JPH0532974A

JPH0532974A - コークス炉における乾留制御方法

Info

Publication number: JPH0532974A
Application number: JP21033291A
Authority: JP
Inventors: Takafumi Sachi; 孝文佐地
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-07-26
Filing date: 1991-07-26
Publication date: 1993-02-09

Abstract

(57)【要約】【目的】プログラム加熱を実施しているコークス炉炭
化室への装入炭の装入において、装入炭との接触による
壁面温度の低下を、通常装入法の壁面温度低下程度に抑
制する。【構成】プログラム加熱を実施しているコークス炉１
の操業において、１回当りの装入石炭レベルを６００ｍ
ｍ以下とし、１０〜２０分間隔で装入するか、装入石炭
レベルを６０〜３０ｍｍ／ｍｉｎの割合で連続装入する
ことによって、装入炭との接触による壁面温度の低下を
抑制する。【効果】炭化室壁を構成するケイ石煉瓦の温度低下が
抑制され、煉瓦のスポーリングが減少して炉寿命が延長
できる。また、ガス発生量が平滑化されて装入直後のガ
ス洩れの減少、ガス精製工程でのガス圧力、ガス量調整
頻度が減少する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、プログラム加熱を実
施しているコークス炉において、炭化室へ装入炭を装炭
時の炉壁煉瓦の温度低下を抑制できる乾留制御方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】通常、室炉式コークス炉の操業において
は、コークス炉の炉上に敷設したレール上に走行自在に
載置した装炭車のホッパーに１窯分の装入炭を積載し、
５窯飛びで赤熱コークスを排出した炭化室上に装炭車を
走行移動せしめ、炉上の複数個の装入口を開放して装入
炭を自然落下により炭化室に装入し、押出機のレベラー
を炉蓋の均し口から炭化室に挿入して進退せしめ、装入
された石炭の上面を水平に均すのが一般的である。

【０００３】上記赤熱コークスを排出した装入される直
前の炭化室の壁面温度は、通常約１０００〜１１００℃
であるが、装入に伴いほぼ室温で７〜１１％の水分を含
有する装入炭との接触により、通常装入法では図３に示
すとおり、約３００〜４００℃の急激な温度低下が生じ
る。この急激な温度低下は、窯出しのたびに繰返されさ
れる。特に乾留熱量の低減を目的として、トータル入熱
量を設定し、乾留初期および乾留末期に集中して入熱す
るプログラム加熱を実施しているコークス炉の操業にお
いては、連続した窯、例えば５窯を１ブロックとした隣
接窯連続装入を行うため、図２に示すとおり、５本飛び
一括装入法を実施している図３に示す通常装入法に比較
し、炭化室壁温度の低下が約５００℃と大幅で、このよ
うな急激な温度変化の繰返しによる炭化室壁煉瓦の亀
裂、剥離など、いわゆるスポーリングが懸念されてい
る。

【０００４】上記炭化室への装入炭の装入に伴う壁面の
急激な温度低下を防止する有効な方法としては、水分を
５〜６％に低減して装入する調湿炭装入法、水分０〜１
％の装入炭を装入する予熱炭装入法等の装入炭水分の低
減による効果と、装入時の室温以上の装入炭の顕熱によ
る効果を利用する方法、あるいは最初に装入炭全量の１
／２〜１／３を装入し、残りを火落時間までの間に一括
または分割して装入乾留する方法（特開昭６３−１８７
７９６号公報）が有効と考えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記装入炭水
分の低減による効果と、装入時の室温以上の装入炭の顕
熱による効果を利用する調湿炭装入法、予熱炭装入法等
は、炭化室へ一度に全量を装入する一括装入法であるた
め、水分７〜１１％の装入炭を装入する通常装入法に比
べ、炭化室壁温度の低下を抑制できるものの、炭化室壁
煉瓦を構成するけい石煉瓦の熱膨張変態点の一つである
８７０℃より大幅に壁面温度が低下することは避けられ
ない。また、乾留促進（脱ガス反応）効果によって、装
入直後のガス発生量が急増し、コークス炉においては装
入作業、均し作業時のガス洩れによる公害が、ガス精製
工程においてはガス圧力、ガス量の調整処置の頻度が増
加する等の欠点がある。また、特開昭６３−１８７７９
６号公報に開示の方法は、最初に装入炭全量の１／２〜
１／３を装入するため、炭化室下部の壁面温度の急激な
低下が避けられない欠点がある。

