TW201400601A - 藉由與來自焦炭乾燥冷卻設備之冷卻氣體進行熱交換而改進煤的預加熱之方法及裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及一種預乾燥和預加熱用於在“熱回收”型焦爐中使用的煤和空氣之方法，該等焦爐係用來產生冶金的高爐焦炭、鑄用焦炭、或電極焦炭，其中一惰性氣體被用於重新加熱該煤和該空氣，該惰性氣體在乾燥冷卻熱焦炭時經由直接或間接熱交換被重新加熱，並且其中適合用於煤預乾燥和預加熱之熱水蒸汽係用作惰性氣體，並且其中挾帶流加熱、流化床加熱、渦流流動床、或轉鼓被選擇來用作乾燥或加熱步驟。本發明還涉及一種用於預加熱和乾燥煤和空氣之裝置，所述裝置包括用於熱焦炭的一焦炭冷卻室、以及用於一惰性冷卻氣體的一初級冷卻循環、至少一個熱交換器、用於一次級冷卻氣體的一次級冷卻循環、以及具有一煤研磨裝置的一挾帶流反應器或一流化床反應器或一轉鼓。

Description

藉由與來自焦炭乾燥冷卻設備之冷卻氣體進行熱交換而改進煤的預加熱之方法及裝置
本發明涉及一種用於在用來生產冶金焦炭的焦爐中使用的煤的預乾燥和預加熱之方法，其中一惰性氣體被用來加熱該煤，該惰性氣體在用另一初級氣體乾燥冷卻或淬火熱焦炭時經由間接熱交換來進行加熱，並且其中適合用於煤預乾燥和預加熱之熱水蒸氣被用作惰性氣體，並且其中在一轉鼓中的挾帶流加熱、流化床加熱或煤加熱係被選擇來用作乾燥或加熱步驟。本發明還考慮了與用於焦爐的燃燒空氣預加熱相聯合的一加工技術。此外，本發明涉及一種用於煤的預加熱和乾燥之裝置，該裝置包括一用於熱焦炭的焦炭冷卻室、一用於惰性冷卻氣體的初級冷卻循環、一熱交換器、一用於次級冷卻氣體的次級冷卻循環、以及一轉鼓，其中該轉鼓還可以替換成一流化床反應器、或者裝備有一煤研磨裝置的一挾帶流反應器。
在焦爐群或焦爐組中執行碳化過程時，設施所有者努力將用於加熱焦爐並用於為碳化過程準備煤之能量消耗最小化至可能的最低水準。在碳化過程期間，焦爐的加熱係藉由燃燒在加熱時從煤料中釋出的碳化氣體而執行，該碳化氣體被稱為粗煤氣。取決於構造類型，將該等氣體在焦爐室中或在 鄰近的加熱設備中以這樣方式燃燒，即，熱量可以從爐的各個方面(如果可能)流到焦炭餅中。為達此目的，空氣在爐的若干位置處穿過複數開口被吸入到焦爐室之被指定用於粗煤氣燃燒的那些部分中。歸功於焦爐設施的廢氣設備，該等裝置承受了一負壓。
絕大部分之碳化所要求的能量必須被耗費在使設想用於碳化之 煤餅獲得碳化所要求之溫度上。這個程序係為能量密集型的，一點也不是因為在煤中含有之水的部分必須在煤可以在獲得碳化所要求的溫度之前初始地被蒸發掉。這個物理過程可以占高達50%的整個碳化過程的能量消耗，並且它大大降低了程序效率。
煤碳化的某些過程在煤被裝進到焦爐室之前在焦爐外對煤進行加熱。這需要很多能量。存在用在碳化過程中釋出的粗煤氣預加熱煤的一可能性，該粗煤氣係在將煤排出以用於進一步加工之前被用於煤預乾燥和預加熱。碳化後該粗煤氣隨即地具有一高的溫度並因此可以被用於煤預加熱。一實例被揭露在DE4204578C2中。
此外，還可能用來自焦爐的熱廢氣流對煤進行加熱。一實例被揭露在DE3718434A1中。這種類型的構造使其自身特別適合於“非回收”或“熱回收”型焦爐，在該等焦爐中，碳化氣體被完全燃燒並因此在燃燒之後作為廢氣可用於加熱煤。該等爐典型地包括用於碳化氣體的逐級燃燒的一初級加熱室和一次級加熱室。然而，在這種情況下，煤預加熱之後的廢氣不再可用於或者僅非常有限地可用於由蒸汽及發電單元進行的熱回收。
最後，還可能藉由在排出後用一惰性氣體淬火從焦爐中排出的白熱焦炭、並使其冷卻至一更低溫度、並且利用這種惰性氣體來預加熱和乾燥 裝料煤，而從熾熱的白熱的焦炭中回收熱量。在這方面的一實例由DE2434827A1所揭露。此實例揭露了一種用於具有氣體產生過程的能量回收之方法，其中基於乾燥和預加熱進料材料(具體來說是用於焦炭設施運轉之細粉煤)之目的，還提到煤碳化設施，其中進料材料之乾燥和預加熱係借助在該過程之固體殘渣冷卻時(例如在焦炭設施中在裝備有粉塵分離設備之封閉的初級氣體循環中對焦炭進行乾式淬火時)所回收之廢熱來完成的，並且其中一惰性氣體例如氮氣、二氧化碳、來自焦爐的煙道氣、或者來自高爐氣體燃燒的煙道氣在具有粉塵分離的次級氣體循環中被用作熱傳送和乾燥介質。因此，焦炭推(coke push)的顯熱被用於煤預加熱。
