(57)【要約】【課題】燃焼室内に供給される燃焼用ガスと燃焼用空気との量が、一定の比率となるように制御されているコークス炉においても、燃焼室内での不完全燃焼を防止しつつ、理論空気量に対する過剰率を極力少なくすることが可能なコークス炉の燃焼制御方法を提供する。【解決手段】  コークス炉の燃焼室内に供給される燃焼用ガス量と燃焼用空気量とが、一定の比率となるように制御されているコークス炉における燃焼制御方法であって、複数種類の燃料ガスを混合して製造される前記燃焼用ガスに関し、Ａ０／γ１／２  （ここで、Ａ０：燃焼用ガスの理論空気量、γ：燃焼用ガスのガス比重）が一定となるように、混合する複数種類の燃料ガスの混合比率を調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス炉の燃焼室内に供給される燃焼用ガス量と燃焼用空気量とが、一定の比率となるように制御されているコークス炉における燃焼制御方法であって、
複数種類の燃料ガスを混合して製造される前記燃焼用ガスに関し、
Ａ０／γ１／２  （ここで、Ａ０：燃焼用ガスの理論空気量、γ：燃焼用ガスのガス比重）
が一定となるように、混合する複数種類の燃料ガスの混合比率を調整することを特徴とするコークス炉の燃焼制御方法。
【請求項２】
少なくとも燃焼用空気が自然通気により燃焼室内に供給されることを特徴とする請求項１に記載のコークス炉の燃焼制御方法。
【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燃焼制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭を乾留してコークスにするコークス炉は、燃焼室と炭化室とが交互に配置され、燃焼室と炭化室とは耐火煉瓦の隔壁（炉壁煉瓦）で仕切られている。炭化室には上方から装入車のホッパに積んだ石炭が装入される。炭化室に装入された石炭は、炭化室の両側に配置された燃焼室内における燃焼用ガスの燃焼熱で乾留され、コークスとされる。乾留されたコークスは、押出し機の押出しラムによって側方から押され、炭化室から排出される。
【０００３】
ここで、前記燃焼室内に供給される燃焼用ガスとしては、製鉄工場内で入手が容易であることから、例えば、高炉ガス（ＢＦＧ）とコークス炉ガス（ＣＯＧ）とを混合した混合ガスを用いることが多い。前記高炉ガスやコークス炉ガスは、高炉やコークス炉の操業状態により、その発熱量が常に一定とは限らず、高炉ガスとコークス炉ガスを一定の比率で混合して供給した場合においても、その混合ガスの発熱量は変動する。
【０００４】
そのため、燃焼室内に供給する混合ガスの量に対して一定の割合となるように燃焼用空気を供給するような制御を行った場合には、混合ガスの発熱量変動により、燃焼用空気が不足し不完全燃焼を起こす場合があり、その結果黒煙を発生させてしまう場合があった。また、燃焼用ガスである混合ガスの不完全燃焼による黒煙の発生を恐れるあまり、供給する燃焼用空気の量を、理論空気量に対して、２０〜５０％増とかなり過剰に供給することも行われていた。この場合、燃焼室から排出される排ガス量が増大し、排ガスロスによる熱効率の低下が問題となっていた。
【０００５】
このような問題に対し、例えば特許文献１（特開２００２−２６７１５７号公報）には、燃料の供給管路の途中で当該燃料の発熱量を検出し、この発熱量を用いて当該燃料を燃焼させる際の燃焼用空気量を補正制御する燃焼の制御方法が記載されている。
【０００６】
また、例えば特許文献２（特許第２７０１６１７号公報）には、２種類以上の燃料ガスを混合して燃焼用ガスとする燃焼炉の燃焼制御方法において、燃焼用ガス組成における炭素および水素の比率に応じて燃料ガスの理論空気量に対する過剰率を変更して、煤煙発生領域以外の空気比となる燃焼用空気を供給する混合ガスの燃焼制御方法が記載されている。
【特許文献１】特開２００２−２６７１５７号公報
