CN105586060B - 一种非气体的干熄焦方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种非气体的干熄焦方法，从炼焦炉出来1050～950℃的红焦进入红焦冷却准锅炉系统后，在密闭的红焦冷却准锅炉系统内翻滚输送，红焦与所述红焦冷却准锅炉系统的热量传递直接通过辐射传热方式将红焦所带热量传递给所述红焦冷却准锅炉系统，红焦在翻滚输送过程中得到冷却，冷却后的低温焦炭输出。本发明采用密闭的红焦冷却准锅炉系统熄焦，抽力很低，仅微量空气随焦炭输送而进入，无需通入N2进行冷却，消除了常规干熄焦系统运行N2系统循环的动力消耗，无需对热交换过后的气体进行除尘等处理。

Description

一种非气体的干熄焦方法
技术领域
本发明涉及一种非气体的干熄焦方法，适用于焦炭装置的焦炭出炉后的红焦的废热利用，属于节能减排新兴战略产业技术领域。
背景技术
目前熄焦有两种技术：一是N2干熄焦技术，所谓干法熄焦(Coke Dry Quenching,简记为CDQ)，是用冷的氮气这种惰性气体与炽热的焦炭在焦炉内进行热交换，惰性循环气体在干熄炉中冷却红焦后，吸收了红焦热量的高温循环气体经一次除尘器除去粗颗粒焦粉后进入锅炉，锅炉吸热产生蒸汽，被冷却的惰性循环气体经二次除尘器除去细颗粒的焦粉，再由循环风机鼓入干熄炉继续循环冷却红焦，是采用惰性气体将红焦冷却的一种方法。冷却后的惰性气体由循环风机重新鼓入干熄炉，循环使用冷却焦炭的循环气体，在干熄炉冷却室与红焦进行热交换后温度升高至900～950℃，经干熄炉环形烟道排出干熄炉，高温循环气体经过一次除尘器分离粗颗粒焦粉后进入干熄焦锅炉省煤器部位进行热交换，锅炉产生蒸汽，温度降至160℃的低温循环气体由干熄焦锅炉出来，经过二次除尘器进一步分离出细颗粒焦粉后，由循环风机送入热管式换热器冷却至130℃，再进入干熄炉循环使用，经除盐、除氧后约104℃的锅炉用纯水由锅炉给水泵送往干熄焦锅炉，经锅炉省煤器进入锅炉汽包，并在锅炉省煤器部位与循环气体进行热交换，吸收循环气体的热量，由于气体循环系统负压段会漏进少量空气，O2通过红焦层就会与焦炭进行反应，生成CO2，CO2在焦炭层高温区又会还原成CO，随着循环次数的增多，循环气体里的CO浓度越来越高，焦炭热解生成的H2、CO、CH4等也都是易燃易爆成分，因此干熄焦运行中要控制循环气体中可燃成分浓度在爆炸极限以下，一般需要采取两种措施进行控制：(1)连续地往气体循环系统充入N2，对可燃气体进行稀释，再放散掉相应量的循环气体；(2)连续往升温至900～950℃的循环气体中通入适量的空气来燃烧掉增长的可燃成分，经锅炉冷却后再放散掉相应量的循环气体；二是湿熄焦技术，拦焦车将焦炭导入熄焦车中送往熄焦塔用水冷却熄火，一般是采用污水，水熄焦会有大量水蒸汽产生，污水中的大量有害物质如酚类、氨氮、有机物会随着污水的汽化带入大气，造成大气污染，浪费了大量水资源；目前国外开发了低水分熄焦工艺熄焦新技术，可以替代在工业上广泛使用的常规喷淋式湿熄焦方式，它能够控制熄焦后的焦炭水分，从而得到水分较低且含水量相对稳定的焦炭。在低水分熄焦过程中，熄焦水先以正常流量的40～50％喷酒到熄焦车内红焦上(约10～20s)以冷却顶层的红焦，之后熄焦水以正常水量呈柱状水流喷射到焦炭层上，大量的水流迅速穿过焦炭层到达熄焦车倾斜底板。水流在穿过红焦层并在底层产生大量蒸汽快速膨胀并向上流动通过红焦炭层，由下至上地对车内焦炭进行熄焦。根据单炉焦炭量和控制水分的不同，整个熄焦过程约需50～90s。熄焦后焦炭的水分可控制在2～4％。低水分熄焦工艺一般采用高位水槽供水，这样可使每次熄焦的供水压力和供水量都保持恒定，达到均匀熄焦和保持焦炭水分稳定的目的，低水分熄焦工艺一般采用的废水中的酚类、氨氮，有机物，还有少量软沥青容易堵塞喷头，腐蚀相关设备。如果固定铵盐脱出不好，会增加焦炭的灰分，主要是恶臭气体无法控制，对人对环境都造成很大伤害，对焦线设备腐蚀严重。
