用于控制在焦?fàn)t中的空氣分配的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明技術(shù)大體上涉及用于控制在焦?fàn)t中的空氣分配的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]焦炭是用于熔化且減少在鋼的生產(chǎn)中的鐵礦的固體碳燃料和碳源。在一個被稱為“湯普森焦化過程”的過程中，通過將煤粉分批供應(yīng)到爐子來產(chǎn)生焦炭，所述爐子在受到緊密控制的大氣條件下被密封且加熱到非常高的溫度，持續(xù)24到48小時。使用焦?fàn)t將煤轉(zhuǎn)化成冶金焦炭已經(jīng)持續(xù)了許多年。在焦化過程期間，在受控溫度條件下加熱細(xì)碎煤以使煤脫掉揮發(fā)成分且形成具有預(yù)定孔隙率和強(qiáng)度的焦炭的熔體。因為焦炭的生產(chǎn)是分批過程，所以多個焦?fàn)t同時操作。
[0003]將煤顆?；蛎侯w粒的混合物裝載到熱爐中，且在爐子中加熱煤以便從所得焦炭去除揮發(fā)性物質(zhì)(“VM”)。臥式熱回收(HHR)爐在負(fù)壓下操作且通常由耐火磚和其它材料構(gòu)造，從而產(chǎn)生基本上密閉的環(huán)境。負(fù)壓爐從爐子外部吸入空氣以氧化煤的VM且釋放在爐子內(nèi)的燃燒的熱量。
[0004]在一些布置中，通過在爐側(cè)壁、門、或在煤床上方的區(qū)域的拱部(稱為拱部區(qū)域)中的閘板端口或孔口將空氣引入到爐子。在拱部區(qū)域中，空氣與從煤的熱解放出的VM氣體一起燃燒。然而，作用于進(jìn)入爐室的冷氣的浮力效應(yīng)可能導(dǎo)致煤燃盡和在產(chǎn)率上的損失。更確切地說，進(jìn)入爐子的較冷的高密度空氣朝向熱煤表面落下。在空氣可以變暖、上升、與揮發(fā)性物質(zhì)燃燒和/或在爐子中分散和混合之前，它產(chǎn)生在煤表面上的燃燒損失。因此，需要改進(jìn)在焦?fàn)t中的燃燒效率。
【附圖說明】
[0005]圖1A是根據(jù)本技術(shù)的實施例配置的臥式熱回收焦化廠的示意性圖示。
[0006]圖1B是根據(jù)本技術(shù)的實施例配置的圖1A的臥式熱回收焦化廠的一部分的等距、部分剖視圖。
[0007]圖1C是根據(jù)本技術(shù)的實施例配置的臥式熱回收焦?fàn)t的截面視圖。
[0008]圖2A是根據(jù)本技術(shù)的實施例配置的具有門空氣分配器的焦?fàn)t的一部分的等距、部分透明視圖。
[0009]圖2B是根據(jù)本技術(shù)的實施例配置的門空氣分配器的等距視圖。
[0010]圖2C是根據(jù)本技術(shù)的實施例配置的圖2B的門空氣分配器的側(cè)視圖。
[0011]圖2D是形成渦流空氣型態(tài)且根據(jù)本技術(shù)的實施例配置的圖2B的門空氣分配器的部分示意性、俯視圖。
[0012]圖3A是根據(jù)本技術(shù)的實施例配置的具有拱部空氣分配器的焦?fàn)t的等距、部分透明視圖。
[0013]圖3B是根據(jù)本技術(shù)的實施例配置的拱部空氣分配器的示意性圖示。
[0014]圖4是根據(jù)本技術(shù)的另外的實施例配置的拱部空氣分配器的示意性圖示。
[0015]圖5是根據(jù)本技術(shù)的另外的實施例配置的拱部空氣分配器的示意性圖示。
[0016]圖6是根據(jù)本技術(shù)的另外的實施例配置的拱部空氣分配器的示意性圖示。
[0017]圖7是根據(jù)本技術(shù)的另外的實施例配置的門空氣分配器的示意性圖示。
[0018]圖8是根據(jù)本技術(shù)的另外的實施例配置的門空氣分配器的示意性圖示。
[0019]圖9是根據(jù)本技術(shù)的另外的實施例配置的門空氣分配器的示意性圖示。
