CN104685027A - 包含废气分享的焦化设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种焦化设备，包括：多个焦炉，其中每一焦炉均适以产生废气；共用隧道，流体连接到所述多个焦炉并配置成从所述焦炉中的每一焦炉接收所述废气；多个标准热量回收蒸汽发生器，流体连接到所述共用隧道，其中焦炉对标准热量回收蒸汽发生器的比率是至少20:1；和冗余热量回收蒸汽发生器，流体连接到所述共用隧道，其中所述多个标准热量回收蒸汽发生器及所述冗余热量回收蒸汽发生器中的任一个均适以从所述多个焦炉接收所述废气并从所述废气中提取热量，且其中所述标准热量回收蒸汽发生器及所述冗余热量回收蒸汽发生器全部彼此并联地连接。

Description

包含废气分享的焦化设备

相关专利申请的交叉参考

本申请主张在2012年8月17日提出申请的美国非临时专利申请第13/588,996号的权益，所述专利申请的公开内容以引用的方式全文并入本文中。

背景技术

本发明大体而言涉及用于从煤中生产焦炭的焦化设备领域。焦炭是一种用于制造钢的重要原料。通过去除煤中的挥发性部分(其通常约占煤的质量的25％)来生产焦炭。理想的是将焦炭制造过程中所产生的热废气重新捕获并用于发电。一种适用于回收这些热废气的焦炉是卧式热量回收(Horizontal Heat Recovery；HHR)炉，基于炉内的相对运行大气压力条件，HHR炉相比于化学副产品炉具有独特的环境优势。HHR炉在负压力下运行，而化学副产品炉在略微为正的大气压力下运行。这两种类型的炉均通常是由耐火砖和其他材料构造而成，在这两种类型的炉中形成基本上密封的环境可能是一项挑战，因为在日复一日的运行中这些结构中可形成小的裂隙。化学副产品炉被保持处于正压力中，以避免氧化可回收的产品并避免使炉过热。相反，HHR炉被保持处于负压力中，从外界吸入空气以氧化煤挥发物并释放炉内的燃烧热。这些相反的运行压力条件和燃烧系统是HHR炉与化学副产品炉之间设计上的重要不同之处。重要的是最小化挥发性气体至环境中的耗损，正的大气条件的组合和化学副产品炉中的小的开口或裂隙允许未经加工的焦炉气体(coke oven gas；COG)和有害污染物泄露至大气中。相反，负的大气条件和HHR炉或焦化设备其他位置中的小的开口或裂隙仅允许额外空气被吸入炉中或焦化设备的其他位置中，因此负的大气条件会抵制COG至大气中的耗损。

发明内容

本发明的一个实施例涉及一种焦化设备，所述焦化设备包括：多个焦炉，其中每一焦炉均适以产生焦炭及废气；共用隧道，流体连接到所述多个焦炉，并配置成从所述焦炉中的每一个焦炉接收所述废气；多个标准热量回收蒸汽发生器，流体连接到所述共用隧道，其中焦炉对标准热量回收蒸汽发生器的比率是至少20:1；以及冗余热量回收蒸汽发生器，流体连接到所述共用隧道，其中所述标准热量回收蒸汽发生器及所述冗余热量回收蒸汽发生器中的任一个均适以从所述焦炉接收所述废气并从所述废气中提取热量，且其中所述标准热量回收蒸汽发生器及所述冗余热量回收蒸汽发生器全部彼此并联地流体连接。

本发明的另一个实施例涉及一种运行焦炭产生设备的方法，所述方法包括以下步骤：提供多个焦炉，以产生焦炭及废气；将所述废气从每一焦炉引至共用隧道；将多个热量回收蒸汽发生器流体连接至所述共用隧道；运行所有所述热量回收蒸汽发生器并划分所述热废气，从而使所述热废气的一部分流经所述热量回收蒸汽发生器中的每一个；以及在气体分享运行模式中，停止所述多个热量回收蒸汽发生器中的至少一个的运行，并在其余在运行的热量回收蒸汽发生器之间划分所述废气，从而使所述废气的一部分流经所述其余在运行的热量回收蒸汽发生器中的每一个。

本发明的另一个实施例涉及一种运行焦炭产生设备的方法，所述方法包括以下步骤：提供多个焦炉，其中每一焦炉均适以产生焦炭及废气；提供共用隧道，所述共用隧道流体连接到所述多个焦炉并配置成从所述焦炉中的每一焦炉接收所述废气；提供多个标准热量回收蒸汽发生器，所述多个标准热量回收蒸汽发生器流体连接到所述共用隧道，其中焦炉对标准热量回收蒸汽发生器的比率是至少20:1；提供冗余热量回收蒸汽发生器，并将所述冗余热量回收蒸汽发生器流体连接到所述多个焦炉中的每一焦炉，从而使所述冗余热量回收蒸汽发生器适以接收由所述多个焦炉中的任一焦炉产生的所述废气并从所述废气中提取热量。

本发明的另一个实施例涉及一种运行焦炭产生设备的方法，所述方法包括以下步骤：提供多个焦炉，其中每一焦炉均适以产生焦炭及废气；提供共用隧道，所述共用隧道流体连接到所述多个焦炉并配置成从所述焦炉中的每一焦炉接收所述废气；提供多个热量回收蒸汽发生器；提供多个交叉管道，其中每一交叉管道均适以在相交部位将所述共用隧道流体连接到所述多个热量回收蒸汽发生器中的一个；以及控制所述相交部位中的一个或多个相交部位处的运行条件以维持在为至少0.7英寸水柱的相交部位气流。

本发明的另一个实施例涉及一种焦化设备，所述焦化设备包括：多个焦炉，其中每一焦炉均适以产生焦炭及废气；共用隧道，流体连接到所述多个焦炉，并配置成从所述焦炉中的每一个焦炉接收所述废气；多个标准热量回收蒸汽发生器，流体连接到所述共用隧道；冗余热量回收蒸汽发生器，流体连接到所述共用隧道，其中所述多个标准热量回收蒸汽发生器及所述冗余热量回收蒸汽发生器中的任一个均适以从所述多个炉接收所述废气并从所述废气中提取热量，且其中所述标准热量回收蒸汽发生器及所述冗余热量回收蒸汽发生器全部彼此并联地流体连接；以及多个交叉管道，其中所述热量回收蒸汽发生器与所述冗余热量回收蒸汽发生器中的每一个均通过所述多个交叉管道中的一个连接到所述共用隧道，且其中炉对交叉管道的比率是至少50:3。

附图说明

图1是根据实例性实施例显示的卧式热量回收(HHR)焦化设备的示意图；

图2是图1所示HHR焦化设备的一部分的透视图，其中数个截面已被切除；

图3是根据实例性实施例显示的HHR焦化设备的示意图；

图4是根据实例性实施例显示的HHR焦化设备的示意图；

图5是根据实例性实施例显示的HHR焦化设备的示意图；

图6是根据实例性实施例显示的HHR焦化设备的示意图；以及

图7是图1所示的焦化设备的一部分的示意图。

具体实施方式

参照图1，其例示在还原环境中从煤中生产焦炭的HHR焦化设备100。一般来讲，HHR焦化设备100包括至少一个炉105、以及热量回收蒸汽发生器(heat recovery steam generator；HRSG)120和空气质量控制系统130(例如，废气或烟气脱硫(flue gas desulfurization；FGD)系统)，其中HRSG 120和空气质量控制系统130两者均流体定位在炉的下游且两者均通过合适的管道流体连接至炉。HHR焦化设备100优选地包括多个炉105和共用隧道110，共用隧道110将炉105中的每一个流体连接到多个HRSG 120。一个或多个交叉管道115将共用隧道110流体连接至HRSG 120。冷却的气体管道125将来自HRSG的冷却的气体传输到烟气脱硫(FGD)系统130。被流体连接并处于更下游的是用于收集微粒物质的除尘室135、至少一个用于控制系统内的空气压力的抽风机140、和用于将冷却的经处理的废气排放到环境中的主排气管(main gas stack)145。蒸汽管线150使HRSG与热电厂155相互连接，以使所回收的热量可被利用。如图1所例示，所示的每一个“炉”代表十个实际的炉。

