(57)【要約】 【課題】一次ダストキャッチャーとして既述する従来構造の集塵機に代えてサイクロンを適用しながら、サイクロンに1000℃程度の循環冷却ガスが提供されないような対策を講じ、しかも、ボイラーに入る前に循環冷却ガスの温度は1000℃程度にまで高めることで循環冷却ガスの流量を増加させることなくボイラーによる熱回収量を低下させることのないコークス乾式消火設備を提供すること。【解決手段】赤熱コークスが供給されて循環冷却ガスが吹き込まれるチャンバー１０、循環冷却ガスが第１のダクト７０を介して導入されてコークス粉を回収するサイクロン２０、循環冷却ガスが第２のダクト８０を介して導入されてその熱を回収するボイラー３０を備えたコークス乾式消火設備１００であり、サイクロン２０に900℃以下の温度に制御された循環冷却ガスが提供され、循環冷却ガスに空気を導入する空気導入路４０が第２のダクト８０の途中位置にのみ存在している。【選択図】図１
2014055261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤熱コークスが供給されるとともに循環冷却ガスが吹き込まれるチャンバーと、
チャンバー内で赤熱コークスによって昇温された循環冷却ガスが第１のダクトを介して導入され、該循環冷却ガス中のコークス粉を回収する集塵機と、
集塵機から流出した循環冷却ガスが第２のダクトを介して導入されるとともに循環冷却ガスの熱を回収するボイラーと、を備え、
ボイラーから流出した循環冷却ガスをボイラーとチャンバーを繋ぐ第３のダクトを介して再度チャンバーに戻して赤熱コークスを冷却するコークス乾式消火設備であって、
前記集塵機はサイクロンからなり、
前記サイクロンに900℃以下の温度に制御された循環冷却ガスが提供されるようになっており、
循環冷却ガスに空気を導入して循環冷却ガス中の未燃ガスの燃焼を実行するための空気導入路が、第２のダクトの途中位置にのみ存在しているコークス乾式消火設備。
【請求項２】
第２のダクトは、サイクロンの頂部から上方に立ち上がる立ち上り部と、この立ち上り部から屈曲して水平方向もしくは略水平方向に延びる水平部とから構成されており、空気導入路が立ち上り部に設けられている請求項１に記載のコークス乾式消火設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークス乾式消火設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
製鉄プロセスは、石炭を蒸し焼きにして固めたコークスで鉄鉱石（酸化鉄）から鉄を還元する製銑工程からスタートする。コークス乾式消火設備（CDQ: Coke Dry Quenching）は、コークス炉で蒸し焼きにした赤熱コークスを冷却し、回収した熱で高温・高圧の蒸気を発生する設備である。ここで、生成された蒸気は、鉄鋼生産用の電力やプロセス蒸気として一般に利用されている。
【０００３】
ここで、従来のCDQを図４を参照して概説する。同図で示すように、従来のCDQは、チャンバーＣＢとボイラーＢＯの２つの熱交換機で構成されている。チャンバーＣＢでは、循環冷却ガスをなす不活性ガス（窒素が主成分であって、CO2、H2O、微量のCO、H2が含まれたガスなど）を利用して赤熱コークスＣｏが冷やされる。
【０００４】
チャンバーＣＢとボイラーＢＯは、第１のダクトＦｄを介して一次ダストキャッチャーＰＤに繋がり、さらに第２のダクトＳｄを介してボイラーＢＯに繋がっている。ボイラーＢＯは第３のダクトＴｄを介して二次ダストキャッチャーＳＤに繋がり、ガスブロアＧＢを介し、第３のダクトＴｄを介してチャンバーＣＢに繋がっている。なお、ダストキャッチャーＰＤ,ＳＤはその内部にガスが衝突する壁を有しており、循環冷却ガスがその内部を流通する過程でコークス等のダストが壁に衝突して下方に落下する（Ｒ１方向、Ｒ２方向）ような構造を有している。
【０００５】
不図示のコークス炉から押し出された不図示のバケットに収容された赤熱コークスＣｏは、チャンバーＣＢの頂部から搬入される（Ｘ１方向）。チャンバーＣＢ内では、上部のプレチャンバーＰＣにて高温の赤熱コークスＣｏを溜め、一定の時間間隔で下方のクーリングチャンバーＣＣに降下させる。この操作によって赤熱コークスＣｏは当初の約1000℃の温度が200℃以下に冷却され（冷却された赤熱コークスＣｏ’の生成）、チャンバーＣＢ底部に配設された排出路ＥＪを介して排出されてコンベアＢＣで不図示の高炉に運ばれるようになっている。
