(57)【要約】【課題】  コークス炉炭化室の上部空間の過加熱を抑えてカーボン付着を抑制できると共に、炉壁のヒートスポット発生を抑制できるコークス炉の操業方法を提供する。【解決手段】  コークス炉の炭化室に石炭を装入して乾留する方法において、燃焼室に導入する燃料ガスとして、１５００から３５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３の中カロリーガスを使用する。中カロリーガスを使用することで、炭化室上部の炉壁へのカーボン付着量を低減することができ、また炉壁にヒートスポットが発生するのを抑制できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス炉の炭化室に石炭を装入して乾留する方法において、燃焼室に導入する燃料ガスとして、１５００から３５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３の中カロリーガスを使用することを特徴とするコークス炉の操業方法。
【請求項２】
コークス炉の炭化室に石炭を装入して乾留する方法において、炭化室上部空間にカーボンの付着が認められる場合には、燃焼室に導入するガスを１５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以下の低カロリーガスから、１５００から３５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３の中カロリーガスに切り替えることを特徴とするコークス炉の操業方法。
【請求項３】
コークス炉の炭化室に石炭を装入して乾留する方法において、通常操業時に比較して押出し電流値あるいは押出し圧力が１０％以上上昇した場合に、燃焼室に導入するガスを１５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以下の低カロリーガスから、１５００から３５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３の中カロリーガスに切り替えることを特徴とするコークス炉の操業方法。
【請求項４】
コークス炉の炭化室に石炭を装入して乾留する方法において、装入炭の揮発分が２８％以上、装入炭水分が７％以下、及び装入炭の３ｍｍ以下の重量割合が７８％以上の条件のうち、少なくとも一つが該当する場合には、燃焼室に導入するガスを１５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以下の低カロリーガスから１５００から、３５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３の中カロリーガスに切り替えることを特徴とするコークス炉の操業方法。
【請求項５】
石炭が装入される炭化室と、燃料ガスを燃焼させる燃焼室とを有するコークス炉において、燃焼室に導入する燃料ガスとして、１５００から３５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３の中カロリーガスを使用することを特徴とするコークス炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭を乾留してコークスにするコークス炉の操業方法及びコークス炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
コークス炉では、石炭が装入される炭化室と、燃料ガスを燃焼させる燃焼室とを交互に並べられる。乾留に必要な熱量は、燃焼室より炉壁煉瓦を通して炭化室の両側から供給される。
【０００３】
炭化室の上部は石炭が装入されない空間となっていて、乾留中にこの上部空間を乾留ガスが抜け出る。炭化室上部空間の温度が高くなりすぎると、カーボンが炉壁煉瓦に析出して安定操業を阻害する。
【０００４】
カーボンの付着を抑制するために、ハード面及びソフト面で炭化室の上部空間の温度のコークス炉の炭化室の上部空間の温度を制御する方法が採られている。
【０００５】
ハード対策としては、多段式バーナ、燃焼廃ガス循環などが実施されている。しかしコークス炉は煉瓦で造られているため、これらの技術のように根本的に構造変更が必要な技術は、コークス炉を新規に建設する際にしか導入できない。また、操業変化への対応が難しいといった問題がある。
【０００６】
ソフト対策としては、特許文献１にあるように、乾留初期に低カロリーの貧ガス使用により長炎燃焼を行って炭化室上部まで着熱させる一方、乾留後期は高カロリーの富ガス使用により短炎燃焼を行って、炭化室上部の過剰な着熱を防止する方法が知られている（特許文献１、請求項１）。また特許文献２，３のように、燃焼室に導入するガスカロリーをプログラム加熱により制御する方法も開示されている。
【０００７】
しかし特許文献１の発明では、乾留後期の富ガス使用時にヒートスポットが発生するので、このヒートスポットが発生する部分でのカーボン付着による操業トラブルが懸念される。また特許文献２の発明では、制御が複雑化するとともに、隣窯との連携が取れないといった問題もでてくる。
