(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の炭化室と燃焼室とが交互に配列した水平室炉式コークス炉において、
各炭化室における乾留時間を測定するとともに、
前記各炭化室を両側から加熱する各燃焼室の温度を、前記各炭化室における石炭の乾留中に複数回、前記各燃焼室において同じ条件で測定し、測定した温度の平均値を前記各燃焼室の代表温度として用い、
測定された乾留時間を縦軸に、該乾留時間が測定された炭化室の両側の燃焼室の代表温度の平均値を横軸にプロットしてグラフを作成し、
該グラフから、前記乾留時間を前記代表温度の平均値で表す回帰線を作成し、
前記回帰線上またはその付近に位置する炭化室を炉団の平均的な状態にあるもの（以下、Ａ点という）と判断し、
前記回帰線の上側に位置する炭化室を、該炭化室内に代表温度よりも温度の低い部位が存在するもの（以下、Ｂ点という）と判断し、
前記回帰線の下側に位置する炭化室を、該炭化室内に代表温度よりも温度の高い部位が存在するもの（以下、Ｃ点という）と判断することで、ある一つの炭化室内で発生した温度分布の状態を推定することを特徴とするコークス炉炭化室内温度分布の推定方法。
【請求項２】
請求項１に記載のコークス炉炭化室内温度分布の推定方法を用い、炭化室の温度分布を推定し、
Ｂ点及びＣ点の炭化室の温度分布がＡ点の温度分布となるように、Ｂ点及びＣ点の炭化室の温度調整を行なうことを特徴とするコークス炉の操業方法。
【請求項３】
請求項１に記載のコークス炉炭化室内温度分布の推定方法を用い、炭化室の温度分布を推定し、
Ｂ点及びＣ点の炭化室の温度分布がＡ点の温度分布となるように、Ｂ点及びＣ点の炭化室の温度調整を行ない、炭化室内の石炭を乾留することを特徴とするコークスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水平室炉式コークス炉において石炭類を乾留してコークスを製造するに際し、コークス炉炭化室内の温度分布を簡明な方法により推定し、その分布を制御することで効率的なコークス炉の操業を行ない、あわせてコークスの品位バラツキを低減する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水平室炉式コークス炉において、石炭類を乾留してコークスを製造する際には、概略次のような工程をとる。まず、適当な性状の石炭類を粒度調整し、場合により部分的に乾燥あるいは成型を行なった後、コークス炉の炭化室と称される例えば幅約０．３〜０．６ｍ、高さ約４〜８ｍ、長さ約１０〜２０ｍの密閉された空間にこれらを装入する。コークス炉は、この炭化室と、燃焼室と称される例えば幅約０．５〜１ｍ、高さ及び長さが炭化室と概略同じレンガ構造体が交互に連続して１０〜５０組程度設置された構成となっていて、燃焼室にはガスを燃焼させることができるバーナー構造などが設置され、炭化室に装入された石炭は燃焼室からの熱で加熱乾留される。約１５〜２４時間加熱することにより炭化室の石炭は約１０００℃のコークスとなり、その後、炭化室の長さ方向両端に設置された炉蓋を取り除いて、片側から赤熱コークスを押出し、冷却して製品のコークスが得られる。
【０００３】
上記工程において、石炭に熱を供給するための燃焼室の温度制御は極めて重要である。なぜならば、燃焼室における温度の異常は、直接、炭化室内の石炭の乾留異常に結びつき、様々なトラブルの原因となるからである。例えば、燃焼室内の温度バラツキにより、炭化室内の石炭の昇温が不均一となって部分的に未乾留の部分が発生すると、コークスの品質のバラツキが増大したり、未乾留部分の熱収縮不足により、コークスを炭化室から押出す際の抵抗が増大する結果、操業トラブルを招いたりすることが知られている。また、もしこの未乾留部分を解消しようとして全体の炉温を上げると、ある部分には過剰な熱が与えられることになり、熱効率の悪化を招く。さらに、上記にように１０〜５０組存在する炭化室の乾留時間が温度分布の発生によってばらつくと、コークスを炭化室から押出すスケジュールに乱れをきたし、効率的な操業を行なうことは困難である。
