CN107109237A - 用于焦化操作的改进的燃烧特征 - Google Patents

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帕塔萨拉蒂·凯塞万
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拉杰什·库马尔·坎杜拉
马耶拉·卡罗利纳·费尔南德斯
卡哈姆巴斯·维克特冯萨
杰弗里·斯科特·布朗博利奇
理查德·艾伦·罗佐维茨
爱德华·A·格拉斯
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Abstract

本发明技术大体上涉及用于优化焦炉(例如卧式热回收炉)的燃烧特征的系统和方法。在各种实施例中，至少部分地通过控制所述焦炉中的空气分配来优化所述燃烧特征。在一些实施例中，根据所述焦炉中的温度读数控制所述空气分配。在特定实施例中，所述系统监测所述焦炉的拱部温度。在拱部达到特定温度范围之后，将挥发性物质流转移到底烟道以增加整个焦化周期中的底烟道温度。本发明技术的实施例包含具有定位于炉底上方的多个拱部空气入口的空气分配系统。

Description

用于焦化操作的改进的燃烧特征
相关申请案的交叉参考
本申请案主张2014年8月28日申请的第62/043,359号美国临时专利申请案的优先权益，所述申请案的内容以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明技术通常涉及焦炉燃烧特征以及优化焦炭厂操作和输出的方法和系统。
背景技术
焦炭是用以在钢的生产中熔化和减少铁矿的固体碳燃料和碳源。在一个被称为“汤普森焦化过程”的过程中，通过将粉煤分批供给到炉，将炉密封且在受密切控制的大气条件下在二十四到四十八小时内加热到极高温度，产生焦炭。使用焦炉将煤转化成冶金焦炭已经持续了许多年。在焦化过程期间，在受控温度条件下加热细碎煤以使煤脱掉挥发成分且形成具有预定孔隙率和强度的焦炭的熔体。因为焦炭的生产是分批过程，所以多个焦炉同时工作。
将煤颗粒或煤颗粒的混合物装填到热炉中，且在炉中加热煤以便从所得焦炭去除挥发性物质(VM)。卧式热回收(HHR)炉在负压下工作且通常由耐火砖和其它材料构造，从而产生基本上密闭的环境。负压炉从炉外部吸入空气以氧化煤的VM且释放在炉内的燃烧的热量。
在一些布置中，通过炉侧壁或门中的闸板口或孔将空气引入到炉中。在煤层上方的拱部区中，空气与从煤的热解放出的VM气体一起燃烧。然而，参考图1到图3，作用于进入炉室的冷空气的浮力效应可导致煤燃耗以及产量和产率损失。具体地说，如图1中所示，进入炉的致密冷空气朝向热煤表面降落。在空气可升温、升起、与挥发性物质一起燃烧和/或在炉中散开且混合之前，空气与煤层的表面接触并燃烧，产生“热点”，如在图2中指示。参考图3，这些热点在煤表面上产生燃烧损失，如形成于煤层表面中的凹陷部所证明。因此，需要改进焦炉中的燃烧效率。
在许多焦化操作中，至少部分地通过上升道闸板的打开和关闭来控制炉的通风量。然而，传统的焦化操作基底及时改变为上升道闸板设置。举例来说，在四十八小时周期中，上升道闸板通常设置为大致在焦化周期的第一个二十四小时内完全打开。闸板接着在进入焦化周期三十二小时之前移动到第一个部分受限的位置。在进入焦化周期四十小时之前，闸板移动到第二个进一步受限的位置。在四十八小时焦化周期结束时，上升道闸板基本上关闭。可证明这种管理上升道闸板的方式是不灵活的。举例来说，较大装填量(超过四十七吨)可释放太多VM到炉中，需要通过大开口上升道闸板设置使大量空气进入炉。此VM-空气混合物在延长的时间周期内燃烧可致使温度上升超过NTE温度，这可对炉造成损坏。因此，需要在不会造成超过不得超过(NTE)的温度的情况下增加焦炉的装填重量。
由焦化过程产生的热量通常通过与焦炭厂相关联的热回收蒸汽发生器(HRSG)转换成动力。低效燃烧特征管理可引起VM气体不在炉中燃烧而是传送到公共隧道。这浪费本来可供焦炉在焦化过程中使用的热量。燃烧特征的不当管理可进一步降低焦炭生产速率，以及焦炭厂生产的焦炭的质量。举例来说，管理焦炉中的上升道的许多当前方法限制可在焦化周期内维持的底烟道温度范围，这可不利地影响生产速率和焦炭质量。因此，需要改进管理焦炉的燃烧特征的方式以便优化焦炭厂操作和输出。
附图说明
参考以下图式描述本发明的非限制性和非穷尽性实施例(包含优选实施例)，其中除非另外说明，否则相似参考标号贯穿各个视图指代相似部分。
图1描绘在焦炉的相对端具有门式空气入口的现有技术焦炉的部分透明等角视图，并且描绘空气进入炉且归因于浮力而朝向煤表面下沉的一种方式.。
图2描绘现有技术焦炉以及由空气流与煤层表面之间的直接接触形成的焦炭层表面燃耗区域的部分透明等角视图。
图3描绘焦炉的部分端部正视图，并且描绘归因于空气流与煤层表面之间的直接接触而形成于焦炭层表面上的凹坑的实例。
图4描绘根据本发明技术的实施例配置的卧式热回收焦炭厂的一部分的部分剖视等角图。
图5描绘根据本发明技术的实施例配置的卧式热回收焦炉的截面图。
图6描绘根据本发明技术的实施例配置的具有拱部空气入口的部分透明等角视图。
图7描绘图6中所描绘的焦炉的部分端视图。
图8描绘根据本发明技术的实施例配置的空气入口的顶部平面视图。
图9描绘传统的上升道操作表，指示应将上升道在整个四十八小时焦化周期中的特定时间处放置在什么位置。
图10描绘根据本发明技术的实施例的上升道操作表，指示应将上升道在整个四十八小时焦化周期中在特定焦炉拱部温度范围下放置在什么位置。
图11描绘含有根据本发明技术的实施例生产的焦炭层的焦炉的部分端视图。
图12描绘传统的燃烧特征与根据本发明技术的实施例的燃烧特征的随时间变化的焦炉拱部温度的图解比较。
图13描绘传统的燃烧特征与根据本发明技术的实施例的燃烧特征的吨位、焦化时间和焦化速率的图解比较。
图14描绘传统的燃烧特征与根据本发明技术的实施例的燃烧特征的随时间变化的焦炉拱部温度的图解比较。
图15描绘传统的燃烧特征与根据本发明技术的实施例的燃烧特征的随时间变化的焦炉底烟道温度的另一图解比较。