【特許文献１】特開平６−２７１８５４
【特許文献２】特開平７−１１８６６０
【特許文献３】特開平９−３０２３５０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は以下の事項を課題とする。
(1)炭化室上部空間温度の上昇抑制
通常操業においては、燃焼室に導入する燃料ガスとして貧ガス（ガスカロリー１５００kcal/Nm3以下）を使用している。ガスカロリーが低いほど炎が長炎化する傾向があり、炉の上部に熱がつきやすい。
【０００９】
(2)ヒートスポット発生の抑制
炭化室上部空間にカーボンが付着した場合には、短炎加熱が可能な富ガス（ガスカロリー３５００kcal/Nm3以上）を使用している。しかし、短炎のため炉壁にヒートスポットが発生し易い。ヒートスポットは炉壁へのカーボン付着のみならず、燃焼廃ガス中のＮＯXの濃度を増加させる。
【００１０】
すなわち本発明は、コークス炉炭化室の上部空間の過加熱を抑えてカーボン付着を抑制すると共に、ヒートスポット発生を抑制するコークス炉の操業方法及びコークス炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
従来のコークス炉では、低カロリーガス（貧ガス）又は高カロリーガス（富ガス）しか使用されていなかったのに対し、本発明者は上記課題を解決するために、低カロリーガス（貧ガス）又は高カロリーガス（富ガス）に替えて又は加えて、これまで使用されていない中間の中カロリーガスを使用して、炎の長さの適正化を図った。
【００１２】
具体的には請求項１の発明は、コークス炉の炭化室に石炭を装入して乾留する方法において、燃焼室に導入する燃料ガスとして、１５００から３５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３の中カロリーガスを使用することを特徴とするコークス炉の操業方法により、上述した課題を解決する。
【００１３】
請求項２の発明は、コークス炉の炭化室に石炭を装入して乾留する方法において、炭化室上部空間にカーボンの付着が認められる場合には、燃焼室に導入するガスを１５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以下の低カロリーガスから、１５００から３５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３の中カロリーガスに切り替えることを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明は、コークス炉の炭化室に石炭を装入して乾留する方法において、通常操業時に比較して押出し電流値あるいは押出し圧力が１０％以上上昇した場合に、燃焼室に導入するガスを１５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以下の低カロリーガスから、１５００から３５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３の中カロリーガスに切り替えることを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明は、コークス炉の炭化室に石炭を装入して乾留する方法において、装入炭の揮発分が２８％以上、装入炭水分が７％以下、及び装入炭の３ｍｍ以下の重量割合が７８％以上の条件のうち、少なくとも一つが該当する場合には、燃焼室に導入するガスを１５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以下の低カロリーガスから、１５００から３５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３の中カロリーガスに切り替えることを特徴とする。
【００１６】
請求項５の発明は、石炭が装入される炭化室と、燃料ガスを燃焼させる燃焼室とを有するコークス炉において、燃焼室に導入する燃料ガスとして、１５００から３５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３の中カロリーガスを使用することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、炭化室上部の炉壁へのカーボン付着量を低減することができ、また炉壁にヒートスポットが発生するのを抑制できる。したがって安定した高稼働率操業が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は本発明の一実施形態におけるコークス炉を示す。コークス炉の基本的な炉体構造は従来からあるコークス炉と同様で、石炭を乾留する炭化室１、燃料ガスを燃焼させる燃焼室２、燃焼廃ガスの余熱を利用するための蓄熱室３及び蓄熱室下の水平煙道４を備える。燃焼室２は多数のフリューに細分されている。
【００１９】