总之，干熄焦采用N2为热媒通过强制对流传热方式进行红焦热量的传递与交换，效率较低，气体循环系统负压段会漏进少量空气，O2通过红焦层就会与焦炭进行反应，生成CO2，CO2在焦炭层高温区又会还原成CO，随着循环次数的增多，循环气体里的CO浓度越来越高，焦炭热解生成的H2、CO、CH4等也都是易燃易爆成分，因此干熄焦运行中要控制循环气体中可燃成分浓度在爆炸极限以下，一般需连续地往气体循环系统充入N2，对可燃气体进行稀释，制造N2能耗成本很高，系统除尘等系统设备复杂降低了系统可靠性，放散掉相应量的循环气体也会造成环境污染，和可燃气体安全隐患；湿式熄焦显然还是将红焦的热量变为挥发的水蒸气，散入大气，浪费了水资源，也是焦炭的质量有所下降。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种非气体的干熄焦方法，采用两端密闭的红焦冷却准锅炉系统进行熄焦，由于抽力很低，外界空气没有进入的动力，仅微量空气随焦炭输送而进入，不需要通入惰性气体，如氮气，进行可燃气体稀释，显著降低了制备N2的能耗，消除了常规干熄焦系统运行N2系统循环的动力消耗，另外，无需对热交换过后的气体进行除尘等处理。
本发明所提供的非气体的干熄焦方法，包括红焦冷却准锅炉系统，其特征在于：红焦进入红焦冷却准锅炉系统后，所述红焦在密闭的红焦冷却准锅炉系统内翻滚输送，红焦与所述红焦冷却准锅炉系统高温段的热量传递直接通过辐射传热方式将红焦所带热量传递给所述红焦冷却准锅炉系统，红焦在翻滚输送过程中得到冷却；然后将冷却后的低温焦炭输出。由于红焦直接通过辐射传热、热对流传热方式将热量传递给冷却循环水，不需要强制通入氮气等惰性气体进行冷却，无需制备氮气等惰性气体；本发明在熄焦过程中，也不会产生可燃气体，无需通入氮气等惰性气体进行稀释，并且熄焦过程中不会产生粉尘；如果红焦在红焦冷却准锅炉系统的准锅炉的炉膛内自上向下输送，则在炉膛内翻滚下落；如果红焦采取水平输送的形式，则红焦在输送过程中也不断翻滚，以增强换热效果。
优选地，从炼焦炉出料口收集红焦后，先进行密闭隔离空气，再连续送入红焦冷却准锅炉系统内冷却，通过密闭隔离空气，避免氧气与焦炭发生化学反应，防止焦炭及热量散失。
经过密闭隔离空气后的红焦先送入红焦中储系统作短暂储存，再由红焦中储系统将红焦以小量、连续加料的形式输入所述红焦冷却准锅炉系统。连续、小量加料可确保红焦在所述红焦冷却准锅炉系统内连续充分冷却。由于炼焦炉出炉的焦炭不连续，从出料口收集红焦后可以连续向红焦冷却准锅炉系统送料，形成连续生产。
优选地，红焦在红焦冷却准锅炉系统的准锅炉的炉膛内呈螺旋翻滚式输送。当红焦在炉膛内自上向下输送时，采用螺旋翻滚式输送，可延长红焦的下落时间，增加换热时长，提高换热效果，避免红焦直接下落而导致换热效果差。
