TWI550235B - 為提供控制煉焦爐腔室氣壓而無來自控制配置之膨脹誘導偏差之控制裝置的工具及方法 - Google Patents

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TWI550235B TW100134975A TW100134975A TWI550235B TW I550235 B TWI550235 B TW I550235B TW 100134975 A TW100134975 A TW 100134975A TW 100134975 A TW100134975 A TW 100134975A TW I550235 B TWI550235 B TW I550235B
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法蘭克 克雷柏爾
黑爾慕特 舒爾特
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Description

為提供控制煉焦爐腔室氣壓而無來自控制配置之膨脹誘導偏差之控制裝置的工具及方法
本發明係關於一種提供控制一煉焦爐腔室中之氣壓而無來自控制配置之膨脹誘導偏差之一控制裝置的工具，該偏差係由操作期間根據目前最佳狀態之類似裝置中煉焦爐腔室之高溫及溫度差引起。本發明之工具及方法用來防止用以密封、冷卻豎管及分離水溶性雜質與豎管之水以不受控制之方式離開該控制裝置。本發明亦關於一種用於藉助於上述工具控制一煉焦爐腔室之氣壓的方法，該煉焦爐腔室之壓力藉助於上述無來自控制配置之膨脹誘導偏差的控制裝置針對粗氣體傳導收集總管控制。
在煉焦爐腔室操作中，產生煉焦氣體，其通常進入焦餅上方之氣體室，自氣體室輸送至下游處理。所得煉焦氣體之量視煉焦製程之時間依賴性過程而定。通常，煉焦週期期間煉焦爐腔室氣體輸出之時間依賴性過程完全可預測。由於其未能保持恆定，而是視煉焦製程之當前狀態而定，所以煉焦爐腔室之氣體室壓力在煉焦製程之過程中易波動。
然而，意欲整個煉焦期期間煉焦爐腔室上方之氣體室氣壓儘可能維持恆定，以更有效地控制煉焦製程及改良煉焦氣體之下游處理。所存在的一些組態允許在接近煉焦週期結束時提高氣壓。尤其意欲煉焦爐腔室氣壓持續保持在防止周圍空氣吸入爐中之位準，此可藉由適當控制整個煉 焦爐腔室氣壓確保相較於外部氛圍恆定地略微超壓來實現。
為此，存在適於在整個煉焦製程期間維持恆定壓力或控制煉焦爐腔室壓力之控制裝置。在用於達成此目的之一例示性組態中，待自煉焦爐腔室排出之煉焦氣體通過呈液封形式提供之水容量(water volume)，以便煉焦爐腔室氣壓由液封之高度及壓力來控制。位於液封上方的是所謂氣體收集總管之氣體室，其表示所排出之煉焦氣體的收集槽且永久含有來自浮杯之溢出水的最低容量之水。因為該設計允許在煉焦爐腔室及氣體收集總管中使用不同壓力，所以有可能依賴於碳化進展而個別控制煉焦爐腔室壓力。
EP 649455 B1教示一種例示性設計及相關方法。煉焦爐腔室之氣體室連接至豎管，豎管延伸至彎曲之豎管鵝頸管，鵝頸管又浸入杯狀末端片狀物中。此杯狀末端片狀物亦稱為樞軸杯，其填充有來自碳漿料管線之水。可調節閘閥藉由致動器操作，其視煉焦爐腔室中壓力條件而定，保持樞軸杯中之水在精確控制之位準。因為此裝置可提供給各個煉焦爐腔室，所以可控制各個煉焦爐腔室之氣壓且控制整個煉焦爐組或煉焦爐堆隨時間之煉焦氣體輸出或保持其恆定。豎管鵝頸管之浸漬末端以特殊形式成形，以防止與水位平行之邊緣引起壓力控制調整過度及液封脈動。