具体实施方式
本发明技术大体上涉及用于优化焦炉(例如卧式热回收(HHR)炉)的燃烧特征的系统和方法。在各种实施例中，至少部分地通过控制焦炉中的空气分配来优化燃烧特征。在一些实施例中，根据焦炉中的温度读数控制空气分配。在特定实施例中，系统监测焦炉的拱部温度。优化气体在炉拱部与底烟道之间的转移以增加在整个焦化周期中的底烟道温度。在一些实施例中，本发明技术允许在不会超过不得超过(NTE)的温度的情况下通过在底烟道中转移和燃烧更多的VM气体来增加焦炉的装填重量。本发明技术的实施例包含具有定位于炉底上方的多个拱部空气入口的空气分配系统。拱部空气入口经配置以用减少层燃耗的方式将空气引入到炉室中。
下文参考图4到图15描述本技术的数个实施例的具体细节。在以下揭示内容中不阐述描述通常与焦化设施相关联的众所周知的结构和系统(且具体来说，空气分配系统、自动控制系统和焦炉)的其它细节，以免不必要地混淆所述技术的各种实施例的描述。如图中所示的许多细节、尺寸、角度和其它特征仅是所述技术的特定实施例的说明。因此，在不脱离本发明技术的精神或范围的情况下，其它实施例可以具有其它细节、尺寸、角度以及特征。因此，所属领域的技术人员将据此理解，本技术可以具有其它实施例，所述其它实施例具有另外的元件；或者本技术可以具有其它实施例，所述其它实施例不具有下文参考图4到图15所示出和描述的若干特征。
如下文将进一步详细描述，在若干实施例中，个别焦炉100可包含一个或多个空气入口，所述空气入口经配置以允许外部空气进入到负压炉室中以与煤的VM一起燃烧。空气入口可与或不与一个或多个空气分配器一起使用以引导、周期和/或分配炉室内的空气。如本文中所使用的术语“空气”可包含环境空气、氧气、氧化剂、氮气、一氧化二氮、稀释剂、燃烧气体、空气混合物、氧化剂混合物、烟气、可回收排出气、蒸汽、具有添加剂的气体、惰性气体、热量吸收剂、例如水滴的液相物质、例如经由气态载体雾化的液滴的多相物质、吸气液体燃料、在气态载体流中的雾化的液态庚烷、例如天然气或氢气的燃料、经冷却气体、其它气体、液体或固体或这些物质的组合。在各种实施例中，空气入口和/或分配器可以响应于手动控制或自动高级控制系统而起作用(即，打开、关闭、修改空气分配模式等)。空气入口和/或空气分配器可在专用高级控制系统上操作或可受更广泛的通风控制系统控制，所述通风控制系统控制调整空气入口和/或分配器以及上升道闸板、底烟道闸板和/或焦炉系统内的其它空气分配路径。
图4描绘根据本发明技术的实施例配置的HHR焦炭厂的一部分的部分剖视图。图5描绘根据本发明技术的实施例配置的HHR焦炉100的截面图。每一炉100包含由以下各者界定的开放腔：炉底102；推送器侧炉门104；与推送器侧炉门104对置的焦炭侧炉门106；从底部102朝上且在推送器侧炉门104与焦炭侧炉门106之间延伸的对置侧壁108；以及拱部110，其形成炉室112的开放腔的顶部表面。控制炉室112内部的空气流和压力在焦化周期的高效操作中发挥显著作用。因此，参考图6和图7，本发明技术的实施例包含允许主要燃烧空气进入炉室112的一个或多个拱部空气入口114。在一些实施例中，多个拱部空气入口114以选择性地将炉室112放置成与炉100外部的周围环境进行开放式流体连通的方式穿过拱部110。参看图8，上升道肘部空气入口115的实例描绘为具有空气闸板116，可定位于完全打开与完全关闭之间的多个位置中的任一个处以使通过空气入口的空气流的量变化。其它炉空气入口(包含门式空气入口和拱部空气入口114)包含以类似方式操作的空气闸板116。上升道肘部空气入口115经定位以允许空气进入公共隧道128，而门式空气入口和拱部空气入口114使进入炉室112的空气流的量变化。虽然本发明技术的实施例可仅使用拱部空气入口114提供主要燃烧空气到炉室112中，但可在不脱离本发明技术的方面的情况下在特定实施例中使用其它类型的空气入口(例如门式空气入口)。
在操作中，从定位于炉室112内部的煤散发的挥发性气体聚集于拱部中且向下游吸入到形成于一个或两个侧壁108中的下降管通道118中。下降管通道118将炉室112与定位于炉底102下方的底烟道120流体地连接。底烟道120在炉底102下方形成迂回路径。从煤散发的挥发性气体可在底烟道120中燃烧，进而产生热量以支持煤还原为焦炭。下降管通道118流体地连接到形成于一个或两个侧壁108中的上升道通道122。二次空气入口124可提供于底烟道120与大气之间，且二次空气入口124可包含二次空气闸板126，所述二次空气闸板可定位于完全打开与完全关闭之间的多个位置中的任一个处以使进入底烟道120的二次空气流的量变化。上升道通道122通过一个或多个上升道管道130流体地连接到公共隧道128。三次空气入口132可提供于上升道管道130与大气之间。三次空气入口132可包含三次空气闸板134，所述三次空气闸板可定位于完全打开与完全关闭之间的多个位置中的任一个处以使进入上升道管道130的三次空气流的量变化。
每一上升道管道130包含上升道闸板136，所述上升道闸板可用以控制通过上升道管道130以及炉100内的气体流。上升道闸板136可定位于完全打开与完全关闭之间的任何数目个位置处以使炉100中的炉通风量变化。上升道闸板136可包括任何自动或手动控制的流量控制或孔口阻挡装置(例如，任何板、密封件、块等)。在至少一些实施例中，上升道闸板136设置于0和2(表示“关闭”)与14(表示“完全打开”)之间的流位置处。预期到，即使在“关闭”位置中，上升道闸板136仍可允许少量空气通过上升道管道130。类似地，预期到，当上升道闸板136处于“完全打开”位置时，上升道闸板136的一小部分可至少部分地定位于通过上升道管道130的空气流内。应了解，上升道闸板可呈现0与14之间的几乎无限数目个位置。参考图9和图10，增加流量限定的量的上升道闸板136的一些示范性设置包含：12、10、8和6。在一些实施例中，流位置编号简单地反映十四英寸上升道管道的使用，且每一编号表示上升道管道130打开的量，以英寸为单位。另外，应理解，0到14的流位置编号标度可简单地理解为打开与关闭之间的增量设置。
