CN105176546A - 密闭式熄焦及回收热能的方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种密闭式熄焦及回收热能的方法与装置。包括装有红焦炭的焦罐密闭过程、喷水汽化降温过程和降温后的焦炭卸焦过程；装置由焦罐、顶部密闭盖、密闭机构、翻罐机构、喷水系统、蒸汽导出系统组成；顶部密闭盖能够上下升降且与蒸汽导出系统相连接。本发明通过在密闭容器中直接喷水汽化使红焦炭快速降温并回收可作热源或对外做功的蒸汽的同时避免了向大气排放污染物的问题；采用外缘密封环对焦罐和能够升降的顶部密闭盖进行密闭实现在与大气隔绝的状态下进行熄焦，焦罐的开口上下翻转实现了装焦罐同时作为熄焦罐使用且能够快速完成动作。具有能够回收热量，不产生污染的特点，为焦化工业的熄焦提供高效低成本的熄焦及回收热能的方法与装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种焦化工业中红焦炭的降温和能量回收的方法与装置，特别是在密闭容器中向红焦炭直接喷水汽化使焦炭降温，产生蒸汽回收利用并防止污染物向大气排放的方法与装置，属于能源和能源回收利用及环保领域。
背景技术
焦炭是钢铁工业的重要原料，从焦炉推出的高温焦炭(红焦炭)需要在短时间内降温，即熄焦。红焦炭中蕴藏着大量的热能，如果能够回收利用则可同时做到节能减排。迄今主要以开放系统中的洒水降温的湿法熄焦为主，该法设备简单，熄焦速度快，但损失了红焦炭所带的大量热能，还会造成环境污染。另外，用氮气冷却红焦炭进行发电的干熄焦技术也比较多地应用到了工业实践中，在回收能源与减少污染物排放方面发挥了良好的作用。但氮气冷却干熄焦法的设备投资和运行成本均比较高，给企业的经营带来了比较重的成本负担，制约着干熄焦技术的广泛普及。因此，探索一种能够快速使高温焦炭降温，能源还能得到回收利用，同时设备投资低又不向大气排放污染物，尤其是运行成本低的熄焦方法与装置就显得非常重要。本发明通过在密闭容器中直接喷水汽化使红焦炭降温，回收蒸汽并防止污染物向大气排放的技术路线，提供一种低成本无污染回收热能的方法与装置，为解决本领域的技术经济难题提供技术手段。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效低成本的熄焦方法和设备，通过在密闭容器中直接喷水汽化使红焦炭降温并回收蒸汽，采用外缘密封环对焦罐和能够升降的顶部密闭盖进行密闭实现在与大气隔绝的状态下进行熄焦，焦罐的开口上下翻转实现了装焦罐同时作为熄焦罐使用且能够快速完成动作，焦罐移动位置进行熄焦和卸焦降低了设备的配置难度，使用剩余氨水做熄焦用水可以节省蒸氨的成本。与传统的湿熄焦方法相比，本方法具有能够回收热能，不产生污染的特点；与传统的干熄焦方法相比，具有投资少，运行成本低，熄焦时间短的特点。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种密闭式熄焦及回收热能的方法，其至少由如下过程组成：
(1)装有红焦炭的焦罐密闭过程：装有从焦炉推出的红焦炭的焦罐与顶部密闭盖连接使焦罐中的焦炭与外部大气隔绝的焦罐密闭过程；
(2)喷水汽化降温过程：在与大气隔绝的焦罐中，向红焦炭喷水，汽化产生蒸汽，使焦炭降温的喷水汽化降温过程；
