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WO2010044138A1 - コークス乾式消火設備およびコークス乾式消火方法 - Google Patents

コークス乾式消火設備およびコークス乾式消火方法 Download PDF

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Publication number
WO2010044138A1
WO2010044138A1 PCT/JP2008/068583 JP2008068583W WO2010044138A1 WO 2010044138 A1 WO2010044138 A1 WO 2010044138A1 JP 2008068583 W JP2008068583 W JP 2008068583W WO 2010044138 A1 WO2010044138 A1 WO 2010044138A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coke
head
chamber
fire extinguishing
dry fire
Prior art date
Application number
PCT/JP2008/068583
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
隆志 福岡
藤川　淳
大谷　洋
Original Assignee
新日鉄エンジニアリング株式会社
日鐵プラント設計株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 新日鉄エンジニアリング株式会社, 日鐵プラント設計株式会社 filed Critical 新日鉄エンジニアリング株式会社
Priority to EP08877397.3A priority Critical patent/EP2351811B1/en
Priority to KR1020117010816A priority patent/KR101316675B1/ko
Priority to BRPI0822803 priority patent/BRPI0822803B1/pt
Priority to PCT/JP2008/068583 priority patent/WO2010044138A1/ja
Priority to JP2010533738A priority patent/JP5341905B2/ja
Priority to CN200880131562.2A priority patent/CN102186947B/zh
Priority to TW097142862A priority patent/TW201014902A/zh
Publication of WO2010044138A1 publication Critical patent/WO2010044138A1/ja

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B39/00—Cooling or quenching coke
    • C10B39/02—Dry cooling outside the oven
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D31/00—Other cooling or freezing apparatus

Definitions

  • the present invention relates to a coke dry fire extinguishing equipment and a coke dry fire extinguishing method for cooling red hot coke.
  • Coke Dry Quenching Equipment installed in steelworks, etc. is equipment that extinguishes red hot coke distilled in a coke oven with a cooling gas such as inert gas, and gradually cools high-temperature coke. This improves the coke quality, thereby stabilizing the operation of the steelmaking blast furnace.
  • Coke dry fire extinguishing equipment can prevent the scattering of coke dust by circulating the cooling gas in the system, and also recover sensible heat of coke with a heat recovery device such as a waste heat boiler for energy saving.
  • a conventional coke dry fire extinguishing system 1 has a chamber in which a pre-chamber 2 in which a coke inlet 10 is formed at the top and a cooling chamber 3 in which a coke discharging device 11 is provided at the bottom are connected vertically. It is the structure which was made.
  • the cooling chamber 3 is formed in a cone shape (for example, an inverted cone shape or an inverted truncated cone shape) at the lower portion, and is a cooling gas supply means for blowing out a cooling gas such as an inert gas at the center of the cone portion.
  • a blast head 4 is provided for making the descending flow of coke uniform.
  • the blast head 4 includes a substantially conical cap member 41 and is configured to blow cooling gas in a circumferential direction from an outlet (not shown) formed in the cap member 41. Further, the blast head 4 is supported by a support member 42 having a gas flow path therein, and the gas flow path inside the support member 42 communicates with the gas supply chamber 43.
  • a part of the cooling gas supplied to the gas supply chamber 43 is also introduced into the cooling chamber 3 from a cooling gas supply means (for example, the supply port 44) disposed on the circumference of the inclined portion corresponding to the lower portion of the cooling chamber 3. It is the structure supplied to.
  • a cooling gas supply means for example, the supply port 44
  • a small flue 5 divided into a plurality of parts for discharging the cooling gas blown into the cooling chamber 3 is formed so as to surround the body portion of the pre-chamber 2 in the circumferential direction.
  • the coke 6 in the chamber does not all fall down directly below, but takes course in various directions due to the influence of the chamber shape, wall surface, and coke physical properties. Gradually descend in the chamber. This uneven descent causes variations in the heat exchange of the coke 6 and has a long-standing problem that the cooling efficiency of the entire chamber is low. Furthermore, since the cooling efficiency of the whole chamber is low, there is a problem that a large chamber is required to cool the coke 6 to a predetermined temperature.
  • Patent Document 1 describes a method of controlling variations in heat exchange by changing the width of the coke passage by driving the skirt at the tip of the blast head to extend and contract.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228561 describes a method for moving up and down the entire head portion of the blast head.
  • the present invention has been made based on such circumstances, and the object thereof is to provide a blast head that can contribute to uniform coke descent in the chamber and improve coke cooling efficiency.
  • the object is to provide a coke dry fire extinguishing facility and a coke dry fire extinguishing method.
  • Still another object of the present invention is to provide a coke dry fire extinguishing equipment and a coke dry fire extinguishing method equipped with a blast head capable of reducing the size of the chamber by improving the coke cooling efficiency.
  • the coke dry fire extinguishing equipment of the present invention is charged with red hot coke from the upper part of the chamber whose lower part is formed in a cone shape, and blows cooling gas from the cooling gas supply means installed in the lower part of the chamber to descend the chamber.
  • the diameter of the blast head installed in the lower part of the chamber is below the main head with D as the main head. It is characterized in that at least one or more small heads having a diameter d smaller than the head are arranged.
