JP2016035028A - コークス乾式消火設備のガス吹込装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コークスの温度のばらつきを抑制し、コークスの顕熱のエネルギー回収量の増加及び安定を図ることのできるコークス乾式消火設備のガス吹込装置の提供。【解決手段】上部においてコークスが装入される冷却塔２の下部からガスを吹き込むコークス乾式消火設備１のガス吹込装置７であって、ガスを吹き込むブラストヘッド３０を複数有し、複数のブラストヘッド３０は、上方に向かってその大きさが順に小さくなるように配置されている、という構成を採用する。【選択図】図１

Description

本発明は、コークス乾式消火設備のガス吹込装置に関するものである。

高炉に投入するコークスは、コークス炉で石炭を乾留（蒸し焼き）して生成している。乾留後のコークスは、高温（１０００℃前後）状態を保っており、そのままでは、ベルトコンベヤによる搬送及び大気中での貯留ができず、高炉に装入することができないため、コークス消火設備を使用して装入可能な温度に下げている。

以前は湿式消火方式（水を赤熱したコークスに噴射し消火して温度を下げる）が主流であったが、この方式の場合は、消火に伴う白煙（蒸気）の発生によりコークスの粉が周囲に飛散し公害発生源となるとともに、赤熱コークスの大きな顕熱が無駄に捨てられていた。
現在は乾式消火方式（不活性ガスを流し、この冷却ガス流で消火し温度を下げる）が主流になっており、コークス炉から押し出された赤熱コークスをバケットに積載し、コークス消火設備の冷却塔の上部から装入している。

コークス乾式消火設備において、冷却塔に装入したコークスを均一な速度で降下させることは、コークスを均一に冷却して、コークス乾式消火設備の安定操業を図る上で極めて重要なことである。
下記特許文献１には、コークスの降下を均一化して、コークスの冷却効率を向上させるべく、冷却塔の水平断面における中央に位置するように配置された主ブラストヘッドと、主ブラストヘッドの下方に配置され、主ブラストヘッドよりも小さい直径の小ブラストヘッドと、を備えるコークス乾式消火設備が開示されている。

特開２０１１−２０７９１９号公報

ところで、冷却塔の上部から装入されるコークスには、様々な粒径のものが含まれているため、冷却塔の内部にて粒度偏析が生じる。具体的には、コークスの着地点から離れるほどコークスの粒径が大きくなる傾向にある。このコークスの粒径の差異により、コークスの隙間を流通するガスの量に偏りが発生し、結果的に冷却塔から排出されるコークスの温度がばらつき、また、熱回収の観点からも損失が発生している。

特許文献１に記載の主ブラストヘッドの下方に小ブラストヘッドを配置する構成は、主ブラストヘッドの下方領域をガスによる冷却ゾーンとすることができ、冷却塔から排出される前にコークスの温度のばらつきを抑えることができる。
しかしながら、冷却塔の底部は通常、ファンネル（漏斗）形状となっており、スペースが殆ど取れないため、小ブラストヘッドを設置できるのは大型の冷却塔のみである。
また、小ブラスヘッドの上方は主ブラストヘッドに遮られており、小ブラストヘッドから吹き込まれたガスは主ブラストヘッドを回り込むように流通するため、主ブラストヘッドより上方のガスの流れは殆ど変化しない。このため、主ブラストヘッドの上方領域においては、依然としてコークスの粒度偏析によって熱回収が不十分な状態にあり、コークスの顕熱が十分に回収されていないという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、コークスの温度のばらつきを抑制し、コークスの顕熱のエネルギー回収量の増加及び安定を図ることのできるコークス乾式消火設備のガス吹込装置の提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、上部においてコークスが装入される冷却塔の下部からガスを吹き込むコークス乾式消火設備のガス吹込装置であって、前記ガスを吹き込むブラストヘッドを複数有し、複数の前記ブラストヘッドは、上方に向かってその大きさが順に小さくなるように配置されている、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、ブラストヘッドの上に小さいブラストヘッドを１以上配置し、冷却塔にガスを吹き込む。従来のブラストヘッドの下方は、冷却塔がファンネル形状となっておりスペースが殆ど取れないが、上方であればスペースを容易に確保できる。また、ブラストヘッドの上方には小さいブラストヘッドが配置されるため、下方のブラストヘッドから吹き込まれたガスは、上方のブラストヘッドに遮られることはない。このため、ブラストヘッドより上方のガスの流れに変化が生じ、従来よりもコークスの粒度偏析による熱回収の損失を低減することができる。

また、本発明においては、前記ブラストヘッドの外形は、その下方に位置する前記ブラストヘッドの外形より小さい、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、ブラストヘッドから吹き込まれたガスは上昇流を形成するため、上方に配置されるブラストヘッドの外形を小さくして、下方から吹き込まれたガスの上昇流と干渉しないようにする。これにより、冷却塔内に多重リング状にガスの上昇流を形成し、コークスの粒度偏析によるコークスの隙間を流通するガスの量の偏りを低減することができる。

また、本発明においては、複数の前記ブラストヘッドから吹き込まれる前記ガスのそれぞれの吹き込み量を調節するガス吹込量調節装置を有する、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、上方に向かって小さくなる複数のブラストヘッドから吹き込まれるガスのそれぞれの吹き込み量を調節することで、冷却塔内の半径方向にガスを分配し、ガス流量の平面分布を調節することができる。このため、コークスとの熱交換に適したガス流量の平面分布を冷却塔内に形成することができる。

