本发明涉及焦炉炼焦工艺，属于焦化行业的清洁生产领域，具体地涉及一种基于焦化废水减排的炼焦装煤工艺。
背景技术：
得到优质焦炭的条件有：炼焦煤的散密度要大且均一，煤粒之间接触要好。为了提高配合煤的散密度，常规的方案是降低配合煤的含水量，即将煤进行干燥，将其水分降到一定程度后再入炉。
煤料中所含水分因其表面性质会影响煤料的密实程度，另外由于水的比热和蒸发热很大，因此在很大程度上决定炼焦时间的长短。水具有表面张力很大的特点(20℃，水为72.75×10-3n/m，粗苯为28.88×10-3n/m，乙醇为22.03×10-3n/m)，随着煤料含水量的增加，水的表面张力会使毛细管力增加到一定界限。这种力能降低散状煤料的流动性和增大煤料安息角，导致煤料疏松，因之使各煤粒间的自由空间加大，入炉煤料的密实度降低。
预热煤料水分的消失可引起颗粒的表面性质变化：毛细管力消失、颗粒明显接近、煤料散密度急剧增加。
煤的干燥和必要时预热到超过100℃的温度对散装煤系统具有实际意义。当使用流化床时，过程经过0.5～2分钟干燥即行结束；当采用风力输送时，热处理的时间最多只要几秒钟。
研究表明，炼焦时热量向预热的和湿的入炉煤传导的变化特征与结焦时间的关系，可看出，约在300℃温度下预热的煤结焦时间缩短到1～6小时。
预热煤料炼焦时垂直收缩小，在较小的顶部空间，从结焦较快的入炉煤料中逸出气体的线速度是比较大的。挥发产品迅速从炉顶空间导出，使挥发产品很难得到二次裂解机会，从而生成石墨机会也减少。
炼焦煤在装入炭化室之前的干燥或预热，可以在炭化室顶部装煤系统中作为煤的准备工序。采用这一工序，有可能使用结焦性能差的煤生产焦炭，且能提高焦炉生产能力。
煤干燥和预热对其性质的影响，决定于采用的温度、煤在该温度下的停留时间和介质性质。这一工序的最佳参数，与送入这一工序中的煤的性质(变质程度、煤粒度)有密切关系。
煤料干燥和预热对焦炭质量的有利影响，不是由于其结焦性能的改善，而是在炭化室中结焦过程的变化所促成，这种变化就是由于煤料去掉水分和预热促成的，因为加热到200℃不会造成炼焦煤的性质有较大的变化，但进一步加热却直接造成其性质的变坏。然而去掉了煤粒周围的水膜，则造成表面张力消失和颗粒的吸附力降低，因此煤料松动性增大，使颗粒能够紧密填充。结果煤料散密度增大，在200～250℃时达到最大，高于250℃散密度则又降低。这是由于煤粒软化和其表面上被初期的液体产物润湿，从而增加了颗粒相互移动的困难所致。但煤料密度的增大并不导致导热性的降低，像湿煤料压实捣固时一样。
预热造成煤料的两个特性－散密度增加和焓增大－对炭化室的结焦过程的进程有重要影响。由于预热结果而改变过程各个阶段的加热速度、塑性层厚度和塑性状态存在的时间、决定半焦和焦炭中产生应力和裂纹的加热梯度。这样，煤料相继层加热到塑性状态温度(350℃)的平均加热速度增加，而在整个塑性状态温度范围内(350～450℃)，以及下一结焦阶段(450～700℃)，平均加热速度则降低。在过程第一阶段加热速度的增加，是由于蒸发水分和提高煤料焓所需的热量减少造成的。由于这种原因塑性层冷侧向炭化室中心方向的移动较快。塑性层热侧的移动也加快，虽然其加快速度较小。结果，导致塑性层和半焦层厚度增加。其次，充满气体的塑性层扩大和热解煤的质量增加，便导致塑性阶段加热速度的减小，甚至塑性状态的存在时间成二倍的增加。
