JPH0728945U - コークス炉蓄熱室 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 蓄熱室内におけるガスと蓄熱煉瓦との熱交換
を可及的に均一に行わせ、切替え時間内での温度変化を
低減すること。 【構成】 コークス炉燃焼室２からの高温排ガスと、該
燃焼室２へ供給する空気あるいは燃料である低発熱量ガ
スとを熱交換する蓄熱室において、上部に充填する蓄熱
煉瓦３ｃの比表面積を下部に充填する蓄熱煉瓦３ｃの比
表面積よりも大きくしたり、また、孔径が小さく開口率
が小さい蓄熱煉瓦３ｃを蓄熱室の上部に充填する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、コークス炉の蓄熱室に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

図３に示すように、コークス炉は、石炭を乾留する炭化室１と、炭化室１へ熱 を供給するために燃料を燃焼させる燃焼室２と、燃焼室２からの燃焼排ガスと燃 料ガス或いは燃焼用空気（以下、単に「空気」という）とを熱交換する蓄熱室３ ａ・３ｂの３つの部分に大別される。

【０００３】 そして、前記蓄熱室はさらに２組に分けられ、一方の蓄熱室３ａで予熱された 燃料ガスあるいは空気が燃焼室に供給された後、他方の蓄熱室３ｂで燃焼ガスの 顕熱を蓄熱するという操作を２０〜３０分間行った後、ガスの流れを反対にして 、先に蓄熱した他方の蓄熱室３ｂで予熱を行い、予熱を行った一方の蓄熱室３ａ で蓄熱を行う。以上の操作を繰り返して熱交換を行うのである。

【０００４】 ところで、蓄熱室の中には蓄熱煉瓦３ｃと称する孔の開いた煉瓦が充填されて おり、燃焼排ガスと燃料ガスあるいは空気とはこの蓄熱煉瓦を介して熱交換する 。すなわち、燃焼排ガスが蓄熱室を上から下へと流れる間に顕熱を蓄熱煉瓦に渡 して蓄熱し、逆に燃料ガスあるいは空気が下から上へと流れる間に蓄熱煉瓦に蓄 えられた熱をもらって予熱されるのである。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

燃焼排ガスや燃料ガス又は空気が蓄熱室内を一定方向に流れている時間（以下 、これを「切替え時間」という）は、上記したように通常２０〜３０分で、この 切替え時間内は蓄熱あるいは予熱が続いているので、蓄熱煉瓦の温度は変化し続 けている。この蓄熱煉瓦の温度変化はガス温度の変化にも反映され、排ガス流出 温度や燃料ガス、空気の予熱温度が変化することになる。

【０００６】 この切替え時間内の温度変化は蓄熱効率を低下させ、変化幅が大きくなると排 ガス低温時の酸結露による腐食、高温時の切替え器等の熱歪みの発生といった問 題につながるので、切替え時間内の温度変化は小さいほうがよいことは言うまで もない。

【０００７】 ところで、切替え時間内の温度変化は、蓄熱煉瓦に蓄熱した、或いは蓄熱煉瓦 から予熱された熱量、すなわち熱交換量に比例し、蓄熱室に充填した蓄熱煉瓦の 熱容量に反比例する。一方、熱交換量はコークス炉の規模により予め設定される ので、蓄熱煉瓦の熱容量が大きければ温度変化は小さくなる。しかし、現状の蓄 熱室では、ガスとの熱交換量と熱容量から推算した切替え時間内の温度変化より も実態の温度変化の方が大きい。

【０００８】 この差異は熱交換が均一に行われていないことに起因している。すなわち、蓄 熱室内の温度分布は図４に示すように、蓄熱室の上部では温度降下が小さく、下 部では大きくなっている。また、ガスと蓄熱煉瓦の温度差は上部ではほとんどな く、下部になるほど大きくなっている。一方、熱交換量はガス温度差にほぼ比例 し、熱交換量だけガス温度は変化することから、蓄熱室の上部では熱交換はあま り行われておらず、下部にゆくほど良く熱交換されている。この結果、切替え時 間内の温度変化も蓄熱室上部では小さく、下部では大きくなっている。