また、本発明においては、前記冷却塔は、前記コークスを排出する排出口を有しており、前記排出口から排出された前記コークスの温度を計測する温度センサと、前記温度センサの計測結果に基づいて、前記ガス吹込量調節装置を制御する制御装置と、を有する、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、冷却塔におけるコークスとガスとの熱交換状態は、冷却塔から排出されたコークスの温度に直接反映されるため、冷却塔から排出されたコークスの温度に基づいて、ガス吹込量調節装置を制御することで、コークスとの熱交換に適したガス流量の平面分布を冷却塔内に形成することができる。

また、本発明においては、前記冷却塔は、前記コークスと熱交換した前記ガスを排出する煙道と接続されており、前記煙道を流通する前記ガスの温度を計測する第２の温度センサと、前記第２の温度センサの計測結果に基づいて、前記ガス吹込量調節装置を制御する第２の制御装置と、を有する、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、冷却塔におけるコークスとガスとの熱交換状態は、冷却塔から排出されたガスの温度に直接反映されるため、冷却塔から排出されたガスの温度に基づいて、ガス吹込量調節装置を制御することで、コークスとの熱交換に適したガス流量の平面分布を冷却塔内に形成することができる。

また、本発明においては、複数の前記ブラストヘッドのうち少なくとも一つは、前記ガスを吹き込むガス吹込部が周方向において複数に区分けされており、前記ブラストヘッドから周方向において区分けされて吹き込まれる前記ガスのそれぞれの吹き込み量を調節する第２のガス吹込量調節装置を有する、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、ブラストヘッドから吹き込むガス吹込部を周方向において複数に区分けし、そのブラストヘッドから周方向において区分けされて吹き込まれるガスのそれぞれの吹き込み量を調節することで、冷却塔内の周方向にガスを分配し、ガス流量の平面分布を調節することができる。このため、コークスとの熱交換に適したガス流量の平面分布を冷却塔内に形成することができる。

また、本発明においては、上部においてコークスが装入される冷却塔の下部からガスを吹き込むコークス乾式消火設備のガス吹込装置であって、前記ガスを吹き込むブラストヘッドを複数有し、複数の前記ブラストヘッドのうち少なくとも一つは、前記ガスを吹き込むガス吹込部が周方向において複数に区分けされている、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、ブラストヘッドから吹き込むガス吹込部を周方向において複数に区分けし、冷却塔内の周方向にガスを分配することができる。

また、本発明においては、前記ブラストヘッドから周方向において区分けされて吹き込まれる前記ガスのそれぞれの吹き込み量を調節する第２のガス吹込量調節装置を有する、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、ブラストヘッドから周方向において区分けされて吹き込まれるガスのそれぞれの吹き込み量を調節することで、冷却塔内の周方向にガスを分配し、ガス流量の平面分布を調節することができる。このため、コークスとの熱交換に適したガス流量の平面分布を冷却塔内に形成することができる。

また、本発明においては、前記冷却塔は、前記コークスと熱交換した前記ガスを排出する煙道に合流する小煙道を複数有しており、複数の前記小煙道を流通する前記ガスのそれぞれの温度を計測する第３の温度センサと、前記第３の温度センサの計測結果に基づいて、前記第２のガス吹込量調節装置を制御する第３の制御装置と、を有する、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、冷却塔におけるコークスとガスとの周方向における熱交換状態は、複数の小煙道を流通するガスの温度に直接反映されるため、複数の小煙道を流通するガスの温度に基づいて、第２のガス吹込量調節装置を制御することで、コークスとの熱交換に適したガス流量の平面分布を冷却塔内に形成することができる。

また、本発明においては、前記ガスに、その性状とは異なる物質を添加する物質添加装置を有する、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、冷却塔に吹き込むガスに、その性状とは異なる物質を添加することにより、ガスが運ぶエネルギー量を調節し、コークス乾式消火設備の安定した操業を可能とすることができる。

本発明によれば、コークスの温度のばらつきを抑制し、コークスの顕熱のエネルギー回収量の増加及び安定を図ることのできるコークス乾式消火設備のガス吹込装置が得られる。

本発明の第１実施形態におけるコークス乾式消火設備の構成を示す全体図である。 本発明の第１実施形態におけるコークス乾式消火設備のガス吹込装置の構成を示す断面図である。 本発明の第２実施形態におけるコークス乾式消火設備のガス吹込装置の構成を示す斜視図である。 本発明の第３実施形態におけるコークス乾式消火設備のガス吹込装置の構成を示す断面図である。 本発明の別実施形態におけるコークス乾式消火設備のガス吹込装置の構成を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態におけるコークス乾式消火設備１の構成を示す全体図である。図２は、本発明の第１実施形態におけるコークス乾式消火設備１のガス吹込装置７の構成を示す断面図である。
図１に示すように、コークス乾式消火設備１は、冷却塔２と、粗粒ダスト回収装置３と、熱回収装置４と、細粒ダスト回収装置５と、循環ファン６と、ガス吹込装置７と、を有する。

本実施形態のガス吹込装置７は、コークスＣを冷却するガスとして、不活性ガスを吹き込む構成となっている。このコークス乾式消火設備１では、冷却塔２に吹き込まれたガスが、粗粒ダスト回収装置３、熱回収装置４、細粒ダスト回収装置５、循環ファン６、ガス吹込装置７の順に循環し、再び冷却塔２に吹き込まれるようになっている。

