CN1249201C - 冷装冷出直立式全自动连续炼焦炉 - Google Patents

Abstract

本发明是一种立式连续炼焦炉，属于煤高温干馏炼焦装置。本发明的主要特点是：炉顶冷态装煤后，由炉顶液压缸驱动下行，在隔绝空气的条件下经快速加热段、干馏段、干熄焦装置、排焦装置，最后由炉底冷态排出，干馏过程产生的煤气一部分回炉加热，其余供下游产品生产所需；空气经热交换器预热后，经斜道进入立火道与煤气混合燃烧，燃烧后的高温废气经燃烧室顶部的废气水平通道排出，送给余热发电厂回收热能。

Description

冷装冷出直立式全自动连续炼焦炉

技术领域

本发明是一种立式连续炼焦炉，属于煤高温干馏炼焦装置。

背景技术

常规炼焦工艺的炉型主要为间歇式生产的水平室式炼焦炉，此种炉型创建于19世纪中叶，经过一个多世纪的发展，虽然在生产能力、焦炭质量、热能利用、机械化水平等方面有了长足的进步。但由于其固有的间歇操作模式，仍存在对环境造成严重污染的弊病。在炼焦生产过程中，这种炉型必须在高温下频繁开启炉门、装煤、出焦、熄焦等生产操作，从而造成严重的大气污染。近年来，国内外都在改造现有的炼焦设备以适应日趋严格的环保法规，寻找更经济的方法生产高质量的焦炭。在常规焦炉生产过程中，最为严重的污染环节是热态装煤、热态出焦。该过程由于热装热出所逸散的阵发性荒煤气、煤尘、焦尘中含有大量的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、装煤车上配燃烧、洗涤与净化联合系统、拦焦车配除尘系统，或用地面除尘站解决装煤出焦过程污染等技术，如一座年产60万吨焦炭的焦化厂，仅此一项环保投资高达2000万元以上，而且还不能彻底消除污染。在熄焦工艺上，大多数焦化企业采用的是投资低的湿法熄焦工艺，用水对1000℃左右的高温焦炭进行喷洒冷却，这一过程不仅会产生大量含粉尘等污染物随水蒸气排入大气，而且每吨焦会消耗400kg以上宝贵的水资源；每吨红焦至少有1.3×10⁶KJ显热被白白浪费掉；常规的干法熄焦工艺是利用惰性气体冷却红焦，经吸热后的惰性气体又将热量传递给锅炉，再由循环风机将惰性气体送入干熄炉内循环使用，这种装置需要接焦、运焦、装焦、干熄、排焦、集尘、粉焦贮运等设施以及惰性气体循环和余热锅炉等设备，该工艺具有循环气中粉尘多、流程冗长、设施庞杂、投资高昂、生产成本大等缺点，一套处理能力为60t/h的大型全套干熄焦装置，其投资高达2亿元以上，仅干熄焦吨焦投资就在400元以上，即使如此，仍然会有一定量的CO、SO₂等有害气体排入大气。对于炉门、炉盖、上升管等处的泄漏，目前的措施仅能是频繁修理或更换设备。为进一步减少污染物的无组织排放，采取加大炭化室容积，通过控制出炉次数来减少污染物的排放次数和数量，如德国的巨型反应器、日本的21世纪高产无污染大型焦炉等等。上述技术均存在投资高昂、生产成本高、技术难度大等缺点，这些努力仅仅是一种简单的“头痛医头、脚痛医脚”做法，不能从根本上解决问题。发达国家由于环保法规日趋严格，这种传统的蓄热室焦炉，环境保护设施的投资费用已占到整个工厂投资的30～40％，国内的一般焦化厂也在15～20％。同时，水平室式炼焦炉为保证焦炭质量必须采用粘结性较好的煤种，目前世界上优质炼焦煤奇缺，如果不从工艺上突破这一工艺缺陷，不能增加弱粘结煤及不粘结煤配比，在30年左右的时间内，炼焦行业将会因焦煤资源的枯竭受到很大的制约。

