CN114774141A - 焦炭冷却方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焦炭冷却方法和系统，该焦炭冷却方法，包括：将冷却前焦炭通入干熄炉；向干熄炉中通入第一温度冷却气，以便在干熄炉中，通过第一温度冷却气对冷却前焦炭进行冷却后生成冷却后焦炭和第三温度冷却气，其中冷却气采用二氧化碳气体；其中，干熄炉包括反应单元、输送控制单元、冷却单元，反应单元和冷却单元通过输送控制单元连通。

Description

焦炭冷却方法和系统

技术领域

本发明涉及化工冷却技术领域，具体涉及一种焦炭冷却方法和系统。

背景技术

焦炭是一种重要的化工原料，在炼焦工艺中，红焦的冷却(即熄焦)是一项必要的操作，是确保炼焦炉长期稳定运行、保证焦炭质量的关键因素。

在实现本发明的过程中发现：目前的干熄焦技术通常采用氮气作为循环冷却气体，需要配置庞大的制氮系统，运行成本高。且氮气的比热低，携带热量的能力有限，仅能通过物理换热的方式吸收红焦的显热，对红焦的冷却降温效果差。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明提供了一种焦炭冷却方法和系统，以至少部分解决上述问题。

(二)技术方案

本发明的一方面提供了一种焦炭冷却方法，包括：

将冷却前焦炭通入干熄炉；

向干熄炉中通入第一温度冷却气，以便在干熄炉中，通过第一温度冷却气对冷却前焦炭进行冷却后生成冷却后焦炭和第三温度冷却气，其中冷却气采用二氧化碳气体；

其中，干熄炉包括反应单元、输送控制单元、冷却单元，反应单元和冷却单元通过输送控制单元连通，其中在干熄炉中：

冷却前焦炭首先被通入反应单元中实现第一阶段冷却后生成冷却中焦炭，冷却中焦炭通过输送控制单元进入冷却单元中实现第二阶段冷却后生成冷却后焦炭；

第一温度冷却气首先被通入冷却单元中，以便对冷却中焦炭进行第二阶段冷却后生成第二温度冷却气，第二温度冷却气通过输送控制单元进入反应单元中，以便对冷却前焦炭进行第一阶段冷却后生成第三温度冷却气。

根据本发明的实施例，其中：

第一阶段冷却包括：在反应单元中，利用第二温度冷却气对冷却前焦炭进行物理降温的同时，利用第二温度冷却气与冷却前焦炭之间的化学吸热反应，对冷却前焦炭进行化学降温；

第二阶段冷却包括：在冷却单元中，利用第一温度冷却气对冷却中焦炭进行物理降温。

根据本发明的实施例，其中：

反应单元的内部温度为700℃-1100℃；

冷却单元的内部温度为100℃-700℃。

根据本发明的实施例，其中：

输送控制单元包括物料分选通道，其中物料分选通道用于将冷却中焦炭由反应单元通入冷却单元，并用于将部分或全部第二温度冷却气由冷却单元通入反应单元。

根据本发明的实施例，其中：

物料分选通道的高度与物料分选通道的当量直径的比值范围为(1～4)∶1；

反应单元的当量直径与物料分选通道的当量直径的比值范围为(1.5～4.0)∶1。

根据本发明的实施例，其中：

输送控制单元包括焦炭输送通道和第一气体输送通道，其中焦炭输送通道用于将冷却中焦炭由反应单元通入冷却单元，第一气体输送通道用于将部分或全部第二温度冷却气由冷却单元通入反应单元，其中焦炭输送通道和第一气体输送通道中设有流量调节阀。

