专利名称：利用焦炉煤气熄焦的设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种利用焦炉煤气实现干法熄焦的设备，尤其是涉及回收红焦显热、焦炉煤气净化和提高焦炭强度的设备。
背景技术：
从炭化室推出的红焦温度可以达到1000℃，具有巨大的能源回收价值。通常采用的水熄焦的方式，一方面无法回收红焦显热，另一方面产生大量含氰、酚、萘等污染物的水蒸气，污染环境，同时对水体造成了很大污染。采用氮气实现干熄焦的方式已经在工业上得到广泛应用，该工艺可以实现回收红焦显热，但是该工艺系统结构复杂，造价很高，需要一个庞大的制气系统和准确稳定的控制系统，一般焦化企业很难承受；并且由于颗粒磨损，产生大量焦粉和焦末，降低了冶金焦率。
随着高炉大型化和大喷煤技术的推广和应用，高炉炼铁工艺对焦炭强度尤其是热态强度的要求越来越高，在现有炼焦工艺和技术条件下，如何有效提高焦炭的强度尤其是热态强度，对于稳定高炉操作，降低生产成本，提高高炉炼铁工艺的竞争力非常重要。
Shigeno等人在美国申请专利08/5486216中公开了一种利用焦炭表层渗碳的方法提高焦炭强度，该发明详细介绍了利用富含甲烷的气体介质，在高温条件下与焦炭作用，使甲烷分解产生游离碳，游离碳沉积在焦炭孔隙表面，减少焦炭的比表面积，从而达到提高焦炭强度的目的，该发明提出了焦炭渗碳的基本原理和方法，但是没有说明在工业上如何实现这种方法，也没有提出相应的工艺设备。
宝钢股份公司的张群等人在发明专利03129507.X提出一种提高焦炭热性质的方法，该方法就是利用甲烷、焦炉煤气或天然气作为熄焦介质，通过与高温焦炭接触，在固相吸附和气相沉积渗透的作用下，降低焦炭比表面积，达到改善焦炭热性质的目的。同样，他们也没有给出具体的实施方案。
Flockenhanus等人在发明专利320742中提出一种在工业上应用的利用焦炉煤气熄焦的工艺和设备，将干熄焦设备分为两段，第一段利用焦炉煤气实现焦炭一定程度冷却，然后将焦炉煤气导出，第二段利用烟气进行冷却。该工艺系统结构复杂，涉及的设备很多，控制点也很多，同时采用烟气冷却，造成焦炭因部分氧化而质量下降。
专利申请200510068633.7提出了一种冶金焦炭镀碳增强装置，但主要存在以下问题(1)该发明必须要求使用红焦运输车接焦，并将红焦运送到镀碳装置，在红焦输送过程中会发生焦炭烧损和温降的现象；(2)该发明占地面积大，密封成本高，增加了设备运行成本。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种利用焦炉煤气熄焦的设备，该设备将接焦、送焦和镀碳熄焦集成到一个装置中，减少了焦炭烧损和温降；同时设备占地小，容易实现密封。
本实用新型所采用的技术方案是利用焦炉煤气熄焦的设备，包括熄焦容器和密封装置，熄焦容器的下面和侧面的内衬中设置煤气通道，煤气通道与煤气入口管道相连；在熄焦容器的上方外侧，设有密封水槽，密封盖的前端可以插入密封水槽中，密封盖与煤气出口管道相连。位于熄焦容器下方的煤气通道有竖直向上的小孔，保证焦炉煤气能垂直穿过焦炭料层，位于熄焦容器侧面的煤气通道，有与水平方向形成一定夹角的小孔，保证焦炉煤气在穿过焦炭料层时形成同向旋转气流。密封盖的直径大于熄焦容器的上沿直径，可以进行升降，与煤气出口管道相连处为喇叭形，煤气出口管道上端采用软波纹管连接，可以随着密封盖的移动而移动；密封水槽的上部有入口水管，下部设有出口水管。煤气出口管道后端设置有三通阀，三通阀一个出口端与与前置换热器相连，另一个出口端与后置换热器相连，其中前置换热器与变压吸附装置相连，后置换热器与熄焦容器相连。
