CN105189703A - 焦炉上风口与热共同烟道间的非垂直连接及相关联系统和方法 - Google Patents

Abstract

本技术大体而言针对焦炉上风口与热共同烟道之间的非垂直连接以及相关联系统和方法。在一些实施例中，一种焦化系统包括焦炉和与所述焦炉流体连通的上风口管道。所述上风口管道具有来自所述焦炉的废气上风口流向量。所述系统还包括与所述上风口管道流体连通的共同烟道。所述共同烟道具有共同流向量且可用以将所述废气传送到通风系统。所述上风口流向量和所述共同流向量可在非垂直界面处交汇，以改善所述流向量之间的混合并且减少所述共同烟道中的通风损失。

Description

焦炉上风口与热共同烟道间的非垂直连接及相关联系统和方法

相关申请交叉引用

本申请主张在2013年3月14日提交的第13/830,971号美国专利申请的优先权，所述专利申请为2012年12月28日提交的第13/730,673号美国专利申请的部分接续申请并且与其相关，所述专利申请全文以引用方式并入本文。以引用方式并入的申请中所公开的实施例的组件和特征可与本申请中所公开和所主张的各种组件和特征组合。

技术领域

本发明大体而言涉及焦炉上风口与热共同烟道之间的非垂直连接以及相关联系统和方法。

背景技术

焦炭为用煤为原料制取的固体含碳燃料。焦炭为各种有用的应用中的理想能源。例如，焦炭常常用于在炼钢过程中冶炼铁矿石。作为另一个实例，焦炭还可用于加热商业建筑或电力工业锅炉。

在典型的焦化过程中，一定数量的煤在焦炉中在通常超过2,000华氏度的温度下烘烤。烘烤过程将相对不纯的煤转化成含有相对少的杂质的焦炭。在烘烤过程结束时，焦炭通常作为基本上完整的块状物从焦炉出现。通常从焦炉移除焦炭，将其装载到一个或多个火车车厢中，并且运送到骤冷塔，以便在焦炭可被分配用作燃料源之前使其冷却或“骤冷”。

烘烤时排放的热废气(即，烟气)通过管道、相交点和过渡点网络从焦炉抽出。焦化厂的烟气流动路径中的相交点可导致显著的压降损失、不良的流动区(例如，不流动、滞流、再循环、分离等)、以及空气与挥发物的不良混合。高压降损失可导致更高要求的通风、泄漏、以及系统控制的问题。此外，不良混合和所得局部热点可导致因加速局部侵蚀和热磨损而引起的更早的结构劣化。侵蚀包括因腐蚀材料的高速流动而引起的劣化。热点可导致材料的热降解，从而可最终造成热/或结构失效。局部侵蚀和/或热点又可导致管道相交点处的失效。

传统的管道相交点设计还导致显著压降损失，而此可限制在单个组中连接在一起的焦炉的数量。存在对通风机可拉的通风量的限制。管道相交点中的压降可减损可以用来从焦炉排出烟气的通风量。传统的管道相交点设计的这些及其它相关问题导致额外的资本支出。因此，需要提供可改善混合、流动分布、使不良流动区最小化、并且减少压降损失的经改善的管道相交点/过渡点。

附图说明

图1为根据本发明实施例构造的水平热回收焦化厂的示意图。

图2为根据本发明实施例构造的图1的水平热回收焦化厂的一部分的等轴、局部剖视图。

图3为根据本发明实施例构造的水平热回收焦炉的剖面图。

图4为根据本发明实施例构造的水平热回收焦化厂的一部分的俯视图。

图5A为根据本发明实施例构造的上风口管道与共同烟道之间的垂直界面的横截面俯视图。

图5B为根据本发明实施例构造的上风口管道与共同烟道之间的非垂直界面的横截面俯视图。

图5C为根据本发明实施例构造的上风口管道与共同烟道之间的非垂直界面的横截面端视图。

图5D为根据本发明实施例构造的上风口管道与共同烟道之间的非垂直界面的横截面端视图。

图5E为根据本发明实施例构造的上风口管道与共同烟道之间的非垂直界面的横截面端视图。

图6A到图6I为根据本发明实施例构造的上风口管道与共同烟道之间的界面的各种构型的俯视图。

图7A为根据本发明实施例构造的加装在上风口与共同烟道之间的非垂直界面的横截面俯视图。

图7B为根据本发明实施例构造的上风口与共同烟道之间的界面的横截面俯视图。

图7C为根据本发明实施例构造的图7B的加装在上风口与共同烟道之间的非垂直界面的横截面俯视图。

图8为根据本发明实施例构造的上风口与共同烟道之间的非垂直界面的横截面俯视图。

图9为示出气体静压沿着共同烟道的长度的空间分布的曲线图。

具体实施方式

本发明大体而言涉及焦炉上风口与热共同烟道之间的非垂直连接以及相关联系统和方法。在一些实施例中，一种焦化系统包括焦炉和与所述焦炉流体连通的上风口管道。所述上风口管道具有来自所述焦炉的废气上风口流向量。所述系统还包括与所述上风口管道流体连通的共同烟道。所述共同烟道具有共同流向量且可用以将所述废气传送到通风系统。所述上风口流向量和所述共同流向量可在非垂直界面处交汇以改善所述流向量之间的混合并且减少所述共同烟道中的通风损失。

下文参照图1到图9来描述本发明的几个实施例的具体细节。描述通常与煤碳加工相关联的众所周知的结构和系统的其它细节未在下文公开内容中列出以免不必要地使对本发明的各种实施例的说明模糊不清。图中所示的许多细节、尺寸、角度及其它特征仅用于说明本发明的特定实施例。因此，其它实施例可具有其它细节、尺寸、角度和特征，而此并不背离本发明的精神或范围。因此，所属领域的普通技术人员将理解，本发明可具有包括额外元件的其它实施例，或者本发明可具有不包括下文参照图1到图9所示和所述的特征中的一些特征的其它实施例。

