焦化成套設(shè)備自動氣流控制系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】焦化成套設(shè)備自動氣流控制系統(tǒng)
[0001]對相關(guān)申請的交互引用
[0002]本申請要求，2012年8月17號提交的第13/589，009號美國非臨時專利申請的權(quán)益，這里通過全文引用將其公開結(jié)合于此。
【背景技術(shù)】
[0003]本發(fā)明大致上涉及從煤塊生產(chǎn)焦炭的焦化成套設(shè)備領(lǐng)域。焦炭是一種重要的被用于制造鋼鐵的原材料。焦炭是通過去掉煤塊的揮發(fā)部分生產(chǎn)出的，該揮發(fā)性部分通常占煤塊總重量的25%。焦炭生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的熱廢氣在理想狀態(tài)中被重新獲取并被用來產(chǎn)生電能。一種適于恢復(fù)這些熱廢氣的焦?fàn)t是水平熱回收(HHR)爐，其基于爐內(nèi)部的相對的操作大氣壓強(qiáng)條件相比化學(xué)副產(chǎn)品爐有獨特的環(huán)境優(yōu)勢。HHR爐在負(fù)壓力下操作然而化學(xué)副產(chǎn)品爐在輕微的正大氣壓強(qiáng)下工作。該兩種爐都一般都由耐火磚和其他材料組成，日復(fù)一日的操作期間裂縫可能在這些結(jié)構(gòu)中形成，因而在其中創(chuàng)造一個基本密閉的環(huán)境是一個挑戰(zhàn)?；瘜W(xué)副產(chǎn)品爐被保持在正壓力下，從而避免氧化可回收產(chǎn)品和使?fàn)t過熱。相反地，HHR爐被保持在負(fù)壓力下，使空氣從爐外進(jìn)入來氧化煤塊的揮發(fā)物和釋放爐內(nèi)的燃燒熱。該相反的操作壓力條件和燃燒系統(tǒng)是HHR爐和化學(xué)副產(chǎn)品爐的重要設(shè)計不同點。最小化揮發(fā)性氣體的減少非常重要，以至于正大氣條件和化學(xué)副產(chǎn)品爐的小洞和裂縫的結(jié)合允許原材料焦?fàn)t氣體(COG)和有毒污染物泄漏至大氣。相反地，負(fù)大氣條件和在HHR爐或焦化成套設(shè)備其他位置的小洞和裂縫簡單地允許多余的空氣進(jìn)入爐或焦化成套設(shè)備的其他地方，以至于負(fù)壓大氣條件阻止COG損失進(jìn)大氣中。
[0004]總結(jié)
[0005]該發(fā)明的一種實施例設(shè)計一種焦?fàn)t，其包括爐室；與所述爐室流體連通的上升道管，所述上升道管被構(gòu)造為從所述爐室接收廢氣；與所述上升道管流體連通的上升道閘板，所述上升道閘板被定位在多個位置的任意一個位置，包括完全打開和完全關(guān)閉的位置，所述上升道閘板被構(gòu)造為控制爐氣流；被構(gòu)造為根據(jù)位置指令在多個位置之間改變所述上升道閘板位置的致動器；被構(gòu)造為檢測所述焦?fàn)t運行條件的的傳感器，其中所述傳感器包括被構(gòu)造為檢測所述爐氣流的的氣流傳感器，被構(gòu)造為檢測上升道管溫度或者檢測底煙道溫度的溫度傳感器，以及被構(gòu)造為檢測所述上升道管中上升道管氧氣濃度的氧氣傳感器；以及與所述致動器和所述傳感器通信的控制器，所述控制器被構(gòu)造為響應(yīng)所述傳感器檢測的運行條件向所述致動器提供位置指令。
