TW201422802A

TW201422802A - 用以調節與控制氣體壓力的裝置及方法

Info

Publication number: TW201422802A
Application number: TW102145199A
Authority: TW
Inventors: Martin Kirchmeier; Michael Bohn; Manfred Danreiter; Franz Liesewitz; Drazen Gajic
Original assignee: Dmt Gmbh & Co Kg
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2014-06-16
Also published as: CA2894782C; CN104854218A; RU2618029C2; EP2743332B1; JP6319727B2; KR20150090245A; RU2015118245A; ZA201503744B; WO2014090353A1; TWI525188B; UA113675C2; BR112015013298B1; KR101734836B1; JP2015537109A; CA2894782A1; AU2013357893A1; CN104854218B; ES2626265T3; BR112015013298A2; US20150337205A1

Abstract

本發明係一種用於調節與控制煉焦爐組之個別煉焦爐的個別氣體壓力的裝置及方法，其中上升彎管傾向於從上方投射進入集流池中。上升彎管的下端藉迷宮式水封套與浸沒管結合。浸沒管被支撐以可藉由致動器垂直調整位置，且浸沒杯傾向於位在浸沒管下方。該裝置旨在易於並可靠地調節與控制氣體壓力。於上升彎管中設置套管，且浸沒管的下端藉至少一管道連接至迷宮式水封套，以及於浸沒管頂部、上升彎管外，提供對迷宮式水封套注水的供水裝置與致動器。藉浸沒管之不同浸沒深度與浸沒杯之固定水位，完成調節氣體壓力。浸沒杯的溢出邊緣面改善氣體的調節特性及流出並定義固定水位。

Description

用以調節與控制氣體壓力的裝置及方法

本發明係有關於一種根據主要申請專利範圍前提來調節或控制一煉焦爐組中個別的煉焦爐的個別的氣體壓力的裝置及方法。

可從歐洲專利EP0649455得知所討論之裝置類型。歐洲專利EP0649455參考文獻係揭露了複數個實施例，其中以第10圖的實施例來進行說明。在實施例中，上升彎管的一垂直部分可自上方投射進入一集流池中。這個垂直部分的下端有一水封套使得該垂直部分自一浸沒管密封，該浸沒管以垂直可調整的方式於該上升彎管的下方垂直延伸。在該上升彎管中提供有水，用來冷卻該氣體並且最後會收集在集流池中。上述的迷宮式水封套與水噴嘴是為了將在該迷宮式水封套中的水維持在高水位的地方以造成上述的密封效果。

由於該迷宮式水封套的頂部是開放的，污染物因此會積聚於該迷宮式水封套內，這樣可能會阻礙水的流動並且使得沖洗迷宮式水封套的效果減弱。

浸沒管之下端的至少一部份係注入該集流池盤。

氣體的壓力便可透過升高與降低該浸沒管來獲得調節。

然而，將該浸沒管浸入該集流池是有缺點的，正常來說凝結物與固態的物質會以不均勻地方式積聚於該集流池，也因此會造成不同的水位。當浸沒管接觸到凝結物的時候，浸沒管將會受到污染。集流池中不均勻的凝結物的積聚以及該調節裝置的升降運動可能對水面的造成的波動都會對壓力的調節有負面的影響。

理論上，集流池中的水位是可以被決定的，然而實際的水位卻是無法得知的，必須透過額外的測量才能知道。上升彎管的延伸部分以及位於上升彎管下方的浸沒管會導致總高度過高並產生額外的負載，而無法被現有的煉焦爐組所接受。

浸沒管的操作裝置亦可橫向地設置於浸沒管的上方或下方。這麼做的話，會需要在集流池壁上穿孔，並且需要對穿孔個別地進行密封。

此外，參考文獻也揭露了不一樣的浸沒管下緣設計，這樣的設計會影響氣體的釋出。

最後，參考文獻也揭露了具有外流開口的浸沒杯的各種實施例(例如，開口位於杯底區域的浸沒杯)。這些外流的開口是有缺點的，因為這些開口會因為水中有污染物而容易堵塞。為了恢復原本的功能，這些浸沒杯必須定期地清潔，例如，透過沖洗、倒置浸沒杯或是傾斜並且使用一清潔頂桿。

本發明的目的在於提供一種壓力調節裝置及方法以便簡單且可靠地來調節或控制氣體的壓力。根據本發明，這個目的可透過主要申請專利範圍之特性條款的特徵來達成。氣體壓力可藉由將浸沒管浸入浸沒杯中不同的程度來進行調節，這樣可以獲得高度可靠地調節，由於浸沒杯中總是裝滿了水至滿溢的程度，代表水位不會變動。