【０００６】この発明の目的は、プログラム加熱を実施
しているコークス炉の炭化室への装入炭の装入におい
て、装入炭との接触により壁面温度が低下しても、その
温度低下を通常装入法における温度低下に抑制できるコ
ークス炉における乾留制御方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、プログラ
ム加熱を実施しているコークス炉の操業において、上記
目的を達成すべく装入方法について種々試験研究を行っ
た。その結果、装入炭の装入量および装入タイミングを
コントロールすることによって、装入炭との接触により
壁面温度が低下しても、通常の５本飛び一括装入法の温
度低下程度に抑制できることを見い出し、この発明に到
達した。

【０００８】すなわちこの発明は、プログラム加熱を実
施しているコークス炉の操業において、１回当りの装入
石炭レベルを６００ｍｍ以下とし、１０〜２０分間隔で
分割装入するのである。

【０００９】また、プログラム加熱を実施しているコー
クス炉の操業において、装入石炭レベルを６０〜３０ｍ
ｍ／ｍｉｎの割合で連続装入するのである。

【００１０】

【作用】この発明においては、１回当りの装入石炭レベ
ルを６００ｍｍ以下とし、１０〜２０分間隔で分割装入
することによって、一回の装入による最大壁面降下温度
が３００℃以下となり、通常の５本飛び一括装入法の装
入後の炭化室壁面温度低下程度に抑制することができ、
けい石煉瓦のスポーリングを抑制することができる。ま
た、従来法の５本飛び一括装入法によるガス発生量は、
装入直後に最大のピークが生じ、平均発生量との相対比
では約４〜５倍もの発生が確認されており、特に調湿炭
装入法、予熱炭装入法でこの傾向が強く、装入時のガス
洩れなど公害面の懸念があった。しかし、この方法にお
けるガス発生量は、装入直後の最大ピークが平均発生量
との相対比で１．６以下に低下するのである。

【００１１】また、装入石炭レベル６０〜３０ｍｍ／ｍ
ｉｎの割合で連続装入することによって、前記分割装入
以上の装入炭の分散が可能となり、炭化室壁面保有熱量
の移動時間の確保による温度低下防止効果が得られるの
である。この場合においても、装入速度は、上記分割装
入法の装入速度と概ね一致させることが必要である。

【００１２】上記この発明の分割装入法および連続装入
法における装入終了時期は、乾留後の中心コークス温度
から判断すると、装入開始から２時間後がｍａｘと考え
られる。したがって、この発明の分割装入法および連続
装入法のいずれにおいても、例えば、炉高７１２５ｍ
ｍ、有効装入高６６００ｍｍとした場合、１回当りの装
入レベルを６００ｍｍ、装入間隔１０分とすると、装入
開始から１１０分で装入が完了することとなる。また、
連続装入する場合は、６０ｍｍ／ｍｉｎとすれば、同様
に１１０分で装入が完了する。

【００１３】

【実施例】以下にこの発明の詳細を実施例により説明す
るに先立ち、使用する試験コークス炉は、長さ１０００
ｍｍ、高さ２０００ｍｍ、炉幅４５０ｍｍの単室炉であ
るため、プログラム加熱による隣接窯への装入に伴う急
激な抜熱の影響の調査ができない。そこで、次のとおり
〜の事前調査を実施した。プログラム加熱による隣接窯への装入と同様の抜熱を
得る手段として冷却用空気を用い、両端から炭化室の冷
却を行うこととし、冷却用空気の吹込み条件を求めるべ
く、まず図１に示す伝熱モデルを用いて一括装入法での
隣接窯装入に伴う炉壁温度への影響を確認し、その結果
に基いて試験コークス炉での冷却用空気の吹込み条件を
種々変化させ、冷却用空気の吹込み条件を決定した。次に順次装入の最適な装入量およびそのタイミングを
確認した。上記およびの事前調査に基き、隣接窯装入に伴う抜
熱の影響を空気吹込みで再現しながら上記で求めた最
適な装入量およびそのタイミングに基いて、試験コーク
ス炉で分割装入を実施し、炉壁温度への影響を調査し
た。さらに、分割装入に伴い、最終的に装入される上部
のコークス乾留終了時点のコークス温度を調査した。