[0006]該發(fā)明的另一種實施例涉及一種操作焦化成套設(shè)備的方法，其包括以下步驟:操作多個焦?fàn)t來產(chǎn)生焦炭和廢氣，其中每個焦?fàn)t包括適于控制所述焦?fàn)t內(nèi)爐氣流的上升道閘板；把廢氣從各個焦?fàn)t引導(dǎo)至公告通道；流體地連接多個熱回收蒸汽發(fā)生器至公共通道；操作所有的熱回收蒸汽發(fā)生器并分開廢氣以至于一部分廢氣流至所述各個熱回收蒸汽發(fā)生器；并自動化地控制各個焦?fàn)t的上升道閘板以使各個焦?fàn)t的爐氣流維持在目標(biāo)爐氣流之上。
[0007]該發(fā)明的另一種實施例涉及一種操作焦化成套設(shè)備的方法，其包括以下步驟:操作多個焦?fàn)t來產(chǎn)生焦炭和廢氣，其中每個焦?fàn)t包括適于控制從焦?fàn)t出去的廢氣的流向的上升道閘板；把廢氣從各個焦?fàn)t引導(dǎo)至公告通道；通過多個交叉管道流體地連接多個熱回收蒸汽發(fā)生器至公共通道，其中各個熱回收蒸汽發(fā)生器包括通過熱回收蒸汽發(fā)生器適于控制廢氣流向的熱回收蒸汽發(fā)生器阻尼器并且其中各個交叉管道連接至其中一個所述熱回收蒸汽發(fā)生器且在交叉點連接至所述公共通道；流體地連接風(fēng)機(jī)至所述多個熱回收蒸汽發(fā)生器，其中所述風(fēng)機(jī)位于所述多個熱回收蒸汽發(fā)生器的下游；操作所有的熱回收蒸汽發(fā)生器并分開廢氣以至于一部分廢氣流至所述各個熱回收蒸汽發(fā)生器；通過主堆棧從所述焦化成套設(shè)備排出廢氣，其中所述主堆棧位于所述風(fēng)機(jī)的下游；通過傳感器檢測所述多個焦?fàn)t的下游操作條件；以及響應(yīng)檢測到的操作條件自動地控制至少其中一個上升道閘板、熱回收蒸汽發(fā)生器和風(fēng)機(jī)。
[0008]該發(fā)明的另一種實施例涉及一種操作焦化成套設(shè)備的方法，其包括以下步驟:操作多個焦?fàn)t來產(chǎn)生焦炭和廢氣；檢測所述焦?fàn)t中的爐氣流；調(diào)整流體地連接至第一底煙道迷宮的第一上升道閘板的位置和流體地連接至第二底煙道迷宮的第二上升道閘板的位置來把檢測到的爐氣流維持在至少目標(biāo)爐氣流；檢測第一底煙道迷宮中的第一底煙道溫度；檢測第二底煙道迷宮中的第二底煙道溫度；對比第一底煙道溫度和第二底煙道溫度；以及響應(yīng)第一底煙道溫度和第二底煙道溫度的對比相對于第二上升道閘板的位置偏置第一上升道閘板的位置，來把第一底煙道溫度和第二底煙道溫度維持在指定的溫度范圍內(nèi)。
【附圖說明】
[0009]圖1是根據(jù)示范性實施例展示的水平熱回收(HHR)焦化成套設(shè)備的示意圖。
[0010]圖2是圖1的部分HHR焦化成套設(shè)備的透視圖，其中多個部分被剖開。
[0011]圖3是根據(jù)一個示范性實施例展示的HHR焦化成套設(shè)備的示意圖。
[0012]圖4是根據(jù)一個示范性實施例展示的HHR焦化成套設(shè)備的示意圖。
[0013]圖5是根據(jù)一個示范性實施例展示的HHR焦化成套設(shè)備的示意圖。
[0014]圖6是根據(jù)一個示范性實施例展示的HHR焦化成套設(shè)備的示意圖。
[0015]圖7是圖1的焦化成套設(shè)備的部分示意圖。
[0016]詳細(xì)說明
