JP7144712B1 - コークス炉、コークス炉の温度分布調整方法、コークス炉の操業方法、及びコークスの製造方法 - Google Patents

コークス炉、コークス炉の温度分布調整方法、コークス炉の操業方法、及びコークスの製造方法 Download PDF

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Abstract

燃焼温度の低下した燃焼室のフリューに対して適切な補給量の空気を補給することで燃焼室の炉長方向の温度分布を調整することができるコークス炉、コークス炉の温度分布調整方法、コークス炉の操業方法、及びコークスの製造方法を提供する。コークス炉(A)は、燃焼室(2)において一方の燃料供給系統と空気供給系統とで操業する際、他方の燃料供給系統を転用して各フリュー(2a),(2b)に空気を補給するために他方の燃料供給系統に接続された空気吹込み装置(20)と、燃焼室(2)における各フリュー(2a),(2b)内の実測した温度に基づいて各フリュー(2a),(2b)ごとの不足分の空気流量を算出する空気補給量算出装置(21)とを備える。空気吹込み装置(20)は、空気補給量算出装置(21)で算出した不足分の空気流量の空気を、当該空気流量が不足しているフリュー(2a),(2b)に補給する。

Description

本発明は、コークス炉、コークス炉の温度分布調整方法、コークス炉の操業方法、及びコークスの製造方法に関する。
コークス炉の燃焼改善技術の一つに、火炎温度を下げてNOxの低減を図る多段燃焼があり、これは燃焼室の下位で完全燃焼に必要とされる空気の8~9割程度を供給し、燃焼室の上位で不足分の空気を補い、全体として完全燃焼させる技術である(特許文献1参照)。
多段燃焼のために上位に空気を供給する構造として、炉長方向に細分された燃焼室同士の隔壁内に空気の供給路を形成し、この供給路から片側の燃焼室へ空気を供給するものがある。但し、燃焼室を構成するレンガは、窯口に近い部分が特に劣化し易いため、炉長方向の最端に位置する炉外との隔壁だけには、前述した供給路を形成することは避けたい。このため、炉長方向の最端に位置する燃焼室と、これに隣接した燃焼室との隔壁内に形成する供給路の吹出し口は、最端に位置する燃焼室の側、つまり窯口側に向けて形成しなければならず、それ以降の吹出し口も、必然的に窯口側に向けられる。したがって、各吹出し口は、炉長方向の中心を境にしたコークスサイド(CS)及びプッシャーサイド(PS)で背向するように形成され、炉長方向中心に位置する隔壁内だけには、コークスサイドに吹き出す供給路とプッシャーサイドに吹き出す供給路の双方が併設される。
この中心の隔壁内に併設された二つの供給路は、隔壁の強度が損なわれることを防ぐために、他の隔壁内に形成した供給路よりも断面積を小さくしている。したがって、この二つの供給路では通気抵抗が大きい分、圧損が大きくなり、供給できる空気の流量が減少して燃焼温度が低下してしまい、このため、炉長方向中心部の燃焼温度が低下してしまうという問題があった。
この問題を解決するために、特許文献2に示すコークス炉の温度分布調整方法では、炉長方向に細分された夫々の燃焼室に燃料ガスを供給可能な二つの燃料供給系統と、夫々の燃焼室に空気を供給可能な空気供給系統とを有するコークス炉で、一方の燃料供給系統と空気供給系統とで操業する際、炉長方向の中央に位置する所定の燃焼室に対して、他方の燃料供給系統を転用して空気を補給することで、燃焼室の炉長方向の温度分布を調整するようにしている。
特開2001-81470号公報 特開2009-46536号公報
ところで、コークス炉の燃焼室を構成するレンガは前述したように劣化するが、この劣化に伴い、劣化したレンガの近傍のフリューの空気比のみが低下してしまうことがある。つまり、レンガとレンガの間に塗られたモルタルが割れることにより石炭の乾留中に生じる揮発ガスが炭化室から燃焼室のフリューに流れ込み、空気比が低下し燃焼温度が低下してしまうことがある。
空気比の低下は、燃料の未燃による燃焼効率の低下や熱分解により発生する煤による煤塵の発生、ガス流路の閉塞等の問題を生じるため、空気比の低下は解消する必要がある。
この場合、特許文献2に記載のコークス炉の温度分布調整方法では、炉長方向の中央に位置するフリューに対して空気を補給するようにしているものの、燃焼温度が低下し、空気比の低下したフリューは炉長方向の中央に位置するフリューに限らないことから、空気補給が必要なフリューに対して空気補給ができるとは限らない。また、特許文献2に記載のコークス炉の温度分布調整方法では、フリューに対しての空気補給量について記載がないため、過剰な補給量の空気を炉長方向の中央に位置するフリューに対して吹き込んでしまい、燃焼室における炉長方向の温度分布を悪化させる恐れがある。
一方、燃焼室全体の全てのフリューに対して一律に空気を吹き込んで空気比の低下したフリューの空気比を増加させることも考えられるが、その場合、空気補給が不要なフリューにまで空気を吹き込むことになるから、エネルギーの損失になる。
従って、本発明は従来の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、燃焼温度の低下した燃焼室のフリューに対して適切な補給量の空気を補給することで燃焼室における炉長方向の温度分布を調整することができるコークス炉、コークス炉の温度分布調整方法、コークス炉の操業方法、及びコークスの製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るコークス炉は、炉長方向に、2つで1組になっているフリューを複数組有する燃焼室と、該燃焼室の各フリューに燃料ガスを供給可能な二つの燃料供給系統と、前記燃焼室の各フリューに空気を供給可能な空気供給系統とを備えたコークス炉であって、前記燃焼室において一方の燃料供給系統と空気供給系統とで操業する際、他方の燃料供給系統を転用して各フリューに空気を補給するために他方の燃料供給系統に接続された空気吹込み装置と、前記燃焼室における各フリュー内の実測した温度に基づいて各フリューごとの不足分の空気流量を算出する空気補給量算出装置とを備え、前記空気吹込み装置は、前記空気補給量算出装置で算出した不足分の空気流量の空気を、当該空気流量が不足しているフリューに補給することを要旨とする。
