CN101336280A - 优化控制的炼焦炉和控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种构建为扁平型结构的炼焦炉，即，无回收炼焦炉或热回收炼焦炉，该炼焦炉具有至少一个测定装置，所述测定装置用于测定炼焦炉室、炼焦炉底和/或废气通道中的气体成分的浓度，其中过程控制计算机根据这些数据来确定并控制一次空气和/或二次空气的优化供给。本发明还涵盖使用这种类型的炼焦炉的炼焦方法。

Description

优化控制的炼焦炉和控制方法
本发明涉及一种构建为扁平型结构的炼焦炉，即，所谓的无回收炼焦炉或热回收炼焦炉，该炼焦炉具有至少一个测定装置，所述测定装置用于测定炼焦炉室、炼焦炉底和/或废气通道中的气体成分的浓度，其中过程计算机根据这些数据来确定并控制一次空气和/或二次空气的优化供给。本发明还涵盖使用这种类型的炼焦炉的炼焦方法。
通常，通过炼焦时产生的气体的燃烧和/或通过使待碳化的煤的轻质易挥发部分的物质燃烧来对热回收炼焦炉进行加热。以这样的方式对燃烧进行控制：使得位于煤料上方的气体中的一部分在一次空气的存在下在炼焦炉室中燃尽。这种部分燃烧后的气体通过气体通道(其也被称为“下气道”)被加入到炼焦炉底，并在此通过进一步加入燃烧空气(其被称为“二次空气”)而完全燃烧。
这样，热量由顶部直接供给煤料，并且由底部间接供给煤料，由此对炼焦速度、进而对炼焦炉的性能水平都产生了积极的影响。为了实施这种方法，需要在全部炼焦时间内(可能会花费达96小时)都精确地设定并可变地控制一次空气和二次空气的供给。扁平型结构的热回收炼焦炉和无回收炼焦炉在现有技术公开中具有广泛的描述。例如，参见专利文献US 4,344,820、US 4,287,024、US 5,114,542、GB 1555 400或CA 2 052 177C。
根据本领域技术的常规状况，一次空气通过炉门上的气口从大气中被吸入。二次空气通过靠近地面的气口被吸入，并且通过管道被输送到加热火道(其主要在炼焦炉室之下水平延伸)中。用于一次空气和二次空气的气口是一直打开的，或者该气口设置有被设计为用于调节待吸入空气的量的闸门。
由于炼焦炉组的规模很大，又由于其内通常主要处于极高温度下，并且会产生大量的灰尘，因此现有技术中仅仅公开了可手动调节的通气闸门。美国专利No.5,928,476描述了这样一种炼焦炉组，其中每个炼焦炉门中设置有三个可手动操作的气口，在该气口中或该气口的前面均布置有一块板或盘，每块板或盘都与气口的横截面相配、并且在中心轴处受到支撑。可以用控制杆手动改变这些气口闸门的位置。
本申请人的德国专利DE 102005055483.0-24公开了一种允许对一次空气和二次空气进行连续控制的中央调节元件。
然而，在实际中显而易见的是，由于煤的粉碎度、煤的湿度或惰性部分等存在差异，因此使用现有技术的炼焦炉难以应对煤的质量的改变，并且为了获得高的焦炭质量必须安排不必要长的炼焦时间。
因此，现在本发明的目的是以经济的方式消除上述缺陷，并且确保对一次空气和/或二次空气进行优化供给，以便改善炼焦炉的性能水平、进而也改善炼焦时间。
本发明通过提供一种构建为扁平型结构的炼焦炉(即，所谓的无回收炼焦炉或热回收炼焦炉)来解决上述问题，所述的炼焦炉包括炼焦炉室和具有通道的炼焦炉底，并且所述炼焦炉室和所述炼焦炉底通过气体通道彼此相连，其中在所述炼焦炉的炉壁或炉门中设置有用于供给一次空气的开口、以及用于将二次空气供给到所述炼焦炉底的一个或多个开口或者通道，并且在这些开口的前面或与这些开口相连的管线中设置有关闭装置。
相应的是：
■至少一个测定装置与所述炼焦炉相连，该测定装置用于测定炼焦炉室、炼焦炉底和/或气体通道中的气体成分的浓度，并且
