本发明装置属于能源化工领域，具体涉及一种环保节能焦化装置及其工作方法。
背景技术：
干熄焦使当前国家重点鼓励发展的技术之一，属于原国家经贸委推荐的清洁生产技术导向目录所列项目，符合国家的有关产业政策，是一项改善话环境，提高焦炭质量，节约资源的先进技术。干法熄焦符合保护环境的基本国策，可提高资源和能源的利用率，减轻对环境的污染。
干熄焦技术上世纪起源于瑞士，此后前苏联，日本，德国在干熄焦装置的大型化，自动化及环境保护方面陆续做了改进。目前国外有干熄焦装置1130多套。国内从1985年起宝钢首次引进日本技术和设备的干熄焦装置后，济钢等企业也建成数套。近年来除了非常的关键设备和原件，干熄焦技术和设备国产化已取得较大的发展，促进了干熄焦技术在国内的应用。
环境污染和能源危机是当前人类面临的重大挑战，也将对世界安全造成严重威胁，因此，能源开发过程中的工业废气减排和清洁生产技术问题已成为我国实施可持续发展战略必须考虑的重大课题。然而目前兰炭加工企业的炼焦炉熄焦方式基本上为传统湿法熄焦，(1)湿法熄焦的问题：不仅造成了能源的极大浪费、兰炭质量的下降，且严重地污染了环境。(2)干法熄焦存在的问题：干熄焦技术是炼焦行业中的成熟技术，目前已经在国内外大中型炼焦企业中普遍推广应用，但其占地面积大、设备结构复杂、制造难度大、维修费用高、投资大，且焦炭烧损严重。对于独立型焦化企业而言，所吸收的热量滋生不易平衡。
技术实现要素：
为了解决的现有技术的不足和问题，本发明的目的是提供一种环保节能焦化装置及其工作方法，具有密封性好、装置简单操作方便、便于观察、极大限度减小对外污染、设备成本底；而且喷嘴的合理分布和设计能够充分均匀的对熄焦段中的焦炭进行熄焦，不仅能够保证较快的处理速度，而且保证了较好的焦炭质量。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种环保节能焦化装置，包括焦炭炉、电捕焦油器、焦油氨水澄清槽和电厂，其中：焦炭炉内从上到下依次设置有干燥段、干馏段和熄焦段，相邻两段之间均设置有用于控制气流和物料的单向流动的控制阀；
熄焦段由上下两段连接而成，其中，上段与焦炭炉直接相连且设有水冷壁，用于与干馏段红热兰炭进行辐射换热，水冷壁的蒸汽出口管依次经过风机和余热锅炉进入电厂；下段为惰性气体熄焦段；
粗煤气通道一端连接在干馏段顶部，另一端连接在气液分离器的入口，气液分离器的顶部出口与横管冷却器连通，底部出口与焦油氨水澄清槽连通，横管冷却器的出液口连接焦油氨水澄清槽，焦油氨水澄清槽的氨水出口通过氨水进口管连接至兰炭废水处理池，然后连接到熄焦段；
横管冷却器的出气口通过煤气进口管连接电捕焦油器，电捕焦油器上段的煤气出口管上行到煤气储存罐，煤气储存罐通过回炉煤气管道连接至干馏段，煤气储存罐还通过管道连接至电厂；电厂通过烟气进口管连接至熄焦段的下段；熄焦段的顶部通过烟气出口管经电厂的冷却装置与烟气进口管连通。
水冷壁还通过循环进水管和循环出水管与循环冷水池连通，循环冷水池通过冷却器进水管与横管冷却器连通。
焦油氨水澄清槽还连接有油渣池；焦油氨水澄清槽采用地上浮顶型焦油氨水澄清槽。
电捕焦油器下段的焦油出口管下行到焦油储存。
所述干燥段采用密封结构设计，干燥段上还设有废气回收装置；回炉煤气管道与干馏段之间连接有风机。
熄焦段的底部设置有若干喷嘴。
喷嘴分为两部分，一部分喷嘴与烟气进口管连通，另一部分喷嘴与氨水进口管连通。
喷嘴连接在同一根管道上，管道通过三通与烟气进口管和氨水进口管连通。
所述干燥段的顶部采用平顶型结构设计，且在平顶型结构上设置有太阳能电池板。