また、本発明の別の態様に係るコークス炉の温度分布調整方法は、炉長方向に、2つで1組になっているフリューを複数組有する燃焼室と、該燃焼室の各フリューに燃料ガスを供給可能な二つの燃料供給系統と、前記燃焼室の各フリューに空気を供給可能な空気供給系統とを備えたコークス炉の温度分布調整方法であって、空気補給量算出装置により前記燃焼室における各フリュー内の実測した温度に基づいて各フリューごとの不足分の空気流量を算出する空気補給量算出ステップと、前記空気補給量算出ステップで算出した不足分の空気流量の空気を、前記燃焼室において一方の燃料供給系統と空気供給系統とで操業する際に他方の燃料供給系統を転用して各フリューに空気を補給するために他方の燃料供給系統に接続された空気吹込み装置から当該空気流量が不足しているフリューに補給して、前記燃焼室の炉長方向の温度分布を調整する空気吹込みステップとを含むことを要旨とする。
また、本発明の別の態様に係るコークス炉の操業方法は、前述のコークス炉の温度分布調整方法によって燃焼室の炉長方向の温度分布を調整してコークス炉を操業することを要旨とする。
また、本発明の別の態様に係るコークスの製造方法は、前述のコークス炉の操業方法によってコークス炉を操業してコークスを製造することを要旨とする。
本発明に係るコークス炉、コークス炉の温度分布調整方法、コークス炉の操業方法、及びコークスの製造方法によれば、燃焼温度の低下した燃焼室のフリューに対して適切な補給量の空気を補給することで燃焼室における炉長方向の温度分布を調整することができるコークス炉、コークス炉の温度分布調整方法、コークス炉の操業方法、及びコークスの製造方法を提供できる。
コークス炉の概略構成を示し、(A)はコークス炉の炭化室のところで炉長方向に沿って切断した断面図、(B)はコークス炉を炉団方向に沿って切断した断面図である。 燃焼室における2つで1組になっているフリュー及び蓄熱室の構成を説明するための図である。 空気の供給路と吹き出し口の概略構成を示す図である。 既存のCガス供給系統の構成を説明するための図である。 Cガス供給系統を転用して各フリューに空気を補給するためにCガス供給系統の垂直配管に空気吹込み装置を接続する図である。 本発明の一実施形態に係るコークス炉の概略構成を説明するための図である。但し、図6においては、蓄熱室及び炭化室は図示していない。 図6に示すコークス炉における空気吹込み装置の概略構成を示す図である。 図6に示すコークス炉における空気補給量算出装置の概略構成を示す図である。 燃焼室の炉長方向の温度分布を調整する際の処理の流れを説明するためのフローチャートである。 図9に示すフローチャートにおけるステップS1(空気補給量算出ステップ)の詳細な処理の流れを説明するためのフローチャートである。 図9に示すフローチャートにおけるステップS2(空気吹込みステップ)の詳細な処理の流れを説明するためのフローチャートである。 燃焼室の炉長方向の温度分布の一例(炉長方向中央フリューが約50℃低下している)を示すグラフである。 図12に示す温度分布の燃焼室において、炉長方向中央フリュー内の実測の温度から予測される炉壁温度と、炉長方向中央フリュー内の計算値の温度から予測される炉壁温度との関係を示すグラフである。 図12に示す温度分布の燃焼室において、炉長方向中央フリューに不足分の空気流量の空気を補給した場合の効果を説明するための、炉長方向中央フリューでの炉底温度の時刻変化、炉長方向中央フリューに補給する空気流量の時刻変化、炉長方向中央フリューでのCO濃度の時刻変化を説明するためのグラフである。 炉団方向で隣り合う燃焼室でガス吹込みと排気のフリューの偶奇が異なる説明をするための図である。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。また、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
図1には、コークス炉の概略構成が示されている。図1(A),(B)に示すコークス炉Aは、炉団方向に沿って複数の炭化室1と複数の燃焼室2とを交互に配置し、それら炭化室1及び燃焼室2の下方に複数の蓄熱室3を炉団方向に配設している。各燃焼室2は、炉長方向に、2つで1組になっているフリュー2a,2b(図2参照)を図6に示すように複数組(本実施形態にあっては16組)有している。複数組のフリュー2a,2bは、炉長方向に沿って各組のフリュー2a,2bが所定ピッチで配置されている。各組のフリュー2a,2bは上下方向に延び、図2及び図6に示すように、それらフリュー2a,2bの上部で連通したヘアピン構造になっている。
各蓄熱室3は、炉長方向に分割されており、各燃焼室2の1組のフリュー2a,2bに対して所定の蓄熱室3が連通されている。炉長方向に並んだ各蓄熱室3の底部は、炉長方向に延在するソールフリュー4と連通しており、各蓄熱室3とソールフリュー4との夫々の間には、開口部を有するノズルプレート5が介挿されている。
そして、1組のフリュー2a,2bに対して、燃料ガス(Mガス:コークス炉ガスと高炉ガスの混合ガス)及び空気を供給するルートと、排気ガスをそれら1組のフリュー2a,2bから排出するルートと、が個別に形成される。すなわち、Mガス及び空気は、夫々、異なるソールフリュー4のCS(コークスサイド)の一端から注入され、ノズルプレート5を介して蓄熱室3に入り、そこで予熱されてから1組のフリュー2a,2bのうちの何れか一方に導入されて燃焼が行われる。その排気ガスは、1組のフリュー2a,2bのうちの他方から蓄熱室3へと引き落され、そこで熱回収されてからソールフリュー4に入り、PS(プッシャーサイド)の他端から排気される。これらMガス及び空気の供給ルートと排気ガスの排気ルートは、所定時間毎に切替えられ、蓄熱室3では予熱と熱回収が交互に行われる。