【０００４】
しかし、炭化室および燃焼室は、幅に比べて高さと長さがそれぞれ１０から４０倍と、扁平な構造となっているため、内部を均一で望ましい温度に維持することは容易ではない。特に、密閉された炭化室内の温度を知り、制御しようとすることは、頻繁に石炭装入、コークス押し出し作業を行なうコークス炉にあってはセンサーを設置するということだけでも極めて困難なことと言わざるを得ない。
【０００５】
また、コークス押出し機の押出しラムに放射温度計を取り付け、該温度計を用いてコークス炉炭化室炉長方向の温度分布を測定する技術（例えば、特許文献１参照。）、あるいは、乾留完了後コークス炉から排出される赤熱コークスの温度を順次測定する技術（例えば、特許文献２参照。）もあるが、いずれも押出し後の大気に露出した炭化室壁あるいは赤熱コークスの温度であるため温度誤差が大きく、精度上の問題がある。
【０００６】
従って、炭化室内の温度不均一にもとづく不利益を低減するためには、熱源となる燃焼室の温度を多くの部位で頻繁に測定し、適切な制御を加えることが望ましいと考えられている。
【特許文献１】特開２００６-２６５２７３号公報
【特許文献２】特開昭５８-１５４７８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、炭化室内の温度不均一にもとづく不利益を低減するためには、熱源となる燃焼室の温度を多くの部位で頻繁に測定し、適切な制御を加えることが望ましい。しかしながら、温度の測定点、頻度を上げることは、温度計設置コストや温度手動測定コスト、自動化コストの増大を招くため、必ずしも十分な点数で測定が行なわれているわけではなく、現実的には燃焼室温度は代表点１点（多くの場合、燃焼室の長さ方向中間点付近）を常時監視し、必要な場合にのみ長さ方向の温度分布を手動で測定することが行なわれているにすぎない。このような状況で操業を行なっているのは、燃焼室、炭化室の温度分布についての情報を簡明な手段で得る方法が知られていなかったことも一因である。
【０００８】
また、炭化室（およびその熱源となる燃焼室）の温度分布を調整する作業も一般に容易ではない。すなわち、通常、コークス炉においては、燃焼室全体への燃料ガス流量を調整するための弁は設置されていて燃焼室の平均温度を調整することは比較的容易であるが、燃焼室内でのガスの分配を制御するための装置は通常備えられておらず、ガス流路に設けられた穴の開口度やレンガの位置を調整することによって調整を行なうようになっているため、温度分布の調整は困難である。さらに、炉体の老朽化に伴うレンガ構造の損傷によって燃焼室の温度分布が乱れている場合、その損傷部位の補修も容易ではない。これは、一旦温度上昇したレンガを冷却するとレンガの収縮によって割れが生じるため、コークス炉は一旦操業を開始すると、その補修は極力加熱したままの状態で行なわなければならないからである。このように、温度分布の調整に多大な労力がかかるため、多くの炭化室のうち、どの窯から優先して温度調整すべきかを知ることは重要であるにもかかわらず、各窯に発生する温度分布の異常さの度合いを定量的に評価することができる簡便な方法は知られていない。
【０００９】
このような現状に鑑み、大きな設備的、人的投資を行なうことなく、簡便な方法で炭化室および燃焼室内部の温度分布を定量的に推定する方法を提供し、もって、効率的なコークス炉の操業および、品質バラツキの少ないコークスの製造技術を提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記課題解決のため、燃焼室の温度分布によってひきおこされる炭化室内の現象に着目した。すなわち、温度分布の不均一によって引き起こされる不利益が直接には炭化室内の現象に基づいて発生することに鑑み、その観測によって温度分布の異常を検出する可能性について種々の検討を行なった結果、本発明の完成に至った。
