JPH01289891A - コークス炉における火落時刻のバラツキ判定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はコークス炉の炉長方向における火落時刻のバラ
ツキの程度を判定する方法に関するものである。

〈従来の技術〉 コークス炉には炭化室と燃焼室とが交互に多数並設され
ており、炭化室の上部に設けられている石炭投入口から
装入された石炭は燃焼室の高温ガスによって乾留され、
発生したガスは炭化室の炉端上部の上昇管を通して排出
されるようになっている。炭化室で乾留されたコークス
は炭化室の両炉端の開閉可能な炉蓋を開いて一方の炉端
から挿入された押出機によって他方の炉壁から押し出さ
れる。

このようなコークス炉の操業において炭化室の石炭乾留
の終了すなわち欠落が炉内でできるだけ均一になるよう
にする必要がある。炉内各部の火落時刻にバラツキがあ
る場合、火落時刻の一番遅い部分の欠落が終了するまで
炭化室全体を加熱し続ける必要があるため熱エネルギの
…失をもたらすことになる。

前述のようにコークス炉の操業において火落時刻の判定
は非常に重要であり、従来下記のような乾留進行状況の
判定方法が知られている。

（１）石炭中の温度測定による判定方法コークス炉の炭
化室内への石炭装入時に炭化室内の炉長方向の複数ポイ
ントに熱電対等の測温センサを配置し、乾留過程におい
て石灰温度の経時変化を測定する方法である。この方法
は各測定点の温度が一般に知られている欠落時点のコー
クス温度範囲８００〜９００°Ｃに到達する時点を検出
することにより、炭化室内の欠落バラツキの程度を判定
するものである。

（２）押出時のコークス温度測定による判定方法炭化室
から押出されるコークスを例えばガイド車のコークス通
過経路近傍に設置された放射温度計等の非接触型の測温
センサを用いて押出時のコークス表面温度を測定するこ
とによって炭化室内の乾留状態の分布を判定する方法で
ある。

（３）乾留末期の発生ガス温度ピークとガス温度降下速
度による判定方法（特開昭５４−９３００２号公報参照
） 乾留末期における炭化室内石炭の発生ガス温度ピークに
達する時刻とそれに続く温度降下速度が最大になる時刻
の差に基づいて火落時刻のバラツキを判定するものであ
る。

〈発明が解決しようとする課題〉 前述の（１）石炭中の温度測定による判定方法は、多数
ある炭化室の全てに石炭を装入する毎に、しかも炭化室
の多数の位置に測温センサを設置して温度を測定しなけ
ればならず煩雑なばかりでなく多大な費用と労力を要し
実用的でないという問題点があった。

また（２）押出時のコークス温度測定による判定方法は
コークスを押出した後でないと判定ができないため欠落
不良の部分があった場合、結果的には押出時に黒煙発生
を生じることになり、事前に検出できないという致命的
な欠点があった。

更に（３）乾留末期における発生ガスの温度ピークと温
度降下による判定方法は乾留末期の温度ピークに続く温
度降下速度の最大点を通常温度の２次微分を用いて求め
ることになるがガス温度のバラツキや乱れ等から正確に
求めることが困難であり、信顛性が乏しいという問題点
があった。

本発明は前述従来法の問題点を解消し、コークス炉の全
ての炭化室について、少なくともコークス押出し前に炭
化室の長手方向の欠落バラツキの程度を判定し、欠落バ
ラツキが通常許容される程度を越える異常炭化室につい
ては乾留過程でコークス押出し前に対策を講じることに
よって押出し時の黒煙発生を防止することができるコー
クス炉における火落時刻の判定方法を提供することを目
的とするものである。

