JP5223875B2 - コークス炉の補修方法 - Google Patents

Description

本発明は、カールスチル式コークス炉などのコークス炉を対象とし、炭化室と燃焼室とを隔てる炉壁を構成する炭化室煉瓦を、熱間にて部分的に積替えて当該コークス炉を補修するコークス炉の補修方法に関する。

コークス炉は、炉幅方向に、炭化室と、その炭化室に熱を供給する燃焼室とが交互に並んで配置され、炭化室と燃焼室とを隔てる炭化室の炉壁（炭化室煉瓦）を介して、上記燃焼室から炭化室に熱の供給が行われる。なお、燃焼室は、炉長方向に沿って所定間隔毎に区画されている。
そして、炭化室に投入された石炭は、加熱されることでコークスに乾留され、その後に、炭化室の一方の窒口から押し出されるが、その操業の繰り返しによって、上記炉壁は激しい熱サイクルを受ける。また、コークス炉は、一度操業を開始して高温状態とした後は、常温まで冷却すると煉瓦に急減な体積変化が起こること等から、当該コークス炉は、通常、操業開始すると寿命が尽きるまで連続して使用される。このため、定期的に、炉壁煉瓦に対し、亀裂、角欠けなどの損傷の有無を点検し、必要に応じて溶射による補修や、炉壁煉瓦を熱間積替えによって部分的に補修することが行われる。

熱間積替えによる部分的な補修の方法は、例えば特許文献１に記載されているような方法で実施される。すなわち、熱間積替えを行う炭化室の操業を一時的に停止し、積替え作業を行う範囲を残して断熱施工を施した後に、補修部分の炉壁煉瓦の積替え作業を行う。

ここで、カールスチル式コークス炉は、各燃焼室及び蓄熱室とも２分割構造を基本構造としており、上記複数に区画された各燃焼室が２つの室の分割されている。

特開２００８−１６９３１５号公報

部分積替えを実施する部分は、作業雰囲気まで温度降下が発生する。このとき、積替えを行わない既設煉瓦を保護するために、その既設煉瓦の保熱を行う必要がある。このため、従来にあっては、積替えを実施しないで残す上記既設煉瓦側は、炉の燃焼を継続することで上記保熱のための温度を確保している。

しかしこのことは、既設煉瓦の保熱のための炉燃焼の継続による煙突ドラフトによって、既設煉瓦側の燃焼窒内が負圧となる。このため、部分積替えの境界付近にある新旧煉瓦の継ぎ目近傍などにおいてエア吸引が発生して、既設煉瓦に温度低下が生じるという課題がある。この課題は、既設煉瓦の寿命劣化などに繋がる。このため、断熱施工を、隙間が無いようにしっかりと行う必要が生じる。

また、上記炉燃焼の継続によって、室内での補修作業の際に、ガスの二重切りが出来ない。このため、室内で作業する作業員はエアラインの装着が余儀なくされるなど、安全上の対策も十分に実施する必要がある。

本発明は、上記のような点に着目したもので、補修を行わない既存煉瓦の温度低下を抑えつつ、熱間での炭化室煉瓦の部分積替え作業を容易にすることを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、各燃焼室が２つの室に分割された構造となっていると共に上記各室に連通する個別の蓄熱室を有し、且つ上記分割された２つの室間のガスの通過を可能とする室間ガス通過部を有するコークス炉を対象として、燃焼室と炭化室とを隔てる炭化室の炉壁を構成する炭化室煉瓦を、熱間にて部分的に積替えて補修するコークス炉の補修方法において、
部分積替えを行う煉瓦側の上記燃焼室において、上記分割された２つの室間を連通する上記室間ガス通過部を一時的に閉塞すると共に、分割された各室に連通する蓄熱室におけるガス導入排出口をそれぞれ一時的に閉塞した状態で、上記煉瓦の部分積替えを行うことを特徴とするものである。