【００１１】
すなわち、本発明の特徴は以下の通りである。
（１）、複数の炭化室と燃焼室とが交互に配列した水平室炉式コークス炉において、各炭化室における乾留時間と前記各炭化室を両側から加熱する燃焼室の代表温度とを測定し、
ある一つの炭化室内で発生した温度分布の状態を、前記各炭化室における乾留時間と前記各炭化室を両側から加熱する燃焼室の代表温度の平均値との関係に基づいて推定することを特徴とするコークス炉炭化室内温度分布の推定方法。
（２）、燃焼室の代表温度として、各燃焼室において同じ条件で測定し、隣接する炭化室における石炭の乾留中に複数回測定した平均値を用いることを特徴とする請求項１に記載のコークス炉炭化室内温度分布の推定方法。
（３）、（１）または（２）に記載のコークス炉炭化室内温度分布の推定方法を用い、得られた温度分布の推定値に基づき、炭化室の温度調整を行なうことを特徴とするコークス炉の操業方法。
（４）、（１）または（２）に記載のコークス炉炭化室内温度分布の推定方法を用い、得られた温度分布の推定値に基づき、炭化室の温度調整を行ない、炭化室内の石炭を乾留することを特徴とするコークスの製造方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、低コストで簡便な方法で炭化室内の温度分布を知ることできる。また、コークス炉の効率的な操業が可能になる。さらに、品位バラツキの少ないコークスを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態を説明する。
【００１４】
本発明は、炭化室内の乾留状態が温度によって変化することを利用したものである。すなわち、高温の条件では乾留が早く進行し、低温の条件では乾留の進行が遅くなる。その結果、加熱温度により、乾留終了までの時間に差が生じる。乾留が終了すると、石炭からコークスへの転換反応が終了して石炭からのガス発生がほぼ終了するため、これを利用して石炭の乾留が終了したことを知ることができる。この乾留終了判定の方法は公知の方法がいくつか知られており、古くは石炭から発生するガスを燃やした時の色をもって判断されることが多かったが、最近では上昇管と呼ばれる発生ガス回収ライン（１つの炭化室につき１本ずつ設置されている）でのガス温度や流量、組成を測る方法が一般的である。このようにして計測される、石炭装入から乾留終了までの時間をここでは「乾留時間」と呼ぶ。なお、乾留終了のことを「火落ち」と呼ぶことがあるため、「火落ち時間」という用語も用いられているが、本発明において用いる「乾留時間」と同義語である。
【００１５】
しかし、「乾留時間」の測定単独では、炭化室内の温度分布を直ちに知ることは不可能である。なぜなら、このようにして観測される乾留時間は、まず第一にその炭化室内の現象の平均的な状態を示したものであり、第二には、乾留時間は乾留温度とその分布以外にも、装入される石炭の水分や装入時の嵩密度、石炭の品質などにより影響を受けるため、単純に乾留時間の長短だけでは温度分布に関する情報は得られないからである。
【００１６】
本発明者らは、炭化室ごとに得られる乾留時間を同一コークス炉団の他の炭化室の乾留時間と比較解析することによって炭化室の温度分布を知ることができることを見出した。ここで、コークス炉団とは、コークス炉の操業上、ほぼ同一の操業条件において操業される炭化室群のことを指す（多くの場合、同一の操業クルーによって効率的に操業できるように５０〜２００窯程度の炭化室の操業条件を揃えて運転されるのが一般的である。）。コークス炉の各炭化室の乾留時間とその炭化室を加熱している燃焼室の代表温度との相関を解析することによって炭化室の温度分布の乱れの程度を相対的に評価し、その情報に基づいて操業を行ない、コークスを製造するものである。この方法による炭化室の温度分布の推定は具体的には以下のようにして行なう。
