(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭を装入して乾留する炭化室、及び該炭化室を両側から加熱するための燃焼室を炉幅方向に交互に複数列備える炉団と、各々の前記燃焼室に燃料ガスと空気をそれぞれ供給する燃料ガス流路及び空気流路と、各々の前記燃焼室から排出された排ガスを炉の前後に設けられた集合煙道に流す水平煙道と、それぞれの前記水平煙道の前後端にそれぞれ設けられたダンパーとを有するコークス炉の炉内圧制御方法において、
各々の前記水平煙道から前記集合煙道に向かう排ガスの排出流速が、それ以前の制御で使用した前記炉団の平均排ガス排出流速を保持するように、前記ダンパーの開度を決定することを特徴とするコークス炉の炉内圧制御方法。
【請求項２】
前記水平煙道から前記集合煙道に向かう排ガスの排出流速は、前記燃料ガスの流量、燃焼用の空気の流量、及び前記ダンパーの排ガス排出流通面積に基づいて計算する請求項１記載のコークス炉の炉内圧制御方法。
【請求項３】
前記炉団の平均排ガス排出流速は、前記燃焼室の炉内圧力と前記集合煙道のドラフト圧を測定し、更に排ガスの流量係数αを固定定数、排ガスの膨張補正係数εを固定定数として行う請求項１記載のコークス炉の炉内圧制御方法。
【請求項４】
前記燃焼室の炉内圧力の測定は、１又は少数の燃焼室に炉内圧力計を配置し、その計測値によって決定する請求項３記載のコークス炉の炉内圧制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は炭化室と燃焼室とが複数列配列されたコークス炉の炉内圧制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にコークス炉は、炉幅方向に交互に複数列配列された炭化室と燃焼室との対で１つの炉を形成し、通常は５０〜１００個の炉が集まって１つの炉団を構成している。燃焼室は炉壁（レンガ壁）を介して炭化室と隣接し、炉長方向に２０〜３０個の小燃焼室に仕切られており、各小燃焼室の底部は蓄熱室に通じている。
各々の小燃焼室には、燃料ガスコックと空気コックで流量調整された燃料ガスと空気がそれぞれの予熱用蓄熱室で予熱されて供給され、これらの燃焼によって炉壁を通じて両側の炭化室が加熱され、石炭の乾留が行われる。各々の小燃焼室で生成した排ガスは熱回収用蓄熱室に引き落とされて熱回収され、水平煙道に排出され、集合煙道に集合されて煙突から大気に排出される。そして予熱用蓄熱室を「立ち側」、熱回収用蓄熱室を「引き側」と称し、立ち側と引き側は燃焼サイクル（３０分の制御周期）で交互に切り替えられる。
【０００３】
この種のコークス炉では、先に本出願人が発行した製鉄研究３２５号に示すように、炉団に供給する燃料ガス流量や空気流量を制御して炉団平均乾留時間を目標乾留時間に保持する炉団平均乾留時間制御と、燃料ガス流量の変動に伴う燃焼室内圧力（以後、単に炉内圧と称す）の変動を抑制するのに集合煙道に設けた引き圧調整用煙道ダンパーの開度を制御する炉団平均炉内圧制御が一般的に行なわれている。
ところで、コークス炉では多数の炭化室を用いて大量の石炭を乾留するので、乾留時間は炭化室間でほぼ同一時間になることが望まれ、各々の燃焼室に供給される燃料ガスや空気の流量が調整されている。そして、各々の燃焼室に供給される燃料ガス流量の変動に伴う炉内圧変動の抑制は、水平煙道の両端部に設けたウェストダンパー（以後、単にダンパーと称す）の開度調整によって行なわれるが、その調整には高度の経験と技能が要求され、極めて困難である。すなわち、燃焼室で生成した排ガスの排気系統は図３に模式的に示すように、複雑であり、炉内圧の制御は極めて困難である。図３において、燃焼の前半サイクル（蓄熱室（ｉ）が引き側のとき）では、燃焼室（ｉ）と燃焼室（ｉ＋１）で生成した排ガスは、実線で示す経路を経て蓄熱室（ｉ）に引き落とされ、それぞれのレンガ壁に熱回収されたのち水平煙道（ｉ）に排出される。
【０００４】
燃焼の後半サイクル（蓄熱室（ｉ−１）、（ｉ＋１）が引き側のとき）では、燃焼室（ｉ−１）、（ｉ）で生成した排ガスは破線で示す経路を経て蓄熱室（ｉ−１）に引き落とされ、熱回収されたのち水平煙道（ｉ−１）に排出され、燃焼室（ｉ＋１）、（ｉ＋２）で生成した排ガスは破線で示す経路を経て蓄熱室（ｉ＋１）に引き落とされ、熱回収されたのち水平煙道（ｉ＋１）に排出される。そして、水平煙道（ｉ−１）、（ｉ）、（ｉ＋１）に排出された排ガスは、それぞれの両端部に設けたダンパーを通して集合煙道に集合される。このように燃焼室で生成した排ガスの排気系統は相隣する２つの燃焼室に連なり、１つの水平煙道でのダンパー開度の調整は２つの燃焼室の炉内圧変動に影響を及ぼすことになる。したがって、ダンパー開度の操作による炉内圧の変化を定量的に把握しない限り、その正確な制御は困難である。
