在搗固焦爐內共用揮發(fā)性物質的方法和裝置的制造方法
【專利說明】在搗固焦爐內共用揮發(fā)性物質的方法和裝置
[0001]相關申請案的交叉引用
[0002]本申請要求2012年8月17日提交的美國非臨時專利申請第13/589,004號的權益，其公開文本以引用的方式整體并入本文。
[0003]發(fā)明背景
[0004]本發(fā)明總體上涉及用于由煤生產焦炭的煉焦設備領域。焦炭是在鋼鐵生產中用于恪化和還原鐵礦石的固體碳燃料和碳源。在一種稱為“湯普森煉焦工藝(Thompson CokingProcess)”的工藝中，通過將煤粉分批加入爐內，密封所述爐并且在嚴密控制的大氣條件下加熱24-48h至極高溫度，生產焦炭。煉焦爐已經使用多年，用于將煤轉化為冶金焦炭。在煉焦過程中，在受控溫度條件下加熱細碎煤為煤除去易揮發(fā)性物質并形成具有預定孔隙率和強度的焦炭熔體。因為焦炭的生產為分批工藝，所以同時操作多個焦爐。
[0005]加熱過程中煤粒經歷的熔化和熔合過程是煉焦的重要部分。煤粒轉化為熔融物質的熔化程度和同化程度決定了所生產的焦炭的特性。為了由特定的煤或混合煤生產最硬的焦炭，在煤中存在活性與惰性實體的最佳比例。焦炭的孔隙率和強度對于礦石精煉過程很重要并且由煤源和/或煉焦方法決定。
[0006]將煤?；蚧旌厦毫Ｑb入熱爐內，并且煤在爐內加熱以便從所生成的焦炭中去除揮發(fā)性物質。煉焦工藝高度依賴于使用的爐設計、煤類型和轉化溫度。在煉焦工藝期間調節(jié)爐，以致每次裝入的煤均在大致相同的時間內焦化。一旦煤“結焦”或完全焦化，就將焦炭從爐內移出并用水熄焦以將其冷卻至低于其著火溫度?？蛇x地，用惰性氣體干法熄焦。熄焦操作也必須小心控制，以致焦炭不會吸收太多水分。一旦熄焦，就篩分焦炭并裝入軌道車或卡車進行運輸。
[0007]因為將煤加入熱爐內，所以大部分加煤過程自動化。在槽式或立式爐內，通常通過爐頂部的槽或開口裝煤。這種爐往往又高又窄。臥式非回收或熱回收類煉焦爐也用于生產焦炭。在非回收或熱回收類煉焦爐中，用輸送機將煤粒水平輸送到爐內以提供細長煤層。
[0008]隨著適合形成冶金用煤(“煉焦煤”)的煤源減少，已經嘗試將劣質或低質量煤(“非煉焦煤”)與煉焦煤混合以提供適于所述爐的煤料。合并非煉焦煤和煉焦煤的一種方式是使用壓實或搗固煤?？稍谄溥M入爐內之前或之后將煤壓實。在一些實施方案中，將非煉焦煤和煉焦煤的混合物壓實至高于50鎊/立方英尺，以便將非煉焦煤用于煉焦工藝。隨著煤混合物中非煉焦煤的百分比增加，需要更高的煤壓實水平(例如，高達約65-75鎊/立方英尺)。商業(yè)上，通常將煤壓實至約1.15-1.2比重(Sg)或約70-75鎊/立方英尺。
[0009]基于爐內部的相對操作大氣壓條件，臥式熱回收(HHR)爐具有優(yōu)于化學副產物爐的獨特環(huán)境優(yōu)勢。HHR爐在負壓力下工作，而化學副產物爐在略為正的大氣壓力下工作。兩種爐類型通常均由耐火磚和其它材料建造而成，其中因為在日常操作期間可能在這些結構中形成小裂紋，所以建立大體氣密環(huán)境可能是一個挑戰(zhàn)。將化學副產物爐保持在正壓力下以免氧化可回收產物和使爐過熱。相反，將HHR爐保持在負壓力下，從爐外部吸入空氣以氧化煤揮發(fā)物并在爐內釋放燃燒熱。這些相反的操作壓力條件和燃燒系統(tǒng)是HHR爐與化學副產物爐之間重要的設計差異。因為將進入環(huán)境的揮發(fā)性氣體的損失減到最低很重要，所以在化學副產物爐內正大氣條件和小開口或裂紋的組合使焦爐荒煤氣(“COG”)和有害污染物泄漏到大氣中。相反，HHR爐內或煉焦設備其他地方的負大氣條件和小開口或裂紋僅僅使補助空氣吸入爐內或煉焦設備其他地方，以致負大氣條件阻止了 COG向大氣的損失。

【發(fā)明內容】

