熄焦及回收能量的方法與裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種焦化工業(yè)中紅焦炭的降溫和能量回收的方法與裝置，特別是利用水蒸氣與紅焦炭發(fā)生水煤氣反應降溫，及水與焦炭直接接觸汽化產(chǎn)生可作為熱源使用的蒸汽并回收利用的方法與裝置，屬于能源和能源回收利用及環(huán)保領域。
【背景技術】
[0002]焦炭是鋼鐵工業(yè)的重要原料，從焦爐推出的高溫焦炭(紅焦炭)需要在短時間內(nèi)降溫，即熄焦。紅焦炭中蘊藏著大量的熱能，如果能夠回收利用則可同時做到節(jié)能減排。迄今主要以開放系統(tǒng)中的灑水降溫的濕法熄焦為主，該法雖設備簡單，熄焦速度快，但損失了紅焦炭所帶的大量的熱能，還會造成環(huán)境污染。另外，用氮氣冷卻紅焦炭進行發(fā)電的干熄焦技術也比較多地應用到了工業(yè)實踐中，在回收能源與減少污染物排放方面發(fā)揮了積極的作用。但氮氣冷卻干熄焦法的設備投資和運行成本均比較高，給企業(yè)的經(jīng)營帶來了比較重的成本負擔，制約著干熄焦技術的廣泛普及。因此，探索一種能夠快速使高溫焦炭降溫，能源還能得到回收利用，同時設備投資又比較低，尤其是運行成本低的熄焦方法與裝置就非常必要。本發(fā)明通過從改變高溫焦炭降溫的方法著手，提供一種低成本回收熱能的方法與裝置，為解決本領域的技術經(jīng)濟難題提供技術手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種高效低成本的熄焦方法和設備，通過在焦炭的高溫段利用水蒸氣與焦粉或紅焦炭的水煤氣化學反應吸熱降低高溫焦炭的溫度并回收可燃性氣體，在焦炭的中溫段進一步通過在密閉條件下水的汽化吸熱降溫并產(chǎn)生低壓水蒸氣回收利用，以達到冷卻焦炭并回收熱能的目的。與傳統(tǒng)的濕法熄焦方法相比，本方法具有能夠回收熱量，不產(chǎn)生污染的特點；與傳統(tǒng)的干法熄焦方法相比，具有投資少，運行成本低，熄焦時間短的特點。
[0004]本發(fā)明是采用如下技術方案實現(xiàn)的:
[0005]本發(fā)明的煉焦工業(yè)中的熄焦方法，至少由如下過程組成:
[0006](I)水煤氣反應降溫過程:從焦爐推出的紅焦炭與水蒸氣發(fā)生化學反應產(chǎn)生水煤氣，產(chǎn)生水煤氣的水煤氣反應吸熱使焦炭降溫；
[0007](2)加壓水汽化降溫過程:經(jīng)水煤氣反應降溫后的焦炭在密閉的容器中與水直接接觸發(fā)生水的汽化，使焦炭降溫的同時產(chǎn)生能夠作為氣態(tài)熱源使用的水蒸氣；所述水汽化降溫過程至少由焦炭進料過程、水汽化降溫罐密閉過程、水量控制條件下的噴水汽化過程、水汽化降溫罐泄壓過程和焦炭排出過程組成。
[0008]在所述水煤氣反應降溫過程與加壓水汽化降溫過程之間設置灑水汽化產(chǎn)汽降溫過程，該過程是向水煤氣反應降溫后的焦炭灑水使焦炭進一步降溫，所產(chǎn)生的水蒸氣作為所述水煤氣反應降溫過程的反應物水蒸氣使用，灑水汽化產(chǎn)汽降溫后的焦炭進入加壓水汽化降溫過程。
