JP2009019173A - Coke oven operation method - Google Patents
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Abstract
【課題】装炭時における大きな圧力の発生を抑制し、空窯を設けた際の隣窯への装炭時における過大な圧力の発生とそれによる炉壁損傷を防止できるコークス炉の操業方法を提供する。
【解決手段】水分を8質量%以下に調整した石炭を炭化室に装入して乾留するコークス炉の操業において、石炭を装入していない炭化室(空窯)の隣の炭化室には水分を8.5質量%以上に調整した石炭を装入する。本発明は、調湿炭操業、あるいは、さらに低水分の乾燥炭や予熱炭を装入原料として使用する操業を通常操業として行っている場合等において、特に有効である。
【選択図】なしThe present invention relates to a coke oven operating method capable of suppressing generation of a large pressure at the time of coal charging and preventing excessive pressure generation at the time of coal charging to an adjacent kiln when an empty kiln is provided and damage to a furnace wall caused thereby. provide.
In the operation of a coke oven in which coal whose water content is adjusted to 8% by mass or less is charged into a carbonization chamber and carbonized, the carbonization chamber adjacent to the carbonization chamber (empty kiln) not charged with coal is used. Charge coal with moisture adjusted to 8.5% by mass or more. The present invention is particularly effective in a case where a humidity control operation, or an operation using dry coal or preheated coal having a low moisture content as a charging raw material is performed as a normal operation.
[Selection figure] None
Description
本発明は、石炭水分を低く調整してコークス炉に装入し、乾留するコークス炉の操業において、石炭を装入していない炭化室の炉壁に作用する圧力を緩和して炉壁の損傷を防止することができるコークス炉の操業方法に関する。 In the operation of a coke oven in which coal moisture is adjusted low and charged into a coke oven, the pressure acting on the furnace wall of the carbonization chamber not charged with coal is relaxed to damage the furnace wall. The present invention relates to a method for operating a coke oven.
コークスの製造に用いる室炉式コークス炉は、石炭を装入して乾留するための炭化室と炭化室に熱を供給するための燃焼室とが交互に数十門から百門前後配置され構成されている。なお、炭化室は、「窯」とも称される。 The chamber-type coke oven used for the production of coke consists of several tens to hundreds of alternating carbonization chambers for charging and carbonizing coal and combustion chambers for supplying heat to the carbonization chamber. Has been. The carbonization chamber is also referred to as “kiln”.
コークス炉において、コークスは概ね次のようにして製造される。原料となる石炭は十種類程度の銘柄の石炭が配合されたもので、粉砕・粒度調整などの事前処理を施された後、ベルトコンベア等により石炭塔に運ばれ一旦貯炭される。石炭塔からは1窯分の石炭が装炭車に取り分けられ、この石炭を収容した装炭車はコークス炉の炉上を目的の炭化室まで走行し、装炭車から炭化室に石炭が装入される。 In a coke oven, coke is generally produced as follows. Coal as a raw material is a mixture of about 10 brands of coal, and after pretreatment such as grinding and particle size adjustment, it is transported to a coal tower by a belt conveyor or the like and temporarily stored. From the coal tower, the coal for one kiln is divided into a coal car, and the coal car that contains this coal travels to the target carbonization chamber on the coke oven, and the coal is charged from the coal car into the carbonization chamber. .
炭化室に装入された石炭は、炭化室の両側に配置されている燃焼室により加熱され、まず、石炭に含まれる水分が蒸発する。次いで、350〜500℃で石炭が軟化溶融し、同時に熱分解して乾留ガスやタール分が発生する。500〜600℃以上に加熱されると石炭は再固化してコークス化し、さらに、約1000℃まで加熱されて強固なコークスとなる。 The coal charged in the carbonization chamber is heated by the combustion chambers disposed on both sides of the carbonization chamber, and first, moisture contained in the coal evaporates. Next, coal is softened and melted at 350 to 500 ° C., and simultaneously pyrolyzed to generate dry distillation gas and tar content. When heated to 500 to 600 ° C. or higher, the coal is re-solidified to be coke, and further heated to about 1000 ° C. to become strong coke.
石炭は屋外に貯炭されており、平均的には8〜11%前後(含水分石炭質量に対する含有水分質量比率)の水分を有している。石炭含有水分が多いとコークス炉での消費熱量を増大させるため、近年では、石炭を一部乾燥して、水分を6%前後に調整した調湿炭を炭化室に装入する操業が多くなっている。更には、より低い水分まで乾燥した乾燥炭や、100℃以上に予熱した予熱炭を装入する操業が行われているコークス炉もある。 Coal is stored outdoors and has an average moisture content of about 8 to 11% (content moisture mass ratio to moisture coal mass). In recent years, the amount of heat contained in the coke oven increases when the moisture content in the coal is high, and in recent years, there has been an increase in operations in which coal is partially dried and conditioned coal whose moisture content has been adjusted to around 6% is charged into the carbonization chamber. ing. In addition, there are coke ovens in which dry coal dried to lower moisture and operation of charging preheated coal preheated to 100 ° C. or more are performed.
炭化室内の石炭は両側の燃焼室から珪石レンガ壁を通して伝わる熱により加熱されるので、乾留は壁側から進行する。 Since the coal in the carbonization chamber is heated by the heat transmitted through the silica brick walls from the combustion chambers on both sides, dry distillation proceeds from the wall side.
