本发明涉及焦化生产技术领域，具体是一种焦炉烟囱无动力热备系统及方法。
背景技术：
随着国民经济的发展和人民生活水平的日益提高，环境问题得到人们越来越多的重视，而作为与空气质量密切相关的污染物，so2和nox一直受到国家的重点关注。在黑色金属冶炼及压延加工行业中，焦炉工序会排放大量的so2和nox，是减排重点之一。为达到国家规定排放限值，通常设置脱硫脱硝机构，然而，因为技术及设备等原因，现有的脱硫脱硝机构的设备利用率难以达到100％(即无法满足焦炉全年无休的生产要求)，而焦炉原有烟气系统为无动力系统，即整个烟气系统完全靠焦炉烟囱的热自吸力实现排烟，所以为了保障焦炉安全生产，焦炉烟囱必须保证时刻处于热备状态。在现有技术中，为了保障焦炉烟囱始终处于热备状态，脱硫脱硝机构会额外采取措施(例如设置额外的热备设备)，保障焦炉烟囱的热备状态，浪费许多能源和动力。
申请号为201520394546.x的中国实用新型专利公开了一种焦炉烟气热备系统，其包括焦炉、烟囱、scr脱硝装置、余热锅炉、换热器和脱硫塔，并使用鼓风机将空气送入换热器与焦炉烟气换热，然后将被加热后的空气送入烟囱，以保持烟囱热备状态。但是，该技术需要设置烟气/空气换热器、输送空气的风机及空气管线，不但需要投入资金购买设备，还需要投入电能、热能来维持设备运行，且换热器给烟气净化系统增加了阻力，并降低了余热锅炉产汽量，而且一旦设备投入运转，因设备能力上限，使得热备能力无法随着环境气温变化而调整；综合来看，该技术为了实现烟囱热备，其投资和运行成本均较高，且在脱硫脱硝机构检修等停运期间，烟囱处于非热备状态，因热自吸力不足而无法排烟。
申请号为201610295380.5的中国发明专利申请公开利用焦炉烟气热备焦炉烟囱的脱硫脱硝方法及装置，同时申请号为201620479180.0的中国实用新型专利公开一种适用于烟气湿法脱硫脱硝工艺的焦炉烟囱热备系统，二者均公开了利用焦炉烟气对焦炉烟囱进行热备的方法，且二者中都涉及湿法烟气净化设备、风机、烟气换热器等，因为湿法烟气净化设备会使得烟温急剧降低，二者都是利用进入湿法烟气净化设备前的高温烟气，加热湿法净化设备后的净化烟气，将被加热的净化烟气送入烟囱进行热备。但是，使用高低温烟气换热都需要使用气气换热器(即gas-gasheater，简称ggh)，而ggh在电力湿法烟气脱硫(即fluegasdesulfurization，简称fgd)行业的大规模拆除已证明了该设备的易堵塞、漏气、故障率高等缺点，且净化后的烟气仍然含有水汽、so3、so2、盐类等物质，烟气在烟囱中上行过程中会降温(尤其是环境气温较低的冬季)，降温后会有酸雾产生腐蚀烟囱，而且，保证烟囱热备的热量实际较小，使用全部烟气进行热备，浪费了大量热量，且需要投入很长的烟道，风机也需要克服很多额外的阻力；综合来看，该技术为了实现烟囱热备的投资和运行，成本代价过于高昂，且在湿法烟气净化设备检修等停运期间，烟囱处于非热备状态，因热自吸力不足而无法排烟。
技术实现要素：
本发明的一目的是提供一种焦炉烟囱无动力热备系统，其能保证焦炉烟囱始终处于热备状态，结构精简，成本低。
本发明的另一目的是提供一种焦炉烟囱无动力热备方法，其能保证焦炉烟囱始终处于热备状态，结构精简，成本低。
本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
本发明提供一种焦炉烟囱无动力热备系统，其中，所述焦炉烟囱无动力热备系统包括焦炉和烟囱，所述烟囱的根部与所述焦炉之间设有烟道，所述烟囱的根部的侧壁向下倾斜的设有进气管，所述进气管的入口与大气连通，所述进气管内的空气能通过一蒸汽管加热，所述烟囱在加热后的空气的作用下呈热备状态，所述蒸汽管的入口端与蒸汽管网相连。
在优选的实施方式中，所述蒸汽管的中部螺旋缠绕于所述进气管的外壁。
在优选的实施方式中，所述蒸汽管的中部往复蜿蜒的设于所述进气管内。
在优选的实施方式中，所述蒸汽管的出口端与所述蒸汽管的中部之间设有疏水阀。
