一种熄焦方法与装置与流程

本发明涉及一种熄焦方法与装置，特别涉及在密闭容器中向红焦炭直接喷水汽化使焦炭降温，对产生的蒸汽进行净化并回收利用的装置，以及对蒸汽自身冷凝液除氨的方法，属于能源和能源回收利用及环保领域。

背景技术：

焦炭是钢铁工业的重要原料，从焦炉推出的高温焦炭(红焦炭)需要在短时间内降温，即熄焦。红焦炭中蕴藏着大量的热能，如果能够回收利用则可同时做到节能减排。迄今主要以开放系统中的洒水降温的湿法熄焦为主，该法设备简单，熄焦速度快，但损失了红焦炭所带的大量热能，还会造成环境污染。另外，用氮气冷却红焦炭进行发电的干熄焦技术也比较多地应用到了工业实践中，在回收能源与减少污染物排放方面发挥了良好的作用。但氮气冷却干熄焦法的设备投资和运行成本均比较高，给企业的经营带来了比较重的成本负担，制约着干熄焦技术的广泛普及。在密闭容器中直接喷水汽化使红焦炭降温，回收蒸汽并防止污染物向大气排放的技术路线，提供了一种低成本无污染回收热能的方法与装置，为解决本领域的技术经济难题提供了一种新的技术手段。但是，熄焦过程中，熄焦水与炽热焦炭接触后产生的蒸汽夹带有大量的焦粉。通常情况下，每吨焦炭在熄焦过程中会产生约1000g的焦粉被熄焦蒸汽带走，同时也会产生硫化氢等污染物危害后续的发电系统，且熄焦之后除去冷凝液中氨的处理成本较高。因此，探索一种能够快速使高温焦炭降温，能源还能得到更好的回收利用，同时设备投资低又不向大气排放污染物，尤其是运行成本低的熄焦方法与装置就显得非常重要。本发明通过在密闭容器中直接喷水汽化使红焦炭降温，蒸汽净化和储存，同时对蒸汽自身冷凝液进行脱氨处理并回收利用的技术路线，提供一种低成本高效率的装置及方法，为解决本领域的技术经济难题提供技术手段。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高效低成本的方法和设备，通过在密闭容器中直接喷水汽化使红焦炭降温，实现在与大气隔绝的状态下进行熄焦，对喷水汽化降温过程产生的蒸汽进行净化后储存并将熄焦蒸汽作为热源向外供热或对外做功，在对蒸汽进行利用的过程中，对熄焦蒸汽冷凝过程产生的冷凝液进行脱除氨成分的冷凝液除氨过程，而且将冷凝液与剩余氨水混合后做熄焦用水可以节省蒸氨的成本。与传统的湿熄焦方法相比，本方法具有能够得到适合于作为热源或动力源的蒸汽，降低运行成本，熄焦蒸汽利用系统操作稳定，不产生污染危害的特点。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种炼焦工业中的熄焦方法，其特征是红焦炭在与大气隔绝的密闭容器中，喷水降温及所产蒸汽的使用过程至少由以下过程组成：

(1)向密闭容器中的红焦炭喷水，使红焦炭降温的焦炭喷水汽化降温过程；

(2)喷水汽化降温过程产生的熄焦蒸汽导入蒸汽储罐储存的蒸汽储存过程；

(3)熄焦蒸汽作为热源向外供热或对外做功，熄焦蒸汽自身冷凝的熄焦蒸汽冷凝过程；

(4)熄焦蒸汽冷凝过程产生的冷凝液进行脱除氨成分的冷凝液除氨过程。

所述步骤(4)的冷凝液除氨过程采用膜组件实现，在膜组件中，含氨废水与吸收液被分隔在膜的两侧独立流动，废水中的氨在浓度差的作用下透过膜材料上的微孔与吸收液接触后被吸收液选择性吸收，从而完成氨的高效分离；将冷凝液中的氨分离后得到的处理液直接送往废水生物处理工序进行处理或不经生物处理直接送往废水制循环水得到净水的膜处理工序，或将冷凝液经一级膜分离除氨后得到的一级贫液经过加碱提高pH值后再进行二次膜分离除氨，经二次除氨得到的二级贫液送入废水生物处理工序或不经生物处理直接送往废水制循环水得到净水的膜处理工序。