为了解决上述常规炼焦炉存在的缺陷，乌克兰煤炭化学研究所曾于1974年开始进行连续层状炼焦的试验室工作，1983年开始施建半工业试验炉，1988年开始施建工业炉，后因资金不足等原因，工业炉的施建工作停滞，未能使该项研究项目实现工业化。该连续层状炼焦装置的燃烧室采用水平火道结构，有效控制炉体上下各段的煤气需用量；其炉体下部设置蓄热室，利用高温废气的热量预热空气；熄焦工艺以惰性气体为介质进行干熄焦。但该装置仍存在一些问题：由于水平火道强度低，为保证强度增加了用砖量；水平火道限制了焦炉宽向的增加；用蓄热室预热空气，使焦炉结构复杂和增加了投资，并使操作复杂化；用惰性气体干熄焦，介质气体不断增加，且有粉尘进入气体中，致使其结构复杂、投资高、占据空间大；热煤气的显热没有回收以及给煤布料不尽合理等等。

发明内容

本发明是设计一种新型直立式结构的连续炼焦炉，实现冷态装煤冷态出焦全密闭的自动化连续生产工艺，使煤料在干馏过程中实现热压，扩大弱粘结性煤及不粘结煤的用量50％以上，同时在炉体内实现单孔联程间接干熄焦，具有低投入、低能耗、低成本、低污染、高质量、高劳动生产率、占地面积少等特点。该发明是以实现焦化企业的洁净生产，并以源头控制污染为设计原则，改变传统焦化企业的生产模式，有效解决传统炼焦炉存在的环境保护与投资及经济效益之间的矛盾。

本发明的冷装冷出直立式全自动连续炼焦炉，它由相间排列的炭化室、燃烧室及炉顶、斜道、干熄焦装置、排焦装置组成，其特征在于，燃烧室顶部设有废气水平通道，以及与废气水平通道相连的废气导出孔；斜道部位设有直立空气道和水平煤气道；炭化室与燃烧室下部是干熄焦装置和排焦装置，其中干熄焦装置由高温热交换器、中温热交换器、低温热交换器和焦炭冷却通道组成。高温热交换器为耐火材料砌筑，中、低温热交换器为金属结构，低温热交换器处设有空气入口，焦炭冷却通道下部设有冷煤气入口，冷却方式为单孔联程间接干熄焦。排焦装置由排焦机、排焦箱、水封接焦箱、刮板输送机组成；焦炉顶部还设有长向布置的煤仓，煤仓下设有漏斗，每个漏斗和每两个一字布置的炭化室侧边的布料机相连接；炭化室侧顶设有侧布料槽，上部设有压煤推焦板，压煤推焦板由安装在炭化室顶部顶梁上的液压缸驱动；燃烧室采用直立火道，这些火道均为连续加热火道；燃烧室顶部设有废气水平通道，为快速加热段，该部位设有与废气水平通道相连的废气导出孔；炭化室自上而下分为装煤段、快速加热段、干馏段，其中干馏段处设有中温煤气导出孔和高温煤气导出孔，直接与炭化室相通。

