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WO2014041919A1 - コークス乾式消火設備 - Google Patents

コークス乾式消火設備 Download PDF

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Publication number
WO2014041919A1
WO2014041919A1 PCT/JP2013/071010 JP2013071010W WO2014041919A1 WO 2014041919 A1 WO2014041919 A1 WO 2014041919A1 JP 2013071010 W JP2013071010 W JP 2013071010W WO 2014041919 A1 WO2014041919 A1 WO 2014041919A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
circulating cooling
cooling gas
cyclone
boiler
duct
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2013/071010
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
和也 江口
江川　善雄
横手　孝輔
宇内 金子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Engineering Co Ltd
Nippon Steel Plant Designing Corp
Original Assignee
NS Plant Designing Corp
Nippon Steel and Sumikin Engineering Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NS Plant Designing Corp, Nippon Steel and Sumikin Engineering Co Ltd filed Critical NS Plant Designing Corp
Priority to RU2015113404A priority Critical patent/RU2632016C2/ru
Priority to BR112015005220-7A priority patent/BR112015005220B1/pt
Priority to EP13837203.2A priority patent/EP2896679B1/en
Priority to UAA201503408A priority patent/UA114336C2/uk
Priority to CN201380001557.0A priority patent/CN103814109B/zh
Publication of WO2014041919A1 publication Critical patent/WO2014041919A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B39/00—Cooling or quenching coke
    • C10B39/02—Dry cooling outside the oven
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D50/00—Combinations of methods or devices for separating particles from gases or vapours

Definitions

  • the present invention relates to a coke dry fire extinguishing equipment.
  • the iron making process starts with a iron making process in which iron is reduced from iron ore (iron oxide) with coke that has been steamed and hardened from coal.
  • Coke dry fire extinguishing equipment (CDQ: Coke Dry Quenching) is a facility that cools reddish coke steamed in a coke oven and generates high-temperature and high-pressure steam using the recovered heat.
  • the generated steam is generally used as electric power or process steam for steel production.
  • the conventional CDQ is composed of two heat exchangers, a chamber CB and a boiler BO.
  • reddish coke Co is cooled by using an inert gas (a gas containing nitrogen as a main component and containing CO 2 , H 2 O, a small amount of CO, H 2, etc.) as a circulating cooling gas. It is.
  • the chamber CB and the boiler BO are connected to the primary dust catcher PD via the first duct Fd and further connected to the boiler BO via the second duct Sd.
  • the boiler BO is connected to the secondary dust catcher SD via the third duct Td, is connected to the chamber CB via the gas blower GB, and the third duct Td.
  • the dust catchers PD and SD have a wall in which gas collides, and dust such as coke collides with the wall and falls downward in the process of circulating cooling gas flowing therethrough (R1 direction). , R2 direction).
  • the red hot coke Co accommodated in a bucket (not shown) pushed out from a coke oven (not shown) is carried from the top of the chamber CB (X1 direction).
  • hot red hot coke Co is accumulated in the upper pre-chamber PC and is lowered to the lower cooling chamber CC at regular time intervals.
  • the red hot coke Co is cooled to an initial temperature of about 1000 ° C. to 200 ° C. or less (generation of cooled red hot coke Co ′), and is discharged through a discharge passage EJ disposed at the bottom of the chamber CB. It is carried to a blast furnace (not shown) by a conveyor BC.
  • the circulating cooling gas described above contains unburned gas such as CO, and in order to complete the combustion reaction of these unburned gas until the circulating cooling gas reaches the inlet of the boiler BO, An air introduction path AD for burning unburned gas is provided at the top of the ring duct Rd installed on the outer periphery of the pre-chamber PC of the chamber CB, where combustion air is provided to the circulating cooling gas. It is common. The reason for completing the combustion of the unburned gas before the circulating cooling gas reaches the boiler is to raise the temperature of the circulating cooling gas and increase the amount of heat recovered by the boiler.
  • the reason why the combustion air is provided on the upstream side of the primary dust catcher PD is because it takes a certain amount of time to sufficiently mix and burn the unburned gas and air (oxygen).
  • the circulating cooling gas rising from the cooling chamber CC to the ring duct Rd is heated to about 800 to 900 ° C., but the circulating cooling gas is further heated by providing combustion air to the circulating cooling gas. It becomes a high temperature atmosphere of about 1000 °C.
  • An outline of the flow of the circulating cooling gas in the CDQ is as follows.
  • the circulating cooling gas composed of an inert gas is blown from the gas blower GB constituting the circulating facility into the cooling chamber CC below the chamber (in the Y1 direction) and rises upward ( In contact with the hot red hot coke Co (X2 direction) descending in the Y2 direction). Then, it passes through the ring duct Rd on the outer periphery of the pre-chamber PC, enters the primary dust catcher PD from the first duct Fd (flue) (Y2 direction), and flows to the boiler side (Y3 direction).
  • a water supply pipe FW and a steam exhaust pipe DW are integrated and integrated, and water is supplied through the water supply pipe FW (Z1 direction), and water is circulated in the boiler BO (Z2 direction). Steam is generated by the heat of the circulating cooling gas flowing in the boiler BO (Y4 direction), and the steam is discharged through the steam exhaust pipe DW to recover heat (Z3 direction).
  • the circulating cooling gas deprived of heat due to the generation of steam drops to 200 ° C. or less and flows to the secondary dust catcher SD via the third duct Td (Y5 direction), where the circulating cooling gas is contained. Most of the remaining coke powder will be collected (R2 direction).
  • the circulating cooling gas in which most of the contained coke powder is recovered and having a temperature of 200 ° C. or lower, is further cooled down via the gas blower GB and the feed water preheater SE, and the circulating cooling gas of about 130 ° C. is cooled to the cooling chamber CC. In this way, the circulating cooling gas is circulated in the CDQ.
  • Patent Document 1 relates to a coke dry fire extinguishing equipment that provides unburned gas combustion air to the circulating cooling gas on the upstream side of the primary dust catcher as shown in FIG. 4, and is particularly characterized in the air blowing method. Technology is disclosed.
  • the primary structure of the conventional structure is designed so that the efficiency of collecting the coke powder contained in the circulating cooling gas is increased before the circulating cooling gas enters the boiler, thereby suppressing the increase in cost caused by increasing the boiler scale.
  • a measure of applying a cyclone as disclosed in Patent Document 2 instead of the dust catcher can be considered.
  • JP 61-168690 A Japanese Utility Model Publication No. 63-81838
  • the present invention has been made in view of the problems described above, and instead of the conventional dust collector described above as the primary dust catcher in order to increase the collection efficiency of the coke powder contained in the circulating cooling gas in the previous stage of entering the boiler.
