焦爐及煉焦工藝方法

2023-05-06 11:22:31 1

專利名稱：焦爐及煉焦工藝方法
技術領域：
本發明涉及冶金煉焦領域，特別涉及焦爐結構和煉焦工藝的改造技術。
背景技術：
煉焦工業的主要產品-焦炭、煤氣和煤焦油等化學產品是冶金、機械、化工、城市 煤氣等行業的重要原材料。中國是當今世界焦炭生產、消費和出口第一的大國。煉焦行業 已成為我國國民經濟中具有十分重要作用的一大產業。 煉焦爐從初期的蜂巢爐到今天的大型現代化焦爐，已經歷了 200多年的歷史。傳 統蓄熱室焦爐由三室兩區組成，即炭化室、燃燒室、蓄熱室、斜道區、爐頂區和基礎部分。焦 爐爐體最上部是爐頂，爐頂之下為相間配置的燃燒室和炭化室，爐體下部有蓄熱室和連接 蓄熱室和燃燒室的斜道區，每個蓄熱室下部的小煙道通過交換開閉器與煙道連接。煙道設 在焦爐基礎內或基礎兩側，煙道末端通向煙囪。當今世界上普遍使用的焦爐已經歷了 100 多年歷史。 現有焦爐的煉焦工藝過程配合煤裝入煉焦爐熾熱的碳化室內，按規定時間進行
隔絕空氣加熱。期間，煤料經過了乾燥、預熱、熱解、熔融、粘結、固化、收縮等階段最終煉製
成焦炭。這時，焦餅中心溫度達到950 1050°C。焦炭成熟後被推出爐外，煤氣和化學產品
則以成分複雜的荒煤氣形式由炭化室逸出，經上升管和集氣管排出並送往化產回收車間。
目前煉焦工業存在很多問題，甚至已影響到行業的生存，主要表現在 1)對煉焦煤質量要求過高。現代煉鐵對焦炭質量要求日益提高，為滿足這種要求
需要大量優質煉焦煤，而目前世界上優質煉焦煤資源有限且不可再生； 2)汙染嚴重。煉焦過程產生大量含有有毒物質的燃燒煙氣和廢水，嚴重危害人類 健康和生存環境，而這種有毒的燃燒煙氣和廢水很難處理。正因如此，發達國家將焦化產業 大量向發展中國家轉移，尤其是中國； 3)能耗高。儘管現代焦爐熱效率在80%以上算比較高的，但熱工效率只有70% 多，真正有用熱量不超過50%。 4)焦化廠生存壓力大。爐體結構複雜，同時工藝過程中產生大量難以控制的汙染 物，並必須控制。因此總體投資和運行成本高，加大了焦炭成本。

發明內容
本發明目的是要解決現有煉焦工業能耗高，汙染嚴重，需要優質煉焦煤和爐體結
構複雜，投資、運行和管理成本高等問題其中的至少一個。本發明提供一種焦爐，該焦爐包括 位於焦爐爐體上部的乾燥預熱室，用於煉焦的煤從上部裝入所述乾燥預熱室，煤 在所述乾燥預熱室內被乾燥預熱； 位於焦爐爐體下部的燃燒室和炭化室，燃燒室燃燒產生的熱量加熱炭化室，而在 乾燥預熱室被乾燥預熱後的煤進入炭化室進行乾餾以得到焦炭，並產生荒煤氣。
位於乾燥預熱室之下，燃燒室和炭化室之上的換熱室，煤氣空氣在換熱室與高溫 煙氣換熱後被預熱。 根據本發明的一個方面，本發明的焦爐還可包括焦爐爐體的下部的焦爐基礎，設 在焦爐中部兩側的煙道，給煤乾燥預熱後的煙氣經所述煙道排出。 所述換熱室內，從外部輸入的煤氣和空氣與來自燃燒室的高溫煙氣進行熱交換，
被預熱後，進入燃燒室燃燒，空氣和煤氣燃燒產生高溫煙氣；所述高溫煙氣將部分熱量傳給