■该测定装置又与计算机单元相连，其连接方式使得计算机单元可以接收来自所述测定装置的数据和测定结果，并且
■所述计算机单元与关闭装置的一个或多个调节器件相连，其中所述关闭装置表示阀门、闸门、滑门等。
一种改进的变体在于将温度测定装置设置在炼焦炉底或炼焦炉的废气通道中，其中所述的温度测定装置也与计算机单元连接，其连接方式使得计算机单元可以接收来自所述温度测定装置的数据和测定结果。
理想的是，所述测定装置表示用于测定氢气、氮气、一氧化碳或二氧化碳的分析器，并且所述测定装置通过管线与炼焦炉室连接。这些主要成分的浓度或这些主要成分中某一种成分的浓度与焦饼的焦化状态密切相关。
尤其是，在得到最终的煤组成时氢气燃尽是指示炼焦时间终点的理想指标。因此，在使用本发明的炼焦炉的情况下，可以按照几乎在氢气的量达到0体积％的同时、达到炼焦时间终点的方式控制炼焦过程。如果氢气预先燃尽，这将导致焦炭的有价值成分过度燃烧和/或成灰(这会产生经济上的缺陷)。
在本发明的另一个变体中，所述测定装置是设置在炼焦炉底或废气通道中以测定氧气含量的λ探针。用λ探针并通过对二级空气进行反馈控制，可以确保在不引起温度过度剧烈降低(温度过度剧烈降低将导致焦化时间延长)的情况下，在炼焦炉底中一直发生完全的燃烧。
本发明改进的变体在于设置至少一个用于测定氢气、氮气、一氧化碳或二氧化碳的分析器以及用于测定氧气的λ探针。
此外，本发明涵盖一种使煤碳化的方法，其中在所公开的一个实施方案中使用上述的炼焦炉，其中，
■将煤加入所述的炉中，并且开始炼焦过程，
■在碳化过程中分析一种或多气体成分的浓度，
■将所得数据传送到计算机单元中，
■该计算机单元根据所存储的离散值或模型计算结果，确定一次空气和/或二次空气的供给，
■该计算机单元通过控制线启动一次空气和/或二次空气关闭装置的控制元件，并且由此
■对一次空气和/或二次空气进行调控。
在该方法的一种改进变体中，
■测定所述炼焦炉底和/或废气管道中的温度，并且
■将所测数据传送到计算机单元中，并且
■随后该计算机单元根据所存储的离散值或模型计算结果，确定一次空气和/或二次空气的供给，并且
■通过控制线对一次空气和/或二次空气关闭装置的控制元件进行控制，并由此
■在煤的碳化过程中对一次空气和/或二次空气进行控制和调节。
以这样的方式应用本发明的方法：在煤的碳化过程中，炼焦炉底的平均温度降低350℃至400℃，并且不降至低于1000℃。此外，本发明的优化之处在于将废气通道中的氧气浓度控制并调节在7.5体积％至8.5体积％的稳定水平。
以下根据图1所示的实施方案的变体对本发明进行举例说明，并且本发明并不限定于该实施方案的例子。图1示出了包括炼焦炉室1和炼焦炉底2的炼焦炉，其中炼焦炉底2的单独的室或通道均未示出。炼焦炉室1通过气体通道3与炼焦炉底2相连。一次空气可以通过管线4被供给到炼焦炉室1中，其中管线4中设置有控制闸门7。二次空气可以通过管线5被供给到炼焦炉底2中，其中管线5中设置有控制闸门8。管线9起到从炼焦炉室1中取少量体积的气流的作用，并将炼焦炉室1与分析器10(其在所示的例子中适于测定氢气)相连。待测定并在管线9中传输的气体通过压缩机11被吸入，并被传输到分析器10中。热交换器12安装于压缩机11的上游，以使气体冷却。该体积的气流通过管线21被输送回炼焦炉室1中。
此外，图1示意性地示出置于炼焦炉底2内的温度测定装置13和置于废气通道6内的λ探针14。所测定的数值通过数据总线17和18被传送到计算机单元16中，该计算机单元16也通过数据总线15接收来自分析器10的测定值。计算机单元16通过控制线19对控制闸门7进行控制，并由此分别调控一次空气的体积流量和炼焦炉室1中的温度。此外，计算机单元16通过控制线20对控制闸门8进行控制，从而调节二次空气的体积流量，并由此调节炼焦炉底2中的温度和废气通道6中的氧气含量。