【００１４】図１に示す伝熱モデルによる事前検討、図
１の燃焼室１１の中心を火点１２とし、燃焼室１１と両
側炭化室１３、１３との間は１００ｍｍのけい石煉瓦の
壁１４、１４で、炭化室１３、１３は中心で断熱し、火
点１２より水平に熱が伝達するものとして壁１４の炭化
室１３側表面から５ｍｍの地点１５と炭化室中心点１６
に温度計を設置して温度測定した。伝熱基礎方程式Ｃｐｑ（δＴ／δｔ）＝δ／δｘ［λ（δ²Ｔ／δｘ²）］ただし、Ｃｐ：石炭の比熱（ｋｃａｌ／ｋｇ・℃）ｑ：石炭の密度（ｋｇ／ｍ³）Ｔ：固体各部の温度（℃）ｔ：時間（Ｈｒ）ｘ：熱の伝わる方向の距離（ｍ） λ：熱伝導率（ｋｃａｌ／ｍ・Ｈｒ・℃）燃焼室側境界条件式ＦｒＣｐ（Ｔｔ−Ｔｇ）＝ｈＡ（Ｔｇ−Ｔｗ）ただし、Ｆ：燃料ガス量（ｍ³／Ｈｒ）ｒ：燃焼ガス量／燃料ガス量Ｔｔ：理論火炎温度（℃）Ｔｇ：燃料ガス温度（℃）Ｔｗ：煉瓦温度ｈ：熱伝達率（ｋｃａｌ／ｍ²・Ｈｒ・℃）Ａ：伝熱面積（ｍ²）炭化室側境界条件：炭化室の中心で断熱

【００１５】以上のシミュレーション伝熱モデルを使用
し、シミュレーションパラメーターとして熱伝導率の係
数を採用し、これを種々変化させることによって炭中温
度の実測値と計算値を５本飛び一括装入条件下で合わせ
た。このパラメーターを使用して隣接窯装入を行った条
件で２０時間乾留のプログラム加熱パターンに基き、乾
留時間と炭化室壁温度との関係を演算した。その結果を
図２に示す。また、比較のため、５本飛び一括装入法の
乾留時間と炭化室壁温度との関係を図３に示す。図２に
示すとおり、プログラム加熱による隣接窯装入は、図３
に示す５本飛び一括装入に比較し、装入に伴う炉壁表面
温度の低下が著しく大きい。

【００１６】試験テスト炉での隣接窯装入による炉壁温
度への影響再現のための冷却空気による抜熱条件の確認
テストを次のとおり実施した。伝熱モデルによる隣接窯
装入に伴う炉壁温度低下の結果に基き、１室の試験コー
クス炉において隣接窯相当の炉壁抜熱を再現すべく、図
４に示すとおり、炭化室２１両側に空気吹込みノズル２
２を設けて空気を吹付け、炉壁２３からの距離、流量を
種々変化させ、プログラム加熱条件下で炉壁表面温度が
図２と概ね一致する条件を求めた。その結果を図５に示
す。図５のイは炉壁温度低下４００℃、ロは炉壁温度低
下５００℃、ハは炉壁温度低下６００℃の場合を、ま
た、破線はシミュレーション結果の壁温度低下５５０℃
の場合を示す。

