JP7207618B1

JP7207618B1 - 放散ブリーダー

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Publication number: JP7207618B1
Application number: JP2022549126A
Authority: JP
Inventors: 聡志川畑; 知之川島; 保高橋; 俊一亀崎
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2021-06-02
Filing date: 2022-05-19
Publication date: 2023-01-18
Anticipated expiration: 2042-05-19
Also published as: TW202307372A; WO2022255108A1; EP4350215A4; EP4350215A1; BR112023023492A2; JPWO2022255108A1

Abstract

放散ブリーダーの改造コストを抑えながら、可燃性ガスを含むコークス炉放散ガスの燃焼を促進し、未燃状態のコークス炉放散ガスの放散量を削減できる放散ブリーダーを提供する。コークス炉放散ガスを燃焼させて大気中へ放出する放散ブリーダー１であって、コークス炉放散ガス１７を流通させるブリーダー管３と、ブリーダー管３の上端側３Ａに設けられ、内径がブリーダー管３の外径よりも大きく、下端側２Ａがブリーダー管３の上端側３Ａを内包するフード２と、ブリーダー管３の周方向に沿って設けられ、ブリーダー管３とフード２との間隙５から、燃焼を促進させる燃焼促進ガス８をフード２へ吹込む吹込管４と、フード２の内壁に配置された着火装置６と、を有し、フード２は、吹込管４が配置された周方向の位置に対して、フード２の中心軸線Ｏを挟んで対向する位置に切欠部７を有する放散ブリーダー１。

Description

本発明は、コークス炉放散ガスの燃焼を促進し、未燃状態のコークス炉放散ガスの放散量を削減できる放散ブリーダーに関する。

製鉄所及び石油化学工場等では、各種の燃焼プロセスにおける不完全燃焼による副産物として、メタン、一酸化炭素、水素等の可燃性ガスが排出される。これらの可燃性ガスを無害化するために、燃焼させてから大気中へ放散する時に不完全燃焼が起こると黒煙（煤）が発生する。よって、可燃性ガスを大気中へ放散する際には、これら可燃性ガスを完全燃焼させてから放散する必要がある。

可燃性ガスの放散時に用いられる装置として放散ブリーダーがある。従来の放散ブリーダーは、上部の開放端部において大気に通ずるフードと、フードの開放端部とは反対側の下端側に内包され、可燃性ガスの発生源に通ずるブリーダー管と、からなる二重管構造を備える。そして、ブリーダー管に可燃性ガスを圧送し、これによりフード内で生じた負圧で、フードとブリーダー管との間の間隙から酸素を含んだガス（例えば空気）がフードの内側に取り込まれ、これらのガスが混合し、着火装置によって着火され可燃性ガスの燃焼が行われる。

このような放散ブリーダーに関する技術を開示した文献として、特許文献１には、外管に設けられた空気通路（５２、９２）のサイズ、数及び間隔等を調節することで、外管から取り込まれる空気量を調節し、燃焼効率を向上させる（特許文献１の［００９１］及び図３等参照）技術が開示されている。

また、特許文献２には、ブリーダー管に空気を通し、ブリーダー管と外管との間隙から可燃性ガスを取り込ませることで、燃焼効率を向上させる技術が開示されている。

特開２０１０－２３６８５６号公報特開２０１０－２８６２３０号公報

しかしながら、フードにおける上述のような負圧による空気の取り込みのみでは、ガスの混合・攪拌が十分でなく、可燃性ガスを完全に燃焼させることが難しく、多量の未燃状態の可燃性ガスが大気中へ放散されるという問題がある。

そして、特許文献１に開示された技術では、外管からの空気取り込み量を制御するための部品やシステム等を新たに設ける必要があり、装置の構成や運転方法が複雑になってしまうという問題がある。特に放散ブリーダーの外管について大幅な改造を施す必要がある。