一種方法之另一實例被揭露在EP0064617B1中，在該方法中，裝料煤在單次氣體循環中直接用氣體進行預加熱，該氣體還被用於乾式淬火。根據技術領域中的先前技術的煤的乾式淬火的一方法被揭露在WO9109094A1和WO8602939A1之教示內容中。根據技術領域中的先前技術的煤的預乾燥和預加熱的一方法被揭露在DE2706026A1之教示內容中。
藉由將一惰性氣體用於焦炭被冷卻至更低溫度的焦炭淬火，熱焦炭的熱量可以在可能採用它的情況下被釋出，除了採用這個熱量來產生蒸汽之外，這個熱量係可採用於(例如)“熱回收”焦爐的燃燒空氣之預加熱、或者用於在次級氣體循環中重新加熱另一氣體。該初級氣體在一循環中流動，並且從淬火焦炭時在該初級氣體循環中形成的固體物質中被清除掉。隨後，在一熱交換器中完成對次級惰性氣體的熱傳遞。轉而，該次級氣體然後可以被用於煤預乾燥和預加熱。它係透過一熱交換器藉由與初級氣體間接熱交換而被重新加熱的。
在用惰性氣體淬火熱焦炭時並且在預加熱煤時，產生一問題， 即為了實現一合理煤加熱速率，熱交換必須是有效率的。由於相對於焦炭的數量而言氣體體積係大的，在初級氣體循環中氣體流速係高的，並且由於在次級氣體循環中煤之加熱速率緩慢，煤的加熱速率係低的，而同時由於在第一氣體循環中的高氣體速度，在熱交換器中僅僅可實現中等的熱交換速率。因此，不斷探尋各種可能性以便提高在焦炭的乾式淬火中對有待裝進之煤的熱傳遞。
在之前提到方法中，提高熱傳遞的一可能性係將水蒸氣用作用 於焦炭之乾式淬火之熱傳遞介質。它使自身適合之原因在於，因為水蒸氣可以傳送大熱量且與其他氣體相比它具有高比熱容。它大約等於cp=2.07 kJ*kg-1*K-1(400℃)，並且它係比例如氮氣(cp=1.038 kJ*kg-1*K-1)或二氧化碳(cp=1.043 kJ*kg-1*K-1)顯著更高。於此結果為，從待淬火之焦炭到待預加熱之煤的熱傳遞之效率係相對地較高。此外，當使用水蒸氣作為熱傳遞介質時，有可能直接從水中產生水蒸氣，除非有適合水蒸氣來源係可用的。
因此現在，本發明之目的係提供一種方法，該方法透過乾式淬火過程用一惰性氣體將來自焦爐組或焦爐群中的熱焦炭冷卻至一更低溫度，並且然後經由間接熱交換將因此被重新加熱之惰性氣體用於重新加熱水蒸氣，並且採用因此被重新加熱的水蒸氣來重新加熱和乾燥供在焦爐中用作進料煤以生產焦炭的煤。同時，應該可能的是經由間接熱交換、用被重新加熱之惰性氣體來預加熱空氣，其中所述空氣隨後被供應給“熱回收”型焦爐的燃燒室中。“熱回收”型焦爐時常不具有空氣預加熱裝置並且因此它們經常具有多於50 h的焦化 時間。
具有現有主要方法之申請專利範圍的本發明藉由這樣的方法來 解決這個任務，即一種用於透過與來自焦炭乾燥冷卻設施之冷卻氣體的熱交換來改進煤的預乾燥之方法，其中一熱的白熱焦炭料被供給到一焦炭淬火裝置中，該焦炭淬火裝置被連接到一初級冷卻循環上，在該初級冷卻循環中，一惰性氣體流過該焦炭並且因此使該焦炭冷卻至更低溫度，並且其中該惰性冷卻氣體透過在熱交換器中間接熱交換將顯熱傳遞至在第二個次級氣體循環中的水蒸氣，這樣使得在這個次級氣體循環中用作為次級惰性氣體的水蒸氣來預乾燥並重新加熱被指定用於碳化的煤，並且以這種方式預加熱和乾燥的煤可以被供給到指定用於碳化週期的焦爐室中、並且在碳化週期中藉由引入空氣被碳化成焦炭。在此過程期間，直接用水蒸氣將煤重新加熱至大於100℃的溫度。藉由應用這種方法，燃燒空氣的預加熱也是可行的。
該方法可以被修改成這樣的效果，即如果沒有適合水蒸氣來源可用，則熱交換器被利用來使水蒸發並以這種方式產生水蒸氣。因此產生的水蒸氣可以藉由應用這種方法而被充分地重新加熱，這樣使得裝料煤之充分預乾燥和重新加熱仍然是可行。在這種情況下，另一重新加熱(如果需要)也可以由蒸汽過熱器執行，這樣使得裝料煤之充分預加熱係容易可行。為了實施本發明，該蒸汽必須具有足夠高溫度，這樣使得該煤不需要在潮濕狀態下被裝進來用於碳化。
對於煤預加熱，將它進料到錯流裝置中係很有利的，在該錯流裝置中在沒有任何重大流動阻力情況下，煤被熱水蒸氣所流過，並且應注意的是，煤被熱水蒸氣從各側所流過(如果可能)而沒有任何水凝結發生。在煤預 加熱過程中水的凝結係不希望的，因為煤無法在潮濕狀態下被裝進焦爐室中而不抵消所希望之能量節約。在本發明中，已證明出於這個目的利用一轉鼓係很有利的，該轉鼓設有複數蒸汽通路開口，該等開口具有的開口截面積係小於通常被裝進來用於碳化的煤之大塊尺寸。因此，煤可以在一非常好的加熱速率下被熱水蒸氣預加熱。
為了實施本發明，此外已經證明有利的是，如果裝進非常細的煤或粉煤則利用一挾帶流裝置來用於煤之預加熱。在實施本發明時，因此甚至可能利用非常細粒度的煤來用於預加熱。
