CN106190184A - 一种降低NOx生成的焦炉加热方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种降低NOx生成的焦炉加热方法及装置，先双联立火道，炼焦用煤装入碳化室并炼成焦炭，采用焦炉煤气下喷、空气分段供入立火道，与焦炉煤气混合后进行燃烧，分段燃烧后的废气经跨越孔转向进入下降气流立火道，在下降气流立火道顶部进行完全燃烧；完全燃烧后，经下降气流立火道底部斜道进入相邻蓄热室，在蓄热室内与格子砖进行热交换，降温后的废气经可调箅子孔进入小烟道，最后通过分烟道、总烟道至烟囱排放。本发明可实现焦炉煤气的分段燃烧，并根据燃烧状况进行调节，提高了焦炭质量，减少了热损失，提高了热效率，减少立火道内高温点，从而降低NOx的产生，利于环保。

Description

一种降低NOx生成的焦炉加热方法及装置

技术领域

本发明涉及冶金炼焦技术领域，特别涉及一种降低NOx生成的焦炉加热方法及装置。

背景技术

燃烧过程中氮氧化物形成机理可分为三种:(1)高温下形成的温度热力型NOx；(2)低温火焰中含碳自由基形成的瞬时型NOx；(3)燃料中固定氮生成的NOx为燃料型NOx。一般焦炉主要是利用焦炉煤气、高炉煤气或者二者的混合煤气做为热源对煤炭进行干馏。焦炉煤气加热因具有燃烧速度快，所需煤气量少，炼焦耗热量低等优点而被目前绝大焦炉使用，但因燃烧火焰局部温度过高，也是热力型氮氧化物的主要来源。

燃烧温度对热力型NOx生成有决定性的作用，当燃烧温度高于1600℃，NOx量按指数规律迅速增加。资料表明，焦炉加热立火道温度在1300-1350℃时，温差±10℃，则NOx生成量在±30mg/m³波动。仅采用焦炉煤气做热源的焦炉所生成的氮氧化物一般都高于500mg/m³(大于国家规定排放标准)。如果采用分段加热的方法，通过对立火道中的空气进行分段输入，同时利用废气循环，则既可以降低燃烧过程中的氧浓度含量，减少快速型NOx的生成，同时也可降低燃烧温度，减少热力型NOx的生成量。对减少燃烧产物总的NOx含量具有显著效果。

目前运行的焦炉大多有废气循环的功能，而分段加热技术一般只在新设计的7m以上大型焦炉才有应用，已有的中小型焦炉结构基本没有，废气循环与分段加热技术是在设计焦炉时就已经设计完成。对于已经运行多年的中小型焦炉，受到炉体结构、加热方式等已确定条件的限制，通过分段供气加热减少NOx的方法一直无法普及，因此导致满足环保要求的脱硝技术成本居高不下。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种在现有焦炉结构基础上结合废气循环燃烧技术，使用空气分段供给加热，从而达到降低立火道燃烧温度，控制燃烧过程中温度热力型NOx的生成，同时提高焦饼高向加热均匀性的的焦炉加热方法及装置。

为解决此技术问题，本发明第一方面提供降低NOx生成的焦炉加热方法，包括如下步骤：

S1、双联立火道，炼焦用煤装入碳化室，由相间排列的燃烧室提供热量，将碳化室内的煤炼成焦炭；

S2、燃烧室由若干个上升气流立火道和下降气流立火道，每一上升气流立火道和一下降气流立火道组成一个双联火道，双联火道上方观火孔处设有可调节的进风口，在两立火道之间设有隔墙，其顶部通过跨越孔连通，隔墙根部有废气循环孔；

S3、采用焦炉煤气下喷、空气分段供入立火道，与焦炉煤气混合后进行燃烧，分段燃烧后的废气经跨越孔转向进入下降气流立火道，在下降气流立火道顶部进行完全燃烧；

S4、完全燃烧后，经下降气流立火道底部斜道进入相邻蓄热室，在蓄热室内与格子砖进行热交换，降温后的废气经可调箅子孔进入小烟道，最后通过分烟道、总烟道至烟囱排放。

进一步地，步骤S3包括：

燃烧一段：焦炉加热交换后，由下往上喷的焦炉煤气在上升气流立火道底部燃烧，其空气与煤气配比在70％-80％，燃烧因不充分使火焰温度降低，抑制了热力型氮氧化物的生成；

