本发明涉及可燃气体下喷式焦炉技术领域，尤其涉及一种采用富煤气加热的低氮排放焦炉加热系统及其调节方法。
背景技术
随着现代生产方式的转变，对焦炉提出了更高的要求，如要求加热均匀、生产能力大、加热系统阻力小、调节控制方便等。目前我国现有的下喷式焦炉，为控制立火道内的燃烧温度，改善立火道内高向加热均匀性，采用了高低灯头、废气循环和助燃气体分段供给等方式。采用上述措施的焦炉加热系统如图1-图3所示，助燃气体从蓄热室1进入斜道2，在斜道2处分流，一部分通过立火道底部助燃气体出口7直接进入立火道3底部，另一部分通过立火道隔墙内的助燃气体通道4，从分段助燃气体出口5进入立火道3。这种结构形式的焦炉，助燃空气从一个蓄热室通过斜道2分流，分别进入立火道3底部和立火道3中部、上部，只能通过调整斜道口调节砖9和分段出口调节砖8的分布，调节进入立火道3底部和中部、上部的助燃空气分配比例，进一步调整立火道底部和中部、上部的加热量。
目前国内投产的6米以上焦炉，在采用富煤气加热时，氮氧化物排放水平均高于500mg/m3，无法满足行业排放标准。分析发现，采用上述加热系统的焦炉，在炉体设计阶段，只能通过理论计算确定调节砖的分布，而实际生产中无法定量地确定两部分气流量的分配比例，因此误差较大；焦炉运行投产后，在立火道底部的过量空气系数接近于1，燃烧剧烈，燃烧温度高，在此高温区生成了大量的氮氧化物，而由于炉体结构限制又无法实现调节砖的调节作用，导致立火道底部助燃空气进气量无法有效调节，燃烧温度无法降低，氮氧化物的生成无法抑制；而当焦炉生产状态改变时，同样由于无法调节立火道底部和中部、上部的助燃空气量，使得立火道内高温区无法控制，氮氧化物大量生成。为了使得焦炉排放达标，只能在炉后增加脱硝工序，使得建设成本和生产成本大幅提高。
另外，上述加热系统中，斜道2采用y型分叉结构，结构复杂，增加了设计难度，为保证严密性，设计砖型复杂，增加了制砖难度，砌筑过程中保护和清扫困难，增加了砌筑难度，又由于流通结构复杂，增加了系统阻力，不利于助燃空气流通。
技术实现要素：
本发明提供了一种采用富煤气加热的低氮排放焦炉加热系统及其调节方法，进入立火道底部及中部、上部位置的助燃空气量可独立、定量调节，并且采用炉外调节方式，调节简单方便，能够有效减小立火道内高温区面积，降低氮氧化物的生成。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
采用富煤气加热的低氮排放焦炉加热系统，包括自下至上依次连接的小烟道、换热通道、助燃气体通道和燃烧室，所述换热通道由立火道底部供气换热通道和立火道分段供气换热通道组成；与立火道底部供气换热通道对应小烟道连接的小烟道连接管上设有立火道底部供气孔，立火道底部供气孔处设进气流量调节装置一，立火道底部供气换热通道通过助燃气体通道与立火道底部助燃气体出口直接连通；与立火道分段供气换热通道对应小烟道连接的小烟道连接管上设有立火道分段供气孔，立火道分段供气孔处设进气流量调节装置二，立火道分段供气换热通道通过助燃气体通道与立火道隔墙内的助燃气体出口相连通。
所述立火道隔墙内的助燃气体出口沿高向设置多个。
所述采用富煤气加热的低氮排放焦炉加热系统的调节方法，一股助燃空气从小烟道连接管上的立火道底部供气孔进入立火道底部供气换热通道，经过助燃气体通道后由立火道底部助燃气体出口直接进入立火道；另一股助燃空气从小烟道连接管上的立火道分段供气孔进入立火道分段供气换热通道，经过助燃气体通道后沿不同高度位置进入立火道；自立火道底部助燃气体出口进入立火道的助燃空气量由进气流量调节装置一独立调节，自立火道隔墙不同高度的助燃气体出口进入立火道的助燃空气量由进气流量调节装置二独立调节，以上调节过程均在炉外实现。
