(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭床を水平熱回収コークス炉の炉室に装填する工程であって、前記炉室が、炉床と、対向する炉扉と、前記対向する炉扉の間で前記炉床から上方に延びる対向する側壁と、前記炉床の上方に配置された炉頭頂部と、により少なくとも部分的に画定されている工程と；
少なくとも１つの空気入口を通して、前記炉室に空気が引き込まれるように、前記炉室上で負圧通気を生じさせる工程であって、前記少なくとも１つの空気入口が、前記炉室を前記水平熱回収コークス炉の外側環境との流体連通状態に置くように配置されている工程と；
前記石炭床の炭化サイクルを開始して、揮発性物質を前記石炭床から放出させ、前記空気と混合し、前記炉室内で少なくとも部分的に燃焼させ、前記炉室内で熱を発生させる工程と；
前記負圧通気により、揮発性物質を前記炉床の下の少なくとも１つの炉底送気管に引き込み、前記揮発性物質の少なくとも一部を前記炉底送気管内で燃焼させて、前記炉底送気管内で熱を発生させ、前記炉床を通して該熱を少なくとも部分的に前記石炭床に伝達させる工程と；
前記負圧通気により、前記少なくとも１つの炉底送気管から排ガスを引き出す工程と；  前記炭化サイクルに亘って、前記炉室内の複数の位置における温度変化を検出する工程と；
前記炉室内の前記複数の位置における温度変化に基づいて、前記負圧通気の流れを段階的に制限しながら、前記負圧通気を低減する工程と、を含む、
水平熱回収コークス炉の燃焼プロファイルを制御する方法。
【請求項２】
前記負圧通気が、取込調整弁を有する少なくとも１つの取込通路を介して、前記少なくとも１つの炉底送気管から排ガスを引き出し；前記取込調整弁が、開位置と閉位置との間において選択的に移動可能である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記炉室内の複数の位置における異なる温度に基づいて、前記炭化サイクルに亘って、前記負圧通気の流れの制限量が増大する複数の流れ制限位置へと、前記取込調整弁を移動させることにより、前記負圧通気の流れを段階的に制限する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
およそ１２０４℃（２２００°Ｆ）〜１２６０℃（２３００°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの１つに、前記取込調整弁を移動させる、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
およそ１３１６℃（２４００°Ｆ）〜１３４３℃（２４５０°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの１つに、前記取込調整弁を移動させる、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
およそ１３７１℃（２５００°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの１つに、前記取込調整弁を移動させる、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
およそ１３９９℃（２５５０°Ｆ）〜１４４１℃（２６２５°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの１つに、前記取込調整弁を移動させる、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
およそ１４５４℃（２６５０°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの１つに、前記取込調整弁を移動させる、請求項３に記載の方法。
【請求項９】
およそ１４８２℃（２７００°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの１つに、前記取込調整弁を移動させる、請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
およそ１２０４℃（２２００°Ｆ）〜１２６０℃（２３００°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの１つに、前記取込調整弁を移動させ、
およそ１３１６℃（２４００°Ｆ）〜１３４３℃（２４５０°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの別の１つに、前記取込調整弁を移動させ、
およそ１３７１℃（２５００°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの別の１つに、前記取込調整弁を移動させ、
およそ１３９９℃（２５５０°Ｆ）〜１４４１℃（２６２５°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの別の１つに、前記取込調整弁を移動させ、
およそ１４５４℃（２６５０°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの別の１つに、前記取込調整弁を移動させ、及び
およそ１４８２℃（２７００°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの別の１つに、前記取込調整弁を移動させる、請求項３に記載の方法。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの空気入口が、前記炉床上の前記炉頭頂部に配置された少なくとも１つの頭頂部空気入口を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの頭頂部空気入口が、前記少なくとも１つの頭頂部空気入口を通して流体流れの制限レベルを変更するために、開位置と閉位置との間で選択的に移動可能な空気調整弁を備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記石炭床が、前記水平熱回収コークス炉用の設計された床装填重量を超える重量を有し；前記炉室が達する最大頭頂部温度が、前記水平熱回収コークス炉用に設計された、超えてはならない最大頭頂部温度よりも低い、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記石炭床は、前記コークス炉用の設計された石炭装填重量よりも大きい重量を有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記炉室内の前記複数の位置における温度変化に基づいて、前記負圧通気の流れを段階的に制限しながら、前記負圧通気を低減することにより、前記少なくとも１つの炉底送気管温度を上昇させ、前記水平熱回収コークス炉用に設計された炉底送気管運転温度よりも高くする工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
水平熱回収コークス炉の燃焼プロファイルを制御するシステムであって、
炉床、対向する炉扉、前記対向する炉扉の間で前記炉床から上方に延びる対向する側壁、前記炉床の上方に配置された炉頭頂部によって少なくとも部分的に画定されている炉室と、前記炉床の下の前記炉室と流体連通状態にある少なくとも１つの炉底送気管と、を備える水平熱回収コークス炉と；
前記炉室内に配設された温度センサと；
前記炉室を前記水平熱回収コークス炉の外部環境との流体連通状態に置くように配置された少なくとも１つの空気入口と；
前記少なくとも１つの炉底送気管と流体連通状態にあり、開位置と閉位置との間で選択的に移動可能な取込調整弁を備える、少なくとも１つの取込通路と；
前記取込調整弁と動作的に連結した制御装置と；
を備え、
負圧通気は、前記空気入口を通して、前記炉室に空気を引き込むものであり、
前記負圧通気の流れを段階的に制限しながら、前記負圧通気を低減し、
前記制御装置が、前記炉室内の前記温度センサにより検出された複数の位置における異なる温度に基づいて、炭化サイクルに亘って、前記負圧通気の流れの制限量が増加する複数の流れ制限位置へと、前記取込調整弁を移動させることにより、前記負圧通気の流れを段階的に制限する、システム。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの空気入口が、前記炉床の上方の炉頭頂部に配置された少なくとも１つの頭頂部空気入口を含む、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの空気入口が、前記炉床上の前記炉頭頂部に配置された少なくとも１つの頭頂部空気入口を含み、
