JP4663359B2 - コークス乾式消火設備のガス吹込み装置およびその操業方法 - Google Patents

Description

本発明は、コークス炉にて製造された赤熱コークスを不活性ガスにて冷却するコークス乾式消火設備におけるプレチャンバーへのガス吹込み装置およびその操業方法に関するものである。

不活性ガスにて赤熱コークスを冷却するコークス乾式消火設備では、近年、プレチャンバー（Ｐ／Ｃ）に空気を吹込んでコークスとの燃焼により、プレチャンバー内の熱量を増加させて、ボイラーでの蒸気発生量を増加させたり、コークス炉から低温窯出したコークスを熟成させコークス品質を改善したりする操業が行われてきた。このようなプレチャンバーへの空気吹込みを行う場合に問題となるのは、プレチャンバー内円周方向での、コークス温度の均一化である。

上述したコークス温度の均一化技術として、従来は、例えば特開平１３−１６４２５８号公報（特許文献１）に開示されているように、プレチャンバー部に設けられた複数の吹込みノズルから空気を吹込み、円周方向の温度分布、圧力分布に応じて個々の吹込み風量を変化させ、温度分布を均一化する操業方法がある。また、プレチャンバー内の温度を制御する方法として、特開２００１−１５８８８３号公報（特許文献２）に開示されているように、プレチャンバーへの空気吹込みと同時に、水または蒸気の吹込みを行う方法が提案されている。

特開平１３−１６４２５８号公報 特開２００１−１５８８８３号公報

しかしながら、上述した特許文献１のような吹込み装置の場合、温度上昇過多の部位の吹込量を減らしても、プレチャンバー内のコークス粒度分布のバラツキに起因するガスの偏流は防止することは出来ず、他方向から吹込んだガスが流れ込み、結局は温度の上昇過多は防止することが困難であった。そしてまた、局所的な温度上昇の結果として、プレチャンバー内の煉瓦を損傷させたり、灰分が溶融した後、最固着してガス煙道部を閉塞させるなどの問題が発生していた。また、同時に円周方向で吹込み空気量を変化させた場合、Ｓ／Ｆ部を通過するガス量も円周方向で不均一となるためコークス乾式消火設備の操業が不安定になっていた。

また、特許文献２のように、プレチャンバーへ空気吹込みと同時に、水または蒸気の吹込みを行う方法があるが、しかしながら、このような方法の場合、プレチャンバー内に吹込んだ水、または蒸気がプレチャンバー内の煉瓦にかかり、スポーリングにより煉瓦を損傷させるという問題があった。

上述のような問題を解消するために、発明者らは鋭意開発を進めた結果、コークス乾式消火炉内円周方向に複数個の炉内温度測定装置とコークス乾式消火設備（ＣＤＱ）循環系のブロワー出口からクーリングチャンバー（ＣＣ）入口までの間から、低温である循環ガスの一部を分岐させる分岐管を備え、この分岐管先端をプレチャンバー空気吹込みノズルに繋ぎ込む、また、このノズル形状を空気が流れる部分と、低温ガスが流れる部分とを隔離させた２重管構造等としたことにより、プレチャンバー内部の温度バラツキを均一化することを可能としたコークス乾式消火設備のガス吹込み装置およびその操業方法を提供することにある。

その発明の要旨とするところは、
（１）コークス乾式消火設備のプレチャンバーの周方向に、複数個の炉内温度測定装置と空気吹込みノズルを設け、プレチャンバー内の赤熱コークスを冷却する循環ガスの一部を分岐させる分岐管を設け、該分岐管先端を前記空気吹込みノズルに連結させると共に、前記炉内温度測定装置により、測定された各々の炉内温度が均一化になるように、前記炉内に吹込む空気および循環ガスの吹込み量を制御する吹込み制御装置を設けたことを特徴とするコークス乾式消火設備のガス吹込み装置。