我国对炼焦煤预热在上世纪50年代就有报导，如上海吴淞煤气厂、鞍钢焦化厂等单位研究了炼焦煤在不同的预热温度下，煤的性变化情况，以及对焦炭质量的影响。发现煤料在任何气氛下，预热到150℃时，结焦性变化不大；预热的最终温度较高时，其周围气氛对煤质有一定影响。煤在氧化性气氛下预热到350℃时，胶质层y值显著减少(从16下降到12.5)。而在还原性气氛下预热到350℃，变化不明显(从16下降15)；煤料保温时间对煤质变化的影响，与预热最终温度和保护气氛有关，煤在氧化性气氛下预热到200℃，保温1小时，y值从17降到15，保温1.5小时，y值就下降到14。预热温度再高，要保持其结焦性的完整就有困难。而在还原性气氛下预热到200℃，保温1小时，y值从16降到15，保温1.5小时，y值降到14，即使预热到300℃，保温0.5小时，其结焦性破坏也不大。
但我国对炼焦进行预热干燥的工程实践较晚，中国第1套煤调湿装置于1996年在重钢建成。该装置采用的是日本第一代导热油煤调湿技术，干燥器入口煤的水分11％，干燥器出口煤的水分6.5％，此套系统经调试后，由于多种原因没有顺利运行，最终于2001年彻底停运。2000年以后，我国煤调湿技术的开发与应用进入了一个快速发展的阶段。在引进吸收国外先进技术的基础上，开发出了具有自主知识产权的煤调湿技术，济钢、宝钢、太钢、攀钢、马钢、柳钢等钢铁企业先后建成投产了一批煤调湿装置，将入炉煤的水分控制在8％左右。
总的来说，预热煤料炼焦有以下效果：
(1)配入较便宜的结焦性差的煤；
(2)减少焦炉单位建设投资；
(3)对一座焦炉而言，减少单位生产费用；
(4)煤预热时可利用低热值的能源；
(5)减少废水量。
但是，在实际生产过程中出现了一些难以克服、甚至与当前环保要求相违背的问题，如扬尘量大、节能效果不明显。因为这些煤干燥预处理工艺多数采用蒸汽作为干燥热源。特别是在装煤过程中，大量的煤尘随荒煤气进入煤气回收系统，导致堵塞、焦油质量差等系列问题。
随着焦炉大型化技术的发展，与装煤相关的装备也得到技术提升，装煤孔由原来的小型焦炉的2个已增加到目前的6米炉的4个。但装煤的核心工艺并未改变，还是采用装煤车将炼焦煤运到焦炉炭化室正上方，由炭化室装煤孔将炼焦煤装入炭化室内。目前的炼焦生产中，每炉装煤作业一般控制在2～3分钟。煤入炭化室后，煤料转换出大量的空气，装炉开始时空气中的氧还和入炉的细煤粒燃烧生成碳黑，形成黑烟。同时入炉煤与高温炉墙接触、升温，产生大量水蒸汽和荒煤气。这个过程一般持续时间约1～1.5分钟。据实测(对炭化室有效面积117米2，采用上升管喷射时的实测值)装煤时产生的烟尘量在130～140nm3/分，在装煤时间30～40秒时间段，烟尘量有小幅下降，最低值约100nm3/分。装煤初期湿煤气含水分40～50％(姚昭章.《炼焦学》.冶金工业出版社.1983年:131)，故干烟尘量约0.6nm3/分·m2。该值因炉墙温度、装煤速度、煤的性质等因素而变化。
由此可见，在现有的炼焦工艺条件下，如何有效提高入炉煤的温度，同时减少煤预处理过程中对环境及其他系统造成的影响，已成为当前制约煤预处理技术发展的瓶颈。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明公开了一种减少环境污染的基于焦化废水减排的炼焦装煤工艺。
为实现上述目的，本发明公开了一种基于焦化废水减排的炼焦装煤工艺，包括采用机侧焦炉煤气回收系统回收炼焦过程产生的荒煤气，还包括采用从焦炉水平烟道抽出热态焦炉烟气对装煤系统的储煤仓内炼焦煤进行预热及气力输送至焦炉炭化室中，延长装煤时间为45～90min，完成气力输送后的焦炉烟气随装煤过程产生的装煤烟尘进入位于焦炉炭化室焦侧的焦侧装煤烟尘回收系统并被送入焦炉燃烧室作为补充燃料；
