄをベルマウス状に形成することにより、環状ガス供給ダクト９Ｃから分配器９Ｂへの循環ガス２の流入抵抗を大幅に低減することができる。

図２に戻り、スカート９Ａ２には、分配器９Ｂが配置されている部分に対し、分配器９Ｂが配置されている部分が拡径した拡径部９Ａ３が設けられている。これにより、分配器９Ｂ上に降下するコークスも、分配器９Ｂのない箇所を降下するコークスも同程度の抵抗が生じる。したがって、分配器９Ｂの本数を増大しても、分配器９Ｂのある部分とない部分のコークスの降下速度比を小さくでき、冷却塔３内部のコークス降下速度を均一化することができる。

また、コークス乾式消火設備１は、図１に示すように、循環ガス２に含まれる可燃成分を燃焼させる燃焼用空気供給部１０を有する。燃焼用空気供給部１０は、環状煙道１１の底部から燃焼用空気を供給する。また、コークス乾式消火設備１は、循環ブロワ６の上流側の循環ダクト７から分岐し、冷却塔３の出口部３ｂに接続されるバイパスダクト３０を有する。バイパスダクト３０は、環状煙道１１の天井部１１ａに接続される。

図４は、図１の矢視Ａ−Ａ断面図である。図５は、図４の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。
冷却塔３の出口部３ｂは、冷却塔３の周壁部１３の周方向に沿って設けられた環状煙道１１を有する。環状煙道１１の出口部１１ｂは、循環ガス２をボイラ５に導く除塵器４の入口部４ａと接続される。環状煙道１１の底部は、図４に示すように、周方向に略等間隔に設けられた複数の仕切壁１２によって形成されており、隣り合う仕切壁１２の間には小煙道３Ｃが形成されている。この小煙道３Ｃは、冷却塔３の内部に連通している。

燃焼用空気供給部１０は、環状煙道１１の底部に開口し、且つ、環状煙道１１の周方向に沿って並ぶ複数の空気供給口１４を有する。空気供給口１４は、複数の仕切壁１２のそれぞれに設けられている。図５に示すように、仕切壁１２の上部には、ノズル１２ａが設けられている。ノズル１２ａは、棒状の耐火材に空気通路を形成したものであり、冷却塔３の周壁部１３と交差する方向に延び、上方に向かって開口する空気供給口１４が形成されている。

空気供給口１４は、分岐管１５に連通している。分岐管１５は、周壁部１３を貫通して冷却塔３の外部に引き出され、冷却塔３の周壁部１３を取り囲む主配管１６に連通している。この主配管１６は、冷却塔３の外部において支持梁１６ａに支持されている。また、主配管１６上には、点検用の足場１６ｂが設けられている。この主配管１６は、空気供給源であるファン１９（図１参照）に接続されている。

燃焼用空気供給部１０は、複数の空気供給口１４のそれぞれから供給される一次燃焼用空気の流量を個別に調節する複数の流量調節弁１７を有する。流量調節弁１７は、分岐管１５のそれぞれに設けられている。本実施形態の流量調節弁１７は、手動弁から構成されており、図５に示すように、足場１６ｂからアクセス可能な位置に設けられている。なお、分岐管１５が接続された主配管１６の流量は、図１に示す流量制御系１８により制御する。流量制御系１８は、制御バルブを絞り、主配管１６に供給する流量を調節する。

コークス乾式消火設備１においては、赤熱コークスが、冷却塔３において不活性ガスを主体とした循環ガス２により、約１０００℃から約２００℃以下に冷却される。赤熱コークスは、水素（Ｈ_２）を主体とするボラタイルマターを有しており、冷却塔３内で、その一部を放出する。水素は可燃性ガスであるため、燃焼用空気供給部１０は空気を供給し、その水素を燃焼させ、下記の反応式（１）に示す反応によって水蒸気（Ｈ_２Ｏ）に変えることにより、水素濃度を下げる。
Ｈ_２ ＋ １／２・Ｏ_２ → Ｈ_２Ｏ …（１）