该发明于炉顶冷态装煤后，由炉顶液压缸驱动下行，在隔绝空气的条件下经快速加热段、干馏段、干熄焦装置、排焦装置，最后由炉底冷态排出，干馏过程产生的煤气一部分回炉加热，其余供下游产品生产所需；空气经热交换器预热后，经斜道进入立火道与煤气混合燃烧，燃烧后的高温废气经燃烧室顶部的废气水平通道排出，送给余热发电厂回收热能。其具体过程为；煤料由布料机布满炭化室顶侧布料槽后，关停布料机，然后将煤放入炭化室顶部装煤段内，需要压煤推焦时，压煤推焦板由液压缸向下推压，达到一定的行程和压力后，进入下一个循环；压煤过程可使炭化室中处于塑性阶段的煤料得以热压，有效提高弱粘结性煤的用量。煤料由装煤段进入快速加热段，迅速使靠近炭化室墙处的煤料在干馏时快速结焦形成硬壳，以使焦炭顺行，而后煤料进一步下行到干馏段干馏成焦。成熟后的焦炭进入干熄焦装置的焦炭冷却通道。炭化室的宽度根据煤种而定，取宽炭化室时，为了使红焦得到充分地冷却，焦炭自干馏段进入干熄焦装置后，由一个通道变为两个通道，以使焦炭的热量能更快地通过热交换器壁传给空气，焦炭在分流下行过程中，冷空气通过低、中温热交换器壁和高温热交换器的隔墙，间接而充分地将焦炭冷却，即吸收红焦显热，使空气预热到600℃左右后经斜道进入燃烧室与煤气混合燃烧；取窄炭化室时，焦炭由干馏段进入干熄焦装置可不设分流装置；在低温热交换器的底部设置冷煤气入口，在焦炭间接冷却不充分时，将冷煤气送入焦炭冷却通道直接冷却焦炭；通常情况下不用水蒸气冷却，但若下游产品为合成甲醇或二甲醚，裂解气中需要增加CO含量时，可在排焦箱顶部喷入需量的水，一则水汽化使焦炭得到充分地冷却，二则提高了合成气的有效质量。通过上述措施将红焦由1000℃左右冷却至200℃以下，这一过程称为单孔联程间接干熄焦。被冷却的焦炭进入排焦箱，由排焦机排入水封接焦箱中，并经下部的刮板输送机将各炭化室送来的冷态焦炭集中送到焦场，水封接焦箱的设置能有效阻断空气进入炭化室。干馏段中、下部位各设有一个煤气导出孔，在生产时可根据用户对下游产品的需要，提供成份不同的煤气，中段的中温煤气导出孔导出的煤气是裂解度低的产品，主要包括有焦油、烃类有机化合物，用于回收化产品；下段的高温煤气导出孔导出的煤气是裂解度高的产品，主要是一氧化碳和氢气，该煤气约在1000℃左右高温引出，然后再加热至1050℃左右，并通过装有镍催化剂的裂解器使煤气充分裂解，再进入余热锅炉回收热量，降温后经脱硫，即可用于合成二甲醚或甲醇等产品；回炉煤气经水平煤气道进入各立火道燃烧，燃烧后的气体被炭化室吸收部分热量，降至1100℃左右后，进入炉顶的废气水平通道，并经废气导出孔进入废气分管，而后再经废气总管进入余热锅炉，温度降至200～150℃，最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。空气通过高、中、低温三段热交换器被预热到600℃左右，经斜道进入立火道，保证煤气在立火道内燃烧充分。

本发明在装煤段下部设有快速加热段，采用炉内热压技术，将处于塑性阶段的煤料进行压实，并使煤料迅速结焦形成硬壳，解决焦饼顺行问题。此技术解决了直立式焦炉不能炼冶金焦的难题。在降低投资方面，该发明由于采用了独特的直立式结构和单孔联程间接干熄焦模式，没有常规焦炉所必须配备的四大车、干熄焦装置及相应的环保设施；与环保设施配套齐全的带干熄焦装置的常规焦炉相比吨焦投资可降低60％以上，吨焦仅为400元左右，仅相当于常规干熄焦的投资。在降低能耗方面，该发明为连续性的冷态装煤、出焦生产工艺，没有常规的频繁开闭的炉门；燃烧室端墙加厚，减少炉体散热，加之采用炉内干熄焦工艺和热煤气的显热回收工艺，综合能耗可降低6％以上，具有低能耗的特点。在降低生产成本方面，该发明在干馏过程实现热压，廉价的弱粘结煤或不粘结煤的配比率可提高到50％左右，与常规焦炉相比单位生产成本可降低10～50％。在环境保护方面，该发明为全密闭冷装冷出的连续生产过程，克服了常规炼焦炉间歇式热装热出的严重烟尘污染问题，同时由于无炉门等设备，采用全密封操作，故不存在炉门跑烟冒火问题，从源头克制了污染物的产生，实现了烟尘气的零排放。在提高劳动生产率方面，该发明的可连续生产性可使生产过程易于实现高度的自动化控制，生产人员可减少50％以上，具有劳动生产率高的特点。在产品质量方面，由于煤料在干馏过程中实现热压，而且各火道均为连续加热火道，有利于相对降低结焦时间，为快速加热(炭化室宽300mm时，结焦时间仅为6～8小时)，同时采用炉内单孔联程间接干熄焦措施，故而在提高无烟煤用量的基础上，仍可生产出高强度的焦炭。在占地面积方面，该发明没有常规焦炉的四大车设备，省去了推、拦、熄焦车轨道；同时采用单孔联程间接干熄焦，不需要单独的干熄焦场地；另外由于炉体向高向发展，也是该发明占地少的原因，与常规焦炉相比减少占地面积2/3以上。

