CN115058255A - 一种大型焦炉的高炉煤气前馈调节加热系统及调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大型焦炉的高炉煤气前馈调节加热系统及调节方法，所述大型焦炉的高炉煤气前馈调节加热系统包括煤气总管、燃烧室煤气主管系统、燃烧室煤气支管系统和补充空气系统；所述燃烧室煤气主管系统包括煤气主管、旋塞、第一限流孔板和废气开闭器，所述燃烧室煤气支管系统包括煤气支管、开闭阀、第二限流孔板、调节旋塞和下喷管；所述补充空气系统包括压缩空气管、压缩空气支管、开闭阀和限流孔板。煤气总管内的煤气经燃烧室煤气主管系统和燃烧室煤气支管系统分别进入蓄热室加热后，向燃烧室供气，形成双通道煤气供给。本发明能提高炼焦生产效率，满足炼焦生产高效、节能和环保的要求。

Description

一种大型焦炉的高炉煤气前馈调节加热系统及调节方法

技术领域

本发明涉及炼焦生产技术，尤其涉及一种大型焦炉的高炉煤气前馈调节加热系统及调节方法。

背景技术

大型焦炉是指炭化室高于6m，炭化室容积大于40m³/孔的焦炉，钢铁联合企业的大型焦炉通常采用高炉煤气(以下简称煤气)和焦炉煤气两种加热方式。一座焦炉大约由110～130个炭化室构成；炭化室与燃烧室沿焦炉纵向间隔布置，一个燃烧室由15～20组立火道组成；每个炭化室和燃烧室下方是对应的蓄热室。每个蓄热室由煤气蓄热室和空气蓄热室组成，每个蓄热室之间由主隔墙分隔，煤气蓄热室和空气蓄热室之间由单墙分隔。为了保证蓄热室长向气流分布均等，通常蓄热室长向每两立火道设一间墙，将蓄热室分成若干分格区；蓄热室的主隔墙中设有与立火道数量相等的焦炉煤气砖通道，每个砖煤气通道与燃烧室立火道相连。煤气蓄热室和空气蓄热室分为蓄热区和烟道，篦子砖将蓄热区和烟道分隔，蓄热区装填蓄热格子砖，烟道外部连接废气开闭器，煤气蓄热室和空气蓄热室上部设有连接燃烧室各立火道的斜道，煤气蓄热室废气开闭器连接煤气管和分烟道，空气蓄热室废弃开闭器连接大气和分烟道。煤气通过废气开闭器进入煤气蓄热室换热，空气通过废气开闭器风门进入空气蓄热室换热；换热后的煤气、空气进入燃烧室燃烧，燃烧废气通过下降蓄热室换热冷却至260～350℃经废气开闭器排至烟道，焦炉各蓄热室开闭器通过换向连杆机构同时进行煤气、空气与烟气流动方向的换向。换向周期一般设定20～30min/次。燃烧室立火道温度一般控制在1250～1350℃，煤料经过干燥、熔融、半焦固化阶段最终形成焦炭；焦饼中心温度达到950℃以上时，推焦机将焦饼推出送至熄焦系统。大型焦炉炭化室结焦时间大约在20～25小时之间。目前，在焦炉生产过程中，焦炉加热煤气系统采用恒流量向燃烧室供给煤气。

炭化室内煤料在干燥、熔融、半焦固化各阶段的热物理参数发生变化，使煤料在不同阶段的导热系数和热容量随之变化。引起在一个结焦周期中炉墙向煤料传热、煤料之间的传热过程呈现不稳态传热过程。表现为在一个结焦周期内炉墙向煤料传热量呈现非稳态、递减的特点；在燃烧室恒定供给煤气流量条件下，焦炉装煤初期炉墙向煤料的传热量大于燃烧室内煤气燃烧热量，造成炭化室炉墙温度降低，使煤料结焦速度减慢；结焦末期焦饼需热量小于燃烧室内煤气燃烧热量，热量过剩致使出口烟气温度和焦饼温度也相应升高，煤气燃烧热量未被有效利用。焦炉生产根据这一特点制定相应的炭化室推焦、装煤生产操作顺序，使燃烧室两侧炭化室的装煤时间不同。目的是为了减缓燃烧室两侧炭化室对燃烧室需热量变化峰差，均衡焦炉炼焦过程中供热不平衡的问题。例如2-1推焦顺序的焦炉，燃烧室标准火道温度呈现周期性波动，温度波动幅度～50℃，周期为1/2结焦周期。显然，减少温度波动是有利于提高煤料加热速度和降低能耗。由于现有焦炉加热煤气系统和炉体结构，不具备根据标准火道温度波动调节各燃烧室煤气流量的手段和可能性。因此，目前焦炉燃烧室煤气流量均以定量供给方式。