く課題を解決するための手段〉 前述のように炭化室に装入した石炭の乾留末期において
発生ガス温度にピークが生じることは一般によく知られ
ており、その発生のメカニズムとしては、最も活発にガ
スを発生する融着帯が炭化室の幅方向に対向する両壁面
から中心部へ時間の経過とともに徐々移動し、最後は中
心部で合致することになる。この過程において、中心部
で合致するまではほぼ一定の速度でガスを発生し、発生
したガスは未乾留の石炭層及び乾留済のセミコークスや
コークス層を経過し、特に未乾留の石炭層を通過するガ
スはその石炭を予熱し、熱を奪われながら上部へ抜は上
昇管へと導かれる。

この時、発生ガス温度はほぼ一定で推移するがやがて融
着帯が炭化室幅の中心部で合致する際にはもはや予熱さ
れる石炭層がないため、発生ガスの熱は奪われにくくな
り発生ガスの温度は上昇する。続いて炭化室内の中心部
まで全てコークス化が進行すれば、ガスの発生がなくな
りガスの温度は低下してくる。

前述のような石炭の乾留過程において炭化室内の乾留が
均一に進行する場合と不均一に進行する場合とを比較す
ると、均一な場合には炭化室内のいずれの部分において
もほぼ同時に中心部のコークス化が完了するため、発生
ガス温度ピークは急激な上昇及び急激な降下を示すこと
になる。

一方、不均一な乾留の場合にはある部分は中心部までコ
ークス化しても、他の部分は中心部に未乾留石炭層が残
っているという状態が長く続くことになり、温度ピーク
は緩やかな上昇と緩やかな降下を示すことになる。すな
わち、乾留が窯内で均一に進行する場合にはピークは鋭
った幅の狭い形状となり、不均一の場合には幅の広い形
状となる。

また石炭の乾留において、コークス炉の稼動率が高く炉
温か高い場合と稼動率が低く炉温か低い場合とを比較す
ると前者の方が乾留速度が速いため発生ガス温度のピー
ク出現時刻は後者の方より早くなる。

前述のように炉温か高く乾留速度が速い場合には炭化室
内の欠落バラツキは小さくなると考えられ乾留末期にお
いて発生するガスの温度ピークの幅に基づいて欠落バラ
ツキを判定する場合、乾留速度の違い、すなわち発生ガ
ス温度のピークに到達するまでの経過時間の評価を加え
ることによって、より精度よく炭化室の欠落バラツキを
判定することが出来る。

本発明は前述のようにコークス炉の炭化室に装入された
石炭の乾留進行に伴って発生するガスの温度を連続的に
測定し、乾留末期における発生するガスの温度ピークの
幅に基づいて炭化室内の長手方向の欠落バラツキを判定
し、さらには炭化室への石炭装入から発生ガスの温度が
ピークに到達するまでの時間要素を加味してより精度よ
く炭化室内の長手方向の欠落バラツキの程度を判定する
ことを骨子としている。

本発明はコークス炉の炭化室に装入した石炭の乾留によ
って発生するガスの温度を連続的に測定して炭化室の長
手方向における火落時刻のバラツキを判定する方法であ
って、前記炭化室から発生するガスが温度上昇を開始す
る時刻Ｌｓまでの平均的ガス温度Ｔｓと乾留末期に温度
上昇がピークに達する時刻ｔｍにおけるピークガス温度
Ｔｍとから両者の温度差ΔＴ＝Ｔｍ−Ｔｓを求め、前記
温度差ΔＴの１／４〜３／４に相当する温度範囲におけ
る温度上昇から温度下降に亘るガス温度ピーク幅時間ｔ
ａを求め、当該ガス温度ピーク幅時間ｔａを指標として
火落時刻のバラツキ程度を判定することを特徴とするも
のである。

本発明では前記温度差ΔＴ＝ＴＩ＋＋−Ｔｓの１／２に
相当する温度における温度上昇から温度下降に亘るガス
温度ピーク幅時間ｔａを求め、当該ガス温度ピーク幅時
間（ａを指標として火落時刻のバラツキ程度を判定する
のがより好ましい。

また前述のガス温度ピーク幅時間ｔａに加えて炭化室へ
の石炭装入から乾留末期に発生ガスの温度がピークに達
する時刻ｔｍｉでの経過時間に基づいて火落時刻のバラ
ツキ程度を判定するのが更に好ましい。