图1为根据本发明实施例构造的水平热回收(horizontalheatrecovery；HHR)焦化厂100的示意图。HHR焦化厂100包括炉105、以及热回收蒸汽发生器(heatrecoverysteamgenerator；HRSG)120和空气质量控制系统130(例如，废气或烟气脱硫(fluegasdesulfurization；FGD)系统)，HRSG120和空气质量控制系统130两者均流体定位在炉105的下游且这两者均通过合适的管道流体连接到炉105。HHR焦化厂100还包括一个或多个共同烟道110A、110B(统称为“共同烟道110”)，所述共同烟道通过一个或多个单独的上风口管道225将单独的炉105流体连接到HRSG120。在一些实施例中，两个或更多个上风口管道225将每一个单独的炉105连接到共同烟道110。在相应的相交点245处，第一交叉管道290将共同烟道110A流体连接到HRSG120且第二交叉管道295将共同烟道110B流体连接到HRSG120。共同烟道110还可流体连接到一个或多个旁通排气烟囱240。冷却气体管道125将经冷却的气体从HRSG输送到FGD系统130。流体连接的且进一步位于下游的是用于收集微粒的袋滤室135、用于控制系统内的气压的至少一个通风机140、以及用于将经冷却、经处理的废气排入环境的主气体烟囱145。各种焦化厂100可具有不同比例的炉105、HRSG120、上风口管道225、共同烟道110和其它结构。例如，在一些焦化厂中，图1所示的每一个炉105可代表十个实际炉。

如下文将更详细描述，在几个实施例中，上风口管道225在非垂直界面处与共同烟道110交汇。所述非垂直界面可包括上风口管道225内的配件、共同烟道110内的配件、非垂直上风口管道225、上风口管道225的非垂直部分或其它特征。所述非垂直界面可通过沿共同烟道流的方向调整上风口/共同烟道连接的角度来降低所述连接处的混合通风损失。更具体地讲，上风口管道225具有上风口流，所述上风口流具有上风口流向量(具有x、y和z正交分量)，且共同烟道110具有共同流，所述共同流具有共同流向量(具有x、y和z正交分量)。通过使上风口流向量与共同流向量之间的差最小化，热气的定向动量的变化越小，且因此通风损失越低。

此外，存在其中共同烟道110中的通风可因来自上风口管道225的额外质量流的添加而增加的界面角度。更具体地讲，所述界面可充当使用质量流来吸真空的真空吸气机。通过将上风口管道225的质量流与共同烟道110的质量流(沿同一主要流向具有速度向量)对准，焦化厂可实现更大的真空吸力和更低的通风损失，从而可潜在地促成通风增加。减少的通风损失可用于缩减共同烟道110的尺寸(例如，直径)或降低所需的总系统通风。

此外，本发明的各种实施例并不限于上风口管道与共同烟道之间的界面。而是，其中气流经历显著方向变化的任何连接均可通过使用非垂直连接被改进成具有较低通风损失。例如，排气流路径(例如，在共同烟道110与旁通排气烟囱240之间)中的连接中的任一者可包括头对头交汇的管道；调整这些连接的角度可以上文所述的方式降低通风损失。

图2和图3提供关于焦化厂100的结构和操作的进一步细节。更具体地讲，图2和图3示出与从炉到共同烟道的排气流的结构和力学相关的进一步细节。图4至图9提供关于焦炉上风口管道与共同烟道之间的非垂直连接的各种实施例的进一步细节。

图2为根据本发明实施例构造的图1的HHR焦化厂100的一部分的等轴、局部剖视图。图3为根据本发明实施例构造的HHR焦炉105的剖面图。同时参见图2和图3，每一个炉105可包括开放式腔，所述开放式腔由以下限定：底板160；前门165，形成基本上炉的整个一侧的；与前门165相对的后门170，形成炉的与前门相对的基本上整个侧；两个侧壁175，在前门165和后门170中间从底板160向上延伸；和顶盖180，形成炉室185的开放式腔的顶表面。控制炉室185内部的气流和压力对于焦化周期的高效操作可为至关重要的，且因此前门165包括一个或多个一次空气入口190以允许一次燃烧空气进入到炉室185中。每一个一次空气入口190包括一次空气阻尼器195，所述一次空气阻尼器可定位在完全打开与完全闭合之间的多个位置中的任一者处，以改变进入到炉室185中的一次气流量。作为另外一种选择，所述一个或多个一次空气入口190形成穿过顶盖180。

在操作中，从定位在炉室185内部的煤排放的挥发性气体聚集在顶盖中且在整个系统中向下游吸入到在一个或二个侧壁175中形成的下降管通道200。所述下降管通道将炉室185与定位在炉底板160下面的炉底烟道205流体连接。炉底烟道205形成炉底板160下面的迂回路径。从煤排放的挥发性气体可在炉底烟道205中燃烧，从而产生热量以有助于煤至焦炭的碳化。下降管通道200流体连接到在一个或二个侧壁175中形成的烟囱或上风口通道210。二次空气入口215提供在炉底烟道205与大气之间；二次空气入口215包括二次空气阻尼器220，所述二次空气阻尼器可定位在完全打开与完全闭合之间的多个位置中的任一者处，以改变进入到炉底烟道205中的二次气流量。上风口通道210通过所述一个或多个上风口管道225流体连接到共同烟道110。三次空气入口227提供在上风口管道225与大气之间。三次空气入口227包括三次空气阻尼器229，所述三次空气阻尼器可定位在完全打开与完全闭合之间的多个位置中的任一者处，以改变进入到上风口管道225中的三次气流量。