なお、火炎温度を下げてNOxの低減を図るために、二段燃焼を行うこととし、一段目は、フリュー2a,2bの底部から空気を供給し、二段目は、図2及び図3に示すように、フリュー2a,2b同士の隔壁内に空気の供給路2cを形成し、この供給路2cから片側のフリュー2a又は2bへ空気を供給する。すなわち、一つの供給路2cに対して所定の蓄熱室3が連通されており、この蓄熱室3へ送られてくる空気が、隔壁内の供給路2cを経てフリュー2a又は2bへ吹出される。 但し、燃焼室2を構成するレンガは、窯口に近い部分が特に劣化しやすいため、炉長方向の最端に位置する炉外との隔壁だけには、供給路2cを形成することは避けたい。そのため、図3に示すように、炉長方向の最端に位置するフリュー2a又は2bと、これに隣接したフリュー2b又は2aとの隔壁内に形成する供給路2cの吹出し口2dは、最端に位置するフリュー2a又は2bの側、つまり窯口側に向けて形成しており、それ以降の吹出し口2dも、全て窯口側に向けている。したがって、各吹出し口2dは、炉長方向の中心を境にしたCS(コークスサイド)及びPS(プッシャーサイド)で背向するように形成され、炉長方向の中心に位置する隔壁内だけには、コークスサイドに吹出す供給路2cとプッシャーサイドに吹出す供給路2cの双方が併設される。各フリュー2a,2bの燃焼温度は、そこに供給されるMガスや空気の流量によって左右されるため、ノズルプレート5の開口面積を調整することにより、そこを通過する燃料ガスの流量を調整し、燃焼温度の調整を行う。
一方、各フリュー2a,2bの底部には、燃料ガス(Cガス:コークス炉ガス)を供給する垂直配管6が連通されている。各垂直配管6は、図4に示すように、枝管7を介して分配管8に連通されており、枝管7の途中には流量制御可能なチップ9が介挿されている。分配管8に注入されるCガスは、蓄熱室3を通過せずに、枝管7及び垂直配管6通って、直接、フリュー2a及び2bの何れか一方に供給されて、フリュー2a及び2bの何れか一方で燃焼が行われる。なお、その排気については、前述したMガスの燃焼時と同様である。
このように、コークス炉Aにおいては、燃焼室2の各フリュー2a,2bにMガスを供給可能なMガス供給系統及びCガスを供給可能なCガス供給系統(分配管8、枝管7及び垂直配管6)と、燃焼室2の各フリュー2a,2bに空気を供給可能な空気供給系統(供給路2cを含む)とを備え、Mガス及び空気によって操業するMガス燃焼と、Cガス及び空気によって操業するCガス燃焼とがあり、何れかの燃焼によって操業される。但し、通常は、Mガス燃焼を主体に操業している。
このMガス燃焼で操業する際には、Cガス供給系統は使用されておらず休止状態にあるので、このCガス供給系統を転用して、燃焼室2の複数(本実施にあっては32個)のフリュー2a,2bのうちの燃焼温度の低下した1つ又は複数のフリュー2a,2bに対して適切な補給量の空気を補給するために、図6に示すように、燃焼室2における複数(本実施形態にあっては32個)のフリュー2a,2bに連通するCガス供給系統の垂直配管6に空気吹込み装置20を接続する。この際に、図5に示すように、各フリュー2a,2bへ連通する枝管7のチップ9を盲チップ10に交換し、その枝管7を分配管8から断絶(縁切り)する。なお、チップ9で流路を完全に閉鎖できるなら、盲チップ10に交換する必要は無い。そして、分配管8から断絶した垂直配管6の下端に空気吹込み装置20を接続し、空気の補給を行えるようにする。図6において、符号11は空気のインレット、符号12はMガスの供給配管、符号13は排気口である。
この空気吹込み装置20は、後述する空気補給量算出装置21が算出した不足分の空気流量が所定の閾値αよりも多いフリュー2a,2bがある場合に、その不足分の空気流量が所定の閾値αよりも多いフリュー2a,2bにその不足分の空気流量の空気を補給するものであり、図7に示すように、各フリュー2a,2bに空気を補給する複数(本実施形態にあっては32個)の空気吹込み部20bと、複数の空気吹込み部20bの空気吹込み制御を行う空気吹込み制御部20aとを備えている。
ここで、「所定の閾値α」は、空気比に基づいて設定され、例えば、空気比0.8以下の時にその不足分の空気流量が吹き込まれる。例えば、乾留熱量を600Mcal/t、1燃焼室への1回当たりの装炭量を30t、Mガスを完全燃焼するために必要な理論空気量(体積比)を1、Mガスの持つ熱量を1.200[Mcal/Nm]、コークス炉の設計空気比を1.2、1回の乾留あたりに要する時間を17.5時間、1燃焼室内での燃料ガス吹込み側のフリュー数を16(=32/2)とした場合、1フリューあたりの空気量は、およそ、1フリューへの空気吹込み量=乾留熱量×1燃焼室への1回あたりの装炭量÷Mガスの持つ熱量×理論熱量×コークス炉の設計空気比÷1回の乾留あたりに要する時間÷1燃焼室内での燃料ガス吹込み側のフリュー数であるから、64Nm/hとなる。
この例で空気比が0.75と判定されたフリューがある場合は、空気比吹込みガス量=1フリューへの吹込み空気量×(設計値の空気比-現実の空気比)/設計値の空気比≒38.5Nm/hがその空気比が低いと判定されたフリュー2a,2b(不足分の空気流量が所定の閾値αよりも多いと判定されたフリュー2a,2b)に吹き込まれることになる。
各空気吹込み部20bは、空気供給源に接続された共通の空気配管に接続され、各空気吹込み部20bに設けられた弁の開度に応じた空気流量の空気を各フリュー2a,2bに補給するようになっている。
また、空気吹込み制御部20aは、演算処理機能を備えたコンピュータシステムであり、空気補給量算出装置21で算出した不足分の空気流量が所定の閾値αよりも多いフリュー2a,2bがあるか否かを判定し、不足分の空気流量が所定の閾値αよりも多いフリュー2a,2bがある場合に、その不足分の空気流量が所定の閾値αよりも多いフリュー2a,2bに空気を補給する空気吹込み部20bの弁開度を制御して当該フリュー2a,2bにその不足分の空気流量の空気を補給するようにする。
