(57)【要約】【課題】炉頂煉瓦内を貫通するクロスタイロッドによってバックステイに締め付け力を付与して煉瓦構造を拘束するコークス炉において、クロスタイロッドの局所的過加熱をも防止することのできる冷却を実現する炉締構造及び炉締方法を提供する。また、クロスタイロッドの冷却と炭化室上部空間の冷却とを同時に行うことができ、かつコークス炉の炉上における作業の障害となることのない炉締構造及び炉締方法を提供する。【解決手段】炉長方向両側に配置したバックステイ４にクロスタイロッド５によって締め付け力を付与するコークス炉の炉締構造において、クロスタイロッド５の一部又は全長に１又は複数の配管１１を沿わせ、その配管内に冷却媒体を流す。配管１１の途中に１又は複数の分岐配管１２を設け、配管中を流れる冷却媒体の一部又は全部を分岐配管１２を通して炭化室内に導く。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロスタイロッドによってバックステイに締め付け力を付与するコークス炉の炉締構造において、クロスタイロッドの一部又は全長に１又は複数の配管を沿わせ、その配管内に冷却媒体を流すことを特徴とするコークス炉の炉締構造。
【請求項２】
クロスタイロッドによってバックステイに締め付け力を付与するコークス炉の炉締構造において、クロスタイロッドの一部又は全長を包囲する外管を設け、その外管の外側に１又は複数の配管を沿わせ、その配管内に冷却媒体を流すことを特徴とするコークス炉の炉締構造。
【請求項３】
さらに前記外管とクロスタイロッドとの間の環状空間内に冷却媒体を流すことを特徴とする請求項２に記載のコークス炉の炉締構造。
【請求項４】
前記配管内に流す冷却媒体は水であり、前記外管とクロスタイロッドとの間の環状空間内に流す冷却媒体は空気であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のコークス炉の炉締構造。
【請求項５】
前記配管の途中に１又は複数の分岐配管を設け、配管中を流れる冷却媒体の一部又は全部を該分岐配管を通して炭化室内に導くことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のコークス炉の炉締構造。
【請求項６】
前記分岐配管は、炭化室頂部煉瓦を貫通して炭化室上部空間に通じ、炭化室側の先端にノズルを設けてなることを特徴とする請求項５に記載のコークス炉の炉締構造。
【請求項７】
前記クロスタイロッドとして中空鋼管を用い、該中空鋼管の中空部に冷却媒体として空気を流すことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のコークス炉の炉締構造。
【請求項８】
クロスタイロッドによってバックステイに締め付け力を付与するコークス炉の炉締構造において、クロスタイロッドとして中空鋼管を用い、該中空鋼管の中空部に冷却媒体として空気を流すことを特徴とするコークス炉の炉締構造。
【請求項９】
前記配管に流す冷却媒体について、炉団全体での冷却媒体供給量の流量制御装置及び／又はクロスタイロッド近傍の供給支管への冷却媒体供給量の流量制御装置を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のコークス炉の炉締構造。
【請求項１０】
前記配管に流す冷却媒体について、炉団全体での冷却媒体供給量の流量制御装置及び／又は各炭化室への冷却媒体吹き込み量の流量制御装置を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のコークス炉の炉締構造。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載のコークス炉の炉締構造を用いた炉締方法であって、前記配管内に流す冷却媒体及び／又は前記外管とクロスタイロッドとの間の環状空間内に流す冷却媒体の供給量は、炉団全体での冷却媒体供給量と各クロスタイロッド近傍の供給支管毎の冷却媒体供給量及び／又は各炭化室毎の冷却媒体供給量を予め設定し、当該設定した供給量になるように調整することを特徴とするコークス炉の炉締方法。
【請求項１２】
請求項１乃至１０のいずれかに記載のコークス炉の炉締構造を用いた炉締方法であって、前記配管内に流す冷却媒体及び／又は前記外管とクロスタイロッドとの間の環状空間内に流す冷却媒体の供給量は、各炭化室毎に流す冷却媒体供給量が各炭化室の乾留経過時間によって決まる冷却媒体供給量パターンとなるように予め設定することを特徴とするコークス炉の炉締方法。
【請求項１３】
請求項１乃至１０のいずれかに記載のコークス炉の炉締構造を用いた炉締方法であって、前記配管内に流す冷却媒体及び／又は前記外管とクロスタイロッドとの間の環状空間内に流す冷却媒体の供給量は、クロスタイロッドに隣接する燃焼室内の温度又はクロスタイロッド近傍の煉瓦若しくはクロスタイロッドの温度に基づいて制御することを特徴とするコークス炉の炉締方法。
【請求項１４】
請求項１乃至１０のいずれかに記載のコークス炉の炉締構造を用いた炉締方法であって、前記配管内に流す冷却媒体及び／又は前記外管とクロスタイロッドとの間の環状空間内に流す冷却媒体の供給量は、クロスタイロッド近傍の炭化室に空気を吹き込むタイミングに基づいて制御することを特徴とするコークス炉の炉締方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コークス炉の炉長方向両側に垂直方向に配置したバックステイに、炉頂煉瓦内を貫通するクロスタイロッドによって締め付け力を付与し、これによってコークス炉の煉瓦構造を拘束するコークス炉の炉締構造及び炉締方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