[0009]焦粉或無煙煤或兩者的混合物作為水煤氣反應使用的碳添加劑與紅焦炭混合后進入水煤氣反應過程，與水蒸氣發(fā)生水煤氣反應使焦炭降溫。
[0010]本發(fā)明的熄焦并回收能量的裝置，至少包括水煤氣反應的水煤氣反應降溫罐，和在密閉條件下噴水汽化降溫并產(chǎn)生加壓水蒸氣的加壓水汽化降溫罐；水煤氣反應降溫罐的焦炭出口與加壓水汽化降溫罐焦炭入口相連接。
[0011]對于增加了灑水汽化產(chǎn)汽降溫過程的熄焦并回收能量的裝置，至少包括水煤氣反應的水煤氣反應降溫罐，和灑水汽化產(chǎn)生水蒸氣供水煤氣反應使用的灑水汽化產(chǎn)汽降溫槽，和在密閉條件下噴水汽化降溫并產(chǎn)生能夠作為氣態(tài)熱源使用的水蒸氣的加壓水汽化降溫罐；水煤氣反應降溫罐的焦炭出口與灑水汽化產(chǎn)汽降溫槽的焦炭入口相連接，灑水汽化產(chǎn)汽降溫槽焦炭出口與加壓水汽化降溫罐焦炭入口相連接。
[0012]所述加壓水汽化降溫罐至少由水汽化降溫罐體、頂蓋、頂蓋與罐體間達到密閉的密閉機構、罐體上部或頂蓋上部設置的水蒸氣出口、罐體或頂蓋上設置的進水口組成，水汽化降溫罐體頂部設置焦炭開口作為焦炭入口和出口使用，該罐體能夠實現(xiàn)上下傾倒，焦炭開口向上狀態(tài)下裝入焦炭，焦炭開口向下狀態(tài)下排出焦炭；或加壓水汽化降溫罐至少由水汽化降溫罐體、罐體上部設置的水蒸氣導出口、罐體上部設置的進水口，罐的底部設置有焦炭出口、焦炭出口設置有控制焦炭導出的焦炭閥和底部水蒸氣截止閥，罐的頂部設置有焦炭入口、焦炭入口設置有焦炭入口控制閥及頂部水蒸氣截止閥。
[0013]所述水汽化降溫罐體與頂蓋之間的密閉機構，在于所述的水汽化降溫罐體與頂蓋之間的密閉機構具有如下結構:罐體的焦炭入口和頂蓋的下部均具有向外凸出的邊緣，當頂蓋與罐體接觸時，該兩者的凸出邊緣被嵌入密封外圓環(huán)的上下邊組成的槽內(nèi)；所述密封外圓環(huán)由兩部分組成，需要密閉罐體時該兩部分密封外圓環(huán)從兩側相向合攏，需要解除密封時該兩部分密封外圓環(huán)分別向兩側移出。
[0014]所述紅焦炭與水煤氣反應的水煤氣反應降溫過程、及向水煤氣反應降溫后的焦炭灑水汽化產(chǎn)汽降溫過程是串聯(lián)連續(xù)進行，灑水汽化產(chǎn)汽降溫后的焦炭分別交替向并聯(lián)的多個加壓水汽化降溫罐導入焦炭，分別在該并聯(lián)的加壓水汽化降溫罐內(nèi)交替噴水進行加壓水汽化降溫過程；或水煤氣反應降溫過程連續(xù)進行得到的焦炭分別交替向并聯(lián)的多個加壓水汽化降溫罐導入，分別在該并聯(lián)的加壓水汽化降溫罐內(nèi)交替噴水進行加壓水汽化降溫過程。
[0015]對所產(chǎn)水蒸氣進行的回收方法是:將加壓水汽化降溫過程產(chǎn)生的水蒸氣導入水蒸氣儲罐后，將該水蒸氣儲罐的進出口關閉，使用外加熱源對該儲罐中的水蒸氣進行加熱；或對導入水蒸氣儲罐中的水蒸氣只進行加熱；或在加熱的過程中還向該水蒸氣儲罐內(nèi)噴水，調節(jié)罐內(nèi)水蒸氣的壓力，溫度和過熱度；所述外加熱源加熱為水煤氣反應降溫過程產(chǎn)生的燃氣通過換熱器換熱加熱，或用該燃氣燃燒產(chǎn)生的熱量或其他熱源換熱間接加熱，或利用其他高溫高壓蒸汽導入所述水蒸氣儲罐內(nèi)直接加熱，或這幾種方法的組合；所述水蒸氣儲罐為多個并列設置，交替進行導入水蒸氣、加熱、排出水蒸氣的過程。