[0010]本發(fā)明的一個實施方案涉及一種揮發(fā)性物質共用系統(tǒng)，其包括第一搗固焦爐;第二搗固焦爐;流體連接第一搗固焦爐與第二搗固焦爐的隧道;和定位于所述隧道內用于控制第一搗固焦爐和第二搗固焦爐之間的流體流量的控制閥。
[0011]本發(fā)明的另一實施方案涉及一種揮發(fā)性物質共用系統(tǒng)，其包括:第一搗固焦爐和第二搗固焦爐，所述每個搗固焦爐均包括:爐室；爐底煙道;流體連接所述爐室和所述爐底煙道的降氣管通道;與所述爐底煙道流體連通的上升氣道，所述上升氣道配置為從所述爐室接收廢氣;在所述上升氣道內并且配置為根據位置指示定位于包括完全打開和完全關閉的多個位置中的任一處以控制所述爐室內的爐通風的自動上升道擋板;和配置為檢測所述搗固焦爐的工作條件的傳感器;流體連接第一搗固焦爐與第二搗固焦爐的隧道;定位于所述隧道內并且配置為根據位置指示定位于包括完全打開和完全關閉的多個位置中的任一處以控制第一搗固焦爐與第二搗固焦爐之間的流體流量的控制閥；和與所述自動上升道擋板、所述控制閥和所述傳感器連通的控制器，所述控制器配置為響應于所述傳感器檢測到的所述工作條件，向所述自動上升道擋板和所述控制閥中的每一個提供所述位置指示。
[0012]本發(fā)明的另一實施方案涉及一種在兩個搗固焦爐之間共用揮發(fā)性物質的方法，所述方法包括:為第一焦爐裝入搗固煤;為第二焦爐裝入搗固煤;操作第二焦爐生成揮發(fā)性物質并且在至少等于目標煉焦溫度的第二焦爐溫度下操作;操作第一焦爐生成揮發(fā)性物質并且在低于所述目標煉焦溫度的第一焦爐溫度下操作;將揮發(fā)性物質從第二焦爐轉移到第一焦爐;在第一焦爐內燃燒轉移的揮發(fā)性物質以將第一焦爐溫度至少升高至所述目標煉焦溫度;并且繼續(xù)操作第二焦爐，使得第二焦爐溫度至少在所述目標煉焦溫度下。
[0013]本發(fā)明的另一實施方案涉及一種在兩個搗固焦爐之間共用揮發(fā)性物質的方法，所述方法包括:為第一焦爐裝入搗固煤;為第二焦爐裝入搗固煤;操作第一焦爐以生成揮發(fā)性物質;操作第二焦爐以生成揮發(fā)性物質;檢測指示第一焦爐內過熱狀態(tài)的第一焦爐溫度;并且將揮發(fā)性物質從第一焦爐轉移到第二焦爐以降低在所述過熱狀態(tài)下檢測到的第一焦爐溫度。
[0014]附圖簡述
[0015]圖1為根據示例性實施方案顯示的臥式熱回收(HHR)煉焦設備的示意圖。
[0016]圖2為圖1的HHR煉焦設備的一部分的等距局部剖視圖，切去了幾個截面。
[0017]圖3為HHR焦爐的截面圖。
[0018]圖4為圖1煉焦設備的一部分的不意圖。
[0019]圖5為具有第一揮發(fā)性物質共用系統(tǒng)的多個HHR焦爐的截面圖。
[0020]圖6為具有第二揮發(fā)性物質共用系統(tǒng)的多個HHR焦爐的截面圖。
[0021]圖7為具有第三揮發(fā)性物質共用系統(tǒng)的多個HHR焦爐的截面圖。
[0022]圖8為比較裝入松散煤的焦爐和裝入搗固煤的焦爐揮發(fā)性物質釋放速率的圖表。
[0023]圖9為比較裝入松散煤的焦爐和裝入搗固煤的焦爐的爐頂溫度與時間的圖表。
[0024]圖10為說明焦爐間共用揮發(fā)性物質的方法的流程圖。
[0025]圖11為比較爐頂溫度與第一焦爐的煉焦周期和第二焦爐的煉焦周期的圖表，其中所述兩個焦爐共用揮發(fā)性物質。
[0026]發(fā)明詳述
[0027]美國專利第6，596，128號和美國專利第7，497，930號的內容以引用的方式并入本文。