每一个炉105的更多结构上的细节显示于图2中，其中为清晰起见截面已被切除来例示四个焦炉105的各部分。每一个炉105包括：开放腔体，优选地由底板160限定；前门165，基本上形成炉的整个一侧；后门170，优选地与前门165相对并基本上形成炉的与前门相对的整个一侧；两个侧壁175，从底板160向上延伸并位于前门165与后门170之间；以及拱冠180，形成炉腔185的开放腔体的上表面。控制炉腔185内的气流和压力对于焦化周期(coking cycle)的有效运行可能是关键的，因此前门165包含一个或多个允许一次助燃空气进入炉腔185的一次进气口190。每个一次进气口190包含一次空气阻尼器195，一次空气阻尼器195可定位于完全开启与完全闭合之间的多个位置中的任一位置以改变进入炉腔185中的一次气流的量。作为另外一种选择，所述一个或多个一次进气口190穿过拱冠180形成。在运行中，从位于炉腔185内的煤中发出的挥发性气体聚集在拱冠中，并在整个系统中被向下游吸入到形成于一个或两个侧壁175中的下降通道200中。下降通道使炉腔185与位于炉底板160下方的炉底烟道(sole flue)205流体连接。炉底烟道205在炉底板160下方形成迂回的路径。从煤中发出的挥发性气体可在炉底烟道205中燃烧，从而产生热量以支持将煤还原成焦炭。下降通道200流体连接至形成于一个或两个侧壁175中的上升通道210。炉底烟道205与大气之间设置有二次进气口215，且二次进气口215包含二次空气阻尼器220，二次空气阻尼器220可定位于完全开启与完全闭合之间的多个位置中的任一位置以改变进入炉底烟道205中的二次气流的量。上升通道210通过一个或多个上升管道225而流体连接到共用隧道110。上升管道225与大气之间设置有三次进气口227。三次进气口227包含三次空气阻尼器229，三次空气阻尼器229可定位于完全开启与完全闭合之间的多个位置中的任一位置以改变进入上升管道225中的三次气流的量。

为了提供控制通过上升管道225和位于炉105内的气流的能力，每一个上升管道225还包含上升阻尼器230。上升阻尼器230可定位于完全开启与完全闭合之间的多个位置中以改变炉105中的炉气流的量。本文中所用的“气流”指示相对于大气的负压力。举例来说，为0.1英寸水柱的气流指示位于大气压力以下0.1英寸水柱的压力。水柱英寸数是压力的非国际单位制，且常用来描述焦化设备中各种位置处的气流。如果气流升高或以其他方式变大，那么压力进一步向大气压力以下移动。如果气流降低、下降、或以其他方式变小或变低，那么压力朝向大气压力移动。通过以上升阻尼器230控制炉气流，可控制从进气口190、215、227进入炉的气流以及进入炉105中的气体泄露。通常，炉105包含两个上升管道225和两个上升阻尼器230，但并非必须使用两个上升管道和两个上升阻尼器，系统可被设计成使用一个或多于两个上升管道和两个上升阻尼器。

在运行中，焦炭是通过以下方式在炉105中形成的：首先将煤装填到炉腔185中，在无氧环境中加热煤，去除煤中的挥发性部分，然后在炉105中氧化挥发物以捕获并利用所发出的热量。煤挥发物在炉中经过48小时的焦化周期而被氧化，并释放热量以再生地驱动煤碳化成焦炭。当前门165被开启并将煤装载到炉底板160上时，焦化周期开始。位于炉底板160上的煤被称为煤床。来自炉的热量(由于之前的焦化周期)起动碳化周期。优选地，除由焦化过程产生的燃料以外，不使用额外的燃料。到煤床的总热传递的大约一半被从发光的火焰和发光的炉拱冠180向下辐射到煤床的顶面。热量的剩余一半通过传导从由炉底烟道205中的气体的挥发对流加热的炉底板160传递到煤床。这样，煤颗粒的塑性流和高强度粘合焦炭的形成的碳化过程“波”以相同速率从煤床的顶部边界和底部边界进行，优选地在约45-48小时之后在煤床的中心处相遇。

对系统压力、炉压力、进入炉的气流、进入系统的气流、以及系统内的气体流的精确控制出于以下各种原因而是重要的，所述原因包括：为了确保煤被充分焦化、有效地从挥发性气体中提取所有燃烧热、有效控制炉腔185内和焦化设备100中的其他位置处的含氧量、控制微粒物质和其他潜在污染物、以及将废气中的潜热转化成可用于产生蒸汽和/或电的蒸汽。优选地，每个炉105均在负压力下运行，因此在还原过程中空气由于炉105与大气之间的压力差而被吸入炉中。一次燃烧空气被添加到炉腔185中以部分地氧化煤挥发物，但此一次空气的量优选是受控的以使从煤释放的挥发物仅一部分在炉腔185中燃烧，从而仅在炉腔185中释放其燃烧焓的一部分。一次空气通过一次进气口190而被引入到炉腔185中煤床上方，其中一次空气的量由一次空气阻尼器195控制。一次空气阻尼器195可用于维持炉腔185内的所需运行温度。部分燃烧的气体从炉腔185穿过下降通道200到达炉底烟道205，在炉底烟道205中向部分燃烧的气体添加二次空气。二次空气通过二次进气口215引入，其中二次空气的量由二次空气阻尼器220控制。由于引入二次空气，部分燃烧的气体在炉底烟道205中更充分地燃烧，从而提取其余的燃烧焓，所述燃烧焓通过炉底板160传输以向炉腔185添加热量。近乎充分燃烧的废气通过上升通道210离开炉底烟道205，然后流入上升管道225。通过三次进气口227向废气添加三次空气，从而使废气中任何其余的未燃烧的气体部分在三次进气口227的下游被氧化，其中三次空气的量由三次空气阻尼器229控制。

在焦化周期的最后，煤已被碳化从而产生焦炭。优选地利用机械提取系统通过后门170将焦炭从炉105中移除。最后，使焦炭淬火(例如湿淬火或干淬火)，并在运送至用户之前调整其大小。

如图1所示，样品HHR焦化设备100包括多个炉105，所述多个炉105被分成炉组235。所例示的HHR焦化设备100包括五个炉组235，每个炉组235包含二十个炉，总计一百个炉。所有的炉105均由至少一个上升管道225流体连接到共用隧道110，所述共用隧道110继而由交叉管道115流体连接到每一个HRSG 120。每一个炉组235与特定的交叉管道115相关联。在正常运行条件下，来自炉组235中每一个炉105的废气穿过共用隧道110流至与每一个炉组235相关联的交叉管道115。炉组235中一半的炉位于共用隧道110与交叉管道115的相交部位245的一侧上，而炉组235中另一半的炉位于相交部位245的另一侧上。在正常运行条件下，沿共用隧道110的长度有很少或没有净流；相反，来自每一个炉组235的废气将通常穿过与所述炉组235相关联的交叉管道115流至相关的HRSG 120。

在HRSG 120中，来自从炉105排出的废气中的潜热被重新捕获并优选地用于产生蒸汽。在HRSG 120中产生的蒸汽通过蒸汽管线150被传递到热电厂155，在热电厂155处蒸汽被用来发电。在来自废气中的潜热被提取并收集之后，冷却的废气离开HRSG 120并进入冷却的气体管道125。所有的HRSG 120均流体连接至冷却的气体管道125。通过此结构，炉105与冷却的气体管道125之间的所有部件(包括上升管道225、共用隧道110、交叉管道115、和HRSG 120)形成热排气系统。来自所有HRSG 120的组合在一起的冷却废气流至FGD系统130，在FGD系统130处从冷却的废气中移除硫氧化物(SOX)。冷却并去硫的废气从FGD系统130流至除尘室135，在除尘室135中微粒物质被移除从而得到净化的废气。净化的废气通过抽风机140离开除尘室135，并通过主排气管145分散到大气中。抽风机140生成导致所述废气流所需的气流，且依系统的尺寸和运行而定可使用一个或多个抽风机140。优选地，抽风机140是引风机。抽风机140可被控制以改变通过焦化设备100的气流。作为另外一种选择，不包括抽风机140，且所必需的气流因主排气管145的尺寸而被形成。

在正常运行条件下，抽风机140上游的整个系统被维持处于气流中。因此，在运行期间，来自炉105穿过整个系统到达抽风机140的气流会略有偏移。对于紧急情况，为每一个炉组235提供旁路排气管240。每一个旁路排气管240位于共用隧道110与交叉管道115之间的相交部位。在紧急情况下，从与交叉管道115相关联的炉组235散发出的热废气可通过相关的旁路排气管240而排放到大气中。通过旁路排气管240释放热废气出于多种原因是不可取的，所述原因包括环境问题和能量消耗。此外，由于离线的HRSG 120不产生蒸汽，所以热电厂155的输出降低。

在常规HHR焦化设备中，当HRSG因定期维护而离线时，出于未预期的紧急情况或其他原因，来自相关联的炉组的废气可通过相关联的旁路排气管排放到大气中，因为废气因由共用隧道设计和气流所导致的气体流限制而别无他处可去。如果不将废气通过旁路排气管排放到大气中，其将会在焦化设备的其他位置处造成不良后果(例如，在一个或多个炉中产生相对于大气的正压力、对离线HRSG造成损害)。

