JP5812289B2

JP5812289B2 - 水封装置及びダスト排出方法

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Publication number: JP5812289B2
Application number: JP2012045594A
Authority: JP
Inventors: 正治一色; 幸治河野; 秀一菊池; 克也中野
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2012-03-01
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2032-03-01
Also published as: JP2013181098A

Description

本発明は、容器内のガスを外部から遮断するためシール水が供給される環状樋内の堆積ダストを除去する水封装置及びダスト排出方法に関する。

従来、コークス炉から押し出された赤熱コークス（以下、単にコークスともいう）の顕熱を回収しながら、この赤熱コークスを冷却する設備として、図５に示すコークス乾式消火設備８０が利用されている。このコークス乾式消火設備８０は、塔頂部にコークス装入口８１を備えたチャンバー８２を有し、コークス装入口８１の周縁に環状樋８３を設け、この環状樋８３内に供給したシール水８４中に、コークス装入口８１を塞ぐ装入蓋８５の周縁下部を水没させることで、チャンバー８２内部への空気の侵入を防止している。
使用にあっては、チャンバー８２へのコークス８６装入時、バケット８７がチャンバー８２上部に吊り上げられた後、装入蓋８５を持ち上げ、この装入蓋８５に連結された装入装置（コークス装入時のガイドウェイ）８８が、チャンバー８２上部にセッティングされる。その後、バケット８７に設置された底板８９と、装入装置８８に設置された天板９０が開放され、バケット８７内のコークス８６がチャンバー８２内へ装入される。

しかし、このとき、チャンバー８２内部から吹き上げられたダストが、チャンバー８２に設けられた環状樋８３内に堆積するため、コークス装入口８１を装入蓋８５で再度塞ぐ際に、堆積したダストと装入蓋８５の周縁下部とが接触して、装入蓋８５が浮き上がる。このため、装入蓋８５の周縁下部を、環状樋８３内に供給したシール水８４中に水没させることができず、チャンバー８２内のガスが外部へ漏れ出す恐れがある。
そこで、例えば、特許文献１には、環状樋（水封トラフ）内に配置した空気配管から噴出させた気泡を、装入蓋（炉蓋）と環状樋の内側壁との間を経由して、チャンバー（冷却塔）の内部に送り込む方法が開示されている。これにより、空気配管から吹き込まれた空気は、気泡となって環状樋内を上昇し、シール水（封止水）を撹拌する作用を呈するため、環状樋内に堆積したダストを浮上させ、このダストをシール水と共に環状樋内から外部へ排出させるものである。

特開昭６４−１４２９５号公報

しかしながら、上記した特許文献１に記載の方法では、シール水中へ吹き込まれる空気により、環状樋内に堆積したダストを十分に撹拌して浮遊させることができず、また、例え、ダストを浮遊させることができたとしても、環状樋に設けられた排水口へ向かうシール水に大きな流れはなく、ダストの除去能力が低かった。
このため、例えば、作業者が定期的に環状樋内のダストの除去作業を行わなければならず、作業性が悪かった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、環状樋内のダストを簡単な構成で容易に除去可能な水封装置及びダスト排出方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するためになされた本発明の要旨は、以下の通りである。
（１）：蓋部を有する容器の上部周縁に環状樋が設けられ、該環状樋に供給されるシール水に前記蓋部の周縁下部を水没させて、前記容器内のガスを外部から遮断する水封装置において、
前記環状樋内に堆積したダストを前記環状樋に設けられた排水口から排出するため、少なくとも前記環状樋の軸心を中心として前記排水口とは対向する位置に設置され、前記環状樋内の前記シール水の水位を上下に変動させる放水を行う放水用配管と、堆積した前記ダストの方向かつ前記排水口の方向にガスを噴射するガス噴射用配管とを有することを特徴とする水封装置。

