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技術 室炉式コークス炉の炉締め構造

出願人 三菱ケミカル株式会社
発明者 堂山秀基前田浩之藤田智一
出願日 2018年8月31日 (2年5ヶ月経過) 出願番号 2018-162724
公開日 2020年3月5日 (11ヶ月経過) 公開番号 2020-033499
状態 未査定
技術分野 コークス工業
主要キーワード キャンバー形状 要部切断正面図 締め付け装置 一般構造用圧延鋼材 要部模式図 ガイド車 発生炉ガス 煉瓦壁
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (13)

課題

コークス炉、特に燃焼室炉長方向端面の全体に常時一定の炉締力を付与して維持することができ、長期間熱的な負荷の高い環境において、燃焼室の膨張を抑制し、燃焼室の堅牢性を保持し、コークス炉の炉寿命を伸ばし、コークス炉の運転を安定的に継続できるようにする。

解決手段

乾留させる石炭を入れるための炭化室と、燃料ガス燃焼させるための燃焼室とを交互に複数配列されたコークス炉を、このコークス炉の炉長方向の両端部に配置されたバックステーによって、コークス炉の炉長方向に炉締力を付与する室炉式コークス炉炉締め構造であって、バックステーは状形状を有する炉締め用バックステーの両端部が前記コークス炉の端面に炉締めされたものである。

概要

背景

室炉式コークス炉は、図6(a)(b)に示すような耐火煉瓦を積んだ大きな長方形乾留炉であり、上半分に多数の炭化室2aと燃焼室3aとが交互に配置され、下半分には蓄熱室4を設けたコークス炉1である。炭化室2aは、その中に上部に設けられた装入口2bから原料炭が入れられる。燃焼室3aは、多数の焔道に分かれ、そこで、高炉ガス石炭ガスなどの燃焼用ガス絶えず燃やされ、両側の煉瓦壁所要温度に熱されている。蓄熱室4は、燃焼用ガスの顕熱回収利用するものであり、これによって、乾留燃料を著しく節約することができる。

ところで、室炉式コークス炉では、炭化室2a内に充填した石炭膨張圧対抗するため、燃焼室3aの炉締めをする必要がある。このため、従来、炉長方向の両端部にバックステー5を配する方法等が知られている。このバックステー5は、図7(a)に示すように、上端縁及び下端縁に、このバックステー5を炉締めする方向に押しつけ張力を付与するクロスタイロッド8が配置され、バックステー5とクロスタイロッド8の接続部に設けられる炉締めスプリングによって炉締力が形成される。また、このバックステー5には、燃焼室3aの端部に配された保護板6との間にロッドやスプリングを有する締め付け金物7が取り付けられる。この締め付け金物7は、バックステー5内の留め部とこの留め部に連結されたスプリング部とからなり、このスプリング部の先端部が保護板6や蓄熱室4に接続されている。これに伴い、バックステー5が締め付け金物7、保護板6を介して燃焼室3aを締め付け、石炭の膨張圧やコークスケーキ押圧による燃焼室3aの変形を抑制している。このため、バックステー5は炉締に対して出来る限り変形を抑制することが望ましい。

また、コークス炉の運転形態においてコークス炉1の炉長方向の両端部には、図8に示すように、押出機9a及びガイド車9bが配される。この押出機9aは、出来上がったコークスを炭化室2aから押し出す装置である。また、ガイド車9bは、炭化室2aから押し出されたコークスを消火貨車9cへ案内する車体である。

前記の通り、ここで、図7(a)のバックステー5について炉締めを行い、荷重掛けると、図7(b)のバックステー5’のように湾曲が生じる。このとき、締め付け金物は荷重がかかった状態(図7(b)の7’)となり、また、クロスタイロッドも荷重がかかった状態(図7(b)の8’)となる。ここで、この湾曲が生じたままコークス炉が経年劣化すると、燃焼室が炉長方向に膨張し、図8に示すように、バックステー5’の初期の湾曲によって押出機9aやガイド車9bが炉団方向の走行不能に陥るため、操業が出来なくなるまでの寿命が短くなってしまう。