特別地提出申請專利範圍的是一種方法，該方法用於透過與來自焦炭乾燥冷卻設備之冷卻氣體進行熱交換來改進煤預乾燥和空氣之預加熱，其中適合用於煤的週期性碳化的一焦爐係在執行一碳化週期時被排出，這樣使得獲得一熱的白熱焦料，並且該熱的白熱焦料被供給到一焦炭淬火裝置中，該焦炭淬火裝置被連接到一初級冷卻循環上，在該初級冷卻循環中該焦炭被一惰性氣體流過並因此冷卻至一更低溫度，並且該惰性冷卻氣體流過一熱交換器，在該熱交換器中，它經由間接熱交換而將顯熱傳遞到在一第二個次級氣體循環中的另一次級惰性氣體，並且其中在這個次級氣體循環中用該次級惰性氣體來預乾燥並重新加熱被指定用於碳化的煤，並且將以這種方式預加熱並乾燥的煤裝進被指定用於碳化週期的焦爐室中、並在那裡在一碳化週期中被碳化成焦炭，並且其特徵在於水蒸氣在第二個次級氣體循環中被用作次級惰性氣體，透過該循環，煤被重新加熱到大於100℃的溫度。
有待考慮的是，一合適溫度係大於100℃的溫度，因為在此溫度下水蒸氣不會凝結在煤上並且這個溫度已經在碳化中產生顯著能量節約。然 而，這個溫度已經代表一下限，因為更高溫度產生實質上更高能量節約，並且因為由於水蒸氣凝結，重新加熱至低於100℃的溫度不適合用於煤之碳化。煤的溫度藉由在乾燥單元中的溫度感測器來測定。為了實施本發明，用於預加熱和乾燥的煤的120℃至250℃的溫度證明是非常合適的。
在“熱回收”型焦爐設施的基礎上開始，為了執行將從周圍空氣中吸入的燃燒空氣預加熱至大約1150℃的燃燒溫度，必須耗費大量能量。在本發明一實施方式中，該熱量因此在次級氣體循環中被傳遞到燃燒空氣，該燃燒空氣因而被預加熱至高於100℃的溫度、並且隨後在預加熱狀態下被輸送到焦爐中的任意一處以用於粗煤氣燃燒。空氣預加熱可以例如在一空氣節熱器中完成，該空氣節熱器係在逆流、錯流、或同流的模式下運行。還可以應用若干部分方法之組合。
為了實施本發明，初級氣體循環係封閉的，這意味著在淬火過程期間它使焦炭保持封閉。用於淬火的初級氣體可以例如從儲存槽中獲取並且可以任意地被用於別處。它還可以在一循環中被輸送。用於焦炭的乾式淬火的初級惰性氣體可以是氮氣、二氧化碳、高爐氣、焦爐氣、或一稀有氣體。該等氣體僅僅代表複數例子。該惰性氣體還可以是水蒸氣，除非在大於800℃的溫度下使用它。該等周圍(a.m.)的氣體還可以在混合物中來使用。該初級氣體循環可以在任何位置處包括鼓風機或壓縮機。甚至在初級氣體循環中的回流換熱(recuperation)係可能的。
在本發明的一實施方式中，煤在一轉鼓中用水蒸氣進行預加熱。特別是如果裝進相對粗粒度的煤，該煤需要在較短一段時間內被重新加熱至適合用於碳化的一溫度，則它具有一優點。一種用於具有硬粒的煤的重新加 熱之方法被揭露在EP0073368A2中，在該方法中也利用了一轉鼓。
在本發明的一實施方式中，該煤經歷用於預加熱之預研磨，並且在挾帶流再熱器中用水蒸氣預加熱。事實上，如果該煤已經能以碾碎的形式在商業上獲得，則可以省略預研磨過程之步驟，這樣使得挾帶流重新加熱和乾燥可以在無需預處理情況下進行。用於挾帶流重新加熱的煤之粒度最終可以是任意的，只要它適合用於挾帶流重新加熱。用於煤的挾帶流重新加熱的一合適方法被揭露在DE3730053A1中。
在本發明的另一實施方式中，該煤在一流化床乾燥器中用水蒸氣進行預加熱。該流化床乾燥器典型地包括一格柵，該格柵設有用於熱蒸汽的複數通路開口。那麼在流化床乾燥器中之格柵的該等通路開口將具有一開口截面積，該開口截面積係小於待預加熱的煤的最小粒度。如果該等蒸汽通道開口的截面積被選擇為大於待預乾燥的所應用煤的粒塊的最小粒度，則要在從該流化床掉落的煤的量值中考慮進煤的損失。一種用於煤的流化床重新加熱之方法被揭露在DE102004043687A1中。
為了實施本發明，水蒸氣必須具有足夠高的溫度以避免在次級氣體循環中凝結。在一較佳實施方式中，用於重新加熱該煤之水蒸氣具有120℃至900℃的溫度。取決於所應用的裝置的更低溫度在大多數情況下是不適合的，因為它們導致凝結。然而，更高溫度始終是可應用的，只要所實施材料係足以抵抗。
用於重新加熱煤的水蒸氣可以在大氣壓下、抑或當典型地產生水蒸氣時在升高的壓力下被利用。高壓基本上是不希望的，因為它們不會帶來所希望的煤之乾燥效果。在本發明之範疇內應用更高壓力原則上是可能的。然 而，還可能在降低壓力下執行煤的預乾燥和預加熱。這需要在用於壓力降低的設施和裝備上有稍微更高之開支，例如經由真空泵。在本發明一實施方式中，用於乾燥的蒸汽與1.013巴的大氣壓相比，具有0.5巴至0.9巴降低之壓力。當應用潮濕的裝料煤時這係特別有利的，因為藉由應用低壓(underpressure)可以實現更快乾燥。