如本文中所使用，“通风量”指示相对于大气的负压。举例来说，水的0.1英寸的通风量指示在大气压下0.1英寸的水的压强。英寸水柱是用于压强的非SI单位且常规地用以描述在焦炭厂中的不同位置处的通风量。在一些实施例中，通风量在约0.12到约0.16英寸水柱范围内。如果增加通风量或以其它方式使其变大，那么压力移至更加低于大气压。如果通风量减少、降低或以其它方式变得更小或更低，那么压力朝向大气压移动。通过用上升道闸板136控制炉通风量，可控制从拱部空气入口114进入炉100的空气流以及进入炉100的空气泄漏。通常，如图5中所示，个别炉100包含两个上升道管道130和两个上升道闸板136，但两个上升道管道和两个上升道闸板的使用并不是必要的；系统可经设计以使用仅一个或大于两个的上升道管道和上升道闸板。
在操作中，通过以下操作在炉100中产生焦炭：首先将煤装填到炉室112中，在氧气耗尽的环境中加热煤，驱除煤的挥发性部分且随后在炉100内氧化VM以采集和使用释放的热量。煤挥发物在延长的焦化周期内在炉100内氧化，且释放热量以再生地驱动煤到焦炭的碳化。焦化周期在推送器侧炉门104打开且煤以界定煤层的方式装填到炉底102上时开始。来自炉的热量(由前一焦化周期引起)起始碳化周期。在多个实施例中，不使用除通过焦化过程产生的燃料之外的额外燃料。转移到煤层的总热量的大约一半的热量从煤层的发光火焰和辐射炉拱110朝下辐射到煤层的顶部表面上。所述热量的剩余一半的热量通过传导从炉底102转移到煤层，通过底烟道120中的气体的挥发对流地加热所述炉底。以此方式，煤颗粒的塑性流动和高强度内聚焦炭的形成的碳化过程“波”从煤层的顶部和底部边界两者前进。
通常，每一炉100在负压下操作，因此空气由于炉100与大气之间的压差在还原过程期间被吸入到炉中。将用于燃烧的一次空气添加到炉室112以部分氧化煤挥发物，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112中燃烧，进而释放其在炉室112内的燃烧的焓的仅一部分。在各种实施例中，一次空气通过拱部空气入口114引入到煤层上方的炉室112中，其中一次空气的量受拱部空气闸板116控制。在其它实施例中，可在不脱离本发明技术的方面的情况下使用不同类型的空气入口。举例来说，可通过炉侧壁或门中的空气入口、闸板口和/或孔口将一次空气引入到炉。不管使用何种类型的空气入口，气体入口都可用以维持炉室112内部的所要的操作温度。通过使用空气入口闸板增加或降低进入炉室112的一次空气流量将增加或减少炉室112中的VM燃烧以及因此温度。
参考图6和图7，焦炉100可配备有拱部气体入口114，所述拱部气体入口根据本发明技术的实施例经配置以将燃烧空气通过拱部110引入到炉室112中。在一个实施例中，三个拱部气体入口114沿着炉长度定位于推送器侧炉门104与炉100的中点之间。类似地，三个拱部气体入口114定位于焦炭侧炉门106与炉100的中点之间。然而，预期到，一个或多个拱部气体入口114可在沿着炉长度的各个位置处经安置通过炉拱110。拱部气体入口的的选择的数目和定位至少部分地取决于炉100的配置和用途。每一拱部空气入口114可包含空气闸板116，所述空气闸板可定位于完全打开与完全关闭之间的多个位置中的任一个处以使进入炉室112的空气流量变化。在一些实施例中，处于“完全关闭”位置的空气闸板116仍然可允许少量的环境空气通过拱部空气入口114进入炉室。因此，参看图8，拱部气体入口114、上升道肘部空气入口115或门式空气入口的各种实施例可包含可以可移除方式紧固到特定空气入口的敞开上端部分的盖帽117。盖帽117可基本上防止天气(例如雨和雪)、额外环境空气以及其它异物通过空气入口。预期到，焦炉100可进一步包含一个或多个分配器，所述分配器经配置以将空气流引导/分配到炉室112中。
在各种实施例中，拱部气体入口114大体上以其它气体入口(通常位于炉门内的那些气体入口)操作的方式操作以在焦化周期的过程中将环境空气引入到炉室112中。然而，拱部气体入口114的使用提供空气在整个炉拱中更均匀的分布，这表明提供更佳燃烧、底烟道120中的更高温度以及更迟交叉时间。空气在炉110的拱部110中的均匀分布减少空气将接触煤层的表面并形成热点从而在煤表面上产生燃烧损失(如图3中所描绘)的可能性。实际上，拱部气体入口114显著减小此类热点的发生率，从而在其焦化时产生均匀煤层表面140，例如图11中所描绘。在使用的特定实施例中，拱部气体入口114中的每一个的空气闸板116设置于相对于彼此类似的位置处。因此，在一个空气闸板116完全打开的情况下，所有空气闸板116应置于完全打开位置中，且如果一个空气闸板116设置于半打开位置中，那么所有空气闸板116应设置于半打开位置中。然而，在特定实施例中，空气闸板116可独立于彼此地改变。在各种实施例中，拱部气体入口114的空气闸板116在炉100经装填之后快速或就在炉100经装填之前开启。通常在发生第一门孔燃烧时做出空气闸板116到3/4打开位置的第一调整。在发生第二门孔燃烧时做出空气闸板116到1/2打开位置的第二调整。基于在整个焦炉100中检测到的操作条件做出额外调整。
部分燃烧的气体从炉室112通过下降管通道118传递到底烟道120中，其中将二次空气添加到所述部分燃烧的气体。二次空气通过二次空气入口124引入。所引入的二次空气的量受二次空气闸板126控制。在引入二次空气时，部分燃烧的气体在底烟道120中更加完全地燃烧，进而提取剩余的燃烧焓，所述燃烧焓通过炉底102传送以向炉室112添加热量。完全或几乎完全燃烧的废气通过上升道通道122离开底烟道120且随后流入上升道管道130。三次空气经由三次空气入口132添加到废气，其中所引入的三次空气的量受三次空气闸板134控制，以使得废气中的未燃烧气体的任何剩余部分在三次空气入口132的下游被氧化。在焦化周期结束时，煤已经焦化完且已经碳化以产生焦炭。优选地使用机械提取系统(例如推送器杆)通过焦炭侧炉门106从炉100移除焦炭。最终，焦炭在传递到用户之前进行熄焦(例如，湿或干熄焦)且设定大小。