冷却塔２は、図２に示すように、装入口２０を有する。装入口２０は、冷却塔２の上端部に設けられている。この装入口２０から、不図示のバケットによって持ち上げられたコークスＣが、冷却塔２の内部に装入されるようになっている。また、冷却塔２は、排出口２１を有する。排出口２１は、冷却塔２の下端部に設けられている。この排出口２１から、冷却塔２の内部に装入されて、ガス吹込装置７によって冷却されたコークスＣが排出されるようになっている。

冷却塔２は、ファンネル部２２を有する。ファンネル部２２は、冷却塔２の下部に設けられている。ファンネル部２２は、冷却塔２の下部を円錐状（漏斗状）に形成するものである。このファンネル部２２は、下方に向かって縮径し、排出口２１と連通するように傾斜している。また、冷却塔２は、図１に示すように、コークス排出装置２３を有する。コークス排出装置２３は、排出口２１に設けられている。コークス排出装置２３は、排出口２１からコークスＣを切り出すものである。

このコークス排出装置２３から切り出されたコークスＣは、コンベア２４によって搬送される。コンベア２４は、切り出されたコークスＣを高炉等に搬送するようになっている。また、冷却塔２は、小煙道２５を有する。小煙道２５は、ガス吹込装置７から冷却塔２の内部に吹き込まれたガスを排出するものである。小煙道２５は、略円筒形の冷却塔２の側壁に間隔をあけて複数設けられている。複数の小煙道２５は、下流側で煙道１０に合流している。煙道１０の下流側には、粗粒ダスト回収装置３が接続されている。

粗粒ダスト回収装置３は、冷却塔２から排出されたガスに含まれる粗粒ダストを除塵するものである。粗粒ダスト回収装置３は、例えば、ガスを衝突させる衝突壁を備え、衝突壁に衝突して落下する粒径の大きなコークスＣ等を回収する構成となっている。この粗粒ダスト回収装置３は、循環ダクト１１を介して熱回収装置４と接続されている。熱回収装置４は、冷却塔２でコークスＣと熱交換したガスから熱を回収するものである。熱回収装置４は、例えば、ボイラーであり、ガスとの熱交換によって水蒸気を生成する構成となっている。この熱回収装置４は、循環ダクト１２を介して細粒ダスト回収装置５と接続されている。

細粒ダスト回収装置５は、熱回収装置４から排出されたガスに含まれる細粒ダストを除塵するものである。細粒ダスト回収装置５は、例えば、ガスを旋回させ、遠心分離によって側壁に衝突して落下する粒径の小さいコークスＣ等を回収する構成となっている。この細粒ダスト回収装置５は、循環ダクト１３を介して循環ファン６と接続されている。循環ファン６は、ガスに運動エネルギーを付与する送風機である。この循環ファン６は、循環ダクト１４を介してガス吹込装置７に接続されている。

ガス吹込装置７は、図２に示すように、上部においてコークスＣが装入される冷却塔２の下部からガスを吹き込み、コークスＣを冷却（消火）するものである。ガス吹込装置７は、ガスを吹き込むブラストヘッド３０を複数有する。ブラストヘッド３０は、平面視で冷却塔２の中心部に配置されている。ブラストヘッド３０は、傘型に形成されており、その周囲にガスを吹き込むガス吹込部３１が設けられている。複数のブラストヘッド３０は、上方に向かってその大きさが順に小さくなるように配置されている。本実施形態では、ブラストヘッド３０ａの上方に、小さなブラストヘッド３０ｂが配置されている。

ブラストヘッド３０ａは、２つのガス吹込部３１ａ１，３１ａ２を有する。ガス吹込部３１ａ１の上方には、ガス吹込部３１ａ２が配置されている。ガス吹込部３１ａ１は、 ブラストヘッド３０ａの最外径からガスを吹き込むものであり、ガス吹込部３１ａ２は、ガス吹込部３１ａよりも内径側からガスを吹き込むものである。
一方、ブラストヘッド３０ｂは、１つのガス吹込部３１ｂを有する。ガス吹込部３１ｂは、ブラストヘッド３０ｂの最外径からガスを吹き込むものである。

図１に示すように、ブラストヘッド３０ｂの外形ｄは、その下方に位置するブラストヘッド３０ａの外形Ｄよりも小さい。具体的には、図２に示すように、ブラストヘッド３０ｂのガス吹込部３１ｂは、ガス吹込部３１ａ２を形成するブラストヘッド３０ａの上段の傘よりも内径側に設けられている。また、ブラストヘッド３０ａのガス吹込部３１ａ２は、ガス吹込部３１ａ１を形成するブラストヘッド３０ａの下段の傘よりも内径側に設けられている。すなわち、ブラストヘッド３０ａ，３０ｂから吹き込まれたガスの流れが相互に干渉しないように構成されている。

ガス吹込装置７は、複数のブラストヘッド３０から吹き込まれるガスのそれぞれの吹き込み量を調節するガス吹込量調節装置４０を有する。ガス吹込量調節装置４０は、吹込管４１ａ，４１ｂと、流量調節弁４２ａ，４２ｂと、を有する。
吹込管４１ａは、ブラストヘッド３０ａにガスを供給するものである。吹込管４１ａは、循環ダクト１４から分岐して設けられており、循環ダクト１４を流通するガス（循環ガス）を分配する。流量調節弁４２ａは、吹込管４１ａに設けられており、吹込管４１ａの流路面積を調節する構成となっている。