く作　用〉 コークス炉の炭化室炉端上部の上昇管等のガス通過経路
途上に設けた測温センサで炭化室に装入した石炭の乾留
によって発生するガスの温度を連続的に測定し、オンラ
インで計算機等のデータ処理装置によって測温データを
収集記録させると、石炭装入からの経過時間に連れて、
通常第４図に示すようなパターンが得られる。

すなわち発生するガスの温度は石炭装入当初の急上昇を
除くと比較的安定したガス温度Ｔｓで推移し、乾留末期
の時刻ｔｓで温度上昇を開始し、時刻をｔｍでピーク温
度Ｔｍに達したのちはガスの温度は降下し乾留終了Ｔ、
に到る。この温度パターンは実際には微小な波形の乱れ
を伴いながら変化するので従来法に提案されている温度
の２次微分による温度降下速度の最大点を正確に求める
のは困難である。

そこで本発明では火落時刻バラツキの判定にデータ処理
装置によって収集された発生ガスの温度パターンから第
１図に示すように乾留末期に現出するピーク温度Ｔｍを
検出し、炭化室から発生するガスの温度が上昇を開始す
る時刻Ｔｓまでのほぼ温度が一定して推移する平均的ガ
ス温度Ｔｓをベースとして乾留末期の時刻ｔｎ＋で現出
するピークガス温度Ｔｍとから両者の差ΔＴ＝Ｔｍ−丁
ｓを求める。

そして、この温度差すなわちピーク高さΔＴの１／４〜
３／４温度範囲における温度上昇から温度降下に亘るガ
ス温度ピーク幅時間ｔａを計算させ、このガス温度ピー
ク幅時間ｔａを指標として火落時刻のバラツキの程度を
判定するのである。

このようにする理由は石炭の乾留が炭化室の長手方向に
均一に進行するとピーク温度Ｔｍを頂点として急激な温
度上昇および下降パターンが得られ、逆に不均一に進行
する緩慢な温度上昇および下降パターンが得られるため
ガス温度ピーク幅時間ｔａが火落時刻のバラツキを示す
指標となるからである。

ガス温度ピーク幅時間ｔａを指標とすることの有利な点
は発生ガス中にはタール等が含まれている関係で測温セ
ンサの検出端にタール等が付着すると温度の検出状態は
徐々に鈍くなって来るが、パターン自体は変わらないの
で長期間使用できることにある。従来法では検出温度が
鈍くなればその分だけ直ちに判定困難となるという欠点
があった。

なお、ピーク温度高さΔＴ＝Ｔｍ−Ｔｓのｌ／４〜３／
４範囲における幅時間（ａを指標とするのはΔＴＸＩ／
４未満における幅時間では乾留末期に至るまでの温度バ
ラツキとの差異が明確に区別できなくなる恐れがあり、
ΔＴＸ３／４を越えると検出精度が鈍くなるからである
。好ましくは八Ｔ×１／２における幅時間すなわち平均
的温度Ｔｓとピーク温度Ｔｍとの半（ＩｉＩ幅時間ｔａ
が代表的な指標とな例えばコークス炉の実験操業等によ
り半値幅時１８１ｔａと欠落バラツキのデータをＴｔＨ
ＩＬ、これらのデータから両者の関係を第２図に示すよ
うにグラフ化しておき、第２図のグラフと照合して該当
炭化室の半値幅時間ｔａに対応する火落時間のバラツキ
が許容限界内にあるか許容限界を越えているかどうかを
判定する。

なお本発明においてより好ましくは前述のようにピーク
温度高さΔＴの１／４〜３／４の範囲、またはΔＴの１
／２における幅時間Ｔａを指標とする他に炭化室への石
炭装入開始時刻ｔｏからピーク温度到達時刻ｔｌ１１ま
での時間を指標として欠落バラツキの程度を判定する。

