焦炉上风口与热共同烟道间的非垂直连接及相关联系统和方法
【专利说明】焦炉上风口与热共同烟道间的非垂直连接及相关联系统和方法
[0001]相关申请交叉引用
[0002]本申请主张在2013年3月14日提交的第13/830，971号美国专利申请的优先权，所述专利申请为2012年12月28日提交的第13/730，673号美国专利申请的部分接续申请并且与其相关，所述专利申请全文以引用方式并入本文。以引用方式并入的申请中所公开的实施例的组件和特征可与本申请中所公开和所主张的各种组件和特征组合。
技术领域
[0003]本发明大体而言涉及焦炉上风口与热共同烟道之间的非垂直连接以及相关联系统和方法。
【背景技术】
[0004]焦炭为用煤为原料制取的固体含碳燃料。焦炭为各种有用的应用中的理想能源。例如，焦炭常常用于在炼钢过程中冶炼铁矿石。作为另一个实例，焦炭还可用于加热商业建筑或电力工业锅炉。
[0005]在典型的焦化过程中，一定数量的煤在焦炉中在通常超过2，000华氏度的温度下烘烤。烘烤过程将相对不纯的煤转化成含有相对少的杂质的焦炭。在烘烤过程结束时，焦炭通常作为基本上完整的块状物从焦炉出现。通常从焦炉移除焦炭，将其装载到一个或多个火车车厢中，并且运送到骤冷塔，以便在焦炭可被分配用作燃料源之前使其冷却或“骤冷”。
[0006]烘烤时排放的热废气(即，烟气)通过管道、相交点和过渡点网络从焦炉抽出。焦化厂的烟气流动路径中的相交点可导致显著的压降损失、不良的流动区(例如，不流动、滞流、再循环、分离等)、以及空气与挥发物的不良混合。高压降损失可导致更高要求的通风、泄漏、以及系统控制的问题。此外，不良混合和所得局部热点可导致因加速局部侵蚀和热磨损而引起的更早的结构劣化。侵蚀包括因腐蚀材料的高速流动而引起的劣化。热点可导致材料的热降解，从而可最终造成热/或结构失效。局部侵蚀和/或热点又可导致管道相交点处的失效。
[0007]传统的管道相交点设计还导致显著压降损失，而此可限制在单个组中连接在一起的焦炉的数量。存在对通风机可拉的通风量的限制。管道相交点中的压降可减损可以用来从焦炉排出烟气的通风量。传统的管道相交点设计的这些及其它相关问题导致额外的资本支出。因此，需要提供可改善混合、流动分布、使不良流动区最小化、并且减少压降损失的经改善的管道相交点/过渡点。
【附图说明】
[0008]图1为根据本发明实施例构造的水平热回收焦化厂的示意图。
[0009]图2为根据本发明实施例构造的图1的水平热回收焦化厂的一部分的等轴、局部剖视图。
[0010]图3为根据本发明实施例构造的水平热回收焦炉的剖面图。
[0011]图4为根据本发明实施例构造的水平热回收焦化厂的一部分的俯视图。
[0012]图5A为根据本发明实施例构造的上风口管道与共同烟道之间的垂直界面的横截面俯视图。
[0013]图5B为根据本发明实施例构造的上风口管道与共同烟道之间的非垂直界面的横截面俯视图。
[0014]图5C为根据本发明实施例构造的上风口管道与共同烟道之间的非垂直界面的横截面端视图。
[0015]图f5D为根据本发明实施例构造的上风口管道与共同烟道之间的非垂直界面的横截面端视图。
[0016]图5E为根据本发明实施例构造的上风口管道与共同烟道之间的非垂直界面的横截面端视图。
[0017]图6A到图61为根据本发明实施例构造的上风口管道与共同烟道之间的界面的各种构型的俯视图。
[0018]图7A为根据本发明实施例构造的加装在上风口与共同烟道之间的非垂直界面的横截面俯视图。
[0019]图7B为根据本发明实施例构造的上风口与共同烟道之间的界面的横截面俯视图。
[0020]图7C为根据本发明实施例构造的图7B的加装在上风口与共同烟道之间的非垂直界面的横截面俯视图。
[0021]图8为根据本发明实施例构造的上风口与共同烟道之间的非垂直界面的横截面俯视图。
[0022]图9为示出气体静压沿着共同烟道的长度的空间分布的曲线图。
【具体实施方式】
[0023]本发明大体而言涉及焦炉上风口与热共同烟道之间的非垂直连接以及相关联系统和方法。在一些实施例中，一种焦化系统包括焦炉和与所述焦炉流体连通的上风口管道。所述上风口管道具有来自所述焦炉的废气上风口流向量。所述系统还包括与所述上风口管道流体连通的共同烟道。所述共同烟道具有共同流向量且可用以将所述废气传送到通风系统。所述上风口流向量和所述共同流向量可在非垂直界面处交汇以改善所述流向量之间的混合并且减少所述共同烟道中的通风损失。