[0028]參考圖1，說明了在還原環(huán)境下由煤生成焦炭的HHR煉焦設備100。一般而言，HHR煉焦設備100包括至少一個爐105，連同熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG) 120和空氣質量控制系統(tǒng)130(例如，廢氣或煙道氣脫硫(FGD)系統(tǒng))，二者均流體定位于爐下游并且二者均通過適合氣道與爐流體連接。HHR煉焦設備100優(yōu)選包括多個爐105和將每個爐105流體連接到HRSG 120的共有隧道110。一個或多個交叉氣道115將共有隧道110流體連接到HRSG 120。冷卻氣道125將冷卻氣體從HRSG運輸到煙道氣脫硫(FGD)系統(tǒng)130。流體連接且更下游的是用于收集微粒的袋濾室135，用于控制系統(tǒng)內空氣壓力的至少一個抽風機140和用于將冷卻、已處理廢氣排到環(huán)境中的主要氣體煙道145。蒸氣管道150可使HRSG和熱電設備155互相連接，以致可利用回收熱量。如圖1所示，所示每個爐表示實際1個爐。
[0029]圖2中示出了每個爐105的更多結構細節(jié)，其中為清楚期間切去截面說明了4個焦爐105的不同部分并且也在圖3中進行了說明。每個爐105均包括一開口腔，由底板160、大體上形成爐整個一側的前門165、優(yōu)選與前門165相對大體上形成爐與前門相對的整個側面的后門170、從前門165和后門170中間的底板160向上延伸的兩個側壁175和形成爐室185開口腔上表面的頂180限定。控制爐室185內部的空氣流量和壓力對于煉焦周期的有效操作可以是至關重要的，因此前門165包括使初級燃燒空氣進入爐室185的一個或多個一次空氣入口190。每個一次空氣入口 190均包括一次空氣擋板195，其可定位于完全打開和完全關閉的許多位置的任一處以改變進入爐室185的一次氣流的量?？蛇x地，所述一個或多個一次空氣入口 190可穿過頂180形成。工作時，從位于爐室185內部的煤排放的揮發(fā)性氣體集在頂內并且在整個系統(tǒng)中向下吸入一個或兩個側壁175上形成的降氣管通道200內。降氣管通道將爐室185與位于爐底板160下的爐底煙道205流體連接。爐底煙道205在爐底板160下形成迂回路徑。從煤中排放的揮發(fā)性氣體可在爐底煙道205燃燒，從而產生熱量以支持煤還原為焦炭。降氣管通道200與一個或兩個側壁175上形成的煙囪或上升通道210流體連接。在爐底煙道205和大氣之間設有二次空氣入口 215并且二次空氣入口 215包括二次空氣擋板220，其可定位于完全打開和完全關閉的許多位置的任一處以改變進入爐底煙道205的二次氣流的量。上升通道210通過一個或多個上升氣道225與共有隧道110流體連接。在上升氣道225和大氣之間設有三次空氣入口 227。三次空氣入口 227包括三次空氣擋板229，可定位于完全打開和完全關閉的許多位置的任一處以改變進入上升氣道225的三次氣流的量。
[0030]為了提供控制通過上升氣道225和爐105內的氣體流量的能力，每個上升氣道225還包括上升道擋板230。上升道擋板230可定位于任一數量的完全打開和完全關閉的位置以改變爐105內的爐通風。如本文所使用，“通風”指相對于大氣的負壓。例如，0.1英寸水柱的通風指0.1英寸水柱低于大氣壓的壓力。水柱英寸數是壓力的非國際單位并且按照慣例用于描述在煉焦設備不同位置的通風。如果通風增加或使其更大，壓力進一步移動至大氣壓以下。如果通風減少、降低或使其更小或更低，壓力向大氣壓移動。通過用上升道擋板230控制爐內通風，可以控制從空氣入口 190、215、227進入爐105內的氣流以及進入爐105內的漏氣。通常，如圖3所示，爐105包括兩個上升氣道225和兩個上升道擋板230，但是使用兩個上升氣道和兩個上升道擋板并不必要，可將系統(tǒng)設計為僅用一個或兩個以上的上升氣道和兩個上升道擋板。
[0031]如圖1所示，樣品HHR煉焦設備100包括可分成爐組235的許多