根据本发明的实施例，还包括，在输送控制单元将全部第二温度冷却气由冷却单元通入反应单元的情况下：

将第三温度冷却气通过第一气体冷却器和第一除尘器进行冷却、除尘；

在冷却、除尘后的第三温度冷却气中的一氧化碳浓度大于等于60％的情况下，将冷却、除尘后的第三温度冷却气排出；以及

在冷却、除尘后的第三温度冷却气中的一氧化碳浓度小于60％的情况下，将冷却、除尘后的第三温度冷却气通过循环风机返回冷却单元。

根据本发明的实施例，其中，冷却单元顶部设有冷却气下部出口；

上述方法还包括，在输送控制单元将部分第二温度冷却气由冷却单元通入反应单元的情况下：

将其余部分第二温度冷却气通过冷却气下部出口排出；

通过第二气体冷却器和第二除尘器将其余部分第二温度冷却气进行冷却、除尘；

将冷却、除尘后的其余部分第二温度冷却气通过循环风机返回冷却单元；以及

将第三温度冷却气通过第一气体冷却器和第一除尘器进行冷却、除尘后排出。

根据本发明的实施例，其中：

反应单元底部设有辅冷却气入口，辅冷却气入口用于向反应单元中通入辅冷却气，其中辅冷却气入口处设有流量调节阀，

辅冷却气入口处的气体流速为10～50m/s，辅冷却气入口为管状通道结构，管状通道结构的中心轴线与水平面的夹角的数值范围为：0～60°。

本发明的另一方面提供了一种用于实现上述焦炭冷却方法的焦炭冷却系统，

包括干熄炉，其中干熄炉包括反应单元、输送控制单元、冷却单元，反应单元和冷却单元通过输送控制单元连通以实现反应单元和冷却单元之间的物料交换，其中：

反应单元，设有焦炭入口，用于向反应单元通入冷却前焦炭，以便冷却前焦炭在反应单元中实现第一阶段冷却后，生成冷却中焦炭；

输送控制单元用于将冷却中焦炭通入冷却单元；

冷却单元，设有冷却气下部入口，用于向冷却单元通入第一温度冷却气，以便通过第一温度冷却气对冷却中焦炭进行第二阶段冷却后生成第二温度冷却气和冷却后焦炭；

其中，输送控制单元还用于将第二温度冷却气通入反应单元，以便通过第二温度冷却气对冷却前焦炭进行第一阶段冷却后生成第三温度冷却气。

根据本发明的实施例，其中：

输送控制单元包括物料分选通道，其中物料分选通道用于将冷却中焦炭由反应单元通入冷却单元，并用于将部分或全部第二温度冷却气由冷却单元通入反应单元。

根据本发明的实施例，其中：

物料分选通道的高度与物料分选通道的当量直径的比值范围为：(1～4)∶1；

反应单元的当量直径与物料分选通道的当量直径的比值范围为：(1.5～4.0)∶1。

根据本发明的实施例，其中，输送控制单元包括焦炭输送通道和第一气体输送通道；

焦炭输送通道，用于将冷却中焦炭由反应单元通入冷却单元；

第一气体输送通道，用于将部分或全部第二温度冷却气由冷却单元通入反应单元，其中焦炭输送通道和第一气体输送通道中设有流量调节阀。

根据本发明的实施例，还包括第一气体冷却器和第一除尘器、和循环风机；

第一气体冷却器和第一除尘器，用于在输送控制单元将全部第二温度冷却气由冷却单元通入反应单元的情况下，将第三温度冷却气进行冷却、除尘；

循环风机，用于在冷却、除尘后的第三温度冷却气中的一氧化碳浓度小于60％的情况下，将冷却、除尘后的第三温度冷却气返回冷却单元。

根据本发明的实施例，还包括第一气体冷却器、第一除尘器、循环风机、第二气体冷却器和第二除尘器；

冷却单元顶部设有冷却气下部出口，其中冷却气下部出口用于：在输送控制单元将部分第二温度冷却气由冷却单元通入反应单元的情况下，将其余部分第二温度冷却气通过冷却气下部出口排出；

第二气体冷却器和第二除尘器，用于将其余部分第二温度冷却气进行冷却、除尘；

循环风机，用于将冷却、除尘后的其余部分第二温度冷却气返回冷却单元；

第一气体冷却器和第一除尘器，用于将第三温度冷却气进行冷却、除尘后排出。

根据本发明的实施例，其中：

反应单元底部设有辅冷却气入口，辅冷却气入口用于向反应单元中通入辅冷却气，其中辅冷却气入口处设有流量调节阀，辅冷却气入口为管状通道结构，管状通道结构的中心轴线与水平面的夹角的数值范围为：0～60°。

(三)有益效果

根据本发明的实施例，通过采用二氧化碳进行冷焦，与氮气相比，二氧化碳的比热高，携带热量的能力强，降温效果显著、换热效率高，且运行成本低，冷却相同的红焦时，二氧化碳循环气体量小，且二氧化碳可与部分高温红焦反应，通过化学反应吸热降温，增强了冷却效果。采用二氧化碳冷却，在冷却单元内，二氧化碳的存在可抑制冷却气中可能混入的氧气与焦粉反应，抑制焦粉氧化烧损。通过将干熄炉设置独立的反应单元和冷却单元，并且通过反应单元和冷却单元对高温焦炭实现分阶段冷却，具体地，因反应单元中直接通入高温热焦，反应单元中温度较高，实现红焦的第一阶段冷却，二氧化碳可以在高温条件下与焦炭发生化学反应，可同时实现物理降温和化学降温，冷却效果好；冷却单元中直接通入低温的冷却气，冷却温度较低，实现中温焦炭的第二阶段冷却，主要对焦炭进行物理降温，避免在冷却单元中产生大量的一氧化碳，以免一氧化碳泄露造成安全事故，并且可实现在冷却单元中精准调控冷却气量，保证了冷焦的收率和质量，降低了烧损。

附图说明

图1是用于实现本发明一实施例的焦炭冷却方法的焦炭冷却系统的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的物料分选通道的结构示意图；

图3是用于实现本发明另一实施例的焦炭冷却方法的焦炭冷却系统的结构示意图；

图4是用于实现本发明另一实施例的焦炭冷却方法的焦炭冷却系统的结构示意图；

图5是用于实现本发明另一实施例的焦炭冷却方法的焦炭冷却系统的结构示意图；

图6是用于实现本发明另一实施例的焦炭冷却方法的焦炭冷却系统的结构示意图。

附图标记说明：

10、干熄炉；11、反应单元；12、输送控制单元；13、冷却单元；121、物料分选通道；111、冷却气上部出口；112、冷却气上部入口；113、辅冷却气入口；122、焦炭输送通道；123、第一气体输送通道；124、第二气体输送通道；131、冷却气下部入口；132、冷却气下部出口；20、第一气体冷却器；30、第一除尘器；21、第二气体冷却器；31、第二除尘器；40、循环风机；

