CN104685029A - 经提供延长工艺周期的气体共用降低输出率的焦炉操作 - Google Patents

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Abstract

本技术总体上涉及通过提供延长工艺周期的气体共用，控制或降低焦炉输出率的系统和方法。在一些实施方案中，焦炉间气体共用以降低焦炭生产率的方法包括操作多个焦炉产生焦炭和加热的废气。在一些实施方案中，第一焦炉在操作周期偏离第二焦炉。所述方法进一步包括将所述加热的废气从第一焦炉引导至第二焦炉，同时第二焦炉处于中期。热传递使第二焦炉延长其周期，同时保持高于临界工作温度。通过在总体上维持每个周期输出的同时延长操作周期，总产量降低。

Description

经提供延长工艺周期的气体共用降低输出率的焦炉操作
相关申请案的交叉引用
本申请要求2012年9月21日提交的美国临时申请第61/704,389号的权益，其以引用的方式整体并入本文。
技术领域
本技术总体上涉及通过提供延长工艺周期的气体共用，降低焦炉输出率的系统和方法。
发明背景
焦炭是在钢铁生产中用于熔化和还原铁矿石的固体碳燃料和碳源。在一种称为“汤普森炼焦工艺(Thompson Coking Process)”的工艺中，通过将煤粉分批加入炉内，密封所述炉并且在严密控制的大气条件下加热24-48h至极高温度，生产焦炭。炼焦炉已经使用多年，用于将煤转化为冶金焦炭。在炼焦过程中，在受控温度条件下加热细碎煤为煤除去易挥发性物质并形成具有预定孔隙率和强度的焦炭熔体。因为焦炭的生产为分批工艺，所以同时操作多个焦炉。
加热过程中煤粒经历的熔化和熔合过程是炼焦的重要部分。煤粒转化为熔融物质的熔化程度和同化程度决定了所生产的焦炭的特性。为了由特定的煤或混合煤生产最硬的焦炭，在煤中存在活性与惰性实体的最佳比例。焦炭的孔隙率和强度对于矿石精炼过程很重要并且由煤源和/或炼焦方法决定。
将煤粒或混合煤粒装入热炉内，并且煤在炉内加热以便从所生成的焦炭中去除挥发性物质(“VM”)。炼焦工艺高度依赖于使用的炉设计、煤类型和转化温度。通常，在炼焦工艺期间调节炉，以致每次装入的煤均在大致相同的时间内结焦。一旦煤“结焦”或完全焦化，就将焦炭从炉内移出并用水熄焦以将其冷却至低于其着火温度。可选地，用惰性气体干法熄焦。熄焦操作也必须小心控制，以致焦炭不会吸收太多水分。一旦熄焦，就筛分焦炭并装入轨道车或卡车进行运输。
因为将煤加入热炉内，所以大部分加煤过程自动化。在槽式或立式炉内，通常通过炉顶部的槽或开口装煤。这种炉往往又高又窄。卧式非回收或热回收类炼焦炉也用于生产焦炭。在非回收或热回收类炼焦炉中，用输送机将煤粒水平输送到炉内以提供细长煤层。
随着适合形成冶金用煤(“炼焦煤”)的煤源减少，已经尝试将劣质或低质量煤(“非炼焦煤”)与炼焦煤混合以提供适于所述炉的煤料。合并非炼焦煤和炼焦煤的一种方式是使用压实或捣固煤。可在其进入炉内之前或之后将煤压实。在一些实施方案中，将非炼焦煤和炼焦煤的混合物压实至高于50磅/立方英尺，以便将非炼焦煤用于炼焦工艺。随着煤混合物中非炼焦煤的百分比增加，需要更高的煤压实水平(例如，高达约65-75磅/立方英尺)。商业上，通常将煤压实至约1.15-1.2比重(sg)或约70-75磅/立方英尺。
基于HHR炉内部的相对操作大气压条件，卧式热回收(HHR)炉具有优于化学副产物炉的独特环境优势。HHR炉在负压力下工作，而化学副产物炉在略为正的大气压力下工作。两种炉类型通常均由耐火砖和其它材料建造而成，其中因为在日常操作期间可能在这些结构中形成小裂纹，所以建立大体气密环境可能是一个挑战。将化学副产物炉保持在正压力下以免氧化可回收产物和使炉过热。相反，将HHR炉保持在负压力下，从炉外部吸入空气以氧化煤的VM并在炉内释放燃烧热。因为将进入环境的挥发性气体的损失减到最低很重要，所以在化学副产物炉内正大气条件和小开口或裂纹的组合使焦炉荒煤气(“COG”)和有害污染物泄漏到大气中。相反，HHR炉内或炼焦设备其他位置的负大气条件和小开口或裂纹仅仅使补助空气吸入炉内或炼焦设备其他地方，以致负大气条件阻止了COG向大气的损失。
HHR炉在传统上无法将其操作(例如，其焦炭生产)调低至明显低于其设计容量，而不对炉产生潜在破坏。这一约束与炉内温度限制有关联。更具体地，如果炉降低至硅砖零膨胀点以下，则炉砖可开始收缩并且可能裂开或破裂并且损坏炉顶。砖也可能冷却收缩，拱顶上的砖移动或脱落，导致塌顶和炉故障。必须在炉内维持足够热量以将砖保持在砖收缩点以上。这就是为什么说HHR炉永远不能关闭的原因。因为炉不能明显调小，所以在钢铁和焦炭需求量低的时期，必须持续生产焦炭。即使需求量低也继续、高容量生产焦炭导致过量焦炭堵塞。必须储存或消耗这种焦炭并且可对焦炭和钢铁厂产生很大的经济负担和损失。