一方、吹込管４１ｂは、ブラストヘッド３０ｂにガスを供給するものである。吹込管４１ｂは、循環ダクト１４から分岐して設けられており、循環ダクト１４を流通するガス（循環ガス）を分配する。流量調節弁４２ｂは、吹込管４１ｂに設けられており、吹込管４１ｂの流路面積を調節する構成となっている。
上記構成のガス吹込量調節装置４０によれば、ブラストヘッド３０ａから吹き込まれたガスが上昇流を形成してコークスＣを冷却する冷却ゾーンＺ１におけるガス流量と、ブラストヘッド３０ｂから吹き込まれたガスが上昇流を形成してコークスＣを冷却する冷却ゾーンＺ２におけるガス流量と、を調節できる。

ガス吹込装置７は、ガス吹込量調節装置４０を制御する制御装置５０（制御装置、第２の制御装置）を有する。制御装置５０は、ＣＰＵ等の演算回路、メモリ等の記憶手段、各種の入出力インターフェース等を備え、流量調節弁４２ａ，４２ｂの駆動を制御するものである。この制御装置５０は、図１に示すように、温度センサ５１，５２，５３と電気的に接続されており、温度センサ５１，５２，５３の少なくともいずれか一つの計測結果に基づいて、ガス吹込量調節装置４０（流量調節弁４２ａ，４２ｂ）を制御する構成となっている。

温度センサ５１は、排出口２１から排出されたコークスＣの温度を計測するものである。温度センサ５１は、例えば、コンベア２４の上方に配置された放射温度計であり、コンベア２４によって連続的に搬送されるコークスＣの温度を非接触で計測する。温度センサ５２は、煙道１０を流通するガスの温度を計測するものである。温度センサ５２は、例えば、煙道１０に温度検出端が挿入された熱電対からなる。温度センサ５３は、複数の小煙道２５を流通するガスのそれぞれの温度を計測するものである。温度センサ５３は、複数の小煙道２５の一つ一つに設けられており、例えば、小煙道２５に温度検出端が挿入された熱電対からなる。

続いて、上記構成のコークス乾式消火設備１のガス吹込装置７の具体的な動作について説明する。

コークス乾式消火設備１において、コークスＣは、冷却塔２の上部より供給され、冷却塔２を降下しながら、不活性ガス（窒素ガス等）を主成分とするガスにより、消火、冷却される。ガスは、ガス吹込装置７のブラストヘッド３０から吹き込まれ、対向流移動層を形成しながら、降下するコークスＣの粒子間の隙間を上昇し、熱回収を行い、冷却塔２の複数の小煙道２５から排出される。小煙道２５から排出されたガスは、煙道１０に合流し、粗粒ダスト回収装置３を介して熱回収装置４に送られ、水蒸気を生成する。熱回収装置４において熱回収されたガスは、細粒ダスト回収装置５を介して循環ファン６に送られ、再びガス吹込装置７に供給される。

冷却塔２において冷却されたコークスＣは、排出口２１から排出される。ファンネル部２２を有する冷却塔２からコークスＣを排出する場合には、コークスＣは、ファンネルフロー（出口真上の降下速度が最も大きく深い穴のようになる流れ）を形成する。このファンネルフローによって、コークスＣの降下速度に、冷却塔２の半径上の不均一が発生する。また、コークスＣには、様々な粒径のものが含まれているため、冷却塔２の内部にて粒度偏析が生じる。具体的には、図２に示すように、コークスＣの着地点から離れるほどコークスＣの粒径が大きくなる傾向にある。このコークスＣの粒径の差異により、コークスＣの隙間を流通するガスの量に偏りが発生し、結果的に冷却塔２から排出されるコークスＣの温度がばらつき、また、熱回収の観点からも損失が発生する。

このため、本実施形態においては、コークス乾式消火設備１のガス吹込装置７は、ガスを吹き込むブラストヘッド３０を複数有し、複数のブラストヘッド３０は、上方に向かってその大きさが順に小さくなるように配置されている。この構成によれば、ブラストヘッド３０ａの上に小さいブラストヘッド３０ｂを配置し、それぞれのブラストヘッド３０から冷却塔２にガスを吹き込むことが可能となる。ブラストヘッド３０ａの下方は、冷却塔２のファンネル部２２によってスペースが殆ど取れないが、ブラストヘッド３０ａの上方であれば、小さいブラストヘッド３０ｂを設けるスペースを容易に確保できる。

また、この構成によれば、ブラストヘッド３０ａの上方には小さいブラストヘッド３０が配置されるため、下方のブラストヘッド３０ａから吹き込まれたガスは、上方のブラストヘッド３０ｂに遮られることはない。このため、ブラストヘッド３０ａより上方に、従来とは異なるガスの流れを形成することができる。本実施形態においては、ブラストヘッド３０ｂの外形ｄは、その下方に位置するブラストヘッド３０ａの外形Ｄより小さい。ブラストヘッド３０ａから吹き込まれたガスは上昇流を形成するため、上方に配置されるブラストヘッド３０ｂの外形ｄを小さくすることで、下方から吹き込まれたガスの上昇流と干渉しないようにすることが可能となる。このため、図２に示すように、冷却塔２内に多重リング状にガスの上昇流（冷却ゾーンＺ１，Ｚ２）を形成することができる。