【０００６】
ここで、上記する循環冷却ガスには、CO等の未燃ガスが含まれており、これらの未燃ガスを循環冷却ガスがボイラーＢＯの入口に至るまでに完全に燃焼反応を終わらせるべく、未燃ガス燃焼用の空気導入路ＡＤがチャンバーＣＢのプレチャンバーＰＣの外周に設置されているリングダクトＲｄ頂部に設けられ、ここで燃焼用空気が循環冷却ガスに提供されるようになっているのが一般的である。循環冷却ガスがボイラーに至る前に未燃ガスの燃焼を完了させる理由は、循環冷却ガスの温度を昇温してボイラーによる熱回収量を増加させるためである。また、一次ダストキャッチャーＰＤの上流側で燃焼用空気を提供するのは、未燃ガスと空気（酸素）を十分に混合して燃焼させるにはある程度の時間を要するためである。クーリングチャンバーＣＣからリングダクトＲｄへと上昇する循環冷却ガスは800〜900℃程度にまで昇温しているが、燃焼用空気が循環冷却ガスに提供されることによって循環冷却ガスはさらに昇温して約1000℃の高温雰囲気となる。
【０００７】
CDQ内における循環冷却ガスの流れを概説すると、不活性ガスからなる循環冷却ガスは、循環設備を構成するガスブロアＧＢからチャンバー下方のクーリングチャンバーＣＣに吹き込まれ（Ｙ１方向）、上方に上昇する過程（Ｙ２方向）で降下してくる高温の赤熱コークスＣｏ（Ｘ２方向）と接触する。そして、プレチャンバーＰＣの外周にあるリングダクトＲｄを通過し、第１のダクトＦｄ（煙道）から一次ダストキャッチャーＰＤに入り（Ｙ２方向）、ボイラー側に流れていく（Ｙ３方向）。
【０００８】
第１のダクトＦｄを流通する循環冷却ガスは摩耗性の高い多量のコークス粉を含んでいるのが一般的であることから、一次ダストキャッチャーＰＤで含有コークス粉全体の20〜30%が粗捕集されることになる（Ｒ１方向）。
【０００９】
ボイラーＢＯ内には給水管ＦＷと蒸気排気管ＤＷが一体となって内装されており、給水管ＦＷを介して給水され（Ｚ１方向）、水がボイラーＢＯ内を流通する過程（Ｚ２方向）でボイラーＢＯ内を流通する（Ｙ４方向）循環冷却ガスの熱で蒸気となり、この蒸気を蒸気排気管ＤＷを介して排出して熱回収するものである（Ｚ３方向）。
【００１０】
蒸気の生成で熱を奪われた循環冷却ガスは200℃以下に降温し、第３のダクトＴｄを介して二次ダストキャッチャーＳＤに流通し（Ｙ５方向）、ここで循環冷却ガスが含有している残りのコークス粉の大半が捕集されることになる（Ｒ２方向）。
【００１１】
含有コークス粉のほとんどが回収され、200℃以下の温度となっている循環冷却ガスは、ガスブロアＧＢを介し、給水予熱器ＳＥを介してさらに降温され、130℃程度の循環冷却ガスがクーリングチャンバーＣＣに吹き込まれることとなり（Ｙ１方向）、このようにしてCDQ内における循環冷却ガスの循環が図られることとなる。
【００１２】
ここで、特許文献１には、図４で示すように一次ダストキャッチャーの上流側で循環冷却ガスに未燃ガス燃焼用の空気を提供するコークス乾式消火設備に関し、特に空気吹込方法に特徴を有する技術が開示されている。
【００１３】
特許文献１で開示のCDQにおいても、従来構造の一次ダストキャッチャーが適用されていると考えられるが、既述するようにこの一次ダストキャッチャーは低捕集効率の型式であるのが一般的であることから、ボイラーにおける摩耗防止策が課題となり、その対策として、耐摩耗材を溶射等で伝熱面に施工して耐摩耗被膜を形成する方法や、循環冷却ガスの流速を低速化する方法などが適用されている。
【００１４】
しかしながら、耐摩耗材を溶射等で壁面に施工して耐摩耗被膜を形成する方法では、この被膜形成作業に要するコストの問題が大きい。また、循環冷却ガスの流速を低速化する方法では、流速の低速化による伝熱性能を補うために伝熱面積を多くし、このことによって回収蒸気量の低下を抑制することが必要となるが、伝熱面積が多くなることはボイラーの大規模化に直結することから、やはり設備コストの問題に繋がる。
【００１５】
そこで、循環冷却ガスがボイラーに入る前段で循環冷却ガスの含有するコークス粉の捕集効率を高め、このことによってボイラー規模を大きくする等に起因するコスト増を抑制できるように、従来構造の一次ダストキャッチャーに代えて特許文献２で開示されるようなサイクロンを適用する方策が考えられる。