附图说明
图1为根据本技术的实施方案配置的卧式热回收炼焦设备的示意图。
图2为根据本技术的实施方案配置的图1卧式热回收炼焦设备的一部分的等距局部剖视图。
图3为根据本技术的实施方案配置的卧式热回收焦炉的截面图。
图4为根据本技术的实施方案配置的挥发性物质/烟道气共用系统的截面图。
图5为根据本技术的实施方案配置的工作更长周期的一组焦炉的示意图。
图6为根据本技术的实施方案，焦炉间气体共用以降低焦炭生产率的方法的方框图。
发明详述
本技术总体上涉及通过提供延长工艺周期的气体共用，控制或降低焦炉输出率的系统和方法。在一些实施方案中，焦炉间气体共用以降低焦炭生产率的方法包括操作多个焦炉产生焦炭和废气，其中每个焦炉均可包括适于控制所述焦炉内的炉通风的上升道挡板。在一些实施方案中，第一焦炉在操作周期偏离第二焦炉。所述方法包括将废气从第一焦炉引导至与第二焦炉连通的共用气道。所述方法另外包括偏置所述炉内的通风以使废气经由所述共用气道从第一焦炉移至第二焦炉，将热量从第一焦炉传递到第二焦炉。热传递使第二焦炉延长其周期，同时保持高于临界工作温度。通过在总体上维持每个周期输出的同时延长操作周期，总产量降低。
下面参考图1-6描述了本技术几个实施方案的具体细节。在以下公开文本中尚未提出描述众所周知与煤炭加工相关的结构和系统的其它详情，以免不必要地模糊对本技术各实施方案的描述。图中所示许多细节、尺寸、角度和其它特征仅仅是为了说明本技术的特定实施方案。相应地，在不背离本技术的精神或范围的前提下，其它实施方案可具有其它细节、尺寸、角度和特征。因此，本领域的普通技术人员相应地将理解，本技术可能具有带附加元件的其它实施方案，或本技术可具有没有所示且下面参考图1-6描述的几种特征的其它实施方案。
图1为根据本技术的实施方案配置的卧式热回收(HHR)炼焦设备100的示意图。HHR炼焦设备100包括炉105，连同热回收蒸汽发生器(HRSG)120和空气质量控制系统130(例如，废气或烟道气脱硫(FGD)系统)，二者均流体定位于炉105的下游并且二者均通过适合气道与炉105流体连接。HHR炼焦设备100还包括将独立炉105流体连接到HRSG 120的共有隧道110。一个或多个交叉气道115将共有隧道110流体连接到HRSG 120。冷却气道125将冷却气体从HRSG运输到烟道气脱硫(FGD)系统130。流体连接且更下游的是用于收集微粒的袋滤室135，用于控制系统内空气压力的至少一个抽风机140和用于将冷却、已处理废气排到环境中的主要气体烟道145。蒸气管道150可使HRSG 120和热电设备155互相连接，以致可利用回收热量。不同炼焦设备100可具有不同比例的炉105、HRSG 120和其它结构。例如，在一些炼焦设备中，图1所示的每个炉105可表示实际10个炉。
如下将进一步详细地描述，在几个实施方案中，与上述传统汤普森炼焦工艺相比，焦炉105可工作“更长”周期。在保持炉温足够高的同时执行更长的周期计划，可使用不同技术实现。在几个实施方案中，可使用炉气体共用在炉见传热，延长周期。可在偏离(例如，相反)周期推进共用热量的炉。例如，如果所述炉具有96h延长周期，则推进第一个炉48h进入第二个炉的周期。如下将进一步详细地描述，通过在对立时间推进炉，炼焦设备可将过量VM和烟道气从新推炉移到正在冷却的炉。这可通过偏置炉内的通风以将VM和烟道气从热炉移到冷炉进行。当采用气体共用时，冷却下来的炉开始重新加热，从而延长其周期。如下将进一步详细地描述，在几个实施方案中，可使用先行控制机制实现气体共用以偏置炉内通风。
通过气体共用技术延长的周期可单独使用或与其它周期延长技术相结合以优化延长周期，同时维持工作温度。例如，在一些实施方案中，最大化装煤量导致需要更高的小时/吨来加工煤炭，从而延长每次焦炭输出的煤周期长度。同时，其使得炼焦设备的每种挥发性物质有更多燃料用于延长周期。在更多实施方案中，可通过降低炉工作温度，减缓焦化率延长周期。还有更多实施方案中，通过封堵空气渗漏或锁定在炉内防止炉不合需要的冷却，延长周期。在一些实施方案中，可向炉(例如，向炉顶)添加额外隔热材料。耐火毛毯同样可用于降低炉热损失。还有其它实施方案中，外部热源，例如补充燃料(例如，天然气)，可用于为冷却炉增加热量以延长炉的周期。天然气可保持炉温足够高以防止对硅砖的损害。在其它实施方案中，可以不用补充燃料而延长周期。
在更多实施方案中，可调节煤性质或量以减少输出。例如，与典型炼焦煤相比具有高VM百分比的煤可用作延长周期长度和维持炉温的手段。通常，高VM煤不可用，因为其可使炉过热。然而，如果炉在较低温度下运行更长周期，则在维持炉完整性和焦炭输出质量的同时，煤的VM可更高。高VM煤也可更廉价并且可产生比典型炼焦煤低的焦炭产率。在一些实施方案中，可使用具有26％或更高VM(重量百分比)或30％或更高VM的煤。