また、本実施形態においては、複数のブラストヘッド３０から吹き込まれるガスのそれぞれの吹き込み量を調節するガス吹込量調節装置４０を有する。この構成によれば、上方に向かって小さくなる複数のブラストヘッド３０から吹き込まれるガスのそれぞれの吹き込み量を調節することで、冷却塔２内の半径方向にガスを分配し、ガス流量の平面分布を調節することができる。このため、コークスＣとの熱交換に適したガス流量の平面分布を冷却塔２内に形成することができる。例えば、流量調節弁４２ａの開度を小さくし、コークスＣの粒径が大きい冷却ゾーンＺ１におけるガス流量を小さくし、また、流量調節弁４２ｂの開度を大きくし、コークスＣの粒径が小さい冷却ゾーンＺ２におけるガス流量を大きくすることで、コークスＣの粒度偏析による熱回収の損失を低減することができる。

また、本実施形態においては、冷却塔２の排出口２１から排出されたコークスＣの温度を計測する温度センサ５１と、温度センサ５１の計測結果に基づいて、ガス吹込量調節装置４０を制御する制御装置５０と、を有する。冷却塔２におけるコークスＣとガスとの熱交換状態は、冷却塔２から排出されたコークスＣの温度に直接反映されるため、この構成によれば、冷却塔２から排出されたコークスＣの温度に基づいて、ガス吹込量調節装置４０を制御することで、コークスＣとの熱交換に適したガス流量の平面分布を冷却塔２内に形成することができる。例えば、制御装置５０は、温度センサ５１が検出したコークスＣの温度変化（単位面積あたりの温度差や単位時間当たりの温度差）が予め設定した規定値を超えている場合には、流量調節弁４２ａ，４２ｂの開度を増減させ、コークスＣの温度変化が規定値以内になるように制御する。

また、本実施形態においては、煙道１０を流通するガスの温度を計測する温度センサ５２と、温度センサ５２の計測結果に基づいて、ガス吹込量調節装置４０を制御する制御装置５０と、を有する構成を採用する。冷却塔２におけるコークスＣとガスとの熱交換状態は、冷却塔２から排出されたガスの温度に直接反映されるため、この構成によれば、冷却塔２から排出されたガスの温度に基づいて、ガス吹込量調節装置４０を制御することで、コークスＣとの熱交換に適したガス流量の平面分布を冷却塔２内に形成することができる。例えば、制御装置５０は、温度センサ５２が検出したガスの温度変化（単位時間当たりの温度差）が予め設定した規定値を超えている場合には、流量調節弁４２ａ，４２ｂの開度を増減させ、ガスの温度変化が規定値以内になるように制御する。

このように、本実施形態では、冷却塔２から排出されるガスの温度は高く、冷却塔２から排出されるコークスＣの温度は低く、ガスやコークスＣの温度の変化が小さくなるように、ブラストヘッド３０ａ，３０ｂからのガスの吹込み量を調節する。なお、温度センサ５１による制御と、温度センサ５２による制御とを組み合わせる場合、高品質のコークスを製造（温度センサ５１による制御）と熱回収装置４の安定化（温度センサ５２による制御）の目的に応じて、制御の優先度を設定することが好ましい。

以上のように、本実施形態では、コークスＣの粒径、温度、降下速度の冷却塔２内分布の変化に対応して、ガスの冷却塔２内分布を適宜調節できるので、排出されるコークスＣの温度ばらつきを抑制し、高品質のコークスを製造することができる。また、本実施形態では、排出されるコークスＣの温度の低温維持及び冷却塔２から排出されるガスの温度の高温維持を図り、エネルギー回収量の増加と安定を図ることができる。さらに、本実施形態では、排出されるコークスＣの温度の低下と温度ばらつきの低減により、コンベア２４等のコークス搬送装置の設計温度の低下が可能となり、また、排出されるガス温度のばらつきの低減により熱回収装置４の設計点が絞られ効率的な設備設計が可能となる。加えて、関連設備の最適設計、設備費削減にも大きく寄与することができる。

したがって、上述の本実施形態によれば、上部においてコークスＣが装入される冷却塔２の下部からガスを吹き込むコークス乾式消火設備１のガス吹込装置７であって、ガスを吹き込むブラストヘッド３０を複数有し、複数のブラストヘッド３０は、上方に向かってその大きさが順に小さくなるように配置されている、という構成を採用することによって、コークスＣの温度のばらつきを抑制し、コークスＣの顕熱のエネルギー回収量の増加及び安定を図ることのできるコークス乾式消火設備１のガス吹込装置７が得られる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図３は、本発明の第２実施形態におけるコークス乾式消火設備１のガス吹込装置７の構成を示す斜視図である。
図３に示すように、第２実施形態では、ブラストヘッド３０の構成が、上記実施形態と異なる。第２実施形態では、上方に向かってその大きさが順に小さくなるように配置された複数のブラストヘッド３０のうち少なくとも一つが、図３に示す構成となっている。なお、図３では、吹込管４１ｂに接続されたブラストヘッド３０を例示する。

第２実施形態のブラストヘッド３０は、ガスを吹き込むガス吹込部３１が周方向において複数に区分けされている。具体的に、ブラストヘッド３０は、傘部３２と、フランジ部３３と、複数の仕切板３４と、を有する。傘部３２は、下部が開口する中空の円錐形に形成されている。フランジ部３３は、円盤状に形成されており、傘部３２の下に配置されている。複数の仕切板３４は、それぞれ板状に形成されており、傘部３２とフランジ部３３との間を複数の空間（図３では４つの空間）に仕切る構成となっている。