【００１６】
しかしながら、サイクロンに1000℃程度の循環冷却ガスが提供されることから、サイクロンの形成素材として一般的な耐熱鋼であるステンレスなどを採用するのが困難であり、インコネル等の高価な耐熱材を使用せざるを得なくなり、やはり設備コストの問題が解消できない。加えて、未燃ガスと酸素が共存し、燃焼反応が発生することでサイクロン壁面にクリンカ（溶融物）が付着することから、その集塵性が低下するといった問題も懸念される。
【００１７】
そこで、サイクロンを適用しながら、循環冷却ガスの流量を増加させてガス温度を下げるという方策も考えられるが、ガス流量増に起因するCDQ（システム）全体の大型化（ガスブロアの消費電力増などを含む）が避けられず、やはり設備コスト増が問題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開昭６１−１６８６９０号公報
【特許文献２】実開昭６３−８１８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、ボイラーに入る前段で循環冷却ガスの含有するコークス粉の捕集効率を高めるべく、一次ダストキャッチャーとして既述する従来構造の集塵機に代えてサイクロンを適用しながら、サイクロンに1000℃程度の循環冷却ガスが提供されないような対策を講じ、しかも、ボイラーに入る前に循環冷却ガスの温度は1000℃程度にまで高めることで循環冷却ガスの流量を増加させることなくボイラーによる熱回収量を低下させることのないコークス乾式消火設備を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
前記目的を達成すべく、本発明によるコークス乾式消火設備は、赤熱コークスが供給されるとともに循環冷却ガスが吹き込まれるチャンバーと、チャンバー内で赤熱コークスによって昇温された循環冷却ガスが第１のダクトを介して導入され、該循環冷却ガス中のコークス粉を回収する集塵機と、集塵機から流出した循環冷却ガスが第２のダクトを介して導入されるとともに循環冷却ガスの熱を回収するボイラーと、を備え、ボイラーから流出した循環冷却ガスをボイラーとチャンバーを繋ぐ第３のダクトを介して再度チャンバーに戻して赤熱コークスを冷却するコークス乾式消火設備であって、前記集塵機はサイクロンからなり、前記サイクロンに900℃以下の温度に制御された循環冷却ガスが提供されるようになっており、循環冷却ガスに空気を導入して循環冷却ガス中の未燃ガスの燃焼を実行するための空気導入路が、第２のダクトの途中位置にのみ存在しているものである。
【００２１】
本発明のコークス乾式消火設備（CDQ）は、集塵機としてサイクロンを適用し、さらに、循環冷却ガスに空気を導入して循環冷却ガス中の未燃ガスの燃焼を実行するための空気導入路が、チャンバーと第１のダクトの途中位置には存在せず、第２のダクトの途中位置にのみ存在している構成を適用することで、サイクロンに900℃以下の温度に制御された循環冷却ガスが提供されるようにするとともに、ボイラーには未燃ガスの燃焼が完了した1000℃程度の循環冷却ガスが提供されるのを保証したものである。
【００２２】
ここで、「前記サイクロンに900℃以下の温度に制御された循環冷却ガスが提供されるようになっており、循環冷却ガスに空気を導入して循環冷却ガス中の未燃ガスの燃焼を実行するための空気導入路が、チャンバーと第１のダクトの途中位置には存在せず、第２のダクトの途中位置にのみ存在している」とは、900℃以下の温度に制御された循環冷却ガスが提供されることと空気導入路が第２のダクトの途中位置にのみ存在していることが密接に連関していることを意味している。すなわち、たとえばサイクロンの上流に位置する第１のダクト内やチャンバー内で空気がわずかでも導入される形態を取り上げるに、構成上（文言上）は上記する本願発明の構成を充足しないように見受けられる。しかしながら、サイクロンの壁面に支障を来たさない900℃以下の温度の循環冷却ガスをサイクロンに提供する限りにおいては、このような制御形態も上記する本願発明の構成に含まれるものとする。