所述装煤系统还包括用于向储煤仓送煤的输送装置。
进一步地，所述装煤系统还包括输煤管，所述输煤管的一端连接两条支路，一条支路连接储煤仓的出料口，另一条支路连接焦炉水平烟气管的出气口，所述输煤管的另一端连接装煤管，所述装煤管连接用于伸入装煤孔内的引煤套。
再进一步地，所述输煤管包括竖直输煤管、气力输煤软管和罩顶输煤管，所述竖直输煤管的一端连接两条支路，一条支路连接储煤仓，另一条支路连接焦炉水平烟气管，所述竖直输煤管的另一端连接气力输煤软管；所述罩顶输煤管上设有若干个出料口，每个出料口分别连接每个装煤管。
更进一步地，所述气力输送的压缩气源为来自焦炉水平烟道的热态焦炉烟气，所述热态焦炉烟气通过耐热压缩风机抽出后进入焦炉水平烟气管内成为0.3～0.4mpa的气体。
优选的，焦炉水平烟气管内气体压力为0.4mpa。
更进一步地，所述装煤系统包括装煤系统支撑架，所述装煤系统支撑架上设有揭盖器和用于密封每个装煤孔的密封罩，所述装煤系统支撑架的两端分别设有升降机构，每个升降机构分别连接可移动式车轮，所述可移动式车轮沿焦炉炉顶上设置的行进轨道移动。
更进一步地，每个密封罩套设在一个引煤套的外围，所述密封罩为上下端均开口的空心圆管，在每个密封罩的下端设有密封裙边。
优选的，启动揭盖器上的开关即可实现打开装煤孔盖或盖上装煤孔盖。
优选的，启动支撑杆沿焦炉炭化室中心轴线方向运动即可实现密封罩密封装煤孔的目的，减小装煤烟尘逸出的概率。
更进一步地，每个装煤系统对应5～9个焦炉炭化室。
更进一步地，所述输送装置包括位于两个储煤仓之间的皮带输煤机及用于向每个储煤仓送煤的进仓输煤皮带机。
更进一步地，所述焦侧装煤烟尘回收系统包括用于向焦炉燃烧室输送烟气的焦侧集气管及位于所述焦侧集气管与焦炉炭化室之间的装煤烟尘燃烧室，所述装煤烟尘进入装煤烟尘燃烧室内除去混入的氧气后经焦侧集气管送入焦炉燃烧室作为补充燃料。
优选的，所述焦侧装煤烟尘回收系统还包括一端连接焦炉炭化室且用于对装煤烟尘降温及洗脱部分粉尘的水封阀，所述水封阀的另一端连接装煤烟尘燃烧室的进气口。
优选的，所述水封阀为u型管道，在u型管道内设有水位调节阀及用于疏通管道内阀门堵塞的疏通阀，可通过疏通阀喷入高压水或高压蒸汽实现疏通管道内阀门的目的，水流及水洗下的粉尘沿水封阀上设置的水封阀回流管进入与水封阀相连的沉淀池中。同时，所述水封阀控制装煤烟尘的温度≤300℃，优选打开水封阀上的注水阀对装煤烟尘洒水降温，同理，水流及水洗下的粉尘沿水封阀上设置的水封阀回流管进入与水封阀相连的沉淀池中。
更进一步地，每座焦炉的每2～3个焦炉炭化室共用一个装煤烟尘燃烧室，每个装煤烟尘燃烧室的出气口均连接焦侧集气管。
优选的，所述装煤烟尘燃烧室与焦侧集气管连接的管路上设有除尘自动调节阀。
优选的，所述装煤烟尘燃烧室内设有自动点火器及用于排出烟气的燃烧室放散口和放散口翻板阀，保证装煤烟尘燃烧室及焦炉炭化室内的气压不至于太大而引起事故发生。
优选的，在焦侧集气管焦侧集气管与焦炉燃烧室连接的气体管路上还设有温度控制器和耐热抽风机，所述温度控制器控制进入焦炉燃烧室内的烟气温度≤300℃，所述温度控制器优选为换热器或喷雾降温式设备。
本发明的有益效果主要体现在如下几个方面：