（２）前記（１）記載において吹込ファンを設け、ガス分岐管先端を、プレチャンバーと該吹込ファンの間のノズルに連結し、該ノズル形状を空気の流れる部分と循環ガスが流れる部分とを隔離させた２重管構造としたことを特徴とするコークス乾式消火設備のガス吹込み装置。
（３）前記（１）記載において吹込ファンを設け、ガス分岐管先端を、吹込ファンの吸込み側に連結したことを特徴とするコークス乾式消火設備のガス吹込み装置。

（４）前記（１）〜（３）のいずれかに記載のコークス乾式消火設備のガス吹込み装置において、プレチャンバー内に設けられた温度測定装置により測定された各々の炉内温度が均一化になるように、炉内温度のバラツキに応じてプレチャンバーに設置した各々のノズルから、プレチャンバーの中へ吹込む空気および循環ガスの合計量を一定のもとに、各々の空気吹込み量および循環ガス吹込み量の比率を制御することを特徴とするコークス乾式消火設備の操業方法にある。

上述したように、本発明により、プレチャンバー内部の温度バラツキを均一化することが可能となり、局部的な温度上昇過多を抑制することが出来るため、煉瓦の損傷や溶融灰付着の問題が解決することが可能となった。また、プレチャンバーに設けられた複数ノズルの各々からの、炉内への吹込みガス量を常に一定とすることで、炉内円周方向で、流れるガス量が一定となるため、安定したコークス乾式消火設備の操業が可能となった。さらに、水、または蒸気を使用しないため、煉瓦のスポーリングによる損傷を防止し、かつ水、または蒸気でなく自己の循環ガスを利用するため、余計なランニングコストを発生することなくプレチャンバー内の温度分布を改善することが出来る等極めて優れた効果を奏するものである。

以下、本発明について図面に従って詳細に説明する。
図１は、本発明に係るコークス乾式消火設備のガス吹込み装置の概略図である。赤熱コークスを冷却するコークス乾式消火炉１は縦型に形成され、上下方向にプレチャンバー２とクーリングチャンバー３を備えている。赤熱コークスはプレチャンバー２の上方から装入され、漸次下方に移動し、クーリングチャンバー３においてクーリングチャンバー３の下部に設けられている吹込み管１９から吹込まれる不活性ガスによって冷却される。

クーリングチャンバー３内において吹込まれる不活性ガスは、クーリングチャンバー３内を上昇しつつ赤熱コークスとの間で熱交換が行われ、ガス温度が上昇し、クーリングチャンバー３上部のリングダクト２０に排出される。さらに、不活性ガスはリングダクト２０から第１次の除塵機４を経て廃熱ボイラー５に送られ、廃熱ボイラー５で熱回収されて温度が１８０℃前後に低下した後、第２次ダストキャチャー６で除塵され、循環ブロワー７を経て給水予熱器８を経た後再度吹込み管１９からクーリングチャンバー３内に吹込まれる。

一方、プレチャンバー２上部の空気吹込みノズル１７からプレチャンバー２内に空気が吹込まれる。吹込まれた空気中の酸素が残存揮発分、微粉コークス及び塊コークスの一部と反応する。反応は主に一酸化炭素を生成する発熱反応であり、吹込まれた空気と生成ガス、およびコークスは温度が上昇しプレチャンバー２内を下降する。吹込んだ空気と生成ガスは、プレチャンバー２下部において下方から上昇してきた不活性ガスと混合し、リングダクト２０に排出される。

上述したような構造において、コークス乾式消火炉１内円周方向に複数個の炉内温度測定装置１０を設け、測定したプレチャンバー２内温度を吹込み制御装置１２に送り、吹込み制御装置１２はプレチャンバー２内温度が目標温度となるように空気吹込み弁１４ないし、低温である循環ガスの一部を分岐させる分岐管９を備え、この分岐管９先端をプレチャンバー２と空気吹込みノズル１７に連結させた低温循環ガス吹込み流量調節弁１５を制御する。その空気吹込み弁１４、ないし低温循環ガス吹込み流量調節弁１５を吹込み調節器１３が吹込み制御装置１２に吹込み量の信号を送る。なお、符号１１はコークス排出装置を示す。