この燃焼により発生した水蒸気が例えば冷却塔３の高温のコークス層を通過する際、下記の反応式（２）に示す水性ガス反応が生じる。
Ｃ ＋ Ｈ_２Ｏ → Ｈ_２ ＋ ＣＯ …（２）
この水性ガス反応で発生した一酸化炭素は水素と同様に可燃性ガスであるため、空気の供給により、下記の反応式（３）に示す燃焼反応が生じる。
ＣＯ ＋ １／２・Ｏ_２ → ＣＯ_２ …（３）
そして、この燃焼により発生した二酸化炭素が例えば冷却塔３の高温のコークス層を通過する際、下記の反応式（４）に示すソリューション反応が生じる。
Ｃ ＋ ＣＯ_２ → ２ＣＯ …（４）

燃焼用空気供給部１０では、環状煙道１１の底部に設けられた空気供給口１４から燃焼用空気が供給される。供給された燃焼用空気は、小煙道３Ｃを通過した直後の高温の循環ガス２と混合し、循環ガス２に含まれる可燃性ガス（水素、一酸化炭素）を燃焼させる。また、燃焼により発生した高温ガスは、煙突効果により環状煙道１１の底部から天井に向かって上昇し、その過程で循環ガス２と均一に混ざり合う。

図１に示すように、バイパスダクト３０は、循環ダクト７から分岐し、冷却塔３の出口部３ｂに接続される。本実施形態のバイパスダクト３０は、図４に示すように環状煙道１１において、出口部１１ｂとは反対側（反出口側）に接続される。環状煙道１１の反出口側とは、環状煙道１１を基準線Ｌ１で二分した領域のうち出口部１１ｂが配置されていない領域を意味する。基準線Ｌ１は、冷却塔３の半径中心と出口部１１ｂとを結ぶ基準線Ｌ２に対し、冷却塔３の半径中心において直交する線である。

バイパスダクト３０は、下流側で分岐し、環状煙道１１に対して複数箇所で接続される。環状煙道１１の天井部１１ａには、バイパスダクト３０が接続される循環ガス供給口３０ａが複数形成されている。循環ガス供給口３０ａは、環状煙道１１に沿って等間隔で配置される。本実施形態の循環ガス供給口３０ａは、図４に示すように、周方向で隣り合う空気供給口１４の間、すなわち小煙道３Ｃに対向するように配置される。また、循環ガス供給口３０ａは、基準線Ｌ２を挟んで２つずつ、計４つ配置される。

バイパスダクト３０には、図１に示すように、開閉弁３１と、バイパスファン３２（第２の送風機）と、電動弁３３と、逆止弁３４と、流量制御系３５とが設けられている。開閉弁３１は、例えば、手動弁であり、バイパスダクト３０の上流側に配置される。バイパスファン３２は、バイパスダクト３０において開閉弁３１よりも下流側に配置される。バイパスファン３２は、循環ブロワ６よりも低い圧力で循環ガス２の一部（バイパスガス）を送り出すものであり、循環ブロワ６よりも小容量のファンからなる。

電動弁３３は、バイパスダクト３０においてバイパスファン３２よりも下流側に配置される。また、逆止弁３４は、バイパスダクト３０において電動弁３３よりも下流側に配置される。流量制御系３５は、電動弁３３と逆止弁３４との間の循環ガス２の流量に基づいて、バイパスファン３２の駆動を制御する。バイパスファン３２は、例えば、ＶＶＶＦ制御される。

図６は、本発明の実施形態における逆止弁３４の構成を示す側断面図である。図７は、本発明の実施形態における逆止弁３４の構成を示す平断面図である。
逆止弁３４は、図１及び図６に示すように、バイパスダクト３０の鉛直部３０ｂに設けられている。本実施形態の逆止弁３４は、バイパスダクト３０の上流側配管３０Ａと、バイパスダクト３０の下流側配管３０Ｂとを接続する接続継手３０Ｃに設けられている。