熄焦容器的中部外侧，设置有支撑转轴，支撑转轴由转动轴和支撑架构成，转动轴一端连接熄焦容器，另一端嵌在支撑架上方，通过转动轴旋转可以实现熄焦容器的旋转，支撑架下方与运焦台车相连，可以保证熄焦容器与运焦台车共同运动。
采用这样结构的设备，能达到以下的有益效果(1)该设备将接焦设备、熄焦设备和送焦设备一体化，降低了设备投资，减少了焦炭烧损和温降，降低了运行成本，占地面积小，容易实现密封；(2)采用焦炉煤气实现干法熄焦，可以充分利用焦化厂的现有资源，降低焦化厂的运行费用；(3)通过焦炉煤气中甲烷分解的焦炭镀碳作用，可以有效提高焦炭的质量，尤其是提高焦炭热强度，为稳定高炉冶炼操作，提高铁水质量和生产率，提供有效的原料保证；(4)通过高温焦炭的吸附作用，可以将焦炉煤气中的焦油、苯酚萘、氰等有害杂质清除，降低了管道和设备保养的费用，扩大了熄焦后焦炉煤气的应用范围；(5)焦炉煤气中甲烷分解产生的氢气，提高了熄焦后焦炉煤气中氢气的含量，为实现焦炉煤气分离氢气技术提供了良好的原料保证。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步说明。
图1为本实用新型的结构示意图。
图中1.熄焦容器；2.密封水槽；3.入口水管；4.密封盖；5.煤气出口管道；6.三通阀；7.前置换热器；8.后置换热器；9.出口水管；10.煤气通道；11.支撑转轴；12.运焦台车；13.煤气入口管道。
具体实施方式
焦炉煤气实现熄焦在一个可以盛放高温焦炭的熄焦容器中完成，通过密封盖，可以将熄焦容器中的焦炭与外界空气完全隔离。高温焦炭通过推杆和导焦栅的作用进入熄焦容器中。当密封盖密封熄焦容器的焦炭入口后，由于高温焦炭与空气发生氧化，进入熄焦容器中的残余空气完全消耗。焦炉煤气从熄焦容器的下方进入，通过煤气通道和熄焦容器的内壁上的煤气孔进入焦炭料层。在高温焦炭的吸附作用和扩散作用下，焦炉煤气沿焦炭孔壁进入焦炭内部的孔隙中。在高温条件下，焦炉煤气中的甲烷分解为游离碳和氢气，其中游离碳通过焦炭固相吸附和沉积，在焦炭孔隙中形成致密碳膜层，覆盖和堵塞焦炭的外表面和内部孔隙，达到显著降低焦炭反应性和提高冶金焦炭反应后强度的目的，焦炉煤气热解产生的氢气随着未反应的气体由煤气出口管道排出。由于气流流动，将高温焦炭的显热带出系统，达到了逐步冷却焦炭和回收红焦显热的目的。当焦炭冷却到要求温度后，停止供应焦炉煤气，提升密封盖，通过铁轨将熄焦后焦炭送至凉焦台，将冷却焦炭卸在凉焦台。
图1为本实用新型的结构示意图，一种利用焦炉煤气实现干法熄焦的设备，可以实现回收红焦显热和提高焦炭强度。存放红焦的熄焦容器1，其下方设有煤气入口管道13，熄焦容器1的上方为密封盖4，密封盖4与煤气出口管道5相连，煤气出口管道5后端设置有三通阀6，三通阀6有一个入口和两个出口，阀体采用可以耐高温和耐腐蚀的材质，通过操作控制机构，控制阀心的转动，实现煤气出口的切换；三通阀6一个出口端与与前置换热器7相连，另一个出口端与后置换热器8相连，换热器采用水汽化的方式将煤气中的热量置换出来，产生的水蒸气直接进入蒸汽管网，其中前置换热器7与变压吸附装置相连，后置换热器8与熄焦容器1相连。