依據本發明，將套管設置在上升彎管之中有兩個目的。從一方面來說，在上升彎管外可以有一個致動器以垂直可調整的方式來調整浸沒管的位置，從另一方面來說，可以用來將水供給浸沒管與上升彎管之間的水封套或是迷宮式水封套，如此一來，在整個垂直位置高度的改變上，上升彎管與浸沒管之間有可以有好的密封。

供給套管與致動器的水均設置於上升彎管之外，因此不會受到熱氣以及上升彎管中可燃、有毒、有侵略性等污染元素的影響。這些元素特別包含有氫氣、一氧化碳，甲烷與碳氫化合物如焦油、苯與萘等。這個裝置能防止污染物並且提升操作的可靠性。

當裝置操作的時候，煉焦爐中氣體流動通過上升彎管並繼續向下流向集流池。因為浸沒管的下緣無法移動地浸在浸沒杯中的水裡，煉焦爐中的氣體必須流經這些水才能抵達集流池。由於浸沒杯中浸沒管的浸沒深度不同，氣體流經水的路徑長度將會改變。

當浸沒管的浸沒深度增加的時候，水的流經路徑長度也會增加，亦即，為了流過浸沒杯，煉焦爐中的氣體將會需要克服一較高的水壓。在彎管以及爐中會建立起來一個推動的壓力，一直到壓力升高到足夠打破水的屏障。

浸沒管中可能提供有槽道來作為浸沒管內部與集流池之間直接的連接，使得氣體將不需要繞經水而直接流入集流池。當浸沒管的浸沒深度增加的時候，水表面上可用槽道的區域會減少。這個也會導致一個推動的壓力，造成在彎管以及爐中主要壓力的上升。

在實作中，一部分煉焦爐中的氣體流經槽道的可用斷面區域，另一部分則通過水。在只有很少量的氣體流動時則只會通過水。

浸沒管的調整範圍需要大到可以允許浸沒管完全抽離浸沒杯。因此，在現有槽道區域以外，在浸沒管的下端與水面之間可形成一環形的溝槽，使得煉焦爐中的氣體可以流經該環形溝槽。

在正常操作的期間，浸沒管會較深或較淺地浸入浸沒杯中，直到推動的壓力可對應想要的爐壓。深度的浸沒會造成爐中主要壓力的上升，較淺地浸沒會造成壓力的減少。

當爐下線的時候，煉焦會被推出爐外，到這個時候，爐門將會打開。通過這些較大的開口被吸入爐中與集流池中，最後進入氣體清潔系統的大量的空氣(氧氣)會因為空氣量太大了以至於可能會導致易燃的混合物。為了防止這樣的事情發生，爐與集流池之間的連接必須被關閉。

為了達成這個目標，浸沒管會浸入浸沒杯中，到一個程度是不管來自爐的推動氣壓或是來自集流池的吸力，都不足以打破浸沒杯中水的屏障。在此之前，一上升管蓋會打開使得所產生的煉焦爐氣體可以繼續流出，燃燒殆盡。

在爐中煉焦被推出後，亦即當爐中已經淨空的時候，必須再次填滿煤炭以供下一次煉焦處理(將爐上線)。正常來說，這會透過爐頂所提供的充煤孔或是透過爐門推入煤餅來達成。當煤炭與熱爐壁接觸的時候，會產生大量所謂的填充氣體把灰塵吹起來。

這個填充氣體與灰塵必須被吸出去，以防止它們被釋放進入環境中(排放保護)。為了允許盡可能平順地轉移到集流池中，壓力調節裝置會開到最大。到這個時候，浸沒杯會偏轉。水會流出浸沒杯，並且偏轉的浸沒杯會因此揭開浸沒管的整個截面。

正常來說，上升彎管在集流池區域包含有一大致垂直的部分。這可允許氣體沒有擾動流入集流池。此外，上升彎管的垂直部分可以允許套管輕易地通過彎管。在穿透的位置可以提供有一個簡單的水封套，這個水封套的溢流會反過來流入上升彎管的內部，並且最後流到集流池中。