次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、部分積替えの対象となる炭化室内における、部分積替えを行う煉瓦と積替えを行わない煉瓦との境界位置近傍に断熱材を配置してから、煉瓦の部分積替えを行うことを特徴とするものである。

次に、請求項３に記載した発明は、燃焼室と炭化室とを隔てる炭化室の炉壁を構成する炭化室煉瓦を、熱間にて部分的に積替えて補修するコークス炉の補修方法において、
部分積替えを行う煉瓦側の上記燃焼室に連通する蓄熱室のガス導入排出口を閉塞し、且つ、上記部分積替えを行う煉瓦側の燃焼室において、部分積替えを行う部分の垂直焔道と積替えを行わない垂直焔道との連通部を閉塞した状態で、上記煉瓦の部分積替えを行うことを特徴とするものである。

本発明によれば、部分積替えの対象となる炭化室煉瓦側の燃焼室におけるガス流の導入及び排出を停止することで、煙突ドラフトの発生が無く、燃焼室内が負圧になることを防止する。
また、請求項１に係る発明によれば、上記燃焼室の２つの室間を連通するガス導入排出口を閉塞することで、燃焼室を構成する２つの室のうちの、煉瓦の部分積替えを行わない側の室は閉じた空間を形成することで保温状態となり、その部分積替えを実施しない側の室と隣り合う位置にある炭化室（空窒）を保温可能となる。

このとき請求項２に係る発明を採用すると、炭化室における、補修部分と非補修部分との境界を断熱ブロックで断熱することで、部分補修を行わない既設の炭化室煉瓦部分の保温をより確実に行うことが可能となる。

本発明に基づく実施形態に係るコークス炉を示す模式的平面図である。 本発明に基づく実施形態に係る燃焼室及び蓄熱室を示す模式的側面図である。 本発明に基づく実施形態に係る室間ガス通過部を示す図である。 本発明に基づく実施形態に係る部分補修を説明するためのコークス炉の模式的平面図である。 本発明に基づく実施形態に係る部分補修を説明するための燃焼室及び蓄熱室の模式的側面図である。 第１の閉塞部材の例を示す図である。 室間ガス通過部の閉塞例を示す図である。 断熱ブロックを示す図である。 断熱ブロックの配置例を示す図である

次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
本実施形態では、コークス炉としてカールスチル式コークス炉を例に挙げて説明する。カールスチル式コークス炉は、炉の基本構造が、燃焼室及び蓄熱室がともに２分割片引き構造となっている。すなわち、燃焼室及び蓄熱室の一方の室から空気及び貧ガスを導入すると共に、燃焼室及び蓄熱室の他方の室から廃ガスを排出する（図２参照）。これを適宜交互に切り替えながら燃焼を行う。まず、この炉の構成について説明する。

（炉の構成）
本実施形態のコークス炉は、模式的平面図である図１に示すように、炭化室１と燃焼室２とが交互に並んだ構造となっている。そして、炭化室１の炉壁を構成する炭化室煉瓦３によって、炭化室１は隣り合う燃焼室２と隔てられている。

各燃焼室２は、図１及び模式的側面図である図２のように、炉長方向に沿って所定間隔毎に垂直焔道煉瓦などの仕切煉瓦４によって、複数の垂直焔道２ａに区画されている。ただし、複数の垂直焔道２ａの上部は連通している。すなわち、垂直焔道２ａの上部は、上部水平煙道２ｂによって連通している。更に、各燃焼室２は、長手方向途中位置で、第１燃焼室２Ａと第２燃焼室２Ｂとの２つの室に分割されている。そして、上記第１燃焼室２Ａと第２燃焼室２Ｂとの境界位置で、上記上部水平煙道２ｂは２分割されている。その第１燃焼室２Ａと第２燃焼室２Ｂとは、例えば図３のような開口からなる、１又は２以上の室間ガス通過部５によって連通した状態となっている。

