焦?fàn)t上風(fēng)口與熱共同煙道間的非垂直連接及相關(guān)聯(lián)系統(tǒng)和方法
【專利說明】焦?fàn)t上風(fēng)口與熱共同煙道間的非垂直連接及相關(guān)聯(lián)系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請交叉引用
[0002]本申請主張在2013年3月14日提交的第13/830，971號美國專利申請的優(yōu)先權(quán)，所述專利申請為2012年12月28日提交的第13/730，673號美國專利申請的部分接續(xù)申請并且與其相關(guān)，所述專利申請全文以引用方式并入本文。以引用方式并入的申請中所公開的實施例的組件和特征可與本申請中所公開和所主張的各種組件和特征組合。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明大體而言涉及焦?fàn)t上風(fēng)口與熱共同煙道之間的非垂直連接以及相關(guān)聯(lián)系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0004]焦炭為用煤為原料制取的固體含碳燃料。焦炭為各種有用的應(yīng)用中的理想能源。例如，焦炭常常用于在煉鋼過程中冶煉鐵礦石。作為另一個實例，焦炭還可用于加熱商業(yè)建筑或電力工業(yè)鍋爐。
[0005]在典型的焦化過程中，一定數(shù)量的煤在焦?fàn)t中在通常超過2，000華氏度的溫度下烘烤。烘烤過程將相對不純的煤轉(zhuǎn)化成含有相對少的雜質(zhì)的焦炭。在烘烤過程結(jié)束時，焦炭通常作為基本上完整的塊狀物從焦?fàn)t出現(xiàn)。通常從焦?fàn)t移除焦炭，將其裝載到一個或多個火車車廂中，并且運(yùn)送到驟冷塔，以便在焦炭可被分配用作燃料源之前使其冷卻或“驟冷”。
[0006]烘烤時排放的熱廢氣(即，煙氣)通過管道、相交點和過渡點網(wǎng)絡(luò)從焦?fàn)t抽出。焦化廠的煙氣流動路徑中的相交點可導(dǎo)致顯著的壓降損失、不良的流動區(qū)(例如，不流動、滯流、再循環(huán)、分離等)、以及空氣與揮發(fā)物的不良混合。高壓降損失可導(dǎo)致更高要求的通風(fēng)、泄漏、以及系統(tǒng)控制的問題。此外，不良混合和所得局部熱點可導(dǎo)致因加速局部侵蝕和熱磨損而引起的更早的結(jié)構(gòu)劣化。侵蝕包括因腐蝕材料的高速流動而引起的劣化。熱點可導(dǎo)致材料的熱降解，從而可最終造成熱/或結(jié)構(gòu)失效。局部侵蝕和/或熱點又可導(dǎo)致管道相交點處的失效。
[0007]傳統(tǒng)的管道相交點設(shè)計還導(dǎo)致顯著壓降損失，而此可限制在單個組中連接在一起的焦?fàn)t的數(shù)量。存在對通風(fēng)機(jī)可拉的通風(fēng)量的限制。管道相交點中的壓降可減損可以用來從焦?fàn)t排出煙氣的通風(fēng)量。傳統(tǒng)的管道相交點設(shè)計的這些及其它相關(guān)問題導(dǎo)致額外的資本支出。因此，需要提供可改善混合、流動分布、使不良流動區(qū)最小化、并且減少壓降損失的經(jīng)改善的管道相交點/過渡點。
【附圖說明】
[0008]圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例構(gòu)造的水平熱回收焦化廠的示意圖。
[0009]圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例構(gòu)造的圖1的水平熱回收焦化廠的一部分的等軸、局部剖視圖。
[0010]圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例構(gòu)造的水平熱回收焦?fàn)t的剖面圖。
[0011]圖4為根據(jù)本發(fā)明實施例構(gòu)造的水平熱回收焦化廠的一部分的俯視圖。
[0012]圖5A為根據(jù)本發(fā)明實施例構(gòu)造的上風(fēng)口管道與共同煙道之間的垂直界面的橫截面俯視圖。
[0013]圖5B為根據(jù)本發(fā)明實施例構(gòu)造的上風(fēng)口管道與共同煙道之間的非垂直界面的橫截面俯視圖。
