CN105441091A - 炼焦工业中的密闭式汽化熄焦装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种炼焦工业中的密闭式汽化熄焦装置，红焦炭在与大气隔绝的密闭容器中，喷水降温的熄焦装置至少由焦罐、能够升降的顶部密闭盖、焦罐与顶部密闭盖的密闭锁紧机构、喷水入口及蒸汽导出口组成；焦罐上部开口，既作焦炭的进入口也作焦炭排出口使用；焦罐从内向外由内衬层、耐火隔热层和罐体外壳构成，罐体外壳与顶部密闭盖通过密闭锁紧机构实现密闭。所述焦罐的内衬层为接口处相互重叠咬合的复数个内衬单元板块组装而成，接口咬合处单元板块之间留有沿着板块可以伸缩的缝隙。本装置具有能够承受从1000℃到200℃之间短时间间隔的反复升降温度，且能够承受0.3MPa以上的压力的能力，设备简单、操作方便、运行成本低的特点。

Description

炼焦工业中的密闭式汽化熄焦装置

技术领域

本发明涉及一种焦化工业中红焦炭的降温和热能回收的装置，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，在回收热能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。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，提供了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了一种新的技术手段。但是，由于焦罐要承受从1000℃到200℃之间短时间间隔的反复升温和降温，对于需要承受压力的容器而言，材料成为很大的难题。因此，探索一种能够耐受在高温和低温区间反复变温，且能承受压力的焦罐结构与材料就成为密闭汽化熄焦技术实际应用中重要的技术课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐受从1000℃到200℃之间短时间间隔的反复升降温度，且能够承受0.3MPa以上的压力焦罐，通过采用从内向外分别由内衬层、耐火隔热层和焦罐外壳，且内衬层由耐磨耐热疲劳材料做成的复数个接合处为重叠咬合的单元板块组成的结构，很好地化解了短时间急剧升温降温造成的材料应力，且能够方便地更换，外层的焦罐外壳能够在较低的温度下工作和较小的温度区间内变化，以便有较好的能力承受压力和实现密封。与传统的熄焦焦罐相比，本装置具有能够耐受从1000℃到200℃之间短时间间隔的反复升降温度，且能够承受0.3MPa以上的压力的能力，为在密闭容器中直接喷水汽化熄焦，回收蒸汽并防止污染物向大气排放的技术路线，提供关键的装置保障，为解决本领域的技术经济难题提供技术手段。本装置具有投资少，承压和承受急冷急热的能力强，设备简单、操作方便、运行成本低的特点。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种炼焦工业中的密闭式汽化熄焦装置，其特征是红焦炭在与大气隔绝的密闭容器中，喷水降温的熄焦装置至少由焦罐、能够升降的顶部密闭盖、焦罐与顶部密闭盖的密闭锁紧机构、喷水入口及蒸汽导出口组成；焦罐上部开口，既作焦炭的进入口也作焦炭排出口使用；焦罐从内向外由内衬层、耐火隔热层和罐体外壳构成，罐体外壳与顶部密闭盖通过密闭锁紧机构实现密闭。

所述焦罐的内衬层为接口处相互重叠咬合的复数个内衬层单元板块组装而成，接口咬合处单元板块之间留有沿着板块可以伸缩的缝隙。

所述焦罐的内衬层单元板块接口处的板块端面为由内向外倾斜形状，形成的板块间沿着板块可以伸缩的缝隙逐步缩小的倾斜结构。

所述内衬层单元板块接口咬合处端面倾斜角在30°～60°。

所述焦罐内衬层为铸铁或添加了耐热耐磨金属元素的金属合金。

所述焦罐内衬层添加了金属Cr的铸铁以及添加金属Cr或Mn的金属合金。

实现所述熄焦装置操作的装置是在焦罐翻转台上设置有焦罐内衬层压紧机构，该机构在焦罐从开口向上的状态开始经焦罐翻转焦炭排出且焦罐开口恢复向上状态为止，从焦罐出口处压紧内衬层，焦罐开口恢复向上状态后，所述焦罐内衬层压紧机构撤销压紧作用。

