顶装焦炉装煤烟尘处理与焦炉烟气净化耦合系统
技术领域
本实用新型涉及煤焦化技术领域，尤其涉及一种顶装焦炉装煤烟尘处理与焦炉烟气净化耦合系统。
背景技术
在炼焦生产中，应用最为广泛的是蓄热式焦炉，从装煤的方式上，通常可分为顶装焦炉和捣固焦炉两类。无论是顶装焦炉还是捣固焦炉，其炼焦用煤料的装入基本上都是采用热装方式，即在炭化室处于高温状态下向炭化室内装入炼焦用煤。在装煤过程中，装入炭化室的煤料与炭化室炽热内壁接触或在炭化室内高温环境下会瞬间产生大量烟气，产生的大量烟气中会携带一定量的煤料颗粒。为了防止或减少向炭化室装煤过程中产生的大量烟尘从炭化室内外逸而对周围环境造成的污染，针对装煤过程，通常采用Proven、OPR等无烟装煤工艺，或利用高压氨水喷射结合对炉顶外逸烟尘、机侧炉门外逸烟尘捕集后再通过装煤除尘系统净化的工艺。
对于Proven、OPR等无烟装煤工艺，其是在炭化室顶部的装煤孔利用装煤机械进行有效密封，同时通过提高焦炉煤气集气管的吸力，在炭化室内形成微负压，将装煤时产生的大量烟尘通过与焦炉煤气集气管相连通的上升管、桥管导入集气管，从而实现无烟装煤操作。在这个过程中，虽然装煤时产生的烟气被导入煤气系统，但其携带的煤尘也被带入煤气系统，在通过桥管时，大部分煤尘被用于煤气降温的氨水洗涤下来而随着焦油氨水进入焦油中，在后续的焦油氨水分离过程中形成焦油渣，还有一部分煤尘进入到后续的初冷器及电捕焦油器中，会增加初冷器的运行阻力、降低初冷器的冷却效率，同时因煤尘进入焦油，会降低焦油的质量，生成一定量需要专门处理的焦油渣。
对于利用高压氨水喷射结合对炉顶外逸烟尘、机侧炉门外逸烟尘捕集后再通过装煤除尘系统净化的工艺，一方面，需要在装煤时在炭化室顶部的装煤孔利用装煤机械进行有效密封，利用装煤车上设置的或机侧炉门上方设置的装煤烟尘捕集设施对外逸的装煤烟尘进行捕集，再将捕集的烟尘通过除尘管道送入装煤除尘系统中进行净化处理，为此需要建设相应的装煤除尘地面站系统或车载装煤除尘系统，运行时也需要消耗一定量的水、压缩空气、蒸汽、电能等动力介质。另一方面，在装煤炭化室对应的桥管处或邻近炭化室对应的桥管处，需要设置高压氨水喷射设施，利用高压氨水喷射形成的吸力，将装煤过程中产生的大部分烟尘通过上升管、桥管导入集气管，为此需要设置高压氨水系统，在高压氨水系统运行时消耗一定量的电能的同时，被带入煤气系统的煤尘仍然会给后续的煤气净化系统带来前述的不利影响以及降低焦油的质量等相关问题。
随着焦化行业的发展以及对节能降耗的愈加重视，对入炉煤在装入炭化室之前通过干燥预热等手段降低入炉煤水分的煤调湿技术受到了业内的关注，人们试图通过煤调湿技术降低炼焦能耗，但在实施该项技术的实践中，不可避免地遇到了因煤料水分变少而导致装煤过程中被导入煤气系统的煤尘大量增加的问题，煤尘的大量增加给后续的煤气净化系统的顺行和焦油质量均带来了严重影响，往往因此而使众多企业对煤调湿技术的使用望而却步，使煤调湿技术的推广遭遇较大阻力。
从整个炼焦过程看，若对装煤时产生的烟气全部回收，可以回收约2～4％的煤气。现有的装煤烟尘治理工艺，虽然将装煤时产生的部分或全部烟气导入了煤气系统，实现了煤气资源的有效回收，但也带来了上述问题，而且此时烟气温度较低，烟气中水分含量较高，有效的煤气成分不高，同时由于烟气导入系统产生的吸力，会增加烟气中氧气的含量，对后续的煤气净化系统的安全运行也具有一定的威胁。
对于焦炉烟气的净化，通常由于焦炉烟气温度偏低，在进行焦炉烟气脱硝时，往往需要采用价格昂贵且脱硝效率偏低的催化剂，在需要达到超低排放指标时，经常需要通过将加热炉燃烧燃气产生高温废气掺混到焦炉烟气中以提高焦炉烟气温度的方式，使其满足使用脱硝效率较高、价格偏低的催化剂的需要，明显增加了建设投资和长期的运行能耗。
