TWI428440B - 用於將具有高易揮發性質成分之煤煉焦的方法和裝置 - Google Patents

Description

用於將具有高易揮發性質成分之煤煉焦的方法和裝置

本發明有關一於具有煉焦室之煉焦工廠中使用該無回收式製程或該熱回收式製程，用於將煤、特別是具有高或變化之易揮發物質成分的煤煉焦之方法，且再者有關藉著供給水蒸氣防止該煉焦爐過熱之很簡單的方法施行此製程所必需之裝置。倘若該等煉焦爐形成一搗礦機組，在此申請案中所提及之方法係與所使用之煉焦爐的數目無關。

用於煉焦，該煉焦爐之預先加熱的煉焦室係以一煤層充填，且此後關閉該煉焦室。該煤層可包括一散裝煤裝料或一密集的、經搗礦機搗碎之煤裝料。加熱該煤造成該煤、亦即主要碳化氫中所包含之易揮發物質的揮發作用。在無回收式煉焦爐及熱回收式煉焦爐的煉焦室中所進一步獲得之熱量，係藉著該提出的加熱製程相繼地揮發所釋放之易揮發煤成分的燃燒所專有地產生。

與先前技藝之技術一致，控制燃燒，以便確保該釋放氣體之亦表示為粗爐氣的部份在該煤裝料之上方於該煉焦室中直接地燒掉。用於此目的所需要之燃燒空氣係經過該煉焦爐門及爐屋頂中之打開通口抽吸。此燃燒階段係亦表示為該第一空氣階段或主要空氣階段。此主要空氣階段通常不會導致一完全燃燒。於燃燒期間所釋出之熱量再次加熱該煤層，使一灰層在一短時間之後形成在該煤層的表面上。此灰層提供用於將空氣排除在外，如此於該煉焦方法之進一步過程中阻礙該煤層之燒掉。由於來自上面經過該發展中之灰層的熱輻射。於燃燒期間所釋出之部份熱量係傳送進入該煤裝料。主要藉著經過磚砌的煉焦爐壁面之熱傳導，所產生之熱量的另一部份係傳送進入該煤層。然而，僅只由該頂部加熱該煤層、恰好應用單一空氣階段將導致不經濟之長煉焦時間。

因此，在該主要空氣階段局部燃燒之粗爐氣係在另一階段燃燒，藉此由該底部或由該側面供給熱量至該煤層。在此有特別由先前技藝所習知的二技術：美國專利第4,124,450號，會同同一發明家之美國專利第4,045,299號及美國專利第3,912,597號，敘述燃燒廢氣及局部燃燒粗爐氣之熱混合物如何在通過進入該煉焦室下方之通道，在此該通道能使該熱混合物之部份熱量散逸至位於該煤層下方之磚建築體，並藉著熱傳導至該煤而傳送此熱量。配置於該煉焦室的側壁面間之具恢復力的運轉燃燒室中之後段燃燒，係於流動之進一步過程中執行。由於熱傳導，在此所產生之熱量係經由該等煉焦爐壁面橫側地傳送至該煤層，藉此實質上減少該煉焦時間。此一燃燒階段係亦表示為第二空氣階段或次要空氣階段。

另一先前技藝之技術將在該主要階段局部燃燒之氣體、經由位於該等煉焦爐壁面中及亦表示為“下煙道”之通道，在該煉焦室下方供給至該煉焦爐爐底中之加熱煙道，在此持續地抽吸充分之燃燒空氣，以達到完全燃燒。於此其結果是，藉著直接來自該頂部之熱輻射及藉著間接來自該底部之熱傳導兩者供給熱量至該煤裝料，藉此實質上增加該煉焦速率及該煉焦爐之產出率。

根據技術中之先前的尖端技術，由於該煉焦爐中之二階段燃燒所散出的煙道氣體係隨後通過位在該煉焦爐外側之煙道氣體通道朝向該煙囪，且在此它們可被抽空進入大氣，如提供用於該無回收式製程者，或倘若該熱回收式製程，它們能譬如通過至另一工廠單位，以產生蒸氣。

