具有整塊冠部的水平熱回收煉焦?fàn)t的制作方法
【專利說明】具有整塊冠部的水平熱回收煉焦?fàn)t
[0001]相關(guān)申請交叉引用
[0002]本申請要求于2013年3月14日提交的美國非臨時專利申請?zhí)?3/829，588的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，其公開內(nèi)容在此通過引用被全文并入。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本技術(shù)大體上涉及具有整塊冠部的水平熱回收煉焦?fàn)t。
【背景技術(shù)】
[0004]焦炭是被用于熔化并減少鋼鐵生產(chǎn)中的鐵礦石的固體碳燃料及碳源。在一個被稱作“湯普森焦化過程(Thompson Coking Process) ”的過程中，焦炭是通過將煤粉分批給料到在嚴(yán)格控制的大氣壓條件下被密封且加熱到極高溫度達(dá)24到48小時的爐而產(chǎn)生。煉焦?fàn)t多年來一直被用于將煤轉(zhuǎn)換為冶金焦炭。在焦化過程中，在受控溫度條件下加熱細(xì)粉碎煤以使煤脫掉揮發(fā)成分且形成具有預(yù)定孔隙率和強(qiáng)度的熔融的大量焦炭。因為焦炭的生產(chǎn)是一個批量生產(chǎn)的過程，所以同時操作多個煉焦?fàn)t。
[0005]煤顆粒在加熱過程中經(jīng)受的熔化和融合過程是焦化中的重要組成部分。煤顆粒變?yōu)槿廴隗w的熔化的程度和同化的程度決定了生產(chǎn)的焦炭的特性。為了從特定的煤或煤混合物中生產(chǎn)最強(qiáng)的焦炭，煤中的反應(yīng)物質(zhì)與惰性物質(zhì)有一個最佳比例。焦炭的孔隙率和強(qiáng)度對于礦石精煉過程是重要的，并且其由煤源和/或焦化的方法決定。
[0006]煤顆?；蛎侯w?；旌衔锉谎b填到熱爐中，并且煤在爐中被加熱以便從得到的焦炭中移除揮發(fā)物(“VM”)。焦化過程高度取決于爐的設(shè)計、煤的類型和所使用的轉(zhuǎn)化溫度。典型地，爐在焦化過程中被調(diào)節(jié)，以使每批煤料在近似相同的時間內(nèi)被焦化出來。一旦煤被“焦化出來”或完全焦化，則從爐中移除焦炭并用水淬火使其驟冷，以使其冷卻到其著火點(diǎn)溫度之下?？商娲?，焦炭使用惰性氣體干淬。淬火操作也必須被仔細(xì)地控制，以使焦炭不吸收太多水分。一旦其被淬火，焦炭被篩選并被裝載到軌道車或卡車中進(jìn)行運(yùn)輸。
[0007]因為煤被給料到熱爐中，所以許多煤給料過程是自動的。在槽型爐或垂直爐中，典型地通過爐頂部中的槽或開口裝填煤。這種爐傾向于為高和窄的。水平的無回收或熱回收型煉焦?fàn)t也被用于生產(chǎn)焦炭。在無回收或熱回收型煉焦?fàn)t中，輸送帶被用于將煤顆粒水平地輸送到爐中，以提供長形的煤床。
[0008]由于適合于形成冶金煤(“焦化煤”)的煤源已減少，所以已嘗試將脆煤或較低質(zhì)量煤(“非焦化煤”)與焦化煤混合，以便為爐提供適合的煤料。一種結(jié)合非焦化和焦化煤的方法是使用壓實(shí)或搗固煤。將煤在處于爐中之前或之后壓實(shí)。在一實(shí)施方式中，非焦化和焦化煤的混合物被壓實(shí)到大于每立方英尺50鎊，以便在煉焦過程中使用非焦化煤。隨著煤混合物中非焦化煤的百分比增加，需要更高的煤壓實(shí)水平(例如，高達(dá)約65至75鎊每立方英尺)。在商業(yè)上，煤通常被壓實(shí)到約1.15至1.2的比重(SG)或約70-75鎊每立方英尺。