在煉焦爐腔室操作期間，出現高溫，此外其在煉焦製程之時間依賴性過程中有所波動。同樣，經由控制裝置吸入氣體收集總管中之煉焦氣體視煉焦製程之進展而定具有 不同溫度。溫度變化由於煉焦製程之特有特性而為顯著的。後果為煉焦爐腔室之氣體傳導或氣壓控制金屬構件的金屬組件膨脹及不對準。該膨脹及不對準引起氣體傳導組件之來自其控制配置之偏差。此等偏差會導致煉焦爐腔室之氣體傳導及水傳導組件以及壓力控制裝置滲入氣體及水流。
此尤其在由閥及水傳導控制裝置進行之煉焦氣體壓力控制方面產生問題，因為壓力控制通常為絕對需要以確保可靠地控制煉焦爐腔室壓力。煉焦爐腔室之氣體傳導及水傳導組件之不對準及膨脹亦涉及安全風險，因為此等可能為空氣進入仍具有熱值之煉焦氣體中之原因。為此，存在用來補償煉焦週期過程中出現之膨脹及不對準的裝置。
在申請時尚未公開之專利文獻DE 102009023222.2教示一種用以補償來自控制配置之組件同軸安裝之偏差的工具，該控制配置由控制裝置、冠形管道及浮杯組成且用以控制煉焦爐腔室氣壓，控制配置包括具有相對於氣體收集總管及/或下游設備零件(equipment items)密封煉焦爐腔室之氣體室之液封的浮杯，且液封水位高度起到控制氣壓之調節手段的作用，且控制配置亦包括浸管，該浸管在末端設計有浸入浮杯之水中的專門形成之冠形管且包括用於控制水位之控制裝置。本發明確保防止來自控制裝置之同心對準的偏差，且控制閥之密封塞始終沿中心線且氣密地行進至浮杯密封塞之所提供之密封座。
該工具藉由依靠可偏轉元件，使浮杯可在水平方向上 移動，提供浮杯可撓性懸掛，且藉由在冠形管道外側或浮杯內側提供引導元件，來控制煉焦爐腔室氣壓且補償溫度誘導之偏差，此等引導元件用以引導浮杯中之冠形管道且位於冠形管道與浮杯之間並藉由其尺寸來精確地界定浮杯內之流動性。以此方式，可防止由密封塞不對準形成之水自浮杯不當流入氣體傳導收集總管。此外，因此可防止空氣進入煉焦爐腔室或氣體傳導收集總管。
然而，採用此配置，具有鵝頸管之豎管系統可在操作週期過程中由於熱膨脹而明顯向上移動。在具有各別控制裝置之煉焦爐腔室操作期間，最初對準之浮杯通常會隨各別膨脹而不再對準，使得冠形管道之凹口不再以所要比率對應於控制裝置之出水口。後果為在操作週期過程中，進入氣體收集總管之氣流不再能可靠地控制或計算。
因此，目標為提供一種藉由依靠含水浮杯調節進入氣體傳導收集總管之流量來控制煉焦爐腔室氣壓，且補償溫度誘導之膨脹或不對準以防止不必要之氣體及水流入氣體收集總管的工具，其中不必再對準控制配置即可操作該工具，從而控制氣流之控制裝置之控制配置無需維護且耐久。
本發明藉由使用一種如下控制裝置來實現此目標，該控制裝置經由豎管自煉焦爐腔室上升，該豎管連接之鵝頸管及浸管垂直向下導向連接冠形管道；液封(水位高度表示控制氣壓之手段)、調節浮杯中水位之密封塞，其中浮杯及浸管具備與浮杯形成環形空間之固定外殼，該環形空間 適於充當水自浮杯溢至氣體收集總管之溢口，且充當氣體進入氣體收集總管之通道，且外殼具備凹口邊緣，該凹口邊緣浸入氣體收集總管頂部之環形包圍液封中，以便氣體收集總管與外殼之間的膨脹或不對準可補償。
