(57)【要約】      （修正有）【課題】蓄熱室の異常の際や窯補修の際にも燃料ガスを適切に供給して適切な操業を行うことができるコークス炉の操業方法を提供する。【解決手段】石炭を炭化するための複数の炭化室１１と、燃料ガスとして、高炉ガス、コークス炉ガス、これらの混合ガスが供給され、燃料ガスの燃焼により前記炭化室１１を加熱するための複数の燃焼室１２とを有し、これらが交互に配置され、さらに所定の燃料ガスを蓄熱する蓄熱室１３を有するコークス炉１００において、燃料ガスの供給を制御して操業を行う際に、燃焼室１２ごとに供給する燃料ガスの種類、流量を制御して炭化室１１ごとの加熱制御を可能にし、蓄熱室１３の状態または炭化室１１の状態に応じて、それらに対応する燃焼室１２に供給する燃料ガスの種類、流量を制御して操業を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭を炭化するための複数の炭化室と、燃料ガスとして、高炉ガス、コークス炉ガス、これらの混合ガスが供給され、燃料ガスの燃焼により前記炭化室を加熱するための複数の燃焼室とを有し、これらが交互に配置され、さらに所定の燃料ガスを蓄熱する蓄熱室を有するコークス炉において、前記燃料ガスの供給を制御して操業を行うコークス炉の操業方法であって、
前記燃焼室ごとに供給する燃料ガスの種類、流量を制御して前記炭化室ごとの加熱制御を可能にし、前記蓄熱室の状態または前記炭化室の状態に応じて、それらに対応する燃焼室に供給する燃料ガスの種類、流量を制御して操業を行うことを特徴とするコークス炉の操業方法。
【請求項２】
一部の燃焼室に前記燃料ガスのうち特定のガスを供給できない、または特定のガスを必要量供給できない場合、その燃焼室に他の燃料ガスを代替として供給するように制御することを特徴とする請求項１に記載のコークス炉の操業方法。
【請求項３】
複数の炭化室および複数の燃焼室を複数の小規模炉団に分け、小規模炉団ごとに燃料ガスの種類、流量を制御して操業し、前記複数の小規模炉団のうち、高炉ガス、または高炉ガスおよびコークス炉ガスの混合ガスを供給する小規模炉団において、一部の燃焼室に高炉ガスまたは高炉ガスとコークス炉ガスの混合ガスを供給することができない、またはこれらのガスを必要量供給できない場合、当該小規模炉団にコークス炉ガスを代替として供給するように制御することを特徴とする請求項２に記載のコークス炉の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークス炉の複数の炭化室内で石炭を加熱する際に用いられる燃料ガスの供給を制御して操業を行うコークス炉の操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄所においては、従来から、省エネルギー化の観点から、所内設備で発生する副生品を再利用している。コークス炉に使用される燃料ガスに関しても同様であり、高炉で発生する高炉ガス（以下、Ｂガスという）やコークス炉で発生するコークス炉ガス（以下、Ｃガスという）等をコークス炉の燃料ガスとして利用する。また、通常時の操業において、発熱量の多いＣガスと発熱量の少ないＢガスを混合したミックスガス（以下、Ｍガスという）を燃料ガスとして使用する場合もある（例えば、特許文献１参照）。これは、発熱量の多いＣガスを製鉄所内の他の設備で使用する要望があり、その分の燃料ガスの供給不足を補うためである。
【０００３】
一般的な室炉式コークス炉は、その上部に、石炭を装入して乾留する炭化室（窯ともいう）と、この炭化室を加熱するために燃料ガスを燃焼させる燃焼室が交互に配列され、これらの下方には燃焼室に供給する燃料ガスおよび空気を予熱するための蓄熱室が設けられている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
