JPS5944346B2 - コ−クス炉発生ガスの熱回収方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はコークス炉発生ガスの熱回収方法、特に工業用
コークス炉において石炭乾留中に発生するガス顕熱を効
率良く回収することができる方法に関するものである。

周知の如くコークス炉において石炭を乾留してコークス
を製造する際にいわゆるコークス炉ガスが発生する。

このガスは各炉上の上昇管を介してヘッダー管に集合さ
せてブロワ−で吸引し不純物を取り除いて精製したのち
、工場の燃料ガス等に利用されている。

このコークス炉発生ガスは１３０Ｘ１０３Ｋ ｃａｌ
／ ｃｏａｌ −を程度（温度６００〜８００℃）の熱
量を有しており、近年コークス炉ガスの保有する顕熱を
回収して省エネルギーに役立たせる試みが提案されてい
る。

本件出願人も上昇管内壁に配設した伝熱管と熱交換器を
接続して有機熱媒体（アルキルジフェニル等の高沸点で
低温での流動性に富み、常圧液相で使用可能な熱安定性
に優れた性質を有している）を循環させ、該熱媒体を介
してコークス炉ガスの顕熱を回収することを内容とする
熱回収方法を、先に出願している（特願昭５３−１１４
３９９号）。

この特願昭５３−１１４３９９号の熱回収方法には次の
ような有利性が認められる。

（１）液体の状態で伝熱が行われるので、熱伝導率が高
く効率よく熱回収できる。

（２）有機熱媒体は再生ができ、漏出しない限り長期に
わたり同一熱媒体を連続して使用できる。

（３）常圧、液相状態で使用することにより配管が小さ
くかつ液体ポンプでの長距離輸送が可能であり、空気で
回収する場合よりスペースが狭くてすみかつ設備コスト
が安くなる。

しかして、上記した有機熱媒体を使用してコークス炉上
昇管位置にてコークス炉ガスの熱回収を行う方法は、き
わめて有効な方法であると言えるが、実際のコークス炉
に適用する場合にはさらに新たな問題が生じ、これを解
決しなげればならない。

すなわち、コークス炉ガスの保有する熱量は、乾留サイ
クル中一定でなく変動することを考慮する必要がある。

第１図はその変動例を示すもので、乾留途中には極大値
（Ａ点で示す）が生じ、さらに乾留末期には上昇管内カ
ーボン焼却のため燃焼放散することにより、伝熱量は急
激に増大し、平均値の２倍近くにも達する。

他方、回収熱の利用先での効率を考えると、有機熱媒体
はできるだけ、沸点に近い高温度レベルで維持すること
が望ましい。

このことはコークス炉ガスの利用技術の拡大および熱交
換器の伝熱面積の減少等にも関連するところである。

したがって、上昇管出側の熱媒体温度を沸点に常に近い
ところで安定させて運転する必要がある。

しかしながら、コークス炉ガスの顕熱は前述の如く乾留
サイクル中にて変動するため、熱媒体の沸点に近いとこ
ろで運転していると、第１図のＡ点およびＢ点では沸点
をオーバーしてしまい、配管内にて蒸気化した有機熱媒
体により・・ンマーリング現象、場合によっては配管破
壊というきわめて憂慮すべき事態を招くことになる。

そこで、上記事態の発生を防止するため、上昇管熱媒体
入側部にコントロール弁を設け、出側部温度にて流量制
御を行う方法が考えられる。

しかしこの方法では多数の上昇管毎にそれぞれコントロ
ール弁を設置しなげればならず、設備的に不利になるこ
と、またコントロール弁が多数個となるため圧損が大き
いこと、および循環用ポンプの能力を大きくする必要が
あること等の問題点があり、実用性に乏しい。

さらに、上昇管熱媒体出側部に冷却器あるいは蒸気抜き
タンクの設置も考えられるが設備の増加、即ち、メンテ
ナンス負荷増、熱媒体循環用ポンプの能力増と上記と同
様の問題点がある。

本発明者等はこのような事情に鑑み、上昇管位置にてコ
ークス炉ガスの顕熱を有機熱媒体を介して回収するに際
し、熱媒体の蒸気化のおそれがなくしかもできるだけ熱
媒体の沸点に近い温度で操業できさらに設備面および作
業面でも有利性をもち、その結果効率の良い熱回収が行
えると共に実用性の高いコークス炉ガスの熱回収方法に
ついて種々研究、実験を重ねた結果、コークス炉操業の
特性を考慮し多数の上昇管をグルーピングすることによ
り上記課題を解決することができることを見い出したも
のである。