所述红焦冷却准锅炉系统的准锅炉内壁上设置水冷壁，炉膛内设有若干冷却水管或过热蒸汽管，红焦在下落过程中不接触水冷壁、冷却水管或过热蒸汽管；水冷壁与冷却水管采用冷却水强制循环方式。所谓准锅炉是指无燃烧过程的锅炉。红焦在翻滚输送过程中，与水冷壁和冷却水管、过热蒸汽管之间非接触换热，避免水管磨损。通过强制循环方式换热，由泵将冷却水加压后送入水冷壁和冷却水管中；在水冷壁、冷却水管的顶端和底部分别设置出口集合管、入口集合管，入口集合管通过泵与汽包连接，出口集合管也与汽包连接，汽包内的水通过汽包底部流出，并经泵加压后输入入口集合管，从入口集合管进入水冷壁和冷却水管，再从出口集合管进入汽包，在汽包内进行汽水分离，汽包底部的水循环使用，汽包顶部分离出的蒸汽外送利用，汽包有液位控制，当汽包水位过低时，通过补水水管向汽包内补充冷却水；需要注意的是，水冷壁与冷却水管可以共用一个汽包、泵、入口集合管、出口集合管，也可以根据实际需要，分开设计；例如，冷却水管的入口集合管与出口集合管不是设置在冷却水管的两端时，水冷壁与冷却水管的入口集合管与出口集合管需分别设计。
为实现对焦炭的精细化处理，在红焦冷却过程中，将粉状焦炭与块状焦炭分开，低温粉状焦炭与低温块状焦炭再分别进一步冷却输出，可以针对粉状与块状焦炭分别进行处理。
对块状焦炭进一步冷却的方法为：沿块状焦炭输送方向的逆向通入冷却风，冷却风与低温块状焦炭对流交换热量后，将换热后的冷却风引入焦炭炉助燃或用以气提污水。
对块状焦炭进一步冷却的方法还可以为：将低温块状焦炭连续快速地通过冷却污水进行浸冷后输出；冷却污水蒸发的水蒸气进行回收处理。利用低温焦炭余热将冷却污水变成蒸汽，并进行蒸汽回收，实现污水净化，回收水资源，消除环境污染。
优选地，焦炭在低温焦炭水浸冷系统内浸冷时间控制在3～90秒，保证焦内合适的水分值，达到强化焦炭的作用。
优选地，向红焦冷却准锅炉系统中通入少量焦化炉烟气，利用烟气对红焦表面进行隔氧保护，保护后的烟气再进入烟气余热回收系统进行余热回收或送去气提污水。利用烟气隔氧，防止氧气与红焦发生化学反应而产生易燃易爆气体。
本发明具有以下显著优点：(1)直接利用热辐射、热对流和热传导的方式与红焦进行热交换，热利用方法简洁，效率更高，过程装备少、节能、简单、可靠性高，投资低，节能效果最高，产生的高品质蒸汽可以发电，也可以装置工艺及其他应用，梯度利用红焦高温废热；(2)工艺过程及参与介质少，不产生粉尘，环境友好，降低了相应各工序的作业职业风险与成本，如果稍加改造还可以直接实现与下游工序的融合，缩短工艺工序，节员、节消耗；(3)操作简单，方法本身就是一个很好的劳动与环境保护过程；(4)过程不会使焦炭产生附加应力，不会造成焦炭裂纹，提高了焦炭质量；(5)如果采用低温水蒸馏吸收低温焦炭法，则可以中分回收焦炭废热余热，用之于净化回收水资源，消除了环境污染；(6)本技术容易实现与现有湿式熄焦工艺对接的技术改造；(7)气料比为0，不用氮气等惰性气体，显著降低了制备N2的能耗，消除了常规干熄焦系统运行N2系统循环的动力消耗。
附图说明
附图1为红焦输送示意图。
具体实施方式
如图1所示，从炼焦炉出来的1050～950℃的焦炭通常称为红焦，红焦进入红焦收集系统，由红焦收集系统收集后进行密闭隔离空气，并由红焦收集系统将红焦导入红焦中储系统内，必要时可在红焦收集系统与红焦中储系统之间设置红焦输送系统，由红焦输送系统将红焦送入红焦中储系统中。红焦中储系统可使用能连续加料的储罐。