また、空気吹込み装置20には、燃焼室2における各フリュー2a,2b内の実測した温度に基づいて各フリュー2a,2bごとの不足分の空気流量を算出する空気補給量算出装置21が接続されている。
空気補給量算出装置21は、図8に示すように、操業データ取得部21a、第1分配流量推定部21b、フリュー内温度取得部21c、第2分配流量推定部21d、不足分空気流量算出部21e、及び出力部21fを備えている。空気補給量算出装置21は、演算処理機能を有するコンピュータシステムであり、ハードウェアに予め記憶された各種専用のコンピュータプログラムを実行することにより、操業データ取得部21a、第1分配流量推定部21b、フリュー内温度取得部21c、第2分配流量推定部21d、不足分空気流量算出部21e、及び出力部21fの各機能をソフトウェア上で実現できるようになっている。
ここで、操業データ取得部21aは、操業実績データベース22(図6参照))に格納された操業データを取得する。操業実績データベース22には、過去にコークス炉操業を行った際の操業データが格納されている。操業データは、燃焼室2に供給される燃料ガスの総流量、各フリュー2a,2bに燃料ガスを供給する弁開度、トップ圧などのコークス炉操業おける実績データである。
また、第1分配流量推定部21bは、操業データ取得部21aで取得した操業データに基づいて燃焼室2における各フリュー2a,2bへの燃料及び空気のそれぞれの分配流量を推定する。具体的には、第1分配流量推定部21bは、操業データ取得部21aで取得した操業データの燃焼室2に供給される燃料ガスの総流量、各フリュー2a,2bに燃料ガスを供給する弁開度、及びトップ圧から各フリュー2a,2bへの燃料及び空気のそれぞれの分配流量を推定する。
また、フリュー内温度取得部21cは、第1分配流量推定部21bで推定された燃焼室2における各フリュー2a,2bへの燃料及び空気のそれぞれの分配流量と、燃料・空気流量データベース23に格納された燃焼室2における各フリュー2a,2b内の温度データと各フリュー2a,2b内の燃料及び空気のそれぞれの分配流量との関係とから各フリュー2a,2b内の温度の計算値を取得する。燃料・空気流量データベース23には、燃料、空気量、稼働率等に応じた多数の燃焼シミュレーションを実施して得られた燃焼室2における各フリュー2a,2b内の温度データと各フリュー2a,2b内の燃料及び空気のそれぞれの分配流量との関係が格納されている。
また、第2分配流量推定部21dは、燃焼室2における各フリュー2a,2b内の実測によって得られた各フリュー2a,2b内の温度データと、燃料・空気流量データベース23に格納された各フリュー2a,2b内の温度データと各フリュー2a,2b内の燃料及び空気のそれぞれの分配流量との関係とから実際の各フリュー2a,2b内の燃料及び空気のそれぞれの分配流量を推定する。実測される各フリュー2a,2b内の温度データは、具体的には、燃焼室2における各フリュー2a,2bの炉底の温度分布のデータである。
また、不足分空気流量算出部21eは、第1分配流量推定部21bで推定した燃焼室2における各フリュー2a,2bへの燃料及び空気のそれぞれの分配流量及び第2分配流量推定部21dで推定した実際の各フリュー2a,2b内の燃料及び空気のそれぞれの分配流量より設計値の空気比に対して燃焼室2における各フリュー2a,2bごとの不足分の空気流量を算出する。ここで、設計値の空気比は、具体的には、1.2程度に設定される。
更に、出力部21fは、不足分空気流量算出部21eによる算出結果、つまり、不足分空気流量算出部21eで算出された燃焼室2における各フリュー2a,2bごとの不足分の空気流量のデータを空気吹込み装置20に対し出力する。
そして、空気吹込み装置20では、前述したように、空気補給量算出装置21が算出した不足分の空気流量が所定の閾値αよりも多いフリュー2a,2bがある場合に、その不足分の空気流量が多いフリュー2a,2bにその不足分の空気流量の空気を補給する。
このように、本実施形態に係るコークス炉Aによれば、燃焼室2において一方の燃料供給系統(Mガス供給系統)と空気供給系統(供給路2cを含む)とで操業する際、他方の燃料供給系統(Cガス供給系統)を転用して各フリュー2a,2bに空気を補給するために他方の燃料供給系統(Cガス供給系統)に接続された空気吹込み装置20と、燃焼室2における各フリュー2a,2b内の実測した温度に基づいて各フリュー2a,2bごとの不足分の空気流量を算出する空気補給量算出装置21とを備えている。そして、空気吹込み装置20は、空気補給量算出装置21で算出した不足分の空気流量が所定の閾値αよりも多いフリュー2a,2bがある場合に、その不足分の空気流量が所定の閾値αよりも多いフリュー2a,2bにその不足分の空気流量の空気を補給する。
これにより、燃焼温度の低下した燃焼室2のフリュー2a,2bに対して不足分の空気流量の空気を補給することで当該フリュー2a,2bの内温度が上昇し、燃焼室2における炉長方向の温度分布が均一となり、燃焼温度の低下した燃焼室2のフリュー2a,2bに対して適切な補給量の空気を補給することで燃焼室2における炉長方向の温度分布を調整することができる。
また、本実施形態に係るコークス炉Aによれば、空気補給量算出装置21は、操業実績データベース22に格納された燃焼室2の操業データを取得する操業データ取得部21aと、操業データ取得部21aで取得した操業データに基づいて各フリュー2a,2bへの燃料及び空気のそれぞれの分配流量を推定する第1分配流量推定部21bとを備える。また、コークス炉Aは、各フリュー2a,2b内の実測によって得られた各フリュー2a,2b内の温度データと、燃料・空気流量データベース23に格納された各フリュー2a,2b内の温度データと各フリュー2a,2b内の燃料及び空気のそれぞれの分配流量との関係とから実際の各フリュー2a,2b内の燃料及び空気のそれぞれの分配流量を推定する第2分配流量推定部21dと、第1分配流量推定部21bで推定した各フリュー2a,2bへの燃料及び空気のそれぞれの分配流量及び第2分配流量推定部21dで推定した実際の各フリュー2a,2b内の燃料及び空気のそれぞれの分配流量より設計値の空気比に対して各フリュー2a,2bごとの不足分の空気流量を算出する不足分空気流量算出部21eとを備える。
