包含废气分享的焦化设备的制造方法

包含废气分享的焦化设备的制造方法
【专利说明】包含废气分享的焦化设备
[0001]相关专利申请的交叉参考
[0002]本申请主张在2012年8月17日提出申请的美国非临时专利申请第13/588,996号的权益，所述专利申请的公开内容以引用的方式全文并入本文中。
【背景技术】
[0003]本发明大体而言涉及用于从煤中生产焦炭的焦化设备领域。焦炭是一种用于制造钢的重要原料。通过去除煤中的挥发性部分(其通常约占煤的质量的25% )来生产焦炭。理想的是将焦炭制造过程中所产生的热废气重新捕获并用于发电。一种适用于回收这些热废气的焦炉是卧式热量回收(Horizontal Heat Recovery ;HHR)炉，基于炉内的相对运行大气压力条件，HHR炉相比于化学副产品炉具有独特的环境优势。HHR炉在负压力下运行，而化学副产品炉在略微为正的大气压力下运行。这两种类型的炉均通常是由耐火砖和其他材料构造而成，在这两种类型的炉中形成基本上密封的环境可能是一项挑战，因为在日复一日的运行中这些结构中可形成小的裂隙。化学副产品炉被保持处于正压力中，以避免氧化可回收的产品并避免使炉过热。相反，HHR炉被保持处于负压力中，从外界吸入空气以氧化煤挥发物并释放炉内的燃烧热。这些相反的运行压力条件和燃烧系统是HHR炉与化学副产品炉之间设计上的重要不同之处。重要的是最小化挥发性气体至环境中的耗损，正的大气条件的组合和化学副产品炉中的小的开口或裂隙允许未经加工的焦炉气体(coke ovengas ；C0G)和有害污染物泄露至大气中。相反，负的大气条件和HHR炉或焦化设备其他位置中的小的开口或裂隙仅允许额外空气被吸入炉中或焦化设备的其他位置中，因此负的大气条件会抵制COG至大气中的耗损。

【发明内容】

[0004]本发明的一个实施例涉及一种焦化设备，所述焦化设备包括:多个焦炉，其中每一焦炉均适以产生焦炭及废气；共用隧道，流体连接到所述多个焦炉，并配置成从所述焦炉中的每一个焦炉接收所述废气；多个标准热量回收蒸汽发生器，流体连接到所述共用隧道，其中焦炉对标准热量回收蒸汽发生器的比率是至少20:1 ;以及冗余热量回收蒸汽发生器，流体连接到所述共用隧道，其中所述标准热量回收蒸汽发生器及所述冗余热量回收蒸汽发生器中的任一个均适以从所述焦炉接收所述废气并从所述废气中提取热量，且其中所述标准热量回收蒸汽发生器及所述冗余热量回收蒸汽发生器全部彼此并联地流体连接。
[0005]本发明的另一个实施例涉及一种运行焦炭产生设备的方法，所述方法包括以下步骤:提供多个焦炉，以产生焦炭及废气；将所述废气从每一焦炉引至共用隧道；将多个热量回收蒸汽发生器流体连接至所述共用隧道；运行所有所述热量回收蒸汽发生器并划分所述热废气，从而使所述热废气的一部分流经所述热量回收蒸汽发生器中的每一个；以及在气体分享运行模式中，停止所述多个热量回收蒸汽发生器中的至少一个的运行，并在其余在运行的热量回收蒸汽发生器之间划分所述废气，从而使所述废气的一部分流经所述其余在运行的热量回收蒸汽发生器中的每一个。
[0006]本发明的另一个实施例涉及一种运行焦炭产生设备的方法，所述方法包括以下步骤:提供多个焦炉，其中每一焦炉均适以产生焦炭及废气；提供共用隧道，所述共用隧道流体连接到所述多个焦炉并配置成从所述焦炉中的每一焦炉接收所述废气；提供多个标准热量回收蒸汽发生器，所述多个标准热量回收蒸汽发生器流体连接到所述共用隧道，其中焦炉对标准热量回收蒸汽发生器的比率是至少20:1 ;提供冗余热量回收蒸汽发生器，并将所述冗余热量回收蒸汽发生器流体连接到所述多个焦炉中的每一焦炉，从而使所述冗余热量回收蒸汽发生器适以接收由所述多个焦炉中的任一焦炉产生的所述废气并从所述废气中提取热量。