在本發明另一實施方式中，在一熱水鍋爐中藉由透過與初級氣體循環之間接熱交換來重新加熱而至少部分地回收用於重新加熱煤之水蒸氣。具體來說，如果沒有設備單元可用於產生水蒸氣，則本實施方式使其自身係適合。如果水蒸氣係藉由與初級氣體循環之熱交換來回收，則它必須具有足夠溫度來用於煤之重新加熱。這也是取決於熱交換器容量並因此取決於初級氣體循環之確定尺寸。除非實現了煤之預乾燥所需要之水蒸氣溫度，否則必須在煤預加熱槽上游插入蒸汽的中間過熱器。這可以被任意地加熱並操作。
可以將按本發明預加熱之煤從煤的預加熱槽中直接供應到指定的焦爐室中。預加熱的煤的儲存基本上是有目的性的，這樣使得為了執行本發明，可以在任何時候利用被加熱的煤儲存槽。預加熱之煤可以進一步被直接使用，但是較佳的是在使用之前將它暫時儲存在一熱煤斗中。這個熱煤斗係絕熱並加熱的。重新加熱之煤可以連續地或非連續地被取出來用於碳化。在一合適實施方式中，如在WO2011107198A1中示例性地描述的，進一步使用係穿過多條運輸線而完成。在使用預加熱的煤之前，仍可以執行其他預處理步驟，例如研磨煤或使煤與其他可被碳化組分混合，該等組分如無煙煤、石油焦炭、或橡膠輪胎碎屑。
在本發明的一實施方式中連續地填充被配置成焦炭淬火槽或焦 炭淬火井並用作焦炭冷卻設備的焦炭淬火裝置。但是還可能在非連續的批次模式下分批地填充它。
該初級以及次級氣體循環可以在任何位置上包括除塵設備。在一較佳實施方式中，該等設備係粉塵分離除塵器或過濾器。初級氣體較佳的是排他地用於次級氣體，即水蒸氣之重新加熱，但是它可以將其熱量傳遞到任意數個其他過程中。在初級氣體與次級氣體之間的熱交換可以在逆流、錯流、或並流中完成。煤之重新加熱可以在一或複數階段中執行，例如首先用於乾燥並且然後用於隨後煤碳化之預加熱。在所有階段中，可以實施一轉鼓、挾帶流乾燥、或流化床乾燥或甚至該等設備的組合。
適合用作充當用於碳化和預加熱或預乾燥的裝料煤的煤係適合用於煤碳化之所有等級的煤。本發明的方法還可以用於(例如)生產用於減少鐵礦石的高爐焦炭、鑄用焦炭、或電極焦炭。
此外，本發明方法可以用所有可用焦爐來實施。該等可以是“非回收”或“熱回收”型焦爐，在該等焦爐中焦化氣被用於藉由分級燃燒來加熱。但是該等還可以是常規焦爐，該等焦爐收集焦化氣以用於進一步加工。適合於本發明的方法之焦爐較佳的是裝備有用於預加熱空氣之裝置。該等可以是有空氣交換之“再生器”或沒有直接空氣交換之“回流換熱器”。按本發明，還可能在傳遞熱量到有待預加熱之煤之後實現餘熱對燃燒空氣之傳遞。被安排在下游的任一類型熱交換器可以用於這個目的。為此，例如，應用根據組合同流/逆流原理的一熱傳遞。在預加熱煤之後，燃燒空氣有利地經由一鼓風機被輸送到該等焦爐、並且被進料到用於燃燒粗煤氣的複數燃燒室中。
在本方法另一實施方式中，應用本發明方法以便產生用於生產 熱金屬之高爐焦炭。為此，需要大於1200℃的平均碳化溫度以及72小時(h)或更少焦化時間。當冷卻熱焦炭時，指定用於這個目的之冷卻室至少每小時一次地(由焦爐室的數量決定)用熱焦炭填充。碳化之後，在950℃至1150℃的溫度下獲得焦炭並且使焦炭冷卻至200℃的溫度。然後獲得一可使用的約150 GJ/h至160 GJ/h(約43 MW)之程序熱量。通常，冷卻室承受與其環境相比之過壓。
在本方法另一實施方式中，本發明方法被應用來製造鑄用焦炭或電極焦炭。這要求小於1200℃的平均碳化溫度以及72小時或更多的焦化時間。當冷卻熱焦炭時，指定用於這個目的之冷卻室也至少每小時一次地(由焦爐室的數量決定)用熱焦炭填充。同時，這個方法的均等技術之特徵在於小於950℃的焦化結束溫度，並且藉由乾燥冷卻使焦炭冷卻至200℃的溫度。還是在這個實施方式中，獲得了一可使用的約150 GJ/h至160 GJ/h(約43 MW)的程序熱量。通常，冷卻室承受與其環境相比的過壓。
如此回收的熱量可以進一步以多種方式被利用。在一實施方式中，150 GJ/h至160 GJ/h(43 MW)的總熱量的一部分被用來將煤從周圍溫度預加熱到240℃至260℃的溫度。這相當於80 GJ/h至90 GJ/h(約25 MW)量之熱量。18 MW的餘熱被採用來在“熱回收”型焦爐中使燃燒空氣升高到140℃至160℃的溫度水準。藉由應用這個方法的均等技術，作為淨焦化時間的煤料之完全碳化所需要之時間從100%開始值減少到約30%至40%焦化時間。對於“熱回收”型焦爐，這相當於將淨焦化時間削減至少於30h之總持續時間。