其結果將變成為有問題的是該易揮發煤成分之釋放不會遍及該煉焦時間一致地進行。在煉焦之最初，記錄煉焦爐室溫中之下降。這是藉著該煤裝料程序所造成，因為煤係在周遭溫度下被裝料進入該溫暖之煉焦爐室。隨後其接著發生高熱值之氣體的劇烈釋放之相位。該煉焦爐中之熱量的此瞬時供給能僅只在一有限之速率下藉著該煤及該煉焦爐建構材料所吸收。因此，當正在該煉焦製程進展中時，該煉焦爐室中之溫度上昇，且如果該裝料之煤摻合物具有一高易揮發物質成分，這可導致超過該煉焦爐或煙道氣體通道及位於更進一步下游的工廠單位之施行建構材料的限制應用溫度。於煉焦時間之更進一步過程中，易揮發煤成分之釋放變得漸增地較弱。

根據技術中之先前尖端技術，一煉焦爐中之溫度係僅只在該製程下藉由控制及調節主要及次要空氣之體積流動所控制及調節。其帶有一缺點，其中一在煉焦本身的反應上之效應係如此發生，因為主要或次要空氣中所包含之氧氣用作一反應夥伴，且因為其過化學計量或不足化學計量之存在導致不同的燃燒階段。

為避免此等問題及確保可能最均勻之熱量產生及焦炭品質，一些個別煤成份之煤摻合物係裝料進入該煉焦爐。傳統上調整該煤摻合物，以便藉著某一最大值限制該易揮發物質之成分。因遍及全世界可用的煤資源之一相當大的部份無法滿足此標準，適合用於此煉焦製程的煤之可利用性係藉著此方法所限制，如此導致經濟上之缺點。

因此，現在，本發明之目的係提供一不會對煤關於其易揮發物質成分造成限制、導致煙道氣體中之一氧化氮的爐料之減少、及保護煉焦爐之材料的改善方法，而不會造成特定焦炭產出率中之任何削減。

本發明達成此目的，如藉著應用一方法在該主要申請專利範圍中所界定者，該方法用於在該無回收式型或熱回收型之煉焦室中生產焦炭，其中．該煉焦室係以一煤層裝料，且其中該煤係隨後加熱，如此提供用於一來自該煤的易揮發煤成分之揮發作用，．這些易揮發煤成份係局部地藉著所供給之空氣(主要空氣)氧化，．此氣體混合物流淌經過煙道氣體通道進入該煉焦爐爐底，其中．該等通道係配置於該煉焦室之側壁面中或在該煉焦室之側壁面處，及．未燃燒、易揮發煤成份係在該煉焦爐爐底中燃燒，其中．該煉焦室及該煉焦爐爐底兩者具有設備，以限制空氣之供給，如果需要，測量該溫度及將水蒸氣導入該煉焦爐供冷卻。

如果必需，本發明之一有利的實施例提供用於測量該煉焦室中之溫度、及將水蒸氣導入該煉焦室之氣體空間、亦即在該焦炭塊狀物之上方供冷卻。於另一有利之變異型中，如果必需，將水蒸氣導入該煙道氣體通道，以冷卻該煉焦爐爐底。此方法能藉著共同地應用這些二變異型被進一步最佳化。

應用具體化本發明之方法，以便藉著控制水蒸氣之進給確保所暴露之煉焦爐建構材料的最大溫度不會超過攝氏1400度。於具體化本發明之方法中，該水蒸氣具有一升高之壓力，在此其係供給進入該煉焦室及/或煙道氣體總管道。再者，該方法能藉著使用相當冷之水蒸氣所進一步改善，該水蒸氣之溫度在於攝氏150度至攝氏300度之範圍中。

雖然低蒸氣溫度係重要的，以允許用於來自該煉焦爐的最大可能之能量吸收及能量輸出，其已變得明顯的是水蒸氣不能以太高之脈動導入該煉焦室，因為以別的方式，形成在該焦炭塊狀物或焦炭裝料上面之灰層已被擦掉。此灰層對於該寶貴之物質具有一重要之保護功能的作用，因其防止該煉焦爐中之煤及/或焦炭的燒掉。

一項改良在於分別與主要空氣及次要空氣共同地導入水蒸氣，如此使得減少該煉焦爐建造結構中之打開通口的數目成為可能。

本發明亦包括於該等揭示實施例之一中應用此方法的煉焦爐，並於該煉焦爐壁面或煙道氣體通道中之煉焦爐中提供打開通口，水蒸氣可被導入經過該煉焦爐壁面或煙道氣體通道。

該煉焦爐之一項改良在於一中心蒸氣管線導通至這些打開通口，且數個煉焦爐係彼此連接。於此煉焦爐之一改善的變異型中，設計成可變化水蒸氣之所需體積的計量裝置係安裝在這些打開通口之上游或於該等管線中，且這些計量裝置依序經由控制管線連接至一製程電腦。