【特許文献２】特許第２７０１６１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、前記特許文献１に記載の方法は、燃料の発熱量と理論空気量とは比例するとの前提で燃焼用空気量を補正制御しているが、実際には、混合されるガスの組成により理論空気量も変化する。そのため、前記特許文献１に記載の方法により制御する場合でも、不完全燃焼を防止する観点から燃焼用空気の過剰率をある程度大きく取らねばならないという問題があった。さらに、燃焼室内に供給される燃焼用ガスと燃焼用空気との量が、一定の比率となるように制御されているコークス炉においては、燃料の発熱量に基づいて燃焼用空気量のみを独立して補正制御することは困難である。
【０００８】
また、前記特許文献２に記載の方法は、各燃焼用ガス組成と各ガスの混合比から、燃焼用混合ガスの組成を求め、燃焼用混合ガス組成における炭素および水素の比率により理論空気量に対する過剰率を算出し、空気量を調整するものである。しかし、例えば、高炉ガスとコークス炉ガスを混合したガスは、重炭化水素類のように炭素および水素の比率と理論空気量とが比例しないため、また、高炉ガスとコークス炉ガスとはガス比重が大きく異なるためガス流量測定の精度が劣るため、安全を見込んで過剰空気量はある程度大きくならざるを得ない。さらに、上記同様、燃焼室内に供給される燃焼用ガスと燃焼用空気との量が、一定の比率となるように制御されている一般のコークス炉においては、燃焼用ガス組成における炭素および水素の比率により理論空気量に対する過剰率のみを独立して制御することは困難である。
【０００９】
そこで、本発明は、燃焼室内に供給される燃焼用ガスと燃焼用空気との量が、一定の比率となるように制御されているコークス炉においても、燃焼室内での不完全燃焼を防止しつつ、理論空気量に対する過剰率を極力少なくすることが可能なコークス炉の燃焼制御方法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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は以下のような特徴を有する。
［１］コークス炉の燃焼室内に供給される燃焼用ガス量と燃焼用空気量とが、一定の比率となるように制御されているコークス炉における燃焼制御方法であって、
複数種類の燃料ガスを混合して製造される前記燃焼用ガスに関し、
Ａ０／γ１／２  （ここで、Ａ０：燃焼用ガスの理論空気量、γ：燃焼用ガスのガス比重）
が一定となるように、混合する複数種類の燃料ガスの混合比率を調整することを特徴とするコークス炉の燃焼制御方法。
［２］上記［１］において、少なくとも燃焼用空気が自然通気により燃焼室内に供給されることを特徴とするコークス炉の燃焼制御方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、燃焼室内に供給される燃焼用ガスと燃焼用空気との量が、一定の比率となるように制御されているコークス炉においても、燃焼室内での不完全燃焼を防止しつつ、理論空気量に対する過剰率を極力少なくすることが可能なコークス炉の燃焼制御方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態の一例を説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係るコークス炉の燃焼制御方法が適用されるコークス炉における設備構成の一例を示す概略構成図である。なお、図１においては、燃焼用ガスとして、高炉ガス（ＢＦＧ）とコークス炉ガス（ＣＯＧ）とを混合した混合ガスを用いる場合を示しているが、混合する燃料ガスの種類はこれらに限定されるものではなく、その他に、例えば、転炉ガス（ＬＤＧ）、液化石油ガス（ＬＰＧ）等を用いることができる。また、混合する燃料ガスは２種類に限定されるものではなく、３種類以上のガスを混合するようにしてもよい。
【００１４】
以下、燃焼用ガスとして、高炉ガス（ＢＦＧ）とコークス炉ガス（ＣＯＧ）を混合した混合ガスを用いる場合について説明する。
【００１５】
高炉ガス（ＢＦＧ）を供給するための供給配管１ａの途中には、供給される高炉ガスのガス成分を分析するための分析手段２ａと、供給される高炉ガスの流量を制御する流量制御手段３ａとが備えられている。また、コークス炉ガス（ＣＯＧ）を供給する供給配管１ｂの途中には、同じく、供給されるコークス炉ガスのガス成分を分析するための分析手段２ｂと、供給されるコークス炉ガスの流量を制御する流量制御手段３ｂとが備えられている。そして、前記高炉ガスとコークス炉ガスとは、それぞれ流量制御手段３ａ，３ｂにより、それぞれの流量を制御された後、混合され、その混合ガスは混合ガス供給配管１ｃを通って燃焼室５内に供給される。ここで、前記混合ガス供給配管１ｃの途中には、流量制御手段４が備えられ、燃焼室５内に供給される流量が制御される。