通过设于立火道底部供气孔处的流量调节装置一调节立火道底部助燃空气进气量，实现单独调节立火道底部的加热量；通过设于立火道分段供气孔处的流量调节装置二调节立火道中部、立火道上部的助燃空气进气量，实现单独调节立火道中部、立火道上部的加热量；通过流量调节装置一、流量调节装置二共同调节，能够实现焦炉高向均匀加热，抑制立火道内氮氧化物的生成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)进入立火道底部和中部、上部位置的助燃空气量可独立、定量调节，即立火道底部和中部、上部的加热量可独立控制，能够有效减小立火道内高温区面积，降低氮氧化物的生成；
2)焦炉投产后，伴随结焦时间、煤气成分、配煤成分等生产状态的变化，根据气体排放监测结果，可随时调整立火道底部的助燃空气量，降低立火道底部的过量空气系数，减少高温区氮氧化物的生成，进而减少焦炉氮氧化物排放，无需后续脱硝工艺即可以实现达标排放，从而节约建设成本和生产成本；
3)将炉内调节更改为炉外调节，通过小烟道连接管上供气孔处设置的流量调节装置即可实现助燃空气进气量的调节，调节过程在焦炉烟道走廊即可完成，调节简单方便，避免了工人在恶劣环境下的操作，节省人力，降低劳动强度；
4)取消了传统焦炉中设置的调节砖，减少砖型；
5)各助燃气体通道均为无分叉直通结构，结构简单，砖型简单，便于设计、制砖和砌筑，有利于保证炉体结构气密性，同时系统阻力小，有利于助燃空气流通。
附图说明
图1是常规焦炉加热系统的结构示意图。
图2是图1中的a-a剖视图。
图3是图1中的b-b剖视图。
图4是本发明所述采用富煤气加热的低氮排放焦炉加热系统的结构示意图。
图5是图4中的c-c剖视图。
图6是图4中的d-d剖视图。
图7是图4中的e-e剖视图。
图中：1.蓄热室2.斜道3.立火道4.立火道隔墙内的助燃气体通道5.分段助燃气体出口6.管砖7.立火道底部助燃气体出口8.分段出口调节砖9.斜道口调节砖10.立火道底部供气换热通道11.立火道分段供气换热通道12.助燃气体通道13.立火道隔墙内的助燃气体出口14.废气循环孔15.跨越孔16.立火道底部供气孔17.立火道分段供气孔18.进气流量调节装置一19.进气流量调节装置二20.小烟道21.小烟道连接管
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
见图4-图7所示，本发明所述采用富煤气加热的低氮排放焦炉加热系统，包括自下至上依次连接的小烟道20、换热通道、助燃气体通道和燃烧室，所述换热通道由立火道底部供气换热通道10和立火道分段供气换热通道11组成；与立火道底部供气换热通道10对应小烟道20连接的小烟道连接管21上设有立火道底部供气孔16，立火道底部供气孔16处设进气流量调节装置一18，立火道底部供气换热通道10通过助燃气体通道12与立火道底部助燃气体出口7直接连通；与立火道分段供气换热通道11对应小烟道20连接的小烟道连接管21上设有立火道分段供气孔17，立火道分段供气孔17处设进气流量调节装置二19，立火道分段供气换热通道11通过助燃气体通道12与立火道隔墙内的助燃气体出口13相连通。
所述立火道隔墙内的助燃气体出口13沿高向设置多个。
