专利名称：焦炭干式灭火设备以及焦炭干式灭火方法
技术领域：
本发明涉及一种对赤热焦炭(coke)进行冷却的焦炭干式灭火设备以及焦炭干式灭火方法。
背景技术：
设置于炼铁厂等的焦炭干式灭火设备(Coke Dry Quenching equipment :CDQ)是通过惰性气体等的冷却气体对焦炭炉中干馏后的赤热焦炭进行灭火的设备，通过使高温的焦炭慢冷却从而提高焦炭质量，由此实现了炼铁用高炉的作业稳定化。焦炭干式灭火设备具有如下特长通过在系统内使冷却气体循环，能够防止焦炭粉尘的飞散，并且为了节能而通过废热锅炉等热回收装置来回收焦炭的显热(Sensible heat)。
以往的焦炭干式灭火设备1的腔室(chamber)如图6所示，由在上部形成有焦炭装入口 10的预腔室(pre-Chamber)2和在底部设有焦炭排出装置11的冷却腔室3上下连结而构成。
冷却腔室3的下部形成为锥形形状(例如，倒圆锥形状或倒圆锥台形形状等)，在该锥形部的中央设有用于使焦炭的下降流均勻化的鼓风压头(blast head)4，该鼓风压头4 也是吹出惰性气体等的冷却气体的冷却气体供给机构。鼓风压头4包含大致圆锥形状的盖部件41，构成为从形成于该盖部件41的吹出口(未图示)向圆周方向吹出冷却气体。另外，鼓风压头4被内部具有气体流路的支撑部件42支撑，支撑部件42内部的气体流路与气体供给室43连通。此外，构成为，向气体供给室43供给的冷却气体的一部分也从配置在位于冷却腔室3的下部的倾斜部的圆周上的冷却气体供给机构(例如，供给口 44)供给到冷却腔室3内。
此外，以在圆周方向上包围预腔室2的躯干部(日语胴部)的方式，形成有用于排出被吹入冷却腔室3内的冷却气体的被分割为多个的小烟道5。
在上述构成中，将高温的赤热焦炭经由焦炭装入口 10装入腔室内，通过焦炭排出装置11从腔室底部连续地排出焦炭。此时，在腔室内下降的焦炭6与来自包含鼓风压头4 的腔室下部的冷却气体进行热交换而被冷却。另一方面，因热交换而变为高温的冷却气体通过小烟道5从腔室排出。而且，虽然省略了图示，排出后的气体在通过了除尘器后，被供给至废气体锅炉等热回收装置而被热回收，然后再次作为冷却气体供给至腔室内。
在此，在上述焦炭干式灭火设备1中，腔室内的焦炭6并不是全部均勻地向正下方下降，而是由于腔室形状、壁面的影响以及焦炭属性的不同，一边以各种朝向前进一边缓慢地在腔室内下降。由于该不均勻的下降，焦炭6的热交换产生不均，因此存在腔室整体的冷却效率低这样的多年的问题。另外，由于腔室整体的冷却效率低，还存在为了使焦炭6冷却至规定温度而需要大型的腔室的问题。
作为用于解决上述问题的方法之一，公知有基于改良鼓风压头4的方法(例如，参照专利文献1、幻。专利文献1中记载了通过伸缩驱动鼓风压头的前端的裙(Skirt)部来改变焦炭的通路宽度，由此来控制热交换的不均的方法。此外，在专利文献2中记载了使鼓风压头的压头部整体上下升降的方法。
然而，由于对设置于腔室的下部的鼓风压头4施加较大的焦炭6的充填压(即，焦炭的质量、下降引起的压力等)，因此为了如专利文献1、2那样使鼓风压头升降或者使前端部伸缩，需要高价格的高输出的驱动装置。此外，由于腔室内是高温而且大量含有粉尘的环境，因此若如专利文献1、2那样使鼓风压头运转，则有导致设备故障的危险。
专利文献1 日本特开平1-110592号公报 专利文献2 日本特开昭63-10691号公报
发明内容
本发明要解决的问题 本发明是鉴于这样的情况而作出的，其目的在于提供一种具有使腔室内的焦炭的下降均勻化、并且对焦炭的冷却效率的提高有贡献的鼓风压头的焦炭干式灭火设备以及焦炭干式灭火方法。
另外，本发明的其他的目的在于提供一种具有能够提高焦炭的冷却效率从而能够实现腔室的紧凑化的鼓风压头的焦炭干式灭火设备以及焦炭干式灭火方法。