在本文所述的HHR焦化设备100中，通过将原本通常会流至离线HRSG的热废气引至一个或多个在线HRSG 120，可避免未经处理的废气至大气中的不期望的耗损。换句话说，可沿共用隧道110在多个HRSG 120之间分享每一个炉组235的废气或烟气，这不同于常规焦化设备，在常规焦化设备中来自炉组的大量废气流至与所述炉组相关联的单个HRSG。虽然一些废气可沿常规焦化设备的共用隧道流动(例如从第一炉组流至与相邻的炉组相关联的HRSG)，但是常规焦化设备无法运行以将来自与离线HRSG相关联的炉组的所有废气传递至一个或多个在线HRSG。换句话说，在常规焦化设备中不可能将原本通常会流至第一离线HRSG的所有废气沿共用隧道传递或气体分享至一个或多个不同的在线HRSG。通过与常规HHR焦化设备相比实现共用隧道110的增大的有效流道面积、共用隧道110的增大的气流、至少一个冗余HRSG 120R的添加、以及通过使所有HRSG 120(标准的和冗余的)全部彼此并联地连接，可能实现“气体分享”。通过气体分享，可消除热气体通过旁路排气管240不期望的排出。在常规HHR焦化设备的实例中，包含二十个焦炉的炉组和单个HRSG通过第一共用隧道而流体连接，总共包含四十个焦炉的两个炉组和两个HRSG由第二共用隧道连接，且总共包含四十个焦炉的两个炉组和两个HRSG由第三共用隧道连接，但不可能将来自与离线HRSG相关联的炉组的所有废气沿第二共用隧道和沿第三共用隧道气体分享至其余的在线HRSG。

使气流保持与热废气分享系统具有一定的最小水平或目标对于进行有效的气体分享而不会不利地影响炉105的性能是有必要的。针对各种气流目标所述的值是在正常稳态运行条件下量测的，不包括指定位置处的气流中的瞬时性、间歇性、或短暂性波动。每一个炉105必须维持气流(炉气流)，即相对于大气的负压力。通常，靶向的炉气流为至少0.1英寸水柱。在一些实施例中，在炉腔185中测量炉气流。在沿共用隧道110的气体分享期间，共用隧道110与交叉管道115之间的相交部位245中的一个或多个处的“相交部位气流”和/或沿共用隧道110的一个或多个位置处的“共用隧道气流”必须高于靶向气流(例如至少0.7英寸水柱)，以确保系统的适当运行。共用隧道气流是在相交部位气流的上游(即相交部位245与焦炉105之间)测量的，因此通常低于相交部位气流。在一些实施例中，在气体分享期间的靶向相交部位气流和/或靶向共用隧道气流可为至少1.0英寸水柱，且在其他实施例中，在气体分享期间的靶向相交部位气流和/或靶向共用隧道气流可为至少2.0英寸水柱。热废气分享消除了热废气向大气中的排放，且提高了热电厂155的效率。重要的是应注意到，如本文所述的热废气分享HHR焦化设备100可被重新构造，或者可根据本文所述的创新方法将现有的常规HHR焦化设备翻新。

在其中一个或多个HRSG 120离线的废气分享系统中，一般被传送到离线HRSG 120的热废气未通过相关的旁路排气管240排放到大气中，而是相反通过共用隧道110而传递到一个或多个不同HRSG120。为在气体分享期间容纳通过共用隧道110的增大体积的气体流，共用隧道110的有效流道面积大于常规HHR焦化设备中的共用隧道的有效流道面积。此增大的有效流道面积可通过增大共用隧道110的内直径或者通过与现有的共用隧道110并联地添加一个或多个额外的共用隧道110至热排气系统(如图3所示)得以实现。在一个实施例中，单个共用隧道110具有九英尺的有效流道内直径。在另一个实施例中，单个共用隧道110具有十一英尺的有效流道内直径。作为另外一种选择，可使用双共用隧道构型、多共用隧道构型、或混合双/多隧道构型。在双共用隧道构型中，来自所有炉的热废气被直接分配到两个平行(或几乎平行)的共用隧道，所述共用隧道可沿隧道的长度在不同点处彼此流体连接。在多共用隧道构型中，来自所有炉的热废气被直接分配到两个或更多个平行(或几乎平行)的共用热隧道，所述共用热隧道可沿隧道的长度在不同点处彼此流体连接。在混合双/多共用隧道中，来自所有炉的热废气被直接分配到两个或更多个平行(或几乎平行)的热隧道，所述热隧道可沿隧道的长度在不同点处彼此流体连接。然而，所述热隧道中的一个、两个或更多个可能不是真正的共用隧道。举例来说，所述热隧道中的一个或两个可具有划分或可沿其运行长度被分隔开。

热废气分享也需要在气体分享期间使共用隧道110维持在比常规HHR焦化设备的共用隧道更高的气流。在常规HHR焦化设备中，相交部位气流和共用隧道气流在正常稳态运行条件下低于0.7英寸水柱。常规HHR焦化设备从未被运行使得共用隧道在高相交部位气流或高共用隧道气流(0.7或高于0.7英寸水柱)处运行，这是出于以下担忧：高相交部位气流和高共用隧道气流将导致炉腔中存在过量空气。为允许沿共用隧道110的气体分享，一个或多个相交部位245处的相交部位气流必须被维持在至少0.7英寸水柱。在一些实施例中，一个或多个相交部位245处的相交部位气流被维持在至少1.0英寸水柱或至少2.0英寸水柱。作为另外一种选择或此外，为允许沿共用隧道110的气体分享，在沿共用隧道110的一个或多个位置处的共用隧道气流必须被维持在至少0.7英寸水柱。在一些实施例中，在沿共用隧道110的一个或多个位置处的共用隧道气流被维持在至少1.0英寸水柱或至少2.0英寸水柱。在一个或多个相交部位245处或在沿共用隧道110的一个或多个位置处维持这样的高气流会确保：当单个HSRG 120离线并为来自与离线HRSG 120相关联的炉组235的废气流至在线HSRG 120提供足够的气流时，所有炉105中的炉气流将为至少0.1英寸水柱。当在气体分享运行模式中时(即当至少一个HRSG120离线时)，沿共用隧道110且在不同相交部位245处的气流将发生变化。举例来说，如果最靠近共用隧道110一端的HRSG 120离线，那么在共用隧道110的近端处的共用隧道气流将处于0.1英寸水柱附近，而在共用隧道110的相对的远端处的共用隧道气流将处于1.0英寸水柱附近。类似地，距离线HRSG 120最远的相交部位245处的相交部位气流将相对较高(即，至少0.7英寸水柱)，而与离线HRSG 120相关联的相交部位245处的相交部位气流将相对较低(即，低于先前提到的相交部位245处的相交部位气流，且通常在0.7英寸水柱以下)。

作为另外一种选择，HHR焦化设备100可在两种运行模式中运行：当所有HRSG 120均在线时以正常运行模式运行，而当HRSG 120中的至少一个离线时以气体分享运行模式运行。在正常运行模式中，共用隧道110被维持在与常规HHR焦化设备类似的共用隧道气流和相交部位气流处(通常，相交部位气流介于0.5英寸水柱与0.6英寸水柱之间，而靠近相交部位的位置处的共用隧道气流介于0.4英寸水柱与0.5英寸水柱之间)。在正常运行模式期间以及在气体分享模式期间，共用隧道气流和相交部位气流可有所变化。在大多数情况下，当HRSG 120离线时，气体分享模式起动，且一个或多个相交部位245处的相交部位气流和/或沿共用隧道110的一个或多个位置处的共用隧道气流升高。在一些情况下，举例来说，当距冗余HRSG 120R最远的HRSG 120离线时，气体分享模式将起动，且将需要为至少0.7英寸水柱(在一些实施例中，介于1.2英寸水柱与1.3英寸水柱之间)的相交部位气流和/或共用隧道气流以允许沿共用隧道110的气体分享。在其他情况下，举例来说，当靠近冗余HRSG 120R的HRSG 120离线时，可能不必要起动气体分享模式，即在正常运行模式中以与HRSG 120离线之前相同的运行条件进行气体分享是可能的，或者气体分享模式将起动且将仅需要使相交部位气流和/或共用隧道气流略微升高。概括地讲，在气体分享模式中是否需要更高的气流将取决于冗余HRSG 120R相对于离线HRSG 120的位置。冗余HRSG 120R流体地距脱线HRSG 120越远，越可能在气体分享模式中需要更高的气流。

将有效流道面积和相交部位气流和/或共用隧道气流增大到以上所述的水平也会允许将更多的炉105添加到炉组235。在一些实施例中，高达一百个炉形成炉组(即与交叉管道相关联)。

在比率为二十个炉对一个HRSG的常规HHR焦化设备中的HRSG 120被称为“标准HRSG”。添加一个或多个冗余HRSG 120R会导致小于20:1的总体炉对HRSG比率。在正常运行条件下，标准HRSG 120和冗余HRSG 120R均在运行。按需使冗余HRSG 120R在线和离线是不现实的，因为HRSG的启动时间将导致冗余HRSG 120R仅在预定的时间可用而非用于紧急情况目的。安装一个或多个冗余HRSG的替代方案是为了增大标准HRSG的容量以在气体分享期间容纳增多的废气。在其中所有的高容量HRSG均在线的正常运行条件下，来自每一个炉组的废气被运送到相关联的高容量HRSG。在高容量HRSG中的一个离线的情况下，其他高容量HRSG将能够容纳增多的废气流。

