在捣固焦炉内共用挥发性物质的方法和装置的制造方法
【专利说明】在捣固焦炉内共用挥发性物质的方法和装置
[0001]相关申请案的交叉引用
[0002]本申请要求2012年8月17日提交的美国非临时专利申请第13/589,004号的权益，其公开文本以引用的方式整体并入本文。
[0003]发明背景
[0004]本发明总体上涉及用于由煤生产焦炭的炼焦设备领域。焦炭是在钢铁生产中用于恪化和还原铁矿石的固体碳燃料和碳源。在一种称为“汤普森炼焦工艺(Thompson CokingProcess)”的工艺中，通过将煤粉分批加入炉内，密封所述炉并且在严密控制的大气条件下加热24-48h至极高温度，生产焦炭。炼焦炉已经使用多年，用于将煤转化为冶金焦炭。在炼焦过程中，在受控温度条件下加热细碎煤为煤除去易挥发性物质并形成具有预定孔隙率和强度的焦炭熔体。因为焦炭的生产为分批工艺，所以同时操作多个焦炉。
[0005]加热过程中煤粒经历的熔化和熔合过程是炼焦的重要部分。煤粒转化为熔融物质的熔化程度和同化程度决定了所生产的焦炭的特性。为了由特定的煤或混合煤生产最硬的焦炭，在煤中存在活性与惰性实体的最佳比例。焦炭的孔隙率和强度对于矿石精炼过程很重要并且由煤源和/或炼焦方法决定。
[0006]将煤粒或混合煤粒装入热炉内，并且煤在炉内加热以便从所生成的焦炭中去除挥发性物质。炼焦工艺高度依赖于使用的炉设计、煤类型和转化温度。在炼焦工艺期间调节炉，以致每次装入的煤均在大致相同的时间内焦化。一旦煤“结焦”或完全焦化，就将焦炭从炉内移出并用水熄焦以将其冷却至低于其着火温度。可选地，用惰性气体干法熄焦。熄焦操作也必须小心控制，以致焦炭不会吸收太多水分。一旦熄焦，就筛分焦炭并装入轨道车或卡车进行运输。
[0007]因为将煤加入热炉内，所以大部分加煤过程自动化。在槽式或立式炉内，通常通过炉顶部的槽或开口装煤。这种炉往往又高又窄。卧式非回收或热回收类炼焦炉也用于生产焦炭。在非回收或热回收类炼焦炉中，用输送机将煤粒水平输送到炉内以提供细长煤层。
[0008]随着适合形成冶金用煤(“炼焦煤”)的煤源减少，已经尝试将劣质或低质量煤(“非炼焦煤”)与炼焦煤混合以提供适于所述炉的煤料。合并非炼焦煤和炼焦煤的一种方式是使用压实或捣固煤。可在其进入炉内之前或之后将煤压实。在一些实施方案中，将非炼焦煤和炼焦煤的混合物压实至高于50镑/立方英尺，以便将非炼焦煤用于炼焦工艺。随着煤混合物中非炼焦煤的百分比增加，需要更高的煤压实水平(例如，高达约65-75镑/立方英尺)。商业上，通常将煤压实至约1.15-1.2比重(Sg)或约70-75镑/立方英尺。
[0009]基于炉内部的相对操作大气压条件，卧式热回收(HHR)炉具有优于化学副产物炉的独特环境优势。HHR炉在负压力下工作，而化学副产物炉在略为正的大气压力下工作。两种炉类型通常均由耐火砖和其它材料建造而成，其中因为在日常操作期间可能在这些结构中形成小裂纹，所以建立大体气密环境可能是一个挑战。将化学副产物炉保持在正压力下以免氧化可回收产物和使炉过热。相反，将HHR炉保持在负压力下，从炉外部吸入空气以氧化煤挥发物并在炉内释放燃烧热。这些相反的操作压力条件和燃烧系统是HHR炉与化学副产物炉之间重要的设计差异。因为将进入环境的挥发性气体的损失减到最低很重要，所以在化学副产物炉内正大气条件和小开口或裂纹的组合使焦炉荒煤气(“COG”)和有害污染物泄漏到大气中。相反，HHR炉内或炼焦设备其他地方的负大气条件和小开口或裂纹仅仅使补助空气吸入炉内或炼焦设备其他地方，以致负大气条件阻止了 COG向大气的损失。