用于解决问题的方法 本发明的焦炭干式灭火设备，从使下部形成为锥形形状的腔室的上部装入赤热焦炭，从在该腔室内的下部设置的冷却气体供给机构吹入冷却气体，对在腔室内下降的赤热焦炭进行冷却，从设在该腔室的下部的焦炭排出口排出焦炭，该焦炭干式灭火设备的特征在于，在设置于上述腔室的下部的使鼓风压头的直径为D的主压头的下方，配置了至少一级以上的直径d比主压头的直径小的小压头。
优选上述小压头配置为，使得连接该小压头的外周端和焦炭排出口的中心的直线 (Tl)与水平轴线所成的角(θ 1)在60度 80度的范围内。另外，优选上述小压头以及主压头配置为，使得连接各自的外周端和焦炭排出口的中心的直线(T1、D)与水平轴线所成的角(Θ 1、Θ2)都在60度 80度的范围内。此时，角θ 1和Θ2可以是相同的角度，也可以是不同的角度。
另外，将连接上述小压头及主压头的外周端和焦炭排出口的中心的直线(Tl、Τ2) 和水平轴线所成的角(Θ1、θ 2)中的角度小的一个角设为θ 4时，优选使上述锥形部的倾斜角θ 3在Θ4 θ 4-25度的范围内。
优选使上述焦炭排出口的口径Dh为上述小压头的直径d的1/2以上，艮口， Dh 彡 0. 5d。
上述小压头优选配置在下述位置将从形成在该小压头的下方的焦炭的安息角下平面到焦炭排出口的距离设为H时，使距离H在上述焦炭排出口的口径Dh的1 5倍的范围内。
另外，优选对上述主压头或者对上述主压头和小压头设有冷却气体用的气体流路，作为向腔室内吹入冷却气体的冷却气体供给机构。
此外，本发明的焦炭干式灭火方法，从使下部形成为锥形形状的腔室的上部装入赤热焦炭，从在该腔室内的下部设置的冷却气体供给机构吹入冷却气体，对在腔室内下降的赤热焦炭进行冷却，从设在该腔室的下部的焦炭排出口排出焦炭，该焦炭干式灭火方法的特征在于，在设置于上述腔室的下部的使鼓风压头的直径为D的主压头的下方，配置至少一级以上的直径d比主压头的直径小的小压头，对在腔室内下降的焦炭的流动进行整流。
另外，优选从上述主压头或者从上述主压头和小压头吹入冷却气体，对上述赤热焦炭进行冷却。
发明效果 根据本发明，通过在设置于腔室内的下部的鼓风压头的直径被设为D的主压头的下方配置直径d比主压头小的小压头，改善了腔室内的焦炭的下降的不均，由此使得焦炭的下降变得均勻化。其结果，使得腔室内的焦炭与冷却气体的热交换变得均勻化，由此提高了焦炭的冷却效率。
另外，根据本发明，由于通过使焦炭的下降变得均勻化从而提高了焦炭的冷却效率，因此能够实现腔室的紧凑化。特别是，若使得从小压头也吹入冷却气体，则在以往的构造中没有被活用为冷却区域的鼓风压头(主压头)的下方区域也被活用为冷却区域，因此能够进一步实现冷却效率的提高以及腔室的紧凑化。
图1是本发明的实施方式的焦炭干式灭火设备的概略图。
图2是上述焦炭干式灭火设备的横断面图。
图3是表示上述焦炭干式灭火设备的鼓风压头的图。
图4是用于说明上述鼓风压头的作用的图。
图5是用于说明上述鼓风压头的效果的图。
图6是以往的焦炭干式灭火设备的概略图。
符号说明 1焦炭干式灭火设备 2预腔室 3冷却腔室 4鼓风压头 41主压头 42支撑部件 45小压头
具体实施例方式关于本发明的焦炭干式灭火设备以及焦炭干式灭火方法的优选实施方式，一边参照所附的附图一边进行详细说明。但是，本发明的技术范围并不是通过以下说明的实施方式来限定解释的。
首先，本实施方式的焦炭干式灭火设备1的腔室如图1以及图2所示，由在上部具有焦炭装入口 10的预腔室2和在底部具有焦炭排出口 12的冷却腔室3上下连结而构成。 这些腔室可以通过例如钢材、砖等耐火性材料来形成。而且，在焦炭炉中生成的高温的焦炭 6通过未图示的斗(bucket)等焦炭搬送装置从焦炭装入口 10被装入预腔室2内。被装入预腔室2内的焦炭6缓慢地下降，进入冷却腔室3内。进而，进入冷却腔室3内的焦炭6 — 边缓慢地下降一边被冷却气体7冷却，通过设置在焦炭排出口 12的焦炭排出装置11被连续地排出。通常，进行通过焦炭排出装置11连续地排出焦炭6、以分批方式补充焦炭6的作业。但是，也不限定于此。