熄焦容器1具有倒圆台型的外形，内衬为高温耐火材料，在熄焦容器1的下面和侧面的耐火材料内衬中设置煤气通道10，煤气通道10与煤气入口管道13相连；在熄焦容器1的上方外侧，设有密封水槽2，密封盖4的前端可以插入密封水槽2，在密封水槽2的上部有入口水管3，在密封水槽的下部设有出口水管9，入口水管3和出口水管9都有外螺纹；熄焦容器1的中部外侧，设置有支撑转轴11，支撑转轴11由转动轴和支撑架构成，转动轴一端连接熄焦容器1，另一端嵌在支撑架上方，通过转动轴旋转可以实现熄焦容器1的旋转，支撑架下方与运焦台车12相连，可以保证熄焦容器1与运焦台车12共同运动。
密封盖4具有遍圆柱型的的外形，直径大于熄焦容器1的上沿直径，可以升降运动，与煤气出口管道5直接相连，煤气出口管道5与密封盖4相连处为喇叭形，管道上端采用软波纹管连接，可以随着密封盖4的移动而移动。
位于熄焦容器1下方的煤气通道10，有竖直向上的小孔，保证焦炉煤气能垂直穿过焦炭料层，位于熄焦容器1侧面的煤气通道10，有与水平方向形成一定夹角的小孔，保证焦炉煤气在穿过焦炭料层时形成同向旋转气流。
结合焦炉煤气熄焦设备的操作流程进行描述通过推杆和导焦栅的作用，从焦炉炭化室推出的高温焦炭，温度为1000℃左右，送入熄焦容器1中。推焦完毕后，熄焦容器1在运焦台车12的牵引下，达到熄焦站。当熄焦容器1定位后，接上入口水管3和出口水管9，打开入口水管3阀门，向密封水槽2中注入密封水，当密封水槽的液位维持在一定高度的条件下，打开出口水管9阀门，保证入口水流量和出口水流量一致，保持密封水槽的液位高度。然后将可升降的密封盖4缓缓降下，密封盖4前端插入水槽中，使熄焦容器1与外界环境隔离。由于焦炭的高温作用，将残留在熄焦容器1中的空气完全消耗。连通煤气入口管道13，常温焦炉煤气通过煤气入口管道13分别进入熄焦容器1下方的煤气通道10和熄焦容器1侧面的煤气通道10，进入熄焦容器1的焦炭料层中。焦炉煤气从熄焦容器1下方的煤气通道10的煤气孔垂直进入焦炭料层，焦炉煤气从熄焦容器1侧面的煤气通道10的煤气孔以30°切向进入焦炭料层，焦炉煤气在煤气孔出口流速为25～35m/s，在煤气的高压和高流速作用下，焦炉煤气可以很快进入焦炭料层的中心位置。当焦炉煤气进入焦炭料层后，焦炉煤气在焦炭料层的流速下降到4～8m/s，同时侧面的焦炉煤气沿着煤气孔出口方向形成同向旋流，提高了焦炉煤气在焦炭料层的停留时间，保证了甲烷分解需要的温度和时间条件。焦炉煤气穿过高温焦炭料层时，由于焦炭的吸附作用和高温作用，焦炉煤气中的甲烷在焦炭孔隙中发生分解，产生游离碳和氢气，游离碳在孔壁上形成致密碳膜层，填充和堵塞焦炭的孔隙，产生的氢气随未反应的煤气排出系统，同时，由于对流换热和辐射换热的作用，焦炭温度下降，焦炉煤气温度上升，常温焦炉煤气变成高温焦炉煤气而排出熄焦容器1。经过熄焦换热后的焦炉煤气从熄焦容器1上方的密封盖4中部的煤气出口管道5排出，在初始条件下，煤气出口管道5通过三通阀5与前置换热装置7相连，高温焦炉煤气通过换热后，通过煤气风机，送入煤气管网。随着焦炉煤气的不断换热，焦炭温度不断下降，甲烷分解反应过程逐渐减弱，当焦炉煤气只起到冷却作用时，切换三通阀6，连通煤气出口管道5和后置换热装置8，经过换热后的焦炉煤气通过煤气风机，送回熄焦容器1，使焦炉煤气实现循环使用。熄焦冷却完毕，切断煤气入口管道13，提升密封盖4，同时，撤开密封水槽2的入口水管3与入水总管的连接，等密封水槽中的流水从出口水管流尽后，撤开出口水管9与出水总管的连接。启动运焦台车12，将冷却焦炭送至凉焦台卸料。