（２）：前記ガス噴射用配管を前記環状樋の外周縁上部に配置し、しかも前記ガス噴射用配管の噴射口を前記シール水に水没させると共に、前記噴射口の軸心を斜め下方へ向け、前記蓋部の周縁下端と前記環状樋の底面との間に前記ガスを噴射させることを特徴とする（１）記載の水封装置。

（３）：コークス乾式消火設備のコークス装入口に設けられていることを特徴とする（１）又は（２）記載の水封装置。

（４）：（１）〜（３）のいずれか１に記載の水封装置のダスト排出方法であって、前記放水用配管による前記シール水の放水を前記環状樋へ行いながら、前記ガス噴射用配管による前記ガスの噴射を前記環状樋へ行うことにより、前記シール水の放水で前記環状樋内の前記シール水の水位を上下に変動させて前記排水口へ向かう前記シール水の流れを形成すると共に、前記ガスの噴射で堆積した前記ダストを崩壊させて、該ダストを前記排水口から排出することを特徴とする水封装置のダスト排出方法。

本発明に係る水封装置及びダスト排出方法は、放水用配管によるシール水の放水で、環状樋内のシール水の水位を上下に変動させて排水口へ向かうシール水の流れを形成すると共に、ガス噴射用配管によるガスの噴射で、堆積したダストを崩壊させるので、環状樋内に堆積したダストを、確実に排水口へ向けて流すことができる。
従って、環状樋内のダストを、簡単な構成で容易に除去できる。

また、ガス噴射用配管を環状樋の外周縁上部に配置し、しかもガス噴射用配管の噴射口をシール水に水没させる場合、ガス噴射用配管から噴射されるガスは、シール水中でダストに向けて噴射されるため、シール水が環状樋から外部へ飛散することを抑制、更には防止できる。
ここで、噴射口の軸心を斜め下方へ向け、蓋部の周縁下端と環状樋の底面との間にガスを噴射させるので、蓋部の径方向内側に堆積したダストを崩壊させ、環状樋内のより多くのダストを、排水口を介して環状樋から排出できる。

更に、水封装置が、コークス乾式消火設備のコークス装入口に設けられている場合、例えば、従来、作業者が定期的に行っていた環状樋内のダストの除去作業を自動化できるので、メンテナンスが良好になる。

（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る水封装置の部分側断面図、同水封装置を平面視した状態を示す説明図、同水封装置の放水用配管の説明図、同水封装置のガス噴射用配管の説明図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同水封装置の放水用配管とガス噴射用配管の使用状態の説明図である。（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の一実施の形態に係る水封装置のダスト排出方法の説明図である。放水用配管からの放水量とガス噴射用配管の設置位置がダスト除去に及ぼす影響を示したグラフである。コークス乾式消火設備の従来の使用状態を示す説明図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、本発明の一実施の形態に係る水封装置１０は、蓋部１１を有する容器１２の上部周縁に環状樋１３が設けられ、この環状樋１３に供給されるシール水１４に蓋部１１の周縁下部１５を水没させて、容器１２内のガスを外部から遮断する装置であり、複数の放水用配管１６と複数のガス噴射用配管（以下、単にガス用配管ともいう）１７とを有するものである。なお、本実施の形態では、水封装置１０を、コークス乾式消火設備のコークス装入口に設けているため、容器１２がチャンバー８２に、蓋部１１が装入蓋８５に、それぞれ該当する（図５参照）。
以下、詳しく説明する。

放水用配管１６は、図１（Ａ）〜（Ｃ）、図２（Ａ）に示すように、環状樋１３内に堆積したダスト１８を、シール水１４と共に環状樋１３に設けられた排水口１９から排出するため、環状樋１３内のシール水１４の水位を上下に変動させる放水を行うものである。
この放水用配管１６の設置個数は、環状樋１３の軸心を中心として、排水口１９とは対向する位置に２個、及びこの２個の放水用配管１６から排水口１９側へ間隔をあけて１個ずつ、合計４個である。これにより、環状樋１３の略全周に渡って、堆積したダスト１８を排水口１９側へ流すことができる。
なお、放水用配管１６の設置個数は、これに限定されるものではなく、環状樋の規模等に応じて、１個又は２個以上の複数個に設定してもよい。また、その設置位置も、これに限定されるものではなく、例えば、ダストが堆積し易い場所を考慮して設定してもよい。更に、排水口１９は、環状樋１３の外周側壁の下部に設けたが、これに限らず、環状樋の底面に設けてもよい。