すなわち、この本願発明の構成を回避する構成は、サイクロンに対して900℃を超える温度の循環冷却ガスを提供する形態のみであり、そのために、チャンバーもしくは第１のダクトの途中位置に空気導入路が設けられ、これを介して提供された空気によって、たとえば従来のCDQのようにサイクロンの上流側のダクトにおいて温度が900℃を超えた温度（たとえば980℃程度）の循環冷却ガスが生成される。したがって、このような構成でなくて、サイクロンの上流側のダクト等で空気導入路が設けられているものの、循環冷却ガスに対してわずかに空気を提供するような形態の場合には、本願発明による効果を奏することから、サイクロンに導入される循環冷却ガスの温度が依然として900℃以下の場合においては、空気導入路の設置態様が本願発明の構成と相違している場合であっても本願発明の上記構成に含まれるものとする。なお、「900℃以下の温度に制御」とは、これまでのCDQの操業実績より、サイクロンの上流側で空気を提供しないことで900℃以下の温度制御は実行されるが、これ以外にも、循環冷却ガスが第１のダクトを流通する際の温度が900℃以下となるように循環冷却ガスがクーリングチャンバーに入る前後でその温度を低温に制御する（たとえば従来一般の130℃よりも低い100℃程度に制御するなど）制御形態が挙げられる。
【００２３】
このように、集塵性能に優れたサイクロンの適用に加えて、循環冷却ガス中の未燃ガスの燃焼を実行するための空気導入路の配設位置を従来のCDQから変更した構造改良により、900℃以下の比較的低温域の循環冷却ガスをサイクロン内で集塵することができ、サイクロンの形成素材としてインコネル等の高価な耐熱材を使用することなく、たとえばSUS304などのステンレス等の一般的な耐熱鋼を使用することができる。
【００２４】
特に、旋回流を生じるサイクロンの下流側のダクト（第２のダクト）において未燃ガスに空気が提供されることから、未燃ガスを含む循環冷却ガスの旋回流を利用して未燃ガスの燃焼を促進させることができ、サイクロンとボイラーまでの距離、すなわち第２のダクトの長さが長くない場合でも循環冷却ガスがボイラーに到達するまでの未燃ガスの燃焼完了を保証することができる。なお、本発明者等によれば、旋回状態の循環冷却ガスがサイクロンからボイラーに至るまでの時間は1秒以下程度であることが分かっているが、このような短時間で未燃ガスが完全に燃焼することが確認されている。
【００２５】
また、サイクロンに提供される循環冷却ガスに空気が提供されていないことから、サイクロン内で未燃ガスが燃焼してクリンカが発生し、サイクロンの壁面に付着するのが抑制される。そのため、壁面に付着したクリンカによってサイクロンの集塵性が低下するといった問題も生じ得ない。
【００２６】
さらに、サイクロンに提供される循環冷却ガスの温度が低くなることでその熱膨張が抑制される結果、提供される循環冷却ガスのボリュームが低減されることから、サイクロンの小型化を図ることもできる。なお、980℃程度の循環冷却ガスに比して800〜900℃程度の循環冷却ガスが提供されることにより、循環冷却ガスのボリュームは75%程度になるとの試算結果が得られている。
【００２７】
また、サイクロンを適用することで、既述する従来構造の一次ダストキャッチャーに比して循環冷却ガス中のダスト捕集量が3〜8倍程度となり、ダスト濃度を大きく低減できることが分かっている。そして、このことによってボイラー内における循環冷却ガスによる摩耗の影響が極めて少なくなり、溶射やプロテクター設置といった耐摩耗被膜形成に要するコストが不要となる。また、循環冷却ガスの流速をたとえば1.5倍程度に高めることが可能となり、このことによって伝熱性能が向上する（Ｋ値（総括熱伝達係数）の向上によって伝熱面積の低下を図ることが可能）ため、一定量の蒸気回収を前提とした場合にはボイラーの小型化を図ることが可能となる。
【００２８】
さらに、サイクロンによる集塵効率が高まることで従来のようにボイラー下流における二次ダストキャッチャーやそれに付随するコンベア等が一切不要となり、CDQシステム全体の設備コスト低減にも繋がる。
【００２９】
ここで、第２のダクトは、サイクロンの頂部から上方に立ち上がる立ち上り部と、この立ち上り部から屈曲して水平方向もしくは略水平方向に延びる水平部とから構成されており、空気導入路が立ち上り部に設けられているのが好ましい。ここで、「略水平方向」とは、水平に対して±20度程度以下の範囲で傾斜していることを意味している。