A、冷却前焦炭；B、冷却后焦炭；C、第一温度冷却气；D、第三温度冷却气；E、富一氧化碳气体；G、辅冷却气；H、第二温度冷却气；H1、第二温度反应冷却气；H2、第二温度循环冷却气。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。

焦炭是一种重要的化工原料，焦炭除大量用于炼铁和有色金属冶炼外，还用于铸造、化工、电石和铁合金等行业。在炼焦工艺中，红焦的冷却(即熄焦)是一项必要的操作，是确保炼焦炉长期稳定运行、保证焦炭质量的关键因素。

熄焦方法包括干熄焦和湿熄焦。干熄焦是采用惰性气体将红焦降温冷却的一种熄焦方法，通过采用低温惰性气体吸收干熄炉中的红焦显热，产生的高温气体经干熄焦余热锅炉进行热交换，锅炉产生的蒸汽用于发电或生产，冷却后的惰性气体重新进入干熄炉循环使用。

与湿熄焦相比，干熄焦作为一种余热回收方法已在很多焦化企业中得到推广应用，在有效改善焦炭质量的同时，减少了熄焦环节的污染排放，同时吸收了红焦显热，促进了能源的高效利用，是一项节能环保的先进工艺，具有显著的经济效益和环保效益。

在实现本发明的过程中发现：目前的干熄焦技术通常采用氮气作为循环冷却气体，需要配置庞大的制氮系统，运行成本高。且氮气的比热低，携带热量的能力有限，仅能通过物理换热的方式吸收红焦的显热，对红焦的冷却降温效果差。

有鉴于此，本发明的一方面提供了一种焦炭冷却方法，包括：

将冷却前焦炭通入干熄炉；

向干熄炉中通入第一温度冷却气，以便在干熄炉中，通过第一温度冷却气对冷却前焦炭进行冷却后生成冷却后焦炭和第三温度冷却气，其中冷却气采用二氧化碳气体；

其中，干熄炉包括反应单元、输送控制单元、冷却单元，反应单元和冷却单元通过输送控制单元连通，其中在干熄炉中：

冷却前焦炭首先被通入反应单元中实现第一阶段冷却后生成冷却中焦炭，冷却中焦炭通过输送控制单元进入冷却单元中实现第二阶段冷却后生成冷却后焦炭；

第一温度冷却气首先被通入冷却单元中，以便对冷却中焦炭进行第二阶段冷却后生成第二温度冷却气，第二温度冷却气通过输送控制单元进入反应单元中，以便对冷却前焦炭进行第一阶段冷却后生成第三温度冷却气。

图1是用于实现本发明一实施例的焦炭冷却方法的焦炭冷却系统的结构示意图。以下结合图1，对该焦炭冷却方法进行说明。

如图1所示，用于实现该实施例的焦炭冷却方法的焦炭冷却系统包括干熄炉，其中干熄炉10包括反应单元11、输送控制单元12、冷却单元13，反应单元11和冷却单元13通过输送控制单元12连通，干熄炉的反应单元11顶部设有冷却前焦炭入口，冷却单元13底部设有冷却后焦炭出口和冷却气下部入口131，冷却气下部入口131用于通入冷却气。干熄炉反应单元11顶部还设有冷却气上部出口111。

反应单元11和冷却单元13为位于干熄炉10上下部位的两个独立的作用单元，通过输送控制单元12将反应单元11和冷却单元13连通，以实现两个作用单元之间的物料交换，便于焦颗粒从反应单元11落入冷却单元13，并实现冷却气由冷却单元13进入反应单元11。

利用该干熄炉，上述方法包括：

将冷却前焦炭A通过冷却前焦炭入口加入干熄炉；

通过冷却气下部入口131向干熄炉中通入第一温度冷却气C，以便在干熄炉中，通过第一温度冷却气C对冷却前焦炭A进行冷却后生成冷却后焦炭B和第三温度冷却气D，其中冷却气采用二氧化碳气体。

其中在干熄炉中：

冷却前焦炭A(900℃～1200℃)首先被通过设置在反应单元11顶部的冷却前焦炭入口通入反应单元11中实现第一阶段冷却后生成冷却中焦炭(700℃～1100℃)，冷却中焦炭通过输送控制单元12进入冷却单元13中实现第二阶段冷却后生成冷却后焦炭B(100℃～200℃)后，通过设置在冷却单元13底部的冷却后焦炭出口排出。

第一温度冷却气C(低温：0℃～130℃)首先通过冷却气下部入口131被通入冷却单元13中，以便对冷却单元13中的冷却中焦炭进行第二阶段冷却后生成第二温度冷却气(中温：300℃～700℃)，第二温度冷却气通过输送控制单元12进入反应单元11中，以便对冷却前焦炭A进行第一阶段冷却后生成第三温度冷却气D(高温：700℃～1100℃)后，从反应单元11顶部的冷却气上部出口111排出。