在如本文所述的气体分享系统中，当HRSG 120中的一个离线时，从各个炉105散发出的废气在其余的在线HRSG 120之间分享并分配，从而使得全部废气的一部分通过共用隧道110传递到在线HRSG 120中的每一个而没有废气被排放到大气中。通过调节与每一个HRSG120相关联的HRSG阀250(图1中所示)，废气在各个HRSG 120之间传递。HRSG阀250可位于HRSG 120的上游或热侧，但优选地位于HRSG 120的下游或冷侧。HRSG阀250可变化到在完全开启与完全闭合之间的多个位置，且通过调节HRSG阀250的相对位置来控制通过HRSG 120的废气流。当气体被分享时，正在运行的HRSG 120中的一些或所有的HRSG 120将接收到额外的负载。由于在HRSG 120离线时所得的不同流分配，沿共用隧道110的共用隧道气流将发生变化。共用隧道110有助于在HRSG 120之间更好地分配流，以最小化整个共用隧道110中的压力差。共用隧道110的大小被调整以有助于最小化最大流速(例如，低于120ft/s)并减小潜在的侵蚀和音响担忧(例如，在3英尺处噪声级低于85dB)。当HRSG 120离线时，依哪一个HRSG 120离线而定可高于正常最大质量流率。在此类气体分享周期期间，可能需要增大共用隧道气流以维持靶向炉气流、相交部位气流和共用隧道气流。

一般来说，对于沿共用隧道110长度的同一给定的所需压力差，相对于常规共用隧道，更大的共用隧道110可与更大的许可的质量流率相互关联。反之亦然，对于沿共用隧道110长度的同一给定的所需质量流率，相对于常规共用隧道，更大的共用隧道110可与更小的压力差相互关联。更大指的是更大的有效流道面积而并不一定是更大的几何横截面积。更高的共用隧道气流可容纳通过共用隧道110的更大的质量流率。一般来说，对于沿隧道长度的同一给定的所需压力差，更高的温度可与更低的许可的质量流率相互关联。更高的废气温度应导致气体的体积膨胀。由于总压力耗损可大约与密度成比例并与速度的平方成比例，所以总压力耗损对于由更高的温度引起的体积膨胀可能更高。举例来说，温度的升高可导致密度成比例的降低。然而，温度的升高可导致速度伴随的成比例的增大，速度的增大比密度的降低会更严重地影响总压力损耗。由于速度对总压力的影响可能更多的是平方影响，而密度影响可能更多的是线性影响，所以共用隧道110中的流应该具有与温度的升高相关联的总压力的耗损。多个平行并流体连接的共用隧道(双构型、多构型、或混合双/多构型)可为优选的用于将现有的常规HHR焦化设备翻新成本文所述的气体分享HHR焦化设备。

尽管图1所例示的样品气体分享HHR焦化设备100包含一百个炉和六个HRSG(五个标准HRSG和一个冗余HRSG)，但气体分享HHR焦化设备100也可能具有其他构型。举例来说，与图1所例示的焦化设备类似的气体分享HHR焦化设备可包括一百个炉和七个HRSG(五个标准HRSG和两个冗余HRSG，其中标准HRSG的大小被调整成处理来自多达二十个炉的废气，冗余HRSG的大小被调整成处理来自多达十个炉的废气(即容量小于用于图1所例示的焦化设备100中的单个冗余HRSG))。

如图3所示，在HIM焦化设备255中，现有的常规HHR焦化设备已被翻新成气体分享焦化设备。现有的部分共用隧道110A、110B、和110C各自连接四十个炉105。流体连接到所有炉105的额外的共用隧道260已被添加到现有的部分共用隧道110A、110B、和110C。额外的共用隧道260连接至在现有的部分共用隧道110A、110B、和110C与标准HRSG 120之间延伸的交叉管道115中的每一个。冗余HRSG120R由延伸到额外的共用隧道260的交叉管道265连接到额外的共用隧道260。为允许气体分享，现有的部分共用隧道110A、110B、和110C与交叉管道115之间的一个或多个相交部位245处的相交部位气流和/或沿部分共用隧道110A、110B、和110C中的每一个的一个或多个位置处的共用隧道气流必须维持在至少0.7英寸水柱。额外的共用隧道260与交叉管道115和265之间的相交部位270中的一个或多个处的气流将高于0.7英寸水柱(例如，1.5英寸水柱)。在一些实施例中，额外的共用隧道260的内部有效流道直径可小至八英尺或大至十一英尺。在一个实施例中，额外的共用隧道260的内部有效流道直径是九英尺。作为另外一种选择，作为进一步的翻新，部分共用隧道110A、110B、和110C彼此流体连接，从而有效地形成两个共用隧道(即共用隧道110A、110B、和110C与额外的共用隧道260的组合)。

如图4所示，在HHR焦化设备275中，单个交叉管道115将三个高容量HRSG 120流体连接到两个部分共用隧道110A和110B。单个交叉管道115本质上用作HRSG 120的集管(header)。第一部分共用隧道110A服务于包含六十个炉105的炉组，其中三十个炉105位于部分共用隧道110A与交叉管道115之间的相交部位245的一侧上，而另外三十个炉105位于相交部位245的相对侧上。由第二部分共用隧道110B服务的炉105以类似方式设置。三个高容量HRSG的大小被调整成使得仅需要两个HRSG来处理来自所有一百二十个炉105的废气，从而使得一个HRSG可离线而无需通过旁路排气管240来排出废气。HHR焦化设备275可被看作是具有一百二十个炉和三个HRSG(两个标准HRSG和一个冗余HRSG)以实现60:1的炉对标准HRSG的比率。作为另外一种选择，如图5所示，在HHR焦化设备280中，冗余HRSG 120R被添加到六个标准HRSG 120，而不是使用图4所示的三个高容量HRSG 120。HHR焦化设备280可被看作是具有一百二十个炉和七个HRSG(六个标准HRSG和一个冗余HRSG)以实现20:1的炉对标准HRSG的比率。在一些实施例中，焦化设备275和280至少在通过相交部位245的最大质量流率周期期间运行，以维持为至少0.7英寸水柱的相交部位245中的一个或多个处的目标相交部位气流和/或沿共用隧道110A和110B中的每一个的一个或多个位置处的目标共用隧道气流。在一个实施例中，相交部位245中的一个或多个处的目标相交部位气流和/或沿共用隧道110A和110B中的每一个的一个或多个位置处的目标共用隧道气流为0.8英寸水柱。在另一个实施例中，相交部位245中的一个或多个处的目标相交部位气流和/或沿共用隧道110A和110B中的每一个的一个或多个位置处的共用隧道气流为1.0英寸水柱。在其他实施例中，相交部位245中的一个或多个处的目标相交部位气流和/或沿共用隧道110A和110B中的每一个的一个或多个位置处的目标共用隧道气流大于1.0英寸水柱且可为2.0英寸水柱或更高。

如图6所示，在HIM焦化设备285中，第一交叉管道290将第一部分共用隧道110A连接到三个并联设置的高容量HRSG 120，且第二交叉管道295将第二部分共用隧道110B连接到三个高容量HRSG120。第一部分共用隧道110A服务于包含六十个炉105的炉组，其中三十个炉105位于第一部分共用隧道110A与第一交叉管道290之间的相交部位245的一侧上，而另外三十个炉105位于相交部位245的相对侧上。第二部分共用隧道110B服务于包含六十个炉105的炉组，其中三十个炉105位于第二共用隧道110B与第二交叉管道295之间的相交部位245的一侧上，而另外三十个炉105位于相交部位245的相对侧上。三个高容量HRSG的大小被调整成使得仅需要两个HRSG来处理来自所有一百二十个炉105的废气，从而使得一个HRSG可离线而无需通过旁路排气管240来排出废气。HHR焦化设备285可被看作是具有一百二十个炉和三个HRSG(两个标准HRSG和一个冗余HRSG)以实现60:1的炉对标准HRSG的比率。在一些实施例中，焦化设备285至少在通过相交部位245的最大质量流率周期期间运行，以维持为至少0.7英寸水柱的相交部位245中的一个或多个处的目标相交部位气流和/或沿共用隧道110A和110B中的每一个的一个或多个位置处的目标共用隧道气流。在一个实施例中，相交部位245中的一个或多个处的目标相交部位气流和/或沿共用隧道110A和110B中的每一个的一个或多个位置处的目标共用隧道气流为0.8英寸水柱。在另一个实施例中，相交部位245中的一个或多个处的目标相交部位气流和/或沿共用隧道110A和110B中的每一个的一个或多个位置处的共用隧道气流为1.0英寸水柱。在其他实施例中，相交部位245中的一个或多个处的目标相交部位气流和/或沿共用隧道110A和110B中的每一个的一个或多个位置处的目标共用隧道气流大于1.0英寸水柱且可为2.0英寸水柱或更高。