所述步骤(4)冷凝液除氨过程还可以采用蒸馏方法，将冷凝液中的氨分离后得到的处理液直接送往废水生物处理工序进行处理，或经一级蒸馏分离除氨的一级贫液经过加碱提高pH值后进行二次蒸馏或膜分离除氨，经二次除氨得到的二级贫液送入废水生物处理工序，或送往废水制循环水得到净水的膜处理工序。

所述步骤(3)熄焦蒸汽冷凝过程产生的冷凝液与剩余氨水混合作为所述红焦炭喷水汽化降温的用水使用，所产生的蒸汽冷凝液送入另一批次红焦炭的喷水汽化降温用水使用，或熄焦蒸汽冷凝过程产生的冷凝液单独作为另一批次红焦炭喷水汽化降温的水源使用，所产生的蒸汽冷凝液送入膜分离除氨工序或蒸馏除氨工序。

所述步骤(3)熄焦蒸汽冷凝过程产生的不凝气送往脱氨工序前的煤气系统中。

所述步骤(1)和步骤(2)焦炭喷水汽化降温过程与蒸汽储存过程之间设置蒸汽净化过程；所述净化过程采用湿式洗涤方法进行净化；洗涤液中加入或不加入钠碱。

所述步骤(2)蒸汽储存过程是由汽液两相共存，在汽液相间水分子的物质移动实现的。

实现本发明熄焦方法蒸汽净化过程的装置，在进行蒸汽净化的装置由两级洗涤装置串联组成；一级净化装置为空塔或格栅塔或大孔径填料塔，二级净化装置为小孔径填料塔；两级串联的净化装置或是分为小孔径填料塔在上部的上下段的一塔式结构，或是下孔径填料塔在后段的两个塔的串联结构；一塔式结构时，蒸汽从净化塔下部进入，净化用液体从塔顶部喷入后或是通过小孔径填料层后再通过下部净化段层从塔底流出，或是小孔径填料层的液体单独循环，下部净化段的液体单独循环；两塔串联结构时，蒸汽通过一级塔后再进入小孔径填料塔的二级塔，两个填料塔的净化用液体或单独循环或是二级塔的出口净化液送入一级塔的进口。

所述蒸汽储存装置，蒸汽储存罐至少由罐体、在罐体上部设置的蒸汽出口、蒸汽入口组成；蒸汽入口与蒸汽净化装置的蒸汽出口侧相连接，蒸汽出口与蒸汽热源用户端入口相连接。

所述蒸汽储存装置，所述蒸汽储存罐中或蒸汽储存罐的出口蒸汽管线上，设置有利用外来热源进行加热的加热器，在蒸汽储存罐设置的加热器设置在液相中或汽相中或两相中同时设置。

具体说明如下：

装入红焦炭的焦罐移动至熄焦的所定位置后迅速密闭，使焦罐内的焦炭与大气隔绝。紧接着在控制喷水速度的状态下向红焦炭喷水，喷入的水立即汽化产生蒸汽。喷水汽化大量地吸热使红焦炭快速降温，达到200℃以下后完成熄焦。通过这样的操作，在与大气隔绝的密闭容器中直接喷水汽化，实现了快速熄焦的同时能够产生具有一定压力的蒸汽，可以作为热源或动力源使用的目标。但是，在熄焦过程中，会有粉尘、硫化氢等污染物随蒸汽进入发电系统，对后续系统造成危害。由于焦罐处于密闭状态，所以焦罐内压力升高使蒸汽通过蒸汽导出系统送入蒸汽净化填料塔中，净化后导入蒸汽储罐作为热源或动力源供用户使用，保障了供应用户的蒸汽品质。蒸汽储存采用由汽液两相共存的汽液两相平衡方式，水分子在相间的移动大幅增强了蒸汽储罐的储存能力，即与单纯气相储存蒸汽相比，两相储存的情况下，当蒸汽过剩时，蒸汽凝缩大幅减小了储存空间，当需要蒸汽大量供应时，水汽化产生大量水蒸汽，大幅提高了蒸汽供应能力。汽液两相共存的蒸汽储存罐中或蒸汽储存罐的出口蒸汽管线上，设置有利用外来热源进行加热的加热器可以产生过热蒸汽为后续的蒸汽利用提供便利。在罐内汽相设置加热器可以产生过热蒸汽，在液相设置加热器则会提高熄焦间隙的蒸汽供应能力，在汽相两相都设置加热器则可在提高储存器供汽能力的同时也产生过热蒸汽；蒸汽储罐的出口管线上设置蒸汽加热器可产生过热蒸汽。