前記少なくとも１つの頭頂部空気入口が、前記少なくとも１つの頭頂部空気入口を通して流体流の制限レベルを変更するように、開位置と閉位置との間で選択的に移動可能な空気調整弁を備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
前記制御装置が更に、前記炉室内の複数の位置における温度変化に基づいて、前記負圧通気の流れを段階的に制限しながら、前記負圧通気を低減するよう、前記取込調整弁を移動させることにより、前記少なくとも１つの炉底送気管の温度を上昇させるように作動して、前記水平熱回収コークス炉用の設計された炉底送気管運転温度より高くする、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２０】
およそ１２０４℃（２２００°Ｆ）〜１２６０℃（２３００°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの１つに、前記取込調整弁を移動させ、
およそ１３１６℃（２４００°Ｆ）〜１３４３℃（２４５０°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの別の１つに、前記取込調整弁を移動させ、
およそ１３７１℃（２５００°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの別の１つに、前記取込調整弁を移動させ、
およそ１３９９℃（２５５０°Ｆ）〜１４４１℃（２６２５°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの別の１つに、前記取込調整弁を移動させ、
およそ１４５４℃（２６５０°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの別の１つに、前記取込調整弁を移動させ、及び
およそ１４８２℃（２７００°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの別の１つに、前記取込調整弁を移動させ、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２１】
水平熱回収コークス炉の炉室内で石炭床の炭化サイクルを開始する工程と、
少なくとも１つの空気入口を通して、前記炉室に空気が引き込まれるように、前記炉室上で負圧通気を生じさせる工程と、
前記炭化サイクルに亘って前記炉室内の複数の位置における温度変化を検出する工程と、
前記炉室内の複数の位置における温度変化に基づいて、前記負圧通気の流れを段階的に制限しながら、前記水平熱回収コークス炉上の前記負圧通気を低減する工程と、を含む、
水平熱回収コークス炉の燃焼プロファイルを制御する方法。
【請求項２２】
前記水平熱回収コークス炉の前記負圧通気が、前記炉室を前記水平熱回収コークス炉の外部環境との流体連通状態に置くように配置された少なくとも１つの空気入口を通して、前記炉室内に空気を引き込む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記負圧通気が、前記炉室と流体連通状態にある少なくとも１つの取込通路と連結する取込調整弁の作動により低減される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記炉室における前記複数の位置における異なる温度に基づいて、前記炭化サイクルに亘って、前記負圧通気の流れの制限量が増大する複数の流れ制限位置へと、前記取込調整弁を移動させることにより、前記負圧通気の流れを段階的に制限する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記炉室内の前記複数の位置における温度変化に基づいて、前記負圧通気の流れを段階的に制限しながら、前記負圧通気を低減することにより、前記炉室と開放的な流体連通状態にある少なくとも１つの炉底送気管の温度を上昇させ、前記水平熱回収コークス炉用の設計された炉底送気管運転温度よりも高くする工程を更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記石炭床が、前記水平熱回収コークス炉用の設計された床装填重量を超える重量を有し、
前記炉室が前記炭化サイクル中に達する最大頭頂部温度が、前記水平熱回収コークス炉用の設計上、超えてはならない最大炉頭頂部温度よりも低い、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
前記炉室内の前記複数の位置における温度変化に基づいて、前記負圧通気の流れを段階的に制限しながら、前記負圧通気を低減することにより、前記炉室と開放的な流体連通状態にある少なくとも１つの炉底送気管の温度を上昇させ、前記水平熱回収コークス炉用の設計された炉底送気管運転温度よりも高くする工程を更に含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記石炭床が、前記水平熱回収コークス炉用の設計された石炭装填重量よりも大きい重量を有し、前記水平熱回収コークス炉用の設計された石炭処理速度よりも大きい石炭処理速度を定める、請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
この出願は、２０１４年８月２８日に出願された米国仮特許出願第６２／０４３，３５９号に対する優先権の利益を主張し、その開示内容は全体として参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本技術は、一般に、コークス炉の燃焼プロファイルと、コークスプラントの運転及び出力を最適化する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
コークスは、鉄鋼の生産において鉄鉱石を溶融及び還元するのに使用される固体の炭素燃料及び炭素源である。「トンプソンコークス化プロセス（Ｔｈｏｍｐｓｏｎ  Ｃｏｋｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｓｓ）」として知られている１つのプロセスでは、密閉されかつ緊密に制御された大気条件下で２４時間から４８時間、非常に高温に加熱される炉に微粉炭を一括して供給することによりコークスが製造される。コークス炉は、石炭を冶金コークスに変換するために長年使用されてきた。コークス化プロセスの間、細かく粉砕された石炭を制御された温度条件下で加熱してその石炭を脱揮発分処理し、所定の多孔度及び強度を有するコークスの溶融塊を形成する。コークスの製造はバッチプロセスであるので、複数のコークス炉が同時に運転される。
【０００４】
石炭粒子または石炭粒子の混合物を熱い炉に入れ、得られるコークスから揮発性物質（ＶＭ）を除去するためにその石炭を炉中で加熱する。水平熱回収（ＨＨＲ）炉は、負圧下で作動し、典型的には耐火レンガ及び他の材料から構成され、実質的に気密な環境を作り出す。負圧炉は炉の外側から空気を吸い込んで、石炭のＶＭを酸化し、炉内の燃焼熱を放出する。
【０００５】
いくつかの構成では、空気は、炉側壁または炉扉（ｏｖｅｎ  ｓｉｄｅｗａｌｌ  ｏｒ  ｄｏｏｒ）において調整弁孔（ｄａｍｐｅｒ  ｐｏｒｔ）または開口部を介して炉に導入される。石炭床の上方の頭頂部領域において、空気は、石炭の熱分解から放出されるＶＭガスを燃焼させる。しかしながら、図１〜図３を参照すると、炉室に入る冷空気に作用する浮力効果は、石炭の焼損（ｂｕｒｎｏｕｔ）と生産性の低下を引き起こす可能性がある。具体的には、図１に示すように、炉に入る冷たい高密度の空気は、高温の石炭表面に向かって下降する。空気が暖かくなり、上昇し、揮発性物質を燃焼させ、そして／または炉内で分散して混合する前に、該空気は石炭床の表面と接触して燃焼を生じさせ、図２に示すように「ホットスポット」を作り出す。図３を参照すると、これらのホットスポットは、石炭床表面に形成された窪みによって示されるように、石炭表面に燃焼損失を生じさせる。したがって、コークス炉における燃焼効率を改善する必要がある。