红焦在红焦中储系统中短暂存储，红焦中储系统中的连续送料装置控制红焦小量、均匀、连续地送入红焦冷却准锅炉系统，红焦在红焦冷却准锅炉系统中的准锅炉内翻滚输送，红焦在翻滚输送过程中，热量主要经过热辐射方式传递给红焦冷却准锅炉系统内的水冷壁、水管或过热蒸汽管，水冷壁、水管或过热蒸汽管再将其获得的热量传导给管内循环水或过热蒸汽，由水冷壁系统内的循环水通过强制循环或过热蒸汽流动带走热量，强制循环的水形成汽水混相至汽水分离系统分理出饱和蒸汽和水，饱和蒸气经管道流入过热蒸汽管，过热蒸汽外送做功或工艺用，饱和蒸汽并入工艺管网，水则再进入循环系统，红焦在翻滚输送过程中得到冷却，红焦在准锅炉内既可以水平输送，也可以自准锅炉顶部向下输送，无论是水平输送还是上下输送，红焦均需翻滚使其热面面向水冷壁、水管或过热蒸汽管，以达到最佳传热冷却。
红焦冷却准锅炉系统的准锅炉内壁上设有水冷壁，炉膛内设置若干冷却水管或过热蒸汽管，水冷壁、冷却水管、过热蒸汽管不接触焦块，防止焦在输送过程中磨损管道。水冷壁和冷却水管采用强制循环方式，水冷壁的底部设有入口集合管，顶部设有出口集合管，冷却水管的进、出口设有冷却水管入口集合管和冷却水管出口集合管；入口集合管与泵通过泵处口管连接，泵与汽包通过泵入口管连接，出口集合管与汽包通过连通管连接，冷却水自汽包底部至泵入口管、经泵加压、至泵出口管、至入口集合管、至水冷壁、至出口集合管、至连通管、至汽包完成循环，在汽包内进行汽水分离，汽包底部的水循环使用，汽包顶部分离出的饱和蒸汽外送利用，饱和蒸汽也可以经管道送入准锅炉炉膛内的过热蒸汽管，进行继续加热形成过热蒸汽外送进行做功，汽包有液位控制，当液位低于要求时，通过补水水管补入冷却水；与水冷壁类似，冷却水管入口集合管与泵通过泵处口管连接，泵与汽包通过泵入口管连接，冷却水管出口集合管与汽包通过连通管连接，冷却水自汽包底部至泵入口管、经泵加压、至泵出口管、至冷却水管入口集合管、至冷却水管、至冷却水管出口集合管、至连通管、至汽包完成循环，在汽包内进行汽水分离，汽包底部的水循环使用，汽包顶部分离出的蒸汽外送利用，或继续过热，过热流程为汽包顶部分离出的蒸汽经管道送入炉膛过热蒸汽管，经辐射加热后形成过热蒸汽，外送做功。
为实现细化处理，在红焦冷却过程中，将粉状焦炭与块状焦炭在低温段分开，再分别进一步冷却输出。如图所示，粉状焦炭送入低温细粉焦炭冷却系统进行进一步冷却，将块状焦炭送入低温块焦炭冷却系统进一步冷却后直接出料；低温段块状焦炭可以沿块状焦炭输送方向的逆向通入冷却风，冷却风与块状焦炭交换热量后，将换热后的冷却风引入焦炭炉助燃或气提污水，如将换热后的冷却风通入污水汽提塔，进行污水气提，实现污水净化，冷却污水蒸发的水蒸气在塔内蒸馏系统进行蒸馏处理，使低温焦炭的热量得到进一步利用，焦炭得到进一步冷却；也可以将块状焦炭连续快速地通过冷却污水塔底部进行浸冷后输出；冷却污水蒸发的水蒸气在塔内进行蒸馏处理；浸冷时间控制在2～90秒之内。如图所示，将块状焦炭直接连续快速地通过低温焦炭水浸冷系统的污水蒸馏塔，快速通过污水蒸馏塔前的块状焦炭的温度优选地控制在350～250℃。低温水浸冷系统密闭，只有出料系统经过处留有小许空隙，如：使用输送带输送焦炭，低温水浸冷系统出口无法做到完全密封。污水蒸馏塔或污水气提塔有负压形成机构，如蒸汽引风机、水环泵、气抽子等，水蒸气在蒸馏系统内，通过精馏，分离污水中的其他组分，进行污水净化处理，低温焦浸湿通过工艺时间控制，使焦炭继续冷却至适当温度，同时保证焦内合适的水分值，达到强化焦炭的作用，工艺中可以按实际工程需要将块料焦炭的两种工艺同时并联于系统中，一边灵活选用。
本发明所述封闭隔氧还可以采用引入少量焦化炉烟气进行红焦表面隔氧保护，保护后的烟气在进入烟气余热回收系统进行余热回收利用或用以气提污水。