また、図２のように、各燃焼室２の下方に個別の蓄熱室６が配置されている。各蓄熱室６は、上記各垂直焔道２ａの下部に連通する。この蓄熱室６も、燃焼室２の２分割に対応して、長手方向の途中位置で、第１蓄熱室６Ａと第２蓄熱室６Ｂの２つ室に分割されている。その第１蓄熱室６Ａと第２蓄熱室６Ｂとは独立している。そして、上記第１蓄熱室６Ａと第２蓄熱室６Ｂには、それぞれ外部からガスを導入及び外部にガスを排出するための個別のガス導入排出口７が設けられている。

（補修方法について）
図４のように、♯６４及び♯６５の炭化室１の炭化室煉瓦を補修対象とし、その♯６４及び♯６５の炭化室１における第１燃焼室２Ａ側（図４中左側の室）の一部の炭化室煉瓦３について、熱間で部分補修を行う場合を例に挙げて説明する。

まず補修準備作業を行う。
まず、♯６４及び♯６５の炭化室１の間に位置するＸ６５の燃焼室２、すなわち部分補修する煉瓦側のＸ６５の燃焼室２Ｘ６５、及びそのＸ６５の燃焼室２に連通する蓄熱室６を対象として閉塞処理を行う。

すなわち、図５に示すように、上記蓄熱室６を構成する第１蓄熱室６Ａ及び第２蓄熱室６Ｂに個別に連通する各ガス導入排出口７を、それぞれ第１の閉塞部材１０で閉塞する。

上記第１の閉塞部材１０は、例えば次のような構造となっている。すなわち、図６に示すように、水平板１０ａから立ち上がる遮蔽板１０ｂと、その遮蔽板１０ｂの周りを覆う弾性のある断熱部材１０ｃとからなる。上記遮蔽板１０ｂは、例えば鋼板から構成される。上記断熱部材１０ｃは、例えばセラミックウールからなり、そのセラミックウールを遮蔽板１０ｂに巻き掛けることで当該遮蔽板１０ｂの全周に取り付けておく。上記遮蔽板１０ｂは、上記ガス導入排出口７の入り口の断面形状よりも若干寸法が小さな形状で形成されて、ガス導入排出口７の入り口内に差し込み可能となっている。ただし、遮蔽板１０ｂの周りが断熱部材１０ｃで覆われていることで、当該断熱部材１０ｃによって、ガス導入排出口７と遮蔽板１０ｂとの間に隙間をシールする。つまり断熱部材１０ｃがシーリング部材ともなる。もっとも第１の閉塞部材１０は、上記構成に限定されず、ガス導入排出口７をシールして密封可能な構造のものであれば第１の閉塞部材１０として使用可能である。

また、Ｘ６５の燃焼室２における第１燃焼室２Ａと第２燃焼室２Ｂとを連通している室間ガス通過部５も、第２の閉塞部材で閉塞する。第２の閉塞部材は、例えば、セラミックウール１１をロール状に巻回したものを使用すればよい。ロール状に巻回したセラミックウール１１を、図７に示すように、室間ガス通過部５に差し込むことで、セラミックウール１１の弾力によって当該室間ガス通過部５を閉塞できる。
また、図５に示すように、補修側となる第１燃焼室２Ａにおける、積替えを行う煉瓦と非積替えの煉瓦との境界に位置する上部水平煙道２ｂについてもセラミックウールなどからなる断熱部材１２で閉塞しておく。

さらに、♯６４及び♯６５の炭化室１内に、補修側の炭化室１のドア側（図４の左側）から、断熱ブロックを符号５０の位置まで入れて、部分補修する炭化室煉瓦３と非補修の炭化室煉瓦３の境界位置よりも非補修側位置に、当該断熱ブロックを積み上げる。これによって、補修側と非補修側との境界を、上記断熱ブロックによって断熱状態で遮断する。ここで、上記断熱ブロックの室内への装入は、例えば特開２００９−２８６８３５号公報に記載のようにして搬送台車を使用して装入すればよい。