此外，當一定位裝置用於浸沒杯支撐於套管的內部的時候是有優點的，這個定位裝置可以保護對抗熱氣體不受到氣體通過上述污染物以及其中所包含的懸浮固體的影響。定位裝置的驅動也可以設置於上升彎管的外部，這樣反而可以增加操作的可靠性。在習知技術以外的情形，都不一定需要透過集流池壁來通過操作裝置。

使用定位裝置作為一水管在上方來供應水也是有優點的。水可以用來冷卻水管並且為浸沒杯注水，這樣比較適合設置於浸沒管下方。浸沒管的迷宮式水封套的附近主要提供有一泄水口，使得水可以沿套管的內表面向下流並且正常收集於浸沒杯中。

由於浸沒管正常來說會投射在浸沒杯中，浸沒杯中的水位會維持在溢流的水位。水主要透過至少一灑水噴嘴來提供，灑水噴嘴可能位於上升彎管中。然而，額外的水可藉由套管的水封套引入。這個水也會用來維持浸沒杯中的水位。

由於水不斷地流入，浸沒杯中的水總是滿到邊緣，因此可以達成一個被定義的固定水位，與習知技術相反的，如此一來，可以允許一種快速準確的氣體壓力調節。

由於水不斷地溢流出浸沒杯，污染物可永久地被沖出。而在習知技術中，浸沒杯包含有泄水口，泄水口有時候會很窄而可能會堵塞的，在本發明的裝置中水可以在整個浸沒杯邊緣流動，因此沒有堵塞的危險。

當浸沒管水平設置於下端的時候，氣體將會均勻地經整個邊緣釋出。然而，浸沒管的下端也可有溝槽或是提供其他正規或非正規的終止元件來平順地釋放氣體。

為了允許浸沒杯的偏轉，透過定位裝置的幫助，藉由至少一支撐點來將浸沒杯的一邊固定並且透過這個支撐點來偏轉浸沒杯是有好處的。為了達成這個目的，將定位裝置的下端鉤掛於浸沒杯是有好處的，或是可以用一鏈子或一繩子來作為連接。

本發明之另一實施例也可看作是與上升彎管有關而不是與集流池有關的一種用來調節或控制一煉焦爐組中個別爐的個別氣體壓力的裝置。上升彎管提供有一套管，該套管藉由至少一管道於套管的下端連結於迷宮式水封套，在套管的上端，上升彎管的外部有一水的供給來為迷宮式水封套注水。上升彎管的垂直部分或是說延伸部分可能有可以套用於該裝置的一直徑，例如，可能比上升管本身來要寬。

由於裝置設置在上升彎管之中或是上述的延伸部分中，氣體的壓力可以不受集流池形狀影響被調節並且控制。這個提供了本發明的調節也可以用於小集流池的優點，而小集流池是無法為這樣的裝置提供足夠的空間的。

本發明也可透過一方法來實現，其特徵在於位於浸沒管的下方之一浸沒杯連續地裝滿了水，以至於水溢出杯緣以建立一固定的水位，浸沒管的下端則可用來調整以調節並且控制氣體壓力。

為使熟悉該項技藝人士瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體實施例，並配合所附之圖式，對本發明詳加說明如實施方式中所述之。

1‧‧‧煉焦爐

2‧‧‧煉焦爐氣體

3‧‧‧上升管

4‧‧‧上升彎管

5‧‧‧灑水噴嘴

6‧‧‧垂直部分

7‧‧‧集流池

8‧‧‧水平封板

9‧‧‧迷宮式水封套

10‧‧‧圓環

11‧‧‧水平接腳

12‧‧‧浸沒管

13‧‧‧圓環

14‧‧‧水平接腳

15‧‧‧壓力調節裝置

16‧‧‧雙層套管

17‧‧‧連接通道

18‧‧‧水封套

19‧‧‧致動器

20‧‧‧供水裝置

21‧‧‧浸沒杯

22‧‧‧軸承裝置

23‧‧‧懸吊裝置

24‧‧‧橫向壁

25‧‧‧底部

26‧‧‧箭頭

27‧‧‧定位裝置

28‧‧‧致動器

29‧‧‧供水裝置

30‧‧‧泄水口

31‧‧‧連接工件

32‧‧‧密封塞

33‧‧‧箭頭

34‧‧‧供水裝置

35‧‧‧箭頭

37‧‧‧錐部

38‧‧‧延伸部

39‧‧‧封板

第1圖為本發明壓力調節裝置之浸沒管處於升起狀態之第一實施例的垂直剖視圖；第2圖為第1圖裝置之浸沒管處於降下狀態之片段垂直剖視圖，且指示套管中的水的路徑；第3圖為第1圖裝置之片段垂直剖視圖，具有定位裝置中之水的路徑的指示；第4圖為第1圖裝置之上半部的片段垂直剖視圖，包含有水封套的代表圖；第5圖為第1圖裝置之下半部的片段垂直剖視圖，具有偏轉向下的浸沒杯；以及第6圖為本發明壓力調節裝置之第一實施例的片段垂直剖視圖，其中壓力調節裝置不設置集流池中而是設於上升彎管中。