逆止弁３４は、図７に示すように、上流側配管３０Ａを閉塞可能な大きさの円盤状の弁体３４ａと、弁体３４ａを水平方向に延びる軸回りに回転自在に支持する回転軸３４ｂと、図６に示すように、弁体３４ａの開度を規制する開度規制ロッド３４ｃと、を有する。開度規制ロッド３４ｃは、接続継手３０Ｃに設けられた取付部３０Ｂ１に対してネジ固定される。開度規制ロッド３４ｃの長さは、予め決められた長さとなっており、弁体３４ａの開度を変更したい場合には、異なる長さの開度規制ロッド３４ｃと交換可能とされている。

また、コークス乾式消火設備１には、図１に示すように、ボイラ５の入口部５ａの上流側に温度センサ２０が設けられ、ボイラ５の出口部５ｂの下流側（循環ダクト７）に流量計２１が設けられている。また、循環ブロワ６の出口部６ｂの下流側（循環ダクト８）には、余剰ガスを系外に排出する排出ダクト２２と、排出ダクト２２を開閉する開閉弁２３とが設けられている。また、コークス乾式消火設備１には、系内に不活性ガス（循環ガス２）を補給する不図示のタンクを有する。

続いて、図８を参照しつつ、上記構成のコークス乾式消火設備１の動作（制御）と作用について説明する。
図８は、本発明の実施形態におけるコークス乾式消火設備１の動作を示すフローチャートである。

コークス乾式消火設備１においては、冷却塔３の下部から切り出されるコークスの切出速度Ａを設定する（ステップＳ１）。次に、冷却塔３の下部から切り出されるコークスの温度を図示しない温度センサにより監視する（ステップＳ２）。コークスの温度が２００℃以上であったら、循環ガス２の冷却風量原単位を１４５０Ｎｍ^３／Ｔ−Ｃを上限として増やす（ステップ３）。すなわち、循環ブロワ６の負荷を上げる。一方、コークスの温度が２００℃以下であったら、ステップＳ４に移行する。

ステップＳ４では、冷却塔３の冷却室３Ｂの出口（小煙道３Ｃ若しくは環状煙道１１）の温度を図示しない温度センサにより監視する。冷却塔３の冷却室３Ｂの出口温度が６００℃未満であったら自動切替によりＮ_２希釈（図示しないタンクから不活性ガスを補給）する（ステップＳ５）。一方、冷却塔３の冷却室３Ｂの出口温度が６００℃以上であったら手動切替によりＮ_２希釈しつつ、また、手動切替によりステップＳ６に移行する。

ステップＳ６では、燃焼用空気供給部１０における空気供給量（希釈ＡＩＲ流量Ｄ）を設定する。次に、バイパスダクト３０における循環ガス２の流量（バイパスガス流量Ｆ）を設定する（ステップＳ７）。次に、ボイラ５の入口部５ａの温度を温度センサ２０により監視する（ステップＳ８）。ボイラ５の入口部５ａの温度が９８０℃（ボイラ５の上限温度）を超える場合、流量制御系３５によって、バイパスダクト３０における循環ガス２の流量（バイパスガス流量原単位Ｆ／Ａ）を監視する（ステップＳ９）。

バイパスダクト３０における循環ガス２の流量が２５０Ｎｍ^３／Ｔ−Ｃ以下である場合、ステップＳ７に戻り、バイパスダクト３０における循環ガス２の流量を増やす。すなわち、バイパスファン３２の負荷を上げる。一方、バイパスダクト３０における循環ガス２の流量が２５０Ｎｍ^３／Ｔ−Ｃを超える場合、ステップＳ６に戻り、燃焼用空気供給部１０における空気供給量を減らす。ステップＳ８において、ボイラ５の入口部５ａの温度が９８０℃以下である場合、ステップＳ１０に移行する。

ステップＳ１０では、ボイラ５の出口部５ｂ若しくは冷却塔３の入口部３ａにおける循環ガス２に含まれる残存Ｏ_２濃度を図示しないガス分析装置により監視する。循環ガス２に含まれる残存Ｏ_２濃度が０．３ｖｏｌ．％を超える場合、ステップＳ６に戻り、燃焼用空気供給部１０における空気供給量を減らす。一方、循環ガス２に含まれる残存Ｏ_２濃度が０．３ｖｏｌ．％以下である場合、ステップＳ１１に移行する。