由上述冷却过程看出，高温焦炭在干熄炉中由上至下移动，二氧化碳冷却气由下至上与高温焦炭逆流接触，对焦炭进行冷却。

冷却气的组成为纯二氧化碳气体，或含一定浓度二氧化碳的气体(二氧化碳气体的浓度为20％-100％)。含一定浓度二氧化碳的气体为二氧化碳与氮气的混合气，二氧化碳与氮气、一氧化碳的混合气，或者二氧化碳与一氧化碳的混合气，以及含有二氧化碳的任意气体。

根据本发明的实施例，为了控制冷却后焦炭B的温度不高于200℃，需要精准调控通入到冷却单元13的冷却气量，在冷却单元13的底部冷却后焦炭出口附近设置有测温点(图中未画出)，测温点与通入的冷却气的流量设置联锁，实现自动控制。冷却单元13内冷焦颗粒以移动床方式下移，表观风速范围为0.01m/s～1.00m/s。

根据本发明的实施例，通过采用二氧化碳进行冷焦，与氮气相比，二氧化碳的比热高，携带热量的能力强，降温效果显著、换热效率高，且运行成本低，冷却相同的红焦时，二氧化碳循环气体量小，且二氧化碳可与部分高温红焦反应，通过化学反应吸热降温，增强了冷却效果，进一步减小了循环气体流量。采用二氧化碳冷却，在冷却单元内，二氧化碳的存在可抑制冷却气中可能混入的氧气与焦粉反应，抑制焦粉氧化烧损。通过将干熄炉设置独立的反应单元和冷却单元，并且通过反应单元和冷却单元对高温焦炭实现分阶段冷却，具体地，因反应单元中直接通入高温红焦，反应单元中温度较高，实现红焦的第一阶段冷却，二氧化碳可以在高温条件下与焦炭发生化学反应，可同时实现物理降温和化学降温，冷却效果好；冷却单元中直接通入低温的冷却气，冷却温度较低，实现中温焦炭的第二阶段冷却，主要对焦炭进行物理降温，避免在冷却单元中产生大量的一氧化碳，以免一氧化碳泄露造成安全事故，并且可实现在冷却单元中精准调控冷却气量，在保证了冷焦的收率和质量，降低了烧损。

根据本发明的实施例，上述两个阶段的冷却具体可为：第一阶段冷却包括：在反应单元11中，利用第二温度冷却气对冷却前焦炭A进行物理降温的同时，利用第二温度冷却气与冷却前焦炭A之间的化学吸热反应，对冷却前焦炭A进行化学降温。

在反应单元11内，经预热后的冷却气中含有的二氧化碳可与红焦中的碳发生反应，如下式(一)所示，该反应为为强吸热反应，从而可大幅降低红焦的温度。

第二阶段冷却包括：在冷却单元13中，利用第一温度冷却气C对冷却中焦炭进行物理降温。

根据本发明的实施例，因碳对二氧化碳的反应活性与温度具有直接关联，随着温度的升高，反应活性整体呈增加趋势并趋于100％；当温度较低时，如750℃、800℃，反应活性较差，通过大量的试验研究并结合理论计算，当温度大于700℃时，二氧化碳才可能与碳发生气化反应并生成一氧化碳。当温度小于等于700℃时，二氧化碳不与碳发生气化反应。

基于上述结论，进一步地，为了控制在冷却单元13中对只对焦炭进行物理降温，不发生化学反应，且在反应单元11中可进行较为强烈的化学反应，可通过控制冷却单元13和反应单元11中的温度来实现，具体地：反应单元11的内部温度控制在700℃-1100℃；冷却单元13的内部温度控制在100℃-700℃。

根据本发明的实施例，温度控制的具体方法，例如可在反应单元11的底部和冷却单元13的中上部设置测温点，通过调节通入至冷却单元13中的冷却气的流量，使得冷却单元13的中上部温度不超过700℃，可以在输送控制单元12中设置流量调节装置，通过调节由冷却单元13通入至反应单元11中的冷却气的含量，使得反应单元11的内部温度大于700℃。

根据本发明的实施例，控制冷却单元13和反应单元11中的温度在上述范围内，可实现在冷却单元13中对只对焦炭进行物理降温，不发生化学反应，且在反应单元11中可进行较为强烈的化学反应。如此，冷却单元中不会产生一氧化碳，避免了一氧化碳泄露，提高了安全性，在反应单元11中可进行较为强烈的化学吸热反应，可对焦炭同时实现物理降温和化学降温，冷却效果好，冷却后的第三温度冷却气中一氧化碳浓度较高，可将一氧化碳分离作为产品气使用，在达到冷却目的的同时还提高了产品的多样性，实用性和经济性较好。

根据本发明的实施例，输送控制单元12连接反应单元11和冷却单元13，用于实现反应单元11和冷却单元13之间的气固物料的交换。输送控制单元12可采用多种结构形式，以下，例举两种结构形式进行说明。