これにより、過去のコークス炉操業の操業データに基づいて推定された各フリュー2a,2bへの燃料及び空気のそれぞれの分配流量と、各フリュー2a,2b内の実測によって得られた各フリュー2a,2b内の温度データから推定された実際の各フリュー2a,2b内の燃料及び空気のそれぞれの分配流量とから、燃焼室2における各フリュー2a,2bごとの不足分の空気流量を算出することができる。
なお、炉団方向で異なる燃焼室2で比較した場合、同じ炉団であれば同じフリュー2a,2bが劣化し易い。また、炉団方向で隣り合う燃焼室2ではガス吹込みと排気のフリュー2a,2bの偶奇が異なっており、ある所定の時間ごとにガス吹込みフリュー2a,2bと排気フリュー2a,2bとが交代するように設計されている。この特徴を踏まえると、図15に示すように、空気吹込み装置20と、電磁弁M1、M2、・・・、M32、M33と配管P1、P2、・・・、P32、P33は次のように設計されることが好ましい。
図15に示すように、炉団方向に沿う燃焼室i,iii,vのフリューN1は、電磁弁M1を設置した配管P1によって空気吹込み装置20に接続されている。また、燃焼室ii,ivのフリューN1は、電磁弁M2を設置した配管P2によって空気吹込み装置20に接続されている。また、炉団方向に沿う燃焼室i,iii,vのフリューN2は、電磁弁M2を設置した配管P2によって空気吹込み装置20に接続されている。また、燃焼室ii,ivのフリューN2は、電磁弁M3を設置した配管P3によって空気吹込み装置20に接続されている。同様の構成でこれを繰り返し、炉団方向に沿う燃焼室i,iii,vのフリューN32は、電磁弁M32を設置した配管P32によって空気吹込み装置20に接続されている。また、燃焼室ii,ivのフリューN32は、電磁弁M33を設置した配管P33によって空気吹込み装置20に接続されている。
そして、燃焼室i、iii、vのフリューN1、N3、N5、・・・、N31から燃料と空気を吹き込む場合には、燃焼室ii、ivではフリューN2、N4、・・・、N32から燃料と空気を吹き込むことになる。この場合、電磁弁M1、M3、・・・、M33が開き、電磁弁M2、M4、・・・、M32が閉じる。
一方、燃焼室ii、ivのフリューN1、N3、N5、・・・、N31から燃料と空気を吹き込む場合には、燃焼室i、iii、vではフリューN2、N4、・・・、N32から燃料と空気を吹き込むことになる。この場合、電磁弁M2、M4、・・・、M32が開き、電磁弁M1、M3、・・・、M33が閉じる。
なお、図15において、×印で示した電磁弁は、手動弁や自動弁としてもよい。
また、図15においては、炉団方向に沿う5つの燃焼室i~vについて図示してあり、その説明につき前述したが、炉団方向に沿う燃焼室の数は5つに限定されない。
次に、燃焼室2の炉長方向の温度分布を調整する方法について、図9乃至図11を参照して説明する。
図9には、燃焼室2の炉長方向の温度分布を調整する際の処理の流れが示されており、燃焼室2の炉長方向の温度分布を調整するには、先ず、ステップS1において、空気補給量算出装置21が、燃焼室2における各フリュー2a,2b内の実測した温度に基づいて各フリュー2a,2bごとの不足分の空気流量を算出する(空気補給量算出ステップ)。
この空気補給量算出ステップの詳細について図10を参照して説明すると、この空気補給量算出ステップでは、先ず、ステップS11において、空気補給量算出装置21の操業データ取得部21aが、操業実績データベース22に格納された操業データを取得する(操業データ取得ステップ)。操業データは、燃焼室2に供給される燃料ガスの総流量、各フリュー2a,2bに燃料ガスを供給する弁開度、トップ圧などのコークス炉操業おける実績データである。
次いで、ステップS12において、空気補給量算出装置21の第1分配流量推定部21bが、ステップS11(操業データ取得ステップ)で取得した操業データに基づいて燃焼室2における各フリュー2a,2bへの燃料及び空気のそれぞれの分配流量を推定する(第1分配流量推定ステップ)。具体的には、第1分配流量推定部21bは、ステップS11(操業データ取得ステップ)で取得した操業データの燃焼室2に供給される燃料ガスの総流量、各フリュー2a,2bに燃料ガスを供給する弁開度、及びトップ圧から各フリュー2a,2bへの燃料及び空気のそれぞれの分配流量を推定する。
次いで、ステップS13において、空気補給量算出装置21のフリュー内温度取得部21cが、ステップS12(第1分配流量推定ステップ)で推定された燃焼室2における各フリュー2a,2bへの燃料及び空気のそれぞれの分配流量と、燃料・空気流量データベース23に格納された燃焼室2における各フリュー2a,2b内の温度データと各フリュー2a,2b内の燃料及び空気のそれぞれの分配流量との関係とから各フリュー2a,2b内の温度の計算値を取得する(温度計算値取得ステップ)。燃料・空気流量データベース23には、燃料、空気量、稼働率等に応じた多数の燃焼シミュレーションを実施して得られた燃焼室2における各フリュー2a,2b内の温度データと各フリュー2a,2b内の燃料及び空気のそれぞれの分配流量との関係が格納されている。
次いで、ステップS14において、空気補給量算出装置21の第2分配流量推定部21dが、燃焼室2における各フリュー2a,2b内の実測によって得られた各フリュー2a,2b内の温度データと、燃料・空気流量データベース23に格納された各フリュー2a,2b内の温度データと各フリュー2a,2b内の燃料及び空気のそれぞれの分配流量との関係とから実際の各フリュー2a,2b内の燃料及び空気のそれぞれの分配流量を推定する(第2分配流量推定ステップ)。実測される各フリュー2a,2b内の温度データは、具体的には、燃焼室2における各フリュー2a,2bの炉底の温度分布のデータである。