炭化室的煤，然後進入換熱室將空氣和煤氣預熱。 所述燃燒室和炭化室可為相間配置。 所述乾燥預熱室與炭化室之間可由放煤管道相連。 所述放煤管道可以包括放煤閥。 乾燥預熱室內可以設換熱管道以乾燥、預熱煤。 乾燥預熱室內的換熱管道可以與換熱室管間、燃燒室是相通的，從而使用所述高 溫煙氣預熱煤氣/空氣後乾燥預熱所述乾燥預熱室內的煤。 換熱室內可以並行布置煤氣/空氣管道，所述煤氣/空氣管道外煙氣自下而上與 煤氣/空氣管道內煤氣和空氣進行熱交換。 本發明還提供一種使用焦爐煉焦的煉焦工藝方法，該焦爐包括 位於焦爐上部的乾燥預熱室 位於乾燥預熱室之下的換熱室； 位於乾燥預熱室之下的燃燒室和炭化室； 所述工藝方法包括 用於煉焦的煤從焦爐爐體上部裝入所述乾燥預熱室；
煤在所述乾燥預熱室內被乾燥預熱； 在乾燥預熱室被乾燥預熱後的煤進入炭化室進行乾餾以得到焦炭，並產生荒煤 氣。 在本發明的換熱室內，從外部輸入的煤氣和空氣與來自燃燒室的高溫煙氣進行熱
交換，被預熱後，進入燃燒室燃燒，空氣和煤氣燃燒產生高溫煙氣；所述高溫煙氣將部分熱
量傳給炭化室的煤，然後進入換熱室將空氣和煤氣預熱。 所述燃燒室和炭化室可以為相間配置。 所述乾燥預熱室與炭化室之間可以由放煤管道相連。 所述放煤管道可以包括放煤閥。 乾燥預熱室內可以設換熱管道以乾燥、預熱煤。 乾燥預熱室內的換熱管道可以與換熱室管間、燃燒室是相通的，從而使用所述高 溫煙氣預熱煤氣/空氣後乾燥預熱所述乾燥預熱室內的煤。 換熱室內可並行布置煤氣/空氣管道，所述煤氣/空氣管道外煙氣自下而上與煤 氣/空氣管道內煤氣和空氣進行熱交換。 本發明提出的焦爐為兩段換熱式結構，改變了傳統焦爐的煉焦工藝，達到解決現 有焦爐存在問題目的。


圖1是本發明的焦爐的結構簡圖。
圖2是本發明的焦爐的流程圖。
圖3是煤水分與堆密度的關係圖。
圖4是煤預熱溫度與結焦時間關係圖。
具體實施例方式
下面結合附圖具體舉例描述本發明的實施例。
圖i是本發明的焦爐的結構簡圖。其中，該焦爐包括位於焦爐爐體上的乾燥預熱室1 ; 位於乾燥預熱室1之下的換熱室2 ;位於換熱室2之下的燃燒室_炭化室3，燃燒室_炭化室3 包括燃燒室9和炭化室IO，燃燒室9和炭化室10為相間配置；焦爐爐體的下邊是焦爐基礎。
乾燥預熱室1與炭化室10之間由放煤管道相連，放煤管道包括放煤鬥5 (可能不 設)和放煤閥6。 乾燥預熱室1內設換熱管道4以乾燥、預熱煤。 換熱室2內可並行布置煤氣/空氣管道7，管外煙氣自下而上與管內煤氣和空氣進 行熱交換。 如上所述，在爐體上部布置乾燥預熱室1 ，中間是換熱室2，下部是燃燒室_炭化室 3，形成乾燥預熱室1、換熱室2和燃燒室_炭化室3 —體化的立式結構設計。乾燥預熱室1 與炭化室2之間由放煤管道相連。爐體上部乾燥預熱室1、放煤管道2與爐體下部炭化室 10對應。乾燥預熱室1內設換熱管道4乾燥、預熱煤；換熱室2內設煤氣/空氣管道7，管 外煙氣預熱煤氣/空氣管道7內的空氣、煤氣；燃燒室_炭化室可以採用傳統結構。
因此，本發明的焦爐與傳統焦爐不同。在傳統焦爐中，煤的乾燥、乾餾過程都是在 炭化室內完成。而本發明的焦爐內則分乾燥預熱和乾餾兩步完成首先煤在乾燥預熱室1 內脫水、乾燥(煤含水量可降至0%)，同時被預熱到一定溫度。在此過程中，煤中的水分轉 化成平均溫度不超過15(TC的蒸汽。入爐煤在乾燥預熱室1內預熱到150 25(TC，然後由 放煤閥6控制經輸煤管道流入炭化室10進行乾餾完成結焦，並產生荒煤氣。