Claims (7)

1.一种非气体的干熄焦方法，包括红焦冷却准锅炉系统，其特征在于：红焦进入红焦冷却准锅炉系统后，所述红焦在密闭的红焦冷却准锅炉系统内翻滚输送，红焦与所述红焦冷却准锅炉系统高温段的热量传递直接通过辐射传热方式将红焦所带热量传递给所述红焦冷却准锅炉系统，红焦在翻滚输送过程中得到冷却；然后将冷却后的低温焦炭输出；在红焦高温冷却过程中，将粉状焦炭与块状焦炭分开，低温粉状焦炭与低温块状焦炭再分别进一步冷却输出；低温块状焦炭进一步冷却的方法为，沿块状焦炭输送方向的逆向通入冷却风，冷却风与低温块状焦炭对流交换热量后，将换热后的冷却风引入焦炭炉助燃或用以气提污水，或者将低温块状焦炭连续快速地通过冷却污水进行浸冷后输出；冷却污水蒸发的水蒸气进行回收处理。
2.如权利要求1所述的非气体的干熄焦方法，其特征在于：从炼焦炉出料口收集红焦后，先进行密闭隔离空气，再连续送入红焦冷却准锅炉系统内冷却。
3.如权利要求2所述的非气体的干熄焦方法，其特征在于：经过密闭隔离空气的红焦先送入红焦中储系统作短暂储存，再由红焦中储系统将红焦以小量、连续加料的形式输送入所述红焦冷却准锅炉系统。
4.如权利要求1所述的非气体的干熄焦方法，其特征在于：红焦在红焦冷却准锅炉系统的准锅炉的炉膛内呈翻滚式连续输送。
5.如权利要求1所述的非气体的干熄焦方法，其特征在于：所述红焦冷却准锅炉系统的准锅炉内壁上设置水冷壁，炉膛内设有若干冷却水管或过热蒸汽管，红焦在输送过程中不接触水冷壁、冷却水管或过热蒸汽管；水冷壁与冷却水管采用冷却水强制循环方式。
6.如权利要求1所述的非气体的干熄焦方法，其特征在于：低温块状焦炭在冷却水中的浸冷时间控制在2～90秒。
7.如权利要求1-6任一权利要求所述的非气体的干熄焦方法，其特征在于：向红焦冷却准锅炉系统中通入少量焦化炉烟气，利用烟气对红焦表面进行隔氧保护，保护后的烟气再进入烟气余热回收系统进行余热回收或送去气提污水。
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Address after: Room 218, Block B, Building 21, Ecological Valley, No. 38, Huanghe Road, Dongying Development Zone, Shandong Province, 257091

Patentee after: Shandong Zhongke Industry Research Institute Technology Transfer Co.,Ltd.

Address before: Room 1013, Huanghai Building, No. 239, Donger Road, Dongying Development Zone, Shandong 257091

Patentee before: Shandong Zhongke Industry Research Institute Technology Transfer Co.,Ltd.

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
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Application publication date: 20160518

Assignee: Dongying Yuzun Information Technology Co.,Ltd.

Assignor: Shandong Zhongke Industry Research Institute Technology Transfer Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023980042996

Denomination of invention: A Non Gas Dry Quenching Method

Granted publication date: 20181127

License type: Common License

Record date: 20231010

EC01 Cancellation of recordation of patent licensing contract
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Assignee: Dongying Yuzun Information Technology Co.,Ltd.

Assignor: Shandong Zhongke Industry Research Institute Technology Transfer Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023980042996

Date of cancellation: 20240411

TR01 Transfer of patent right
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Effective date of registration: 20240423

Address after: 257000 meters north of the intersection of Haochun Road and 002 County Road in Industrial Park, Longju Town, Dongying District, Dongying City, Shandong Province, to the east of the road

Patentee after: Zhongyuan Oil (Shandong) Energy Technology Co.,Ltd.

Country or region after: China

Address before: Room 218, Block B, Building 21, Ecological Valley, No. 38, Huanghe Road, Dongying Development Zone, Shandong Province, 257091

Patentee before: Shandong Zhongke Industry Research Institute Technology Transfer Co.,Ltd.

Country or region before: China