各放水用配管１６は、その先側に設けられた給水口２０が、環状樋１３内のシール水１４の水面に接触しないように環状樋１３の上方に配置され、しかも給水口２０が、平面視して蓋部１１とは重ならない位置（環状樋１３の外周側）に配置されている。
この各放水用配管１６は、その各基部が給水用配管（図示しない）に接続され、この給水用配管に設けられた給水用開閉弁により、環状樋１３内への給水の開始や停止、更にはその流量制御（例えば、５〜１０ｍ^３／時間程度、流速にして１．５ｍ／秒以上程度）ができる構成となっている。
これにより、各放水用配管１６から環状樋１３内への給水の開始や停止を、略同時に行うことができるが、各放水用配管１６に給水用開閉弁をそれぞれ設け、各放水用配管１６からの環状樋１３内への給水の開始や停止、及び流量制御を、個別に行うこともできる。

なお、水封装置１０には、通常使用するシール水１４を環状樋１３内に供給するシール水供給用配管（図示しない）と、環状樋１３内のシール水を外部へ排出するシール水排水口（図示しない）が設けられている。
これにより、シール水供給用配管から環状樋１３内に、シール水を常時供給し、この供給された余剰分のシール水を、シール水排水口から溢れ出させて、環状樋１３内にあるシール水の水面レベルを常に一定に保つと共に、蓋部１１による水封を確実に行っている。なお、このシール水供給用配管から供給されるシール水の流量は、例えば、容器１２内部からの熱によりシール水が昇温し蒸発しても、水封が確実に実施されるように、例えば、５ｍ^３／時間以下程度に制御されており、上記した各放水用配管１６からの全給水流量（供給流量）よりも少なくなっている（放水用配管１６からの全給水流量の方が多い）。

また、環状樋１３内のシール水１４の排水を行う排水口１９には、排水用配管２１が接続され、この排水用配管２１に設けられた排水用開閉弁２２により、シール水１４の排水の開始や停止、更にはその流量制御ができる構成となっている。
なお、排水口１９によるシール水１４の排水能力は、全放水用配管１６による給水能力より大きくしている（例えば、１．５倍以上程度）。
上記した給水用開閉弁と排水用開閉弁２２の制御は、制御手段（例えば、コンピュータ）により行われる。また、シール水供給用配管にも開閉弁が設けられ、その流量制御を制御手段により行うことができる。

この各放水用配管１６により、環状樋１３内に堆積したダスト１８を除去するに際しては、制御手段により給水用開閉弁を開閉させて、各放水用配管１６からの放水を行うと共に、排水用開閉弁２２を開閉させて、環状樋１３からの排水を行う。このように、各放水用配管１６からの放水は、堆積したダスト１８の除去時にのみ（断続的に）行われ、上記したシール水供給用配管のように、シール水の供給が連続的に行われるものではない。
これにより、環状樋１３内のシール水１４の水位を上下に変動させ、排水口１９へ向かうシール水１４の流れを形成して、図２（Ａ）に示すように、環状樋１３内の外周側（蓋部１１に覆われていない領域、即ち蓋部１１より外側）に堆積したダスト１８を排水口１９へ流す。