室炉式のコークス炉においては、多数の炭化室と燃焼室とが交互に配置され、各炭化室と燃焼室との間は煉瓦で炉壁が構築される。炭化室の長手方向を炉長方向とよぶ。このように構築された煉瓦構造が緩まないように、炉長方向両端に所定間隔で垂直にバックステイを配置し、両端のバックステイ間の炉締力によって煉瓦構造を拘束する。バックステイは剛性の高いＨ形鋼であり、１本又は２本１組にして直立させ、炉長方向両端に配置する。両端のバックステイの間には、上下各２本または多い場合には６本ずつのクロスタイロッドと呼ばれる棒鋼を配置し、このクロスタイロッドとバックステイとをナット及びスプリングを用いて接続することにより、両バックステイ間に締め付け力を発生させ、それによってバックステイ間の煉瓦構造を拘束している。以後、特に限定しない限り、本明細書においてクロスタイロッドとは炉頂側に配置されたクロスタイロッドを意味する。
【０００３】
クロスタイロッドは、炉頂煉瓦に設けられた溝あるいは孔の中に貫通して配置される。そのため、高温の燃焼室や炭化室の熱が炉頂煉瓦を介してクロスタイロッドに伝わり、クロスタイロッドの温度が上昇し、その結果クロスタイロッドが伸びるために張力が低下してバックステイによる拘束力を維持できなかったり、さらにはクロスタイロッドの引張許容応力が低下して切れてしまうことがある。
【０００４】
炭化室頂部煉瓦や上昇管基部に付着したカーボンを燃焼除去する目的で、炭化室内に空気を吹き込む作業を行うことがある。空気によってカーボンが燃焼する際に高い燃焼熱が発生し、排気口となる装入孔や上昇管基部煉瓦が高温化し、この熱が炉頂部煉瓦を伝わってクロスタイロッドの温度が３００〜４００℃にまで達することがある。クロスタイロッドには引張力がかかった状態なので、この高温状態によってクロスタイロッドが伸びてしまったり断裂することがある。
【０００５】
このようにしてクロスタイロッドによる拘束力が低下したり、あるいは拘束力が無くなると、各炭化室における装入・窯出作業の繰り返しによる温度変化、または窯出の影響などにより、コークス炉を構成する炉体煉瓦が炉長方向に膨張することとなる。
【０００６】
クロスタイロッドの温度上昇を防止する手段として、クロスタイロッドの長手方向にクロスタイロッドを包囲するように外管を設ける方法が、既に昭和５０年代に建設されたコークス炉において実用化されている。さらに、特許文献１においては、クロスアンカー（クロスタイロッド）の保護管を二重管とし、外管と内管との間に空気断熱部を形成し、内管とクロスアンカー間の空気断熱部との相乗効果によって、クロスアンカーへの熱伝達を抑制する発明が開示されている。特許文献２には、保護パイプ（外管）の内面下端にテンションロッド（クロスタイロッド）を支持する部材を配設することにより保護パイプを経由してテンションロッドに伝わる熱伝導が軽減され、テンションロッドの局部過熱を防止する発明が開示されているとともに、保護パイプ上面に炉頂煉瓦を貫通した流体吹き込み用短管を設け、ロッドが部分加熱した場合でも流体吹き込み用短管から冷却水等を吹き込むことで加熱部分の冷却が可能であり寿命の延長につながる発明が開示されている。
【０００７】
しかしながら、クロスタイロッドを包囲する外管内の自然空冷または強制空気を流通させても、上述したような局所的高温化によるクロスタイロッドの局所過加熱に対してはほとんど効果を発揮しておらず、依然としてクロスタイロッドの伸張現象は解消されない。また、外管上面に設けた流体吹き込み用短管を用いて冷却水を吹き込む方法を採用しても、排水孔又は蒸発水分の放出孔がない場合、吹込量が制限されタイロッドが過加熱されること、局所的に注水することによりタイロッドの長手方向又は断面内で温度差が発生し脆くなるという問題があった。
【０００８】
炭化室の上部の炭化室炉頂煉瓦及び上昇管基部は、石炭装入時においても石炭が充填されていない部分である。炭化室の高さは通常６ｍから７ｍ前後であるが、石炭を充填する高さは天井から３００ｍｍ〜３５０ｍｍ程度低いレベルで抑え、乾留により発生したコークス炉ガス（または石炭ガスともいう、通常はＣＯＧという。）の成分である炭化水素や、装入石炭に付着した水分が蒸発して発生する水蒸気を上昇管を経由してスムーズに吸引排気できるように流路を確保している。石炭乾留中において、この部分は熱を消費すべき石炭が充填されていないので、高温化しやすい。炉壁が高温化することにより、ＣＯＧ中またはタール成分中の炭化水素が熱分解し、煉瓦壁に析出して硬い付着カーボン層を生成することになる。このカーボンは、燃焼室から石炭への熱伝導を阻害するばかりか、乾留が終了してコークスケーキを押し出す際の抵抗になる。結果として押出負荷が高くなり炭化室の壁に高い負荷がかかり炭化室炉壁の損傷につながることがある。
【０００９】
上記のような炉頂空間部へのカーボン付着を抑制する方法として、炭化室炉頂空間部の温度を低下させることが有効であり、このために炭化室内の炉頂空間部に水を噴射する発明が特許文献３に開示されている。しかし、多くの炭化室から構成され実操業をしているコークス炉への最適な水吹き込み方法について具体的な指針が示されるには到っていない。また、炉頂空間部への水噴射のための水配管を炉上の空間に配設すると、多数の炭化室毎に配管を配設することとなり、この配管が障害物となって炉上における作業に支障を来すこととなる。