[0024]下文参照图1到图9来描述本发明的几个实施例的具体细节。描述通常与煤碳加工相关联的众所周知的结构和系统的其它细节未在下文公开内容中列出以免不必要地使对本发明的各种实施例的说明模糊不清。图中所示的许多细节、尺寸、角度及其它特征仅用于说明本发明的特定实施例。因此，其它实施例可具有其它细节、尺寸、角度和特征，而此并不背离本发明的精神或范围。因此，所属领域的普通技术人员将理解，本发明可具有包括额外元件的其它实施例，或者本发明可具有不包括下文参照图1到图9所示和所述的特征中的一些特征的其它实施例。
[0025]图1为根据本发明实施例构造的水平热回收(horizontal heat recovery ；HHR)焦化厂100的示意图。HHR焦化厂100包括炉105、以及热回收蒸汽发生器(heat recoverysteam generator ；HRSG) 120和空气质量控制系统130(例如，废气或烟气脱硫(flue gasdesulfurizat1n ；FGD)系统)，HRSG 120和空气质量控制系统130两者均流体定位在炉105的下游且这两者均通过合适的管道流体连接到炉105。HHR焦化厂100还包括一个或多个共同烟道110A、110B(统称为“共同烟道110”)，所述共同烟道通过一个或多个单独的上风口管道225将单独的炉105流体连接到HRSG 120。在一些实施例中，两个或更多个上风口管道225将每一个单独的炉105连接到共同烟道110。在相应的相交点245处，第一交叉管道290将共同烟道IlOA流体连接到HRSG 120且第二交叉管道295将共同烟道IlOB流体连接到HRSG 120。共同烟道110还可流体连接到一个或多个旁通排气烟囱240。冷却气体管道125将经冷却的气体从HRSG输送到FGD系统130。流体连接的且进一步位于下游的是用于收集微粒的袋滤室135、用于控制系统内的气压的至少一个通风机140、以及用于将经冷却、经处理的废气排入环境的主气体烟囱145。各种焦化厂100可具有不同比例的炉105,HRSG 120、上风口管道225、共同烟道110和其它结构。例如，在一些焦化厂中，图1所示的每一个炉105可代表十个实际炉。
[0026]如下文将更详细描述，在几个实施例中，上风口管道225在非垂直界面处与共同烟道110交汇。所述非垂直界面可包括上风口管道225内的配件、共同烟道110内的配件、非垂直上风口管道225、上风口管道225的非垂直部分或其它特征。所述非垂直界面可通过沿共同烟道流的方向调整上风口/共同烟道连接的角度来降低所述连接处的混合通风损失。更具体地讲，上风口管道225具有上风口流，所述上风口流具有上风口流向量(具有X、I和z正交分量)，且共同烟道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)。通过使上风口流向量与共同流向量之间的差最小化，热气的定向动量的变化越小，且因此通风损失越低。
[0027]此外，存在其中共同烟道110中的通风可因来自上风口管道225的额外质量流的添加而增加的界面角度。更具体地讲，所述界面可充当使用质量流来吸真空的真空吸气机。通过将上风口管道225的质量流与共同烟道110的质量流(沿同一主要流向具有速度向量)对准，焦化厂可实现更大的真空吸力和更低的通风损失，从而可潜在地促成通风增加。减少的通风损失可用于缩减共同烟道110的尺寸(例如，直径)或降低所需的总系统通风。
[0028]此外，本发明的各种实施例并不限于上风口管道与共同烟道之间的界面。而是，其中气流经历显著方向变化的任何连接均可通过使用非垂直连接被改进成具有较低通风损失。例如，排气流路径(例如，在共同烟道110与旁通排气烟囱240之间)中的连接中的任一者可包括头对头交汇的管道；调整这些连接的角度可以上文所述的方式降低通风损失。
[0029]图2和图3提供关于焦化厂100的结构和操作的进一步细节。更具体地讲，图2和图3示出与从炉到共同烟道的排气流的结构和力学相关的进一步细节。图4至图9提供关于焦炉上风口管道与共同烟道之间的非垂直连接的各种实施例的进一步细节。
[0030]图2为根据本发明实施例构造的图1的HHR焦化厂100的一部分的等轴、局部剖视图。图3为根据本发明实施例构造的HHR焦炉105的剖面图。同时参见图2和图3，每一个炉105可包括开放式腔，所述开放式腔由以下限定:底板160 ;前门165，形成基本上炉的整个一侧的；与前门165相对的后门170，形成炉的与前门相对的基本上整个侧；两个侧壁175，在前门165和后门170中间从底板160向上延伸；和顶盖180，形成