本发明还提供了环保节能焦化装置的工作方法，包括以下步骤，将焦炭炉的干馏段产生的粗煤气通过粗煤气通道进入到气液分离器当中，经气液分离器分离后，使气体上行到横管冷却器当中，液体下行通过管道到达焦油氨水澄清槽中，进一步分离；
当焦油氨水澄清槽中的油水分层之后，将轻油和重油排放在油渣池中，焦油氨水澄清槽中的兰炭废水通过氨水进口管循环回到熄焦炉的熄焦段进行熄焦；
到达横管冷却器的气体，经过对煤气进一步冷却，液体进入焦油氨水澄清槽中，气体进入电捕焦油器进一步回收焦油，经过电捕焦油器后，煤气得到净化，煤气通过设置在电捕焦油器上段的煤气出口管上行到煤气储存罐存储，到达煤气储存罐的煤气通过设置在其顶部连通的回炉煤气管道回到干馏段中，与空气进行混合帮助燃烧，其中，回炉煤气管道的出口与干馏段之间设置有助燃风机，煤气储存罐的煤气还通过管道输送到电厂进行发电；
焦油通过设置在电捕焦油器下段的焦油出口管下行到焦油储存罐；
水冷壁中产生的大量的水蒸气通过风机和余热锅炉送达电厂进行发电，电厂产生的烟道气，通过电厂出烟口和三通阀进入熄焦段与兰炭废水一起进行熄焦，最后熄焦完成后，熄焦段的烟道气经过滤器过滤后通过烟气出口管回到电厂出烟口进行排放或者进入电厂冷却后循环使用。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果，本发明研究设计了兰炭干熄焦系统，具有密封性好、装置简单操作方便、便于观察、极大限度减小对外污染、设备成本底，实现了氨水回收再生循环使用；通过水冷壁的引入，提升了换热效率，缩短了焦炭的换热时间，加快了整个焦炭炉的处理进程，并且有效的提升了能量的综合利用；通过，喷嘴的合理分布和设计能够充分均匀的对熄焦段中的焦炭进行熄焦，不仅能够保证较快的处理速度，而且保证了较好的焦炭质量。
进一步的，通过在干燥段上设置有废气回收装置解决了目前的炼焦炉存在的干燥段释放的气体直接排空，造成了环境的污染问题，提升了本发明装置的环保问题，另外，本方案中提出了地面浮顶型焦油氨水澄清槽，将焦油氨水澄清槽设置在地面上，解决了目前普遍采用地下建设焦油氨水澄清槽十有九漏，且查漏难度大的问题，地面上的焦油氨水澄清槽结构设计合理，易于检漏和维护。
进一步的，通过横贯冷却器的设置，提高了冷却效率，有利于煤焦油的回收，有效提升回收率。
进一步的，本发明在焦油氨水澄清槽与熄焦段之间设置有兰炭废水处理装置，处理后的兰炭废水可以达到循环利用的标准，解决了目前将产生的兰炭废水直接用于熄焦，将兰炭废水中的污染物转移至大气中，造成了环境污染的问题。
进一步的，干燥段顶部采用平顶型结构设计，在平顶型结构上设置有太阳能电池板，合理的结构设计能够进行太阳能电池板的铺设，对太阳能进行了充分的利用，太阳能电池板的发电在满足自用的同时，能够进行国网回购，提升了本系统的实用性能，保证了对能源的合理利用；同时，通过在平顶型结构上设置有若干雨水回收槽，能够对雨水进行收集方便储备，用于清晰太阳能板，在陕北等水资源较为缺乏的地区显得尤为重要。
本发明将煤气经过发电后剩余的烟道气(主要为一氧化碳、二氧化碳以及大量的氮气)作为红热兰炭熄焦的惰性气体，避免了目前现有技术中采用的直接排空，避免了资源浪费，节能环保。
附图说明
图1是本发明系统的结构示意图。
图2是本发明焦炭炉的结构示意图。