在更多实施方案中，作为减少输出的一种方式，可通过在标准、略微减少或延长的周期时间(即，与设计周期时间相比)推进“短填充”(即，与设计填充相比减少的装载量)实现输出减少。在特定实施方案中，短填充包括在设计用于43公吨填充量的炉内使用约28公吨填充量。在其它实施方案中，与最大设计生产率(即，整个最大设计周期时间的最大设计填充量)相比，焦炭生产率可降低10-40％。在特定实施方案中，焦炭生产率降低至少15％。推进短填充可作为独立策略使用或连同上述任何周期延长技术一起使用。
可将周期延长至不同长度以适应特定水平的焦炭需求量(即，周期越长产生的焦炭产量越低)。例如，焦炉可运行72h、96h、108h、120h、144h或其它更长周期以减少焦炭输出，同时维持炉温和相应的炉完整性。通过将周期从48h延长至96h，例如，焦炭产量大约减半。在一些实施方案中，可将周期长度设为运行12-24h的倍数，以适应工厂时间安排。
图2-4说明了与炉间气体共用的结构和力学相关的更多详情。图2为根据本技术的实施方案配置的图1的HHR炼焦设备100的一部分的等距局部剖视图。图3为根据本技术的实施方案配置的HHR焦炉105的截面图。一起参考图2和3，每个炉105可包括一开口腔，由底板160、大体上形成炉整个一侧的前门165、与前门165相对大体上形成炉与前门相对的整个侧面的后门170、从前门165和后门170中间的底板160向上延伸的两个侧壁175和形成炉室185开口腔上表面的顶180限定。控制炉室185内部的空气流量和压力对于炼焦周期的有效操作可以是至关重要的，因此前门165包括使初级燃烧空气进入炉室185的一个或多个一次空气入口190。每个一次空气入口190均包括一次空气挡板195，其可定位于完全打开和完全关闭的许多位置的任一处以改变进入炉室185的一次气流的量。可选地，所述一个或多个一次空气入口190可穿过顶180形成。
工作时，从位于炉室185内部的煤排放的挥发性气体集在顶内并且在整个系统中向下吸入一个或两个侧壁175上形成的降气管通道200内。降气管通道将炉室185与位于炉底板160下的炉底烟道205流体连接。炉底烟道205在炉底板160下形成迂回路径。从煤中排放的挥发性气体可在炉底烟道205燃烧，从而产生热量以支持煤还原为焦炭。降气管通道200与一个或两个侧壁175上形成的烟囱或上升通道210流体连接。在炉底烟道205和大气之间设有二次空气入口215并且二次空气入口215包括二次空气挡板220，其可定位于完全打开和完全关闭的许多位置的任一处以改变进入炉底烟道205的二次气流的量。上升通道210通过一个或多个上升气道225与共有隧道110流体连接。在上升气道225和大气之间设有三次空气入口227。三次空气入口227包括三次空气挡板229，可定位于完全打开和完全关闭的许多位置的任一处以改变进入上升气道225的三次气流的量。
为了提供控制通过上升气道225和炉105内的气体流量的能力，每个上升气道225还包括上升道挡板230。上升道挡板230可定位于任一数量的完全打开和完全关闭的位置以改变炉105内的炉通风。上升道挡板230可包括任何自动或手控流量控制或孔口阻塞装置(例如，任何板、密封条、块等)。如本文所使用，“通风”指相对于大气的负压。例如，0.1英寸水柱的通风指0.1英寸水柱低于大气压的压力。水柱英寸数是压力的非国际单位并且按照惯例用于描述在炼焦设备不同位置的通风。在一些实施方案中，通风范围从约0.12至约0.16英寸水柱。如果通风增加或使其更大，压力进一步移动至大气压以下。如果通风减少、降低或使其更小或更低，压力向大气压移动。通过用上升道挡板230控制炉内通风，可以控制从空气入口190、215、227进入炉105内的气流以及进入炉105内的漏气。通常，如图3所示，单独炉105包括两个上升气道225和两个上升道挡板230，但是使用两个上升气道和两个上升道挡板并不必要；可将系统设计为仅用一个或两个以上的上升气道和两个上升道挡板。
样品HHR炼焦设备100包括可分成炉组235的许多炉105(图1所示)。说明的HHR炼焦设备100包括5个炉组235，各20个炉，总计100个炉。全部炉105均通过至少一个上升气道225与共有隧道110流体连接，共有隧道110依次通过交叉气道115与每个HRSG 120流体连接。每个炉组235与特定交叉气道115相联。来自炉组235中每个炉105的废气通过共有隧道110流入与各自每个炉组235相联的交叉气道115。炉组235中的一半炉位于共有隧道110和交叉气道115的交点245的一侧而炉组235中的另一半炉位于交点245的另一侧。