图7例示包含自动气流控制系统300的焦化设备100的一部分。自动气流控制系统300包含自动上升阻尼器305，自动上升阻尼器305可位于完全开启与完全闭合之间的多个位置中的任一位置，以改变炉105中的炉气流的量。自动上升阻尼器305响应于由至少一个传感器所探测到的运行条件(例如气流压力、温度、氧气浓度、气体流速)而受到控制。自动控制系统300可包含以下所述传感器中的一个或多个、或配置成探测与焦化设备100的运行有关的运行条件的其他传感器。

炉气流传感器或炉压力传感器310探测用于指示炉气流的压力，且炉气流传感器310可位于炉拱冠180中或位于炉腔185中的其他位置。作为另外一种选择，炉气流传感器310可位于炉底烟道205中的自动上升阻尼器305中的任一个处、位于炉门165或170中的任一个处、或位于靠近焦炉105上方的共用隧道110中。在一个实施例中，炉气流传感器310位于炉拱冠180的顶部中。炉气流传感器310可与炉拱冠180的耐火砖内衬相齐平，或者可从炉拱冠180延伸到炉腔185中。旁路排气管气流传感器315探测用于指示旁路排气管240处的气流的压力(例如，位于旁路排气管240的基部)。在一些实施例中，旁路排气管气流传感器315位于相交部位245处。额外的气流传感器可位于焦化设备100中的其他位置处。举例来说，共用隧道中的气流传感器可用来探测用于指示靠近气流传感器的多个炉中的炉气流的共用隧道气流。相交部位气流传感器317探测用于指示相交部位245中的一个处的气流的压力。

炉温度传感器320探测炉温度，且可位于炉拱冠180中或位于炉腔185中的其他位置。炉底烟道温度传感器325探测炉底烟道温度，且位于炉底烟道205中。在一些实施例中，炉底烟道205被划分成两个曲径(labyrinth)205A和205B，其中每一个曲径均与炉的两个上升管道225中的一个流体连通。烟道温度传感器325位于炉底烟道曲径中的每一个中，从而可在每一个曲径中探测炉底烟道温度。上升管道温度传感器330探测上升管道温度，并位于上升管道225中。共用隧道温度传感器335探测共用隧道温度，并位于共用隧道110中。HRSG入口温度传感器340探测HRSG入口温度，并位于HRSG 120的入口处或附近。额外的温度传感器可位于焦化设备100中的其他位置处。

上升管道氧气传感器345被定位成探测上升管道225中的废气中的氧气浓度。HRSG入口氧气传感器350被定位成探测在HRSG 120的入口处的废气中的氧气浓度。主管氧气传感器360被定位成探测主管145中的废气中的氧气浓度，且额外的氧气传感器可位于焦化设备100中的其他位置处，以提供关于系统中各个位置处的相关氧气浓度的信息。

流传感器探测废气的气体流速。举例来说，流传感器可位于HRSG120中的每一个的下游以探测离开每一个HRSG 120的废气的流速。此信息可被用来通过调节HRSG阻尼器250而平衡通过每一个HRSG120的废气流，从而优化HRSG 120之间的气体分享。额外的流传感器可位于焦化设备100中的其他位置处，以提供关于系统中各个位置处的气体流速的信息。

此外，一个或多个气流或压力传感器、温度传感器、氧气传感器、流传感器、和/或其他传感器可用在HRSG 120下游的空气质量控制系统130或其他位置处。

保持传感器清洁可能是重要的。一种保持传感器清洁的方法是定期移除传感器并手动清洁传感器。作为另外一种选择，可定期地使传感器处于一阵或一股高压气体流中以移除传感器上的聚积物。作为再一种选择，可提供小的持续的气体流来持续地清洁传感器。

自动上升阻尼器305包含上升阻尼器230和配置成开启和关闭上升阻尼器230的致动器365。举例来说，致动器365可为线性致动器或旋转致动器。致动器365使上升阻尼器230能够在完全开启与完全闭合的位置之间受到无限地控制。致动器365响应于由自动气流控制系统300中所包含的一个或多个传感器探测到的一个或多个运行条件而在这些位置之间移动上升阻尼器230。这会提供比常规上升阻尼器大得多的控制。常规上升阻尼器在完全开启与完全闭合之间具有有限数目的固定位置，且必须由操作员手动地在这些位置之间进行调节。

上升阻尼器230被定期地调节以维持适当的炉气流(例如，至少0.1英寸水柱)，炉气流会响应于炉内或热排气系统内的许多不同因素而改变。当共用隧道110具有相对低的共用隧道气流(即，比相对高的气流更接近大气压力)时，上升阻尼器230可被开启以增大炉气流，从而确保炉气流维持在0.1英寸水柱或0.1英寸水柱以上。当共用隧道110具有相对高的共用隧道气流时，上升阻尼器230可被关闭以减小炉气流，从而减少吸入炉腔185中的空气的量。

对于常规上升阻尼器，上升阻尼器被手动地调节，因此优化炉气流是技巧和科学的结合、是操作员经验和认识的产物。本文所述的自动气流控制系统300使对上升阻尼器230的控制自动化，且容许对上升阻尼器230的位置进行持续优化，从而替代至少一些必需的操作员经验和认识。自动气流控制系统300可被用以通过自动调节上升阻尼器230的位置而将炉气流维持在靶向炉气流(例如，至少0.1英寸水柱)、控制炉105中过量空气的量、或实现其他所需效果。通过允许在相交部位245中的一个或多个处的高相交部位气流和/或沿共用隧道110的一个或多个位置处的高共用隧道气流，同时将炉气流维持在足够低以防止进入炉105的过量空气泄露，自动气流控制系统300使得更易于实现以上所述的气体分享。在没有自动控制的情况下，将难以(若非不可能)像所需要的那样频繁地手动调节上升阻尼器230以维持为至少0.1英寸水柱的炉气流而不会使炉中的压力转变为正压力。通常，通过手动控制，目标炉气流大于0.1英寸水柱，而这会导致更多的空气泄露进入焦炉105。对于常规上升阻尼器，操作员监视各种炉温度并在视觉上观察焦炉中的焦化过程，以确定何时调节上升阻尼器以及对上升阻尼器作出多大的调整。操作员没有关于焦炉内气流(压力)的具体信息。

致动器365基于从控制器370所接收到的位置指令而定位上升阻尼器230。位置指令可响应于由以上所述的传感器中的一个或多个所探测到的气流、温度、氧气浓度、或气体流速、包含一个或多个传感器输入的控制算法、或其他控制算法而产生。控制器370可为离散控制器(与单个自动上升阻尼器305或多个自动上升阻尼器305相关联)、集中控制器(例如，分布式控制系统或可编程序逻辑控制系统)、或两者的组合。在一些实施例中，控制器370利用比例积分微分(proportional-integral-derivative；PID)控制。

自动气流控制系统300可例如响应于由炉气流传感器310所探测到的炉气流来控制炉105的自动上升阻尼器305。炉气流传感器310探测炉气流，并输出用于指示炉气流的信号至控制器370。控制器370响应于此传感器输入而产生位置指令，且致动器365移动上升阻尼器230至位置指令所需的位置。如此一来，自动控制系统300可用于维持靶向炉气流(例如，至少0.1英寸水柱)。类似地，自动气流控制系统300可按照需要控制自动上升阻尼器305、HRSG阻尼器250、和抽风机140，以在焦化设备100中的其他位置处维持靶向气流(例如，靶向相交部位气流或靶向共用隧道气流)。举例来说，对于如以上所述的气体分享，一个或多个相交部位245处的相交部位气流和/或沿共用隧道110的一个或多个位置处的共用隧道气流需要被维持在至少0.7英寸水柱。自动气流控制系统300可被放置到手动模式中，以允许按照需要手动调节自动上升阻尼器305、HRSG阻尼器、和/或抽风机140。优选地，自动气流控制系统300包含手动模式定时器，且在手动模式定时器定时结束时，自动气流控制系统300返回自动模式。

在一些实施例中，由炉气流传感器310产生的用于指示所探测到的压力或气流的信号被时间平均，以实现在焦炉105中的稳定压力控制。信号的时间平均可由控制器370完成。压力信号的时间平均有助于过滤掉压力信号中的正常波动并过滤掉噪声。通常，可过30秒、1分钟、5分钟、或过至少10分钟对信号进行平均。在一个实施例中，压力信号滚动的时间平均是通过以每次扫描50毫秒对所探测到的压力进行200次扫描产生的。被时间平均的压力信号与目标炉气流的差越大，自动气流控制系统300对阻尼器位置作出的变化越大，以实现所需的目标气流。在一些实施例中，由控制器370向自动上升阻尼器305提供的位置指令与被时间平均的压力信号和目标炉气流的差成线性比例。在其他实施例中，由控制器370向自动上升阻尼器305提供的位置指令与被时间平均的压力信号和目标炉气流的差成非线性比例。先前所述的其他传感器可同样具有被时间平均的信号。