[0014]圖5C為根據(jù)本發(fā)明實施例構(gòu)造的上風(fēng)口管道與共同煙道之間的非垂直界面的橫截面端視圖。
[0015]圖f5D為根據(jù)本發(fā)明實施例構(gòu)造的上風(fēng)口管道與共同煙道之間的非垂直界面的橫截面端視圖。
[0016]圖5E為根據(jù)本發(fā)明實施例構(gòu)造的上風(fēng)口管道與共同煙道之間的非垂直界面的橫截面端視圖。
[0017]圖6A到圖61為根據(jù)本發(fā)明實施例構(gòu)造的上風(fēng)口管道與共同煙道之間的界面的各種構(gòu)型的俯視圖。
[0018]圖7A為根據(jù)本發(fā)明實施例構(gòu)造的加裝在上風(fēng)口與共同煙道之間的非垂直界面的橫截面俯視圖。
[0019]圖7B為根據(jù)本發(fā)明實施例構(gòu)造的上風(fēng)口與共同煙道之間的界面的橫截面俯視圖。
[0020]圖7C為根據(jù)本發(fā)明實施例構(gòu)造的圖7B的加裝在上風(fēng)口與共同煙道之間的非垂直界面的橫截面俯視圖。
[0021]圖8為根據(jù)本發(fā)明實施例構(gòu)造的上風(fēng)口與共同煙道之間的非垂直界面的橫截面俯視圖。
[0022]圖9為示出氣體靜壓沿著共同煙道的長度的空間分布的曲線圖。
【具體實施方式】
[0023]本發(fā)明大體而言涉及焦?fàn)t上風(fēng)口與熱共同煙道之間的非垂直連接以及相關(guān)聯(lián)系統(tǒng)和方法。在一些實施例中，一種焦化系統(tǒng)包括焦?fàn)t和與所述焦?fàn)t流體連通的上風(fēng)口管道。所述上風(fēng)口管道具有來自所述焦?fàn)t的廢氣上風(fēng)口流向量。所述系統(tǒng)還包括與所述上風(fēng)口管道流體連通的共同煙道。所述共同煙道具有共同流向量且可用以將所述廢氣傳送到通風(fēng)系統(tǒng)。所述上風(fēng)口流向量和所述共同流向量可在非垂直界面處交匯以改善所述流向量之間的混合并且減少所述共同煙道中的通風(fēng)損失。
[0024]下文參照圖1到圖9來描述本發(fā)明的幾個實施例的具體細(xì)節(jié)。描述通常與煤碳加工相關(guān)聯(lián)的眾所周知的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的其它細(xì)節(jié)未在下文公開內(nèi)容中列出以免不必要地使對本發(fā)明的各種實施例的說明模糊不清。圖中所示的許多細(xì)節(jié)、尺寸、角度及其它特征僅用于說明本發(fā)明的特定實施例。因此，其它實施例可具有其它細(xì)節(jié)、尺寸、角度和特征，而此并不背離本發(fā)明的精神或范圍。因此，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，本發(fā)明可具有包括額外元件的其它實施例，或者本發(fā)明可具有不包括下文參照圖1到圖9所示和所述的特征中的一些特征的其它實施例。
[0025]圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例構(gòu)造的水平熱回收(horizontal heat recovery ；HHR)焦化廠100的示意圖。HHR焦化廠100包括爐105、以及熱回收蒸汽發(fā)生器(heat recoverysteam generator ；HRSG) 120和空氣質(zhì)量控制系統(tǒng)130(例如，廢氣或煙氣脫硫(flue gasdesulfurizat1n ；FGD)系統(tǒng))，HRSG 120和空氣質(zhì)量控制系統(tǒng)130兩者均流體定位在爐105的下游且這兩者均通過合適的管道流體連接到爐105。HHR焦化廠100還包括一個或多個共同煙道110A、110B(統(tǒng)稱為“共同煙道110”)，所述共同煙道通過一個或多個單獨(dú)的上風(fēng)口管道225將單獨(dú)的爐105流體連接到HRSG 120。在一些實施例中，兩個或更多個上風(fēng)口管道225將每一個單獨(dú)的爐105連接到共同煙道110。