すなわち例えば第３図に示すように石炭投入から発生ガ
ス温度ピーク到達までの時間もとピーク温度半値幅時間
ｔａとの関係をあらかじめコークス炉の実験操業により
炭化室内欠落バラツキの程度によるコークス押出し時の
黒煙発生許容限界と対応づけておき、該当炭化室のピー
ク温度到達までの時間と発生ガス温度ピーク半値幅時間
ｔａとから欠落バラツキ許容限界内にあるかどうかを判
定する。

なお炭化室内の欠落バラツキの程度を表す指標としては
炭化室に装入された測温センサにより測定される火落時
間のバラツキ（σ（Ｉりや押出しコークスの温度のバラ
ツキ（σ値）の他、押出し時の黒煙発生状況（例えば押
出時の黒煙発生量を大から小まで数段階にランク付けし
て判定したもの）を適宜に用いることができる。いずれ
の指標を用いる場合でもコークス操業上は押出時の黒煙
発生が許容される限界値を決めておき、これを基準にし
て定めるものとする。

かくして、炭化室内の欠落バラツキの程度が押出し時の
黒煙発生を許容する限界値を越える炭化室についてはそ
の炭化室の番号と、欠落バラツキの程度を表す指標をＣ
ＲＴ等の指示装置を用いて作業者に自動的に通知する。

上記通知に基づいて作業者はオンライン・リアルタイム
で異常炭化室のコークス押出し時における黒煙発生を防
止するため下記のような対策を適宜に実施する。

（１）予定のコークス押出し時間を変更して延長し十分
な置時間を確保する。

（２）炭化室の炉温を押し出しまでの間に一時的に上昇
して欠落を確保する。

（３）その他異常炭化室が判定できれば当該炭化室の燃
焼条件などの諸条件を修正することによって欠落を確保
することが可能である。

〈実施例〉 以下本発明の詳細な説明する。

実差■上 まずコークス炉の操業実験として、発生ガス温度のピー
ク半値幅と窯内欠落バラツキの程度との関係を求める６
例えば石炭中の温度測定により、炭化室内各部の火落時
間のバラツキ（σ）を測定することにより、第２図に示
す発生ガス温度ピーク半値幅時間ｔａとの関係が求めら
れる。この時、押出時の黒煙発生状況を同時に観察して
おき、黒煙発生上許容できる限界の火落時間バラツキを
決定しておく。

次に、コークス炉の実操業において、各炭化室の発生ガ
ス温度ピークを検出し、ピーク半値幅時間（ｔａ）を計
算する。その結果、例えばピーク半値幅時間（ｔａ）が
６０分の炭化室があった場合には、第２図より炭化室内
の欠落バラツキの程度は２０分と判定され、この場合に
は押出時のｉｆｆ発生上の許容限界以下であり、予定ど
うり押出作業を行うことができる。またピーク半値幅時
間（ｔａ）が１５０分の炭化室があった場合には、同じ
く第２図より炭化室内の欠落バラツキの程度は６０分と
判定され、この場合にはそのまま押出すと黒煙が発生す
ることが予測されるため、押出を遅らせる等のアクショ
ンをとる。

実ゴをｔｍ まずコークスの操業実験により、発生ガス温度ピーク半
値幅（ｔａ）と炭化室内欠落バラツキの程度との関係を
、装入から発生ガス温度最高点到達までの経過時間毎に
求めておく。発生ガス温度ピーク半値幅時間（ｔａ）と
炭化室内欠落バラツキの程度との関係は、例えば石炭中
の温度測定により炭化室内各部の火落時間のバラツキ（
σ）を測定することにより第２図に示す欅な関係として
求められる。この時、押出時の黒煙発生状況を同時に観
察しておき、黒煙発生上許容できる限界の窯内欠落バラ
ツキを決定しておく、この許容限界となる点を発生ガス
最高温度点到達時間とピーク半値幅時間（ｔａ）との関
係を図示すると第３図が得られる。