[0020]圖10是根據(jù)本技術(shù)的另外的實施例配置的門空氣分配器的示意性圖示。
[0021]圖11是根據(jù)本技術(shù)的另外的實施例配置的門空氣分配器的示意性圖示。
【具體實施方式】
[0022]本發(fā)明技術(shù)大體上涉及用于控制在焦?fàn)t中的空氣分配的系統(tǒng)和方法。在特定實施例中，焦?fàn)t空氣分配系統(tǒng)包括爐室，其具有經(jīng)配置以支撐煤床的爐底、從爐底朝上延伸的多個側(cè)壁以及覆蓋爐室的頂部部分的爐拱?？諝夥峙湎到y(tǒng)進(jìn)一步包含定位在爐底上方的進(jìn)氣口和接近于所述入口的分配器。所述入口經(jīng)配置以將空氣引入到爐室中且所述分配器經(jīng)配置以進(jìn)行以下操作中的至少一者:預(yù)加熱、重新引導(dǎo)、再循環(huán)或散開爐室內(nèi)的空氣。
[0023]下文參考圖1A到11描述本技術(shù)的若干實施例的具體細(xì)節(jié)。在以下揭示中未闡述描述通常與煤加工和/或焦?fàn)t相關(guān)聯(lián)的眾所周知的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的其它細(xì)節(jié)，以避免對本技術(shù)的各種實施例的描述的不必要的混淆。圖中示出的許多細(xì)節(jié)、尺寸、角度以及其它特征僅是為了說明本技術(shù)的特定實施例。因此，在不脫離本發(fā)明技術(shù)的精神或范圍的情況下，其它實施例可以具有其它細(xì)節(jié)、尺寸、角度以及特征。因此，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將因此理解，本技術(shù)可以具有其它實施例，所述其它實施例具有另外的元件；或者本技術(shù)可以具有其它實施例，所述其它實施例不具有下文參考圖1A到11所示出且描述的若干特征。
[0024]圖1A是根據(jù)本技術(shù)的實施例配置的臥式熱回收(HHR)焦化廠100的示意性圖示。HHR焦化廠100包括爐子105，連同熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG) 120和空氣質(zhì)量控制系統(tǒng)130 (例如，廢氣或煙氣脫硫(FGD)系統(tǒng))，所述熱回收蒸汽發(fā)生器和空氣質(zhì)量控制系統(tǒng)都以流體方式定位在爐子105下游且這兩者都通過合適的管道以流體方式連接到爐子105。HHR焦化廠100還包含以流體方式將個別的爐子105連接到HRSG 120的公共隧道110。一或多個交叉管道115以流體方式將公共隧道110連接到HRSG 120。冷卻氣體管道125將經(jīng)冷卻氣體從HRSG輸送到煙氣脫硫(FGD)系統(tǒng)130。以流體方式連接且在更下游處的是用于收集顆粒的袋濾室135、用于控制系統(tǒng)內(nèi)的氣壓的至少一個通風(fēng)扇140以及用于將冷卻的經(jīng)處理廢氣排出到環(huán)境中的主氣體煙道145。蒸汽管線150可以使HRSG 120和熱電廠155互連，因此可以利用所回收的熱量。不同的焦化廠100可以具有不同比例的爐子105、HRSG120以及其它結(jié)構(gòu)。例如，在一些焦化廠中，圖1中圖示出的每個爐子105可以表示十個實際的爐子。