如上文所论述，对炉100中的通风量的控制可以通过自动或高级控制系统实施。举例来说，高级通风量控制系统可以自动地控制上升道闸板136，所述上升道闸板可以定位在完全打开与完全关闭之间的多个位置中的任一个处以使炉100中的炉通风量变化。自动上升道闸板可以响应于由至少一个传感器所检测到的操作条件(例如，压力或通风量、温度、氧浓度、气体流速、下游烃含量、水、氢气、二氧化碳、或水与二氧化碳比等)进行控制。自动控制系统可以包含与焦炭厂的操作条件相关的一个或多个传感器。在一些实施例中，炉通风量传感器或炉压力传感器检测指示炉通风量的压力。一起参考图4和图5，炉通风量传感器可位于炉拱110中或者炉室112中的其它地方。替代地，炉通风量传感器可位于自动上升道闸板136的任一个处、底烟道120中、推送器侧炉门104或焦炭侧炉门106处、或焦炉100附近或上方的公共隧道128中。在一个实施例中，炉通风量传感器位于炉拱110的顶部中。炉通风量传感器可以定位成与炉拱110的耐火砖内衬齐平或可以从炉拱110延伸到炉室112中。旁通排气烟道通风量传感器可以检测指示在旁通排气烟道138处(例如，在旁通排气烟道138的基底处)的通风量的压力。在一些实施例中，旁通排气烟道通风量传感器位于公共隧道128与交叉管道的相交点处。额外通风量传感器可定位于焦炭厂100中的其它位置处。举例来说，公共隧道中的通风量传感器可用以检测指示在接近于通风量传感器的多个炉中的炉通风量的公共隧道通风量。相交点通风量传感器可检测指示公共隧道128与一个或多个交叉管道的相交点中的一个处的通风量的压力。
炉温度传感器可检测炉温度且可位于炉拱110中或炉室112中的其它地方。底烟道温度传感器可检测底烟道温度且位于底烟道120中。公共隧道温度传感器检测公共隧道温度且位于公共隧道128中。额外温度或压力传感器可定位于焦炭厂100中的其它位置处。
上升道管道氧传感器经定位以检测上升道管道130中的废气的氧浓度。HRSG入口氧传感器可经定位以检测公共隧道128的下游的HRSG入口处的废气的氧浓度。主烟道氧传感器可经定位以检测主烟道中的废气的氧浓度，且额外氧传感器可定位于焦炭厂100中的其它位置处以提供关于系统中的各个位置处的相对氧浓度的信息。
流量传感器可检测废气的气体流速。流量传感器可定位于焦炭厂中的其它位置处以提供关于系统中的各个位置处的气体流速的信息。另外，可在空气质量控制系统130处或在公共隧道128的下游的其它位置处使用一个或多个通风量或压力传感器、温度传感器、氧传感器、流量传感器、烃传感器和/或其它传感器。在一些实施例中，若干传感器或自动系统与优化总焦炭生产和质量且使产量最大化有关。举例来说，在一些系统中，拱部空气入口114、拱部入口空气闸板116、底烟道闸板(二次闸板126)和/或炉上升道闸板136中的一个或多个可全部相关(例如，与共同控制器通信)且共同地设置于其相应位置中。以此方式，拱部气体入口114可用以按需要调整通风量以控制炉室112中的空气量。在另外的实施例中，其它系统组件可以互补的方式操作，或组件可以独立地受控制。
致动器可经配置以打开和关闭各个闸板(例如，上升道闸板136或拱部空气闸板116)。举例来说，致动器可为线性致动器或旋转致动器。致动器可允许在完全打开与完全关闭位置之间无限控制闸板。在一些实施例中，不同闸板可打开或关闭到不同程度。致动器可响应于由包含在自动通风量控制系统中的一个或多个传感器检测到的一个或多个操作条件而使闸板在这些位置中移动。致动器可基于从控制器接收到的位置指令来定位上升道闸板136。可以响应于以下各者而产生所述位置指令：由上文所论述的传感器中的一个或多个检测到的通风量、温度、氧浓度、下游烃含量或气体流速；包含一个或多个传感器输入的控制算法；预设计划表，或其它控制算法。控制器可为与单一自动闸板或多个自动闸板相关联的离散控制器、集中式控制器(例如，分布式控制系统或可编程逻辑控制系统)或所述两个的组合。因此，个别拱部气体入口114或拱部空气闸板116可个别地或结合其它入口114或闸板116操作。
举例来说，自动通风量控制系统可响应于由炉通风量传感器检测到的炉通风量而控制自动上升道闸板136或拱部空气入口闸板116。炉通风量传感器可检测炉通风量且将指示炉通风量的信号输出到控制器。控制器可响应于此传感器输入而产生位置指令，且致动器可使上升道闸板136或拱部空气入口闸板116移动到位置指令所要求的位置。以此方式，自动控制系统可用以维持目标炉通风量。类似地，自动通风量控制系统可按需要控制自动上升道闸板、入口闸板、HRSG闸板和/或通风扇，以维持焦炭厂内的其它位置处的目标通风量(例如，目标相交点通风量或目标公共隧道通风量)。自动通风量控制系统可置于手动模式中以允许按需要手动调整自动上升道闸板、HRSG闸板和/或通风扇。在又另外的实施例中，自动致动器可与手动控制组合用以完全打开或完全关闭流动路径。如上文所提及，拱部气体入口114可定位于炉100上的各个位置中且可同样地以此相同的方式使用高级控制系统。
参考图9，先前已知焦化过程规定在四十八小时焦化周期的过程中，基于整个焦化周期中的预定时间点来调整上升道闸板136。此方法在本文中称为“旧特征”，其不限于所识别的示范性实施例。实际上，所述旧特征仅是指在焦化周期的过程中基于预定时间点的上升道闸板调整的实践。如所描绘，常见的做法是以使上升道通风件136处于完全打开位置(位置14)中来开始焦化周期。上升道通风件136保持在此位置达至少第一个十二到十八小时。在一些情况下，使上升道闸板136完全打开达第一个二十四小时。上升道闸板136通常在进入焦化周期十八到二十五小时处调整到第一个部分受限的位置(位置12)。接下来，上升道闸板136在进入焦化周期二十五到三十小时处调整到第二个部分受限的位置(位置10)。从三十到三十五小时，上升道闸板调整到第三个部分受限的位置(位置8)。上升道闸板接下来在进入焦化周期三十五到四十小时处调整到第四个受限位置(位置6)。最后，上升道闸板从进入焦化周期四十小时起移动到完全关闭位置直到焦化过程完成为止。