次に、コークス炉の実操業において、各炭化室毎の発生
ガス温度ピーク（Ｔｍ）を検出し、最高温度到達時間及
びピーク半値幅時間（ｔａ）を計算する。その結果、第
３回において例えばピーク温度点到達時間が１７時間で
あった場合には、その炭化室のピーク半値幅時間（ｔａ
）が１２０分以下であれば予定どおり押出作業を行うこ
とができ、逆に１２０分より大きければその炭化室はそ
のまま押出すと黒煙発生が予測されるため、押出を遅ら
せる等のアクシロンをとることになる。その際、アクシ
ョンの程度は第３図より求められる炭化室内欠落バラツ
キの程度により判定することができる。

〈発明の効果〉 以上説明したように、 （１）　　炉内欠落バラツキ異常炭化室を容易に検出で
きる。特に、欠落判定を行うためにすでに発生ガス温度
計およびそのデータ処理装置（計算機等）が設置されて
いるコークス炉においては、特別な設備の追加なしで欠
落バラツキの判断も達成できる。

（２）異常炭化室の検出が乾留中に可能であり、押出前
に押出予定時刻の変更や燃焼条件の変更等の対策を実施
できるので、欠落不良のままコークスを押出すことが防
止できる。これにより押出時の黒煙発生や不良品質コー
クスの発生、または押詰りトラブル等を防止できる。

（３）早期に炭化室内欠落バラツキの異常が検出でき、
異常原因の調査と対策を早期に実施できるため、欠落バ
ラツキ低減による乾留熱量の低減のチャンス・ロスが少
なくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は乾留末期における乾留時間と発生ガス温度との
関係を示すグラフ、第２図は発生ガス温度ピーク半値幅
時間と炭化室内火落時間のバラツキと欠落バラツキ許容
限界との関係を示すグラフ、第３図は石炭装入から発生
ガス温度ピーク到達までの時間と発生ガス温度半値幅時
間と欠落バラツキ許容限界との関係を示すグラフ、第４
図は石炭装入からの経過時間と発生ガス温度との関係を
示すグラフである。 特許出願人　　　川崎製鉄株式会社 第　１　図 第２図 （分〕

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、コークス炉の炭化室に装入した石炭の乾留によって
   発生するガスの温度を連続的に測定して炭化室の長手方
   向における火落時刻のバラツキを判定する方法であって
   、前記炭化室から発生するガスが温度上昇を開始する時
   刻ｔｓまでの平均的ガス温度Ｔｓと乾留末期に温度上昇
   がピークに達する時刻をｔｍにおけるピークガス温度Ｔ
   ｍとから両者の温度差ΔＴ＝Ｔｍ−Ｔｓを求め、前記温
   度差ΔＴの１／４〜３／４に相当する温度範囲における
   温度上昇から温度下降に亘るガス温度ピーク幅時間ｔａ
   を求め、当該幅時間ｔａを指標として火落時刻のバラツ
   キ程度を判定することを特徴とするコークス炉における
   火落時刻のバラツキ判定方法。 ２、炭化室から発生するガスが温度上昇を開始する時刻
   ｔｓまでの平均的ガス温度Ｔｓと乾留末期に温度上昇が
   ピークに達する時刻ｔｍでのピークガス温度Ｔｍとから
   両者の温度差ΔＴ＝Ｔｍ−Ｔｓを求め、前記温度差ΔＴ
   の１／２に相当する温度における温度上昇から温度下降
   に亘るガス温度ピーク幅時間ｔａを求め、当該幅時間ｔ
   ａを指標として火落時刻のバラツキ程度を判定する請求
   項１記載のコークス炉における火落時刻のバラツキ判定
   方法。 ３、炭化室への石炭装入ｔｏから乾留末期に発生ガスの
   温度がピークに達する時刻ｔｍまでの経過時間に基づい
   て火落時刻のバラツキ程度を判定する請求項１または請
   求項２のコークス炉の火落時刻のバラツキ判定方法。