CN116042240A - 一种可降低干法熄焦过程中焦炭烧损的系统 - Google Patents

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曹贵杰
关少奎
黄海龙
谢金平
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高继辉
梁文华
代鑫
马超
刘洋
郭德英
赵鹏
朱长军
郭海涛
张玉国
王奇
薛立民
李东涛
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Abstract

本发明公开一种可降低干法熄焦过程中焦炭烧损的系统，涉及冶金技术领域，解决了相关技术中干熄焦中焦炭烧损率过高的技术问题。环形烟道、高温换热器、循环风机、低温换热器、干熄焦炉底部依次连通形成循环风道，干熄焦炉包括近出口侧和远出口侧，气体成分检测装置与循环风道连接，循环气体补气管道另一端连接至干熄焦炉的远出口侧且低于环形烟道的位置处，多个测温装置设置于环形烟道内，环形烟道的顶部设置有多个外部气体导入口。一方面能够迅速将远出口侧的温度降低，改善干熄焦系统内气流分布，进而降低焦炭烧损反应速率，达到降低焦炭烧损的效果；另一方面通过对干熄焦炉内气流分布均匀化，也可降低干熄焦风量比，降低系统能耗。

Description

一种可降低干法熄焦过程中焦炭烧损的系统
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种可降低干法熄焦过程中焦炭烧损的系统。
背景技术
干熄焦工艺普遍存在焦炭烧损现象，焦炭烧损率设计值一般在0.9％～1.0％。然而，不少单位实际的焦炭烧损率高于设计值，甚至达到2％以上。焦炭烧损不仅会导致焦炭灰分增加，还会造成焦炭资源的浪费。
发明内容
本申请提供一种可降低干法熄焦过程中焦炭烧损的系统，解决了相关技术中干熄焦中焦炭烧损率过高的技术问题。
本申请提供一种可降低干法熄焦过程中焦炭烧损的系统，包括干熄焦炉、高温换热器、循环风机、低温换热器、气体成分检测装置、循环气体补气管道和多个测温装置，干熄焦炉具有环形烟道，环形烟道、高温换热器、循环风机、低温换热器、干熄焦炉底部依次连通形成循环风道，干熄焦炉包括靠近循环风道的近出口侧、与近出口侧相对的远出口侧，气体成分检测装置与循环风道连接于循环风机与低温换热器之间，气体成分检测装置以检测循环风道中的可燃成分浓度，循环气体补气管道一端与循环风道位于低温换热器的部分连通，循环气体补气管道另一端连接至干熄焦炉的远出口侧且低于环形烟道的位置处，循环气体补气管道设置有启闭阀门，多个测温装置沿环形烟道的环向均匀间隔设置于环形烟道内，环形烟道的顶部沿环形烟道的环向均匀间隔设置有多个外部气体导入口，外部气体导入口配置有调节阀。
可选地，系统通过循环气体补气管道和外部气体导入口以使干熄焦炉内的远出口侧区域的温度不超过1000℃。
可选地，系统还通过循环气体补气管道和外部气体导入口以使运行于循环风道的循环气体的可燃成分浓度保持在安全水平。
可选地，在位于远出口侧的测温装置的检测温度超过1000℃，且气体成分检测装置检测的可燃成分浓度升高时，将启闭阀门打开，通过调节阀以使远出口侧的外部气体导入口的进风量逐渐减小、其余的外部气体导入口的进风量逐渐加大，直至气体成分检测装置检测到循环气体中的可燃成分浓度降低至安全水平。
可选地，可燃成分包括CO和H2。
可选地，系统包括第一除尘器，第一除尘器连通于干熄焦炉的环形烟道与高温换气热之间。
可选地，系统包括第二除尘器，第二除尘器连接于高温换热器与循环风机之间。
可选地，干熄焦炉包括预存段、冷却段和环形烟道，干熄焦炉于冷却段与环形烟道之间的位置处设置有多个斜支撑。
可选地，外部气体导入口的数量为斜支撑的数量的三分之一。
可选地，测温装置的数量为斜支撑的数量的六分之一。