そこで、従来より各々の燃焼室に供給する燃料ガス流量に基づいて熟練作業者が経験に基づいてダンパーの開度調節を繰り返して、炉幅方向に均一な炉内圧分布を得んとしているのが実情である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方法では熟練作業者が必要であるし、作業者の経験と技能によってダンパーの開度操作にばらつきが生じ、その結果、各燃焼室の炉内圧が変動し、炉内圧の変動は炉体損傷の原因となり、最適な炉操業には縁遠いものであった。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、炉幅方向に均一な炉内圧分布を達成可能なコークス炉の炉内圧制御方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う請求項１記載のコークス炉の炉内圧制御方法は、石炭を装入して乾留する炭化室、及び該炭化室を両側から加熱するための燃焼室を炉幅方向に交互に複数列備える炉団と、各々の前記燃焼室に燃料ガスと空気をそれぞれ供給する燃料ガス流路及び空気流路と、各々の前記燃焼室から排出された排ガスを炉の前後に設けられた集合煙道に流す水平煙道と、それぞれの前記水平煙道の前後端にそれぞれ設けられたダンパーとを有するコークス炉の炉内圧制御方法において、各々の前記水平煙道から前記集合煙道に向かう排ガスの排出流速が、それ以前の制御で使用した前記炉団の平均排ガス排出流速を保持するように、前記ダンパーの開度を決定している。
請求項２記載のコークス炉の炉内圧制御方法は、請求項１記載のコークス炉の炉内圧制御方法において、前記水平煙道から前記集合煙道に向かう排ガスの排出流速は、前記燃料ガスの流量、燃焼用の空気の流量、及び前記ダンパーの排ガス排出流通面積に基づいて計算している。
請求項３記載のコークス炉の炉内圧制御方法は、請求項１記載のコークス炉の炉内圧制御方法において、前記炉団の平均排ガス排出流速は、前記燃焼室の炉内圧力と前記集合煙道のドラフト圧を測定し、更に排ガスの流量係数αを固定定数、排ガスの膨張補正係数εを固定定数として行っている。
そして、請求項４記載のコークス炉の炉内圧制御方法は、請求項３記載のコークス炉の炉内圧制御方法において、前記燃焼室の炉内圧力の測定は、１又は少数の燃焼室に炉内圧力計を配置し、その計測値によって決定している。
【０００７】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は本発明の一実施の形態に係るコークス炉の炉内圧制御方法を適用したコークス炉の主要部の外観図、図２は同コークス炉の流路主要部の構成図、図３は同コークス炉の燃焼室で生成した排ガスの排気系統の模式図、図４は同コークス炉の炉内圧制御方法における炉内圧制御系の構造を示すブロック図である。
【０００８】
図１及び図２においては、コークス炉１０の内部構造がわかるように部分的に断面が示されている。図を参照して説明すると、石炭が装入される炭化室１１とこの炭化室１１を両側から加熱するための燃焼室１２とはＺ軸方向（炉幅方向）に互いに交互に配置されており、各々多数設けられている。炭化室１１の下方には蓄熱室１３が設けられており、蓄熱室１３は供給される燃料ガスと空気を燃焼室１２に導くと共に、燃焼によって生成した排ガスをコークス炉の前後に設けられた集合煙道１４ａ、１４ｂに導く。したがって高温の排ガスが通過する蓄熱室１３は排ガスによって加熱され、熱を蓄積するので、燃焼室１２に導かれる燃料ガスと空気は、予め蓄熱室１３内で予熱され、温められ燃焼し易くなる。
なお、この実施の形態では、燃料ガスと空気が通る流路（燃料ガス流路と空気流路）と排ガスが通る水平煙道（ソールフリュー部）１７は燃焼サイクル（３０分の制御周期）で交互に切り替えられる。石炭は各炭化室１１に装入され、乾留が終了した石炭、すなわち乾留されたコークスは図示しない押し出し機によって炉蓋１５側（ＰＳ）から押し出され、その反対側（ＣＳ）から炉外に取り出される。
【０００９】