【发明内容】
[0010]本发明的一个实施方案涉及一种挥发性物质共用系统，其包括第一捣固焦炉;第二捣固焦炉;流体连接第一捣固焦炉与第二捣固焦炉的隧道;和定位于所述隧道内用于控制第一捣固焦炉和第二捣固焦炉之间的流体流量的控制阀。
[0011]本发明的另一实施方案涉及一种挥发性物质共用系统，其包括:第一捣固焦炉和第二捣固焦炉，所述每个捣固焦炉均包括:炉室；炉底烟道;流体连接所述炉室和所述炉底烟道的降气管通道;与所述炉底烟道流体连通的上升气道，所述上升气道配置为从所述炉室接收废气;在所述上升气道内并且配置为根据位置指示定位于包括完全打开和完全关闭的多个位置中的任一处以控制所述炉室内的炉通风的自动上升道挡板;和配置为检测所述捣固焦炉的工作条件的传感器;流体连接第一捣固焦炉与第二捣固焦炉的隧道;定位于所述隧道内并且配置为根据位置指示定位于包括完全打开和完全关闭的多个位置中的任一处以控制第一捣固焦炉与第二捣固焦炉之间的流体流量的控制阀；和与所述自动上升道挡板、所述控制阀和所述传感器连通的控制器，所述控制器配置为响应于所述传感器检测到的所述工作条件，向所述自动上升道挡板和所述控制阀中的每一个提供所述位置指示。
[0012]本发明的另一实施方案涉及一种在两个捣固焦炉之间共用挥发性物质的方法，所述方法包括:为第一焦炉装入捣固煤;为第二焦炉装入捣固煤;操作第二焦炉生成挥发性物质并且在至少等于目标炼焦温度的第二焦炉温度下操作;操作第一焦炉生成挥发性物质并且在低于所述目标炼焦温度的第一焦炉温度下操作;将挥发性物质从第二焦炉转移到第一焦炉;在第一焦炉内燃烧转移的挥发性物质以将第一焦炉温度至少升高至所述目标炼焦温度;并且继续操作第二焦炉，使得第二焦炉温度至少在所述目标炼焦温度下。
[0013]本发明的另一实施方案涉及一种在两个捣固焦炉之间共用挥发性物质的方法，所述方法包括:为第一焦炉装入捣固煤;为第二焦炉装入捣固煤;操作第一焦炉以生成挥发性物质;操作第二焦炉以生成挥发性物质;检测指示第一焦炉内过热状态的第一焦炉温度;并且将挥发性物质从第一焦炉转移到第二焦炉以降低在所述过热状态下检测到的第一焦炉温度。
[0014]附图简述
[0015]图1为根据示例性实施方案显示的卧式热回收(HHR)炼焦设备的示意图。
[0016]图2为图1的HHR炼焦设备的一部分的等距局部剖视图，切去了几个截面。
[0017]图3为HHR焦炉的截面图。
[0018]图4为图1炼焦设备的一部分的不意图。
[0019]图5为具有第一挥发性物质共用系统的多个HHR焦炉的截面图。
[0020]图6为具有第二挥发性物质共用系统的多个HHR焦炉的截面图。
[0021]图7为具有第三挥发性物质共用系统的多个HHR焦炉的截面图。
[0022]图8为比较装入松散煤的焦炉和装入捣固煤的焦炉挥发性物质释放速率的图表。
[0023]图9为比较装入松散煤的焦炉和装入捣固煤的焦炉的炉顶温度与时间的图表。
[0024]图10为说明焦炉间共用挥发性物质的方法的流程图。
[0025]图11为比较炉顶温度与第一焦炉的炼焦周期和第二焦炉的炼焦周期的图表，其中所述两个焦炉共用挥发性物质。
[0026]发明详述
[0027]美国专利第6，596，128号和美国专利第7，497，930号的内容以引用的方式并入本文。