炭化室机、焦侧宽度不同，要求燃烧室各立火道供热量不同，呈现沿机、焦侧各立火道煤气流量依次增加。通常采用蓄热室篦子砖的调节砖调整或烟道调节板调节每格蓄热区的煤气流量。这种调节手段调节工作量大，控制精度差，灵敏度低。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述焦炉煤气加热系统对燃烧室横墙温度产生周期性波动现象时缺乏调节手段的问题，提出一种大型焦炉的高炉煤气双通道、高精度前馈调节加热系统，该系统能同时解决燃烧室立火道高炉煤气供给量调节精度差，灵敏度低的问题。提高炼焦生产效率，满足炼焦生产高效、节能和环保的要求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种大型焦炉的高炉煤气前馈调节加热系统，包括煤气总管、燃烧室煤气主管系统、燃烧室煤气支管系统和补充空气系统；

所述燃烧室煤气主管系统包括煤气主管、旋塞、第一限流孔板和废气开闭器，所述燃烧室煤气支管系统包括煤气支管、开闭阀、第二限流孔板、调节旋塞和下喷管；所述补充空气系统包括压缩空气管、压缩空气支管、开闭阀和限流孔板；

所述煤气总管在焦炉地下室沿焦炉纵向布置；所述燃烧室煤气主管系统连接在煤气总管上，所述煤气总管经煤气主管和废气开闭器与每个煤气蓄热室烟道连接，所述煤气主管上沿煤气流动方向顺次安装旋塞和第一限流孔板；所述每个燃烧室煤气支管系统连接在煤气总管上，所述煤气总管通过煤气支管和下喷管与每个煤气蓄热室分格区连接；所述煤气支管上沿煤气流动方向顺次安装开闭阀和第二限流孔板，所述第二限流孔板后的煤气支管与每个下喷管之间安装调节旋塞，所述下喷管自下而上穿过焦炉基础与蓄热室分格区连通，所述蓄热室的每个蓄热室分格区设一个下喷管；所述压缩空气管在焦炉地下室沿焦炉纵向布置，所述压缩空气管分别通过各压缩空气支管与对应空气蓄热室烟道连接，所述压缩空气支管上安装开闭阀。

进一步地，所述大型焦炉的高炉煤气前馈调节加热系统还包括控制系统，所述控制系统分别与煤气主管的旋塞3的液压交换机、废气开闭器5的液压交换机相连，与煤气支管的开闭阀7气动执行机构相连，与装煤车装煤操作机构相连，与焦炉直行温度、横墙温度、火落温度的测温传感器相连。

进一步地，每个所述煤气主管的旋塞间通过连杆机构相连，每个所述煤气主管的废气开闭器间通过连杆机构相连，所述连杆机构通过液压交换机驱动。

进一步地，每个所述煤气支管的开闭阀配套气动执行机构。

进一步地，每个所述燃烧室煤气支管系统中的下喷管是穿过焦炉基础和蓄热室隔墙的预留孔插入到烟道篦子砖上方、格子砖下方的蓄热室分格区，使下喷煤气不通过篦子砖进入蓄热室分格区。

本发明的另一个目的还公开了一种大型焦炉的高炉煤气前馈调节方法，包括以下步骤：煤气总管内的煤气经燃烧室煤气主管系统和燃烧室煤气支管系统分别进入蓄热室加热后，向燃烧室供气，形成双通道煤气供给。即所述燃烧室煤气供给量由燃烧室煤气主管系统和燃烧室煤气支管系统经蓄热室共同向燃烧室供气。