熄焦过程中，特别是用剩余氨水熄焦会在蒸汽中夹带很多焦粉和硫化氢，氨等腐蚀性气体，要求除尘精度要高，系统操作要连续稳定，迄今，工业上常用的方法均存在严重的障碍，而湿式洗涤放操作连续，稳定性优良可以满足要求，但对洗涤塔的除尘效果和抗堵塞的特性要求就会很高。装置采用填料塔，由两级洗涤装置串联组成，一级净化装置为空塔或格栅塔或大孔径填料塔，二级净化装置为小孔径填料塔。在蒸汽的一级净化段即上游段采用空塔或格栅塔或大孔径填料塔将大部分焦粉除去，而又不会堵塞；蒸汽的二级净化段即下游段采用小孔径填料可以保证除尘效果和对硫化氢等腐蚀性气体的去除效果。在洗涤液中少量加入钠碱可以提高酸性气体的净化效果，如果原水中硫化氢含量低的情况下可以不加碱。将小孔填料装在塔上部的上下段的一塔式填料塔可以节省设备投资，空塔或格栅塔或大孔径填料塔与小孔填料塔分别以独立的塔设置，两个塔串联使用可以更好地调节和控制洗涤液。一塔的情况下，蒸汽从净化塔下部进入，净化用液体可以是从塔顶部喷入后通过小孔径填料层后再通过下部净化段层从塔底流出，也可以是小孔径填料层的液体单独循环，下部净化段的液体单独循环。两塔串联时，蒸汽通过一级塔后再进入二级塔(小孔径填料塔)，两个填料塔的净化用液体单独循环也可以是二级塔的出口净化液送入一级塔的进口。利用湿式洗涤方法，可以吸收部分氨气和二氧化硫，通过在洗涤液中加入钠碱，可进一步吸收二氧化硫，且钠碱在作为吸收剂在洗涤过程中不挥发同时具有较高的溶解度，不存在吸收系统中结垢、堵塞问题。通过净化塔的两段结构，也可更好的去除蒸汽中的污染物，且这种结构使得净化塔具有不堵塞，净化效果好等优点。

在密闭焦罐中对焦炭喷水进行熄焦，喷入的水立即汽化产生蒸汽，蒸汽中带有焦粉硫化氢等污染物，蒸汽通过蒸汽导出系统送入蒸汽净化塔中，对蒸汽进行净化之后进入蒸汽罐，作为动力源进行发电供用户使用，发电传递热量，进入凝缩器，熄焦蒸汽自身进行冷凝，熄焦蒸汽冷凝过程产生的不凝气送往脱氨工序前的煤气中，或燃气系统。冷凝液作为另一批次红焦炭的喷水汽化降温用水，或者和剩余氨水混合作为喷水汽化降温用水，所产生的冷凝液进入膜分离除氨工序或蒸馏除氨工序，如此循环操作，脱氨后的冷凝液进行下一步的生化处理或深度处理。

蒸汽冷凝液全部回收作为另一批次红焦炭的喷水汽化降温用水的同时，由于不断地向熄焦系统导入剩余氨水，所以，系统的水会积累，需要向外排放。而冷凝水中会含有大量氨，必须脱除氨才能进入生化系统或进入循环水制备系统。对熄焦蒸汽冷凝过程产生的冷凝液进行脱氨，脱氨可通过膜组件、蒸馏法实现，膜组件采用中空纤维式膜组件。红焦炭喷水汽化降温过程使用熄焦蒸汽冷凝过程产生的冷凝液与剩余氨水混合，所产生的蒸汽冷凝液送入另一批次红焦炭的喷水汽化降温用水使用，或熄焦蒸汽冷凝过程产生的冷凝液单独作为另一批次红焦炭喷水汽化降温的水源使用，所产生的蒸汽冷凝液送入膜分离除氨工序或蒸馏除氨工序。蒸汽冷凝液部分直接作为喷水汽化降温用水，部分进入膜分离除氨工序或蒸馏除氨工序，然后将处理后的水进行下一步的生化处理或深度处理。可以节省剩余氨水的蒸氨成本。