(1)本发明设计的装煤方法改变了传统的在装煤之前将炼焦煤预热干燥的工艺及传统的装煤塔与装煤车装煤工艺，利用焦炉产生的高温焦炉烟气气流将炼焦煤缓慢输送至焦炉炭化室，在输煤的同时实现了对炼焦煤的预热干燥，不仅节省了炼焦煤预热干燥的投资，而且还消除了炼焦煤预热干燥过程产生扬尘和voc排放的问题；
(2)本发明设计的装煤方法通过控制装煤速度进行缓慢装煤，煤进入炭化室内在炭化室高温作用下，尽可能多地干燥脱除了入炉炼焦煤中的水分，既减少了60％焦化废水的产生量，还可以一定程度改善焦炭质量；
(3)本发明设计的装煤方法缓慢装煤时，减缓了入炉煤对炭化室炉墙的冲击，削减了原装煤过程中阵发性量大的烟尘峰值，可以降低装煤除尘的投资，或降低装煤烟尘外溢的概率；
(4)本发明设计的装煤方法尽可能多地抽出了微细煤尘，减少了入炉炼焦煤中细粉煤量，可以一定程度改善焦炭质量，还实现了能源的回收利用。
附图说明
图1为本发明炼焦装煤工艺所用系统的俯视图；
图2为本发明炼焦装煤工艺所用系统的侧视图；
图3为图1的a-a向剖视图；
图4为本发明的图3中无装煤系统的结构示意图；
其中，图1、图2、图3和图4中各部件标号如下：
焦炉炭化室1(其中：装煤孔1.1)；
焦侧装煤烟尘回收系统2(其中：焦侧上升管2.1(其中：焦侧上升管盖2.11)、水封阀2.2(其中：水封阀进水管2.21、注水阀2.22、水位调节阀2.23、水封阀回流管2.24、水封阀溢流管2.25、疏通阀2.26)、装煤烟尘燃烧室2.3(其中：自动点火器2.31、燃烧室放散口2.32、放散口翻板阀2.33)、焦侧集气管2.4、焦侧自动调节阀2.5)；
机侧焦炉煤气回收系统3(其中：机侧上升管3.1、机侧上升管盖3.11、弯头与桥管3.2、π型管3.3、机侧手动调节阀3.4、机侧自动调节阀3.5、机侧集气管3.6、机侧吸气管3.7、氨水管3.8、焦油盒3.9)；
装煤系统4(储煤仓4.1(其中：卸料阀411)、输送装置4.2(其中：皮带输煤机4.21、进仓输煤皮带机4.22)、输煤管4.3(其中：竖直输煤管4.31、气力输煤软管4.32、罩顶输煤管4.33)、装煤管4.3、引煤套4.5、装煤系统支撑架4.6(其中：升降机构4.61、可移动式车轮4.62、行进轨道4.63)、密封罩4.7(密封裙边4.71)、揭盖器4.8)；
焦炉水平烟气管5。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
本发明优选某焦化厂2×6米，55孔的焦炉，焦炭产能110万吨/年。现有4个装煤孔，装煤烟气采用地面除尘站将烟尘收集净化后外排。最大收尘风量为8万m3/h。焦炉荒煤气量约55000nm3/h，结焦时间18～20小时。煤气回收采用安装在两侧的集气管。
如图1、图2和图3所示，本发明公开了一种基于焦化废水减排的炼焦装煤系统，它包括焦炉炭化室1、与所述焦炉炭化室1保持内部管路相通的焦侧装煤烟尘回收系统2和机侧焦炉煤气回收系统3及用于向焦炉炭化室1输送煤的装煤系统4，所述装煤系统4包括储煤仓4.1、用于向储煤仓4.1装煤的输送装置4.2，本发明优选所述输送装置4.2包括皮带输煤机4.21和进仓输煤皮带机4.3(具体的：来自配煤系统的煤通过皮带输煤机4.21输送至进仓输煤皮带机4.22上并由进仓输煤皮带机4.22输送至储煤仓4.1)，所述装煤系统4还包括输煤管4.3、装煤管4.4、引煤套4.5和装煤系统支撑架4.6，同时，所述输煤管4.3包括竖直输煤管4.31、气力输煤软管4.32和罩顶输煤管4.33，所述竖直输煤管4.31的一端连接两条支路，一条支路连接储煤仓4.1，另一条支路连接焦炉水平烟气管5，优选的，所述竖直输煤管4.31与储煤仓4.1连接的支路上设有卸料阀4.11，所述竖直输煤管4.31与焦炉水平烟气管5相连的支路上设有控制阀。