在本發明方法另一實施方式中，150 GJ/h至160 GJ/h的總熱量的一部分被用來將煤從周圍溫度預加熱到100℃至130℃的溫度間隔。同時， 燃燒空氣被預加熱到約230℃至240℃的溫度。藉由應用這個方法的均等技術，煤料的完全熱裂解所需要的淨焦化時間從100%的開始值減小至約55%至65%的焦化時間。對於“熱回收”型焦爐，這相當於將淨焦化時間削減至少於40h的總持續時間。
在本發明方法另一實施方式中，150 GJ/h至160 GJ/h的總熱量的一部分排他地被用來預加熱燃燒空氣，以將空氣預加熱溫度實現在從310℃至330℃範圍內。藉由應用這個方法的均等技術，煤料的完全熱裂解所需要的淨焦化時間從100%開始值減小至約85%至95%焦化時間。對於“熱回收”型焦爐，這相當於將淨焦化時間削減至少於50h之總持續時間。
還主張一種用於執行本發明方法之裝置。特別是主張一用前述方法藉由與來自一煤乾燥冷卻設備之冷卻氣體進行熱交換而改進煤的預乾燥之裝置，所述裝置包括：一焦爐組或焦爐群，該焦爐組或焦爐群包括串聯地被安排來用於煤的週期性碳化並且裝備有需要用於這個目的來執行週期性碳化的輔助設備的複數焦爐；一焦炭冷卻設備，它能夠接受來自至少一個碳化週期的焦料、並且裝備有用於取出惰性焦炭淬火氣體的一排出設備，該等惰性焦炭淬火氣體終止在一封閉的初級氣體循環中，其中該氣體循環至少在一位置上裝備有對一次級氣體循環進行間接熱交換的一熱交換器；一次級氣體循環，該次級氣體循環由該熱交換器藉由與該初級氣體循環間接熱交換而被重新加熱、並且裝備有用於重新加熱被指定用於碳化的進料煤的一煤槽，其中該煤槽不是被安裝在用於重新加熱該次級氣體循環的熱交換器中或處；用於重新加熱被指定用於碳化的進料煤的一煤槽，該煤槽裝備有用於藉由來自該次級氣體循環的氣體的至少一個氣體進口噴嘴和一氣體出口噴嘴；並且該裝置的特徵在於該煤槽係一 煤儲存裝置，該煤儲存裝置裝備有用於讓熱的次級氣體通過的複數進口開口、並且裝備有各自用於熱氣體的至少一個進口噴嘴和一出口噴嘴，其中使用熱的次級氣體水蒸氣，並且其中該煤槽和該次級循環被設計成是耐水蒸氣的。
在與熱水蒸氣相接觸的每一處，該裝置必須是可抵抗並耐熱水蒸氣的。適合用作基體材料的是例如不銹鋼。
在本發明一實施方式中，該煤槽或煤儲存裝置係一槽，在該槽內部裝備有一轉鼓，該轉鼓具有用於讓熱水蒸氣通過以作為次級氣體的複數進口開口。作為該轉鼓的蒸汽進口開口的該等進口開口有利地具有一開口截面積，該開口截面積小於通常所應用的待預加熱的煤的最小粒度。如果該等蒸汽進口開口的截面積被選擇為大於所應用的待預加熱之煤的粒度，則不得不在從該流化床掉落之煤量值中考慮進煤損失。
在本發明另一實施方式中，該煤槽或煤儲存裝置係具有一流化床的一槽，該流化床裝備有讓作為次級氣體流之熱水蒸氣穿過該流化床的複數進口開口。該流化床包括用於儲存該煤的一格柵(grate)，該格柵被蒸汽從一側流過。同樣在此，在流化床乾燥器中該格柵的該等進口開口有利地具有一開口截面積，該開口截面積小於通常所應用的待預加熱的煤的最小粒度。
在另一實施方式中，該煤槽或煤儲存裝置係一挾帶流乾燥器。在一典型的實施方式中，一挾帶流乾燥器係被配置以使預研磨的煤被熱氣體氣動地搬運，該熱氣體在本發明中是穿過一充分地確定尺寸的管線的熱水蒸氣，該管線在末端裝備有用於乾燥的煤的追蹤裝置，該乾燥係在氣動搬運過程中實現的。具體來說，這係有目的性的用於細粒度煤。
為了實施本發明，最終還可能將初級氣體循環與次級氣體循環 之間用於產生熱水蒸氣之熱交換器提供用於產生蒸汽的一蒸汽鍋爐。具體來說，如果在焦爐設施中沒有單元可用於產生水蒸氣，則選擇這種配置。然後該蒸汽鍋爐還可以裝備有一中間再熱器，該中間再熱器進一步被安排在蒸汽流動方向下游。
為了實施本發明裝置，至少一個粉塵分離器可以被安裝在該煤槽下游水蒸氣次級氣體總管中。因此，可能在預加熱煤時從水蒸氣中除去被挾帶於水蒸氣中的煤粒。為了實施本發明裝置，還可能將至少一個鼓風機定位於該初級氣體總管或次級氣體總管中，該鼓風機在該等氣體總管中提供一更好的氣體流動。在單一或多種的安排中它還可以被提供在一或兩個總管中。
在該次級氣體循環中，可以提供一熱交換器，該熱交換器預加熱用於在焦爐室中燃燒焦化氣之空氣、並且裝備有用於將預加熱的空氣進料到該等焦爐室中的至少一個管線。用於該等焦爐室的燃燒空氣可以因此被預加熱。在本發明裝置的一實施方式中，用於預加熱該燃燒空氣之熱交換器係“再生器”或“回流換熱器”型的一熱交換器。這個熱交換器可在逆流模式、同流模式、或錯流模式下運行。甚至在該初級氣體循環中安裝該熱交換器係可想到的，儘管它不是較佳實施方式。
