JP6631326B2 - コークス炉の炉体設備における火入れ時の炉体乾燥方法 - Google Patents

Description

本発明は、蓄熱室の上部に燃焼室と炭化室とが交互に配列された構造を有するコークス炉の炉体設備における火入れ時の炉体乾燥方法に関するものである。

従来、炭化室に装入された石炭を高温乾留してコークスを製造するコークス炉としては、蓄熱室の上部に複数の炭化室と燃焼室とが交互に配置された構造とされたものが提供されている。このコークス炉では、蓄熱室から燃料ガスや空気を燃焼室に供給して燃焼させ、この燃焼室に隣接して設けられた炭化室内に石炭を装入し、この石炭を高温で乾留することでコークスを製造する。

上述のコークス炉の炉体設備は、耐火煉瓦積みで築炉されており、築炉後の炉体は耐火煉瓦自体や目地モルタル等に含まれる水分で湿った状態にある。このため、実操業を開始する火入れに先立って、炉体を十分に乾燥させる必要がある。例えば特許文献１には、コークス炉の築炉後の炉体乾燥度を判定する方法が提案されており、火入れ前に炉体の乾燥状態を確認することが求められている。

また、築炉後の炉体乾燥は、コークス炉以外の炉でも実施されているが、特にコークス炉の炉体は、蓄熱室、燃焼室及び炭化室と複数の炉室に区切られた炉体構造をなしていることから、一般的には、炭化室でＣＯＧや軽油などの燃料を燃焼し、その燃焼排ガスを燃焼室、蛇腹、蓄熱室、水平煙道等の炉体全体に導き、最終的に煙道及び煙突から燃焼ガスを大気に排出することで、炉体乾燥を行っている。なお、コークス炉の炉体設備における火入れ時の炉体乾燥技術としては、例えば特許文献２に開示されている。

ここで、コークス炉の炉材には、例えば特許文献３に示すように、一般に珪石煉瓦が使用されており、築炉後の乾燥・昇温時には、相転移に伴う体積変化によって亀裂が生じるおそれがある。これを回避するためには、昇温速度を遅くする必要があり、特に乾燥初期の２５０℃以下の温度範囲において昇温速度を極度に遅くし、その後、徐々に昇温速度を上げながら煉瓦温度が８００℃になるまで昇温している。

特開平０１−２７３９９０号公報 特開２００９−２４９４３７号公報 特開２００６−１２４５６１号公報

ところで、炭化室に仮設バーナーを配設し、その燃焼排ガスによって炉体を乾燥させる場合、仮設バーナーは炭化室の入口近傍に設置され、その燃焼フレームが炭化室の奥行き方向に延在することになるため、炭化室の奥行き方向において燃焼フレームの温度偏差が生じる。よって、炭化室の炉壁を構成する珪石煉瓦の亀裂の発生を抑制するためには、燃焼フレームによって最も高温となる炭化室の炉壁位置の温度を監視して昇温する必要があった。このため、仮設バーナーによる炉体の昇温速度がさらに遅くする必要があり、乾燥期間が非常に長くなるといった問題があった。

本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、炭化室に仮設バーナーを設置して加熱乾燥する場合であっても、炭化室の奥行き方向における温度偏差の発生を抑制し、昇温速度の調整を適正に行うことで、乾燥期間の短縮を図ることが可能なコークス炉の炉体設備における火入れ時の炉体乾燥方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るコークス炉の炉体設備における火入れ時の炉体乾燥方法は、蓄熱室の上部に燃焼室と炭化室とが交互に配列された構造を有するコークス炉の炉体設備における火入れ時の炉体乾燥方法であって、前記炭化室に仮設バーナーを設置するとともに、前記仮設バーナーの先端側に、前記仮設バーナーの燃焼フレームを囲む輻射壁を設け、前記輻射壁は、前記炭化室の炉壁との隙間が０．０５ｍ以上０．１ｍ以下となる幅方向長さと、前記仮設バーナーの設置高さから上方に０．４ｍ以上０．８ｍ以下となる高さ方向長さと、１．５ｍ以上２．５ｍ以下となる奥行き長さと、を有し、前記仮設バーナーの先端位置が、前記輻射壁の前記仮設バーナー側端面に対して−０．１５ｍ以上０．０５ｍ以下の範囲内に配置されており、前記輻射壁は、前記炭化室の奥行き方向に向けて延在する側壁部及び天井部を有する門型構造とされ、前記側壁部及び前記天井部には、複数の開口部が設けられ、前記側壁部における開口率が１０％以上１５％以下、前記天井部における開口率が２５％以上３０％以下とされており、前記輻射壁からの輻射熱によって前記炭化室の炉壁を加熱乾燥するとともに、前記仮設バーナーの燃焼排ガスを、前記燃焼室及び前記蓄熱室を含む炉体全体に導くことによって、前記炉体設備を乾燥することを特徴としている。