如图1所示，输送控制单元12包括物料分选通道121，物料分选通道121为连接反应单元11和冷却单元13的缩径通道，用于实现反应单元11和冷却单元13之间的气固物料的交换。具体地，物料分选通道121用于将冷却中焦炭由反应单元11通入冷却单元13，并用于将部分或全部第二温度冷却气由冷却单元13通入反应单元11。

图2是根据本发明实施例的物料分选通道的结构示意图，如图2所示，物料分选通道121的高度h与所述物料分选通道的当量直径d2的比值范围为(1～4)∶1，优选为(1.5～3.0)∶1。反应单元11的当量直径d1与物料分选通道121的当量直径d2的比值范围为(1.5～4.0)∶1。反应单元11的当量直径d1与冷却单元13的当量直径d3的比值范围为(0.8～1.2)∶1。反应单元11的底部为变径段，所述变径段与水平面的夹角α为15～75°。

根据本发明的实施例，反应单元11的最大截面积为物料分选通道121截面积的2.25-16倍，通过缩小物料分选通道121的流通面积，提高了由冷却单元13通往反应单元11的气体的流速，如此，可实现焦中不同粒径颗粒的分选，使得焦细粉向上运动，不会落入冷却单元13中，较大颗粒的焦颗粒继续向下移动进入冷却单元13中实现进一步冷却。

图3是用于实现本发明另一实施例的焦炭冷却方法的焦炭冷却系统的结构示意图。如图3所示，输送控制单元12包括焦炭输送通道122和第一气体输送通道123，其中焦炭输送通道122用于将冷却中焦炭由反应单元11通入冷却单元13，第一气体输送通道123用于将部分或全部第二温度冷却气H由冷却单元13通入反应单元11，其中焦炭输送通道122和第一气体输送通道123中设有流量调节阀。

根据本发明的实施例，焦炭输送通道122可实现将焦炭由反应单元11通入冷却单元13，第一气体输送通道123在实现将第二温度冷却气H由冷却单元13通入反应单元11的过程中，还可以通过调节第一气体输送通道123中的流量调节阀调节冷却气的流量的风速，使得反应单元11中的焦细粉向上运动，不会落入冷却单元13中，如此，可实现了焦中不同粒径颗粒的分选，使得焦细粉存在反应单元11中，较大颗粒的焦颗粒继续向下移动进入冷却单元13中实现进一步冷却。

根据本发明的实施例，焦炭输送通道122和第一气体输送通道123中设有流量调节阀，可实现焦炭输送和冷却气输送的流量控制，如此，可以精准调控进入反应单元11的中温气体的量，从而可以对反应单元11内的反应进行调控，得到富含一氧化碳的气体，在炼铁工程中可以直接注入还原炉等，用作还原气，在化学工程中也可以用作原料气。

根据本发明的实施例，由上述可见，通过设置上述结构的输送控制单元12，实现了不同粒径焦颗粒分选，即大颗粒从反应单元11落入冷却单元13，同时避免焦细粉下落，一方面保证了冷却后的焦炭产品的品质(产品焦炭对粒径有一定要求)，另一方面焦细粉主要富集在反应单元11，焦细粉更易于与冷却气中的二氧化碳反应从而促进红焦冷却降温，增强了冷却效果，同时抑制了焦颗粒的消耗，避免了焦颗粒与二氧化碳的反应，保证了冷焦的收率和质量，降低了烧损。

根据本发明的实施例，如图3所示，反应单元11底部可设有辅冷却气入口113(图1所示结构中，反应单元11底部也可设有辅冷却气入口113，图中未示出)辅冷却气入口113用于向反应单元11中通入辅冷却气G，其中辅冷却气入口113处设有流量调节阀，

辅冷却气入口113处的气体流速为10～50m/s，优选15～25m/s；辅冷却气入口113为管状通道结构，所述管状通道结构的中心轴线与水平面的夹角的数值范围为：0～60°；辅冷却气入口113可设有多个，多个辅冷却气入口113沿反应单元11周向均布排列。

根据本发明的实施例，辅冷却气G可采用二氧化碳或者富含热氧化碳的气体，通过通入辅冷却气G，并通过调节辅冷却气G的流速以及辅冷却气G的射流冲击方向，可在保证粗焦颗粒从反应单元11落入冷却单元13的前提下，使得焦细粉上浮，进一步抑制焦细粉向下进入冷却单元13，为反应单元11内焦细粉与二氧化碳的反应提供了前提，强化反应单元11内的物理降温及化学反应降温，避免了焦颗粒的烧损，保证了熄焦过程的质量。此外，辅冷却气G还可以起到气封的作用，避免反应单元11内形成的一氧化碳向下移动到分选区及冷却单元13。

