CN101490213B - 具有高挥发分含量的煤的炼焦方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及按照不回收方法或者热回收方法在具有炼焦室的炼焦设备中对煤，尤其是具有高或者变化的挥发分含量的那些煤进行炼焦的方法，还涉及装置，利用该装置可以非常简单的方式通过如下方式实施该方法，即通过输入水蒸气防止炼焦炉过热。在此，所提出的方法与所使用的炼焦炉数量无关，只要它们形成炼焦炉组。

Description

具有高挥发分含量的煤的炼焦方法和装置

技术领域

本发明涉及按照不回收方法或热回收方法在具有炼焦室的炼焦设备上对煤，尤其是具有高或者变化的挥发分含量的煤进行炼焦的方法，本发明还涉及一种装置，利用该装置可以非常简单的方式通过如下方式实施该方法：通过输入水蒸汽防止炼焦炉过热。在此，所提出的方法与所使用的炼焦炉的数量无关，只要它们形成炼焦炉组。

背景技术

为了炼焦，将炼焦炉的经预热的炼焦室装填一层煤并然后将其封闭。煤层可以作为散装料或者以压实、夯实的形式存在。通过煤的加热，煤的挥发性成分发生挥发，其主要是烃。不回收炼焦炉和热回收炼焦炉的炼焦室内进一步的热量产生仅通过燃烧所释放出来的挥发性煤成分而进行，所述挥发性煤成分由于不断进行的加热而连续地挥发。

按照传统的现有技术这样控制燃烧，使也称为粗煤气的所释放出的气体的一部分在炼焦室内直接在煤装料的上方燃烧。为此必需的燃烧空气经过门和顶盖中的开口吸入。该燃烧阶段也称为第一空气阶段或者一次空气阶段。一次空气阶段通常不导致完全燃烧。燃烧时所释放的热量加热煤层，其中在其表面上在短时间后形成一个灰层。该灰层引起空气密封并在进一步的炼焦工艺进程中防止煤层燃尽。在燃烧时所释放的一部分热量由于热辐射从上面穿过形成的灰层传递到煤散装料内。所产生的另一部分热量尤其通过热传导经砌衬的炼焦炉壁传递到煤层内。然而，在仅应用唯一的空气阶段情况下单纯从上面对煤层加热会导致不经济地长的结焦时间(Garungszeit)。

因此，将在一次空气阶段中部分燃烧的粗煤气在另一阶段燃烧，并将热量从下面或者从旁边输送到煤层。为此在传统的现有技术中主要已知两种工艺：US4,124,450中结合同一发明人的文献US4,045,299和US3,912,597描述了如何将由燃烧废气和部分燃烧的粗煤气组成的热混合物导入到炼焦室下面的通道内，在那里其热量的一部分可以排到位于煤层下面的炉衬上，所述炉衬通过热传导将热能传递到煤上。在进一步的流动进程中，在设置在炼焦室的侧壁之间利用回流换热运行的燃烧室内进行后燃烧。那里产生的热量由于热传导从旁边通过炼焦炉壁传递到煤层，由此明显缩短结焦时间。这种燃烧阶段也称为第二空气阶段或者二次空气阶段。

其他传统工艺将在一次空气阶段部分燃烧的煤气通过焦炉壁内也称为“下气道”的通道输送到炼焦室下面炉底内的加热烟道，在那里进一步充分吸入燃烧空气，以便达到完全的燃烧。这同样导致，既直接通过从上面的热辐射，又间接通过从下面的热传导向煤装料输送热量，并明显提高了所述炉的炼焦速率和由此明显提高了所述炉的生产能力。

在传统的现有技术中，通过炼焦炉内两阶段燃烧产生的烟气随后通过位于炼焦炉外部的烟气通道导入到烟囱的方向，并可以在那里在不回收方法的情况下排除到大气中，或者在热回收方法的情况下例如输送到用于产生蒸汽的分设备中。