自动气流控制系统300可被运行以在整个焦化周期中在目标炉气流的具体公差范围内维持恒定的被时间平均的炉气流。此公差可为例如+/-0.05英寸水柱、+/-0.02英寸水柱、或+/-0.01英寸水柱。

自动气流控制系统300也可被运行以通过在焦化周期的进程中调节目标炉气流而在焦炉中形成可变的气流。目标炉气流可随着焦化周期的运行时间而被逐步降低。这样，以48小时的焦化周期为例，目标气流开始时相对较高(例如，0.2英寸水柱)，且每12小时下降0.05英寸水柱，因此目标炉气流在焦化周期的1-12小时内为0.2英寸水柱、在焦化周期的12-24小时内为0.15英寸水柱、在焦化周期的24-36小时内为0.01英寸水柱、且在焦化周期的36-48小时内为0.05英寸水柱。作为另外一种选择，目标气流可在整个焦化周期中线性降低至与焦化周期的运行时间成比例的新的更小的值。

例如，如果炉105的炉气流降至靶向炉气流(例如，0.1英寸水柱)以下且上升阻尼器230是完全开启的，那么自动气流控制系统300将通过开启至少一个HRSG阻尼器250来增加气流，从而增大炉气流。因为炉105下游的气流的所述增大会影响多于一个炉105，所以一些炉105可能需要调节它们的上升阻尼器230(例如，朝向完全闭合位置移动)以维持靶向炉气流(即，调控炉气流以防止其变得过高)。如果HRSG阻尼器250已经完全开启，那么自动气流控制系统300将需要使抽风机140提供更大的气流。所有HRSG 120下游的此增大的气流将影响所有的HRSG 120，且可能需要调节HRSG阻尼器250和上升阻尼器230以维持整个焦化设备100中的目标气流。

再如，共用隧道气流可通过使至少一个上升阻尼器230完全开启且使所有的炉105至少处于靶向炉气流(例如，0.1英寸水柱)而被最小化，其中HRSG阻尼器250和/或抽风机140被按照需要调节以维持这些运行要求。

再如，在其他可取的有益效果之间，焦化设备100可在针对相交部位气流和/或共用隧道气流的可变气流中运行以稳定废气的漏气率、质量流、温度和组成(例如，含氧量)。这是通过使相交部位气流和/或共用隧道气流从焦炉105被推动时的相对高的气流(例如，0.8英寸水柱)逐渐降低至相对低的气流(例如，0.4英寸水柱)来实现的，即在焦化周期的早期在相对高的气流处运行，而在焦化周期的后期在相对低的气流处运行。气流可被持续改变或以分步方式改变。

再如，如果共用隧道气流降低太多，那么HRSG阻尼器250将开启以提高共用隧道气流来满足沿共用隧道110的一个或多个位置处的目标共用隧道气流(例如，0.7英寸水柱)，从而允许气体分享。在通过调节HRSG阻尼器250增大共用隧道气流之后，受影响的炉105中的上升阻尼器230可被调节(例如，朝向完全闭合位置移动)以维持受影响的炉105中的靶向炉气流(即，调控炉气流以防止其变得过高)。

再如，自动气流控制系统300可响应于由炉温度传感器320探测到的炉温度和/或由一个或多个炉底烟道温度传感器325探测到的炉底烟道温度来控制炉105的自动上升阻尼器305。响应于炉温度和/或炉底烟道温度来调节自动上升阻尼器305可优化焦炭生产或基于指定炉温度的其他所需结果。当炉底烟道205包含两个曲径205A和205B时，可由自动气流控制系统300控制这两个曲径205A和205B之间的温度平衡。炉的两个上升管道225中每一个的自动上升阻尼器305响应于由位于与上升管道225相关联的曲径205A或205B中的炉底烟道温度传感器325探测到的炉底烟道温度而受到控制。控制器370对比在曲径205A和205B中的每一个中所探测到的炉底烟道温度，并产生分别针对两个自动上升阻尼器305中的每一个的位置指令，从而使得曲径205A和205B中的每一个中的炉底烟道温度保持处于指定温度范围内。

在一些实施例中，两个自动上升阻尼器305被一起移动到相同位置或同步。距前门165最近的自动上升阻尼器305被称为“推入侧”阻尼器，而距后门170最近的自动上升阻尼器被称为“焦炭侧”阻尼器。这样一来，单个炉气流压力传感器310提供信号并用于同一地调节推入侧自动上升阻尼器305和焦炭侧自动上升阻尼器305两者。举例来说，如果从控制器传送到自动上升阻尼器305的位置指令是开启60％，那么推入侧自动上升阻尼器305和焦炭侧自动上升阻尼器305两者均被定位到开启60％。如果从控制器传送到自动上升阻尼器305的位置指令是开启8英寸，那么推入侧自动上升阻尼器305和焦炭侧自动上升阻尼器305两者均开启8英寸。作为另外一种选择，两个自动上升阻尼器305被移动到不同位置以形成偏置。举例来说，对于1英寸的偏置，如果对于同步的自动上升阻尼器305的位置指令将为开启8英寸，那么对于偏置的自动上升阻尼器305，自动上升阻尼器305中的一个将为开启9英寸而另一个自动上升阻尼器305将为开启7英寸。偏置的自动上升阻尼器305的总开启面积和其两侧的压力下降与同步的自动上升阻尼器305保持恒定。自动上升阻尼器305可按照需要以同步方式或偏置方式运行。偏置可用于尝试在焦炉105的推入侧和焦炭侧保持相等的温度。举例来说，在炉底烟道曲径205A和205B(一个位于焦炭侧上而另一个位于推入侧上)中的每一个中所测量的炉底烟道温度可被测量，然后相应的自动上升阻尼器305可被调节以实现目标炉气流，同时使用焦炭侧炉底烟道温度与推入侧炉底烟道温度的差来引入与焦炭侧炉底烟道温度和推入侧炉底烟道温度之间的炉底烟道温度差成比例的偏置。这样，可使得推入侧炉底烟道温度与焦炭侧炉底烟道温度在一定的公差范围内相等。公差(焦炭侧炉底烟道温度与推入侧炉底烟道温度之间的差)可为华氏250度、华氏100度、华氏50度、或优选地华氏25度或更小。使用先进的控制方法和技术，可在一个或多个小时(例如，1-3小时)的进程中使焦炭侧炉底烟道温度和推入侧炉底烟道温度处于彼此的公差值范围内，同时在指定的公差范围内(例如+/-0.01英寸水柱)将炉气流控制到目标炉气流。基于在炉底烟道曲径205A和205B中的每一个中测量的炉底烟道温度来偏置自动上升阻尼器305使得热量能够在焦炉105的推入侧和焦炭侧之间转移。通常，因为焦炭床的推入侧和焦炭侧以不同速率焦化，所以需要将热量从推入侧移动到焦炭侧。此外，基于在炉底烟道曲径205A和205B中的每一个中测量的炉底烟道温度来偏置自动上升阻尼器305有助于在整个底板中使炉底板维持在相对均等的温度。

炉温度传感器320、炉底烟道温度传感器325、上升管道温度传感器330、共用隧道温度传感器335、和HRSG入口温度传感器340可被用于在它们各自的位置处探测过热条件。这些所探测到的温度可产生位置指令，以通过开启一个或多个自动上升阻尼器305来允许过量空气进入一个或多个炉105。过量空气(即，存在的氧气高于燃烧的理想配比值)会导致炉105中和废气中存在未燃烧的氧气和未燃烧的氮气。此过量空气具有低于其他废气的温度，并提供用于消除焦化设备100中其他位置处的过热条件的冷却效果。

再如，自动气流控制系统300可响应于由上升管道氧气传感器345所探测到的上升管道氧气浓度来控制炉105的自动上升阻尼器305。响应于上升管道氧气浓度来调节自动上升阻尼器305可被进行以确保离开炉105的废气被充分燃烧和/或确保离开炉105的废气中不含有过多过量空气或氧气。类似地，自动上升阻尼器305可响应于由HRSG入口氧气传感器350探测到的HRSG入口氧气浓度而被调节，以保持HRSG入口氧气浓度高于阈值浓度，其保护HRSG 120不会在HRSG 120处发生废气的不需要的燃烧。HRSG入口氧气传感器350探测最小氧气浓度，以确保所有的可燃物在进入HRSG 120之前均已燃烧。此外，自动上升阻尼器305可响应于由主管氧气传感器360探测到的主管氧气浓度而被调节，以降低进入焦化设备100中的空气泄露的影响。可基于主管145中的氧气浓度而探测此等空气泄露。

自动气流控制系统300也可基于焦化周期中的运行时间来控制自动上升阻尼器305。这允许进行自动控制而不必在每个炉105中安装炉气流传感器310或其他传感器。举例来说，用于自动上升阻尼器305的位置指令可基于来自一个或多个焦炉105先前焦化周期的历史致动器位置数据或阻尼器位置数据，从而使得自动上升阻尼器305基于与当前焦化周期的运行时间相关的历史定位数据而受到控制。