根据本发明的实施例，进一步地，如图1、图3所示，在输送控制单元12将全部第二温度冷却气H由冷却单元13通入反应单元11的情况下：

将第三温度冷却气D通过第一气体冷却器和第一除尘器进行冷却、除尘；

在冷却、除尘后的第三温度冷却气D中的一氧化碳浓度大于等于60％的情况下，将冷却、除尘后的第三温度冷却气D排出；

在冷却、除尘后的第三温度冷却气D中的一氧化碳浓度小于60％的情况下，将冷却、除尘后的第三温度冷却气D通过循环风机返回冷却单元13。

第三温度冷却气D经冷却器冷却、除尘器除尘后，可进行成分检测，当一氧化碳的浓度高于60％时，可将富一氧化碳气体E排出系统，在炼铁工程中可以直接注入还原炉等，用作还原气，在化学工程中也可以用作原料气；当高温气体中一氧化碳的浓度低于60％时，可采用循环风机40将其返回至干熄炉进一步利用，因一部分二氧化碳会转化为一氧化碳，根据需要添加新的二氧化碳作为循环冷却气。

图4、图5、图6分别展示了实现本发明实施例的焦炭冷却方法的不同结构的焦炭冷却系统的结构示意图。

图4、图5、图6所述的系统结构可用于实现在输送控制单元12将部分第二温度冷却气由冷却单元13通入反应单元11的情况下，本发明实施例的操作方法。区别在于，图4、图5中，输送控制单元12采用物料分选通道121的结构形式，图6中，输送控制单元12采用焦炭输送通道122和第一气体输送通道123的结构形式。

如图4、图5、图6所示，冷却单元13顶部设有冷却气下部出口132；在输送控制单元12将部分第二温度冷却气(第二温度反应冷却气H1)由冷却单元13通入反应单元11的情况下(图4、5中第二温度反应冷却气H1通过物料分选通道121进入反应单元11，图6中，第二温度反应冷却气H1通过第一气体输送通道123通入设置在反应单元11底部的冷却气上部入口112)：

将其余部分第二温度冷却气(第二温度循环冷却气H2)通过冷却气下部出口132排出(图6所示方式中，通过冷却气下部出口132后经第二气体输送通道124排出)；

通过第二气体冷却器21和第二除尘器31将第二温度循环冷却气H2进行冷却、除尘；

将冷却、除尘后的第二温度循环冷却气H2通过循环风机返回冷却单元13进行循环使用；以及

将第三温度冷却气D通过第一气体冷却器30和第一除尘器30进行冷却、除尘后排出，从反应单元11顶部排出的气体富含一氧化碳，经冷却、除尘后可直接作为铁矿干燥及还原的燃料，也可作为化工原料气。

根据本发明的实施例，因冷却单元13中不发生二氧化碳的还原反应，冷却单元13中不含一氧化碳，通过将部分预热后的第二温度冷却气直接由冷却单元13中引出进行除尘降温再循环，循环气中不含一氧化碳，安全性更高，另外，通入反应单元11中的冷却气减少，促使反应单元11中的温度更高，二氧化碳可高度参与反应，反应单元11排出的气体中一氧化碳浓度更高，可直接作为产品气使用，整体上降低了循环冷却气的量，并且可连续稳定获得富一氧化碳气体。

本发明的另一方面提供了一种用于实现上述焦炭冷却方法的焦炭冷却系统，包括干熄炉，其中干熄炉包括反应单元11、冷却单元13、输送控制单元12。

其中，反应单元11，设有焦炭入口，用于向反应单元11通入冷却前焦炭A；

冷却单元13，设有冷却气下部入口，用于向冷却单元13通入第一温度冷却气C；

输送控制单元12，用于将反应单元11和冷却单元13连通以实现反应单元11和冷却单元13之间的物料交换。

进一步地，输送控制单元12可采用多种结构形式。

例如，如图1、2、4、5所示，输送控制单元12包括物料分选通道121，物料分选通道121为连接反应单元11和冷却单元13的缩径通道，用于实现反应单元11和冷却单元13之间的气固物料的交换。具体地，物料分选通道121用于将冷却中焦炭由反应单元11通入冷却单元13，并用于将部分或全部第二温度冷却气由冷却单元13通入反应单元11。物料分选通道121的高度h与所述物料分选通道的当量直径d2的比值范围为(1～4)∶1，优选为(1.5～3.0)∶1。反应单元11的当量直径d1与物料分选通道121的当量直径d2的比值范围为(1.5～4.0)∶1。反应单元11的当量直径d1与冷却单元13的当量直径d3的比值范围为(0.8～1.2)∶1。反应单元11的底部为变径段，所述变径段与水平面的夹角α为15～75°。

再例如，如图3、6所示，输送控制单元12包括焦炭输送通道122和第一气体输送通道123，其中焦炭输送通道122用于将冷却中焦炭由反应单元11通入冷却单元13，第一气体输送通道123用于将部分或全部第二温度冷却气H由冷却单元13通入反应单元11，其中焦炭输送通道122和第一气体输送通道123中设有流量调节阀。

根据本发明的实施例，进一步地，如图3、5、6所示，反应单元11底部可设有辅冷却气入口113(图1所示结构中，反应单元11底部也可设有辅冷却气入口113，图中未示出)辅冷却气入口113用于向反应单元11中通入辅冷却气G，其中辅冷却气入口113处设有流量调节阀，