【０００６】
多くのコークス化運転では、炉の通気（ｄｒａｆｔ）は、取込調整弁の開閉を介して少なくとも部分的に制御される。しかしながら、従来のコークス化運転は、予定通りの取込調整弁の設定変更に基づいている。例えば、４８時間サイクルでは、取込調整弁は、典型的には、コークス化サイクルのおよそ最初の２４時間の間、完全に開かれるように設定される。次いで、調整弁は、コークス化サイクルが始まって３２時間より前に第１の部分的に制限された位置に移動される。コークス化サイクルが始まって４０時間より前には、調整弁を第２の更に制限された位置に移動させる。４８時間のコークス化サイクルの終わりに、取込調整弁は実質的に閉じられる。取込調整弁を管理するこの方法は柔軟性がないことが判明し得る。例えば、４７トンを超えるより大きい装填は、広く開いた取込調整弁設定を介して炉に入る空気量としては、あまりにも多くのＶＭを炉内に放出する可能性がある。長時間に亘るこのＶＭ−空気混合物の燃焼は、温度をＮＴＥ温度を超えて上昇させる可能性があり、これにより炉を損傷させる可能性がある。したがって、超えてはいけない（ＮＴＥ）温度を超えないでコークス炉の装填重量を増加させる必要がある。
【０００７】
コークス化プロセスによって生成された熱は、通常、コークスプラントに関連する熱回収蒸気発生機（ＨＲＳＧ）により電力に変換される。非効率的な燃焼プロファイル管理により、ＶＭガスが炉で燃焼されずに共通煙道（ｃｏｍｍｏｎ  ｔｕｎｎｅｌ）に送られる結果となる場合がある。これにより、コークス化プロセス用のコークス炉により使用され得る熱が浪費される。燃焼プロファイルの不適切な管理は、コークス生産率も、コークスプラントにより生産されるコークスの質も、更に低下させる可能性がある。例えば、コークス炉における取込みを管理する現在の多くの方法は、コークス化サイクルに亘って維持され得る炉底送気管（ｓｏｌｅ  ｆｌｕｅ）の温度範囲を制限し、生産率及びコークスの質に悪影響を及ぼす可能性がある。したがって、コークスプラントの運転及び出力を最適化するために、コークス炉の燃焼プロファイルを管理する方法を改善する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
好ましい実施形態を含む本発明の非限定的かつ非包括的な実施形態が、以下の図面を参照して説明され、別段の指定がない限り、様々な図を通して同様の参照番号は同様の部分を示す。
【０００９】
【図１】コークス炉の両端に扉空気入口（ｄｏｏｒ  ａｉｒ  ｉｎｌｅｔ）を有する従来技術のコークス炉の等角部分透視図を図示しており、空気が炉に入り、浮力に起因して石炭表面方向に沈む１つの態様を示している。
【図２】従来技術のコークス炉、及び空気流と石炭床表面との間の直接的な接触により形成されたコークス床表面の焼損領域の等角部分透視図を示している。
【図３】コークス炉の部分立面図を図示しており、空気流と石炭床の表面との間の直接的な接触のためにコークス床表面上に形成する窪みの例を示している。
【図４】本技術の実施形態に従って構成された水平熱回収コークスプラントの一部の等角部分切取図を示している。
【図５】本技術の実施形態に従って構成された水平熱回収コークス炉の断面図を示している。
【図６】本技術の実施形態に従って構成された頭頂部空気入口を有するコークス炉の等角部分透視図を示している。
【図７】図６に描かれたコークス炉の部分端面図を示している。
【図８】本技術の実施形態に従って構成された空気入口の頂部平面図を示している。
【図９】従来の取込動作表を示しており、４８時間のコークス化サイクルを通して特定の時間においてどの位置に取り込みが設定されるべきかを示している。
【図１０】本技術の実施形態に従う取込動作表を示しており、４８時間のコークス化サイクルを通して特定のコークス炉頭頂部の温度範囲で、どの位置に取り込みが設定されるべきかを示している。
【図１１】本技術の実施形態に従って製造されたコークス床を含むコークス炉の部分端面図を示している。
【図１２】従来の燃焼プロファイル及び本技術の実施形態に従う燃焼プロファイルについての経時的なコークス炉頭頂部温度のグラフ比較を示している。
【図１３】従来の燃焼プロファイル及び本技術の実施形態に従う燃焼プロファイルのトン数、コークス化時間、及びコークス化率のグラフ比較を示している。
【図１４】従来の燃焼プロファイル及び本技術の実施形態に従う燃焼プロファイルについての経時的なコークス炉頭頂部温度のグラフ比較を示している。
【図１５】従来の燃焼プロファイル及び本技術の実施形態に従う燃焼プロファイルについての経時的なコークス炉の炉底送気管温度の別のグラフ比較を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本技術は、一般に、水平熱回収（ＨＨＲ）炉のようなコークス炉用の燃焼プロファイルを最適化するためのシステム及び方法に関する。様々な実施形態では、燃焼プロファイルは、コークス炉内の空気分布を制御することにより少なくとも部分的に最適化される。いくつかの実施形態では、空気分布は、コークス炉内の温度の測定値に従って制御される。特定の実施形態では、システムは、コークス炉の頭頂部温度を監視する。炉頭頂部と炉底送気管との間のガスの移動は、コークス化サイクルを通して炉底送気管温度を上昇させるように最適化される。いくつかの実施形態では、本技術により、炉底送気管内のＶＭガスのより多くを移送及び燃焼することにより、超えてはいけない（ＮＴＥ）温度を超えないで、コークス炉の装填重量を増加させることができる。本技術の実施形態は、炉床の上に配置された複数の頭頂部空気入口を有する空気分配システムを含む。頭頂部空気入口は、床焼損を低減するように、炉室に空気を導入するように構成される。
【００１１】
本技術のいくつかの実施形態の特定の詳細を、図４〜図１５を参照して以下に説明する。コークス化設備、特に空気分配システム、自動制御システム、及びコークス炉に関連することの多い周知の構造及びシステムを説明する、その他の詳細は、本技術の様々な実施形態の記述を不必要に分かりにくくすることを避けるために、以下の開示において説明されていない。図面に示される詳細、寸法、角度、及びその他の特徴の多くは、本技術の特定の実施形態の例示にすぎない。したがって、他の実施形態は、本技術の意図または範囲から逸脱することなく、他の詳細、寸法、角度及び特徴を有し得る。したがって、当業者は、本技術が追加的要素を有する他の実施形態を有し得ること、または本技術が図４〜図１５を参照して以下に示され、説明される特徴のうちいくつかを有しない他の実施形態を有し得ることを理解するであろう。
【００１２】
以下で更に詳細に説明するように、いくつかの実施形態では、個々のコークス炉１００は、負圧炉室に入る外気を石炭のＶＭと燃焼させることができるように構成された１つ以上の空気入口を含むことができる。空気入口は、炉室内で空気を方向付け、循環させ、及び／または分配するための１つ以上の空気分配器の有無にかかわらず使用することができる。本明細書で使用される用語「空気」は、周囲空気、酸素、酸化剤、窒素、亜酸化窒素、希釈剤、燃焼ガス、空気混合物、酸化剤混合物、送気管ガス、再循環された排ガス（ｖｅｎｔ  ｇａｓ）、蒸気、添加剤を有するガス、不活性ガス、吸熱剤、水滴等の液相物質、ガス状キャリアにより霧化された液滴等の多相物質、吸引された液体燃料、気体キャリア流中の霧化液体ヘプタン、天然ガスまたは水素などの燃料、冷却されたガス、その他のガス、液体若しくは固体、またはこれらの物質の組み合わせを含み得る。様々な実施形態では、手動制御または自動高度制御システムに応答して、空気入口及び／または分配器が機能する（すなわち、開く、閉じる、空気分配パターンを変更するなど）ことができる。空気入口及び／または空気分配器は、専用の高度な制御システム上で作動させることができ、あるいは空気入口及び／または分配器ならびに取込調整弁、炉底送気管調整弁及び／または他の空気分配路をコークス炉システム内において調整するより広い通気制御システムにより制御することができる。
【００１３】