因此，本發明人將本發明的焦爐稱為換熱式兩段焦爐。 本發明的換熱式兩段焦爐中，用換熱室取代傳統焦爐中的蓄熱室，將目前的炭化 室分離出一個乾燥預熱室，形成乾燥預熱室_炭化室兩段結構。將現有的煤乾餾過程分解 為先將煤在乾燥預熱室內乾燥預熱，然後在炭化室進行乾餾。 在燃燒室9內，預熱後的空氣和煤氣燃燒產生高溫煙氣，將部分熱量通過爐牆傳 給炭化室10的煤料，高溫燃燒煙氣降至1200 130(TC，進入換熱室2。在換熱室2內，常 溫空氣和煤氣被高溫煙氣預熱到700 90(TC，進入燃燒室9燃燒；換熱後，燃燒煙氣降至 400 600°C，進入乾燥預熱室。在乾燥預熱室內，煤被乾燥預熱至150 250°C，燃燒煙氣 降至200 30(TC排出。 換熱式兩段焦爐煉焦與現有焦爐煉焦有以下不同
換熱式兩段焦爐 現有焦爐 煤料從預熱到成焦 兩段完成 一段完成 煤氣產生的熱量 三次換熱 兩次換熱
採用如上所述的換熱式兩段焦爐可實現以下過程1)煤的乾燥預熱及乾餾；2)燃 燒產生的燃燒煙氣與空氣、煤氣及煤料間的換熱。具體流程如圖2所示。
圖2是本發明兩段換熱式焦爐的流程圖。其中的箭頭表示 短橫虛線表示空氣、煤氣的流向，點虛線表示燃燒煙氣的流向，實線箭頭表示煤、 焦炭及荒煤氣的流向。 傳統焦爐中，煤的乾燥、乾餾過程都是在炭化室內完成。兩段換熱式焦爐內則分幹 燥預熱和乾餾兩步完成首先煤在乾燥預熱室內脫水、乾燥(煤含水量可降至0%)，同時被 預熱到一定溫度。在此過程中，煤中的水分轉化成平均溫度不超過15(TC的蒸汽。入爐煤預 熱到150 25(TC，然後由放煤閥控制經輸煤管道流入炭化室進行乾餾完成結焦，並產生荒 煤氣。 在燃燒室內，預熱後的空氣和煤氣燃燒產生高溫煙氣，將部分熱量通過爐牆傳給 炭化室的煤料，高溫燃燒煙氣降至1200 130(TC，進入換熱室。在換熱室內，常溫空氣和 煤氣被高溫燃燒煙氣預熱到700 90(TC，進入燃燒室燃燒；換熱後，燃燒煙氣降至400 60(TC，進入乾燥預熱室。在乾燥預熱室內，煤被乾燥預熱至150 25(TC，燃燒煙氣降至 200 30(TC排出。
本發明與傳統煉焦技術相比所具有的有益效果在於 (1)實現了預熱煤煉焦，能改善焦炭質量或增加劣質煤(氣煤等)用量本發明可 實現預熱煤煉焦，進入炭化室的煤水分為O，並且達到一定溫度(通過乾燥預熱，煤的含水 量可降至0%，煤的幹基堆密度達0. 9t/m 如圖3所示)，與同一煤料的煤煉焦相比(含水 10%的煉焦煤幹基堆密度為0. 75t/m"，所得到的焦炭真比重大，氣孔率低，抗碎強度、耐磨 強度高，反應性低，反應後強度大，40 80毫米的粒級百分率增加，平均粒徑也大。對於規 定的焦炭質量指標，預熱煤煉焦可增加劣質煤——高揮發份弱粘煤(如氣煤)的配用量，從 而擴大煉焦煤源，降低煉焦成本。 (2)減少環境汙染預熱煤煉焦不含外在水分，經計算剩餘氨水量可減少90%，酚 氰汙水可減少2/3 ;由於兩段換熱式焦爐煤首先裝入溫度較低的乾燥預熱室，避免了蓄熱 式焦爐的裝煤汙染，可以取消現有焦爐複雜的裝煤除塵系統。 (3)煉焦耗熱量降低，節約能源本發明採用乾燥預熱煤煉焦，佔煤料10%左右 的水不進入焦爐炭化室，相對傳統工藝，水蒸汽離開煤料的溫度降低，同時由於結焦時間縮 短，爐體散熱量減少，煉焦煤氣消耗量減少相應的燃燒煙氣熱損失減少，所以總的耗熱量可 以降低18%以上。 (4)提高焦爐生產能力或減少焦爐孔數預熱煤煉焦時，由於在炭化室需要的熱 量少，傳熱速度快，結焦時間大為縮短，如圖4所示，當火道溫度不變時，煤煉焦時間需18.5 小時，而預熱到25(TC的煤，結焦時間可縮短至12. 