此工具防止浸管與浮杯之間因溫度差所產生之任何不對準或膨脹，而氣體收集總管與具有鵝頸管之豎管之間所產生之膨脹會為延伸至液封中之凹口邊緣所緩衝。以此方式，控制裝置之水及氣流控制部件在同一個配置中仍無需維護。此亦防止不必要之氣體或水進入氣體收集總管。
尤其主張一種提供控制煉焦爐腔室氣壓而無來自控制配置之膨脹誘導偏差之控制裝置的工具，其包括‧一豎管，其自煉焦爐腔室垂直上升且連接至鵝頸管，該鵝頸管自該豎管橫向轉向且垂直向下轉變成浸管，該浸管之末端以具有鋸齒狀或凹口邊緣之冠形管道及入水口之形式提供，及‧一底部向下漸尖之浮杯，該浮杯在其下端具備自該底部離開之出水口且具有開口頂部，及‧一密封塞，其以控制方式行進穿過該浸管且密封自浮杯之液封排入配置於下方之氣體收集總管中的排出物，及‧一粗氣體傳導收集總管，來自浮杯之水藉由密封塞之溢口或開口流入該粗氣體傳導收集總管中，且其特徵在於‧浮杯及在末端具有冠形管道之浸管含於固定外殼 中，該外殼與浮杯形成環形空間，此環形空間適合作為水及氣體自浮杯進入氣體收集總管之溢口，及‧外殼具備延伸至氣體收集總管頂部之環形包圍液封中之凹口邊緣，以便氣體收集總管與外殼之間的膨脹或不對準可補償。
外殼或圍體可由視情況選用之材料製成。其大部分宜由鑄鐵或鑄鋼製成。在一更簡單化具體實例中，其亦可由薄片金屬體形成。
以一例示性方式，凸緣連接用以將外殼連接至浸管。此具有如下優點：外殼可自浮杯移除，因此出於檢查目的，容易接近後者。外殼可以任何所欲方式連接至浸管。亦可想像例如永久焊接連接。該連接之配置亦視情況選用。外殼可例如垂直懸掛在浸管中間，但其亦可直接固定在豎管鵝頸管下面。外殼可例如相對於浸管同心懸掛，確保在任何平面及所有方向上與後者距離相同。外殼亦可具有任何形狀，然而其較佳朝向底部為錐形且以伸出浮杯末端外之部分結束。
對於垂直懸掛，浮杯可連接至浸管或外殼。懸掛可藉助於桿、凸緣或金屬片實現。然而，對於垂直固定，浮杯亦可藉助於固持桿懸掛至浸管之環形盤。在該狀況下，固持桿在視情況選用之點附接於環繞浸管之環形盤之上端。固持桿之數目視情況選用，但至少達到三個。固持桿用視情況選用之材料製成。以一例示性模式，其可呈鋼針形式，其亦可呈金屬螺釘、管節(pipe section)或鑄造肋條形式。其宜藉助於螺紋活管套節或鉚釘固定。
根據本發明之一具體實例，氣體傳導收集總管之上端裝備有氣體瓣閥(gas flap)，該氣體瓣閥位於氣體收集總管上端且氣體收集總管可藉由其相對於外殼及浮杯斷開。此閥可具有視情況選用之設計。在一例示性具體實例中，其可呈藉助於樞軸承懸掛在氣體收集總管上端且向上傾斜閉合之簡單瓣閥形式。然而，其亦可呈橫向傾斜瓣閥形式。安裝瓣閥可確保氣體收集總管在移除浮杯時或在操作失敗之狀況下斷開，以防止空氣進入氣體收集總管。出於製程及安全性原因，不想讓空氣進入粗氣體傳導收集總管中。
密封塞可具有視情況選用之設計。然而，較佳設計包括虹吸管、可調節閘閥及排出管，其中可調節閘-閥用以控制浮杯中之水位，或經由排出管排至氣體收集總管中，其可經由閘閥位置及相關操作機構控制，閘閥可垂直閉合且包括在密封塞中。操作機構通常由連接至致動器之桿組成。
亦主張一種藉由使用控制煉焦爐腔室氣壓而無來自控制配置之膨脹誘導偏差的上述控制裝置，針對氣體收集總管之壓力差控制煉焦爐腔室壓力的方法。此方法使用上述工具作為控制裝置。尤其主張一種操作煉焦爐組或煉焦爐堆之方法，該煉焦爐組或煉焦爐堆包括多個煉焦爐腔室、粗氣體傳導粗氣體收集總管及安裝在粗氣體收集總管中以個別控制煉焦腔室中之氣壓之節流裝置，其中
