本發(fā)明涉及冶金煉焦技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種降低NOx生成的焦?fàn)t加熱方法及裝置。

背景技術(shù)：

燃燒過程中氮氧化物形成機(jī)理可分為三種:(1)高溫下形成的溫度熱力型NOx；(2)低溫火焰中含碳自由基形成的瞬時型NOx；(3)燃料中固定氮生成的NOx為燃料型NOx。一般焦?fàn)t主要是利用焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣或者二者的混合煤氣做為熱源對煤炭進(jìn)行干餾。焦?fàn)t煤氣加熱因具有燃燒速度快，所需煤氣量少，煉焦耗熱量低等優(yōu)點而被目前絕大焦?fàn)t使用，但因燃燒火焰局部溫度過高，也是熱力型氮氧化物的主要來源。

燃燒溫度對熱力型NOx生成有決定性的作用，當(dāng)燃燒溫度高于1600℃，NOx量按指數(shù)規(guī)律迅速增加。資料表明，焦?fàn)t加熱立火道溫度在1300-1350℃時，溫差±10℃，則NOx生成量在±30mg/m³波動。僅采用焦?fàn)t煤氣做熱源的焦?fàn)t所生成的氮氧化物一般都高于500mg/m³(大于國家規(guī)定排放標(biāo)準(zhǔn))。如果采用分段加熱的方法，通過對立火道中的空氣進(jìn)行分段輸入，同時利用廢氣循環(huán)，則既可以降低燃燒過程中的氧濃度含量，減少快速型NOx的生成，同時也可降低燃燒溫度，減少熱力型NOx的生成量。對減少燃燒產(chǎn)物總的NOx含量具有顯著效果。

目前運(yùn)行的焦?fàn)t大多有廢氣循環(huán)的功能，而分段加熱技術(shù)一般只在新設(shè)計的7m以上大型焦?fàn)t才有應(yīng)用，已有的中小型焦?fàn)t結(jié)構(gòu)基本沒有，廢氣循環(huán)與分段加熱技術(shù)是在設(shè)計焦?fàn)t時就已經(jīng)設(shè)計完成。對于已經(jīng)運(yùn)行多年的中小型焦?fàn)t，受到爐體結(jié)構(gòu)、加熱方式等已確定條件的限制，通過分段供氣加熱減少NOx的方法一直無法普及，因此導(dǎo)致滿足環(huán)保要求的脫硝技術(shù)成本居高不下。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提出一種在現(xiàn)有焦?fàn)t結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上結(jié)合廢氣循環(huán)燃燒技術(shù)，使用空氣分段供給加熱，從而達(dá)到降低立火道燃燒溫度，控制燃燒過程中溫度熱力型NOx的生成，同時提高焦餅高向加熱均勻性的的焦?fàn)t加熱方法及裝置。

為解決此技術(shù)問題，本發(fā)明第一方面提供降低NOx生成的焦?fàn)t加熱方法，包括如下步驟：

S1、雙聯(lián)立火道，煉焦用煤裝入碳化室，由相間排列的燃燒室提供熱量，將碳化室內(nèi)的煤煉成焦炭；

S2、燃燒室由若干個上升氣流立火道和下降氣流立火道，每一上升氣流立火道和一下降氣流立火道組成一個雙聯(lián)火道，雙聯(lián)火道上方觀火孔處設(shè)有可調(diào)節(jié)的進(jìn)風(fēng)口，在兩立火道之間設(shè)有隔墻，其頂部通過跨越孔連通，隔墻根部有廢氣循環(huán)孔；

S3、采用焦?fàn)t煤氣下噴、空氣分段供入立火道，與焦?fàn)t煤氣混合后進(jìn)行燃燒，分段燃燒后的廢氣經(jīng)跨越孔轉(zhuǎn)向進(jìn)入下降氣流立火道，在下降氣流立火道頂部進(jìn)行完全燃燒；

S4、完全燃燒后，經(jīng)下降氣流立火道底部斜道進(jìn)入相鄰蓄熱室，在蓄熱室內(nèi)與格子磚進(jìn)行熱交換，降溫后的廢氣經(jīng)可調(diào)箅子孔進(jìn)入小煙道，最后通過分煙道、總煙道至煙囪排放。