综上所述，为了有效避免装煤过程中由装煤烟尘治理引起的上述问题同时解决焦炉烟气温度偏低问题，提高煤气净化系统的顺行性和焦油质量，促进煤调湿等节能技术的推广实施，提高焦炉烟气净化效率，有必要针对装煤过程产生的烟尘采用新的技术路线和技术手段，开发一种新的装煤烟尘处理工艺。
发明内容
本实用新型提供了一种顶装焦炉装煤烟尘处理与焦炉烟气净化耦合系统，能够有效避免顶装焦炉装煤过程中产生的烟尘导入煤气系统而出现的煤气净化系统及设备顺行不利、焦油产品质量降低等问题，促进煤调湿工艺的应用，提高焦炉烟气脱硝效率的同时降低运行能耗。
为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：
顶装焦炉装煤烟尘处理与焦炉烟气净化耦合系统，包括导烟三通A、导烟三通B、烟气燃烧装置、风机、焦炉烟气脱硫脱硝装置、焦炉烟气余热回收装置；顶装焦炉的炭化室顶部设上升管，上升管的中部通过桥管连接集气管，桥管上设煤气切断阀；所述上升管的顶部设导烟三通A，导烟三通A的接口一、接口二相对设置，且两者的中心连线与上升管的轴线同轴，接口一与上升管的顶部开口相连，接口二设水封阀；所述导烟三通B的接口一与导烟三通A的接口三通过连接管道一相连，连接管道一上设烟气切断阀；所述导烟三通B的接口二、接口三分别通过连接管道二与对应侧相邻炭化室导烟三通B的对应接口相连，各个炭化室的导烟三通B的对应接口串联后组成炉顶装煤烟尘管道；所述炉顶装煤烟尘管道通过烟尘输送管道依次连接烟气燃烧装置、风机、焦炉烟气脱硫脱硝装置、焦炉烟气余热回收装置及烟囱。
所述烟气燃烧装置为体积不小于3m3的烟气燃烧室，烟气燃烧室的侧壁上设有点火装置和助燃气体引入口。
所述焦炉烟气脱硫脱硝装置的烟气入口通过焦炉烟气管道连接顶装焦炉的总烟道，靠近焦炉烟气脱硫脱硝装置的焦炉烟气管道上设燃烧烟气入口，风机的入口与烟气燃烧装置的高温烟气出口相连，风机的出口与燃烧烟气入口相连。
沿烟气流动方向，所述炉顶装煤烟尘管道的起始端与集气管通过连通管相连，连通管上设平衡阀。
还包括设置在炉顶装煤车上的炉顶装煤密封装置，如图3、图4所示，所述炉顶装煤密封装置为套筒式炉顶装煤密封装置，由自内向外依次设置的内套筒、滑动套筒、密封连接套筒及外套筒组成，所述内套筒为下煤通道，其顶部与装煤车的煤斗出料口相连；滑动套筒能够沿内套筒竖直滑动；密封连接套筒通过外套筒与煤斗相连接，密封连接套筒的底端设球面结构与装煤孔座配合实现对装煤孔的密封；外套筒上设有可伸缩柔性连接结构。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1)提高煤气净化系统的顺行能力，提升煤气和焦油品质；
通过将焦炉装煤时产生的带有大量煤尘的烟气单独收集处理，避免了携带大量煤尘的烟气进入煤气净化系统，消除了因烟气中携带煤尘造成煤气初冷装置阻力增加、冷却能力降低因素，提高煤气净化系统的顺行能力，同时提高了煤气的品质和收集到的焦油的质量，减少了焦油渣的产生。
2)降低装煤烟尘治理投资和运行费用；
通过将焦炉装煤时产生的带有大量煤尘的烟气单独收集处理，省却了高压氨水、Proven、OPR等无烟装煤系统，同时也无需建设现有技术中的装煤除尘系统，可显著降低项目建设的投资和系统长期运行的能耗。
3)充分利用煤气资源，提高焦炉烟气净化效率，降低焦炉烟气净化运行成本；
通过将焦炉装煤时产生的带有大量煤尘的烟气单独收集并燃烧后掺入焦炉烟气中，一方面提高了焦炉烟气的温度，可提高焦炉烟气净化效率，降低焦炉烟气净化运行成本，另一方面利用焦炉烟气余热回收装置对净化处理后的焦炉烟气的余热进行回收，不但实现了低品质煤气资源的有效利用，降低了高品质焦炉煤气的消耗，还能够有效回收余热余能。
4)提高煤气净化系统运行的安全性；