在优选的实施方式中，所述蒸汽管的入口端与所述蒸汽管的中部之间设有流量调节阀。
在优选的实施方式中，所述烟囱的根部设有测压计。
在优选的实施方式中，所述进气管由钢制成。
本发明还提供一种焦炉烟囱无动力热备方法，其中，所述焦炉烟囱无动力热备方法采用如上所述的焦炉烟囱无动力热备系统，所述焦炉烟囱无动力热备方法包括如下步骤：
步骤a：使蒸汽管网内的蒸汽进入蒸汽管内，以加热进气管内的空气；
步骤b：所述进气管内加热后的空气在热浮力和烟囱的自吸力作用下，进入所述烟囱内，并在向上流动过程中对所述烟囱加热，同时，大气内的空气在所述进气管内的负压作用下补充进入所述进气管内；
步骤c：重复所述步骤a～所述步骤b，所述烟囱始终呈热备状态。
在优选的实施方式中，在所述步骤a中，通过测压计检测所述烟囱根部的负压，并根据所述烟囱根部的负压调节所述蒸汽管上的流量调节阀的开度，使所述烟囱根部的负压保持设定值。
在优选的实施方式中，所述烟囱根部的负压的设定值为－200pa～－500pa。
在优选的实施方式中，在所述步骤a中，所述蒸汽管内的蒸汽与所述进气管内的空气完成热交换后，通过所述蒸汽管上的疏水阀排出。
在优选的实施方式中，在所述步骤a中，所述蒸汽管内的蒸汽与所述进气管内的空气完成热交换后，返回所述蒸汽管网。
本发明焦炉烟囱无动力热备系统及方法的特点及优点是：
1、本发明通过在烟囱的根部的侧壁设置进气管，并通过蒸汽管对进气管内的空气加热，进气管内加热后的空气能在热浮力和烟囱的自吸力的作用下进入烟囱，并向上流动升起，加热后的空气在烟囱内上升过程中会对烟囱进行加热，同时，进气管内加热后的空气进入烟囱之后，大气中的常温空气会在进气管内低压的状态下被吸入进气管，继续被蒸汽管加热，如此循环往复，使烟囱始终保持热备状态，而且，大气中的空气不含腐蚀性成分，不会对烟囱产生额外腐蚀，有利于烟囱使用寿命。
2、本发明通过在烟囱的根部设置测压计，以检测烟囱内的根部的负压，通过在蒸汽管的入口端与中部之间设置流量调节阀，以调节蒸汽管网向蒸汽管内输入的热蒸汽的量，同时，还能根据测压计检测的烟囱根部的负压，调节流量调节阀的开度，以在不同季节环境温度下，使烟囱根部的负压始终保持设定值，以适应不同季节环境温度造成的烟囱本身热吸力不同的情况，按需供热，节约能源，降低成本。
3、本发明通过在蒸汽管的出口端与中部之间设置疏水阀，以将蒸汽管内的蒸汽热交换后生成的水，经疏水阀排出，或者，将蒸汽管的出口端与蒸汽管网连通，以将蒸汽管内的高温的蒸汽热交换后生成的温度低的蒸汽，返回蒸汽管网，或者，将蒸汽管的出口端与下一级热量利用系统连接，以将蒸汽管内热交换后的蒸汽或水用于下一级工序使用。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性的解释和说明，并非用以限制本发明的范围。
图1为本发明焦炉烟囱无动力热备系统的结构示意图。
附图标号说明：
1、焦炉；2、烟囱；3、疏水阀；4、进气管；5、蒸汽管；6、流量调节阀；7、测压计；8、烟道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非单独定义指出的方向以外，本文中涉及到的上、下等方向均是以本发明所示的图1中的上、下等方向为准，在此一并说明。
实施方式一
如图1所示，本发明提供一种焦炉烟囱无动力热备系统，其中，所述焦炉烟囱无动力热备系统包括焦炉1和烟囱2，所述烟囱2的根部与所述焦炉1之间设有烟道8，所述烟囱2的根部的侧壁向下倾斜的设有进气管4，所述进气管4的入口与大气连通，所述进气管4内的空气能通过一蒸汽管5加热，所述烟囱2在加热后的空气的作用下呈热备状态，所述蒸汽管5的入口端与蒸汽管网相连。