为了提供控制穿过上风口管道225和炉105内的气流的能力，每一个上风口管道225还包括上风口阻尼器230。上风口阻尼器230可定位在完全打开与完全闭合之间的多个位置中的任一者处，以改变炉105中的炉通风量。上风口阻尼器230可包括任何自动的或手动控制的流控制或孔阻塞装置(例如，任何板、密封件、块构件等)。本文所用的“通风”表示相对于大气的负压。例如，0.1英寸的水柱的通风表示低于大气压力的0.1英寸的水柱的压力。水柱英寸数为压力的非国际单位且通常用于描述焦化厂中的各种位置处的通风。在一些实施例中，炉105中的通风介于约0.12至约0.16英寸的水柱的范围。如果通风增加或以其它方式变大，则压力进一步移动至低于大气压力。如果通风减少、下降或以其它方式变小或变低，则压力朝向大气压力移动。通过使用上风口阻尼器230来控制炉通风，可控制从空气入口190、215、227至炉105中的气流以及至炉105中的空气泄漏。通常，如图3所示，单独的炉105包括两个上风口管道225和两个上风口阻尼器230，但并非必须使用两个上风口管道和两个上风口阻尼器；系统可被设计成使用仅一个或多于两个上风口管道和两个上风口阻尼器。所有炉105均通过至少一个上风口管道225流体连接到共同烟道110，所述共同烟道又通过交叉管道290、295流体连接到每一个HRSG120。来自每一个炉105的废气通过共同烟道110流动至交叉管道290、295。

在操作中，焦炭通过下述方式在炉105中产生：首先将煤加载到炉室185中，在贫氧环境中加热煤，驱散煤的挥发性馏分，然后使VM在炉105内氧化以捕获并利用所释放的热。煤挥发物在炉内氧化达延长的焦化周期，并且释放热量以再生驱动煤至焦炭的碳化。当前门165被打开且煤被装载到炉底板160上时，焦化周期开始。炉底板160上的煤被称为煤床。来自炉的热量(因先前焦化周期而产生)启动碳化周期。如上所述，在一些实施例中，不使用除由焦化过程所产生的燃料以外的附加燃料。至煤床的总传热的大约一半从煤床和辐射炉顶盖180的光焰向下辐射到煤床的顶面上。热量的另一半从炉底板160通过传导传递至煤床，炉底板160通过炉底烟道205中的气体的挥发而被对流加热。这样，煤颗粒的塑性流动和高强度粘性焦炭的形成的碳化过程“波”从煤床的顶部边界和底部边界两者发生。

通常，每一个炉105在负压下操作，以使得空气因炉105与大气之间的压力差而在还原过程期间被吸入炉。用于燃烧的一次空气被添加到炉室185以使煤挥发物部分氧化，但此一次空气的量受控制，以使得从煤释放的挥发物的仅一部分在炉室185中燃烧，从而在炉室185内仅释放其燃烧焓的一小部分。一次空气以受一次空气阻尼器195控制的一次空气量通过一次空气入口190被引入到煤床上方的炉室185中。一次空气阻尼器195还可用于保持炉室185内的所需操作温度。部分燃烧的气体从炉室185穿过下降管通道200进入到炉底烟道205中，在炉底烟道205处二次空气被添加到部分燃烧的气体。二次空气通过二次空气入口215引入。所引入的二次空气的量受二次空气阻尼器220控制。当引入二次空气时，部分燃烧的气体在炉底烟道205中更充分燃烧，从而提取剩余的燃烧焓，所述剩余的燃烧焓通过炉底板160输送以向炉室185添加热量。充分燃烧或几乎充分燃烧的废气通过上风口通道210离开炉底烟道205，然后流入上风口管道225。三次空气通过三次空气入口227被添加到废气，其中所引入的三次空气的量受三次空气阻尼器229控制，以使得废气中未燃烧气体的任何剩余的一小部分均在三次空气入口227的下游氧化。

在焦化周期结束时，煤已焦化且已碳化以产生焦炭。焦炭优选地利用机械提取系统通过后门170从炉105移除。最后，焦炭在交付用户之前骤冷(例如，湿骤冷或干骤冷)并按大小分类。

图4为根据本发明实施例构造的水平热回收焦化厂400的一部分的俯视图。焦化厂400包括大致类似于上文参照图1所述的焦化厂100的几个特征。例如，厂400包括与焦炉(未示出)和热共同烟道110流体连通的多个上风口管道425。上风口管道425可包括共同烟道110的相对横向侧上的彼此相对的“对应”上风口管道425a、425b以及最上游或“末端”上风口管道425c。上风口管道425可将废气引导到共同烟道110。共同烟道110中的废气从“上游”末端朝向“下游”末端移动。

在所示的实施例中，上风口管道425在非垂直界面处与共同烟道110交汇。更具体地讲，上风口管道425具有相对于共同烟道110的上游角θ。虽然上游角θ被示出为大约45°，但其在其它实施例中可更小或更大。此外，如下文将更详细论述，在一些实施例中，不同的上风口管道425可具有彼此不同的上游角θ。例如，可存在垂直(90°)界面和非垂直(小于90°)界面的组合。上风口管道425与共同烟道110之间的非垂直界面可以上文所述的方式改善流动并且减少通风损失。

图5A为根据本发明实施例构造的上风口管道525a与共同烟道110之间的垂直界面的横截面俯视图。上风口管道425a中的废气上风口流与共同烟道110中的废气共同流相交而形成组合流。上风口管道525a和共同烟道110在具有各自为大约90°的上游角α1和下游角α2的界面处交汇。换句话说，使用球面坐标系统，上风口流向量的方向包括方位y分量但不包括方位x分量，而共同流向量和组合流向量的方向包括x分量但不包括y分量。

图5B为根据本发明实施例构造的上风口管道525b与共同烟道110之间的非垂直界面的横截面俯视图。来自上风口管道525b的上风口流与共同烟道110中的共同流相交而形成组合流。上风口管道525b和共同烟道110在具有小于90°的上游角α1和大于90°的下游角α2的界面处交汇。非垂直界面因此提供上风口流向量与共同流向量之间的方位共性。换句话说，上风口流向量包括具有与共同流向量的x分量有共同之处的方向的x分量，且因此与图5A的布置相比，废气在上风口管道525b与共同烟道110的界面处损失较少动量。减少的动量损失可降低界面处的通风损失，或在一些实施例中甚至可增加共同烟道110中的通风。

