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【発明の名称】 炉内発生ガス燃焼室をもつコークス炭化炉蓋
【発明者】 【氏名】山▲崎▼ 今朝夫
【住所又は居所】福岡県北九州市戸畑区牧山海岸2番17号 株式会社山▲崎▼産業内

【要約】 【課題】電気的制御に寄らず自らの制御で、炉内発生ガスの燃焼に必要な量の空気を吹き込む炉内発生ガス燃焼室をもつコークス炭化炉蓋を提供する。

【解決手段】炭化炉側に炉内発生ガス燃焼室13を設けた炭化炉蓋3に、T型三方パイプ17の垂直パイプ18には上方から内側へ傾斜する一側壁面19に空気導入口20を設けかつ該空気導入口20の外側には先端を下方側とする斜行通路の空気導入パイプ21を設けまた内側には該空気導入口20の下開き閉塞板22を吊設した空気チャンバー16を設け、さらに垂直パイプ18の下端には石炭粉塵排出用開封蓋23を設けると共に、水平パイプ24の先端には開閉バルブ25を介して上方を空気噴出用絞りノズル26としまた下方を石炭粉塵落下用口27にして前記炉内発生ガス燃焼室13に内納した垂直ノズルパイプ12を設けた燃焼用空気供給自制御ノズル11を設けた。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
炭化炉(1)側に炉内発生ガス燃焼室(13)を設けて該炭化炉(1)の出入口(10)を開閉する炭化炉蓋(3)の外側に、T型三方パイプ(17)の垂直パイプ(18)の上端側には上方側から内側へ傾斜する一側壁面(19)に空気導入口(20)を設けかつ該空気導入口(20)を介して外側に先端側を下方位置とする斜行通路の空気導入パイプ(21)を設けまた内側に該空気導入口(20)を開閉する下開き閉塞板(22)を吊設した空気チャンバー(16)を設け、さらに垂直パイプ(18)の下端側には石炭粉塵排出用開封蓋(23)を設けると共に、水平パイプ(24)の先端側には開閉バルブ(25)を介して上方側を空気噴出用絞りノズル(26)としまた下方側を石炭粉塵落下用口(27)にして前記炉内発生ガス燃焼室(13)に内納した垂直ノズルパイプ(12)を連設してなる燃焼用空気供給自制御ノズル(11)を取付けた事を特徴とする、炉内発生ガス燃焼室をもつコークス炭化炉蓋。
【発明の詳細な説明】【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、炭化炉側に炉内発生ガス燃焼室をもつコークス炭化炉蓋に関するものである。
【背景技術】
【0002】
石炭粒子を乾留しコークスを製造する炭化炉は、温度900℃以上の高熱度に耐えられる構造で、しかも炭化炉内で発生するCHやCOなどを放出して作業環境や大気汚染を悪化する理由から炉内気密性に優れたコークス炭化炉蓋が要求されている。この様な要求から、多くのコークス炭化炉蓋が開発されている。中でも実開平5−56940号公報や実開平7−38156号公報や特開2001−288472号公報この他多くの特許公報で紹介される様に、開閉駆動操作の鉄鋼製炉蓋フレームの炉内側に、炭化炉の炉口枠に当接して炉内の気密性を高める鋼質製シールプレートを介して、厚さ400mm程度の大型耐火瓦を積み重ねて内張りしたコークス炭化炉蓋が多く使用されている。大型耐火煉瓦の内張で耐熱性の要求を満たすものの、炉蓋を開閉する毎に耐火煉瓦が大量の熱の吸収と放出を繰り返えす熱損失から省エネルギー問題、より高度な炉内気密性が要求される問題、これらの問題から炉蓋近傍部に装入された石炭粒子から未乾留の不良コークスが多く製造される問題など、新たに解決すべき問題が生じてきた。この問題の中の炉内気密性を改善する炉蓋が実公平2−26913号公報や実公平6−43146号公報などで紹介されている様に、炉蓋構造部材の変形やタールの生成が原因で引き起こす炉内発生ガスのガス漏れを防止するために、炭化炉蓋の内側に沿って鋼板に覆われた断熱材を介して平行に延びるガス通路用の金属製遮蔽体を設けたコークス炭化炉蓋が開発されている。この炉蓋も、炉蓋フレーム部材が高温度の熱で変形した場合、シールプレートの周辺部に設けたナイフエッジ部材も追従して変形し、シール性を長く保持できない問題があった。
【0003】