燃焼室２に供給される燃料ガスには、１５００から３５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３の中カロリーガスが使用される。従来の貧ガス（ミックスガス）は、約４５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３のＣガス（コークス炉ガス）と約８６０ｋｃａｌのＢガス（高炉ガス）の混合ガスである。例えばＣガスとＢガスとを８：９２の混合割合で混合すれば１１５０ｋｃａｌ／Ｎｍ３程度の低カロリーの貧ガスになる。このように従来の貧ガス燃焼の場合には、混合比率の高いＢガス専用ラインに混合比率の低いＣガスを増Ｃガスラインから流し込んで貧ガスを製造している。
【００２０】
本実施形態の中カロリーガスは、混合後の熱量が１５００から３５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３になるように、ＣガスとＢガスとを混合したものである。中カロリーガスの製造方法としては、例えば混合比率が高くなるＣガスラインにＢガスを流す方法が考えられる。あるいは、Ｂガス専用ラインとＣガス専用ラインから同時に燃料ガスを燃焼室へ導入してもよい。後者の場合は、燃料ガスの混合は燃焼室内で行われることになる。
【００２１】
コークス炉の操業方法には、中カロリーガスのみが使用される場合もあるし、貧ガスと中カロリーガスとが併用される場合もあるし、貧ガス、中カロリーガス及び富ガスを併用する場合もある。この図１には貧ガスと中カロリーガスを併用したコークス炉が示されている。中カロリーガス５は蓄熱室３で予熱され、又は蓄熱室３を通らないで（予熱されることなく）燃焼室２の各フリューに供給される。中カロリーガス５と共にフリューに供給される空気６は、蓄熱室３で予熱された後、燃焼室２に供給される。勿論中カロリーガス５の熱量（すなわち１５００から３５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３）は、空気と混合前の中カロリーガス５のみの熱量である。
【００２２】
燃焼室２のフリュー内では、中カロリーガスと空気が会合して燃焼する。燃焼廃ガスは別の蓄熱室３に引き落とされ、蓄熱室３内の蓄熱煉瓦を加熱してソールフリュー４を経て煙道にぬける。
【００２３】
なお、貧ガス、中カロリーガス及び富ガスを燃焼室２のフリューに供給する場合には、上記貧ガス、中カロリーガス以外にも富ガスラインを設置する必要がある。
【００２４】
コークス炉には従来のコークス炉と同様に、付帯設備として、装入車、押出機、コークガイド車、消火車等が設けられる。装入車は、装入炭槽下部にあるゲートから石炭を受け、所定の空の炭化室まで走行して炭化室内に石炭を装入する。炭化室内で石炭の乾留が終了してコークス化すると、押出機が炭化室の炉蓋を開け、赤熱コークスを押出し、炉蓋を閉める。コークガイド車は炭化室をはさんで押出機と反対側に位置し、作業ホーム上を走行する。コークガイド車は炭化室内の赤熱コークスを押出す際、コークガイド車側炭化室の炉蓋を開け、案内格子を炭化室に合わせ、押し出されてくる赤熱コークスを消火車上に誘導する。消火車は、コークガイド車の案内格子を通って押出されてくる赤熱コークスを受けるコークス槽を有し、電車に牽引されて走行する。赤熱コークスを受けた消火車は消火塔まで走行する。
【００２５】
以下にコークス炉の操業方法について説明する。
まず中カロリーガスのみを使用するコークス炉の操業方法について説明する。
【００２６】
炭化室に装入された石炭は、１０００℃以上に加熱された炉壁煉瓦から伝えられた熱により熱分解を起こし、外側より徐々に内部に向かってコークス化する。乾留に必要な熱量は燃焼室から炉壁煉瓦を通して石炭層に供給される。中カロリーガスのみを使用するコークス炉の操業方法では、燃焼室に供給する燃焼ガスとして、従来から使用されている低カロリーの貧ガス（１５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３未満）あるいは高カロリーの富ガス（３５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３を越える）に替えて、中カロリーガス（１５００〜３５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３）を使用する。
【００２７】
中カロリーガスを使用することにより、貧ガスのときよりも炎の長さを短くすることができ、貧ガスを使用した場合の、炎が長炎化する傾向があり、炉の上部に熱がつきやすいという問題を解消できる。またこの中カロリーガスは、富ガスよりも長炎で且つカロリーが低いので、富ガスを使用した場合の、短炎のため炉壁にヒートスポットが発生し易いという問題も解消できる。
【００２８】
次に、貧ガス及び中カロリーガスを使用するコークス炉の操業方法について説明する。貧ガス及び中カロリーガスを使用する場合、通常操業時には、燃焼室に貧ガスが供給される。そして、炭化室の上部空間にカーボンの付着が認められる場合には、燃焼室に導入するガスを１５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以下の低カロリーガスから１５００から３５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３の中カロリーガスに切り替える。