[0025]如下文將進(jìn)一步詳細(xì)描述，在若干實施例中，個別的焦?fàn)t105可以包含一或多個進(jìn)氣口，所述進(jìn)氣口經(jīng)配置以允許外部空氣進(jìn)入到負(fù)壓爐室中以與煤的VM —起燃燒。進(jìn)氣口可以與一或多個空氣分配器一起使用以引導(dǎo)、預(yù)加熱、循環(huán)和/或分配在爐室內(nèi)的空氣。如本文中所使用的術(shù)語“空氣”可以包含環(huán)境空氣、氧氣、氧化劑、氮氣、一氧化二氮、稀釋劑、燃燒氣體、空氣混合物、氧化劑混合物、煙氣、可回收排出氣、蒸汽、具有添加劑的氣體、惰性氣體、熱量吸收劑、水滴等液相物質(zhì)、經(jīng)由氣態(tài)載體霧化的液滴等多相物質(zhì)、吸氣液體燃料、在氣態(tài)載體流中的霧化的液態(tài)庚烷、天然氣或氫氣等燃料、經(jīng)冷卻氣體、其它氣體、液體或固體或這些物質(zhì)的組合。在不同實施例中，進(jìn)氣口和/或分配器可以響應(yīng)于手動控制或自動高級控制系統(tǒng)而起作用(即，打開、閉合、修改空氣分配型態(tài)等)。進(jìn)氣口和/或空氣分配器可以在專用的高級控制系統(tǒng)上操作或可以通過更廣泛的通風(fēng)量控制系統(tǒng)來控制，所述通風(fēng)量控制系統(tǒng)調(diào)整進(jìn)氣口和/或分配器以及上升道閘板、底煙道閘板和/或焦?fàn)t系統(tǒng)內(nèi)的其它空氣分配路徑。下文將參考圖1B和IC進(jìn)一步詳細(xì)描述高級控制系統(tǒng)，且下文將參考圖2A到11進(jìn)一步詳細(xì)描述若干進(jìn)氣口和空氣分配器的具體實施例。
[0026]圖1B和IC圖示與焦?fàn)t和在焦?fàn)t中的高級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和機(jī)制相關(guān)的另外的細(xì)節(jié)。圖1B是根據(jù)本技術(shù)的實施例配置的HHR焦化廠的一部分的等距、部分剖視圖。圖1C是根據(jù)本技術(shù)的實施例配置的HHR焦?fàn)t105的截面視圖。一起參考圖1B和1C，每個爐子105可以包含開放空腔，其通過以下部分界定:底部160 ;形成基本上爐子的一個側(cè)面的全部的前門165 ;與前門165相對的形成基本上爐子的與前門相對的側(cè)面的全部的后門170 ；在前門165和后門170中間從底部160朝上延伸的兩個側(cè)壁175 ;以及形成爐室185的開放空腔的頂部表面的拱部180。在不同實施例中，前門165或后門170可以是全門或半門?？刂茽t室185內(nèi)部的氣流和壓力對焦化周期的高效操作可以是至關(guān)重要，且因此前門165包含一或多個主進(jìn)氣口 195，所述主進(jìn)氣口允許主要燃燒空氣進(jìn)入到爐室185中。在一些實施例中，多個進(jìn)氣口 195互連(例如，經(jīng)由陶瓷管或在爐子105內(nèi)部或外部的其它分配系統(tǒng))，使得從公共管將空氣供應(yīng)到每個入口 195。每個主進(jìn)氣口 195包含主風(fēng)閘190，所述主風(fēng)閘可以定位在完全打開和完全閉合之間的多個位置中的任一者處以改變進(jìn)入爐室185中的主要氣流的量。在一些實施例中，閘板190可以利用滑動或扭轉(zhuǎn)頂部控制。替代地，一或多個主進(jìn)氣口 195另外或替代地經(jīng)形成穿過拱部180、底部160、側(cè)壁175和/或爐子內(nèi)的其它位置(在煤床上方、在煤床處或在煤床下方)。如下文將詳細(xì)描述，一或多個空氣分配器可以用于與主進(jìn)氣口 195連接以引導(dǎo)、預(yù)加熱、和/或分配爐室185內(nèi)的空氣。
[0027]在操作中，從定位在爐室185內(nèi)部的煤放出的揮發(fā)性氣體在拱部中聚集且在整個系統(tǒng)中的下游被吸入到形成于一個或兩個側(cè)壁175中的下降管通道200中。下降管通道以流體方式連接爐室185與定位在爐底160下方的底煙道205。底煙道205形成在爐底16