  • the cyclone While applying the cyclone, take measures to prevent the circulating cooling gas of about 1000 ° C from being supplied to the cyclone, and increase the circulating cooling gas temperature to about 1000 ° C before entering the boiler. It aims at providing the coke dry-type fire extinguishing equipment which does not reduce the heat recovery amount by a boiler, without increasing this.
  • a coke dry fire extinguishing system includes a chamber into which a red hot coke is supplied and a circulating cooling gas is blown, and a circulating cooling gas heated by the red hot coke in the chamber is a first duct.
  • a dust collector that collects coke powder in the circulating cooling gas, and a boiler that collects the circulating cooling gas flowing out of the dust collector through the second duct and recovers the heat of the circulating cooling gas;
  • a coke dry fire extinguishing system that cools reddish coke by returning the circulating cooling gas flowing out from the boiler back to the chamber through a third duct connecting the boiler and the chamber, wherein the dust collector comprises a cyclone, and the cyclone Is provided with a circulating cooling gas controlled to a temperature of 900 ° C. or less.
  • Air introducing path for performing combustion of unburnt gas of the circulating cooling gas by introducing air, in which are present only in the middle position of the second duct.
  • the coke dry fire extinguishing equipment (CDQ) of the present invention uses a cyclone as a dust collector, and further includes an air introduction path for introducing air into the circulating cooling gas and burning unburned gas in the circulating cooling gas,
  • a cyclone as a dust collector, and further includes an air introduction path for introducing air into the circulating cooling gas and burning unburned gas in the circulating cooling gas,
  • the circulating cooling gas controlled to a temperature of 900 ° C. or less is applied to the cyclone.
  • the boiler is provided with a circulating cooling gas of about 1000 ° C. in which the combustion of the unburned gas is completed.
  • the circulating cooling gas controlled to a temperature of 900 ° C. or less is provided to the cyclone, and air is introduced into the circulating cooling gas to burn the unburned gas in the circulating cooling gas.
  • the air introduction path is not located in the middle of the chamber and the first duct, but only in the middle of the second duct” means that the circulation controlled to a temperature of 900 ° C. or less. This means that the provision of the cooling gas and the presence of the air introduction path only in the middle of the second duct are closely related.
  • the configuration in terms of words, seems not to satisfy the configuration of the present invention described above.
  • the circulating cooling gas having a temperature of 900 ° C. or less that does not interfere with the wall of the cyclone is provided to the cyclone, such a control mode is also included in the configuration of the present invention described above. That is, the configuration that avoids the configuration of the present invention is only a mode in which a circulating cooling gas having a temperature exceeding 900 ° C. is provided to the cyclone.
  • the air provided therethrough generates a circulating cooling gas having a temperature exceeding 900 ° C. (for example, about 980 ° C.) in the duct upstream of the cyclone, for example, as in a conventional CDQ . Therefore, in the case where the air introduction path is provided in the duct on the upstream side of the cyclone instead of such a configuration, the present invention is applied in the case of providing a slight amount of air to the circulating cooling gas. In the case where the temperature of the circulating cooling gas introduced into the cyclone is still 900 ° C. or less, the present invention is applied even when the installation mode of the air introduction path is different from the configuration of the present invention. It shall be included in the above configuration.
  • control to a temperature of 900 ° C or lower means that the temperature control of 900 ° C or lower is executed by not providing air upstream of the cyclone, based on the past CDQ operation results.
  • the temperature of the circulating cooling gas is controlled to be low before and after entering the cooling chamber so that the temperature when the circulating cooling gas flows through the first duct is 900 ° C. or lower (for example, lower than the conventional 130 ° C.) For example, the temperature is controlled to about 100 ° C.).
  • the swirling flow of the circulating cooling gas including the unburned gas is used to generate the unburned gas. Combustion can be promoted, and even when the distance between the cyclone and the boiler, that is, the length of the second duct is not long, the completion of combustion of the unburned gas until the circulating cooling gas reaches the boiler can be guaranteed.
  • the time required for the circulating cooling gas in the swirling state to reach the boiler from the cyclone is about 1 second or less. Has been confirmed to burn.
  • the volume of the circulating cooling gas provided to the cyclone is reduced, so that the cyclone can be downsized.
  • a trial calculation result is obtained that the volume of the circulating cooling gas is about 75%.
  • the second duct is composed of a rising portion that rises upward from the top of the cyclone, and a horizontal portion that is bent from the rising portion and extends in the horizontal direction or the substantially horizontal direction, and the air introduction path is the rising portion.
  • the “substantially horizontal direction” means tilting in a range of about ⁇ 20 degrees or less with respect to the horizontal.
  • the swirling flow of the circulating cooling gas generated by the cyclone circulates over the entire section of the second duct composed of the rising portion and the horizontal portion extending in the horizontal direction or the substantially horizontal direction.
  • the air introduction path is provided at the rising part that rises upward from the top of the cyclone, air can be provided to the swirling flow with a high swirl flow velocity, compared with the case where air is provided to the horizontal part. Combustion of unburned gas can be promoted.
  • the air introduction path does not hinder the flow of the swirling flow generated in the process in which the circulating cooling gas enters the cyclone along the curved linear introduction path provided on the side of the cylindrical rising portion, for example. It is preferable that an air introduction direction that is disposed at a position and does not hinder the flow of the swirling flow is defined. Further, as the form of the air introduction path, one air introduction path is arranged at a predetermined level position of the rising part, or 2 to 4 air introduction paths at the same level (in the same plane) of the rising part. There are various forms such as a form provided with a diagonal line position in the case of 2 units, an interval of 120 degrees in the case of 3 units, and an interval of 90 degrees in the case of 4 units.
  • the cyclone in addition to the application of the cyclone excellent in dust collection performance, air introduction for performing combustion of unburned gas in the circulating cooling gas.
  • the cyclone can collect dust with the circulating cooling gas at a lower temperature than before without increasing the flow rate of the circulating cooling gas. It can be made of heat resistant steel, suppresses the generation of clinker in the cyclone and suppresses the reduction of dust collection, and the circulating cooling gas provided is at a low temperature of 900 ° C or less, so the volume of circulating cooling gas is As a result, the cyclone can be reduced in size.
  • the dust concentration can be significantly reduced, and since the amount of dust contained in the circulating cooling gas that circulates in the boiler is low, it is possible to eliminate the need for wear resistance measures on the heat transfer surface of the boiler.
  • the cooling gas flow rate can be increased and the boiler can be downsized by improving the heat transfer performance.
  • the secondary dust catcher and the accompanying conveyor can be eliminated, and in combination with the various effects described above, the equipment cost of the entire CDQ system can be greatly reduced.
  • FIG. 3 is a view taken along arrow III-III in FIG. 2. It is a schematic diagram of embodiment of the conventional coke dry fire extinguishing equipment.