冷却腔室3的下部形成为锥形形状(例如，倒圆锥形状或者倒圆锥台形形状)，在该锥形部的中央(例如，中心轴上)设有用于使焦炭6的下降流均勻化的鼓风压头4，该鼓风压头4也是吹出惰性气体等的冷却气体的冷却气体供给机构。鼓风压头4如图2所示， 被贯穿锥形部的侧壁而设置的大致十字形状的支撑部件42所支撑。另外，以包围锥形部的外周的方式形成有气体供给室43，贯穿锥形部的侧壁的支撑部件42的端部延伸至气体供给室43内。而且，在支撑部件42的内部形成有冷却气体用的气体流路(未图示)，构成为， 使得将经由该气体流路供给至气体供给室43的冷却气体引导至鼓风压头4，且通过鼓风压头4向腔室内吹入冷却气体。此外，还构成为，供给至气体供给室43的冷却气体的一部分也从冷却气体供给机构(例如，供给口 44)供给至冷却腔室3内，该冷却气体供给机构配置在位于冷却腔室3的下部的倾斜部的圆周上。但是，不限于该构成，也可以是从鼓风压头4 或供给口 41的某一个供给冷却气体。另外，图2所示的大致十字形状的支撑部件42是一个例子，只要能够支撑鼓风压头4即可，不限定于该形状。
本实施方式的鼓风压头4是具有配置在上级的主压头41和配置在下级的小压头 45的2级压头构造。主压头41以及小压头45包括大致圆锥形状的盖部件，并构成为，使得从形成于该盖部件的吹出口(未图示)向例如圆周方向吹出冷却气体。使小压头45具有比主压头41的直径(口径)D小的直径(口径)d。满足该条件即可，各压头的形状不限定于图1所示的结构。优选如图3(a)所示，对小压头45和主压头41而言，连接各压头的外周端(本例的情况是盖部件的外周端)和焦炭排出口 12的中心的直线(Tl、T2)和水平轴线所成的角(Θ 1、Θ2)在60度 80度的范围内，尤其优选配置为70度(条件(I))。关于该条件(I)中的“焦炭排出口”，作为一例如图3(a)所示，被定义为锥形部的倾斜结束的位置(即，锥形部的下端面)。另外，优选角(θ 1、θ 2)都在60度 80度的范围内，但只要至少小压头45的角θ 1在上述范围内即可，主压头41的角θ 2也可以在上述范围外。此外，图3(a)中作为一例示出了角度Θ1、θ 2配置为不同的情况，也可以配置为角度Θ1和 θ 2是相同的角度。
更优选的是，如图3(a)所示，在将连接小压头45以及主压头41的外周端和焦炭排出口 12的中心的直线(Τ1、Τ2)和水平轴线所成的角(Θ 1、Θ2)中的较小的角度作为θ 4 时，使上述锥形部的倾斜角θ 3在Θ4 θ 4-25度的范围内(条件(II))。
更优选的是，使图3(a)所示的焦炭排出口 12的口径Dh为小压头45的直径d的 1/2 以上(Dh 彡 0. 5d)(条件(III))。
此外，如图3(b)所示，设从形成在小压头45的下方的焦炭6的安息角(angle ofrepose)所形成的空间的下平面(hi)到焦炭排出口 12的距离为H，此时优选距离H为焦炭排出口 12的口径Dh的1 5倍，更优选配置在成为1 3倍的位置(条件(IV))。该条件中“焦炭排出口”与上述的条件(I)中的定义相同。另外，关于下平面(hi)的高度位置，由于焦炭的安息角通常是34 35度，因此可以利用该值、通过计算或运算来算出下平面(hi)的高度位置。但是，不限定于此，也可以通过利用焦炭的样品来测定安息角等的公知的手法来求出安息角。
另外，在本实施方式中，优选满足上述的条件(I)以及(IV)中的某一个，但为了更加可靠地使焦炭的下降均勻化，优选满足条件(I)以及(IV)这两者。进而，优选条件(I) 与条件(II)以及/或者(III)组合。