この構成のコークス炉の炉体設備における火入れ時の炉体乾燥方法によれば、前記炭化室に仮設バーナーを設置し、この前記仮設バーナーの先端側に、前記仮設バーナーの燃焼フレームを囲む輻射壁を設けているので、燃焼フレームによって直接炭化室の炉壁を加熱することを抑制し、輻射壁からの輻射熱によって炭化室の炉壁を加熱乾燥することができ、炭化室の奥行き方向における温度偏差の発生を抑制することができる。よって、昇温速度の管理を炭化室全体の適正な温度に応じて行うことができ、火入れ時の炉体乾燥の乾燥期間の短縮を図ることができる。また、局所的に高温になる部分が存在しないため、炭化室の炉壁を構成する耐火煉瓦の亀裂の発生を抑制することができる。

また、輻射壁の大きさが上述のように規定されているので、仮設バーナーの燃焼フレームを輻射壁によって適正に囲むことができ、燃焼フレームによって直接炭化室の炉壁を加熱することがなく、炭化室の奥行き方向における温度偏差の発生をさらに抑制することができる。このため、炭化室内を均一に加熱することができ、炭化室全体の適正な温度に応じて行うことができ、火入れ時の炉体乾燥の乾燥期間の短縮を図ることができる。

さらに、輻射壁が、前記炭化室の奥行き方向、すなわち、前記仮設バーナーからの燃焼フレームに沿って延在する側壁部及び天井部を有する門型構造とされていることから、仮設バーナーの燃焼排ガスを輻射壁から外部に排出しやすくなる。
また、前記側壁部及び前記天井部に複数の開口部が設けられており、前記側壁部における開口率が１０％以上１５％以下、前記天井部における開口率が２５％以上３０％以下とされているので、炭化室の奥行き方向における温度偏差の発生を抑制したまま、燃焼フレームの熱を炭化室の炉壁に効率良く伝達することが可能となる。

上述のように、本発明によれば、炭化室に仮設バーナーを設置して加熱乾燥する場合であっても、炭化室の奥行き方向における温度偏差の発生を抑制し、昇温速度の調整を適正に行うことで、乾燥期間の短縮を図ることが可能なコークス炉の炉体設備における火入れ時の炉体乾燥方法を提供することが可能となる。

本発明の一実施形態であるコークス炉の炉体設備における火入れ時の炉体乾燥方法が適用されるコークス炉の概略説明図である。 図１に示すコークス炉の断面説明図である。 炉体乾燥時における炭化室の断面説明図である。 輻射壁の側面説明図である。 輻射壁の正面説明図である。 実施例の結果を示すグラフである。

以下に、本発明の一実施形態であるコークス炉の炉体設備における火入れ時の炉体乾燥方法について、添付した図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

まず、本実施形態であるコークス炉１の炉体設備における火入れ時の炉体乾燥方法が適用されるコークス炉１について説明する。
本実施形態であるコークス炉１は、図１に示すように、並列された複数の炭化室１０を備えており、隣接する２つの炭化室１０の間に、燃焼室２０が配置されている。
そして、図２に示すように、並列する炭化室１０及び燃焼室２０の下方側に、蓄熱室３０が配設されている。

炭化室１０の上面には、図１及び図２に示すように、石炭を装入するための装入口１２が複数形成されており、炭化室１０の端部には、炭化室１０から発生する排ガスを排出するための上昇管１４が配置され、この上昇管１４がドライメン３に接続されている。
また、炭化室１０は、並列する炭化室１０の間に設けられた燃焼室２０からの熱を効率的に石炭へと伝達するために、図５に示すように、炭化室１０の一対の炉壁１１，１１（燃焼室２０側に位置する炉壁）の距離が比較的短くされている。すなわち、炭化室１０の炉幅が狭くされているのである。

燃焼室２０の上面には、図１及び図２に示すように、燃焼室２０内部の点検を行う点検孔２１と温度計２２とが配設されている。また、この燃焼室２０には、図２に示すように、仕切り壁２４が配設されている。
蓄熱室３０は、燃焼室２０に対して燃焼ガス及びエアを導入するとともに、燃焼室２０内の排ガスが排出される構成とされており、図２に示すように、燃焼ガス及びエアの供給管５及び煙道７に接続されている。