進(jìn)一步地，步驟S3包括：

燃燒一段：焦?fàn)t加熱交換后，由下往上噴的焦?fàn)t煤氣在上升氣流立火道底部燃燒，其空氣與煤氣配比在70％-80％，燃燒因不充分使火焰溫度降低，抑制了熱力型氮氧化物的生成；

燃燒二段：未燃盡的一部分焦?fàn)t煤氣在上升氣流立火道上部，與來自爐頂進(jìn)風(fēng)口供入的空氣進(jìn)行第二次燃燒，通過爐頂可調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)口處的翻板對進(jìn)風(fēng)口截面積進(jìn)行調(diào)節(jié)，供入的空氣通過與爐頂蓄熱室進(jìn)行熱交換，空氣預(yù)熱溫度達(dá)到500℃以上，接近焦?fàn)t煤氣著火溫度，為燃燒二段區(qū)域與剩余煤氣量的持續(xù)燃燒反應(yīng)做準(zhǔn)備；燃燒后的廢氣橫穿雙聯(lián)立火道跨越孔，在下降氣流立火道頂部的空氣供入口的空氣進(jìn)行第三次完全燃燒。

進(jìn)一步地，所述步驟S3中，通過焦?fàn)t分煙道吸力調(diào)節(jié)確定各段燃燒區(qū)域的最佳進(jìn)風(fēng)口截面積與最佳的爐內(nèi)負(fù)壓環(huán)境，以最優(yōu)過?？諝庀禂?shù)為基準(zhǔn)，通過實時反饋爐溫、廢氣中氧含量、NOx含量等參數(shù)，利用模糊算法智能調(diào)節(jié)分煙道吸力、蓄熱室頂部吸力，調(diào)節(jié)各段燃燒區(qū)域入口空氣量，對入爐的空氣與煤氣比重進(jìn)行調(diào)節(jié)，將整體空氣過剩系數(shù)、爐內(nèi)負(fù)壓保持在一定值，作為分煙道吸力調(diào)節(jié)的目標(biāo)，實現(xiàn)各段燃燒區(qū)域的空氣與煤氣配比，控制各段燃燒區(qū)域的最高溫度以及整體溫度分布均勻性，減少因溫度分布不均勻?qū)е碌拿簹饫速M(fèi)，實現(xiàn)立火道燃燒溫度既滿足焦炭生產(chǎn)需要節(jié)省煤氣，又減少氮氧化物的排放的目的。

本發(fā)明第二方面提供一種降低NOx生成的焦?fàn)t加熱裝置，包括燃燒室、碳化室、斜道、蓄熱室和觀火孔；所述斜道包括煤氣上升氣流斜道、空氣上升氣流斜道、下降氣流斜道；蓄熱室包括煤氣蓄熱室、空氣蓄熱室、廢氣蓄熱室；燃燒室包括雙聯(lián)火道、焦?fàn)t加熱煤氣供入口、空氣供入口、跨越孔和廢氣循環(huán)孔；所述雙聯(lián)火道由上升氣流立火道和下降氣流立火道組成，上升氣流立火道和下降氣流立火道通過雙聯(lián)火道跨越孔連通；焦?fàn)t加熱煤氣供入口位于雙聯(lián)火道底部，交換后只由煤氣上升氣流斜道供入，空氣供入口包括第一段空氣供入口、第二段空氣供入口，第一段空氣供入口位于上升氣流立火道底部，第二段空氣供入口分別位于上升氣流通道和下降氣流通道的頂部；蓄熱室由多個分格小蓄熱室組成，小蓄熱室內(nèi)有多孔格子磚和可調(diào)節(jié)面積大小的可調(diào)箅子孔，小蓄熱室下部與小煙道相連，小煙道外端與分煙道相連；所述頂觀火孔處設(shè)置有可調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)翻板。

優(yōu)選地，所述可調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)翻板上設(shè)置有旋轉(zhuǎn)主軸、固定螺釘、旋轉(zhuǎn)翻板和孔壁。