従来の２分割方式のコークス炉においては、コークス炉のほぼ中央部で蓄熱室および燃焼室が２分割されており、一般に押出機側がマシンサイド（以下、ＭＳという）、消火車側がコークスサイド（以下、ＣＳという）と呼ばれる。燃料ガスの燃焼は、ＣＳとＭＳを交互に一定時間（通常、２０〜３０分）ごとに切替え、予熱蓄熱を繰り返し、熱効率を高めた操業を行っている（例えば、特許文献３）。燃焼方向の切替えは、石炭塔を境にして、半炉団につき一括して行うのが通常である（例えば、特許文献４）。
【０００５】
一方、上記燃料ガスのうち、Ｂガス、Ｍガスを燃焼させる場合は（Ｂガス燃焼またはＭガス燃焼）、上記特許文献２に示すように、蓄熱室に燃料ガスと燃焼用空気がそれぞれ個別の蓄熱室に供給されて予熱された後に燃焼室で両者が混合され燃焼するが、Ｃガスを燃焼させる場合は（Ｃガス燃焼）、Ｃガスは、加熱された状態なので、蓄熱室を経由せずに蓄熱室の上部で燃焼室下部に位置する下部水平煙道に供給され、燃焼用空気だけが蓄熱室を経由する。
【０００６】
コークス炉の燃焼制御は、燃焼室の温度（一般に炉温という）を所定の値に保つように、燃料ガス流量を変更する炉温一定制御方式、単位流量当たりのカロリー量（熱量）を所定の値に保つように、燃料ガス流量を変更するガスカロリー一定制御方式等が挙げられる（例えば、特許文献５参照）。これらの制御を操業状況により、組み合わせて運用することで、乾留熱量原単位の削減を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６０−２０３６９６号公報
【特許文献２】特開平７−２６８３２７号公報
【特許文献３】特開平１−２５９０８５号公報
【特許文献４】特開平２−３１１５９５号公報
【特許文献５】特開平７−１９４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、従来は、使用する燃料ガスは、炉団ごとにＢガス、Ｍガス、Ｃガスというように、炉団ごとに同種のガスを使用していた。しかし、蓄熱室に異常がある場合、ＢガスおよびＭガスは蓄熱室を通過して予備加熱する必要があるため、これらを燃料ガスとして使用することができない。このとき、異常のある蓄熱室を有する炉団がＢガスまたはＭガスを使用する予定の場合、炉団全てについてＣガスが要求されると、製鉄所内の他設備でもＣガスを必要とするため、製鉄所内のエネルギーバランスが崩れ、Ｃガス供給量が逼迫し、最悪状況においては、他設備の停止等が想定される。
【０００９】
他方、炭化室を構成する窯が老朽化した場合、個別にレンガの積み替えを実施するが、このとき、積み替え対象窯が属する炉団の燃料ガスがＢガスまたはＭガスの場合、その窯至近の燃焼室のＢガスまたはＭガスの供給量を調整するコックを絞る必要がある。しかし、コックを絞ると、その燃焼室に隣接する反対側の窯へ供給されるＢガスまたはＭガスの供給量も減少し、炉温の低下、耐熱レンガの劣化、石炭乾留時間の長期化、乾留コークス押出し時の押詰まりを招く。
【００１０】
これらの問題を防止するためには、手動にてＣガス本管に設置されているバタフライ弁を調整することも考えられるが、その場合は、操業状況に応じて変動するガスカロリーに追従することができず、コークス炉の燃焼制御ができなくなる。
【００１１】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、蓄熱室の異常の際や窯補修の際にも燃料ガスを適切に供給して適切な操業を行うことができるコークス炉の操業方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明は、以下の（１）〜（３）を提供する。
【００１３】
（１）石炭を炭化するための複数の炭化室と、燃料ガスとして、高炉ガス、コークス炉ガス、これらの混合ガスが供給され、燃料ガスの燃焼により前記炭化室を加熱するための複数の燃焼室とを有し、これらが交互に配置され、さらに所定の燃料ガスを蓄熱する蓄熱室を有するコークス炉において、前記燃料ガスの供給を制御して操業を行うコークス炉の操業方法であって、