【００１７】図６に示す長さ１０００ｍｍ、高さ２００
０ｍｍ、炉幅４５０ｍｍの電気炉からなる試験コークス
炉１の炉壁は１００ｍｍのけい石煉瓦からなっている。
この試験コークス炉１の上部装入口２から装入レベルを
下段６００ｍｍ、中段１２００ｍｍ、上段１８００ｍｍ
の３レベルで装入し、炭化室３の壁温度低下を炭化室３
の壁面から５ｍｍの位置で、温度低下の最大と考えられ
る各装入レベルの中間高さ位置に熱電対Ｌ、Ｍ、Ｈを配
設し、装入炭水分、装入炭温度を変化させて測定した。
また、全量一括装入に相当する上段レベル時は２０時間
乾留における発生ガス量を測定した。そして装入レベル
と最大壁温度低下温度差、装入炭性状との関係を図７に
示す。装入炭性状と平均ガス発生量に対するピークガス
発生量の比を表１に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】図７に示すとおり、下段以上、すなわち一
度の装入量が６００ｍｍを超えると最大壁温降下温度差
は、１５０℃をこえることが明らかである。したがっ
て、従来法は、いずれも一括装入、あるいは最初に１／
２〜１／３を装入するものであるから、装入に伴う壁温
度の降下が１５０℃を超えることが明白である。さら
に、従来法によるガス発生量の特徴は、表１に示すとお
り、装入直後に最大のピークが生じ、平均ガス発生量と
の相対比では、約４〜７倍もの発生が確認された。特に
調湿炭法、予熱炭法でこの傾向が強く、装入時のガス洩
れなどの公害面の懸念がある。なお、最大壁温降下温度
差の試験は、装入レベルを確認しながら実施したため、
装入炭性状毎の装入重量に差があり、単にガス発生量で
の比較ではなく平均ガス発生量との相対比とした。

【００２０】前記試験により、一度の装入量は、炭化室
の壁温度低下から判断して６００ｍｍ以下が望ましいこ
とが明白であるから、１回の装入量を６００ｍｍ以下の
順次分割装入が有効と判断されたので、順次装入実施に
必要な装入ピッチによる壁温度低下の影響、ガス発生量
の推移および装入レベルの変化について試験した。使用
した装入炭は、水分８．５％、装入量５４０ｋｇ（１８
０ｋｇ×３回）の条件で実施した。さらに、順次装入の
最後に装入される部分を想定した最終コークス温度への
影響について試験した。その結果を、装入ピッチと最大
壁温降下温度差、装入レベルの関係を図８に、装入ピッ
チと平均ガス発生量に対する最大ガス発生量の比を表２
に示す。

【００２１】

【表２】

【００２２】例えば、１回の装入量を６００ｍｍとした
場合、炭化室の壁温降下温度１５０℃以下とするために
は、図８に示すとおり、その装入ピッチを１０分以上と
しなければならない。実際のコークス炉の装入レベル
は、現状では６６００ｍｍ前後が最大であるから装入に
約２時間を要することとなる。また、装入レベルは、図
８から明らかなとおり、装入ピッチの増加に伴い一定重
量装入後の装入レベルが低下している。このため、装入
量が一定重量であれば、均し作業を省略することができ
る。また、装入量が一定装入レベルであれば、装入量を
増加させることができ、生産性が向上する。さらに、表
２に示すとおり、ガス発生量は、表１に比較して大幅に
低下している。使用した試験炉の場合は、装入高さに対
する１回の装入高さの比が１／３もあるが、実炉では１
／６〜１／１１のため、表２の値はもっと１．０に近付
くと考えられる。

【００２３】実施例１上記の結果からプログラム加熱における分割装入法の炉
壁温度降下を、前記試験コークス炉により確認試験を実
施した。確認試験は、事前調査により確認した隣接窯装
入相当の冷却空気を吹込みながら、水分８．５％の装入
炭で実施した。その結果を図９に示す。図９に示すとお
り、図２に示すプログラム加熱法（隣接窯装入）におけ
る一括装入に比較し、分割装入を実施することによって
炉壁温度の低下は、本試験条件下で図３に示す通常の５
本飛び装入法程度に抑制することができる。

【００２４】実施例２分割装入法適用時に問題となる最終装入部分のコークス
温度の確認試験を実施した。すなわち、水分８．５％の
装入炭を使用し、テスト試験炉を実炉の上部と想定し、
２時間および３時間後に装入してそれぞれ１８時間およ
び１７時間の乾留時間とした場合の中心部温度を測定し
た。装入前の２時間および３時間は空窯状態とする。そ
の結果を図１０に示す。なお、比較例として、プログラ
ム加熱で一括装入した場合の結果を図１１に示す。図１
０に示すとおり、加熱条件を従来法と同一（投入熱量一
定）としたため、装入が開始されるまでは通常加熱の状
態で空窯となるため、実線で示す炉壁温度が破線に示す
とおり上昇する。図１０をまとめたものを表３に示す。