具体的，本发明的进气管4呈圆管状，进气管4的入口与大气连通，进气管4的出口与烟囱2根部的侧壁相连，以能向烟囱2内供给气体，将进气管4设置为向下倾斜状，以便于进气管4内被加热的空气向上流动，便于进入烟囱2内，蒸汽管网向蒸汽管5内提供热的蒸汽，通过承载热的蒸汽的蒸汽管5将进气管4内的空气加热，以向烟囱2内提供热的空气，实现对烟囱2的加热，使烟囱2时刻处于热备状态，其中，烟道8上设置闸阀(图中未示出)，当焦炉1内的烟气不进入烟囱2时，烟道8上的闸阀呈关闭状态，当需要使焦炉1内的烟气进入烟囱2时，烟道8上的闸阀呈打开状态。
本发明还可设置脱硫脱硝机构，其中脱硫脱硝机构为现有技术中已知的结构，脱硫脱硝机构的入口端与烟道8相连，且连接处位于烟道8上的闸阀的上游，在脱硫脱硝机构工作时，焦炉1排入烟道8内的烟气进入脱硫脱硝机构内进行脱硫脱硝处理，处理后的气体可直接排入大气，在此期间，闸阀呈关闭状态或微打开状态，虽没有烟气进入烟囱2或只有极少烟气进入烟囱2，但烟囱2仍在进气管4的加热的空气作用下保持在热备状态，以便于烟气随时进入烟囱2，避免烟囱2温度低而无法实现烟气进入，而在脱硫脱硝机构维修等停运期间，闸阀呈打开状态，通过焦炉1和烟囱2之间设置的烟道8，将焦炉1的烟气直接排入烟囱2内，在此期间，因焦炉1排出的烟气呈高温状态，因此可将蒸汽管5的入口通过流量调节阀关闭，切断蒸汽供应，节省蒸汽资源，或者调小流量调节阀的开度。本发明能保证焦炉安全生产，即脱硫脱硝机构的运行与否不影响烟囱2的热备状态。
在一实施例中，如图1所示，所述蒸汽管5的中部螺旋缠绕于所述进气管4的外壁，以增加蒸汽管5与进气管4的接触面积，保证进气管4内空气均匀受热，实现热量的快速传递。在另一实施例中，所述蒸汽管5的中部往复蜿蜒的设于所述进气管4内，即蒸汽管5的中部呈往复蜿蜒状，并自进气管4的入口插入进气管4内，以直接对进气管4内的空气加热，加热迅速，当然，也可将蒸汽管5的中部设成多列首尾相接且相互平行的管束，多列管柱可沿周向均匀分布或呈矩阵分布，以便于快速对进气管4内的空气加热。
进一步的，如图1所示，所述蒸汽管5的出口端与所述蒸汽管5的中部之间设有疏水阀3，以在换热完成后，将蒸汽管5内形成的水通过疏水阀3排出，可供下游其他设备使用。此外，还可使蒸汽管5的出口端与蒸汽管网连通，以将蒸汽管5内的高温的蒸汽热交换后生成的温度低的蒸汽，返回蒸汽管网，或者，将蒸汽管5的出口端与下一级热量利用系统连接，以将蒸汽管5内热交换后的蒸汽或水用于下一级工序使用。
进一步的，如图1所示，所述蒸汽管5的入口端与所述蒸汽管5的中部之间设有流量调节阀6，以通过对流量调节阀6的开度的调节，调节蒸汽管5内的蒸汽流量，进而调节对进气管4内的空气的加热速率和加热温度，以适应各种外部环境下烟囱2的自吸能力。
进一步的，如图1所示，所述烟囱2的根部设有测压计7，以检测烟囱2根部内的负压，进而监测烟囱2的吸力，也即烟囱2的热备能力，并能利用测压计7检测的负压值，调节流量调节阀6的开度，使烟囱2的根部负压维持的设定值，保证烟囱2具有稳定的热备能力，例如，在监测的烟囱2的吸力小于设定值时，可将流量调节阀6的开度增大5％，再观测测压计7检测的值，如还比设定值小，可依次逐步将流量调节阀6的开度调大，直至稳定在设定值，当监测的烟囱2的吸力大于设定值时，可按上述步骤逐步将流量调节阀6的开度调小，直至稳定在设定值。优选的，测压计7可为压力表或压力传感器。
进一步的，所述进气管4由钢制成，以便于传导热量，特别是，在蒸汽管5缠绕于进气管4的外壁时，能加速热传导。
本发明仅通过蒸汽管5内蒸汽对进气管4内空气加热，以使加热后的空气进入烟囱2，并在自然热浮力和烟囱2自吸力作用下上升，对烟囱2加热，无需动力设备，以较少的能耗使烟囱2时刻保持可靠热备状态，使烟囱2的热备能力不依赖于烟气净化系统或脱硫脱硝机构，无需烟气净化系统或脱硫脱硝机构的额外热备设备对烟囱进行热备，降低其运行的阻力，设备少且无转动设备(例如风机等)，避免投入过多设备和能源，保证了安全生产，运行可靠易于维护，节省了能源和动力，简化了烟气在烟囱和净化系统或脱硫脱硝机构之间切换的便捷性。
此外，因冬季和夏季的环境温度不同，烟囱2本身的热吸力也不一样，本发明还可根据环境温度的变化，调节烟囱2的热备能力，形成温度可调的焦炉烟囱无动力热备系统，投资运行成本低，按需供热，节省能源。