すなわち、本発明の目的とするところは、工業用コーク
ス炉において石炭乾留中に発生するガス顕熱を最も効率
よく回収できかつコークス炉操業の実情に即した合理的
な熱回収を行うことができるコークス炉発生ガスの熱回
収方法を提供することにある。

しかしてその特徴とするところは、コークス炉操業（装
炭作業）順序を基準にして相似した熱量変動パターンを
示す炉窯ごとに各上昇管をグループ化し、これら各グル
ープをそれぞれ独立して熱媒体出側温度が沸点に近い温
度で安定するように制御することにある。

一般に、コークス炉操業の順序は、コークス炉炉温の局
部的な低下および発生コークスガスのバランスの点から
、複数窓おきに行っている（例えば５窯順あるいは２窯
順等）。

一例を挙げれば１００窯／炉団の場合、５窯順とすると
＃１゜＃６ 、＃１１ 、・・・＃９１．＃９６．次に
＃３ 、 ＃８ 。

・・・＃９８、さらに＃５〜＃１００．＃２〜＃９１゜
＃４〜＃９９という順になる。

したがって、第１図に示す伝熱量変動パターンは上記順
序において近いパターン、例えば＃ｌ 、＃６ 、＃１
１・・・は相似した伝熱パターンを示す。

本発明においてはこの相似した伝熱パターンを示す複数
の炉窯の各上昇管をグループ化、具体的にはこれら上昇
管の有機熱媒体の人出側を共通ヘッダー管で連結し、一
括した形で出側熱媒体温度を制御するものである。

グループ化する上昇管の数は任意でよいが、全体の炉窯
数に応じて決めればよい。

実際の上昇管出側におげろ熱媒体温度制御手段としては
、温度設定に対し熱媒体流量を制御する、所謂カスケー
ド制御が好適である。

以下本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

第２図は本発明を適用しようとするコークス炉発生ガス
の熱回収設備の基本フローを示すもので、図において、
１はコークス炉、２は該コークス炉１上部に設けたコー
クス炉ガス流通上昇管、３は熱交換器、４は熱媒体循環
ポンプである。

上昇管２の壁部には熱媒体をらせん状に流動させる流路
５を設けておき、伝熱面積の拡大を計って効率よくコー
クス炉ガスの熱量を吸収する構造としておくことが好ま
しい。

熱媒体はポンプ４によって上昇管２下部の供給口から流
路５へ送り込まれ、コークス炉ガスの熱により昇温され
上部の排出口から排出され、熱交換器３へ送られる。

該熱交換器３において熱交換されて降温された熱媒体は
再びポンプ４によって上昇管へ送られ循環使用される。

この熱媒体循環方式の熱回収方式においては、効率面を
考慮すれば熱媒体の上昇管出側温度を熱媒体沸点にでき
るだけ近い温度にしておくことが望ましいが、第１図に
示す如く乾留中に伝熱量が変動するため熱媒体が蒸気化
する危険がある。

本発明はこのような危険性を防止してかつ効率のよい熱
回収を計るため、第３図に示す制御フローを採用した。

すなわち、第３図において、＃１〜＃２０はコークス炉
上昇管２を示し、便宜上２０個の例を挙げる。

該上昇管２は前述したように有機熱媒体を流通させる流
路が設げられている。

３は熱交換器、４は熱媒体循環ポンプである。

また、６はポンプ４の供給側本管であり、該本管６は５
本の分岐管７ａ〜７ｅに分岐し、さらに各分岐管７ａ〜
１ｅはそれぞれ５本づつの枝管に分れており、これら枝
管が前記上昇管２０入側に接続している。

例えば、分岐管７ａは枝管８ａ〜８ｄに分れており、他
の分岐管についても同様である。

本発明においては前記分岐管７ａ〜７ｅと２０個の上昇
管２を接続するにあたり、上昇管２をそれぞれの伝熱量
変動パターンの相似したものごとにグループ化し、この
グループ化した上昇管を一個の分岐管に連結する。

図示の例では、上昇管の一＃＝１，６，１１゜１６をＡ
グループ、＃２，７，１２，１７をＢグループ、＃３，
８，１３，１８をＣグループ、＃４，９，１４，１９を
Ｄグループ、＃５ 、１０゜１５．２０をＥグループの
４本づつ計５グループに分け、Ａグループは分岐管？ａ
、Ｂグループは分岐管７ｂ、Ｃグループは分岐管７ｃ、
Ｄグループは分岐管７ｄ、Ｅグループは分岐管７ｅとそ
れぞれ支管を介して接続する。

上昇管２の出側は熱交換器３への供給本管９へそれぞれ
支管を介して接続している。

また、前記分岐管７ａ〜７ｅのそれぞれの管路にはコン
トロールバルブ１０ａ〜１０ｅが設置されており、該バ
ルブはそれぞれ流量調節計１１ａ〜１１ｅからの指令に
より熱媒体流量を制御する。