【００３０】
立ち上り部と、水平方向もしくは略水平方向に延びる水平部からなる第２のダクトの全区間に亘って、サイクロンで生成された循環冷却ガスの旋回流が流通することになる。
【００３１】
しかし、サイクロンの頂部から上方に立ち上がる立ち上り部に空気導入路が設けられていることで、旋回流速の速い旋回流に空気を提供することができ、水平部に空気を提供する場合に比して未燃ガスの燃焼を促進することができる。
【００３２】
なお、空気導入路は、たとえば筒状の立ち上り部の側方に設けられた湾曲線形の導入路に沿って循環冷却ガスがサイクロン内に入ってくる過程で生成された旋回流の流れを阻害しない位置に配設され、かつ、同様に旋回流の流れを阻害しない空気導入方向が規定されるのがよい。また、空気導入路の形態としては、１基の空気導入路が立ち上がり部の所定レベル位置に配設された形態や、立ち上がり部の同一レベル（同一平面内）に２〜４基の空気導入路が設けられた形態（２基の場合は対角線位置、３基の場合は120度間隔、４基の場合は90度間隔）など、多様な形態が挙げられる。
【発明の効果】
【００３３】
以上の説明から理解できるように、本発明のコークス乾式消火設備によれば、集塵性能に優れたサイクロンの適用に加えて、循環冷却ガス中の未燃ガスの燃焼を実行するための空気導入路の配設位置を従来のCDQから変更した構造改良により、循環冷却ガスの流量を増加させることなく、従来よりも低い温度の循環冷却ガスでサイクロンによる集塵が可能となるため、サイクロンを一般的な耐熱鋼で形成でき、サイクロン内におけるクリンカの発生を抑制してその集塵性の低下を抑制でき、提供される循環冷却ガスが900℃以下の低温であることから循環冷却ガスのボリュームが低減されてサイクロンの小型化を図ることができる。さらに、サイクロンを導入することでダスト濃度を格段に低減でき、ボイラー内を流通する循環冷却ガスの含有ダストが少ないことでボイラー伝熱面への耐摩耗対策を不要とでき、ボイラー内での循環冷却ガスの流速アップを可能として伝熱性能向上によるボイラーの小型化を図ることができる。また、二次ダストキャッチャーやそれに付随するコンベア等を不要とでき、上記する種々の効果と相俟って、CDQシステム全体の設備コストを大幅に低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明のコークス乾式消火設備の実施の形態の模式図である。
【図２】サイクロンと第２のダクトを拡大した斜視図である。
【図３】図２のIII−III矢視図である。
【図４】従来のコークス乾式消火設備の実施の形態の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、図面を参照して本発明のコークス乾式消火設備の実施の形態を説明する。なお、図示例では、第２のダクトを構成する立ち上がり部に４基の空気導入路が90度間隔で配設された形態を示しているが、図示例以外の基数の空気導入路が立ち上がり部に設けられた形態、水平部に空気導入路が設けられた形態などであってもよいことは勿論のことである。
【００３６】
（コークス乾式消火設備の実施の形態）
図１は本発明のコークス乾式消火設備の実施の形態の模式図であり、図２はサイクロンと第２のダクトを拡大した斜視図であり、図３は図２のIII−III矢視図である。
【００３７】
図示するコークス乾式消火設備１００（CDQ）は、チャンバー１０とボイラー３０の２つの熱交換機、さらには集塵機であるサイクロン２０が、不活性ガス（窒素が主成分であって、CO2、H2O、微量のCO、H2が含まれたガスなど）からなる循環冷却ガスの流通系統を構成する、第１のダクト７０、第２のダクト８０および第３のダクト９０で相互に流体連通されてその全体が大略構成されている。
【００３８】
より具体的には、チャンバー１０とサイクロン２０は第１のダクト７０を介して繋がり、サイクロン２０とボイラー３０は第２のダクト８０を介して繋がり、ボイラー３０とチャンバー１０は、その途中に配設されたガスブロア５０を介して第３のダクト９０を介して繋がっている。
【００３９】
不活性ガスからなる循環冷却ガスは、図示する流通系統を循環しながら高温の赤熱コークスＣｏを冷却し、赤熱コークスＣｏから受けた熱で昇温された循環冷却ガスはボイラー３０内を流通する水を蒸発させて蒸気を生成する。