在相應(yīng)的相交點245處，第一交叉管道290將共同煙道IlOA流體連接到HRSG 120且第二交叉管道295將共同煙道IlOB流體連接到HRSG 120。共同煙道110還可流體連接到一個或多個旁通排氣煙囪240。冷卻氣體管道125將經(jīng)冷卻的氣體從HRSG輸送到FGD系統(tǒng)130。流體連接的且進(jìn)一步位于下游的是用于收集微粒的袋濾室135、用于控制系統(tǒng)內(nèi)的氣壓的至少一個通風(fēng)機(jī)140、以及用于將經(jīng)冷卻、經(jīng)處理的廢氣排入環(huán)境的主氣體煙囪145。各種焦化廠100可具有不同比例的爐105,HRSG 120、上風(fēng)口管道225、共同煙道110和其它結(jié)構(gòu)。例如，在一些焦化廠中，圖1所示的每一個爐105可代表十個實際爐。
[0026]如下文將更詳細(xì)描述，在幾個實施例中，上風(fēng)口管道225在非垂直界面處與共同煙道110交匯。所述非垂直界面可包括上風(fēng)口管道225內(nèi)的配件、共同煙道110內(nèi)的配件、非垂直上風(fēng)口管道225、上風(fēng)口管道225的非垂直部分或其它特征。所述非垂直界面可通過沿共同煙道流的方向調(diào)整上風(fēng)口/共同煙道連接的角度來降低所述連接處的混合通風(fēng)損失。更具體地講，上風(fēng)口管道225具有上風(fēng)口流，所述上風(fēng)口流具有上風(fēng)口流向量(具有X、I和z正交分量)，且共同煙道110具有共同流，所述共同流具有共同流向量(具有X、y和z正交分量)。通過使上風(fēng)口流向量與共同流向量之間的差最小化，熱氣的定向動量的變化越小，且因此通風(fēng)損失越低。
[0027]此外，存在其中共同煙道110中的通風(fēng)可因來自上風(fēng)口管道225的額外質(zhì)量流的添加而增加的界面角度。更具體地講，所述界面可充當(dāng)使用質(zhì)量流來吸真空的真空吸氣機(jī)。通過將上風(fēng)口管道225的質(zhì)量流與共同煙道110的質(zhì)量流(沿同一主要流向具有速度向量)對準(zhǔn)，焦化廠可實現(xiàn)更大的真空吸力和更低的通風(fēng)損失，從而可潛在地促成通風(fēng)增加。減少的通風(fēng)損失可用于縮減共同煙道110的尺寸(例如，直徑)或降低所需的總系統(tǒng)通風(fēng)。
[0028]此外，本發(fā)明的各種實施例并不限于上風(fēng)口管道與共同煙道之間的界面。而是，其中氣流經(jīng)歷顯著方向變化的任何連接均可通過使用非垂直連接被改進(jìn)成具有較低通風(fēng)損失。例如，排氣流路徑(例如，在共同煙道110與旁通排氣煙囪240之間)中的連接中的任一者可包括頭對頭交匯的管道；調(diào)整這些連接的角度可以上文所述的方式降低通風(fēng)損失。
[0029]圖2和圖3提供關(guān)于焦化廠100的結(jié)構(gòu)和操作的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。更具體地講，圖2和圖3示出與從爐到共同煙道的排氣流的結(jié)構(gòu)和力學(xué)相關(guān)的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。圖4至圖9提供關(guān)于焦?fàn)t上風(fēng)口管道與共同煙道之間的非垂直連接的各種實施例的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。
[0030]圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例構(gòu)造的圖1的HHR焦化廠100的一部分的等軸、局部剖視圖。圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例構(gòu)造的HHR焦?fàn)t105的剖面圖。同時參見圖2和圖3，每一個爐105可包括開放式腔，所述開放式腔由以下限定:底板160 ;前門165，形成基本上爐的整個一側(cè)的；與前門165相對的后門170，形成爐的與前門相對的基本上整個側(cè)；兩個側(cè)壁175，在前門165和后門170中間從底板160向上延伸；和頂蓋180，形成