熄焦蒸汽冷凝过程产生的不凝气送往脱氨工序前的煤气中，将采用剩余氨水熄焦产生的大量氨气和熄焦过程中产生的水煤气送入煤气系统在后续的饱和器除氨或其他的煤气除氨工序中把氨去除，可燃气体进入煤气利用用户；在采用非剩余氨水熄焦或氨含量很低的水熄焦的情况下，蒸汽冷凝过程产生的不凝气直接送往燃气系统利用，既利用了熄焦过程产生的水煤气，又防止了不凝气中污染物向大气的排放。

本发明的有益效果是通过在密闭容器中直接喷水汽化使红焦炭快速降温并回收蒸汽的同时避免了向大气排放污染物的问题，通过蒸汽净化装置保障了后续蒸汽利用系统的正常运行，且通过对蒸汽冷凝液的脱氨过程以及将冷凝液和剩余氨水混合作为红焦炭喷水汽化降温的用水使用可降低蒸氨成本；采用一级净化装置(空塔或格栅塔或大孔径填料塔)，二级净化装置(小孔径填料塔)两级洗涤装置串联对蒸汽进行净化，具有不堵塞，净化效果好等优点。与传统的湿熄焦方法相比，本方法具有能够回收热量，不产生污染，运行成本低的特点。本发明为焦化工业的熄焦提供了高效低成本的熄焦及回收热能的方法与装置。

附图说明

图1：密闭喷水汽化降温熄焦方法的流程图；

图2：一塔式蒸汽净化装置图；

图3：两塔串联液体单独循环蒸汽净化装置图；

图4：两塔串联蒸汽净化装置图；

图5：蒸汽储存罐装置图；

其中：1‐剩余氨水，2‐熄焦罐，3‐蒸汽净化器，4‐蒸汽储罐，5‐发电机，6‐凝缩器，7‐不凝气，8‐煤气系统，9‐冷凝水水槽，10‐净化除氨装置，11‐氨水，12‐脱硫塔，13‐生化处理或深度处理，14‐一级蒸汽净化器进气口，15‐二级蒸汽净化器出气口，16‐二级蒸汽净化器进液口，17‐一级蒸汽净化器出液口，18‐二级蒸汽净化塔段，19‐一级蒸汽净化塔段，20‐二级蒸汽净化器，21‐一级蒸汽净化器，22‐‐一级蒸汽净化器出气口，23‐一级蒸汽净化器进液口，24‐二级蒸汽净化器出液口，25‐蒸汽储罐入口，26‐蒸汽储罐出口，27‐气液两相液面。