ここで、炭化室１０、燃焼室２０及び蓄熱室３０を含むコークス炉１の炉体設備は、珪石煉瓦を積み上げて構成されており、築炉時には、珪石煉瓦および目地モルタル等が水分を含んでいることから、実操業を開始する火入れ前には、炉体設備の乾燥を行う必要がある。
コークス炉１の炉体設備の乾燥は、図３に示すように、炭化室１０の炉蓋１５から仮設バーナー４０を挿入し、この仮設バーナー４０の燃焼排ガスを炭化室１０から燃焼室２０及び蓄熱室３０を含む炉体設備全体に導入することで実施される。

そして、本実施形態であるコークス炉１の炉体設備における火入れ時の炉体乾燥方法においては、図３に示すように、炭化室１０の炉蓋１５から挿入された仮設バーナー４０の先端側に、仮設バーナー４０の燃焼フレームを囲む輻射壁５０が設けられている。
この輻射壁５０は、図４に示すように、耐火煉瓦５１を積み上げることで構成されており、本実施形態では、シャモット系煉瓦を用いている。また、この輻射壁５０は、乾燥後に解体することから、解体時の作業性を確保するために、モルタル等を用いて接着されておらず耐火煉瓦５１を単に積み上げた構造とされている。

また、この輻射壁５０は、図４および図５に示すように、炭化室１０の奥行き方向、すなわち仮設バーナー４０からの燃焼フレームに沿って延在する側壁部５４及び天井部５５を有する門型構造とされており、炭化室１０の奥行き方向に向けて開口している。
ここで、輻射壁５０は、図４および図５に示すように、炭化室１０の炉壁１１との隙間Ｓが０．０５ｍ以上０．１ｍ以下となる幅方向長さＷと、仮設バーナー４０の設置高さｈから上方に０．４ｍ以上０．８ｍ以下となる高さ方向長さＨと、１．５ｍ以上２．５ｍ以下となる奥行き長さＬと、を有している。
また、仮設バーナー４０の先端位置が、輻射壁５０の仮設バーナー４０側端面から距離Ｄの位置とされており、本実施形態では距離Ｄが−０．１５ｍ以上０．０５ｍ以下の範囲内に配置されている。なお、仮設バーナー４０の先端が輻射壁５０の内部に位置する場合の距離Ｄをマイナスで表示しており、−０．１５ｍは、仮設バーナー４０の先端が輻射壁５０の内部に０．１５ｍ入りこんだ位置となる。

また、輻射壁５０の側壁部５４及び天井部５５には、複数の開口部５７が設けられており、側壁部５４における開口率が１０％以上１５％以下、天井部５５における開口率が２５％以上３０％以下とされている。
本実施形態では、図４および図５に示すように、耐火煉瓦５１の積み上げ時に隙間を形成することにより、上述の開口部５７が形成されている。

そして、コークス炉１の炉体設備の乾燥を行う際には、仮設バーナー４０を用いてＣＯＧや軽油などの燃料を燃焼し、仮設バーナー４０の燃焼フレームを輻射壁５０で囲むことにより、炭化室１０の炉壁１１を輻射壁５０からの輻射熱によって加熱する。また、仮設バーナー４０の燃焼排ガスは、輻射壁５０から炭化室１０へと排出され、燃焼室２０及び蓄熱室３０を含む炉体設備全体に導入される。
このとき、乾燥時の温度管理は、珪石煉瓦の相転移に伴う体積変化に起因する亀裂の発生を抑制するために、炭化室１０の炉壁のうち最も高温となる領域の温度を監視することになる。

以上のような構成とされた本実施形態であるコークス炉１の炉体設備における火入れ時の炉体乾燥方法によれば、炉蓋１５から炭化室１０に仮設バーナー４０を挿入し、この仮設バーナー４０の先端側に、仮設バーナー４０の燃焼フレームを囲む輻射壁５０を設けているので、燃焼フレームによって直接炭化室１０の炉壁１１を加熱することなく、輻射壁５０からの輻射熱によって炭化室１０の炉壁１１を加熱乾燥することになり、乾燥時における炭化室１０の奥行き方向における温度偏差の発生を抑制することができる。
よって、昇温速度の管理を炭化室１０全体の適正な温度に応じて行うことができ、火入れ時の炉体乾燥の乾燥期間の短縮を図ることができる。また、炭化室１０の炉壁１１の耐火煉瓦の亀裂の発生を抑制することができる。