燃烧二段：未燃尽的一部分焦炉煤气在上升气流立火道上部，与来自炉顶进风口供入的空气进行第二次燃烧，通过炉顶可调节进风口处的翻板对进风口截面积进行调节，供入的空气通过与炉顶蓄热室进行热交换，空气预热温度达到500℃以上，接近焦炉煤气着火温度，为燃烧二段区域与剩余煤气量的持续燃烧反应做准备；燃烧后的废气横穿双联立火道跨越孔，在下降气流立火道顶部的空气供入口的空气进行第三次完全燃烧。

进一步地，所述步骤S3中，通过焦炉分烟道吸力调节确定各段燃烧区域的最佳进风口截面积与最佳的炉内负压环境，以最优过剩空气系数为基准，通过实时反馈炉温、废气中氧含量、NOx含量等参数，利用模糊算法智能调节分烟道吸力、蓄热室顶部吸力，调节各段燃烧区域入口空气量，对入炉的空气与煤气比重进行调节，将整体空气过剩系数、炉内负压保持在一定值，作为分烟道吸力调节的目标，实现各段燃烧区域的空气与煤气配比，控制各段燃烧区域的最高温度以及整体温度分布均匀性，减少因温度分布不均匀导致的煤气浪费，实现立火道燃烧温度既满足焦炭生产需要节省煤气，又减少氮氧化物的排放的目的。

本发明第二方面提供一种降低NOx生成的焦炉加热装置，包括燃烧室、碳化室、斜道、蓄热室和观火孔；所述斜道包括煤气上升气流斜道、空气上升气流斜道、下降气流斜道；蓄热室包括煤气蓄热室、空气蓄热室、废气蓄热室；燃烧室包括双联火道、焦炉加热煤气供入口、空气供入口、跨越孔和废气循环孔；所述双联火道由上升气流立火道和下降气流立火道组成，上升气流立火道和下降气流立火道通过双联火道跨越孔连通；焦炉加热煤气供入口位于双联火道底部，交换后只由煤气上升气流斜道供入，空气供入口包括第一段空气供入口、第二段空气供入口，第一段空气供入口位于上升气流立火道底部，第二段空气供入口分别位于上升气流通道和下降气流通道的顶部；蓄热室由多个分格小蓄热室组成，小蓄热室内有多孔格子砖和可调节面积大小的可调箅子孔，小蓄热室下部与小烟道相连，小烟道外端与分烟道相连；所述顶观火孔处设置有可调节进风翻板。

优选地，所述可调节进风翻板上设置有旋转主轴、固定螺钉、旋转翻板和孔壁。

优选地，所述燃烧室下部是上升气流斜道和下降气流斜道。上升气流斜道包括焦炉煤气上升气流斜道和空气上升气流斜道，分别与煤气蓄热室和空气蓄热室相连通。

优选地，所述焦炉加热装置的外壁设置有隔热层。

优选地，所述双联火道的底端设置有焦炉煤气通道、空气入口通道和下降废气通道。

本发明所述的燃烧室内采用焦炉煤气下喷、空气分别从双联火道底部的空气供入口与顶端进风口分段供入，与焦炉煤气混合燃烧，燃烧后的废气经跨越孔流向下降气流立火道，在下降气流立火道顶部进行完全燃烧后，一部分废气经下降气流立火道底部斜道进入相邻蓄热室，在蓄热室内与格子砖进行热交换，降温后的废气经可调箅子孔进入小烟道，最后通过分烟道、总烟道至烟囱排放；另一部分废气通过废气循环孔进入上升流立火道参与燃烧一段的煤气稀释燃烧，减少该段区域因燃烧温度过高引起的热力型NOx。经过一段区域的燃烧，剩余的焦炉煤气浓度很低，在燃烧二段区域的高温环境下，只与空气中氧发生相对较弱的燃烧反应，放出的热量较少，生成的热力型NOx几乎可忽略不计。本发明基于分段燃烧既减少总的氮氧化物生成，又保持了立火道上部区域的温度，对提高碳化室高向加热均匀性有很大的帮助。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