また、特許文献２に開示された技術を従来の一般的な放散ブリーダーに適用するためには、ブリーダー管に可燃性ガスを通して外管に空気を取り込ませるという、従来のガスの流れとは異なる流れにしなければならず、設備全体の改造を余儀なくされるという問題がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、放散ブリーダーの改造コストを抑えながら、可燃性ガスを含むコークス炉放散ガスの燃焼を促進し、未燃状態のコークス炉放散ガスの放散量を削減できる放散ブリーダーを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の要旨構成は以下のとおりである。
［１］コークス炉放散ガスを燃焼させて大気中へ放出する放散ブリーダーであって、前記コークス炉放散ガスを流通させるブリーダー管と、前記ブリーダー管の上端側に設けられ、内径が前記ブリーダー管の外径よりも大きく、下端側が前記ブリーダー管の前記上端側を内包するフードと、前記ブリーダー管の周方向に沿って設けられ、前記ブリーダー管と前記フードとの間隙から、燃焼を促進させる燃焼促進ガスを前記フードへ吹込む吹込管と、前記フードの内壁に配置された着火装置と、を有し、前記フードは、前記吹込管が配置された周方向の位置に対して、前記フードの中心軸線を挟んで対向する位置に切欠部を有する放散ブリーダー。
［２］前記切欠部は、前記吹込管が配置された位置に対して前記中心軸線を挟んで対向する位置を起点とし、前記フードの周方向の両方向に向けて各々１°以上７０°以下の範囲であって、前記切欠部の最下部が前記着火装置よりも上側の位置に設けられる［１］に記載の放散ブリーダー。
［３］前記吹込管は、該吹込管から噴出される前記燃焼促進ガスの噴流が前記ブリーダー管の外壁に斜め下方より衝突するように、前記ブリーダー管の管軸線に対して傾斜配置される［１］または［２］に記載の放散ブリーダー。
［４］前記吹込管は、該吹込管の吹込軸線が前記ブリーダー管の前記管軸線に対して１０°以上３０°以下の角度となるように傾斜配置される［３］に記載の放散ブリーダー。

本発明により、放散ブリーダーの改造コストを抑えながら、可燃性ガスを含むコークス炉放散ガスの燃焼を促進し、未燃状態のコークス炉放散ガスの放散量を削減できる。

コークス炉を示す模式図である。本発明の実施形態に係る放散ブリーダーの構成の一例を示す模式図である。吹込管の配置による放散ブリーダー内の噴流の状態を説明する図である。本発明の実施形態に係る放散ブリーダーの吹込管とフードの切欠部との位置関係を説明する図である。本発明の実施形態に係る放散ブリーダーの切欠部の切欠角度と煤発生量比との関係を示す図である。本発明の実施形態に係る放散ブリーダーの切欠部の切欠角度に対する酸素濃度及び圧力の分布を示す図である。本発明の実施形態に係る放散ブリーダーのフードに設ける切欠部の形状の一例を示す図である。ブリーダー管に対する吹込管の傾斜配置の違いによる吹込管から噴出される燃焼促進ガスの噴流の状態の違いを説明する図である。ブリーダー管とフードとの間隙から吹込管よりフードへと吹込まれた燃焼促進ガスの噴流の状態を鉛直方向の速度分布として示す図である。放散ブリーダー内部およびその周辺部のガス（コークス炉放散ガス、燃焼促進ガス、燃焼ガス、大気）の流れの鉛直方向の速度分布と対応する鉛直方向の高さ位置における煤の発生量（体積）の分布示す図である。実施例に係る放散ブリーダーのシミュレーション条件を説明する図である。

以下、本発明の実施形態を通じて説明する。

図１を用いてコークス炉の概要について説明する。コークス炉１１では、炭化室１２と燃焼室１３とが交互に配置される。燃焼室１３では、燃焼ガスの燃焼によって熱が発生する。炭化室１２では、隣接する燃焼室１３で発生した熱により石炭が乾留される。石炭の乾留の過程では、可燃性ガスの一種であるコークス炉ガスと呼ばれる可燃性ガスが発生する。コークス炉ガスの主な成分としては、Ｈ_２、ＣＯ、及びその他の各種炭化水素ガスが挙げられる。なお、図１では炭化室１２と燃焼室１３とを２つずつのみ示しているが、実際にはこれら炭化室１２と燃焼室１３との組み合わせは図の奥へと向かって多数設けられている。

それぞれの炭化室１２の上部には、上昇してきたコークス炉ガス１６を集める上昇管１４と、複数の炭化室１２から上昇管１４を介して吸い上げられたコークス炉ガス１６を集約するドライメーンと呼ばれる集気管１５とが設けられる。放散ブリーダー１は、集気管１５に接続される。複数の炭化室１２で発生したコークス炉ガス１６は、上昇管１４及び集気管１５を通って、放散ブリーダー１を経由してコークス炉放散ガス１７として大気中へ放散される。