(3)降温后的焦炭卸焦过程：经喷水汽化降温后的焦炭从焦罐中排出的降温后的焦炭卸焦过程。
所述焦罐密闭过程是将装入红焦炭的焦罐移动至顶部密闭盖下部，顶部密闭盖降下与焦罐的焦炭装入口相接触，外缘密封环靠拢锁定焦罐和顶部密闭盖。
所述喷水汽化降温过程是以焦罐及相通蒸汽系统的压力控制在所定值的波动范围为监测值控制喷水流量；喷水结束后焦炭表面温度大于100℃。
所述卸焦过程是将降温后的焦罐泄压、移走顶部密闭盖后焦罐移动到卸焦台，将焦罐翻转至焦炭装入口向下，使罐中焦炭倒出，倒出焦炭后的焦罐恢复至焦炭装入口向上状态。
喷水汽化降温过程产生的水蒸气导出后进入蒸汽储罐，储罐复数个并列设置，交替使用；不同罐的交替使用由阀门切换。
所述喷水汽化降温过程所用水源为直接使用荒煤气冷凝产生的剩余氨水、或剩余氨水与其他水源的混合水、或喷水汽化产生的蒸汽的冷凝水；所述喷水用水经加热升温后使用或不经加热直接使用。
所述喷水汽化降温过程从顶部密闭盖喷水管喷入蒸汽冷凝水，从焦罐底部喷水管喷入剩余氨水或剩余氨水与蒸汽冷凝水的混合水或蒸汽冷凝水。
本发明的密闭式熄焦及回收热能的装置，其至少至少由焦罐、顶部密闭盖、焦罐与顶部密闭盖之间的密闭机构、移动车、翻罐机构、喷水系统、蒸汽导出系统组成；焦罐载于移动车上，顶部密闭盖能够上下升降且与蒸汽导出系统相连接，喷水系统与顶部密闭盖相连接，也与罐体底部设置的喷头相连接。
所述焦罐的焦炭装入口设有罐口密封外缘、底部设有喷水喷头；焦罐顶部设置的焦炭装入口同时也作为焦炭排出口使用，焦罐通过翻罐机构实现上下倾倒，焦炭装入口向上状态下装入焦炭，焦炭装入口向下状态下排出焦炭；焦罐喷水喷头的外部端设置有与喷水系统连接的接头。
所述的焦罐与顶部密闭盖之间的密闭机构具有如下结构：焦罐的焦炭装入口和顶部密闭盖的下部均具有向外凸出的边缘，当顶部密闭盖与焦罐接触时，该两者的凸出边缘被嵌入外缘密封环的上下边组成的槽内；所述外缘密封环由两部分组成，需要使焦罐密闭时，两部分外缘密封环从两侧相向合拢，需要解除焦罐密闭状态时两部分外缘密封环分别向两侧移出；在外缘密封环的下部内侧或顶部密闭盖的凸出边缘上部或在外缘密封环内环侧单独或同时设置有一种或多种密封圈。
具体说明如下：
装入红焦炭的焦罐移动至熄焦的所定位置后迅速降下顶部密闭盖，合拢外缘密封环使焦罐内的焦炭与大气隔绝。紧接着在控制喷水速度的状态下向红焦炭喷水，喷入的水立即汽化产生蒸汽。由于焦罐处于密闭状态，所以焦罐内压力升高使蒸汽通过蒸汽导出系统送入蒸汽储罐作为热源或动力源供用户使用。喷水汽化大量地吸热使红焦炭快速降温，达到200℃以下后完成熄焦。熄焦完成后，关闭蒸汽导出系统的阀门，放出焦罐中的气体使其降压至与大气相同的压力，实现罐内泄压。然后，移开外缘密封环，提起顶部密闭盖，移动焦罐至卸焦台。通过翻罐机构将焦罐翻转成装焦口向下，将降温后的焦炭倒出，之后将焦罐恢复到装焦口向上的位置，准备进行下一批次的装焦熄焦循环操作。通过这样的循环操作，在与大气隔绝的密闭容器中直接喷水汽化，实现了快速熄焦的同时能够产生具有一定压力的蒸汽，可以作为热源或动力源使用。在实际操作中综合考虑蒸汽压力带来的利用价值和设备配置的难度，蒸汽压力太低其利用价值不高，蒸汽压力太高则密闭熄焦设备的配置难度太大，一般控制在0.3-0.6MPa。焦罐移动位置进行熄焦和卸焦的方式降低了设备的配置难度。