【００４０】
不図示のコークス炉から押し出された不図示のバケットに収容された赤熱コークスＣｏは、チャンバー１０の頂部から搬入される（Ｘ１方向）。チャンバー１０内では、上部のプレチャンバー１１にて高温の赤熱コークスＣｏを溜め、一定の時間間隔で下方のクーリングチャンバー１２に降下させる。この操作によって赤熱コークスＣｏは当初の約1000℃の温度が200℃以下に冷却され（冷却された赤熱コークスＣｏ’の生成）、チャンバー１０底部に配設された排出路１４を介して排出されてコンベア１５で不図示の高炉に運ばれるようになっている。
【００４１】
循環冷却ガスにはCO等の未燃ガスが含まれており、これらの未燃ガスを循環冷却ガスがボイラー３０の入口に至るまでに完全に燃焼させるべく、図示するコークス乾式消火設備１００では、未燃ガス燃焼用の空気導入路４０をサイクロン２０の下流側に位置する第２のダクト８０の途中位置にのみ設け（チャンバー１０や第１のダクト７０の途中位置には設けない）、ここで燃焼用空気が循環冷却ガスに提供されるようになっている。
【００４２】
循環冷却ガスは、循環設備を構成するガスブロア５０からチャンバー下方のクーリングチャンバー１２に吹き込まれ（Ｙ１方向）、上方に上昇する過程（Ｙ２方向）で降下してくる高温の赤熱コークスＣｏ（Ｘ２方向）と接触する。そして、プレチャンバー１１の外周にあるリングダクト１３を通過し、第１のダクト７０から集塵機であるサイクロン２０に入り（Ｙ２方向）、サイクロン７０で旋回流Ｙ３’となり、ボイラー側に流れていく（Ｙ３”方向）。
【００４３】
ここで、クーリングチャンバー１２からリングダクト１３へと上昇する（Ｙ１方向）循環冷却ガスは800℃程度にまで昇温しているが、従来構造のCDQと異なって燃焼用空気がチャンバー１０にて循環冷却ガスに提供されないことから、循環冷却ガスがさらに昇温することはなく、この800℃程度（900℃以下の温度）でリングダクト１３から第１のダクト７０に流入することになる。
【００４４】
第１のダクト７０を流通する循環冷却ガスは、800℃程度の温度を維持した状態でサイクロン７０に進入し、ここで旋回流Ｙ３’が生成される。
【００４５】
図２で示すように、サイクロン２０は、下方に縮径した筒状を呈し、湾曲線形の循環冷却ガスの導入路２１が筒内に流体連通しており、この頂部から第２のダクト８０を構成する立ち上り部８１が立ち上がり、さらに屈曲して第２のダクト８０を構成する水平部８２がボイラー３０側に通じている。
【００４６】
立ち上り部８１の途中位置には、図３で示すように４基の空気導入路４０が90度間隔で配設されており、かつ、それぞれの空気導入路４０の空気導入方向（Ｑ２方向）は、導入路２１を介して流通する（Ｙ２方向）過程で生成される循環冷却ガスの旋回流Ｙ３’の流れを阻害しない方向に規定されている。
【００４７】
図１に戻り、サイクロン２０では、循環冷却ガスの有する摩耗性の高いコークス粉が効果的に集塵される。
【００４８】
そして、サイクロン２０の上方の第２のダクト８０の立ち上り部８１では、循環冷却ガス中の未燃ガス燃焼用の空気が提供されるが、循環冷却ガスが旋回していることから提供される空気との混合が十分に図られ、未燃ガスの燃焼が促進される。
【００４９】
未燃ガスが完全に燃焼された段階で、水平部８２を旋回流Ｙ３”の態様でボイラー側に流通する循環冷却ガスの温度は昇温し、サイクロン２０に流入する際の800℃程度（900℃以下）から約1000℃の循環冷却ガスとなってボイラー３０に流入することになる。
【００５０】
ボイラー３０内には給水と蒸気排気をおこなう蒸気生成回収路３５が内装されており、蒸気生成回収路３５を介して給水され（Ｚ１方向）、水がボイラー３０内を流通する過程（Ｚ２方向）でボイラー３０内を流通する（Ｙ４方向）循環冷却ガスの熱で蒸気となり、この蒸気を蒸気生成回収路３５を介して排出して熱回収される（Ｚ３方向）。
【００５１】
蒸気の生成で熱を奪われた循環冷却ガスは200℃以下に降温し、第３のダクト９０を介してチャンバー１０側に流通し（Ｙ５方向）、ガスブロア５０を介し、給水予熱器６０を介してさらに降温され、130℃程度の循環冷却ガスがクーリングチャンバー１２に吹き込まれることとなり（Ｙ１方向）、このようにしてCDQ内における循環冷却ガスの循環が図られることとなる。