图5C为根据本发明实施例构造的上风口管道525c与共同烟道510c之间的非垂直界面的横截面端视图。虽然先前实施例已示出共同烟道具有大致圆形横截面形状，但在图5C所示的实施例中，共同烟道510c具有大致卵形或蛋形横截面形状。例如，共同烟道510具有底部B与顶部T之间的高度H。在一些实施例中，蛋形横截面可为不对称的(即，头重脚轻的)，使得共同烟道510c在顶部T与底部B之间的中点M上方具有大于在中点M下方的横截面积。这种头重脚轻的设计可在共同烟道510c的上部中提供用于发生燃烧的更多空间，因为热废气的浮力往往促使燃烧向上。所示的共同烟道510c的长方形形状因此可使沿着共同烟道510c的内部的上表面的火焰冲击最小化。在其它实施例中，上风口管道525c可包括上文参照共同烟道510c所述的圆形或非圆形横截面形状中的任一者，且上风口管道525c和共同烟道510c不需要具有相同的横截面形状。

来自上风口管道525c的上风口流与共同烟道510c中的共同流相交而形成组合流。再次引用球面坐标系统，上风口管道525c在具有相对于地平线(例如，相对于x-y平面)小于90°的负高度角β的界面处与共同烟道510c交汇。非垂直界面因此提供上风口流向量与共同流向量之间的高度差。换句话说，上风口流向量包括不同于共同流向量的z分量的z分量。在一些实施例中，通过将上风口流以相对于共同流向量的高度角引入到共同流中，在共同烟道510c内部形成回旋流或湍流以增强未燃的挥发物和氧的混合和燃烧。在其它实施例中，高度角β为大于90°或约等于90°的正角。

上风口管道525c可在共同烟道510c的顶部T与底部B之间的任何高度处与共同烟道510c界接。例如，在所示的实施例中，上风口管道525c在共同烟道510c的下部(即，低于或基本上低于中点M)中与共同烟道510c界接。在其它实施例中，上风口管道525c在共同烟道510c的上部中、在中点M处、在共同烟道510c的顶部T或底部B处、或在共同烟道510c的横截面周边周围的多个位置中与共同烟道510c相交。例如，在具体实施例中，一个或多个上风口管道525c可在下部中与共同烟道510c相交且一个或多个其它上风口管道525c可在上部中与共同烟道510c相交。

图5D为根据本发明实施例构造的上风口管道525d与共同烟道510d之间的非垂直界面的横截面端视图。在图5D所示的实施例中，共同烟道510d具有大致方形或矩形横截面形状。其它实施例可具有其它横截面形状。来自上风口管道525d的上风口流与共同烟道510d中的共同流相交而形成组合流。再次引用球面坐标系统，上风口管道525d和共同烟道510d在具有相对于地平线小于90°的正高度角β的界面处交汇。换句话说，上风口流向量包括不同于共同流向量的z分量的z分量。在一些实施例中，通过将上风口流以不同于共同流的高度角引入到共同流中，可减少混合通风损失并且可促使燃烧在不燃烧共同烟道510d的内表面的高度处发生。例如，从上风口管道525d的向下高度流引入可抵消热废气的浮力以促使燃烧朝向共同烟道510d的底部发生，以免燃烧共同烟道501d的顶部。

图5E为根据本发明实施例构造的上风口管道525e与共同烟道510e之间的非垂直界面的横截面端视图。所述界面具有大致类似于上文参照图5A到图5D所述的特征的几个特征。然而，在图5E所示的实施例中，共同烟道510e包括对称的、细长的卵形。更具体地讲，共同烟道510e包括共同烟道510e的顶部位置和底部位置处的半圆形状、以及顶部半圆与底部半圆之间的大致直的、平行的、细长的侧。细长的形状可提供上文所述的优点中的几个优点。例如，所述设计可在共同烟道510e的中间部分中提供用于发生燃烧的更多空间，因为热废气的浮力往往促使燃烧向上。类似地，从上风口管道525e以角度β的向下高度流引入可进一步抵消热废气的浮力以促使燃烧朝向共同烟道510e的底部发生。所示共同烟道510e的长方形形状因此可使沿着共同烟道510e的内部的上表面的火焰冲击最小化。在其它实施例中，共同烟道510e可为对称的或不对称的并且具有相同的或不同的形状。

虽然为了说明目的而单独示出了上风口管道与共同烟道的界面的各种特征，但可组合这些特征中的任意者以实现减少的通风损失、燃烧控制以及上风口流和共同流的最有效混合。更具体地讲，可选择界面的方位角、界面的高度角、界面的高度、共同烟道和/或上风口管道的形状或其它特征以在所述界面处实现所需的热和通风状况。诸如共同烟道通风、所需共同烟道燃烧度、废气浮力状况、总压力等各种参数可为在选择上风口管道与共同烟道的界面的特征时的的一些考虑事项。

图6A到图6I为根据本发明实施例构造的上风口管道与共同烟道之间的界面的各种构型的俯视图。如将示出，上风口管道可包括与共同烟道的垂直和非垂直界面的各种型样，或者可包括相对于共同烟道的各种非垂直角。虽然参照图6A至图6I所示和所述的实施例包括多个特征和布置，但在其它实施例中，这些特征和/或布置中的任一者可独立地或与本文所述的其它特征和/或布置结合地使用。