‧每一節流裝置均具備供應水之具有可密封出口之浮杯，及
‧煉焦腔室經由氣體管線連接至粗氣體收集總管，該等氣體管線以節流裝置之浮杯中之浸管結束，及
‧使用具備用於控制浮杯中液位之溢口的節流裝置，該溢口藉助於致動器垂直調節，且其特徵在於
‧煉焦爐腔室壓力藉由控制煉焦爐腔室氣壓而無浮杯及節流裝置之來自控制配置之膨脹誘導偏差的控制裝置來控制，其中朝向氣體收集總管之膨脹被浸入液封中之外殼的環形凹口邊緣補償。
該方法亦可自動化。出於此目的，至少一個煉焦爐腔室之壓力藉助於量測裝置控制，該量測裝置依賴於煉焦爐腔室之內部壓力調節浮杯中之水供應。該自動化可針對一個煉焦爐腔室實現，但較佳針對煉焦爐堆或煉焦爐組之若干或所有煉焦爐腔室實現。
該方法及本發明工具通常用於操作習知煉焦爐。
在一例示性組態中，用以補償氣體收集總管與豎管及/或浸管之間的膨脹及不對準之環形液封用水填充。然而，為高溫應用所需求，液封亦可用瀝青填充。此外，液封可具備含有聚矽氧化合物之填充物。
本發明具有如下優點：提供經由浮杯中之變化水位控制煉焦爐腔室氣壓之工具，其中儘管膨脹或不對準行為，但直通煉焦爐腔室之浸管加上相關水位及氣壓控制裝置從未偏離所指定之控制配置，且無需維護密集型再調節。本發明具有另一優點：氣體收集總管可配備氣體瓣閥。若提供氣體瓣閥，則為移除浮杯或若操作失敗就可斷開氣體收集總管，使得空氣不進入氣體收集總管。本發明藉助於三個圖說明，此等圖僅為本發明工具之設計的例示性組態且不限於此等實施例。
圖1顯示用於控制煉焦爐腔室壓力之本發明工具(1)，其包括一豎管(2)，該豎管(2)此處未示且用以經由連接之鵝頸管(4)將煉焦氣體(3)自煉焦爐腔室排出，僅表示鵝頸管(4)，其連接至豎管(2)且在向下方向(5)上180°引導煉焦氣體(3)。鵝頸管(4)連接至向下浸管(6)，該浸管(6)以具有鋸齒狀或凹口邊緣之冠形管道(6a)結束。在末端具有冠形管道(6a)之浸管(6)延伸至具有向下引向出水口(7a)之錐形底且具有變化水位(7b)的浮杯(7)中。延伸至浮杯(7)之密封端且密封出水口(7a)之密封塞(8)沿浸管(6)之中心線行進。根據本發明，浸管(6)及浮杯(7)提供於外殼(9)中，外殼(9)藉助於環形盤(10)穩固地安裝至浸管(6)。外殼(9)與浮杯(7)形成環形空間(11)，該環形空間(11)充當來自浮杯(7)之水的溢口且用作煉焦氣體(3)之氣體通道。外殼(9)之底部亦為錐形，下部漸尖之末端(9a)具有延伸至環形包圍液封(12)之凹口邊緣(9b)。根據本發明，外殼(9)經由凸緣連接(13)緊固地安裝至浸管(6)。以此方式，外殼(9)及浮杯(7)可相對於粗氣體傳導收集總管(14)移動。具有外殼之浮杯延伸至用以收集煉焦氣體(3)之粗氣體傳導收集總管(14)中。當自浮杯(7)移 除密封塞(8)時，水流入氣體收集總管(14)中，煉焦爐腔室氣壓藉由液封(7b)之水位控制。氣體收集總管(14)之上端配備瓣閥(15)，藉由此瓣閥(15)，氣體收集總管(14)可相對於頂部斷開。以此方式，煉焦爐腔室之氣體室可相對於氣體收集總管(14)斷開或氣體收集總管相對於大氣斷開。瓣閥(15)藉由以樞軸承(15a)向上傾斜來閉合。浮杯(7)之液封(7b)之水位經由密封塞(8)調節，該密封塞(8)可藉由使用操作桿(16)之行進機制自出水口(7a)拉出。當拉出塞時，水經由出水口(7a)流入氣體收集總管(14)中。密封塞(8)配備虹吸管(8a)及可垂直調節之閘閥(8b)，該閘閥(8b)用以調節浮杯中液封(7b)之位準。