5小時，即可增產30%。若考慮堆密度的 增加，焦炭生產能力提高的幅度將更大，一般可達35% 40%。加以預熱煤堆密度大，使焦 爐生產能力顯著提高。當生產能力既定時，還可以減少炭化室孔數。 (5)結構簡單容易操作本發明取消了常規焦爐的蓄熱室，同時也取消了加熱交 換系統，不僅簡化了整個煉焦系統，而且可以減少大量生產操作。並且可以取消機、焦側操 作臺，調整推焦機的高度，簡化裝煤車等。這些都將大量減少投資，簡化生產操作。
(6)其他本發明還具有爐牆溫度驟變小，可延長爐體使用壽命；出焦位置低，有利於攔焦的煙塵控制；不需要平煤，消除了平煤的汙染；荒煤氣露點降低，可減少初冷器面 積等優點。 下面描述本發明的換熱式兩段焦爐的具體操作工藝。 本發明的工藝包括煤的乾燥預熱、乾餾形成焦炭的過程，和空氣煤氣燃燒及煙氣 換熱系統的過程。 首先描述煤的乾燥預熱、乾餾形成焦炭。如圖1所示並結合圖2，煤從乾燥預熱室 1上部裝入，在乾燥預熱室1內脫水乾燥，並被預熱到150 25(TC;煤中的水分轉化成平均 溫度不超過15(TC的蒸汽，煤中的水分含量可降至0%。預熱後的煤經放煤鬥5，由放煤閥6 控制，經輸煤管道8流入炭化室IO乾餾，完成結焦，並產生荒煤氣。煤在乾燥預熱室中的幹 燥預熱時間與在炭化室中的乾餾時間是一致的。 空氣煤氣燃燒及煙氣換熱系統的過程如下。如圖1所示並結合圖2，常溫煤氣和空 氣經過配套輸送設備(未示出)進入換熱室2，換熱室2內並行布置煤氣/空氣管道7，管 外煙氣自下而上與管內煤氣和空氣進行熱交換。常溫煤氣和空氣在換熱室2的煤氣/空氣 管道7被預熱後，進入燃燒室9頂部燃燒，燃燒產生的高溫煙氣在立火道內循環的過程中將 部分熱量通過爐牆傳給炭化室10的煤料。降至1200 130(TC的燃燒煙氣進入換熱室2， 將常溫煤氣和空氣預熱到700 900°C 。降至400 600°C的燃燒煙氣進入乾燥預熱室1 的換熱管道4，將煤乾燥預熱至150 250°C。最後降至200 300°C的燃燒煙氣經集氣道 由煙囪排出。 本發明已經結合具體實施方式
進行了描述。本領域技術人員理解本發明並不限於 具體實施例中描述的方式，本發明的保護範圍由權利要求限定。
權利要求
一種焦爐，該焦爐包括位於焦爐最上部的乾燥預熱室，用於煉焦的煤裝入所述乾燥預熱室，煤在所述乾燥預熱室內被乾燥預熱；位於焦爐下部的燃燒室和炭化室，燃燒室內煤氣與空氣燃燒產生的熱量加熱炭化室，而在乾燥預熱室被乾燥預熱後的煤進入炭化室進行乾餾以得到焦炭，並產生荒煤氣；位於乾燥預熱室之下、燃燒室和炭化室之上的換熱室，其中，煤氣和空氣首先被從外界輸送到換熱室，與來自燃燒室的煙氣進行熱交換，被預熱後進入燃燒室燃燒產生煙氣；所述煙氣將部分熱量傳給炭化室的煤，然後進入換熱室將空氣和煤氣預熱。
2. 如權利要求1所述的焦爐，其特徵在於，還包括焦爐爐體的下部的焦爐基礎，設在 焦爐中部兩側的煙道，給煤乾燥預熱後的煙氣經所述煙道排出。
3. 如權利要求1所述的焦爐，其特徵在於，所述燃燒室內，煤氣、空氣在燃燒室頂部向 下燃燒，循環一周後進入上部換熱室。
4. 如權利要求1所述的焦爐，其特徵在於，所述乾燥預熱室的煤被經過換熱室與煤氣、 空氣換熱後的煙氣預熱。