该设备将接焦设备、熄焦设备和送焦设备一体化，降低了设备投资，减少了焦炭烧损和温降，降低了运行成本，占地面积小，容易实现密封。
权利要求1.一种利用焦炉煤气熄焦的设备，包括熄焦容器和密封装置，其特征在于熄焦容器(1)的下面和侧面的内衬中设置煤气通道(10)，煤气通道(10)与煤气入口管道(13)相连；在熄焦容器(1)的上方外侧，设有密封水槽(2)，密封盖(4)的前端可以插入密封水槽(2)中，密封盖(4)与煤气出口管道(5)相连。
2.按照权利要求1所述的利用焦炉煤气熄焦的设备，其特征在于位于熄焦容器(1)下方的煤气通道(10)有竖直向上的小孔，保证焦炉煤气能垂直穿过焦炭料层，位于熄焦容器(1)侧面的煤气通道(10)，有与水平方向形成一定夹角的小孔，保证焦炉煤气在穿过焦炭料层时形成同向旋转气流。
3.按照权利要求1所述的利用焦炉煤气熄焦的设备，其特征在于密封盖(4)的直径大于熄焦容器(1)的上沿直径，可以进行升降，与煤气出口管道(5)相连处为喇叭形，煤气出口管道(5)上端采用软波纹管连接，可以随着密封盖(4)的移动而移动；密封水槽(2)的上部有入口水管(3)，下部设有出口水管(9)。
4.按照权利要求1所述的利用焦炉煤气熄焦的设备，其特征在于煤气出口管道(5)后端设置有三通阀(6)，三通阀(6)一个出口端与与前置换热器(7)相连，另一个出口端与后置换热器(8)相连，其中前置换热器(7)与变压吸附装置相连，后置换热器(8)与熄焦容器(1)相连。
5.按照权利要求1所述的利用焦炉煤气熄焦的设备，其特征在于熄焦容器(1)的中部外侧，设置有支撑转轴(11)，支撑转轴(11)由转动轴和支撑架构成，转动轴一端连接熄焦容器(1)，另一端嵌在支撑架上方，通过转动轴旋转可以实现熄焦容器(1)的旋转，支撑架下方与运焦台车(12)相连，可以保证熄焦容器(1)与运焦台车(12)共同运动。
专利摘要本实用新型公开了一种利用焦炉煤气熄焦的设备。该设备在熄焦容器的下面和侧面耐火材料中设置煤气通道，常温的焦炉煤气通过煤气通道进入红焦料层。在高温条件下，焦炉煤气中的甲烷分解产生游离碳和氢气，游离碳在焦炭的吸附作用下，沉积在孔隙表面，降低焦炭的比表面积，达到提高焦炭的热强度目的。镀碳后高温煤气将热量置换出来，送入煤气管网。随着焦炭温度的降低，镀碳效应逐渐减弱，通过三通阀切换，焦炉煤气进入第二个换热装置，将热量置换出来，换热后焦炉煤气作为循环煤气送回熄焦容器。该设备将接焦设备、熄焦设备和送焦设备一体化，降低了设备投资，减少了焦炭烧损和温降，降低了运行成本，占地面积小，容易实现密封。
文档编号C10B29/02GK2858646SQ200520130150
公开日2007年1月17日 申请日期2005年10月26日 优先权日2005年10月26日
发明者包向军, 廖洪强, 马刚平, 李东涛, 赵鹏, 程晓光, 张向伟, 时朝昆, 王金花 申请人:首钢总公司