コークス炉の流路主要部の構成について、図２を参照して説明する。空気（ＡＩＲ）２１は立ち側にある空気コック２２によって流量調整され、切り替えコック２３、水平管１８ａ及びアンダージェットパイプ１９ａを通って蓄熱室１３から燃焼室１２に供給される。また、互いにカロリーの異なるコークスガス（ＣＯＧ）と高炉ガス（ＢＦＧ）を混合した燃料ガス（ＭＧ）２４は、燃料ガスコック２５によって流量調整され、切り替えコック２６、水平管１８ｇ及びアンダージェットパイプ１９ｇを通って蓄熱室１３から燃焼室１２に供給される。炉団に供給される空気の流量や燃料ガスの全体の流量は流量調節器２７、２８によってそれぞれ流量調整される。これらの流量調節器２７、２８は、図示しないプロセスコンピュータによってこれらの設定流量（目標流量）が制御され、流量を調整する。なお、流量調節器２７、２８に、又はこれらに直列に流量計を設けて、実際の燃料ガス流量及び空気流量を測定してもよい。
【００１０】
燃焼室１２で生成した排ガスは、蓄熱室１３を介して水平煙道１７を通り、炉蓋１５側（ＰＳ）とその反対側（ＣＳ）に設けられたダンパー１６ａ、１６ｂの開度によって形成される排ガス排出流通面積比に応じて流量分配され、ダンパー１６ａ、１６ｂのいずれかを通って集合煙道１４ａ、１４ｂに排出される。なお、炉団の代表燃焼室１２（炉団で１か所、複数箇所であってもよい）の天井部には図示しない炉内圧力計が、集合煙道１４ａ、１４ｂにはドラフト圧計が設けられている。また集合煙道１４ａ、１４ｂには図示しない引き圧調整用の煙道ダンパーが設けられており、炉団に供給する燃料ガス流量の変動に伴う炉内圧の変動を引き圧調整用の煙道ダンパーの開度を調整して抑制する炉内圧制御系が設けられている。ダンパー１６ａ、１６ｂにはそれぞれアクチュエータが接続されており、各々の開度を調整可能に構成している。これらのアクチュエータは、図示しないプロセスコンピュータによってこれらの設定開度（目標開度）が制御され、各々のダンパー開度を調整する。
【００１１】
本発明の一実施の形態に係るコークス炉の炉内圧制御方法における炉内圧制御系の構造を図４を参照して説明する。
前記プロセスコンピュータには図４に示す炉内圧制御系が構築されており、プロセスコンピュータは燃焼サイクル切り替え完了毎に、次に説明する処理手順によって各々のダンパー１６ａ、１６ｂの開度を修正制御する。なお図４に示す各ブロックの左上の○内の数字は、以下に説明する処理手順を示すものである。
【００１２】
（手順１）
前回の燃焼サイクルで引き側にあったＣＳとＰＳの排ガス排出流通面積ＳＴを計算する。
ＳCS,i＝Ｓduct−Ｓdumper×ＣＯＳ（θCS,i）
ＳPS,i＝Ｓduct−Ｓdumper×ＣＯＳ（θPS,i）      ・・・・・・・（１）
によって、ＣＳとＰＳのダンパー開度θCS、θPSを流通面積ＳCS、ＳPSに変換し、
ＳＴ,i＝ＳCS,i＋ＳPS,i                          ・・・・・・・（２）
によって、水平煙道（ｉ）の合計排ガス排出流通面積ＳＴを計算する。
ここで、Ｓductはダクト面積、Ｓdumperはダンパー面積、添字ｉは水平煙道に付した番号である。
（手順２）
前回の燃焼サイクルで各々の燃焼室に供給される燃料ガス流量と空気流量より、図３を参照して、水平煙道を通して集合煙道に集合される排ガス流量を計算する。
ＱＷＧ,i(k-1) ＝ＱＦＧ,i(k-1) ＋ＱＦＧ,i+1(k-1) ・・・・・・・（３）
ここで、ＱＷＧ,iは水平煙道（ｉ）を通して集合煙道に集合される排ガス流量、ＱＦＧ,iは燃焼室（ｉ）に供給される燃料ガス流量と空気流量によって計算される排ガス流量、また、ＱＦＧ,i+1は燃焼室（ｉ＋１）に供給される燃料ガス流量と空気流量によって計算される排ガス流量であり、ｋは燃焼サイクルを表す。
【００１３】
（手順３）
各々の水平煙道の排ガス排出流速を計算し、炉団平均排ガス排出流速を求める。燃焼室で生成し、水平煙道を通して集合煙道に集合される排ガス流量ＱＷＧ,iは、
0003752062.tif 000002
によって表される。
ここで、αは排ガスの流量係数、εは排ガスの膨張補正係数、Ｐtop は燃焼室の炉内圧力、Ｐdraft は集合煙道のドラフト圧力、ρは排ガスの密度を表す。排ガス流量の変動、すなわち、燃焼室に供給される燃料ガス流量と空気流量の変動に対して炉内圧力を一定に保持するには、ダンパーの流量特性（流量係数αや排ガスの膨張補正係数ε）を逐次推定し、その結果を用いてＣＳとＰＳの排ガス排出流通面積を計算して決定することが望ましいが、流量特性を逐次推定することは極めて困難である。そこで、コークス炉の通常操業範囲内では、流量係数や排ガスの膨張補正係数の変動は小さい（即ち、定数）と仮定し、
0003752062.tif 000003
