CN1242024C

CN1242024C - 换热室式热回收炼焦炉

Info

Publication number: CN1242024C
Application number: CN 200410034978
Authority: CN
Inventors: 程相魁
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-05-02
Filing date: 2004-05-02
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2024-05-02
Also published as: CN1570024A

Abstract

本发明是一种室式炼焦炉，属于煤高温干馏炼焦设备。本发明的主要特点是：煤在炭化室中隔绝空气干馏，产生的热荒煤气不外引冷却，大部分进入水平煤气道，经煤气分配孔均分给相邻燃烧室，其余经煤气平衡道分配给各燃烧室，空气由换热室预热经直立空气通道，分段供给立火道助煤气燃烧；经除尘后的热废气供余热锅炉产生蒸汽发电。达到焦化企业工艺废水零产生、装煤时烟尘零排放和生产焦炭、电两种产品的目的。

Description

换热室式热回收炼焦炉

技术领域

本发明是一种室式炼焦炉，属于煤高温干馏炼焦装置。

背景技术

机械化常规炼焦炉经过一个多世纪的发展，其炉体结构主要为满足庞杂的化产回收工艺流程而趋于“带有蓄热室结构的焦炉炉体”的模式。目前，在很多地方的炼焦工业成了当地的污染大户。首先，这种炉体结构在装煤时会产生大量的BaP、SO₂、H₂S、NO_X、TSP等大气污染物，这些污染物必须收集治理，目前的治理方法主要是采用高压氨水(或蒸汽)喷射、装煤车上配洗涤与净化联合系统等技术；另外由于石油化工工业逐步大型化和高效化，化工产品的生产成本大幅度降低，且质量在不断提高，大量的炼焦化工产品被高质而廉价的石油化工产品取代，导致炼焦的副产化工产品的市场竞争能力日渐衰退；传统炼焦炉型由于化产回收所必须的煤气低温处理工艺，工艺废水成为焦化企业最主要的污染源，首先从炭化室干馏出的800℃左右热荒煤气要被循环氨水冷却到85℃左右，而后再进一步冷却到30℃以下，这一工艺过程不仅浪费了大量的热量，而且会产生大量的剩余氨水(当入炉煤水份为10％，化合水份为2％，煤气产量为300Nm³/t干煤时，每产生1Nm³煤气会有约444.44g的水进入煤气系统，被冷却后即成为剩余氨水，这些水中携带有大量的酚、氰等有害物质)，这些剩余氨水需要经过蒸氨、生化处理等一系列的净化措施，才能复用和排放。一座年产40万吨焦炭的焦化厂整套剩余氨水处理装置需投资2400万元以上，吨焦投资高达60元，运行费用吨焦10元以上，这样巨大的环保投资费用和生产成本，大大降低了焦化企业的经济效益。这些工艺废水经过生化处理后，仍然含有一定量的酚、氰等有害物质，其浓度很难达到环保排放标准，即使达标排放，也只能说是它达到了各国在无可奈何的情况下，按目前工艺制定的排放最低标准，而不能说其污染物达到了对生态环境无危害的效果。这部分工艺废水成年累月的大量外排，严重污染了人类赖以生活的地表水和地下水，直接影响到人类生存的环保资源。加之化产回收系统需要一整套庞杂的设施，这一切均是以牺牲大量宝贵的财力资源、土地资源、电力资源、人力资源及水资源为代价的。另外常规炼焦工艺的蓄热室炉体结构，虽然在热能利用上提高了入炉空气和煤气的温度，减少了加热煤气的消耗量，但在其他角度又存在一定的固有缺陷。首先炉体内大量的价格高昂的格子砖和复杂的换向设施，不仅提高了投资而且复杂了操作过程；同时常规炼焦炉为交替加热，即上升气流为加热期，下降气流为降温期，每隔约30分钟换向一次，火道在冷却期的温度能下降80℃以上，整体燃烧室平均温度与实际炼焦温度相差40℃以上，因而造成了加热速度慢，增加了炭化时间，不利于快速结焦，相对降低了焦炉的生产效率，也降低了弱粘结煤的配比；另外，由于空气预热温度高，导致燃烧速度快，废气中的NO_X含量大大增加。传统蓄热式焦炉在环保与经济效益双赢的面前举步维艰，其投资大、污染重、生产成本高的弊端日趋明显和难以克服。早在二十世纪的70年代美国就已经提出搞无回收焦炉，德国在80年代又相继提出21世纪焦化企业只生产两种产品-焦炭和煤气的工艺思路。发达国家的做法值得我们思考。焦化科研领域很快涌现出一批无回收的炼焦炉型，但多属改良焦炉范畴，仅仅在蜂窝式焦炉、倒焰式焦炉的基础上稍做发展，未设空气预热装置。