上記断熱ブロック１３は、例えば、図８に示すような、板状又はブロック状のセラミックウール１３ａをつづら折りなどにして圧縮状態とし、その圧縮した状態をバンド１３ｂで拘束したものである。そして、図９のように、炭化室１内の上述の位置に断熱ブロック１３を配置した後に上記バンドを外すことで、圧縮状態のセラミックウールは自己の復元力で元の大きさに戻って、炭化室１内を２つの室に一時的に分断するように閉塞する。

上記閉塞処理の後に、対象とする炭化室１における、非補修側の炭化室煉瓦（Ｘ６４及びＸ６６の燃焼室２側の煉瓦）に沿って断熱材１４を施工して養生することで、当該Ｘ６４及びＸ６６の燃焼室２側の煉瓦の保温を確保する。

また、上記積み上げた断熱ブロック１３の手前（補修側）である、部分補修する炭化室煉瓦３と非補修の炭化室煉瓦３の境界位置近傍に、図９のように、迫り出し防止部材１５を配置する。迫り出し防止部材１５は、炭化室１の対向する炉壁間に架け渡すようにして、炭化室煉瓦３の炭化室１側への迫り出しを防止する。本実施形態の迫り出し防止部材は、図５のようにサポート煉瓦を配置することで実現している。

サポート煉瓦の配置は、対向する炉壁間に架け渡すようにして、例えば２個の並形煉瓦を横向きに並べて配置する。この２個の並形煉瓦からなる組を、上下方向に所定間隔毎に配置する。また、上下の並形煉瓦の間を保持及び支持するように、長手方向を上下に向けた支柱煉瓦を配置して、高さ位置を保持する。
なお、上記並形煉瓦は、炭化室１の寸法に合わせて加工を施しておく。また、昇温前の上記設置の際には、若干の余裕を持たして、若干の炭化室煉瓦３の迫り出しを許容可能な状態にしておく。すなわち、過剰な拘束とならないようにしておく。

ここで、上記サポート煉瓦は、煉瓦の解体前に設置して、煉瓦解体時における温度降下による煉瓦壁の迫り出し防止にも使用しても良い。
なお、上記室間ガス通過部５の閉塞は、上記断熱ブロック１３の設置後に実施すればよい。
この状態で、部分補修する炭化室煉瓦３及びその炭化室煉瓦３間に位置する仕切煉瓦４について、煉瓦の積替えを行う。

その後、ガス導入排出口７及び室間ガス通過部５から閉塞部材を解除した後、迫り出し防止部材としてのサポート煉瓦を設置した状態で、炉を煉瓦の変態点（例えば６００℃）以上に昇温する。
目的の温度まで昇温したら、窒口から長い棒状の治具を挿入して押したり引いたりすることで、上記サポート煉瓦を崩し、そのサポート煉瓦及び断熱ブロックなどの断熱材を撤去する。

また、非補修部分と補修部分との境界部の目地に対し、溶射材を吹き付ける溶射施工を施して目地部分を埋める。このとき、膨脹吸収し迫り出しがないのが理想形であるが、実際には、境界部を中心にして若干、迫り出す変形がある。主な理由は、既存の煉瓦と新しい煉瓦の膨脹特性が異なるためと思われる。このため、上記溶射の施工は、境界部の他に迫り出し変形が発生した部分にも行う。

次に、炭化室１側に迫り出した変形部分を、サンドブラストなどの研磨装置でカッティングして整形する。
その後に、炉として稼働を再開する。

（作用効果）
本実施形態では、部分積替えの対象となる炭化室煉瓦３で炉壁の一部が形成される燃焼室２内へのガス流の導入及び排出を停止することで、積替えを行わない既設煉瓦部分の燃焼室２が負圧になることを防止する。
このとき、補修をしない側の第２蓄熱室６Ｂ、及び当該第２蓄熱室６Ｂに連通する第１燃焼室１Ｂは、閉じた空間を形成する。