将说明返回至图1，以在圆周方向上包围预腔室2的圆筒直躯干部的方式，形成有排出冷却气体的被分割为多个的小烟道5。小烟道5与烟道51连接，经由作为第1除尘机的吸尘器52与废热锅炉等热回收设备53连接。并且，在热回收设备53中冷却后的气体在通过第2除尘机M后，通过鼓风机等送风机构55向预热器56送风，然后再次作为冷却气体供给至冷却腔室3。由于这些构成是公知的，在此省略其详细说明。
在上述的焦炭干式灭火设备1中，从焦炭装入口 10被装入预腔室2内的焦炭6伴随着从冷却腔室3的底部的连续排出，缓慢地下降并进入冷却腔室3内。然后，在冷却腔室 3内与从主压头41、小压头45以及供给口 44吹入的冷却气体7进行热交换而被冷却，通过焦炭排出装置11被排出。另外，主压头41以及小压头45的每单位时间的风量比率作为一个例子优选8 2。在此，如背景技术部分所说明的那样，通常，在腔室内下降的焦炭6由于腔室的形状、壁面的影响以及焦炭属性的不同，有一边以各种朝向前进一边缓慢地下降的倾向。本发明的发明者们认为这是下降产生不均的主要原因，作为充分的检讨后的结果，只要新追加尺寸比主压头41小的小压头45，并在主压头41的下方配置该小压头45，就能够大幅改善下降的不均，从而完成了本发明。特别是，在主压头41和小压头45的关系满足上述的条件(I)以及/或者(IV)时其效果较大，通过实际进行试验确认了是与焦炭属性有较大关系的值。
关于这样能够改善下降的不均的理由，本发明的发明者们考虑如下。即，示意性地如图4所示，在冷却腔室3的锥形部中，在腔室中央部下降的焦炭，通过主压头41而向圆周方向外侧改变流动的朝向，使下降较慢的壁侧的焦炭的流动得到促进。而且，在主压头41 的下方通过安息角形成了朝向中央的流动。接着，通过小压头45而向圆周方向外侧改变流动的朝向，进一步促进壁侧的焦炭的流动，在小压头45的下方通过安息角形成朝向中央的流动，通过焦炭排出口 12被排出。通过在锥形部以这样的流动状态进行整流，在腔室中央部的焦炭通过了主压头41之后，选择性地抑制朝向焦炭排出口 12的下降，成为与壁侧的焦炭一起均勻地下降的情况，其结果，改善了冷却腔室3内的下降的不均。
另外，若满足上述的条件(I)，则对于因焦炭的内部摩擦角而引起的流动性低的区域，能够更有效地带来通过主压头41以及小压头45形成的朝向圆周方向外侧的流动的作用，其结果，能够更可靠地改善下降的不均。即，着眼于焦炭的内部摩擦角是75度左右，通过将主压头41以及小压头45的外周端设定为60度 80度，使得因内部摩擦角而引起的流动性低的区域的朝向上述圆周方向外侧的流动的作用更加有效。条件(I)的作用及效果在与条件(II)以及/或者(III)组合之后变得更加有效。
另外，上述的条件(IV)是使小压头45的高度方向的位置优化的条件，若满足该条件(IV)，则能够更加可靠地改善下降的不均。即，示意性地如图5所示，与距离H比口径 Dh小的情况以及距离H比口径Dh的5倍大的情况相比，满足Dh彡距离H ( 5Dh的条件的情况下的下降的不均变小。在距离H比口径Dh的5倍大的情况下(图5(b))，从小压头45 到焦炭排出口 12的距离过长，推测出通过小压头45之后的焦炭会选择性地通过中央部下降。相反在距离H比口径Dh小的情况下(图5(a))，从小压头45到焦炭排出口 12的距离过短，推测出在小压头45的下方，在向圆周方向外侧改变朝向后进一步通过安息角形成朝向中央的流动之前就会被排出。此外，在图5(a)的情况下，小压头45与腔室壁面之间的焦炭所通过的空间变窄也是考虑到的一个因素。
如上所述，根据本实施方式，通过采用追加尺寸比主压头41小的小压头45、并将该小压头45配置在主压头41的下方的2级压头构造，改善了腔室的锥形部内的焦炭的下降的不均，由此使得腔室整体的焦炭的下降变得均勻化。若腔室内的焦炭的下降变得均勻化，腔室内的焦炭与冷却气体的热交换也变得均勻化，其结果，能够提高焦炭的冷却效率。 特别是，若满足条件(I) (IV)，能够提高该效果。