与每个HRSG 120相联的HRSG阀或挡板250(如图1所示)可调节为控制通过HRSG 120的废气流量。HRSG阀250可定位在HRSG 120的上游或热侧，或者可定位在HRSG 120的下游或冷侧。HRSG阀250可变至完全打开和完全关闭的许多位置并且通过调节HRSG阀250的相对位置控制通过HRSG 120的废气流量。
工作时，通过先将煤装入炉室185，在缺氧环境下加热煤，馏出煤的挥发性部分，然后氧化炉105内的VM以捕获并利用释放出的热量，产生焦炭。在整个延长炼焦周期，煤挥发物在炉内氧化，并且释放热量以再生驱动煤碳化成焦炭。炼焦周期在打开前门165并将煤装入炉底板160时开始。炉底板160上的煤也称为煤层。来自炉(由于先前炼焦周期)的热量开始碳化周期。上以上所讨论，在一些实施方案中，除通过所述炼焦工艺生成的燃料外，未使用另外的燃料。大约一半向煤层的总热传量从煤层的光焰和辐射炉顶180向下辐射到煤层上表面。剩余一半的热量通过传导从因炉底烟道205中的气体挥发对流加热的炉底板160传递到煤层。这样，煤粒塑性流动的碳化过程“波”和高强度粘性焦炭的形成从煤层的上下边缘进行。
随着煤层变得越来越厚，可增加加工一吨煤的实际时间。这发生在通过煤饼的热传递不呈线性之后。煤层越厚，每吨煤(或增加的英寸数)转化成焦炭所需的时间越多。因此，对于较厚煤层而言，每吨煤的加工小时数比具有相同长度和宽度的较薄煤层更多。因此，为了通过采用较长加工时间延长周期，可使用更厚的煤层减小生产率。
通常，在负压下操作每个炉105，所以在还原过程中由于炉105和大气之间的压差将空气吸入炉内。将用于燃烧的一次空气加入炉室185以部分氧化煤挥发物，但是这种一次空气的量受控制，使得仅一部分从煤释放的挥发物在炉室185内燃烧，从而仅释放一部分其在炉室185内的燃烧焓。通过一次空气入口190将一次空气引入炉室185内煤层的上方，通过一次空气挡板195控制一次空气的量。一次空气挡板195也可用于维持炉室185内的所需工作温度。部分燃烧的气体从炉室185穿过降气管通道200进入炉底烟道205，这里二次空气加入部分燃烧的气体中。通过二次空气入口215引入二次空气。通过二次空气挡板220控制引入的二次空气的量。引入二次空气时，部分燃烧的气体在炉底烟道205内更充分地燃烧，从而提取剩余燃烧焓，通过炉底板160输送为炉室185增加热量。充分或几乎充分燃烧的废气通过上升通道210离开炉底烟道205，然后流入上升气道225。经由三次空气入口227将三次空气加入废气中，这里通过三次空气挡板229控制引入的三次空气的量，使得废气中未燃烧气体的任何剩余部分在三次空气入口227下游氧化。
在炼焦周期结束时，煤已经结焦并且已经碳化而生成焦炭。优选通过后门170，利用机械提取系统将焦炭从炉105移出。最后，熄焦(例如，湿法或干法熄焦)并且在交付给用户之前筛分。
图4为根据本技术的实施方案配置的挥发性物质/烟道气共用系统445的截面图。如图所示，4个焦炉105A、105B、105C和105D(统称为“炉105”)经由连接隧道405A、405B和405C(统称为“连接隧道405”)和/或经由共用共有隧道425相互流体连接。在一些实施方案中，至少一个连接隧道控制阀410和/或至少一个共用隧道控制阀435可控制连接的焦炉105之间的流体流量。在更多实施方案中，系统445不需要控制阀就可工作。
在一些实施方案中，相邻炉105可通过邻接侧壁175连接或连接到煤/焦炭水平线之上。每条连接隧道405均穿过两个焦炉105之间的共用侧壁175。连接隧道405在相邻焦炉105的炉室185之间提供流体连通并且还在两个炉室185和焦炉间的降气管通道200之间提供流体连通。通过偏置相邻焦炉内的炉压或炉通风控制流体连接的焦炉105之间VM和热气的流量，使得高压(低通风)焦炉105内的热气和VM通过连接隧道405流入低压(高通风)焦炉105。要从高压(低通风)焦炉转移的VM可来自高压(低通风)焦炉的炉室185、降气管通道200或炉室185和降气管通道200。在一些实施方案中，VM可能主要流入降气管通道200内，但是可能呈一“股”VM间歇性流入炉室185内，这取决于相邻炉室185之间的通风或压力差。将VM输送到降气管通道200将VM提供给炉底烟道205。可通过调节与每个焦炉105相联的上升道挡板230实现通风偏置。
连接隧道控制阀410可定位于连接隧道405内以进一步控制两个相邻焦炉105之间的流体流量。控制阀410包括挡板415，其可定位于完全打开和完全关闭的许多位置的任一处以改变通过连接隧道405的流体流量。控制阀410可手动控制或可为自动控制阀。如下将进一步详细地描述，在一些实施方案中，可通过先行控制，例如通风自动控制系统控制焦炉105之间和焦炉105内的通风偏压。在先行控制系统中，自动控制阀410从控制器接收位置指示，将挡板415移到特定位置。