  • the small head is preferably arranged so that an angle ( ⁇ 1) formed between a straight line (T1) connecting the outer peripheral end and the center of the coke outlet and a horizontal axis is within a range of 60 degrees to 80 degrees. Further, each of the angles ( ⁇ 1, ⁇ 2) between the straight line (T1, T2) connecting the outer peripheral ends of the small head and the main head and the center of the coke discharge port and the horizontal axis is within a range of 60 degrees to 80 degrees. It is preferable to arrange so that. At this time, the angles ⁇ 1 and ⁇ 2 formed may be the same angle or may be different from each other.
  • ⁇ 4 is the smaller of the angles ( ⁇ 1, ⁇ 2) formed by the straight lines (T1, T2) connecting the outer peripheral ends of the small head and the main head and the center of the coke discharge port and the horizontal axis ( ⁇ 1, ⁇ 2)
  • the inclination angle ⁇ 3 of the cone portion is preferably in the range of ⁇ 4 to ⁇ 4-25 degrees.
  • the diameter Dh of the coke discharge port is 1 ⁇ 2 or more (Dh ⁇ 0.5d) of the diameter d of the small head.
  • the small head is a position where the distance H is 1 to 5 times the diameter Dh of the coke discharge port, where H is the distance from the lower surface of the angle of repose of the coke formed below the small head to the coke discharge port. It is preferable to arrange in.
  • the coke dry fire extinguishing method of the present invention is charged with red hot coke from the upper part of the chamber whose lower part is formed in a cone shape, and the cooling gas is blown from the cooling gas supply means installed in the lower part of the chamber.
  • the diameter of the blast head installed in the lower part of the chamber is below the main head with D as the diameter.
  • a small head having a diameter d smaller than the main head is arranged in at least one stage to rectify the flow of coke descending in the chamber.
  • the red hot coke by blowing a cooling gas from the main head or the main head and the small head.
  • the present invention by disposing a small head having a diameter d smaller than the main head below the main head having a diameter of a blast head installed at the lower part in the chamber as D, variation in coke drop in the chamber is achieved. Which improves the coke descent. As a result, heat exchange between the coke and the cooling gas in the chamber is made uniform, thereby improving the coke cooling efficiency.
  • the coke cooling efficiency is improved, so that the chamber can be made compact.
  • the area below the blast head (main head) that was not used as a cooling zone in the conventional structure can also be used as a cooling zone, further improving cooling efficiency.
  • the chamber can be made compact.
  • the chamber of the coke dry fire extinguishing equipment 1 of the present embodiment includes a pre-chamber 2 having a coke charging inlet 10 at the top and a cooling chamber 3 having a coke discharge port 12 at the bottom. It is the structure connected up and down. These chambers can be formed of a refractory material such as steel or brick.
  • the high-temperature coke 6 generated in the coke oven is charged into the pre-chamber 2 from the coke charging inlet 10 by a coke transfer device such as a bucket (not shown).
  • the coke 6 charged into the pre-chamber 2 gradually descends and enters the cooling chamber 3.
  • the coke 6 that has entered the cooling chamber 3 is cooled by the cooling gas 7 while gradually descending, and is continuously discharged by the coke discharge device 11 provided at the coke discharge port 12.
  • the coke discharging device 11 continuously discharges the coke 6 and replenishes the coke 6 in a batch manner. However, it is not limited to this.
  • the cooling chamber 3 has a lower portion formed in a cone shape (for example, an inverted cone shape or an inverted truncated cone shape), and a cooling gas such as an inert gas is blown out at the center (for example, on the central axis) of the cone portion.
  • a blast head 4 for making the descending flow of the coke 6 uniform is provided. As shown in FIG. 2, the blast head 4 is supported by a substantially cross-shaped support member 42 installed through the side wall of the cone portion. Further, a gas supply chamber 43 is formed so as to surround the outer periphery of the cone portion, and an end portion of the support member 42 penetrating the side wall of the cone portion extends into the gas supply chamber 43.
  • a gas flow path (not shown) for cooling gas is formed inside the support member 42, and the cooling gas supplied to the gas supply chamber 43 through this gas flow path is guided to the blast head 4 to be blasted.
  • a cooling gas is blown into the chamber through the head 4.
  • a part of the cooling gas supplied to the gas supply chamber 43 is also introduced into the cooling chamber 3 from a cooling gas supply means (for example, the supply port 44) disposed on the circumference of the inclined portion corresponding to the lower portion of the cooling chamber 3. It is the structure supplied to.
  • the configuration is not limited to this, and the cooling gas may be supplied from either the blast head 4 or the supply port 41.
  • the substantially cross-shaped support member 42 shown in FIG. 2 is merely an example, and it is only necessary to be able to support the blast head 4 and is not limited to this shape.
  • the blast head 4 of the present embodiment has a two-stage head structure having a main head 41 arranged at the upper stage and a small head 45 arranged at the lower stage.
  • the main head 41 and the small head 45 include a substantially conical shade member, and are configured to blow cooling gas, for example, in a circumferential direction from a blowout port (not shown) formed in the shade member.
  • the small head 45 has a diameter (caliber) d smaller than the diameter (caliber) D of the main head 41. If this condition is satisfied, the shape of each head is not limited to that shown in FIG. Preferably, as shown in FIG.