第２実施形態のガス吹込装置７は、ブラストヘッド３０から周方向において区分けされて吹き込まれるガスのそれぞれの吹き込み量を調節する第２のガス吹込量調節装置６０を有する。第２のガス吹込量調節装置６０は、吹込管６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄと、流量調節弁６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄと、を有する。
吹込管６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄは、仕切板３４によって仕切られた４つの空間のそれぞれにガスを供給するものである。吹込管６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄは、吹込管４１ｂから分岐して設けられており、吹込管４１ｂを流通するガス（循環ガス）を分配する。

流量調節弁６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄは、吹込管６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄに対応して設けられており、それぞれの流路面積を調節する構成となっている。
上記構成の第２のガス吹込量調節装置６０によれば、ガス吹込部３１を周方向において複数に区分けし、そのブラストヘッド３０から吹き込まれるガスの量を、方向別（図３では４つの方向）に分配調節できる。
第２実施形態のガス吹込装置７は、第２のガス吹込量調節装置６０を制御する制御装置５０（第３の制御装置）を有する。制御装置５０は、複数の小煙道２５を流通するガスのそれぞれの温度を計測する温度センサ５３（図１参照）の計測結果に基づいて、第２のガス吹込量調節装置６０を制御する構成となっている。

続いて、上記構成のコークス乾式消火設備１のガス吹込装置７の具体的な動作について説明する。

コークスＣを冷却塔２に投入するバケットの投入口の形状が、例えば矩形の場合、冷却塔２内に形成されるコークスＣの山は、必ずしも円錐ではなく、扁平になる場合が多い。
このため、第２実施形態においては、ブラストヘッド３０から周方向において区分けされて吹き込まれるガスのそれぞれの吹き込み量を調節する第２のガス吹込量調節装置６０を有する。この構成によれば、ブラストヘッド３０から吹き込むガス吹込部３１を周方向において複数に区分けし、そのブラストヘッド３０から周方向において区分けされて吹き込まれるガスのそれぞれの吹き込み量を調節することで、冷却塔２内の周方向にガスを分配し、ガス流量の平面分布を調節することができる。このため、コークスＣとの熱交換に適したガス流量の平面分布を冷却塔２内に形成することができる。例えば、扁平となったコークスＣが延在する方向に吹き込むガス流量を大きくし、また、逆にコークスＣが延在しない方向に吹き込むガス流量を小さくすることで、コークスＣの粒度偏析による熱回収の損失を低減することができる。

また、本実施形態においては、複数の小煙道２５を流通するガスのそれぞれの温度を計測する温度センサ５３と、温度センサ５３の計測結果に基づいて、第２のガス吹込量調節装置６０を制御する制御装置５０と、を有する。冷却塔２におけるコークスＣとガスとの周方向における熱交換状態は、複数の小煙道２５を流通するガスの温度に直接反映されるため、この構成によれば、複数の小煙道２５を流通するガスの温度に基づいて、第２のガス吹込量調節装置６０を制御することで、コークスＣとの熱交換に適したガス流量の平面分布を冷却塔２内に形成することができる。例えば、制御装置５０は、温度センサ５３を周方向で９０°毎に組分けし、特定の組の温度変化（平均値）が予め設定した規定値を超えている場合には、流量調節弁６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄの開度を増減させ、その特定の組に向かって吹き込むガスの量を調節し、その特定の組の温度変化が規定値以内になるように制御する。

このように、第２実施形態によれば、複数の小煙道２５から排出されるガスの温度を均一に高くするように、ブラストヘッド３０から吹き込まれるガスの周方向分配量を調節することができる。したがって、第２実施形態によれば、より効率的なコークスＣとガスとの熱交換を可能とすることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図４は、本発明の第３実施形態におけるコークス乾式消火設備１のガス吹込装置７の構成を示す断面図である。
図４に示すように、第３実施形態では、ブラストヘッド３０の構成と、ガス吹込量調節装置４０の構成と、物質添加装置７０が設けられている点で、上記実施形態と異なる。

第３実施形態では、ブラストヘッド３０ａの上方に、小さなブラストヘッド３０ｂが配置され、さらに、ブラストヘッド３０ｂの上方に、より小さなブラストヘッド３０ｃが配置されている。ブラストヘッド３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、ガス吹込部３１ａ，３１ｂ，３１ｃを有する。図４に示すように、ブラストヘッド３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、ガス吹込部３１ａ，３１ｂ，３１ｃから吹き込まれたガスの流れが相互に干渉しないように構成されている。

第３実施形態のガス吹込量調節装置４０は、吹込管４１ａ，４１ｂ，４１ｃと、流量調節弁４２ａ，４２ｂ，４２ｃと、を有する。
吹込管４１ａ，４１ｂ，４１ｃは、ブラストヘッド３０ａ，３０ｂ，３０ｃのそれぞれにガスを供給するものである。吹込管４１ａ，４１ｂ，４１ｃは、循環ダクト１４から分岐しており、循環ダクト１４を流通するガス（循環ガス）を分配する。