在利用共用隧道425的系统中，中间隧道430穿过每个焦炉105的顶180以将该焦炉105的炉室185流体连接到共用隧道425。通过偏置相邻焦炉内的炉压或炉通风控制流体连接的焦炉105之间VM和热气的流量，使得高压(低通风)焦炉内的热气和VM通过共用隧道425流入低压(高通风)焦炉。可进一步控制低压(高通风)焦炉内VM的流量以经由降气管通道200将VM提供给炉室185、炉底烟道205，或炉室185和炉底烟道205。在更多实施方案中，VM不需要经由降气管通道200转移。
另外，共用隧道控制阀435可定位于共用隧道425以控制沿着共用隧道(例如，焦炉105之间)的流体流量。控制阀435包括挡板440，其可定位于完全打开和完全关闭的许多位置的任一处以改变通过共用隧道425的流体流量。控制阀435可手动控制或可为自动控制阀。自动控制阀435从控制器接收位置指示，将挡板440移到特定位置。在一些实施方案中，多个控制阀435定位于共用隧道425内。例如，控制阀435可定位于每个相邻焦炉105之间或成组的两个或更多个焦炉105之间。
虽然图4中所有炉105经由共用隧道425连接，但是在更多实施方案中，更多或更少焦炉105通过一个或多个共用隧道425流体连接。例如，焦炉105可成对连接，使得两个焦炉通过第一共用隧道流体连接并且下两个焦炉通过第二共用隧道流体连接，未配对炉间没有连接。
挥发性物质共用系统445提供了两个VM共用的选择：经由连接隧道405的顶-降气管通道共用和经由共用隧道425的顶-顶共用。这样对VM向接收VM的焦炉105的输送提供了更强的控制。例如，可能在炉底烟道205，但非炉室185内需要VM，或反之亦然。将单独隧道405和425分别用于顶-降气管通道和顶-顶共用，确保VM可以可靠地转移到正确位置(即，经由降气管通道200到达炉室185或炉底烟道205)。必要时偏置每个焦炉105内的通风，以根据需要顶-降气管通道和/或顶-顶输送VM。在更多实施方案中，连接隧道405或共用隧道425中仅一个用于采用气体共用。
如以上所讨论，气体共用炉之间通风的控制可用自动或先行控制系统实现。例如，通风先行控制系统可自动控制可定位于完全打开和完全关闭的许多位置的任一处的上升道挡板，以改变炉105内的炉通风量。可响应于由至少一个传感器检测到的工作条件(例如，压力或通风、温度、氧浓度、气体流速、下游烃、水、氢气、二氧化碳的含量或水与二氧化碳比例等)，控制自动上升道挡板。自动控制系统可包括与炼焦设备100的工作条件有关的一个或多个传感器。在一些实施方案中，炉通风传感器或炉压传感器检测表示炉通风的压力。一起参考图1-4，炉通风传感器可位于炉顶180或炉室185中的其它地方。可选地，炉通风传感器可位于任一自动上升道挡板305处，炉底烟道205内，任一炉门165或170处，或焦炉105附近或上方的共有隧道110内。在一个实施方案中，炉通风传感器位于炉顶180的顶部。炉通风传感器可与炉顶180的耐火砖衬齐平定位或可从炉顶180伸入炉室185内。旁通排气烟道通风传感器可检测表示旁通排气烟道240处(例如，在旁通排气烟道240的基底处)的通风的压力。在一些实施方案中，旁通排气烟道通风传感器位于交点245处。另外的通风传感器可位于炼焦设备100的其它位置。例如，共有隧道内的通风传感器可用于检测表示邻近通风传感器的多个炉内的炉通风的共有隧道通风。交点通风传感器可检测表示其中一个交点245处的通风的压力。
炉温传感器可检测炉温并且可位于炉顶180或炉室185内其它地方。炉底烟道温度传感器可检测炉底烟道温度并且位于炉底烟道205内。共有隧道温度传感器可检测共有隧道温度并且位于共有隧道110内。HRSG入口温度传感器可检测HRSG入口温度并且可位于HRSG120的入口处或附近。另外的温度或压力传感器可定位于炼焦设备100内的其它位置。
上升气道氧传感器定位为检测上升气道225内废气的氧浓度。HRSG入口氧传感器可定位为检测HRSG 120的入口处废气的氧浓度。主烟道氧传感器可定位为检测主烟道145内废气的氧浓度并且另外的氧传感器可定位在炼焦设备100内的其它位置以提供关于在系统内不同位置的相对氧浓度的信息。
流量传感器可检测废气的气体流速。例如，流量传感器可位于每个HRSG 120的下游以检测离开每个HRSG 120的废气的流速。该信息可用于通过调节HRSG挡板250平衡通过每个HRSG 120的废气流量。另外的流量传感器可定位于炼焦设备100内的其它位置以提供关于在系统内不同位置的气体流速的信息。另外，可在空气质量控制系统130处或HRSG 120下游的其它位置使用一个或多个通风或压力传感器、温度传感器、氧传感器、流量传感器、烃传感器和/或其它传感器。
