焦炭乾式滅火設備以及焦炭乾式滅火方法
2023-05-08 01:50:16
專利名稱：焦炭乾式滅火設備以及焦炭乾式滅火方法
技術領域：
本發明涉及一種對赤熱焦炭(coke)進行冷卻的焦炭乾式滅火設備以及焦炭乾式滅火方法。
背景技術：
設置於煉鐵廠等的焦炭乾式滅火設備(Coke Dry Quenching equipment :CDQ)是通過惰性氣體等的冷卻氣體對焦炭爐中乾餾後的赤熱焦炭進行滅火的設備，通過使高溫的焦炭慢冷卻從而提高焦炭質量，由此實現了煉鐵用高爐的作業穩定化。焦炭乾式滅火設備具有如下特長通過在系統內使冷卻氣體循環，能夠防止焦炭粉塵的飛散，並且為了節能而通過廢熱鍋爐等熱回收裝置來回收焦炭的顯熱(Sensible heat)。
以往的焦炭乾式滅火設備1的腔室(chamber)如圖6所示，由在上部形成有焦炭裝入口 10的預腔室(pre-Chamber)2和在底部設有焦炭排出裝置11的冷卻腔室3上下連結而構成。
冷卻腔室3的下部形成為錐形形狀(例如，倒圓錐形狀或倒圓錐臺形形狀等)，在該錐形部的中央設有用於使焦炭的下降流均勻化的鼓風壓頭(blast head)4，該鼓風壓頭4 也是吹出惰性氣體等的冷卻氣體的冷卻氣體供給機構。鼓風壓頭4包含大致圓錐形狀的蓋部件41，構成為從形成於該蓋部件41的吹出口(未圖示)向圓周方向吹出冷卻氣體。另外，鼓風壓頭4被內部具有氣體流路的支撐部件42支撐，支撐部件42內部的氣體流路與氣體供給室43連通。此外，構成為，向氣體供給室43供給的冷卻氣體的一部分也從配置在位於冷卻腔室3的下部的傾斜部的圓周上的冷卻氣體供給機構(例如，供給口 44)供給到冷卻腔室3內。
此外，以在圓周方向上包圍預腔室2的軀幹部(日語胴部)的方式，形成有用於排出被吹入冷卻腔室3內的冷卻氣體的被分割為多個的小煙道5。
在上述構成中，將高溫的赤熱焦炭經由焦炭裝入口 10裝入腔室內，通過焦炭排出裝置11從腔室底部連續地排出焦炭。此時，在腔室內下降的焦炭6與來自包含鼓風壓頭4 的腔室下部的冷卻氣體進行熱交換而被冷卻。另一方面，因熱交換而變為高溫的冷卻氣體通過小煙道5從腔室排出。而且，雖然省略了圖示，排出後的氣體在通過了除塵器後，被供給至廢氣體鍋爐等熱回收裝置而被熱回收，然後再次作為冷卻氣體供給至腔室內。
在此，在上述焦炭乾式滅火設備1中，腔室內的焦炭6並不是全部均勻地向正下方下降，而是由於腔室形狀、壁面的影響以及焦炭屬性的不同，一邊以各種朝向前進一邊緩慢地在腔室內下降。由於該不均勻的下降，焦炭6的熱交換產生不均，因此存在腔室整體的冷卻效率低這樣的多年的問題。另外，由於腔室整體的冷卻效率低，還存在為了使焦炭6冷卻至規定溫度而需要大型的腔室的問題。
作為用於解決上述問題的方法之一，公知有基於改良鼓風壓頭4的方法(例如，參照專利文獻1、幻。專利文獻1中記載了通過伸縮驅動鼓風壓頭的前端的裙(Skirt)部來改變焦炭的通路寬度，由此來控制熱交換的不均的方法。此外，在專利文獻2中記載了使鼓風壓頭的壓頭部整體上下升降的方法。
然而，由於對設置於腔室的下部的鼓風壓頭4施加較大的焦炭6的充填壓(即，焦炭的質量、下降引起的壓力等)，因此為了如專利文獻1、2那樣使鼓風壓頭升降或者使前端部伸縮，需要高價格的高輸出的驅動裝置。此外，由於腔室內是高溫而且大量含有粉塵的環境，因此若如專利文獻1、2那樣使鼓風壓頭運轉，則有導致設備故障的危險。