  • the small head 45 and the main head 41 are each a straight line connecting the outer peripheral end of each head (in this example, the outer peripheral end of the cap member) and the center of the coke discharge port 12 (
  • the angles ( ⁇ 1, ⁇ 2) formed between T1 and T2) and the horizontal axis are in the range of 60 degrees to 80 degrees, particularly preferably 70 degrees (condition (I)).
  • the “coke discharge port” in this condition (I) is defined as meaning the position where the cone portion finishes tilting (that is, the lower end surface of the cone portion) as shown in FIG. 3A as an example. Is done. It is preferable that both of the angles ( ⁇ 1, ⁇ 2) are in the range of 60 degrees to 80 degrees.
  • FIG. 3A shows an arrangement in which the angles ⁇ 1 and ⁇ 2 are different as an example. However, the angles ⁇ 1 and ⁇ 2 may be arranged to be the same angle.
  • the inclination angle ⁇ 3 of the cone portion is set within the range of ⁇ 4 to ⁇ 4-25 degrees (condition (II)).
  • the diameter Dh of the coke outlet 12 shown in FIG. 3 (a) is set to 1/2 or more (Dh ⁇ 0.5d) of the diameter d of the small head 45 (condition (III)).
  • the small head 45 has a distance from the lower surface (h1) of the space formed by the angle of repose of the coke 6 formed below to the coke discharge port 12.
  • H the distance H is 1 to 5 times the diameter Dh of the coke discharge port 12, more preferably 1 to 3 times (condition (IV)).
  • the “coke discharge port” in this condition is also defined in the same manner as the condition (I) described above.
  • the height position of the lower surface (h1) is generally 34 to 35 degrees in the angle of repose of coke, and can be calculated or calculated using this value.
  • the present invention is not limited to this, and the angle of repose may be obtained by a known method such as measuring the angle of repose using a coke sample.
  • conditions (I) and (IV) it is preferable to satisfy one of the above-mentioned conditions (I) and (IV). However, in order to make the coke fall uniform more reliably, the conditions (I) and (IV) It is preferable to satisfy both conditions. Furthermore, it is preferable to combine conditions (II) and / or (III) with conditions (I).
  • the small flue 5 divided into a plurality of parts for discharging the cooling gas is formed so as to surround the cylindrical straight body portion of the pre-chamber 2 in the circumferential direction.
  • the small flue 5 is connected to a flue 51 and is connected to a heat recovery facility 53 such as a waste heat boiler via a dust catcher 52 as a first dust remover.
  • the gas cooled by the heat recovery equipment 53 passes through the second dust remover 54, and then is blown to the preheater 56 by a blowing means 55 such as a blower, and is supplied again to the cooling chamber 3 as a cooling gas. Since these configurations are known, detailed description thereof will be omitted.
  • the coke 6 charged into the pre-chamber 2 from the coke inlet 10 is gradually lowered with the continuous discharge from the bottom of the cooling chamber 3 to enter the cooling chamber 3. Enter. And it cools by exchanging heat with the cooling gas 7 blown from the main head 41, the small head 45, and the supply port 44 in the cooling chamber 3, and is discharged
  • the coke 6 descending in the chamber usually descends gradually while taking a course in various directions due to the influence of the shape and wall surface of the chamber and the difference in coke physical properties. There is a tendency.
  • the present inventors consider that this is the main factor that causes variations in descent, and as a result of intensive studies, a small head 45 smaller in size than the main head 41 is newly added. As a result, the inventors have found that the variation in the descent can be remarkably improved by disposing it below the lower limit of the position, and the present invention has been completed.
  • the present inventors consider the reason why the variation in descent can be improved as follows. That is, as schematically shown in FIG. 4, in the cone portion of the cooling chamber 3, the coke descending the central portion of the chamber changes the flow direction outward in the circumferential direction by the main head 41, Promote coke flow. A flow toward the center is formed below the main head 41 by the angle of repose. Next, the small head 45 changes the direction of the flow outward in the circumferential direction to further promote the flow of coke on the wall side, forms a flow toward the center by the angle of repose below the small head 45, and is discharged from the coke discharge port 12.
  • the outer side in the circumferential direction formed by the main head 41 and the small head 45 is more effectively applied to the region where the fluidity due to the internal friction angle of the coke is low.
  • the action of the flow toward the outer side in the circumferential direction is made more effective.
  • the action / effect by the condition (I) becomes more effective by further combining the conditions (II) and / or (III).
  • the above-mentioned condition (IV) is to optimize the position of the small head 45 in the height direction, and if this condition (IV) is satisfied, the variation in descent can be improved more reliably. It becomes possible. That is, as schematically shown in FIG. 5, the condition of Dh ⁇ distance H ⁇ 5Dh is satisfied as compared with the case where the distance H is smaller than the diameter Dh and the case where the distance H is larger than five times the diameter Dh. The variation of the descent is small. When the distance H is larger than 5 times the diameter Dh (FIG. 5B), the distance from the small head 45 to the coke discharge port 12 is too long, and the coke after passing through the small head 45 is selectively centered. I guess that it descends through.
  • a small head 45 having a size smaller than that of the main head 41 is newly added, and the two-stage head structure in which the small head 45 is disposed below the main head 41 is achieved.
