JP5227191B2 - 最適に制御されたコークス炉及び制御法 - Google Patents

Description

本発明は、平型構造のコークス炉、いわゆる回収不能型コークス炉、又は熱回収型コークス炉であって、コークス炉室、コークス炉底及び／又は廃ガス通路のガス成分の濃度を測定するための少なくとも１つの測定装置を有していて、この測定装置によって測定されたデータに基づいてプロセスコンピュータを介して、一次空気及び／又は二次空気の最適な供給を算出し、制御するようになっている形式のものに関する。また本発明のこのようなコークス炉を使用したコークス化の方法に関する。

熱回収型炉の加熱は、一般的な形式で、コークス化において発生するガスの燃焼若しくはコークス化しようとする石炭の高揮発性の成分の燃焼によって行われる。この場合、燃焼は、石炭装入部の上側でガスの一部が炉室内の一次空気によって燃焼するように、制御される。このような部分燃焼されたガスは、「downcomer；降下管」と称呼されるガス通路を介して、炉室の底に供給され、ここで、別の燃焼空気（二次空気）を添加することによって完全に燃焼される。

このような形式で、熱が、直接的に上方から、また間接的に下方から石炭装入部に供給される。これは、コークス化速度に有利な影響を及ぼし、ひいては炉の出力に有利に作用する。この方法を実施するためには、供給された一次空気及び二次空気を正確に測定し、しかも９６時間まで連続するコークス化時間に亘って、可変に制御する必要がある。従来技術によれば、平型構造の熱回収式コークス炉及び非回収型コークス炉について開示されている。このようなコークス炉は、例えば、米国特許第４３４４８２０号明細書、同第４２８７０２４号明細書、同第５１１４５４２号明細書、英国特許第１５５５４００号明細書又はカナダ国特許第２０５２１７７号明細書により公知である。

従来形式によれば、大気から一次空気が複数の開口を通ってドア内に吸い込まれる。二次空気は底付近の複数の開口を通って吸い込まれ、複数の通路を介して、コークス炉室の下にほぼ水平に延在している加熱煙道にガイドされる。一次空気及び二次空気のための開口は、永久的に開放されているか、又は吸い込もうとする空気量を調節するためのフラップを備えている。

コークス炉団は非常に大きく、一般的に非常に高い温度にさらされ、汚れが発生するので、従来技術によれば、マニュアル（手動）でのみ調節可能なガス抜きフラップが開示されている。米国特許第５９２８４７６号明細書によれば、このような形式のコークス炉団が開示されており、この場合、各コークス炉ドアに、マニュアル操作式の３つの開口が設けられており、これらの開口内又はこれらの開口の前に、開口横断面に適合され、かつ中心軸に支承されたプレート又はディスクがそれぞれ１つ配置されている。これらの開口フラップは、レバーを介してその位置がマニュアルで変えられるようになっている。

ドイツ連邦共和国特許出願第１０２００５０５５４８３．０−２４号明細書には、中央の調節エレメントについて開示されていて、一次空気及び二次空気の連続的な調整が可能である。

しかしながら実際には、公知のコークス炉において、種々異なる粉砕率、湿気又は不活性部分その他に基づいて変化する石炭品質は、コントロールするのが困難であり、高品質の石炭を得るために、不必要に長いコークス化時間を必要とすることになる。

そこで本発明の課題は、前記のような欠点を経済的な形式で取り除き、炉の出力を改善し、ひいてはコークス化時間を短縮するために、一次空気及び／又は二次空気の最適な供給を確実にすることである。

この課題を解決した本発明によれば、平型構造のコークス炉、いわゆる非回収型コークス炉（non-recovery coke oven）又は熱回収型コークス炉（heat-recovery coke oven）であって、コークス炉室と、複数の通路より成るコークス炉底とを有しており、前記コークス炉室と前記コークス炉底とがガス通路を介して接続されており、炉壁又は炉ドアが、一次空気を供給するための複数の開口と、二次空気をコークス炉底内に供給するための単数又は複数の開口又は通路が設けられており、前記開口の前に、又は前記開口に通じる導管内に遮断装置が配置されている形式のものに関する。

この場合、本発明によれば、
前記コークス炉が、コークス炉室、コークス炉底及び／又は廃ガス通路のガス成分の濃度を測定するための少なくとも１つの測定装置に接続されており、
前記測定装置がコンピュータユニットに接続されていて、該コンピュータユニットが前記測定装置のデータ及び測定結果を受信することができ、
前記コンピュータユニットは、前記測定装置によって測定されるガス成分のうちの測定された水素が０容積％に達するのと同時にコークス化時間の終了が得られるように、前記遮断装置を調節して前記一次燃焼空気及び前記二次燃焼空気の容積流量を制御する、単数又は複数の調節装置に、制御ラインを介して接続されており、前記遮断装置が、弁、フラップ、スライダ又はこれと類似のものとして構成されていることを特徴としている。