首先参见图6A，在一些实施例中，几个上风口管道625a中的每一个以小于90°的上游角α与共同烟道110交汇。上风口管道625a因此以上文所述的方式减少在组合共同流和上风口流时的混合损失。在一些实施例中，对应的(即，相对的)上风口管道625a彼此横向错开且不直接相对。此示出于图6A所示的两个最下游上风口管道625a中。在其它实施例中，各个上风口管道625a之间(即，沿着共同烟道110的长度)的间距可同样地为可变的。例如，沿着共同烟道110的一侧的这两个最下游上风口管道625a之间的距离d大于其它上风口管道625a之间的距离。在其它实施例中，所述间距在所有上风口管道625a之间为恒定的。

图6B示出其中上风口管道625b以减小的上游角α与共同烟道110交汇的实施例。例如，在最下游位置处，上风口管道可垂直于或几乎垂直于共同烟道110。当上风口烟道接近上游末端时，上风口管道625b与共同烟道110之间的上游角α变得越来越小。在一些实施例中，上游角α的范围从约15°到约90°不等。由于通风吸力越往上游越弱，故此布置可渐进地减少上风口流进入共同流的障碍，从而减少因混合或滞流区域而引起的通风损失。在其它实施例中，一个或多个上风口管道625b可以大于90°的上游角α定位。在另一些其它实施例中，图6B所示的趋势可逆转。更具体地讲，上风口管道625b可以增大的上游角与共同烟道110交汇，其中最上游角可接近或近似90°。这种布置可适用于其中混合流损失可能在具有较高累积共同流的下游位置处较大的实施例。

图6C示出具有以非垂直角α1和垂直角α2与共同烟道110交汇的上风口管道625c的组合的实施例。所示实施例沿着共同烟道110的一侧包括若干对非垂直管道625c之后是若干对垂直管道625c，以此类推。在其它实施例中，可在一行中存在更多或更少的垂直或非垂直上风口管道625c。

图6D示出具有以非垂直角α1和垂直角α2与共同烟道110交汇的上风口管道625d的组合的实施例。所示实施例包括沿着共同烟道110的一侧交替的非垂直管道625d和垂直管道625d。

图6E示出具有以非垂直角α1和垂直角α2与共同烟道110交汇的上风口管道625e的组合的实施例。所示实施例包括与非垂直上风口管道625e交替的各个垂直上风口管道625e，之后是若干对非垂直管道625e，之后是若干对垂直管道625e，以此类推。此型样或此型样的一部分可沿着共同烟道110的其它部分重复。在其它实施例中，可存在垂直上风口管道和非垂直上风口管道的不同组合。

图6F示出具有以非垂直角α1和垂直角α2与共同烟道110交汇的上风口管道625f的组合的实施例。所示实施例包括一系列非垂直上风口管道625f，之后是垂直管道625f，之后是另一系列非垂直管道625f，以此类推。

图6G示出具有以非垂直角α1和垂直角α2与共同烟道110交汇的上风口管道625g的组合的实施例。所示实施例包括共同烟道110的第一横向侧上的非垂直上风口管道625g和沿着共同烟道110的第二、相对、横向侧的垂直管道625g。

图6H示出具有以非垂直角α1和垂直角α2与共同烟道110交汇的上风口管道625h的组合的实施例。所示实施例包括沿共同烟道110的一侧的交替的非垂直管道625h和垂直管道625h，其中非垂直上风口管道625h与垂直管道625h相对，反之亦然。

图6I示出沿着共同管道110的仅一个横向侧具有上风口管道625i而在相对的横向侧上没有上风口管道的实施例。在一些实施例中，可以并排平行布置方式在焦化厂中操作两个单侧共同烟道110。可以上文所述的方式将上风口管道625i的角度调整成相对于共同管道110成非垂直角α。

图7A为根据本发明实施例构造的加装在垂直上风口管道725a与共同烟道110之间的非垂直界面的横截面俯视图。上风口管道725a和共同烟道110最初可具有与上文参照图5A所述的实施例相同的布置，但可被加装成包括一个或多个非垂直界面特征。例如，所述界面已配有内部挡板726a以改变流型并且形成非垂直界面。更具体地讲，档板726a被置于上风口管道725a的内腔中并且将垂直界面修改为成角度的界面以减少因混合而引起的通风损失。在所示实施例中，挡板726a为三角形的并且通过减小上风口管道725a的内部特征尺寸来会聚上风口流。此会聚流可充当喷嘴并且使上风口流和/或共同流的流能量损失最小化。在其它实施例中，档板726a可为可调的(即，可移动以调整流和界面型样)，可具有不同的形状和/或尺寸，和/或可使流会聚和/或分开达到其它程度。此外，所述档板可在上风口管道725a的内腔的周围或多或少延伸。

共同烟道110还可加装有流修改器703，所述流修改器定位在共同烟道110的内表面上并且用以中断或以其它方式修改共同烟道110中的流，或改善上风口流与共同流的交界处的界面(即，减少通风损失)。上风口管道725a已进一步被修改成具有缓压(bumped-out)分流板D。分流板D将上风口流向量修改成具有与共同流向量有共同之处的x分量，从而减少上风口流与共同流之间的通风损失。虽然分流板D、挡板726a和流修改器703被示出为在一起使用，但在其它实施例中，这些特征中的任一者可单独地或与本文所述的任何其它特征组合地使用。

