專利名稱：輻射和傳導(dǎo)吸熱式干熄焦回收熱能的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輻射和傳導(dǎo)吸熱式焦炭的干法熄焦回收熱能直接利用蒸汽或發(fā)電的方法與裝置，屬于能源回收利用及環(huán)保領(lǐng)域；特別是輻射和傳導(dǎo)吸熱式干熄焦回收熱能的方法與裝置。
背景技術(shù)：
我國是焦炭生產(chǎn)大國，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(yùn)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。迄今主要以灑水降溫的濕法熄焦為主，該法雖設(shè)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。目前，已開發(fā)出了用氮?dú)饫鋮s紅焦炭進(jìn)行發(fā)電的干熄焦技術(shù)并成功地應(yīng)用到了工業(yè)實(shí)踐中。但這種技術(shù)的設(shè)備復(fù)雜，設(shè)備投資高，運(yùn)行成本也高，實(shí)際采用中難度較大。 氮?dú)饫鋮s干熄焦法設(shè)備和運(yùn)行成本高的主要原因在于氮?dú)庋h(huán)，除塵，氮?dú)庀牡确矫妫?，如能從紅焦炭的冷卻方式的變革著手就有可能達(dá)到降低設(shè)備投資和運(yùn)行成本的目的。 因此，開發(fā)非氣體冷卻式的紅焦炭的降溫，提取熱量并加以利用的干式熄焦方法和設(shè)備就顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種焦炭的干法熄焦回收熱量的方法，通過輻射和傳導(dǎo)吸熱式干熄焦方法，對熄焦過程產(chǎn)生的熱能進(jìn)行回收。與其它熄焦方法相比，本方法具有設(shè)備簡單、運(yùn)行成本低、能量回收效率高，且不產(chǎn)生二次環(huán)境污染等特點(diǎn)。本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的焦炭干法熄焦回收熱能的方法是，在密閉的容器中，紅焦炭通過熱輻射、 或通過金屬類的熱傳導(dǎo)、或先熱輻射后熱傳導(dǎo)的組合方法進(jìn)行熱量傳遞產(chǎn)生蒸汽。通過這些間接傳熱將溫度達(dá)1000°c的呈紅色的紅焦炭(稱為紅焦炭)所蘊(yùn)藏的熱能轉(zhuǎn)變成高溫蒸汽，加以回收。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的干法熄焦回收熱能發(fā)電的方法的裝置，至少由干熄爐、蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)和低溫焦炭排出系統(tǒng)組成；干熄爐內(nèi)設(shè)置有接收高溫輻射熱的輻射傳熱管和與焦炭直接接觸熱傳導(dǎo)傳熱管，輻射傳熱管和熱傳導(dǎo)傳熱管內(nèi)部均通入水或蒸汽，輻射傳熱管內(nèi)的流體入口側(cè)與傳導(dǎo)傳熱管的流體出口側(cè)相連接。實(shí)際工程中，蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的具體構(gòu)造可以根據(jù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用的蒸汽鍋爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計和設(shè)置，如加過熱段、飽和水蒸汽
W所述的干熄爐在于頂部設(shè)置有紅焦炭入口，焦炭入口處設(shè)置有可開關(guān)的頂蓋，上部設(shè)有輻射熱接收傳熱管、下部設(shè)有熱傳導(dǎo)傳熱管、底部設(shè)置低溫焦炭出口 ；熱輻射段的焦炭通過傾斜溜槽或垂直槽自上向下移動、或由可以旋轉(zhuǎn)的圓盤移送焦炭且旋轉(zhuǎn)圓盤可以復(fù)數(shù)段串聯(lián)設(shè)置、或由機(jī)械驅(qū)動的帶式移動機(jī)構(gòu)移送焦炭且?guī)揭扑涂梢詮?fù)數(shù)段串聯(lián)設(shè)置， 焦炭在熱傳導(dǎo)段依靠重力自上而下緩慢移動；輻射傳熱段的輻射接收管在焦炭之上部空間設(shè)置，所述輻射接收管與焦炭不直接接觸，傾斜溜槽或垂直溜槽接收高溫輻射熱的輻射傳熱管與焦炭之間設(shè)置有隔離焦炭的格柵。焦炭入口處設(shè)置的可開關(guān)頂蓋在裝入焦炭過程中打開，在裝入過程完成后關(guān)閉，隔絕空氣。可開關(guān)的頂蓋的開關(guān)方式可以有雙開式，也可以有移動式，或旋轉(zhuǎn)式等，對其方式無特殊限制。