優(yōu)選地，所述燃燒室下部是上升氣流斜道和下降氣流斜道。上升氣流斜道包括焦?fàn)t煤氣上升氣流斜道和空氣上升氣流斜道，分別與煤氣蓄熱室和空氣蓄熱室相連通。

優(yōu)選地，所述焦?fàn)t加熱裝置的外壁設(shè)置有隔熱層。

優(yōu)選地，所述雙聯(lián)火道的底端設(shè)置有焦?fàn)t煤氣通道、空氣入口通道和下降廢氣通道。

本發(fā)明所述的燃燒室內(nèi)采用焦?fàn)t煤氣下噴、空氣分別從雙聯(lián)火道底部的空氣供入口與頂端進(jìn)風(fēng)口分段供入，與焦?fàn)t煤氣混合燃燒，燃燒后的廢氣經(jīng)跨越孔流向下降氣流立火道，在下降氣流立火道頂部進(jìn)行完全燃燒后，一部分廢氣經(jīng)下降氣流立火道底部斜道進(jìn)入相鄰蓄熱室，在蓄熱室內(nèi)與格子磚進(jìn)行熱交換，降溫后的廢氣經(jīng)可調(diào)箅子孔進(jìn)入小煙道，最后通過分煙道、總煙道至煙囪排放；另一部分廢氣通過廢氣循環(huán)孔進(jìn)入上升流立火道參與燃燒一段的煤氣稀釋燃燒，減少該段區(qū)域因燃燒溫度過高引起的熱力型NOx。經(jīng)過一段區(qū)域的燃燒，剩余的焦?fàn)t煤氣濃度很低，在燃燒二段區(qū)域的高溫環(huán)境下，只與空氣中氧發(fā)生相對較弱的燃燒反應(yīng)，放出的熱量較少，生成的熱力型NOx幾乎可忽略不計。本發(fā)明基于分段燃燒既減少總的氮氧化物生成，又保持了立火道上部區(qū)域的溫度，對提高碳化室高向加熱均勻性有很大的幫助。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢在于：

(1)不受現(xiàn)有中小型焦?fàn)t爐型和結(jié)構(gòu)的限制，在對已有的結(jié)構(gòu)改造最少的基礎(chǔ)上，節(jié)約改造成本，實現(xiàn)焦?fàn)t煤氣的分段燃燒。

(2)采用焦?fàn)t煤氣供熱時，焦?fàn)t煤氣下噴，空氣分別由立火道底部以及爐頂看火孔進(jìn)風(fēng)口分段供入，燃燒氣體及空氣的輸送量均可根據(jù)燃燒狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)，可有效改善焦?fàn)t加熱高向均勻性，提高焦炭質(zhì)量，減少熱損失，提高了焦?fàn)t的熱效率。

(3)采用焦?fàn)t煤氣加熱時，分段燃燒的空氣從爐頂看火孔處供入，空氣在通過爐頂隔熱層時進(jìn)行預(yù)熱，加大燃燒空氣初始溫度，提高燃燒效率。

(4)分段燃燒與廢氣循環(huán)技術(shù)有利于控制燃燒過程，降低焦?fàn)t煤氣燃燒的劇烈程度，減少立火道內(nèi)高溫點，從而降低NOx的產(chǎn)生，有利于環(huán)保。

附圖說明

圖1為本發(fā)明焦?fàn)t加熱裝置的正剖面示意圖；

圖2為本發(fā)明焦?fàn)t加熱裝置的側(cè)剖面示意圖；

圖3為本發(fā)明燃燒室結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)口翻板結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1—燃燒室，2—碳化室，3—上升氣流立火道，4—下降氣流立火道，5—下降氣流斜道，6—煤氣上升氣流斜道，7—空氣上升氣流斜道，8—廢氣蓄熱室，9—小煙道，10—煤氣蓄熱室，11—空氣蓄熱室，12—焦?fàn)t煤氣通道，13—下降廢氣通道，14—第一段空氣供入口，15—第二段空氣供入口，16—雙聯(lián)火道跨越孔，17—隔熱層，18—觀火孔，19—可調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)口翻板，20—廢氣循環(huán)孔，21-旋轉(zhuǎn)主軸，22-固定螺釘，23-旋轉(zhuǎn)翻板，24-孔壁。