在本發明一實施方式中，用於預加熱空氣的該熱交換器係為一“回流換熱器”。它經由間接熱交換來重新加熱用於該等焦爐室的燃燒空氣。在本發明一實施方式中，用於預加熱空氣的熱交換器係為一“再生器”。例如，它可以裝備有陶瓷再生器。該“再生器”允許藉由混合該等氣體來重新加熱用於該等焦爐室之燃燒空氣。
用於將預加熱的空氣供應到該等焦爐室中的管線可以在焦爐室 區域中分支進入一初級氣體總管和一次級氣體總管中，這樣使得該等初級加熱室和該等次級加熱室可以被供應有預加熱之空氣。用於將預加熱的空氣供應到該等焦爐室中的管線可以進一步包括一鼓風機，透過該鼓風機，預加熱之空氣被輸送到該等焦爐中。如果需要，則在用於預加熱的空氣的進料器總管中的氣體流動可以因此被加速或甚至被增壓。
在這個程序流程中的任一位置處，本發明方法可以包括複數程序步驟，該等步驟係焦炭淬火或預加熱用於碳化的煤所需要的或對其有幫助的。例如，這係乾式淬火過程之後另一焦炭淬火，其中該焦炭冷卻至其最終加工溫度。此外，本發明裝置可以包括安裝在任一位置上的特定輔助設備，例如用於固體、液體或蒸汽的儲存槽、泵、閥門、加熱或冷卻設備、分滴器、或氣體組分溫度或濃度的測量儀器。具體來說，在該程序流程中本發明的裝置還可以在任何位置處包括除塵設備。
歸功於水蒸氣高熱容量，本發明之方法具有之優點係提供一種用於乾燥和預加熱被指定用於煤碳化的煤之有效率的方法。本發明之裝置具有以下優點：提供了快速並有效地用熱水蒸氣重新加熱煤之可能性、實現了在煤與熱水蒸汽之間足夠高的熱交換率、並且在乾式淬火焦炭時獲得的顯熱被利用來預加熱煤。改善整個過程的經濟效率因此而實現。
1‧‧‧焦爐
2‧‧‧焦爐室
3‧‧‧煤
3a‧‧‧在轉鼓中的煤
3b‧‧‧在熱煤斗中的預加熱的煤
4‧‧‧焦炭
4a‧‧‧熱焦炭
5‧‧‧焦炭淬火車
6‧‧‧焦炭淬火井
6a‧‧‧焦炭淬火井之裝載門
6b‧‧‧焦炭淬火井之卸載門
7‧‧‧氮氣總管
7a‧‧‧除塵單元
8‧‧‧氮儲液槽
9‧‧‧熱交換器
10‧‧‧水蒸氣
10a‧‧‧除塵單元
11‧‧‧熱水鍋爐
12‧‧‧轉鼓
13‧‧‧廢氣清潔和廢氣熱量回收設備
13a‧‧‧發電機
13b‧‧‧廢氣煙囪
14‧‧‧作為煤儲存槽之熱煤斗
第1圖表示本發明之裝置。
本發明係藉由一張圖來進行說明，這張圖僅代表一示例性實施方式並且不限於此。
第1圖表示本發明之裝置，該裝置包括具有一焦爐室(2)的一焦爐(1)，在該焦爐室中，煤(3)被循環地碳化變成焦炭(4)。焦炭(4)經由一煤淬火車(5)而被排出、並且被進料到一焦炭淬火裝置(6)中，該焦炭淬火裝置在這種情況下被配置成一焦炭淬火井。該焦炭淬火井經由用於裝載(6a)和卸載(6b)之指定閘門可以被裝載和卸載。焦炭淬火井(6)被一惰性氣體(7)流過，該惰性氣體在這種情況下是來自一接收器槽(8)之氮氣(7，N2)。當焦炭淬火井被冷氮氣(7)流過時，焦炭(4a)被冷卻至一更低溫度，這樣使得焦炭(4a)可以進一步被加工，或者它可以用更少開支被冷卻並淬火至用於進一步加工的一溫度。當被氮氣(7)流過時，氮氣被熱焦炭(4a)加熱，藉此在通過一除塵單元(7a)除塵之後氮氣流過一熱交換器(9)。在這個程序期間，它經由間接熱交換將其熱量傳遞給水蒸氣(10，H2O)。此時，這係在逆流中完成，但是它也可以是在並流中完成。水蒸氣(10)係在水蒸氣產生單元(11)中產生、並且在約150℃下被輸送穿過熱交換器(9)。在這個過程中，它可以被重新加熱至約400℃。熱水蒸汽(10)流過一轉鼓(12)，該轉鼓裝有煤(3a)。當它被熱水蒸氣(10)流過時，煤(3a)被重新加熱至大於200℃的溫度。預加熱的煤(3a)的溫度取決於蒸汽(10)被選擇用於預加熱煤料(3a)流過之持續時間。當已經流過具有煤的轉鼓(12)後，水蒸氣(10)在一除塵單元(10a)中被除塵。氮氣(7)和水蒸氣(10)兩者在淬火焦炭(4)和/或預加熱煤(3a)之後被傳遞到用於回收熱量的設施單元(13)中。在這個過程中，經由一常見渦輪發電機過程(13a)來產生電力。冷卻並除塵的廢氣(13b)被排出。預加熱的煤(3b)被傳遞到用於預加熱的煤(3b)的一熱煤斗(14)中。
1‧‧‧焦爐
2‧‧‧焦爐室
3‧‧‧煤
3a‧‧‧在轉鼓中的煤
3b‧‧‧在熱煤斗中的預加熱的煤
4‧‧‧焦炭
4a‧‧‧熱焦炭
5‧‧‧焦炭淬火車
6‧‧‧焦炭淬火井
6a‧‧‧焦炭淬火井之裝進門
6b‧‧‧焦炭淬火井之卸料門
7‧‧‧氮氣總管
7a‧‧‧除塵單元
8‧‧‧氮儲液槽
9‧‧‧熱交換器
10‧‧‧水蒸氣