虽然本文使用用语“档板”726a和“流修改器”703，但对上风口管道726a或共同烟道110的添加可包括任何绝缘材料、耐火材料或其它热合适材料。在一些实施例中，流修改器703和/或挡板726a可包括单层或多层衬里，所述单层或多层衬里由相对廉价的材料构造而成并且由蒙皮覆盖。在另一个实施例中，耐火材料或类似材料可通过喷补(即，喷射)成形。对通过喷补的成形的更好控制可通过以小的增量或层喷补来实现。此外，可使用模板或模具来帮助通过喷补的成形。可使用模板、模具或先进切割技术来成形耐火材料(例如，即使在不存在用于内部插入件的主要形状的喷补的情况下)，所述耐火材料用于插入到管道中，然后通过喷补附着到管道的内衬。在另一个实施例中，流修改器703和/或挡板726a可沿着管道一体化形成。换句话说，上风口管道725a的壁可形成或“凹陷”为沿着管道的内表面提供凸形表面。本文所使用的用语凸形并不要求连续光滑表面，然而光滑表面可能是理想的。例如，流修改器703和/或挡板726a可呈延伸到流路径中的多面突起的形式。这种突起可由多个不连续面板和/或表面构成。此外，流修改器703和/或挡板726a并不限于凸形表面。流修改器703和/或挡板726a的轮廓可具有其它复杂的表面，且可取决于设计考虑事项，诸如成本、空间、操作状况等而确定。在其它实施例中，可存在多于一个流修改器703和/或挡板726a。此外，虽然流修改器703被示出位于共同烟道110中，但在其它实施例中，流修改器703可定位在其它位置处(例如，完全或部分延伸到上风口管道725a中，或在共同烟道110的内周边周围)。

图7B为根据本发明实施例构造的上风口管道725b与共同管道110之间的界面的横截面俯视图。图7C为图7B的加装在上风口管道725b与共同管道110之间的非垂直界面的横截面俯视图。同时参见图7B和图7C，上风口管道725b包括在与共同烟道110的界面处张开的分开上风口末端D。上风口管道725b可加装有大致类似于上文参照图7A所述的内部挡板726a的内部档板726c。图7C的内部挡板726c可排除分开末端D处的张开或张开的一部分，以形成上风口管道725b与共同烟道110之间的非垂直界面以减少通风损失。在其它实施例中，上风口管道725b的整个内周边可配有挡板726c以进一步使界面变窄或以其它方式改变界面。挡板726c可使当上风口流与共同烟道110中的共同流交汇时的流能量损失最小化。

图8为根据本发明实施例构造的上风口管道825与共同烟道110之间的非垂直界面的横截面俯视图。上风口管道825包括会聚部分C之后是分开部分D。会聚部分C可使当来自上风口管道825的废气与共同烟道110中的共同流交汇时的流能量损失最小化。分开部分提供界面，所述界面将上风口流向量修改成具有与共同流向量有共同之处的x分量，从而减少加压上风口流与共同流之间的通风损失。在各种实施例中，分开部分和会聚部分可具有平滑过渡或急剧过渡，且在上风口管道825或共同烟道110中可存在更多或更少会聚喷嘴或分开喷嘴。在另一个实施例中，会聚部分C邻近共同烟道110且分开部分D位于上风口管道825中的上游。在其它实施例中，会聚部分C可独立于分开部分D使用，反之亦然。

图8的界面还包括喷射器803，所述喷射器用以将诸如空气、废气、水、蒸汽、燃料、氧化剂、惰性流体或其它流体(或流体组合)等加压流体引入到上风口流或共同流，从而改善流并且减少通风损失。流体可为气态的、液态的或多相的。喷射器803可源于任何外部或内部加压源(例如，支持能量产生压力等的焦炉系统内的加压容器、加压管线、压缩机、化学反应或燃烧)或由任何外部或内部加压源支持。虽然喷射器803被示出为在上风口管道825下游的位置处穿过共同烟道110，但在其它实施例中，喷射器803可定位在上风口管道825中、共同烟道110中的上风口管道825的上游、共同烟道110或上风口管道825a的周边周围的多个位置(例如，环)，这些位置的组合、或其它位置中。在特定实施例中，喷射器803可定位在会聚部分C上游的上风口管道825中。喷射器803可充当弹射器，且可在加压流体后面抽真空通风。喷射器803因此可修改流以形成改善的通风状况，为流或混合供能，或者可减少滞留气体或“死”区。在各种实施例中，喷射器803可用脉冲输送流，提供恒定流，或靠定时器运行。此外，喷射器803可响应于共同烟道110、上风口管道825、或排气系统的其它部分中的状况，或作为先进控制机制的一部分而被手动控制。虽然喷射器803被示出为与图8所示的特定上风口管道825布置一起使用，但在其它实施例中，喷射器803和上风口管道825可独立地或与本文所述的任何其它特征组合地使用。例如，在特定实施例中，喷射器803可与图7A所示的流修改器703结合使用，且可邻近流修改器703或突出穿过流修改器703。

图9为示出静压(水柱英寸数)差沿着共同烟道的长度的空间分布的曲线图。换句话说，所述曲线图示出与上游末端处的静压相比共同烟道中的下游位置处的静压差。如曲线图所示，45度上风口与垂直上风口相比在相同长度的共同烟道上具有低得多的通风损失。这是因此成角度的上风口具有小于垂直上风口的混合损失。

实例

以下实例例示本发明的若干实施例。

1.一种焦化系统，包括：

焦炉；

上风口管道，与所述焦炉流体连通并且具有来自所述焦炉的废气上风口流向量；和

共同烟道，与所述上风口管道流体连通，所述共同烟道具有废气共同流向量并且用以将所述废气传送到通风系统，其中所述上风口流向量和所述共同流向量在非垂直界面处交汇。

2.如实例1所述的焦化系统，其中所述上风口管道的至少一部分与所述共同烟道不垂直。

3.如实例1所述的焦化系统，其中所述非垂直界面包括所述上风口流向量与所述共同流向量之间的高度差或方位共性中的至少一者。

4.如实例1所述的焦化系统，其中所述共同烟道具有共同烟道高度、高于所述共同烟道高度的中点的上部和低于所述共同烟道高度的所述中点的下部，并且其中所述上风口管道在所述上部和所述下部中的至少一者中与所述共同烟道交接。

5.如实例1所述的焦化系统，其中所述非垂直界面包括所述上风口管道或所述共同烟道中的至少一者内部的挡板、喷补(gunned)表面、成形管衬里或凸形流修改器中的至少一者并且用以改变所述上风口流向量或所述共同流向量中的至少一者。