專利文獻1 日本特開平1-110592號公報 專利文獻2 日本特開昭63-10691號公報
發明內容
本發明要解決的問題 本發明是鑑於這樣的情況而作出的，其目的在於提供一種具有使腔室內的焦炭的下降均勻化、並且對焦炭的冷卻效率的提高有貢獻的鼓風壓頭的焦炭乾式滅火設備以及焦炭乾式滅火方法。
另外，本發明的其他的目的在於提供一種具有能夠提高焦炭的冷卻效率從而能夠實現腔室的緊湊化的鼓風壓頭的焦炭乾式滅火設備以及焦炭乾式滅火方法。
用於解決問題的方法 本發明的焦炭乾式滅火設備，從使下部形成為錐形形狀的腔室的上部裝入赤熱焦炭，從在該腔室內的下部設置的冷卻氣體供給機構吹入冷卻氣體，對在腔室內下降的赤熱焦炭進行冷卻，從設在該腔室的下部的焦炭排出口排出焦炭，該焦炭乾式滅火設備的特徵在於，在設置於上述腔室的下部的使鼓風壓頭的直徑為D的主壓頭的下方，配置了至少一級以上的直徑d比主壓頭的直徑小的小壓頭。
優選上述小壓頭配置為，使得連接該小壓頭的外周端和焦炭排出口的中心的直線 (Tl)與水平軸線所成的角(θ 1)在60度 80度的範圍內。另外，優選上述小壓頭以及主壓頭配置為，使得連接各自的外周端和焦炭排出口的中心的直線(T1、D)與水平軸線所成的角(Θ 1、Θ2)都在60度 80度的範圍內。此時，角θ 1和Θ2可以是相同的角度，也可以是不同的角度。
另外，將連接上述小壓頭及主壓頭的外周端和焦炭排出口的中心的直線(Tl、Τ2) 和水平軸線所成的角(Θ1、θ 2)中的角度小的一個角設為θ 4時，優選使上述錐形部的傾斜角θ 3在Θ4 θ 4-25度的範圍內。
優選使上述焦炭排出口的口徑Dh為上述小壓頭的直徑d的1/2以上，艮口， Dh 彡 0. 5d。
上述小壓頭優選配置在下述位置將從形成在該小壓頭的下方的焦炭的安息角下平面到焦炭排出口的距離設為H時，使距離H在上述焦炭排出口的口徑Dh的1 5倍的範圍內。
另外，優選對上述主壓頭或者對上述主壓頭和小壓頭設有冷卻氣體用的氣體流路，作為向腔室內吹入冷卻氣體的冷卻氣體供給機構。
此外，本發明的焦炭乾式滅火方法，從使下部形成為錐形形狀的腔室的上部裝入赤熱焦炭，從在該腔室內的下部設置的冷卻氣體供給機構吹入冷卻氣體，對在腔室內下降的赤熱焦炭進行冷卻，從設在該腔室的下部的焦炭排出口排出焦炭，該焦炭乾式滅火方法的特徵在於，在設置於上述腔室的下部的使鼓風壓頭的直徑為D的主壓頭的下方，配置至少一級以上的直徑d比主壓頭的直徑小的小壓頭，對在腔室內下降的焦炭的流動進行整流。
另外，優選從上述主壓頭或者從上述主壓頭和小壓頭吹入冷卻氣體，對上述赤熱焦炭進行冷卻。
發明效果 根據本發明，通過在設置於腔室內的下部的鼓風壓頭的直徑被設為D的主壓頭的下方配置直徑d比主壓頭小的小壓頭，改善了腔室內的焦炭的下降的不均，由此使得焦炭的下降變得均勻化。其結果，使得腔室內的焦炭與冷卻氣體的熱交換變得均勻化，由此提高了焦炭的冷卻效率。
另外，根據本發明，由於通過使焦炭的下降變得均勻化從而提高了焦炭的冷卻效率，因此能夠實現腔室的緊湊化。特別是，若使得從小壓頭也吹入冷卻氣體，則在以往的構造中沒有被活用為冷卻區域的鼓風壓頭(主壓頭)的下方區域也被活用為冷卻區域，因此能夠進一步實現冷卻效率的提高以及腔室的緊湊化。