  • FIG. 1 is a schematic view of an embodiment of a coke dry fire extinguishing system according to the present invention
  • FIG. 2 is an enlarged perspective view of a cyclone and a second duct
  • FIG. 3 is a view taken along arrows III-III in FIG. is there.
  • coke dry fire extinguishing equipment 100 two heat exchangers, a chamber 10 and a boiler 30, and a cyclone 20 as a dust collector are provided with an inert gas (nitrogen is the main component, CO 2 , H 2 O ,
  • the first duct 70, the second duct 80, and the third duct 90 which constitute a circulation system of a circulating cooling gas composed of a small amount of CO, a gas containing H 2 , and the like. The whole is roughly structured.
  • the chamber 10 and the cyclone 20 are connected via a first duct 70, the cyclone 20 and the boiler 30 are connected via a second duct 80, and the boiler 30 and the chamber 10 are disposed in the middle thereof. It is connected via the third duct 90 via the gas blower 50 that has been made.
  • the circulating cooling gas composed of inert gas cools the hot red hot coke Co while circulating through the distribution system shown in the figure, and the circulating cooling gas heated by the heat received from the red hot coke Co is the water circulating in the boiler 30. Is evaporated to produce steam.
  • the red hot coke Co accommodated in a bucket (not shown) pushed out from a coke oven (not shown) is carried from the top of the chamber 10 (X1 direction).
  • hot red hot coke Co is accumulated in the upper pre-chamber 11 and lowered to the lower cooling chamber 12 at regular time intervals.
  • the red hot coke Co is cooled to an initial temperature of about 1000 ° C. to 200 ° C. or less (generation of cooled red hot coke Co ′), and is discharged through the discharge path 14 provided at the bottom of the chamber 10. It is carried by a conveyor 15 to a blast furnace (not shown).
  • the circulating cooling gas contains unburned gas such as CO.
  • unburned gas such as CO.
  • the air introduction path 40 for burning unburned gas is provided only in the middle of the second duct 80 located downstream of the cyclone 20 (not provided in the middle of the chamber 10 or the first duct 70). Combustion air is provided to the circulating cooling gas.
  • the circulating cooling gas is blown into the cooling chamber 12 below the chamber from the gas blower 50 constituting the circulation facility (Y1 direction) and descends in the process of rising upward (Y2 direction) and hot red hot coke Co (X2 direction). Contact with. Then, it passes through the ring duct 13 on the outer periphery of the pre-chamber 11, enters the cyclone 20 that is a dust collector from the first duct 70 (Y2 direction), becomes a swirling flow Y3 ′ in the cyclone 70, and flows to the boiler side ( Y3 ′′ direction).
  • the circulating cooling gas rising from the cooling chamber 12 to the ring duct 13 (Y1 direction) is heated to about 800 ° C., but unlike the conventional structure CDQ, the combustion air circulates in the chamber 10. Since it is not provided to the cooling gas, the circulating cooling gas does not further rise in temperature, and flows into the first duct 70 from the ring duct 13 at about 800 ° C. (temperature of 900 ° C. or less).
  • the circulating cooling gas flowing through the first duct 70 enters the cyclone 70 while maintaining a temperature of about 800 ° C., where a swirling flow Y3 ′ is generated.
  • the cyclone 20 has a cylindrical shape whose diameter is reduced downward, and a curved linear circulating cooling gas introduction passage 21 is in fluid communication with the inside of the cylinder.
  • the rising part 81 that constitutes rises and further bends so that a horizontal part 82 that constitutes the second duct 80 leads to the boiler 30 side.
  • each air introduction path 40 is arranged at 90 ° intervals in the middle of the rising portion 81, and the air introduction directions (Q2 directions) of the respective air introduction paths 40 are as follows. , It is defined in a direction that does not hinder the flow of the swirling flow Y3 ′ of the circulating cooling gas generated in the process of flowing through the introduction path 21 (Y2 direction).
  • the cyclone 20 effectively collects the highly wearable coke powder of the circulating cooling gas.
  • the temperature of the circulating cooling gas flowing through the horizontal portion 82 in the manner of the swirling flow Y3 ′′ to the boiler side is raised and about 800 ° C. when flowing into the cyclone 20 (900 From 1000 ° C.) to about 1000 ° C. and flows into the boiler 30.
  • a steam generation / recovery path 35 for supplying water and exhausting steam is internally provided in the boiler 30, and water is supplied through the steam generation / recovery path 35 (Z1 direction), and water flows through the boiler 30 (Z2 direction).
  • steam is generated by the heat of the circulating cooling gas flowing in the boiler 30 (Y4 direction), and this steam is discharged through the steam generation / recovery path 35 to recover heat (Z3 direction).
  • the circulating cooling gas deprived of heat due to the generation of steam drops to 200 ° C. or less, flows to the chamber 10 side through the third duct 90 (Y5 direction), passes through the gas blower 50, and passes through the feed water preheater 60. Then, the temperature is further lowered, and the circulating cooling gas of about 130 ° C. is blown into the cooling chamber 12 (Y1 direction), and thus the circulating cooling gas is circulated in the CDQ.
  • the structure improvement in which the arrangement position of the air introduction path 40 for executing the combustion of the unburned gas in the circulating cooling gas is changed from the conventional CDQ.
  • circulating cooling gas in a relatively low temperature region of 900 ° C. or less can be collected in the cyclone 20, and stainless steel or the like can be used without using an expensive heat-resistant material such as Inconel as a forming material of the cyclone 20. Heat resistant steel can be used.
  • the swirl flow Y3 ′ of the circulating cooling gas including the unburned gas is not used. Combustion of the combustion gas can be promoted, and even when the distance between the cyclone 20 and the boiler 30, that is, the length of the second duct 80 is not long, the combustion of the unburned gas until the circulating cooling gas reaches the boiler 30. Completion can be guaranteed. Moreover, since air is not provided to the circulating cooling gas provided to the cyclone 20, unburned gas is burned in the cyclone 20 to generate clinker, and is prevented from adhering to the wall of the cyclone.
  • the problem that the dust collection property of the cyclone 20 falls by the clinker adhering to the wall surface cannot occur. Furthermore, since the temperature of the circulating cooling gas provided to the cyclone 20 is lowered to 900 ° C. or less, the thermal expansion is suppressed. As a result, the volume of the circulating cooling gas provided is reduced. Can also be achieved. Further, by applying the cyclone 20, the dust concentration in the circulating cooling gas can be greatly reduced as compared with the primary dust catcher having the conventional structure. As a result, the influence of wear due to the circulating cooling gas in the boiler 30 is extremely reduced, and the cost required for forming a wear-resistant coating such as thermal spraying and installation of a protector is eliminated.
  • the present inventors have considered the dust reduction effect by introducing a cyclone. Specifically, the introduction of a cyclone increases the dust reduction effect, and it becomes possible to design a boiler without considering the influence of dust wear.