前記燃焼室ごとに供給する燃料ガスの種類、流量を制御して前記炭化室ごとの加熱制御を可能にし、前記蓄熱室の状態または前記炭化室の状態に応じて、それらに対応する燃焼室に供給する燃料ガスの種類、流量を制御して操業を行うことを特徴とするコークス炉の操業方法。
【００１４】
（２）一部の燃焼室に前記燃料ガスのうち特定のガスを供給できない、または特定のガスを必要量供給できない場合、その燃焼室に他の燃料ガスを代替として供給するように制御することを特徴とする（１）に記載のコークス炉の操業方法。
【００１５】
（３）複数の炭化室および複数の燃焼室を複数の小規模炉団に分け、小規模炉団ごとに燃料ガスの種類、流量を制御して操業し、前記複数の小規模炉団のうち、高炉ガス、または高炉ガスおよびコークス炉ガスの混合ガスを供給する小規模炉団において、一部の燃焼室に高炉ガスまたは高炉ガスとコークス炉ガスの混合ガスを供給することができない、またはこれらのガスを必要量供給できない場合、当該小規模炉団にコークス炉ガスを代替として供給するように制御することを特徴とする（２）に記載のコークス炉の操業方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、燃焼室ごとに燃料ガスの種類および流量を制御可能としたので、蓄熱室の異常の際や窯補修の際等にも、操業状況に応じて燃料ガスを適切に供給して適切な操業を行うことができる。また、本発明の実施に際しては、既存配管を利用して、弁の切替えだけで可能であり、配管系統の改造を行う必要がないため、改造費用を安価にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係るコークス炉の操業方法を実施するためのコークス炉設備を示す概略構成図である。
【図２】コークス炉における燃料ガスの流れを示す図である。
【図３】Ｍガス燃焼時の燃焼制御の概要を示す図である。
【図４】Ｃガス燃焼時の燃焼制御の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るコークス炉の操業方法を実施するためのコークス炉設備を示す概略構成図である。
【００１９】
コークス炉設備１は、コークス炉１００と、燃焼ガス供給系２００と、制御部３００とを有する。
【００２０】
コークス炉１００は、その上部に、石炭を装入して乾留する炭化室１１と、この炭化室を加熱するために燃料ガスを燃焼させる燃焼室１２が交互に配列され、これらの下方には燃焼室に供給する燃料ガスおよび空気を予熱するための蓄熱室１３が配置されて構成され、さらに、燃料ガスを導入するガス導入部１４および排気部１５を有している。
【００２１】
炭化室１１と燃焼室１２とは、交互に隣接して複数配列されて小規模炉団を形成し、このような小規模炉団がさらに複数設けられて大規模な炉団が形成されている。
【００２２】
また、コークス炉１００は、２分割式であり、蓄熱室１３および燃焼室１２のほぼ中央で押出機側のＭＳと、消火車側のＣＳとに２分割されており、燃焼ガスの導入をＭＳのガス供給部１４とＣＳのガス供給部１４とで定期的に切替え、交互に燃料ガスを供給できるようになっている。
【００２３】
燃焼ガス供給系２００は、Ｃガスを供給するためのＣガス専用配管４１と、ＢガスとＣガスとを混合したＭガスを供給するためのＭガス配管４２と、Ｍガス配管４２にＣガスを付加するための増Ｃガス配管４３とを有している。Ｃガス専用配管４１には、上流側から順に圧力計５１、流量計５２、バタフライバルブ５３、および圧力計５４が設けられている。また、Ｍガス配管４２には、上流側から順に圧力計５５、流量計５６、バタフライバルブ５７、および圧力計５８が設けられている。さらに、増Ｃガス配管４３には、流量計５９およびバタフライバルブ６０が設けられている。Ｃガス専用配管４１は、各燃焼室１２につながるＣガス分岐配管６１に分岐されている。またＭガス配管４２は、各燃焼室１２につながるＭガス分岐配管６２に分岐されている。各Ｃガス分岐配管６１には、各燃焼室１２へ供給されるＣガスの流量を調整するＣガス流量調整コック６３が設けられている。また、各Ｍガス分岐配管６２には各燃焼室１２へ供給されるＭガスの流量を調整するＭガス流量調整コック６４が設けられている。