【００１０】
【特許文献１】
実開平５−３０１３７号公報
【特許文献２】
登録実用新案第３０００２５９号公報
【特許文献３】
特開平９−１０４８６９号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、コークス炉におけるクロスタイロッドの局所的過加熱をも防止することのできる冷却を実現する炉締構造及び炉締方法を提供することを第１の目的とする。本発明はまた、クロスタイロッドの冷却と炭化室上部空間の冷却とを同時に行うことができ、かつコークス炉の炉上における作業の障害となることのない炉締構造及び炉締方法を提供することを第２の目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
（１）クロスタイロッド５によってバックステイ４に締め付け力を付与するコークス炉の炉締構造において、クロスタイロッド５の一部又は全長に１又は複数の配管１１を沿わせ、その配管内に冷却媒体を流すことを特徴とするコークス炉の炉締構造。
（２）クロスタイロッド５によってバックステイ４に締め付け力を付与するコークス炉の炉締構造において、クロスタイロッド５の一部又は全長を包囲する外管１０を設け、その外管１０の外側に１又は複数の配管１１を沿わせ、その配管内に冷却媒体を流すことを特徴とするコークス炉の炉締構造。
（３）さらに外管１０とクロスタイロッド５との間の環状空間４１内に冷却媒体を流すことを特徴とする上記（２）に記載のコークス炉の炉締構造。
（４）配管１１内に流す冷却媒体は水であり、外管１０とクロスタイロッドとの間の環状空間４１内に流す冷却媒体は空気であることを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のコークス炉の炉締構造。
（５）配管１１の途中に１又は複数の分岐配管１２を設け、配管中を流れる冷却媒体の一部又は全部を分岐配管１２を通して炭化室内に導くことを特徴とする上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のコークス炉の炉締構造。
（６）分岐配管１２は、炭化室頂部煉瓦を貫通して炭化室上部空間２２に通じ、炭化室側の先端にノズル１５を設けてなることを特徴とする上記（５）に記載のコークス炉の炉締構造。
（７）クロスタイロッド５として中空鋼管を用い、該中空鋼管の中空部１７に冷却媒体として空気を流すことを特徴とする上記（１）乃至（６）のいずれかに記載のコークス炉の炉締構造。
（８）クロスタイロッド５によってバックステイ４に締め付け力を付与するコークス炉の炉締構造において、クロスタイロッド５として中空鋼管を用い、該中空鋼管の中空部１７に冷却媒体として空気を流すことを特徴とするコークス炉の炉締構造。
（９）配管１１に流す冷却媒体について、炉団全体での冷却媒体供給量の流量制御装置１６及び／又はクロスタイロッド近傍の供給支管への冷却媒体供給量の流量制御装置を有することを特徴とする上記（１）乃至（８）のいずれかに記載のコークス炉の炉締構造。
（１０）配管１１に流す冷却媒体について、炉団全体での冷却媒体供給量の流量制御装置１６及び／又は各炭化室への冷却媒体吹き込み量の流量制御装置を有することを特徴とする上記（１）乃至（８）のいずれかに記載のコークス炉の炉締構造。
【００１３】
（１１）上記（１）乃至（１０）のいずれかに記載のコークス炉の炉締構造を用いた炉締方法であって、配管１１内に流す冷却媒体及び／又は外管１０とクロスタイロッドとの間の環状空間４１内に流す冷却媒体の供給量は、炉団全体での冷却媒体供給量と各クロスタイロッド近傍の供給支管毎の冷却媒体供給量及び／又は各炭化室毎の冷却媒体供給量を予め設定し、当該設定した供給量になるように調整することを特徴とするコークス炉の炉締方法。
（１２）上記（１）乃至（１０）のいずれかに記載のコークス炉の炉締構造を用いた炉締方法であって、配管１１内に流す冷却媒体及び／又は外管１０とクロスタイロッドとの間の環状空間４１内に流す冷却媒体の供給量は、各炭化室毎に流す冷却媒体供給量が各炭化室の乾留経過時間によって決まる冷却媒体供給量パターンとなるように予め設定することを特徴とするコークス炉の炉締方法。
（１３）上記（１）乃至（１０）のいずれかに記載のコークス炉の炉締構造を用いた炉締方法であって、配管１１内に流す冷却媒体及び／又は外管１０とクロスタイロッドとの間の環状空間４１内に流す冷却媒体の供給量は、クロスタイロッドに隣接する燃焼室３内の温度又はクロスタイロッド近傍の煉瓦若しくはクロスタイロッドの温度に基づいて制御することを特徴とするコークス炉の炉締方法。（１４）上記（１）乃至（１０）のいずれかに記載のコークス炉の炉締構造を用いた炉締方法であって、配管１１内に流す冷却媒体及び／又は外管１０とクロスタイロッドとの間の環状空間４１内に流す冷却媒体の供給量は、クロスタイロッド近傍の炭化室２に空気を吹き込むタイミングに基づいて制御することを特徴とするコークス炉の炉締方法。
【００１４】