図1は、コークス炉の炉幅方向における縦断面の一部を模式的に示す図で、炭化室の炉壁を構成する珪石レンガ壁(燃焼室との境をなす壁で、「加熱壁」ともいう)から炭化室中心部(炭化室の幅方向中心部で、「炭中部」と称される)までを拡大して示している。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a part of a longitudinal cross section of a coke oven in the furnace width direction. A quartz brick wall constituting a furnace wall of a carbonization chamber (a wall that forms a boundary with a combustion chamber, a “heating wall”) To the center of the carbonization chamber (the center in the width direction of the carbonization chamber, which is referred to as “charcoal middle”).
図1に示した状態は、炭化室に装入された石炭の乾留が途中まで進行した状態である。加熱壁近くの石炭が先に加熱され、コークス化してコークス層を形成し、その内側に、350〜500℃に加熱され、石炭が軟化溶融した軟化層が存在する。軟化層より炭中側には、加熱がまだ進んでいない石炭層がある。 The state shown in FIG. 1 is a state in which the carbonization of the coal charged into the carbonization chamber has progressed halfway. Coal near the heating wall is first heated and coked to form a coke layer, and a softened layer in which the coal is softened and melted is heated to 350 to 500 ° C. inside. There is a coal layer that has not been heated yet on the middle side of the coal from the softened layer.
軟化層で発生した乾留ガスやタールはコークス層を経て上部に流れ、炭化室上部の空間を通って上昇管から排出、回収される。乾留ガスやタールは、発生してから炭化室外に排出される間に、高温の炉壁面上や空間内で熱分解してカーボンを生成する。カーボン生成が多い場合には、炭化室の炉壁や天井の表面に厚く付着し、コークスの円滑な押出しを阻害したり、炭化室の炉壁や天井の表面に厚く付着し、コークスの円滑な押出しを阻害したり、上昇管内面に付着してガスの円滑な排出を阻害する等、操業上問題となる。 The dry distillation gas and tar generated in the softening layer flow upward through the coke layer, and are discharged and collected from the riser through the space above the carbonization chamber. While carbonized gas and tar are generated and discharged outside the carbonization chamber, they are pyrolyzed on the high-temperature furnace wall and in the space to produce carbon. If there is a lot of carbon production, it will thickly adhere to the furnace wall or ceiling surface of the carbonization chamber, hindering smooth extrusion of coke, or thickly adhere to the furnace wall or ceiling surface of the carbonization chamber, and smooth coke. There are operational problems such as obstructing the extrusion and preventing the gas from being smoothly discharged by adhering to the inner surface of the rising pipe.
最も加熱の遅い炭中部がコークス化し、1000℃近くまで加熱されるとコークス炉での乾留が完了する。 The middle part of the charcoal, the slowest heating, is coke, and when it is heated to near 1000 ° C., the dry distillation in the coke oven is completed.
乾留が完了すると生成したコークスは炭化室から押出機により押出される。一般的には、石炭の炭化室への装入から押出まで18〜24時間程度かけて乾留される。コークスが押出された炭化室には、引き続き新たな石炭が装入され、乾留される。このように、コークス炉は、「装入」−「乾留」−「押出」の各工程を順次繰返すことにより操業されている。 When the carbonization is completed, the produced coke is extruded from the carbonization chamber by an extruder. Generally, it is subjected to dry distillation over 18 to 24 hours from charging of coal into the carbonization chamber to extrusion. The coal chamber where the coke is extruded continues to be charged with fresh coal and carbonized. As described above, the coke oven is operated by sequentially repeating the steps of “charging”, “dry distillation” and “extrusion”.
コークスが押出されてから次の石炭が装入されるまで、通常は数分〜10分程度である。しかしながら、損傷した炭化室を補修する場合や、操業を継続することによって炭化室炉壁に付着したカーボンを除去する場合などには、コークスを炭化室から押出した後、新たな石炭を装入することなく炭化室を空の状態のままにして、次の窯に対して押出しと新たな石炭の装入を続けていくことがある。炭化室が空の状態のまま、1回の乾留時間、あるいは数回の乾留時間分以上が経過することさえある。石炭を装入していない炭化室を「空窯」と称し、それに対して石炭またはコークスが充填されている炭化室を「実窯」と称する。 It usually takes several minutes to 10 minutes from when coke is extruded until the next coal is charged. However, when repairing a damaged carbonization chamber or removing carbon adhering to the carbonization chamber furnace wall by continuing operation, coke is extruded from the carbonization chamber and then new coal is charged. Without leaving the coking chamber empty, the next kiln may continue to be extruded and charged with new coal. One carbonization time, or even several carbonization times or more may elapse while the carbonization chamber is empty. The carbonization chamber in which no coal is charged is referred to as “empty kiln”, and the carbonization chamber filled with coal or coke is referred to as “real kiln”.
このように石炭を装入しない空窯を設ける場合、コークス炉は、炉体強度上望ましくない危険な状態におかれる。すなわち、燃焼室を挟む2つの炭化室(窯)から炉壁に作用する水平方向の圧力(水平圧力)の差によって、炉壁に曲げモーメントが発生し、水平圧力の大きい側の炉壁上部や下部、水平圧力の小さい側の中央部で限界モーメントを超え、炉壁に損傷が生じることが、従来から指摘されている。 Thus, when providing the empty kiln which does not charge coal, a coke oven will be put in the dangerous state which is undesirable on furnace strength. That is, due to the difference in horizontal pressure (horizontal pressure) acting on the furnace wall from the two carbonization chambers (kiln) sandwiching the combustion chamber, a bending moment is generated in the furnace wall. It has been pointed out that the furnace wall is damaged by exceeding the limit moment in the lower part, the central part on the side of low horizontal pressure.