所述采用富煤气加热的低氮排放焦炉加热系统的调节方法，一股助燃空气从小烟道连接管21上的立火道底部供气孔16进入立火道底部供气换热通道10，经过助燃气体通道12后由立火道底部助燃气体出口7直接进入立火道3；另一股助燃空气从小烟道连接管21上的立火道分段供气孔17进入立火道分段供气换热通道11，经过助燃气体通道12后沿不同高度位置进入立火道3；自立火道底部助燃气体出口7进入立火道3的助燃空气量由进气流量调节装置一18独立调节，自立火道隔墙不同高度的助燃气体出口13进入立火道3的助燃空气量由进气流量调节装置二19独立调节，以上调节过程均在炉外实现。
通过设于立火道底部供气孔16处的流量调节装置一18调节立火道3底部助燃空气进气量，实现单独调节立火道3底部的加热量；通过设于立火道分段供气孔17处的流量调节装置二19调节立火道3中部、立火道3上部的助燃空气进气量，实现单独调节立火道3中部、立火道3上部的加热量；通过流量调节装置一18、流量调节装置二19共同调节，能够实现焦炉高向均匀加热，抑制立火道3内氮氧化物的生成。
在下喷式焦炉中，一部分助燃空气从立火道底部供气孔16经过小烟道20进入立火道底部供气换热通道10，通过助燃气体通道12，从立火道底部助燃气体出口7进入立火道3，与从管砖6喷出的富煤气相遇进行贫氧燃烧；另一部分助燃空气从立火道分段供气孔17经过小烟道20进入立火道分段供气换热通道11，从助燃气体通道12经过沿高向设置的多个助燃气体出口13进入立火道3的中部和上部，与底部燃烧后剩余的富煤气相遇燃烧，进而保证煤气的完全燃烧，燃烧后的废气通过跨越孔15进入相邻火道形成下降气流，部分下降气流通道立火道3底部的废气循环孔14进入上升火道，与上升气流掺混燃烧，进一步降低燃烧温度，剩余的下降气流进入相邻的换热通道完成换热后进入小烟道20。
在立火道底部供气孔16处设有进气流量调节装置一18，可以随时调节立火道3底部助燃空气进气量，实现单独调节立火道3底部的加热量；在立火道分段供气孔17处同样设有进气流量调节装置二19，可以随时调节立火道3中部、上部助燃空气进气量，实现单独调节立火道3中部、上部的加热量。
分析表明，在过量空气系数小于0.8时，燃烧过程中氮氧化物的生成将明显减少。当生产中焦炉烟囱废气中氮氧化物含量过高时，通过进气流量调节装置一18，适当减小立火道底部供气孔16的进气量，控制立火道底部燃烧时过量空气系数在0.8以下，能够有效降低生产过程中氮氧化物的排放。模拟仿真计算结果表明，采用该加热系统结构的7米焦炉，无需后续脱硝工艺处理，即可实现焦炉烟气氮氧化物达标排放。
当生产过程中发现焦饼上部温度偏高而下部温度偏低，在炭化室下部出现生焦而推焦困难或者炉顶空间温度过高，通过进气流量调节装置一18和进气流量调节装置二19，适当增大立火道底部供气孔16的进气量，减小立火道分段供气孔17的进气量，增加立火道底部的过量空气系数，使更多的富煤气在立火道底部进行燃烧，增加立火道底部供热量，减少立火道中部、上部的供热量，进而提高燃烧室向炭化室下部的传热量，加快炭化室焦饼下部的成熟。
当生产过程中发现焦饼下部温度偏高而上部温度偏低，在炭化室上部出现生焦而推焦困难，通过进气流量调节装置一18和进气流量调节装置二19，适当减小立火道底部供气孔16的进气量，增加立火道分段供气孔17的进气量，降低立火道底部的过量空气系数，减少富煤气在立火道底部的燃烧而是更多的富煤气在立火道中上部进行燃烧，减少立火道底部的供热量，增加立火道中上部的供热量，进而提高燃烧室向炭化室上部的传热量，加快炭化室上部的焦饼成熟。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。