本発明の第１の特徴は、クロスタイロッド５あるいはクロスタイロッドを包囲する外管１０に配管１１を沿わせ、その配管内に冷却媒体を流すことによってクロスタイロッド５を冷却する点にある。クロスタイロッド５もクロスタイロッドを包囲する外管１０も炉頂煉瓦内に埋設されているので、それらに沿わせる配管１１も炉頂煉瓦内に埋設して配置され、炉頂上部の作業スペースの障害となることがない。各クロスタイロッド毎に隣接する燃焼室３や炭化室２の操業に合わせて最適な冷却媒体流量を選択することができ、効率的な冷却を行うことができる。環状空間４１に流す冷却媒体としては、空気又は水が価格面から有効であるが、クロスタイロッド５自体には水などの液体の冷却媒体が接触しない方が、冷却媒体との接触に基づくクロスタイロッドの腐食が発生するおそれがない。クロスタイロッドの腐食による張力低下を抑えるためには、環状空間４１に直接液体冷媒を用いるべきでなく、外管１０を冷却することにより、クロスタイロッド５を間接冷却（温度上昇抑制）をはかる方が、設備保全上有利である。
【００１５】
本発明の第２の特徴は、前記クロスタイロッド５あるいはクロスタイロッドを包囲する外管１０に沿わせる配管１１の途中に分岐配管１２を設け、配管１１中を流れる冷却媒体の一部又は全部を該分岐配管１２を通して炭化室内に導く点にある。分岐配管１２は炭化室頂部煉瓦を貫通して炭化室上部空間２２に通じ、炭化室上部空間２２を冷却して炉頂空間へのカーボン付着を抑制することができる。本発明においては、配管１１も分岐配管１２も炉頂煉瓦２１の内部に埋設されているので、炭化室内への水吹き込み配管が炉上における作業の障害となることがない。また、クロスタイロッド５の冷却と炭化室上部空間２２の冷却とを同じ冷却媒体即ち水で兼ねることができる。
【００１６】
本発明の第３の特徴は、クロスタイロッド５として中空鋼管を用い、該中空鋼管の中空部１７に冷却媒体として空気を流す点にある。この構成を単独で用いても、あるいは上記第１、第２の特徴点と併用して用いても良い。これにより、外管が煉瓦から受ける熱により、炉長方向にできる温度分布がクロスタイロッドに輻射伝熱する際に温度バラツキで１０℃程度縮小することが期待できるという効果を上げることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図７に示すように、コークス炉のバックステイ４は、通常は燃焼室３の両端の位置に垂直に立設されるＨ形鋼である。クロスタイロッド５は、炉頂煉瓦２１内を貫通するように埋設され、炉長方向両端のバックステイ４との間をナット６と炉締スプリング７によって連結する。連結部に用いられる炉締スプリング７によってバックステイ４に締め付け力が付与される。
【００１８】
クロスタイロッド５は、図２に示すようにその外周を包囲する外管１０を設ける場合と設けない場合とがある。また、外管１０については、図３に示すように、炉長両端間の全長に設ける場合と、全長のうちの一部のみに設ける場合とがある。外管１０を設けない場合、本発明の上記（１）にあるように、クロスタイロッド５に沿って配管１１を設け、この配管１１内に冷却媒体を流すことによってクロスタイロッド５を間接的に冷却する（図２（ａ）、図２（ｂ））。冷却媒体が流れる配管１１を直接クロスタイロッド５に沿わせるので、冷却媒体による冷却効果を十分に発揮することができる。外管を設ける場合、本発明の上記（２）にあるように、外管１０の外側に沿って配管１１を設け、この配管１１内に冷却媒体を流すことによってクロスタイロッド５を間接的に冷却する（図２（ｃ）、（ｄ））。外管１０を有することによる煉瓦からクロスタイロッドへの直接伝熱を抑制するという効果と相乗し、クロスタイロッド５を有効に冷却することができる。さらに本発明の上記（３）にあるように、外管１０とクロスタイロッド５との間の環状空間４１内に冷却媒体を流すことにより、外管に発生する炉長方向の温度分布をクロスタイロッドに均一化して伝熱すること、冷却媒体による冷却効果という作用を有し、より有効にクロスタイロッド５を冷却することができる。本発明の上記（４）にあるように、配管１１に流す冷却媒体を水とし、外管とクロスタイロッドとの間の環状空間４１内に流す冷却媒体を空気とすると好ましい。なぜなら、水の冷却効果は空気に対して同一体積流量比で４０００倍と大きく、外管の冷却によりクロスタイロッドを冷やす効果が大きいこと、環状空間に気体冷媒を用いることにより、液体使用時に比較して腐食が少ないという効果がある。
【００１９】
配管１１は図３（ａ）に示すように炉長両端間の全長に設けても、あるいは全長のうちの一部のみに設けても良い。例えば、クロスタイロッド５のうちで最も温度上昇が激しいのは上昇管基部の付近なので、配管１１を上昇管基部付近のみにおいてクロスタイロッドあるいはそれを包囲する外管１０に沿わせることが考えられる。ただし、流通する冷却媒体を排出するためには配管１１がクロスタイロッド５の全長にわたっている方が好都合である（図３（ａ））。クロスタイロッド各本毎につき、配管１１は１本又は複数本配置することができる。図２（ａ）、図２（ｃ）は１本の配管１１を沿わせ、図２（ｂ）、図２（ｄ）は２本の配管１１を沿わせた例である。
【００２０】
配管１１の中を流れる冷却媒体は、そのまま系外に排出しても良いが、本発明の上記（５）にあるように、配管１１の途中に分岐配管１２を設け、配管内を流れる冷却媒体を分岐配管１２を通して炭化室内に導くとより好ましい（図３（ｂ）〜図３（ｄ）、図５）。配管中を流れる冷却媒体によってまずクロスタイロッド５を冷却することができ、さらに分岐配管１２から炭化室内に冷却媒体が導かれることにより、炭化室内を冷却して炉壁へのカーボン付着の防止に役立てることができる。
【００２１】