圖2顯示相同之工具，其中浮杯(7)藉助於安裝至配置於浸管(6)處之環形盤(10)的固持桿(17)緊固地固定。
圖3顯示安裝至煉焦爐腔室之目前最佳狀態工具。該圖顯示豎管(2)、浸管(6)、冠形管道(6a)、浮杯(7)及氣體收集總管(14)。水(18)在鵝頸管區域內流入浸管中，且經由出水口(7a)流入氣體收集總管(14)中。該圖顯示排出之水(18a)。浮杯(7)藉助於懸掛裝置(19)固定至氣體收集總管(14)。浸管(6)延伸至冠形管道(6a)。
1‧‧‧用於控制煉焦爐腔室壓力之裝置，控制裝置
2‧‧‧豎管
3‧‧‧煉焦氣體
4‧‧‧鵝頸管
5‧‧‧向下的煉焦氣體流
6‧‧‧浸管
6a‧‧‧冠形管道
7‧‧‧浮杯
7a‧‧‧出水口
7b‧‧‧具有水位之液封
8‧‧‧密封塞
8a‧‧‧虹吸管
8b‧‧‧可調節閘閥
9‧‧‧外殼
9a‧‧‧外殼之向下漸尖下端
9b‧‧‧凹口邊緣
10‧‧‧環形盤
11‧‧‧環形空間
12‧‧‧環形包圍液封
13‧‧‧凸緣連接
14‧‧‧氣體收集總管
15‧‧‧瓣閥
15a‧‧‧瓣閥樞軸承
16‧‧‧密封塞之操作桿
17‧‧‧固持桿
18‧‧‧入口水
18a‧‧‧排出水
19‧‧‧浸漬杯形懸掛裝置
圖1顯示浮杯直接附接至外殼及浸管之本發明工具。圖2顯示浮杯經由固持桿固定至水平配置之附接至浸管之 環形盤的本發明工具。圖3顯示安裝在煉焦爐腔室上之目前最佳狀態工具。
1．．．用於控制煉焦爐腔室壓力之裝置，控制裝置
2．．．豎管
3．．．煉焦氣體
4．．．鵝頸管
5．．．向下的煉焦氣體流
6．．．浸管
6a．．．冠形管道
7．．．浮杯
7a．．．出水口
7b．．．具有水位之液封
8．．．密封塞
8a．．．虹吸管
8b．．．可調節閘閥
9．．．外殼
9a．．．外殼之向下漸尖下端
9b．．．凹口邊緣
10．．．環形盤
11．．．環形空間
12．．．環形包圍液封
13．．．凸緣連接
14．．．氣體收集總管
15．．．瓣閥
15a．．．瓣閥樞軸承
16．．．密封塞之操作桿

Claims (14)

  1. 一種提供控制煉焦爐腔室中之氣壓而無來自控制配置之膨脹誘導偏差之控制裝置的工具(1)，其包括豎管(2)，其自煉焦爐腔室垂直上升且連接至鵝頸管(4)，該鵝頸管(4)自該豎管(2)橫向轉向且垂直向下轉變成浸管(6)，該浸管(6)之末端以具有鋸齒狀或凹口邊緣之冠形管道(6a)及入水口之形式提供，及底部向下漸尖之浮杯(7)，該浮杯(7)在其下端具備自該底部離開之出水口且具有開口頂部，及密封塞(8)，其以一控制方式行進穿過該浸管(6)且密封自該浮杯(7)之液封(7b)排至配置於下方之氣體收集總管(14)的排出物，及氣體收集總管(14)，來自該浮杯(7)之水藉由該密封塞(8)之溢口或開口流入該氣體收集總管(14)中，其特徵在於該浮杯(7)及在末端具有該冠形管道(6a)之該浸管(6)含於固定外殼(9)中，該固定外殼(9)與該浮杯(7)形成環形空間，此環形空間(11)適合作為水及氣體自該浮杯(7)進入(5)該氣體收集總管(14)之溢口，及該外殼(9)具備延伸至在該氣體收集總管(14)頂部之環形包圍液封(12)中的凹口邊緣(9b)，以便該氣體收集總管(14)與該外殼(9)之間的膨脹或不對準可補償。