第1圖為發明壓力調節裝置15的垂直剖視圖。當煉焦爐1在操作的時候，煉焦爐氣體2在上升管3中自煉焦爐1被垂直向上導引。上升管3上端具有檢驗與清潔擋板，接著有自該擋板下方一處沿一斜角向下延伸之上升彎管4。在彎管之中設置有至少一灑水噴嘴5，水可透過灑水噴嘴5被引入上升彎管4來冷卻煉焦爐氣體2。上升彎管4之垂直部分6結束於集流池7處，集流池7之頂部具有水平封板8。

上升彎管4的下端有一迷宮式水封套(water labyrinth seal)9設置於其上，迷宮式水封套9包含有圓環10，同軸地延伸於上升彎管4，且於頂部經由水平接腳11而連結垂直部分6。彎管4或是說垂直部分6與圓環10共同定義出一環狀的空間，環狀空間開口於底部且浸沒管12投射於其中，浸沒管12也同軸地圍繞上升彎管4的下半部。為了完成迷宮式水封套，浸沒管12提供圓環13與浸沒管12同軸地設置，並且圓環13的下端藉由水平接腳14固定於浸沒管12。圓環13與浸沒管12一起定義出一環狀的空間，環狀空間開口於頂部，為了操作圖中所示的裝置15，環狀空間中裝滿水以達成浸沒水中之目的，如此便可允許浸沒管12在裝置操作的過程中垂直地移動，並且同時確保密封效果。

在上升彎管4的垂直部分6中設置有雙層套管16，雙層套管16藉由至少一連接通道17流體連接於浸沒管12與圓環13之間的環狀的迷宮空間。雙層套管16的下端因此結束於迷宮式水封套9的區域。雙層套管16的上端位於上升彎管4之垂直部分6的上方外部，並且透過水封套18的幫助密封於上升管。套管16於上升管外部連接至致動器19，透過致動器19的幫助，套管16與浸沒管12可垂直移動。在套管16的上端區域另外提供有供水裝置20，供水裝置20用來將水注入雙層套管16的內部，並且藉由連接通道17也將水注入迷宮式水封套9，以達成上述浸沒管12對上升彎管4的垂直可變動氣體密封。

由於水會自下方注入迷宮式水封套9並且向上流動，因而可防止固態的物質自上方進入迷宮式水封套9。此外，持續流動的水也會清潔密封的內部並且將污染物沖走。

於集流池7中且在浸沒管12之下，提供有浸沒杯21，浸沒杯21可以藉由軸承裝置22向一邊偏轉。軸承裝置22設置於懸吊裝置23的下端，懸吊裝置23是被固定住的，例如，被固定在集流池7中之封板8。

浸沒杯21較浸沒管12寬，並且被設計成一開口朝上的裁切過的圓錐。浸沒杯21具有橫向壁24，橫向壁24可延伸，例如，相對於水平延伸底部25以斜角70°的方向延伸。浸沒杯21係用來滿足供水的功能，例如透過噴嘴5、供水裝置20與供水裝置29。因此裝置在操作的時候，浸沒杯21總是滿水至杯緣。由於水持續地流動，如箭頭26所指示，水將會溢流出杯緣而至集流池7。斜壁24可防止在釋放氣體的期間產生擾流。

由於水會不斷地溢流出浸沒杯21的杯緣，浸沒杯21杯中可能有的懸浮污染物會持續被沖出。在習知技術中，這些污染物會留在浸沒杯中，而會需要定時地傾倒與清空浸沒杯。

如第1圖所示，為了使浸沒杯21維持在一水平位置，並且也為了傾倒以清空浸沒杯21，可以使用定位裝置27，定位裝置27設置於雙層套管16中並且於雙層套管16之頂部穿出於該套管的上方。在套管16的外部，定位裝置27連結於致動器28。定位裝置27被做成一空管的樣子並且在上端具有供水裝置29，透過供水裝置29可以將水導引向下。