本申请有益效果如下：本申请提供一种可降低干法熄焦过程中焦炭烧损的系统，通过对循环气体补气管道和外部气体导入口的安装设置，具体在远出口侧由于气量少而存在温度偏高时，存在的高温区会大幅提高焦炭烧损，通过启闭阀门控制循环气体补气管道向干熄焦炉的远出口侧区域补入循环气体，从而加大远出口侧的风量；通过调节阀使远出口侧的外部气体导入口的进风量逐渐减小，而其余的外部气体导入口的进风量逐渐加大；一方面能够迅速将远出口侧的温度降低，改善干熄焦系统内气流分布，进而降低焦炭烧损反应速率，达到降低焦炭烧损的效果；另一方面通过对干熄焦炉内气流分布均匀化，也可降低干熄焦风量比，降低系统能耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。
图1为现有140t/h干熄焦环形烟道顶部空气导入和循环气体旁通的布置示意图；
图2为焦炭烧损反应速率随温度和气氛变化的影响的示意图；
图3为本申请提供的可降低干法熄焦过程中焦炭烧损的系统的示意图。
图4为图3中外部气体导入口和测温装置的分布示意图。
附图标注：1-干熄焦炉，1a-预存段，1b-冷却段，1c-环形烟道，1d-斜支撑，1e-近出口侧，1f-远出口侧，2-第一除尘器，3-高温换热器，4-第二除尘器，5-循环风机，6-低温换热器，7-气体成分检测装置，8-循环气体补气管道，8a-启闭阀门，9-外部气体导入口，9a-调节阀，10-测温装置。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种可降低干法熄焦过程中焦炭烧损的系统，解决了相关技术中干熄焦中焦炭烧损率过高的技术问题。
本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
一种可降低干法熄焦过程中焦炭烧损的系统，包括干熄焦炉、高温换热器、循环风机、低温换热器、气体成分检测装置、循环气体补气管道和多个测温装置，干熄焦炉具有环形烟道，环形烟道、高温换热器、循环风机、低温换热器、干熄焦炉底部依次连通形成循环风道，干熄焦炉包括靠近循环风道的近出口侧、与近出口侧相对的远出口侧，气体成分检测装置与循环风道连接于循环风机与低温换热器之间，气体成分检测装置以检测循环风道中的可燃成分浓度，循环气体补气管道一端与循环风道位于低温换热器的部分连通，循环气体补气管道另一端连接至干熄焦炉的远出口侧且低于环形烟道的位置处，循环气体补气管道设置有启闭阀门，多个测温装置沿环形烟道的环向均匀间隔设置于环形烟道内，环形烟道的顶部沿环形烟道的环向均匀间隔设置有多个外部气体导入口，外部气体导入口配置有调节阀。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
干熄焦工艺普遍存在焦炭烧损现象，焦炭烧损率设计值一般在0.9％～1.0％。然而，不少单位实际的焦炭烧损率高于设计值，甚至达到2％以上。焦炭烧损不仅会导致焦炭灰分增加，还会造成焦炭资源的浪费。
有关焦炭烧损的反应原理，包括以下几项：
C+1/2O2＝CO————(1)
C+O2＝CO2————(2)
C+CO2＝2CO————(3)
CO+1/2O2＝CO2————(4)
C+H2O＝CO+H2————(5)
发明人归纳总结，关于反应(1)、(2)造成的焦炭烧损，主要由装焦过程中带入空气，或系统负压区漏入空气，或环形烟道导入空气过量所致。反应(3)和(5)造成的焦炭烧损，是由系统内循环气体中存在的CO2和H2O造成的。
发明人发现，当前对于如何降低焦炭烧损尚无有效措施，并且研究亦不深入。目前降低焦炭烧损的研究主要针对降低CO2与焦炭的反应(即反应(3))，尽管也有人注意到导入空气中带入的水的影响，但对焦炭烧损反应的实质的认识并不充分，不能提出经济有效地应对措施。
为充分说明本实施例的发明思路，在此还做进一步说明，如下：请参照图1，图1展示现有140t/h干熄焦环形烟道顶部空气导入和循环气体旁通的布置示意，具体为一侧进行空气导入、另一侧进行循环气体旁通的方案。在图1中，具体地，将斜支撑划分成四个组和一些单个存在，相邻两斜支撑夹合形成气体通道，在每组中多个气体通道的顶部互通、共用，每组的顶部空间与导入空气的一分支管路或者循环气体旁通的一分支管路相连通。