ステップＳ１１では、ボイラ５における蒸発量を監視する。ボイラ５における蒸発量が、ボイラ５の性能の上限を超える場合、ステップＳ６に戻り、燃焼用空気供給部１０における空気供給量を減らす。一方、ボイラ５における蒸発量が、ボイラ５の性能の上限以下である場合、ステップＳ２に戻り、上述したプロセスを自動監視することとなる。

本実施形態のコークス乾式消火設備１は、図１に示すように、ボイラ５と循環ブロワ６との間を接続する循環ダクト７から分岐し、冷却塔３の出口部３ｂに接続されるバイパスダクト３０を有する。この構成によれば、循環ガス２を冷却塔３に送り出す循環ブロワ６の上流側から、冷却塔３の出口部３ｂに循環ガス２の一部をバイパスすることができる。バイパスされる循環ガス２は、ボイラ５で熱回収されて低温となっているため、これにより、ボイラ５の入口部５ａにおける循環ガス２の温度を調整し、ボイラ５を保護することができる（ステップＳ６，Ｓ９参照）。

また、循環ブロワ６の上流側からバイパスすると、循環ブロワ６に供給される循環ガス２が減る。そうすると、循環ブロワ６の仕事量も減るため、循環ブロワ６の消費電力量を低減することができる。なお、バイパスダクト３０が接続される冷却塔３の出口部３ｂは、循環ブロワ６の上流側よりも高圧側であるため、バイパスダクト３０にバイパスファン３２を設ける必要があるが、バイパスダクト３０を通る循環ガス２は冷却塔３（コークス層）を通過しないため、バイパスファン３２による昇圧幅（例えばΔＰ＝２２０ｍｍＨ_２Ｏ）は循環ブロワ６による昇圧幅（例えばΔＰ＝１１６０ｍｍＨ_２Ｏ）よりも小さく設定できる。このため、バイパスファン３２を追加したとしても、循環ブロワ６とのトータルの消費電力量は、従来の循環ブロワ６の下流側からバイパスさせる構成と比べて小さくすることができる。概略試算すると従来よりも消費電力量を約１４％程度低減できる。

また、本実施形態においては、冷却塔３の出口部３ｂは、冷却塔３の周壁部１３の周方向に沿って設けられる環状煙道１１を有し、環状煙道１１は、図４に示すように、除塵器４の入口部４ａが接続される出口部１１ｂを有し、バイパスダクト３０は、環状煙道１１において、出口部１１ｂとは反対側に接続される。この構成によれば、循環ブロワ６の上流側からバイパスした低温の循環ガス２を環状煙道１１の反出口側に供給して、ボイラ５の入口部５ａにおける循環ガス２の温度ムラを低減することができる。すなわち、環状煙道１１の反出口側に供給された低温の循環ガス２は、環状煙道１１の出口部１１ｂに向かって環状煙道１１を約半周流れるため、その過程で冷却室３Ｂからの環状煙道１１に噴き上がる高温の循環ガス２と略均一に混ぜ合わせることができる。循環ガス２が略均一に混ざり合うと温度分布が小さくなり、その温度分布の最高温度がボイラ５の上限温度を超えないようにすることが容易になり、ボイラ５の入熱量を多くすることができる。

さらに、本実施形態においては、図１に示すように、環状煙道１１の底部から燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給部１０を有し、バイパスダクト３０は、環状煙道１１の天井部１１ａに接続される。この構成によれば、環状煙道１１の底部から燃焼用空気を供給して、環状煙道１１の底部で可燃性ガスを燃焼させると共に、環状煙道１１の天井部１１ａから低温の循環ガス２を供給することで、ボイラ５の入口部５ａにおける循環ガス２の温度ムラを低減させることができる。すなわち、燃焼により発生した高温ガスは、煙突効果により循環ガス２経路において底部から天井部１１ａに向かって上昇するのに対し、バイパスダクト３０から供給される低温ガスは、その比重よって天井部１１ａから底部に向かって降下するため、循環ガス２を略均一に混ぜ合わせることができる。