5. 如權利要求1所述的焦爐，其特徵在於，所述燃燒室和炭化室為相間配置。
6. 如權利要求1所述的焦爐，其特徵在於，所述乾燥預熱室與炭化室之間由放煤管道 相連。
7. 如權利要求1所述的焦爐，其特徵在於，乾燥預熱室內設換熱管道以乾燥、預熱煤。
8. 如權利要求6所述的焦爐，其特徵在於，所述放煤管道包括放煤閥。
9. 如權利要求7所述的焦爐，其特徵在於，乾燥預熱室內的換熱管道與換熱室的煙氣 是相通的，從而使用所述煙氣乾燥預熱所述乾燥預熱室內的煤。
10. 如權利要求1所述的焦爐，其特徵在於，所述換熱室內並行布置煤氣/空氣管道，所 述煤氣/空氣管道外煙氣自下而上與煤氣/空氣管道內煤氣和空氣進行熱交換。
11. 一種使用焦爐煉焦的煉焦工藝方法，該焦爐包括 位於焦爐上部的乾燥預熱室 位於乾燥預熱室之下的換熱室； 位於乾燥預熱室之下的燃燒室和炭化室； 所述工藝方法包括用於煉焦的煤從焦爐爐體上部裝入所述乾燥預熱室； 煤在所述乾燥預熱室內被乾燥預熱；在乾燥預熱室被乾燥預熱後的煤進入炭化室進行乾餾以得到焦炭，並產生荒煤氣； 煤氣和空氣首先被從外界輸送到換熱室，與來自燃燒室的煙氣進行熱交換，被預熱後，進入燃燒室燃燒，空氣和煤氣燃燒產生煙氣；所述煙氣將部分熱量通過爐牆傳給炭化室的煤，然後回到換熱室將空氣和煤氣預熱。
12. 如權利要求11所述的煉焦工藝方法，其特徵在於，該焦爐還包括焦爐爐體的下部 的焦爐基礎，位於焦爐中部兩側的煙道，給煤乾燥預熱後的煙氣經所述煙道排出。
13. 如權利要求11所述的煉焦工藝方法，其特徵在於，所述換熱室位於乾燥預熱室之 下，位於燃燒室和炭化室之上。
14. 如權利要求11所述的煉焦工藝方法，其特徵在於，所述燃燒室和炭化室為相間配置。
15. 如權利要求11所述的煉焦工藝方法，其特徵在於，所述乾燥預熱室與炭化室之間 由放煤管道相連。
16. 如權利要求15所述的煉焦工藝方法，其特徵在於，所述放煤管道包括放煤閥。
17. 如權利要求11所述的煉焦工藝方法，其特徵在於，乾燥預熱室內設換熱管道以幹 燥、預熱煤。
18. 如權利要求17所述的煉焦工藝方法，其特徵在於，乾燥預熱室內的換熱管道與換 熱室的煙氣是相通的，從而使用所述煙氣乾燥預熱所述乾燥預熱室內的煤。
19. 如權利要求11所述的煉焦工藝方法，其特徵在於，換熱室內並行布置煤氣/空氣管 道，所述煤氣/空氣管道之間的煙氣自下而上與煤氣/空氣管道內煤氣和空氣進行熱交換。
全文摘要
本發明的焦爐包括位於焦爐上部的乾燥預熱室，煤在乾燥預熱室內被乾燥預熱；位於焦爐下部的燃燒室和炭化室，煤氣空氣在燃燒室燃燒產生的熱量加熱炭化室，在乾燥預熱室被乾燥預熱後的煤進入炭化室進行乾餾以得到焦炭，產生荒煤氣；位於乾燥預熱室之下，燃燒室和炭化室之上的換熱室，煤氣/空氣在換熱室與高溫煙氣換熱後被預熱。本發明的煉焦工藝方法包括煤在所述乾燥預熱室內被乾燥預熱；在乾燥預熱室被乾燥預熱後的煤進入炭化室進行乾餾以得到焦炭，產生荒煤氣；煤氣/空氣在換熱室被預熱後進入燃燒室燃燒產生高溫煙氣，其熱量部分傳入炭化室乾餾煤之後進入換熱室與煤氣/空氣換熱，最後進入乾燥預熱室乾燥預熱煤。
文檔編號C10B57/10GK101792675SQ20101014752
公開日2010年8月4日 申請日期2010年4月8日 優先權日2010年4月8日
發明者張欣欣, 徐列 申請人:徐列;張欣欣