配管１０はクロスタイロッド５又はそれを包囲する外管１０に沿わせて配置されているので、図５に示すように炉頂煉瓦２１内に埋設されている。従って、本発明の上記（６）にあるように分岐配管１２を炭化室頂部煉瓦を貫通して炭化室上部空間２２に通じるように配置すると、配管１１も分岐配管１２も煉瓦内に埋設されるので、コークス炉上部の作業空間に露出することが無く、作業の支障原因とならないので好ましい。また、図５に示すように炭化室上部空間２２に達した分岐配管１２の炭化室側の先端にノズル１５を設けることにより、炭化室内に吹き込まれる冷却媒体の吐出流を制御することができる。吹き込んだ水が滴のまま直接炉壁に当たると、煉瓦の急激な温度変化で膨張、収縮による損傷のおそれがある。また、水が直接炭化室内の石炭に当たると石炭の乾留遅れを誘発するおそれがある。しかし、分岐配管１２の炭化室側の先端にノズル１５を設けることにより、水は噴霧状態で炭化室内に吹き込まれるので、瞬時に水蒸気化し、炉壁煉瓦やコークス面に滴のまま滴下あるいは接触して煉瓦損傷や乾留遅れを招くことはない。具体的には、ノズル１５としてフラットノズルを用いることにより、冷却媒体としての水が炭化室壁にかからないように吹きつけを行うことができる。
【００２２】
炉長方向における炭化室内への水吹き込み位置としては、単一個所への吹き込みではなく、炉長方向複数個所に吹き込むと好ましい。吹き込んだ水が水蒸気化して冷却効果を有するのは、吹き込み位置の周辺に限定されるからである。より具体的には、図４に示すように炭化室頂部に設けられた複数の装入孔２４の間の空間に分岐配管１２とその先端の吹き込み口を設けると良い。
【００２３】
通常、図１又は図７（ｂ）に示すように炉頂部のクロスタイロッド５は各燃焼室３の上部両サイドに設けられており、炭化室２側から見ると炭化室２の両サイドにクロスタイロッド（５ａ、５ｂ）が配置されていることとなる。各クロスタイロッドに冷却用の配管１１を各１本配置した場合、炭化室２の両サイドに各１本の配管（１１ａ、１１ｂ）が配置されていることとなる。例えば装入孔を４個有する炭化室において、各装入孔間の空間にそれぞれ冷却媒体吹き込み口を設け、両サイドの配管（１１ａ、１１ｂ）から交互に分岐配管１２を配置することにより、最少本数の分岐配管によって炭化室上部空間の効率的な冷却を行うことが可能になる（図１、図４）。
【００２４】
図４（ｂ）に示すように配管１１への冷却媒体の供給を炉長方向で上昇管２３側とすれば、配管内を流れる冷却媒体は上昇管側において最大となるので、クロスタイロッド５において最も温度上昇の激しい上昇管２３近傍の冷却を強化することができ、好ましい。
【００２５】
図４（ｂ）に示すように配管１１に供給した冷却媒体のすべてを分岐配管１２を通して炭化室内に吹き込むこととすると、配管１１から系外に冷却媒体を排出する必要がないので、配管に冷却媒体排出経路を設ける必要がないという効果が生じる。特にコークス炉においては、排水孔が粉塵で閉鎖することが多く、メンテナンス面からも炭化室内に注水し、系外に放出しない設備は有効であるという理由により冷却媒体排出経路を不要とする場合の効果が大きい。
【００２６】
クロスタイロッド冷却のために必要な配管内の冷却媒体所要量と、炭化室冷却のために必要な分岐配管からの吹き込み冷却媒体所要量とが一致せず、配管内の冷却媒体所要量の方が多い場合には、図４（ｃ）に示すように配管１１に冷却媒体排出１９のための経路を設け、冷却媒体所要量の差分を該冷却媒体排出経路から排出することとすると好ましい。この場合には、各分岐配管１２に流量調整弁２０を設けて炭化室内への冷却媒体吹き込み量を調整すると良い。
【００２７】
図３（ｄ）に示すように、クロスタイロッド５を包囲する外管１０を炉長方向両端の各一部のみとし、冷却媒体を流す配管１１も同様に前記外管１０の配置位置のみに配置することができる。炉長方向押出機側２５の端部に設けられた配管１１は、クロスタイロッドのうち上昇管基部付近及び端部装入孔近傍２７ａにおける温度上昇を抑える働きをなし、ついで配管１１からの分岐配管１２によって冷却媒体が炭化室内に吹き込まれる。炉長方向他方のコークサイド側２６の端部に設けられた配管１１は、クロスタイロッド５のうち当該端部装入孔近傍２７ｂにおける温度上昇を抑える働きをなし、ついで配管１１からの分岐配管１２によって冷却媒体が炭化室内に吹き込まれる。この場合各１本の配管１１から１本の分岐配管１２がなされ、いずれも冷却媒体排出経路は設けない。このような構成を採用することにより、炉長方向全長にわたる配管１１の配設を必要とせず、最も冷却を要求される上昇管基部及び両端部の装入孔近傍においてクロスタイロッドの冷却を十分に行うことができるので、少ない費用で大きな効果を得ることができる。
【００２８】
従来、クロスタイロッドとしてはムクの鋼棒が用いられていたか、中空パイプを用いても中空部を密閉して圧縮空気を供給して折損の検出に用いられるのみであった（実開平６−５１２５８号公報）。本発明においては、上記（５）（６）にあるように、クロスタイロッド５として図２（ｅ）、（ｆ）に示すように中空部１７を有する中空鋼管を用い、該中空鋼管の中空部１７に冷却媒体として空気を流すことによってクロスタイロッドの冷却を図ることができる。上記（５）のようにクロスタイロッド内部の冷却を単独で実施しても効果を上げることができるが（図２（ｅ））、上記（６）のように上記（１）〜（４）の発明を併用して実施することにより、例えば図２（ｆ）に示すようにクロスタイロッド５の中空部１７による冷却と配管１１による冷却を併用することにより良好な冷却効果を生むことができる。中空鋼管の中空部１７を流通する冷却媒体を空気とする理由は、クロスタイロッドの腐食を防ぐこと、冷却効果を少しでも高めるために流速を１０ｍ／ｓｅｃ以上に上げ、量を多く流してもコスト上昇影響が小さいことである。