流量調節弁４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、吹込管４１ａ，４１ｂ，４１ｃに対応して設けられており、それぞれの流路面積を調節する構成となっている。
上記構成のガス吹込量調節装置４０によれば、ブラストヘッド３０ａから吹き込まれたガスが上昇流を形成してコークスＣを冷却する冷却ゾーンＺ１におけるガス流量と、ブラストヘッド３０ｂから吹き込まれたガスが上昇流を形成してコークスＣを冷却する冷却ゾーンＺ２におけるガス流量と、ブラストヘッド３０ｃから吹き込まれたガスが上昇流を形成してコークスＣを冷却する冷却ゾーンＺ３におけるガス流量と、を調節できる。

物質添加装置７０は、複数のブラストヘッド３０から吹き込まれるガスに、その性状とは異なる物質を添加するものである。本実施形態の物質添加装置７０は、ガスに水蒸気を添加し、熱回収装置４（図１参照）における熱量確保及び運転の安定化を図るようになっている。この物質添加装置７０は、吹込管７１ａ，７１ｂ，７１ｃと、流量調節弁７２ａ，７２ｂ，７２ｃと、を有する。

吹込管７１ａ，７１ｂ，７１ｃは、吹込管４１ａ，４１ｂ，４１ｃのそれぞれに水蒸気を供給するものである。吹込管７１ａ，７１ｂ，７１ｃは、流量調節弁４２ａ，４２ｂ，４２ｃよりも下流側において、吹込管４１ａ，４１ｂ，４１ｃに接続されている。
流量調節弁７２ａ，７２ｂ，７２ｃは、吹込管７１ａ，７１ｂ，７１ｃに対応して設けられており、それぞれの流路面積を調節する構成となっている。
なお、水蒸気は、熱回収装置４で生成したものを用いてもよい。

上記構成の物質添加装置７０によれば、冷却塔２の半径方向において、水蒸気を供給する位置（冷却ゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３）を選択することができる。
第３実施形態のガス吹込装置７は、物質添加装置７０を制御する制御装置５０（第４の制御装置）を有する。制御装置５０は、熱回収装置４における負荷変動に基づいて、物質添加装置７０を制御する構成となっている。

続いて、上記構成のコークス乾式消火設備１のガス吹込装置７の具体的な動作について説明する。

コークスＣは、投入時の冷却塔２内の分布（例えば、図４に示すようなコークスＣの山形状と粒度分布）を基本として、下降するに従ってその分布が変化していく。例えば、ファンネルフローによって、冷却塔２の半径上の中間部のコークスＣの降下速度が、ブラストヘッド３０がある中央部や壁際の側壁部の降下速度よりも大きくなる傾向にある。
このため、第２実施形態においては、ブラストヘッド３０を３つ設けて、複数のブラストヘッド３０から吹き込まれるガスのそれぞれの吹き込み量を調節することで、冷却塔２内の半径方向にガスを分配し、ガス流量の平面分布を調節する。すなわち、冷却塔２内に複数のリング状の冷却ゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３を形成し、冷却ゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３におけるガス流量を可変とすることにより、コークスＣとの熱交換に適したガス流量の平面分布を冷却塔２内に形成することができる。例えば、流量調節弁４２ａ，４２ｃの開度を小さくし、コークスＣの降下速度が小さい冷却ゾーンＺ１，Ｚ３におけるガス流量を小さくすると共に、流量調節弁４２ｂの開度を大きくし、コークスＣの降下速度が大きい冷却ゾーンＺ２におけるガス流量を大きくすることで、コークスＣの降下に分布変化に伴う熱回収の損失を低減することができる。

また、本実施形態においては、ガスに、水蒸気を添加する物質添加装置７０を有する。コークスＣの生産量が減ると冷却塔２に投入される量が減り、熱源であるコークスＣの保有熱（顕熱分）が減り、結果として熱回収装置４での回収熱量が減る。熱回収装置４での回収熱は広く他の設備において使用されているので、減ることは施設全体として大きな問題となる。熱回収装置４として蒸気ボイラーが採用されている場合は、施設内で使用できる蒸気量が減り生産活動に大きな悪影響を及ぼすこととなる。この構成によれば、冷却塔２に吹き込むガスに、水蒸気を添加することにより、ガスが運ぶエネルギー量を調節し、熱回収装置４での回収熱量の安定した操業を可能とすることができる。具体的には、水蒸気は、ブラストヘッド３０を介して冷却塔２に吹き込まれて上昇し、コークスＣと接触して水成ガス化反応をおこし、一酸化炭素等の可燃性ガスを発生する。冷却塔２または煙道１０に空気等を吹き込むことにより、これら可燃ガスを燃焼させ、排ガスの温度を上げ熱回収装置４での回収熱量を増加することができる。

制御装置５０は、例えば、熱回収装置４の負荷変動に応じて、物質添加装置７０に水蒸気を添加させる。水蒸気を添加する位置は、水成ガス化反応が効率的に起こるコークス粒径の小さいゾーンが好ましく、コークスＣが図４に示す分布を有する場合、例えば、流量調節弁７２ｃを開き、コークス粒径の小さい冷却塔２の中心領域（冷却ゾーンＺ３）に水蒸気を添加することが好ましい。
このように、第３実施形態によれば、コークスＣの降下に分布変化に伴う熱回収の損失を低減することができ、また、水蒸気の添加によってガスが運ぶエネルギー量を調節し、熱回収装置４の安定した操業を可能とすることができる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、本発明は、以下に説明する別実施形態も採用し得る。
図５は、本発明の別実施形態におけるコークス乾式消火設備１のガス吹込装置７の構成を示す平面図である。
図５に示す、別実施形態においては、ブラストヘッド３０ａの上方に、同一の高さで複数の小さいブラストヘッド３０ｂ１，３０ｂ２，３０ｂ３が配置されている。ブラストヘッド３０ｂ１，３０ｂ２，３０ｂ３は、３角形の頂点に対応する位置に平面上に配置されている。この構成によっても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することが可能である。