図2は、水平圧力を受けた時の炉壁変形概念図で、燃焼室とこれを挟む2つの炭化室の一部を模式的に示す縦断面図である。(a)は燃焼室を挟む2つの炭化室の一方が空窯の場合、(b)は通常操業時で、2つの炭化室のいずれも石炭またはコ−クスが充填されている場合である。 FIG. 2 is a conceptual diagram of a furnace wall deformation when subjected to horizontal pressure, and is a longitudinal sectional view schematically showing a combustion chamber and a part of two carbonization chambers sandwiching the combustion chamber. (A) is a case where one of the two carbonization chambers sandwiching the combustion chamber is an empty kiln, and (b) is a case where normal operation is performed and both of the two carbonization chambers are filled with coal or coke.
図2に示すように、コークス炉の炉底3から天井4の下面にわたって炉壁1が設けられ、その両側に炭化室が形成されるとともに、炉壁1の内側には炭化室に熱を供給するための燃焼室2が形成されている。燃焼室2は炉長方向に30前後の小室(フリュー)に分かれて、それぞれ仕切り壁で区切られている。仕切り壁があるために、空窯側の加熱壁と実窯(隣窯)側の加熱壁が一体となって撓む。
As shown in FIG. 2, a
燃焼室2を挟む2つの炭化室の一方が空窯5で、他方の炭化室が石炭またはコ−クス6で充填されている図2(a)の場合は、空窯5から炉壁1に作用する圧力はないため、炉壁1は隣窯(前記空窯5から燃焼室2を挟んで隣に存する石炭またはコ−クス6で充填された炭化室)からのみ水平圧力(図中に矢印で表示)を受けることになる。この場合は、隣窯から大きな水平圧力が作用すると、そのまま炉壁1に対する曲げ圧力となり、炉壁1の損傷につながりやすい。
In the case of FIG. 2A in which one of the two carbonization chambers sandwiching the
つまり、炉壁が燃焼室を挟む2つの窯の一方の実窯から他方の空窯に比べて非常に大きな水平圧力を受けると、炉壁が撓み、実窯側の上部、下部と空窯側の中央部で引っ張り力を生じて、炉壁レンガの目地切れや、亀裂発生を生じさせ、炉壁損傷につながる。さらに、水平方向の圧力を支えきれないと、炉壁自体が倒壊することさえ起こりうると考えられる。 In other words, when the furnace wall is subjected to a very large horizontal pressure from one of the two kilns sandwiching the combustion chamber compared to the other empty kiln, the furnace wall bends, and the upper and lower sides of the actual kiln side and the empty kiln side Tensile force is generated at the center of the furnace, causing breakage of the furnace wall bricks and cracking, leading to furnace wall damage. Furthermore, if the horizontal pressure cannot be supported, the furnace wall itself may even collapse.
一方、石炭またはコークスが充填されている通常操業の場合は、図2(b)に示すように、両方の窯から互いに方向が反対の水平圧力が作用するので、水平圧力が相殺され、空窯にしている場合よりも炉壁に曲げ圧力として作用する力は小さい。また、一方から非常に大きな水平圧力が作用して炉壁1が撓もうとしても、石炭またはコークス6が充填されているために、その変形の反力が生じて相殺され、撓みが抑制されて炉壁損傷や倒壊までには至らないと考えられる。
On the other hand, in the case of normal operation in which coal or coke is filled, as shown in FIG. 2 (b), horizontal pressures in opposite directions act from both kilns, so that the horizontal pressure is offset and the empty kiln The force acting as a bending pressure on the furnace wall is smaller than that in the case of the above. Further, even if a very large horizontal pressure is applied from one side and the
空窯5の炉壁1が隣窯から受ける圧力で、炉壁に損傷を与えるほどの大きな力として、従来は、乾留中に石炭が軟化溶融する際、ガスを発生しながら膨張することにより生じる軟化層のガス圧(炉壁に作用する圧力として捉え、「膨張圧」ともいう)が考えられてきた。
Conventionally, the pressure received by the
この石炭乾留中に作用する膨張圧をコークス炉損傷の許容限界圧以下(通常、10kPa以下)に抑制するために、特許文献1には、各種銘柄の原料炭単味の膨張圧を求め、配合率に応じた相加平均膨張圧を基に配合炭膨張圧を算出し、この配合炭膨張圧を許容限界圧以下にするように、配合銘柄や配合率を調整する方法が開示されている。
In order to suppress the expansion pressure acting during the coal carbonization below the allowable limit pressure of the coke oven damage (usually 10 kPa or less),
また、特許文献2には、高膨張圧炭と低石炭化度炭とを組み合わせることにより、高膨張圧炭を多量に使用しても膨張圧を許容限界以下に抑制できるコークスの製造方法が示されている。
石炭を装入しない空窯を設ける場合、従来は、空窯にする炭化室には、単に石炭を装入しないという方式を採っており、その他の炭化室には、空窯の隣の窯(炭化室)も含めて、多くの場合、通常通りの石炭を装入して乾留を行っている。すなわち、水分を調節した調湿炭を装入する操業を行っている場合は調湿炭を、通常予熱炭操業を行っている場合は予熱炭を、装入している。 In the case of providing an empty kiln without charging coal, conventionally, the carbonization chamber used as an empty kiln has simply adopted the method of not charging coal, and the other carbonization chamber has a kiln next to the empty kiln ( In many cases, including the carbonization chamber, dry distillation is performed by charging coal as usual. That is, when the operation of charging moisture-controlled coal with adjusted moisture is performed, humidity-controlled coal is charged, and when normal preheated coal operation is performed, preheated coal is charged.