[0028]参考图1，说明了在还原环境下由煤生成焦炭的HHR炼焦设备100。一般而言，HHR炼焦设备100包括至少一个炉105，连同热回收蒸汽发生器(HRSG) 120和空气质量控制系统130(例如，废气或烟道气脱硫(FGD)系统)，二者均流体定位于炉下游并且二者均通过适合气道与炉流体连接。HHR炼焦设备100优选包括多个炉105和将每个炉105流体连接到HRSG 120的共有隧道110。一个或多个交叉气道115将共有隧道110流体连接到HRSG 120。冷却气道125将冷却气体从HRSG运输到烟道气脱硫(FGD)系统130。流体连接且更下游的是用于收集微粒的袋滤室135，用于控制系统内空气压力的至少一个抽风机140和用于将冷却、已处理废气排到环境中的主要气体烟道145。蒸气管道150可使HRSG和热电设备155互相连接，以致可利用回收热量。如图1所示，所示每个炉表示实际1个炉。
[0029]图2中示出了每个炉105的更多结构细节，其中为清楚期间切去截面说明了4个焦炉105的不同部分并且也在图3中进行了说明。每个炉105均包括一开口腔，由底板160、大体上形成炉整个一侧的前门165、优选与前门165相对大体上形成炉与前门相对的整个侧面的后门170、从前门165和后门170中间的底板160向上延伸的两个侧壁175和形成炉室185开口腔上表面的顶180限定。控制炉室185内部的空气流量和压力对于炼焦周期的有效操作可以是至关重要的，因此前门165包括使初级燃烧空气进入炉室185的一个或多个一次空气入口190。每个一次空气入口 190均包括一次空气挡板195，其可定位于完全打开和完全关闭的许多位置的任一处以改变进入炉室185的一次气流的量。可选地，所述一个或多个一次空气入口 190可穿过顶180形成。工作时，从位于炉室185内部的煤排放的挥发性气体集在顶内并且在整个系统中向下吸入一个或两个侧壁175上形成的降气管通道200内。降气管通道将炉室185与位于炉底板160下的炉底烟道205流体连接。炉底烟道205在炉底板160下形成迂回路径。从煤中排放的挥发性气体可在炉底烟道205燃烧，从而产生热量以支持煤还原为焦炭。降气管通道200与一个或两个侧壁175上形成的烟囱或上升通道210流体连接。在炉底烟道205和大气之间设有二次空气入口 215并且二次空气入口 215包括二次空气挡板220，其可定位于完全打开和完全关闭的许多位置的任一处以改变进入炉底烟道205的二次气流的量。上升通道210通过一个或多个上升气道225与共有隧道110流体连接。在上升气道225和大气之间设有三次空气入口 227。三次空气入口 227包括三次空气挡板229，可定位于完全打开和完全关闭的许多位置的任一处以改变进入上升气道225的三次气流的量。
[0030]为了提供控制通过上升气道225和炉105内的气体流量的能力，每个上升气道225还包括上升道挡板230。上升道挡板230可定位于任一数量的完全打开和完全关闭的位置以改变炉105内的炉通风。如本文所使用，“通风”指相对于大气的负压。例如，0.1英寸水柱的通风指0.1英寸水柱低于大气压的压力。水柱英寸数是压力的非国际单位并且按照惯例用于描述在炼焦设备不同位置的通风。如果通风增加或使其更大，压力进一步移动至大气压以下。如果通风减少、降低或使其更小或更低，压力向大气压移动。通过用上升道挡板230控制炉内通风，可以控制从空气入口 190、215、227进入炉105内的气流以及进入炉105内的漏气。通常，如图3所示，炉105包括两个上升气道225和两个上升道挡板230，但是使用两个上升气道和两个上升道挡板并不必要，可将系统设计为仅用一个或两个以上的上升气道和两个上升道挡板。
[0031]如图1所示，样品HHR炼焦设备100包括可分成炉组235的许多