これに対し、特許文献1や特許文献2に記載の通り、締め付け金物7を改良することにより、常時一定の炉締力を維持することが検討されている。

概要

コークス炉、特に燃焼室の炉長方向端面の全体に常時一定の炉締力を付与して維持することができ、長期間熱的な負荷の高い環境において、燃焼室の膨張を抑制し、燃焼室の堅牢性を保持し、コークス炉の炉寿命を伸ばし、コークス炉の運転を安定的に継続できるようにする。乾留させる石炭を入れるための炭化室と、燃料ガス燃焼させるための燃焼室とを交互に複数配列されたコークス炉を、このコークス炉の炉長方向の両端部に配置されたバックステーによって、コークス炉の炉長方向に炉締力を付与する室炉式コークス炉の炉締め構造であって、バックステーは状形状を有する炉締め用バックステーの両端部が前記コークス炉の端面に炉締めされたものである。(a)

目的

この発明は、コークス炉、特に燃焼室の炉長方向端面の全体に常時一定の炉締力を付与して維持することができ、長期間熱的な負荷の高い環境において、特に運転初期のバックステー変形を抑制し、燃焼室の堅牢性を保持し、コークス炉の炉寿命を伸ばし、コークス炉の運転を安定的に継続できるようにすることを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
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請求項1

乾留させる石炭を入れるための炭化室と、燃料ガス燃焼させるための燃焼室とを交互に複数配列されたコークス炉を、このコークス炉の炉長方向の両端部に配置されたバックステーによって、前記コークス炉の炉長方向に炉締力を付与する室炉式コークス炉炉締め構造であって、前記バックステーは、状形状を有する炉締め用バックステーの両端部が前記コークス炉の端面に炉締めされたものである室炉式コークス炉の炉締め構造。

請求項2

前記コークス炉の炉長方向の両端面と前記バックステーとは、締め付け部材によって接続され、この締め付け部材によって前記バックステーの両端部を前記コークス炉の端面の上縁部及び下縁部に締め付けることにより、前記バックステーに炉締力を付与する請求項1に記載の室炉式コークス炉の炉締め構造。

請求項3

前記締め付け部材は付勢部材を有する請求項2に記載の室炉式コークス炉の炉締め構造。

技術分野

0001

この発明は、室炉式コークス炉炉締め構造に関するものである。

背景技術

0002

室炉式コークス炉は、図6(a)(b)に示すような耐火煉瓦を積んだ大きな長方形乾留炉であり、上半分に多数の炭化室2aと燃焼室3aとが交互に配置され、下半分には蓄熱室4を設けたコークス炉1である。炭化室2aは、その中に上部に設けられた装入口2bから原料炭が入れられる。燃焼室3aは、多数の焔道に分かれ、そこで、高炉ガス石炭ガスなどの燃焼用ガス絶えず燃やされ、両側の煉瓦壁所要温度に熱されている。蓄熱室4は、燃焼用ガスの顕熱回収利用するものであり、これによって、乾留燃料を著しく節約することができる。

0003

ところで、室炉式コークス炉では、炭化室2a内に充填した石炭膨張圧対抗するため、燃焼室3aの炉締めをする必要がある。このため、従来、炉長方向の両端部にバックステー5を配する方法等が知られている。このバックステー5は、図7(a)に示すように、上端縁及び下端縁に、このバックステー5を炉締めする方向に押しつけ張力を付与するクロスタイロッド8が配置され、バックステー5とクロスタイロッド8の接続部に設けられる炉締めスプリングによって炉締力が形成される。また、このバックステー5には、燃焼室3aの端部に配された保護板6との間にロッドやスプリングを有する締め付け金物7が取り付けられる。この締め付け金物7は、バックステー5内の留め部とこの留め部に連結されたスプリング部とからなり、このスプリング部の先端部が保護板6や蓄熱室4に接続されている。これに伴い、バックステー5が締め付け金物7、保護板6を介して燃焼室3aを締め付け、石炭の膨張圧やコークスケーキ押圧による燃焼室3aの変形を抑制している。このため、バックステー5は炉締に対して出来る限り変形を抑制することが望ましい。