圖1是本發明的實施方式的焦炭乾式滅火設備的概略圖。
圖2是上述焦炭乾式滅火設備的橫斷面圖。
圖3是表示上述焦炭乾式滅火設備的鼓風壓頭的圖。
圖4是用於說明上述鼓風壓頭的作用的圖。
圖5是用於說明上述鼓風壓頭的效果的圖。
圖6是以往的焦炭乾式滅火設備的概略圖。
符號說明 1焦炭乾式滅火設備 2預腔室 3冷卻腔室 4鼓風壓頭 41主壓頭 42支撐部件 45小壓頭
具體實施例方式關於本發明的焦炭乾式滅火設備以及焦炭乾式滅火方法的優選實施方式，一邊參照所附的附圖一邊進行詳細說明。但是，本發明的技術範圍並不是通過以下說明的實施方式來限定解釋的。
首先，本實施方式的焦炭乾式滅火設備1的腔室如圖1以及圖2所示，由在上部具有焦炭裝入口 10的預腔室2和在底部具有焦炭排出口 12的冷卻腔室3上下連結而構成。 這些腔室可以通過例如鋼材、磚等耐火性材料來形成。而且，在焦炭爐中生成的高溫的焦炭 6通過未圖示的鬥(bucket)等焦炭搬送裝置從焦炭裝入口 10被裝入預腔室2內。被裝入預腔室2內的焦炭6緩慢地下降，進入冷卻腔室3內。進而，進入冷卻腔室3內的焦炭6 — 邊緩慢地下降一邊被冷卻氣體7冷卻，通過設置在焦炭排出口 12的焦炭排出裝置11被連續地排出。通常，進行通過焦炭排出裝置11連續地排出焦炭6、以分批方式補充焦炭6的作業。但是，也不限定於此。
冷卻腔室3的下部形成為錐形形狀(例如，倒圓錐形狀或者倒圓錐臺形形狀)，在該錐形部的中央(例如，中心軸上)設有用於使焦炭6的下降流均勻化的鼓風壓頭4，該鼓風壓頭4也是吹出惰性氣體等的冷卻氣體的冷卻氣體供給機構。鼓風壓頭4如圖2所示， 被貫穿錐形部的側壁而設置的大致十字形狀的支撐部件42所支撐。另外，以包圍錐形部的外周的方式形成有氣體供給室43，貫穿錐形部的側壁的支撐部件42的端部延伸至氣體供給室43內。而且，在支撐部件42的內部形成有冷卻氣體用的氣體流路(未圖示)，構成為， 使得將經由該氣體流路供給至氣體供給室43的冷卻氣體引導至鼓風壓頭4，且通過鼓風壓頭4向腔室內吹入冷卻氣體。此外，還構成為，供給至氣體供給室43的冷卻氣體的一部分也從冷卻氣體供給機構(例如，供給口 44)供給至冷卻腔室3內，該冷卻氣體供給機構配置在位於冷卻腔室3的下部的傾斜部的圓周上。但是，不限於該構成，也可以是從鼓風壓頭4 或供給口 41的某一個供給冷卻氣體。另外，圖2所示的大致十字形狀的支撐部件42是一個例子，只要能夠支撐鼓風壓頭4即可，不限定於該形狀。
本實施方式的鼓風壓頭4是具有配置在上級的主壓頭41和配置在下級的小壓頭 45的2級壓頭構造。主壓頭41以及小壓頭45包括大致圓錐形狀的蓋部件，並構成為，使得從形成於該蓋部件的吹出口(未圖示)向例如圓周方向吹出冷卻氣體。使小壓頭45具有比主壓頭41的直徑(口徑)D小的直徑(口徑)d。滿足該條件即可，各壓頭的形狀不限定於圖1所示的結構。優選如圖3(a)所示，對小壓頭45和主壓頭41而言，連接各壓頭的外周端(本例的情況是蓋部件的外周端)和焦炭排出口 12的中心的直線(Tl、T2)和水平軸線所成的角(Θ 1、Θ2)在60度 80度的範圍內，尤其優選配置為70度(條件(I))。關於該條件(I)中的「焦炭排出口」，作為一例如圖3(a)所示，被定義為錐形部的傾斜結束的位置(即，錐形部的下端面)。另外，優選角(θ 1、θ 2)都在60度 80度的範圍內，但只要至少小壓頭45的角θ 1在上述範圍內即可，主壓頭41的角θ 2也可以在上述範圍外。此外，圖3(a)中作為一例示出了角度Θ1、θ 2配置為不同的情況，也可以配置為角度Θ1和 θ 2是相同的角度。
