(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
室炉式コークス炉の炭化室からドライメーンに至る乾留ガス流通経路内において乾留ガス中の音速を測定し、音速がしきい値を超えた時点をもって火落ちと判定することを特徴とするコークス炉の火落ち判定方法。
【請求項２】
コークス炉の火落ちの判定はコークス炉の上昇管とドライメーンを接続するベンド部内であって、安水ノズルの下流側において行われることを特徴とする請求項１記載のコークス炉の火落ち判定方法。
【請求項３】
コークス炉の炭化室からドライメーンに至る管路内に設けられた超音波発信装置および超音波受信装置と、該超音波発信装置および超音波受信装置から発信される信号を処理し音速としてアウトプットする信号変換器７とを有することを特徴とするコークス炉の火落ち判定装置。
【請求項４】
超音波発信装置および超音波受信装置は、コークス炉の上昇管とドライメーンを接続するベンド部内であって、安水ノズルの下流側に設置されていることを特徴とする請求項３記載のコークス炉の火落ち判定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、室炉式コークス炉におけるコークスの乾留完了すなわち火落ちを判定する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石炭を乾留して揮発分が分離していく過程においては、最初に種々の炭化水素類およびメタンガス、水素などが発生し、乾留が進行して乾留完了に近づくにつれて炭化水素類およびメタンガスの発生は徐々に低下し、水素分の発生量が上昇する。それに伴いガスカロリーが低下し、最終的にはガス発生量そのものも低下して乾留完了、すなわち火落ちに至る。
【０００３】
室炉式コークス炉は、１室に２０〜３５ｔ程度の石炭を装入してバッチ式に石炭の乾留を行なう炭化室を含む一連の装置であって、１基のコークス炉に数十から百を超える炭化室が属し、各炭化室において順次石炭の装入、乾留、排出が行われコークスの製造と同時にコークス炉ガスを発生する。このため炭化室毎にガスの発生状況を測定し火落ちを判定することが好ましく、各炭化室毎にガスのサンプリングを行いガス組成を分析し、あるいはガス発生量を測定する等の手段を講ずる必要がある。
しかしながらかかる手段は設備コストが掛かりすぎ実際上困難であるので、種々の代替手段が提案されている。たとえば特開昭６０−６７５８９号公報、特開昭５５−９８２８０号公報には発生ガスの温度を測定することにより火落ち時刻を判定しあるいは予測する方法が開示されている。また特開平３−１６００８７号公報には乾留後のコークスの残留可燃性ガス成分を測定することにより火落ちを判定する方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような発生ガスの温度により火落ちを判定する方法は炭化室にできるだけ近い位置においてガス温度を測定しなければ発生ガス温度を正確に測定できないので、高温の炭化室近傍に温度計を設置しなければならず、温度計の寿命が短いという問題があった。
一方、ガス組成の測定により火落ちを判定する手段では、発生ガス中のタール等の低温で付着しやすい成分がサンプリング口を閉塞するという問題があり、サンプリング口の頻繁な清掃を余儀なくさせられるという問題があった。
本発明は、上記のような問題を生ずることなくコークス炉の火落ちを簡便で、耐用性がありかつ、正確に火落ち時間を判定する手段を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、石炭の乾留終了直前には発生ガスの組成が急激に変化すること、特に発生ガス中の水素濃度が火落ち直前に上昇すること、それにより発生ガス中の音速が急激に変化する現象があることを利用して完成されたものであって、具体的には以下の手段からなる。
【０００６】
まず、コークス炉の火落ち判定方法を、室炉式コークス炉の炭化室からドライメーンに至る乾留ガス流通経路内において乾留ガス中の音速を測定し、音速がしきい値を超えた時点をもって火落ちと判定することとする。
その際、好適には、火落ちの判定をコークス炉の上昇管とドライメーンを接続するベンド部内であって、安水ノズルの下流側において行うこととする。
【０００７】
また、本発明においては、コークス炉の火落ち判定装置を、コークス炉の炭化室からドライメーンに至る管路内に設けられた超音波発信装置および超音波受信装置と、該超音波発信装置および超音波受信装置から発信される信号を処理し音速としてアウトプットする信号変換器とを有してなるものとするものであり、好適には、超音波発信装置および超音波受信装置をコークス炉の上昇管とドライメーンを接続するベンド部内であって、安水ノズルの下流側に設置するものとする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態に基づき詳細に説明する。
石炭の乾留に伴い発生するコークスガスの組成は、石炭装入直後の急激な昇温時には水分の蒸発などで変動するものの、その後は乾留末期に至るまでは大きな変化はなく、容量比で、ほぼメタン４４％、一酸化炭素８％、水素３８％、その他（メタン等の炭化水素および窒素等）１０％の組成からなる。しかし、乾留末期の火落ち直前に至ると、水素濃度が急激に上昇し、ほぼメタン５％、一酸化炭素５％、水素８５％、その他（窒素等）５％の組成となる。
【０００９】
この場合においてガス中の音波の伝播速度（以下音速という）はメタン４３０ｍ／ｓ、一酸化炭素３３７ｍ／ｓ、水素１２７０ｍ／ｓであるので、上記ガス組成によって計算すると乾留進行時の発生ガス中の音速は約７３０ｍ／ｓとなるのに対し、乾留末期では約１１２０ｍ／ｓと大きくなる。したがって、発生ガス中の音速を乾留期間中にわたって測定し、その値が一定値（しきい値）を超えた時点を火落ちを判定することができる。この火落ち判定の基準となる音速のしきい値はコークス炉の操業度、装炭量などに応じて設定する。