可配置一致动器以打开和关闭上升道挡板230。例如，致动器可为线性致动器或旋转致动器。致动器可使上升道挡板230被无限控制在完全打开和完全关闭的位置之间。致动器可响应于通风自动控制系统所包括的传感器检测到的工作条件，使上升道挡板230在这些位置间移动。致动器可根据从控制器接收的位置指示给上升道挡板230定位。可响应于以上讨论的一个或多个传感器检测到的压力、通风、温度、氧浓度、气体流速或下游烃、水、氢气、二氧化碳的含量或水与二氧化碳比例，包括一个或多个传感器输入的控制算法、预设时间表或其它控制算法，生成位置指示。控制器可为与单个自动上升道挡板或多个自动上升道挡板相关联的离散控制器、集中控制器(例如，分布式控制系统或可编程逻辑控制系统)或两种的组合。
例如，通风自动控制系统可响应于炉通风传感器检测到的炉通风，控制炉105的自动上升道挡板。炉通风传感器可检测炉通风并且向控制器输出表示炉通风的信号。控制器可响应于该传感器输入生成位置指示并且致动器可将上升道挡板230移到位置指示要求的位置。这样，自动控制系统可用于维持炉目标通风。类似地，通风自动控制系统可根据需要控制自动上升道挡板、HRSG挡板250和抽风机140，以在炼焦设备100内的其它位置维持目标通风(例如，交点目标通风或共有隧道目标通风)。可将通风自动控制系统置于手动模式以允许根据需要手动调节自动上升道挡板、HRSG挡板和/或抽风机140。还有更多实施方案中，自动致动器可结合手动控制使用以完全打开或完全关闭流动路程。
图5为根据本技术的实施方案配置的工作更长周期的一组焦炉(编号1-40)的示意图。如以上所讨论，炼焦设备可通过具有延长的偏置周期的炉间气体共用，减少输出。在说明的炼焦设备中，炉工作周期约96h。炉连续推进，其中在推进A系列的炉24h后，推进作为B系列说明的炉。同样在B系列炉后24h推进C系列炉并且在C系列炉后24h推进D系列炉。因此推进C系列炉48h进入A系列周期，并且可与A系列炉共用挥发性物质和烟道气，从而以上述方式延长A系列炉的周期。B和D系列炉同样可作为气体共用伙伴工作。重复该序列本身以提供连续工作和气体共用伙伴。在更多实施方案中，可能在不直接相邻的炉间发生气体共用(即，可能存在定位于两个气体共用炉之间的非共用炉)。还有更多实施方案中，周期不一定相反，但是可偏移至仍允许足够气体共用的其它程度，以将炉周期延长到所需长度。在其它实施方案中，组内不同的炉不需要具有相同周期长度。更具体地，一些炉可能处于更长周期，而其它炉未处于更长周期。例如，在一些实施方案中，周期延长的炉可能与周期未延长的炉相邻并且与之气体共用连通。虽然显示说明的40个焦炉与单个HRSG连接，但是在更多实施方案中，可以存在更多或更少的炉及更多或更少的HRSG。
图6为根据本技术的实施方案，焦炉间气体共用以降低焦炭生产率的方法600的方框图。所述方法600包括在偏移周期操作第一焦炉和第二焦炉(方框610)。如以上所讨论，在一些实施方案中，偏移周期为大致相反的周期，以致第二个炉在第一个炉周期的一半时开始。所述方法600可进一步包括感测第一焦炉或第二焦炉内的工作条件(方框620)。在一些实施方案中，可感测压力、通风、温度、氧浓度、气体流速、下游烃、水、氢气、二氧化碳的含量或水与二氧化碳比例状况中的一种或多种。
所述方法600可包括将加热气体或VM从第一焦炉引导至第二焦炉(方框630)。在一些实施方案中，将加热气体从第一焦炉引导至第二焦炉包括经由共用外部隧道或经由内部排气道，通过炉的共用壁，将通风从第一个炉偏置于第二个炉。在一些实施方案中，所述偏置包括调节炉内与共用气道联接的上升道挡板。所述偏置可自动响应于上述工作条件感测，手动或作为预选上升道挡板调节计划的一部分。
所述方法600进一步包括延长第二焦炉的工作周期(方框640)。在一些实施方案中，周期延长至72h或更长。由于加热气体和VM供至第二个炉，所以第二个炉可将操作维持在预选温度范围内(即，高于临界温度)。在一些实施方案中，进行所述方法600，无需从外部来源为焦炉补充热量。在更多实施方案中，使用天然气补充热量。可对松散或捣固煤、型煤或煤块进行所述方法600。
虽然已经作为通过延长典型煤堆的炼焦周期而减少输出的方式描述了所述方法600，但是在其它实施方案中，可通过减小煤堆的尺寸减少输出。例如，可在焦炉中推进重量低于最大设计填充量约10-40％的“短填充”。可按上述方式在邻近炉间使用气体共用，为减小的负载尺寸维持炉温。
实施例
1.一种焦炉间气体共用以降低焦炭生产率的方法，所述方法包括：
操作多个焦炉产生焦炭和废气，其中每个焦炉均包括适于控制所述焦炉内的炉通风的上升道挡板，并且其中第一焦炉在操作周期偏离第二焦炉；