发明人对不同工况时干熄焦炉内温度分布进行计算，得到下表。
Figure BDA0003839891880000051
同时，发明人通过实验研究了焦炭烧损反应速率随温度和气氛变化的影响，研究结论包括图2所示，图2展示有气体中水蒸气含量0％和4.5％的两个样本；其中，循环气体中一般含有3％-8％的水蒸气，在实验时按照4.5％的水蒸气模拟研究；具体参照图2，当温度超过1000℃时焦炭烧损反应速率大幅提高。
在干熄焦炉内热场中，远出口侧气量较少，气体带走的热量较少，导致远出口侧温度偏高；近出口侧负压值更低(与远出口侧负压值相比)，近出口侧气量较多，气体带走的热量较多，导致近出口侧温度偏低。在干熄焦炉运行过程中，存在外部气体导入口布置不合理的问题。当存在如图1所示的导入外部气体、循环气体旁通导入和气体偏流等现象时，均会导致干熄焦炉内热场分布不均匀，导致存在高温区。例如，通过计算可知，当空气导入量仅为循环气体流量的5％时，远侧气流速度降低20％即近侧出口气流速度升高20％时，环形烟道远出口侧均温可达1072℃，此时焦炭烧损反应速率大幅提高。
因此，发明人发明了一种可降低干法熄焦过程中焦炭烧损的系统，请参照图3和图4，系统包括干熄焦炉1、高温换热器3、循环风机5、低温换热器6、气体成分检测装置7、循环气体补气管道8和多个测温装置10，干熄焦炉1具有环形烟道1c，环形烟道1c、高温换热器3、循环风机5、低温换热器6、干熄焦炉1底部依次连通形成循环风道，干熄焦炉1包括靠近循环风道的近出口侧1e、与近出口侧1e相对的远出口侧1f，气体成分检测装置7与循环风道连接于循环风机5与低温换热器6之间，气体成分检测装置7以检测循环风道中的可燃成分浓度，循环气体补气管道8一端与循环风道位于低温换热器6的部分连通，循环气体补气管道8另一端连接至干熄焦炉1的远出口侧1f且低于环形烟道1c的位置处，循环气体补气管道8设置有启闭阀门8a，多个测温装置10沿环形烟道1c的环向均匀间隔设置于环形烟道1c内，环形烟道1c的顶部沿环形烟道1c的环向均匀间隔设置有多个外部气体导入口9，外部气体导入口9配置有调节阀9a。
当位于远出口侧1f的测温装置10检测到的温度超过1000℃，而且气体成分检测装置7所检测到循环气体中的可燃成分浓度升高时，可燃成分包括CO和H2，系统控制启闭阀门8a和相关调节阀9a，具体将启闭阀门8a打开，循环气体补气管道8对干熄焦炉1进行补气，使得干熄焦炉1内远出口侧1f的风量加大；通过调控调节阀9a，将位于远出口侧1f的外部气体导入口9的进风量逐渐减小，而其余的外部气体导入口9的进风量逐渐加大；同时，通过气体成分检测装置7关注循环气体成分变化。直至循环气体中的可燃成分浓度降低至安全水平时，停止所有调节工作。
其中包括，当干熄焦炉1内存在偏析时，通过将启闭阀门8a打开，通过循环气体补气管道8对干熄焦炉1的远出口侧1f区域补入循环气体，以使干熄焦炉1内气体尽量均匀分布。
综上，通过本实施例的可降低干法熄焦过程中焦炭烧损的系统，一方面能够迅速将远出口侧1f的温度降低，进而降低焦炭烧损反应速率，达到降低焦炭烧损的效果，另一方面通过对干熄焦炉1内气流分布均匀化，也可降低干熄焦风量比，降低系统能耗。
可选地，本系统通过循环气体补气管道8和外部气体导入口9以使干熄焦炉1内的远出口侧1f区域的温度不超过1000℃。
可选地，系统还通过循环气体补气管道8和外部气体导入口9以使运行于循环风道的循环气体的可燃成分浓度保持在安全水平，具体对反应(5)：C+H2O＝CO+H2做出限制。
在某些可实施方案中，系统包括第一除尘器2，第一除尘器2连通于干熄焦炉1的环形烟道1c与高温换气热之间。
在某些可实施方案中，系统包括第二除尘器4，第二除尘器4连接于高温换热器3与循环风机5之间。
在某些可实施方案中，干熄焦炉1包括预存段1a、冷却段1b和环形烟道1c，干熄焦炉1于冷却段1b与环形烟道1c之间的位置处设置有多个斜支撑1d。
可选地，请参照图4，外部气体导入口9的数量为斜支撑1d的数量的三分之一。
