CN102031125B - 一种高效回收废气热量的炼焦方法和焦炉 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及冶金炼焦领域一种回收焦炉废气热量的方法和焦炉，该方法通过双管式换热装置对空气进行预热，双管式换热装置设置于废气道下部辐射室内；空气由双管式换热装置内管下部入口进入，上行至外管封头折回进入下行通道，完成空气与热废气的换热；换热后的热空气进入空气分配室，再经空气分配室进入燃烧室立火道；在燃烧室立火道内设有多段空气供入装置，多段空气供入装置在立火道高度方向上设有多个不同高度的空气导入口；焦炉煤气喷嘴设置于立火道底部，立火道上部通过跨越孔与废气道相通；立火道与废气道之间设有隔墙。与现有技术相比，本发明的有益效果是：炉体结构体积小、燃烧室有效燃烧时间利用率高，热回收效率高。

Description

一种高效回收废气热量的炼焦方法和焦炉
技术领域
本发明涉及冶金炼焦领域，特别涉及焦炉炉体结构及焦炉内燃烧产生热废气的回收方法。
背景技术
现有技术中，通过换热式和蓄热式系统，利用废热将助燃空气进行预热使焦炉的热经济性得到了改进。随着焦炉技术的发展，人们发现蓄热式系统在热工学方面比换热式系统更具有优越性。一方面由于换热式装置受尺寸限制。另一方面由于换热式系统当时还只能使用导热性较差的陶瓷材料。而蓄热式焦炉相比于换热式焦炉，其只需要少量增加换热体体积即可提高热回收效率，而且可以容易使用常规耐火材料进行砌筑。
但是蓄热式焦炉存在的缺点是：1)由于要提高热效率，其炉体结构势必会高、大、复杂化。2)要配合热交换，必须要进行煤气-空气-煤气的交换，即必须有交换时间。因此其单个火道的有效燃烧时间只利用了47％。
与蓄热式焦炉相比，换热式焦炉具有如下优势：加热不需要定期换向、燃烧调节较为精确；能有效的提高了燃烧时间；克服了蓄热室焦炉由于加热需要定期换向，造成的有效燃烧时间利用率低的问题；废气中氧含量可以容易达到2％左右。如此低的废气氧含量是使用蓄热式加热系统的焦炉在当前设计施工状态下所无法达到的。
发明内容
本发明的目的是提供一种炉体结构体积小、燃烧室有效燃烧时间利用率高，热回收效率高的回收焦炉废气热量的方法及焦炉。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种回收焦炉废气热量的方法，该方法通过双管式换热装置对空气进行预热，双管式换热装置设置于废气道下部辐射室内；双管式换热装置由内管、外管组成套管式结构，内管下部为空气入口，内管顶端与外管相通，外管上部为封头结构；内管与外管之间的环形通道为换热后空气的下行通道；
空气由双管式换热装置内管下部入口进入，上行至外管封头折回进入下行通道，完成空气与热废气的换热；换热后的热空气进入空气分配室，再经空气分配室进入燃烧室立火道；换热后的废气由废气小烟道通道进入炭化室底部的废气小烟道。
在燃烧室立火道内设有多段空气供入装置，多段空气供入装置在立火道高度方向上设有多个不同高度的空气导入口；焦炉煤气在立火道内与不同高度出口的空气混合燃烧，立火道上部通过跨越孔与废气道相通。
换热后的废气由炭化室底部的废气小烟道进入位于焦侧的高温废气分烟道；由焦侧的高温废气分烟道导出的高温废气进入煤预热系统，用于炼焦用煤的预热；实现第二阶段的换热，换热后的低温废气排出。
实现所述方法的焦炉，包括燃烧室立火道、废气道、辐射室、双管式换热装置、空气分配室、废气小烟道通道；
废气道下部是辐射室，双管式换热装置设置于辐射室内，双管式换热装置由内管、外管组成套管式结构，内管下部为空气入口，内管顶端与外管相通，外管上部为封头结构；内管与外管之间的环形通道为换热后空气的下行通道；
双管式换热装置下部为空气分配室，换热后空气的下行通道与空气分配室相通；空气分配室与燃烧室立火道相连通；