ガス噴射用配管１７は、図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｄ）、図２（Ｂ）に示すように、環状樋１３内に堆積したダスト１８を崩壊してシール水１４中に浮遊させるため、環状樋１３内に堆積したダスト１８の方向かつ排水口１９の方向に、ガス（ここでは、空気）を噴射するものである。
このガス用配管１７の設置個数は、環状樋１３の軸心を中心として、等角度（等ピッチ）に８個である。これにより、環状樋１３の略全周に渡って、堆積したダスト１８にガスを噴射して崩壊させると共に、崩壊したダスト１８を排水口１９側へ送り出すことができる。
なお、ガス用配管１７の設置個数は、これに限定されるものではなく、環状樋の規模等に応じて、１個又は２個以上の複数個に設定することもできる。また、その設置位置も、これに限定されるものではなく、例えば、ダストが堆積し易い場所を考慮してランダムに設定することもできる。

この各ガス用配管１７は、その各基部がガス供給用配管（図示しない）に接続され、このガス供給用配管の上流側に設けられたガス供給源（例えば、ポンプ）により、ガス供給圧力の制御（例えば、０．０１ＭＰａ以上程度）ができる構成となっている。
これにより、各ガス用配管１７へのガス供給圧力を、略同じ圧力に制御できるが、各ガス用配管１７にガス供給源をそれぞれ設け、各ガス用配管１７へのガス供給圧力を、個別に制御することもできる。
このガス供給源の制御は、上記した制御手段により行われる。

なお、各ガス用配管１７を環状樋１３に設置するに際しては、このガス用配管１７を環状樋１３の外周縁上部２３に配置し、しかもガス用配管１７の噴射口２４をシール水１４に水没させると共に、噴射口２４の軸心を斜め下方へ向けることが好ましい。
具体的には、ガス用配管１７の軸心を、図１（Ｂ）に示すように、平面視して環状樋１３の接線方向Ｌに対し４０度以上５５度以下の範囲内（θ１）で傾斜させ、更に、図１（Ｄ）に示すように、水平方向から下方へ５５度以下（好ましくは４０度以上）の範囲内（θ２）で傾斜させる。

この各ガス用配管１７により、環状樋１３内に堆積したダスト１８を除去するに際しては、制御手段によりガス供給源を駆動させて、各ガス用配管１７からのガスの噴射を行う。なお、各ガス用配管１７によるガスの噴射は、ダスト１８を除去する時期に関係なく、連続的に（常時）行うことが好ましい。
これにより、図２（Ｂ）に示すように、蓋部１１の周縁下端２５と環状樋１３の底面２６との間にガスを噴射させ、環状樋１３内の内周側（蓋部１１に覆われた領域、即ち蓋部１１内）に堆積したダスト１８を崩壊させて排水口１９側へ流す。

続いて、本発明の一実施の形態に係る水封装置のダスト排出方法について、図１〜図３を参照しながら説明する。
容器１２の使用にあっては、環状樋１３内にダスト１８が堆積するため、例えば、シール水１４によるシール性が低下する前に、ダスト１８の除去を開始する。なお、ダスト１８の除去を開始する時期（頻度）は、過去のダスト１８の堆積状況（堆積速度）に基づいて、適宜設定できる。

まず、排水用開閉弁２２を閉に維持した状態で、給水用開閉弁を開状態とし、各放水用配管１６から環状樋１３内への給水（放水）を行う。なお、シール水供給用配管からの環状樋１３内へのシール水１４の供給と、シール水排水口からのシール水１４の排水は、停止することなく常時行っているが、停止することもできる。
このとき、ガス用配管１７からのガスの噴射は、連続的に行われている。
これにより、環状樋１３内のシール水１４の水位を、図３（Ａ）に示す通常のレベルから、図３（Ｂ）に示すレベルまで、一時的に上昇させる。

次に、環状樋１３内のシール水１４が、環状樋１３から溢れ出さない範囲内で、排水用開閉弁２２を開状態にし、環状樋１３内からのシール水１４の排水を開始する。
ここで、排水口１９によるシール水１４の排水能力は、前記したように、全放水用配管１６による給水能力より大きく調整されているため、環状樋１３内のシール水１４の水位を、図３（Ｂ）に示すレベルから、図３（Ｃ）に示すレベルまで、低下させることができる。なお、このとき、全放水用配管１６による給水流量を、給水開始時（環状樋１３内のシール水１４の水位上昇時）より低下させてもよい。