【００１７】
まず、１つの炭化室について、その炭化室を加熱する両側の燃焼室の代表温度を計測する。そしてその条件におけるその炭化室の乾留時間（石炭装入から乾留終了までの時間）を求める。ここで乾留終了までの時間は公知の方法で求めることができるが、好ましくは、上昇管部でのガス温度の変化を指標として、ガス発生量の低下に伴うガス温度の低下速度が大きくなる点をもって乾留終了として計測するのが誤差が少なく望ましい。燃焼室の代表温度については、燃焼室の長さ方向のほぼ中央部、より具体的には燃焼室の長さ方向の中間点から燃焼室長さの１／４の範囲の点で測定される温度を用いることが望ましい。ここで、燃焼室温度を測定する高さ方向の位置としては燃焼室上部付近のレンガに熱電対を埋め込んで計測するのが最も好ましいが、燃焼ガス流路に設置した熱電対や、放射温度計による燃焼室内部の温度測定値を用いてもよい。いずれにせよ、燃焼室の温度測定部位および測定方法は、各燃焼室において同じ条件で測定し、各燃焼室で実質的に揃えておく必要がある。しかしながら、このようにして測定される燃焼室の温度は１回の乾留操作中においても経時的に変化するので、燃焼室の代表温度としては装入から窯出しまでの乾留中に頻繁に（望ましくは連続的測定、ないしは、１回の乾留中に最低でも５回以上）測定した値の平均値を用いる必要がある。これは、ひとつの燃焼室がその両側に位置する２つの炭化室を加熱する構造になっているため、着目している炭化室の隣の炭化室に石炭が装入されると、その石炭により熱が奪われ温度が低下してしまうこと、および、側温位置によっては、燃焼切り替え（コークス炉の蓄熱室に蓄えた熱の有効利用のため、燃焼ガスおよび空気の流路を切り替えること）による温度変動があることのため、ある瞬間の温度のみではその燃焼室の代表温度とするには不十分であることによる。
【００１８】
このようにして得られた、複数窯の炭化室の乾留時間と、その両側の燃焼室代表温度の平均値とを例えばある日の操業においてプロットすると図１のようなグラフが得られる。このようなプロットを行う期間は、原料や操業条件がほぼ一定の期間が望ましく、１日、もしくはすべての稼働炭化室の窯出しが一巡する期間のデータを用いることがより好ましい。このプロットにおける回帰線の意味するところは、燃焼室代表温度の上昇による乾留時間の平均的な短縮度合いである。この方法では、炭化室の状態を除いてほぼ同一の操業条件にある炭化室間の比較を行なうことで温度分布の乱れの相対的な大きさの評価を可能としている。
【００１９】
一般に燃焼室の温度を上げれば乾留時間が短縮することは公知であるが、老朽化などの理由によって燃焼室の温度分布が大きくなっているような場合には、単純な方法では乾留時間と燃焼室温度の良好な相関を得ることが困難となる。発明者らは、燃焼室の代表温度としてどの温度を用いた場合に相関関係が最もよく現れるかの検討を行った結果、上述のような条件が好ましいことを見出したもので、この点が従来の技術から大きく進歩した点である。
【００２０】
このようにして得られた図１のプロットをもとにそれぞれの炭化室の温度分布を推定する。すなわち、回帰線上もしくはその付近に位置する炭化室は、炉団の平均的な状態にあるものと判断できる。しかし、この回帰線の上側に位置する炭化室は、燃焼室温度の割に乾留時間がかかっていることを示しており、炭化室内に代表温度よりも温度の低い部位があり、その影響により、乾留遅れが発生していることが推定できる。反対に、回帰線の下側に位置する炭化室は代表温度よりも温度の高い部位が存在することが推定される。いずれにせよ、回帰線から遠い位置にプロットされる炭化室ほど、炭化室内の温度分布が大きいことが推定され、こうした炭化室は公知の方法による温度調整や補修、あるいは手動による温度管理の強化を行う必要があることがわかり、この情報に基づいて操業改善を行なえば、コークス炉の効率的な操業が達成され、温度分布に起因するコークス品質の乱れも抑えることができる。