6.如实例5所述的焦化系统，其中所述档板、所述喷补表面、所述成形管衬里或所述凸形流修改器为所述上风口管道或共同烟道中至少一者的组成部分或被加装到所述上风口管道或所述共同烟道上。

7.如实例1所述的焦化系统，其中所述上风口管道或所述界面中的至少一者包括会聚或分开通路。

8.如实例1所述的焦化系统，其中所述上风口管道包括第一上风口管道，所述第一上风口管道与第一焦炉流体连通并且具有第一上风口流向量，并且其中所述系统还包括第二上风口管道，所述第二上风口管道与所述第一焦炉或第二焦炉流体连通并且具有第二废气上风口流向量。

9.如实例8所述的焦化系统，其中所述第一上风口流向量和所述共同流向量在非垂直界面处交汇，且所述第二上风口流向量和所述共同流向量在垂直界面处交汇。

10.如实例8所述的焦化系统，其中所述第一上风口流向量和所述共同流向量在非垂直界面处交汇且所述第二上风口流向量和所述共同流向量在非垂直界面处交汇。

11.如实例8所述的焦化系统，其中所述第一上风口管道的至少一部分与所述共同烟道不垂直达第一角度且所述第二上风口管道的至少一部分与所述共同烟道不垂直达不同于所述第一角度的第二角度。

12.如实例8所述的焦化系统，其中：

所述系统还包括第三上风口管道，所述第三上风口管道与所述第一焦炉、所述第二焦炉或第三焦炉流体连通并且具有第三废气上风口流向量；

所述第一上风口管道、所述第二上风口管道和所述第三上风口管道沿着所述共同烟道的横向侧定位；和

所述第一上风口管道与所述第二上风口管道之间存在第一距离，且所述第二上风口管道与所述第三上风口管道之间存在不同于所述第一距离的第二距离。

13.如实例8所述的焦化系统，其中所述第一上风口管道定位在所述共同烟道的第一横向侧上且所述第二上风口管道定位在所述共同烟道的与所述第一横向侧相对的第二横向侧上，并且其中所述第一上风口管道和所述第二上风口管道彼此横向错开。

14.如实例8所述的焦化系统，其中所述第一上风口管道和所述第二上风口管道定位在所述共同烟道的共同横向侧上，并且其中在所述共同烟道的相对横向侧上不存在上风口管道。

15.如实例1所述的焦化系统，其中所述共同烟道具有圆形、非圆形、卵形、细长卵形、不对称卵形或矩形横截面形状中的一者。

16.一种减少焦化系统中的共同烟道中的通风损失的方法，所述方法包括：

使废气从焦炉流动穿过上风口管道；

使离开所述上风口管道的所述废气朝向所述共同烟道中的共同流偏置；和

使所述废气和所述共同流在非垂直界面处合并。

17.如实例16所述的方法，还包括使所述废气在离开所述上风口管道时或后会聚或分开中的至少一者。

18.如实例16所述的方法，其中使所述废气偏置包括使所述废气与所述上风口管道中的挡板偏置。

19.如实例16所述的方法，还包括在合并所述废气和所述共同流后增加所述共同烟道中的通风。

20.如实例16所述的方法，其中使所述废气偏置包括使所述废气在所述上风口管道内偏置，其中所述上风口管道与所述共同烟道至少部分地不垂直。

21.如实例16所述的方法，还包括通过喷射器将加压流体引入到所述上风口管道或所述共同烟道中的至少一者中。

22.一种焦化系统，包括：

共同烟道，用以将气体从一个或多个焦炉引导到共同烟囱，其中所述共同烟道具有共同烟道流，所述共同烟道流具有共同烟道流向量，并且其中所述共同烟道流向量具有x分量和y分量；

焦炉，通过上风口与所述共同烟道流体连通，其中－

所述上风口在相交点处连接到所述共同烟道，和

所述上风口包括上风口流，所述上风口流具有上风口流向量，所述上风口流向量具有x分量和y分量；和

其中所述上风口流向量的x分量具有与所述共同烟道流向量的x分量相同的方向。

23.如实例22所述的焦化系统，其中所述上风口的内部特征尺寸沿所述相交点的方向增大或减小中的至少一者。

24.如实例22所述的焦化系统，其中所述上风口还包括所述相交点处或附近的成角度的挡板，所述挡板用以使所述上风口流改变方向。

传统热回收焦炉采用从焦炉到热共同烟道的垂直于共同烟道的上风口管道连接。由于界面的垂直形状，朝向共同烟道移动的热烟气在流动方向上发生90度转变。此会引起相当大的流损失，而其会导致更高的压降。此种混合损失是不可取的。为使系统保持在负压下，高通风损失可能需要共同烟道被制作得更大或在整个系统上吸入更高的通风来抵消此更高的通风损失。

本文中所公开的非垂直界面可通过在共同烟道流的方向上调整连接的角度来降低上风口/共同烟道连接处的混合通风损失。上风口管道与共同烟道之间的上游角度越小，热气的定向动量的变化越小，且因此通风损失越低。通过使用非垂直界面并在共同烟道流的方向上对准上风口管道流，可降低通风损失，而此之后可用于降低共同烟道尺寸或降低所需的通风。例如，在一些实施例中，本文中所述的技术可使共同烟道内部直径降低至7英尺至9英尺。所述技术同样可使得能够应用更长的共同烟道，而此在传统技术中因考虑到通风损失而是被禁止的。例如，在一些实施例中，共用烟道可足够长以在每一侧上支撑30、45、60或者更多个炉。

通过以上说明应理解，尽管本文中已出于例示目的而阐述了本发明的具体实施例，但在不背离本发明的精神及范围的条件下可作出各种修改。此外，在特定实施例的上下文中所阐述的新技术的某些方面在其他实施例中可被组合或去除。此外，尽管已在那些实施例的上下文中阐述了与本发明的某些实施例相关联的优点，但其他实施例也可表现出此类优点，且并非所有实施例均必须表现出此类优点以落入本发明的范围内。因此，所公开内容及相关联的技术可包括未在本文中清楚显示或阐述的其他实施例。因此，本发明仅受随附权利要求书限制。