  • the flow rate of the circulating cooling gas introduced into the boiler can be increased.
  • the K value all heat transfer coefficient
  • the amount of wear on the boiler wall is determined by the kinetic energy of the dust and the amount of dust if the dust type is the same. Kinetic energy is proportional to the product of the dust mass and the square of the velocity.
  • the particle size of dust can be reduced to about 1/10, from several hundred ⁇ m to several tens ⁇ m.
  • the amount of wear can be significantly reduced because the amount of dust (mass) is reduced to about 1/10.
  • the heat recovery amount Q can be expressed by KA ⁇ tm (K: overall heat transfer coefficient, A: heat transfer area, ⁇ tm: logarithm average temperature difference).
  • the K value is increased by increasing the flow rate of the circulating cooling gas in the boiler, so the heat transfer area A in the boiler can be reduced. It leads to downsizing.
  • this effect is not limited to an increase in the size of the cyclone, but also an increase in the size of equipment such as ducts and blowers, an increase in blower power, and an increase in boiler size. Necessary.
  • a cyclone is applied to a configuration in which an air introduction path for introducing air into the circulating cooling gas and performing combustion of unburned gas in the circulating cooling gas exists only in the middle of the second duct.
  • an air introduction path for introducing air into the circulating cooling gas and performing combustion of unburned gas in the circulating cooling gas exists only in the middle of the second duct.

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Description

コークス乾式消火設備
　本発明は、コークス乾式消火設備に関するものである。
　製鉄プロセスは、石炭を蒸し焼きにして固めたコークスで鉄鉱石（酸化鉄）から鉄を還元する製銑工程からスタートする。コークス乾式消火設備（CDQ: Coke Dry Quenching）は、コークス炉で蒸し焼きにした赤熱コークスを冷却し、回収した熱で高温・高圧の蒸気を発生する設備である。ここで、生成された蒸気は、鉄鋼生産用の電力やプロセス蒸気として一般に利用されている。
　ここで、従来のCDQを図４を参照して概説する。同図で示すように、従来のCDQは、チャンバーＣＢとボイラーＢＯの２つの熱交換機で構成されている。チャンバーＣＢでは、循環冷却ガスをなす不活性ガス（窒素が主成分であって、CO2、H2O、微量のCO、H2が含まれたガスなど）を利用して赤熱コークスＣｏが冷やされる。
　チャンバーＣＢとボイラーＢＯは、第１のダクトＦｄを介して一次ダストキャッチャーＰＤに繋がり、さらに第２のダクトＳｄを介してボイラーＢＯに繋がっている。ボイラーＢＯは第３のダクトＴｄを介して二次ダストキャッチャーＳＤに繋がり、ガスブロアＧＢを介し、第３のダクトＴｄを介してチャンバーＣＢに繋がっている。なお、ダストキャッチャーＰＤ,ＳＤはその内部にガスが衝突する壁を有しており、循環冷却ガスがその内部を流通する過程でコークス等のダストが壁に衝突して下方に落下する（Ｒ１方向、Ｒ２方向）ような構造を有している。
　不図示のコークス炉から押し出された不図示のバケットに収容された赤熱コークスＣｏは、チャンバーＣＢの頂部から搬入される（Ｘ１方向）。チャンバーＣＢ内では、上部のプレチャンバーＰＣにて高温の赤熱コークスＣｏを溜め、一定の時間間隔で下方のクーリングチャンバーＣＣに降下させる。この操作によって赤熱コークスＣｏは当初の約1000℃の温度が200℃以下に冷却され（冷却された赤熱コークスＣｏ’の生成）、チャンバーＣＢ底部に配設された排出路ＥＪを介して排出されてコンベアＢＣで不図示の高炉に運ばれるようになっている。
　ここで、上記する循環冷却ガスには、CO等の未燃ガスが含まれており、これらの未燃ガスを循環冷却ガスがボイラーＢＯの入口に至るまでに完全に燃焼反応を終わらせるべく、未燃ガス燃焼用の空気導入路ＡＤがチャンバーＣＢのプレチャンバーＰＣの外周に設置されているリングダクトＲｄ頂部に設けられ、ここで燃焼用空気が循環冷却ガスに提供されるようになっているのが一般的である。循環冷却ガスがボイラーに至る前に未燃ガスの燃焼を完了させる理由は、循環冷却ガスの温度を昇温してボイラーによる熱回収量を増加させるためである。また、一次ダストキャッチャーＰＤの上流側で燃焼用空気を提供するのは、未燃ガスと空気（酸素）を十分に混合して燃焼させるにはある程度の時間を要するためである。クーリングチャンバーＣＣからリングダクトＲｄへと上昇する循環冷却ガスは800～900℃程度にまで昇温しているが、燃焼用空気が循環冷却ガスに提供されることによって循環冷却ガスはさらに昇温して約1000℃の高温雰囲気となる。