図４は、本技術の実施形態に従って構成されたＨＨＲコークスプラントの一部の部分切取図を描写している。図５は、本技術の実施形態に従って構成されたＨＨＲコークス炉１００の断面図を示している。各炉１００は、炉床１０２と、押出機側炉扉（ｐｕｓｈｅｒ  ｓｉｄｅ  ｏｖｅｎ  ｄｏｏｒ）１０４と、押出機側炉扉１０４に対向するコークス側炉扉１０６と、床１０２から上方に延在し押出機側炉扉１０４とコークス側炉扉１０６との間にある対向する側壁１０８と、炉室１１２の開放空洞の最上面を形成する頭頂部１１０と、により画定された開放空洞を含む。炉室１１２内の空気流及び圧力を制御することは、コークス化サイクルの効率的な運転において重要な役割を果たす。したがって、図６及び図７を参照すると、本技術の実施形態は、一次燃焼空気を炉室１１２に入れる１つ以上の頭頂部空気入口１１４を含む。いくつかの実施形態では、炉室１１２を炉１００の外側の周囲環境との開放的な流体連通状態に選択的に置くように、複数の頭頂部空気入口１１４が頭頂部１１０を突き抜けている。図８を参照すると、取込肘形接ぎ手空気入口（ｕｐｔａｋｅ  ｅｌｂｏｗ  ａｉｒ  ｉｎｌｅｔ）１１５は、空気調整弁１１６を有するものとして例示されており、空気調整弁１１６は、空気入口を通じて空気流量を変化させるために、全開と全閉との間の多数の位置のいずれかで配置することができる。扉空気入口及び頭頂部空気入口１１４を含む他の炉空気入口は、同様の方法で動作する空気調整弁１１６を含む。取込肘形接ぎ手空気入口１１５は、共通煙道１２８に空気が入るように配置され、一方、扉空気入口及び頭頂部空気入口１１４は、炉室１１２への空気流量を変化させる。本技術の実施形態は、炉室１１２内に一次燃焼空気を供給するために排他的に頭頂部空気入口１１４を使用してもよいが、本技術の態様から逸脱することなく、扉空気入口などの他の種類の空気入口を特定の実施形態で使用してもよい。
【００１４】
運転中、炉室１１２内に配置された石炭から放出された揮発性ガスは、頭頂部内において集まり、一方または両方の側壁１０８に形成された下降通路（ｄｏｗｎｃｏｍｅｒ  ｃｈａｎｎｅｌｓ）１１８中に下流方向に引き込まれる。下降通路１１８は、炉室１１２を、炉床１０２の下に配置された炉底送気管１２０と流体連通させる。炉底送気管１２０は炉床１０２の下に迂回路を形成する。石炭から放出された揮発性ガスを、炉底送気管１２０内で燃焼させることができ、これにより石炭のコークスへの還元を持続させるための熱が生成する。下降通路１１８は、一方または両方の側壁１０８に形成された取込通路（ｕｐｔａｋ  ｃｈａｎｎｅｌｓ）１２２と流体連通されている。炉底送気管１２０と大気との間に二次空気入口１２４を設けることができ、二次空気入口１２４は、全開と全閉との間の多数の位置のいずれかにおいて配置することができる二次空気調整弁１２６を備えることが得き、もって炉底送気管１２０への二次空気流の量を変化させることができる。取込通路１２２は、１つ以上の取込導管（ｕｐｔａｋｅ  ｄｕｃｔ）１３０により共通煙道１２８と流体連通されている。取込導管１３０と大気との間に三次空気入口１３２を設けることができる。三次空気入口１３２は三次空気調整弁１３４を備えることができ、三次空気調整弁１３４は、取込導管１３０内への三次空気流の量を変化させるために、全開と全閉との間の多数の位置のうちいずれかにおいて配置することができる。
【００１５】
各取込導管１３０は、取込導管１３０を通過するガス流及び炉１００内におけるガス流を制御するために使用され得る取込調整弁（ｕｐｔａｋｅ  ｄａｍｐｅｒ）１３６を備える。取込調整弁１３６は、炉１００内において炉通気量を変化させるために、全開と全閉の間の任意の値の位置に配置させることができる。取込調整弁１３６は、あらゆる自動的または手動的に制御された流れ制御装置または開口部（ｏｒｉｆｉｃｅ）遮断装置（例えば、あらゆるプレート、シール、ブロックなど）を含むことができる。少なくともいくつかの実施形態では、取込調整弁１３６は、「閉じた」を表す値０及び値２との間の流れ位置に設定される。ここで、値１４が「完全に開いている」を表す。「閉じた」位置であっても、取込調整弁１３６は、少量の空気が取込導管１３０を通過することを依然として許容できることが予定されている。同様に、取込調整弁１３６が「完全に開いた」位置にあるとき、取込調整弁１３６のごく一部が、取込導管１３０を通過する空気流内に少なくとも部分的に配置されていてもよいことが予定されている。取込調整弁は、値０と値１４との間のほぼ無限の位置を取ることができることが理解されよう。図９及び図１０を参照すると、流れ制限の量が増加する取込調整弁１３６のいくつかの例示的な設定として、値１２、値１０、値８及び値６が挙げられる。いくつかの実施形態では、流れ位置値は単に１４インチ（３５．５６ｃｍ）の取込導管の使用を反映しており、各値は、開いている取込導管１３０の量をインチ単位（２．５４ｃｍ単位）で表したものである。そうでなければ、値０〜値１４の流れ位置値尺度は、単純に開と閉との間の増分設定として解釈できることが理解されるであろう。
【００１６】
本明細書で用いられているように、「通気（ｄｒａｆｔ）」は大気に対する負圧を示している。例えば、０．１水柱インチの吸気は、大気圧よりも０．１水柱インチ（２．５４水柱ｍｍ）低い圧力を示す。水柱インチは圧力のための非ＳＩ単位であり、コークスプラント内の様々な場所の通気を記述するために従来から使用されている。いくつかの実施形態では、通気は、約０．１２〜約０．１６水柱インチ（約３．０５〜約４．０６水柱ｍｍ）の範囲である。通気を増やすか、あるいは大きくすると、圧力は大気圧よりも更に下に変化する。通気が減少するか、落ち込むか、あるいは小さくなるか若しくは低下すると、圧力は大気圧方向に変化する。取込調整弁１３６で炉通気を制御することにより、炉１００内への空気漏入だけでなく、頭頂部空気入口１１４からの炉１００内への空気流を制御することができる。典型的には、図５に示すように、個々の炉１００は２つの取込導管１３０と２つの取込調整弁１３６を備えるが、２つの取込導管と２つの取込調整弁の使用は必須ではなく、たった１つまたは２つを超える取込導管と、たった１つまたは２つを超える取込調整弁とを使用するようにシステムを設計することができる。
【００１７】
運転中、まず石炭を炉室１１２に装填し、石炭を酸素枯渇環境で加熱し、石炭の揮発性成分を追い出し、次いで炉１００内のＶＭを酸化して、放出された熱を捕捉して使用することにより、炉１００内でコークスが製造される。石炭の揮発性成分は、長時間に亘るコークス化サイクルを通して炉１００内で酸化され、熱を放出して石炭のコークスへの炭化を再生的に推進する。押出機側炉扉１０４が開かれ、石炭床を画定するように石炭を炉床１０２に装填して、コークス化サイクルが始まる。炉からの熱（先のコークス化サイクルに起因する）により炭化サイクルが開始する。多くの実施形態では、コークス化プロセスによって生成されるもの以外の追加燃料は使用されない。石炭床への総熱伝達のおよそ半分は、石炭床及び放射炉頭頂部１１０の輝炎から、石炭床の上面に放射される。残りの半分の熱は、炉底送気管１２０内での揮発ガスから対流的に加熱される炉床１０２からの伝導により石炭床に移動する。このようにして、石炭粒子の塑性流動と高強度凝集コークスの形成という炭化プロセスの「連鎖的波及（ｗａｖｅ）」が、石炭床の上部と下部の両方の境界から進行する。
【００１８】
典型的には、各炉１００は負圧で操作されるので、炉１００と大気との間の圧力差に起因して、還元プロセス中に空気が炉に引き込まれる。燃焼のための一次空気が炉室１１２に加えられて石炭の揮発成分を部分的に酸化するが、この一次空気の量は、石炭から放出された揮発性物質の一部のみが炉室１１２内で燃焼されるように制御され、これにより、炉室１１２内のその燃焼エンタルピーの一部分のみを放出する。様々な実施形態では、一次空気は、頭頂部空気入口１１４を介して石炭床上の炉室１１２内に導入され、一次空気の量は空気調整弁１１６により制御される。他の実施形態では、本技術の態様から逸脱することなく、異なるタイプの空気入口を使用することができる。例えば、一次空気は、炉側壁または炉扉における空気入口、調整弁孔、及び／または開口部を介して炉に導入されてもよい。使用される空気入口のタイプにかかわらず、空気入口は、炉室１１２内の所望の運転温度を維持するために使用することができる。空気入口調整弁の使用を介して、炉室１１２内への一次空気流を増加または減少させると、炉室１１２内でのＶＭ燃焼を、したがって温度を上昇または減少させるであろう。
【００１９】