0004

また、コークス炉の運転形態においてコークス炉1の炉長方向の両端部には、図8に示すように、押出機9a及びガイド車9bが配される。この押出機9aは、出来上がったコークスを炭化室2aから押し出す装置である。また、ガイド車9bは、炭化室2aから押し出されたコークスを消火貨車9cへ案内する車体である。

0005

前記の通り、ここで、図7(a)のバックステー5について炉締めを行い、荷重掛けると、図7(b)のバックステー5’のように湾曲が生じる。このとき、締め付け金物は荷重がかかった状態(図7(b)の7’)となり、また、クロスタイロッドも荷重がかかった状態(図7(b)の8’)となる。ここで、この湾曲が生じたままコークス炉が経年劣化すると、燃焼室が炉長方向に膨張し、図8に示すように、バックステー5’の初期の湾曲によって押出機9aやガイド車9bが炉団方向の走行不能に陥るため、操業が出来なくなるまでの寿命が短くなってしまう。

0006

これに対し、特許文献1や特許文献2に記載の通り、締め付け金物7を改良することにより、常時一定の炉締力を維持することが検討されている。

先行技術

0007

特開2016−113476号公報
特開2004−137336号公報

発明が解決しようとする課題

0008

本発明者の検討によれば、特許文献1、2のいずれの場合においても、炉締めで発生する初期のバックステーの湾曲を抑制するための機構は有していない。また、バックステーの変形を抑制する為にはバックステーに剛性断面係数)の高い材料を用いることが有用な方法の一つとして考えられるが、バックステーを受け止めるコンクリート躯体基礎杭強度アップなど高コストとなりこの方法を採用することは難しい。

0009

そこで、この発明は、コークス炉、特に燃焼室の炉長方向端面の全体に常時一定の炉締力を付与して維持することができ、長期間熱的な負荷の高い環境において、特に運転初期のバックステー変形を抑制し、燃焼室の堅牢性を保持し、コークス炉の炉寿命を伸ばし、コークス炉の運転を安定的に継続できるようにすることを目的とする。

課題を解決するための手段

0010

上記問題点を解決する方法について検討を行った結果、バックステーの形状を検討することにより、上記課題を解決した。
即ち、本発明は以下を要旨とする。

0011

[1]乾留させる石炭を入れるための炭化室と、燃料ガス燃焼させるための燃焼室とを交互に複数配列されたコークス炉を、このコークス炉の炉長方向の両端部に配置されたバックステーによって、前記コークス炉の炉長方向に炉締力を付与する室炉式コークス炉の炉締め構造であって、前記バックステーは、状形状を有する炉締め用バックステーの両端部が前記コークス炉の端面に炉締めされたものである室炉式コークス炉の炉締め構造。

0012

[2]前記コークス炉の炉長方向の両端面と前記バックステーとは、締め付け部材によって接続され、この締め付け部材によって前記バックステーの両端部を前記コークス炉の端面の上縁部及び下縁部に締め付けることにより、前記バックステーに炉締力を付与する[1]に記載の室炉式コークス炉の炉締め構造。
[3]前記締め付け部材は付勢部材を有する[2]に記載の室炉式コークス炉の炉締め構造。

発明の効果

0013

この発明は、以上のように、バックステーを弓状とするので、燃焼室と相対する部分の高さ方向中間部が燃焼室から離反するように湾曲することが生じにくくなり、コークス炉、特に燃焼室の炉長方向の両端面の全体に常時一定の炉締力を付与して維持することが可能となる。このため、長期間熱的な負荷の高い環境において、炭化室の膨張を抑制することができ、燃焼室の堅牢性を保持することが可能となる。そして、これにより、コークス炉の炉寿命を伸ばし、コークス炉の運転を安定的に長期間にわたって継続することが可能となる。