このように、環状樋１３内のシール水１４の水位を低下させた後は、排水用開閉弁２２により環状樋１３内のシール水１４の排水流量を制御し、蓋部１１の周縁下部１５が、環状樋１３内のシール水１４中に水没した状態を維持できる範囲内で、排水を行う（例えば、２５〜３５秒程度継続）。なお、環状樋１３内のシール水１４の水位のレベルは、排水用開閉弁２２による排水流量を制御することなく、全放水用配管１６による給水流量を制御することで、調整してもよい。
以上に示したように、環状樋１３内のシール水１４の水位を上下に変動させることで、環状樋１３内の円周方向全体に渡って、排水口１９へ向かうシール水１４の流速の速い流れが形成される。

この環状樋１３内のシール水１４の水位の上下変動は、上記したように、一回のダスト１８の除去時期に一回行えばよいが、複数回行ってもよい。この方法としては、全放水用配管１６による給水流量を増減し、また排水用開閉弁２２による排水流量を増減することで、環状樋１３内のシール水１４の水位を、繰り返し上下に変動させる方法がある。
これにより、環状樋１３内の外周側に堆積したダスト１８が排水口１９へ向けて流れ出し、環状樋１３から排出される（図２（Ａ）参照）。

また、このとき、ガス用配管１７から噴射されるガスにより、環状樋１３内の内周側に堆積したダスト１８が崩壊し、この崩壊したダスト１８が、排水口１９へ向かうシール水１４の流れにより、排水口１９へ向けて流れ出し、環状樋１３から排出される（図２（Ｂ）参照）。
このように、環状樋１３内に堆積したダスト１８を排水口１９から排出した後は、排水用開閉弁２２を閉状態にして、環状樋１３内からのシール水１４の排水を停止する。そして、環状樋１３内のシール水１４の水位を、図３（Ａ）に示すレベルまで上昇させた後、給水用開閉弁を閉状態にして、各放水用配管１６から環状樋１３内への給水を停止する。

ここで、放水用配管からの放水量とガス噴射用配管の設置位置が、ダスト除去に及ぼす影響を示した結果について、図４を参照しながら説明する。
なお、図４で行った試験には、図１（Ｂ）に示す水封装置を用いた。
また、図４では、各放水用配管からの給水流量を、５ｍ^３／時間と７ｍ^３／時間に設定して、ガス噴射用配管の傾斜角度θ１がダストの堆積量に及ぼす影響について検討した。このダストの堆積量は、ダストの除去を行わなかった場合を１００質量％とした。

図４に示すように、各放水用配管からの全給水流量を、５ｍ^３／時間（図４中の◆印）から７ｍ^３／時間（図４中の■印）へ増加させることで、ダストの堆積量を３０質量％以上低減できることが分かった。
なお、各放水用配管からの全給水流量を増加させ過ぎた場合には、環状樋からシール水が漏れ出し、例えば、容器の側壁が腐食する等の恐れがあるため、ダストを除去できる範囲で、全給水流量を低減することが好ましい。

また、ガス噴射用配管の傾斜角度θ１は、４０度以上５５度以下の範囲内で、ダストの堆積量を、特に低減できることが分かった。なお、傾斜角度θ１が４０度未満の場合、ガス噴射用配管を傾斜させる効果が小さくなり、一方、傾斜角度θ１が５５度を超える場合、崩壊させたダストを排水口側へ送り出す効果が小さくなる。
ここで、ガス噴射用配管の傾斜角度θ２は、５５度を超えると、堆積したダストに向けてガスを噴射できず（ダストを崩壊できず）、噴出したガスが環状樋の底面に衝突して、環状樋からシール水が漏れ出す場合があったため、５５度以下の範囲内で設定した。また、ガス噴射用配管の傾斜角度θ２が４０度未満になると、噴出したガスが、蓋部１１の周縁下部１５に衝突する場合があったので、４０度以上に設定した。しかし、この傾斜角度θ２は、環状樋１３の深さや、周縁下部１５の長さによって異なるものである。