这些焦炉仍存在一定的缺陷。内热式无回收焦炉由于其炭化室与燃烧室不分开，结焦末期以炼焦煤的自燃供应干馏所需热量，煤耗增加了5％以上，因而结焦率低、灰份高；历史上出现过的及现在正在生产的倒焰式焦炉，虽然炭化室与燃烧室是分开的，但仍然存在加热煤气不能对结焦过程各阶段的需要量合理有效分配，出现结焦前期煤气过剩、后期不足的技术工艺难点，通常解决的方式也只能是采取结焦后期靠焦炭自燃的方式，满足干馏所需热量，并延长结焦时间(长达48～80h)。这些无回收焦炉由于没有相应的空气预热手段，不能用挥发份低的配煤炼焦，否则会出现煤气不足的问题，不仅局限了炼焦煤源，而且仍然不能解决焦炭的自燃，延长了结焦时间，造成生产效率低、煤资源浪费等缺点。德国迪迪尔公司在普罗斯佩焦化厂建造的换热式焦炉虽然采用了换热装置，但其采用的材料是特种金属，不仅投资高昂，而且寿命短，其推广受到了很大的限制。

发明内容

本发明是设计一种通过煤气的合理分配、空气的有效预热，实现无回收炼焦炉在保证焦炭质量的前提下，具有煤种适应广、生产效率高、投资低、能耗低、生产成本低、环境保护好等特点的新型炼焦炉型。该发明是以实现焦化企业的洁净生产为目的，并以源头控制污染为设计原则，没有工艺废水、没有装煤时的烟尘污染，实现焦化企业生产两种产品——焦炭和电的工艺流程，有效解决传统炼焦炉存在的环境污染与投资及经济效益之间的矛盾。

本发明由相间排列的炭化室、燃烧室及炉顶、斜道、换热室、焦炉基础组成。其特征是：炭化室顶部设有水平煤气道，燃烧室顶部设有煤气分配孔，炉顶区设有煤气平衡道；炭化室与水平煤气道相连，水平煤气道与煤气分配孔相连；燃烧室由若干立火道组成，这些火道均为加热火道，立火道相互之间的隔墙内设有直立空气通道，其顶部与中部设有空气分配口；炭化室与燃烧室底部设有由高导热耐火材料砌筑的换热室，该换热室设有呈迂回式多层相间排列的空气预热道和废气道；换热室顶部还设有可除尘的集尘气灰分离道；换热室与焦炉基础之间设基础冷却道。

从各炭化室干馏出的热煤气大部分进入其顶部的水平煤气道，再经煤气分配孔均匀分配给各立火道，与空气分段混合燃烧加热；其余热煤气通过煤气平衡道分配给结焦末期炭化室相邻的燃烧室，有效调节整个炉体纵向加热煤气量的均匀性，合理分配干馏过程各阶段所需的煤气量，解决了结焦前期煤气过剩、后期不足的技术难点。由于该炉体采用了耐火材料换热装置，利用高温废气对空气进行预热，以及采用了合理的煤气分配工艺，在生产过程中煤气经煤气平衡道进一步分配后，仍会有剩余，多余的煤气引入外设的余热锅炉燃烧室进行燃烧，燃烧后的废气由余热锅炉将热量吸收后，温度降至200～150℃，然后由引风机将废气送入脱硫塔，脱硫后的烟气由烟囱排出。余热锅炉产生的高压蒸汽供给汽轮发电机组发电。冷空气由基础冷却道引入换热室，换热室设有多层相间排列的空气预热道和废气道，两者由隔墙分开，热量交换通过隔墙的传递进行连续间接换热，隔墙采用带有波纹状的高导热耐火材料，有效提高换热效率；换热室一般设二层以上迂回式水平通道，空气在此接受两侧隔墙之热量被预热到500℃左右，经预热后由斜道进入立火道隔墙内设有空气分配口的直立空气通道，再进入燃烧室，然后与煤气混合燃烧；空气分配口有效调节燃烧室上下段的空气供给量，煤气在立火道内可以得到充分的燃烧，保证炭化室高向加热的均匀性，使焦饼上下同时成熟。由于炭化室通过水平煤气道和煤气分配口与燃烧室相通，装煤时炭化室为负压，烟尘气均进入燃烧室燃烧；这种工艺虽使烟尘不外逸，实现了无烟装煤，但燃烧后的高温废气中会含有一定量的粉尘，本发明在换热室顶部设可除尘的集尘气灰分离道，由燃烧室带来的粉尘经集尘气灰分离道气灰分离后，使灰尘降落在该道中，需要清理时，打开其两侧封墙即可将灰尘清除。废气被除尘后进入废气道，通过波纹状的隔墙将热量传给相邻通道内的空气，然后废气通过焦侧的炉底烟道被送入余热锅炉。换热室与焦炉基础之间设有基础冷却道，进入换热室前的空气在该道中形成冷空气垫层，隔断了上部的热下传给基础，在保护焦炉基础的同时，亦使空气在此得到了第一次的预热。