　CDQ内における循環冷却ガスの流れを概説すると、不活性ガスからなる循環冷却ガスは、循環設備を構成するガスブロアＧＢからチャンバー下方のクーリングチャンバーＣＣに吹き込まれ（Ｙ１方向）、上方に上昇する過程（Ｙ２方向）で降下してくる高温の赤熱コークスＣｏ（Ｘ２方向）と接触する。そして、プレチャンバーＰＣの外周にあるリングダクトＲｄを通過し、第１のダクトＦｄ（煙道）から一次ダストキャッチャーＰＤに入り（Ｙ２方向）、ボイラー側に流れていく（Ｙ３方向）。
　第１のダクトＦｄを流通する循環冷却ガスは摩耗性の高い多量のコークス粉を含んでいるのが一般的であることから、一次ダストキャッチャーＰＤで含有コークス粉全体の20～30%が粗捕集されることになる（Ｒ１方向）。
　ボイラーＢＯ内には給水管ＦＷと蒸気排気管ＤＷが一体となって内装されており、給水管ＦＷを介して給水され（Ｚ１方向）、水がボイラーＢＯ内を流通する過程（Ｚ２方向）でボイラーＢＯ内を流通する（Ｙ４方向）循環冷却ガスの熱で蒸気となり、この蒸気を蒸気排気管ＤＷを介して排出して熱回収するものである（Ｚ３方向）。
　蒸気の生成で熱を奪われた循環冷却ガスは200℃以下に降温し、第３のダクトＴｄを介して二次ダストキャッチャーＳＤに流通し（Ｙ５方向）、ここで循環冷却ガスが含有している残りのコークス粉の大半が捕集されることになる（Ｒ２方向）。
　含有コークス粉のほとんどが回収され、200℃以下の温度となっている循環冷却ガスは、ガスブロアＧＢを介し、給水予熱器ＳＥを介してさらに降温され、130℃程度の循環冷却ガスがクーリングチャンバーＣＣに吹き込まれることとなり（Ｙ１方向）、このようにしてCDQ内における循環冷却ガスの循環が図られることとなる。
　ここで、特許文献１には、図４で示すように一次ダストキャッチャーの上流側で循環冷却ガスに未燃ガス燃焼用の空気を提供するコークス乾式消火設備に関し、特に空気吹込方法に特徴を有する技術が開示されている。
　特許文献１で開示のCDQにおいても、従来構造の一次ダストキャッチャーが適用されていると考えられるが、既述するようにこの一次ダストキャッチャーは低捕集効率の型式であるのが一般的であることから、ボイラーにおける摩耗防止策が課題となり、その対策として、耐摩耗材を溶射等で伝熱面に施工して耐摩耗被膜を形成する方法や、循環冷却ガスの流速を低速化する方法などが適用されている。
　しかしながら、耐摩耗材を溶射等で壁面に施工して耐摩耗被膜を形成する方法では、この被膜形成作業に要するコストの問題が大きい。また、循環冷却ガスの流速を低速化する方法では、流速の低速化による伝熱性能を補うために伝熱面積を多くし、このことによって回収蒸気量の低下を抑制することが必要となるが、伝熱面積が多くなることはボイラーの大規模化に直結することから、やはり設備コストの問題に繋がる。
　そこで、循環冷却ガスがボイラーに入る前段で循環冷却ガスの含有するコークス粉の捕集効率を高め、このことによってボイラー規模を大きくする等に起因するコスト増を抑制できるように、従来構造の一次ダストキャッチャーに代えて特許文献２で開示されるようなサイクロンを適用する方策が考えられる。
　しかしながら、サイクロンに1000℃程度の循環冷却ガスが提供されることから、サイクロンの形成素材として一般的な耐熱鋼であるステンレスなどを採用するのが困難であり、インコネル等の高価な耐熱材を使用せざるを得なくなり、やはり設備コストの問題が解消できない。加えて、未燃ガスと酸素が共存し、燃焼反応が発生することでサイクロン壁面にクリンカ（溶融物）が付着することから、その集塵性が低下するといった問題も懸念される。
　そこで、サイクロンを適用しながら、循環冷却ガスの流量を増加させてガス温度を下げるという方策も考えられるが、ガス流量増に起因するCDQ（システム）全体の大型化（ガスブロアの消費電力増などを含む）が避けられず、やはり設備コスト増が問題となる。
特開昭６１－１６８６９０号公報 実開昭６３－８１８３８号公報
　本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、ボイラーに入る前段で循環冷却ガスの含有するコークス粉の捕集効率を高めるべく、一次ダストキャッチャーとして既述する従来構造の集塵機に代えてサイクロンを適用しながら、サイクロンに1000℃程度の循環冷却ガスが提供されないような対策を講じ、しかも、ボイラーに入る前に循環冷却ガスの温度は1000℃程度にまで高めることで循環冷却ガスの流量を増加させることなくボイラーによる熱回収量を低下させることのないコークス乾式消火設備を提供することを目的としている。
　前記目的を達成すべく、本発明によるコークス乾式消火設備は、赤熱コークスが供給されるとともに循環冷却ガスが吹き込まれるチャンバーと、チャンバー内で赤熱コークスによって昇温された循環冷却ガスが第１のダクトを介して導入され、該循環冷却ガス中のコークス粉を回収する集塵機と、集塵機から流出した循環冷却ガスが第２のダクトを介して導入されるとともに循環冷却ガスの熱を回収するボイラーと、を備え、ボイラーから流出した循環冷却ガスをボイラーとチャンバーを繋ぐ第３のダクトを介して再度チャンバーに戻して赤熱コークスを冷却するコークス乾式消火設備であって、前記集塵機はサイクロンからなり、前記サイクロンに900℃以下の温度に制御された循環冷却ガスが提供されるようになっており、循環冷却ガスに空気を導入して循環冷却ガス中の未燃ガスの燃焼を実行するための空気導入路が、第２のダクトの途中位置にのみ存在しているものである。
　本発明のコークス乾式消火設備（CDQ）は、集塵機としてサイクロンを適用し、さらに、循環冷却ガスに空気を導入して循環冷却ガス中の未燃ガスの燃焼を実行するための空気導入路が、チャンバーと第１のダクトの途中位置には存在せず、第２のダクトの途中位置にのみ存在している構成を適用することで、サイクロンに900℃以下の温度に制御された循環冷却ガスが提供されるようにするとともに、ボイラーには未燃ガスの燃焼が完了した1000℃程度の循環冷却ガスが提供されるのを保証したものである。