改善された変化実施例によれば、前記コークス炉底内又は前記廃ガス通路内に温度調節装置が配置されており、この温度調節装置が同様にコンピュータユニットに接続されていて、前記温度調節装置のデータ及び測定結果を受信できるようになっている。

前記測定装置は理想的には、水素、窒素、一酸化炭素又は二酸化炭素の濃度を測定するための、ラインを介してコークス炉室に接続された分析装置である。これらの主要な構成要素の濃度又はこれらの主要な構成要素のうちの１つの濃度は、コークスケーキのコークス化状態と非常に良好に関連している。

特に、最後の石炭成分として燃焼する水素は、コークス化時間の終了を示すための理想的なインジケータである。従って、本発明のコークス炉によれば、Ｈ_２の０容積％に達するのとほぼ同時にコークス化時間の終了が得られるように、コークス化法を制御することができる。つまりＨ_２が早期に燃焼すると、コークスの貴重成分の燃焼及び／又は灰化が高められ、これは経済的に不都合である。

本発明の別の実施例によれば、測定装置は、コークス炉底内又は廃ガス通路内の酸素の濃度を測定するためのラムダセンサである。ラムダセンサと二次燃焼空気の制御を伴うフィードバックとによって、コークス化時間の延長につながるような温度の著しい低下を生じることなく、コークス炉底内において常に完全な燃焼が行われることを保証する。

本発明の変化実施例によれば、水素、窒素、一酸化炭素又は二酸化炭素の濃度を測定するための分析装置、及び酸素の濃度を測定するためのラムダセンサが設けられている。

また本発明の、石炭をコークス化するための方法によれば、以上の実施例によるコークス炉を使用し、この場合、
炉に石炭を満たし、コークス化工程を開始し、
コークス化中に、単数又は複数のガス成分の濃度を測定し、
このようにして測定したデータをコンピュータユニットに伝達し、
前記コンピュータユニットによって、メモリーされた計数値又はモデル計算を元にして一次燃焼空気及び／又は二次燃焼空気の供給を算出し、
制御ラインを介して、一次燃焼空気及び／又は二次燃焼空気のための前記遮断装置の調節装置を制御し、それによって、
ガス成分のうちの測定された水素が０容積％に達するのと同時にコークス化時間の終了が得られるように、一次燃焼空気及び／又は二次燃焼空気を調整し、
これにより、供給された前記一次燃焼空気及び二次燃焼空気を正確に測定し、９６時間まで連続するコークス化時間に亘って可変に制御する、ようにした。

また、この方法の改良された変化例によれば、コークス化中に、
コークス炉及び／又は廃ガス通路内の温度を算出し、
このようにして算出したデータをコンピュータユニットに伝達し、
前記コンピュータユニットによって、メモリーされた計数値又はモデル計算を元にして一次空気及び／又は二次空気の供給を算出し、
制御ラインを介して、一次空気及び／又は二次空気のための遮断装置の制御エレメントを制御し、それによって、
一次空気及び／又は二次空気を調整する、ようにした。

本発明による方法によれば、コークス化中にコークス炉底の平均温度が３５０℃〜４００℃に低下し、１０００℃を下回らないようになっている。また最適な形式で、廃ガス通路内の酸素濃度が、７．５〜８．５容積％の範囲内に一定に調節されるようになっている。

本発明を以下に図面に示した実施例を用いて説明する。本発明の図示の実施例のみに限定されるものではない。図１は、コークス炉室１とコークス炉底２とを有するコークス炉を示す。この場合、コークス炉底２の各室は図示されていない。コークス炉室１とコークス炉底２とは、煙道３を介して接続されている。導管４を介してコークス路室１内に一次空気が供給され、この場合、導管４内に調整弁７（遮断部材）が配置されている。コークス炉底２内に、導管５を介して二次空気が供給され、この場合、導管５内に調整弁８（遮断部材）が配置されている。導管９は、少量のガス容積流をコークス炉室１から取り出すために設けられていて、コークス炉室１は分析装置１０に接続されており、この分析装置１０は図示の実施例ではＨ_２を測定するために適している。導管９内に供給された、測定しようとするガスは、コンプレッサ１１によって吸い込まれ、分析装置１０に供給される。コンプレッサ１１の前に、ガスを冷却するための熱交換機１２が配置されている。導管２１を介して、ガス容積流は再びコークス炉室１内に導入される。

さらに、コークス炉底２内に配置された温度測定装置１３と、廃ガス導管６内に配置されたラムダセンサ１４とが概略的に示されている。データライン１７，１８を介して、コンピュータユニット１６に測定値が供給され、このコンピュータユニット１６は、データライン１５を介して分析装置１０の測定値も得る。コンピュータユニット１６は制御ライン１９を介して調整弁７を制御し、ひいては、一次空気流の容積流若しくはコークス炉室１内の温度を調整する。また、コンピュータユニット１７は制御ライン２０を介して調整弁８を制御し、それによって二次空気の容積流及びひいてはコークス炉底２内の温度を及び廃ガス導管６内の酸素濃度を制御する。