[0017]參見圖1，一個在還原環(huán)境下從煤塊生產(chǎn)焦炭的HHR焦化成套設(shè)備100被展示。一般地，該HHR焦化成套設(shè)備100至少包括爐105，并連同熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG) 120和空氣質(zhì)量控制系統(tǒng)130(例如，排氣或煙氣脫硫(FGD)系統(tǒng))，它們都流體地位于爐的下游并且都通過合適的輸送管流體地連接至爐。該HHR焦化成套設(shè)備100首選包括多個爐105和流體地把該各個爐105連接到多個HRSG120的公共通道110。公共通道110流體地連接至HRSG120的一個或多個交叉管115。將冷卻氣體從HRSG運輸至煙氣脫硫(FGD)系統(tǒng)130的冷卻氣體管道125。流體地連接并處于更下游的是收集顆粒的袋式除塵器135，至少一個控制系統(tǒng)內(nèi)空氣壓力的風(fēng)機(jī)140，和一個用于排出冷卻和處理過的廢氣至外界的主氣體堆棧145。HRSG和熱電設(shè)備155的蒸汽管道150互聯(lián)，以至于被回收的熱量可以被利用。如圖1所展示，每個“爐”實際上代表十個爐。
[0018]每個爐105的更多結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)可以從圖2中得知，其中四個焦?fàn)t105的各個部分被展示，并且各個部分被剖開以增加清晰度。各個爐105包括被地板160首選限定的開放式空腔，基本上形成爐一側(cè)整體的前門165，一個首選在前門165的相對面一側(cè)并基本上形成一側(cè)整體的后門170，兩個位于前門165和后門170中間從地板160直立延伸的側(cè)壁175，構(gòu)成成爐室185的開放式空腔的頂層表面的冠180?？刂茪饬骱蜖t室185中的壓力對高效爐化周期的操作非常重要，因而，前門165包括一個或多個主進(jìn)氣口以使主要的主燃燒空氣進(jìn)入爐室185。每個主進(jìn)氣口 190包括主空氣阻尼器195，其可以被定位于介于完全打開和完全關(guān)閉的任意多個位置，來改變進(jìn)入到爐室185的主空氣流的大小。另外，該一個或多個主進(jìn)氣口通過冠180形成。在操作中，位于爐室185內(nèi)部的煤塊排放的揮發(fā)性氣體收集在冠中并且在整個系統(tǒng)的下游被引進(jìn)在一個或多個側(cè)壁175上形成的下水管通道200。該下水管通道流體地將爐室185連接至位于爐底板160下方的底煙道。該底煙道205在爐底板160下方形成了一個旁路路徑。從煤塊中排除的揮發(fā)性氣體可在底煙道205中燃燒，因此產(chǎn)生熱量以支持煤塊還原成木炭。該下水管通道200流體地連接至在一個或兩個側(cè)壁175上形成的上升道通道210。在底煙道205和大氣中間有一個第二級進(jìn)氣口 215，該第二級進(jìn)氣口 215包括第二級空氣阻尼器200，包括可被定位從在完全打開到完全關(guān)閉的任意數(shù)量位置進(jìn)而改變進(jìn)入底煙道205的第二級空氣流的大小的第二級空氣阻尼器200。該上升道通道210通過一個或多個上升道管225流體地連接至公共通道110。在上升道管225和大氣中間有一個第三級進(jìn)氣口 227。該227進(jìn)氣口包括可被定位從在完全打開到完全關(guān)閉的任意數(shù)量位置進(jìn)而改變進(jìn)入上升道管225的第三級空氣流的大小的第三級空氣阻尼器229。