  • the variation of the coke drop in the cone part of the chamber is improved, so that the coke drop in the entire chamber is made uniform.
  • the heat exchange between the coke and the cooling gas in the chamber is made uniform, and as a result, the coke cooling efficiency can be increased.
  • the conditions (I) to (IV) are satisfied, the effect can be enhanced.
  • the chamber can be made compact.
  • the cooling gas may be blown from only the main head 41 without blowing the cooling gas from the small head 45.
  • the number of the small heads 45 disposed below the main head 41 is not necessarily limited to one, and a multi-stage head structure having three or more stages may be used. In this case, it is preferable to reduce the diameter (d) of the head as it goes down.

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Abstract

下部がコーン形状に形成されたチャンバー（３）の上部より赤熱コークスを装入し、該チャンバー内の下部に設置した冷却ガス供給手段から冷却ガスを吹き込んでチャンバー内を降下する赤熱コークスを冷却し、該チャンバーの下部に設けたコークス排出口（１２）からコークスを排出するコークス乾式消火設備（１）において、前記チャンバーの下部に設置したブラストヘッド（４）の直径をＤとする主ヘッド（４１）の下方に、主ヘッドより小さい直径ｄの小ヘッド（４５）を少なくとも１段以上配置した構成とすることで、チャンバー内におけるコークスの降下を均一化し、コークスの冷却効率を向上させる。

Description

コークス乾式消火設備およびコークス乾式消火方法
　本発明は、赤熱コークスを冷却するコークス乾式消火設備およびコークス乾式消火方法に関する。
　製鉄所等に設置されるコークス乾式消火設備（Coke Dry Quenching equipment：ＣＤＱ）は、コークス炉で乾留された赤熱コークスを不活性ガス等の冷却ガスで消火する設備であり、高温のコークスを徐冷ことによってコークス品質を向上させ、これにより製鉄用高炉の操業安定化を図っている。コークス乾式消火設備は、系内で冷却ガスを循環させることによって、コークス粉塵の飛散を防ぐことができ、さらに省エネのために廃熱ボイラー等の熱回収装置でコークスの顕熱を回収するといった特長を有する。
　従来のコークス乾式消火設備１のチャンバーは、図６に示すように、コークス装入口１０が上部に形成されたプレチャンバー２と、底部にコークス排出装置１１が設けられたクーリングチャンバー３が上下に連結された構成である。
　クーリングチャンバー３は、下部がコーン形状（例えば、逆円錐形状或いは逆円錐台形状など）に形成されており、このコーン部の中央に、不活性ガス等の冷却ガスを吹き出す冷却ガス供給手段であると共に、コークスの降下流れを均一化するためのブラストヘッド４が設けられている。ブラストヘッド４は、略円錐形状の笠部材４１を含み、この笠部材４１に形成された吹出口（不図示）から冷却ガスを周方向に吹き出すように構成されている。さらに、ブラストヘッド４は、内部にガス流路を有する支持部材４２によって支持されており、支持部材４２内部のガス流路は、ガス供給室４３と連通している。また、ガス供給室４３に供給される冷却ガスの一部は、クーリングチャンバー３の下部にあたる傾斜部に円周上に配置された冷却ガス供給手段（例えば、供給口４４）からもクーリングチャンバー３内に供給される構成である。
　また、プレチャンバー２の胴部を周方向に囲むように、クーリングチャンバー３内に吹き込まれた冷却ガスを排出する複数に分割された小煙道５が形成されている。
　上記構成において、コークス装入口１０を介して高温の赤熱コークスをチャンバー内に装入し、コークス排出装置１１によってチャンバー底部から連続的にコークスを排出する。このとき、チャンバー内を降下するコークス６は、ブラストヘッド４を含むチャンバー下部からの冷却ガスと熱交換して冷却される。一方、熱交換によって高温となった冷却ガスは、小煙道５を通じてチャンバーから排出される。そして、図示は省略するが、排出されたガスは、除塵器を通過した後、廃ガスボイラー等の熱回収装置に供給されて熱回収され、再び冷却ガスとしてチャンバー内に供給される。
