JP4916912B2 - コークス炉炭化室付着カーボンの焼却方法 - Google Patents

Description

本発明は、コークス炉炭化室内に付着したカーボンを、炭化室内に噴射ノズルを挿入して酸素を含む気体を噴射しつつ焼却して除去する方法に関するものである。

コークス炉炭化室では、乾留生成ガスの熱分解によって生ずるカーボン及び石炭装入時に飛散する微粉炭が炉壁に固着してコークス化することにより、炉壁付着カーボンが生ずる。この炉壁付着カーボンは炉壁面上で成長するに伴い炉壁の熱伝導率を下げるうえ、炭化室の有効容積を減少させるため、コークス炉の生産性を低下させる。更には炭化室からのコークス押出しを不可能とならしめる、いわゆる押詰りの原因となるため、定期的な除去作業が必要である。

この炭化室付着カーボンの除去方法としては、次の二つの方法がよく知られている。
（a） 先端の尖った、長さ４〜５mのやり状の治具を用い、人力で突き落とす方法。
（b） コークス押出し用の炉蓋のうち、一方もしくは両方とガス上昇管を開放し、自然ドラフトにより炉蓋部から空気を炭化室に導入して炭化室付着カーボンを燃焼させる方法。

しかしながら、（a）のような機械的作用による除去方法では、カーボン層が炉壁から完全に剥離してしまうので、カーボンによる目地部のシール機能が損なわれるという欠点がある。しかも３〜４人の作業者が１５分以上の時間を掛けて行わなければならず、高熱と粉塵等による悪環境下での重労働を余儀なくされるという問題がある。

また、（b）の方法では、空気導入部近傍の炉壁は初期にカーボンが焼却除去されるが、その後も冷空気がその部分を通過することにより局部的に過大な冷却を受け、炉体レンガのスポーリングによる損傷や、目地開き等の悪影響を生じる。また燃焼に利用される空気は炭化室に入ったもののうち数分の一程度であって、大半の空気は燃焼に関与することなく炉外に排出されるため、カーボンの燃焼量を大きくすることができない。このためカーボン除去作業に長大な時間を要し、生産の阻害を生じる。

そこでこれらの問題を解決するために、炭化室内に噴射ノズルを挿入して酸素を含む気体を噴射し、付着カーボンを燃焼除去する方法が開発されている。この方法では気体吹込み条件の制御が必要となり、特許文献1には、炭化室からコークスを押出すコークス押出機の押出し電流値により付着カーボンの総量を把握し、気体の噴射条件を決定する方法が開示されている。この方法は押出電流値と付着カーボン量との関係を予め求めておき、押出し電流値が高いときにはカーボン付着が大であると判断して焼却を強化する。

しかしながら、押出電流値が必ずしもカーボン付着量を反映しない場合もある。例えば炭化時間不足による未乾留部が存在するために押出し電流値が上昇する場合には、押出し電流値はカーボン付着量を示さない。またレンガ欠損等により大きな凹部のある炉壁では、カーボンが全く付着していなくても押出し電流値が上昇する。このように押出し電流値が高くともカーボン付着量が多いとはいえない場合がある。しかもカーボン付着量と押出し電流値との関係は各炭化室の壁面の状態によってそれぞれ異なるため、特許文献1の方法を実施するためには各炭化室毎にこの関係を求める必要があり、非常に多大なデータ蓄積を必要とする。
特開昭６１−２３１０８５号公報

本発明は上記した従来の問題点を解決して、レンガ目地部のシール機能を損なうことなく、スポーリング等の損傷を生じさせず、また悪環境下での作業や生産性の阻害を生じることなく、炉壁にレンガ欠損等のある場合にも多大なデータ蓄積を必要とせずに、押出し抵抗を低減させる程度の適度なカーボン焼却が可能な、コークス炉炭化室付着カーボンの焼却方法を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、コークス炉の炭化室内に付着したカーボンを、該炭化室内に挿入した噴射ノズルから酸素を含む気体を噴射しつつ焼却して除去する方法であって、燃焼排ガスのO₂濃度と次回押出し時の押出し抵抗値との相関から押出し抵抗値が極小となるO₂濃度Ｘを求めておき、カーボン焼却の開始後、燃焼排ガスのO₂濃度がＸを未満まで低下したのち、Ｘまで上昇したときにカーボン焼却を停止することを特徴とするものである。なお実際には、押出し抵抗値が極小となるO₂濃度Ｘを、サンプリング位置からO₂濃度計までの距離を考慮して補正して使用することが好ましい。