【００１０】
本発明に係る火落ち判定方法を実施するための装置は以下の如く構成される。
図１に示すように、炭化室１から発生するコークスガスは上昇管２を経由して、ドライメーン４と呼ばれる集合ダクトへ流入する。したがって炭化室毎の発生ガス中の音速を測定して、本発明に係る火落ち判定方法を実施するに当たっては、図１および図２に示すように炭化室１からドライメーン４に至る管路内に超音波発信装置５および超音波受信装置６を設け、さらにこれら装置から発信される信号を処理し音速としてアウトプットする信号変換器７を設ける。
【００１１】
超音波発信装置５および超音波受信装置６は上昇管２または上昇管２とドライメーン４とを接続するベンド部３内に設ける。一例を示せば上記ベンド部３を横切る水平面内にその直径を挟んで超音波受信装置５として超音波マイクを、超音波受信装置６として超音波スピーカー互いに対向させて設置する。
上記超音波発信装置５および超音波受信装置６は、図２に示されているように、信号変換器７に接続され、超音波発信装置５および超音波受信装置６からの発信信号が処理され音速としてアウトプットされるようになっている。
【００１２】
上記超音波発信装置５と超音波受信装置６の設置位置は上昇管２からドライメーン４に至る管路内であればいずれの位置であってもよい。しかし上昇管２をドライメーン４とを接続するベンド部の上部には図１に示すように炭化室から発生した高温のコークスガスに安水を注水して冷却する設備である安水ノズル７が設置されているので、その下流側に設置すると、高温雰囲気による熱負荷の影響や、ガス中に含まれるタール等の付着による感度の低下を大幅に低減でき、音速測定装置の寿命を向上させ、またその保守点検費用を削減することができる。
【００１３】
【実施例】
９２門の炭化室を有し、生産能力２４００ｔ／ｄのコークス炉において、そのうちの１０門の炭化室のベンド部内に超音波マイクと超音波スピーカーを設置し、発生ガス中の音速を連続測定した。設置位置は図１に示すように安水ノズル７の下方であってガス温度が低下している部位とした。
ベンド部内の超音波マイクと超音波スピーカーは図１に示すように配管内に対向するように設置し、超音波マイクと超音波スピーカーの間隔はベンド部の管径である４５０ｍｍとした。音速の測定には周波数変調法を用いた。
なお、比較データを採るために、上記音速測定位置と同一レベルにガスサンプリング口を設け、発生ガスの組成を連続測定した。
【００１４】
試験結果を図３および図４に示す。これらは上記の１０門の炭化室で乾留を行った際の経過時間と音速との関係（図３）および経過時間とガス中の水素濃度との関係（図４）を示し、いずれも平均値である。
図３に示す音速測定結果から、石炭装入後１２時間までは発生ガスの音速はほぼ６７０〜８００ｍ／ｓであったが、１５時間を経過すると音速が１０８４ｍ／ｓ程度に上昇した。
一方図４に示したように、水素濃度は石炭装入後１２時間までは３８〜５０％のレベルを維持していたが、石炭装入後１５時間を経過した後には水素濃度が８０％にまで上昇した。
【００１５】
このように発生ガス中の水素濃度と音速の測定結果は対応性が非常によく音速を測定すれば発生ガス中の水素濃度を推定することができ、ひいてはコークス炉の火落ちを判定することができることが確認された。
なお、上記試験は安水ノズル７の下方に音速測定装置を設置して行ったので、タール等付着性の成分による悪影響は全く認められなかった。
【００１６】
上記試験結果に基づき、火落ち完了の判断のためのしきい値を音速１０８０ｍ／ｓとして、上記のコークス炉において３ヶ月にわたって実操業を行った。
その結果、本発明を実施した１０門については、操業期間中コークス炉の火落ち判定を誤作動なく行うことができ、また、超音波マイクおよび超音波スピーカーのメンテナンスも不要であった。
一方、本発明に係る装置を設置しない炭化室では、従来どおり上昇管の安水ノズルの上流側に温度計を設置し、発生ガスの温度測定結果に基づき、火落ちを判定した。
その結果、上記と同一の３ヶ月の操業期間内において、炭化室（８２門）中、温度計の寿命による交換は１４本を数え、また火落ちの判定を誤り、乾留時間を延長した回数が２回あった。これは温度計の劣化により温度測定値に誤差が生じたためであった。
【００１７】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成したので、コークス炉の火落ちを発生ガス中の音速の変化により判定することができ、従来に比べ誤作動なく測定することができ、また判定装置のメンテナンスの工数を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に係る装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】本発明における音速測定のために用いる機器接続状態を示す系統図である。
【図３】炭化室で乾留を行った際の経過時間と音速との関係線図である。
【図４】炭化室で乾留を行った際の経過時間とガス中の水素濃度との関係線図である。
【符号の説明】
１：炭化室
２：上昇管
３：ベンド部
４：ドライメーン
５：超音波発信装置
６：超音波受信装置
７：安水ノズル
８：信号変換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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