【００５２】
このように、集塵性能に優れたサイクロン２０の適用に加えて、循環冷却ガス中の未燃ガスの燃焼を実行するための空気導入路４０の配設位置を従来のCDQから変更した構造改良により、900℃以下の比較的低温域の循環冷却ガスをサイクロン２０内で集塵することができ、サイクロン２０の形成素材としてインコネル等の高価な耐熱材を使用することなく、ステンレス鋼等の一般的な耐熱鋼を使用することができる。特に、旋回流Ｙ３’を生じるサイクロン２０の下流側の第２のダクト８０において未燃ガスに空気が提供されることから、未燃ガスを含む循環冷却ガスの旋回流Ｙ３’を利用して未燃ガスの燃焼を促進することができ、サイクロン２０とボイラー３０までの距離、すなわち第２のダクト８０の長さが長くない場合でも循環冷却ガスがボイラー３０に到達するまでの未燃ガスの燃焼完了を保証することができる。また、サイクロン２０に提供される循環冷却ガスに空気が提供されていないことから、サイクロン２０内で未燃ガスが燃焼してクリンカが発生し、サイクロンの壁面に付着するのが抑制される。そのため、壁面に付着したクリンカによってサイクロン２０の集塵性が低下するといった問題も生じ得ない。さらに、サイクロン２０に提供される循環冷却ガスの温度が900℃以下と低くなることでその熱膨張が抑制される結果、提供される循環冷却ガスのボリュームが低減されることから、サイクロン２０の小型化を図ることもできる。また、サイクロン２０を適用することで、従来構造の一次ダストキャッチャーに比して循環冷却ガス中のダスト濃度を大きく低減できる。そして、このことによってボイラー３０内における循環冷却ガスによる摩耗の影響が極めて少なくなり、溶射やプロテクター設置といった耐摩耗被膜形成に要するコストが不要となる。また、循環冷却ガスの流速を高めることが可能となり、このことによって伝熱性能が向上するため、一定量の蒸気回収を前提とした場合にはボイラー３０の小型化を図ることが可能となる。さらに、サイクロン２０による集塵効率が高まることで従来のようにボイラー下流における二次ダストキャッチャーやそれに付随するコンベア等が一切不要となり、CDQシステム全体の設備コスト低減にも繋がる。
【００５３】
[サイクロンからボイラーまでの間で未燃ガスが完全燃焼することを検証した解析とその結果]
本発明者等は、以下のプロセス条件および計算方法に基づいて、サイクロンからボイラーまでの間で未燃ガスが完全燃焼することを検証する解析をおこなった。
【００５４】
【表１】
2014055261.tif 000003
【００５５】
（計算方法および解析モデル）
（１）定常にて解析をおこなう。
（２）ボイラー下方の断面に均一な負圧をかける。
（３）サイクロン入口部から均一にガスが噴出す（偏流は考慮せず）。
（４）燃焼空気はサイクロン出口のみ（4箇所）にておこなう。
（５）アウトプットは、流速分布、温度分布、圧力分布、およびガス濃度（O2、H2、CO）分布とする。
（６）解析モデルのサイクロンの形状は図２，３と同様。実機相当のスケールである。
【００５６】
（解析結果）
解析の結果、空気吹き込み後、燃焼反応が約0.1秒で完了することが分かった（旋回流がボイラーに到達するまでの時間は約1秒である）。旋回流を活用することで良好な燃焼状態が得られたためである。
【００５７】
[循環冷却ガス中のダスト濃度とボイラーの伝熱面積の関係に関する考察]
本発明者等は、サイクロンを導入することによるダスト低減効果に関して考察をおこなった。具体的には、サイクロン導入によってダスト低減効果が高まり、ダスト摩耗の影響を考慮せずにボイラーの設計が可能になることである。
【００５８】
さらに、ボイラーへ導入される循環冷却ガスの流速をアップさせることが可能となる。この流速アップにより、Ｋ値（総括熱伝達係数）は大幅に向上し、以下で記載する理由に基づいて伝熱面積の低下を図ることが可能となり、その結果としてボイラー全体のコンパクト設計が可能となる。
【００５９】
（摩耗量の評価）
ボイラー壁面の摩耗量に関しては、ダスト種が同じであれば、ダストの運動エネルギとダスト量によって決定される。運動エネルギは、ダストの質量と速度の２乗の積に比例する。サイクロンで高効率に除塵することで、サイクロンを適用しない従来構造の一次ダストキャッチャーによるダスト量10gに比してその1/10の1g程度とすることができる。