次いで、ステップS15において、空気補給量算出装置21の不足分空気流量算出部21eが、ステップS12(第1分配流量推定ステップ)で推定した燃焼室2における各フリュー2a,2bへの燃料及び空気のそれぞれの分配流量及びステップS14(第2分配流量推定ステップ)で推定した実際の各フリュー2a,2b内の燃料及び空気のそれぞれの分配流量より設計値の空気比に対して燃焼室2における各フリュー2a,2bごとの不足分の空気流量を算出する(不足分空気流量算出ステップ)。ここで、設計値の空気比は、具体的には、1.2程度に設定される。
空気補給量算出ステップでは、最後に、ステップS16において、空気補給量算出装置21の出力部21fが、ステップS15(不足分空気流量算出ステップ)で算出された燃焼室2における各フリュー2a,2bごとの不足分の空気流量のデータを空気吹込み装置20に対し出力する。
空気補給量算出ステップが終了したら、図9に示すように、ステップS2において、ステップS1(空気補給量算出ステップ)で算出した不足分の空気流量が所定の閾値αよりも多いフリュー2a,2bがある場合に、その不足分の空気流量が所定の閾値αよりも多いフリュー2a,2bにその不足分の空気流量の空気を、空気吹込み装置20から補給して、燃焼室2の炉長方向の温度分布を調整する(空気吹込みステップ)。
この空気吹込みステップの詳細について図11を参照して説明すると、この空気吹込みステップでは、先ず、ステップS21において、空気吹込み装置20の空気吹込み制御部20aが、ステップS1(空気補給量算出ステップ)で算出された燃焼室2における各フリュー2a,2bごとの不足分の空気流量のデータを取得する。
次いで、ステップS22において、空気吹込み装置20の空気吹込み制御部20aが、燃焼室2における各フリュー2a,2bごとの不足分の空気流量が所定の閾値αよりも多いフリュー2a,2bがあるか否かを判定する(判定ステップ)。
ここで、「所定の閾値α」は、空気比に基づいて設定され、例えば、空気比0.8以下の時にその不足分の空気流量が吹き込まれる。例えば、乾留熱量を600Mcal/t、1燃焼室への1回当たりの装炭量を30t、Mガスを完全燃焼するために必要な理論空気量(体積比)を1、Mガスの持つ熱量を1.200[Mcal/Nm]、コークス炉の設計空気比を1.2、1回の乾留あたりに要する時間を17.5時間、1燃焼室内での燃料ガス吹込み側のフリュー数を16(=32/2)とした場合、1フリューあたりの空気量は、およそ、1フリューへの空気吹込み量=乾留熱量×1燃焼室への1回あたりの装炭量÷Mガスの持つ熱量×理論熱量×コークス炉の設計空気比÷1回の乾留あたりに要する時間÷1燃焼室内での燃料ガス吹込み側のフリュー数であるから、64Nm/hとなる。
この例で空気比が0.75と判定されたフリューがある場合は、空気比吹込みガス量=1フリューへの吹込み空気量×(設計値の空気比-現実の空気比)/設計値の空気比≒38.5Nm/hがその空気比が低いと判定されたフリュー2a,2b(不足分の空気流量が所定の閾値αよりも多いと判定されたフリュー2a,2b)に吹き込まれることになる。
そして、ステップS22(判定ステップ)の判定結果がYESの場合(当該フリュー2a,2bがある場合)はステップS23に移行し、判定結果がNOの場合(当該フリュー2a,2bがない場合)はステップS2(空気吹込みステップ)を終了する。
ステップS23では、空気吹込み装置20の空気吹込み制御部20aは、その不足分の空気流量が所定の閾値αよりも多いフリュー2a,2bに空気を補給する空気吹込み部20bに対し、その不足分の空気流量の空気を補給するように指令を出し、その空気吹込み部20bは、その指令に従って不足分の空気流量が所定の閾値αよいも多いフリュー2a,2bにその不足分の空気流量の空気を補給し、燃焼室2の炉長方向の温度分布を調整する(空気補給ステップ)。
このように、本実施形態に係るコークス炉の温度分布調整方法によれば、空気補給量算出装置21により燃焼室2における各フリュー2a,2b内の実測した温度に基づいて各フリュー2a,2bごとの不足分の空気流量を算出する空気補給量算出ステップ(ステップS1)と、空気補給量算出ステップで算出した不足分の空気流量が所定の閾値αよりも多いフリュー2a,2bがある場合に、その不足分の空気流量が所定の閾値αよりも多いフリュー2a,2bにその不足分の空気流量の空気を、燃焼室2において一方の燃料供給系統(Mガス供給系統)と空気供給系統とで操業する際に他方の燃料供給系統(Cガス供給系統)を転用して各フリュー2a,2bに空気を補給するために他方の燃料供給系統(Cガス供給系統)に接続された空気吹込み装置20から補給して、燃焼室2の炉長方向の温度分布を調整する空気吹込みステップ(ステップS2)とを含む。
これにより、燃焼温度の低下した燃焼室2のフリュー2a,2bに対して不足分の空気流量の空気を補給することで当該フリュー2a,2bの内温度が上昇し、燃焼室2における炉長方向の温度分布が均一となり、燃焼温度の低下した燃焼室2のフリュー2a,2bに対して適切な補給量の空気を補給することで燃焼室2における炉長方向の温度分布を調整することができる。
また、本実施形態に係るコークス炉の温度調整方法によれば、空気補給量算出ステップ(ステップS1)は、操業実績データベース22に格納された燃焼室2の操業データを取得する操業データ取得ステップ(ステップS11)と、操業データ取得ステップ(ステップS11)で取得した操業データに基づいて各フリュー2a,2bへの燃料及び空気のそれぞれの分配流量を推定する第1分配流量推定ステップ(ステップS12)とを含む。また、空気補給量算出ステップ(ステップS1)は、各フリュー2a,2b内の実測によって得られた各フリュー2a,2b内の温度データと、燃料・空気流量データベース23に格納された各フリュー2a,2b内の温度データと各フリュー2a,2b内の燃料及び空気のそれぞれの分配流量との関係とから実際の各フリュー2a,2b内の燃料及び空気のそれぞれの分配流量を推定する第2分配流量推定ステップ(ステップS14)と、第1分配流量推定ステップ(ステップS12)で推定した各フリュー2a,2bへの燃料及び空気のそれぞれの分配流量及び第2分配流量推定ステップ(ステップS14)で推定した実際の各フリュー2a,2b内の燃料及び空気のそれぞれの分配流量より設計値の空気比に対して各フリュー2a,2bごとの不足分の空気流量を算出する不足分空気流量算出ステップ(ステップS15)とを含む。