所述焦罐内衬层压紧机构为通过作用杆前端的压块从焦罐开口处直接压紧内衬层单元板块的压块式结构，或用匝板从焦罐开口处将焦罐内衬层与焦罐外壳连接为不能分离的整体的匝板式结构。

具体说明如下：

从焦炉炭化室推出的温度在1000℃的红焦炭装入焦罐中，移动至熄焦的所定位置后迅速降下顶部密闭盖，由密闭锁紧机构密闭焦罐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，移开密闭锁紧机构，提起顶部密闭盖，移动焦罐至卸焦台。通过焦罐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的目标。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。在这一熄焦过程中焦罐不仅要承受0.3-0.6MPa的压力，还要承受在10分钟左右就要从1000℃降到200℃以下的急剧的温度变化，又要在装焦过程中，瞬间由100℃左右升到1000℃。如此短时间内反复急剧的温度变化且还要承受焦炭的摩擦，对材料的要求极高。特别是焦罐体积大，在高温下承受0.3-0.6MPa的压力是难度很大的难题。即同时满足急剧的温度变化和高温下的压力容器是难度极大的工程难题。本发明采用焦罐从内向外由内衬层、耐火隔热层和罐体外壳构成的结构(如图1所示)，耐火隔热层7将罐体外壳8与内衬层6分开，内衬层承受急冷急热的温度应力、摩擦和腐蚀等，罐体外壳在相对较低的温度和温度变化区间内与顶部密闭盖通过密闭锁紧机构实现密闭，承担承受压力的任务。通过这一结构安排大幅降低了材料的难度，解决了焦罐同时满足急剧的大幅度温度变化和高温下的压力容器承压的材料难题。耐火隔热层可根据现有的材料选择隔热性能和耐热性能及施工特性均好的材料即可，可以是预制块状物砌成，也可在现场浇筑。

在由内到外分层的焦罐结构中，内衬层虽不担负压力容器承压的任务，但是，急剧的温度变化同样会使内衬承受很大的热胀冷缩的应力可能破坏内衬，并且会形成对耐火隔热层及焦罐外壳的挤压，以及产生内衬的尺寸松弛。本发明采用接口处相互重叠咬合的复数个内衬单元板块组装而成(如图2和图4所示)，接口咬合处单元板块之间留有可伸缩的缝隙的结构就会通过沿着板块可以伸缩的缝隙11来吸收材料的热胀冷缩的尺寸变化，使其不会因为热胀冷缩形成对内衬材料的破坏和对耐火隔热层的强烈的挤压，既保证了焦罐外壳的安全也避免内衬层的应力破坏，。接口处相互重叠咬合可以通过不同单元板块之间的缝隙吸收热胀冷缩的尺寸变化，而又保持了焦炭与耐火隔热层的隔离，避免了喷水对耐火隔热层的直接损害，也避免了焦炭对耐火材料的磨损。

在焦罐内存在着各种尺寸的焦炭块，这些焦炭块会进入内衬单元板块形成的可伸缩缝隙中，影响单元板块的热膨胀后的伸长可能会破坏内衬板或形成对耐火隔热层的强烈挤压，所以，需要尽力避免焦炭块夹到板块缝隙中的情况发生。但焦块进入单元板块间的缝隙又无法避免，如果能从内衬单元板块端面结构方面解决问题，形成自调节结构则可自行解决问题。本发明采用了焦罐的内衬层单元板块接口处的单元板块端面为由内向外倾斜形状，形成的板块间沿着板块可以伸缩的缝隙逐步缩小的倾斜结构。通过单元板块端面的斜面对进入缝隙的焦炭块施加的作用力的向外分力将焦炭块挤出缝隙，达到其自清除的目的，如图3和图5所示。内衬层单元板块接口咬合处端面倾斜角β可在30°到60°之间选择，当然，也不局限于该数字。