(1)不受现有中小型焦炉炉型和结构的限制，在对已有的结构改造最少的基础上，节约改造成本，实现焦炉煤气的分段燃烧。

(2)采用焦炉煤气供热时，焦炉煤气下喷，空气分别由立火道底部以及炉顶看火孔进风口分段供入，燃烧气体及空气的输送量均可根据燃烧状况进行调节，可有效改善焦炉加热高向均匀性，提高焦炭质量，减少热损失，提高了焦炉的热效率。

(3)采用焦炉煤气加热时，分段燃烧的空气从炉顶看火孔处供入，空气在通过炉顶隔热层时进行预热，加大燃烧空气初始温度，提高燃烧效率。

(4)分段燃烧与废气循环技术有利于控制燃烧过程，降低焦炉煤气燃烧的剧烈程度，减少立火道内高温点，从而降低NOx的产生，有利于环保。

附图说明

图1为本发明焦炉加热装置的正剖面示意图；

图2为本发明焦炉加热装置的侧剖面示意图；

图3为本发明燃烧室结构示意图；

图4为本发明的调节进风口翻板结构示意图。

图中：1—燃烧室，2—碳化室，3—上升气流立火道，4—下降气流立火道，5—下降气流斜道，6—煤气上升气流斜道，7—空气上升气流斜道，8—废气蓄热室，9—小烟道，10—煤气蓄热室，11—空气蓄热室，12—焦炉煤气通道，13—下降废气通道，14—第一段空气供入口，15—第二段空气供入口，16—双联火道跨越孔，17—隔热层，18—观火孔，19—可调节进风口翻板，20—废气循环孔，21-旋转主轴，22-固定螺钉，23-旋转翻板，24-孔壁。

具体实施方法

现结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。

本发明所涉及的各种结构部件都是本领域技术人员所熟知而且掌握使用的技术，取材方便，在市场上可容易地购得。本发明适用于4—5米已有的中小型焦炉结构，配合焦炉加热控制系统中分烟道吸力调节方法使用，可减少氮氧化物的生成，提高碳化室高向加热均匀性。

参考图1—图4所示的一种降低NOx生成的焦炉加热装置，包括包括燃烧室1、碳化室2、斜道、蓄热室和观火孔18；其特征在于：所述斜道包括煤气上升气流斜道6、空气上升气流斜道7、下降气流斜道5；蓄热室包括煤气蓄热室10、空气蓄热室11、废气蓄热室8；燃烧室1包括双联火道、焦炉加热煤气供入口、空气供入口、双联火道跨越孔16和废气循环孔20；所述双联火道由上升气流立火道3和下降气流立火道4组成，上升气流立火道3和下降气流立火道4通过跨越孔16连通；焦炉加热煤气供入口位于双联火道底部，交换后只由煤气上升气流斜道6供入，空气供入口包括第一段空气供入口14、第二段空气供入口15，第一段空气供入口位于上升气流立火道3底部，第二段空气供入口分别位于上升气流立火道3和下降气流立火道4的顶部；蓄热室由多个分格小蓄热室组成，小蓄热室内有多孔格子砖和可调节面积大小的可调箅子孔，小蓄热室下部与小烟道9相连，小烟道9外端与分烟道相连；所述顶观火孔18的孔盖上设置有可调节进风翻板19。