进一步地，在一个结焦周期内燃烧室煤气供给变化量是通过煤气支管系统调节实现，煤气支管系统调节灵敏、控制精度高，各煤气支管系统调节时彼此干扰小。

进一步地，所述燃烧室燃烧煤气总量的80～90％(优选85％)由煤气主管系统经废气开闭器、煤气蓄热室烟道进入煤气蓄热室分格区，所述燃烧室煤气主管系统煤气按恒流速供给；所述燃烧室燃烧煤气总量的10～20％(优选15％)由燃烧室煤气支管系统经下喷管穿过焦炉基础、蓄热室隔墙进入煤气蓄热室分格区，煤气支管是根据前馈系统中炭化室装煤顺序和燃烧室横墙温度波动预判模型进行供给的煤气量调节，系统调节灵敏度高；补充空气系统与煤气支管供给煤气同步将空气下喷进入空气蓄热室。

进一步地，控制系统根据设定的交换时间通过液压交换机定时驱动连杆移动，使各煤气主管的旋塞和废气开闭器同步开、闭动作，实现煤气与烟气蓄热换向。控制系统通过执行机构独立进行煤气支管的开闭阀的开、闭动作，实现煤气的供、停操作；根据前馈系统中炭化室装煤顺序和燃烧室横墙温度波动预判模型调节对应燃烧室煤气支管开闭阀的开阀供气时间，进而调节燃烧室支管煤气供给量。实现燃烧室煤气总供给量与炭化室装煤料炼焦需热量相匹配，减小燃烧室横墙温度波动。

进一步地，所述煤气支管与每个下喷管之间安装的调节旋塞能用于调节燃烧室各立火道的煤气流量，保证燃烧室横墙温度曲线的一致性。

进一步地，在一个煤气换向周期中，燃烧室煤气主管系统供给恒定的煤气量，燃烧室煤气主管系统采用限流孔板方式设定恒定的煤气流速，通过改变一个换向周期中煤气支管开闭阀的开阀时长调节一个交换周期内煤气支管通过煤气量，进而达到调节一个煤气换向周期中燃烧室煤气供给总量，所述煤气供给总量＝主管煤气量+支管煤气量。

本发明大型焦炉的高炉煤气前馈调节加热系统及调节方法，能有效降低炼焦能耗和提高炼焦生产效率，满足炼焦生产高效、节能和环保的要求。与现有技术相比较具有以下优点：

1)焦炉热工调节手段灵活、简单、灵敏度高。

2)根据燃烧室横墙温度波动幅度动态调节煤气量，炭化室装煤初期需热量大时，在煤气主管稳定供给量条件下，增加煤气支管系统煤气供给量，提高煤料结焦速度，具有改善焦炭质量和提高生产效率的效果。在炭化室结焦末期需热量减少时，停止煤气支管系统的煤气供给，可以减少煤气消耗、节约能源。

3)焦炉高炉煤气双通道、高精度前馈调节加热系统的调节方法可以在现有已投产的大型焦炉生产中应用，具有良好的社会效益和经济效益。

附图说明

图1为大型焦炉的高炉煤气前馈调节加热系统的结构示意图；

图2为大型焦炉的高炉煤气前馈调节加热系统下喷管安装平面示意图；

图3为大型焦炉的高炉煤气前馈调节加热系统下喷管安装断面示意图。

其中，1.煤气总管、2.煤气主管、3.旋塞、4.第一限流孔板、5.废气开闭器、6.煤气支管、7.开闭阀、8.第二限流孔板、9.调节旋塞、10.下喷管、11.煤气蓄热室烟道、12.格子砖、13.篦子砖、14.空气蓄热室烟道、15.蓄热室主墙、16.蓄热室隔墙、17.焦炉基础。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进一步说明：