　ここで、「前記サイクロンに900℃以下の温度に制御された循環冷却ガスが提供されるようになっており、循環冷却ガスに空気を導入して循環冷却ガス中の未燃ガスの燃焼を実行するための空気導入路が、チャンバーと第１のダクトの途中位置には存在せず、第２のダクトの途中位置にのみ存在している」とは、900℃以下の温度に制御された循環冷却ガスが提供されることと空気導入路が第２のダクトの途中位置にのみ存在していることが密接に連関していることを意味している。すなわち、たとえばサイクロンの上流に位置する第１のダクト内やチャンバー内で空気がわずかでも導入される形態を取り上げるに、構成上（文言上）は上記する本願発明の構成を充足しないように見受けられる。しかしながら、サイクロンの壁面に支障を来たさない900℃以下の温度の循環冷却ガスをサイクロンに提供する限りにおいては、このような制御形態も上記する本願発明の構成に含まれるものとする。すなわち、この本願発明の構成を回避する構成は、サイクロンに対して900℃を超える温度の循環冷却ガスを提供する形態のみであり、そのために、チャンバーもしくは第１のダクトの途中位置に空気導入路が設けられ、これを介して提供された空気によって、たとえば従来のCDQのようにサイクロンの上流側のダクトにおいて温度が900℃を超えた温度（たとえば980℃程度）の循環冷却ガスが生成される。したがって、このような構成でなくて、サイクロンの上流側のダクト等で空気導入路が設けられているものの、循環冷却ガスに対してわずかに空気を提供するような形態の場合には、本願発明による効果を奏することから、サイクロンに導入される循環冷却ガスの温度が依然として900℃以下の場合においては、空気導入路の設置態様が本願発明の構成と相違している場合であっても本願発明の上記構成に含まれるものとする。なお、「900℃以下の温度に制御」とは、これまでのCDQの操業実績より、サイクロンの上流側で空気を提供しないことで900℃以下の温度制御は実行されるが、これ以外にも、循環冷却ガスが第１のダクトを流通する際の温度が900℃以下となるように循環冷却ガスがクーリングチャンバーに入る前後でその温度を低温に制御する（たとえば従来一般の130℃よりも低い100℃程度に制御するなど）制御形態が挙げられる。
　このように、集塵性能に優れたサイクロンの適用に加えて、循環冷却ガス中の未燃ガスの燃焼を実行するための空気導入路の配設位置を従来のCDQから変更した構造改良により、900℃以下の比較的低温域の循環冷却ガスをサイクロン内で集塵することができ、サイクロンの形成素材としてインコネル等の高価な耐熱材を使用することなく、たとえばSUS304などのステンレス等の一般的な耐熱鋼を使用することができる。
　特に、旋回流を生じるサイクロンの下流側のダクト（第２のダクト）において未燃ガスに空気が提供されることから、未燃ガスを含む循環冷却ガスの旋回流を利用して未燃ガスの燃焼を促進させることができ、サイクロンとボイラーまでの距離、すなわち第２のダクトの長さが長くない場合でも循環冷却ガスがボイラーに到達するまでの未燃ガスの燃焼完了を保証することができる。なお、本発明者等によれば、旋回状態の循環冷却ガスがサイクロンからボイラーに至るまでの時間は1秒以下程度であることが分かっているが、このような短時間で未燃ガスが完全に燃焼することが確認されている。
　また、サイクロンに提供される循環冷却ガスに空気が提供されていないことから、サイクロン内で未燃ガスが燃焼してクリンカが発生し、サイクロンの壁面に付着するのが抑制される。そのため、壁面に付着したクリンカによってサイクロンの集塵性が低下するといった問題も生じ得ない。
　さらに、サイクロンに提供される循環冷却ガスの温度が低くなることでその熱膨張が抑制される結果、提供される循環冷却ガスのボリュームが低減されることから、サイクロンの小型化を図ることもできる。なお、980℃程度の循環冷却ガスに比して800～900℃程度の循環冷却ガスが提供されることにより、循環冷却ガスのボリュームは75%程度になるとの試算結果が得られている。
　また、サイクロンを適用することで、既述する従来構造の一次ダストキャッチャーに比して循環冷却ガス中のダスト捕集量が3～8倍程度となり、ダスト濃度を大きく低減できることが分かっている。そして、このことによってボイラー内における循環冷却ガスによる摩耗の影響が極めて少なくなり、溶射やプロテクター設置といった耐摩耗被膜形成に要するコストが不要となる。また、循環冷却ガスの流速をたとえば1.5倍程度に高めることが可能となり、このことによって伝熱性能が向上する（Ｋ値（総括熱伝達係数）の向上によって伝熱面積の低下を図ることが可能）ため、一定量の蒸気回収を前提とした場合にはボイラーの小型化を図ることが可能となる。
　さらに、サイクロンによる集塵効率が高まることで従来のようにボイラー下流における二次ダストキャッチャーやそれに付随するコンベア等が一切不要となり、CDQシステム全体の設備コスト低減にも繋がる。
　ここで、第２のダクトは、サイクロンの頂部から上方に立ち上がる立ち上り部と、この立ち上り部から屈曲して水平方向もしくは略水平方向に延びる水平部とから構成されており、空気導入路が立ち上り部に設けられているのが好ましい。ここで、「略水平方向」とは、水平に対して±20度程度以下の範囲で傾斜していることを意味している。
　立ち上り部と、水平方向もしくは略水平方向に延びる水平部からなる第２のダクトの全区間に亘って、サイクロンで生成された循環冷却ガスの旋回流が流通することになる。
　しかし、サイクロンの頂部から上方に立ち上がる立ち上り部に空気導入路が設けられていることで、旋回流速の速い旋回流に空気を提供することができ、水平部に空気を提供する場合に比して未燃ガスの燃焼を促進することができる。
　なお、空気導入路は、たとえば筒状の立ち上り部の側方に設けられた湾曲線形の導入路に沿って循環冷却ガスがサイクロン内に入ってくる過程で生成された旋回流の流れを阻害しない位置に配設され、かつ、同様に旋回流の流れを阻害しない空気導入方向が規定されるのがよい。また、空気導入路の形態としては、１基の空気導入路が立ち上がり部の所定レベル位置に配設された形態や、立ち上がり部の同一レベル（同一平面内）に２～４基の空気導入路が設けられた形態（２基の場合は対角線位置、３基の場合は120度間隔、４基の場合は90度間隔）など、多様な形態が挙げられる。
　以上の説明から理解できるように、本発明のコークス乾式消火設備によれば、集塵性能に優れたサイクロンの適用に加えて、循環冷却ガス中の未燃ガスの燃焼を実行するための空気導入路の配設位置を従来のCDQから変更した構造改良により、循環冷却ガスの流量を増加させることなく、従来よりも低い温度の循環冷却ガスでサイクロンによる集塵が可能となるため、サイクロンを一般的な耐熱鋼で形成でき、サイクロン内におけるクリンカの発生を抑制してその集塵性の低下を抑制でき、提供される循環冷却ガスが900℃以下の低温であることから循環冷却ガスのボリュームが低減されてサイクロンの小型化を図ることができる。さらに、サイクロンを導入することでダスト濃度を格段に低減でき、ボイラー内を流通する循環冷却ガスの含有ダストが少ないことでボイラー伝熱面への耐摩耗対策を不要とでき、ボイラー内での循環冷却ガスの流速アップを可能として伝熱性能向上によるボイラーの小型化を図ることができる。また、二次ダストキャッチャーやそれに付随するコンベア等を不要とでき、上記する種々の効果と相俟って、CDQシステム全体の設備コストを大幅に低減することが可能となる。
本発明のコークス乾式消火設備の実施の形態の模式図である。 サイクロンと第２のダクトを拡大した斜視図である。 図２のIII－III矢視図である。 従来のコークス乾式消火設備の実施の形態の模式図である。