　ここで、上記コークス乾式消火設備１においては、チャンバー内のコークス６が全て均一に真下に降下するのではなく、チャンバー形状や壁面の影響、そしてコークス物性の違いにより様々な向きに進路をとりながら徐々にチャンバー内を降下していく。この不均一な降下によりコークス６の熱交換にバラツキが生じ、チャンバー全体の冷却効率が低いという永年の課題がある。さらに、チャンバー全体の冷却効率が低いことから、コークス６を所定温度まで冷却するためには大型のチャンバーが必要となる問題もある。
　上記課題を解決するための方法の一つとして、ブラストヘッド４を改良することによる方法が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。特許文献１には、ブラストヘッドの先端のスカート部を伸縮駆動させて、コークスの通路幅を変更することによって熱交換のバラツキを制御する方法が記載されている。また、特許文献２には、ブラストヘッドのヘッド部全体を上下に昇降させる方法が記載されている。
　しかしながら、チャンバーの下部に設けられているブラストヘッド４には多大なコークス６の充填圧（すなわち、コークスの質量，降下による圧力など）が印加されるので、特許文献１，２のようにブラストヘッドを昇降させたり先端部を伸縮させたりするには、高価な高出力の駆動装置が必要となってしまう。加えて、チャンバー内は高温であり、しかも粉塵が多量に含まれる環境であるため、特許文献１，２のようにブラストヘッドを稼動式にすると設備トラブルを招くことが懸念される。
特開平１－１１０５９２号公報 特開昭６３－１０６９１号公報
　本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、チャンバー内におけるコークスの降下を均一化し、コークスの冷却効率を向上させることに貢献することのできるブラストヘッドを備えたコークス乾式消火設備、及びコークス乾式消火方法を提供することにある。
　さらに本発明の他の目的は、コークスの冷却効率を向上させることによって、チャンバーのコンパクト化を図ることのできるブラストヘッドを備えたコークス乾式消火設備、及びコークス乾式消火方法を提供することにある。
　本発明のコークス乾式消火設備は、下部がコーン形状に形成されたチャンバーの上部より赤熱コークスを装入し、該チャンバー内の下部に設置した冷却ガス供給手段から冷却ガスを吹き込んでチャンバー内を降下する赤熱コークスを冷却し、該チャンバーの下部に設けたコークス排出口からコークスを排出するコークス乾式消火設備において、前記チャンバーの下部に設置したブラストヘッドの直径をＤとする主ヘッドの下方に、主ヘッドより小さい直径ｄの小ヘッドを少なくとも１段以上配置したことを特徴とする。
　前記小ヘッドは、その外周端とコークス排出口の中心を結ぶ直線（Ｔ１）と、水平軸線とのなす角（θ１）が６０度～８０度の範囲内になるように配置するのが好ましい。さらに、前記小ヘッド及び主ヘッドの外周端とコークス排出口の中心を結ぶ直線（Ｔ１，Ｔ２）と、水平軸線とのなす角（θ１，θ２）の各々が６０度～８０度の範囲内になるように配置するのが好ましい。このとき、なす角θ１とθ２は、同じ角度であってもよく、相異なっていてもよい。
　さらに、前記小ヘッド及び主ヘッドの外周端とコークス排出口の中心を結ぶ直線（Ｔ１，Ｔ２）と、水平軸線とのなす角（θ１，θ２）のいずれか小さい角度の方をθ４としたとき、前記コーン部の傾斜角θ３が、θ４～θ４－２５度の範囲内になるようにすることが好ましい。
　前記コークス排出口の口径Ｄｈは、前記小ヘッドの直径ｄの１／２以上（Ｄｈ≧０．５ｄ）とするのが好ましい。
　前記小ヘッドは、該小ヘッドの下方に形成されるコークスの安息角下面からコークス排出口までの距離をＨとしたとき、距離Ｈが前記コークス排出口の口径Ｄｈの１～５倍となる位置に配置することが好ましい。
　さらに、前記主ヘッド、又は前記主ヘッドと小ヘッドに、冷却ガス用のガス流路を設けて、チャンバー内に冷却ガスを吹き込む冷却ガス供給手段とするのが好ましい。
　また、本発明のコークス乾式消火方法は、下部がコーン形状に形成されたチャンバーの上部より赤熱コークスを装入し、該チャンバー内の下部に設置した冷却ガス供給手段から冷却ガスを吹き込んでチャンバー内を降下する赤熱コークスを冷却し、該チャンバーの下部に設けたコークス排出口からコークスを排出するコークス乾式消火方法において、前記チャンバーの下部に設置したブラストヘッドの直径をＤとする主ヘッドの下方に、主ヘッドより小さい直径ｄの小ヘッドを少なくとも１段以上配置して、チャンバー内を降下するコークスの流れを整流することを特徴とする。
　さらに、前記主ヘッド、又は前記主ヘッドと小ヘッドから冷却ガスを吹き込んで前記赤熱コークスを冷却することが好ましい。
　本発明によれば、チャンバー内の下部に設置したブラストヘッドの直径をＤとする主ヘッドの下方に、主ヘッドより小さい直径ｄの小ヘッドを配置することによって、チャンバー内におけるコークスの降下のバラツキが改善され、これによりコークスの降下が均一化される。その結果、チャンバー内におけるコークスと冷却ガスの熱交換が均一化され、これによりコークスの冷却効率が向上する。
　さらに本発明によれば、コークスの降下が均一化されることによってコークスの冷却効率が向上するので、チャンバーのコンパクト化を図ることが可能となる。特に、小ヘッドからも冷却ガスを吹き込むようにすれば、従来の構造では冷却ゾーンとして活用されていなかったブラストヘッド（主ヘッド）の下方領域も冷却ゾーンとして活用できるので、更なる冷却効率の向上及びチャンバーのコンパクト化を図ることが可能となる。