本発明によれば、コークス炉炭化室内の壁面上に付着し成長するカーボンの焼却を適正に制御することができ、凹部が存在する炭化室壁面においても平滑化が可能であって、押出し抵抗を極小化することができる。この場合、カーボンによるレンガ目地部のシール機能が損なわれることもないので、発生ガスのリークや炭化室炉壁の脆弱化等を回避しつつ、押出し抵抗を低減することができる。

図1において、1はカーボン焼却エアの吹込みブロワ、2はカーボン焼却エアの噴射ノズル、3はコークス炉炭化室である。石炭装入、乾留、炭化によって炭化室内にはカーボンが付着成長していく。このカーボンを焼却して除去するため、コークス炉炭化室3からコークスの押出し完了毎に噴射ノズル2を挿入し、カーボン焼却エアを噴射する。これによって付着カーボンは燃焼し、排ガスは上昇管4から排出される。なおここでは焼却のために空気を使用したが、酸素を含む気体であれば必ずしも空気に限定されるものではない。

コークス炉炭化室3の炉壁に付着したカーボンは過大に成長してコブ状になれば押出し抵抗を増大させる。しかし過度に焼却するとレンガ目地部のシール機能を損なうだけでなく、壁面の凹凸が露出することによって押出し抵抗を増大させることになりかねない。従って、カーボン付着量を適正に制御しつつ適度に焼却することが重要である。

本発明では、噴射ノズル２から酸素を含む気体を噴射してカーボンを燃焼させる際の燃焼排カ゛スのO₂濃度に着目し、焼却を制御する。このため図1に示すように、上昇管4その他の燃焼排ガス流路からサンプリングした燃焼排ガスをO₂濃度計5に送り、燃焼排ガス中のO₂濃度を連続的に測定する。

この燃焼排ガス中のO₂濃度は、単なるカーボン付着量の指標ではなく、炉壁に付着したカーボンの平滑度の指標であると考えられる。すなわち、炉壁凹部の著しいコークス炉炭化室3においては、凹部のカーボンが優先して成長していく。これは凹部の炉壁は熱伝導率が高いため温度がもっとも高く、また押出し作業時にカーボンが剥離されにくいためである。このような炉壁凹部に付着したカーボンは噴射された気体により燃焼される効率が低いため、多量に付着していてもO₂濃度の低下にはあまり寄与しない。これに対して、炉壁の平滑な部位に成長するコブ状のカーボンは燃焼効率が高いため、少量であってもO₂濃度を著しく低下させる。従って、燃焼排ガスのO₂濃度を測定することによって、コークス炉炭化室3の平滑度を推定することが可能となる。

コークス炉炭化室3内に噴射ノズル2を挿入して酸素を含む気体を噴射すると、まず薄く花弁状に成長したカーボンや、凸状に成長したカーボンが燃焼する。これらは燃焼効率が高いため、図2のグラフに示すようにカーボン焼却の開始直後は燃焼排ガス中のO₂濃度は大きく低下する。その後、花弁状カーボンや凸状カーボンの焼却が完了するに伴い、燃焼排ガス中のO₂濃度は上昇し始める。

図3はO₂濃度と次回押出し時の押出し電流値との関係を示すグラフであり、この場合の測定条件下ではO₂濃度が14％のときに押出し電流値が最小になることが分かる。この押出し電流値は押出し抵抗値を表すものである。この図3のグラフに示されるような燃焼排ガス中のO₂濃度と次回押出し時の押出し抵抗値との相関から、押出し抵抗値が極小となるO₂濃度Ｘを求めておく。

Ｘは、ここでは１４％であるが、噴射ノズル2の種類、噴射する気体の種類、コークス炉の形式等によって必ずしも１４％とはならない。しかし、同一の噴射ノズル２および同一の気体を同一のコークス炉で使用する場合には一定であるから、従来のように各炭化室についてのデータを個別に求める必要はない。

本発明では、このようにして予め求めておいた押出し抵抗値が極小となるO₂濃度Ｘを用い、カーボン焼却の開始後、燃焼排ガスのO₂濃度がＸ未満に低下した後、再びＸまで上昇したときにカーボン焼却を停止する。これによって壁面はカーボンによってほぼ平滑に保たれた状態となり、石炭装入後の次回押出し時の抵抗を低減させることが可能となる。なお実際には、押出し抵抗値が極小となるO₂濃度Ｘを、実施例に示すようにO₂濃度計までの距離を考慮して補正して使用することが好ましい。