以上のことから、各放水用配管からの全給水流量は、例えば、５〜１０ｍ^３／時間以下の範囲内で設定することが好ましく、また、ガス噴射用配管の傾斜角度θ１は４０度以上５５度以下の範囲内で、傾斜角度θ２は４０度以上５５度以下の範囲内で、それぞれ設定することが好ましい。
なお、上記した噴射用配管の傾斜角度θ１の設定角度は、種々の規模の環状樋の場合でも適用可能な範囲であり、例えば、環状樋の規模等に応じて、上記した範囲内で種々設定できる。一方、噴射用配管の傾斜角度θ２は、環状樋の側壁の高さや、蓋部の周縁下部の高さ方向の位置によって異なる。

このように、環状樋１３内に堆積したダスト１８を除去し、各放水用配管１６から環状樋１３内への給水を停止した後は、シール水供給用配管からの環状樋１３内へのシール水１４の供給と、シール水排水口からのシール水１４の排水を行うことにより、水封が確実に実施される。なお、給水用開閉弁と排水用開閉弁２２の開閉動作は、ダスト１８の除去能力を考慮して、タイマーで行うことが好ましいが、例えば、作業者が必要に応じて行ってもよい。
そして、次回のダスト１８の除去時に、上記した方法を繰り返し行う。
従って、本発明の水封装置及びダスト排出方法を用いることで、環状樋内のダストを簡単な構成で容易に除去できる。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の水封装置及びダスト排出方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、水封装置を、コークス乾式消火設備のコークス装入口に設けた場合について説明したが、シール水が供給される環状樋を有し、この環状樋内にダストが堆積するものであれば、これに限定されるものではなく、水封装置を、例えば、転炉のスカート部等に設けることも可能である。この場合、ダスト排出方法も勿論適用できるが、ガス噴射用配管から噴射するガスには、不活性ガスを用いる。

１０：水封装置、１１：蓋部、１２：容器、１３：環状樋、１４：シール水、１５：周縁下部、１６：放水用配管、１７：ガス噴射用配管、１８：ダスト、１９：排水口、２０：給水口、２１：排水用配管、２２：排水用開閉弁、２３：外周縁上部、２４：噴射口、２５：周縁下端、２６：底面

Claims

蓋部を有する容器の上部周縁に環状樋が設けられ、該環状樋に供給されるシール水に前記蓋部の周縁下部を水没させて、前記容器内のガスを外部から遮断する水封装置において、
前記環状樋内に堆積したダストを前記環状樋に設けられた排水口から排出するため、少なくとも前記環状樋の軸心を中心として前記排水口とは対向する位置に設置され、前記環状樋内の前記シール水の水位を上下に変動させる放水を行う放水用配管と、堆積した前記ダストの方向かつ前記排水口の方向にガスを噴射するガス噴射用配管とを有することを特徴とする水封装置。
請求項１記載の水封装置において、前記ガス噴射用配管を前記環状樋の外周縁上部に配置し、しかも前記ガス噴射用配管の噴射口を前記シール水に水没させると共に、前記噴射口の軸心を斜め下方へ向け、前記蓋部の周縁下端と前記環状樋の底面との間に前記ガスを噴射させることを特徴とする水封装置。
請求項１又は２記載の水封装置において、コークス乾式消火設備のコークス装入口に設けられていることを特徴とする水封装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の水封装置のダスト排出方法であって、前記放水用配管による前記シール水の放水を前記環状樋へ行いながら、前記ガス噴射用配管による前記ガスの噴射を前記環状樋へ行うことにより、前記シール水の放水で前記環状樋内の前記シール水の水位を上下に変動させて前記排水口へ向かう前記シール水の流れを形成すると共に、前記ガスの噴射で堆積した前記ダストを崩壊させて、該ダストを前記排水口から排出することを特徴とする水封装置のダスト排出方法。