辐射室底部通过废气小烟道通道与炭化室下部的废气小烟道连通。
在燃烧室立火道内设有多段空气供入装置，多段空气供入装置在立火道高度方向上设有多个不同高度的空气导入口；焦炉煤气喷嘴设置于立火道底部，立火道上部通过跨越孔与废气道相通；立火道与废气道之间设有隔墙。
所述的燃烧室立火道、多段空气供入装置、废气道、辐射室、双管式换热装置、空气分配室、废气小烟道通道，构成燃烧及换热系统，该燃烧及换热系统分为两组，在焦炉纵向方向上，由燃烧室横向隔墙分为两个独立的系统。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.焦炉炉体高度大幅降低，有利于减少焦炉炉体砌筑用耐火材料。
2.焦炉炉体高度大幅降低，有利于与之配套的焦炉机械高度降低，重量减少，从而减少投资。
3.由于取消了换向装置，蓄热室焦炉原有的交换机装置进而可以取消，从而可减少投资。
4.由于本发明焦炉换热不需要进行换向，其单个火道的有效燃烧时间由蓄热式焦炉只有47％利用率可提高至98％的利用率。每小时中断1分钟，用于对焦炉煤气下喷管的清除积炭时间。
5.此焦炉在高向分多段供入空气，而且每段空气均可调节。有利于降低焦炉煤气燃烧的剧烈程度；同时采用双管式换热装置，废气与空气不接触，从而确保了废气中的氧含量在2％左右。此两点有利于降低废气中的NOx含量，更利于环保。
6.此焦炉使用两阶段回收废气热量，相比于常规蓄热式焦炉直接废气进入烟囱排放而言，对热量回收率更好，且有利于节能环保。
附图说明
图1是本发明的焦炉炉体布置图；
图2是本发明焦炉炉体燃烧室纵向剖视图；
图3是双管式换热装置的结构图；
图4是本发明两阶段回收废气热量的系统图；
图5是本发明焦炉炉体内部供气系统图。
图中：a-燃烧室 b-炭化室 c-炉顶 d-装煤孔 e-上升管孔 1-双管式换热装置 2-空气分配室 3-辐射室 4-三段空气供入装置 5-水平横跨越孔 6-废气道 7-废气小烟道通道 8-废气小烟道 9-煤气喷嘴 10-燃烧室横向隔墙 11-立火道 12-内管 13-外管14-封头结构 15-空气入口 16-换热后空气出口
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的炉体结构及废气热量回收过程。
见图1，一种焦炉，包括燃烧室a、炭化室b，炼焦用煤由炉顶c的装煤孔d装入炭化室b，由与炭化室b相间排列的燃烧室a提供热量将装炉煤炼成焦炭，生成的荒煤气由炉顶部位的上升管孔e排出进入煤气回收系统。
见图2，焦炉燃烧室包括燃烧室立火道11、多段空气供入装置4、废气道6、辐射室3、双管式换热装置1、空气分配室2、废气小烟道通道7，构成燃烧及换热系统，该燃烧及换热系统分为两组，在焦炉纵向方向上，由燃烧室横向隔墙10将上述燃烧及换热系统分为两个独立的系统。
燃烧室立火道内设有多段空气供入装置4，多段空气供入装置4在立火道11高度方向上设有多个不同高度的空气出口；在立火道底部设有焦炉煤气喷嘴9，燃烧室立火道11上部通过水平横跨越孔5与废气道6相通；立火道11与废气道6之间设有隔墙。
见图3，废气道6下部是辐射室3，辐射室3内设有双管式换热装置1，双管式换热装置1由内管12、外管13组成套管式结构，内管12下部为空气入口15，内管12顶端与外管13相通，外管13上部为封头结构14；内管12与外管13之间的环形通道为换热后空气的下行通道。
见图2，双管式换热装置1下部为空气分配室2，换热后空气的下行通道与空气分配室2相通；空气分配室2与燃烧室立火道11内多段空气供入装置4相连通。
辐射室3底部通过废气小烟道通道7与炭化室下部的废气小烟道8连通，废气小烟道8连接焦炉焦侧的高温废气分烟道，高温废气分烟道通过连接通道与煤预热系统相连接。