コークス炉炭化室3内のカーボン付着が過少である場合には、カーボン焼却を開始しても燃焼排ガスのO₂濃度がＸ未満にならない場合がある。そのような場合に備えて、「所定時間の焼却を行っても燃焼排ガスのO₂濃度がＸ未満にならない場合には、カーボン焼却を停止する」ようにプログラムしておくことが好ましい。この場合の「所定時間」は、焼却装置の特性により個別に設定することとなる。

また花弁状カーボンや凸状カーボンが過度に成長している場合には、相当時間にわたり焼却を行ってもO₂濃度がＸまで上昇せず、結果として生産性を阻害するほどの長時間にわたって焼却を継続させる事態も想定される。そのような場合に備えて、「所定時間の焼却を行っても燃焼排ガスのO₂濃度がＸまで上昇しない場合には、カーボン焼却を停止する」ようにプログラムしておくことが好ましい。この場合の「所定時間」も、焼却装置の特性により個別に設定することとなる。

上記したように、本発明によれば燃焼排ガスのO₂濃度を指標として、押出し抵抗を低減させる適度なカーボン焼却を行うことが可能となる。このため、レンガ目地部のシール機能を損なうことなく、スポーリング等の損傷を生じさせない。また悪環境下での作業は不要となり、炉壁にレンガ欠損等のある場合にも最適なカーボン焼却が可能となる。しかも炭化室毎の多大なデータ蓄積を必要としない。
以下に本発明の実施例を示す。

あるコークス炉について、燃焼排ガス中のO₂濃度と次回押出し時の押出し電流値との関係を求めたところ図3の通りの結果が得られた。押出し抵抗値が極小となるのはO₂濃度が約１４％のときであるが、実際の設備ではガスサンプリング箇所とO₂濃度計までの距離があるため、測定しているO₂濃度は約１０秒前に排出されたガスのものである。このため、運用上はO₂濃度が１３．５％となったときに噴射ノズル2に気体を送るブロワを停止する信号を出すようにした。このように最適濃度Ｘをやや低めに補正して使用することが好ましいが、その補正幅はガスサンプリング装置の特性に応じて適宜設定するものとする。

本実施例においては、「カーボン焼却開始後３０秒経過後にO₂濃度が１３．５％以上であれば、その時点でカーボン焼却を停止する」および「カーボン焼却開始後１５０秒経過後にO₂濃度が１３．５％未満であれば、その時点でカーボン焼却を停止する」ようにプログラムした。このため全ての炭化室において、最短で３０秒、最長で１５０秒のカーボン焼却を行うこととなる。

図4に、本発明を1ヶ月継続して実施したときの押出し電流値の推移を示す。本発明の採用により、それまでに比較して押出し電流値は低下しはじめ、約一ヶ月には１５％低減した。またそれまでは壁面へのカーボン付着が全くなく、炭化室炉壁の凹部が露出していたのに対して、本発明の実施開始から約一ヶ月経過後の炭化室炉壁には一面に平滑なカーボンが付着しており、凹部を覆い隠した状態であった。すなわち、図4に示されるように押出し電流値が低下した理由は、カーボン焼却を強化したためではなく、炉壁凹部にはカーボンを成長させつつ、平滑部位の花弁状や凸状のカーボンを焼却することによって炉壁を平滑化したためである。

本発明の実施形態を示す断面図である。 カーボン焼却時の燃焼排ガス中のO₂濃度の変化を示すグラフである。 実施例におけるO₂濃度と押出し電流値との関係を示すグラフである。 実施例における押出し電流値の推移を示すグラフである。

符号の説明

１ 吹き込みブロワ
２ 噴射ノズル
３ コークス炉炭化室
４ 上昇管
５ O₂濃度計

Claims (2)

1. コークス炉の炭化室内に付着したカーボンを、該炭化室内に挿入した噴射ノズルから酸素を含む気体を噴射しつつ焼却して除去する方法であって、該燃焼排ガスのO_２濃度と次回押出し時の押出し抵抗値との相関から押出し抵抗値が極小となる時のO_２濃度Ｘを求めておき、カーボン焼却の開始後、燃焼排ガスのO_２濃度がＸ未満まで低下したのち、Ｘまで上昇したときにカーボン焼却を停止することを特徴とするコークス炉炭化室付着カーボン焼却方法。
2. 押出し抵抗値が極小となるO_２濃度Ｘを、O_２濃度計までの距離を考慮して補正して使用することを特徴とする請求項1に記載のコークス炉炭化室付着カーボンの焼却方法。

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