其不需將此水蒸氣導入遍及一煤裝料之整個煉焦時間。其主要地係需要在該預熱階段之最初及於該預熱階段期間導入水蒸氣。當抵達一臨界之煉焦爐室溫時，在上文所敘述之方法係順利地應用，以達成一適當之限制。因該煉焦爐溫度可藉著導入水蒸氣被很精確地維持在一無害、雖然高之程度，且既然水蒸氣以一非活性之方式在該煉焦爐中或於進一步下游之製程階段中起作用，該煉焦製程以整體而言係已加速的。

另一優點在於尤其是那些由於其特別高易揮發物質成分的次級考慮之煤可被有利地利用當作碳化過程加速劑，並可省略用於不同之煤裝料的混合之上游製程階段。

此方法之另一實施例提供用於以此一方式隨時導入水蒸氣，該方式係使煉焦爐建構材料絕不會暴露至一高於攝氏1400度之溫度。實際上，這能達成，譬如藉著在該砌磚結構之那些憑經驗預期累積許多熱量的地點安裝溫度測量點，及亦藉著提供用於將水蒸氣導入這些區域之打開通口。

於一實驗模型製程中，一熱回收式煉焦爐係設有五個允許用於將水蒸氣導入該煉焦室之打開通口。再者，所有連接該煉焦室與該煉焦爐爐底之煙道氣體通道係亦設有允許用於將水蒸氣導入該煉焦爐爐底之打開通口。與一中心主蒸氣管線連接和容置一計量裝置以及一控制元件之每一蒸氣管線被安置至所有這些打開通口。溫度測量工具係配置在該煉焦室之屋頂中及在該主要粗爐氣管道處，該管道由該煉焦爐爐底運送該粗爐氣至該烟囱。測量之溫度值被傳送至一製程電腦，並依序作動該等計量裝置。

此實驗製程中之裝料係具有不同高易揮發成分之部份的煤裝料，其於一傳統煉焦爐中將導致該耐火材料之過熱及對該耐火材料造成損壞。其被設法管理，以用此一便於防止對煉焦爐材料造成任何損壞或寶貴物質之損失的方式隨時控制該製程及該煉焦爐。

Claims (10)

1. 一種用於在“無回收型”或“熱回收型”之煉焦室中生產焦炭之方法，其中．該煉焦室係以一煤層裝料，．該煤被加熱，且來自該煤裝料的易揮發煤成份揮發，．這些易揮發煤成份係局部地藉著所供給之空氣(主要空氣)氧化，．這些易揮發煤成份與氣體通過煙道氣體通道進入該煉焦爐爐底，其中．這些通道係配置於該煉焦室之側壁面中或在該煉焦室之側壁面處，及．未燃燒、易揮發煤成份係在該煉焦爐爐底中燃燒，其中．該煉焦室及該煉焦爐爐底兩者具有設備，以限制空氣之供給，其特徵為：．測量該溫度，及．如果需要，將水蒸氣導入供冷卻，因此．煉焦爐中的溫度維持在一無害、雖然高之程度，且未超過施行建構材料的限制應用溫度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中．測量該煉焦室中之溫度，及．如果需要，將水蒸氣導入該煉焦室之氣體空間供冷卻。
3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中．如果需要，將水蒸氣導入該煙道氣體通道供冷卻該煉焦爐爐底。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之方法，其中以此一使所暴露之煉焦爐建構材料的最大溫度不會超過攝氏1400度之方式，隨時控制該水蒸氣之進給。
5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之方法，其中該水蒸氣係在一升高之壓力下導入。
6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之方法，其中該水蒸氣具有攝氏150度至攝氏300度之溫度。
7. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之方法，其中該水蒸氣係如水蒸氣/空氣混合物所供給。
8. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之方法，其特徵為使用一煉焦爐，其中允許用於導入該水蒸氣或水蒸氣和燃燒空氣的混合物之打開通口係提供於該煉焦爐壁面或煙道氣體通道中。
9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中一中心蒸氣管線導通至該等煉焦爐，其中來自該中心蒸氣管線之支管導通至該等打開通口。
10. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中用於改變遍及該煉焦時間變化所需之水蒸氣和燃燒空氣的混合物的體積的一計量裝置及一控制元件係設在該等打開通口。