【００２４】
なお、図１では便宜上、燃焼ガス供給系２００における、Ｃガス専用配管４１のＣガス分岐配管６１への分岐部、およびＭガス配管４２のＭガス分岐配管６２への分岐部を描いているが、実際には、これらの分岐部は、コークス炉１００のガス導入部１４の内部に存在している。
【００２５】
図２に示すように、コークス炉１００のガス導入部１４には、Ｃガス専用配管４１およびＭガス配管４２が伸びており、ガス導入部１４内において、それぞれＣガス分岐配管６１およびＭガス分岐配管６２が分岐されている。Ｃガス分岐配管６１は燃焼室１２と蓄熱室１３との間に水平に延びる上部水平煙道６５につながっており、Ｍガス分岐配管６２は、蓄熱室１３の下に水平に延びる下部水平煙道６６につながっている。下部水平煙道６６には、燃焼用の空気取り入れのためのダンパー６７が設けられており、ダンパー６７を開けることにより空気が取り入れられているようになっている。Ｍガス燃焼の場合は、Ｍガスおよび空気が、それぞれ個別の蓄熱室１３に供給されて予熱された後に燃焼室１２に供給される。また、Ｃガス燃焼の場合は、Ｃガスは蓄熱室１３を経由せずに上部水平煙道６５を介して燃焼室１２に供給され、燃焼用空気だけが蓄熱室１３を経由して燃焼室１２に供給される。ＭガスとＣガスを同時に供給して同時燃焼させることも可能である。
【００２６】
また、排気部１５は、下部水平煙道６６に接続された排気路７１と、排気路７１につながる小煙道７２と、小煙道７２が集合した大煙道（図示せず）と、大煙道に接続された煙突（図示せず）とを有する。下部水平煙道６６と排気路７１との間には切替えダンパー６８が設けられている。
【００２７】
制御部３００は、燃焼ガスの種類および流量の制御を行うが、この際に、炉団ごとの制御および燃焼室１２ごとの制御のいずれも可能となっている。この際の制御は、Ｃガス燃焼の際およびＭガス燃焼の際のいずれも、燃焼室１２の温度すなわち炉温を所定の値に保つように、燃料ガス流量等を変更する炉温一定制御、および単位流量当たりのカロリー量（熱量）を所定の値に保つように、燃料ガス流量や比率を変更するガスカロリー一定制御について、操業状況により組み合わせて運用することができるようになっている。これにより、乾留熱量原単位の削減が可能となる。また、燃焼室１２ごとに使用する燃料ガスの種類を制御部３００に入力することで、自動で燃料ガスの流量等を制御することができる。また、窯（炭化室１１）ごとの状態や、蓄熱室１３ごとの状態を制御部３００に入力することにより、燃焼室１２ごとに自動で燃料ガスおよびその流量を制御することができる。また、所定の燃焼室１２において、ＭガスとＣガスの両方を燃焼させることも可能である。
【００２８】
実際の操業に際しては、Ｍガス燃焼時の燃焼制御を行う場合には、図３に示すように、炉温一定制御では、平均炉温を演算し、その演算値と目標温度とを比較して偏差を求め、炉温が目標値になるようにＭガスの流量または背圧を変更し、カロリー一定制御では、Ｃガス、Ｍガスのカロリー計算実績値に基づいて、カロリーを一定にする比率を演算し、ＭガスとＣガスの比率および流量を変更する。
【００２９】
また、Ｃガス燃焼時の燃焼制御を行う場合には、図４に示すように、炉温一定制御では、平均炉温を演算し、その演算値と目標温度とを比較して偏差を求め、炉温が目標値になるようにＣガスの流量または背圧を変更し、カロリー一定制御では、Ｃガスのカロリー計算実績値に基づいて、Ｃガスの流量を変更する。
【００３０】
ＭガスとＣガスを供給して混合燃焼を行う場合には、上記燃焼制御を折衷した制御を行う。
【００３１】
通常の場合は、従来通り、大規模炉団ごとに燃料ガスの種類および流量を制御してコークス炉の操業を行うことができる。
【００３２】