见图4、图5，采用所述焦炉回收废气热量的方法，步骤如下：
1)室温20℃的空气经由双管式换热装置1的内管上行至外管封头折回与辐射室3内的热废气进行换热产生热空气，热空气温度为450℃；
2)450℃热空气进入空气分配室2，经由空气分配室内的流量调节器进入多段空气供入装置4，在燃烧室立火道11内空气分多段供入；见图5，每段空气均可单独调节；
3)焦炉煤气由煤气喷嘴9喷入燃烧室立火道11的底部，在立火道11内与热空气进行分段混合、燃烧产生1300℃的高温废气；
4)1300℃高温废气在立火道11内上升至立火道顶部经横向跨越孔4进入废气道6，在废气道内下行进入辐射室3；在辐射室内1300℃高温废气与双管式换热装置1进行第一阶段热交换，对空气进行预热，高温废气温度降至850℃；
5)850℃的高温废气在完成第一阶段热交换后由废气小烟道通道7进入炭化室底部的废气小烟道8，然后进入位于焦侧的高温废气分烟道；
6)由焦侧的高温废气分烟道导出的850℃高温废气在煤预热系统混合室中与加入的140℃循环气体混合，将高温废气进行降温至560℃；降至煤预热所需的合适温度后废气进入预热器内对煤进行干燥预热，实现第二阶段换热，换热后的废气温度降至100℃，然后排入大气中。至此，第二阶段回收废气热量过程完成。

Claims (6)

1.一种高效回收废气热量的炼焦方法，其特征在于，该方法通过双管式换热装置对空气进行预热，双管式换热装置设置于废气道下部辐射室内；双管式换热装置由内管、外管组成套管式结构，内管下部为空气入口，内管顶端与外管相通，外管上部为封头结构；内管与外管之间的环形通道为换热后空气的下行通道；
空气由双管式换热装置内管下部入口进入，上行至外管封头折回进入下行通道，完成空气与1300℃热废气的换热；换热后的热空气进入空气分配室，再经空气分配室进入燃烧室立火道；换热后的废气由废气小烟道通道进入炭化室底部的废气小烟道。
2.根据权利要求1所述的一种高效回收废气热量的炼焦方法，其特征在于，在燃烧室立火道内设有多段空气供入装置，多段空气供入装置在立火道高度方向上设有多个不同高度的空气导入口；焦炉煤气在立火道内与不同高度出口的空气混合燃烧，立火道上部通过跨越孔与废气道相通。
3.根据权利要求1或2所述的一种高效回收废气热量的炼焦方法，其特征在于，换热后的废气由炭化室底部的废气小烟道进入位于焦侧的高温废气分烟道；由焦侧的高温废气分烟道导出的高温废气进入煤预热系统，用于炼焦用煤的预热；实现第二阶段的换热，换热后的低温废气排出。
4.实现权利要求1或2所述方法的焦炉，其特征在于，包括燃烧室立火道、废气道、辐射室、双管式换热装置、空气分配室、废气小烟道通道；
废气道下部是辐射室，双管式换热装置设置于辐射室内，双管式换热装置由内管、外管组成套管式结构，内管下部为空气入口，内管顶端与外管相通，外管上部为封头结构；内管与外管之间的环形通道为换热后空气的下行通道；
双管式换热装置下部为空气分配室，换热后空气的下行通道与空气分配室相通；空气分配室与燃烧室立火道相连通；
辐射室底部通过废气小烟道通道与炭化室下部的废气小烟道连通。
5.根据权利要求4所述的焦炉，其特征在于，在燃烧室立火道内设有多段空气供入装置，多段空气供入装置在立火道高度方向上设有多个不同高度的空气导入口；焦炉煤气喷嘴设置于立火道底部，立火道上部通过跨越孔与废气道相通；立火道与废气道之间设有隔墙。
6.根据权利要求4所述的焦炉，其特征在于，所述的燃烧室立火道、多段空气供入装置、废气道、辐射室、双管式换热装置、空气分配室、废气小烟道通道，构成燃烧及换热系统，该燃烧及换热系统分为两组，在焦炉纵向方向上，由燃烧室横向隔墙分为两个独立的系统。
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