将所述废气从第一焦炉引导至与第一焦炉和第二焦炉连通的共用气道；并且
偏置所述炉内的通风以使废气经由所述共用气道从第一焦炉移至第二焦炉，将热量从第一焦炉传递到第二焦炉。
2.根据实施例1所述的方法，其中操作多个焦炉包括在相反的操作周期操作第一焦炉和第二焦炉，其中当第二焦炉大致处于操作周期的一半时，第一焦炉开始操作周期。
3.根据实施例1所述的方法，其中将所述废气从第一焦炉引导至共用气道包括将所述废气从第一焦炉引导至所述炉外部并且流体连接所述炉的共用隧道。
4.根据实施例1所述的方法，其中将所述废气从第一焦炉引导至共用气道包括经由第一焦炉和第二焦炉共有内壁上的排气道从第一焦炉引导至第二焦炉。
5.根据实施例1所述的方法，其中偏置所述炉内的通风包括调节与所述共用气道联接的上升道挡板。
6.根据实施例5所述的方法，进一步包括感测压力、通风、温度、氧浓度、烃含量、水、氢气、二氧化碳的含量或水与二氧化碳比例或气体流速情况中的一种或多种并且响应于所述感测自动调节所述上升道挡板的位置。
7.根据实施例1所述的方法，其中进行所述方法，无需从外部来源向所述焦炉补充热量。
8.根据实施例1所述的方法，进一步包括用天然气为第二焦炉补充热量。
9.根据实施例1所述的方法，其中操作多个焦炉包括在持续72h或更长的整个操作周期操作第一焦炉和第二焦炉。
10.根据实施例1所述的方法，其中偏置所述炉内的通风以使所述废气从第一焦炉移至第二焦炉包括将气体和挥发性物质从第一焦炉移至第二焦炉。
11.根据实施例1所述的方法，进一步包括将松散或捣固煤推入第一焦炉中。
12.一种控制热回收焦炉中焦炭生产量的方法，所述方法包括：
操作具有共有道的第一上升道挡板的第一焦炉，其中所述第一焦炉在第一操作周期工作，所述操作周期持续至少72h，
操作具有所述共有道的第二上升道挡板的第二焦炉，其中所述第二焦炉在第二操作周期工作，所述第二操作周期在大致为所述第一操作周期的一半时开始；并且
通过所述共有道将加热气体和挥发性物质从第一焦炉转移到第二焦炉。
13.根据实施例12所述的方法，其中将加热气体和挥发性物质从第一焦炉转移到第二焦炉包括延长第二焦炉的操作周期。
14.根据实施例12所述的方法，进一步包括感测第二焦炉内的压力或温度条件。
15.根据实施例14所述的方法，其中将加热气体和挥发性物质从第一焦炉转移到第二焦炉包括基于所述感测自动转移所述加热气体和所述挥发性物质，以便将第二焦炉维持在预选温度范围内。
16.根据实施例15所述的方法，其中自动转移所述加热气体和挥发性物质包括响应于所述感测，自动调节第一上升道挡板或第二上升道挡板中的至少一个。
17.根据实施例12所述的方法，其中在至少持续72h的第一操作周期操作第一焦炉包括在至少持续96h的操作周期操作第一焦炉。
18.根据实施例12所述的方法，其中将加热气体和挥发性物质从第一焦炉转移到第二焦炉包括根据预选时间表，自动转移所述加热气体和所述挥发性物质。
19.一种降低焦炭生产率的方法，所述方法包括：
将一堆煤推入第一焦炉中，第一焦炉具有最大设计生产率，包括最大设计装入量与最长设计周期时间之比；
当第一焦炉在工作时，将一堆煤推入邻近第一焦炉的第二焦炉中；
将加热气体从第二焦炉引导至第一焦炉；并且
以至少低于最高设计生产率15％的生产率从第一焦炉提取焦炭。
20.根据实施例19所述的方法，其中将加热气体从第二焦炉引导至第一焦炉包括经由共用外部隧道或炉共用内部通道引导气体。
21.根据实施例19所述的方法，进一步包括感测第一焦炉内的温度或压力条件中的至少一种。
22.根据实施例21所述的方法，进一步包括响应于所述感测自动地将加热气体从第二焦炉引导至第一焦炉。
23.根据实施例19所述的方法，其中以至少低于最高设计生产率15％的生产率从第一焦炉提取焦炭包括以至少低于最高设计生产率30％的生产率从第一焦炉提取焦炭。
本文公开的系统和方法提供了优于传统系统的几个优点。通过延长一堆煤的加工时间，工厂能够限制产量以仅仅生成所需量的焦炭，不需要将炉完全关闭，完全关闭可能会损害炉的结构完整性。周期越长意味着煤堆越少，这对应于人员配备成本越低并且以更低速率运行的下游机械的操作成本越低。进一步地，与传统的24或48h周期相比，可将VM百分比较高的煤用于更长周期，并且VM较高的煤比VM较低的煤廉价。周期时间越长也增加了用于在连续推进间期需要完成的修理的维修窗口。
从上述应理解，虽然为了说明已经描述了本技术的具体实施方案，但是在不背离本技术的精神和范围的前提下，可做各种修改。例如，本文所述的技术可应用于松散或捣固煤、型煤或煤块。进一步地，在特定实施方案的上下文中描述的新技术的某些方面在其它实施方案中可组合或除去。而且，虽然已经在那些实施方案的上下文中描述了与本技术某些实施方案相关的优势，但是其它实施方案也可能表现出此类优势，而非全部实施方案必须表现出此类优势才属于本技术的范围之内。相应地，公开文本和相关技术可涵盖本文未明确示出或描述的其它实施方案。因此本公开除受所附权利要求限制外，不受限制。