已经证明成问题的是，挥发性煤成分的释放非均匀地在结焦时间期间内进行。炼焦开始时记录下炼焦炉室温下降。这种现象由装料过程引起，因为将具有环境温度的煤装入到热的炼焦炉室内。随后进行高热值煤气的剧烈释放阶段。炼焦炉内突然提供的热量只能以受限的速率被煤和炼焦炉结构材料吸收。因此，炼焦炉室内的温度在炼焦过程的进程中上升，并在装料煤混合物具有高比例的挥发性成分的情况下，可能导致超过炼焦炉所使用的结构材料或者在流动方向上下游烟气通道和分设备的应用极限温度。然后，在进一步的结焦时间进程中挥发性煤成分的释放又逐渐变弱。

在现有技术中，方法上仅通过调节一次空气和二次空气的体积流量来调节炼焦炉内的温度。这样做的缺点是，由此影响到炼焦本身的反应，因为在一次空气或二次空气中所含有的氧起反应组分的作用且其化学计量过量或者化学计量不足量的存在导致不同的燃烧阶段。

为规避这类问题并保证尽可能均匀的热量产生和焦炭品质，炼焦炉内使用由多种单一煤组分组成的煤混合物。煤混合物传统上这样调节，使得通过确定的最大值限制挥发性成分的含量。因为全球可供使用的煤大部分不满足这种标准，所以可供这种炼焦方法使用的煤的选择受到这种做法的限制，这导致经济上的劣势。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种得到改进的方法，该方法对煤在挥发性成分的含量方面不再进行限制，导致烟气中的氮氧化物负荷减少，保护炼焦炉的材料并同时改进焦炭品质，而在此不降低焦炭的单位生产能力。

本发明通过如下方式实现了根据主权利要求的目的：使用一种在“不回收型”或者“热回收型”炼焦炉的炼焦室内生产焦炭的方法，其中

·向炼焦室装一层煤，并随后将煤加热，并由此使挥发性的煤成分从煤中挥发，

·这些挥发性的煤成分借助所输入的空气(一次空气)而部分氧化，

·这种气体混合物通过烟气通道进入到炼焦炉炉底，其中

·该通道设置在炼焦室的侧壁内部或者上面，以及

·在炼焦炉炉底使未燃烧的挥发性煤成分燃烧，其中

·不仅炼焦室而且炼焦炉炉底均具有用于受限地输送空气的装置，其中

·测量温度，并且

·温度测量值被转送到过程计算机，并且

·为了冷却通过蒸汽管道将水蒸汽导入到炼焦炉内，所述蒸汽管道中设计有计量装置，并且

·所述测量值的过程计算机又控制所述计量装置。

该方法解决了实现缓和控制炼焦炉温度的目的，使得通过导入水蒸汽可将炼焦炉温度非常精确地保持在无危害但高的水平上，导致烟气中的氮氧化物负荷减少，保护炼焦炉的材料，而在此不降低焦炭的单位生产能力。

本发明的一种有利的实施方式设计，测量炼焦室内的温度，以及需要时为了冷却将水蒸汽导入到炼焦室的气体空间中，即焦饼上方。在一种同样有利的变化方案中，需要时为了冷却炼焦炉炉底将水蒸汽导入到烟气通道内。这种方法可以进行如下优化，即共同使用上面到到的两种变化方案。

在此，比较有利地这样进行本发明的方法，即通过调节水蒸汽的添加而不超过炼焦炉结构材料所承受的1400℃的最高温度。在此，在本发明的方法中水蒸汽具有提高的压力，在该压力下将水蒸汽导入到炼焦室和/或烟气管道内。此外，通过使用温度处于150℃-300℃范围内的相对冷的水蒸汽可以改进该方法。

一方面，低蒸汽温度是重要的，以便使得可以尽可能多地吸收能量并从炼焦炉中排出能量，另一方面已表明，水蒸汽不允许以过高的冲量导入到炼焦室内，因为否则会剥蚀在焦饼或者焦炭散装料上面形成的灰层。通过该灰层阻止炼焦炉内的煤或焦炭燃尽，从而该灰层对有价值物质起到重要的保护功能。

改进在于，将水蒸汽与一次空气或二次空气共同导入，由此可以减少炼焦炉建筑结构上开口的数量。

本发明还包括一种用于实施在所公开的实施方式之一中的方法的炼焦炉，其中在该炼焦炉中在炼焦炉壁或烟气通道中设计有开口，通过所述开口可以导入水蒸汽。

炼焦炉的改进在于，中央蒸汽管道通向开口且多个炼焦炉相互连接。在该炼焦炉的一种改进的变化方案中，在开口前或在通向开口的管道内设计有用于改变所需的水蒸汽量的计量装置，所述计量装置又通过控制线路与过程计算机连接。