更優選的是，如圖3(a)所示，在將連接小壓頭45以及主壓頭41的外周端和焦炭排出口 12的中心的直線(Τ1、Τ2)和水平軸線所成的角(Θ 1、Θ2)中的較小的角度作為θ 4 時，使上述錐形部的傾斜角θ 3在Θ4 θ 4-25度的範圍內(條件(II))。
更優選的是，使圖3(a)所示的焦炭排出口 12的口徑Dh為小壓頭45的直徑d的 1/2 以上(Dh 彡 0. 5d)(條件(III))。
此外，如圖3(b)所示，設從形成在小壓頭45的下方的焦炭6的安息角(angle ofrepose)所形成的空間的下平面(hi)到焦炭排出口 12的距離為H，此時優選距離H為焦炭排出口 12的口徑Dh的1 5倍，更優選配置在成為1 3倍的位置(條件(IV))。該條件中「焦炭排出口」與上述的條件(I)中的定義相同。另外，關於下平面(hi)的高度位置，由於焦炭的安息角通常是34 35度，因此可以利用該值、通過計算或運算來算出下平面(hi)的高度位置。但是，不限定於此，也可以通過利用焦炭的樣品來測定安息角等的公知的手法來求出安息角。
另外，在本實施方式中，優選滿足上述的條件(I)以及(IV)中的某一個，但為了更加可靠地使焦炭的下降均勻化，優選滿足條件(I)以及(IV)這兩者。進而，優選條件(I) 與條件(II)以及/或者(III)組合。
將說明返回至圖1，以在圓周方向上包圍預腔室2的圓筒直軀幹部的方式，形成有排出冷卻氣體的被分割為多個的小煙道5。小煙道5與煙道51連接，經由作為第1除塵機的吸塵器52與廢熱鍋爐等熱回收設備53連接。並且，在熱回收設備53中冷卻後的氣體在通過第2除塵機M後，通過鼓風機等送風機構55向預熱器56送風，然後再次作為冷卻氣體供給至冷卻腔室3。由於這些構成是公知的，在此省略其詳細說明。
在上述的焦炭乾式滅火設備1中，從焦炭裝入口 10被裝入預腔室2內的焦炭6伴隨著從冷卻腔室3的底部的連續排出，緩慢地下降並進入冷卻腔室3內。然後，在冷卻腔室 3內與從主壓頭41、小壓頭45以及供給口 44吹入的冷卻氣體7進行熱交換而被冷卻，通過焦炭排出裝置11被排出。另外，主壓頭41以及小壓頭45的每單位時間的風量比率作為一個例子優選8 2。在此，如背景技術部分所說明的那樣，通常，在腔室內下降的焦炭6由於腔室的形狀、壁面的影響以及焦炭屬性的不同，有一邊以各種朝向前進一邊緩慢地下降的傾向。本發明的發明者們認為這是下降產生不均的主要原因，作為充分的檢討後的結果，只要新追加尺寸比主壓頭41小的小壓頭45，並在主壓頭41的下方配置該小壓頭45，就能夠大幅改善下降的不均，從而完成了本發明。特別是，在主壓頭41和小壓頭45的關係滿足上述的條件(I)以及/或者(IV)時其效果較大，通過實際進行試驗確認了是與焦炭屬性有較大關係的值。