【００１６】
なお、前記分析手段２ａ，２ｂとしては、例えば、ガスクロマトグラフ分析装置等を用いることができる。また、前記流量制御手段３ａ，３ｂ，４としては、流量調整弁等を用いることができる。
【００１７】
また、前記燃焼室５内には、燃焼用空気が、燃焼用空気供給口６を通して供給される。ここで、前記燃焼用空気供給口６を通して供給される燃焼用空気は、前記混合ガス供給配管１ｃから供給される混合ガスの流量と一定の比率になるように供給される。このように、燃焼室５内に供給される混合ガスの流量と一定の比率となるように燃焼用空気を供給する方法としては、差圧を利用して混合ガス流量及び燃焼用空気流量を制御する方法を用いることにより行うことができる。
【００１８】
つまり、燃焼室５内の燃焼により発生する高温の燃焼ガスの流れにより生じる負圧により、少なくとも燃焼用空気を自然通気により燃焼室５内に導入する構成をとることで、混合ガスの流量と一定の比率になるように燃焼用空気流量が制御される。ここで、前記混合ガス及び燃焼用空気の混合比率の調整は、前記混合ガス供給配管１ｃの途中に設けられた流量制御手段４での流量、前記燃焼用空気供給口６に設けられたダンパ７の開度及び燃焼室５から燃焼排ガスを排出するための排出配管８の途中に設けられたダンパ９の開度を調整することで行うことができる。なお、排出配管８により排出された燃焼排ガスは、煙突１０から大気に放出される。
【００１９】
このような装置構成において、本発明は、高炉ガス（ＢＦＧ）とコークス炉ガス（ＣＯＧ）とを混合して製造する混合ガスである燃焼用ガスに関し、
Ａ０／γ１／２ 
が一定となるように、混合する高炉ガス（ＢＦＧ）とコークス炉ガス（ＣＯＧ）の混合比率を調整するものである。
ここで、Ａ０：燃焼用ガス１Ｎｍ３当りの理論空気量（Ｎｍ３）、γ：燃焼用ガスのガス比重（ｋｇ／Ｎｍ３）を表す。
【００２０】
燃焼室５内に供給される燃焼用ガスの流量Ｑｇ（Ｎｍ３／時）は、オリフィス等の差圧式流量計により制御する場合、その差圧をΔＰ（Ｐａ）、Ｋを定数とおいた場合、次式（１）で表される。
【００２１】
Ｑｇ＝Ｋ・ΔＰ１／２／γ１／２      ・・・（１）
また、燃焼に必要な理論空気量は、燃焼用ガス成分によって決まる燃焼用ガス１Ｎｍ３当りの理論空気量（Ｎｍ３）と燃焼用ガスの流量の積であるから燃焼に必要な理論空気量は、次式（２）で表される。
【００２２】
Ｑｇ・Ａ０ ＝Ｋ・ΔＰ１／２／γ１／２・Ａ０＝Ｋ・Ａ０／γ１／２・ΔＰ１／２  ・・・（２）
ここで、上式（２）でＡ０／γ１／２  を一定に制御すれば、燃焼に必要な理論空気量はΔＰ１／２  に比例、すなわち燃焼用ガス流量Ｑｇに比例することとなる。言い換えれば、燃焼用ガス量と燃焼用空気量とが、一定の比率となるように制御されている場合には、燃焼用ガスのＡ０／γ１／２  を一定に制御することで、常に理論空気量の燃焼用空気が供給されることとなり、燃焼室５内に供給される燃焼用ガス量と燃焼用空気量とが、一定の比率となるように制御されているコークス炉の燃焼制御においては最適な燃焼制御方法であることがわかる。
【００２３】
前記混合する高炉ガス（ＢＦＧ）とコークス炉ガス（ＣＯＧ）との混合比率の設定方法について以下に説明する。
【００２４】
燃焼室５内に供給される高炉ガス（ＢＦＧ）のガス成分を分析するための分析手段２ａと、同じく燃焼室５内に供給されるコークス炉ガス（ＣＯＧ）のガス成分を分析するための分析手段２ｂからの、それぞれのガス成分の分析結果が計算機１２に入力される。前記計算機１２では、前記高炉ガス（ＢＦＧ）及びコークス炉ガス（ＣＯＧ）のガス成分の分析結果から、それぞれのガスの理論空気量及びガス比重を算出する。その結果から、前記Ａ０で表される燃焼用ガス１Ｎｍ３当りの理論空気量Ａ０及びγで表される燃焼用ガスのガス比重γで表されるＡ０／γ１／２  があらかじめ設定した値となるように前記高炉ガス（ＢＦＧ）及びコークス炉ガス（ＣＯＧ）の混合比率を決定する。
【００２５】