図面の簡単な説明

0014

この発明に係る、弓状のバックステー15で炉締めした室炉式コークス炉の実施形態の例を示す部分斜視図。
図1(a)において、弓状のバックステー15で炉締めする前の状態の室炉式コークス炉の実施形態の例を示す部分斜視図。
図1(a)の正面断面図。
図1(b)の正面断面図。
図1(a)、図1(b)の部分側面断面図。
(a)(b)同実施形態で用いるバックステーの形状の例を示す側面図。
図2(b)の要部切断正面図
バックステーの他の例を示す要部模式図
(a)従来のコークス炉を示す正面断面図、(b)従来のコークス炉を示す部分側面断面図。
(a)従来のバックステーの例を示す側面図、(b)従来のバックステーが炉締を行ったことにより湾曲した例を示す側面図、(c)発明したバックステーの例を示す側面図、(d)発明したバックステーは炉締めを行っても湾曲が抑制されている例を示す側面図。
コークス炉に押出機、ガイド車及び消火貨車を配した状態を示す模式図。
梁計算において撓み量を算出するために用いられる概念

実施例

0015

以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は、以下の説明に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することが出来る。

0016

この発明に用いられる室炉式コークス炉は、耐火煉瓦を積んだ大きな長方形の乾留炉であり、図1(a)や図2(a)に示すように、上側に多数の炭化室12aと燃焼室13aとが交互に複数配列され、下側には蓄熱室14を設けたコークス炉11である。この炭化室12aは、通常、直方体の箱で、この中に、上部に設けられた装入口12bから原料炭、すなわち乾留させる石炭が投入される。前記燃焼室13aは、多数の焔道に分かれ、そこで、発生炉ガスや石炭ガスなどの燃焼ガスを絶えず燃やして、両側の煉瓦壁を熱する。前記蓄熱室14は、燃焼ガスの顕熱を回収利用するものであり、これによって、乾留用燃料を著しく節約することができる。また、燃焼室点検口13bは、燃焼室13aを点検するために設けられる。
なお、図1(a)や図2(a)に示すように、炭化室12aの長さ方向を炉長方向、炭化室12aと燃焼室13aとを交互に複数配列する方向、すなわち炉長方向と直角の方向を炉団方向という。

0017

前記のコークス炉11の炉長方向の両端部には、バックステー15が配置され、コークス炉11は、その炉長方向端面に炉締力が付与される。
このバックステー15は、図3(a)(b)に示すように、全体を湾曲させた弓状形状を有する炉締め用バックステー15’の両端部を前記コークス炉の端面に炉締めされたものである。具体的には、この弓状形状を有する炉締め用バックステー15’をコークス炉11に取り付けると、図1(b)、図2(b)、図7(c)に示すように、炉締め用バックステー15’の上下端がコークス炉11から離れた状態となるが、後述するように、炉締めを行うことにより、図1(a)、図2(a)、図7(d)に示すように、炉締め用バックステー15’は、コークス炉11の中央部付近を押した状態となり、炉締め用バックステー15’の全体がコークス炉11に密着した状態となり、直線状のバックステー15となる。

0018

ところで、このバックステー15(炉締め用バックステー15’)の材質としては、例えば、一般構造用圧延鋼材SS材)を採用することができる。これより強度の高い材質を選択しても使用上の問題は無いが、コストや調達面から、SS材を採用することが好ましい。