在本发明技术的各种实施例中，通过根据焦炉100的拱部温度调整上升道闸板位置来优化焦炉100的燃烧特征。此方法在本文中称为“新特征”，其不限于所识别的示范性实施例。实际上，所述新特征仅是指在焦化周期的过程中基于预定炉拱温度的上升道闸板调整的实践。参考图10，四十八小时焦化周期在约2200°F的炉拱温度下以使上升道通风件136处于完全打开位置(位置14)开始。在一些实施例中，上升道通风件136保持于此位置中直到炉拱达到2200°F到2300°F的温度为止。在此温度下，上升道闸板136调整到第一个部分受限的位置(位置12)。在特定实施例中，上升道闸板136接着在介于2400°F到2450°F之间的炉拱温度下调整到第二个部分受限的位置(位置10)。在一些实施例中，上升道闸板136在炉拱温度达到2500°F时调整到第三个部分受限的位置(位置8)。上升道闸板136接下来在2550°F到2625°F的炉拱温度下调整到第四个受限位置(位置6)。在特定实施例中，在2650°F的炉拱温度下，上升道闸板136调整到第四个部分受限的位置(位置4)。最后，上升道闸板136在约2700°F的炉拱温度下移动到所述完全关闭位置直到焦化过程完成为止。
使上升道闸板136位置与炉拱温度相关(而非基于预定时间周期做出调整)将允许在焦化周期中较早地关闭上升道闸板136。这减少VM释放率并减少氧气引入量，从而使最大炉拱温度减小。参考图12，旧特征大体上表征为介于1460℃(2660°F)与1490℃(2714°F)之间的相对较高炉拱最大温度。新特征展现介于1420℃(2588°F)与1465℃(2669°F)之间的炉拱最大温度。炉拱最大温度的此减小会减小炉达到或超过可损坏炉的NTE含量的概率。对炉拱温度的此增加的控制允许炉中的较大煤装填量，这提供大于焦炉的所设计的煤处理速率的煤处理速率。炉拱最大温度的所述减小进一步允许在整个焦化周期中增加的底烟道温度，这改进焦炭质量以及在标准焦化周期中焦化较大煤装填量的能力。参考图13，测试已论证旧特征在41.3小时中焦化45.51吨的装填料，产生约1467℃(2672°F)的炉拱最大温度。相比之下，新特征在41.53小时中焦化47.85吨的装填料，产生约1450℃(2642°F)的炉拱最大温度。因此，新特征已论证在减小的炉拱最大温度下焦化较大装填料的能力。
图14描绘比较旧特征与新特征在焦化周期中的焦炉拱部温度的测试数据。确切地说，新特征论证较低炉拱温度和较低峰值温度。图15描绘论证新特征在整个焦化周期中的较长周期内展现较高底烟道温度的额外测试数据。新特征达成较低炉拱温度和较高底烟道温度，这部分地是因为较多VM吸入到底烟道中并燃烧，从而增加焦化周期中的底烟道温度。由新特征产生的增加的底烟道温度进一步有益于焦化生产速率和焦化质量。
增加底烟道温度的本发明技术的实施例表征为与焦炉100相关联的结构中的较高热能存储。热能存储的增加通过缩短其有效焦化时间而有益于后续焦化周期。在特定实施例中，归因于通过炉底102的较高水平的初始热吸收而减小焦化时间。假设焦化时间的持续时间为达到约1860°F的煤层最小温度所需的时间量。在各种实施例中，已通过调整上升道闸板136(例如，以允许不同水平的通风量和空气)以及炉室112中的空气流量来控制拱部和底烟道温度特征。在焦化周期结束时底烟道120中的较高热量引起在焦炉结构(例如炉底102)中吸收较多能量，这可为加速随后焦化周期的焦化过程的重要因素。这不仅减小焦化时间，而且额外预热可潜在地有助于避免在后续焦化周期中堆积灰渣。
在本发明技术的各个燃烧特征优化实施例中，焦炉100中的焦化周期开始于高于焦炉的平均经设计底烟道温度的平均底烟道温度。在一些实施例中，这是通过在焦化周期中较早地封闭上升道闸板来达成。这对接下来的焦化周期造成较高初始温度，准许释放额外VM。在典型焦化操作中，额外VM将导致焦炉100的拱部中NTE温度。然而，本发明技术的实施例实现将额外的VM经由气体共享转移到下一个炉中，或将过量VM转移到底烟道120中，这允许较高底烟道温度。此类实施例表征为底烟道和炉拱平均焦化周期温度在保持低于任何瞬时NTE温度的情况下逐渐升高。这至少部分地通过转移和使用炉的较冷部分中过量VM来进行。举例来说，在焦化周期开始时过量的VM可转移到底烟道120中以使其较热。如果底烟道温度接近NTE，那么所述系统可将VM通过气体共享转移到下一个炉中，或将VM转移到公共隧道128中。在其中VM的体积到期(通常在周期的中间附近)的其它实施例中，可关闭上升道，以使会冷却焦炉100的空气泄漏降到最小。这会在焦化周期结束时产生较高温度，从而产生用于下一个周期的较高平均温度。这允许系统在较高速率下焦化，从而允许使用较高煤装填量。
实例
以下实例说明本发明技术的若干实施例。
1.一种控制卧式热回收焦炉燃烧特征的方法，所述方法包括：
将煤层装填到卧式热回收焦炉的炉室中；所述炉室至少部分地由炉底、对置的炉门、从所述炉底朝上在所述对置的炉门之间延伸的对置的侧壁以及定位于所述炉底上方的炉拱界定；
在所述炉室上产生负压通风量，以使得空气通过至少一个空气入口吸入到所述炉室中，所述空气入口经定位以将所述炉室置于与所述卧式热回收焦炉外部的环境进行流体连通；
起始所述煤层的碳化周期，以使得挥发性物质从所述煤层释放出，与所述空气混合并至少部分地在所述炉室内燃烧，从而在所述炉室内产生热量；
所述负压通风量将挥发性物质吸入到所述炉底下方的至少一个底烟道中；所述挥发性物质的至少一部分在所述底烟道内燃烧，以在所述底烟道内产生热量，所述热量通过所述炉底至少部分地转移到所述煤层；
所述负压通风量从所述至少一个底烟道吸走废气；
检测所述炉室在所述碳化周期中的多个温度改变；
基于所述炉室中的所述多个温度改变，经由多个单独的流量减少步骤减少所述负压通风量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述负压通风量通过具有上升道闸板的至少一个上升道通道从所述至少一个底烟道吸走废气；所述上升道闸板可选择性地在打开与关闭位置之间移动。