具体实施方式

实施例1：

本实施例为密闭喷水汽化降温的熄焦工艺方案，系统如图1所示。红焦炭装入焦罐2后将其密闭，通过顶部密闭盖喷水管向焦罐内的红焦炭喷水，喷入的水汽化产生蒸汽通过蒸汽导出管进入蒸汽净化器3。此净化器即为图2，由两级洗涤装置串联组成，一级净化装置为大孔径填料塔，二级净化装置为小孔径填料塔，为小孔径填料塔在上部的上下段的一塔式结构，可以节省设备投资，塔的下部(蒸汽上游段)采用大孔径填料，将大部分焦粉除去，塔的上部(蒸汽下游段)采用小孔径填料，提高除尘效果和对硫化氢等腐蚀性气体的去除效果。蒸汽从净化塔下部一级蒸汽净化器进气口14进入，净化用液体可以是从塔顶部二级蒸汽净化器进液口16喷入后通过二级蒸汽净化塔段小孔径填料层18后再通过下部净化段层大孔径填料塔19从塔底17流出，为了提高酸性气体的净化效果在洗涤液中少量加入钠碱。从塔顶部排出的蒸汽15进入蒸汽储罐入口25进而至液面27以下液相部分。蒸汽储罐4中设有利用外来热源进行加热的加热器，加热器设置在液相中，这样可以提高熄焦操作间隙时段的蒸汽供应能力，同时也可以产生过热蒸汽为后续的蒸汽利用提供便利。从蒸汽储罐出口26排出的蒸汽进入发电系统5进行发电供用户使用，然后进入凝缩器6后蒸汽自身被冷凝，熄焦蒸汽冷凝过程所产生的不凝气7进入煤气系统8。该过程采用剩余氨水1熄焦，产生的大量氨气和熄焦过程中产生的水煤气送入除氨工序之前的煤气系统，在后续的饱和器除氨或其他的煤气除氨工序中把氨去除，可燃气体进入煤气利用用户。之后冷凝液排入水槽9，其中的冷凝液部分进入后续的净化除氨装置10。净化除氨装置采用膜组件的方法实现，将冷凝液中的氨分离后得到的处理液直接送往废水膜处理工序制循环水得到净水，产生的氨水11，进入脱硫塔12作为脱硫剂使用。膜处理过的水进入后续的生化处理或者深度处理13。水槽9中的冷凝液部分回收利用，冷凝液与剩余氨水1混合后作为所述红焦炭喷水汽化降温的用水使用，所产生的蒸汽冷凝液送入另一批次红焦炭的喷水汽化降温用水使用。如此循环操作，降低蒸氨成本。通过所述技术方案可以得到蒸汽供发电使用，熄焦过程无污染物向大气排放，克服了传统湿熄焦的损失热源和污染物排放的问题。红焦炭的喷水汽化过程实现了快速熄焦；通过填料塔的两段结构，也可更好的去除蒸汽中的污染物，且这种结构使得填料塔具有不堵塞，净化效果好等优点。同时通过蒸汽净化装置提高了蒸汽的利用率并降低对后续系统的危害，降低了蒸氨成本，克服了传统干熄焦运行成本高的问题。

实施例2：

本实施例与实施例1基本相同，所不同的是熄焦用水和除氨工序以及蒸汽净化器3和蒸汽罐4。该过程采用生化处理后的废水进行熄焦，在此情况下，蒸汽冷凝过程产生的不凝气直接送往燃气系统利用，这样既利用了熄焦过程产生的水煤气，又防止了不凝气中污染物向大气的排放。净化除氨装置采用膜组件的方法实现，将冷凝液中的氨分离后得到的处理液直接送往废水生物处理工序进行处理得到净水的膜处理工序。蒸汽净化器3采用如图3所示的一级净化装置为大孔径填料塔，二级净化装置为小孔径填料塔且小孔径填料塔在后段的两个塔的串联结构，蒸汽通过一级蒸汽净化装置21(大孔径填料塔)从一级净化器出气口22后再进入二级蒸汽净化装置(小孔径填料塔)20，两个填料塔的净化用液体单独循环。两个塔串联使用可以更好地调节和控制洗涤液，利用湿式洗涤方法，可以吸收部分氨气、二氧化硫和硫化氢等。通过在洗涤液中加入钠碱，可进一步吸收二氧化硫等酸性气体，且钠碱在作为吸收剂在洗涤过程中不挥发同时具有较高的溶解度而且不存在吸收系统中结垢、堵塞问题。通过所述技术方案也提高了蒸汽的利用率并降低对后续系统的危害，克服了传统干熄焦运行成本高的问题。蒸汽储罐4的出口蒸汽管线上设置有利用外来热源进行加热的加热器，在蒸汽储存罐设置的加热器设置在汽相中，可以产生过热蒸汽。