  2. 如申請專利範圍第1項之工具，其特徵在於該外殼(9)由澆鑄體製成或由薄片金屬體形成。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之工具，其特徵在於凸緣連接(13)用以將該外殼(9)與該浸管(6)連接。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項之工具，其特徵在於該浮杯(7)藉助於固持桿(17)懸掛至該浸管(6)之環形盤(10)。
  5. 如申請專利範圍第3項之工具，其特徵在於該浮杯(7)藉助於固持桿(17)懸掛至該浸管(6)之環形盤(10)。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項之工具，其特徵在於該氣體收集總管(14)之該上部開口裝備有氣體瓣閥(15)，該氣體收集總管(14)藉由該氣體瓣閥(15)可相對於該外殼(9)及該浮杯(7)斷開。
  7. 如申請專利範圍第3項之工具，其特徵在於該氣體收集總管(14)之該上部開口裝備有氣體瓣閥(15)，該氣體收集總管(14)藉由該氣體瓣閥(15)可相對於該外殼(9)及該浮杯(7)斷開。
  8. 如申請專利範圍第4項之工具，其特徵在於該氣體收集總管(14)之該上部開口裝備有氣體瓣閥(15)，該氣體收集總管(14)藉由該氣體瓣閥(15)可相對於該外殼(9)及該浮杯(7)斷開。
  9. 如申請專利範圍第5項之工具，其特徵在於該氣體收集總管(14)之該上部開口裝備有氣體瓣閥(15)，該氣體收集總管(14)藉由該氣體瓣閥(15)可相對於該外殼(9)及該浮杯(7)斷開。
  10. 一種操作煉焦爐組或煉焦爐堆之方法，該煉焦爐組 或煉焦爐堆包括多個煉焦爐腔室、氣體收集總管(14)及安裝在該氣體收集總管(14)中以個別控制該等煉焦爐腔室中之氣壓的節流裝置，其中該等節流裝置每一者均具備供應水之具有可密封出口之浮杯(7)，及該等煉焦爐腔室經由氣體管線連接至該氣體收集總管(14)，該等氣體管線以該等節流裝置之該等浮杯(7)中的浸管(6)結束，及使用具備用於控制該浮杯(7)中液位之溢口的節流裝置，該溢口藉助於致動器垂直調節，其特徵在於該煉焦爐腔室中之壓力藉由控制煉焦爐腔室中之氣壓而無該浮杯(7)及該節流裝置之來自控制配置之膨脹誘導偏差的控制裝置(8b)控制，其中朝向該氣體收集總管(14)之膨脹被浸入液封(12)中之外殼(9)的環形凹口邊緣(9b)補償。
  11. 如申請專利範圍第10項之方法，其特徵在於至少一個煉焦爐腔室之該壓力藉助於量測裝置來控制，該量測裝置依賴於該煉焦爐腔室之該內部壓力調節該浮杯(7)中之水供應。
  12. 如申請專利範圍第10項或第11項之方法，其特徵在於該環形包圍液封(12)用水填充。
  13. 如申請專利範圍第10項或第11項之方法，其特徵在於該環形包圍液封(12)用瀝青填充。
  14. 如申請專利範圍第10項或第11項之方法，其特徵在於該環形包圍液封(12)具備含有聚矽氧化合物之填充物。
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