しかし、本発明者らは、石炭の水分を低く調整して装入する、いわゆる調湿炭操業を行う場合、あるいは、さらに低水分の乾燥炭や予熱炭を装入する操業を行う場合には、前掲の特許文献1や特許文献2に記載されているような軟化層のガス圧(膨張圧)が大きくならない配合の石炭を原料として用いても、装炭時に炭化室内に大きな圧力が発生して炉壁に作用していることを見出した。
However, when the present inventors perform a so-called humidity-controlled coal operation in which the moisture content of the coal is adjusted to be low, or when an operation is performed to further charge low-moisture dry coal or preheated coal. Even when coal having a composition in which the gas pressure (expansion pressure) of the softened layer does not increase as described in
この装炭時に発生する過大な圧力は、石炭が軟化溶融する際に生じる軟化層のガス圧によって生じる膨張圧とは異なるものであり、したがって、前掲の特許文献1、特許文献2に示されているような石炭配合上の工夫によっては回避できない。
The excessive pressure generated at the time of coal loading is different from the expansion pressure generated by the gas pressure of the softened layer that is generated when the coal is softened and melted. Therefore, it is shown in
このように装炭時に炉壁に大きな圧力が作用する操業形態においては、空窯を設ける場合に炉壁損傷を進行させている可能性があり、空窯の隣の窯への装炭時における過大な圧力の発生を抑制することが必要である。 In the operation mode in which a large pressure acts on the furnace wall at the time of coal charging as described above, there is a possibility that the furnace wall is being damaged when an empty kiln is provided. It is necessary to suppress the generation of excessive pressure.
従来、空窯にして炭化室の補修を行う場合、その隣窯の装炭量を少なくする操業方法が採られることはあった。しかし、この技術は、作業時の温度をなるべく低くするために、燃焼室の温度を低下させ、石炭の乾留に必要な熱量の不足に見合う量の石炭を差し引いて装炭量を少なくし、熱量バランスをとる方法であって、補修作業環境をよくするという観点からの対処法であり、隣窯からの過大な応力を減ずるという目的で実施されるものではない。 Conventionally, when repairing a carbonization chamber using an empty kiln, an operation method has been employed in which the amount of charcoal in the adjacent kiln is reduced. However, this technology reduces the temperature of the working chamber as much as possible, lowers the temperature of the combustion chamber, subtracts the amount of coal commensurate with the shortage of heat required for the dry distillation of coal, reduces the amount of coal loaded, It is a method of balancing and is a countermeasure from the viewpoint of improving the repair work environment, and is not implemented for the purpose of reducing excessive stress from the adjacent kiln.
また、この技術においては、炭化室への装炭量を減らすので、コークスの生産性を大きく悪化させるという問題があった。さらに、装炭量を減らすことにより、装入石炭層の高さが低くなって上部の空間が増え、高温の炉壁が露出して空間部の温度が上がり、カーボンが多く発生して操業上における支障あるいは環境保護の面での問題を生じたり、副生するタール等の品質が悪化するという問題もあった。 In addition, this technique has a problem of greatly deteriorating coke productivity because the amount of coal in the carbonization chamber is reduced. Furthermore, by reducing the amount of coal loading, the height of the charged coal bed is lowered, the upper space is increased, the high temperature furnace wall is exposed, the temperature of the space portion is increased, and a large amount of carbon is generated. There are also problems such as troubles in the environment or problems in environmental protection, and the quality of by-product tar and the like deteriorates.
本発明は、このような実情に鑑みなされたもので、いわゆる調湿炭操業を行う際の、あるいは、さらに低水分の乾燥炭や予熱炭を装入原料として使用する操業を行う際の、装炭時における大きな圧力の発生を抑制し、空窯を設けた際に進行させている可能性のある炉壁損傷、すなわち空窯の隣窯への装炭時における過大な圧力による炉壁損傷を防止することを目的としている。 The present invention has been made in view of such a situation, and when performing so-called humidity-controlled coal operations, or when performing operations using low-moisture dry coal or preheated coal as a charging raw material. Suppressing the generation of a large pressure during charcoal, and the damage to the furnace wall that may have progressed when an empty kiln was installed, i.e. The purpose is to prevent.
本発明者らは、上記の課題を解決するために、装炭時の過大な圧力の発生原因について種々の検討を行った。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted various studies on the cause of excessive pressure during coal loading.
この装炭時の過大な圧力は石炭層内に発生しているのであり、石炭が軟化溶融する際に生じる軟化層のガス圧(膨張圧)とは異なるものである。しかも、調湿炭操業を行う場合、あるいは、乾燥炭や予熱炭を装入する操業を行う場合等、石炭の水分を低く調整して装入する場合に発生する。本発明者らは、装炭時の大きな圧力は、石炭が高温の炉壁や炉底と接触して乾留ガスが多量に発生し、発生したガスが装入された石炭層を通って、上部空間に抜け出る際の石炭層の通気抵抗によって発生するものと考えた。 The excessive pressure at the time of coal loading is generated in the coal bed, and is different from the gas pressure (expansion pressure) of the softened bed generated when the coal is softened and melted. In addition, it occurs when the moisture content of the coal is adjusted to a low level, such as when the humidity control operation is performed, or when the operation of charging dry coal or preheated coal is performed. The inventors of the present invention have a large pressure during coal loading, in which a large amount of dry distillation gas is generated when the coal comes into contact with the hot furnace wall and the bottom of the furnace. It was thought to be caused by the ventilation resistance of the coal seam when exiting into space.