在此，不需要在整个结焦时间内向煤装料导入水蒸汽。因此特别必要的是在加热阶段开始时和加热阶段期间导入水蒸汽。随着达到临界的炼焦炉室温，上述方法有效地用于缓和。通过导入水蒸汽可将炼焦炉温度非常精确地保持在无危害但高的水平上且水蒸汽在其他方面在炼焦炉内或后续过程阶段中表现为惰性，总体上加速炼焦过程。

在此有利的还有，恰恰是由于挥发性成分比例特别高而被视为劣质的煤在此可有利地作为炼焦加速剂使用，并可以取消用于混合不同煤装料的事先的工艺步骤。

在该方法的进一步实施方案中设计，水蒸汽的导入在任何时候都这样进行，使得炼焦炉结构材料决不承受超过1400℃的温度。实际上这例如可以这样达到，即在炉衬的根据经验积聚大量热量的那些位置上安装温度测量点，并同样在这些区域中设置用于导入水蒸汽的开口。

在一种模拟的试验方法中，提供具有5个开口的热回收炼焦炉，通过所述开口可以将水蒸汽引导到炼焦室内。此外，将炼焦室与炼焦炉炉底连接的所有烟气通道同样设计有开口，通过所述开口可以将水蒸汽导入到炼焦炉炉底。蒸汽管道通向所有开口，所述蒸汽管道与中央主蒸汽管道连接且所述蒸汽管道中分别设计有计量装置和控制元件。在炼焦室的顶部和在将粗煤气从炼焦炉炉底导向烟囱的粗煤气主管道上定位设置温度测量仪。温度测量值被转送到过程计算机，其又控制计量装置。

在所述试验方法中，使用具有不同高比例的易挥发组分的煤装料，所述易挥发组分在传统的炼焦炉中会导致耐火材料过热和损害。该方法和炼焦炉任何时候均这样控制，即必须不容许炼焦炉材料的损害或有价值的物质的损失。

Claims (10)

1.在“不回收型”或者“热回收型”炼焦炉的炼焦室内生产焦炭的方法，其中

·向炼焦室装一层煤，

·将煤加热并使挥发性的煤成分作为煤气从煤中挥发，

·这些煤气借助所输入的空气，即一次空气部分氧化，

·这些煤气通过烟气通道进入炼焦炉炉底，其中

·所述通道设置在炼焦室的侧壁内部或者上面，以及

·在炼焦炉炉底使未燃烧的煤气燃烧，其中

·不仅炼焦室而且炼焦炉炉底均具有用于受限地输入空气的装置，

其特征在于，

·测量温度，并且

·温度测量值被转送到过程计算机，并且

·为了冷却通过蒸汽管道将水蒸汽导入到炼焦炉内，所述蒸汽管道中设计有计量装置，并且

·所述测量值的过程计算机又控制所述计量装置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

·测量炼焦室内的温度，以及

·需要时为了冷却向炼焦室的气体空间内导入水蒸汽。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

·需要时为了冷却炼焦炉炉底而将水蒸汽导入到烟气通道内。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，水蒸汽添加的调节任何时候都这样进行，使得炼焦炉结构材料所承受的最高温度不超过1400℃。

5.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，在提高的压力下导入水蒸汽。

6.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，水蒸汽具有150℃至300℃的温度。

7.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，将水蒸汽以水蒸汽-空气混合物的形式输入。

8.用于实施根据前述权利要求1-7任一项所述的方法的炼焦炉，其特征在于，在炼焦炉壁或烟气通道中设计有开口，通过所述开口可导入水蒸汽或水蒸汽-空气混合物。

9.根据权利要求8所述的炼焦炉，其特征在于，有中央蒸汽管道通向炼焦炉，其中中央蒸汽管道的分支通向所述开口。

10.用于实施根据权利要求5所述的方法的炼焦炉，其特征在于，在炼焦炉壁或烟气通道中的开口处设计有用于改变结焦时间期间所需的水蒸汽量的计量装置和控制元件，通过所述开口可以导入水蒸汽。