図２は、本発明に係るコークス乾式消火設備のガス吹込み装置の他の実施例を示す概略図である。コークス乾式消火炉１の上下方向にプレチャンバー２とクーリングチャンバー３入口までの間から、低温である循環ガスの一部を分岐させる分岐管９を備え、この分岐管９先端をプレチャンバー空気吹込みノズル１７に連結させたものであるが、このプレチャンバー空気吹込ノズル１７として吹込ファン１６を設け、分岐管９により、低温の循環ガスの一部がプレチャンバー２の空気吹込みノズル１７の配管に供給される。図３は、ガス吹込み装置の構造を示す図である。この図に示すように、ノズル形状を空気の流れる部分と低温ガスが流れる部分とを隔離させた２重管構造ノズル１８としたものである。

図４は、本発明に係るコークス乾式消火設備のガス吹込み装置のさらに他の実施例を示す概略図である。この図に示すように、プレチャンバー空気吹込装置として吹込ファン１６を設け、ガス分岐管９の先端を、吹込ファン１６の吸込み側に連結し、低圧ガスの圧力が不足する際には、吹込ファン１６にて空気吹込みと、低圧ガスの昇圧を兼ね備えた構造とした。

上述したように、吹込ファン１６からプレチャンバー２入口の間に設けられた分岐管９により、低温の循環ガスの一部が、プレチャンバー２の空気吹込みノズル１７に供給され、供給された循環ガスの量は、各々の配管に設けられた吹込み流量調節弁１５などの流量調整装置により調整される。また、コークス乾式消火炉内半径方向に複数箇所に設けられた炉内温度測定装置１０により、コークス乾式消火炉内の温度分布（Ｔ₁ 、Ｔ₂ 、… Ｔｎ）を測定し、温度分布のバラツキがなくなるように、または、温度Ｔｎが制御温度Ｔｍａｘ＞Ｔｎとなるように、各々の空気吹込みノズル１７から吹込み空気量と分岐管９からの低温ガスの吹込み風量のいずれた一方、または両方をフィードバック制御により調整する。

図５は、Ａ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図を示す図である。図６は、プレチャンバー内のコークス粒径分布を模式的に示した図である。また、図７は、炉内半径方向内への吹込み空気量の説明図である。この図５〜図７に示すように、各々の空気吹込みノズル１７からの吹込み空気量と分岐管９からの低温ガスの吹込み風量を調整するにあたり、設置ノズル（１、２ ‥‥ ｎ）から吹込まれる。その吹込み空気量Ｑａと低温ガス量Ｑｇとの比（Ｑａ：Ｑｇ）を変えることで、円周方向温度分布のバラツキや、過度の温度上昇を防ぐものである。

また、各々のノズルから吹込み空気量Ｑａと低温ガス量Ｑｇの比は変化させるが、混合ガス（吹込み空気＋低温ガス）総量（Ｑ１、Ｑ２ ‥‥ Ｑｎ）は、全て一定となるように制御することで、プレチャンバー内のガスの偏流を防止し、操業を安定させることが可能となる。ここに、Ｑａ１＋Ｑｇ１＝Ｑ１、Ｑａ２＋Ｑｇ２＝Ｑ２、‥‥ Ｑａｎ＋Ｑｇｎ＝Ｑｎであり、Ｑ１＝Ｑ２＝ ‥‥ Ｑｎである。