【００２９】
コークス炉においては、各炉団毎に多数のクロスタイロッド５を有しており、各クロスタイロッド毎に本発明の冷却媒体を流す配管１１がなされているので、配管１１の総数は極めて多くなる。本発明の上記（９）にあるように、配管１１への冷却媒体の流量を調整する流量制御装置１６は、図６に示すように炉団全体での冷却媒体供給量の流量制御装置のみを設けることとしても良い。図６において、燃焼室上部の温度を温度計３１ａによって測定し、クロスタイロッド５の温度を温度計３１ｂによって測定する。これら温度測定結果に基づき、流量制御装置１６で冷却媒体の適正流量を計算する。次いで、流量計３２の実績流量が計算した適正流量に等しくなるよう、流量調整弁２０の調整を行う。
【００３０】
図８に示すようにより好ましくは、クロスタイロッド１本又は近傍の複数本を束ねた供給支管４２を設け、各供給支管毎に冷却媒体供給量の流量制御装置４３を設けると良い。炉団を構成する各炭化室及び燃焼室列は、老朽化に伴い大きな温度バラツキが発生するからである。供給支管４２は、各燃焼室毎のクロスタイロッドを１組とすると好ましい。各燃焼室毎の内部温度等の指標に基づいて冷却媒体供給量の制御を行う際に、各燃焼室毎のクロスタイロッドを１組として供給支管を構成し、この供給支管毎に流量制御装置を設ければ、各燃焼室毎の操業状況に基づいて最適な冷却媒体供給量を確保することができるからである。さらに必要に応じて外管とクロスタイロッドとの間の環状空間内に流す冷却媒体の流量制御装置４５をも配置することにより、本発明の上記（１１）にあるように、配管内に流す冷却媒体及び／又は外管とクロスタイロッドとの間の環状空間内に流す冷却媒体の供給量は、炉団全体での冷却媒体供給量と各クロスタイロッド近傍の供給支管毎の冷却媒体供給量を予め設定し、当該設定した供給量になるように調整することができるようになる。
【００３１】
さらに本発明の上記（１０）にあるように、各炭化室への冷却媒体吹き込み量の流量制御装置４３を有することとしても良い。各炭化室の両側に隣接するクロスタイロッドに沿った２本の配管からの分岐配管４２によって炭化室内に冷却媒体を吹き込む場合、各炭化室毎の冷却媒体吹き込み量の流量制御装置４３を有することとすれば、各炭化室毎の操業状況に基づいて最適な冷却媒体供給量を確保することができるからである。この場合も、さらに必要に応じて外管とクロスタイロッドとの間の環状空間内に流す冷却媒体の流量制御装置４５をも配置することにより、本発明の上記（１１）にあるように、配管内に流す冷却媒体及び／又は外管とクロスタイロッドとの間の環状空間内に流す冷却媒体の供給量は、炉団全体での冷却媒体供給量と各炭化室毎の冷却媒体供給量を予め設定し、当該設定した供給量になるように調整することができるようになる。
【００３２】
クロスタイロッドの温度は、クロスタイロッドに隣接する炭化室の乾留の経過状況とともに変動する。従って、炭化室の乾留経過時間によって決まる最適な冷却媒体供給量パターンを決めることができる。同じように、炭化室内への冷却媒体吹き込みについても、乾留の経過状況とともに吹き込み最適量が変動するので、炭化室の乾留経過時間によって決まる最適な冷却媒体供給量パターンを決めることができる。クロスタイロッドの冷却と炭化室内吹き込みのそれぞれの目的に応じた最適冷却媒体供給量パターンが相互に異なった場合には、各時点で流量の多い方のパターンを採用すればよい。さらに必要に応じて外管とクロスタイロッドとの間の環状空間内に流す冷却媒体の供給量パターンも定め、本発明の上記（１２）にあるように冷却媒体供給量を制御すると好ましい。
【００３３】
クロスタイロッドの温度は、当該クロスタイロッド近傍の温度を実測することによっても推定することができるので、本発明の上記（１３）のように実測温度に基づいて冷却媒体の流量を制御しても良い。クロスタイロッドに隣接する燃焼室内の温度であれば、コークス炉の制御のために従来から温度測定を行っているので、何ら温度計を新設することなく冷却媒体流量制御に用いることができる。一方、クロスタイロッド近傍の煉瓦若しくはクロスタイロッドの温度については、測定しようとすると新たに温度計を新設することが必要になるが、直接的にクロスタイロッドの温度を測定することができるので、制御精度をより向上させることが可能になる。
【００３４】
クロスタイロッドの温度が最も上昇するのは、クロスタイロッド近傍の炭化室に付着カーボン燃焼のために空気を吹き込むタイミングにおいてである。従って、本発明の上記（１４）にあるように、配管内に流す冷却媒体及び／又は前記外管とクロスタイロッドとの間の環状空間内に流す冷却媒体の供給量は、クロスタイロッド近傍の炭化室に空気を吹き込むタイミングに基づいて制御することとすれば、最も必要な時期に必要な流量の冷却媒体を供給することができるので好ましい。
【００３５】
本発明において、配管１１、分岐配管１２に用いる材質としては、高温強度の高いＳＴＰＡ又は伝熱性の良いＳＴＢＡから選択することができる。また、外管１０に用いる材質は、高温強度の高いＳＴＰＡやＳＴＰＴから選択することができる。
【００３６】
【実施例】
（実施例１）
