冷裝冷出直立式全自動連續煉焦爐的製作方法

2023-06-15 13:43:51

專利名稱：冷裝冷出直立式全自動連續煉焦爐的製作方法
技術領域：
本發明是一種新型立式連續煉焦爐，屬於煤高溫乾餾煉焦裝置。
背景技術：
常規煉焦工藝的爐型主要為間歇式生產的水平室式煉焦爐，此種爐型創建於19世紀中葉，經過一個多世紀的發展，雖然在生產能力、焦炭質量、熱能利用、機械化水平等方面有了長足的進步。但由於其固有的間歇操作模式，仍存在對環境造成嚴重汙染的弊病。在煉焦生產過程中，這種爐型必須在高溫下頻繁開啟爐門、裝煤、出焦、熄焦等生產操作，從而造成嚴重的大氣汙染。近年來，國內外都在改造現有的煉焦設備以適應日趨嚴格的環保法規，尋找更經濟的方法生產高質量的焦炭。在常規焦爐生產過程中，最為嚴重的汙染環節是熱態裝煤、熱態出焦。該過程由於熱裝熱出所逸散的陣發性荒煤氣、煤塵、焦塵中含有大量的BaP、SO2、H2S、NOx、TSP等大氣汙染物，這些汙染物必須收集治理。目前的治理方法主要是採用高壓氨水(或蒸汽)噴射、裝煤車上配燃燒、洗滌與淨化聯合系統、攔焦車配除塵系統，或用地面除塵站解決裝煤出焦過程汙染等技術，如一座年產60萬噸焦炭的焦化廠，僅此一項環保投資高達2000萬元以上，而且還不能徹底消除汙染。在熄焦工藝上，大多數焦化企業採用的是投資低的溼法熄焦工藝，用水對1000℃左右的高溫焦炭進行噴灑冷卻，這一過程不僅會產生大量含粉塵等汙染物隨水蒸氣排入大氣，而且每噸焦會消耗400kg以上寶貴的水資源；每噸紅焦至少有1.3×106KJ顯熱被白白浪費掉；常規的幹法熄焦工藝是利用惰性氣體冷卻紅焦，經吸熱後的惰性氣體又將熱量傳遞給鍋爐，再由循環風機將惰性氣體送入幹熄爐內循環使用，這種裝置需要接焦、運焦、裝焦、幹熄、排焦、集塵、粉焦貯運等設施以及惰性氣體循環和餘熱鍋爐等設備，該工藝具有循環氣中粉塵多、流程冗長、設施龐雜、投資高昂、生產成本大等缺點，一套處理能力為60t/h的大型全套幹熄焦裝置，其投資高達2億元以上，僅幹熄焦噸焦投資就在400元以上，即使如此，仍然會有一定量的CO、SO2等有害氣體排入大氣。對於爐門、爐蓋、上升管等處的洩漏，目前的措施僅能是頻繁修理或更換設備。為進一步減少汙染物的無組織排放，採取加大炭化室容積，通過控制出爐次數來減少汙染物的排放次數和數量，如德國的巨型反應器、日本的21世紀高產無汙染大型焦爐等等。上述技術均存在投資高昂、生產成本高、技術難度大等缺點，這些努力僅僅是一種簡單的「頭痛醫頭、腳痛醫腳」做法，不能從根本上解決問題。發達國家由於環保法規日趨嚴格，這種傳統的蓄熱室焦爐，環境保護設施的投資費用已佔到整個工廠投資的30～40％，國內的一般焦化廠也在15～20％。同時，水平室式煉焦爐為保證焦炭質量必須採用粘結性較好的煤種，目前世界上優質煉焦煤奇缺，如果不從工藝上突破這一工藝缺陷，不能增加弱粘結煤及不粘結煤配比，在30年左右的時間內，煉焦行業將會因焦煤資源的枯竭受到很大的制約。
為了解決上述常規煉焦爐存在的缺陷，烏克蘭煤炭化學研究所曾於1974年開始進行連續層狀煉焦的試驗室工作，1983年開始施建半工業試驗爐，1988年開始施建工業爐，後因資金不足等原因，工業爐的施建工作停滯，未能使該項研究項目實現工業化。該連續層狀煉焦裝置的燃燒室採用水平火道結構，有效控制爐體上下各段的煤氣需用量；其爐體下部設置蓄熱室，利用高溫廢氣的熱量預熱空氣；熄焦工藝以惰性氣體為介質進行幹熄焦。但該裝置仍存在一些問題由於水平火道強度低，為保證強度增加了用磚量；水平火道限制了焦爐寬向的增加；用蓄熱室預熱空氣，使焦爐結構複雜和增加了投資，並使操作複雜化；用惰性氣體幹熄焦，介質氣體不斷增加，且有粉塵進入氣體中，致使其結構複雜、投資高、佔據空間大；熱煤氣的顯熱沒有回收以及給煤布料不盡合理等等。