によって、各々の水平煙道から集合煙道に集合される排ガス排出流速ＶＷＧを計算し、炉団平均排ガス排出流速ＶＷＧMEを求める。
【００１４】
（手順４）
今回の燃焼サイクルで各々の燃焼室に供給される燃料ガス流量と空気流量より、図３を参照して、水平煙道を通して集合煙道に集合される排ガス流量を計算する。
ＱＷＧ,i-1(k) ＝ＱＦＧ,i-1(k) ＋ＱＦＧ,i(k) 
ＱＷＧ,i+1(k) ＝ＱＦＧ,i+1(k) ＋ＱＦＧ,i+2(k)   ・・・・・・・（６）
（手順５）
今回の燃焼サイクルで水平煙道を通して集合煙道に集合される排ガスの排出流速を手順３で求めた炉団平均排ガス排出流速ＶＷＧMEに保持するような各々の水平煙道の合計排ガス排出流通面積を計算する。
ＳＴ,i-1＝ＱＷＧ,i-1(k) ／ＶＷＧME
ＳＴ,i+1＝ＱＷＧ,i+1(k) ／ＶＷＧME              ・・・・・・・（７）
【００１５】
（手順６）
手順５で計算した各々の水平煙道の合計排ガス排出流通面積、及び今回の燃焼サイクルまでの制御で使用したＣＳとＰＳの排ガス排出流通面積比より、今回の燃焼サイクルで引き側にある各々のダンパーの流通面積を求める。
ＳCS,i-1(k) ＝ＳＲ,i-1×ＳＴ,i-1／（１＋ＳＲ,i-1）
ＳPS,i-1(k) ＝ＳＴ,i-1／（１＋ＳＲ,i-1）
ＳCS,i+1(k) ＝ＳＲ,i+1×ＳＴ,i+1／（１＋ＳＲ,i+1）
ＳPS,i+1(k) ＝ＳＴ,i+1／（１＋ＳＲ,i+1）            ・・・・・（８）
ここで、ＳＲは今回の燃焼サイクルまでの制御で使用したＣＳとＰＳの排ガス排出流通面積比である。
（手順７）
各々のダンパーの流通面積を開度に変換して決定し、それをダンパーの開度を修正するアクチュエータに出力し、ダンパーの開度を修正する。
【００１６】
以上のような制御によって、各々の燃焼室に供給される燃料ガス流量と空気流量の変動に応じてＣＳとＰＳのダンパーの開度を調整することにより、炉幅方向の炉内圧力分布を均一分布にすることができる。
なお、本発明の説明においては、各々の水平煙道の両端部に設けたダンパーの開度を自動的な制御によって修正するように説明したが、例えばそれらの設定値を作業者に操業ガイドし、作業者によってそれらの調整を行ってもよい。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１〜４記載のコークス炉の炉内圧制御方法においては、各々の水平煙道から集合煙道に集合される排ガスの排出流速が、それ以前の制御で使用した炉団平均排ガス排出流速を保持するようにＰＳとＣＳのダンパーの開度によって形成される排ガス排出流通面積を調整し、該排ガス排出流通面積に基づいて各々のダンパーの開度を決定しているので、各々の燃焼室に供給される燃料ガス流量と空気流量の変動に応じてＣＳとＰＳのダンパーの開度を調整することによって、炉幅方向の炉内圧力分布を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るコークス炉の炉内圧制御方法を適用したコークス炉の主要部の外観図である。
【図２】同コークス炉の流路主要部の構成図である。
【図３】同コークス炉の燃焼室で生成した排ガスの排気系統の模式図である。
【図４】同コークス炉の炉内圧制御方法における炉内圧制御系の構造を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０  コークス炉                    １１  炭化室
１２  燃焼室                        １３  蓄熱室
１４ａ  集合煙道                    １４ｂ  集合煙道
１５  炉蓋                          １６ａ  ダンパー
１６ｂ  ダンパー
１７  ソールフリュー部（水平煙道）  １８ａ  水平管
１８ｇ  水平管                      １９ａ  アンダージェットパイプ
１９ｇ  アンダージェットパイプ      ２１  空気
２２  空気コック                    ２３  切り替えコック
２４  燃料ガス                      ２５  燃料ガスコック
２６  切り替えコック                ２７  流量調節器
２８  流量調節器
【図１】
0003752062.tif 000004
【図２】
0003752062.tif 000005
【図３】
0003752062.tif 000006
【図４】
0003752062.tif 000007