采用外缘密封环对焦罐和能够升降的顶部密闭盖进行密闭实现在与大气隔绝的状态下进行熄焦，焦罐的开口上下翻转实现了利用结构简单操作稳定的机构达到焦罐密闭状态下的高承压能力和快速密闭与密闭解除的目的，还实现了焦罐同时作为运焦罐和熄焦罐使用的功能，大幅降低了设备投资成本。蒸汽储罐复数个并列设置，交替使用，不同罐的交替使用由阀门切换。通过蒸汽储罐的交替使用实现了熄焦过程批次操作的顺利进行。焦罐翻转机构可以设置在移动车上，也可设置在卸焦台的固定位置。当焦罐中的焦炭降温到所定温度后完成喷水汽化降温过程，但由于焦罐及其相通的蒸汽管道中的压力很大，不能直接打开焦罐，所以需要泄压，泄压通过泄压口实现，泄压口排出的尾气通过尾气处理系统处理后排放或直接排放。
在喷水汽化过程中检测焦罐及相通蒸汽系统的压力，通过控制喷水速度控制系统内的蒸汽压力在所定范围，防止系统过压，保证了系统安全。另外，考虑到焦炭在使用中的水分控制，而由于采用直接喷水汽化熄焦很容易成为带水焦炭，所以，控制最后的喷水量达到焦炭表面温度在100℃以上，实际过程控制在100-200℃之间为佳。焦炭表面的温度可通过在顶部密闭盖上安装红外测温探头实现，也可通过其他现有的工业测温方法来实现。蒸汽系统的压力检测与喷水流量的控制方面直接应用现有的工业检测方法和流体流量控制方法即可。
熄焦系统如图1所示，由焦罐承担装焦、运焦和熄焦罐的功能，顶部密闭盖承担密闭、蒸汽导出、喷水用水的进入及熄焦结束后泄压的功能，焦罐载于移动车上实现焦罐的位置移动。翻罐机构实现焦罐装焦口上下翻转排出焦炭的功能，罐体翻转可以将焦罐用一个开口实现装焦和出焦的功能、大幅降低焦罐熄焦过程中实现带有压力条件下的密闭难度，从而可以得到0.3MPa以上的蒸汽，为后续作为热源和做功介质使用奠定了基础。喷水系统包括泵、控制阀门和连接管路等，喷水系统与顶部密闭盖相连接，也与罐体底部设置的喷头相连接，实现了从上部和下部均匀喷水，达到均匀熄焦而不在焦炭表面存留水的目的。蒸汽导出系统包括了阀门和管路等，实现蒸汽的顺利而有序的导出。焦罐底部的喷头连接口设置在移动车行进方向的两侧，或行进停止端，以便于设备的布局和动作。
焦罐和顶部密闭盖的结构如图2和3所示。罐体的焦炭装入口和顶部密闭盖的下部均具有向外凸出的边缘，当顶部密闭盖与焦罐接触时，焦罐开口凸出外缘12和顶部密闭盖凸出外缘13被嵌入外缘密封环9的上下边组成的槽内。并且在密封外圆环的下部内侧和顶部密闭盖的凸出边缘上部设置有密封圈，或在外缘密封环内环侧设置有密封圈。这样能够保障焦罐的密闭，达到满足0.3MPa以上不泄漏的要求。在密封外圆环的下部内侧和顶部密闭盖的凸出边缘上部设置密封圈的上下式密封结构可以在焦罐内的喷水汽化过程中，由于蒸汽压力向密封圈挤压形成自动的密封；而在外缘密封环内环侧设置密封圈的外侧式密封结构需要外缘密封环施加压力使其密封，但密封圈数量少，制作和安装更容易一些。由于密封圈所处环境为高温，所以需要采用耐高温的材料，如石墨、云母等，但不限于这些，只要能够耐高温又能有良好的密封效果即可。外缘密封环由两部分组成，需要密闭焦罐时该两部分外缘密封环从两侧相向合拢，需要解除密封时该两部分外缘密封环分别向两侧移出。这一结构不仅能够做到快速开闭又结构简单便于实现自动控制。在实际的设备布置中为便于操作，外缘密封环的两部分分别布置于移动车行进方向的两侧，即开闭从两侧撤出和合拢。