一方、各上昇管２の出側直後には排出される熱媒体の温
度を検出する温度検出端１２がそれぞれ設けられ、これ
らによって検出された温度は、前述したグループ化した
ブロック単位に基づいて５個の温度調節計１３Ａ〜１３
Ｅに入力される。

該温度調節計１３Ａ〜１３Ｆにおいては、できるだけ熱
媒体沸点に近い温度（例えばアルキルジフェニルを熱媒
体として用いる場合には、沸点は２８６℃であるので、
設定温度は約２７０℃とすればよい）に設定されており
、グループ内で少なくとも１個の出側温度が設定温度を
超えたときには、それに見合った量の熱媒体流量信号を
前記流量調節計１１へ出力し、バルブを操作させること
になる３逆に設定温度以下の温度が検出されたときには
、同様の過程でバルブを操作させ熱媒体流量を絞ればよ
い。

このようにして上昇管２出側における熱媒体温度は、は
ぼ設定温度近辺で安定することになり、熱媒体は蒸気化
することな（循環し、コークス炉ガスの熱量は熱交換器
３にて回収され、そこから任意の設備へ送られ利用され
る。

なお、図において１４は本管６に設けた圧力調節計、１
５は循環ポンプ４０入側および出側をバイパス的に連結
する管路に設けたコントロールバルブで前記圧力調節計
１４からの指令によりその開度を制御する。

これら調節計１４およびバルブ１５によりポンプ圧力は
最適圧力に調節される。

また、１６は循環ポンプ４０入側管路に設けた熱媒体補
給用の貯蔵タンク、１１はその補給ポンプである。

さらに、図示の循環系においては図示していないが熱媒
体の異常リーク時に対処し得る設備を配置しておくこと
が好ましい。

このようにして回収した熱をコークス炉燃焼用高炉ガス
の予熱源として使用した結果、高炉ガスを２５℃から６
０℃へ安定的に予熱でき、従来使用してきた予熱用スチ
ーム１．５．ｔ／Ｈｒの全量削減が可能となった。

以上説明した本発明の熱回収方法においては、有機熱媒
体を上昇管に供給してコークス炉ガスの熱量を回収する
に際し、多数本の上昇管を相似した伝熱量パターンを示
すものごとに複数にグルーピングし、各グループ単位に
て上昇管出側熱媒体温度を制御するようにしたので、制
御機構が複雑化せずかつ制御機器も少なくてすみ、操作
面および設備面でのメリットはきわめて大きい。

しかもグループ化して熱媒体温度を管理できるため、コ
ークス炉ガスの熱回収操作が容易であり、また熱媒体の
沸点に近い温度での安定運転が可能となり、熱回収効率
が非常に高（なる利点もある。

したがって、本発明は実際の工業用コークス炉に適用す
るに最適な熱回収方法であり、その工業的価値はきわめ
て大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は石炭乾留時のコークス炉ガスの伝熱量変動パタ
ーンを示す図表、第２図はコークス炉ガスの熱回収方式
の基本的な構成を示す概略図、第３図は本発明の熱回収
方法の全体制御フローの一例を示す概略図である。 １・・・・・・コークス炉、２・・・・・・上昇管、計
・・・・・熱交換器、４・・・・・・熱媒体循環ポンプ
、５・・・・・・熱媒体流路、６・・・・・・熱媒体供
給本管、７ａ〜７ｅ・・・・・・分岐管、８・・・・・
・枝管、９・・・・・・管路、１０ａ〜１０ｅ・・・・
・・コントロールバルブ、１１ａ〜１１ｅ・・・・・・
流量調節計、１２・・・・・・温度検出端、１３Ａ〜１
３Ｅ・・・・・・温度調節計、１４・・・・・・圧力調
節計、１５・−・・・・コントロールバルブ、１６・・
・・・・貯蔵タンク、１７・・・・・・補給ポンプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ コークス炉上昇管位置に配設した熱媒体流通管と熱
   交換器を接続して有機熱媒体を循環させ、該有機熱媒体
   を介してコークス炉ガスの顕熱な回収するに際し、コー
   クス炉操業順序を基準にして相似した熱量変動パターン
   を示す炉窯ごとに各上昇管をグループ化すると共に、こ
   れらグループ化した上昇管をそれぞれ独立して熱媒体出
   側温度が沸点に近い温度で安定するように制御して熱回
   収することを特徴とするコークス炉発生ガスの熱回収方
   法。 ２ グループ化した上昇管における熱媒体出側温度の制
   御は、熱媒体の流量を調整することによって行うことよ
   りなる特許請求の範囲第１項記載の熱回収方法。