發明內容
本發明是設計一種新型直立式結構的連續煉焦爐，實現冷態裝煤冷態出焦全密閉的自動化連續生產工藝，使煤料在乾餾過程中實現熱壓，擴大弱粘結性煤及不粘結煤的用量50％以上，同時在爐體內實現單孔聯程間接幹熄焦，具有低投入、低能耗、低成本、低汙染、高質量、高勞動生產率、佔地面積少等特點。該發明是以實現焦化企業的潔淨生產，並以源頭控制汙染為設計原則，改變傳統焦化企業的生產模式，有效解決傳統煉焦爐存在的環境保護與投資及經濟效益之間的矛盾。
本發明的冷裝冷出直立式全自動連續煉焦爐，它由相間排列的炭化室、燃燒室及爐頂、斜道、幹熄焦裝置、排焦裝置組成，其特徵在於，燃燒室頂部設有廢氣水平通道，以及與廢氣水平通道相連的廢氣導出孔；斜道部位設有直立空氣道和水平煤氣道；炭化室與燃燒室下部是幹熄焦裝置和排焦裝置，其中幹熄焦裝置由高溫熱交換器、中溫熱交換器、低溫熱交換器和焦炭冷卻通道組成。高溫熱交換器為耐火材料砌築，中、低溫熱交換器為金屬結構，低溫熱交換器處設有空氣入口，焦炭冷卻通道下部設有冷煤氣入口，冷卻方式為單孔聯程間接幹熄焦。排焦裝置由排焦機、排焦箱、水封接焦箱、刮板輸送機組成；焦爐頂部還設有長向布置的煤倉，煤倉下設有漏鬥，每個漏鬥和每兩個一字布置的炭化室側邊的布料機相連接；炭化室側頂設有側布料槽，上部設有壓煤推焦板，壓煤推焦板由安裝在炭化室頂部頂梁上的液壓缸驅動；燃燒室採用直立火道，這些火道均為連續加熱火道；燃燒室頂部設有廢氣水平通道，為快速加熱段，該部位設有與廢氣水平通道相連的廢氣導出孔；炭化室自上而下分為裝煤段、快速加熱段、乾餾段，其中乾餾段處設有中溫煤氣導出孔和高溫煤氣導出孔，直接與炭化室相通。
該發明於爐頂冷態裝煤後，由爐頂液壓缸驅動下行，在隔絕空氣的條件下經快速加熱段、乾餾段、幹熄焦裝置、排焦裝置，最後由爐底冷態排出，乾餾過程產生的煤氣一部分回爐加熱，其餘供下遊產品生產所需；空氣經熱交換器預熱後，經斜道進入立火道與煤氣混合燃燒，燃燒後的高溫廢氣經燃燒室頂部的廢氣水平通道排出，送給餘熱發電廠回收熱能。其具體過程為煤料由布料機布滿炭化室頂側布料槽後，關停布料機，然後將煤放入炭化室頂部裝煤段內，需要壓煤推焦時，壓煤推焦板由液壓缸向下推壓，達到一定的行程和壓力後，進入下一個循環；壓煤過程可使炭化室中處於塑性階段的煤料得以熱壓，有效提高弱粘結性煤的用量。煤料由裝煤段進入快速加熱段，迅速使靠近炭化室牆處的煤料在乾餾時快速結焦形成硬殼，以使焦炭順行，而後煤料進一步下行到乾餾段乾餾成焦。成熟後的焦炭進入幹熄焦裝置的焦炭冷卻通道。炭化室的寬度根據煤種而定，取寬炭化室時，為了使紅焦得到充分地冷卻，焦炭自乾餾段進入幹熄焦裝置後，由一個通道變為兩個通道，以使焦炭的熱量能更快地通過熱交換器壁傳給空氣，焦炭在分流下行過程中，冷空氣通過低、中溫熱交換器壁和高溫熱交換器的隔牆，間接而充分地將焦炭冷卻，即吸收紅焦顯熱，使空氣預熱到600℃左右後經斜道進入燃燒室與煤氣混合燃燒；取窄炭化室時，焦炭由乾餾段進入幹熄焦裝置可不設分流裝置；在低溫熱交換器的底部設置冷煤氣入口，在焦炭間接冷卻不充分時，將冷煤氣送入焦炭冷卻通道直接冷卻焦炭；通常情況下不用水蒸氣冷卻，但若下遊產品為合成甲醇或二甲醚，裂解氣中需要增加CO含量時，可在排焦箱頂部噴入需量的水，一則水汽化使焦炭得到充分地冷卻，二則提高了合成氣的有效質量。通過上述措施將紅焦由1000℃左右冷卻至200℃以下，這一過程稱為單孔聯程間接幹熄焦。