[0019]為了提供通過該上升道管225在爐105內(nèi)的控制氣流的能力，每個上升道管225也包括一個上升道閘板230。該上升道閘板230可被定位在完全打開和完全關(guān)閉之間的多個位置，從而改變爐105內(nèi)爐氣流的大小。這里所用的“氣流”指相對于大氣的負(fù)壓力。舉例來說，0.1英寸水的氣流是指低于大氣壓0.1英寸水的壓強(qiáng)。水的英寸是壓強(qiáng)的非SI單位，并被慣例地用來描述在焦化成套設(shè)備各個不同位置地氣流。如果氣流被提升或者增大了，壓強(qiáng)也就更加低于大氣壓。如果氣流降低了或者變小、變低了，則壓強(qiáng)向大氣壓接近。通過用上升道閘板230控制爐氣流，可以控制通過進(jìn)氣口 190、215、227流進(jìn)爐的空氣以及泄漏進(jìn)爐105的空氣。一般地，爐105包括兩個上升道管225和兩個上升道閘板230，但是并非必須使用兩個吸收管和兩個上升道閘板，系統(tǒng)可以設(shè)計成只使用一個或者設(shè)計成使用兩個以上上升道管和兩個以上上升道閘板。
[0020]在操作中，通過首先把煤塊裝載至爐室185、在無氧環(huán)境中給煤塊加熱、去掉煤塊的揮發(fā)性部分、再在爐105中氧化揮發(fā)性部分來獲取和利用釋放的熱，焦炭得以在爐105中生產(chǎn)。煤塊的揮發(fā)性部分在爐內(nèi)48小時的焦化周期內(nèi)被氧化，并釋放熱度來可再生地促使煤塊碳化為焦炭。在前門165打開和煤被裝至爐地板160時，爐化周期開始。在爐地板160之上的煤被稱作煤床。從爐產(chǎn)生的熱量(前一爐化周期)使碳化周期開始。首選地，焦化過程產(chǎn)生的熱量已經(jīng)足夠，不使用額外的燃料。大約傳到煤床的所有熱量的一半從發(fā)光的火焰和輻射爐冠180被反射至煤床的頂部表面。剩下的一半熱量從爐地板160傳導(dǎo)至煤床，其被底煙道205內(nèi)揮發(fā)性氣體對熱加熱。這樣，煤顆粒的塑形流動波碳化過程和高強(qiáng)度凝聚力焦炭從煤床的頂邊界和底邊界以相同速同時開始，并首選地在在約45至48小時后同時到達(dá)煤床的中心地帶。
[0021]精確地控制系統(tǒng)壓力、爐壓力、進(jìn)入爐的空氣流、進(jìn)入系統(tǒng)的空氣流和系統(tǒng)內(nèi)的氣體流非常重要，它們包括確保煤塊的完全爐化、高效地提取揮發(fā)性氣體地燃燒熱量、高效地控制在爐室185內(nèi)和焦化成套設(shè)備100中其他地方的氧氣量、控制微粒和其他潛在的污染物，并將廢氣中的潛熱轉(zhuǎn)變?yōu)檎魵?，此蒸氣可被俘獲以用來產(chǎn)生蒸氣和電力。首選地，各個爐105在負(fù)壓力下工作，由于爐105和大氣壓的壓力差，在減少過程中，空氣被引進(jìn)爐。燃燒的第一級空氣被加至爐室185以來部分地氧化煤塊的揮發(fā)性部分，但是第一級空氣的量首選地被控制以至于只有從煤塊釋放出的揮發(fā)性物質(zhì)的一部分在爐室185內(nèi)燃燒，因而只釋放爐室185內(nèi)燃燒焓的一部分。通過被第一級空氣阻尼器195控制的第一級空氣量，第一級空氣通過第一級進(jìn)氣口 190被引進(jìn)煤床上方的爐室185。該第一級空氣阻尼器195可被用來保持在爐室185內(nèi)的期望操作溫度。該部分燃燒氣體經(jīng)過下水管渠道從爐室185到達(dá)底煙道205，第二級空氣在此被增加到部分燃燒氣體。通過被第二級空氣阻尼器220控制的第二級空氣量，第二級空氣通過第二級進(jìn)氣口 215被引進(jìn)。伴隨著第二級空氣被引進(jìn)，該部分燃燒氣體在底煙道205內(nèi)被更加充分的燃燒并提取剩下的燃燒焓，其通過爐地板160被傳送以為爐室185增加熱量。該接近完全燃燒的廢氣通過上升道