通过使用上述方法和本发明的装置，能够显著缩短炼焦时间。现在可以可靠地达到低于48小时的炼焦时间，这表明与本领域的技术状况相比，本发明的炼焦炉的性能水平得到显著提高。
1参考标号列表
1  炼焦炉室
2  炼焦炉底
3  气体通道
4  管线(一次空气)
5  管线(二次空气)
6  废气通道
7  关闭元件(一次空气)
8  关闭元件(二次空气)
9  管线
10 分析器
11 压缩机
12 热交换器
13 温度测定装置
14 λ探针
15 数据总线
16 计算机单元
17 数据总线
18 数据总线
19 数据总线
20 数据总线

Claims (10)

1.一种构建为扁平型结构的炼焦炉(即，无回收炼焦炉和/或热回收炼焦炉)，该炼焦炉包括炼焦炉室和具有通道的炼焦炉底，所述炼焦炉室和所述炼焦炉底通过气体通道彼此相连，其中在所述炼焦炉的炉壁和/或炉门中设置有用于供给一次空气的一个或多个开口或者通道、以及用于将二次空气供给所述炼焦炉底的一个或多个开口或者通道，并且在这些开口的前面或与这些开口相连的管线中设置有关闭装置，
所述炼焦炉的特征在于，
所述炼焦炉与至少一个测定装置相连，该测定装置用于测定所述炼焦炉室、所述炼焦炉底和/或废气通道中的气体成分的浓度，并且
该测定装置又与计算机单元相连，其连接方式使得该计算机单元可以接收来自所述测定装置的数据和测定结果，并且
所述计算机单元通过控制线与所述关闭装置的一个或多个调节器件相连，其中所述关闭装置表示阀门、闸门、滑门等。
2.根据权利要求1所述的炼焦炉，其特征在于，所述炼焦炉底或所述废气通道中设置有温度测定装置，所述温度测定装置也与所述计算机单元相连，其连接方式使得所述计算机单元可以接收来自所述温度测定装置的数据和测定结果。
3.根据上述权利要求1或2中任意一项所述的炼焦炉，其特征在于，所述测定装置是用于测定氢气、氮气、一氧化碳或二氧化碳的分析器。
4.根据权利要求3所述的炼焦炉，其特征在于，所述分析器通过管线与所述炼焦炉室相连。
5.根据上述权利要求1或2中任意一项所述的炼焦炉，其特征在于，所述测定装置是λ探针，该λ探针用于测定氧气、并且被布置在所述炼焦炉底或所述废气通道中。
6.根据上述权利要求3或5中任意一项所述的炼焦炉，其特征在于，所述炼焦炉设置有用于测定氢气、氮气、一氧化碳或二氧化碳的分析器以及用于测定氧气的λ探针。
7.一种使煤碳化的方法，其特征在于，
提供根据上述权利要求中任意一项所述的炼焦炉，以及
-将煤加入所述的炉中，并且开始炼焦过程，
-在碳化过程中分析一种或多种气体成分的浓度，
-将所得数据传送到计算机单元中，
-该计算机单元根据所存储的离散值或模型计算结果，确定一次空气和/或二次空气的供给，并且
-通过控制线启动所述的一次空气和/或二次空气关闭装置的控制元件，由此
-对所述的一次空气和/或二次空气进行调节。
8.根据权利要求7所述的使煤碳化的方法，其特征在于，在煤的碳化过程中，
-测定所述的炼焦炉底和/或废气通道中的温度，并且
-将所测数据传送到计算机单元中，
-该计算机单元根据所存储的离散值或模型计算结果，确定所述的一次空气和/或二次空气的供给，并且
-通过控制线启动所述的一次空气和/或二次空气关闭装置的控制元件，由此
-对所述的一次空气和/或二次空气进行调节。
9.根据上述权利要求7或8中任意一项所述的使煤碳化的方法，其特征在于，在煤的碳化过程中，所述的炼焦炉底的平均温度降低350℃至400℃，并且不降至低于1000℃。
10.根据上述权利要求7至9中任意一项所述的使煤碳化的方法，其特征在于，所述废气通道中的氧气浓度稳定地处于7.5体积％至8.5体积％的范围内。
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