内衬层直接与焦炭接触，由于焦炭摩擦性十分强，在高温下尤其严重，所以，内衬层所处环境不仅温度变化幅度大，还要承受焦炭在高温下的摩擦。因此，对内衬的材质要求就很特殊。本发明采用铸铁，特别是添加了金属Cr的铸铁以及添加金属Cr或Mn的金属合金。由于其耐磨性高，所以能够承受高温下的焦炭摩耗。具体的材质型号可根据实际情况依耐磨、抗急冷急热性能、抗脆性等综合性能选定。

由于焦罐内衬层由多个内衬层单元板块组装而成，避免了高温状态下的热膨胀向耐火隔热层产生巨大压力，导致内衬层热胀冷缩的应力而破裂的情况发生。但由于内衬层单元板块之间作用力很小，在焦罐翻转成开口向下时，内衬层单元板块会脱离原有位置，或随焦炭倒出到焦罐之外，影响焦罐的正常作业。所以，需要有控制焦罐内衬层单元板块在熄焦全过程不脱离安装位置的措施。本发明采用了压紧机构，即在焦罐从开口向上的状态开始经焦罐翻转焦炭排出且焦罐开口恢复向上状态为止，从焦罐出口处压紧内衬层，焦罐开口恢复向上状态后，所述焦罐内衬层压紧机构撤销压紧作用。这样，既实现了焦罐内衬层热胀冷缩不破裂，也不对耐火隔热层产生巨大的压力，同时还能保证在焦炭排出过程中内衬层单元板块不脱离安装位置，保障了焦罐在熄焦全过程的安全顺利的操作。焦罐内衬层压紧机构要既能满足压紧要求，又要操作方便，具体结构可以是如图6所示的压块式结构，也可以是如图7所示的匝板式结构，或其他结构。

本发明的有益效果是直接喷水汽化使红焦炭降温并回收蒸汽的密闭式熄焦罐中，通过采用从内向外由内衬层、耐火隔热层和焦罐外壳组成的结构成功地将耐高温层和承受压力的压力容器的焦罐外壳分开，使得处于外层的焦罐外壳能够在较低的温度和较小的温度区间内变化，使之有较好的能力承受压力和实现密闭，并避免了严重的焦炭高温磨损，为密闭汽化熄焦提供了可行的关键装置；内衬层由铸铁等耐磨耐高温材料制成的复数个接合处为重叠咬合的单元板块组装而成且接口咬合处单元板块之间留有沿着板块可以伸缩的缝隙的结构，通过缝隙吸收热胀冷缩的尺寸变化，而又保持了焦炭与耐火隔热层的隔离，避免了喷水对耐火隔热层的直接损害，也避免了焦炭对耐火材料的磨损，使得熄焦罐进入工程应用成为了可能；通过在焦罐翻转时的焦罐内衬层压紧机构保证在焦炭排出过程中内衬层单元板块不脱离安装位置，保障了焦罐在熄焦全过程的安全顺利的操作。

附图说明

图1：密闭喷水汽化降温熄焦焦罐装置图；

图2：密闭喷水汽化降温熄焦罐内衬层单元板块平面接口结构示意图；

图3：焦罐内衬层单元板块平面接口咬合层结构示意图；

图4：密闭喷水汽化降温熄焦罐内衬层单元板块凸出接口结构示意图；

图5：焦罐内衬层单元板块凸出接口咬合层结构示意图；

图6：密闭喷水汽化降温熄焦焦罐内衬层单元板块的压块式压紧机构示意图；

图7：密闭喷水汽化降温熄焦焦罐内衬层单元板块的匝板式压紧机构示意图；

其中：1-焦罐，2-顶部密闭盖，3-焦罐密闭锁紧机构，4-顶部密闭盖喷水管，5-蒸汽导出管，6-焦罐内衬层，7-焦罐耐火隔热层，8-焦罐外壳，9-焦罐内衬层接口平面外咬合层，10-焦罐内衬层接口平面内咬合层，11-焦罐内衬层单元板块接口沿板块可伸缩缝隙，12-焦罐内衬层接口凸出外咬合层，13-焦罐内衬层接口凸出内咬合层，14-焦罐翻转台，15-焦罐内衬层单元板块压块式压紧机构，16-焦罐内衬层单元板块匝板式压紧机构，β-焦罐内衬层单元板块接口咬合处端面倾斜角。