【０００９】 すなわち、従来の蓄熱室では均一な熱交換が行われておらず、下部ほど熱交換 量が多くて蓄熱室全体の熱容量が均等に温度変化に対応していない結果、切替え 時間内での温度変化が大きくなっている。言い換えれば、熱容量は蓄熱煉瓦に蓄 えられる熱量に対応するが、蓄熱室の上部では蓄熱した熱量があまり熱交換に使 われていないことになる。

【００１０】 本考案は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、蓄熱室全体に わたって均一な熱交換を可能とし、切替え時間内の温度変化を可及的に小さくで きるコークス炉蓄熱室を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

上記した目的を達成するために、本考案のコークス炉蓄熱室は、コークス炉燃 焼室からの高温排ガスと、該燃焼室へ供給する空気あるいは燃料である低発熱量 ガスとを熱交換する蓄熱室において、上部に充填する蓄熱煉瓦の比表面積を下部 に充填する蓄熱煉瓦の比表面積よりも大きくしているのであり、また、孔径が小 さく開口率が小さい蓄熱煉瓦を蓄熱室上部に充填しているのである。

【００１２】

【作用】

先に説明したように、切替え時間内の温度変化は交換熱量に比例し、熱容量に 反比例する。そして、熱容量は煉瓦の体積に比例するから、従来の蓄熱室では上 下部における熱容量は均等である。従って、交換熱量を均等にすれば切替え時間 内の温度変化を均等に分散でき、変化温度を小さくできる。

【００１３】 一方、交換熱量は蓄熱煉瓦の比表面積及びガスと煉瓦との温度差に比例するの で、比表面積が大きいとガスと煉瓦との温度差が小さくても交換熱量は多くなる 。そこで、本考案では、ガスと煉瓦との温度差が小さい蓄熱室の上部に比表面積 の大きな蓄熱煉瓦を使用することで、蓄熱室上部での熱交換量を増加し、ガスと 煉瓦との温度差が大きい下部での熱交換量と同等にしているのである。なお、比 表面積は、蓄熱煉瓦の孔径を小さくし、孔数を増やすことで増加させることがで きる。

【００１４】 ところで、蓄熱室の上部でガスと煉瓦との間の熱交換量が少ないのは、蓄熱室 の上部が１０００℃以上の高温であり、熱放射による伝熱が起こっているためで ある。この熱放射は空間を介して煉瓦から煉瓦へと伝わるので、ガスとの熱交換 には何等関与しない。従って、蓄熱室上部での熱放射による伝熱を小さくし、対 流伝熱の寄与を大きくすれば、ガスと煉瓦との間の交換熱量を多くできることに なる。

【００１５】 また、熱放射は上記したように空間を介して煉瓦から煉瓦へ伝熱するので、空 間を少なくすれば放射による伝熱を少なくできる。従って、開口率の小さな蓄熱 煉瓦を蓄熱室の上部に使用すれば熱放射が少なくなる。また、同じ開口率であっ ても小さい孔を持つ蓄熱煉瓦の方が熱放射を抑制できる。孔の上底面から下底面 に放射で伝熱するとき、下底面が上底面から受ける放射熱量は上底面に比例する からである。そこで、本考案では、蓄熱室上部に開口率が小さく孔径の小さい蓄 熱煉瓦を充填することで、放射伝熱を抑制し、ガスと煉瓦との間の交換熱量を増 加させているのである。

【００１６】

【実施例】

以下、本考案のコークス炉蓄熱室を図１に示す実施例に基づいて説明する。 図１は本考案及び比較例のコークス炉蓄熱室内における蓄熱煉瓦の使用状況の 説明図である。

【００１７】 蓄熱煉瓦を３ｍの高さ積める蓄熱室に蓄熱煉瓦を図１に示すように充填し、１ １００℃の燃焼排ガスを上部から、また２５℃の空気を下部から３０分切替えで 流して熱交換させた。 〔実施例１〕 図１（ｂ）は蓄熱室の１／３ごとに、表１に示すような、異なる比表面積を持 つ蓄熱煉瓦３ｃａ・３ｃｂ・３ｃｃを充填した。また、比較例として図１（ａ） に示すように、一様に同一の蓄熱煉瓦３ｃａを充填した。そして、上記したよう に熱交換させた際の蓄熱室内の温度分布を測定したところ、図２に示すように、 本実施例１では蓄熱室上部での温度降下が大きくなって、蓄熱室全体にわたって より平均的に温度降下し、より均一に熱交換が行われていた。一方、比較例では 、蓄熱室上部では温度降下が小さく、蓄熱室下部で大きく温度低下していた。ま た、排ガス温度は、表２に示すように、本実施例１では比較例よりも低下し、切 替え時間内の温度変化が小さくなった。