さらに省エネルギー問題と不良コークスの発生問題を解消する目的で開発されたコークス炭化炉蓋が、既に特公平3−40074号公報(昭和54年出願)によって、開示されている。この炉蓋は、炭化炉で生成した高い温度の熱を保有する炉内発生ガスを、該炉蓋の炭化炉側に設けた垂直な熱伝導性金属隔壁のガス通路室を通過させる事で隔壁を昇温させ、該隔壁の熱伝導性を利用して炉蓋側に装入された石炭粒子を加熱しようとするものであって、大型耐火煉瓦を使用するものでなく、炉内発生ガスが保有する高温度の熱を利用しようとする点では優れた技術である。しかしながら、ガス通路室は、高温度の熱を保有したガスばかりでなく、炉蓋側の炭化炉底に装入された石炭粒子の未乾留域を通った比較的温度の低いガスも通過するため、温度が予想以上に上昇されず、目的が達成されない問題があった。また、この問題を解消する乾留促進方法も、開発されている。例えば、特公昭5−38795号公報には「炉内で発生した可燃性ガスの一部を、特定のガススペースで炉外から吹き込む空気や酸素で燃焼させ、該スペースの温度を700〜850℃に保持するコークス炉窯口部の乾留促進方法」、特許第2953319号公報や特開平8−28735号公報や特開平9−53078号公報などには「炉蓋の炭化炉側に設けた中空体の炉内発生ガス通路に導入された炉内発生ガスを、ノズルから吹き込まれた空気で燃焼させ、その燃焼熱で炉蓋側石炭粒子を加熱するコークス炉の操業方法」が開示されている。ところが、この様な効果を奏するものとして開発された加熱内蔵式コークス炉蓋のいずれも、実用化されるに至っていないのが現状である。
【0004】
【特許文献1】 特公昭5−38795号公報(第1頁 第1図)
【特許文献2】 特許第2953319号公報(第1頁 図2)
【特許文献3】 特開平8−283735号公報(第2頁 図5)
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
その理由は定かでないが、本発明者らの実験と検討結果から推測によれば、炉蓋の炭化炉側に設けた熱伝導性金属隔壁室あるいはガススペースなどのガス通路室を通過する炉内発生ガスに、開閉弁の開度を調整しつつノズルから空気や酸素を吹き込みながら、該ノズルの先端に設けた電気スパークによる着火装置で人為的操作またはダイヤフラム弁や電磁弁など市販される各種の弁を使用して燃焼させる方法では、空気などの吹き込み量が少な過ぎると炉内発生ガスを燃焼させるに至らず、必要以上に吹き込み過ぎると炉内発生ガスのガス組成が希釈されて燃焼するに至らず、しかも過剰に吹き込んだ空気などの一部が炭化炉内へ流れ込んで乾留速度を速め石炭粒子を灰分化する問題がある。また、ガス通路室の圧力を負圧制御しつつ500℃以上の該室内温度で自然燃焼させる方法も開示されているが、狭隘な炉内発生ガス導入口からガス通路室に流れ込んだ石炭粉塵が、その温度に到達するまでにタールを生成し、該炉内発生ガス導入口を閉塞する問題があった。さらに高温度の作業環境の中で、コークス窯出し毎に開閉する炉蓋のガス通路室に電気的な制御操作で空気や酸素を吹き込む事は、通電性の保全管理を必要とする他に、乾留初期あるいは空気などの吹き込み停止時にノズル周辺部に堆積した石炭粉塵さらに石炭粉塵から変成したタールが流れ込みでノズルを閉塞する問題など、実用化に供されない未解決な問題が多く残されているものと思われる。
【0006】
本発明者らは、上記した従来の加熱内蔵式コークス炭化炉蓋における未解決な諸問題を解消する事を目的に、構造が異なる多くの種類のノズルを試作し実験と検討を繰り返した結果、電気的制御に寄らず自らの制御で、炉内発生ガスが燃焼するに必要な量の空気を吹き込む事の出来る炉内発生ガス燃焼室をもつコークス炭化炉蓋を提供するに至った。
【課題を解決するための手段】
本発明はこの実験結果に基づいて構成したもので、その要旨は、炭化炉側に炉内発生ガス燃焼室を設けて該炭化炉の出入口を開閉する炭化炉蓋の外側に、T型三方パイプの垂直パイプの上端側には上方側から内側へ傾斜する一側壁面に空気導入口を設けかつ該空気導入口を介して外側に先端側を下方位置とする斜行通路の空気導入パイプを設けまた内側に該空気導入口を開閉する下開き閉塞板を吊設した空気チャンバーを設け、さらに垂直パイプの下端側には石炭粉塵排出用開封蓋を設けると共に、水平パイプの先端側には開閉バルブを介して上方側を空気噴出用絞りノズルとしまた下方側を石炭粉塵落下用口にして炉内発生ガス燃焼室に内納した垂直ノズルパイプを連設してなる燃焼用空気供給自制御ノズルを取付けた、炉内発生ガス燃焼室をもつコークス炭化炉蓋である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0007】