图中，1-来煤，2-加煤车，3干燥段，4-粗煤气通道，5-助燃风机，6-干馏段，7-水冷壁，8-蒸汽出口管，91-第一道闸门，92-第二道闸门，93-第三道闸门，94-第四道闸门，10-烟气进口管，11-过滤器，12-运输机，13-焦仓，14-推焦机，15-焦炭炉，16-氨水进口管，17-熄焦段，18-出焦口，19-回炉煤气管道，20-气液分离器，21-气液分离装置，22-焦油氨水澄清槽，23-横管冷却器，24-u型管道，25-煤气进口管，26-电捕焦油器，27-电捕分离装置，28-煤气出口管，29-焦油出口管，30-煤气储存罐，31-焦油储存罐，32-电厂，33-余热锅炉，34-风机，35-废水池，36-电厂出烟口，37-油渣池，38-循环冷水池，39-烟气出口管，40-循环进水管，41-循环出水管，42-三通阀，43-冷却器进水管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述。
如图1所示，一种环保节能焦化装置，包括焦炭炉15、电捕焦油器26、焦油氨水澄清槽22和电厂32，其中：焦炭炉15内从上到下依次设置有干燥段3、干馏段6和熄焦段17，熄焦段17与干馏段6之间设置有用于与干馏段6燃烧后的煤炭进行辐射换热的水冷壁7，水冷壁7的蒸汽出口管8依次经过风机34和余热锅炉33进入电厂32，水冷壁7还通过循环进水管40和循环出水管41与循环冷水池38连通，循环冷水池38通过冷却器进水管43与横管冷却器23连通；
粗煤气通道4一端连接在干馏段6顶部，另一端连接在气液分离器20的入口，气液分离器20的顶部出口与横管冷却器23连通，底部出口与焦油氨水澄清槽22连通，横管冷却器23的出液口连接废水池35，废水池35的氨水出口连接焦油氨水澄清槽22，焦油氨水澄清槽22的氨水出口通过氨水进口管16连接至熄焦段17；焦油氨水澄清槽22还连接有油渣池37；在本发明的优选实施例中，焦油氨水澄清槽22采用地上浮顶型焦油氨水澄清槽；
横管冷却器23的出气口通过煤气进口管25连接电捕焦油器26，电捕焦油器26上段的煤气出口管28上行到煤气储存罐30，电捕焦油器26下段的焦油出口管29下行到焦油储存31，煤气储存罐30通过回炉煤气管道19连接至干馏段6，回炉煤气管道19与干馏段6之间连接有风机5，煤气储存罐30还通过管道连接至电厂32；电厂32烟气进口管10连接至熄焦段17，熄焦段17的顶部通过烟气出口管8经电厂32的冷却装置与烟气进口管10连通；
熄焦段17的底部设置有若干喷嘴171，喷嘴设置有两种方案，方案一：喷嘴分为两部分，一部分喷嘴与烟气进口管10连通，另一部分喷嘴连通有氨水进口管16；方案二：喷嘴连接在同一根管道上，管道通过三通与烟气进口管10和氨水进口管16连通；
如图1所示，干法熄焦的特点是回收红焦的显热，出炉红焦的显热约占炼焦能耗的35％～40％，将这部分的能量回收并充分利用可大大降低生产成本，起到节能降耗的作用；本发明利用水冷壁的辐射换热，将多余的这部分能量最大化，然后通过余热锅炉，回收利用发电，既节约了能源又实现了减排。
本发明与普通的湿法熄焦装置不同，本发明采用烟道气熄焦和兰炭废水喷淋熄焦，将电厂所产生的烟道气，通过降温循环回到干熄焦炉中，对焦炭进行熄焦，大大的提高了焦炭的质量和品质，当发生设备故障时，可将烟道气切换成兰炭废水喷淋进行熄焦；当然，两者也可同时进行熄焦，熄焦过程中循环的惰性气体使红焦炭的缓慢冷却，避免了湿法熄焦因喷水而产生的裂纹，焦炭在干熄炉中获得机械整粒作用，提高了焦炭块度的均匀性，改善了焦炭的机械稳定性。
本发明采用方型密封炉体和多阀控制的装置，极大智能化的控制了高炉的利用系数和喷煤量，极大的改善了熄焦炉的保温系数，提高了焦炭的成熟度，消除生焦，减少了有害物质对外界的挥发。
本发明采用地上浮顶型焦油氨水澄清槽22取代地下的焦油氨水澄清槽，能减少介质的挥发损失，防止空气污染，是一种理想的内浮盘，内浮盘具有成本低，施工期短，耐腐蚀性、不占容积和使用寿命长等特点。
