经提供延长工艺周期的气体共用降低输出率的焦炉操作的制作方法
【专利说明】经提供延长工艺周期的气体共用降低输出率的焦炉操作
[0001]相关申请案的交叉引用
[0002]本申请要求2012年9月21日提交的美国临时申请第61/704，389号的权益，其以引用的方式整体并入本文。
技术领域
[0003]本技术总体上涉及通过提供延长工艺周期的气体共用，降低焦炉输出率的系统和方法。
[0004]发明背景
[0005]焦炭是在钢铁生产中用于熔化和还原铁矿石的固体碳燃料和碳源。在一种称为“汤普森炼焦工艺(Thompson Coking Process) ”的工艺中，通过将煤粉分批加入炉内，密封所述炉并且在严密控制的大气条件下加热24-48h至极高温度，生产焦炭。炼焦炉已经使用多年，用于将煤转化为冶金焦炭。在炼焦过程中，在受控温度条件下加热细碎煤为煤除去易挥发性物质并形成具有预定孔隙率和强度的焦炭熔体。因为焦炭的生产为分批工艺，所以同时操作多个焦炉。
[0006]加热过程中煤粒经历的熔化和熔合过程是炼焦的重要部分。煤粒转化为熔融物质的熔化程度和同化程度决定了所生产的焦炭的特性。为了由特定的煤或混合煤生产最硬的焦炭，在煤中存在活性与惰性实体的最佳比例。焦炭的孔隙率和强度对于矿石精炼过程很重要并且由煤源和/或炼焦方法决定。
[0007]将煤粒或混合煤粒装入热炉内，并且煤在炉内加热以便从所生成的焦炭中去除挥发性物质(“VM”)。炼焦工艺高度依赖于使用的炉设计、煤类型和转化温度。通常，在炼焦工艺期间调节炉，以致每次装入的煤均在大致相同的时间内结焦。一旦煤“结焦”或完全焦化，就将焦炭从炉内移出并用水熄焦以将其冷却至低于其着火温度。可选地，用惰性气体干法熄焦。熄焦操作也必须小心控制，以致焦炭不会吸收太多水分。一旦熄焦，就筛分焦炭并装入轨道车或卡车进行运输。
[0008]因为将煤加入热炉内，所以大部分加煤过程自动化。在槽式或立式炉内，通常通过炉顶部的槽或开口装煤。这种炉往往又高又窄。卧式非回收或热回收类炼焦炉也用于生产焦炭。在非回收或热回收类炼焦炉中，用输送机将煤粒水平输送到炉内以提供细长煤层。
[0009]随着适合形成冶金用煤(“炼焦煤”)的煤源减少，已经尝试将劣质或低质量煤(“非炼焦煤”)与炼焦煤混合以提供适于所述炉的煤料。合并非炼焦煤和炼焦煤的一种方式是使用压实或捣固煤。可在其进入炉内之前或之后将煤压实。在一些实施方案中，将非炼焦煤和炼焦煤的混合物压实至高于50磅/立方英尺，以便将非炼焦煤用于炼焦工艺。随着煤混合物中非炼焦煤的百分比增加，需要更高的煤压实水平(例如，高达约65-75磅/立方英尺)。商业上，通常将煤压实至约1.15-1.2比重(Sg)或约70-75磅/立方英尺。
[0010]基于HHR炉内部的相对操作大气压条件，卧式热回收(HHR)炉具有优于化学副产物炉的独特环境优势。HHR炉在负压力下工作，而化学副产物炉在略为正的大气压力下工作。两种炉类型通常均由耐火砖和其它材料建造而成，其中因为在日常操作期间可能在这些结构中形成小裂纹，所以建立大体气密环境可能是一个挑战。将化学副产物炉保持在正压力下以免氧化可回收产物和使炉过热。相反，将HHR炉保持在负压力下，从炉外部吸入空气以氧化煤的VM并在炉内释放燃烧热。因为将进入环境的挥发性气体的损失减到最低很重要，所以在化学副产物炉内正大气条件和小开口或裂纹的组合使焦炉荒煤气(“COG”)和有害污染物泄漏到大气中。相反，HHR炉内或炼焦设备其他位置的负大气条件和小开口或裂纹仅仅使补助空气吸入炉内或炼焦设备其他地方，以致负大气条件阻止了 COG向大气的损失。
[0011]HHR炉在传统上无法将其操作(例如，其焦炭生产)调低至明显低于其设计容量，而不对炉产生潜在破坏。这一约束与炉内温度限制有关联。更具体地，如果炉降低至硅砖零膨胀点以下，则炉砖可开始收缩并且可能裂开或破裂并且损坏炉顶。砖也可能冷却收缩，拱顶上的砖移动或脱落，导致塌顶和炉故障。必须在炉内维持足够热量以将砖保持在砖收缩点以上。这就是为什么说HHR炉永远不能关闭的原因。因为炉不能明显调小，所以在钢铁和焦炭需求量低的时期，必须持续生产焦炭。即使需求量低也继续、高容量生产焦炭导致过量焦炭堵塞。必须储存或消耗这种焦炭并且可对焦炭和钢铁厂产生很大的经济负担和损失。