喷水汽化降温过程直接使用荒煤气冷凝产生的剩余氨水、或剩余氨水与其他水源的混合水，可以节省剩余氨水的蒸氨成本。另外，在喷入熄焦罐前，对用水进行加热升温后使用可以促进在焦罐中的快速汽化，提高熄焦操作效率。
从顶部密闭盖喷水管喷入蒸汽冷凝水，从焦罐底部喷水管喷入剩余氨水或剩余氨水与蒸汽冷凝水的混合水或蒸汽冷凝水。从焦罐底部喷水管喷入剩余氨水或其混合水，可以在蒸汽通过焦炭层上升的过程中，将剩余氨水中的焦油和其他有害物质炭化或吸附在焦炭表面，大幅降低这些污染物随蒸汽进入蒸汽储罐的可能性。
本发明的有益效果是通过在密闭容器中直接喷水汽化使红焦炭快速降温并回收可作热源或对外做功的蒸汽的同时避免了向大气排放污染物的问题；采用外缘密封环对焦罐和能够升降的顶部密闭盖进行密闭实现在与大气隔绝的状态下进行熄焦，焦罐的开口上下翻转实现了装焦罐同时作为熄焦罐使用且能够快速完成动作，实现了利用结构简单操作稳定的机构达到焦罐密闭状态下的高承压能力和快速密闭与密闭解除的目的，还实现了焦罐同时作为运焦罐和熄焦罐使用的功能，大幅降低了设备成本；焦罐移动位置进行熄焦和卸焦降低了设备的配置难度，使用剩余氨水做熄焦水可以省略蒸氨的成本。蒸汽储罐复数个并列设置，交替使用实现了熄焦过程批次操作的顺利进行。从焦罐底部喷水管喷入剩余氨水或其混合水，大幅降低了污染物随蒸汽进入蒸汽储罐的可能性。与传统的湿熄焦方法相比，本方法具有能够回收热量，不产生污染的特点，与传统的干熄焦方法相比，具有投资少，运行成本低，熄焦时间短的特点。本发明为焦化工业的熄焦提供了高效低成本的熄焦及回收热能的方法与装置。
附图说明
图1：密闭喷水汽化降温熄焦装置系统图；
图2：密闭喷水汽化降温熄焦罐上下式密封结构图；
图3：密闭喷水汽化降温熄焦罐外侧式密封结构图。
其中：1-焦罐，2-顶部密闭盖，3-移动车，4-焦罐翻转机构，5-顶部密闭盖喷水管，6-底部喷水管，7-蒸汽导出管，8-泄压口，9-外缘密封环，10-蒸汽管控制阀门，11-蒸汽储罐，12-焦罐开口凸出外缘，13-顶部密闭盖凸出外缘，14-顶部密闭盖凸出外缘密封圈，15-外缘密封环下部内侧密封圈，16-外缘密封环内环侧密封圈,17-焦罐焦炭装入口。
具体实施方式
实施例1：
本实施例为密闭喷水汽化降温的熄焦工艺方案，系统如图1所示。红焦炭装入焦罐1后通过移动车3将其移动至熄焦塔(图中未标示)内的顶部密闭盖下，降下顶部密闭盖2，从两侧将外缘密封环9合拢，完成焦罐的密闭。开启蒸汽导出管控制阀门10中特定的阀门后，按照预先计算设定的流量通过顶部密闭盖喷水管5向焦罐内的红焦炭(图中未标示)喷水，喷入的水汽化产生蒸汽通过蒸汽导出管7进入蒸汽储罐11。在顶部喷水到一定时间后，停止顶部喷水开始从底部喷水管6喷水。从顶部喷入焦罐的用水为蒸汽冷凝水，从底部喷入焦罐的用水为剩余氨水，两者均为温度60-80℃。根据外部气候变化，对剩余氨水和冷凝水进行加热，以达到所要温度。焦罐中蒸汽压力控制在表压0.3-0.35MPa。喷水降温使焦罐中的焦炭温度下降到180℃时，停止喷水，关闭蒸汽导出管阀门10，完成喷水熄焦。