そこで、調湿炭操業を実施しているコークス炉において、水分を6.5%に調整した石炭を装入した場合、および、水分を低下させる調湿工程を経ず、貯炭状態の石炭と同等の水分(10.6%)を有する石炭を装入した場合について、装炭〜押出前までの炭化室内の圧力を測定した。この結果については後に詳述するが、水分を6.5%に調整した石炭を装入した場合は、装炭時(装炭後時間:0h)において、17〜18kPaと非常に高い圧力が発生するが、水分10.6%の石炭を装入した場合は、発生する圧力は5kPa程度であった。 Therefore, in a coke oven that is operating humidity-controlling coal, when coal with water content adjusted to 6.5% is charged, and without a humidity-conditioning process that reduces water content, it is equivalent to coal in a coal storage state. In the case where coal having a water content of 10.6% was charged, the pressure in the carbonization chamber from coal loading to before extrusion was measured. As will be described in detail later, when coal with moisture adjusted to 6.5% is charged, a very high pressure of 17 to 18 kPa is generated during coal loading (post-coaling time: 0 h). However, when coal having a moisture content of 10.6% was charged, the generated pressure was about 5 kPa.
このような考察ならびに実炉による検討の結果、前記装炭時の過大な圧力は、単に限られた炭化室の空間に石炭が装入されるだけでは発生せず、石炭が高温の炉壁に接触して急激に発生する多量の乾留ガスが石炭層を通って、上部空間に抜け出る際の石炭層の通気抵抗によって生じているとの結論に達した。 As a result of such considerations and examinations using actual furnaces, the excessive pressure during coal loading does not occur simply by charging coal into the limited space of the carbonization chamber. It was concluded that a large amount of dry distillation gas generated suddenly on contact was caused by the ventilation resistance of the coal bed as it passed through the coal bed and escaped into the upper space.
この装炭時の圧力発生機構に基づけば、水分が高い石炭の場合は、炭化室内に装入し、高温の炉壁や炉底と接触したとき、石炭中の水分を蒸発させるために多量の熱を必要とするので、石炭の昇温が遅く、発生する乾留ガス量を少なくすることができる。また、水分の高い石炭は石炭嵩密度が小さく、石炭層の空隙率が高く、通気抵抗が低くなることによっても、装炭時の圧力を減少させることができる。さらに、水分の高い石炭の通気抵抗は、前記の空隙率が高くなることにより期待される低下以上に低くなり、装炭時の圧力減少に効果があることを確かめた。 Based on this pressure generation mechanism at the time of coal loading, in the case of coal with high moisture content, a large amount of water is used to evaporate the moisture in the coal when it is placed in the carbonization chamber and brought into contact with the hot furnace wall or bottom. Since heat is required, the temperature rise of coal is slow, and the amount of dry distillation gas generated can be reduced. In addition, coal with high water content has a low coal bulk density, a high porosity of the coal layer, and a low ventilation resistance, so that the pressure during coal loading can be reduced. Furthermore, it was confirmed that the ventilation resistance of coal with high water content was lower than expected due to the increase in the porosity, and that it was effective in reducing the pressure during coal loading.
本発明はこのような知見に基づいてなされたもので、その要旨は、下記のコークス炉の操業方法にある。 The present invention has been made on the basis of such knowledge, and the gist thereof is the following method of operating a coke oven.
すなわち、水分を8質量%以下に調整した石炭を炭化室に装入して乾留するコークス炉の操業において、石炭を装入していない炭化室の隣の炭化室には水分を8.5質量%以上に調整した石炭を装入することを特徴とするコークス炉の操業方法である。 That is, in the operation of a coke oven in which coal whose water content has been adjusted to 8% by mass or less is charged into a carbonization chamber and carbonized, the carbonization chamber adjacent to the carbonization chamber not charged with coal has a water content of 8.5 mass. The coke oven operating method is characterized by charging coal adjusted to at least%.
ここでいう「水分」とは、JIS−M8812(石炭類およびコークス類の工業分析方法)に規定される、空気中乾燥減量測定法によって測定された水分を指す。この水分は、試料1gを107℃で1時間加熱乾燥したときの質量減量の試料質量に対する百分率で表される。以下、水分含有量については、単に「%」と記す。 “Moisture” as used herein refers to the moisture measured by the air drying loss measurement method defined in JIS-M8812 (Industrial analysis method for coals and cokes). This moisture is expressed as a percentage of the weight loss when the sample 1g is dried by heating at 107 ° C. for 1 hour. Hereinafter, the moisture content is simply referred to as “%”.
また、「石炭を装入していない炭化室」とは、前述のように、「空窯」とも称し、損傷した炭化室の補修、炭化室炉壁に付着したカーボンの除去等の目的で、石炭を装入せず、1回あるいは数回乾留を行う間、空の状態のままにしておく炭化室をいう。 In addition, as described above, the “carbonization chamber not charged with coal” is also referred to as “empty kiln”, for the purpose of repairing the damaged carbonization chamber, removing carbon adhering to the carbonization chamber furnace wall, etc. It is a carbonization chamber that is left empty during one or several times of dry distillation without charging coal.
本発明のコークス炉の操業方法によれば、調湿炭操業、あるいは、乾燥炭や予熱炭を装入する操業など、低水分の石炭を装入するコークス炉の操業において、空窯を設ける際に、空窯の隣窯への石炭装入時に生じる過大な圧力を抑制し、該圧力による炉壁の損傷を防止して、コークス炉の寿命延長に貢献することができる。 According to the method of operating a coke oven of the present invention, when an empty kiln is provided in operation of a coke oven in which low-moisture coal is charged, such as humidity control operation or operation in which dry coal or preheated coal is charged. In addition, it is possible to suppress an excessive pressure generated at the time of charging coal into the adjacent kiln of the empty kiln, prevent damage to the furnace wall due to the pressure, and contribute to extending the life of the coke oven.