3.根据权利要求2所述的方法，其中通过基于所述炉室中的多个不同温度，使所述上升道闸板在所述碳化周期中移动通过多个渐增式流量限定性位置，以经由多个流量减少步骤减少所述负压通风量。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个流量限定性位置中的一个在检测到约2200°F到2300°F的温度时发生。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个流量限定性位置中的一个在检测到约2400°F到2450°F的温度时发生。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个流量限定性位置中的一个在检测到约2500°F的温度时发生。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个流量限定性位置中的一个在检测到约2550°F到2625°F的温度时发生。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个流量限定性位置中的一个在检测到约2650°F的温度时发生。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个流量限定性位置中的一个在检测到约2700°F的温度时发生。
10.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述多个流量限定性位置中的一个在检测到约2200°F到2300°F的温度时发生；
所述多个流量限定性位置中的另一个在检测到约2400°F到2450°F的温度时发生；
所述多个流量限定性位置中的另一个在检测到约2500°F的温度时发生；
所述多个流量限定性位置中的另一个在检测到约2550°F到2625°F的温度时发生；
所述多个流量限定性位置中的另一个在检测到约2650°F的温度时发生；且
所述多个流量限定性位置中的另一个在检测到约2700°F的温度时发生。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个空气入口包含定位于所述炉底上方的所述炉拱中的至少一个拱部空气入口。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述至少一个拱部空气入口包含空气闸板，所述空气闸板可选择性地在打开与关闭位置之间移动以使通过所述至少一个拱部空气入口的流体流量限定的程度变化。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述煤层具有超过所述卧式热回收焦炉的经设计层装填重量的重量；所述炉室达到最大拱部温度，所述最大拱部温度小于所述卧式热回收焦炉的经设计的不得超过的最大拱部温度。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述煤层具有大于所述焦炉的经设计煤装填重量的重量。
15.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
通过基于所述炉室中的所述多个温度改变，经由多个单独的流量减少步骤减少所述负压通风量，来使所述至少一个底烟道的温度增加到高于所述卧式热回收焦炉的经设计底烟道操作温度。
16.一种用于控制卧式热回收焦炉燃烧特征的系统，所述方法包括：
卧式热回收焦炉，其具有炉室，所述炉室至少部分地由炉底、对置的炉门、从所述炉底朝上在所述对置的炉门之间延伸的对置的侧壁、定位于所述炉底上方的炉拱以及定位于所述炉底下方与所述炉室进行流体连通的至少一个底烟道界定；
温度传感器，其安置于所述炉室内；
至少一个空气入口，其经定位以将所述炉室置于与所述卧式热回收焦炉外部的环境进行流体连通；
至少一个上升道通道，其具有与所述至少一个底烟道进行流体连通的上升道闸板；所述上升道闸板可选择性地在打开与关闭位置之间移动；
通过经由多个流量减少步骤减少负压通风量；以及
控制器，其以可操作方式与所述上升道闸板耦合且适应于基于由所述炉室中的所述温度传感器检测到的多个不同温度，使所述上升道闸板在碳化周期中移动通过多个渐增式流量限定性位置。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述至少一个空气入口包含定位于所述炉底上方的所述炉拱中的至少一个拱部空气入口。
18.根据权利要求16所述的系统，其中所述至少一个拱部空气入口包含空气闸板，所述空气闸板可选择性地在打开与关闭位置之间移动以使通过所述至少一个拱部空气入口的流体流量限定的程度变化。
19.根据权利要求16所述的系统，其中所述控制器进一步操作以通过以基于所述炉室中的多个温度改变，经由多个单独的流量减少步骤减少所述负压通风量的方式移动所述上升道闸板，来使所述至少一个底烟道的温度增加到高于所述卧式热回收焦炉的经设计底烟道操作温度。
20.根据权利要求16所述的系统，其中：
所述多个流量限定性位置中的一个在检测到约2200°F到2300°F的温度时发生；
所述多个流量限定性位置中的另一个在检测到约2400°F到2450°F的温度时发生；
所述多个流量限定性位置中的另一个在检测到约2500°F的温度时发生；
所述多个流量限定性位置中的另一个在检测到约2550°F到2625°F的温度时发生；
所述多个流量限定性位置中的另一个在检测到约2650°F的温度时发生；且
所述多个流量限定性位置中的另一个在检测到约2700°F的温度时发生。
21.一种控制卧式热回收焦炉燃烧特征的方法，所述方法包括：
起始卧式热回收焦炉的炉室内的煤层的碳化周期；
检测所述炉室在所述碳化周期中的多个温度改变；
基于所述炉室中的所述多个温度改变，经由多个单独的流量减少步骤减少所述卧式热回收焦炉上的负压通风量。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述卧式热回收焦炉上的所述负压通风量通过至少一个空气入口将空气吸入到所述炉室中，所述空气入口经定位以将所述炉室置于与所述卧式热回收焦炉外部的环境进行流体连通。