被冷卻的焦炭進入排焦箱，由排焦機排入水封接焦箱中，並經下部的刮板輸送機將各炭化室送來的冷態焦炭集中送到焦場，水封接焦箱的設置能有效阻斷空氣進入炭化室。乾餾段中、下部位各設有一個煤氣導出孔，在生產時可根據用戶對下遊產品的需要，提供成份不同的煤氣，中段的中溫煤氣導出孔導出的煤氣是裂解度低的產品，主要包括有焦油、烴類有機化合物，用於回收化產品；下段的高溫煤氣導出孔導出的煤氣是裂解度高的產品，主要是一氧化碳和氫氣，該煤氣約在1000℃左右高溫引出，然後再加熱至1050℃左右，並通過裝有鎳催化劑的裂解器使煤氣充分裂解，再進入餘熱鍋爐回收熱量，降溫後經脫硫，即可用於合成二甲醚或甲醇等產品；回爐煤氣經水平煤氣道進入各立火道燃燒，燃燒後的氣體被炭化室吸收部分熱量，降至1100℃左右後，進入爐頂的廢氣水平通道，並經廢氣導出孔進入廢氣分管，而後再經廢氣總管進入餘熱鍋爐，溫度降至200～150℃，最後由引風機將廢氣送入脫硫塔脫硫後由煙囪排出。餘熱鍋爐產生的高壓蒸汽供給汽輪發電機組發電。空氣通過高、中、低溫三段熱交換器被預熱到600℃左右，經斜道進入立火道，保證煤氣在立火道內燃燒充分。
本發明在裝煤段下部設有快速加熱段，採用爐內熱壓技術，將處於塑性階段的煤料進行壓實，並使煤料迅速結焦形成硬殼，解決焦餅順行問題。此技術解決了直立式焦爐不能鍊冶金焦的難題。在降低投資方面，該發明由於採用了獨特的直立式結構和單孔聯程間接幹熄焦模式，沒有常規焦爐所必須配備的四大車、幹熄焦裝置及相應的環保設施；與環保設施配套齊全的帶幹熄焦裝置的常規焦爐相比噸焦投資可降低60％以上，噸焦僅為400元左右，僅相當於常規幹熄焦的投資。在降低能耗方面，該發明為連續性的冷態裝煤、出焦生產工藝，沒有常規的頻繁開閉的爐門；燃燒室端牆加厚，減少爐體散熱，加之採用爐內幹熄焦工藝和熱煤氣的顯熱回收工藝，綜合能耗可降低6％以上，具有低能耗的特點。在降低生產成本方面，該發明在乾餾過程實現熱壓，廉價的弱粘結煤或不粘結煤的配比率可提高到50％左右，與常規焦爐相比單位生產成本可降低10～50％。在環境保護方面，該發明為全密閉冷裝冷出的連續生產過程，克服了常規煉焦爐間歇式熱裝熱出的嚴重煙塵汙染問題，同時由於無爐門等設備，採用全密封操作，故不存在爐門跑煙冒火問題，從源頭克制了汙染物的產生，實現了煙塵氣的零排放。在提高勞動生產率方面，該發明的可連續生產性可使生產過程易於實現高度的自動化控制，生產人員可減少50％以上，具有勞動生產率高的特點。在產品質量方面，由於煤料在乾餾過程中實現熱壓，而且各火道均為連續加熱火道，有利於相對降低結焦時間，為快速加熱(炭化室寬300mm時，結焦時間僅為6～8小時)，同時採用爐內單孔聯程間接幹熄焦措施，故而在提高無煙煤用量的基礎上，仍可生產出高強度的焦炭。在佔地面積方面，該發明沒有常規焦爐的四大車設備，省去了推、攔、熄焦車軌道；同時採用單孔聯程間接幹熄焦，不需要單獨的幹熄焦場地；另外由於爐體向高向發展，也是該發明佔地少的原因，與常規焦爐相比減少佔地面積2/3以上。


附圖為冷裝冷出直立式全自動連續煉焦爐結構示意圖。
具體實施例方式
該發明的爐頂設有側布料槽5、調火孔2，裝煤時啟動布料機4，煤料由布料機4布滿側布料槽5後，關停布料機4，此時壓煤推焦板1堵在側布料槽5的卸料口6處，由液壓缸提起壓煤推焦板1，側布料槽5中的煤隨即卸入炭化室8頂部裝煤段3內，需要壓煤推焦時，壓煤推焦板1由液壓缸向下推壓，達到一定的行程和壓力後，將壓煤推焦板1上提，再堵上側布料槽5的卸料口6，即完成一個循環。煤料由裝煤段3進入快速加熱段28，迅速達到塑性階段，而後煤料進一步下行到乾餾段25乾餾成焦。