自动气流控制系统300也可响应于来自以上所述传感器中的一个或多个的传感器输入来控制自动上升阻尼器305。推理控制使得每一个焦炉105能够基于炉或焦化设备的运行条件(例如，在炉105或焦化设备100中各个位置处的气流/压力、温度、氧气浓度)中的预期变化而受到控制，而不是对实际所探测到的一个或多个运行条件作出反应。举例来说，通过使用推理控制，基于一段时间内来自炉气流传感器310的多个读数所得出的、显示炉气流正在朝向靶向炉气流(例如，至少0.1英寸水柱)下降的所探测到的炉气流中的变化可被用于预期低于靶向炉气流的预测炉气流，预期下降至靶向炉气流以下的实际炉气流，并用于基于所预测的炉气流产生位置指令以响应于所预期的炉气流而改变自动上升阻尼器305的位置，而不是等待实际炉气流下降至靶向炉气流以下然后才产生位置指令。推理控制可被用于考虑焦化设备100中各个位置处的各种运行条件之间的相互影响。举例来说，将使炉一直处于负压力下的要求考虑在内、控制所需的最佳炉温度、炉底烟道温度和最大共用隧道温度、同时最小化炉气流的推理控制被用来定位自动上升阻尼器305。推理控制使得控制器370能够基于已知的焦化周期特性和由以上所述的各种传感器提供的运行条件输入来作出预测。推理控制的另一个实例使得每一个炉105的自动上升阻尼器305能够被调节以最大化控制算法，其在焦炭产量、焦炭质量和发电量之间形成最优平衡。作为另外一种选择，上升阻尼器305可被调节以最大化焦炭产量、焦炭质量和发电量其中的一个。

作为另外一种选择，类似的自动气流控制系统可被用于实现一次空气阻尼器195、二次空气阻尼器220、和/或三次空气阻尼器229的自动化，以控制炉105内各个位置处的燃烧速率和燃烧位置。举例来说，可响应于由位于炉底烟道205中的适当的传感器或由位于炉底烟道曲径205A和205B中的每一个中的适当的传感器探测到的气流、温度、和氧气浓度中的一个或多个来通过自动二次空气阻尼器添加空气。

本文中所用的术语“大约”、“约”、“基本上”和类似术语意在具有与常用的、被本发明主题所属领域的普通技术人员所接受的用法一致的宽泛意义。查看本发明的所属领域的技术人员应理解，这些术语意在对所述和所请求保护的某些特征进行阐述，而不会将这些特征的范围限制到所提供的精确数值范围内。因此，这些术语应被理解为指示对所述主题的非实质的或不重要的修改或变更，且被认为处于本发明的范围内。

应注意，本文中用于阐述各种实施例的术语“实例性”意在指示此等实施例是可能的实施例的可能的实例、代表形式和/或例示(且此术语不意在暗示此等实施例必须是非凡的或最好的实例)。

应注意，根据其他实例性实施例，各种元件的取向可不同，且此等变型意在包含于本发明中。

重要的是还应注意，在各种实例性实施例中所述和所示的设备、系统和方法的构造和设置仅为例示性的。尽管本发明中仅详细阐述了少数实施例，但查看本发明的所属领域的技术人员将轻易地理解，在不实质上背离权利要求中所述的主题的新颖教示内容和优势的条件下许多修改形式是可能的(例如，各种元件的尺寸、维度、结构、形状和比例的变型、参数值、安装设置、材料使用、取向等的变型)。举例来说，被显示为一体成型的元件可由多个部件或元件构造而成，元件的位置可颠倒或以其他方式改变，且分立元件或位置的性质或数目可被更改或改变。任何过程或方法步骤的顺序或次序可根据替代实施例被改变或重新排列。在不背离本发明的范围的条件下，也可对各种实例性实施例的设计、运行条件和设置作出其他替代形式、修改、变化和省略。

本发明考虑任何机器可读取媒体上的方法、系统和程序产品以用于完成各种运行。本发明的实施例可使用现有的计算机处理器实施、或由用于适当系统的被包含以用于这样或那样的目的的专用计算机处理器实施、或由硬接线系统实施。本发明范围内的实施例包含程序产品，所述程序产品包括用于载送机器可执行指令或数据结构或上面存储有机器可执行指令或数据结构的机器可读取媒体。此种机器可读取媒体可为可被通用或专用计算机或其他具有处理器的机器访问的任何可得到的媒体。举例来说，此种机器可读取媒体可包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储器、磁盘存储器或其他磁存储器装置、或任何其他可用于载送或存储以机器可执行指令或数据结构形式存在的所需程序代码、且可被通用或专用计算机或其他具有处理器的机器访问的媒体。当信息通过网络或另一通信连接(硬接线、无线、或硬接线或无线的组合)被传递或提供至机器时，机器适当地将所述连接视为机器可读取媒体。因此，任何此种连接均被适当地称为机器可读取媒体。以上的组合也包含在机器可读取媒体的范围内。机器可读取指令包含例如使通用计算机、专用计算机、或专用处理机器执行某种功能或某组功能的指令和数据。

Claims (53)

1.一种焦化设备，包括：

多个焦炉，其中每一焦炉均适以产生焦炭及废气；

共用隧道，流体连接到所述多个焦炉，并配置成从所述焦炉中的每一个焦炉接收所述废气；

多个标准热量回收蒸汽发生器，流体连接到所述共用隧道，其中焦炉对标准热量回收蒸汽发生器的比率是至少20:1；以及

冗余热量回收蒸汽发生器，流体连接到所述共用隧道，其中所述多个标准热量回收蒸汽发生器及所述冗余热量回收蒸汽发生器中的任一个均适以从所述多个焦炉接收所述废气并从所述废气中提取热量，且其中所述标准热量回收蒸汽发生器及所述冗余热量回收蒸汽发生器全部彼此并联地流体连接。