これにより、過去のコークス炉操業の操業データに基づいて推定された各フリュー2a,2bへの燃料及び空気のそれぞれの分配流量と、各フリュー2a,2b内の実測によって得られた各フリュー2a,2b内の温度データから推定された実際の各フリュー2a,2b内の燃料及び空気のそれぞれの分配流量とから、燃焼室2における各フリュー2a,2bごとの不足分の空気流量を算出することができる。
そして、このコークス炉の温度分布調整方法によって燃焼室2の炉長方向の温度分布を調整してコークス炉Aを操業する。また、このようにコークス炉Aを操業してコークスを製造する。これらコークス炉Aの操業及びコークスの製造に際し、燃焼温度の低下した燃焼室2のフリュー2a,2bに対して不足分の空気流量の空気を補給することで当該フリュー2a,2bの内温度が上昇し、燃焼室2における炉長方向の温度分布が均一となり、燃焼室2の炉長方向の温度調整がなされており、良好なコークスを製造することができる。
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに種々の変更、改良を行うことができる。
例えば、本実施形態では、空気吹込み装置20(空気吹込みステップ:ステップS2)では、空気補給量算出装置21(空気補給量算出ステップ:ステップS1)で算出した不足分の空気流量が所定の閾値αよりも多いフリュー2a,2bがある場合に、その不足分の空気流量が所定の閾値αよりも多いフリュー2a,2bにその不足分の空気流量の空気を、空気吹込み装置20から補給して、燃焼室2の炉長方向の温度分布を調整するようにしている。しかし、空気吹込み装置20(空気吹込みステップ:ステップS2)では、空気吹込み制御部20aによる、燃焼室2における各フリュー2a,2bごとの不足分の空気流量が所定の閾値αよりも多いフリュー2a,2bがあるか否の判定(判定ステップ:ステップS22)を省略し、空気補給量算出装置21(空気補給量算出ステップ:ステップS1)で算出した不足分の空気流量の空気を、閾値αに係らず、当該空気流量が不足しているフリュー2a,2bに補給して、燃焼室2の炉長方向の温度分布を調整するようにしてもよい。
これにより、燃焼温度の低下した燃焼室2のフリュー2a,2bに対して不足分の空気流量の空気を補給することで当該フリュー2a,2bの内温度が上昇し、燃焼室2における炉長方向の温度分布が均一となり、燃焼温度の低下した燃焼室2のフリュー2a,2bに対して適切な補給量の空気を補給することで燃焼室2における炉長方向の温度分布を調整することができる。
また、フリュー2a,2bは、燃焼室2において16組32個設けられているが、2つで1組を複数組設けられていればよく、16組32個に限らない。
また、空気吹込み装置20は、燃焼室2における16組32個のフリュー2a,2b全てに連通するCガス供給系統の垂直配管6に接続されているが、燃焼室2における16組32個のフリュー2a,2b全てに連通するCガス供給系統の垂直配管6に接続する必要は必ずしもなく、燃焼室2における15組30個以下のフリュー2a,2bに連通するCガス供給系統の垂直配管6に接続されてもよい。
また、空気補給量算出装置21と空気吹込み装置20とが接続されているが、空気補給量算出装置21と空気吹込み装置20とが切り離されていて、空気補給量算出装置21の算出結果を図示しない表示装置に表示し、作業者がその表示装置に表示された算出結果を空気吹込み装置20に入力して、不足分の空気流量が所定の閾値αよりも多いフリュー2a,2bにその不足分の空気流量の空気を吹き込むか、あるいは不足分の空気流量の空気を当該空気流量が不足しているフリュー2a,2bに補給するようにしてもよい。
また、空気補給量算出装置21は、フリュー内温度取得部21cを備えているが、このフリュー内温度取得部21cを省略し、ステップS13(温度計算値取得ステップ)を省略するようにしてもよい。
本発明の効果を検証すべく、図12の温度分布のように燃焼室2において温度低下が顕著な炉長方向中央のフリュー2a,2bに対して、Mガス燃焼で操業するときにCガス供給系統の垂直配管6から不足分の空気流量の空気を補給した。この際に、空気補給量算出装置21によって図10に示す空気補給量算出ステップに従って不足分の空気流量を算出し、その算出された不足分の空気流量の空気を空気吹込み装置20から吹き込んだ。
図13には、図12に示す温度分布の燃焼室2において、炉長方向中央のフリュー2a,2b内の実測の温度から予測される炉壁温度と、当該炉長方向中央のフリュー2a,2b内の計算値の温度から予測される炉壁温度(ステップS13で取得した炉長方向中央のフリュー2a,2b内の計算値の温度から予測される炉壁温度)との関係が示されている。炉長方向中央のフリュー2a,2bでは、実測の温度から予測される炉壁温度は計算値の温度から予測される炉壁温度よりも約50℃ほど低下している。
空気補給量算出ステップでは、ステップS15において、設計値の空気比(1.2)に対して各フリュー2a,2bごとの不足分の空気流量を算出した。その結果、当該炉長方向中央のフリュー2a,2bの空気比1.2燃焼に対する不足分の空気流量は40Nm/hであり空気比が0.7であった。空気吹込み装置20では、その空気比0.7が所定の閾値(空気比0.8)よりも低いから、空気吹込み装置20からCガス供給系統の垂直配管6を介して炉長方向中央のフリュー2a,2bに不足分の空気流量40Nm/hの空気を燃焼時に吹き込んだ。その結果,空気吹込み時には、図14に示すように、温度が約40℃上昇し吹込み前に確認されていた不完全燃焼を示すCOがほぼ0になり空気不足が解消されていることが確認できた。