工場の通常操業時には、炭化室１２で発生するコークス炉ガス１６は、ガス吸引設備（図示せず）によって吸引・回収され、各種設備の操業用ガスとして再利用される。一方、工場の停電等のトラブル時には、炭化室１２で発生するコークス炉ガス１６を十分に回収、再利用することができず、放散ブリーダー１を介してコークス炉放散ガス１７として大気中へと放散する必要がある。

次に、図２を用いて本発明に係る放散ブリーダー１について説明する。図２は、本発明の実施形態に係る放散ブリーダー１の構成の一例を簡易的に示す模式図である。また図面上の上下方向は、本発明に係る放散ブリーダー１の鉛直方向に相当する。図２に示す通り、放散ブリーダー１はフード２、ブリーダー管３、吹込管４および着火装置６を備える。そして、フード２には切欠部７が設けられており、この切欠部７については後述する。

ブリーダー管３は、図示されていない末端部（図の下方の端部）でコークス炉ガスの発生部と集気管１５を介して連通し、可燃性ガスを含むコークス炉放散ガス１７をフード２に向かって流通させる。図２において、コークス炉放散ガス１７は下部から上部へ流れる。フード２は、ブリーダー管３を通じて流通してきたコークス炉放散ガス１７を、開放端部（図の上方の端部）から大気中へ放散させる。また、ブリーダー管３の上端側３Ａは、内径がブリーダー管３の外径よりも大きいフード２の下端側２Ａにおいて、フード２の内側に内包される。

具体的には、フード２の下端側２Ａの下端部は、ブリーダー管３の上端側３Ａの上端部よりも下側に位置することで、フード２の内側にブリーダー管３が内包される領域が形成される。このフード２の内側にブリーダー管３が内包される領域では、フード２の内壁とブリーダー管３の外壁との間に間隙５が形成される。また、フード２の内壁には、コークス炉放散ガス１７に含まれる可燃性ガスを燃焼させる着火装置６が設けられる。

実施形態では、ブリーダー管３とフード２とによって形成される間隙５からフード２の内側へと、コークス炉放散ガス１７の燃焼を促進させる燃焼促進ガス８を高速で吹き込む吹込管４が設けられる。吹込管４は、燃焼促進ガス８を圧送することができるように、例えば図示されていないコンプレッサー等に接続されてもよい。また、吹込管４から燃焼促進ガス８を吹き込む際、燃焼促進ガス８だけでなく、燃焼促進ガスの周囲から巻き込まれて間隙５へと流入する随伴ガスの流れが発生する。これにより、燃焼促進ガス８に加えて、多量の随伴ガスがフード２内に取り込まれる。

間隙５に吹き込まれた燃焼促進ガス８及び随伴ガスは、ブリーダー管３の外壁に沿って上昇し、やがてブリーダー管３の内側から送られてくるコークス炉放散ガス１７と、フード２の内側において混ざりあい攪拌される。攪拌されたガスを着火装置６で着火させて燃焼させることで、ブリーダー管３の上端側３Ａから上方向へ向けて火炎（図示せず）が形成される。そして、吹込管４からの燃焼促進ガス８とともに多量の随伴ガス（特に空気）がフード２の内側に取り込まれ、コークス炉放散ガス１７に含まれる可燃性ガスと燃焼促進ガス８及び随伴ガスとの攪拌が十分になされ、可燃性ガスの燃焼が促進される。

吹込管４は、間隙５に燃焼促進ガス８を注入できる位置に設ければよく、例えばブリーダー管３の上端側３Ａよりも吹込管４の先端部が下方に位置するように設ければよい。吹込管４は、１組のブリーダー管３とフード２との組み合わせに対して、ブリーダー管３の外壁の周方向の所定の位置に１箇所以上設ければよい。また１箇所に１本以上の複数本の吹込管４を周方向に並べて集中的に配置してもよい。

燃焼促進ガス８は、気体であれば特に制限されないが、フード２内における爆発や不完全燃焼を防ぐために、非可燃性のガスであることが好ましい。非可燃性ガスの中でも、特に、空気、窒素ガス、及び水蒸気の少なくとも１種以上からなるガスが特に好ましい。燃焼促進ガス８として窒素ガスを採用する場合でも、前述したように窒素ガスに随伴してフード２内に取り込まれる空気等の随伴ガスの中に含まれる酸素と可燃性ガスとが反応するので、可燃性ガスの燃焼は促進される。