之后，开启焦罐泄压口8通过尾气处理系统处理(图中未标示)后排入大气，焦罐内的压力降到与大气压之差小于0.01MPa以下后，移开外缘密封环9，升起顶部密闭盖2，移开焦罐底部喷水管6的连接管，将移动车3移至所定的卸焦位置，通过焦罐翻转机构4将焦罐的焦炭装入口17向下翻转，倒出焦罐中的焦炭。卸焦完成后将焦罐恢复到焦炭装入口17向上的位置，准备下一次装焦循环。外缘密封环9内的密封圈采用在外缘密封环的下部内侧和顶部密闭盖的凸出边缘上部设置的方式，如图2中顶部密闭盖凸出外缘密封圈14和外缘密封环下部内侧密封圈15所示。焦罐翻转机构4设置在移动车3上。通过所述技术方案可以得到0.3-0.35MPa的蒸汽供发电或化产车间作热源使用，熄焦过程无污染物向大气排放，克服了传统湿熄焦的损失热源和污染物排放的问题。红焦炭的喷水汽化过程只用15min，实现了快速熄焦；且一个焦罐实现了装焦，运焦和熄焦的功能，没有大型循环风机和制氮设备，设备投资少，克服了传统干熄焦设备投资和运行成本高的问题。
实施例2：
本实施例与实施例1基本相同，所不同的是焦罐内蒸汽压力控制在表压0.40-0.45MPa。外缘密封环9内的密封圈采用在外缘密封环内环侧设置的方式，如图3中外缘密封环内环侧密封圈16所示。焦罐翻转机构4设置在卸焦台上，移动车3移动至翻转机构旁，进行焦罐翻转。在顶部喷水到一定时间后，停止顶部喷水开始从底部喷水管6喷水。从顶部喷入焦罐的用水为蒸汽冷凝水，从底部喷入焦罐的用水为剩余氨水喷至焦炭温度为500-600℃，之后用蒸汽冷凝水喷水。所有用水均加热到温度70-80℃。喷水降温使焦罐中的焦炭温度下降到120-130℃时，停止喷水，完成焦炭降温，进入卸焦过程。从底部喷入焦罐的用水为剩余氨水喷至焦炭温度为500-600℃，之后用蒸汽冷凝水喷水。这样，在焦炭高温阶段喷入剩余氨水，进入低温阶段喷入蒸汽冷凝水的操作进一步强化了在剩余氨水中的污染物在通过高温焦炭层分解或炭化污染物功能。通过所述技术方案可以得到0.40-0.45MPa的蒸汽供发电或化产车间作热源使用，熄焦过程无污染物向大气排放，克服了传统湿熄焦的损失热源和污染物排放的问题。红焦炭的喷水汽化过程只用12min，实现了快速熄焦；且一个焦罐实现了装焦，运焦和熄焦的功能，没有大型循环风机和制氮设备，设备投资少，克服了传统干熄焦设备投资和运行成本高的问题。
实施例3：
本实施例与实施例1基本相同，所不同的是外缘密封环9内的密封圈采用在外缘密封环内环侧设置，及在外缘密封环的下部内侧和顶部密闭盖的凸出边缘上部设置的混合式密封方式，焦罐内蒸汽压力控制在表压0.55-0.60MPa。另外，从顶部喷入焦罐的用水为蒸汽冷凝水，从下部喷入焦罐的用水为剩余氨水与冷凝水的混合水喷至焦炭温度为500℃以下之后用蒸汽冷凝水喷水至焦罐中的焦炭温度下降到150℃时，停止喷水完成焦炭降温，进入卸焦过程。焦罐泄压通过在蒸汽导出管上设置的泄压口(图中未标示)实现。同样，从下部喷入焦罐的用水为剩余氨水与冷凝水的混合水喷至焦炭温度为500℃以下之后用蒸汽冷凝水喷水至焦罐中的焦炭温度下降到150℃的方案强化了在剩余氨水中的污染物在通过高温焦炭层分解或炭化污染物功能。通过所述技术方案可以得到0.55-0.60MPa的蒸汽供发电或化产车间作热源使用，熄焦过程无污染物向大气排放，克服了传统湿熄焦的损失热源和污染物排放的问题。红焦炭的喷水汽化过程只用10min，实现了快速熄焦；且一个焦罐实现了装焦，运焦和熄焦的功能，没有大型循环风机和制氮设备，设备投资少，克服了传统干熄焦设备投资和运行成本高的问题。