附图说明

附图为冷装冷出直立式全自动连续炼焦炉结构示意图。

具体实施方式

该发明的炉顶设有侧布料槽5、调火孔2，装煤时启动布料机4，煤料由布料机4布满侧布料槽5后，关停布料机4，此时压煤推焦板1堵在侧布料槽5的卸料口6处，由液压缸提起压煤推焦板1，侧布料槽5中的煤随即卸入炭化室8顶部装煤段3内，需要压煤推焦时，压煤推焦板1由液压缸向下推压，达到一定的行程和压力后，将压煤推焦板1上提，再堵上侧布料槽5的卸料口6，即完成一个循环。煤料由装煤段3进入快速加热段28，迅速达到塑性阶段，而后煤料进一步下行到干馏段25干馏成焦。由炭化室8干馏出的荒煤气经干馏段25的煤气导出孔排出炉外，炭化室8中段的中温煤气导出孔26导出的裂解度低的煤气用于回收化产品，下段的高温煤气导出孔24导出的是裂解度高的煤气，主要是一氧化碳和氢气，该煤气为高温引出，温度高达1000℃左右，通过进一步升温裂解，并经余热锅炉回收热量后，用于合成二甲醚或甲醇等产品。回炉煤气由水平煤气道11进入立火道9燃烧，燃烧后的气体被炭化室8吸收部分热量，降至1100℃左右后，由废气水平通道27经废气导出孔7进入废气分管，而后由废气总管进入余热锅炉，温度降至200～150℃，最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。冷空气经空气入口16进入热交换器，经低温热交换器20和中温热交换器14的金属器壁21间接冷却焦炭，而后进入高温热交换器13，通过隔墙23进一步间接吸收红焦的热量，被预热到600℃左右后，通过斜道区12的直立空气道10进入立火道9，保证煤气在立火道9内燃烧充分。干馏段25中的成熟焦炭进入干熄焦装置中的焦炭冷却通道22，分流下行，通过热交换器充分将热量间接传给空气，冷煤气由冷煤气入口15进入焦炭冷却通道22，直接吸收红焦显热，若合成的裂解气中需要增加CO含量时，可在排焦箱顶部喷入适量的水，一则水汽化使焦炭得到充分地冷却，二则提高了合成气的有效质量；最后将焦炭冷却到200℃以下。冷态焦炭进入排焦箱19，由排焦机18排入水封接焦箱17中，并经下部的刮板输送机将各炭化室送来的焦炭集中送到焦场。

Claims (6)

1、冷装冷出直立式连续炼焦炉，它由相间排列的炭化室、燃烧室及炉顶、斜道、干熄焦装置、排焦装置组成，其特征在于，燃烧室顶部设有废气水平通道，以及与废气水平通道相连的废气导出孔；斜道部位设有直立空气道和水平煤气道，回炉煤气由水平煤气道进入立火道燃烧；炭化室与燃烧室下部是干熄焦装置和排焦装置，其中干熄焦装置由高温热交换器、中温热交换器、低温热交换器和焦碳冷却通道组成，低温热交换器处设有空气入口，空气经热交换器预热后经直立空气道进入立火道燃烧，焦碳冷却通道下部设有冷煤气入口，炭化室侧顶设有侧布料槽，上部设有压煤推焦板，炭化室由上而下分为装煤段、快速加热段、干馏段，干馏段设有煤气导出孔。

2、根据权利要求1所述的冷装冷出直立式连续炼焦炉，其特征在于，所述排焦装置由排焦机、排焦箱、水封接焦箱、刮板输送机组成。

3、根据权利要求2所述的冷装冷出直立式连续炼焦炉，其特征在于，焦炉顶部还设有长向布置的煤仓，煤仓下设有漏斗，每个漏斗和每两个一字布置的炭化室侧边的布料机相连接。

4、根据权利要求3所述的冷装冷出直立式连续炼焦炉，其特征在于，干馏段处设有中温煤气导出孔和高温煤气导出孔。

5、根据权利要求4所述的冷装冷出直立式连续炼焦炉，其特征在于，所述的高温热交换器为耐火材料砌筑，中、低温热交换器为金属结构。

6、根据权利要求1-5任一项的冷装冷出直立式连续炼焦炉，其特征在于燃烧室采用直立火道，这些火道均为连续加热火道。

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