フード２内に吹き込まれる燃焼促進ガス８と、フード２内へ入るコークス炉放散ガス１７との体積比は、１：１０～７：１０であることが好ましい。体積比が１：１０よりも燃焼促進ガス８の割合が小さくなると、ガスの攪拌効果が弱くなりコークス炉放散ガス１７に含まれる可燃性ガスの燃焼を十分に行えない可能性がある。また、体積比が７：１０よりも燃焼促進ガス８の割合が大きいと、ブリーダー管３の上端側３Ａから離れた位置で火炎が発生するリフト（煽火）という現象や、火炎の吹き消えるブローオフという現象が起こる可能性がある。

本発明では、フード２は、吹込管４が配置された周方向の位置に対して、フード２の中心軸線を挟んで対向する位置に、切欠部７を有する。ここで、発明者らが、フード２に切欠部７を設けるに至った理由を説明するために、まず、図３を用いて、図２に示した切欠部７をフード２に設けない場合における、放散ブリーダー内のコークス炉放散ガス及び燃焼促進ガスの噴流の状態について説明する。図３は、吹込管４の配置による放散ブリーダー１内の噴流を簡易的に示す模式図である。

図３に示す通り、フード２とブリーダー管３の間隙５から噴射された燃焼促進ガス８の噴流がフード２の内壁に沿って上昇する際、ブリーダー管３の内側から送られてくるコークス炉放散ガス１７がフード２の内壁に向かって引き込まれる現象が生じる（図３中Ａ）。これは、噴流が粘性の効果により周りの流体を引き込むことにより説明され、噴流の近くに、壁面が平行に置かれるとき、噴流と壁との間の流体が引き込みの作用により流れ去って負圧となり、不足する分を埋めるように、噴流が壁に引き寄せられる効果（以下、「コアンダ効果」という。）によるものである。

そして、コークス炉放散ガス１７の流れは、吹込管４が配置された周方向の所定の箇所のフード２の内壁側に寄せられながら流路を狭めて偏流となり、次第に流速を早めながら上昇する。

一方、吹込管４が配置された周方向の位置に対してフード２の中心軸線Ｏを挟んで対向する位置においては、フード２の内側で偏流するコークス炉放散ガス１７の流れ（図３中Ａ）に向かって、フード２の開放端部より大気(空気)が引き込まれ（図３中Ｂ）、空気とコークス炉放散ガス１７が攪拌され、火炎の内側に酸素が供給される。さらに、コークス炉放散ガスの流れがフード２から放出された直後も、同様な火炎の内側への大気（空気）が引き込まれて（図３中Ｃ）酸素供給の効果は持続するので、コークス炉放散ガス１７の燃焼を促進できる。

また先述した通り、フード２内のコークス炉放散ガス１７を吹込管４側のフード２の内壁側に偏流させると（図３中Ａ）、図３に示すように、フード２の内部においてフード２の開放端部から巻き込まれた大気（空気）が充填される空間領域（図３の破線で囲まれた範囲）が発生する。この空間領域は、吹込管４が配置された周方向の位置に対して、フード２の中心軸線Ｏを挟んで対向する反対側の位置に生じ（図３中Ｄ）、コークス炉放散ガスの流れない領域となる。

このため、本発明では図２にて示した通り、フード２に切欠部７を設けている。つまり、図３における空間領域とフード２の内壁とが接するフード２の周壁部の領域を切り欠くことにより、フード２の内部への外部からの大気（空気）の巻き込みが容易となり、大気の巻き込みによるコークス炉放散ガス１７との攪拌能力が増強され、コークス炉放散ガス１７の燃焼を促進できる。

ここで、吹込管４とフード２の切欠部７との位置関係について、図４を用いて説明する。図４（ａ）は、フード２とブリーダー管３及び吹込管４とを備える放散ブリーダー１において、フード２に切欠部７を設けた構成を示す。図４（ｃ）は、図４（ａ）に示す放散ブリーダー１において、フード２に切欠部７を設けない構成を示す。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）における放散ブリーダー１を上面視したフード２とブリーダー管３及び吹込管４との平面的な位置関係を示す。図４（ｄ）は、図４（ｃ）における放散ブリーダーを上面視したフード２とブリーダー管３及び吹込管４との平面的な位置関係を示す。

図４（ｂ）及び（ｄ）に示す通り、ブリーダー管３はフード２の内側に内包される。吹込管４は、フード２とブリーダー管３とにより形成される間隙５にブリーダー管３の周方向に沿って配置される。また、図中のフード２は、点線部と太線部を有しており、太線部はフード２そのものの周壁部を示し、点線部はフード２の周壁部にて切欠部７が設けられた範囲を示す。