相对于现有技术中利用高压氨水喷射产生的吸力或提高煤气集气管中的吸力将装煤时产生的烟气导入煤气净化系统的工艺，本实用新型利用风机将焦炉装煤时产生的带有大量煤尘的烟气单独收集处理，不必考虑因烟气收集系统吸力过大而引起进入煤气净化系统中的氧气含量超标给煤气净化系统的安全带来严重威胁的问题，在保证装煤过程对产生的烟尘进行有效捕集的同时，提高了煤气净化系统运行的安全性。
5)有利于煤调湿工艺的应用与推广；
通过将焦炉装煤时产生的带有大量煤尘的烟气单独收集，消除了因实施煤调湿技术而在装煤时产生烟尘中煤尘大量增加对煤气净化系统的影响，解除了煤调湿技术实施时产生的“副作用”对煤调湿工艺应用的束缚，将有利于煤调湿工艺的应用与推广。
附图说明
图1是本实用新型所述顶装焦炉装煤烟尘处理与焦炉烟气净化耦合系统的结构示意图。
图2是本实用新型所述上升管与集气管、炉顶装煤导烟管道连接关系示意图。
图3是本实用新型所述炉顶装煤密封装置工作状态示意图一(装煤前)。
图4是本实用新型所述炉顶装煤密封装置工作状态示意图二(装煤中)。
图中：1.顶装焦炉 2.炉顶装煤密封装置 21.煤斗 22.内套筒 23.滑动套筒 24.密封连接套筒 25.外套筒 26.可伸缩柔性连接结构 27.球面结构 3.上升管 4.煤气切断阀 5.导烟三通A 6.烟气切断阀 7.导烟三通B 8.烟气燃烧装置 9.风机 10.焦炉烟气脱硫脱硝装置 11.焦炉烟气余热回收装置 12.平衡阀 13.烟尘输送管道 14.烟囱 15.集气管16.水封阀 17.入炉煤 18.装煤孔
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：
如图1、图2所示，本实用新型所述顶装焦炉装煤烟尘处理与焦炉烟气净化耦合系统，包括导烟三通A 5、导烟三通B 7、烟气燃烧装置8、风机9、焦炉烟气脱硫脱硝装置10、焦炉烟气余热回收装置11；顶装焦炉1的炭化室顶部设上升管3，上升管3的中部通过桥管连接集气管15，桥管上设煤气切断阀4；所述上升管3的顶部设导烟三通A 5，导烟三通A 5的接口一、接口二相对设置，且两者的中心连线与上升管3的轴线同轴，接口一与上升管3的顶部开口相连，接口二设水封阀16；所述导烟三通B 7的接口一与导烟三通A5的接口三通过连接管道一相连，连接管道一上设烟气切断阀6；所述导烟三通B 7的接口二、接口三分别通过连接管道二与对应侧相邻炭化室导烟三通B 7的对应接口相连，各个炭化室的导烟三通B 7的对应接口串联后组成炉顶装煤烟尘管道；所述炉顶装煤烟尘管道通过烟尘输送管道13依次连接烟气燃烧装置8、风机9、焦炉烟气脱硫脱硝装置10、焦炉烟气余热回收装置11及烟囱14。
煤气切断阀4可以采用现有技术中的水封阀，也可以是能够通过开启和关闭实现上升管3与集气管15之间煤气通道的导通和切断功能的任何形式的装置。水封阀16采用现有常规使用的上升管水封阀。
所述连接管道一、烟尘输送管道13均倾斜设置，能够避免装煤烟尘中的煤尘在烟尘通道内沉积而使烟尘通道堵塞。
所述烟气燃烧装置8为体积不小于3m3的烟气燃烧室，烟气燃烧室的侧壁上设有点火装置和助燃气体引入口。装煤烟尘在风机9的作用下进入烟气燃烧装置8的烟气燃烧室内，通过点火装置将装煤烟尘与引入的助燃气体混合物点燃，装煤烟尘中的煤气成分和煤尘燃烧时产生大量高温废气，煤尘燃烧剩余的灰尘在烟气燃烧室内沉降到底部，高温废气通过烟尘输送管道13与来自焦炉加热系统燃烧产生的焦炉烟气汇合。
所述焦炉烟气脱硫脱硝装置10的烟气入口通过焦炉烟气管道连接顶装焦炉1的总烟道，靠近焦炉烟气脱硫脱硝装置10的焦炉烟气管道上设燃烧烟气入口，风机9的入口与烟气燃烧装置8的高温烟气出口相连，风机9的出口与燃烧烟气入口相连。