本発明の実施形態によるコークス乾式消火設備の概略図である。 上記コークス乾式消火設備の横断面図である。 上記コークス乾式消火設備のブラストヘッドを示す図である。 上記ブラストヘッドの作用を説明するための図である。 上記ブラストヘッドによる効果を説明するための図である。 従来のコークス乾式消火設備の概略図である。
符号の説明
　１　　コークス乾式消火設備
　２　　プレチャンバー
　３　　クーリングチャンバー
　４　　ブラストヘッド
　４１　主ベッド
　４２　支持部材
　４５　小ヘッド
　本発明によるコークス乾式消火設備及びコークス乾式消火方法の好ましい実施形態について、添付図面を参照しながら詳しく説明する。但し、本発明の技術的範囲は、以下に説明する実施形態によって何ら限定解釈されることはない。
　まず、本実施形態のコークス乾式消火設備１のチャンバーは、図１及び図２に示すように、上部にコークス装入口１０を有するプレチャンバー２と、底部にコークス排出口１２を有するクーリングチャンバー３が上下に連結された構成である。これらチャンバーは、例えば鋼材や煉瓦などの耐火性材料で形成することができる。そして、コークス炉で生成された高温のコークス６は、図示しないバケットなどのコークス搬送装置によって、コークス装入口１０からプレチャンバー２内に装入される。プレチャンバー２内に装入されたコークス６は、徐々に降下してクーリングチャンバー３内に進入する。さらに、クーリングチャンバー３内に進入したコークス６は、徐々に降下しながら冷却ガス７によって冷却され、コークス排出口１２に設けられたコークス排出装置１１により連続的に排出される。一般的には、コークス排出装置１１によりコークス６を連続的に排出し、バッチ方式でコークス６を補充するような操業が行われる。但し、これに限定されるものではない。
　クーリングチャンバー３は、下部がコーン形状（例えば、逆円錐形状或いは逆円錐台形状）に形成されており、このコーン部の中央（例えば、中心軸上）に、不活性ガス等の冷却ガスを吹き出す冷却ガス供給手段であると共に、コークス６の降下流れを均一化するためのブラストヘッド４が設けられている。ブラストヘッド４は、図２に示すように、コーン部の側壁を貫通させて設置した略十字形状の支持部材４２によって支持されている。さらにコーン部の外周を囲むようにガス供給室４３が形成されており、コーン部の側壁を貫通する支持部材４２の端部は、ガス供給室４３内にまで延びている。そして支持部材４２の内部には冷却ガス用のガス流路（不図示）が形成されており、このガス流路を介してガス供給室４３に供給される冷却ガスをブラストヘッド４に導き、ブラストヘッド４を通じてチャンバー内に冷却ガスを吹き込むように構成されている。また、ガス供給室４３に供給される冷却ガスの一部は、クーリングチャンバー３の下部にあたる傾斜部に円周上に配置された冷却ガス供給手段（例えば、供給口４４）からもクーリングチャンバー３内に供給される構成である。但し、この構成に限定されることはなく、ブラストヘッド４又は供給口４１のいずれか一方から冷却ガスを供給するようにしてもよい。さらに、図２に示す略十字形状の支持部材４２は一例であって、ブラストヘッド４を支持可能であれば良く、この形状に限定されることはない。
　本実施形態のブラストヘッド４は、上段に配置した主ヘッド４１と、下段に配置した小ヘッド４５を有する２段ヘッド構造である。主ヘッド４１及び小ヘッド４５は、略円錐形状の笠部材を含み、この笠部材に形成された吹出口（不図示）から例えば周方向に冷却ガスを吹き出すように構成されている。小ヘッド４５は、主ヘッド４１の直径（口径）Ｄよりも小さい直径（口径）ｄにする。この条件を満たせば、各ヘッドの形状は図１に示されるものに限定されることはない。好ましくは、図３（ａ）に示すように、小ヘッド４５と主ヘッド４１は、各ヘッドの外周端（本例の場合は笠部材の外周端）とコークス排出口１２の中心を結ぶ直線（Ｔ１，Ｔ２）と、水平軸線とのなす角（θ１，θ２）が６０度～８０度の範囲内、特に好ましくは７０度になるように配置する（条件（Ｉ））。この条件（Ｉ）における「コークス排出口」とは、一例として図３（ａ）にも示されるように、コーン部の傾斜が終わる位置（すなわち、コーン部の下端面）を意味するものと定義される。なお、なす角（θ１，θ２）の両方が６０度～８０度の範囲内であることが好ましいが、少なくとも小ヘッド４５のなす角θ１が前記範囲内であれば、主ヘッド４１のなす角θ２については前記範囲外とすることもできる。また、図３（ａ）には、一例として角度θ１，θ２が異なる配置を示しているが、角度θ１とθ２が同じ角度になるように配置してもよい。
　さらに好ましくは、図３（ａ）に示すように、小ヘッド４５及び主ヘッド４１の外周端とコークス排出口１２の中心を結ぶ直線（Ｔ１，Ｔ２）と、水平軸線とのなす角（θ１，θ２）のいずれか小さい角度の方をθ４としたとき、前記コーン部の傾斜角θ３が、θ４～θ４－２５度の範囲内になるようにする（条件（II））。
　さらに好ましくは、図３（ａ）に示されるコークス排出口１２の口径Ｄｈを、小ヘッド４５の直径ｄの１／２以上（Ｄｈ≧０．５ｄ）とする（条件（III））。