　以下、図面を参照して本発明のコークス乾式消火設備の実施の形態を説明する。なお、図示例では、第２のダクトを構成する立ち上がり部に４基の空気導入路が90度間隔で配設された形態を示しているが、図示例以外の基数の空気導入路が立ち上がり部に設けられた形態、水平部に空気導入路が設けられた形態などであってもよいことは勿論のことである。
（コークス乾式消火設備の実施の形態）
　図１は本発明のコークス乾式消火設備の実施の形態の模式図であり、図２はサイクロンと第２のダクトを拡大した斜視図であり、図３は図２のIII－III矢視図である。
　図示するコークス乾式消火設備１００（CDQ）は、チャンバー１０とボイラー３０の２つの熱交換機、さらには集塵機であるサイクロン２０が、不活性ガス（窒素が主成分であって、CO2、H2O、微量のCO、H2が含まれたガスなど）からなる循環冷却ガスの流通系統を構成する、第１のダクト７０、第２のダクト８０および第３のダクト９０で相互に流体連通されてその全体が大略構成されている。
　より具体的には、チャンバー１０とサイクロン２０は第１のダクト７０を介して繋がり、サイクロン２０とボイラー３０は第２のダクト８０を介して繋がり、ボイラー３０とチャンバー１０は、その途中に配設されたガスブロア５０を介して第３のダクト９０を介して繋がっている。
　不活性ガスからなる循環冷却ガスは、図示する流通系統を循環しながら高温の赤熱コークスＣｏを冷却し、赤熱コークスＣｏから受けた熱で昇温された循環冷却ガスはボイラー３０内を流通する水を蒸発させて蒸気を生成する。
　不図示のコークス炉から押し出された不図示のバケットに収容された赤熱コークスＣｏは、チャンバー１０の頂部から搬入される（Ｘ１方向）。チャンバー１０内では、上部のプレチャンバー１１にて高温の赤熱コークスＣｏを溜め、一定の時間間隔で下方のクーリングチャンバー１２に降下させる。この操作によって赤熱コークスＣｏは当初の約1000℃の温度が200℃以下に冷却され（冷却された赤熱コークスＣｏ’の生成）、チャンバー１０底部に配設された排出路１４を介して排出されてコンベア１５で不図示の高炉に運ばれるようになっている。
　循環冷却ガスにはCO等の未燃ガスが含まれており、これらの未燃ガスを循環冷却ガスがボイラー３０の入口に至るまでに完全に燃焼させるべく、図示するコークス乾式消火設備１００では、未燃ガス燃焼用の空気導入路４０をサイクロン２０の下流側に位置する第２のダクト８０の途中位置にのみ設け（チャンバー１０や第１のダクト７０の途中位置には設けない）、ここで燃焼用空気が循環冷却ガスに提供されるようになっている。
　循環冷却ガスは、循環設備を構成するガスブロア５０からチャンバー下方のクーリングチャンバー１２に吹き込まれ（Ｙ１方向）、上方に上昇する過程（Ｙ２方向）で降下してくる高温の赤熱コークスＣｏ（Ｘ２方向）と接触する。そして、プレチャンバー１１の外周にあるリングダクト１３を通過し、第１のダクト７０から集塵機であるサイクロン２０に入り（Ｙ２方向）、サイクロン７０で旋回流Ｙ３’となり、ボイラー側に流れていく（Ｙ３”方向）。
　ここで、クーリングチャンバー１２からリングダクト１３へと上昇する（Ｙ１方向）循環冷却ガスは800℃程度にまで昇温しているが、従来構造のCDQと異なって燃焼用空気がチャンバー１０にて循環冷却ガスに提供されないことから、循環冷却ガスがさらに昇温することはなく、この800℃程度（900℃以下の温度）でリングダクト１３から第１のダクト７０に流入することになる。
　第１のダクト７０を流通する循環冷却ガスは、800℃程度の温度を維持した状態でサイクロン７０に進入し、ここで旋回流Ｙ３’が生成される。
　図２で示すように、サイクロン２０は、下方に縮径した筒状を呈し、湾曲線形の循環冷却ガスの導入路２１が筒内に流体連通しており、この頂部から第２のダクト８０を構成する立ち上り部８１が立ち上がり、さらに屈曲して第２のダクト８０を構成する水平部８２がボイラー３０側に通じている。
　立ち上り部８１の途中位置には、図３で示すように４基の空気導入路４０が90度間隔で配設されており、かつ、それぞれの空気導入路４０の空気導入方向（Ｑ２方向）は、導入路２１を介して流通する（Ｙ２方向）過程で生成される循環冷却ガスの旋回流Ｙ３’の流れを阻害しない方向に規定されている。
　図１に戻り、サイクロン２０では、循環冷却ガスの有する摩耗性の高いコークス粉が効果的に集塵される。
　そして、サイクロン２０の上方の第２のダクト８０の立ち上り部８１では、循環冷却ガス中の未燃ガス燃焼用の空気が提供されるが、循環冷却ガスが旋回していることから提供される空気との混合が十分に図られ、未燃ガスの燃焼が促進される。
　未燃ガスが完全に燃焼された段階で、水平部８２を旋回流Ｙ３”の態様でボイラー側に流通する循環冷却ガスの温度は昇温し、サイクロン２０に流入する際の800℃程度（900℃以下）から約1000℃の循環冷却ガスとなってボイラー３０に流入することになる。
　ボイラー３０内には給水と蒸気排気をおこなう蒸気生成回収路３５が内装されており、蒸気生成回収路３５を介して給水され（Ｚ１方向）、水がボイラー３０内を流通する過程（Ｚ２方向）でボイラー３０内を流通する（Ｙ４方向）循環冷却ガスの熱で蒸気となり、この蒸気を蒸気生成回収路３５を介して排出して熱回収される（Ｚ３方向）。
　蒸気の生成で熱を奪われた循環冷却ガスは200℃以下に降温し、第３のダクト９０を介してチャンバー１０側に流通し（Ｙ５方向）、ガスブロア５０を介し、給水予熱器６０を介してさらに降温され、130℃程度の循環冷却ガスがクーリングチャンバー１２に吹き込まれることとなり（Ｙ１方向）、このようにしてCDQ内における循環冷却ガスの循環が図られることとなる。
　このように、集塵性能に優れたサイクロン２０の適用に加えて、循環冷却ガス中の未燃ガスの燃焼を実行するための空気導入路４０の配設位置を従来のCDQから変更した構造改良により、900℃以下の比較的低温域の循環冷却ガスをサイクロン２０内で集塵することができ、サイクロン２０の形成素材としてインコネル等の高価な耐熱材を使用することなく、ステンレス鋼等の一般的な耐熱鋼を使用することができる。特に、旋回流Ｙ３’を生じるサイクロン２０の下流側の第２のダクト８０において未燃ガスに空気が提供されることから、未燃ガスを含む循環冷却ガスの旋回流Ｙ３’を利用して未燃ガスの燃焼を促進することができ、サイクロン２０とボイラー３０までの距離、すなわち第２のダクト８０の長さが長くない場合でも循環冷却ガスがボイラー３０に到達するまでの未燃ガスの燃焼完了を保証することができる。また、サイクロン２０に提供される循環冷却ガスに空気が提供されていないことから、サイクロン２０内で未燃ガスが燃焼してクリンカが発生し、サイクロンの壁面に付着するのが抑制される。そのため、壁面に付着したクリンカによってサイクロン２０の集塵性が低下するといった問題も生じ得ない。さらに、サイクロン２０に提供される循環冷却ガスの温度が900℃以下と低くなることでその熱膨張が抑制される結果、提供される循環冷却ガスのボリュームが低減されることから、サイクロン２０の小型化を図ることもできる。また、サイクロン２０を適用することで、従来構造の一次ダストキャッチャーに比して循環冷却ガス中のダスト濃度を大きく低減できる。そして、このことによってボイラー３０内における循環冷却ガスによる摩耗の影響が極めて少なくなり、溶射やプロテクター設置といった耐摩耗被膜形成に要するコストが不要となる。また、循環冷却ガスの流速を高めることが可能となり、このことによって伝熱性能が向上するため、一定量の蒸気回収を前提とした場合にはボイラー３０の小型化を図ることが可能となる。さらに、サイクロン２０による集塵効率が高まることで従来のようにボイラー下流における二次ダストキャッチャーやそれに付随するコンベア等が一切不要となり、CDQシステム全体の設備コスト低減にも繋がる。