实施方式二
本发明还提供一种焦炉烟囱无动力热备方法，其中，所述焦炉烟囱无动力热备方法采用如上所述的焦炉烟囱无动力热备系统，在该实施方式中的焦炉烟囱无动力热备系统与实施方式一的结构、工作原理和有效效果均相同，在此不再赘述。所述焦炉烟囱无动力热备方法包括如下步骤：
步骤a：使蒸汽管网内的蒸汽进入蒸汽管5内，以加热进气管4内的空气；
步骤b：所述进气管4内加热后的空气在热浮力和烟囱2的自吸力作用下，进入所述烟囱2内，并在向上流动过程中对所述烟囱2加热，同时，大气内的空气在所述进气管4内的负压作用下补充进入所述进气管4内；
步骤c：重复所述步骤a～所述步骤b，所述烟囱2始终呈热备状态，保证焦炉的安全生产，降低能源和动力的耗费，成本低。
其中，在步骤a中，从蒸汽管网进入蒸汽管5内的蒸汽为0.6mpa的饱和蒸汽，温度约为160摄氏度，以满足对进气管4内空气加热的需求。
进一步的，在所述步骤a中，通过测压计7检测所述烟囱2根部的负压，并根据所述烟囱2根部的负压调节所述蒸汽管5上的流量调节阀6的开度，使所述烟囱2根部的负压保持设定值，进一步的，所述烟囱2根部的负压的设定值为－200pa～－500pa，优选的，所述烟囱2根部的负压的设定值为－300pa。
进一步的，在所述步骤a中，所述蒸汽管5内的蒸汽与所述进气管4内的空气完成热交换后，通过所述蒸汽管5上的疏水阀3排出，以供下游设备使用，节省水资源。
进一步的，在所述步骤a中，所述蒸汽管5内的蒸汽与所述进气管4内的空气完成热交换后，返回所述蒸汽管网，以供其他设备使用，节省蒸汽能源，或者送至下一级热量利用系统使用。
进一步的，在上述步骤a～步骤c期间，烟道8上的闸阀呈关闭状态或微打开状态，焦炉1的烟气不会进入烟囱2或只有极少部分烟气进入烟囱2，连接于烟道8上的脱硫脱硝机构处于工作状态，焦炉1的烟气进入脱硫脱硝机构内进行脱硫脱硝处理，处理后的气体可直接排入大气，即虽没有烟气或只有极少烟气进入烟囱2，但烟囱2仍保持在热备状态，以便于烟气随时进入烟囱2，避免烟囱2温度低而无法实现烟气进入；当连接于烟道8上的脱硫脱硝机构需要检修时，烟道8上的闸阀呈打开状态，将焦炉1的烟气直接排入烟囱2内，同时将蒸汽管5上的流量调节阀6的开度设置为零，以切断蒸汽供应，节省蒸汽资源，或调小流量调节阀6的开度，而烟囱2能通过高温的烟气保持热备。
本发明焦炉烟囱无动力热备系统及方法的特点及优点是：
1、本发明通过在烟囱2的根部的侧壁设置进气管4，并通过蒸汽管5对进气管4内的空气加热，进气管4内加热后的空气能在热浮力和烟囱2的自吸力的作用下进入烟囱2，并向上流动升起，加热后的空气在烟囱2内上升过程中会对烟囱2进行加热，同时，进气管4内加热后的空气进入烟囱2之后，大气中的常温空气会在进气管4内低压的状态下被吸入进气管4，继续被蒸汽管5加热，如此循环往复，使烟囱2始终保持热备状态，而且，大气中的空气不含腐蚀性成分，不会对烟囱2产生额外腐蚀，有利于烟囱2使用寿命。
2、本发明通过在烟囱2的根部设置测压计7，以检测烟囱2内的根部的负压，通过在蒸汽管5的入口端与中部之间设置流量调节阀6，以调节蒸汽管网向蒸汽管5内输入的热蒸汽的量，同时，还能根据测压计7检测的烟囱2根部的负压，调节流量调节阀6的开度，以在不同季节环境温度下，使烟囱2根部的负压始终保持设定值，以适应不同季节环境温度造成的烟囱2本身热吸力不同的情况，按需供热，节约能源，降低成本。
3、本发明通过在蒸汽管5的出口端与中部之间设置疏水阀3，以将蒸汽管5内的蒸汽热交换后生成的水，经疏水阀3排出，或者，将蒸汽管5的出口端与蒸汽管网连通，以将蒸汽管5内的高温的蒸汽热交换后生成的温度低的蒸汽，返回蒸汽管网，或者，将蒸汽管5的出口端与下一级热量利用系统连接，以将蒸汽管5内热交换后的蒸汽或水用于下一级工序使用。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。