具體實施方法

現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

本發(fā)明所涉及的各種結(jié)構(gòu)部件都是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知而且掌握使用的技術(shù)，取材方便，在市場上可容易地購得。本發(fā)明適用于4—5米已有的中小型焦?fàn)t結(jié)構(gòu)，配合焦?fàn)t加熱控制系統(tǒng)中分煙道吸力調(diào)節(jié)方法使用，可減少氮氧化物的生成，提高碳化室高向加熱均勻性。

參考圖1—圖4所示的一種降低NOx生成的焦?fàn)t加熱裝置，包括包括燃燒室1、碳化室2、斜道、蓄熱室和觀火孔18；其特征在于：所述斜道包括煤氣上升氣流斜道6、空氣上升氣流斜道7、下降氣流斜道5；蓄熱室包括煤氣蓄熱室10、空氣蓄熱室11、廢氣蓄熱室8；燃燒室1包括雙聯(lián)火道、焦?fàn)t加熱煤氣供入口、空氣供入口、雙聯(lián)火道跨越孔16和廢氣循環(huán)孔20；所述雙聯(lián)火道由上升氣流立火道3和下降氣流立火道4組成，上升氣流立火道3和下降氣流立火道4通過跨越孔16連通；焦?fàn)t加熱煤氣供入口位于雙聯(lián)火道底部，交換后只由煤氣上升氣流斜道6供入，空氣供入口包括第一段空氣供入口14、第二段空氣供入口15，第一段空氣供入口位于上升氣流立火道3底部，第二段空氣供入口分別位于上升氣流立火道3和下降氣流立火道4的頂部；蓄熱室由多個分格小蓄熱室組成，小蓄熱室內(nèi)有多孔格子磚和可調(diào)節(jié)面積大小的可調(diào)箅子孔，小蓄熱室下部與小煙道9相連，小煙道9外端與分煙道相連；所述頂觀火孔18的孔蓋上設(shè)置有可調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)翻板19。

所述可調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)翻板19上設(shè)置有旋轉(zhuǎn)主軸21、固定螺釘22、旋轉(zhuǎn)翻板23和孔壁24。

所述燃燒室下部是上升氣流斜道和下降氣流斜道。上升氣流斜道包括焦?fàn)t煤氣上升氣流斜道6和空氣上升氣流斜道7，分別與煤氣蓄熱室10和空氣蓄熱室11相連通。

所述焦?fàn)t加熱裝置的頂端設(shè)置有隔熱層17。

所述雙聯(lián)火道的底端設(shè)置有焦?fàn)t煤氣通道12、空氣入口通道14和下降廢氣通道13。

本發(fā)明所述的燃燒室內(nèi)采用焦?fàn)t煤氣下噴、空氣分別從雙聯(lián)火道底部的空氣供入口與頂端進(jìn)風(fēng)口分段供入，與焦?fàn)t煤氣混合燃燒，燃燒后的廢氣經(jīng)跨越孔16流向下降氣流立火道4，在下降氣流立火道4頂部進(jìn)行完全燃燒后，一部分廢氣經(jīng)下降氣流立火道4底部斜道進(jìn)入相鄰蓄熱室，在蓄熱室內(nèi)與格子磚進(jìn)行熱交換，降溫后的廢氣經(jīng)可調(diào)箅子孔進(jìn)入小煙道9，最后通過分煙道、總煙道至煙囪排放；另一部分廢氣通過廢氣循環(huán)孔20進(jìn)入上升流立火道3參與燃燒一段的煤氣稀釋燃燒，減少該段區(qū)域因燃燒溫度過高引起的熱力型NOx生成物。經(jīng)過一段區(qū)域的燃燒，剩余的焦?fàn)t煤氣濃度很低，在燃燒二段區(qū)域的高溫環(huán)境下，焦?fàn)t煤氣與空氣中氧發(fā)生速度相對較慢的氧化反應(yīng)，放出的熱量相比劇烈燃燒時少，在保證減少氮氧化物生成的基礎(chǔ)上，同時保持了立火道上部區(qū)域的溫度，對提高碳化室高向加熱均勻性有很大的幫助。