　また、好ましくは、図３（ｂ）に示すように、小ヘッド４５は、その下方に形成されるコークス６の安息角で形成される空間の下面（ｈ１）からコークス排出口１２までの距離をＨとしたとき、距離Ｈがコークス排出口１２の口径Ｄｈの１～５倍、さらに好ましくは１～３倍となる位置に配置する（条件（IV））。この条件における「コークス排出口」も、上記した条件（Ｉ）と同様に定義される。なお、下面（ｈ１）の高さ位置については、一般的にコークスの安息角は３４～３５度であるので、この値を用いて計算又は演算によって算出することができる。但し、これに限らず、コークスのサンプルを用いて安息角を測定するなど、公知の手法によって安息角を求めるようにしてもよい。
　なお、本実施形態においては、前述の条件（Ｉ）及び（IV）いずれか一方を満たすことが好ましいが、より確実にコークスの降下を均一化させるためには条件（Ｉ）及び（IV）の両方の条件を満たすことが好ましい。さらに、条件（Ｉ）に条件（II）及び／又は（III）を組み合わせることが好ましい。
　説明を図１に戻すと、プレチャンバー２の円筒直胴部を周方向に囲むように、冷却ガスを排出する複数に分割された小煙道５が形成されている。小煙道５は、煙道５１が接続されており、第１除塵機としてのダストキャッチャ５２を介して廃熱ボイラー等の熱回収設備５３に接続されている。そして熱回収設備５３で冷却されたガスは、第２除塵機５４を通過した後、ブロワー等の送風手段５５によって、予熱器５６に送風され、そして再び冷却ガスとしてクーリングチャンバー３に供給される。これらの構成については公知であるため、詳しい説明については省略する。
　上述のコークス乾式消火設備１において、コークス装入口１０からプレチャンバー２内に装入されたコークス６は、クーリングチャンバー３の底部からの連続的な排出に伴い、徐々に降下してクーリングチャンバー３内に進入する。そして、クーリングチャンバー３内で主ヘッド４１及び小ヘッド４５並びに供給口４４から吹き込まれた冷却ガス７と熱交換することによって冷却され、コークス排出装置１１によって排出される。なお、主ヘッド４１及び小ヘッド４５の単位時間あたりの風量比率は、一例として８：２とするのが好ましい。ここで、背景技術の欄でも説明したように、通常、チャンバー内を降下するコークス６は、チャンバーの形状や壁面の影響、そしてコークス物性の違いにより様々な向きに進路をとりながら徐々に降下する傾向にある。これが降下にバラツキが生じる主要因であると本発明者らは考え、鋭意検討を行った結果、主ヘッド４１よりもサイズが小さい小ヘッド４５を新たに追加し、この小ヘッド４５を主ヘッド４１の下方に配置すれば格段に降下のバラツキを改善できることをつきとめ、本発明を完成するに至ったのである。特に、主ヘッド４１と小ヘッド４５の関係が上述の条件（Ｉ）及び／又は（IV）を満たすときにその効果が大きく、コークス物性と大きく関係がある値であることを、実際に試験を行って確認している。
　このように降下のバラツキを改善できる理由について、本発明者らは次のように考えている。すなわち、図４に模式的に示すように、クーリングチャンバー３のコーン部においては、チャンバー中央部を降下するコークスは、主ヘッド４１によって周方向外側に流れの向きを変え、降下が遅い壁側のコークスの流動を促進させる。そして主ヘッド４１の下方で安息角により中央に向かう流れを形成する。次いで小ヘッド４５によって周方向外側に流れの向きを変えてさらに壁側のコークスの流動を促進させ、小ヘッド４５の下方で安息角により中央に向かう流れを形成し、コークス排出口１２より排出される。コーン部においてこのような流動状態に整流することにより、チャンバー中央部のコークスが主ヘッド４１を通過した後に、選択的にコークス排出口１２に向けて降下するのが抑制され、壁側のコークスと均一に降下することとなり、その結果、クーリングチャンバー３内の降下のバラツキが改善されるのである。
　さらに、上述の条件（Ｉ）を満たすようにすれば、コークスの内部摩擦角による流動性が低い領域に対して、より効果的に、主ヘッド４１及び小ヘッド４５によって形成される周方向外側に向かう流れの作用を及ぼすことができ、その結果、より確実に降下のバラツキを改善することが可能となる。すなわち、コークスの内部摩擦角が７５度前後にあることに着目し、主ヘッド４１及び小ヘッド４５の外周端を６０度～８０度に設定することによって、内部摩擦角による流動性が低い領域に対する前記周方向外側に向かう流れの作用を、より効果的にしたのである。条件（Ｉ）による作用・効果は、さらに条件（II）及び／又は（III）を組み合わせることによって、より効果的となる。
　さらに、上述の条件（IV）は、小ヘッド４５の高さ方向の位置を好適化するものであり、この条件（IV）を満たすようにすれば、より確実に降下のバラツキを改善することが可能となる。すなわち、図５に模式的に示すように、距離Ｈが口径Ｄｈよりも小さい場合、及び、距離Ｈが口径Ｄｈの５倍よりも大きい場合に比べて、Ｄｈ≦距離Ｈ≦５Ｄｈの条件を満たす場合の降下のバラツキは小さくなっている。距離Ｈが口径Ｄｈの５倍よりも大きい場合（図５（ｂ））、小ヘッド４５からコークス排出口１２までの距離が長すぎ、小ヘッド４５を通過した後のコークスが選択的に中央部を通って降下するからと推察する。反対に距離Ｈが口径Ｄｈよりも小さい場合（図５（ａ））、小ヘッド４５からコークス排出口１２までの距離が短すぎ、小ヘッド４５の下方において、周方向外側に向きを変えてさらに安息角により中央に向かう流れが形成される前に排出されてしまうからと推察する。また、図５（ａ）の場合は、小ヘッド４５とチャンバー壁面との間のコークスが通過する空間が狭くなってしまうことも一因と考えられる。