[0016]對于熱源富余的工廠可采用如下熄焦方法，即紅焦炭在經(jīng)過水煤氣反應過程和灑水汽化產(chǎn)汽降溫過程之后進入開放式噴水熄焦過程，該過程是向經(jīng)灑水汽化產(chǎn)汽降溫過程降溫后的焦炭噴水，焦炭與水直接接觸發(fā)生水的汽化使焦炭降溫到熄焦所要求的溫度，產(chǎn)生的水蒸氣直接放散于大氣或經(jīng)冷凝回收熱量后放散于大氣。
[0017]具體說明如下:
[0018]由此，在焦炭的高溫段通過碳與水蒸氣發(fā)生水煤氣化學反應(C+H20(g) = C(HH2)大量吸熱，使紅焦炭可以從1000 °C降低到700-750 °C，產(chǎn)生的水煤氣可以用于焦爐或其他需要熱源的工序作為熱源使用。當焦炭溫度降低到700°C以下時，再與水蒸氣相接觸也很少發(fā)生化學反應，為后續(xù)的水汽化降溫所產(chǎn)生的水蒸氣的利用奠定了基礎。同時，焦炭溫度降低到700°C以下后，大大緩解了對后續(xù)設備材質和強度等方面的要求，使得后續(xù)的蒸汽利用等技術的實施提供了便利條件。
[0019]水煤氣反應降溫后的焦炭的水汽化降溫過程在密閉的容器中進行，在密閉容器中噴水汽化，不僅可以快速使焦炭降溫到200°C左右，還可以產(chǎn)生具有一定壓強的水蒸氣，能夠作為化產(chǎn)回收及其他工序使用的水蒸氣熱源使用。所產(chǎn)水蒸氣的壓強可以根據(jù)焦化廠的實際用氣需要確定控制的水蒸氣壓力數(shù)值即可，一般控制在0.05-1.0MPa為宜。
[0020]通過向水煤氣反應降溫到700°C左右的焦炭灑水汽化，不僅可以使焦炭進一步快速降溫，還可以產(chǎn)生水蒸氣并導入前述的水煤氣反應工序作為反應物的水蒸氣使用。另外，通過這一灑水降溫明確分開了水煤氣反應過程與加壓水汽化降溫過程的溫度區(qū)間，保障了在加壓水汽化降溫過程中不產(chǎn)生水煤氣。所述灑水的速度和水量是在控制條件下進行，控制依據(jù)是灑水汽化所產(chǎn)生的水蒸氣量在水煤氣反應所需水蒸氣量的1.1-1.5倍。控制水量則可以保障水煤氣反應中反應物的適當過剩的量，并能控制水煤氣中的水蒸氣比例，以利于后續(xù)的利用。灑水量可依反應速度和工藝設計的要求控制。
[0021]焦粉或無煙煤或兩者的混合物作為水煤氣反應的碳添加劑與紅焦炭混合后參與水煤氣反應，可以減少焦炭的反應損耗。特別是焦粉和無煙煤等的粉體比表面積大，更易快速反應，所以，更有利于減少焦炭的水煤氣化學反應損耗。通常，碳添加劑的添加比例為紅焦炭重量的1% -10%為宜。在添加碳添加劑的情況下，碳添加劑也都會參與所有紅焦炭的化學反應和降溫過程，所以，在本發(fā)明中為敘述簡捷，就只用紅焦炭或焦炭指代，而實際過程中也包括了碳添加劑的參與。
[0022]上述熄焦方法通過如下主要裝置實現(xiàn):至少由紅焦炭或焦粉或無煙煤或這些混