【実施例１】
【００２１】
図２のプロットは上述のようにして求めた、図１と同じ複数窯の炭化室の乾留時間と、その両側の燃焼室代表温度の平均値とをある日の操業においてプロットしたものである。ここで、乾留時間は、上昇管部で測定された温度の低下傾向に基づいて決定されたものであり、燃焼室代表温度は燃焼室長さ方向の中央部の燃焼室空間上部付近のレンガに埋め込まれた熱電対を用いて計測された温度の乾留時間にわたる平均値であり、炭化室両側の燃焼室の代表温度の平均を横軸としてプロットしてある。
【００２２】
図２中のＡ点で示される炭化室の両側の燃焼室の長さ方向温度分布を図３に示す。なお、この温度は燃焼室上部に設置された複数の点検口（１〜１７）から放射温度計を用い手動により測定されたものであり、そのため、代表温度を求めるために設置した熱電対の値よりも高い温度を示している。一般に炭化室は押出し機が設置される側（ＰＳ）に比べてコークスの出口側（ＣＳ）が広くなっているため、ＣＳ付近の方が石炭量が多く燃焼室の温度も高めに設定されるが、図３の温度分布は正常範囲のものである。また燃焼室の両端に近い部分は放熱の影響によりやや温度が下がるがやはり正常な範囲である。
【００２３】
これに対し、図２中のＢ点およびＣ点の炭化室で同様に計測された温度分布を図４、５に示す。Ｂ点の炭化室では、燃焼室の中央部に比較して端部の温度低下が大きい。すなわち、正常な温度分布（図３の場合）に比べて温度分布が乱れていることがわかる。Ｃ点では逆に燃焼室中央部の温度が低下してしまっている。確認のため、炭化室中央部と炉蓋近傍に熱電対を挿入して乾留終了時点のコークス層の温度を測定したところ、炭化室Ａでは中央部と炉蓋部の温度差が１００℃であったのに対し、Ｂ点の炭化室では温度差が２６０℃と、温度分布のバラつきが大きくなっていた。このようにして、図２のプロットにより、どの炭化室およびその熱源となる燃焼室の温度分布が異常となっているかを判別することができる。
【実施例２】
【００２４】
図２におけるＡの炭化室とＢの炭化室で製造されたコークスからそれぞれ１０試料のコークスをサンプリングし、それぞれの試料のＪＩＳ法によるコークス強度（ＤＩ150/15）を測定した。この時平均強度はＡで８４．０、Ｂで８４．１とほぼ同等であったが、１０試料のうちの最高値から最低値をひいた測定値のばらつきの範囲はＡで０．６であったのに対し、Ｂでは１．１であった。このことより、温度分布の乱れた炭化室で製造されたコークス試料は強度のバラツキが大きいことがわかる。なお、後日Ｂの炭化室の温度分布をノズルプレート（燃料ガス分配を制御するための部品）交換により調整を行った後、再度同様のサンプリングを行って強度の測定を行った結果、測定値のばらつきの範囲は０．５となり、温度分布の改善によりコークス強度のバラツキも改善された。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】乾留時間と燃焼室代表温度の平均の関係を示すグラフ。
【図２】乾留時間と燃焼室代表温度の平均の関係を示すグラフ。
【図３】温度分布の正常な炭化室における燃焼室の長さ方向温度分布を示すグラフ。
【図４】温度分布の異常な炭化室（Ｂ）における燃焼室の長さ方向温度分布を示すグラフ。
【図５】温度分布の異常な炭化室（Ｃ）における燃焼室の長さ方向温度分布を示すグラフ。
【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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