具体实施方式

实施例1：

本实施例为密闭喷水汽化降温熄焦装置方案，如图1所示。红焦炭装入焦罐1后通过移动车(图中未标示)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，从两侧将焦罐密闭锁紧机构3合拢，完成焦罐的密闭。通过顶部密闭盖喷水管4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5导出送入蒸汽储罐(图中未标示)。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5，完成喷水熄焦。之后，移开焦罐密闭锁紧机构3，升起顶部密闭盖2，将移动车移至所定的卸焦位置，用如图6所示安装在焦罐翻转台14上的焦罐内衬层单元板块压块式压紧机构15压紧焦罐内衬层6，通过焦罐翻转机构(图中未标示)将焦罐的焦炭装入口向下翻转，倒出焦罐中的焦炭，再将焦罐恢复到焦炭装入口向上的位置，准备下一次装焦循环。焦罐由内衬层6，耐火隔热层7和焦罐外壳8构成，焦罐外壳由钢材料制成，上部形成向外凸出的外缘与焦罐密闭锁紧机构3协同实现焦罐的密闭。内衬层的结构如图2所示，由罐底单元板和2块半圆筒单元板块组成。半圆筒单元板块接口咬合处的结构采用单元板厚度的一半缺口与另一块的一半缺口重叠咬合的结构，即焦罐内衬层接口平面外咬合层9与焦罐内衬层接口平面内咬合层10重叠咬合，并留有内衬层单元板块接口沿着板块可伸缩缝隙11用以吸收热膨胀产生的内衬层单元板尺寸伸长，而不会形成直接的沿板面的挤压压力。如图3所示内衬层单元板块接口咬合处端面倾斜角β为30°。内衬板采用添加了金属Cr的铸铁。

通过所述装置焦罐外壳用普通钢材制作可以得到0.5-0.55MPa的蒸汽供发电作热源使用，熄焦过程无污染物向大气排放；内衬层无胀裂问题，寿命在6个月以上；熄焦完成后的焦炭排出过程中，焦罐内衬层单元板块能够保持原有安装位置，不会发生随焦炭倒出或塌陷在焦罐内的情况。

实施例2：

本实施例与实施例1基本相同，所不同的是焦罐内衬层采用如图4所示的接口咬合结构。圆筒内衬单元板块为2块，底部单元板块为1块圆板，内衬层单元板块接口咬合处的结构采用单元板在端部向一侧凸出，与另一块单元板端部向另一侧凸出形成重叠咬合的结构，即焦罐内衬层接口凸出外咬合层12与焦罐内衬层接口凸出内咬合层13重叠咬合，并留有焦罐内衬层单元板块接口沿着板块可伸缩缝隙11用以吸收热膨胀产生的内层单元板尺寸伸长，而不会形成直接的沿板面的挤压压力。如图5所示内衬层单元板块接口咬合处端面倾斜角β为45°。内衬材质为蠕墨铸铁。焦罐内衬层单元板块压紧机构采用图7所示焦罐内衬层单元板块匝板式压紧机构16压紧焦罐内衬层6，从焦罐开口处将焦罐内衬层与焦罐外壳连接为不能分离的整体。焦罐为上部出焦口略大于底部的形状，上部与底部直径比为1.05，更有利于焦炭的排出。通过所述装置焦罐外壳用普通钢材制作可以得到0.3-0.35MPa的蒸汽供发电作热源使用，熄焦过程无污染物向大气排放；内衬层无胀裂问题，寿命在6个月以上；熄焦完成后的焦炭排出过程中，焦罐内衬层单元板块能够保持原有安装位置，不会发生随焦炭倒出或塌陷在焦罐内的情况。

实施例3：

本实施例与实施例1基本相同，所不同的是接口处的内衬层单元板块端面倾斜角β为60°。圆筒内衬单元板块为3块，底部单元板块为2块半圆板重叠咬合设置，内衬层材质为添加了Mn的合金。通过所述装置焦罐外壳用普通钢材制作可以得到0.3-0.35MPa的蒸汽供发电作热源使用，熄焦过程无污染物向大气排放；内衬层无胀裂问题，寿命在6个月以上；熄焦完成后的焦炭排出过程中，焦罐内衬层单元板块能够保持原有安装位置，不会发生随焦炭倒出或塌陷在焦罐内的情况。

