用于控制在焦炉中的空气分配的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明技术大体上涉及用于控制在焦炉中的空气分配的系统和方法。
【背景技术】
[0002]焦炭是用于熔化且减少在钢的生产中的铁矿的固体碳燃料和碳源。在一个被称为“汤普森焦化过程”的过程中，通过将煤粉分批供应到炉子来产生焦炭，所述炉子在受到紧密控制的大气条件下被密封且加热到非常高的温度，持续24到48小时。使用焦炉将煤转化成冶金焦炭已经持续了许多年。在焦化过程期间，在受控温度条件下加热细碎煤以使煤脱掉挥发成分且形成具有预定孔隙率和强度的焦炭的熔体。因为焦炭的生产是分批过程，所以多个焦炉同时操作。
[0003]将煤颗粒或煤颗粒的混合物装载到热炉中，且在炉子中加热煤以便从所得焦炭去除挥发性物质(“VM”)。卧式热回收(HHR)炉在负压下操作且通常由耐火砖和其它材料构造，从而产生基本上密闭的环境。负压炉从炉子外部吸入空气以氧化煤的VM且释放在炉子内的燃烧的热量。
[0004]在一些布置中，通过在炉侧壁、门、或在煤床上方的区域的拱部(称为拱部区域)中的闸板端口或孔口将空气引入到炉子。在拱部区域中，空气与从煤的热解放出的VM气体一起燃烧。然而，作用于进入炉室的冷气的浮力效应可能导致煤燃尽和在产率上的损失。更确切地说，进入炉子的较冷的高密度空气朝向热煤表面落下。在空气可以变暖、上升、与挥发性物质燃烧和/或在炉子中分散和混合之前，它产生在煤表面上的燃烧损失。因此，需要改进在焦炉中的燃烧效率。
【附图说明】
[0005]图1A是根据本技术的实施例配置的卧式热回收焦化厂的示意性图示。
[0006]图1B是根据本技术的实施例配置的图1A的卧式热回收焦化厂的一部分的等距、部分剖视图。
[0007]图1C是根据本技术的实施例配置的卧式热回收焦炉的截面视图。
[0008]图2A是根据本技术的实施例配置的具有门空气分配器的焦炉的一部分的等距、部分透明视图。
[0009]图2B是根据本技术的实施例配置的门空气分配器的等距视图。
[0010]图2C是根据本技术的实施例配置的图2B的门空气分配器的侧视图。
[0011]图2D是形成涡流空气型态且根据本技术的实施例配置的图2B的门空气分配器的部分示意性、俯视图。
[0012]图3A是根据本技术的实施例配置的具有拱部空气分配器的焦炉的等距、部分透明视图。
[0013]图3B是根据本技术的实施例配置的拱部空气分配器的示意性图示。
[0014]图4是根据本技术的另外的实施例配置的拱部空气分配器的示意性图示。
[0015]图5是根据本技术的另外的实施例配置的拱部空气分配器的示意性图示。
[0016]图6是根据本技术的另外的实施例配置的拱部空气分配器的示意性图示。
[0017]图7是根据本技术的另外的实施例配置的门空气分配器的示意性图示。
[0018]图8是根据本技术的另外的实施例配置的门空气分配器的示意性图示。
[0019]图9是根据本技术的另外的实施例配置的门空气分配器的示意性图示。
[0020]图10是根据本技术的另外的实施例配置的门空气分配器的示意性图示。
[0021]图11是根据本技术的另外的实施例配置的门空气分配器的示意性图示。
【具体实施方式】
[0022]本发明技术大体上涉及用于控制在焦炉中的空气分配的系统和方法。在特定实施例中，焦炉空气分配系统包括炉室，其具有经配置以支撑煤床的炉底、从炉底朝上延伸的多个侧壁以及覆盖炉室的顶部部分的炉拱。空气分配系统进一步包含定位在炉底上方的进气口和接近于所述入口的分配器。所述入口经配置以将空气引入到炉室中且所述分配器经配置以进行以下操作中的至少一者:预加热、重新引导、再循环或散开炉室内的空气。
[0023]下文参考图1A到11描述本技术的若干实施例的具体细节。在以下揭示中未阐述描述通常与煤加工和/或焦炉相关联的众所周知的结构和系统的其它细节，以避免对本技术的各种实施例的描述的不必要的混淆。图中示出的许多细节、尺寸、角度以及其它特征仅是为了说明本技术的特定实施例。因此，在不脱离本发明技术的精神或范围的情况下，其它实施例可以具有其它细节、尺寸、角度以及特征。因此，所属领域的技术人员将因此理解，本技术可以具有其它实施例，所述其它实施例具有另外的元件；或者本技术可以具有其它实施例，所述其它实施例不具有下文参考图1A到11所示出且描述的若干特征。