1 炭化室
2 燃焼室
2a,2b フリュー
2c 供給路
2d 吹出し口
3 蓄熱室
4 ソールフリュー
5 ノズルプレート
6 垂直配管
7 枝管
8 分配管
9 チップ
10 盲チップ
20 空気吹込み装置
20a 空気吹込み制御部
20b 空気吹込み部
21 空気補給量算出装置
21a 操業データ取得部
21b 第1分配流量推定部
21c フリュー内温度取得部
21d 第2分配流量推定部
21e 不足分空気流量算出部
21f 出力部
22 操業実績データベース
23 燃料・空気流量データベース

Claims (11)

  1. 炉長方向に、2つで1組になっているフリューを複数組有する燃焼室と、該燃焼室の各フリューに燃料ガスを供給可能な二つの燃料供給系統と、前記燃焼室の各フリューに空気を供給可能な空気供給系統とを備えたコークス炉であって、
    前記燃焼室において一方の燃料供給系統と空気供給系統とで操業する際、他方の燃料供給系統を転用して各フリューに空気を補給するために他方の燃料供給系統に接続された空気吹込み装置と、前記燃焼室における各フリュー内の実測した温度に基づいて各フリューごとの不足分の空気流量を算出する空気補給量算出装置とを備え、
    前記空気吹込み装置は、前記空気補給量算出装置で算出した不足分の空気流量の空気を、当該空気流量が不足しているフリューに補給することを特徴とするコークス炉。
  2. 前記空気吹込み装置は、前記空気補給量算出装置で算出した不足分の空気流量が所定の閾値よりも多いフリューがある場合に、その不足分の空気流量が所定の閾値よりも多いフリューにその不足分の空気流量の空気を補給することを特徴とする請求項1に記載のコークス炉。
  3. 前記空気補給量算出装置は、操業実績データベースに格納された前記燃焼室の操業データを取得する操業データ取得部と、該操業データ取得部で取得した操業データに基づいて各フリューへの燃料及び空気のそれぞれの分配流量を推定する第1分配流量推定部と、各フリュー内の実測によって得られた各フリュー内の温度データと、燃料・空気流量データベースに格納された各フリュー内の温度データと各フリュー内の燃料及び空気のそれぞれの分配流量との関係とから実際の各フリュー内の燃料及び空気のそれぞれの分配流量を推定する第2分配流量推定部と、前記第1分配流量推定部で推定した各フリューへの燃料及び空気のそれぞれの分配流量及び前記第2分配流量推定部で推定した実際の各フリュー内の燃料及び空気のそれぞれの分配流量より設計値の空気比に対して各フリューごとの不足分の空気流量を算出する不足分空気流量算出部とを備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のコークス炉。
  4. 炉長方向に、2つで1組になっているフリューを複数組有する燃焼室と、該燃焼室の各フリューに燃料ガスを供給可能な二つの燃料供給系統と、前記燃焼室の各フリューに空気を供給可能な空気供給系統とを備えたコークス炉の温度分布調整方法であって、
    空気補給量算出装置により前記燃焼室における各フリュー内の実測した温度に基づいて各フリューごとの不足分の空気流量を算出する空気補給量算出ステップと、
    前記空気補給量算出ステップで算出した不足分の空気流量の空気を、前記燃焼室において一方の燃料供給系統と空気供給系統とで操業する際に他方の燃料供給系統を転用して各フリューに空気を補給するために他方の燃料供給系統に接続された空気吹込み装置から当該空気流量が不足しているフリューに補給して、前記燃焼室の炉長方向の温度分布を調整する空気吹込みステップとを含むことを特徴とするコークス炉の温度分布調整方法。
  5. 前記空気吹込みステップでは、該空気補給量算出ステップで算出した不足分の空気流量が所定の閾値よりも多いフリューがある場合に、その不足分の空気流量が所定の閾値よりも多いフリューにその不足分の空気流量の空気を、前記空気吹込み装置から補給して、前記燃焼室の炉長方向の温度分布を調整することを特徴とする請求項4に記載のコークス炉の温度分布調整方法。
  6. 前記空気補給量算出ステップは、操業実績データベースに格納された前記燃焼室の操業データを取得する操業データ取得ステップと、該操業データ取得ステップで取得した操業データに基づいて各フリューへの燃料及び空気のそれぞれの分配流量を推定する第1分配流量推定ステップと、各フリュー内の実測によって得られた各フリュー内の温度データと、燃料・空気流量データベースに格納された各フリュー内の温度データと各フリュー内の燃料及び空気のそれぞれの分配流量との関係とから実際の各フリュー内の燃料及び空気のそれぞれの分配流量を推定する第2分配流量推定ステップと、前記第1分配流量推定ステップで推定した各フリューへの燃料及び空気のそれぞれの分配流量及び前記第2分配流量推定ステップで推定した実際の各フリュー内の燃料及び空気のそれぞれの分配流量より設計値の空気比に対して各フリューごとの不足分の空気流量を算出する不足分空気流量算出ステップとを含むことを特徴とする請求項4又は5に記載のコークス炉の温度分布調整方法。
  7. 請求項に記載のコークス炉の温度分布調整方法によって燃焼室の炉長方向の温度分布を調整してコークス炉を操業することを特徴とするコークス炉の操業方法。
  8. 請求項5に記載のコークス炉の温度分布調整方法によって燃焼室の炉長方向の温度分布を調整してコークス炉を操業することを特徴とするコークス炉の操業方法。
  9. 請求項6に記載のコークス炉の温度分布調整方法によって燃焼室の炉長方向の温度分布を調整してコークス炉を操業することを特徴とするコークス炉の操業方法。
  10. 請求項7又は8に記載のコークス炉の操業方法によってコークス炉を操業してコークスを製造することを特徴とするコークスの製造方法。
  11. 請求項9に記載のコークス炉の操業方法によってコークス炉を操業してコークスを製造することを特徴とするコークスの製造方法。
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