实施例1

本实施例公开了一种大型焦炉煤气双通道、高精度、前馈调节加热系统，如图1-3所示，包括煤气总管1、燃烧室煤气主管系统、燃烧室煤气支管系统、补充空气系统；

所述燃烧室煤气主管系统包括煤气主管2、旋塞3、第一限流孔板4和废气开闭器5，所述燃烧室煤气支管系统包括煤气支管6、开闭阀7、第二限流孔板8、调节旋塞9和下喷管10；所述补充空气系统包括压缩空气管、压缩空气支管、开闭阀和限流孔板；

所述煤气总管1在焦炉地下室沿焦炉纵向布置；

所述燃烧室煤气主管系统连接在煤气总管上，所述煤气总管1经煤气主管2和废气开闭器5与每个煤气蓄热室烟道11连接，所述煤气主管2上沿煤气流动方向顺次安装旋塞3和第一限流孔板4；每个所述煤气主管2的旋塞3间通过连杆机构相连，每个所述煤气主管2的废气开闭器5间通过连杆机构相连，所述连杆机构通过液压交换机驱动。

所述每个燃烧室煤气支管系统连接在煤气总管1上，所述煤气总管1通过煤气支管6和下喷管10与每个煤气蓄热室分格区连接；所述煤气支管6上沿煤气流动方向顺次安装开闭阀7和第二限流孔板8，所述第二限流孔板8后的煤气支管6与每个下喷管10之间安装调节旋塞9，所述下喷管10自下而上穿过焦炉基础17与蓄热室分格区连通，所述蓄热室的每个蓄热室分格区设一个下喷管10；具体地，每个所述燃烧室煤气支管系统中的下喷管10是穿过焦炉基础17和蓄热室隔墙16的预留孔插入到烟道篦子砖13上方、格子砖12下方的蓄热室分格区，使下喷煤气不通过篦子砖进入蓄热室分格区。蓄热室主墙15是气流上升蓄热室与气流下降蓄热室之间的隔墙，蓄热室主墙与蓄热室隔墙结构形式不同。每个所述煤气支管6的开闭阀7配套气动执行机构。

所述压缩空气管在焦炉地下室沿焦炉纵向布置，所述压缩空气管分别通过各压缩空气支管与对应空气蓄热室烟道14连接，所述压缩空气支管上安装开闭阀。

所述大型焦炉的高炉煤气前馈调节加热系统还包括控制系统，所述控制系统分别煤气主管的旋塞3的液压交换机、废气开闭器5的液压交换机、煤气支管的开闭阀7气动执行机构、装煤车装煤操作机构、焦炉直行温度、横墙温度、火落温度的测温传感器电连。

实施例2

本实施例公开了一种大型焦炉的高炉煤气前馈调节方法，可采用实施例1所述加热系统。

所述大型焦炉的高炉煤气前馈调节方法包括以下步骤：煤气总管内的煤气经燃烧室煤气主管系统和燃烧室煤气支管系统分别进入蓄热室加热后，向燃烧室供气，形成双通道煤气供给。即所述燃烧室煤气供给量由燃烧室煤气主管系统和燃烧室煤气支管系统经蓄热室共同向燃烧室供气。在一个结焦周期内燃烧室煤气供给变化量是通过煤气支管系统调节实现，煤气支管系统调节灵敏、控制精度高，各煤气支管系统调节时彼此干扰小。

具体地，所述燃烧室燃烧煤气总量的85％由煤气主管系统经废气开闭器5、煤气蓄热室烟道11进入煤气蓄热室分格区，所述燃烧室煤气主管系统煤气按恒流速供给；所述燃烧室燃烧煤气总量的15％由燃烧室煤气支管系统经下喷管10穿过焦炉基础17、蓄热室隔墙16进入煤气蓄热室分格区，煤气支管6是根据前馈系统中炭化室装煤顺序和燃烧室横墙温度波动预判模型进行供给的煤气量调节，系统调节灵敏度高；补充空气系统与煤气支管6供给煤气同步工作，补充空气系统将空气下喷进入空气蓄热室。