本発明のコークス炉の操業方法は、前記のとおり、水分を8%以下に調整した石炭を炭化室に装入して乾留するコークス炉の操業において、空窯の隣の炭化室には水分を8.5%以上に調整した石炭を装入する操業方法である。 The operation method of the coke oven according to the present invention is as described above. In the operation of the coke oven in which coal whose water content has been adjusted to 8% or less is charged into the carbonization chamber and dry-distilled, moisture is added to the carbonization chamber adjacent to the empty kiln. This is an operation method for charging coal adjusted to 8.5% or more.
本発明において、水分を8%以下に調整した石炭を使用するコークス炉の操業の場合を前提とするのは、使用する石炭の水分が8%を超える場合は、通常、空窯の隣の炭化室にも同じ8%を超える水分の高い石炭が装入されるので、装炭時(装炭後時間:0h)に発生する圧力はそれほど高くはなく、本発明の操業方法を適用するまでもないからである。 In the present invention, the premise for the operation of a coke oven using coal whose moisture is adjusted to 8% or less is that when the coal used has a moisture content exceeding 8%, it is usually carbonized next to the empty kiln. Since the same high-moisture coal exceeding 8% is charged in the chamber, the pressure generated at the time of coal loading (post-coaling time: 0h) is not so high, and until the operation method of the present invention is applied. Because there is no.
本発明のコークス炉の操業方法で、空窯の隣の炭化室に装入する石炭の水分を8.5%以上とするのは、水分が8.5%未満であれば、装炭時に炭化室内に非常に高い圧力が発生し、前記の図2(a)に示したように、石炭が充填された隣窯から炉壁に対して大きな水平圧力が作用して炉壁の損傷につながりやすいからである。なお、前記石炭の水分の上限は自ずと定まるので特に規定しないが、良好なハンドリング性の確保、コークス炉での消費熱量の抑制などの面から、12%以下とするのが望ましい。 In the operation method of the coke oven of the present invention, the moisture content of the coal charged into the carbonization chamber adjacent to the empty kiln is set to 8.5% or more. A very high pressure is generated in the chamber, and as shown in FIG. 2 (a), a large horizontal pressure acts on the furnace wall from the adjacent kiln filled with coal, which tends to damage the furnace wall. Because. The upper limit of the moisture content of the coal is not specifically defined because it is naturally determined, but is preferably 12% or less from the viewpoint of ensuring good handling properties and suppressing the amount of heat consumed in the coke oven.
この空窯の隣の炭化室に装入する石炭の水分に関する規定(8.5%以上)は、後述する実施例で示すように、実際のコークス炉を用い、炭化室内に装入する石炭の水分を6.5〜11.4%の範囲で変更した操業を行って、装炭〜押出前までの炭化室内の圧力推移を測定し、定めたものである。以下に、測定結果の代表例を示す。 The regulation (8.5% or more) on the moisture content of the coal charged into the carbonization chamber next to this empty kiln uses an actual coke oven as shown in the examples to be described later. An operation in which the moisture was changed in a range of 6.5 to 11.4% was performed, and the pressure transition in the carbonization chamber from coal charging to before extrusion was measured and determined. Below, typical examples of measurement results are shown.
水分を6.5%に調整した石炭を装入する調湿炭操業を実施している長さ16.5m、高さ7.125m、幅0.46mのコークス炉において、炉頂部の炉長方向ほぼ中央に設けられた孔から、炭化室内に内径2mm(外径3mm)のパイプを挿入し、圧力計につないで炭化室内の圧力を測定した。 In a coke oven with a length of 16.5m, a height of 7.125m, and a width of 0.46m, where a moisture-controlled coal operation is performed with the coal adjusted to a moisture content of 6.5%, the furnace length direction at the top of the furnace A pipe having an inner diameter of 2 mm (outer diameter of 3 mm) was inserted into the carbonization chamber from a hole provided at substantially the center and connected to a pressure gauge to measure the pressure in the carbonization chamber.
圧力測定用のパイプは3本とし、鋼製のガイド枠を用いて、これら測定用パイプの先端位置が、炉底からの高さがいずれも0.5mで、それぞれ炉幅方向に加熱壁近傍(炉壁から約50mm)、炭中(炉幅方向の中心:炉壁から約225mm)近傍、または加熱壁と炭中の中間位置近傍(炉壁から約140mm)になるように設置した。 There are three pipes for pressure measurement, and using steel guide frames, the heights of these pipes for measurement are 0.5m from the bottom of the furnace, each near the heating wall in the furnace width direction. (About 50 mm from the furnace wall), in the charcoal (center in the furnace width direction: about 225 mm from the furnace wall), or near the intermediate position between the heating wall and the charcoal (about 140 mm from the furnace wall).
圧力測定用パイプを設置した後、通常の装入炭と同じ、水分6.5%に調整した石炭を装入し、装炭〜押出前までの炭化室内の圧力推移を測定した。これは、実施例において、従来例として行った操業方法である。 After installing the pressure measurement pipe, the same coal as that of ordinary charging coal, adjusted to a moisture content of 6.5%, was charged, and the pressure transition in the carbonizing chamber from coal charging to before extrusion was measured. This is an operation method performed as a conventional example in the embodiment.