10a‧‧‧除塵單元
11‧‧‧熱水鍋爐
12‧‧‧轉鼓
13‧‧‧廢氣清潔和廢氣熱量回收設備
13a‧‧‧發電機
13b‧‧‧廢氣煙囪
14‧‧‧作為煤儲存槽之熱煤斗

Claims (26)

  1. 一種用於藉由與來自焦炭乾燥冷卻設備的冷卻氣體進行熱交換而改進煤的預乾燥之方法，其中，適合用於煤的週期性碳化的一焦爐在執行一碳化週期時被排出，使得獲得一熱的白熱焦料，並且該熱的白熱焦料被供給到一焦炭淬火裝置中，該焦炭淬火裝置被連接到一初級冷卻循環上，在該初級冷卻循環中該焦炭被一惰性氣體流過並因此冷卻至一更低溫度，並且該惰性冷卻氣體流過一熱交換器，在該熱交換器中，它經由一間接熱交換而將顯熱傳遞到一第二個次級氣體循環中的另一次級惰性氣體中，並且其中在這個次級氣體循環中用該次級惰性氣體來預乾燥並重新加熱被指定用於碳化的煤，並且將以這種方式預加熱並乾燥的該煤裝進被指定用於碳化週期的一焦爐室中、並且在此在一碳化週期中被碳化成焦炭，其特徵在於：水蒸氣在該第二個次級氣體循環中被用作次級惰性氣體，藉由該循環，該煤被重新加熱到大於100℃的溫度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之用於藉由與來自焦炭乾燥冷卻設備之冷卻氣體進行熱交換而改進煤的預乾燥之方法，其中該煤係在一轉鼓中用該水蒸氣進行預加熱的。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之用於藉由與來自焦炭乾燥冷卻設備的冷卻氣體進行熱交換而改進煤的預乾燥之方法，其中該煤係在一流化床乾燥 器中用水蒸氣進行預加熱的。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之用於藉由與來自焦炭乾燥冷卻設備之冷卻氣體進行熱交換而改進煤的預乾燥之方法，其中該煤係被預研磨來用於預加熱並且在一挾帶流再熱器中用水蒸氣進行預加熱。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之用於藉由與來自焦炭乾燥冷卻設備之冷卻氣體進行熱交換而改進煤的預乾燥之方法，其中用於重新加熱該煤的水蒸氣具有介於120℃至900℃的溫度。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之用於藉由與來自焦炭乾燥冷卻設備之冷卻氣體進行熱交換而改進煤的預乾燥之方法，其中用於重新加熱該煤的該水蒸氣具有0.5巴至0.9巴的壓力。
  7. 如申請專利範圍第1至6項中任一項所述之用於藉由與來自焦炭乾燥冷卻設備之冷卻氣體進行熱交換而改進煤的預乾燥之方法，其中被用來重新加熱該煤的水蒸氣係藉由透過與該初級氣體循環的一間接熱交換來重新加熱而至少部分地回收在一熱水鍋爐中。
  8. 如申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述之用於藉由與來自焦炭乾燥冷卻設備之冷卻氣體進行熱交換而改進煤的預乾燥之方法，其中將該煤從周圍溫度預加熱到230℃至240℃的溫度。
  9. 如申請專利範圍第1項至第8項中任一項所述之用於藉由與來自焦炭乾燥冷卻設備之冷卻氣體進行熱交換而改進煤的預乾燥之方法，其中用於該等爐的燃燒空氣被預加熱到100℃至130℃的溫度水準。
  10. 如申請專利範圍第1項至第8項中任一項所述之用於藉由與來自焦炭乾燥冷卻設備之冷卻氣體進行熱交換而改進煤的預乾燥之方法，其中用於該等爐的 燃燒空氣被預加熱到310℃至330℃的溫度水準。
  11. 如申請專利範圍第1項至第10項中任一項所述之用於藉由與來自焦炭乾燥冷卻設備之冷卻氣體進行熱交換而改進煤的預乾燥之方法，其中該焦炭淬火裝置在非連續的批次模式下至少每小時一次地用熱焦炭填充。
  12. 如以上申請專利範圍第1項至第11項中任一項所述之用於藉由與來自焦炭乾燥冷卻設備之冷卻氣體進行熱交換而改進煤的預乾燥之方法，其中該預加熱之煤在預加熱並從煤槽中排出之後被傳遞到一用於儲存之熱煤斗中。