[サイクロンからボイラーまでの間で未燃ガスが完全燃焼することを検証した解析とその結果]
　本発明者等は、以下のプロセス条件および計算方法に基づいて、サイクロンからボイラーまでの間で未燃ガスが完全燃焼することを検証する解析をおこなった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
（計算方法および解析モデル）
　（１）定常にて解析をおこなう。
　（２）ボイラー下方の断面に均一な負圧をかける。
　（３）サイクロン入口部から均一にガスが噴出す（偏流は考慮せず）。
　（４）燃焼空気はサイクロン出口のみ（4箇所）にておこなう。
　（５）アウトプットは、流速分布、温度分布、圧力分布、およびガス濃度（O2、H2、CO）分布とする。
　（６）解析モデルのサイクロンの形状は図２，３と同様。実機相当のスケールである。
　（解析結果）
　解析の結果、空気吹き込み後、燃焼反応が約0.1秒で完了することが分かった（旋回流がボイラーに到達するまでの時間は約1秒である）。旋回流を活用することで良好な燃焼状態が得られたためである。
　[循環冷却ガス中のダスト濃度とボイラーの伝熱面積の関係に関する考察]
　本発明者等は、サイクロンを導入することによるダスト低減効果に関して考察をおこなった。具体的には、サイクロン導入によってダスト低減効果が高まり、ダスト摩耗の影響を考慮せずにボイラーの設計が可能になることである。
　さらに、ボイラーへ導入される循環冷却ガスの流速をアップさせることが可能となる。この流速アップにより、Ｋ値（総括熱伝達係数）は大幅に向上し、以下で記載する理由に基づいて伝熱面積の低下を図ることが可能となり、その結果としてボイラー全体のコンパクト設計が可能となる。
（摩耗量の評価）
　ボイラー壁面の摩耗量に関しては、ダスト種が同じであれば、ダストの運動エネルギとダスト量によって決定される。運動エネルギは、ダストの質量と速度の２乗の積に比例する。サイクロンで高効率に除塵することで、サイクロンを適用しない従来構造の一次ダストキャッチャーによるダスト量10gに比してその1/10の1g程度とすることができる。
　一方、ダストの粒径は数百μm～数十μmとやはり1/10程度に低減できる。
　したがって、ダスト量（質量）が1/10程度に低減されるため、摩耗量を大幅に低減できることが分かる。
（伝熱面積について）
　熱回収量Qは、KAΔtm（K:総括熱伝達係数、A:伝熱面積、Δtm:対数平均温度差）で表すことができる。
　熱回収量Qを一定とした場合、ボイラー内における循環冷却ガスの流速がアップすることでK値が高められるため、ボイラー内の伝熱面積Aを小さくすることが可能となり、このことはボイラーのコンパクト化に繋がる。
[循環冷却ガスの温度をガス流量増で低減する場合の課題に関する考察]
　本発明者等は、一次ダストキャッチャー前段で空気が提供されて循環冷却ガスの温度が1000℃程度となる従来構造のCDQにおいて、本発明のCDQのように900℃以下の温度条件とするためにガス流量を増加させる際に、どの程度のガス流量の増加が必要かを検証した。
　検証の結果、従来構造のCDQにおいて、循環冷却ガスの温度を1000℃から800℃まで低減するには循環冷却ガス流量を32%増加させる必要があることが試算されている。この増加ガス量をサイクロンで処理する場合を想定すると、サイクロンの筒部の径を17%増加させ、サイクロン全体の高さも17%増加させる必要があり、サイクロンが大幅に大型化することになる。
　また、循環経路内での循環冷却ガス流量が増加することから、この影響はサイクロンの大型化に留まらず、ダクトやブロアなどの機器の大型化、ブロアの動力の増加、ボイラーの大型化などが必要となる。
　このように、サイクロンの前段で1000℃程度の循環冷却ガスの温度をガス流量を増加させることで低減しようとする場合には、設備の大型化による設備コスト増の課題が顕著となる。
　このことより、循環冷却ガスに空気を導入して循環冷却ガス中の未燃ガスの燃焼を実行するための空気導入路を第２のダクトの途中位置にのみ存在させる構成は、サイクロンを適用することによる効果（集塵性能向上など）を享受できることに加えて、CDQ設備コストの増加を齎さないという大きな効果を奏するものである。
　以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
　１０…チャンバー、１１…プレチャンバー、１２…クーリングチャンバー、１３…リングダクト、１４…排出路、１５…コンベア、２０…サイクロン（集塵機）、２１…導入路、２１ａ…導入孔、３０…ボイラー、３５…蒸気生成回収路、４０…空気導入路、５０…ガスブロア、６０…給水予熱器、７０…第１のダクト、８０…第２のダクト、８１…立ち上り部、８２…水平部、９０…第３のダクト、１００…コークス乾式消火設備（CDQ）、Ｃｏ…赤熱コークス、Ｃｏ’… 冷却された赤熱コークス

Claims (1)

  1. 　赤熱コークスが供給されるとともに循環冷却ガスが吹き込まれるチャンバーと、
    　チャンバー内で赤熱コークスによって昇温された循環冷却ガスが第１のダクトを介して導入され、該循環冷却ガス中のコークス粉を回収する集塵機と、
    　集塵機から流出した循環冷却ガスが第２のダクトを介して導入されるとともに循環冷却ガスの熱を回収するボイラーと、を備え、
    　ボイラーから流出した循環冷却ガスをボイラーとチャンバーを繋ぐ第３のダクトを介して再度チャンバーに戻して赤熱コークスを冷却するコークス乾式消火設備であって、
    　前記集塵機はサイクロンからなり、
    　前記サイクロンに900℃以下の温度に制御された循環冷却ガスが提供されるようになっており、
    　第２のダクトは、サイクロンの頂部から上方に立ち上がる立ち上り部と、この立ち上り部から屈曲して水平方向もしくは略水平方向に延びる水平部とから構成されており、
    　循環冷却ガスに空気を導入して循環冷却ガス中の未燃ガスの燃焼を実行するための空気導入路が前記立ち上り部にのみ存在しているコークス乾式消火設備。
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