可选地，请参照图4，测温装置10的数量为斜支撑1d的数量的六分之一。
在某些可实施方案中，干熄焦炉1设置有36个斜支撑1d，设置有12处外部气体导入口9，设置有6个测温装置10。
还需要说明的是，在图4中，标号9所指向的圆形线条、标号10指示测温装置10所连接的方形线条，不代表实际位置布置，而仅示意外部气体导入口9沿环形烟道1c的环向均匀间隔设置、测温装置10沿环形烟道1c的环向均匀间隔设置，且外部气体导入口9与测温装置10要隔开设置。
还需要说明的是，在图3所示斜支撑1d处，实际是利用相邻两斜支撑1d间形成的气体通道，使得干熄焦炉1的冷却段1b与环形烟道1c连通。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种可降低干法熄焦过程中焦炭烧损的系统，其特征在于，所述系统包括：
干熄焦炉、高温换热器、循环风机和低温换热器，所述干熄焦炉具有环形烟道，所述环形烟道、所述高温换热器、所述循环风机、所述低温换热器、所述干熄焦炉底部依次连通形成循环风道，所述干熄焦炉包括靠近所述循环风道的近出口侧、与所述近出口侧相对的远出口侧；
气体成分检测装置，与所述循环风道连接于所述循环风机与所述低温换热器之间，以检测所述循环风道中的可燃成分浓度；
循环气体补气管道，一端与所述循环风道位于所述低温换热器的部分连通，另一端连接至所述干熄焦炉的所述远出口侧且低于所述环形烟道的位置处，所述循环气体补气管道设置有启闭阀门；
多个测温装置，沿所述环形烟道的环向均匀间隔设置于所述环形烟道内；
其中，所述环形烟道的顶部沿所述环形烟道的环向均匀间隔设置有多个外部气体导入口，所述外部气体导入口配置有调节阀。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统通过所述循环气体补气管道和所述外部气体导入口以使所述干熄焦炉内的所述远出口侧区域的温度不超过1000℃。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还通过所述循环气体补气管道和所述外部气体导入口以使运行于所述循环风道的循环气体的可燃成分浓度保持在安全水平。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，在位于所述远出口侧的所述测温装置的检测温度超过1000℃，且所述气体成分检测装置检测的可燃成分浓度升高时，将所述启闭阀门打开，通过所述调节阀以使所述远出口侧的所述外部气体导入口的进风量逐渐减小、其余的所述外部气体导入口的进风量逐渐加大，直至所述气体成分检测装置检测到所述循环气体中的可燃成分浓度降低至所述安全水平。
5.如权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于，所述可燃成分包括CO和H2。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括第一除尘器，所述第一除尘器连通于所述干熄焦炉的环形烟道与所述高温换气热之间。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括第二除尘器，所述第二除尘器连接于所述高温换热器与所述循环风机之间。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述干熄焦炉包括预存段、冷却段和所述环形烟道，所述干熄焦炉于所述冷却段与所述环形烟道之间的位置处设置有多个斜支撑。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述外部气体导入口的数量为所述斜支撑的数量的三分之一。
10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述测温装置的数量为所述斜支撑的数量的六分之一。
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