【００２９】
カーボンの付着を判断する方法として、乾留終了したコークスケーキを押出し機で押し出す際の押出し電流値あるいは押出し圧力の検知がある。例えば通常操業時に比較して押出し電流値あるいは押出し圧力が１０％以上上昇した場合に、燃焼室に導入する燃料ガスを１５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以下の低カロリーガスから１５００から３５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３の中カロリーガスに切り替える。これにより、貧ガス使用のときよりも炎の長さを短くすることができ、炭化室へのカーボンの付着を抑制できる。
【００３０】
ここでカーボンの付着を判断する方法として、押出し機の押出し圧力、押出し電流値以外に、目視、カメラ観察等の判断もある。
【００３１】
ところで、炉壁カーボンの成長速度へ影響を与える要因として、以下の事項が挙げられる。
【００３２】
（１）揮発分の影響：装入炭の揮発分が多くなると、ガス中のタール成分の増加やガス発生速度の増加によりカーボン成長速度は増加する。
【００３３】
（２）装入炭水分の影響：装入炭水分の増加に伴いカーボンの付着速度は小さくなる。理由は、装入炭由来の水蒸気が石炭の熱分解により発生したガスを希釈する効果と水蒸気が固体カーボンと反応して消失させる効果による。また、石炭水分の増加により石炭粒子のうち、微粉部分の舞い上がりが抑制されるため、キャリーオーバー（コークス炉の炉頂空間や熱分解ガスに搬送されてコークス炉から飛び出す微粉体）が減少、この結果、炭化室空間に存在するカーボン付着の核となる微粉体の濃度が減少する。
【００３４】
（３）装入炭粒度の影響：装入炭粒度を細かくするに従いカーボン付着速度は大きくなる。理由は、平均粒度を小さくすると石炭中の微粉の割合が増加、微粉ほど舞い上がりやすいため、空間に存在する微粉体濃度が増加する。
【００３５】
揮発分が高くなったり、水分が下がったり、装入炭を細かくした場合、その操業をしばらく続けると目視ではっきりわかるようなカーボンに成長したり、押出しトラブルが発生する。特に装入炭の石炭の揮発分が２８％以上、装入炭水分が７％以下、及び装入炭の３ｍｍ以下の重量割合が７８％以上の条件のうち、少なくとも一つが該当する場合に、カーボンが成長し易い。
【００３６】
このため貧ガス及び中カロリーガスを使用するコークス炉の操業方法では、装入炭の石炭の揮発分が２８％以上、装入炭水分が７％以下、及び装入炭の３ｍｍ以下の重量割合が７８％以上の条件のうち、少なくとも一つが該当する場合には、燃焼室に導入するガスを１５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以下の低カロリーガスから１５００から３５００ｋｃａｌ／Ｎｍ３の中カロリーガスに切り替えてもよい。これにより、貧ガス使用のときよりも炎の長さを短くすることができ、炭化室へのカーボンの付着を抑制できる。
【００３７】
上記コークス炉の操業方法の他にも、乾留工程に応じて貧ガス、中カロリーガス、富ガスを使い分ける操業方法も考えられる。この操業方法は、乾留初期に貧ガスを使用し、乾留後期に中カロリーガスを使用する方法と、乾留初期に貧ガスを使用し、乾留中期に富ガスを使用し、乾留後期に中カロリーガスを使用する方法とに分けられる。
【００３８】
乾留初期：長炎を形成する低カロリーガスを燃料ガスとして使用して、炉高方向に均一に熱を供給する。乾留初期には、炉下部の熱量供給は不足気味になる、炭化室上部空間の温度は上昇していくが、ヒートスポットは形成され難い、という特徴がある。
【００３９】
乾留中期：中間炎あるいは短炎を形成する中あるいは高カロリーガスを燃料ガスとして使用して、炉下部への熱供給量を増やす。乾留中期では、炭化室上部空間への熱供給量を抑制し、炭化室上部空間の温度上昇速度を下げる。炭化室には自由落下によって石炭が装入されるので、炉高方向に密度の差がある。炭化室下部ほど密度が高くなるので、炭化室下部ほど熱量を与えてやる必要がある。この面から乾留の中期から後半に炎を短くするような中あるいは高カロリーの燃料ガスを供給する。なおヒートスポットは、中カロリーガスよりも富ガスの方が発生し易い。
【００４０】
乾留後期：中間炎を形成する中カロリーガスを燃料ガスとして使用して、炭化室上部空間の温度上昇速度を低減する。乾留中期及び後期で高カロリーの富ガスを使用すると、ヒートスポットが形成され、炉下部でカーボンが付着したり、ＮＯXの発生量が増えたりする。このため乾留後期では、中カロリーガスを燃料ガスとして使用する。
【００４１】
乾留初期から乾留中期に移り変わるタイミングは、例えば石炭層の表層の温度が６００〜７００℃に上昇した段階である。乾留時間でいえば３〜５時間が乾留初期になる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態におけるコークス炉の断面図。
【図１】
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