図６及び図７を参照すると、コークス炉１００は、頭頂部空気入口１１４を備えていてもよく、本技術の実施形態に従って、頭頂部１１０を通して炉室１１２に燃焼用空気を導入するように構成される。３つの頭頂部空気入口１１４が、炉の長さに沿って、押出機側炉扉１０４と炉１００の中間点との間に配置されている。同様に、３つの頭頂部空気入口１１４が、コークス側炉扉１０６と炉１００の中間点との間に配置されている。しかしながら、１つ以上の頭頂部空気入口１１４が、炉頭頂部１１０を通して、炉の長さに沿って様々な位置に配設されていてもよいことが企図されている。頭頂部空気入口の選択される数及び配置は、少なくとも部分的に、炉１００の構成及び使用に依存する。各頭頂部空気入口１１４は、空気調整弁１１６を備えることができ、該空気調整弁１１６は、炉室１１２への空気流の量を変えるために、全開と全閉との間の多数の位置のいずれかに配置することができる。いくつかの実施形態では、空気調整弁１１６は、「全閉の」位置において、依然として少量の周囲空気の通過を可能にして、頭頂部空気入口１１４を通して周囲空気を炉室へ入れてもよい。したがって、図８を参照すると、頭頂部空気入口１１４、取込肘形接ぎ手空気入口１１５、または扉空気入口という様々な実施形態は、特定の空気入口の開放上端部に取り外し可能に固定され得るキャップ１１７を備えていてもよい。キャップ１１７は、悪天候（雨や雪など）、追加の周囲空気、及び他の異物が空気入口を通過することを実質的に防止することができる。コークス炉１００は、炉室１１２に空気流を流通／分配するように構成された１つ以上の分配器を更に備えていてもよいことが企図されている。
【００２０】
様々な実施形態において、頭頂部空気入口１１４は、他の空気入口、例えば炉扉内に典型的に配置されたものと同様、コークス化サイクルの過程において周囲空気を炉室１１２に導入するように操作される。しかしながら、頭頂部空気入口１１４の使用により、炉頭頂部を通して空気のより均一な分布が提供され、これにより、より良好な燃焼、炉底送気管１２０内のより高い温度及びより遅い交差時間（ｃｒｏｓｓ  ｏｖｅｒ  ｔｉｍｅｓ）を提供することを示した。炉１１０の頭頂部１１０内の空気の均一な分布は、空気が石炭床の表面に接触し、図３に示すような石炭表面上の燃焼損失を生じるホットスポットを作り出す可能性を低減する。むしろ、頭頂部空気入口１１４は、そのようなホットスポットの発生を実質的に低減し、図１１に示すように、コークス化するにつれて均一な石炭床表面１４０を作り出す。特定の使用実施形態では、頭頂部空気入口１１４の各々の空気調整弁１１６は、互いに対して同様の位置に設置される。したがって、１つの空気調整弁１１６が全開になっている場合には、空気調整弁１１６の全てを全開位置にすべきであり、１つの空気調整弁１１６を半開位置に設定した場合には、空気調整弁１１６の全てを半開位置に設定すべきである。しかしながら、特定の実施形態では、空気調整弁１１６を互いに独立して変えることができる。様々な実施形態では、炉１００に装填された後、または炉１００に装填される直前に、頭頂部空気入口１１４の空気調整弁１１６を迅速に開放する。空気調整弁１１６の３／４開位置への第１の調整は、第１の扉穴燃焼（ｄｏｏｒ  ｈｏｌｅ  ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）が典型的に生じるときに行われる。空気調整弁１１６の１／２開位置への第２の調整は、第２の扉穴燃焼が生じるときに行われる。追加の調整は、コークス炉１００に亘って検出された運転状態に基づいて行われる。
【００２１】
部分的に燃焼されたガスは、炉室１１２から下降通路１１８を通って炉底送気管１２０に通され、そこで二次空気が部分的に燃焼されたガスに加えられる。二次空気は二次空気入口１２４を介して導入される。導入される二次空気の量は、二次空気調整弁１２６により制御される。二次空気が導入されると、部分的に燃焼したガスは、炉底送気管１２０内でより十分に燃焼し、これにより、炉床１０２を介して運ばれた残りの燃焼エンタルピーを抽出して、炉室１１２に熱を加える。完全にまたはほぼ完全に燃焼した排ガスは、取込通路１２２を介して炉底送気管１２０を出て、取込導管１３０に流れる。三次空気入口１３２を介して排ガスに三次空気が加えられ、ここで三次空気調整弁１３４により三次空気の量が制御され、もって排ガス中の未燃焼ガスの残りの部分が三次空気入口１３２の下流で酸化されるようにする。コークス化サイクルの終了時に、石炭はコークス処理が完了し、炭化してコークスを生成する。コークスは、好ましくは、押出機ラム（ｐｕｓｈｅｒ  ｒａｍ）のような機械的採収システムを利用してコークス側炉扉１０６を通して炉１００から取り出される。最後に、使用者に送られる前に、コークスを急冷（例えば、湿式または乾式急冷）してサイズ調整する。
【００２２】
上述したように、炉１００内の通気の制御は、自動化または高度制御システムによって実施することができる。例えば、高度通気制御システムは、全開と全閉の間の多数の位置のうちのいずれか１つに配置することができる取込調整弁１３６を自動的に制御して、炉１００内の炉通気の量を変化させることができる。自動取込調整弁は、少なくとも１つのセンサにより検出された運転条件（例えば、圧力または通気、温度、酸素濃度、ガス流量；下流における炭化水素、水、水素、二酸化炭素、または水／二酸化炭素比のレベルなど）に応答して制御することができる。自動制御システムは、コークスプラントの運転条件に関連する１つ以上のセンサを含むことができる。いくつかの実施形態では、炉通気センサまたは炉圧力センサが、炉通気を示す圧力を検出する。図４及び図５を併せて参照すると、炉通気センサは、炉頭頂部１１０内または炉室１１２内の他の場所に配置することができる。あるいは、炉通気センサは、自動取込調整弁１３６のいずれか、炉底送気管１２０、押出機側炉扉１０４またはコークス側炉扉１０６のいずれか、またはコークス炉１００の近くまたは上の共通煙道１２８に配置することができる。一実施形態では、炉通気センサは、炉頭頂部１１０の頂部に配置される。炉通気センサは、炉頭頂部１１０の耐火レンガライニングと同一平面上に配置することができ、あるいは炉頭頂部１１０から炉室１１２に延在させることができる。バイパス排気筒通気センサは、バイパス排気筒１３８における（例えば、バイパス排気筒１３８の基部において）通気を示す圧力を検出することができる。いくつかの実施形態では、バイパス排気筒通気センサは、共通煙道１２８と交差導管の交差部に配置される。追加の通気センサを、コークスプラント１００の他の位置に配置することができる。例えば、共通煙道内の通気センサを使用して、通気センサに近接する複数の炉内の炉通気を示す共通煙道通気を検出することができる。交差部通気センサは、共通煙道１２８と１つ以上の交差導管の交差部のうち１つにおける通気を示す圧力を検出することができる。
【００２３】
炉温度センサは、炉温度を検出することができ、炉頭頂部１１０または炉室１１２の他の場所に配置することができる。炉底送気管の温度センサは、炉底送気管の温度を検出することができ、炉底送気管１２０内に位置する。共通煙道温度センサは、共通煙道の温度を検出し、共通煙道１２８に位置する。追加の温度または圧力センサをコークスプラント１００内の他の場所に配置することができる。
【００２４】
取込導管１３０内の排ガスの酸素濃度を検出するために、取込導管酸素センサが配置される。共通煙道１２８の下流にあるＨＲＳＧの入口における排ガスの酸素濃度を検出するために、ＨＲＳＧ入口酸素センサを配置することができる。主筒内の排ガスの酸素濃度を検出するために、主筒酸素センサを配置することができ、コークスプラント１００内の他の位置に追加的な酸素センサを配置することができ、もって、システム内での様々な場所における相対的酸素濃度に関する情報を提供する。
【００２５】
流量センサは、排ガスのガス流量を検出することができる。流量センサは、システム内の様々な場所でのガス流量に関する情報を提供するために、コークスプラント内の他の位置に配置することができる。また、空気品質制御システム１３０において、または共通煙道１２８の下流の他の位置において、１つ以上の通気または圧力センサ、温度センサ、酸素センサ、流量センサ、炭化水素センサ、及び／または他のセンサを使用してもよい。いくつかの実施形態では、いくつかのセンサまたは自動システムをリンクして、コークスの生産と品質の全体を最適化し、収率を最大化する。例えば、いくつかのシステムでは、頭頂部空気入口１１４、頭頂部入口空気調整弁１１６、炉底送気管調整弁（二次調整弁１２６）、及び／または炉取込調整弁１３６のうちの１つ以上を全てリンクさせる（例えば、共通の制御装置と接続する）ことができ、それらの各位置をひとまとめに設定する。このようにして、頭頂部空気入口１１４は、炉室１１２内の空気量を制御するために必要に応じて通気を調整するために使用することができる。更なる実施形態では、他のシステム構成要素を相補的な方法で操作することができ、または構成要素を独立して制御することができる。