  13. 一種利用如申請專利範圍第1項至第12項中任一項所述之方法以藉由與來自焦炭乾燥冷卻設備之冷卻氣體進行熱交換而改進煤的預乾燥之裝置，該裝置包括：一焦爐組或焦爐群，該焦爐組或焦爐群包括串聯地被安排來用於煤之週期性碳化、並且裝備有需要用於這個目的來執行週期性碳化的輔助設備之複數焦爐；一焦炭冷卻設備，該設備能夠接受來自至少一個碳化週期之焦料、並且裝備有用於取出該惰性焦炭淬火氣體的一排出設備，該惰性焦炭淬火氣體終止在一封閉的初級氣體循環中，其中該氣體循環在至少一個位置處裝備有對一次級氣體循環進行間接熱交換的一熱交換器；一次級氣體循環，該次級氣體循環係由該熱交換器藉由與該初級氣體循環間接熱交換而被重新加熱、並且裝備有用於重新加熱被指定用於碳化之進料煤的一煤槽，其中該煤槽不是被安裝在用於重新加熱該次級氣體循環的熱交換器中或處；用於重新加熱被指定用於碳化的該進料煤的一煤槽，該煤槽裝備有用於 藉由來自該次級氣體循環的氣體的至少一個氣體進口噴嘴和一氣體出口噴嘴；其特徵在於：該煤槽係一煤儲存裝置，該煤儲存裝置裝備有設有用於讓熱水蒸氣通過的複數進口開口的一煤夾持裝置、並且裝備有各自在該煤槽處用於該熱蒸汽的至少一個進口噴嘴和一出口噴嘴；並且水蒸氣被用作熱的次級氣體，並且該煤槽和該次級循環被設計成是耐水蒸氣的。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之藉由與來自一焦炭乾燥冷卻設備的冷卻氣體進行熱交換而改進煤的預乾燥之裝置，其中該煤槽或煤儲存裝置係一槽，該槽在其內部裝備有一轉鼓，該轉鼓具有用於讓熱水蒸氣作為次級氣體流過的複數進口開口。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之藉由與來自焦炭乾燥冷卻設備的冷卻氣體進行熱交換而改進煤的預乾燥之裝置，其中該煤槽或煤儲存裝置係一槽，該槽在其內部裝備有一流化床，該流化床具有用於讓次級氣體流過的複數進口開口。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之用於藉由與來自焦炭乾燥冷卻設備之冷卻氣體進行熱交換而改進煤的預乾燥之裝置，其中該煤槽或煤儲存裝置係一挾帶流乾燥器。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之用於藉由與來自焦炭乾燥冷卻設備之冷卻氣體進行熱交換而改進煤的預乾燥之裝置，其中該煤槽或煤儲存裝置係一渦流乾燥器。
  18. 如申請專利範圍第13項至第17項中任一項所述之用於藉由與來自焦炭乾燥冷卻設備之冷卻氣體進行熱交換而改進煤的預乾燥之裝置，其中在該初級氣體循環與該次級氣體循環之間的熱交換器包括用於產生蒸汽的一蒸汽鍋爐。
  19. 如申請專利範圍第13項至第18項中任一項所述之用於藉由與來自焦炭乾燥冷卻設備之冷卻氣體進行熱交換而改進煤的預乾燥之裝置，其中至少一個粉塵分離器被安裝在該煤槽之水蒸氣下游的該次級氣體總管中。
  20. 如申請專利範圍第13項至第19項中任一項所述之用於藉由與來自焦炭乾燥冷卻設備之冷卻氣體進行熱交換而改進煤的預乾燥之裝置，其中至少一個鼓風機被安裝在該初級氣體總管或次級氣體總管中。
  21. 如申請專利範圍第13項至第19項中任一項所述之用於藉由與來自焦炭乾燥冷卻設備之冷卻氣體進行熱交換而改進煤的預乾燥之裝置，其中一熱交換器被安裝在該初級氣體循環中，該熱交換器預加熱用於在該焦爐室中燃燒焦化氣的該空氣、並且裝備有用於將預加熱的空氣供應到該等焦爐室中的至少一個管線。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之用於藉由與來自焦炭乾燥冷卻設備之冷卻氣體進行熱交換而改進煤的預乾燥之裝置，其中用於預加熱空氣的熱交換器係一回流換熱器。
  23. 如申請專利範圍第21項所述之用於藉由與來自焦炭乾燥冷卻設備之冷卻氣體進行熱交換而改進煤的預乾燥之裝置，其中用於預加熱空氣的熱交換器係一再生器。
  24. 如申請專利範圍第21項至第23項中任一項所述之用於藉由與來自焦炭乾燥冷卻設備之冷卻氣體進行熱交換而改進煤的預乾燥之裝置，其中用於將預加 熱之空氣供應到該等焦爐室中的管線在焦爐室區域中分支進入一初級氣體總管和一次級氣體總管中，這樣使得該等初級加熱室和該等次級加熱室可以供應有預加熱之空氣。
  25. 如申請專利範圍第21項至第24項中任一項所述之用於藉由與來自焦炭乾燥冷卻設備之冷卻氣體進行熱交換而改進煤的預乾燥之裝置，其中用於將預加熱之空氣供應到該等焦爐室中的該管線包括一鼓風機，藉由該鼓風機預加熱之空氣被輸送到該等焦爐中。
  26. 如申請專利範圍第13項至第25項中任一項所述之用於藉由與來自焦炭乾燥冷卻設備之冷卻氣體進行熱交換而改進煤的預乾燥之裝置，其中該煤槽設置有一熱煤斗，該熱煤斗裝備有可以用一惰性氣體而惰化並導入到該等焦爐室中的一管線。
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