[0007]本发明的另一个实施例涉及一种运行焦炭产生设备的方法，所述方法包括以下步骤:提供多个焦炉，其中每一焦炉均适以产生焦炭及废气；提供共用隧道，所述共用隧道流体连接到所述多个焦炉并配置成从所述焦炉中的每一焦炉接收所述废气；提供多个热量回收蒸汽发生器；提供多个交叉管道，其中每一交叉管道均适以在相交部位将所述共用隧道流体连接到所述多个热量回收蒸汽发生器中的一个；以及控制所述相交部位中的一个或多个相交部位处的运行条件以维持在为至少0.7英寸水柱的相交部位气流。
[0008]本发明的另一个实施例涉及一种焦化设备，所述焦化设备包括:多个焦炉，其中每一焦炉均适以产生焦炭及废气；共用隧道，流体连接到所述多个焦炉，并配置成从所述焦炉中的每一个焦炉接收所述废气；多个标准热量回收蒸汽发生器，流体连接到所述共用隧道；冗余热量回收蒸汽发生器，流体连接到所述共用隧道，其中所述多个标准热量回收蒸汽发生器及所述冗余热量回收蒸汽发生器中的任一个均适以从所述多个炉接收所述废气并从所述废气中提取热量，且其中所述标准热量回收蒸汽发生器及所述冗余热量回收蒸汽发生器全部彼此并联地流体连接；以及多个交叉管道，其中所述热量回收蒸汽发生器与所述冗余热量回收蒸汽发生器中的每一个均通过所述多个交叉管道中的一个连接到所述共用隧道，且其中炉对交叉管道的比率是至少50: 3。
【附图说明】
[0009]图1是根据实例性实施例显示的卧式热量回收(HHR)焦化设备的示意图；
[0010]图2是图1所示HHR焦化设备的一部分的透视图，其中数个截面已被切除；
[0011]图3是根据实例性实施例显示的HHR焦化设备的示意图；
[0012]图4是根据实例性实施例显示的HHR焦化设备的示意图；
[0013]图5是根据实例性实施例显示的HHR焦化设备的示意图；
[0014]图6是根据实例性实施例显示的HHR焦化设备的示意图；以及
[0015]图7是图1所示的焦化设备的一部分的示意图。
【具体实施方式】
[0016]参照图1，其例示在还原环境中从煤中生产焦炭的HHR焦化设备100。一般来讲，HHR焦化设备100包括至少一个炉105、以及热量回收蒸汽发生器(heat recoverysteam generator ;HRSG) 120和空气质量控制系统130 (例如，废气或烟气脱硫(flue gasdesulfurizat1n ；FGD)系统)，其中HRSG 120和空气质量控制系统130两者均流体定位在炉的下游且两者均通过合适的管道流体连接至炉。HHR焦化设备100优选地包括多个炉105和共用隧道110，共用隧道110将炉105中的每一个流体连接到多个HRSG 120。一个或多个交叉管道115将共用隧道110流体连接至HRSG 120。冷却的气体管道125将来自HRSG的冷却的气体传输到烟气脱硫(FGD)系统130。被流体连接并处于更下游的是用于收集微粒物质的除尘室135、至少一个用于控制系统内的空气压力的抽风机140、和用于将冷却的经处理的废气排放到环境中的主排气管(main gas stack) 145。蒸汽管线150使HRSG与热电厂155相互连接，以使所回收的热量可被利用。如图1所例示，所示的每一个“炉”代表十个实际的炉。
[0017]每一个炉105的更多结构上的细节显示于图2中，其中为清晰起见截面已被切除来例示四个焦炉105的各部分。每一个炉105包括:开放腔体，优选地由底板160限定；前门165，基本上形成炉的整个一侧；后门170，优选地与前门165相对并基本上形成炉的与前门相对的整个一侧；两个侧壁175，从底板160向上延伸并位于前门165与后门170之间；以及拱冠180，形成炉腔185的开放腔体的上表面。控制炉腔185内的气流和压力对于焦化周期(coking cycle)的有效运行可能是关键的，因此前门165包含一个或多个允许一次助燃空气进入炉腔185的一次进气口 190。