所述可调节进风翻板19上设置有旋转主轴21、固定螺钉22、旋转翻板23和孔壁24。

所述燃烧室下部是上升气流斜道和下降气流斜道。上升气流斜道包括焦炉煤气上升气流斜道6和空气上升气流斜道7，分别与煤气蓄热室10和空气蓄热室11相连通。

所述焦炉加热装置的顶端设置有隔热层17。

所述双联火道的底端设置有焦炉煤气通道12、空气入口通道14和下降废气通道13。

本发明所述的燃烧室内采用焦炉煤气下喷、空气分别从双联火道底部的空气供入口与顶端进风口分段供入，与焦炉煤气混合燃烧，燃烧后的废气经跨越孔16流向下降气流立火道4，在下降气流立火道4顶部进行完全燃烧后，一部分废气经下降气流立火道4底部斜道进入相邻蓄热室，在蓄热室内与格子砖进行热交换，降温后的废气经可调箅子孔进入小烟道9，最后通过分烟道、总烟道至烟囱排放；另一部分废气通过废气循环孔20进入上升流立火道3参与燃烧一段的煤气稀释燃烧，减少该段区域因燃烧温度过高引起的热力型NOx生成物。经过一段区域的燃烧，剩余的焦炉煤气浓度很低，在燃烧二段区域的高温环境下，焦炉煤气与空气中氧发生速度相对较慢的氧化反应，放出的热量相比剧烈燃烧时少，在保证减少氮氧化物生成的基础上，同时保持了立火道上部区域的温度，对提高碳化室高向加热均匀性有很大的帮助。

实施例：

焦炉加热交换后，由下往上喷的焦炉煤气在立火道上升气流立火道3底部燃烧，即燃烧一段。该区域燃烧的最大特点是空气与煤气配比在70％-80％，燃烧因不充分使火焰温度降低，抑制了热力型氮氧化物的生成。未燃尽的一部分焦炉煤气在上升气流立火道3上部，与来自炉顶可调节进风翻板19供入的空气进行第二次燃烧，可调节进风翻板19设在观火孔18的孔盖上，内部安装翻板或者手动调节阀调节空气流量，可调节进风翻板19(如图3所示)。通过可调节进风翻板19中间旋转轴对进风口截面积进行调节，供入的空气通过与炉顶蓄热室进行热交换，空气预热温度可达到500℃以上，接近焦炉煤气着火温度，为燃烧二段区域与剩余煤气量的持续燃烧反应做准备。

燃烧后的废气横穿双联立火道跨越孔16，在下降气流立火道4顶部与来自空气供入口15的空气进行第三次完全燃烧，焦炉煤气燃尽后的废气一部分从下降气流斜道烟气出口5进入相邻蓄热室，与蓄热室的硅砖进行热传递；另一部分废气经过废气循环孔20，参与燃烧一段煤气与空气的混合燃烧，进一步稀释燃烧区域的氧浓度，降低燃烧温度。

分段燃烧气流量调控：本方案实施的关键点是燃烧一段空气与煤气配比、二段各个空气入口进风量的供给实现，达到理想燃烧效果。焦炉加热中，通过炉顶可调节进风翻板19处的翻板旋转调节(如图3)，改变炉顶进风口流通面积，实现燃烧二段两个空气进风口供给量调节。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

(1)不受现有中小型焦炉炉型和结构的限制，在对已有的结构改造最少的基础上，节约改造成本，实现焦炉煤气的分段燃烧。

(2)采用焦炉煤气供热时，焦炉煤气下喷，空气分别由立火道底部以及炉顶看火孔进风口分段供入，燃烧气体及空气的输送量均可根据燃烧状况进行调节，可有效改善焦炉加热高向均匀性，提高焦炭质量，减少热损失，提高了焦炉的热效率。

(3)采用焦炉煤气加热时，分段燃烧的空气从炉顶看火孔处供入，空气在通过炉顶隔热层时进行预热，加大燃烧空气初始温度，提高燃烧效率。

(4)分段燃烧与废气循环技术有利于控制燃烧过程，降低焦炉煤气燃烧的剧烈程度，减少立火道内高温点，从而降低NOx的产生，有利于环保。

以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。

Claims (8)

1.一种降低NOx生成的焦炉加热方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、双联立火道，炼焦用煤装入碳化室(2)，由相间排列的燃烧室(1)提供热量，将碳化室(2)内的煤炼成焦炭；

S2、燃烧室(1)由若干个上升气流立火道(3)和下降气流立火道(4)，每一上升气流立火道(3)和一下降气流立火道(4)组成一个双联火道，双联火道上方观火孔(18)处设有可调节的进风口，在两立火道之间设有隔墙，其顶部通过跨越孔连通，隔墙根部有废气循环孔(21)；

S3、采用焦炉煤气下喷、空气分段供入立火道，与焦炉煤气混合后进行燃烧，分段燃烧后的废气经跨越孔转向进入下降气流立火道(4)，在下降气流立火道(4)顶部进行完全燃烧；