Claims (23)

1.一种焦炉间气体共用以降低焦炭生产率的方法，所述方法包括：
操作多个焦炉产生焦炭和废气，其中每个焦炉均包括适于控制所述焦炉内的炉通风的上升道挡板，并且其中第一焦炉在操作周期偏离第二焦炉；
将所述废气从第一焦炉引导至与第一焦炉和第二焦炉连通的共用气道；并且
偏置所述炉内的通风以使废气经由所述共用气道从第一焦炉移至第二焦炉，将热量从第一焦炉传递到第二焦炉。
2.根据权利要求1所述的方法，其中操作多个焦炉包括在相反的操作周期操作第一焦炉和第二焦炉，其中当第二焦炉大致处于操作周期的一半时，第一焦炉开始操作周期。
3.根据权利要求1所述的方法，其中将所述废气从第一焦炉引导至共用气道包括将所述废气从第一焦炉引导至所述炉外部并且流体连接所述炉的共用隧道。
4.根据权利要求1所述的方法，其中将所述废气从第一焦炉引导至共用气道包括经由第一焦炉和第二焦炉共有内壁上的排气道从第一焦炉引导至第二焦炉。
5.根据权利要求1所述的方法，其中偏置所述炉内的通风包括调节与所述共用气道联接的上升道挡板。
6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括感测压力、通风、温度、氧浓度、烃含量、水、氢气、二氧化碳的含量或水与二氧化碳比例或气体流速情况中的一种或多种并且响应于所述感测自动调节所述上升道挡板的位置。
7.根据权利要求1所述的方法，其中进行所述方法无需从外部来源向所述焦炉补充热量。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括用天然气为第二焦炉补充热量。
9.根据权利要求1所述的方法，其中操作多个焦炉包括在持续72h或更长的整个操作周期操作第一焦炉和第二焦炉。
10.根据权利要求1所述的方法，其中偏置所述炉内的通风以使所述废气从第一焦炉移至第二焦炉包括将气体和挥发性物质从第一焦炉移至第二焦炉。
11.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将松散或捣固煤推入第一焦炉中。
12.一种控制热回收焦炉中焦炭生产量的方法，所述方法包括：
操作具有共有道的第一上升道挡板的第一焦炉，其中所述第一焦炉在第一操作周期工作，所述操作周期持续至少72h，
操作具有所述共有道的第二上升道挡板的第二焦炉，其中所述第二焦炉在第二操作周期工作，所述第二操作周期在大致为所述第一操作周期的一半时开始；并且
通过所述共有道将加热气体和挥发性物质从第一焦炉转移到第二焦炉。
13.根据权利要求12所述的方法，其中将加热气体和挥发性物质从第一焦炉转移到第二焦炉包括延长第二焦炉的操作周期。
14.根据权利要求12所述的方法，进一步包括感测第二焦炉内的压力或温度条件。
15.根据权利要求14所述的方法，其中将加热气体和挥发性物质从第一焦炉转移到第二焦炉包括基于所述感测自动转移所述加热气体和所述挥发性物质，以便将第二焦炉维持在预选温度范围内。
16.根据权利要求15所述的方法，其中自动转移所述加热气体和挥发性物质包括响应于所述感测，自动调节第一上升道挡板或第二上升道挡板中的至少一个。
17.根据权利要求12所述的方法，其中在至少持续72h的第一操作周期操作第一焦炉包括在至少持续96h的操作周期操作第一焦炉。
18.根据权利要求12所述的方法，其中将加热气体和挥发性物质从第一焦炉转移到第二焦炉包括根据预选时间表，自动转移所述加热气体和所述挥发性物质。
19.一种降低焦炭生产率的方法，所述方法包括：
将一堆煤推入第一焦炉中，第一焦炉具有最大设计生产率，包括最大设计装入量与最长设计周期时间之比；
当第一焦炉在工作时，将一堆煤推入邻近第一焦炉的第二焦炉中；
将加热气体从第二焦炉引导至第一焦炉；并且
以至少低于最高设计生产率15％的生产率从第一焦炉提取焦炭。
20.根据权利要求19所述的方法，其中将加热气体从第二焦炉引导至第一焦炉包括经由共用外部隧道或炉共用内部通道引导气体。
21.根据权利要求19所述的方法，进一步包括感测第一焦炉内的温度或压力条件中的至少一种。
22.根据权利要求21所述的方法，进一步包括响应于所述感测自动地将加热气体从第二焦炉引导至第一焦炉。
23.根据权利要求19所述的方法，其中以至少低于最高设计生产率15％的生产率从第一焦炉提取焦炭包括以至少低于最高设计生产率30％的生产率从第一焦炉提取焦炭。
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