炭化室炉長１５ｍで装入孔を４個有する炭化室５０窯で構成されるコークス炉に本発明を適用した。図１、図４（ａ）に概要を示す。バックステイ４は燃焼室壁構造を両側から挟む位置に配置されており、炉頂側のクロスタイロッド５はバックステイ４の頂部から２００ｍｍ下のフランジ部を挟む位置にフランジ部に接するように配置され、炉頂煉瓦内の溝に埋設されている。クロスタイロッド５としてＳＳ４００直径５０ｍｍφ長さ１６．５ｍの棒鋼を用いている。
【００３７】
クロスタイロッド５を包囲する外管１０として材質ＳＴＰＡ、内径７５ｍｍのパイプを用い、炉長方向全長に外管１０を配設した。外管１０とクロスタイロッド５との間の環状空間に空気を吹き込むため、押出機側の上昇管近傍に図示しない空気元管を配置し、各クロスタイロッド毎の外管に分岐させた。さらに図２（ｃ）に示すように外管１０の外側に冷却媒体として水を流す材質ＳＴＢＡ、直径５０ｍｍの配管１１を炉長方向全長に沿わせ、図４（ａ）に示すように押出機側２５とコークサイド側２６の両端からそれぞれ炉長中央方向に向かい配管内に水を流した。配管１１の途中に装入孔間の位置で分岐配管１２を設け、図５に示すように装入孔間の煉瓦を開口し、押出機側から見てバックステイ右側のクロスタイロッド近傍の配管からは若番の炭化室内に、押出機側から見てバックステイ左側のクロスタイロッド近傍の配管からは末番の炭化室内に各２本ずつの分岐配管１２を導いた。
【００３８】
上昇管２３は押出機側２５の端部に立設されており、ＣＯＧの吸引が押出機側になされることから、炭化室内への水吹き込み位置は、４個の装入孔の間の空間及びコークサイド側端部に近い部分とし、炭化室天井煉瓦を開口して設けた。１炭化室当たり４本の水吹き込み分岐配管１２がなされることとなった。分岐配管１２の炭化室内先端には図５に示すようにノズル１５としてフラットノズルを配置した。
【００３９】
各炭化室には常時２リットル／分の水を流し、コークス炉団が５０窯から構成されることから全体で１００リットル／分の水を流した。図６に示すように、コークス炉の端部メンテナンスデッキ部にポンプ３３や流量調整弁２０を配置し、全体の水供給量を制御した。各クロスタイロッド毎の配管１１には、枕管３４から分岐した直後に調整コック３５を配置し、予め調整コック開度と流量の関係を求めておき、各配管にほぼ同量の水が流れるように調整した。押出機側２５とコークサイド側２６の両方に枕管３４を設け、図４（ａ）に示すように配管１１の両側から水を供給した。各炭化室に常時２リットル／分の水を流すことにより、第１にクロスタイロッド５が配管１１を流れる水によって冷却され、クロスタイロッド５の温度を下げることができた。第２に炭化室上部空間の温度を低下させて炭化室内炉壁カーボン付着量を低減することができた。
【００４０】
コークス炉の燃焼室においては、各燃焼室の中央部に炉頂から熱電対３１ａを挿入して燃焼室内の温度管理を実施している。この温度計による実測温度を本発明の水量制御に適用し、温度が高い場合にはクロスタイロッドの冷却水量を調整した。例えば、燃焼室温度が１１００℃の場合にはクロスタイロッド２本当たりの冷却水量を２リットル／分に設定し、燃焼室温度が１２００℃の場合は２．５リットル／分に増量した。逆に温度が１０００℃の場合には１．５リットル／分に減量した。これにより、冷却水量を２リットル／分一定に制御した場合に比較し、クロスタイロッド温度をより安定して低下させるとともに、合計冷却水使用量を低減することができた。
【００４１】
クロスタイロッドの温度は、燃焼室内の温度のみならず、局所的には特に上昇管近傍や装入孔の近くにおいて炭化室内の状況の影響を強く受け、これらの部位のクロスタイロッド温度の上昇によってクロスタイロッドの伸張が起こる。そこで、クロスタイロッドに直接熱電対を固定し、特に上昇管近傍に貼付した熱電対温度計によって注水量の調整を行った。これにより、より効果的にクロスタイロッドの冷却効果を得ることができた。
【００４２】
以上の実施例では配管の両端から水を供給する形態を採用した。次に、図３（ｃ）、図４（ｂ）に示すように配管１１の押出機側２５からのみ水を供給する形態を実施した。配管内の流量は、枕管に近い押出機側２５が最も多く、分岐配管１２に水が分岐されるに従って配管内の流量が減少する。日常のコークス炉操業において、装入孔２４から空気を入れ、上昇管２３のドラフトを利用して排気する形態をとっているコークス炉においては、クロスタイロッド５の温度分布を測定すると、上昇管近傍が最も温度が高い特徴があることが分かった。上昇管２３は押出機側２５に配置されているので、クロスタイロッド５の温度が最も高い押出機側２５が、配管内の水量が最も多い部位と一致している。従って、配管１１の押出機側２５からのみ水を供給する本形態においては、配管の両側から水を供給する形態に比較し、少ない水流量でクロスタイロッドを効果的に冷却することができ、給水量を低減することができた。
【００４３】
配管１１に供給した水は図５にあるように分岐配管１２から炭化室上部空間２２に吹き込まれる。枕管から配管１１に供給された水は、配管内でクロスタイロッド５を冷却する過程で水温が約４０℃上昇し、その後炭化室内に吹き込まれる。炭化室上部に２リットル／分の水を噴霧することにより、炭化室空間温度は約３０℃低下することがわかった。
【００４４】