【００１８】 本実施例１では、１／３ずつ煉瓦の形状を変えているので、その境界では温度 分布が不連続になっている（図２参照）。これは、蓄熱室の上段になるに従って 順次比表面積の大きな蓄熱煉瓦を使用すれば、なめらかな温度分布となってより 均一に熱交換し、切替え時間内の温度変化が小さくなるが、本実施例１のように 大まかに分割しても熱交換の均一化、切替え時間内での温度変化低減に効果があ る。勿論、２段に大別してもよいし、均等に分割せず、例えば上部１／３と下部 ２／３に分割してもよいことは言うまでもない。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】 〔実施例２〕 図１（ｃ）は蓄熱室の上部１／３に、下部２／３に充填した蓄熱煉瓦３ｃａと 比較して、表１に示すように、比表面積が同等で孔径が小さく開口率を約半分と した蓄熱煉瓦３ｃｄを充填した。この実施例２の場合、図２に示すように比較例 に比べて蓄熱室上部での熱交換が多くなって温度降下が大きくなり、蓄熱室下部 での熱交換の負荷が緩和された。その結果、切替え時間内での温度変化は比較例 より小さくなった。

【００２２】 〔実施例３〕 図１（ｄ）は蓄熱室の下部２／３には１／３ずつ異なる種類の蓄熱煉瓦３ｃａ ・３ｃｂを充填し、また蓄熱室の上部１／３には比表面積の大きい蓄熱煉瓦３ｃ ｃと開口率の小さい蓄熱煉瓦３ｃｄを交互に積んだものである。この実施例３は 、上段ほど比表面積の大きな蓄熱煉瓦を使用することで実施例１の効果を発揮さ せ、また上段ではガスと蓄熱煉瓦との間の熱交換を多くする比表面積の大きな蓄 熱煉瓦と、放射伝熱を抑えうる開口率の小さい蓄熱煉瓦とを交互に積むことで実 施例２の効果をも発揮できる。本実施例３ではさらに熱交換が均一に行われ、温 度分布が直線的な分布に近づき、また、切替え時間内の温度変化も小さくなった 。

【００２３】 本実施例３では、蓄熱室上部で開口率の小さい蓄熱煉瓦と比表面積の大きな蓄 熱煉瓦を組み合わせたが、両方の性能をもつ蓄熱煉瓦を使用してもよいことは言 うまでもない。同等の開口率で比表面積を大きくするには孔を小さくし、数を増 やせばよいので、孔を十分小さくすれば開口率が小さく、かつ、比表面積の大き な蓄熱煉瓦を製作できる。

【００２４】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案のコークス炉蓄熱室によれば、蓄熱室内における ガスと蓄熱煉瓦との熱交換を可及的に均一に行わせることができ、切替え時間内 での温度変化を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案及び比較例のコークス炉蓄熱室内におけ
る蓄熱煉瓦の使用状況の説明図である。

【図２】本考案及び比較例における蓄熱室内の温度分布
を示す図である。

【図３】コークス炉の概要を説明する図である。

【図４】現状の蓄熱室内における温度分布を示す図であ
る。

【符号の説明】

３ｃａ 蓄熱煉瓦 ３ｃｂ 蓄熱煉瓦 ３ｃｃ 蓄熱煉瓦 ３ｃｄ 蓄熱煉瓦

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 コークス炉燃焼室からの高温排ガスと、
   該燃焼室へ供給する空気あるいは燃料である低発熱量ガ
   スとを熱交換する蓄熱室において、上部に充填する蓄熱
   煉瓦の比表面積を下部に充填する蓄熱煉瓦の比表面積よ
   りも大きくしたことを特徴とするコークス炉蓄熱室。
2. 【請求項２】 孔径が小さく開口率が小さい蓄熱煉瓦を
   蓄熱室上部に充填したことを特徴とする請求項１記載の
   コークス炉蓄熱室。