図４（ｂ）に示す通り、切欠部７が設けられていることを示す点線部は、フード２の周壁部に沿って弧状に延びている。そして、弧状の中点Ｇは、フード２の中心軸線Ｏを挟んで、吹込管４が配置された周方向の位置と対向する位置になる。つまり、フード２は、吹込管４が配置された位置に対して、中心軸線Ｏを挟んで対向する位置に切欠部７を設けている。

また、切欠部７が設けられていることを示す点線部の範囲は、図４（ｂ）に示す通り、弧状の中点Ｇを起点として、図中のプラス方向及びマイナス方向の角度、つまりフード２の周方向の両方向に向けて、切欠角度θ分だけフード２の周壁部の周方向に向けた範囲とする。そして、フード２の周方向に設けられる切欠部７の切欠角度θは、フード２の周方向の両方向に向けて各々１°以上７０°以下の範囲とすることが好ましく、各々４０°以上５０°以下とするのがより好ましい。

この切欠角度θの好適範囲に関連して、切欠部７の切欠角度θと煤発生量比との関係について、図５を用いて説明する。

図５（ａ）は、切欠部７の切欠角度θを４５°～１６５°の範囲で変更したときの煤発生量について、切欠部７を設けない場合（切欠角度θ＝０°）の煤発生量を基準として、煤発生量比を表示する。図５（ｂ）は、図５（ａ）における煤発生量比を拡大して表示したものである。

切欠角度θを４５°とすると、切欠部７を設けない場合よりも、煤発生量は１８％低減できる。しかし、切欠角度θが９０°を超えると煤発生量は切欠部７を設けない場合よりも大幅に増加し、コークス炉放散ガスの完全燃焼を逆に阻害する。そして、図５（ｂ）に示す通り、切欠角度θが４５°と９０°との間で煤発生量比が１．０となるのは、４５°と９０°の２点から内挿すると７３°である。これより、切欠部７を設けることにより、コークス炉放散ガスの燃焼を促進し、煤の発生を抑えるためには、切欠角度θは煤発生量比が１．０未満となる１°以上７０°以下とするのが好ましい。さらに、煤発生量比が０．８５未満（煤発生量を１５％～１８％低減）となる４０°以上５０°以下とするのがより好ましい。

ここで、切欠部７の切欠角度θを０°（切欠部７を設けない場合）、４５°、１３５°とした場合における燃焼状況について、Ｏ_２濃度分布及び圧力分布を図６に示す。切欠部７の切欠角度θを大きくすると、外部から切欠部７を介して、直接、フード２に空気（大気）を取り込み易くなる一方、空気の巻き込みに必要なフード２の内部の負圧（図６にて圧力の分布を示す図中の四角点線枠内のハッチング箇所を参照）を形成し難くなるため、切欠角度θが１３５°とした場合は、空気の巻き込み量が減少し、火炎への酸素供給量が低減（図６にてＯ_２濃度の分布を示す図中の四角点線枠内のＯ_２濃度０．０５以下（ハッチング箇所）の領域の大きさを比較参照）する。

フード２の周壁部に切欠部７が設けられる範囲に関し、切欠部７の最下部を着火装置６よりも上側の位置に設けるのが好ましい。切欠部７の最下部が、着火装置６よりも下側に位置すると、着火前にコークス炉放散ガスがフード２の周壁部から漏れてしまい、未燃焼状態で大気中に放出されてしまうからである。

ここで、フード２における切欠部７の形状について、図７を用いて具体的に説明する。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、吹込管４をブリーダー管３の周方向の１箇所に設置した場合の切欠部７の形状の一例を示す。

図７（ａ）は、フード２の周壁部の高さ方向における切欠部７の最下部が、着火装置６よりも上側となるように、先述した図３の空間領域と接するフード２の周壁部をＶ字状に切り欠いて、切欠部７を形成した構成である。また図７（ｂ）は、図７（ａ）とは別の形態であって、フード２の周壁部を矩形に切り欠き、切欠部７を形成したものである。このように、切欠部７の形状は、フード２の周壁部をＶ字状に切り欠いた形状であっても、矩形に切り欠いた形状であってもよい。