また、例えば、第１実施形態のブラストヘッド３０ａは、２つのガス吹込部３１ａ１，３１ａ２を有すると説明したが、ガス吹込部３１は１つのみであってもよい。また、ブラストヘッド３０を三段以上で配置し、ブラストヘッド３０ａの上方に順次小さなブラストヘッド３０が配置される構成であってもよい。

また、例えば、第２実施形態のブラストヘッド３０を、上方に向かってその大きさが順に小さくなるように配置した場合、上方のブラストヘッド３０の区分けの位相と、下方のブラストヘッド３０の区分けの位相とをずらしてもよい。例えば、上方のブラストヘッド３０の区分けの位相を、周方向で４５°ずらしてもよい。この構成によれば、複数のブラストヘッド３０から吹き込まれるガスの分配方向を容易に増加させることができる。
また、例えば、第２実施形態のブラストヘッド３０は、第２のガス吹込量調節装置６０と組み合わせなくともよく、単体で設けてもよい。

また、例えば、第３実施形態の物質添加装置７０から添加する物質は、水蒸気に限定されない。例えば、物質添加装置７０は、冷却塔２の内部の温度が規定値を超えたとき、循環ガスとは別に窒素ガスやその他の不活性ガスを添加することで、高温異常状態を回避することができる。

また、例えば、上記各実施形態の構成の置換、組み合わせは適宜可能である。

１ コークス乾式消火設備
２ 冷却塔
７ ガス吹込装置
１０ 煙道
２１ 排出口
２５ 小煙道
３０ ブラストヘッド
３１ ガス吹込部
４０ ガス吹込量調節装置
５０ 制御装置（第２の制御装置、第３の制御装置）
５１ 温度センサ
５２ 温度センサ（第２の温度センサ）
５３ 温度センサ（第３の温度センサ）
６０ 第２のガス吹込量調節装置
７０ 物質添加装置
Ｃ コークス

Claims (10)

1. 上部においてコークスが装入される冷却塔の下部からガスを吹き込むコークス乾式消火設備のガス吹込装置であって、
   前記ガスを吹き込むブラストヘッドを複数有し、
   複数の前記ブラストヘッドは、上方に向かってその大きさが順に小さくなるように配置されている、ことを特徴とするコークス乾式消火設備のガス吹込装置。
2. 前記ブラストヘッドの外形は、その下方に位置する前記ブラストヘッドの外形より小さい、ことを特徴とする請求項１に記載のコークス乾式消火設備のガス吹込装置。
3. 複数の前記ブラストヘッドから吹き込まれる前記ガスのそれぞれの吹き込み量を調節するガス吹込量調節装置を有する、ことを特徴とする請求項１または２に記載のコークス乾式消火設備のガス吹込装置。
4. 前記冷却塔は、前記コークスを排出する排出口を有しており、
   前記排出口から排出された前記コークスの温度を計測する温度センサと、
   前記温度センサの計測結果に基づいて、前記ガス吹込量調節装置を制御する制御装置と、を有する、ことを特徴とする請求項３に記載のコークス乾式消火設備のガス吹込装置。
5. 前記冷却塔は、前記コークスと熱交換した前記ガスを排出する煙道と接続されており、
   前記煙道を流通する前記ガスの温度を計測する第２の温度センサと、
   前記第２の温度センサの計測結果に基づいて、前記ガス吹込量調節装置を制御する第２の制御装置と、を有する、ことを特徴とする請求項３または４に記載のコークス乾式消火設備のガス吹込装置。
6. 複数の前記ブラストヘッドのうち少なくとも一つは、前記ガスを吹き込むガス吹込部が周方向において複数に区分けされており、
   前記ブラストヘッドから周方向において区分けされて吹き込まれる前記ガスのそれぞれの吹き込み量を調節する第２のガス吹込量調節装置を有する、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のコークス乾式消火設備のガス吹込装置。
7. 上部においてコークスが装入される冷却塔の下部からガスを吹き込むコークス乾式消火設備のガス吹込装置であって、
   前記ガスを吹き込むブラストヘッドを複数有し、
   複数の前記ブラストヘッドのうち少なくとも一つは、前記ガスを吹き込むガス吹込部が周方向において複数に区分けされている、ことを特徴とするコークス乾式消火設備のガス吹込装置。
8. 前記ブラストヘッドから周方向において区分けされて吹き込まれる前記ガスのそれぞれの吹き込み量を調節する第２のガス吹込量調節装置を有する、ことを特徴とする請求項７に記載のコークス乾式消火設備のガス吹込装置。
9. 前記冷却塔は、前記コークスと熱交換した前記ガスを排出する煙道に合流する小煙道を複数有しており、
   複数の前記小煙道を流通する前記ガスのそれぞれの温度を計測する第３の温度センサと、
   前記第３の温度センサの計測結果に基づいて、前記第２のガス吹込量調節装置を制御する第３の制御装置と、を有する、ことを特徴とする請求項６または８に記載のコークス乾式消火設備のガス吹込装置。
10. 前記ガスに、その性状とは異なる物質を添加する物質添加装置を有する、ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のコークス乾式消火設備のガス吹込装置。

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