本发明采用换热室结构，通常将空气预热到500℃以上，即可有效解决用挥发份低的配煤炼焦时的煤气不足问题。该换热室的换热过程为间接连续式，不存在换向问题，火道加热连续稳定；另外其燃烧室的立火道均为加热火道，相当于比传统蓄热室焦炉燃烧室增加了一倍的加热火道数，不仅能提高焦炉的横向加热均匀性，而且有利于缩短结焦时间，当其炭化室宽度为407mm时，结焦时间仅有12小时，比常规焦炉缩短了3～5小时(58-II型焦炉炭化室宽度在407mm时，结焦时间为15～17小时)，由此可见，该发明属于快速结焦的炼焦炉型，不仅能够同传统蓄热室焦炉一样用同样的煤种炼焦，同时在保证焦炭质量的情况下可以提高弱粘结性煤种或不粘结煤的配比50％以上，具有煤种适应性广的特点，在资源利用上可以节约大量宝贵的焦煤资源。另外该发明由于结焦时间短，具有生产效率高的特点。在降低吨焦投资方面，由于该焦炉的采用高效率换热室，没有蓄热室，不存在换向设施，且没有庞杂的化产回收系统，与传统机械化焦炉相比(吨焦投资在500～700元左右)，吨焦投资可降低70％以上，吨焦投资在120元以下，而发电量是常规焦炉的3倍以上。在降低能耗方面，该炉型在生产过程中无冷却系统，故不消耗水和蒸汽，与传统机械化焦炉相比，水耗约降低90％以上，小于0.5m³/t焦；电耗约降低80％以上，吨焦耗电不到4KWh。在降低生产成本方面，由于该炼焦炉不需要庞杂的化产回收系统，同时具有煤源广的特点，其生产成本比常规焦炉至少降低30元/t焦以上，运行费用吨焦不到10元。在环境保护方面由于操作时炭化室处于负压，在装煤过程中的荒煤气及其烟尘均可由燃烧室抽走，所以其逸散量比传统焦炉降低90％以上，另外由于煤气不进行冷却，不仅可以达到工艺废水零排放的目的，而且大大提高了热能的回收和减少了大量的水、电消耗。

附图说明

附图为换热室式热回收炼焦炉内部结构示意图。

具体实施方式

焦炉炉顶设装煤孔1和看火孔2，煤料由装煤孔1送入炭化室4，测温时打开看火孔2，生产过程中干馏出的热荒煤气大部分进入水平煤气道16，经煤气分配孔17均匀分配给各立火道15，其余热煤气进入炉顶区的煤气平衡道18，将煤气补充炭化末期燃烧室内的立火道15，平衡各炭化室4内的煤气压力，保证各炭化室4在不同结焦段的煤气需用量。剩余煤气亦由煤气平衡道18引入外设的余热锅炉燃烧室进行燃烧，燃烧后的废气由余热锅炉将热量吸收后，温度降至200～150℃，然后由引风机将废气送入脱硫塔脱硫后由烟囱排出。余热锅炉产生的高压蒸汽供给汽轮发电机组发电。冷空气由基础冷却道11进入换热室。换热室一般设二层以上迂回式水平通道，图中按三层绘出：即空气预热道第一层10、第二层9、第三层7。空气在此接受两侧隔墙14之热量进行预热，废气在此将热量通过隔墙砖预热空气。空气由空气预热道的第三层7进入直立空气道5，进一步预热到500℃左右后，通过空气分配口3进入立火道15，空气分配口3设置三个，使煤气在立火道15内均匀燃烧，保证焦饼上下同时成熟。燃烧后的高温废气通过立火道15底部的斜道6进入换热室，在通过集尘气灰分离道8时，其所含灰尘分离降落在其中，需要清理时，打开两侧封墙即可清除灰尘。而后废气进入第二层废气道13、第一层废气道12。废气在经过通道时，通过波纹状的隔墙14将热量传给相邻通道内的空气，温度降至1000℃左右。换热后的废气通过机焦侧的炉底烟道被送入余热锅炉。

Claims

1、换热室式热回收炼焦炉，它由相间排列的炭化室、燃烧室及炉顶、斜道、换热室及焦炉基础组成，其特征在于，炭化室顶部设有水平煤气道，燃烧室顶部设有煤气分配孔，炉顶区设有煤气平衡道，与所有炭化室顶部的水平煤气道相连通，炭化室与水平煤气道相连，水平煤气道与煤气分配孔相连；燃烧室由立火道组成；立火道相互之间的隔墙内设有直立空气道，其顶部与中部设有空气分配口，炭化室与燃烧室底部设有换热室，换热室设有空气预热道和废气道；换热室与焦炉基础之间设基础冷却道。

2、如权利要求1所述的换热室式热回收炼焦炉，其特征在于，所述立火道均为加热火道。

3、如权利要求1-2任一项所述的换热室式热回收炼焦炉，其特征在于，所述换热室顶部还设有可除尘的集尘气灰分离道，集尘气灰分离道位于斜道下方并通过斜道与燃烧室相连通。

4、如权利要求3所述的换热室式热回收炼焦炉，其特征在于，所述空气预热道和废气道呈迂回式多层相间排列，两者由波纹状隔墙分开。