さらに、吹込管４は、配管から噴出される燃焼促進ガス８の噴流が、ブリーダー管３の外壁に斜め下方より衝突するようにブリーダー管３の管軸線に対して傾斜配置されるのが好ましい。

吹込管４の配置構成による噴流の状態について、図８を用いて説明する。図８（ａ）及び（ｂ）は、ブリーダー管３の管軸線Ｐに対して吹込管４の吹込軸線Ｑが同じ方向になるように吹込管４を配置した場合における噴流の状態（以下、「垂直噴射」という。）を示す。図８（ｃ）及び（ｄ）は、ブリーダー管３の管軸線Ｐに対して吹込管４の吹込軸線Ｑを傾斜させて、所定の角度（以下、「取付角度α」という。）を設けて吹込管４から噴出される燃焼促進ガス８の噴流がブリーダー管３の外壁に斜め下方より衝突するように、吹込管４を配置した場合における噴流の状態（以下、「衝突噴射」という。）を示す。

図８（ａ）及び（ｃ）は、放散ブリーダー１におけるフード２とブリーダー管３と吹込管４との配置構成を簡易的に示す斜視図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）中のＶＶ断面におけるフード２とブリーダー管３と吹込管４との位置関係を示す断面図であり、図８（ｄ）は、図８（ｃ）中のＷＷ断面におけるフード２とブリーダー管３と吹込管４との位置関係を示す断面図である。また、図８（ａ）及び（ｃ）では、吹込管４から噴出された燃焼促進ガス８の噴流を図中の矢印で示し、その燃焼促進ガス８の噴流の断面的な広がり状態について、図８（ｂ）では噴流Ｒとして、図８（ｄ）では噴流Ｓとして示す。

図８（ａ）及び（ｂ）に示す垂直噴射の場合、燃焼促進ガスの噴流は、フード２の上方に向けて吹込管４の吹込軸線Ｑを中心として僅かに半径方向に広がる。そして、噴流の速度は、吹込管４から噴出した直後の速度をおおよそ保ちつつ、フード２の上方に向けて進んでいく。

これに対し、図８（ｃ）及び（ｄ）に示す衝突噴射の場合には、燃焼促進ガス８の噴流がブリーダー管３の外壁に当たり、噴流の速度は下がって拡散し噴流の範囲が周方向に薄く広がる（図８（ｄ）の噴流Ｓ）。そして、噴流の範囲が周方向に広がると、噴流と大気とが接触する面積が増え、燃焼促進ガス８の周囲から巻き込まれて間隙５へと流入する空気等の随伴ガスが増加する。この結果、フード２の内部に巻き込まれる外部からの大気の量が増加し、コークス炉放散ガスの燃焼が促進される。

図９は、ブリーダー管３とフード２との間隙５から吹込管４よりフード２へと吹込まれた燃焼促進ガスの噴流の状態を、鉛直方向の速度分布（上向きを正）として例示したものである。垂直噴射（図９（ａ）、取付角度が０°）の場合、吹込管４から噴出される燃焼促進ガスの噴流は、吹込管４から噴射された後、吹込管４の吹込軸線Ｑ（不図示）を中心として徐々に半径方向に扇状に広がる噴流となる。これに対し、衝突噴射（図９（ｂ）、取付角度が３０°）の場合、燃焼促進ガスの噴流をブリーダー管３の外壁に傾斜させて衝突させることで、ブリーダー管３の外壁の周方向に薄く広がりつつ（図８（ｄ）の噴流Ｓを参照）、管軸線Ｐの方向に外壁に沿って上昇する整流化された噴流となる（図８（ｃ）参照）。衝突噴射（図９（ｂ））の場合の、フード２の上方における、速度１５ｍ／ｓの噴流の厚みＷｂは、垂直噴射（図９（ｂ））の厚みＷａよりも薄く（Ｗｂ＜Ｗａ）、ＷｂはＷａの約３０％である。このため、衝突噴射とすることで、フード２の内壁に沿って上昇する整流化された噴流によってコアンダ効果を高められ、より多くの空気を巻き込むことができる。

図１０に、放散ブリーダーの内部および周辺部のガス（コークス炉放散ガス、燃焼促進ガス、燃焼ガス、大気）の流れの鉛直方向の速度分布（上向きを正）と、これに対応する鉛直方向の高さ位置における煤の発生量（体積）の分布を示す。図１０（ａ）は垂直噴射（取付角度α＝０°）によるガスの速度分布を示し、図１０（ｂ）は衝突噴射（取付角度α＝３０°）によるガスの速度分布を示す。また図１０（ｃ）は、図１０（ａ）及び（ｂ）の垂直噴射及び衝突噴射を行った際の煤発生状況のグラフを示す。