所述竖直输煤管4.31的另一端连接气力输煤软管4.32；所述罩顶输煤管4.33上设有若干个出料口，每个出料口分别连接每个装煤管4.4，同时本发明优选焦炉水平烟气管5内的热态烟气来自焦炉水平烟道，并且采用设置在管路旁的耐热压缩风机将热态焦炉烟气加压至0.3～0.4mpa，所述热态焦炉烟气一方面对炼焦煤进行预热，另一方面将其输送至焦炉炭化室中。
本发明的所述装煤系统支撑架4.6上设有揭盖器4.8和用于装煤时密封焦炉炭化室1上每个装煤孔1.1的密封罩4.7；所述密封罩4.7为上下两端均开口设置的空心圆管，且所述密封罩4.7的下端设有密封裙边4.71，本发明的装煤系统支撑架4.6包括升降机构4.61、可移动式车轮4.62及一端连接可移动式车轮4.62，另一端连接焦炉炉顶上的行进轨道4.63，所述装煤系统支撑架4.6可沿焦炉炭化室1的中心轴线方向作上下移动。所述装煤孔1.1的数目与揭盖器4.8、密封罩4.7的数目相同。如图2分别展示了密封罩的运动过程状态。
如图4所示，所述焦侧装煤烟尘回收系统2包括与焦炉炭化室1保持内部相通的焦侧上升管2.1(所述焦侧上升管2.1上还设有焦侧上升管盖2.11)、水封阀2.2、装煤烟尘燃烧室2.3及用于向焦炉燃烧室输送烟气的焦侧集气管2.4；所述水封阀2.2为u型管道，该u型管道的一端连接焦侧上升管2.1，该u型管道的另一端连接装煤烟尘燃烧室2.3，所述装煤烟尘燃烧室2.3通过所述水封阀2.2与焦侧上升管2.1保持内部管道相通，所述装煤烟尘燃烧室2.3连接焦侧集气管2.4，本发明设计每个焦炉的每2～3个焦炉炭化室1共用一个装煤烟尘燃烧室2.3，在装煤烟尘燃烧室下部设置2～3个进气口分别连接每个焦炉炭化室1的水封阀2.2，在装煤烟尘燃烧室2.3上还设置烟尘出口用于连接焦侧集气管2.4，所述烟尘出口与焦侧集气管2.4之间设有焦侧自动调节阀2.5；同时，所述装煤烟尘燃烧室2.3内部设有自动点火器2.31，装煤烟尘燃烧室2.3的顶端设置有燃烧室放散口2.32，所述燃烧室放散口2.32上设置有自动翻板阀2.33；在焦侧集气管2.4与焦炉燃烧室相连接的气体管路上设有焦侧除尘风机。
再次结合图4可知，所述水封阀2.2的管道为u型管道，所述u型管道上设置有水封阀进水管2.21、水封阀溢流管2.25和水封阀回流管2.24，所述水封阀进水管2.21上设置有注水阀2.22，所述u型管的内部设置有水位调节阀2.23，所述u型管的底部下端设置有用于喷入高压水或高压蒸汽的疏通阀2.26，所述水封阀回流管2.24的末端连接沉淀池；当装煤时的含尘烟气流经水封阀2.2时，含尘烟气中的煤粉被水流洗涤下来经水封阀2.2的水位调节阀2.23进入水封阀回流管2.24中，并随管内水流进入与水封阀回流管2.24相连接的沉淀池中，得到煤粉固体，该煤粉固体在实现脱水后可重新作为焦炉的炼焦煤；经降温后的烟气在焦侧除尘抽风机的抽吸作用下进入装煤烟尘燃烧室2.3中；进入装煤烟尘燃烧室2.3中的烟气在含有氧气时，自动点火器2.31自动打火至耗尽氧气，得到剩余气体，该剩余气体进入焦侧集气管2.4中并被送入焦炉燃烧室中作为炼焦用的煤气补充。