實施例：

焦?fàn)t加熱交換后，由下往上噴的焦?fàn)t煤氣在立火道上升氣流立火道3底部燃燒，即燃燒一段。該區(qū)域燃燒的最大特點是空氣與煤氣配比在70％-80％，燃燒因不充分使火焰溫度降低，抑制了熱力型氮氧化物的生成。未燃盡的一部分焦?fàn)t煤氣在上升氣流立火道3上部，與來自爐頂可調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)翻板19供入的空氣進(jìn)行第二次燃燒，可調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)翻板19設(shè)在觀火孔18的孔蓋上，內(nèi)部安裝翻板或者手動調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)空氣流量，可調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)翻板19(如圖3所示)。通過可調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)翻板19中間旋轉(zhuǎn)軸對進(jìn)風(fēng)口截面積進(jìn)行調(diào)節(jié)，供入的空氣通過與爐頂蓄熱室進(jìn)行熱交換，空氣預(yù)熱溫度可達(dá)到500℃以上，接近焦?fàn)t煤氣著火溫度，為燃燒二段區(qū)域與剩余煤氣量的持續(xù)燃燒反應(yīng)做準(zhǔn)備。

燃燒后的廢氣橫穿雙聯(lián)立火道跨越孔16，在下降氣流立火道4頂部與來自空氣供入口15的空氣進(jìn)行第三次完全燃燒，焦?fàn)t煤氣燃盡后的廢氣一部分從下降氣流斜道煙氣出口5進(jìn)入相鄰蓄熱室，與蓄熱室的硅磚進(jìn)行熱傳遞；另一部分廢氣經(jīng)過廢氣循環(huán)孔20，參與燃燒一段煤氣與空氣的混合燃燒，進(jìn)一步稀釋燃燒區(qū)域的氧濃度，降低燃燒溫度。

分段燃燒氣流量調(diào)控：本方案實施的關(guān)鍵點是燃燒一段空氣與煤氣配比、二段各個空氣入口進(jìn)風(fēng)量的供給實現(xiàn)，達(dá)到理想燃燒效果。焦?fàn)t加熱中，通過爐頂可調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)翻板19處的翻板旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)(如圖3)，改變爐頂進(jìn)風(fēng)口流通面積，實現(xiàn)燃燒二段兩個空氣進(jìn)風(fēng)口供給量調(diào)節(jié)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢在于：

(1)不受現(xiàn)有中小型焦?fàn)t爐型和結(jié)構(gòu)的限制，在對已有的結(jié)構(gòu)改造最少的基礎(chǔ)上，節(jié)約改造成本，實現(xiàn)焦?fàn)t煤氣的分段燃燒。

(2)采用焦?fàn)t煤氣供熱時，焦?fàn)t煤氣下噴，空氣分別由立火道底部以及爐頂看火孔進(jìn)風(fēng)口分段供入，燃燒氣體及空氣的輸送量均可根據(jù)燃燒狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)，可有效改善焦?fàn)t加熱高向均勻性，提高焦炭質(zhì)量，減少熱損失，提高了焦?fàn)t的熱效率。

(3)采用焦?fàn)t煤氣加熱時，分段燃燒的空氣從爐頂看火孔處供入，空氣在通過爐頂隔熱層時進(jìn)行預(yù)熱，加大燃燒空氣初始溫度，提高燃燒效率。

(4)分段燃燒與廢氣循環(huán)技術(shù)有利于控制燃燒過程，降低焦?fàn)t煤氣燃燒的劇烈程度，減少立火道內(nèi)高溫點，從而降低NOx的產(chǎn)生，有利于環(huán)保。

以上所記載，僅為利用本創(chuàng)作技術(shù)內(nèi)容的實施例，任何熟悉本項技藝者運(yùn)用本創(chuàng)作所做的修飾、變化，皆屬本創(chuàng)作主張的專利范圍，而不限于實施例所揭示者。