控制系统根据设定的交换时间通过液压交换机定时驱动连杆移动，使各煤气主管2的旋塞3同步开、闭动作，实现煤气与烟气蓄热换向。控制系统通过执行机构独立进行煤气支管6的开闭阀7的开、闭动作，实现煤气的供、停操作；根据前馈系统中炭化室装煤顺序和燃烧室横墙温度波动预判模型调节对应燃烧室煤气支管开闭阀7的开阀供气时间，进而调节燃烧室支管煤气供给量。实现燃烧室煤气总供给量与炭化室装煤料炼焦需热量相匹配，减小燃烧室横墙温度波动。

所述煤气支管6与每个下喷管10之间安装的调节旋塞9能用于调节燃烧室各立火道的煤气流量，保证燃烧室横墙温度曲线的一致性。

在一个煤气换向周期中，燃烧室煤气主管系统供给恒定的煤气量，燃烧室煤气主管系统采用限流孔板4方式设定恒定的煤气流速，通过改变一个换向周期中煤气支管开闭阀7的开阀时长调节一个交换周期内煤气支管通过煤气量，进而达到调节一个煤气换向周期中燃烧室煤气供给总量(主管煤气量+支管煤气量)。

当焦炉n号炭化室装煤，蓄热室交换时间确定20min/次，平均流量85％的煤气通过蓄热室煤气主管进入n号蓄热室的煤气蓄热室烟道11，煤气通过篦子砖进入蓄热—换热区，对应流量的空气同样途径进入燃烧室；部分煤气由煤气总管经蓄热室煤气支管通过下喷管分别进入煤气蓄热室分格区，与经由煤气蓄热室烟道11、篦子砖13的煤气混合。煤气经蓄热—换热后分别进入n号和n+1号燃烧室。蓄热室煤气支管限流孔板设定煤气流量室平均流量的30％。在炭化室装煤开始至结焦时间结束，煤气支管开闭阀的时间与煤气供给量关系见表1。

本实施例大型焦炉高炉煤气双通道、高精度、前馈调节加热系统和调节方法的具体参数如下：

(一个煤气蓄热室需要供给2个燃烧室煤气)

一个结焦周期内，煤气蓄热室向燃烧室供给的煤气量是由燃烧室煤气主管系统和燃烧室支管系统煤气供气之和。一个结焦周期内各时间段燃烧室煤气供给量见下表：

表1

T1	0～2	2～4	4～6	6～8	8～10	10～12	12～14	14～16	16～18	18～20
											V1	5640	5640	5640	5640	5640	5640	5640	5640	5640	5640
T2	20×6	15×6	10×6			20×6	15×6	10×6
											V2	1920	1440	960			1920	1440	960
V总	7560	7080	6600	5640	5640	7560	7080	6600	5640	5640

V1燃烧室煤气主管系统2小时煤气供给量

V2燃烧室支管系统煤气在不同时刻2小时煤气供给量

V总煤气蓄热室2小时煤气供给量

T1炭化室装煤之推焦之间不同时间段，2小时内有6次交换

T2 2小时时间段内，燃烧室支管系统煤气开闭阀开阀供气总时间

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种大型焦炉的高炉煤气前馈调节加热系统，其特征在于，包括煤气总管(1)、燃烧室煤气主管系统、燃烧室煤气支管系统和补充空气系统；

所述燃烧室煤气主管系统包括煤气主管(2)、旋塞(3)、第一限流孔板(4)和废气开闭器(5)，所述燃烧室煤气支管系统包括煤气支管(6)、开闭阀(7)、第二限流孔板(8)、调节旋塞(9)和下喷管(10)；所述补充空气系统包括压缩空气管、压缩空气支管、开闭阀和限流孔板；