しかし、例えば、Ｍガス燃焼の大規模炉団において、一部の燃焼室１２に対応する蓄熱室１３に異常が発生した場合、その燃焼室１２にはＭガスを供給することができないため、従来の制御では、大規模炉団全ての燃焼室１２に蓄熱室１３を経由する必要のないＣガスを供給するように制御せざるを得ず、大量のＣガスが必要となる。これに対し、本実施形態では、燃焼室１２ごとの制御が可能であるため、一部の蓄熱室１３が異常であるという情報が自動的にあるいはオペレータにより、制御部３００に入力され、制御部３００は、対応する燃焼室１２のみ蓄熱室１３を経由しないＣガスに切替えて、Ｍガスの代わりに供給する。このとき、対応する燃焼室１２に対し、炉温またはカロリーを一定にするためにＣガスの流量を制御することが可能である。また、Ｃガスを供給している間に、蓄熱室１３の修理が可能であり、同時に、Ｍガスが供給される予定の炉団に属するすべての燃焼室１２をＣガスに切り替える必要がないので、製鉄所内のエネルギーバランスを崩すこともない。
【００３３】
また、従来は、Ｍガス燃焼の大規模炉団において、炭化室１１の老朽化した窯を補修（レンガの積み替え）する際に、従来は、その窯至近の燃焼室１２のＭガスの供給量を調整するコックを絞る必要があったが、コックを絞ると、その燃焼室１２に隣接する反対側の窯へ供給されるＭガスの供給量も減少し、炉温の低下、耐熱レンガの劣化、石炭乾留時間の長期化、乾留コークス押出し時の押詰まりを招いていた。これに対し、本実施形態では、燃焼室１２ごとの制御が可能であるため、一部の炭化室の窯が修理中であるという情報が自動的にあるいはオペレータにより制御部３００に入力され、制御部３００は、対象となる窯の至近の燃焼室１２のＭガス調整用コックを絞ると同時に、Ｍガスが減少した分の代替としてＣガスを供給するように制御して、燃焼ガスのカロリーを保持することができる。このため、その燃焼室１２の反対側の窯（炭化室１１）の炉温の低下、耐熱レンガの劣化、石炭乾留時間の長期化、乾留コークス押出し時の押詰まり等を防いで安定した操業を維持することができる。
【００３４】
また、本実施形態では、燃焼室１２ごとで使用する燃料ガスの種類を制御部３００に入力することで、自動でその燃料ガスの流量を制御することができ、また、燃料ガスの種類と合わせて、窯（炭化室１１）ごとの状態が、通常の状態か、押し詰まり状態か、石炭が入っていない空窯であるか等を、制御部３００に入力しておくことにより、それに隣接する燃焼室１２ごとに燃料ガス流量や比率等を制御することができるようになる。これにより、操業状況の変動、およびそれに応じたガスカロリーの変動に追従することができるようになる。また、その結果、投入熱量不足や投入熱量過剰を防止することができる。さらに、大規模炉団ごとの制御を前提にせずに、燃焼室ごとに燃料ガスおよび流量の制御を行うこともできる。
【００３５】
なお、炭化室と燃焼室とを交互に隣接して複数配列した小規模炉団を形成し、この小規模炉団ごとに燃料ガスおよび流量の制御を行ってもよい。
【００３６】
また、上記実施形態では、燃焼ガスとしてＭガスとＣガスを用いた場合を示したが、Ｍガスの代わりにＢガスを用いた場合も同様である。ただし、Ｂガスを用いた場合には、比率制御は必要がない。
【符号の説明】
【００３７】
１  コークス炉設備
１１  炭化室（窯）
１２  燃焼室
１３  蓄熱室
１４  ガス供給部
１５  排気部
４１  Ｃガス専用配管
４２  Ｍガス配管
４３  増Ｃガス配管
５１，５４，５５，５８  圧力計
５２，５６，５９  流量計
５３，５７，６０  バタフライバルブ
６１  Ｃガス分岐配管
６２  Ｍガス分岐配管
６３  Ｃガス流量調整コック
６４  Ｍガス流量調整コック
１００  コークス炉
２００  燃料ガス供給系
３００  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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