另外，根据本实施方式，由于提高了焦炭的冷却效率，因此能够实现腔室的紧凑化。特别是，从小压头45也能够吹入冷却气体，由此在以往的构造中没有被活用为冷却区域的主压头41的下方区域也能够被活用为冷却区域，因此能够进一步实现冷却效率的提高以及腔室的紧凑化。但是，也可以不从小压头45吹入冷却气体，而仅从主压头41吹入冷却气体。
另外，在本发明中，在主压头41的下方配置的小压头45不必限定为一个，也可以采用3级以上的多级压头构造。在该情况下，优选越下级的压头的口径(d)越小。
以上例示了本发明的一个实施方式以及实施例，对于本领域的技术人员而言，能够在不脱离本发明的精神以及范围的范围内进行多种修正及变形是显而易见的，这些修正及变形也都包括在本发明的技术范围内。
权利要求
1.一种焦炭干式灭火设备，从将下部形成为锥形形状的腔室的上部装入赤热焦炭，从在该腔室内的下部设置的冷却气体供给机构吹入冷却气体，对在腔室内下降的赤热焦炭进行冷却，从设在该腔室的下部的焦炭排出口排出焦炭，其特征在于，在设置于上述腔室的下部的使鼓风压头的直径为D的主压头的下方，配置了至少一级以上的直径d比主压头的直径小的小压头。
2.如权利要求1所述的焦炭干式灭火设备，其特征在于，上述小压头配置为，使得连结该小压头的外周端和焦炭排出口的中心的直线Tl与水平轴线所成的角θ 1在60度 80 度的范围内。
3.如权利要求1所述的焦炭干式灭火设备，其特征在于，上述小压头以及主压头配置为，使得连结各自的外周端和焦炭排出口的中心的直线Tl、Τ2与水平轴线所成的角θ 1、 θ 2在60度 80度的范围内。
4.如权利要求1 3中任一项所述的焦炭干式灭火设备，其特征在于，将连结上述小压头及主压头的外周端和焦炭排出口的中心的直线Τ1、Τ2与水平轴线所成的角θ 1、Θ2中的角度小的一个角设为θ 4时，使上述锥形部的倾斜角θ 3在θ 4 θ 4-25度的范围内。
5.如权利要求1 4中任一项所述的焦炭干式灭火设备，其特征在于，使上述焦炭排出口的口径Dh为上述小压头的直径d的1/2以上，S卩，Dh彡0. 5d。
6.如权利要求1 5中任一项所述的焦炭干式灭火设备，其特征在于，上述小压头配置在下述位置，即将从形成在该小压头的下方的焦炭的安息角下平面到焦炭排出口的距离设为H时，满足距离H在上述焦炭排出口的口径Dh的1 5倍的范围内的位置。
7.如权利要求1 6中任一项所述的焦炭干式灭火设备，其特征在于，对上述主压头或者对上述主压头及小压头设有吹入冷却气体的气体流路。
8.一种焦炭干式灭火方法，从将下部形成为锥形形状的腔室的上部装入赤热焦炭，从在该腔室内的下部设置的冷却气体供给机构吹入冷却气体，对在腔室内下降的赤热焦炭进行冷却，从设在该腔室的下部的焦炭排出口排出焦炭，其特征在于，在设置于上述腔室的下部的使鼓风压头的直径为D的主压头的下方，配置至少一级以上的直径d比主压头的直径小的小压头，对在腔室内下降的焦炭的流动进行整流。
9.如权利要求8所述的焦炭干式灭火方法，其特征在于，从上述主压头或者从上述主压头及小压头吹入冷却气体，对上述赤热焦炭进行冷却。
全文摘要
一种焦炭干式灭火设备(1)，从将下部形成为锥形形状的腔室(3)的上部装入赤热焦炭，从设置在该腔室内的下部的冷却气体供给机构吹入冷却气体，对在腔室内下降的赤热焦炭进行冷却，从设在该腔室的下部的焦炭排出口(12)排出焦炭，其中，在设置于上述腔室的下部的使鼓风压头(4)的直径为D的主压头(41)的下方，配置了至少一级以上的直径d比主压头的直径小的小压头(45)，通过这样的构成，使得腔室内的焦炭的下降变得均匀化，提高了焦炭的冷却效率。
文档编号C10B39/02GK102186947SQ20088013156
公开日2011年9月14日 申请日期2008年10月14日 优先权日2008年10月14日
发明者福冈隆志, 藤川淳, 大谷洋 申请人:新日铁工程技术株式会社, 日铁机械设备设计株式会社