図3に炭化室内の圧力測定結果を示す。図3から明らかなように、装炭時(装炭後時間:0h)において、17〜18kPaと非常に高い圧力が発生している。加熱壁近傍、加熱壁と炭中の中間位置近傍、および炭中近傍において、それぞれ、装炭後1.5h、10h、および15h経過した時点で、圧力にピークがみられるのは、それぞれの測定位置の石炭が軟化溶融して生じた軟化層のガス圧である。炉壁側から加熱が進行するので、炉壁に近いほうが早い時間に測定される。なお、軟化層のガス圧は、軟化溶融状態となっている部分のみで高く測定されており、炉壁近傍が同時に高くなっているのではない。しかしながら、炭化室内では軟化層より炉壁側においてはコークス層が形成されているので、軟化層のガス圧は固体であるコークスを介して炉壁に伝わっている。 FIG. 3 shows the pressure measurement results in the carbonization chamber. As is clear from FIG. 3, a very high pressure of 17 to 18 kPa is generated at the time of coal loading (post-coaling time: 0 h). In the vicinity of the heating wall, in the vicinity of the intermediate position between the heating wall and charcoal, and in the vicinity of charcoal, when 1.5 h, 10 h, and 15 h have elapsed after coal loading, the peaks in pressure are observed in the respective measurements. This is the gas pressure of the softened layer generated by softening and melting the coal at the position. Since heating proceeds from the furnace wall side, the closer to the furnace wall is measured at an earlier time. Note that the gas pressure of the softened layer is measured high only in the softened and melted portion, and the vicinity of the furnace wall is not simultaneously increased. However, since a coke layer is formed on the furnace wall side of the softening layer in the carbonization chamber, the gas pressure of the softening layer is transmitted to the furnace wall through coke which is solid.
軟化層のガス圧は、高々3kPa程度と大きくはない。しかし、装炭時には大きな圧力が発生している。この装炭時の圧力は、コークス炉損傷の許容限界応力として認知されている10kPaに比べて大きい圧力である。 The gas pressure of the softened layer is not as high as about 3 kPa at most. However, great pressure is generated during coal loading. The pressure at the time of coal charging is a pressure larger than 10 kPa, which is recognized as an allowable limit stress for coke oven damage.
従来の調湿炭を用いる操業方法では、空窯の隣窯に水分を6%前後に調整した調湿炭を装入した場合、装炭時には10kPaを超える圧力が炉壁に作用していることになる。 In the conventional operation method using conditioned coal, when the conditioned coal with moisture adjusted to around 6% is charged in the adjacent kiln of the empty kiln, the pressure exceeding 10 kPa is acting on the furnace wall during the coal loading. become.
図4は、実施例において、本発明例として行った操業方法での炭化室内の圧力測定結果を示す図である。水分を低下させる調湿工程を経ず、貯炭状態の石炭と同等の水分を有する石炭を炭化室に装入した場合で、圧力の測定位置は、前記図3に示した従来例における測定位置と同じである。装入炭の水分は10.6%であった。 FIG. 4 is a diagram illustrating the pressure measurement result in the carbonization chamber in the operation method performed as an example of the present invention in Examples. In the case where coal having a moisture equivalent to that of coal in a coal storage state is charged into the carbonization chamber without passing through a humidity conditioning step for reducing moisture, the pressure measurement position is the same as the measurement position in the conventional example shown in FIG. The same. The water content of the charged coal was 10.6%.
炭化室内で発生する圧力の最も高い点が装炭時であることは、従来例と同様であるが、その圧力の大きさには大きな違いがある。すなわち、水分を調整しない湿炭を装入した場合、炭化室の下部で発生する圧力は5kPa程度で、許容限界値よりも十分小さかった。 It is the same as in the conventional example that the highest pressure generated in the carbonization chamber is during coal loading, but there is a great difference in the magnitude of the pressure. That is, when wet coal that does not adjust moisture was charged, the pressure generated in the lower part of the carbonization chamber was about 5 kPa, which was sufficiently smaller than the allowable limit value.
以上述べたような測定を、石炭の水分を変更して行った操業において実施し、前記空窯の隣窯への装入炭の水分に関する規定(8.5%以上)を定めた。 The measurement as described above was carried out in an operation performed by changing the moisture of the coal, and the regulation (8.5% or more) regarding the moisture of the coal charged into the adjacent kiln of the empty kiln was established.
通常の調湿炭操業等で水分8%以下の石炭が使用されている場合に、空窯の隣の炭化室に水分8.5%以上の石炭を装入するには、次のような方法が適用できる。 The following method is used to charge coal with a moisture content of 8.5% or more into the carbonization chamber adjacent to the empty kiln when coal with a moisture content of 8% or less is used in normal humidity control. Is applicable.
例えば、調湿炭設備の運転を停止し、その停止期間内に、水分8.5%以上の石炭を各槽に区切られた石炭塔の1つの槽に送り、それのみを単独に一旦貯蔵しておく。その後、空窯の隣窯に石炭を装入する際には、この槽から水分8.5%以上の石炭を装炭車に受け、該隣窯に装入する。 For example, the operation of humidity control equipment is stopped, and within that period, coal with a water content of 8.5% or more is sent to one tank of a coal tower divided into tanks, and only that is temporarily stored. Keep it. Thereafter, when charging coal into the adjacent kiln of the empty kiln, coal with a moisture content of 8.5% or more is received from the tank by the charcoal vehicle and charged into the adjacent kiln.
また、調湿炭設備から排出される石炭に、例えばベルトコンベア上で水を添加し、石炭水分を8.5%以上にしたものを石炭塔に貯蔵しておくことも可能である。この場合は、水分が確実に8.5%以上になった石炭だけを貯蔵することが必要である。 Moreover, it is also possible to store what made water | moisture content 8.5% or more to the coal discharged | emitted from a humidity control coal plant, for example on a belt conveyor, and to store in a coal tower. In this case, it is necessary to store only the coal whose water content is surely 8.5% or more.