每个一次进气口 190包含一次空气阻尼器195，一次空气阻尼器195可定位于完全开启与完全闭合之间的多个位置中的任一位置以改变进入炉腔185中的一次气流的量。作为另外一种选择，所述一个或多个一次进气口 190穿过拱冠180形成。在运行中，从位于炉腔185内的煤中发出的挥发性气体聚集在拱冠中，并在整个系统中被向下游吸入到形成于一个或两个侧壁175中的下降通道200中。下降通道使炉腔185与位于炉底板160下方的炉底烟道(sole flue) 205流体连接。炉底烟道205在炉底板160下方形成迂回的路径。从煤中发出的挥发性气体可在炉底烟道205中燃烧，从而产生热量以支持将煤还原成焦炭。下降通道200流体连接至形成于一个或两个侧壁175中的上升通道210。炉底烟道205与大气之间设置有二次进气口 215，且二次进气口 215包含二次空气阻尼器220，二次空气阻尼器220可定位于完全开启与完全闭合之间的多个位置中的任一位置以改变进入炉底烟道205中的二次气流的量。上升通道210通过一个或多个上升管道225而流体连接到共用隧道110。上升管道225与大气之间设置有三次进气口227。三次进气口 227包含三次空气阻尼器229，三次空气阻尼器229可定位于完全开启与完全闭合之间的多个位置中的任一位置以改变进入上升管道225中的三次气流的量。
[0018]为了提供控制通过上升管道225和位于炉105内的气流的能力，每一个上升管道225还包含上升阻尼器230。上升阻尼器230可定位于完全开启与完全闭合之间的多个位置中以改变炉105中的炉气流的量。本文中所用的“气流”指示相对于大气的负压力。举例来说，为0.1英寸水柱的气流指示位于大气压力以下0.1英寸水柱的压力。水柱英寸数是压力的非国际单位制，且常用来描述焦化设备中各种位置处的气流。如果气流升高或以其他方式变大，那么压力进一步向大气压力以下移动。如果气流降低、下降、或以其他方式变小或变低，那么压力朝向大气压力移动。通过以上升阻尼器230控制炉气流，可控制从进气口 190、215、227进入炉的气流以及进入炉105中的气体泄露。通常，炉105包含两个上升管道225和两个上升阻尼器230，但并非必须使用两个上升管道和两个上升阻尼器，系统可被设计成使用一个或多于两个上升管道和两个上升阻尼器。
[0019]在运行中，焦炭是通过以下方式在炉105中形成的:首先将煤装填到炉腔185中，在无氧环境中加热煤，去除煤中的挥发性部分，然后在炉105中氧化挥发物以捕获并利用所发出的热量。煤挥发物在炉中经过48小时的焦化周期而被氧化，并释放热量以再生地驱动煤碳化成焦炭。当前门165被开启并将煤装载到炉底板160上时，焦化周期开始。位于炉底板160上的煤被称为煤床。来自炉的热量(由于之前的焦化周期)起动碳化周期。优选地，除由焦化过程产生的燃料以外，不使用额外的燃料。到煤床的总热传递的大约一半被从发光的火焰和发光的炉拱冠180向下辐射到煤床的顶面。热量的剩余一半通过传导从由炉底烟道205中的气体的挥发对流加热的炉底板160传递到煤床。这样，煤颗粒的塑性流和高强度粘合焦炭的形成的碳化过程“波”以相同速率从煤床的顶部边界和底部边界进行，优选地在约45-48小时之后在煤床的中心处相遇。
[0020]对系统压力、炉压力、进入炉的气流、进入系统的气流、以及系统内的气体流的精确控制出于以下各种原因而是重要的，所述原因包括:为了确保煤被充分焦化、有效地从挥发性气体中提取所有燃烧热、有效控制炉腔185内和焦化设备100中的其他位置处的含氧量、控制微粒物质和其他潜在污染物、以及将废气中的潜热转化成可用于产生蒸汽和/或电的蒸汽。优选地，每个炉105均在负压力下运行，因此在还原过程中空气由于炉105与大气之间的压力差而被吸入炉中。一次燃烧空气被添加到炉腔1