2.如权利要求1所述的焦化设备，其中所述共用隧道内的位置处的运行条件包括为至少0.7英寸水柱的共用隧道气流。

3.如权利要求2所述的焦化设备，其中所述多个炉中每一个炉内的运行条件包括为至少0.1英寸水柱的炉气流。

4.如权利要求2所述的焦化设备，其中所述共用隧道内的所述位置处的运行条件包括为至少1.0英寸水柱的共用隧道气流。

5.如权利要求4所述的焦化设备，其中所述多个炉中每一个炉内的运行条件包括为至少0.1英寸水柱的炉气流。

6.如权利要求2所述的焦化设备，其中所述共用隧道内的所述位置处的运行条件包括为至少2.0英寸水柱的共用隧道气流。

7.如权利要求6所述的焦化设备，其中所述多个炉中每一个炉内的运行条件包括为至少0.1英寸水柱的炉气流。

8.如权利要求1所述的焦化设备，其中所述多个焦炉中的每一个焦炉均包括：

炉腔，

上升管道，与所述炉腔流体连通，所述上升管道配置成从所述炉腔接收废气，

上升阻尼器，与所述上升管道流体连通，所述上升阻尼器位于包括完全开启与完全闭合在内的多个位置中的任一位置，所述上升阻尼器配置成控制所述炉中的炉气流，

致动器，配置成响应于位置指令而在所述多个位置之间移动所述上升阻尼器的位置，

压力传感器，配置成探测所述炉气流，以及

控制器，与所述致动器及所述压力传感器进行通信，所述控制器配置成响应于由所述压力传感器所探测的所述炉气流而向所述致动器提供位置指令。

9.如权利要求8所述的焦化设备，其中每一位置指令配置成维持所述炉内的运行条件，以使所述炉气流为至少0.1英寸水柱。

10.如权利要求9所述的焦化设备，其中所述共用隧道内的位置处的运行条件包括为至少0.7英寸水柱的共用隧道气流。

11.如权利要求9所述的焦化设备，其中所述共用隧道内的位置处的运行条件包括为至少1.0英寸水柱的共用隧道气流。

12.如权利要求9所述的焦化设备，其中所述共用隧道内的位置处的运行条件包括为至少2.0英寸水柱的共用隧道气流。

13.如权利要求1所述的焦化设备，还包括：

多个交叉管道，其中每一交叉管道均在相交部位连接到所述共用隧道，且每一交叉管道均连接到由所述标准热量回收蒸汽发生器及所述冗余热量回收蒸汽发生器组成的群组中的一个。

14.如权利要求13所述的焦化设备，其中所述多个炉中每一个炉内的运行条件包括为至少0.1英寸水柱的炉气流。

15.如权利要求14所述的焦化设备，其中所述相交部位中的一个或多个相交部位处的运行条件包括为至少0.7英寸水柱的相交部位气流。

16.如权利要求14所述的焦化设备，其中所述相交部位中的一个或多个相交部位处的运行条件包括为至少1.0英寸水柱的相交部位气流。

17.如权利要求14所述的焦化设备，其中所述相交部位中的一个或多个相交部位处的运行条件包括为至少2.0英寸水柱的相交部位气流。

18.如权利要求1所述的焦化设备，还包括：

第二多个焦炉，其中每一焦炉均适以产生废气；

第二共用隧道，流体连接至所述第二多个焦炉，并配置成从所述第二多个焦炉中的每一焦炉接收所述废气；以及

交叉管道，连接至所述共用隧道、所述第二共用隧道、所述多个标准热量回收蒸汽发生器、及所述冗余热量回收蒸汽发生器。

19.如权利要求18所述的焦化设备，其中焦炉对标准热量回收蒸汽发生器的比率是至少60:1。

20.如权利要求1所述的焦化设备，还包括：

第二多个焦炉，其中每一焦炉均适以产生废气；

第二共用隧道，流体连接到所述第二多个焦炉，并配置成从所述第二多个焦炉中的每一个焦炉接收所述废气；以及

第一交叉管道，连接到所述共用隧道、所述多个标准热量回收蒸汽发生器、及所述冗余热量回收蒸汽发生器；以及

第二交叉管道，连接到所述第二共用隧道、所述多个标准热量回收蒸汽发生器、及所述冗余热量回收蒸汽发生器。

21.如权利要求1所述的焦化设备，还包括：

交叉管道，其中所述标准热量回收蒸汽发生器与所述冗余热量回收蒸汽发生器中的每一个均通过所述交叉管道流体连接到所述共用隧道。

22.如权利要求21所述的焦化设备，其中焦炉对标准热量回收蒸汽发生器的比率是至少60:1。

23.如权利要求1所述的焦化设备，其中所述冗余热量回收蒸汽发生器是流体连接到所述共用隧道的多个冗余热量回收蒸汽发生器中的一个。

24.一种运行焦炭产生设备的方法，包括：

提供多个焦炉，以产生焦炭及废气；

将所述废气从每一焦炉引至共用隧道；

将多个热量回收蒸汽发生器流体连接至所述共用隧道；

运行所有所述热量回收蒸汽发生器并划分所述热废气，从而使所述热废气的一部分流经所述热量回收蒸汽发生器中的每一个；以及

在气体分享运行模式中，停止所述多个热量回收蒸汽发生器中的至少一个的运行，并在其余在运行的热量回收蒸汽发生器之间划分所述废气，从而使所述废气的一部分流经所述其余在运行的热量回收蒸汽发生器中的每一个。

25.如权利要求24所述的方法，还包括：

将每一焦炉内的运行条件维持在为至少0.1英寸水柱的炉气流。

26.如权利要求25所述的方法，还包括：

将所述共用隧道内的位置处的运行条件维持在为至少0.7英寸水柱的共用隧道气流。

27.如权利要求25所述的方法，还包括：

将所述共用隧道内的位置处的运行条件维持在为至少1.0英寸水柱的共用隧道气流。

28.如权利要求25所述的方法，还包括：

将所述共用隧道内的位置处的运行条件维持在为至少2.0英寸水柱的共用隧道气流。

29.如权利要求24所述的方法，还包括：

将所述共用隧道内的位置处的运行条件维持在为至少0.7英寸水柱的共用隧道气流。

30.如权利要求24所述的方法，还包括：

将所述共用隧道内的位置处的运行条件维持在为至少1.0英寸水柱的共用隧道气流。

31.如权利要求24所述的方法，还包括：

将所述共用隧道内的位置处的运行条件维持在为至少2.0英寸水柱的共用隧道气流。

32.如权利要求24所述的方法，还包括：

在正常运行模式中，将所述共用隧道内的位置处的运行条件维持在小于0.7英寸水柱的共用隧道气流；以及

在所述气体分享模式中，将所述共用隧道内的所述位置处的运行条件维持在大于0.7英寸水柱的共用隧道气流。

33.如权利要求32所述的方法，还包括：

在所述正常运行模式中，将所述共用隧道内的位置处的运行条件维持在小于0.6英寸水柱的共用隧道气流；以及

在所述气体分享模式中，将所述共用隧道内的所述位置处的运行条件维持在大于1.2英寸水柱的共用隧道气流。

34.如权利要求24所述的方法，还包括：

提供多个交叉管道，其中每一交叉管道连接到所述热量回收蒸汽发生器中的一个并在相交部位连接到所述共用隧道。

35.如权利要求34所述的方法，还包括：

将一个或多个相交部位处的运行条件维持在为至少0.7英寸水柱的相交部位气流。

36.如权利要求34所述的方法，还包括：

将一个或多个相交部位处的运行条件维持在为至少1.0英寸水柱的相交部位气流。

37.如权利要求34所述的方法，还包括：

将一个或多个相交部位处的运行条件维持在为至少2.0英寸水柱的相交部位气流。

38.一种运行焦炭产生设备的方法，包括：

提供多个焦炉，其中每一焦炉均适以产生焦炭及废气；

提供共用隧道，所述共用隧道流体连接到所述多个焦炉并配置成从所述焦炉中的每一焦炉接收所述废气；

提供多个标准热量回收蒸汽发生器，所述多个标准热量回收蒸汽发生器流体连接到所述共用隧道，其中焦炉对标准热量回收蒸汽发生器的比率是至少20:1；

提供冗余热量回收蒸汽发生器，并将所述冗余热量回收蒸汽发生器流体连接到所述多个焦炉中的每一焦炉，从而使所述冗余热量回收蒸汽发生器适以接收所述废气并从由所述多个焦炉中的任一焦炉产生的所述废气中提取热量。

39.如权利要求38所述的方法，还包括：在所述焦炭产生设备的正常运行模式期间，同时运行所述多个标准热量回收蒸汽发生器与所述冗余热量回收蒸汽发生器。

40.如权利要求38所述的方法，还包括：

将每一焦炉内的运行条件维持在为至少0.1英寸水柱的炉气流。

41.如权利要求40所述的方法，还包括：

将所述共用隧道内的位置处的运行条件维持在为至少0.7英寸水柱的共用隧道气流。

42.如权利要求40所述的方法，还包括：

将所述共用隧道内的位置处的运行条件维持在为至少1.0英寸水柱的共用隧道气流。

43.如权利要求40所述的方法，还包括：

将所述共用隧道内的位置处的运行条件维持在为至少2.0英寸水柱的共用隧道气流。

44.如权利要求38所述的方法，还包括：

将所述共用隧道内的位置处的运行条件维持在为至少0.7英寸水柱的共用隧道气流。

45.如权利要求38所述的方法，还包括：

将所述共用隧道内的位置处的运行条件维持在为至少1.0英寸水柱的共用隧道气流。

46.如权利要求38所述的方法，还包括：

将所述共用隧道内的位置处的运行条件维持在为至少2.0英寸水柱的共用隧道气流。

47.如权利要求38所述的方法，还包括：

提供多个冗余热量回收蒸汽发生器，所述多个冗余热量回收蒸汽发生器流体连接到所述多个焦炉中的每一个焦炉。

48.一种运行焦炭产生设备的方法，包括：

提供多个焦炉，其中每一焦炉均适以产生焦炭及废气；

提供共用隧道，所述共用隧道流体连接到所述多个焦炉并配置成从所述焦炉中的每一焦炉接收所述废气；

提供多个热量回收蒸汽发生器；

提供多个交叉管道，其中每一交叉管道均适以在相交部位将所述共用隧道流体连接到所述多个热量回收蒸汽发生器中的一个；以及

控制所述相交部位中的一个或多个相交部位处的运行条件以维持在为至少0.7英寸水柱的相交部位气流。

49.如权利要求48所述的方法，还包括：

控制所述相交部位中的一个或多个相交部位处的运行条件以维持在为至少1.0英寸水柱的相交部位气流。

50.如权利要求48所述的方法，还包括：

控制所述相交部位中的一个或多个相交部位处的运行条件以维持在为至少2.0英寸水柱的相交部位气流。

51.如权利要求48所述的方法，还包括：

控制每一个焦炉内的运行条件以维持在为至少0.1英寸水柱的炉气流。

52.一种焦化设备，包括：

多个焦炉，其中每一焦炉均适以产生焦炭及废气；

共用隧道，流体连接到所述多个焦炉，并配置成从所述焦炉中的每一个焦炉接收所述废气；

多个标准热量回收蒸汽发生器，流体连接到所述共用隧道；

冗余热量回收蒸汽发生器，流体连接到所述共用隧道，其中所述多个标准热量回收蒸汽发生器及所述冗余热量回收蒸汽发生器中的任一个均适以从所述多个炉接收所述废气并从所述废气中提取热量，且其中所述标准热量回收蒸汽发生器及所述冗余热量回收蒸汽发生器全部彼此并联地流体连接；以及

多个交叉管道，其中所述热量回收蒸汽发生器与所述冗余热量回收蒸汽发生器中的每一个均通过所述多个交叉管道中的一个连接到所述共用隧道，且其中炉对交叉管道的比率是至少50:3。

53.如权利要求52所述的焦化设备，炉对交叉管道的比率是至少60:1。