S4、完全燃烧后，经下降气流立火道(4)底部斜道进入相邻蓄热室(8)，在蓄热室(8)内与格子砖进行热交换，降温后的废气经可调箅子孔进入小烟道(9)，最后通过分烟道、总烟道至烟囱排放。

2.根据权利要求1所述的一种降低NOx生成的焦炉加热方法，其特征在于，步骤S3包括：

燃烧一段：焦炉加热交换后，由下往上喷的焦炉煤气在上升气流立火道(3)底部燃烧，其空气与煤气配比在70％-80％，燃烧因不充分使火焰温度降低，抑制了热力型氮氧化物的生成；

燃烧二段：未燃尽的一部分焦炉煤气在上升气流立火道(3)上部，与来自炉顶进风口(15)供入的空气进行第二次燃烧，通过炉顶可调节进风口处的进风翻板(19)对进风口截面积进行调节，供入的空气通过与炉顶蓄热室(8)进行热交换，空气预热温度达到500℃以上，接近焦炉煤气着火温度，为燃烧二段区域与剩余煤气量的持续燃烧反应做准备；燃烧后的废气横穿双联立火道跨越孔(16)，在下降气流立火道(4)顶部的空气供入口(15)的空气进行第三次完全燃烧。

3.根据权利要求1所述的一种降低NOx生成的焦炉加热方法，其特征在于，所述步骤S3中，通过焦炉分烟道吸力调节确定各段燃烧区域的最佳进风口截面积与最佳的炉内负压环境，以最优过剩空气系数为基准，通过实时反馈炉温、废气中氧含量、NOx含量等参数，利用模糊算法智能调节分烟道吸力、蓄热室顶部吸力，调节各段燃烧区域入口空气量，对入炉的空气与煤气比重进行调节，将整体空气过剩系数、炉内负压保持在一定值，作为分烟道吸力调节的目标，实现各段燃烧区域的空气与煤气配比，控制各段燃烧区域的最高温度以及整体温度分布均匀性，使立火道燃烧既满足焦炭生产需要，节省煤气，又减少氮氧化物的排放。

4.一种降低NOx生成的焦炉加热装置，用于实现上述方法，包括燃烧室(1)、碳化室(2)、斜道、蓄热室和观火孔(18)；其特征在于：所述斜道包括煤气上升气流斜道(6)、空气上升气流斜道(7)、下降气流斜道(5)；蓄热室包括煤气蓄热室(10)、空气蓄热室(11)、废气蓄热室(8)；燃烧室(1)包括双联火道、焦炉加热煤气供入口(12)、空气供入口(15)、双联火道跨越孔(16)和废气循环孔(20)；所述双联火道由上升气流立火道(3)和下降气流立火道(4)组成，上升气流立火道(3)和下降气流立火道(4)通过跨越孔(20)连通；焦炉加热煤气供入口位于双联火道底部，交换后只由煤气上升气流斜道(6)供入，空气供入口包括第一段空气供入口(14)、第二段空气供入口(15)，第一段空气供入口位于上升气流立火道(3)底部，第二段空气供入口分别位于上升气流通道(3)和下降气流通道(4)的顶部；蓄热室由多个分格小蓄热室组成，小蓄热室内有多孔格子砖和可调节面积大小的可调箅子孔，小蓄热室下部与小烟道(9)相连，小烟道(9)外端与分烟道相连；所述顶观火孔(18)的孔盖上设置有可调节进风翻板(19)。

5.根据权利要求4所述的一种降低NOx生成的焦炉加热装置，其特征在于：所述可调节进风翻板(19)上设置有旋转主轴(21)、固定螺钉(22)、旋转翻板(23)和孔壁(24)。

6.根据权利要求4所述的一种降低NOx生成的焦炉加热装置，其特征在于：所述燃烧室下部是上升气流斜道和下降气流斜道。上升气流斜道包括焦炉煤气上升气流斜道(6)和空气上升气流斜道(7)，分别与煤气蓄热室(10)和空气蓄热室(11)相连通。

7.根据权利要求4所述的一种降低NOx生成的焦炉加热装置，其特征在于：所述焦炉加热装置的外壁设置有隔热层(17)。

8.根据权利要求4所述的一种降低NOx生成的焦炉加热装置，其特征在于：所述双联火道的底端设置有焦炉煤气通道(12)和下降废气通道(13)。