水可以透過至少一泄水口30離開定位裝置27並且進入套管16的內部。水接著向下流入浸沒杯21。

定位裝置27的下端具有掛接於其上的連接工件31，連接工件31依次鉸接至浸沒杯21的底部25。連接工件31也可以是繩子或鏈子。

定位裝置27藉由於套管16上端的密封塞32對雙層套管16密封。實際密封的效果是藉由水來達成。密封塞32防止水在較高的水壓設定下時從套管16溢出。這樣可以實現可移動管的彈性密封。

如圖所示之裝置15係用來調節或控制煉焦爐1的氣體壓力。離開煉焦爐1的氣體2具有大約800℃的溫度。自煉焦散逸的氣體在上升彎管4中被冷卻至大約80℃。冷卻是係透過引入水來達成，然而，冷卻也會造成其他氣體元素的凝結，特別是焦油。這會導致形成沈澱，本發明的裝置可以將沈澱所帶來的有害的影響將到最小。特別是，可以避免對裝置的操作元件的功能性所造成的損害。

在本發明的裝置中，煉焦爐氣體2藉由上升彎管4被導引向下至上升彎管4的垂直部分6。當氣體垂直在浸沒管12中向下流動並且被引導進入浸沒杯21時，氣體透過灑水噴嘴5可以得到濕潤並且被冷卻。浸沒管底部的管面要處於浸沒杯21中水的水面下。

為了讓氣體能平順地從浸沒管釋出，可以將浸沒管12的下端刻意作的不平整，例如，利用溝槽、鋸齒、波浪元素等等。

離開浸沒管12的氣體通過浸沒杯21的水並且溢出浸沒管12的邊緣進入集流池7，接著被釋出。想要的壓力調節可以透過將浸沒管12浸入不同的深度來達成。

第2圖顯示浸沒管12的下端投射進入浸沒杯21，該下端係位於浸沒杯21的水位36之下。

第2圖也顯示了水如何藉由供水裝置20被引入雙層套管16並且藉由連接通道17自底部封閉的套管16傳送出去至迷宮式水封套9。在浸沒管12的上端，亦即，在圓環13處，如箭頭33所指示，由雙層套管16引入的水潑灑並且流動進入浸沒杯21，這樣會具有將固態的物質沖出迷宮式水封套9的效果。

在上升彎管6中的主要壓力p1高於集流池7中的主要壓力p2。

第3圖顯示水如何藉由供水裝置29被引入定位裝置27的內部。水離開定位裝置27之管，通過開口30並且流入雙層套管16的內部。在套管16的下端，水再次流入浸沒杯21。

第4圖顯示水封套18的功能。水沿著箭頭35的方向流動通過供水裝置34進入外殼的內部，套管16可透過水據此滑動密封自上升彎管4。將套管與外殼安排在彎管的外部是有好處的，可以讓溫度更低以及總高度更矮。

第5圖顯示浸沒杯21如何被清空。當浸沒杯21透過致動器28被傾斜的時候，不僅水會被倒出來，其中跟水一起的所有懸浮固體與污染物也會一起被倒出來。

第6圖顯示本發明壓力調節裝置設置於上升彎管4而不是集流池7上的設計變化，舉例來說，壓力調節裝置的長度與寬度可以延伸來達成這個目的。相同的元件將會以相同的參考標號來標註。

雖然上述的實施例中的調節裝置投射至集流池，現在調節裝置則要放置於上升彎管中，或是說該上升彎管的垂直部分6的延伸部38中。延伸部38比垂直部分6寬，且位於上升彎管4與集流池7之間，並且朝集流池7的方向趨近。延伸部38的上端有封板39，延伸部38透過封板39固定於垂直部分6。浸沒杯21的懸吊裝置23也設置該封板上。延伸部38之下端終結於錐部37，而錐部37也提供了與集流池7之間的連接。

延伸部38的寬度必須足夠大以滿足位於其中的壓力調節裝置。然而，這個實施例的基本結構設計對應至前述之實施例的基本結構設計。唯一的不同點在於這個實施例設置在上升彎管之中。

這個設計變化的優點在於現有的煉焦爐可以更簡單地進行改造，因為無需改變集流池的設計。特別是在集流池不夠大的情況下，會建議不要改變這些集流池並且提供具有加寬的延伸部的上升彎管，以用來滿足設置其中調節裝置。

本發明也可允許迷宮式水封套是補充性的或是可由簡單的水封套或是其他種類的密封裝置來替換。

以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。