[0009]基于在水平熱回收(HHR)爐內(nèi)部相對的操作大氣壓強(qiáng)條件，HHR爐相比于化學(xué)副產(chǎn)品爐具有獨(dú)特的環(huán)境優(yōu)勢。HHR爐在負(fù)壓力下操作，然而化學(xué)副產(chǎn)品爐在略微的正大氣壓強(qiáng)下操作。該兩種爐一般都由耐火磚和其它材料構(gòu)成，日復(fù)一日的操作期間小裂紋可能在這些結(jié)構(gòu)中形成，因而在其中創(chuàng)建一個大體上密閉的環(huán)境是一個挑戰(zhàn)。化學(xué)副產(chǎn)品爐被保持在正壓力下，從而避免氧化可回收產(chǎn)品和使?fàn)t過熱。相反地，HHR爐被保持在負(fù)壓力下，使空氣從爐外進(jìn)入以氧化煤的揮發(fā)物并釋放爐內(nèi)的燃燒熱。最小化揮發(fā)性氣體損失到環(huán)境中非常重要，使得正大氣條件和化學(xué)副產(chǎn)品爐的小開口和裂紋的結(jié)合允許原材料煉焦?fàn)t氣體(“COG”)和有毒污染物泄漏至大氣中。相反地，負(fù)大氣條件和在HHR爐或煉焦成套設(shè)備中的其它位置的小開口和裂紋簡單地允許多余的空氣進(jìn)入爐或煉焦成套設(shè)備中的其它位置，這使得負(fù)大氣條件阻止COG的損失進(jìn)大氣中。
[0010]HHR爐傳統(tǒng)上一直無法將其操作(例如，它們的焦炭生產(chǎn))顯著調(diào)低到其設(shè)計的能力以下而不潛在地?fù)p害爐。這種限制是與在爐中的溫度限制相關(guān)聯(lián)的。更具體地，傳統(tǒng)的HHR爐至少部分地由硅磚制成。當(dāng)硅爐建成后，可燃的隔板被放置在爐冠部內(nèi)的磚塊間以允許磚塊膨脹。一旦爐被加熱，隔板燒掉且磚塊膨脹為鄰接。一旦HHR硅磚爐被加熱，它們決不允許將溫度降低到硅磚熱-體積-穩(wěn)定的溫度，即高于硅的通常的體積-穩(wěn)定的溫度(即不膨脹或收縮)。如果磚塊下降到此溫度以下，則磚塊開始收縮。由于隔板都被燒掉了，因此傳統(tǒng)的冠部可以在冷卻時收縮達(dá)數(shù)英寸。這對于冠部磚塊而言是潛在的足以使其開始挪動并可能坍塌的運(yùn)動。因此，足夠的熱量必須在爐內(nèi)被維持以保持磚塊的溫度高于熱-體積-穩(wěn)定的溫度。這就是為什么HHR爐被認(rèn)為不能被關(guān)閉的原因。因為爐不可能被顯著地調(diào)低，在需要低碳鋼和焦炭的時期，必須持續(xù)對焦炭生產(chǎn)。此外，對加熱的HHR爐進(jìn)行維持可以是困難的。煉焦?fàn)t系統(tǒng)的其它部分可能遭受類似的熱和/或結(jié)構(gòu)的限制。例如，在爐底板下運(yùn)作的爐底煙道的冠部可能坍塌或者遭受爐底板的隆起、地面沉降、熱或結(jié)構(gòu)周期，或其它疲勞。這些壓力可能會導(dǎo)致在爐底煙道中的磚塊挪動或脫離。
【附圖說明】
[0011]圖1A是根據(jù)本技術(shù)的實(shí)施方式被配置的水平熱回收煉焦成套設(shè)備的部分的等距、局部剖視圖。
[0012]圖1B是根據(jù)技術(shù)的實(shí)施方式被配置的水平熱回收煉焦?fàn)t的爐底煙道部分的俯視圖。
[0013]圖1C是用于與如圖1B所示的爐底煙道一起使用并根據(jù)技術(shù)的實(shí)施方式被配置的整塊冠部的正視圖。
[0014]圖2A是根據(jù)技術(shù)的實(shí)施方式被配置的具有整塊冠部的煉焦?fàn)t的等距視圖。
[0015]圖2B是根據(jù)技術(shù)的實(shí)施方式的圖2A的整塊冠部的正視圖，其中整塊冠部在收縮配置和膨脹配置之間運(yùn)動。
[0016]圖2C是根據(jù)技術(shù)的進(jìn)一步的實(shí)施方式被配置的用于支持整塊冠部的爐側(cè)壁的正視圖。
[0017]圖2D是根據(jù)技術(shù)的進(jìn)一步的實(shí)施方式被配置的用于支持整塊冠部的爐側(cè)壁的正視圖。
[0018]圖3是根據(jù)技術(shù)的進(jìn)一步的實(shí)施方式被配置的具有整塊冠部的煉焦?fàn)t的等距視圖。
[0019]圖4A仍是根據(jù)技術(shù)的進(jìn)一步的實(shí)施方式被配置的具有整塊冠部的煉焦?fàn)t的等距視圖。
[0020]圖4B是根據(jù)技術(shù)的進(jìn)一步的實(shí)施方式被配置的圖4A的整塊冠部的正視圖。