また、本実施形態においては、図１に示すように、バイパスダクト３０に設けられ、冷却塔３の出口部３ｂ及び除塵器４の入口部４ａの少なくともいずれか一方からの循環ガス２の逆流を防止する逆止弁３４を有する。この構成によれば、冷却塔３の出口部３ｂは循環ブロワ６の上流側よりも高圧側であるため、バイパスダクト３０に逆止弁３４を設け、冷却塔３の出口部３ｂ及び除塵器４の入口部４ａから循環ブロワ６の上流側への循環ガス２の逆流を防止することができる。

さらに、本実施形態においては、バイパスダクト３０は、図１及び図６に示すように、鉛直方向に延びる鉛直部３０ｂを有し、逆止弁３４は、鉛直部３０ｂに設けられている。この構成によれば、逆止弁３４の上部は比重が小さい高温ガス、逆止弁３４の下部は比重が大きい低温ガスであるため、例えばバイパスファン３２を緊急停止させたときでもガスリークを防ぐことができ、設備の安全を確保できる。

また、本実施形態においては、図２に示すように、冷却塔３の内部に循環ガス２を吹き込むブラストヘッド９Ａと、ブラストヘッド９Ａに接続される分配器９Ｂと、循環ブロワ６から送り出された循環ガス２を、分配器９Ｂを介してブラストヘッド９Ａに供給する環状ガス供給ダクト９Ｃと、を有し、ブラストヘッド９Ａには、分配器９Ｂが４本接続される。この構成によれば、ブラストヘッド９Ａに接続される分配器９Ｂが４本となり、通常の２本よりも増設したため、分配器９Ｂ内部の流路面積が拡大され、通気抵抗が小さくなる。これにより、循環ブロワ６の昇圧量を小さくし、消費電力量を小さくすることができる。
さらに、本実施形態においては、図２及び図３に示すように、分配器９Ｂと環状ガス供給ダクト９Ｃとの接続部９Ｄは、ベルマウス状に形成されている。この構成によれば、環状ガス供給ダクト９Ｃから分配器９Ｂへの流入抵抗を低減することができ、循環ブロワ６の消費電力量を小さくすることができる。

このように、上述の本実施形態によれば、赤熱コークスを循環ガス２で冷却する冷却塔３と、冷却塔３を通過した循環ガス２に含まれる粉塵２ａの少なくとも一部を除塵する除塵器４と、除塵器４を通過した循環ガス２から熱回収するボイラ５と、ボイラ５を通過した循環ガス２を冷却塔３に送り出す循環ブロワ６と、ボイラ５と循環ブロワ６との間を接続する循環ダクト７と、循環ダクト７から分岐し、冷却塔３の出口部３ｂ及び除塵器４の入口部４ａの少なくともいずれか一方に接続されるバイパスダクト３０と、バイパスダクト３０に設けられ、循環ブロワ６よりも低い圧力で循環ガス２の一部を送り出すバイパスファン３２と、を有する、コークス乾式消火設備１を採用することによって、ボイラ５を保護しつつ回収電力量を向上させることが可能となる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、以下のような構成を採用し得る。
図９は、本発明の別実施形態における冷却塔３の下部の構成を示す図である。
図９に示す別実施形態において、ブラストヘッド９Ａには、分配器９Ｂ´が鉛直方向に対して斜めに延びて接続される。このように、ブラストヘッド９Ａに接続される分配器９Ｂ´が鉛直方向に対して斜めに延びるため、スカート９Ａ２と分配器９Ｂ´との隙間ｓ１を確保し、また、分配器９Ｂ´の天端と上部ファンネル９Ｅの下端との干渉を回避しつつ、平面視で幅寸法を拡大させることなく、分配器９Ｂ内部の流路面積を拡大することができる。このため、冷却塔３におけるコークスの降下速度の均一性を崩すことなく、通気抵抗を小さくし、循環ブロワ６の消費電力量を小さくすることが可能となる。