【００６０】
一方、ダストの粒径は数百μm〜数十μmとやはり1/10程度に低減できる。
【００６１】
したがって、ダスト量（質量）が1/10程度に低減されるため、摩耗量を大幅に低減できることが分かる。
【００６２】
（伝熱面積について）
熱回収量Qは、KAΔtm（K:総括熱伝達係数、A:伝熱面積、Δtm:対数平均温度差）で表すことができる。
【００６３】
熱回収量Qを一定とした場合、ボイラー内における循環冷却ガスの流速がアップすることでK値が高められるため、ボイラー内の伝熱面積Aを小さくすることが可能となり、このことはボイラーのコンパクト化に繋がる。
【００６４】
[循環冷却ガスの温度をガス流量増で低減する場合の課題に関する考察]
本発明者等は、一次ダストキャッチャー前段で空気が提供されて循環冷却ガスの温度が1000℃程度となる従来構造のCDQにおいて、本発明のCDQのように900℃以下の温度条件とするためにガス流量を増加させる際に、どの程度のガス流量の増加が必要かを検証した。
【００６５】
検証の結果、従来構造のCDQにおいて、循環冷却ガスの温度を1000℃から800℃まで低減するには循環冷却ガス流量を32%増加させる必要があることが試算されている。この増加ガス量をサイクロンで処理する場合を想定すると、サイクロンの筒部の径を17%増加させ、サイクロン全体の高さも17%増加させる必要があり、サイクロンが大幅に大型化することになる。
【００６６】
また、循環経路内での循環冷却ガス流量が増加することから、この影響はサイクロンの大型化に留まらず、ダクトやブロアなどの機器の大型化、ブロアの動力の増加、ボイラーの大型化などが必要となる。
【００６７】
このように、サイクロンの前段で1000℃程度の循環冷却ガスの温度をガス流量を増加させることで低減しようとする場合には、設備の大型化による設備コスト増の課題が顕著となる。
【００６８】
このことより、循環冷却ガスに空気を導入して循環冷却ガス中の未燃ガスの燃焼を実行するための空気導入路を第２のダクトの途中位置にのみ存在させる構成は、サイクロンを適用することによる効果（集塵性能向上など）を享受できることに加えて、CDQ設備コストの増加を齎さないという大きな効果を奏するものである。
【００６９】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７０】
１０…チャンバー、１１…プレチャンバー、１２…クーリングチャンバー、１３…リングダクト、１４…排出路、１５…コンベア、２０…サイクロン（集塵機）、２１…導入路、２１ａ…導入孔、３０…ボイラー、３５…蒸気生成回収路、４０…空気導入路、５０…ガスブロア、６０…給水予熱器、７０…第１のダクト、８０…第２のダクト、８１…立ち上り部、８２…水平部、９０…第３のダクト、１００…コークス乾式消火設備（CDQ）、Ｃｏ…赤熱コークス、Ｃｏ’… 冷却された赤熱コークス
【図１】
2014055261.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年12月17日(2012.12.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤熱コークスが供給されるとともに循環冷却ガスが吹き込まれるチャンバーと、
チャンバー内で赤熱コークスによって昇温された循環冷却ガスが第１のダクトを介して導入され、該循環冷却ガス中のコークス粉を回収する集塵機と、
集塵機から流出した循環冷却ガスが第２のダクトを介して導入されるとともに循環冷却ガスの熱を回収するボイラーと、を備え、
ボイラーから流出した循環冷却ガスをボイラーとチャンバーを繋ぐ第３のダクトを介して再度チャンバーに戻して赤熱コークスを冷却するコークス乾式消火設備であって、
前記集塵機はサイクロンからなり、
前記サイクロンに900℃以下の温度に制御された循環冷却ガスが提供されるようになっており、
第２のダクトは、サイクロンの頂部から上方に立ち上がる立ち上り部と、この立ち上り部から屈曲して水平方向もしくは略水平方向に延びる水平部とから構成されており、
循環冷却ガスに空気を導入して循環冷却ガス中の未燃ガスの燃焼を実行するための空気導入路が前記立ち上り部にのみ存在しているコークス乾式消火設備。