所述煤气总管(1)在焦炉地下室沿焦炉纵向布置；所述燃烧室煤气主管系统连接在煤气总管(1)上，所述煤气总管(1)通过煤气主管(2)和废气开闭器(5)与每个煤气蓄热室烟道(11)连接，所述煤气主管(2)上沿煤气流动方向顺次安装旋塞(3)和第一限流孔板(4)；所述每个燃烧室煤气支管系统连接在煤气总管(1)上，所述煤气总管(1)通过煤气支管(6)和下喷管(10)与每个煤气蓄热室分格区连接；所述煤气支管(6)上沿煤气流动方向顺次安装开闭阀(7)和第二限流孔板(8)，所述第二限流孔板(8)后的煤气支管(6)与每个下喷管(10)之间安装调节旋塞(9)，所述下喷管(10)自下而上穿过焦炉基础(17)与蓄热室分格区连通，所述蓄热室的每个蓄热室分格区设一个下喷管(10)；所述压缩空气管在焦炉地下室沿焦炉纵向布置，所述压缩空气管分别通过各压缩空气支管与对应空气蓄热室烟道(14)连接，所述压缩空气支管上安装开闭阀。

2.根据权利要求1所述大型焦炉的高炉煤气前馈调节加热系统，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统分别与煤气主管的旋塞(3)的液压交换机、废气开闭器(5)的液压交换机相连，与煤气支管的开闭阀(7)气动执行机构相连，与装煤车装煤操作机构相连，与焦炉直行温度、横墙温度、火落温度的测温传感器相连。

3.根据权利要求1所述大型焦炉的高炉煤气前馈调节加热系统，其特征在于，每个所述煤气主管(2)的旋塞(3)间通过连杆机构相连，每个所述煤气主管(2)的废气开闭器(5)间通过连杆机构相连，所述连杆机构通过液压交换机驱动。

4.根据权利要求1所述大型焦炉的高炉煤气前馈调节加热系统，其特征在于，每个所述煤气支管(6)的开闭阀(7)配套气动执行机构。

5.根据权利要求1所述大型焦炉的高炉煤气前馈调节加热系统，其特征在于，每个所述燃烧室煤气支管系统中的下喷管(10)是穿过焦炉基础(17)和蓄热室隔墙(16)的预留孔插入到烟道篦子砖(13)上方、格子砖(12)下方的蓄热室分格区，使下喷煤气不通过篦子砖进入蓄热室分格区。

6.一种大型焦炉的高炉煤气前馈调节方法，其特征在于，包括以下步骤：煤气总管内的煤气经燃烧室煤气主管系统和燃烧室煤气支管系统分别进入蓄热室加热后，向燃烧室供气，形成双通道煤气供给。

7.根据权利要求6所述大型焦炉的高炉煤气前馈调节方法，其特征在于，在一个结焦周期内，燃烧室煤气供给变化量是通过煤气支管系统调节实现。

8.根据权利要求6所述大型焦炉的高炉煤气前馈调节方法，其特征在于，所述燃烧室燃烧煤气总量的80～90％由煤气主管系统经废气开闭器、煤气蓄热室烟道进入煤气蓄热室分格区，所述燃烧室煤气主管系统煤气按恒流速供给；所述燃烧室燃烧煤气总量的10～20％由燃烧室煤气支管系统经下喷管穿过焦炉基础、蓄热室隔墙进入煤气蓄热室分格区，煤气支管是根据前馈系统中炭化室装煤顺序和燃烧室横墙温度波动预判模型进行供给的煤气量调节；补充空气系统与煤气支管供给煤气同步将空气下喷进入空气蓄热室。

9.根据权利要求6所述大型焦炉的高炉煤气前馈调节方法，其特征在于，控制系统根据设定的交换时间通过液压交换机定时驱动连杆移动，使各煤气主管的旋塞和废气开闭器同步开、闭动作，实现煤气与烟气蓄热换向；控制系统通过执行机构独立进行煤气支管的开闭阀的开、闭动作，实现煤气的供、停操作；根据前馈系统中炭化室装煤顺序和燃烧室横墙温度波动预判模型调节对应燃烧室煤气支管开闭阀的开阀供气时间。

10.根据权利要求6所述大型焦炉的高炉煤气前馈调节方法，其特征在于，在一个煤气换向周期中，燃烧室煤气主管系统供给恒定的煤气量，燃烧室煤气主管系统采用限流孔板方式设定恒定的煤气流速，通过改变一个换向周期中煤气支管开闭阀的开阀时长调节一个交换周期内煤气支管通过煤气量，进而达到调节一个煤气换向周期中燃烧室煤气供给总量。

Images