　以上のように、本実施形態によれば、主ヘッド４１よりもサイズが小さい小ヘッド４５を新たに追加し、この小ヘッド４５を主ヘッド４１の下方に配置した２段ヘッド構造にすることによって、チャンバーのコーン部内におけるコークスの降下のバラツキが改善され、これによりチャンバー全体のコークスの降下が均一化される。チャンバー内のコークスの降下が均一化されると、チャンバー内におけるコークスと冷却ガスの熱交換が均一化され、その結果、コークスの冷却効率を高めることが可能となる。特に、条件（Ｉ）～（IV）を満たすようにすれば、その効果を高めることができる。
　さらに本実施形態によれば、コークスの冷却効率が向上されるので、チャンバーのコンパクト化を図ることが可能となる。特に、小ヘッド４５からも冷却ガスを吹き込むことにより、従来の構造では冷却ゾーンとして活用されていなかった主ヘッド４１の下方領域も冷却ゾーンとして活用できるので、更なる冷却効率の向上及びチャンバーのコンパクト化を図ることが可能となる。但し、小ヘッド４５から冷却ガスを吹き込まず、主ヘッド４１のみから冷却ガスを吹き込むようにしてもよい。
　なお、本発明においては、主ヘッド４１の下方に配置する小ヘッド４５は必ずしも一つに限られず、３段以上の多段ヘッド構造としてもよい。この場合、下段になるに従ってヘッドの口径（ｄ）を小さくするのが好ましい。
　以上、本発明の一実施形態および実施例について例示をしたが、本発明の精神及び範囲を逸脱しない範囲で多くの修正および変形が可能であることは当業者にとって明らかであり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。

Claims (9)

  1. 　下部がコーン形状に形成されたチャンバーの上部より赤熱コークスを装入し、該チャンバー内の下部に設置した冷却ガス供給手段から冷却ガスを吹き込んでチャンバー内を降下する赤熱コークスを冷却し、該チャンバーの下部に設けたコークス排出口からコークスを排出するコークス乾式消火設備において、
    　前記チャンバーの下部に設置したブラストヘッドの直径をＤとする主ヘッドの下方に、主ヘッドより小さい直径ｄの小ヘッドを少なくとも１段以上配置したことを特徴とするコークス乾式消火設備。
  2. 　前記小ヘッドは、その外周端とコークス排出口の中心を結ぶ直線（Ｔ１）と、水平軸線とのなす角（θ１）が６０度～８０度の範囲内になるように配置した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。
  3. 　前記小ヘッド及び主ヘッドは、各々の外周端とコークス排出口の中心を結ぶ直線（Ｔ１，Ｔ２）と、水平軸線とのなす角（θ１，θ２）が６０度～８０度の範囲内になるように配置した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。
  4. 　前記小ヘッド及び主ヘッドの外周端とコークス排出口の中心を結ぶ直線（Ｔ１，Ｔ２）と、水平軸線とのなす角（θ１，θ２）のいずれか小さい角度の方をθ４としたとき、前記コーン部の傾斜角θ３が、θ４～θ４－２５度の範囲内になるようにしたことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のコークス乾式消火設備。
  5. 　前記コークス排出口の口径Ｄｈを、前記小ヘッドの直径ｄの１／２以上（Ｄｈ≧０．５ｄ）としたことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のコークス乾式消火設備。
  6. 　前記小ヘッドは、該小ヘッドの下方に形成されるコークスの安息角下面からコークス排出口までの距離をＨとしたとき、距離Ｈが前記コークス排出口の口径Ｄｈの１～５倍の範囲内となる位置に配置したことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のコークス乾式消火設備。
  7. 　前記主ヘッド、又は前記主ヘッドと小ヘッドに、冷却ガスを吹き込むガス流路を設けたことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載のコークス乾式消火設備。
  8. 　下部がコーン形状に形成されたチャンバーの上部より赤熱コークスを装入し、該チャンバー内の下部に設置した冷却ガス供給手段から冷却ガスを吹き込んでチャンバー内を降下する赤熱コークスを冷却し、該チャンバーの下部に設けたコークス排出口からコークスを排出するコークス乾式消火方法において、
    　前記チャンバーの下部に設置したブラストヘッドの直径をＤとする主ヘッドの下方に、主ヘッドより小さい直径ｄの小ヘッドを少なくとも１段以上配置して、チャンバー内を降下するコークスの流れを整流することを特徴とするコークス乾式消火方法。
  9. 　前記主ヘッド、又は前記主ヘッドと小ヘッドから冷却ガスを吹き込んで前記赤熱コークスを冷却することを特徴とする請求項８に記載のコークス乾式消火方法。
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