すなわち、図６に示すように、プレチャンバー内のコークス粒径分布を模式的に示すとコークス粒径が小さい域での炉内温度は低く、一方、粒径が大きい域での炉内温度は高い状態にある。このような炉内状況によって温度が異なり、また、コークス粒径によって、各々のノズルから吹込み空気圧も異なるものである。従って、これらの要因を考慮して、炉内温度測定装置により測定された、炉内温度分布のバラツキ、または制御温度に応じて、プレチャンバーに設置した各々のノズルから、プレチャンバーの中へ吹込む混合ガス（空気＋低温ガス）の量が各々の空気吹込み量（Ｑ１、Ｑ２ ‥‥ Ｑｎ）がＱ１＝Ｑ２＝ ‥‥ Ｑｎとなるように、各々の空気吹込み量（Ｑａ）および低温ガス吹込み量（Ｑｇ）の比率を制御するものである。

このように、炉内温度測定装置により測定された炉内温度分布のバラツキ、または、制御温度に応じて、プレチャンバーに設置した各々のノズルから、プレチャンバーの中へ吹込む混合ガス（空気＋低温ガス）の量が各々の空気吹込み量、および低温ガス吹込み量の比率を制御した吹込みを行うことで、プレチャンバー内部の温度バラツキを均一化することが可能となり、局部的な温度上昇過多を抑制することが出来るため、煉瓦の損傷や溶融灰付着の問題が解決することが出来、安定したコークス乾式消火設備の操業が可能となった。さらに、水、または蒸気でなく自己の循環ガスを利用するため、余計なランニングコストを発生することなくプレチャンバー内の温度分布を改善することが出来た。

本発明に係るコークス乾式消火設備のガス吹込み装置の概略図である。 本発明に係るコークス乾式消火設備のガス吹込み装置の他の実施例を示す概略図である。 ガス吹込み装置の構造を示す図である。 本発明に係るコークス乾式消火設備のガス吹込み装置のさらに他の実施例を示す概略図である。 Ａ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図を示す図である。 プレチャンバー内のコークス粒径分布を模式的に示した図である。 炉内半径方向内への吹込み空気量の説明図である。

符号の説明

１ コークス乾式消火炉
２ プレチャンバー
３ クーリングチャンバー
４ 除塵機
５ 廃熱ボイラー
６ 第２次ダストキャチャー
７ 循環ブロワー
８ 給水予熱器
１０ 炉内温度測定装置
１１ コークス排出装置
１２ 吹込み制御装置
１３ 吹込み調節器
１４ 空気吹込み弁
１５ 吹込み流量調節弁
１６ 吹込ファン
１７ プレチャンバー空気吹込ノズル
１８ ２重管構造ノズル
１９ 吹込み管
２０ リングダクト


特許出願人 新日本製鐵株式会社
代理人 弁理士 椎 名 彊 他１

Claims (4)

1. コークス乾式消火設備のプレチャンバーの周方向に、複数個の炉内温度測定装置と空気吹込みノズルを設け、プレチャンバー内の赤熱コークスを冷却する循環ガスの一部を分岐させる分岐管を設け、該分岐管先端を前記空気吹込みノズルに連結させると共に、前記炉内温度測定装置により、測定された各々の炉内温度が均一化になるように、前記炉内に吹込む空気および循環ガスの吹込み量を制御する吹込み制御装置を設けたことを特徴とするコークス乾式消火設備のガス吹込み装置。
2. 請求項１記載において吹込ファンを設け、ガス分岐管先端を、プレチャンバーと該吹込ファンの間のノズルに連結し、該ノズル形状を空気の流れる部分と循環ガスが流れる部分とを隔離させた２重管構造としたことを特徴とするコークス乾式消火設備のガス吹込み装置。
3. 請求項１記載において吹込ファンを設け、ガス分岐管先端を、吹込ファンの吸込み側に連結したことを特徴とするコークス乾式消火設備のガス吹込み装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のコークス乾式消火設備のガス吹込み装置において、プレチャンバー内に設けられた温度測定装置により測定された各々の炉内温度が均一化になるように、炉内温度のバラツキに応じてプレチャンバーに設置した各々のノズルから、プレチャンバーの中へ吹込む空気および循環ガスの合計量を一定のもとに、各々の空気吹込み量および循環ガス吹込み量の比率を制御することを特徴とするコークス乾式消火設備の操業方法。

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