【００２６】
作動装置は、様々な調整弁（例えば、取込調整弁１３６または頭頂部空気調整弁１１６）を開閉するように構成することができる。例えば、作動装置は、線形作動装置または回転作動装置とすることができる。作動装置により、調製弁を全開位置と全閉位置との間の任意の位置に制御することができる。いくつかの実施形態では、異なる調整弁を異なる程度に開閉することができる。作動装置は、自動通気制御システムに含まれる１つのセンサまたは複数のセンサによって検出される１つの動作条件または複数の動作条件に応答して、これらの位置の間で調整弁を動かすことができる。作動装置は、コントローラーから受け取った位置指令に基づいて取込調整弁１３６を位置決めすることができる。位置指令は、上述のセンサのうち１つ以上によって検出された通気、温度、酸素濃度、下流の炭化水素レベル、またはガス流量；１つ以上のセンサ入力を含む制御アルゴリズム；事前設定されたスケジュール、または他の制御アルゴリズム、に応答して生成され得る。コントローラーは、単一の自動調整弁または複数の自動調整弁、集中コントローラー（例えば、分配制御システムまたはプログラム可能論理制御システム）、またはその２つの組み合わせに関連する個別のコントローラーとすることができる。したがって、個々の頭頂部空気入口１１４または頭頂部空気調整弁１１６は、個別にまたは他の入口１１４または調整弁１１６と共に動作させることができる。
【００２７】
自動通気制御システムは、例えば、炉通気センサによって検出された炉通気に応答して自動取込調整弁１３６または頭頂部空気入口調整弁１１６を制御することができる。炉通気センサは、炉通気を検出し、炉通気を示す信号を制御装置に出力することができる。制御装置は、このセンサ入力に応答して位置指令を生成することができ、作動装置は、取込調整弁１３６または頭頂部空気入口調整弁１１６を、位置指令によって要求された位置に移動させることができる。このようにして、自動制御システムを使用して、目標とする炉通気を維持することができる。同様に、コークスプラント内の他の場所（例えば、目標とする交差部通気、または、目標とする共通煙道通気）において、目標とする通気を維持するために、自動通気制御システムは、必要に応じて、自動取込調整弁、入口調整弁、ＨＲＳＧ調整弁、及び／または通気扇を制御することができる。必要に応じて、自動通気制御システムを手動モードに設定して、自動取込調整弁、ＨＲＳＧ調整弁、通気扇を手動で調整することができる。更に別の実施形態では、自動作動装置を、流路を完全に開くまたは完全に閉じる手動制御と組み合わせて使用することができる。上述したように、頭頂部空気入口１１４は、炉１００上の様々な位置に配置することができ、同様に、この同じ手法で高度制御システムを利用することができる。
【００２８】
図９を参照すると、既知のコークス化手順では、コークス化サイクル全体を通しての所定の時点に基づき、４８時間のコークス化サイクルの過程にわたって、取込調整弁１３６の調整が指示される。この方法論は、本明細書において「旧プロファイル」と称するが、これは特定された例示的な実施形態に限定されるものではない。むしろ、旧プロファイルとは単に、予め決められた時点に基づいて、コークス化サイクルの過程にわたり、取込調整弁の調整を実施することをいう。図示されているように、全開位置（位置１４）での取込調整弁１３６を用いてコークス化サイクルを開始することは一般的な方法である。少なくとも最初の１２時間から１８時間の間、取込調整弁１３６はこの位置にとどまる。場合によっては、取込調整弁１３６は、最初の２４時間完全に開いたままにされる。取込調整弁１３６は、典型的には、コークス化サイクルが始まって１８時間から２５時間で第１の部分的に制限された位置（位置１２）に調整される。次に、取込調整弁１３６は、コークス化サイクルが始まって２５時間から３０時間で第２の部分的に制限された位置（位置１０）に調整される。３０時間から３５時間は、取込調整弁は第３の部分的に制限された位置（位置８）に調整される。次に、取込調整弁は、コークス化サイクルが始まって３５時間から４０時間で第４の制限された位置（位置６）に調整される。最後に、取込調整弁は、コークス化サイクルが始まって４０時間から、コークス化プロセスが完了するまで、完全に閉じた位置に動かされる。
【００２９】
本技術の様々な実施形態では、コークス炉１００の頭頂部温度に従って取込調整弁の位置を調整することにより、コークス炉１００の燃焼プロファイルを最適化する。この方法論を本明細書では「新プロファイル」と称するが、これは特定された例示的な実施形態に限定されるものではない。むしろ、新プロファイルとは単に、予め決められた炉頭頂部温度に基づいて、コークス化サイクルの過程にわたって、取込調整弁の調整を実施することをいう。図１０を参照すると、全開位置（位置１４）の取込調整弁１３６を用い、およそ１２０４℃（２２００°Ｆ）の炉頭頂部温度で４８時間のコークス化サイクルが開始される。いくつかの実施形態では、取込調整弁１３６は、炉頭頂部が１２０４℃（２２００°Ｆ）〜１２６０℃（２３００°Ｆ）の温度に達するまで、この位置にとどまる。この温度において、取込調整弁１３６は第１の部分的に制限された位置（位置１２）に調整される。特定の実施形態では、取込調整弁１３６は、次いで１３１６℃（２４００°Ｆ）〜１３４３℃（２４５０°Ｆ）の間の炉頭頂部温度で第２の部分的に制限された位置（位置１０）に調整される。いくつかの実施形態では、炉頭頂部温度が１３７１℃（２５００°Ｆ）に達したときに、取込調整弁１３６が第３の部分的に制限された位置（位置８）に調整される。次いで取込調整弁１３６は１３９９℃（２５５０°Ｆ）〜１４４１℃（２６２５°Ｆ）の炉頭頂部温度で第４の制限された位置（位置６）に調整される。特定の実施形態では、１４５４℃（２６５０°Ｆ）の炉頭頂部温度において、取込調整弁１３６は、第４の部分的に制限された位置（位置４）に調整される。最後に、取込調整弁１３６は、およそ１４８２℃（２７００°Ｆ）の炉頭頂部温度で、完全に閉じた位置に動かされ、コークス化プロセスが完了するまで、その位置に置かれる。
【００３０】
予め決められた時間に基づく調整よりもむしろ、取込調整弁１３６の位置を炉頭頂部温度と関連づけることにより、コークス化サイクルにおいてより早く取込調整弁１３６を閉じることができる。これによりＶＭの放出速度が低下し、酸素取込量が減少することにより、最大炉頭頂部温度が低下する。図１２を参照すると、旧プロファイルは一般に、１４６０℃（２６６０°Ｆ）と１４９０℃（２７１４°Ｆ）の間の比較的高い炉頭頂部最大温度により特徴付けられる。新プロファイルは、１４２０℃（２５８８°Ｆ）と１４６５℃（２６６９°Ｆ）の間の炉頭頂部最大温度を示した。この炉頭頂部の最大温度の低下は、炉を損傷させる可能性のあるＮＴＥレベルに達するか、または超える炉の可能性を低下させる。炉頭頂部温度に対するこの向上した制御により、炉内においてより多い石炭装填が可能となり、コークス炉用の設計された石炭処理速度よりも高い石炭処理速度が提供される。炉頭頂部の最大温度の低下は更に、コークス化サイクルを通して炉底送気管温度の上昇を可能にし、これによりコークスの質、及び標準コークス化サイクルに亘ってより多く装填された石炭をコークス化する能力が改善される。図１３を参照すると、試験では、旧プロファイルが４１．３時間で４５．５１トンの装填石炭をコークス化し、およそ１４６７℃（２６７２°Ｆ）の炉頭頂部最大温度を生じさせることが実証されている。対照的に、新プロファイルは４１．５３時間で４７．８５トンの装填石炭をコークス化し、およそ１４５０℃（２６４２°Ｆ）の炉頭頂部最大温度を生じさせた。したがって、新プロファイルは、低下した炉頭頂部最大温度でより多くの装填石炭をコークス化する能力を実証している。
【００３１】