【００２５】

【表３】

【００２６】表３に示すとおり、最終装入時間は、プロ
グラム加熱のコークス炉の場合、２時間以内に装入が完
了することが望ましい。なお、１８時間乾留にもかかわ
らず比較例に比べ、従来最終コークス温度にほとんど差
がないのは、空窯状態での温度上昇により、装入後急速
乾留を受けたためと判断される。

【００２７】上記実施例１〜２においては、この発明方
法のうち、分割装入法について説明したが、連続装入法
においても同様の効果が得られることは以下の理由から
明らかである。すなわち、従来法に比較してこの発明法
の分割装入法の効果は、装入の分散による壁保有熱量の
移動時間の確保による温度低下防止が明白であり、分割
装入法以上に装入の分散が可能な連続装入法は、少なく
とも同程度の効果が得られる。ただし、連続装入法にお
いても、装入速度（ｍｍ／ｍｉｎ）は分割装入法の装入
速度と概ね一致させることが肝要である。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたとおり、この発明方法によれ
ば、プログラム加熱を実施しているコークス炉におい
て、炭化室の壁面を構成するけい石煉瓦の装入炭の装入
に伴う温度低下を、通常の５本飛び一括装入を実施の場
合とほぼ同等程度まで大幅に低減でき、壁面煉瓦のスポ
ーリングが減少し、炉寿命の延長を図ることができる。
また、コークス生産量を一定とする場合は、装入後の均
し作業を削減でき、装入レベルを一定とする場合は、装
入量を増加できるので、生産性が向上する。さらに、ガ
ス発生量が平滑化され、装入直後のガス洩れが大幅に低
減し、ガス精製部門でのガス量管理が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】伝熱モデルの説明図である。

【図２】シミュレーション伝熱モデルでのパラメーター
を用いた計算によるプログラム加熱による隣接窯装入時
の乾留時間と炭化室壁温度との関係を示すグラフであ
る。

【図３】従来法の一括装入での乾留時間と炭化室壁温度
との関係を示すグラフである。

【図４】試験コークス炉での隣接窯装入の影響を再現す
るための空気による抜熱条件確認テストの説明図であ
る。

【図５】隣接窯装入に伴う炉壁温度の低下と空気吹込み
量、空気吹込み時間ならびに炭中９８０℃到達時間との
関係を示すグラフである。

【図６】使用した試験コークス炉の炭化室を示すもの
で、（ａ）図は側面図、（ｂ）図は分割装入レベルを説
明するための縦断面図である。

【図７】装入レベルと最大壁温度低下温度差、装入炭性
状との関係を示すグラフである。

【図８】装入ピッチと最大壁温降下温度差、装入レベル
の関係を示すグラフである。

【図９】実施例１におけるプログラム加熱法での分割装
入の乾留時間と炭化室壁温度および中心コークス温度の
推移を示すグラフである。

【図１０】実施例２における本発明のプログラム加熱法
の分割装入で１８時間乾留時の乾留時間と壁温度および
中心コークス温度の推移を示すグラフである。

【図１１】実施例２の比較例のプログラム加熱法の一括
装入での２０時間乾留時の乾留時間と壁温度および中心
コークス温度の推移を示すグラフである。

【符号の説明】

１試験コークス炉２装入口３、１３、２１炭化室１１燃焼室１２火点１４壁１６炭化室中心点２２空気吹込みノズル２３炉壁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プログラム加熱を実施しているコークス
炉の操業において、１回当りの装入石炭レベルを６００
ｍｍ以下とし、１０〜２０分間隔で分割装入することを
特徴とするコークス炉における乾留制御方法。
【請求項２】プログラム加熱を実施しているコークス
炉の操業において、装入石炭レベルを６０〜３０ｍｍ／
ｍｉｎの割合で連続装入することを特徴とするコークス
炉における乾留制御方法。