以下、本発明について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図面は本発明の一実施例を示したもので、図1は炭化炉のコークス押出機側(またはコークス排出側)の出入口を閉塞したコークス炭化炉蓋とその近傍の炭化炉の縦断面図を示す。図1において、1は炭化炉で、石炭粒子2が装入されている。すなわち、炭化炉1は、両側に隣接する加熱炉(図示せす)で、石炭粒子2を乾留する構造に構成されている。3は炭化炉蓋である。炭化炉蓋3は、炭化炉1を押圧する通常の構造をした締結構造の炉蓋フレーム構造体4の炭化炉側に、スライドプレート5、ナイフエッジ断面形状のフランジ部材6を周設して炭化炉1の炉口枠7に当接する耐熱金属性のシールプレート8を横合し、さらに金属製の耐熱ボックスにアルミナシリケートやセラミックスなど一般に使用される断熱材を充填した断熱ボックス9を介して炭化炉1の出入口10に突出する最前線位置に、後述する燃焼用空気自制御ノズル11の垂直ノズルパイプ12を内納する炉内発生ガス燃焼室13を設けて構成している。炉内発生ガス燃焼室13は、炭化炉1で乾留中の石炭粒子2から発生するガスが流れ込み易い耐熱性中空構造に製作したもので、図示する様な断熱ボックス9の炉高方向を複数段に分割する位置に固定した横体支持枠14に耐熱金属の短冊板15を左右または上下あるいはその両者に微小な通気用間隙すなわちガス流通口を設けて着脱自在な係合手段で縦横に並列した有底または無底構造の燃焼室の他に、耐熱金属製ボックスの任意な位置にガス流通口を設けた簡単な構造の燃焼室でもよい。本発明において、炉内発生ガス燃焼室13の構造や形状については特に限定するものでないが、耐熱性でガス流通性に優れしかも過熱や外部から何らかの衝撃を受けて局部的に焼損や変形しても補修し易く容易に復元できる利点を考慮すれば、図示する様な、耐熱金属性の短冊板15を縦横に並べて製作した構造の炉内発生ガス燃焼室を使用する事が最適である。
【0008】
図2は、図1において炉蓋フレーム構造体4の外壁面に取付けられた燃焼用空気供給自制御ノズル11を拡大したもので、一部に断面図を示したものである。16は空気チャンバーである。空気チャンバー16は、T型三方パイプ17の垂直パイプ18の上方側に設けた空気収容室で、上方側から内側へ傾斜する一壁面19に空気導入口20を設け、かつ該空気導入口20を介して外側には先端側を下方位置とする斜行通路の空気導入パイプ21を設けまた内側には空気導入口20を開閉する下開き閉塞板22を吊設してボックス構造に構成されている。すなわち、空気チャンバー16は、炉蓋フレーム構造体4付近から導入された空気に浮遊する石炭粉塵を空気導入パイプ21の斜行通路で落下させながら、清浄な空気のみが下開き閉塞板22の開放動作で導入する構造に設けられている。また垂直パイプ18の下方側には、石炭粉塵排出用開封蓋23が設けられている。石炭粉塵排出用開封蓋23は、空気チャンバー16から導入された空気に混入する石炭粉塵が垂直パイプ18を閉塞した際、該空気流通路に堆積した石炭粉塵を除去するために開閉されるクリーナー用の蓋である。さらにT型三方パイプ17の水平パイプ24は炉蓋フレーム構造体4側から開閉バルブ25を介してスライドプレート5や断熱ボックス9などの炉蓋部材を貫通させて固設したもので、その先端側には、上方側を空気噴出用絞りノズル26としまた下方側を石炭粉塵落下用口27にして炉内発生ガス燃焼室13に内納された垂直ノズルパイプ12を設けている。尚、燃焼用空気供給自制御ノズル11におけるT型三方パイプ17や空気チャンバー16や開閉バルブ25など各部材の接続は、一連のパイプで連接する構造でもよく、継手部材を介して連接してもよい。特に石炭粉塵が多いコークス作業環境においては、各部材の取換補修作業や空気通路のクリーナー時の分解または組立の容易さや作業上の利点から、図2で示す様なネジ継手部材を介して各パイプ部材を連接する事が好ましい。すなわち、本発明における燃焼用空気供給自制御ノズル11は、炉内発生ガス燃焼室13に流れ込んだ炉内発生ガスが燃焼するに必要な量の空気が、空気チャンバー16の下開き閉塞板22の開放度合によって自動的に導入され、垂直パイプ18、水平パイプ24を経て、垂直ノズルパイプ12の空気噴出用絞りノズル26から送り込む構造になっている。