図１４は、旧プロファイル及び新プロファイルのコークス化サイクルを通して、コークス炉の頭頂部温度を比較する試験データを示している。特に、新プロファイルでは、炉頭頂部温度がより低く、ピーク温度がより低いことが実証されている。図１５は、新プロファイルがコークス化サイクル全体に亘ってより長い時間より高い炉底送気管温度を示すことを実証する追加の試験データを示している。新プロファイルはより低い炉頭頂部温度及びより高い炉底送気管温度を達成するが、その理由は部分的には、より多くのＶＭが炉底送気管に引き込まれて燃焼することで、コークス化サイクルを通して炉底送気管温度を上昇させるからである。新プロファイルにより作られた上昇した炉底送気管温度は、コークス生産率及びコークスの質に更に利益をもたらす。
【００３２】
炉底送気管温度を上昇させる本技術の実施形態は、コークス炉１００に関連する構造における、より高い熱エネルギー貯蔵により特徴付けられる。熱エネルギー貯蔵の増加は、効果的なコークス化時間を短縮することにより、その後のコークス化サイクルに利益をもたらす。特定の実施形態では、炉床１０２によるより高いレベルの初期熱吸収のために、コークス化時間が短縮される。コークス化時間の継続は、石炭床の最低温度がおよそ１０１６℃（１８６０°Ｆ）に達するのに要する時間量であると考えられる。頭頂部及び炉底送気管の温度プロファイルは、取込調整弁１３６の（例えば、異なるレベルの通気及び空気を可能とするために）調整及び炉室１１２内の空気流量の調整により、様々な実施形態において制御されている。コークス化サイクルの終了時における炉底送気管１２０内のより高い熱は、炉床１０２などのコークス炉構造において、より多くのエネルギーを吸収する結果となり、次のコークス化サイクルのコークス化プロセスを加速する重要な要因となり得る。これは、コークス化時間を減少させるだけでなく、追加の予熱が潜在的に、次のコークス化サイクルにおける焼塊の蓄積を回避するのに役立ち得る。
【００３３】
本技術の様々な燃焼プロファイル最適化の実施形態では、コークス炉１００におけるコークス化サイクルは、コークス炉用の平均設計炉底送気管温度よりも高い平均炉底送気管温度から開始する。いくつかの実施形態では、これは、コークス化サイクルにおいてより早く取込調整弁を閉じることにより達成される。これにより、次のコークス化サイクルのための、より高い初期温度がもたらされ、追加のＶＭの放出が可能となる。典型的なコークス化運転では、追加のＶＭは、コークス炉１００の頭頂部におけるＮＴＥ温度を引き起こすであろう。しかしながら、本技術の実施形態では、ガス共有を介して余分なＶＭを次の炉内に、または炉底送気管１２０内に移す工程が提供され、炉底送気管温度をより高くすることが可能となる。そのような実施形態は、任意の瞬間に生じるＮＴＥ温度より低く保ちながら、炉底送気管及び炉頭頂部平均コークス化サイクル温度を徐々に上げることを特徴とする。これは、炉の比較的冷たい部分で余分なＶＭを移して使用することにより少なくとも部分的に行われる。例えば、コークス化サイクルの開始時に過剰のＶＭを炉底送気管１２０に移して、それをより熱くしてもよい。炉底送気管温度がＮＴＥに近づくと、システムは、ＶＭをガス共有により次の炉に、または共通煙道１２８に移すことができる。他の実施形態では、ＶＭの容量が切れると（通常、サイクルの中間付近で）、コークス炉１００を冷却し得る空気漏入を最小限にするために取り込みを終えてもよい。これにより、コークス化サイクルの終わりに温度がより高くなり、次のサイクルの平均温度がより高くなる。これにより、より高い速度でシステムをコークス化させることができ、より高い石炭装填を用いることが可能となる。
【実施例】
【００３４】
以下の実施例は本技術のいくつかの実施形態の実例である。
１．  
石炭床を水平熱回収コークス炉の炉室に装填する工程であって、前記炉室が、炉床と、対向する炉扉と、前記対向する炉扉の間で前記炉床から上方に延びる対向する側壁と、前記炉床の上方に配置された炉頭頂部と、により少なくとも部分的に画定されている工程と；
少なくとも１つの空気入口を通して、前記炉室に空気が引き込まれるように、前記炉室上で負圧通気を生じさせる工程であって、前記少なくとも１つの空気入口が、前記炉室を前記水平熱回収コークス炉の外側環境との流体連通状態に置くように配置されている工程と；
記石炭床の炭化サイクルを開始して、揮発性物質を前記石炭床から放出させ、前記空気と混合し、前記炉室内で少なくとも部分的に燃焼させ、前記炉室内で熱を発生させる工程と；
前記負圧通気により、揮発性物質を前記炉床の下の少なくとも１つの炉底送気管に引き込み、前記揮発性物質の少なくとも一部を前記炉底送気管内で燃焼させて、前記炉底送気管内で熱を発生させ、前記炉床を通して該熱を少なくとも部分的に前記石炭床に伝達させる工程と；
前記負圧通気により、前記少なくとも１つの炉底送気管から排ガスを引き出す工程と；
前記炭化サイクルに亘って、前記炉室内の複数の温度変化を検出する工程と；
前記炉室内の前記複数の温度変化に基づいて、複数の別々の流れ低減ステップに亘って前記負圧通気を低減する工程と、を含む、
水平熱回収コークス炉の燃焼プロファイルを制御する方法。
２．  
前記負圧通気が、取込調整弁を有する少なくとも１つの取込通路を介して、前記少なくとも１つの炉底送気管から排ガスを引き出し；前記取込調整弁が、開位置と閉位置との間において選択的に移動可能である、請求項１に記載の方法。
３．
前記炉室内の複数の異なる温度に基づいて、前記炭化サイクルに亘って複数の増大する流れ制限位置の中に、前記取込調整弁を移動させることにより、前記負圧通気が複数の流れ低減ステップに亘って低減される、請求項２に記載の方法。
４．
およそ１２０４℃（２２００°Ｆ）〜１２６０℃（２３００°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの１つを生じさせる、請求項１に記載の方法。
５．
およそ１３１６℃（２４００°Ｆ）〜１３４３℃（２４５０°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの１つを生じさせる、請求項１に記載の方法。
６．
およそ１３７１℃（２５００°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの１つを生じさせる、請求項１に記載の方法。
７．
およそ１３９９℃（２５５０°Ｆ）〜１４４１℃（２６２５°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの１つを生じさせる、請求項１に記載の方法。
８．
およそ１４５４℃（２６５０°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの１つを生じさせる、請求項１に記載の方法。
９．
およそ１４８２℃（２７００°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの１つを生じさせる、請求項１に記載の方法。
１０．
およそ１２０４℃（２２００°Ｆ）〜１２６０℃（２３００°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの１つを生じさせ、
およそ１３１６℃（２４００°Ｆ）〜１３４３℃（２４５０°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの別の１つを生じさせ、
およそ１３７１℃（２５００°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの別の１つを生じさせ、
およそ１３９９℃（２５５０°Ｆ）〜１４４１℃（２６２５°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの別の１つを生じさせ、
およそ１４５４℃（２６５０°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの別の１つを生じさせ、及び
およそ１４８２℃（２７００°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの別の１つを生じさせる、請求項１に記載の方法。
１１．
前記少なくとも１つの空気入口が、前記炉床上の前記炉頭頂部に配置された少なくとも１つの頭頂部空気入口を含む、請求項１に記載の方法。
１２．
前記少なくとも１つの頭頂部空気入口が、前記少なくとも１つの頭頂部空気入口を通して流体流れの制限レベルを変更するために、開位置と閉位置との間で選択的に移動可能な空気調整弁を備える、請求項１１に記載の方法。
１３．