实施例3：

本实施例与实施例1基本相同，所不同的是蒸汽净化器3、蒸汽储罐4和水槽9中冷凝液利用方式，以及除氨工序。蒸汽净化器3采用如图2所示一级净化装置为空塔，二级净化装置为小孔径填料塔，且小孔径填料塔在上部的上下段的一塔式结构，蒸汽从净化塔下部进入，净化用液体为小孔径填料层的液体单独循环，下部净化段空塔的液体单独循环。蒸汽储罐4中设有利用外来热源进行加热的加热器，在蒸汽储存罐设置的加热器设置在汽相中，这样可以产生过热蒸汽。熄焦蒸汽冷凝过程产生的冷凝液单独作为另一批次红焦炭喷水汽化降温的水源使用，所产生的蒸汽冷凝液送入膜分离除氨工序。净化除氨装置采用膜组件的方法实现，将冷凝液经一级膜分离除氨的一级贫液经过加碱提高pH值后进行二次膜分离除氨，经二次除氨得到的二级贫液送入废水生物处理工序得到净水的膜处理工序，整个工艺仍是上述实例例1的工艺流程，如此通过所述技术方案，降低了蒸氨成本，且无污染物向大气排放。

实施例4：

本实施例与实施例1基本相同，所不同的是蒸汽净化器3、蒸汽储罐4和净化除氨装置10，蒸汽净化器3所用的填料塔采用如图3所示的一级净化装置为格栅塔，二级净化装置为小孔径填料塔且小孔径填料塔在后段的两个塔的串联结构，蒸汽通过一级塔(格栅塔)后再进入二级塔(小孔径填料塔)，两个塔的净化用液体是二级塔的出口净化液24送入一级塔的进口23，如图4所示。蒸汽储罐4的出口蒸汽管线上，设置有利用外来热源进行加热的加热器，产生过热蒸汽。在蒸汽储存罐设置的加热器设置在汽液两相，可在提高储存器供汽能力的同时也产生过热蒸汽。净化除氨装置10采用蒸馏方法实现，将冷凝液中的氨分离后得到的处理液直接送往废水生物处理工序进行处理。通过所述技术方案也提高了蒸汽的利用率并降低对后续系统的危害，降低了蒸氨成本，克服了传统干熄焦运行成本高的问题。

实施例5：

本实施例与实施例1基本相同，所不同的是蒸汽净化器3、蒸汽储罐4和净化除氨装置10，蒸汽净化器3采用如图3所示的一级净化装置为空塔，二级净化装置为小孔径填料塔且小孔径填料塔在后段的两个塔的串联结构，蒸汽通过一级塔(空塔)后再进入二级塔(小孔径填料塔)，两个填料塔的净化用液体是二级塔的出口净化液送入一级塔的进口，如图4所示。蒸汽储存罐4中设有利用外来热源进行加热的加热器，在蒸汽储存罐设置的加热器设置在汽液两相中，可在提高储存器供汽能力的同时也产生过热蒸汽。净化除氨装置10采用蒸馏方法实现，经一级蒸馏分离除氨的一级贫液经过加碱提高pH值后进行二次蒸馏或膜分离除氨，经二次除氨得到的二级贫液送入废水生物处理工序。整个工艺仍是上述实例例1的工艺流程，如此通过所述技术方案，降低了蒸氨成本，且无污染物向大气排放。

实施例6：

本实施例与实施例1基本相同，所不同的是蒸汽净化器3、蒸汽储罐4和净化除氨装置10，蒸汽净化器3采用如图2所示一级净化装置为格栅塔，二级净化装置为小孔径填料塔，且小孔径填料塔在上部的上下段的一塔式结构，蒸汽从净化塔下部进入，净化用液体为小孔径填料层的液体单独循环，下部净化段格栅塔的液体单独循环。蒸汽储存罐4的出口蒸汽管线上，设置有利用外来热源进行加热的加热器，产生过热蒸汽。在蒸汽储存罐设置的加热器设置在液相，这样可以提高熄焦操作间隙时段的蒸汽供应能力，同时也可以产生过热蒸汽为后续的蒸汽利用提供便利。净化除氨装置10采用蒸馏方法实现，将冷凝液中的氨分离后得到的处理液送往废水制循环水得到净水的膜处理工序，进一步去除。整个工艺仍是上述实例例1的工艺流程，如此通过所述技术方案，降低了蒸氨成本，且无污染物向大气排放。