Claims (10)
1.一种密闭式熄焦及回收热能的方法，其特征是至少由如下过程组成：
(1)装有红焦炭的焦罐密闭过程：装有从焦炉推出的红焦炭的焦罐与顶部密闭盖连接使焦罐中的焦炭与外部大气隔绝的焦罐密闭过程；
(2)喷水汽化降温过程：在与大气隔绝的焦罐中，向红焦炭喷水，汽化产生蒸汽，使焦炭降温的喷水汽化降温过程；
(3)降温后的焦炭卸焦过程：经喷水汽化降温后的焦炭从焦罐中排出的降温后的焦炭卸焦过程。
2.如权利要求1所述熄焦方法，其特征是在所述焦罐密闭过程是将装入红焦炭的焦罐移动至顶部密闭盖下部，顶部密闭盖降下与焦罐的焦炭装入口相接触，外缘密封环靠拢锁定焦罐和顶部密闭盖。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述喷水汽化降温过程是以焦罐及相通蒸汽系统的压力控制在所定值的波动范围为监测值控制喷水流量；喷水结束后焦炭表面温度大于100℃。
4.如权利要求1所述熄焦方法，其特征是所述卸焦过程是将降温后的焦罐泄压、移走顶部密闭盖后焦罐移动到卸焦台，将焦罐翻转至焦炭装入口向下，使罐中焦炭倒出，倒出焦炭后的焦罐恢复至焦炭装入口向上状态。
5.如权利要求1所述熄焦方法，其特征在于喷水汽化降温过程产生的蒸汽导出后进入蒸汽储罐，储罐复数个并列设置，交替使用；不同罐的交替使用由阀门切换。
6.如权利要求1所述熄焦方法，其特征是所述喷水汽化降温过程所用水源为直接使用荒煤气冷凝产生的剩余氨水、或剩余氨水与其他水源的混合水、或喷水汽化产生的蒸汽的冷凝水；所述喷水用水经加热升温后使用或不经加热直接使用。
7.如权利要求1所述熄焦方法，其特征是所述喷水汽化降温过程从顶部密闭盖喷水管喷入蒸汽冷凝水，从焦罐底部喷水管喷入剩余氨水或剩余氨水与蒸汽冷凝水的混合水或蒸汽冷凝水。
8.实现权利要求1所述熄焦方法的装置，其特征在于至少由焦罐、顶部密闭盖、焦罐与顶部密闭盖之间的密闭机构、移动车、翻罐机构、喷水系统、蒸汽导出系统组成；焦罐载于移动车上，顶部密闭盖能够上下升降且与蒸汽导出系统相连接，喷水系统与顶部密闭盖相连接，并与罐体底部设置的喷头相连接。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于焦罐的焦炭装入口设有罐口密封外缘、底部设有喷水喷头；焦罐顶部设置的焦炭装入口同时也作为焦炭排出口使用，焦罐通过翻罐机构实现上下倾倒，焦炭装入口向上状态下装入焦炭，焦炭装入口向下状态下排出焦炭；焦罐喷水喷头的外部端设置有与喷水系统连接的接头。
10.如权利要求8所述的装置，其特征是所述的焦罐与顶部密闭盖之间的密闭机构具有如下结构：焦罐的焦炭装入口和顶部密闭盖的下部均具有向外凸出的边缘，当顶部密闭盖与焦罐接触时，该两者的凸出边缘被嵌入外缘密封环的上下边组成的槽内；所述外缘密封环由两部分组成，需要使焦罐密闭时，两部分外缘密封环从两侧相向合拢，需要解除焦罐密闭状态时两部分外缘密封环分别向两侧移出；在外缘密封环的下部内侧或顶部密闭盖的凸出边缘上部或在外缘密封环内环侧单独或同时设置有一种或多种密封圈。
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