0019

具体例としては、図3(a)に示す炉締め用バックステー15’aや、図3(b)に示す炉締め用バックステー15’bがあげられる。
図3(a)に示す炉締め用バックステー15’aは、中央部を中心に全体を湾曲させ、かつ、この中央部を逆に湾曲させ、両端部と中央部を浮き上がらせたキャンバー形状のバックステーであり、図3(b)に示す炉締め用バックステー15’bは、中央部を中心に全体を湾曲させたロッカー形状のバックステーである。なお、キャンバー形状とした場合、両端部の浮き上がり部分が急カーブを形成する場合があるが、この浮き上がり部分をロッカー形状のように緩やかにしてもよい。なお、バックステー15を部材として製造する際の加工のし易さの点では図3(b)のバックステー15’bがより好ましい。
この弓状の形状の炉締め用バックステー15’を用いることにより、後述するように、コークス炉11の炉長方向端面に押圧する力、すなわち、炉締力をより長期間付与することが可能となる。
なお、図3(a)に示すようなキャンバー形状の炉締め用バックステー15’aの中央部の逆湾曲部は、バックステーの両端部がある側と反対側の方向に力を加えると、図4に示すように、逆湾曲部のない湾曲状態とすることができる。このため、キャンバー形状のバックステーに後述する締め付け金物17を介して後述する保護板16に取り付けると、ロッカー形状のバックステーを取り付けた場合と同様に、図4に示すように、逆湾曲部のない湾曲状態で、コークス炉11の端部に取り付けることができる。

0020

前記炉締め用バックステー15’が配される前記コークス炉11の炉長方向の端面の位置は、主に燃焼室13aの炉長方向の端面の位置となる。これは、炭化室の両端面は、押出機やガイド車が接続され、製品コークスの排出が行われるため、これを邪魔しないためであり、また、燃焼室13aが長期間熱的な負荷の高い環境において、炭化室の膨張を抑制することが可能となり、燃焼室13aの堅牢性を保持することが可能となるからである。
また、前記炉締め用バックステー15’が配される前記コークス炉11の炉長方向の両端面の外壁には、図4に示すように保護板16を設けることが好ましい。この保護板16と前記炉締め用バックステー15’とは、後述する締め付け金物17で接続される。この保護板16の位置には、炭化室のドアドアフレーム(図示せず)が配される場合があるが、保護板16としてこのドアフレームを用いてもよいし、また、保護板16をドアフレームと重ねて設けてもよい。

0021

前記コークス炉11の炉長方向の両端面と前記炉締め用バックステー15’とは、図4に示すように締め付け金物17及び締め付け部材18によって接続される。これにより、図1(b)や図2(b)に示す状態となる。
前記締め付け部材18は、炉締め用バックステー15’の両端部をコークス炉11の端面の上縁部及び下縁部に締め付けることのできる部材で、炉締め用バックステー15’に炉締力を付与することができる。この炉締力をより大きく付与するため、締め付け部材18は付勢部材を有してもよい。この締め付け部材18の例としては、炉締め用バックステー15’を炉締めする方向に押しつける張力を付与するクロスタイロッド等を用いることができる。このクロスタイロッドは、炉締め用バックステー15’をコークス炉11の炉長方向の端面に押しつけて炉締めする炉締めスプリングが設けられており、これにより炉締力が形成される。

0022

具体的には、炉締め用バックステー15’の両端部がコークス炉11の炉長方向の端面から離れ、炉締め用バックステー15’の湾曲された中央部付近の1箇所又は2箇所がその端面に接触するように、前記コークス炉11の炉長方向の端面に炉締め用バックステー15’を配する。そして、この炉締め用バックステー15’の両端部に締め付け部材18を配置する。そして、これで炉締め用バックステー15’の両端部をコークス炉11の端面の上縁部及び下縁部に締め付けることにより、直線状のバックステー15となり、図1(a)や図2(a)に示す状態とすることとなる。これにより、バックステー15(炉締め用バックステー15’)の両端部は直接、コークス炉11に炉締力を付与することができる。また、締め付け部材は、荷重がかかった状態(図7(d)の18’)となる。

0023

また、バックステー15(炉締め用バックステー15’)の両端部以外の部分には、締め付け金物が設けられており、この締め付け金物は、荷重がかけられた状態となる(図7(d)の17’)となる。この荷重をかけた締め付け金物17’で、保護部材16(保護部材16がない部分は、直接、コークス炉11)を締め付けることができ、炉締力を付与することができる。