23.根据权利要求21所述的方法，其中通过致动相关联于与所述炉室进行流体连通的至少一个上升道通道的上升道闸板，减少所述负压通风量。
24.根据权利要求23所述的方法，其中通过基于所述炉室中的多个不同温度，使所述上升道闸板在所述碳化周期中移动通过多个渐增式流量限定性位置，以经由多个流量减少步骤减少所述负压通风量。
25.根据权利要求21所述的方法，其进一步包括：
通过基于所述炉室中的所述多个温度改变，经由多个单独的流量减少步骤减少所述负压通风量，来使与所述炉室进行开放式流体连通的至少一个底烟道的温度增加到高于所述卧式热回收焦炉的经设计底烟道操作温度。
26.根据权利要求21所述的方法，其中所述煤层具有超过所述卧式热回收焦炉的经设计层装填重量的重量；所述炉室在所述碳化周期期间达到最大拱部温度，所述最大拱部温度小于所述卧式热回收焦炉的经设计的不得超过的最大拱部温度。
27.根据权利要求26所述的方法，其进一步包括：
通过基于所述炉室中的所述多个温度改变，经由多个单独的流量减少步骤减少所述负压通风量，来使与所述炉室进行开放式流体连通的至少一个底烟道的温度增加到高于所述卧式热回收焦炉的经设计底烟道操作温度。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述煤层具有大于所述卧式热回收焦炉的经设计煤装填重量的重量，这界定大于所述卧式热回收焦炉的经设计煤处理速率的煤处理速率。
尽管已用特定于特定结构、材料和方法步骤的语言描述所述技术，但应理解，所附权利要求书中所界定的本发明不必限制于所描述的具体结构、材料和/或步骤。实际上，所述具体方面和步骤描述为实施所主张的发明的形式。此外，在特定实施例的上下文中描述的新技术的某些方面可以在其它实施例中组合或去除。此外，尽管已经在那些实施例的上下文中描述了与本技术的某些实施例相关联的优势，但其它实施例也可以展现此类优势，且并非所有的实施例都必需展现此类优势以落入本技术的范围内。相应地，本发明和相关联的技术可以涵盖未明确地在本文中示出或描述的其它实施例。因此，本发明不受除所附权利要求书之外的限制。除非另外指明，否则本说明书(而非权利要求书)中使用的所有数值或表达(例如表达尺寸、物理特性等的数值或表达)应理解为在所有情况下由术语“约”修饰。至少且并不尝试限制等同原则应用于权利要求书，说明书或权利要求书中列举的被术语“约”修饰的每一数值参数应至少被视为考虑到所列举的有效数字的数目并适用普通的舍入(rounding)技术。此外，本文中所揭示的所有范围应理解为涵盖任何和所有子范围或其中包含的任何和所有个别值并为权利要求书列举任何和所有子范围或其中包含的任何和所有个别值提供支持。举例来说，所陈述的1到10的范围应被视为包含介于最小值1与最大值10之间并包含最小值1与最大值10的任何和所有子范围或个别值并为权利要求书列举介于最小值1与最大值10之间并包含最小值1与最大值10的任何和所有子范围或个别值提供支持；也就是说，所有的由最小值1或更大的数开始并由最大值10或更小的数结束的子范围(例如，5.5到10、2.34到3.56等等)或者从1到10的任何值(例如3、5.8、9.9994等)。

Claims (28)

1.一种控制卧式热回收焦炉燃烧特征的方法，所述方法包括：
将煤层装填到卧式热回收焦炉的炉室中；所述炉室至少部分地由炉底、对置的炉门、从所述炉底朝上在所述对置的炉门之间延伸的对置的侧壁以及定位于所述炉底上方的炉拱界定；
在所述炉室上产生负压通风量，以使得空气通过至少一个空气入口吸入到所述炉室中，所述空气入口经定位以将所述炉室置于与所述卧式热回收焦炉外部的环境进行流体连通；
起始所述煤层的碳化周期，以使得挥发性物质从所述煤层释放出，与所述空气混合并至少部分地在所述炉室内燃烧，从而在所述炉室内产生热量；
所述负压通风量将挥发性物质吸入到所述炉底下方的至少一个底烟道中；所述挥发性物质的至少一部分在所述底烟道内燃烧，以在所述底烟道内产生热量，所述热量通过所述炉底至少部分地转移到所述煤层；
所述负压通风量从所述至少一个底烟道吸走废气；
检测所述炉室在所述碳化周期中的多个温度改变；
基于所述炉室中的所述多个温度改变，经由多个单独的流量减少步骤减少所述负压通风量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述负压通风量通过具有上升道闸板的至少一个上升道通道从所述至少一个底烟道吸走废气；所述上升道闸板可选择性地在打开与关闭位置之间移动。
3.根据权利要求2所述的方法，其中通过基于所述炉室中的多个不同温度，使所述上升道闸板在所述碳化周期中移动通过多个渐增式流量限定性位置，以经由多个流量减少步骤减少所述负压通风量。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个流量限定性位置中的一个在检测到约2200°F到2300°F的温度时发生。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个流量限定性位置中的一个在检测到约2400°F到2450°F的温度时发生。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个流量限定性位置中的一个在检测到约2500°F的温度时发生。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个流量限定性位置中的一个在检测到约2550°F到2625°F的温度时发生。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个流量限定性位置中的一个在检测到约2650°F的温度时发生。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个流量限定性位置中的一个在检测到约2700°F的温度时发生。
10.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述多个流量限定性位置中的一个在检测到约2200°F到2300°F的温度时发生；