辅冷却气入口113处的气体流速为10～50m/s，优选15～25m/s；辅冷却气入口113为管状通道结构，所述管状通道结构的中心轴线与水平面的夹角的数值范围为：0～60°；辅冷却气入口113可设有多个，多个辅冷却气入口113沿反应单元11周向均布排列。

根据本发明的实施例，进一步地，如图1、图3所示，该系统还包括第一气体冷却器20和第一除尘器30、和循环风机40。

该系统可应用于在输送控制单元12将全部第二温度冷却气H由冷却单元13通入反应单元11的情况下，通过第一气体冷却器20和第一除尘器30将第三温度冷却气D进行冷却、除尘；在冷却、除尘后的第三温度冷却气D中的一氧化碳浓度大于等于60％的情况下，将冷却、除尘后的第三温度冷却气D排出；在冷却、除尘后的第三温度冷却气D中的一氧化碳浓度小于60％的情况下，将冷却、除尘后的第三温度冷却气D通过循环风机40返回冷却单元13。

如图4、图5、图6所示，进一步地，冷却单元13顶部设有冷却气下部出口132，该系统还包括第一气体冷却器20、第一除尘器30、循环风机40、第二气体冷却器21和第二除尘器31。

该系统应用在输送控制单元12将部分第二温度冷却气(第二温度反应冷却气H1)由冷却单元13通入反应单元11的情况下(图4、5中第二温度反应冷却气H1通过物料分选通道121进入反应单元11，图6中，第二温度反应冷却气H1通过第一气体输送通道123通入设置在反应单元11底部的冷却气上部入口112)。

应用该系统，通过冷却气下部出口132将其余部分第二温度冷却气(第二温度循环冷却气H2)排出(图6所示方式中，通过冷却气下部出口132后经第二气体输送通道124排出)；通过第二气体冷却器21和第二除尘器31将第二温度循环冷却气H2进行冷却、除尘；将冷却、除尘后的第二温度循环冷却气H2通过循环风机返回冷却单元13进行循环使用；以及将第三温度冷却气D通过第一气体冷却器30和第一除尘器30进行冷却、除尘后排出，从反应单元11顶部排出的气体富含一氧化碳，经冷却、除尘后可直接作为铁矿干燥及还原的燃料，也可作为化工原料气。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种焦炭冷却方法，包括：

将冷却前焦炭通入干熄炉；

向所述干熄炉中通入第一温度冷却气，以便在所述干熄炉中，通过所述第一温度冷却气对所述冷却前焦炭进行冷却后生成冷却后焦炭和第三温度冷却气，其中冷却气采用二氧化碳气体；

其中，所述干熄炉包括反应单元、输送控制单元、冷却单元，所述反应单元和所述冷却单元通过所述输送控制单元连通，其中在所述干熄炉中：

所述冷却前焦炭首先被通入所述反应单元中实现第一阶段冷却后生成冷却中焦炭，所述冷却中焦炭通过所述输送控制单元进入所述冷却单元中实现第二阶段冷却后生成所述冷却后焦炭；

所述第一温度冷却气首先被通入所述冷却单元中，以便对所述冷却中焦炭进行所述第二阶段冷却后生成第二温度冷却气，所述第二温度冷却气通过所述输送控制单元进入所述反应单元中，以便对所述冷却前焦炭进行所述第一阶段冷却后生成所述第三温度冷却气。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述第一阶段冷却包括：在所述反应单元中，利用所述第二温度冷却气对所述冷却前焦炭进行物理降温的同时，利用所述第二温度冷却气与所述冷却前焦炭之间的化学吸热反应，对所述冷却前焦炭进行化学降温；

所述第二阶段冷却包括：在所述冷却单元中，利用所述第一温度冷却气对所述冷却中焦炭进行物理降温。

3.根据权利要求2所述的方法，其中：

所述反应单元的内部温度为700℃-1100℃；

所述冷却单元的内部温度为100℃-700℃。

4.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述输送控制单元包括物料分选通道，其中所述物料分选通道用于将所述冷却中焦炭由所述反应单元通入所述冷却单元，并用于将部分或全部所述第二温度冷却气由所述冷却单元通入所述反应单元。

5.根据权利要求4所述的方法，其中：

所述物料分选通道的高度与所述物料分选通道的当量直径的比值范围为(1～4)∶1；

所述反应单元的当量直径与所述物料分选通道的当量直径的比值范围为(1.5～4.0)∶1。

6.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述输送控制单元包括焦炭输送通道和第一气体输送通道，其中所述焦炭输送通道用于将所述冷却中焦炭由所述反应单元通入所述冷却单元，所述第一气体输送通道用于将部分或全部所述第二温度冷却气由所述冷却单元通入所述反应单元，其中所述焦炭输送通道和所述第一气体输送通道中设有流量调节阀。