計算機１２により決定された混合比率は、前記計算機１２から比率設定器１１に入力される。前記比率設定器１１では、混合ガス供給配管１ｃの途中に設けられた流量制御手段４による流量測定信号に基づき、高炉ガス（ＢＦＧ）の流量を制御する流量制御手段３ａ及びコークス炉ガス（ＣＯＧ）の流量を制御する流量制御手段３ｂに信号を送り、高炉ガスとコークス炉ガスの流量を前記決定された混合比率となるように制御する。
【００２６】
ここで、前記Ａ０／γ１／２  のあらかじめ設定した値は、混合する高炉ガス（ＢＦＧ）及びコークス炉ガス（ＣＯＧ）のそれぞれの熱量、供給可能量等の供給状況や、コークス炉の操業条件等により決まる燃焼用ガスの必要熱量等により決定される値である。前記Ａ０／γ１／２  の値の決定は、例えば、混合ガスである燃焼用ガスの標準状態における必要熱量（ｋｃａｌ／Ｎｍ３）をまず決定し、混合するガスの性状等を考慮して、その熱量となる燃焼用ガスのＡ０／γ１／２  を決定することにより行う。そして、前記決定したＡ０／γ１／２  の値となるように混合するガスのそれぞれの流量を調整する。
【００２７】
本発明においては、混合ガスである燃焼用ガスのＡ０／γ１／２  が一定となるように混合する高炉ガス（ＢＦＧ）とコークス炉ガス（ＣＯＧ）の混合量を制御することで、燃焼室内での不完全燃焼を防止しつつ、理論空気量に対する過剰率を極力少なくすることが可能となる。さらに、前記分析手段２ａ及び２ｂにより、燃焼室５内に供給される高炉ガス（ＢＦＧ）及びコークス炉ガス（ＣＯＧ）のガス成分をリアルタイムで分析し、混合ガスである燃焼用ガスのＡ０／γ１／２  が一定となるように混合量を制御しているので、高炉ガス（ＢＦＧ）及びコークス炉ガス（ＣＯＧ）のガス成分がそれぞれ変動するような場合においても、理論空気量に対する過剰率を極力少なくすることが可能となる。
【００２８】
これにより、燃焼排ガスの量も少なくすることができ、排ガスロスを少なくでき、燃焼室内の火炎温度の上昇及び熱効率の向上も可能となる。
【実施例】
【００２９】
図１に示す構成のコークス炉の燃焼室内に供給される燃焼用ガスとして、高炉ガス（ＢＦＧ）とコークス炉ガス（ＣＯＧ）とを混合した混合ガスを用いる場合について、本発明に係る燃焼制御方法、つまり、供給する燃焼用ガスのＡ０／γ１／２  が一定となるように混合する高炉ガス（ＢＦＧ）とコークス炉ガス（ＣＯＧ）の混合量を制御する方法を用いて燃焼を行った場合の空気過剰率の変化を調べた（本発明例）。
【００３０】
供給する高炉ガス及びコークス炉ガスの成分分析は、ガスクロマトグラフ分析装置により１分周期で行い混合量を調整し、７時間の連続燃焼を行った。
【００３１】
比較例として、図１に示す構成のコークス炉において、上記特許文献１に記載の燃料の供給管路の途中で当該燃料の発熱量を検出し、この発熱量を用いて当該燃料を燃焼させる際の燃焼用空気量を補正制御する方法を用いた場合（比較例１）、特許文献２に記載の燃焼用ガス組成における炭素および水素の比率に応じて燃料ガスの理論空気量に対する過剰率を変更して、煤煙発生領域以外の空気比となる燃焼用空気を供給する方法を用いた場合（比較例２）について、同様に７時間の連続燃焼を行った。
【００３２】
７時間の連続燃焼を行った結果、理論空気量に対する過剰率は１．５％以内の範囲であったのに対し、比較例１では、理論空気量に対する過剰率は２．５％以内、比較例２では２．０％以内であったのに対し、本発明例においては、理論空気量に対する過剰率は１．５％以内の範囲であり、空気過剰率が低く抑えられていることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係るコークス炉の燃焼室内に供給される燃焼用ガスの混合方法が適用されるコークス炉における設備構成の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００３４】
１ａ，１ｂ，１ｃ  供給配管
２ａ，２ｂ  分析手段
３ａ，３ｂ，４  流量制御手段
５  燃焼室
６  燃焼用空気供給口
７，９  ダンパ
８  排出配管
１０  煙突
１１  比率設定器
１２  計算機
【図１】
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