所述多个流量限定性位置中的另一个在检测到约2400°F到2450°F的温度时发生；
所述多个流量限定性位置中的另一个在检测到约2500°F的温度时发生；
所述多个流量限定性位置中的另一个在检测到约2550°F到2625°F的温度时发生；
所述多个流量限定性位置中的另一个在检测到约2650°F的温度时发生；且
所述多个流量限定性位置中的另一个在检测到约2700°F的温度时发生。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个空气入口包含定位于所述炉底上方的所述炉拱中的至少一个拱部空气入口。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述至少一个拱部空气入口包含空气闸板，所述空气闸板可选择性地在打开与关闭位置之间移动以使通过所述至少一个拱部空气入口的流体流量限定的程度变化。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述煤层具有超过所述卧式热回收焦炉的经设计层装填重量的重量；所述炉室达到最大拱部温度，所述最大拱部温度小于所述卧式热回收焦炉的经设计的不得超过的最大拱部温度。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述煤层具有大于所述焦炉的经设计煤装填重量的重量。
15.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
通过基于所述炉室中的所述多个温度改变，经由多个单独的流量减少步骤减少所述负压通风量，来使所述至少一个底烟道的温度增加到高于所述卧式热回收焦炉的经设计底烟道操作温度。
16.一种用于控制卧式热回收焦炉燃烧特征的系统，所述方法包括：
卧式热回收焦炉，其具有炉室，所述炉室至少部分地由炉底、对置的炉门、从所述炉底朝上在所述对置的炉门之间延伸的对置的侧壁、定位于所述炉底上方的炉拱以及在所述炉底下方与所述炉室进行流体连通的至少一个底烟道界定；
温度传感器，其安置于所述炉室内；
至少一个空气入口，其经定位以将所述炉室置于与所述卧式热回收焦炉外部的环境进行流体连通；
至少一个上升道通道，其具有与所述至少一个底烟道进行流体连通的上升道闸板；所述上升道闸板可选择性地在打开与关闭位置之间移动；
通过经由多个流量减少步骤减少负压通风量；以及
控制器，其以可操作方式与所述上升道闸板耦合且适应于基于由所述炉室中的所述温度传感器检测到的多个不同温度，使所述上升道闸板在碳化周期中移动通过多个渐增式流量限定性位置。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述至少一个空气入口包含定位于所述炉底上方的所述炉拱中的至少一个拱部空气入口。
18.根据权利要求16所述的系统，其中所述至少一个拱部空气入口包含空气闸板，所述空气闸板可选择性地在打开与关闭位置之间移动以使通过所述至少一个拱部空气入口的流体流量限定的程度变化。
19.根据权利要求16所述的系统，其中所述控制器进一步操作以通过以基于所述炉室中的多个温度改变，经由多个单独的流量减少步骤减少所述负压通风量的方式移动所述上升道闸板，来使所述至少一个底烟道的温度增加到高于所述卧式热回收焦炉的经设计底烟道操作温度。
20.根据权利要求16所述的系统，其中：
所述多个流量限定性位置中的一个在检测到约2200°F到2300°F的温度时发生；
所述多个流量限定性位置中的另一个在检测到约2400°F到2450°F的温度时发生；
所述多个流量限定性位置中的另一个在检测到约2500°F的温度时发生；
所述多个流量限定性位置中的另一个在检测到约2550°F到2625°F的温度时发生；
所述多个流量限定性位置中的另一个在检测到约2650°F的温度时发生；且
所述多个流量限定性位置中的另一个在检测到约2700°F的温度时发生。
21.一种控制卧式热回收焦炉燃烧特征的方法，所述方法包括：
起始卧式热回收焦炉的炉室内的煤层的碳化周期；
检测所述炉室在所述碳化周期中的多个温度改变；
基于所述炉室中的所述多个温度改变，经由多个单独的流量减少步骤减少所述卧式热回收焦炉上的负压通风量。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述卧式热回收焦炉上的所述负压通风量通过至少一个空气入口将空气吸入到所述炉室中，所述空气入口经定位以将所述炉室置于与所述卧式热回收焦炉外部的环境进行流体连通。
23.根据权利要求21所述的方法，其中通过致动相关联于与所述炉室进行流体连通的至少一个上升道通道的上升道闸板，减少所述负压通风量。
24.根据权利要求23所述的方法，其中通过基于所述炉室中的多个不同温度，使所述上升道闸板在所述碳化周期中移动通过多个渐增式流量限定性位置，以经由多个流量减少步骤减少所述负压通风量。
25.根据权利要求21所述的方法，其进一步包括：
通过基于所述炉室中的所述多个温度改变，经由多个单独的流量减少步骤减少所述负压通风量，来使与所述炉室进行开放式流体连通的至少一个底烟道的温度增加到高于所述卧式热回收焦炉的经设计底烟道操作温度。
26.根据权利要求21所述的方法，其中所述煤层具有超过所述卧式热回收焦炉的经设计层装填重量的重量；所述炉室在所述碳化周期期间达到最大拱部温度，所述最大拱部温度小于所述卧式热回收焦炉的经设计的不得超过的最大拱部温度。
27.根据权利要求26所述的方法，其进一步包括：
通过基于所述炉室中的所述多个温度改变，经由多个单独的流量减少步骤减少所述负压通风量，来使与所述炉室进行开放式流体连通的至少一个底烟道的温度增加到高于所述卧式热回收焦炉的经设计底烟道操作温度。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述煤层具有大于所述卧式热回收焦炉的经设计煤装填重量的重量，这界定大于所述卧式热回收焦炉的经设计煤处理速率的煤处理速率。
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