Claims (24)

1.一种焦化系统，包括：

焦炉；

上风口管道，与所述焦炉流体连通并且具有来自所述焦炉的废气上风口流向量；和

共同烟道，与所述上风口管道流体连通，所述共同烟道具有废气共同流向量并且用以将所述废气传送到通风系统，其中所述上风口流向量和所述共同流向量在非垂直界面处交汇。

2.如权利要求1所述的焦化系统，其中所述上风口管道的至少一部分与所述共同烟道不垂直。

3.如权利要求1所述的焦化系统，其中所述非垂直界面包括所述上风口流向量与所述共同流向量之间的高度差或方位共性中的至少一者。

4.如权利要求1所述的焦化系统，其中所述共同烟道具有共同烟道高度、高于所述共同烟道高度的中点的上部和低于所述共同烟道高度的所述中点的下部，并且其中所述上风口管道在所述上部和所述下部中的至少一者中与所述共同烟道交接。

5.如权利要求1所述的焦化系统，其中所述非垂直界面包括所述上风口管道或所述共同烟道中的至少一者内部的挡板、喷补(gunned)表面、成形管衬里或凸形流修改器中的至少一者并且用以改变所述上风口流向量或所述共同流向量中的至少一者。

6.如权利要求5所述的焦化系统，其中所述档板、所述喷补表面、所述成形管衬里或所述凸形流修改器为所述上风口管道或共同烟道中至少一者的组成部分或被加装到所述上风口管道或所述共同烟道上。

7.如权利要求1所述的焦化系统，其中所述上风口管道或所述界面中的至少一者包括会聚或分开通路。

8.如权利要求1所述的焦化系统，其中所述上风口管道包括第一上风口管道，所述第一上风口管道与第一焦炉流体连通并且具有第一上风口流向量，并且其中所述系统还包括第二上风口管道，所述第二上风口管道与所述第一焦炉或第二焦炉流体连通并且具有第二废气上风口流向量。

9.如权利要求8所述的焦化系统，其中所述第一上风口流向量和所述共同流向量在非垂直界面处交汇，且所述第二上风口流向量和所述共同流向量在垂直界面处交汇。

10.如权利要求8所述的焦化系统，其中所述第一上风口流向量和所述共同流向量在非垂直界面处交汇且所述第二上风口流向量和所述共同流向量在非垂直界面处交汇。

11.如权利要求8所述的焦化系统，其中所述第一上风口管道的至少一部分与所述共同烟道不垂直达第一角度且所述第二上风口管道的至少一部分与所述共同烟道不垂直达不同于所述第一角度的第二角度。

12.如权利要求8所述的焦化系统，其中：

所述系统还包括第三上风口管道，所述第三上风口管道与所述第一焦炉、所述第二焦炉或第三焦炉流体连通并且具有第三废气上风口流向量；

所述第一上风口管道、所述第二上风口管道和所述第三上风口管道沿着所述共同烟道的横向侧定位；和

所述第一上风口管道与所述第二上风口管道之间存在第一距离，且所述第二上风口管道与所述第三上风口管道之间存在不同于所述第一距离的第二距离。

13.如权利要求8所述的焦化系统，其中所述第一上风口管道定位在所述共同烟道的第一横向侧上且所述第二上风口管道定位在所述共同烟道的与所述第一横向侧相对的第二横向侧上，并且其中所述第一上风口管道和所述第二上风口管道彼此横向错开。

14.如权利要求8所述的焦化系统，其中所述第一上风口管道和所述第二上风口管道定位在所述共同烟道的共同横向侧上，并且其中在所述共同烟道的相对横向侧上不存在上风口管道。

15.如权利要求1所述的焦化系统，其中所述共同烟道具有圆形、非圆形、卵形、细长卵形、不对称卵形或矩形横截面形状中的一者。

16.一种减少焦化系统中的共同烟道中的通风损失的方法，所述方法包括：

使废气从焦炉流动穿过上风口管道；

使离开所述上风口管道的所述废气朝向所述共同烟道中的共同流偏置；和

使所述废气和所述共同流在非垂直界面处合并。

17.如权利要求16所述的方法，还包括使所述废气在离开所述上风口管道时或后会聚或分开中的至少一者。

18.如权利要求16所述的方法，其中使所述废气偏置包括使所述废气与所述上风口管道中的挡板偏置。

19.如权利要求16所述的方法，还包括在合并所述废气和所述共同流后增加所述共同烟道中的通风。

20.如权利要求16所述的方法，其中使所述废气偏置包括使所述废气在所述上风口管道内偏置，其中所述上风口管道与所述共同烟道至少部分地不垂直。

21.如权利要求16所述的方法，还包括通过喷射器将加压流体引入到所述上风口管道或所述共同烟道中的至少一者中。

22.一种焦化系统，包括：

共同烟道，用以将气体从一个或多个焦炉引导到共同烟囱，其中所述共同烟道具有共同烟道流，所述共同烟道流具有共同烟道流向量，并且其中所述共同烟道流向量具有x分量和y分量；

焦炉，通过上风口与所述共同烟道流体连通，其中－

所述上风口在相交点处连接到所述共同烟道，和

所述上风口包括上风口流，所述上风口流具有上风口流向量，所述上风口流向量具有x分量和y分量；和

其中所述上风口流向量的x分量具有与所述共同烟道流向量的x分量相同的方向。

23.如权利要求22所述的焦化系统，其中所述上风口的内部特征尺寸沿所述相交点的方向增大或减小中的至少一者。

24.如权利要求22所述的焦化系统，其中所述上风口还包括所述相交点处或附近的成角度的挡板，所述挡板用以使所述上风口流改变方向。