また、例えば、上記実施形態では、バイパスダクト３０を冷却塔３の出口部３ｂ（環状煙道１１）に接続した形態について説明したが、バイパスダクト３０は除塵器４の入口部４ａに接続してもよい。バイパスダクト３０を除塵器４の入口部４ａに接続しても上記実施形態と同様の作用効果が得られる。なお、除塵器４に重力沈降式（循環ガス２の流速が遅い形態）を採用する場合には、循環ガス２を均一に混合できる位置、すなわち、環状煙道１１の反出口側にバイパスダクト３０を接続することが好ましい。

１ コークス乾式消火設備
２ 循環ガス
２ａ 粉塵
３ 冷却塔
３ｂ 出口部
４ 除塵器
４ａ 入口部
５ ボイラ
６ 循環ブロワ（第１の送風機）
７ 循環ダクト
９Ａ ブラストヘッド
９Ｂ 分配器
９Ｃ 環状ガス供給ダクト
９Ｄ 接続部
１０ 燃焼用空気供給部
１１ 環状煙道
１１ａ 天井部
１１ｂ 出口部
１３ 周壁部
３０ バイパスダクト
３０ｂ 鉛直部
３２ バイパスファン（第２の送風機）
３４ 逆止弁

Claims (7)

1. 赤熱コークスを循環ガスで冷却する冷却塔と、
   前記冷却塔を通過した前記循環ガスに含まれる粉塵の少なくとも一部を除塵する除塵器と、
   前記除塵器を通過した前記循環ガスから熱回収するボイラと、
   前記ボイラを通過した前記循環ガスを前記冷却塔に送り出す第１の送風機と、
   前記ボイラと前記第１の送風機との間を接続する循環ダクトと、
   前記循環ダクトから分岐し、前記冷却塔の出口部及び前記除塵器の入口部の少なくともいずれか一方に接続されるバイパスダクトと、
   前記バイパスダクトに設けられ、前記第１の送風機よりも低い圧力で前記循環ガスの一部を送り出す第２の送風機と、を有し、
   前記冷却塔の出口部は、前記冷却塔の周壁部の周方向に沿って設けられる環状煙道を有し、
   前記環状煙道は、前記除塵器の入口部が接続される出口部を有し、
   前記バイパスダクトは、前記環状煙道において、前記出口部とは反対側に接続される、ことを特徴とするコークス乾式消火設備。
2. 前記環状煙道の底部から燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給部を有し、
   前記バイパスダクトは、前記環状煙道の天井部に接続される、ことを特徴とする請求項１に記載のコークス乾式消火設備。
3. 前記バイパスダクトに設けられ、前記冷却塔の出口部及び前記除塵器の入口部の少なくともいずれか一方からの前記循環ガスの逆流を防止する逆止弁を有する、ことを特徴とする請求項１または２に記載のコークス乾式消火設備。
4. 前記バイパスダクトは、鉛直方向に延びる鉛直部を有し、
   前記逆止弁は、前記鉛直部に設けられている、ことを特徴とする請求項３に記載のコークス乾式消火設備。
5. 前記冷却塔の内部に前記循環ガスを吹き込むブラストヘッドと、
   前記ブラストヘッドに接続される分配器と、
   前記第１の送風機から送り出された前記循環ガスを、前記分配器を介して前記ブラストヘッドに供給する環状ガス供給ダクトと、を有し、
   前記ブラストヘッドには、前記分配器が少なくとも２本以上接続される、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のコークス乾式消火設備。
6. 前記冷却塔の内部に前記循環ガスを吹き込むブラストヘッドと、
   前記ブラストヘッドに接続される分配器と、
   前記第１の送風機から送り出された前記循環ガスを、前記分配器を介して前記ブラストヘッドに供給する環状ガス供給ダクトと、を有し、
   前記ブラストヘッドには、前記分配器が鉛直方向に対して斜めに延びて接続される、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のコークス乾式消火設備。
7. 前記冷却塔の内部に前記循環ガスを吹き込むブラストヘッドと、
   前記ブラストヘッドに接続される分配器と、
   前記第１の送風機から送り出された前記循環ガスを、前記分配器を介して前記ブラスト
   ヘッドに供給する環状ガス供給ダクトと、を有し、
   前記分配器と前記環状ガス供給ダクトとの接続部は、ベルマウス状に形成されている、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のコークス乾式消火設備。

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