なお、図１０（ｃ）のグラフの縦軸（高さ）は図１０（ａ）及び（ｂ）の鉛直方向の位置と対応しており、横軸はその鉛直方向の各位置における煤の発生量（体積）を示す。また、図１０に示すガスの速度分布には、燃焼促進ガスの噴流の速度、コークス炉放散ガスの速度、燃焼ガスおよび大気（空気）の速度が含まれる。

図１０（ａ）の垂直噴射時と比較して、図１０（ｂ）の衝突噴射時には、コアンダ効果により、コークス炉放散ガスの流れが吹込管４の配置された側のフード２の内壁面に寄せられながら、大きく偏流する様子を確認できる。そして、図１０（ｃ）に示す鉛直方向の高さ位置における煤発生状況によると、フード２を出た直近（図１０（ｃ）の高さが４ｍ近辺）で、垂直噴射及び衝突噴射のいずれも煤発生量は最大値を示すものの、衝突噴射における煤発生量は鉛直噴射の約２５％に抑えられている。

ここで、吹込管４は、吹込管４の吹込軸線Ｑがブリーダー管３の管軸線Ｐに対して１０°以上３０°以下の角度（取付角度α）となるように傾斜配置するのが好ましい。

吹込管４の取付角度αが１０°未満であると、ブリーダー管３の外壁に噴流を衝突させることによる整流化作用を得にくくなるからである。また、吹込管４の取付角度αが３０°よりも大きいと、衝突した噴流の鉛直方向の上方へ向かう流れのほかに、鉛直方向の下方へ向かう流れ（バックフロー流）が増加し、ブリーダー管３とフード２との間隙５から取り込まれる随伴ガスの流入を阻害するので、かえってコークス炉放散ガスの完全燃焼を阻害するからである。

以上から、本発明の放散ブリーダー１をコークス炉１１に適用することで、停電等のトラブル時においても、炭化室１２において発生するコークス炉放散ガスの完全燃焼を促し、ＣＯ_２やＨ_２Ｏ等の害の少ない物質として大気中へ放出することができる。

また、コークス炉１１に適用する際、吹込管４から注入する燃焼促進ガスとしては、空気を用いることが好ましい。工場内で水蒸気又は窒素ガスを供給するためには、非常用ボイラや空気分離装置等を稼動させる必要があるのに対し、空気を燃焼促進ガスとして用いることにより、非常時であってもエンジン付きコンプレッサー等により迅速かつ簡便に放散ブリーダー１に燃焼促進ガスを供給することができる。

以下、本実施形態に係る放散ブリーダーを用いた実施例を説明する。

本実施例では、図１１に示す通り、高さ１０ｍ、横方向３ｍの寸法の筐体内に、ブリーダー管の内径を１００ｍｍとした放散ブリーダーを配置し、筐体内に風速が０．１ｍ／ｓの空気が流れた状態を再現するとともに、ブリーダー管内において流体の速度を２．５ｍ／ｓとする可燃性ガスを流通させた状態を再現した条件にて、シミュレーションモデル等を用いて煤発生量（体積）を比較した。

煤の発生予測は、Ｗｅｎらの提案する核生成、凝集、表面成長、酸化反応から成る煤の発生・成長・消滅を予測する煤核生成モデル（Acetylene inception model、Z. Wen et al,“Combustion and Flame”, 2003, Vol.135, p.323-340）を用いた。

表１にシミュレーション結果を示す。推測された煤発生量は、本発明例１を基準（１．０）とする煤発生量比で示す。

従来例１は、吹込管４による燃焼促進ガスの吹込みを行わなかったものである。従来例２は、フード２に切欠部７を設けず、吹込管４の取付角度αを０°として垂直噴射を行ったものである。煤発生量比は、いずれの場合も１．０を上回り、コークス炉放散ガスの燃焼が十分に行われなかった。

本発明例１は、フード２に切欠角度θを本発明の好適範囲（１°～７０°）内である１°とする切欠部７を設け、吹込管４の取付角度αを本発明の好適範囲（１０°～３０°）内である３０°として実施したものである。先述した通り、本発明例１は本実施例における煤発生量の基準としたものであり、表１中の煤発生量比は１．００となっており、従来例１及び従来例２に比べ、コークス炉放散ガスの燃焼が十分に行われ、煤発生量比は改善されている。