また、本実施形態においては、輻射壁５０が、炭化室１０の炉壁１１との隙間Ｓが０．０５ｍ以上０．１ｍ以下となる幅方向長さＷと、仮設バーナー４０の設置高さｈから上方に０．４ｍ以上０．８ｍ以下となる高さ方向長さＨと、１．５ｍ以上２．５ｍ以下となる奥行き長さＬと、を有し、仮設バーナー４０の先端位置が、輻射壁５０の仮設バーナー側端面に対して−０．１５ｍ以上０．０５ｍ以下の範囲内に配置されているので、仮設バーナー４０の燃焼フレームを輻射壁５０によって適正に囲むことができ、炭化室１０の奥行き方向における温度偏差の発生をさらに抑制することができる。

さらに、本実施形態においては、輻射壁５０が、炭化室１０の奥行き方向、すなわち仮設バーナー４０からの燃焼フレームに沿って延在する側壁部５４及び天井部５５を有する門型構造とされていることから、仮設バーナー４０の燃焼排ガスを輻射壁５０から炭化室１０へと効率良く排出することができ、この燃焼排ガスによって炉体構造全体を乾燥させることができる。
また、側壁部５４及び天井部５５に複数の開口部５７が設けられており、側壁部５４における開口率が１０％以上１５％以下、天井部５５における開口率が２５％以上３０％以下とされているので、炭化室１０の奥行き方向における温度偏差の発生を抑制したまま、燃焼フレームの熱を炭化室１０の炉壁１１に効率良く伝達することが可能となる。

以上、本発明の実施形態であるコークス炉の炉体設備における火入れ時の炉体乾燥方法について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、輻射壁をシャモット系煉瓦で構成したものとして説明したが、これに限定されることはなく、仮設バーナーの燃焼フレームに対して耐性を有する材質で構成されていればよい。
また、本実施形態では、輻射壁を、モルタル等を用いて接着せずシャモット系煉瓦を単に積み上げた構成としたものとして説明したが、モルタルを用いて耐火煉瓦を接着してもよい。

本発明の作用効果を確認するために実施した比較実験の結果について説明する。
従来例としては、輻射壁を設けずに仮設バーナーを用いて炉体の乾燥を実施した。また、本発明例としては、実施の形態で説明した輻射壁を仮設バーナーの先端側に配設して、炉体の乾燥を実施した。そして、このときの管理温度の推移を図６に示す。

図６に示すように、輻射壁を用いた本発明例においては、輻射壁を用いていない従来例に比べて乾燥期間の日数が削減された。
以上のことから、本発明例によれば、仮設バーナーで加熱する場合であっても、炭化室の奥行き方向における温度偏差の発生を抑制し、昇温速度の調整を適正に行うことで、乾燥期間の短縮を図ることが可能であることが確認された。

１ コークス炉
１０ 炭化室
１１ 炉壁
１５ 炉蓋
２０ 燃焼室
４０ 仮設バーナー
５０ 輻射壁
５１ 耐火煉瓦
５４ 側壁部
５５ 天井部
５７ 開口部

Claims (1)

1. 蓄熱室の上部に燃焼室と炭化室とが交互に配列された構造を有するコークス炉の炉体設備における火入れ時の炉体乾燥方法であって、
   前記炭化室に仮設バーナーを設置するとともに、前記仮設バーナーの先端側に、前記仮設バーナーの燃焼フレームを囲む輻射壁を設け、
   前記輻射壁は、前記炭化室の炉壁との隙間が０．０５ｍ以上０．１ｍ以下となる幅方向長さと、前記仮設バーナーの設置高さから上方に０．４ｍ以上０．８ｍ以下となる高さ方向長さと、１．５ｍ以上２．５ｍ以下となる奥行き長さと、を有し、前記仮設バーナーの先端位置が、前記輻射壁の前記仮設バーナー側端面に対して−０．１５ｍ以上０．０５ｍ以下の範囲内に配置されており、
   前記輻射壁は、前記炭化室の奥行き方向に向けて延在する側壁部及び天井部を有する門型構造とされ、前記側壁部及び前記天井部には、複数の開口部が設けられ、前記側壁部における開口率が１０％以上１５％以下、前記天井部における開口率が２５％以上３０％以下とされており、
   前記輻射壁からの輻射熱によって前記炭化室の炉壁を加熱乾燥するとともに、前記仮設バーナーの燃焼排ガスを、前記燃焼室及び前記蓄熱室を含む炉体全体に導くことによって、前記炉体設備を乾燥することを特徴とするコークス炉の炉体設備における火入れ時の炉体乾燥方法。

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