实施例4：

本实施例与实施例2基本相同，所不同的是接口处的内衬层单元板块端面倾斜角β为60°。圆筒内衬单元板块为3块，底部单元板块为2块半圆板重叠咬合设置，内衬层材质为添加了Cr的铸铁。通过所述装置焦罐外壳用普通钢材制作可以得到0.5-0.55MPa的蒸汽供发电作热源使用，熄焦过程无污染物向大气排放；内衬层无胀裂问题，寿命在6个月以上；熄焦完成后的焦炭排出过程中，焦罐内衬层单元板块能够保持原有安装位置，不会发生随焦炭倒出或塌陷在焦罐内的情况。

实施例5：

本实施例与实施例1基本相同，所不同的是圆筒内衬层单元板块为2块，底部单元板块为2块半圆板重叠咬合设置，内衬层单元板块接口处的咬合采用一端为图2所示平面咬合结构，即焦罐内衬层接口平面外咬合层9与焦罐内衬层接口平面内咬合层10重叠咬合，另一端为图4所示的凸出咬合结构，即焦罐内衬层接口凸出外咬合层12与焦罐内衬层接口凸出内咬合层13重叠咬合。通过所述装置焦罐外壳用普通钢材制作可以得到0.3-0.35MPa的蒸汽供发电作热源使用，熄焦过程无污染物向大气排放；内衬层无胀裂问题，寿命在6个月以上；熄焦完成后的焦炭排出过程中，焦罐内衬层单元板块能够保持原有安装位置，不会发生随焦炭倒出或塌陷在焦罐内的情况。

Claims (8)

1.一种炼焦工业中的密闭式汽化熄焦装置，其特征是红焦炭在与大气隔绝的密闭容器中，喷水降温的熄焦装置至少由焦罐、能够升降的顶部密闭盖、焦罐与顶部密闭盖的密闭锁紧机构、喷水入口及蒸汽导出口组成；焦罐上部开口，既作焦炭的进入口也作焦炭排出口使用；焦罐从内向外由内衬层、耐火隔热层和罐体外壳构成，罐体外壳与顶部密闭盖通过密闭锁紧机构实现密闭。

2.如权利要求1所述的装置，其特征是所述焦罐的内衬层为接口处相互重叠咬合的复数个内衬层单元板块组装而成，接口咬合处单元板块之间留有沿着板块可以伸缩的缝隙。

3.如权利要求1所述的熄焦装置，其特征在于所述焦罐的内衬层单元板块接口处的板块端面为由内向外倾斜形状，形成的板块间沿着板块可以伸缩的缝隙逐步缩小的倾斜结构。

4.如权利要求3所述的熄焦装置，其特征在于内衬层单元板块接口咬合处端面倾斜角在30°～60°。

5.如权利要求1所述的熄焦装置，其特征在于所述焦罐内衬层为铸铁或添加了耐热耐磨金属元素的金属合金。

6.如权利要求5所述的熄焦装置，其特征在于焦罐内衬层添加了金属Cr的铸铁以及添加金属Cr或Mn的金属合金。

7.实现权利要求1所述熄焦装置操作的装置，其特征是在焦罐翻转台上设置有焦罐内衬层压紧机构，该机构在焦罐从开口向上的状态开始经焦罐翻转焦炭排出且焦罐开口恢复向上状态为止，从焦罐出口处压紧内衬层，焦罐开口恢复向上状态后，所述焦罐内衬层压紧机构撤销压紧作用。

8.如权利要求7所述熄焦装置操作的装置，其特征是所述焦罐内衬层压紧机构为通过作用杆前端的压块从焦罐开口处直接压紧内衬层单元板块的压块式结构，或用匝板从焦罐开口处将焦罐内衬层与焦罐外壳连接为不能分离的整体的匝板式结构。