沿烟气流动方向，所述炉顶装煤烟尘管道的起始端与集气管15通过连通管相连，连通管上设平衡阀12。通过设置平衡阀12，消除运行时风机9可能出现的喘振问题，保障风机9安全稳定的运行。
本实用新型所述顶装焦炉装煤烟尘处理与焦炉烟气净化耦合系统，还包括设置在炉顶装煤车上的炉顶装煤密封装置2，所述炉顶装煤密封装置2为套筒式炉顶装煤密封装置，由自内向外依次设置的内套筒22、滑动套筒23、密封连接套筒24及外套筒25组成，所述内套筒22为下煤通道，其顶部与装煤车的煤斗21出料口相连；滑动套筒23能够沿内套筒22竖直滑动；密封连接套筒24通过外套筒25与煤斗21相连接，密封连接套筒24的底端设球面结构27与装煤孔座配合实现对装煤孔18的密封；外套筒25上设有可伸缩柔性连接结构26。
在装煤时，炭化室内产生的烟尘在密封连接套筒24底端与装煤孔座之间的球面密封及风机9造成的负压作用下无法从装煤孔18外逸，从而实现装煤过程的无烟装煤。与现有炉顶装煤密封装置不同的是，本实用新型采用密封连接套筒24与装煤孔座球面配合密封的形式，在防止装煤烟尘外逸的同时，可有效避免对装煤烟尘捕集过程中环境空气的吸入，提高装煤烟尘捕集和处理系统的安全性。
所述外套筒25上还可以设置烟尘导出口，将滑动套筒23与密封连接套筒24之间的环形通道作为导烟通道，通过烟尘导出口与装煤车上的烟尘收集管道相连，烟尘收集管道另外连接烟气燃烧装置8。
本实用新型所述顶装焦炉装煤烟尘处理与焦炉烟气净化耦合系统的工艺过程如下：
1)向炭化室内装煤操作开始前，通过关闭桥管上的煤气切断阀4将对应炭化室的上升管3与集气管15隔断，同时关闭水封阀16，使上升管3与大气隔绝，避免装煤时产生的装煤烟尘误入煤气净化系统；
2)炉顶装煤车移动到待装煤炭化室的上方，打开该炭化室对应的装煤孔盖后，将滑动套筒23、密封连接套筒24降下，通过密封连接套筒24底端的球面结构27与装煤孔座组成的球面密封结构对装煤孔18进行密封；保障装煤时炭化室内产生的装煤烟尘通过装煤孔18逸散到顶装焦炉1周围而造成环境污染；
3)开启待装煤炭化室对应的的烟气切断阀6，使其上升管3与炉顶装煤烟尘管道连通；此时在风机9的作用下，在炭化室内形成一定的负压，有利于装煤时产生的装煤烟尘被有效捕集；
4)装煤时产生的大量烟尘在风机9的作用下依次通过上升管3、导烟三通A 5、烟气切断阀6、导烟三通B 7、炉顶装煤烟尘管道进入烟气燃烧装置8，在烟气燃烧装置8内，烟气中的煤尘和可燃成分与引入的助燃气体发生燃烧反应，生成的高温烟气在风机9的作用下进入焦炉烟气脱硫脱硝装置10上游的焦炉烟气管道内与焦炉烟气混合，使焦炉烟气温度提升并随之进入焦炉烟气脱硫脱硝装置10进行脱硫脱硝处理，经过净化后的烟气进入焦炉烟气余热回收装置11回收余热，然后通过烟囱14排放；
由于混合后的焦炉烟气温度有一定的提升，有利于采用催化效率更高、运行更稳定可靠的脱硝催化剂，在提高脱硝效果的同时降低脱硝系统的运行费用。经过净化后的焦炉烟气进入焦炉烟气余热回收装置11回收余热；
5)装煤结束后，滑动套筒23及密封连接套筒24升起，炉顶装煤车驶离，对应的装煤孔18通过装煤孔盖密封；此时，打开对应的煤气切断阀4，将上升管3与集气管15重新连通；关闭之前打开的烟气切断阀6，使上升管3与炉顶装煤烟尘管道之间的通道隔断。此时炭化室内煤料在无氧环境下进入干馏过程，在煤料稳定的状态下，干馏产生的煤气仅携带极少的粉尘，因此在非装煤期间导入煤气净化系统的煤气对后续的净化处理设施由粉尘带来的不利影响基本消除，焦油的质量也必将得到大幅提升。
采用具有烟尘收集管道的炉顶装煤密封装置2时，装煤过程中，装煤孔18处的一部分烟尘由滑动套筒23与密封连接套筒24之间的导烟通道导出，经烟尘收集管道送入烟气燃烧装置8内进行净化处理。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