以上説明した方法及び本発明による装置によって、コークス化時間が著しく短縮される。これによって、４８時間以下のコークス化時間を確実に得ることができ、従来技術に対してコークス炉効率を著しく高めることができる。

コークス炉室１とコークス炉底２とを有するコークス炉の概略図である。

符号の説明

１ コークス炉室、 ２ コークス炉底、 ３ 煙道、 ４ 導管（一次空気）、 ５ 導管（二次空気）、 ６ 廃ガス導管、 ７ 遮断部材（一次空気）、 ８ 遮断部材（二次空気）、 ９ 導管、 １０ 分析装置、 １１ コンプレッサ、 １２ 熱交換器、 １３ 温度測定装置、 １４ ラムダセンサ、 １５ データライン、 １６，１７，１８，１９，２０ コンピュータ装置

Claims (10)

1. 平型構造のコークス炉（非回収型／熱回収型コークス炉）であって、コークス炉室と、複数の通路より成るコークス炉底とを有しており、前記コークス炉室と前記コークス炉底とがガス通路を介して接続されており、炉壁又は炉ドアに、一次燃焼空気を前記コークス炉室内に供給するための複数の開口と、二次燃焼空気を前記コークス炉底内に供給するための単数又は複数の開口又は通路とが設けられており、前記開口の前に、又は前記開口に通じる導管内に遮断装置が配置されている形式のものにおいて、
   前記コークス炉が、コークス炉室、コークス炉底及び／又は廃ガス通路のガス成分の濃度を測定するための少なくとも１つの測定装置に接続されており、
   前記測定装置がコンピュータユニットに接続されていて、該コンピュータユニットが前記測定装置のデータ及び測定結果を受信することができ、
   前記コンピュータユニットは、前記測定装置によって測定されるガス成分のうちの測定された水素が０容積％に達するのと同時にコークス化時間の終了が得られるように、前記遮断装置を調節して前記一次燃焼空気及び前記二次燃焼空気の容積流量を制御する、単数又は複数の調節装置に、制御ラインを介して接続されていることを特徴とする、コークス炉。
2. 前記コークス炉底又は前記廃ガス通路内に温度測定装置が配置されており、この温度測定装置が同様にコンピュータユニットに接続されていて、前記温度測定装置のデータ及び測定結果を受信できるようになっている、請求項１記載のコークス炉。
3. 前記測定装置が、水素、窒素、一酸化炭素又は二酸化炭素の濃度を測定するための分析装置である、請求項１又は２記載のコークス炉。
4. 前記分析装置が、ラインを介してコークス炉室に接続されている、請求項３記載のコークス炉。
5. 前記測定装置が、酸素の濃度を測定するためのラムダセンサであって、コークス炉底又は廃ガス通路内に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のコークス炉。
6. 前記遮断装置が、弁、フラップ、又はスライダとして構成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のコークス炉。
7. 石炭をコークス化するための方法において、
   請求項１から６までのいずれか１項記載のコークス炉を使用し、
   炉に石炭を満たし、コークス化工程を開始し、
   コークス化中に、単数又は複数のガス成分の濃度を測定し、
   このようにして測定したデータをコンピュータユニットに伝達し、
   前記コンピュータユニットによって、メモリーされた計数値又はモデル計算を元にして一次燃焼空気及び／又は二次燃焼空気の供給を算出し、
   制御ラインを介して、一次燃焼空気及び／又は二次燃焼空気のための前記遮断装置の調節装置を制御し、それによって、
   ガス成分のうちの測定された水素が０容積％に達するのと同時にコークス化時間の終了が得られるように、一次燃焼空気及び／又は二次燃焼空気を調整し、
   これにより、供給された前記一次燃焼空気及び二次燃焼空気を正確に測定し、９６時間まで連続するコークス化時間に亘って可変に制御することを特徴とする、石炭をコークス化するための方法。
8. コークス化中に、
   コークス炉底及び／又は廃ガス通路内の温度を算出し、
   このようにして算出したデータをコンピュータユニットに伝達し、
   前記コンピュータユニットによって、メモリーされた計数値又はモデル計算を元にして一次燃焼空気及び／又は二次燃焼空気の供給を算出し、
   制御ラインを介して、一次燃焼空気及び／又は二次燃焼空気のための遮断装置の調節装置を制御し、それによって、
   一次燃焼空気及び／又は二次燃焼空気を調整する、
   請求項７記載の石炭をコークス化するための方法。
9. コークス化中におけるコークス炉底内の平均的な温度を、３５０℃乃至４００℃だけ低下させ、１０００℃を下回らないようにする、請求項７又は８記載の石炭をコークス化するための方法。
10. 廃ガス通路内の酸素濃度を、７．５乃至８．５容積％の範囲内に一定に維持する、請求項７から９までのいずれか１項記載の方法。

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