[0021]圖5示出了調(diào)低水平熱回收煉焦?fàn)t的方法的框圖。
具體實(shí)施例
[0022]本技術(shù)大體上針對具有整塊冠部的水平熱回收煉焦?fàn)t。在一些實(shí)施方式中，HHR煉焦?fàn)t包括整塊冠部，其跨越在相對的爐的側(cè)壁之間的爐的寬度。該整塊作為單個結(jié)構(gòu)在加熱時膨脹在冷卻時收縮。在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，冠部包括熱-體積-穩(wěn)定的材料。在各種實(shí)施方式中，該整塊和熱-體積-穩(wěn)定的特征可以被組合或單獨(dú)使用。這些設(shè)計可允許爐被調(diào)低到傳統(tǒng)上可行的溫度之下，同時維持冠部的結(jié)構(gòu)完整性。
[0023]該技術(shù)的幾個實(shí)施方式的具體細(xì)節(jié)參考圖1A-5在下面被描述。描述通常與煉焦?fàn)t相關(guān)聯(lián)的公知的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的其它細(xì)節(jié)尚未在下面的公開中被闡述，以避免不必要地模糊對本技術(shù)的各種實(shí)施方式的描述。許多細(xì)節(jié)、尺寸、角度和其它圖中所示的特征僅僅是對該技術(shù)的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行說明。因此，其它實(shí)施方式可以具有其它細(xì)節(jié)、尺寸、角度和特征，而不脫離本技術(shù)的精神或范圍。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員，因此，將相應(yīng)地理解，該技術(shù)可是具有附加的元件的其它實(shí)施方式，或者該技術(shù)可以具有其它實(shí)施方式，而不具有如下參考圖1A-5所示或描述的若干個特征。
[0024]圖1A是根據(jù)本技術(shù)的實(shí)施方式被配置的水平熱回收(“HHR”)煉焦成套設(shè)備100的部分的等距、局部剖視圖。該成套設(shè)備100包括多個煉焦?fàn)t105。每個爐105可包括由底板160定義的開口腔室、形成爐的大體上整個一側(cè)的前門165、形成與前門相對的爐的大體上整個一側(cè)的的與前門165相對的后門(未示出)，兩個側(cè)壁175在前門165和后門中間從爐底板160向上延伸，以及冠部180，其形成爐室185的開口腔室的頂部表面。如所示，冠部180的第一端可以擱置在第一側(cè)壁175上，而該冠部180的第二端可以擱置在相對的側(cè)壁175上。相鄰的爐105可以共享一個公共的側(cè)壁175。
[0025]在操作中，從放置在爐室185內(nèi)的煤產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體在冠部180內(nèi)收集并在整個系統(tǒng)中下游地進(jìn)入到在一個或兩個側(cè)壁175內(nèi)形成的下降管通道112。該下降管通道112流體地連接爐室185，該爐室185具有位于爐底板160下方的爐底煙道116。該爐底煙道116包括多個并排通路117，其在爐底板160下方形成迂回的路徑。盡管圖1A所示的通路117是大體上平行于爐105的縱向軸線的(即，平行于側(cè)壁175)，在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，爐底煙道116還可以被配置為使得通路117的至少幾段大體垂直于爐105的縱向軸線(即，垂直于側(cè)壁175)。這種布置如圖1B所示并在下面進(jìn)一步詳細(xì)討論。從煤中產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體可以在爐底煙道166中被燃燒