此外，若水封阀2.2内部的阀门被固体堵塞，打开疏通阀2.26喷入高压水或高压蒸汽即可实现清洗阀内沉积物疏通阀门的目的。
与此同时，所述机侧焦炉煤气回收系统3为现有荒煤气回收系统，它在焦炉炼焦过程用于抽出焦炉炭化室产生的荒煤气，如图1所示，它包括机侧上升管3.1(所述机侧上升管3.1上还设有机侧上升管盖3.11)、弯头与桥管3.2、π型管3.3、机侧手动调节阀3.4、机侧自动调节阀3.5、机侧集气管3.6、机侧吸气管3.7、氨水管3.8和焦油盒3.9，其中，所述机侧集气管3.6还通过π型管3.3连接机侧吸气管3.7，所述机侧吸气管3.7连接煤气净化系统，所述π型管3.3上设置有机侧手动调节阀3.4和机侧自动调节阀3.5，具体的机侧焦炉煤气回收系统吸收荒煤气的过程为：进入弯头与桥管3.2中的荒煤气被沿氨水管3.8喷入的氨水冷却降温，使得荒煤气的温度降低到70～80℃，降温后的荒煤气进入机侧集气管3.6，其中，荒煤气中的焦油进入焦油盒3.9中，荒煤气中的气体沿π型管3.3进入机侧吸气管3.7后外排，荒煤气中的液体流经焦油盒3.9后也进入机侧吸气管3.7，再经过后续的煤气净化系统处理废水。
本发明还公开了一种基于焦化废水减排的炼焦装煤工艺，
所述工艺如下：
1)下移装煤系统支撑架4.6，启动揭盖器4.8打开装煤孔1.1上的装煤孔盖，引煤套4.5伸入装煤孔1.1内，再使每个密封罩4.7密封每个装煤孔1.1；启动输煤管4.3上设置的阀门，来自焦炉水平烟气管5的热态焦炉烟气(温度为200℃左右)将储煤仓4.1中煤输送至焦炉炭化室1，延长装煤时间为45～90min，同时打开焦侧装煤烟尘回收系统2的气体通道，关闭机侧焦炉煤气回收系统3的气体通道，具体的过程为：将装煤产生的含尘烟气抽至焦炉燃烧室作为补充燃料，至装煤结束；使水封阀2.2的水位调节阀2.23处于全开状态，并打开水封阀2.2的注水阀2.22，装煤产生的含尘烟气流经水封阀2.2分离得到煤尘与烟气，所述煤尘随水封阀2.2的内部水流进入与水封阀回流管2.24相连接的沉淀池中得到煤粉固体，所述烟气进入装煤烟尘燃烧室2.3中，所述装煤烟尘燃烧室2.3中的自动点火器2.31在烟气中含有氧气时自动打火燃烧至耗尽氧气，得到剩余气体，待燃烧完毕后，焦侧自动调节阀2.5打开，剩余气体进入焦侧集气管2.4中，将装煤产生的含尘烟气抽至焦炉燃烧室作为补充燃料，至装煤结束；
2)装煤结束后，装煤系统支撑架4.6上移带动密封罩4.7远离装煤孔1.1，启动揭盖器4.8密封装煤孔1.1，同时调节水封阀2.2的水位调节阀2.23，开启水封阀2.2的注水阀2.22，调节水封阀2.2的u型管道内部的水位，控制焦炉炭化室1上部的空间压力为-3～3pa，开始炼焦.炼焦过程产生的荒煤气送至机侧焦炉煤气回收系统3。
本发明设计的装煤方法改变了传统的在装煤之前将炼焦煤预热干燥的工艺及传统的装煤塔与装煤车装煤工艺，利用焦炉产生的高温焦炉烟气气流将炼焦煤缓慢输送至焦炉炭化室，在输煤的同时实现了对炼焦煤的预热干燥，不仅节省了炼焦煤预热干燥的投资，而且还消除了炼焦煤预热干燥过程产生扬尘和voc排放的问题；同时，尽可能多地干燥脱除了入炉炼焦煤中的水分，既减少了焦化废水的产生量。
以上实施例仅为最佳举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。除上述实施例外，本发明还有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。