0024

締め付け金物17(荷重がかけられた締め付け金物17’)は、バックステー15(炉締め用バックステー15’)内の留め部とこの留め部に連結されたロッド部やスプリング部とからなり、このロッド部やスプリング部の先端部が保護板16や蓄熱室14に接続されている。バックステー15(炉締め用バックステー15’)は、前記の通り、両端部でコークス炉11に押しつけるように締め付けられているので、締め付け金物17も保護部材16等に押しつけられ、荷重がかけられた締め付け金物17’の状態となる。このとき、締め付け金物17(荷重がかけられた締め付け金物17’)が付勢力を有すると、より強く保護部材16を押すことが可能となり、炉締力を強化することができる。

0025

締め付け金物17(荷重がかけられた締め付け金物17’)としては、図4に示すような、バックステー15’内に配される留め部とこの留め部に連結されたロッド部とからなるものや、図示しないが、スプリング部からなるものがあげられる。この締め付け金物17(荷重がかけられた締め付け金物17’)の例として、図5に示すような締め付け装置21をあげることができる。
図5に示す締め付け装置21は、ばねの部分をバックステー15c(弓状形状を有する炉締め用バックステーに炉締め力を加えて直線状としたバックステーを図5に示す。以下、同様。)の内部に配した装置である。このバックステー15cは、保護板16と相対する内側フランジ23a及び保護板16から遠い位置に配された外側フランジ23bを有する中空のバックステーで、全体の形状は、前記したバックステー15(炉締め用バックステー15’)と同様である。
ばね22は、ばね締め付け金物24とロッド25の間に挟まれて配される。ばね締め付け金物24はばねガイドロッド23を介して、外側フランジ23bに固定される。また、ロッド25は、ばね22を支えるばね抑えフランジ25aと保護板16を押すロッド部25bから構成され、ロッド部25bは、内側フランジ23aを貫通するように設けられた内側フランジロッドガイド26を通って、保護板16と接触する。
そして、前記したように、バックステー15cを取り付けることにより、ばね22は縮み、その付勢力がロッド部25bを介して保護板16を押し、炉締力を付与する。
なお、ばね22には、必要に応じて円筒状のカバーを取り付けてもよい。

0026

また、前記弓状形状を有する炉締め用バックステー15’の湾曲状態の両端部と最も湾曲された位置、すなわち、中央部付近であって、両端部からもっとも離れた位置との距離(図3(a)(b)のA)と、湾曲状態の炉締め用バックステー15’の両端縁の距離(図3(a)(b)のB)との比A/Bは、0.28%以上が良く、0.35%以上が好ましい。0.35%以上であると、長寿命の点で有利となりやすい。一方、その上限は、0.70%以下が良く、操業移動機である押出機やガイド車への接触を考慮する必要がある。

0027

なお、前記の最も湾曲する部分の撓み量Aの算出については、図9(a)(b)で示される図を用いたとき、下記式(1)で示される撓み量算出式を用いて求めることができる。

0028

0029

1コークス炉
2a炭化室
2b装入口
3a燃焼室
4蓄熱室
5バックステー
5’湾曲したバックステー
6保護板
7締め付け金物
7’荷重をかけた締め付け金物
8クロスタイロッド
8’ 荷重をかけたクロスタイロッド
9a押出機
9bガイド車
9c消火貨車
11 コークス炉
12a 炭化室
12b 装入口
13a 燃焼室
13b 燃焼室点検口
14 蓄熱室
15、15c バックステー
15’、15’a、15’b 炉締め用バックステー
16 保護板
17 締め付け金物
17’ 荷重をかけた締め付け金物
18 クロスタイロッド(締め付け部材)
18’ 荷重をかけたクロスタイロッド(締め付け部材)
21締め付け装置
22 ばね
23 ばねガイドロッド
23a内側フランジ
23b外側フランジ
24 ばね締め付け金物
25ロッド
25a ばね抑えフランジ
25b ロッド部
26 内側フランジロッドガイド

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