以上説明したように、空窯の隣窯に、通常の例えば調湿炭操業で使用する石炭におけるよりも多くの水分を有する石炭を装入することにより、装炭時の過大な圧力の発生を抑制し、炉壁損傷の発生を未然に防止することができる。 As explained above, the generation of excessive pressure during coal loading is carried out by charging coal having more water than that used in normal humidity-controlled coal operations into a kiln adjacent to an empty kiln. It is possible to suppress the occurrence of furnace wall damage.
前述のように、調湿炭操業を実施している長さ16.5m、高さ7.125m、幅0.46mのコークス炉において、炭化室内に圧力計に接続したパイプを挿入し、炭化室内に装入する石炭の水分を6.5〜11.4%の範囲で変更した操業を行って、装炭〜押出前までの炭化室内の圧力推移を測定した。なお、圧力の測定方法、測定位置等は前述のとおりである。また、水分8.5%以上(この実施例では、10.6%および11.4%)の石炭を装入するには、水分調整を行っていない、貯炭状態の石炭と同等の水分を保持している湿炭を用いた。 As described above, in a coke oven having a length of 16.5 m, a height of 7.125 m, and a width of 0.46 m, where a humidity control operation is performed, a pipe connected to a pressure gauge is inserted into the carbonization chamber. The operation was performed by changing the moisture content of the coal to be charged in the range of 6.5 to 11.4%, and the pressure transition in the carbonization chamber from coal loading to before extrusion was measured. The pressure measurement method, measurement position, etc. are as described above. In addition, in order to charge coal with a moisture content of 8.5% or more (in this example, 10.6% and 11.4%), the moisture content is not adjusted and the moisture content is equivalent to that of coal in a coal storage state. Wet wet charcoal was used.
図5は、測定結果を整理して、装入する石炭の水分と装炭時に発生する圧力(装炭時圧力)の関係を示した図である。両者間には、破線で示した関係が認められる。 FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the moisture of coal to be charged and the pressure generated during coal loading (pressure during coal loading) by organizing the measurement results. The relationship shown with the broken line is recognized between both.
図5から、石炭水分が低くなるに伴い、装炭時の発生圧力は格段に大きくなることがわかる。前記の図3では、水分を6.5%に調整した石炭を装入した場合の例を示したが、さらに水分の低い装入炭では、装炭時の圧力はより大きくなることが予測できる。 From FIG. 5, it can be seen that as the coal moisture decreases, the generated pressure during coal loading increases markedly. FIG. 3 shows an example in which the coal whose water content is adjusted to 6.5% is shown, but it can be predicted that the charging pressure at the time of coal charging will be larger when the coal content is lower. .
一方、通常操業における装入炭の水分が8%を超える場合は、空窯の隣窯に通常操業と同じ装入炭を装入しても、装炭時の圧力は限界炉壁圧力と同程度かそれより小さく、空窯炉壁の損傷につながる可能性は小さい。 On the other hand, when the water content of the charged coal in the normal operation exceeds 8%, even if the same charged coal as in the normal operation is charged in the adjacent kiln of the empty kiln, the pressure during the charging is the same as the limit furnace wall pressure. To a lesser extent, it is unlikely to lead to damage to the empty kiln wall.
通常操業において、装入炭の水分を低く、8%以下に調整する場合、空窯の隣窯に装入する石炭の水分は高ければ高いほど、装入時に発生する圧力は小さくなる。図5から、装入炭の水分が8.5%以上であれば、限界炉壁応力(10kPa)を十分下回るので、炉壁への影響が軽減される。 In normal operation, when the moisture content of the charging coal is adjusted to 8% or less, the higher the moisture content of the coal charged into the adjacent kiln of the empty kiln, the smaller the pressure generated during charging. From FIG. 5, if the moisture content of the charged coal is 8.5% or more, the critical furnace wall stress (10 kPa) is sufficiently lower, so the influence on the furnace wall is reduced.
本実施例では、水分が10.6%または11.4%の石炭を炭化室に装入するに際し、貯炭状態の水分を保持している湿炭を用いたが、通常操業と同様に調湿炭設備で調整した石炭に水を添加して水分を増加させた石炭を装入することも可能である。 In this example, when coal having moisture of 10.6% or 11.4% was charged into the carbonization chamber, wet coal holding moisture in the coal storage state was used. It is also possible to charge coal whose water content has been increased by adding water to the coal adjusted by the coal facility.
本発明のコークス炉の操業方法は、水分8%以下の石炭を炭化室に装入して乾留するコークス炉の操業において、空窯の隣の炭化室には水分を8.5%以上に調整した石炭を装入する操業方法である。この操業方法によれば、調湿炭操業、あるいは、乾燥炭や予熱炭を装入する操業など、低水分の石炭を装入するコークス炉の操業において、空窯を設ける際に、空窯の隣窯への石炭装入時に生じる過大な圧力の発生を抑制することができ、炉壁の損傷を防止して、コークス炉の寿命延長に寄与することができる。 The operation method of the coke oven according to the present invention is to adjust the water content to 8.5% or more in the coking chamber adjacent to the empty kiln in the operation of the coke oven in which coal having a water content of 8% or less is charged into the carbonization chamber and carbonized. It is an operation method to charge the coal. According to this operation method, when an empty kiln is installed in a coke oven operation in which low-moisture coal is charged, such as in a humidity control operation or an operation in which dry coal or preheated coal is charged, Generation | occurrence | production of the excessive pressure which arises at the time of coal charging to a neighboring kiln can be suppressed, damage to a furnace wall can be prevented, and it can contribute to the lifetime extension of a coke oven.
したがって、本発明のコークス炉の操業方法は、コークス製造の分野において有効に利用することができる。 Therefore, the method for operating a coke oven according to the present invention can be effectively used in the field of coke production.
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