7.根据权利要求4或6所述的方法，还包括，在所述输送控制单元将全部所述第二温度冷却气由所述冷却单元通入所述反应单元的情况下：

将所述第三温度冷却气通过第一气体冷却器和第一除尘器进行冷却、除尘；

在冷却、除尘后的第三温度冷却气中的一氧化碳浓度大于等于60％的情况下，将所述冷却、除尘后的第三温度冷却气排出；以及

在冷却、除尘后的第三温度冷却气中的一氧化碳浓度小于60％的情况下，将所述冷却、除尘后的第三温度冷却气通过循环风机返回所述冷却单元。

8.根据权利要求4或6所述的方法，其中，所述冷却单元顶部设有冷却气下部出口；

所述方法还包括，在所述输送控制单元将部分所述第二温度冷却气由所述冷却单元通入所述反应单元的情况下：

将其余部分第二温度冷却气通过所述冷却气下部出口排出；

通过第二气体冷却器和第二除尘器将所述其余部分第二温度冷却气进行冷却、除尘；

将冷却、除尘后的所述其余部分第二温度冷却气通过循环风机返回所述冷却单元；以及

将所述第三温度冷却气通过第一气体冷却器和第一除尘器进行冷却、除尘后排出。

9.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述反应单元底部设有辅冷却气入口，所述辅冷却气入口用于向所述反应单元中通入辅冷却气，其中所述辅冷却气入口处设有流量调节阀，所述辅冷却气入口处的气体流速为10～50m/s，所述辅冷却气入口为管状通道结构，所述管状通道结构的中心轴线与水平面的夹角的数值范围为：0～60°。

10.一种焦炭冷却系统，包括干熄炉，其中所述干熄炉包括反应单元、输送控制单元、冷却单元，所述反应单元和所述冷却单元通过所述输送控制单元连通以实现所述反应单元和冷却单元之间的物料交换，其中：

所述反应单元，设有焦炭入口，用于向所述反应单元通入冷却前焦炭，以便所述冷却前焦炭在所述反应单元中实现第一阶段冷却后，生成冷却中焦炭；

所述输送控制单元用于将所述冷却中焦炭通入所述冷却单元；

所述冷却单元，设有冷却气下部入口，用于向所述冷却单元通入第一温度冷却气，以便通过所述第一温度冷却气对所述冷却中焦炭进行第二阶段冷却后生成第二温度冷却气和冷却后焦炭；

其中，所述输送控制单元还用于将所述第二温度冷却气通入所述反应单元，以便通过所述第二温度冷却气对所述冷却前焦炭进行所述第一阶段冷却后生成第三温度冷却气。

11.根据权利要求10所述的焦炭冷却系统，其中：

所述输送控制单元包括物料分选通道，其中所述物料分选通道用于将所述冷却中焦炭由所述反应单元通入所述冷却单元，并用于将部分或全部所述第二温度冷却气由所述冷却单元通入所述反应单元。

12.根据权利要求11所述的焦炭冷却系统，其中：

所述物料分选通道的高度与所述物料分选通道的当量直径的比值范围为(1～4)∶1；

所述反应单元的当量直径与所述物料分选通道的当量直径的比值范围为(1.5～4.0)∶1。

13.根据权利要求10所述的焦炭冷却系统，其中，所述输送控制单元包括焦炭输送通道和第一气体输送通道；

所述焦炭输送通道，用于将所述冷却中焦炭由所述反应单元通入所述冷却单元；

所述第一气体输送通道，用于将部分或全部所述第二温度冷却气由所述冷却单元通入所述反应单元，其中所述焦炭输送通道和所述第一气体输送通道中设有流量调节阀。

14.根据权利要求11或13所述的焦炭冷却系统，还包括：

第一气体冷却器和所述第一除尘器，用于在所述输送控制单元将全部所述第二温度冷却气由所述冷却单元通入所述反应单元的情况下，将第三温度冷却气进行冷却、除尘。

15.根据权利要求14所述的焦炭冷却系统，还包括：

循环风机，用于在冷却、除尘后的第三温度冷却气中的一氧化碳浓度小于60％的情况下，将冷却、除尘后的第三温度冷却气返回所述冷却单元。

16.根据权利要求11或13所述的焦炭冷却系统，其中：

所述冷却单元顶部设有冷却气下部出口，其中所述冷却气下部出口用于：在所述输送控制单元将部分所述第二温度冷却气由所述冷却单元通入所述反应单元的情况下，将其余部分第二温度冷却气通过所述冷却气下部出口排出。

17.根据权利要求16所述的焦炭冷却系统，还包括：

第二气体冷却器和第二除尘器，用于将所述其余部分第二温度冷却气进行冷却、除尘；

循环风机，用于将冷却、除尘后的所述其余部分第二温度冷却气返回所述冷却单元；

第一气体冷却器和所述第一除尘器，用于将所述第三温度冷却气进行冷却、除尘后排出。

18.根据权利要求10所述的焦炭冷却系统，其中：

所述反应单元底部设有辅冷却气入口，所述辅冷却气入口用于向所述反应单元中通入辅冷却气。

19.根据权利要求18所述的焦炭冷却系统，其中：

所述辅冷却气入口处设有流量调节阀；

所述辅冷却气入口为管状通道结构，所述管状通道结构的中心轴线与水平面的夹角的数值范围为：0～60°。

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