炭化室炉頂空間温度やクロスタイロッドの温度は、炭化室の乾留経過時間即ち石炭装入後経過時間にあわせて変化する。そこで、給水枕管から各クロスタイロッドの配管に分岐する部位に外部信号により開度調整可能な自動調整弁を設けた。中央操作室にて各炭化室への装入時刻が把握できることから、装入信号によりそれからの経過時間にあわせて各クロスタイロッドへの吸水量を調整した。一つのパターンとして、装入後〜１０時間までを１リットル／分とし、１０時間後〜１５時間後に１．５リットル／分、それ以降を２．０リットル／分とした。こうすることにより、発生ＣＯＧに混入する水蒸気量を無駄に増やさないことが可能になり、ガス精製工程での安水処理において省エネを図ることができた。
【００４５】
炭化室における石炭の乾留を終了した後、炭化室上部空間に付着したカーボンを除去するために炭化室内に空気を吹き込む。この空気吹き込み中においてクロスタイロッドの温度上昇が激しいので、このタイミングにおいて配管に供給する冷却水量を増大すれば、冷却水量を増大する時間はわずかで済み、また注水量を多くしても石炭の乾留に影響を与えず、ガス精製工程での影響も少なく、一方でクロスタイロッドの温度上昇を効果的に抑制することができる。
【００４６】
（実施例２）
実施例１と同じバックステイ及びクロスタイロッドを有するコークス炉において、同じ内径７５ｍｍの外管を配設した。図８に示すように各クロスタイロッドの外管に沿って直径４／８インチの配管１１を２本配設した。各配管の途中に分岐配管を各４本設けた。各炭化室毎に、分岐配管は合計１６本配置されることとなる。
【００４７】
両冷却媒体配管には、１炭化室当たり３リットル／分の水を流し、その全量を炭化室内に分岐支管を経由して注水した。クロスタイロッドの外管に沿わせて配置した冷却媒体配管は、クロスタイロッドの右上と左下位置に設置した。その結果、クロスタイロッドの温度は常時１５０℃以下に抑えることができ、乾留初期には１００℃未満に下げることができた。また、炭化室上部空間部温度は、注水前に比較して約１００℃下げることができ、壁煉瓦への付着カーボン量を従来の２／３に低下させることができた。
【００４８】
【発明の効果】
本発明は、クロスタイロッドあるいはクロスタイロッドを包囲する外管に配管を沿わせ、その配管内に冷却媒体を流すことによってクロスタイロッドを冷却することにより、配管は炉頂煉瓦内に埋設して配置され、炉頂上部の作業スペースの障害となることがない。各クロスタイロッド毎に隣接する燃焼室や炭化室の操業に合わせて最適な冷却媒体流量を選択することができ、効率的な冷却を行うことができる。クロスタイロッド自体には冷却媒体が接触しないので、冷却媒体との接触に基づくクロスタイロッドの腐食が発生するおそれがない。
【００４９】
本発明はまた、配管の途中に分岐配管を設け、配管中を流れる冷却媒体の一部又は全部を該分岐配管を通して炭化室内に導くことにより、炭化室上部空間を冷却して炉頂空間へのカーボン付着を抑制することができる。本発明においては、配管も分岐配管も炉頂煉瓦の内部に埋設されているので、炭化室内への水吹き込み配管が炉上における作業の障害となることがない。また、クロスタイロッドの冷却と炭化室上部空間の冷却とを同じ冷却媒体即ち水で兼ねることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の炉締構造を有するコークス炉を示す斜視部分図である。
【図２】本発明の炉締構造を有するクロスタイロッド部分の断面図であり、（ａ）（ｂ）はクロスタイロッドと配管を有する場合、（ｃ）（ｄ）はクロスタイロッドを包囲する外管と配管を有する場合、（ｅ）（ｆ）は中空鋼管のクロスタイロッドを有する場合である。
【図３】本発明のクロスタイロッド、外管と配管の炉長方向配置状況を示す概略図であり、（ａ）〜（ｃ）は炉長方向全長に外管と配管を有する場合、（ｄ）は部分的に外管と配管を有する場合である。
【図４】本発明の配管と分岐配管の配置状況を示す平面図である。
【図５】本発明の分岐配管とノズルの配置状況を示す部分断面図である。
【図６】本発明の冷却媒体の流通経路を示す概略斜視図である。
【図７】コークス炉におけるクロスタイロッドの配置状況を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は部分平面図、（ｃ）は部分立面図である。
【図８】本発明の配管と分岐配管の配置状況を示す平面図である。
【符号の説明】
１　コークス炉
２　炭化室
３　燃焼室
４　バックステイ
５　クロスタイロッド
６　ナット
７　スプリング
８　石炭
１０　外管
１１　配管
１２　分岐配管
１３　冷却媒体
１４　環状空間
１５　ノズル
１６　流量制御装置
１７　クロスタイロッドの中空部
１８　冷却媒体供給
１９　冷却媒体排出
２０　流量調整弁
２１　炉頂煉瓦
２２　炭化室上部空間
２３　上昇管
２４　装入孔
２５　押出機側
２６　コークサイド側
２７　端装入孔近傍
３１　温度計
３２　流量計
３３　ポンプ
３４　枕管
３５　調整コック
４１　環状空間
４２　供給支管
４３　供給支管の流量制御装置
４４　環状空間内冷却媒体供給支管
４５　環状空間内冷却媒体供給支管の流量制御装置
【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】
2004124001.tif 000007
【図６】
2004124001.tif 000008
【図７】
2004124001.tif 000009
【図８】
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