つまり、炉内発生ガス燃焼室13に流れ込んだ炉内発生ガスが燃焼状況に在る時は、燃焼ガスが膨脹するため、該炉内発生ガス燃焼室13の内圧が高くなり、下開き閉塞板22が空気導入口20を閉塞する様に駆動し、外部からの空気の導入を抑制する。その反対に、炉内発生ガスが不燃焼状況に在る時は、炉内発生ガス燃焼室13が真空状態に低圧化するため、下開き閉塞板22が引き上げられて空気導入口20を開放し、炉内発生ガスを燃焼させるに必要な量の空気を導入する。燃焼用空気供給自制御ノズル11は、この様に炉内発生ガス燃焼室13の圧力変化を敏感に捉えながら、速やかに制御する。尚、本発明において燃焼用空気供給自制御ノズル11によって空気導入量の制御感度は、空気チャンバー16の内側に吊設した下開き閉塞板22が寄り掛かる一壁面19の傾斜角度を変える事によって調整する事が可能である。
【0009】
上記の様な構造の本発明によれば、炭化炉1に装入された石炭粒子2は、該炭化炉1の両側に隣接して設けられた加熱炉によって加熱され乾留され、コークスを製造する。その間に、炭化炉1の中央部に装入され加速的に加熱された石炭粒子2から発生した高温度の熱を保有する炉内発生ガスは、炉蓋近傍に装入され乾留温度の低い石炭粒子2を加熱しながら、石炭粒子2の隙間を通り、燃焼用空気供給自制御ノズルを取付けた炉内発生ガス燃焼室13すなわち炉内発生ガス燃焼室に流れ込む。乾留温度が低い石炭粒子2の隙間を通って未燃焼の可燃性ガスを多く含んで炉内発生ガス燃焼室に流れ込んだ炉内発生ガスは、該燃焼室の燃焼過不足状況で変化する該室内圧力の向き(正負圧)とその大きさに対応して空気チャンバー16の下開き閉塞板22が自ら開閉動作を起こし、燃焼に必要な空気の量を導入し、完全燃焼する。完全燃焼し高温度になった炉内発生ガスは、炉内発生ガス燃焼室の隔壁板や耐熱金属性の短冊板あるいはガス流通口を介して、炉蓋近傍部に装入された石炭粒子2を昇温する。すなわち、本発明においてコークス炉は、炭化炉蓋近傍部に装入された石炭粒子2を、炭化炉側と炉蓋側の両側から挟み込む様な加熱構造に設けられている。
【発明の効果】
【0009】
以上述べた様な本発明によれば、炭化炉蓋近傍部に装入された石炭粒子は、炭化炉の両側に隣接して設けた加熱炉と出入口に設けた加熱型の炭化炉蓋の4面加熱方式で乾留されるため不良コークスが極めて少なく、燃焼用空気供給自制御ノズルを取付けた炉内発生ガス燃焼室によって必要量の空気を導入ながら炉内発生ガスを完全燃焼するため、燃焼過不足でコークス灰分化や炉蓋底部付近で生成するタール問題も解消される。また装入された石炭粒子を速やかな昇温速度で均一に加熱するため、コークスの操業時間を短縮すると共にコークスの再収縮現象を起こしてコークスと炉壁との間に隙間を生成し、コークス押出機による炭化炉壁を損傷する事もなく、炭化炉からコークスを完全に押出す効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例を示したもので、炭化炉のコークス押出機側の出入口を閉塞したコークス炭化炉蓋とその近傍の炭化炉の縦断面図を示す。
【図2】 図1における炉蓋フレーム構造体の外壁面に取付けられた燃焼用空気供給自制御ノズルを拡大したもので、一部に断面図を示す。
【符号の説明】
1 炭化炉
3 炭化炉蓋
10 出入口
11 燃焼用空気供給自制御ノズル
12 垂直ノズルパイプ
13,13A 炉内発生ガス燃焼室
16 空気チャンバー
17 T型三方パイプ
18 垂直パイプ
19 内側に傾斜する一側壁面
20 空気導入口
21 空気導入パイプ
22 下開き閉塞板
23 石炭粉塵排出用開封蓋
24 水平パイプ
25 開閉バルブ
26 空気噴出用絞りノズル
27 石炭粉塵落下用口
【出願人】 【識別番号】592048763
【氏名又は名称】株式会社山▲崎▼産業
【住所又は居所】福岡県北九州市戸畑区牧山海岸2番17号
【出願日】 平成15年7月28日(2003.7.28)
【代理人】
【公開番号】 特開2005−48149(P2005−48149A)
【公開日】 平成17年2月24日(2005.2.24)
【出願番号】 特願2003−309396(P2003−309396)