本発明例２～本発明例５は、吹込管４の取付角度αを本発明の好適範囲（１０°～３０°）内である３０°に固定し、フード２の切欠角度θを本発明の好適範囲（１°～７０°）内である、２０°，４５°，６０°，７０°と変更したものである。いずれの煤発生量比も１．０未満となり、煤発生量比は本発明例１よりもさらに改善された。

本発明例６～本発明例７は、フード２の切欠角度θを本発明の好適範囲（１°～７０°）内である４５°に固定し、吹込管４の取付角度αを本発明の好適範囲（１０°～３０°）内である１０°，２０°としたものである。煤発生量比はいずれの場合も１．０未満であり、従来例１および従来例２に比べ、コークス炉放散ガスの燃焼が十分に行われ、本発明例１よりもさらに煤発生量比が改善された。

本発明例８～本発明例９は、吹込管４の取付角度αを本発明の好適範囲（１０°～３０°）内である３０°とし、フード２の切欠角度θを本発明の好適範囲（１°～７０°）外となる９０°，１３５°として、大きな切欠きを設けたものである。そして、煤発生量比は、従来例１，従来例２に比べ改善しているものの、切欠角度θが大きくなるほど大きくなって１．０を上回り、フードの切欠角度θおよび吹込管４の取付角度αのいずれも本発明の好適範囲内である本発明例１～本発明例７よりもコークス炉放散ガスの燃焼効率が低下した。

本発明例１０～本発明例１１は、フード２の切欠角度θを本発明の好適範囲（１～７０°）内である４５°とし、吹込管４の取付角度αを本発明の好適範囲（１０°～３０°）外となる、５°，４０°としたものである。いずれも、煤発生量比は従来例１，従来例２に比べ改善しているものの、１．０を上回り、吹込管４の取付角度αおよびフードの切欠角度θのいずれも本発明の好適範囲内である本発明例１～本発明例７よりもコークス炉放散ガスの燃焼効率は低下した。

１放散ブリーダー
２フード
３ブリーダー管
４吹込管
５間隙
６着火装置
７切欠部
８燃焼促進ガス
１１コークス炉
１５集気管
１６コークス炉ガス
１７コークス炉放散ガス
Ｏ中心軸線
Ｐ管軸線
Ｑ吹込軸線
θ 切欠角度
α 取付角度

Claims

コークス炉放散ガスを燃焼させて大気中へ放出する放散ブリーダーであって、
前記コークス炉放散ガスを流通させるブリーダー管と、
前記ブリーダー管の上端側に設けられ、内径が前記ブリーダー管の外径よりも大きく、下端側が前記ブリーダー管の前記上端側を内包するフードと、
前記ブリーダー管の周方向に沿って設けられ、前記ブリーダー管と前記フードとの間隙から、燃焼を促進させる燃焼促進ガスを、該燃焼促進ガスの噴流が前記ブリーダー管の内側から送られてくる前記コークス炉放散ガスの流れを引き込み偏流させながら前記フードの内壁に沿って上昇するように、前記フードへ吹込む吹込管と、
前記フードの内壁に配置された着火装置と、を有し、
前記フードは、前記吹込管が配置され、前記コークス炉放散ガスが前記フードの内壁側に偏流する周方向の位置に対して、前記フードの中心軸線を挟んで対向する位置に、前記コークス炉放散ガスの流れない前記フードの内部における空間領域と前記フードの内壁とが接する前記フードの周壁部の領域を切り欠いた切欠部を有する放散ブリーダー。
前記切欠部は、前記吹込管が配置された位置に対して前記中心軸線を挟んで対向する位置を起点とし、前記フードの周方向の両方向に向けて各々１°以上７０°以下の範囲であって、前記切欠部の最下部が前記着火装置よりも上側の位置に設けられる請求項１に記載の放散ブリーダー。
前記吹込管は、該吹込管から噴出される前記燃焼促進ガスの噴流が前記ブリーダー管の外壁に斜め下方より衝突するように、前記ブリーダー管の管軸線に対して傾斜配置される請求項１または請求項２に記載の放散ブリーダー。
前記吹込管は、該吹込管の吹込軸線が前記ブリーダー管の前記管軸線に対して１０°以上３０°以下の角度となるように傾斜配置される請求項３に記載の放散ブリーダー。