[0024]图1A是根据本技术的实施例配置的卧式热回收(HHR)焦化厂100的示意性图示。HHR焦化厂100包括炉子105，连同热回收蒸汽发生器(HRSG) 120和空气质量控制系统130 (例如，废气或烟气脱硫(FGD)系统)，所述热回收蒸汽发生器和空气质量控制系统都以流体方式定位在炉子105下游且这两者都通过合适的管道以流体方式连接到炉子105。HHR焦化厂100还包含以流体方式将个别的炉子105连接到HRSG 120的公共隧道110。一或多个交叉管道115以流体方式将公共隧道110连接到HRSG 120。冷却气体管道125将经冷却气体从HRSG输送到烟气脱硫(FGD)系统130。以流体方式连接且在更下游处的是用于收集颗粒的袋滤室135、用于控制系统内的气压的至少一个通风扇140以及用于将冷却的经处理废气排出到环境中的主气体烟道145。蒸汽管线150可以使HRSG 120和热电厂155互连，因此可以利用所回收的热量。不同的焦化厂100可以具有不同比例的炉子105、HRSG120以及其它结构。例如，在一些焦化厂中，图1中图示出的每个炉子105可以表示十个实际的炉子。
[0025]如下文将进一步详细描述，在若干实施例中，个别的焦炉105可以包含一或多个进气口，所述进气口经配置以允许外部空气进入到负压炉室中以与煤的VM —起燃烧。进气口可以与一或多个空气分配器一起使用以引导、预加热、循环和/或分配在炉室内的空气。如本文中所使用的术语“空气”可以包含环境空气、氧气、氧化剂、氮气、一氧化二氮、稀释剂、燃烧气体、空气混合物、氧化剂混合物、烟气、可回收排出气、蒸汽、具有添加剂的气体、惰性气体、热量吸收剂、水滴等液相物质、经由气态载体雾化的液滴等多相物质、吸气液体燃料、在气态载体流中的雾化的液态庚烷、天然气或氢气等燃料、经冷却气体、其它气体、液体或固体或这些物质的组合。在不同实施例中，进气口和/或分配器可以响应于手动控制或自动高级控制系统而起作用(即，打开、闭合、修改空气分配型态等)。进气口和/或空气分配器可以在专用的高级控制系统上操作或可以通过更广泛的通风量控制系统来控制，所述通风量控制系统调整进气口和/或分配器以及上升道闸板、底烟道闸板和/或焦炉系统内的其它空气分配路径。下文将参考图1B和IC进一步详细描述高级控制系统，且下文将参考图2A到11进一步详细描述若干进气口和空气分配器的具体实施例。
[0026]图1B和IC图示与焦炉和在焦炉中的高级控制系统的结构和机制相关的另外的细节。图1B是根据本技术的实施例配置的HHR焦化厂的一部分的等距、部分剖视图。图1C是根据本技术的实施例配置的HHR焦炉105的截面视图。一起参考图1B和1C，每个炉子105可以包含开放空腔，其通过以下部分界定:底部160 ;形成基本上炉子的一个侧面的全部的前门165 ;与前门165相对的形成基本上炉子的与前门相对的侧面的全部的后门170 ；在前门165和后门170中间从底部160朝上延伸的两个侧壁175 ;以及形成炉室185的开放空腔的顶部表面的拱部180。在不同实施例中，前门165或后门170可以是全门或半门。控制炉室185内部的气流和压力对焦化周期的高效操作可以是至关重要，且因此前门165包含一或多个主进气口 195，所述主进气口允许主要燃烧空气进入到炉室185中。在一些实施例中，多个进气口 195互连(例如，经由陶瓷管或在炉子105内部或外部的其它分配系统)，使得从公共管将空气供应到每个入口 195。每个主进气口 195包含主风闸190，所述主风闸可以定位在完全打开和完全闭合之间的多个位置中的任一者处以改变进入炉室185中的主要气流的量。在一些实施例中，闸板190可以利用滑动或扭转顶部控制。替代地，一或多个主进气口 195另外或替代地经形成穿过拱部180、底部160、侧壁175和/或炉子内的其它位置(在煤床上方、在煤床处或在煤床下方)。如下文将详细描述，一或多个空气分配器可以用于与主进气口 195连接以引导、预加热、和/或分配炉室185内的空气。
[0027]在操作中，从定位在炉室185内部的煤放出的挥发性气体在拱部中聚集且在整个系统中的下游被吸入到形成于一个或两个侧壁175中的下降管通道200中。下降管通道以流体方式连接炉室185与定位在炉底160下方的底烟道205。底烟道205形成在炉底16