【附图说明】
[0012]图1为根据本技术的实施方案配置的卧式热回收炼焦设备的示意图。
[0013]图2为根据本技术的实施方案配置的图1卧式热回收炼焦设备的一部分的等距局部剖视图。
[0014]图3为根据本技术的实施方案配置的卧式热回收焦炉的截面图。
[0015]图4为根据本技术的实施方案配置的挥发性物质/烟道气共用系统的截面图。
[0016]图5为根据本技术的实施方案配置的工作更长周期的一组焦炉的示意图。
[0017]图6为根据本技术的实施方案，焦炉间气体共用以降低焦炭生产率的方法的方框图。
[0018]发明详述
[0019]本技术总体上涉及通过提供延长工艺周期的气体共用，控制或降低焦炉输出率的系统和方法。在一些实施方案中，焦炉间气体共用以降低焦炭生产率的方法包括操作多个焦炉产生焦炭和废气，其中每个焦炉均可包括适于控制所述焦炉内的炉通风的上升道挡板。在一些实施方案中，第一焦炉在操作周期偏离第二焦炉。所述方法包括将废气从第一焦炉引导至与第二焦炉连通的共用气道。所述方法另外包括偏置所述炉内的通风以使废气经由所述共用气道从第一焦炉移至第二焦炉，将热量从第一焦炉传递到第二焦炉。热传递使第二焦炉延长其周期，同时保持高于临界工作温度。通过在总体上维持每个周期输出的同时延长操作周期，总产量降低。
[0020]下面参考图1-6描述了本技术几个实施方案的具体细节。在以下公开文本中尚未提出描述众所周知与煤炭加工相关的结构和系统的其它详情，以免不必要地模糊对本技术各实施方案的描述。图中所示许多细节、尺寸、角度和其它特征仅仅是为了说明本技术的特定实施方案。相应地，在不背离本技术的精神或范围的前提下，其它实施方案可具有其它细节、尺寸、角度和特征。因此，本领域的普通技术人员相应地将理解，本技术可能具有带附加元件的其它实施方案，或本技术可具有没有所示且下面参考图1-6描述的几种特征的其它实施方案。
[0021]图1为根据本技术的实施方案配置的卧式热回收(HHR)炼焦设备100的示意图。HHR炼焦设备100包括炉105，连同热回收蒸汽发生器(HRSG) 120和空气质量控制系统130 (例如，废气或烟道气脱硫(FGD)系统)，二者均流体定位于炉105的下游并且二者均通过适合气道与炉105流体连接。HHR炼焦设备100还包括将独立炉105流体连接到HRSG120的共有隧道110。一个或多个交叉气道115将共有隧道110流体连接到HRSG 120。冷却气道125将冷却气体从HRSG运输到烟道气脱硫(FGD)系统130。流体连接且更下游的是用于收集微粒的袋滤室135，用于控制系统内空气压力的至少一个抽风机140和用于将冷却、已处理废气排到环境中的主要气体烟道145。蒸气管道150可使HRSG 120和热电设备155互相连接，以致可利用回收热量。不同炼焦设备100可具有不同比例的炉105、HRSG120和其它结构。例如，在一些炼焦设备中，图1所示的每个炉105可表示实际10个炉。
[0022]如下将进一步详细地描述，在几个实施方案中，与上述传统汤普森炼焦工艺相比，焦炉105可工作“更长”周期。在保持炉温足够高的同时执行更长的周期计划，可使用不同技术实现。在几个实施方案中，可使用炉气体共用在炉见传热，延长周期。可在偏离(例如，相反)周期推进共用热量的炉。例如，如果所述炉具有96h延长周期，则推进第一个炉48h进入第二个炉的周期。如下将进一步详细地描述，通过在对立时间推进炉，炼焦设备可将过量VM和烟道气从新推炉移到正在冷却的炉。这可通过偏置炉内的通风以将VM和烟道气从热炉移到冷炉进行。当采用气体共用时，冷却下来的炉开始重新加热，从而延长