すなわち、対象とする燃焼室２におけるガス導入排出口７を閉塞することで、燃焼室２を構成する２つの室のうちの、煉瓦の部分積替えを行わない側である第２燃焼室２Ｂは保温状態となり、その部分積替えを実施しない側の第２燃焼室２Ｂと隣り合う位置にある炭化室１（空窒）を保温可能となる。このとき、部分補修を行わない燃焼室２Ｘ６４，Ｘ６６からの熱によって保温が実施される。

ここで、実際に保温状態の第２燃焼室２Ｂの温度を測定してみたところ、補修作業中において、炉長中央部位置では常に８００℃以上であり、端部でも６００℃以上の温度が確保できていたことを確認している。
また、♯６４，♯６５の炭化室において、図４中の符号５０よりも右側の既設煉瓦側の室内においては、Ｘ６４，Ｘ６６の燃焼室からの伝熱と、ドア面、断熱ブロック１３，炉天井からの放熱との熱バランスを考えると、下記関係があるため温度低下は発生しない。
（Ｘ６４，Ｘ６６の燃焼室からの伝熱）
≫（ドア面、断熱ブロック１３，炉天井からの放熱）

また、炭化室１における、補修部分と非補修部分との境界近傍を断熱ブロック１３で断熱することで、部分補修を行わない既設の炭化室煉瓦部分の保温をより確実に行うことが可能となる。
なお上記実施形態では、図４における積替え範囲の右端位置が、第１燃焼窒と第２燃焼室との境界部となっているが、一致する必要は無い。例えば、第１燃焼室側の炉長中央部の煉瓦を積み替える場合であっても本発明は適用可能である。
断熱ブロック１３よりも左側の非補修部分の炭化室部分は、上述のように保温状態となっているからである。

１ 炭化室
２ 燃焼室
２Ａ 第１燃焼室
２Ｂ 第２燃焼室
２ａ 垂直焔道
２ｂ 上部水平煙道
３ 炭化室煉瓦
４ 仕切煉瓦
５ 室間ガス通過部
６ 蓄熱室
６Ａ 第１蓄熱室
６Ｂ 第２蓄熱室
７ ガス導入排出口
１０ 第１の閉塞部材
１０ａ 水平板
１０ｂ 遮蔽板
１０ｃ 断熱部材
１１ 断熱部材
１３ 断熱ブロック
１４ 断熱材
１５ 迫り出し防止部材

Claims (3)

1. 各燃焼室が２つの室に分割された構造となっていると共に上記各室に連通する個別の蓄熱室を有し、且つ上記分割された２つの室間のガスの通過を可能とする室間ガス通過部を有するコークス炉を対象として、燃焼室と炭化室とを隔てる炭化室の炉壁を構成する炭化室煉瓦を、熱間にて部分的に積替えて補修するコークス炉の補修方法において、
   部分積替えを行う煉瓦側の上記燃焼室において、上記分割された２つの室間を連通する上記室間ガス通過部を一時的に閉塞すると共に、分割された各室に連通する蓄熱室におけるガス導入排出口をそれぞれ一時的に閉塞した状態で、上記煉瓦の部分積替えを行うことを特徴とするコークス炉の補修方法。
2. 部分積替えの対象となる炭化室内における、部分積替えを行う煉瓦と積替えを行わない煉瓦との境界位置近傍に断熱材を配置してから、煉瓦の部分積替えを行うことを特徴とする請求項１に記載したコークス炉の補修方法。
3. 燃焼室と炭化室とを隔てる炭化室の炉壁を構成する炭化室煉瓦を、熱間にて部分的に積替えて補修するコークス炉の補修方法において、
   部分積替えを行う煉瓦側の上記燃焼室に連通する蓄熱室のガス導入排出口を閉塞し、且つ、上記部分積替えを行う煉瓦側の燃焼室において、部分積替えを行う部分の垂直焔道と積替えを行わない垂直焔道との連通部を閉塞した状態で、
   上記煉瓦の部分積替えを行うことを特徴とするコークス炉の補修方法。

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