由炭化室8乾餾出的荒煤氣經乾餾段25的煤氣導出孔排出爐外，炭化室8中段的中溫煤氣導出孔26導出的裂解度低的煤氣用於回收化產品，下段的高溫煤氣導出孔24導出的是裂解度高的煤氣，主要是一氧化碳和氫氣，該煤氣為高溫引出，溫度高達1000℃左右，通過進一步升溫裂解，並經餘熱鍋爐回收熱量後，用於合成二甲醚或甲醇等產品。回爐煤氣由水平煤氣道11進入立火道9燃燒，燃燒後的氣體被炭化室8吸收部分熱量，降至1100℃左右後，由廢氣水平通道27經廢氣導出孔7進入廢氣分管，而後由廢氣總管進入餘熱鍋爐，溫度降至200～150℃，最後由引風機將廢氣送入脫硫塔脫硫後由煙囪排出。餘熱鍋爐產生的高壓蒸汽供給汽輪發電機組發電。冷空氣經空氣入口16進入熱交換器，經低溫熱交換器20和中溫熱交換器14的金屬器壁21間接冷卻焦炭，而後進入高溫熱交換器13，通過隔牆23進一步間接吸收紅焦的熱量，被預熱到600℃左右後，通過斜道區12的直立空氣道10進入立火道9，保證煤氣在立火道9內燃燒充分。乾餾段25中的成熟焦炭進入幹熄焦裝置中的焦炭冷卻通道22，分流下行，通過熱交換器充分將熱量間接傳給空氣，冷煤氣由冷煤氣入口15進入焦炭冷卻通道22，直接吸收紅焦顯熱，若合成的裂解氣中需要增加CO含量時，可在排焦箱頂部噴入適量的水，一則水汽化使焦炭得到充分地冷卻，二則提高了合成氣的有效質量；最後將焦炭冷卻到200℃以下。冷態焦炭進入排焦箱19，由排焦機18排入水封接焦箱17中，並經下部的刮板輸送機將各炭化室送來的焦炭集中送到焦場。
權利要求
1.冷裝冷出直立式全自動連續煉焦爐，它由相間排列的炭化室、燃燒室及爐頂、斜道、幹熄焦裝置、排焦裝置組成，其特徵在於，燃燒室頂部設有廢氣水平通道，以及與廢氣水平通道相連的廢氣導出孔；斜道部位設有直立空氣道和水平煤氣道；炭化室與燃燒室下部是幹熄焦裝置和排焦裝置，其中幹熄焦裝置由高溫熱交換器、中溫熱交換器、低溫熱交換器和焦炭冷卻通道組成，冷卻方式為單孔聯程間接幹熄焦。
2.根據權利要求1所述的冷裝冷出直立式全自動連續煉焦爐，其特徵在於，所述排焦裝置由排焦機、排焦箱、水封接焦箱、刮板輸送機組成。
3.根據權利要求2所述的冷裝冷出直立式全自動連續煉焦爐，其特徵在於，焦爐頂部還設有長向布置的煤倉，煤倉下設有漏鬥，每個漏鬥和每兩個一字布置的炭化室側邊的布料機相連接；炭化室側頂設有側布料槽，上部設有壓煤推焦板。
4.根據權利要求3所述的冷裝冷出直立式全自動連續煉焦爐，其特徵在於，所述炭化室自上而下分為裝煤段、快速加熱段和乾餾段，其中乾餾段處設有中溫煤氣導出孔和高溫煤氣導出孔，直接與炭化室相通。
5.根據權利要求4所述的冷裝冷出直立式全自動連續煉焦爐，其特徵在於，所述的高溫熱交換器為耐火材料砌築，中、低溫熱交換器為金屬結構，低溫熱交換器處設有空氣入口，焦炭冷卻通道下部設有冷煤氣入口，冷卻方式為單孔聯程間接幹熄焦。
6.根據權利要求1-5任一項的冷裝冷出直立式全自動連續煉焦爐，其特徵在於燃燒室採用直立火道，這些火道均為連續加熱火道。
全文摘要
本發明是一種新型立式連續煉焦爐，屬於煤高溫乾餾煉焦裝置。本發明的主要特點是爐頂冷態裝煤後，由爐頂液壓缸驅動下行，在隔絕空氣的條件下經快速加熱段、乾餾段、幹熄焦裝置、排焦裝置，最後由爐底冷態排出，乾餾過程產生的煤氣一部分回爐加熱，其餘供下遊產品生產所需；空氣經熱交換器預熱後，經斜道進入立火道與煤氣混合燃燒，燃燒後的高溫廢氣經燃燒室頂部的廢氣水平通道排出，送給餘熱發電廠回收熱能。
文檔編號C10B3/00GK1583955SQ200410044370
公開日2005年2月23日 申請日期2004年5月31日 優先權日2004年5月31日
發明者程相魁 申請人:程相魁