關於這樣能夠改善下降的不均的理由，本發明的發明者們考慮如下。即，示意性地如圖4所示，在冷卻腔室3的錐形部中，在腔室中央部下降的焦炭，通過主壓頭41而向圓周方向外側改變流動的朝向，使下降較慢的壁側的焦炭的流動得到促進。而且，在主壓頭41 的下方通過安息角形成了朝向中央的流動。接著，通過小壓頭45而向圓周方向外側改變流動的朝向，進一步促進壁側的焦炭的流動，在小壓頭45的下方通過安息角形成朝向中央的流動，通過焦炭排出口 12被排出。通過在錐形部以這樣的流動狀態進行整流，在腔室中央部的焦炭通過了主壓頭41之後，選擇性地抑制朝向焦炭排出口 12的下降，成為與壁側的焦炭一起均勻地下降的情況，其結果，改善了冷卻腔室3內的下降的不均。
另外，若滿足上述的條件(I)，則對於因焦炭的內部摩擦角而引起的流動性低的區域，能夠更有效地帶來通過主壓頭41以及小壓頭45形成的朝向圓周方向外側的流動的作用，其結果，能夠更可靠地改善下降的不均。即，著眼於焦炭的內部摩擦角是75度左右，通過將主壓頭41以及小壓頭45的外周端設定為60度 80度，使得因內部摩擦角而引起的流動性低的區域的朝向上述圓周方向外側的流動的作用更加有效。條件(I)的作用及效果在與條件(II)以及/或者(III)組合之後變得更加有效。
另外，上述的條件(IV)是使小壓頭45的高度方向的位置優化的條件，若滿足該條件(IV)，則能夠更加可靠地改善下降的不均。即，示意性地如圖5所示，與距離H比口徑 Dh小的情況以及距離H比口徑Dh的5倍大的情況相比，滿足Dh彡距離H ( 5Dh的條件的情況下的下降的不均變小。在距離H比口徑Dh的5倍大的情況下(圖5(b))，從小壓頭45 到焦炭排出口 12的距離過長，推測出通過小壓頭45之後的焦炭會選擇性地通過中央部下降。相反在距離H比口徑Dh小的情況下(圖5(a))，從小壓頭45到焦炭排出口 12的距離過短，推測出在小壓頭45的下方，在向圓周方向外側改變朝向後進一步通過安息角形成朝向中央的流動之前就會被排出。此外，在圖5(a)的情況下，小壓頭45與腔室壁面之間的焦炭所通過的空間變窄也是考慮到的一個因素。
如上所述，根據本實施方式，通過採用追加尺寸比主壓頭41小的小壓頭45、並將該小壓頭45配置在主壓頭41的下方的2級壓頭構造，改善了腔室的錐形部內的焦炭的下降的不均，由此使得腔室整體的焦炭的下降變得均勻化。若腔室內的焦炭的下降變得均勻化，腔室內的焦炭與冷卻氣體的熱交換也變得均勻化，其結果，能夠提高焦炭的冷卻效率。 特別是，若滿足條件(I) (IV)，能夠提高該效果。
另外，根據本實施方式，由於提高了焦炭的冷卻效率，因此能夠實現腔室的緊湊化。特別是，從小壓頭45也能夠吹入冷卻氣體，由此在以往的構造中沒有被活用為冷卻區域的主壓頭41的下方區域也能夠被活用為冷卻區域，因此能夠進一步實現冷卻效率的提高以及腔室的緊湊化。但是，也可以不從小壓頭45吹入冷卻氣體，而僅從主壓頭41吹入冷卻氣體。
另外，在本發明中，在主壓頭41的下方配置的小壓頭45不必限定為一個，也可以採用3級以上的多級壓頭構造。在該情況下，優選越下級的壓頭的口徑(d)越小。
以上例示了本發明的一個實施方式以及實施例，對於本領域的技術人員而言，能夠在不脫離本發明的精神以及範圍的範圍內進行多種修正及變形是顯而易見的，這些修正及變形也都包括在本發明的技術範圍內。