前記石炭床が、前記水平熱回収コークス炉用の設計された床装填重量を超える重量を有し；前記炉室が達する最大頭頂部温度が、前記水平熱回収コークス炉用に設計された、超えてはならない最大頭頂部温度よりも低い、請求項１に記載の方法。
１４．
前記石炭床は、前記コークス炉用の設計された石炭装填重量よりも大きい重量を有する、請求項１３に記載の方法。
１５．
前記炉室内の前記複数の温度変化に基づいて、複数の別々の流れ低減ステップに亘って負圧通気を低減することにより、前記少なくとも１つの炉底送気管温度を上昇させ、前記水平熱回収コークス炉用に設計された炉底送気管運転温度よりも高くする工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
１６．
水平熱回収コークス炉の燃焼プロファイルを制御するシステムであって、
前記方法が、
炉床、対向する炉扉、前記対向する炉扉の間で前記炉床から上方に延びる対向する側壁、前記炉床の上方に配置された炉頭頂部によって少なくとも部分的に画定されている炉室と、前記炉床の下の前記炉室と流体連通状態にある少なくとも１つの炉底送気管と、を備える水平熱回収コークス炉と；
前記炉室内に配設された温度センサと；
前記炉室を前記水平熱回収コークス炉の外部環境との流体連通状態に置くように配置された少なくとも１つの空気入口と；
前記少なくとも１つの炉底送気管と流体連通状態にあり、開位置と閉位置との間で選択的に移動可能な取込調整弁を備える、少なくとも１つの取込通路と；
前記取込調整弁と動作的に連結した制御装置と；
を備え、
前記負圧通気が、複数の流れ低減ステップに亘って低減し、
前記制御装置が、前記炉室内の前記温度センサにより検出された複数の異なる温度に基づいて、炭化サイクルに亘って複数の増加する流れ制限位置の中に、前記取込調整弁を移動させるのに適合している、システム。
１７．
前記少なくとも１つの空気入口が、前記炉床の上方の炉頭頂部に配置された少なくとも１つの頭頂部空気入口を含む、請求項１６に記載のシステム。
１８．
前記少なくとも１つの頭頂部空気入口が、前記少なくとも１つの頭頂部空気入口を通して流体流の制限レベルを変更するように、開位置と閉位置との間で選択的に移動可能な空気調整弁を備える、請求項１６に記載のシステム。
１９．
前記制御装置が更に、前記炉室内の前記複数の温度変化に基づいて、複数の別々の流れ低減ステップに亘って前記負圧通気を低減するよう、前記取込調整弁を移動させることにより、前記少なくとも１つの炉底送気管の温度を上昇させるように作動して、前記水平熱回収コークス炉用の設計された炉底送気管運転温度より高くする、請求項１６に記載のシステム。
２０．
およそ１２０４℃（２２００°Ｆ）〜１２６０℃（２３００°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの１つを生じさせ、
およそ１３１６℃（２４００°Ｆ）〜１３４３℃（２４５０°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの別の１つを生じさせ、
およそ１３７１℃（２５００°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの別の１つを生じさせ、
およそ１３９９℃（２５５０°Ｆ）〜１４４１℃（２６２５°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの別の１つを生じさせ、
およそ１４５４℃（２６５０°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの別の１つを生じさせ、及び
およそ１４８２℃（２７００°Ｆ）の温度が検出されたときに、前記複数の流れ制限位置のうちの別の１つを生じさせる、請求項１６に記載のシステム。
２１． 
水平熱回収コークス炉の炉室内で石炭床の炭化サイクルを開始する工程と、
前記炭化サイクルに亘って前記炉室内の複数の温度変化を検出する工程と、
前記炉室内の複数の温度変化に基づいて、複数の別々の流れ低減ステップに亘って前記水平熱回収コークス炉上の負圧通気を低減する工程と、を含む、
水平熱回収コークス炉の燃焼プロファイルを制御する方法。
２２．
前記水平熱回収コークス炉の前記負圧通気が、前記炉室を前記水平熱回収コークス炉の外部環境との流体連通状態に置くように配置された少なくとも１つの空気入口を通して、前記炉室内に空気を引き込む、請求項２１に記載の方法。
２３． 
前記負圧通気が、前記炉室と流体連通状態にある少なくとも１つの取込通路と連結する取込調整弁の作動により低減される、請求項２１に記載の方法。
２４．
前記負圧通気が、前記炉室における前記複数の異なる温度に基づいて、前記炭化サイクルに亘っての複数の増大する流れ制限位置によって、前記取込調整弁を動かすことにより複数の流れ低減ステップに亘って低減される、請求項２３に記載の方法。
２５．
前記炉室内の前記複数の温度変化に基づいて、複数の別々の流れ低減ステップに亘って前記負圧通気を低減することにより、前記炉室と開放的な流体連通状態にある少なくとも１つの炉底送気管の温度を上昇させ、前記水平熱回収コークス炉用の設計された炉底送気管運転温度よりも高くする工程を更に含む、請求項２１に記載の方法。
２６．
前記石炭床が、前記水平熱回収コークス炉用の設計された床装填重量を超える重量を有し、
前記炉室が前記炭化サイクル中に達する最大頭頂部温度が、前記水平熱回収コークス炉用の設計上、超えてはならない最大炉頭頂部温度よりも低い、請求項２１に記載の方法。
２７．
前記炉室内の前記複数の温度変化に基づいて、複数の別々の流れ低減ステップに亘って前記負圧通気を低減することにより、前記炉室と開放的な流体連通状態にある少なくとも１つの炉底送気管の温度を上昇させ、前記水平熱回収コークス炉用の設計された炉底送気管運転温度よりも高くする工程を更に含む、請求項２６に記載の方法。
２８．
前記石炭床が、前記水平熱回収コークス炉用の設計された石炭装填重量よりも大きい重量を有し、前記水平熱回収コークス炉用の設計された石炭処理率よりも大きい石炭処理率を定める、請求項２７に記載の方法。
【００３５】
本技術は、特定の構造、材料、及び方法論的ステップに特有の用語で説明されているが、添付の特許請求の範囲に定義された発明は、記載された特定の構造、材料及び／またはステップに必ずしも限定されないことを理解されたい。むしろ、特定の態様及びステップは、特許請求された発明を実施する形態として記載されている。更に、特定の実施形態の文脈で記載された新技術の特定の態様を、他の実施形態において、組み合わせてもよいし、排除してもよい。更に、本技術の特定の実施形態に関連する利点は、それらの実施形態の文脈において記載されているが、他の実施形態もそのような利点を示すことができ、全ての実施形態が本技術の範囲内に入るそのような利点を必ずしも示す必要はない。したがって、本開示及び関連技術は、本明細書において明示的に図示または説明されていない他の実施形態を包含することができる。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲による場合を除き、限定されない。別段の特定がない限り、明細書（特許請求の範囲以外）で使用される寸法、物理的特性等を表すような全ての数または表現は、全ての場合において用語「およそ」によって修飾されていると理解される。少なくとも、特許請求の範囲に対する均等論を制限しようとするものではなく、明細書または特許請求の範囲に記載された、「約」という用語によって修正された各数値パラメータは少なくとも、記載された有効桁の数字の観点から、及び通常の四捨五入手法を適用することにより、解釈されるべきである。更に、本明細書に開示された全ての範囲は、本明細書に包含される任意かつ全ての部分範囲または任意かつ全ての個々の値を記載する請求項に対するサポートを包含しかつ提供するものと理解されるべきである。例えば、１〜１０の記載された範囲は、最小値１と最大値１０との間及び／またはそれらを含む任意かつ全ての部分範囲または個々の値、即ち、最小値が１以上から始まり最大値が１０以下で終わる（例えば、５．５〜１０、２．３４〜３．５６など）全ての部分範囲または１〜１０の任意の値（３、５．８、９．９９９４など）を記載する請求項のためのサポートを含みかつ提供するものと考えられるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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