本发明采用横管冷却器应用于在焦化中对焦炉煤气的冷却，粗煤气经过气液分离器后温度一般在80℃～85℃，且含有大量的焦油气和水汽，为了便于输送，煤气需在横管冷却器23中进一步冷却到20～25℃。
本发明中，冷却管采用为u型管道24设计，分为两部分，上部和下部，分别于冬天和夏天使用，从而使工厂节约能源，降低安全隐患和减少环境污染。
如图2所示的焦炭炉，整体为竖立的方形炉，采用刚体支撑，煤料在竖立炉中下行，煤由炉上部向下移动可分为三段：依次干燥段3，干馏段6，熄焦段17；在上段即干燥段3中，煤干燥程度达到燃烧标准，打开第一道闸门91，使干燥的煤下落到第一道闸门91内，待第一道闸门91内填充满煤之后，打开第二道闸门92，使煤落入干馏段6，之后关闭两道闸门，控制炉子的生产能力，防止干馏段6气体上行至干燥段3；保证煤炭能够在打开上方的第一道闸门后较为密实的进行填充，保证了煤炭下落过程中对干馏段的粗煤气进行有效的压制。
煤落入干馏段6进行燃烧，使回炉煤气和空气位于火道中燃烧，产生粗煤气上行，通过最顶端的管道，将粗煤气导出。
煤炭加热到500℃～750℃，经充分燃烧后，红焦经过推焦机14下行到水冷壁7中辐射换热，使焦炭的温度降低到150℃～200℃，并产生的大量水蒸气通过蒸汽出口管8依次经风机34和余热锅炉33进入电厂32发电。
经水冷壁7冷却后，打开第三道控制阀93，煤炭完全下落到熄焦段17内，关闭第三道控制阀93，通过循环兰炭废水和循环烟道气的喷嘴对熄焦段17内的煤炭进行喷淋，使焦炭的温度和质量到达合格标准；熄焦换热后的烟道气通过顶部烟气出口管39，再次进入电厂32，冷却后循环使用；打开第四道控制阀94，将焦炭下落到运输机12上，最后落入焦仓13内，运输机12选用皮带运输机。
如图2所示的焦炭炉气体运行过程：焦炭炉中产生的粗煤气，通过粗煤气通道4进入到气液分离器20当中，经气液分离器20分离，煤气的温度在80℃～85℃且含有大量的焦油和水汽，使气体上行到横管冷却器23当中，液体下行通过管道到达地面上的浮顶型焦油氨水澄清槽22中，进一步分离。当浮顶型焦油氨水澄清槽22中的杂质净化之后，轻油和重油被排放在油渣池37中，而焦油氨水澄清槽22中的兰炭废水通过氨水进口管16循环回到熄焦炉的熄焦段17进行熄焦。
到达横管冷却器23的气体，经过对煤气的进一步冷却净化，产生的废水，油杂到达废水池35中沉淀，兰炭废水回到焦油氨水澄清槽22中，产生的煤气进入电捕焦油器26，使之分离出焦油和纯煤气，焦油通过设置在电捕焦油器26下段的焦油出口管29下行到焦油储存31，煤气通过设置在电捕焦油器26上段的煤气出口管28上行到煤气储存罐30存储。
到达煤气储存罐30的煤气分为三部分，第一部分通过设置在其顶部连通的回炉煤气管道19回到干馏段6中，与空气进行混合帮助燃烧，其中，回炉煤气管道19的出口与干馏段6之间设置有助燃风机5；第二部分通过管道输送到电厂32，帮助发电，第三部分留在罐中对外销售产生经济利益。
水冷壁7中产生的大量的水蒸气通过风机34和余热锅炉33送达电厂32进行发电。
电厂32产生的烟道气，通过电厂出烟口36和三通阀42进入熄焦段17与兰炭废水一起进行熄焦，最后熄焦完成后多余的氮气，经过滤器11过滤后通过烟气出口管39回到电厂出烟口36进行排放或者进入电厂32冷却后循环使用。
煤气在横管冷却器23内的冷却过程中，有大部分水汽和焦油被冷凝下来，所生成的水杂质到达废水池35中，进一步沉淀，并通过管道送到浮顶型焦油氨水澄清槽22中，所形成的煤气通过煤气进口管25进入电捕焦油器26进行后面工序。