權利要求
1.一種焦炭乾式滅火設備，從將下部形成為錐形形狀的腔室的上部裝入赤熱焦炭，從在該腔室內的下部設置的冷卻氣體供給機構吹入冷卻氣體，對在腔室內下降的赤熱焦炭進行冷卻，從設在該腔室的下部的焦炭排出口排出焦炭，其特徵在於，在設置於上述腔室的下部的使鼓風壓頭的直徑為D的主壓頭的下方，配置了至少一級以上的直徑d比主壓頭的直徑小的小壓頭。
2.如權利要求1所述的焦炭乾式滅火設備，其特徵在於，上述小壓頭配置為，使得連結該小壓頭的外周端和焦炭排出口的中心的直線Tl與水平軸線所成的角θ 1在60度 80 度的範圍內。
3.如權利要求1所述的焦炭乾式滅火設備，其特徵在於，上述小壓頭以及主壓頭配置為，使得連結各自的外周端和焦炭排出口的中心的直線Tl、Τ2與水平軸線所成的角θ 1、 θ 2在60度 80度的範圍內。
4.如權利要求1 3中任一項所述的焦炭乾式滅火設備，其特徵在於，將連結上述小壓頭及主壓頭的外周端和焦炭排出口的中心的直線Τ1、Τ2與水平軸線所成的角θ 1、Θ2中的角度小的一個角設為θ 4時，使上述錐形部的傾斜角θ 3在θ 4 θ 4-25度的範圍內。
5.如權利要求1 4中任一項所述的焦炭乾式滅火設備，其特徵在於，使上述焦炭排出口的口徑Dh為上述小壓頭的直徑d的1/2以上，S卩，Dh彡0. 5d。
6.如權利要求1 5中任一項所述的焦炭乾式滅火設備，其特徵在於，上述小壓頭配置在下述位置，即將從形成在該小壓頭的下方的焦炭的安息角下平面到焦炭排出口的距離設為H時，滿足距離H在上述焦炭排出口的口徑Dh的1 5倍的範圍內的位置。
7.如權利要求1 6中任一項所述的焦炭乾式滅火設備，其特徵在於，對上述主壓頭或者對上述主壓頭及小壓頭設有吹入冷卻氣體的氣體流路。
8.一種焦炭乾式滅火方法，從將下部形成為錐形形狀的腔室的上部裝入赤熱焦炭，從在該腔室內的下部設置的冷卻氣體供給機構吹入冷卻氣體，對在腔室內下降的赤熱焦炭進行冷卻，從設在該腔室的下部的焦炭排出口排出焦炭，其特徵在於，在設置於上述腔室的下部的使鼓風壓頭的直徑為D的主壓頭的下方，配置至少一級以上的直徑d比主壓頭的直徑小的小壓頭，對在腔室內下降的焦炭的流動進行整流。
9.如權利要求8所述的焦炭乾式滅火方法，其特徵在於，從上述主壓頭或者從上述主壓頭及小壓頭吹入冷卻氣體，對上述赤熱焦炭進行冷卻。
全文摘要
一種焦炭乾式滅火設備(1)，從將下部形成為錐形形狀的腔室(3)的上部裝入赤熱焦炭，從設置在該腔室內的下部的冷卻氣體供給機構吹入冷卻氣體，對在腔室內下降的赤熱焦炭進行冷卻，從設在該腔室的下部的焦炭排出口(12)排出焦炭，其中，在設置於上述腔室的下部的使鼓風壓頭(4)的直徑為D的主壓頭(41)的下方，配置了至少一級以上的直徑d比主壓頭的直徑小的小壓頭(45)，通過這樣的構成，使得腔室內的焦炭的下降變得均勻化，提高了焦炭的冷卻效率。
文檔編號C10B39/02GK102186947SQ20088013156
公開日2011年9月14日 申請日期2008年10月14日 優先權日2008年10月14日
發明者福岡隆志, 藤川淳, 大谷洋 申請人:新日鐵工程技術株式會社, 日鐵機械設備設計株式會社