其特征在輻射傳熱管的管外壁涂布有強(qiáng)化接收輻射熱量的涂料，其涂料層的熱輻射吸收率> 0.95。通過輻射涂料，傳熱管高效接收紅焦炭的輻射熱，使得紅焦炭快速降溫。 對其涂料的組成并無限制，只要能夠在1200°C -500°C的溫度范圍保持穩(wěn)定的、熱輻射吸收率大于0. 95的材料即可。所述的內(nèi)部通入水或蒸汽的熱傳導(dǎo)導(dǎo)熱管與焦炭之間設(shè)置有金屬壁，金屬壁與焦炭直接接觸。金屬壁與導(dǎo)熱管之間通過導(dǎo)熱系數(shù)大于等于鐵的導(dǎo)熱系數(shù)70%的材料如混有金屬粉末的特種水泥等粘結(jié)料連接或直接接觸。所述的干熄爐排出的焦炭的冷卻方法，從干熄爐排出的焦炭，通過從焦炭層底部或頂部噴灑水進(jìn)一步降溫。所述的焦炭的干法熄焦回收熱量的應(yīng)用，焦炭的干法熄焦回收的熱能所產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)行發(fā)電。其發(fā)電裝置為，蒸汽管與蒸汽發(fā)電機(jī)組相連接。干法熄焦回收熱量的方法還可以是熱量傳遞過程產(chǎn)生的高壓蒸汽直接作為蒸汽利用，如做熱源使用或原料用汽。紅焦炭儲罐的主體為豎直筒狀或者上段為傾斜式筒狀體，下段為豎直筒狀體的組合。紅焦炭儲罐上段斜簡體體與水平面的夾角30° -50°，有利于焦炭在重力作用下緩慢移動。在實(shí)際工程中，在紅焦炭儲罐的吸熱產(chǎn)生的高壓蒸汽可以送入高蒸汽儲罐，再由儲罐向發(fā)電機(jī)組或蒸汽用戶供蒸汽?？梢杂卸鄠€紅焦炭儲罐的蒸汽管與高壓蒸汽儲罐相連接，同時向蒸汽儲罐供蒸汽或輪換供蒸汽。本發(fā)明的有益效果是，利用輻射和熱傳導(dǎo)吸熱進(jìn)行干法熄焦，回收的熱量用于發(fā)電或直接作為蒸汽利用。解決了灑水降溫的濕法熄焦過程造成的能量損失及帶來的環(huán)境污染問題。同時與氮?dú)饫鋮s干熄焦方法相比，本方法具有設(shè)備簡單，運(yùn)行成本低、能量回收率高等特點(diǎn)。


圖1 旋轉(zhuǎn)圓盤式輻射和傳導(dǎo)吸熱式干熄焦工藝流程和裝置圖。圖2 帶式輸送輸送輻射和傳導(dǎo)吸熱式干熄焦工藝流程和裝置圖。圖3 傾斜溜槽式紅焦輸送系統(tǒng)。圖4 上段為傾斜式筒狀體，下段為豎直筒狀體組合的紅焦碳儲槽I-干熄爐，II-低溫焦炭排出系統(tǒng)，III-水循環(huán)系統(tǒng)，IV-蒸汽發(fā)生系統(tǒng)。1-豎直筒狀體紅焦炭儲罐，2-紅焦炭，3-旋轉(zhuǎn)圓盤式紅焦炭輸送裝置，4-輻射傳熱格柵，5-輻射傳熱管，6-輻射傳熱管與熱傳導(dǎo)傳熱管連接機(jī)構(gòu)，7-金屬壁，8-熱傳導(dǎo)傳熱管，9-低溫焦炭輸送帶，10-低溫焦炭儲槽，11-蒸汽管，12-蒸汽利用單元(發(fā)電機(jī)組或高壓蒸汽儲罐)， 13-冷凝蒸汽回流管，14-軟水儲罐，15-可開關(guān)的頂蓋，16-保溫外殼，17-高壓水泵，18-軟水，19-噴淋水，20-冷焦炭輸送帶，3a-帶式紅焦炭輸送裝置，3b-傾斜溜槽式紅焦炭輸送裝置，Ia-上段為傾斜式筒狀體，下段為豎直筒狀體組合的紅焦炭儲槽。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明實(shí)施例1輻射和傳導(dǎo)吸熱式干熄焦工藝流程及裝置如圖1和圖2所示，由虛線的干熄爐I、 低溫焦炭排出系統(tǒng)II、水循環(huán)系統(tǒng)III和蒸汽發(fā)生系統(tǒng)IV組成。從煉焦?fàn)t出來的紅焦炭2由打開頂蓋15的約1000°C的紅焦炭入口裝入至干熄焦工藝中的紅焦炭儲罐1，紅焦炭裝入完畢后，紅焦炭儲罐頂蓋15關(guān)閉。進(jìn)入紅焦炭儲罐中的焦炭在旋轉(zhuǎn)圓盤式紅焦炭輸送裝置3上緩慢移動，并對輻射傳熱管進(jìn)行輻射傳熱，紅焦炭與輻射傳熱管之間設(shè)置輻射傳熱格柵4。焦炭經(jīng)兩級輸送并使溫度下降到600-70(TC后進(jìn)入熱傳導(dǎo)傳熱段，靠重力緩慢移動并與金屬壁7直接接觸傳遞熱量。軟水18通過高壓水泵 17自下而上送入熱傳導(dǎo)導(dǎo)熱管8，通過傳導(dǎo)傳熱將焦炭中的熱量傳遞給軟水，吸熱后的軟水溫度升高或轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝⑼ㄟ^連接管6進(jìn)入輻射傳熱管5，輻射傳熱管5外壁涂有接收熱量的涂料，用于水或水蒸氣與焦炭進(jìn)行輻射傳熱，涂料層的熱輻射吸收率為0. 97。吸熱后的水蒸氣由蒸汽管11送入進(jìn)入蒸汽利用單元12用于發(fā)電或其它利用，降溫凝集后的水通過冷凝蒸汽回流管13進(jìn)入軟水儲罐14，進(jìn)行循環(huán)利用。焦炭在經(jīng)與金屬壁7接觸傳熱，將溫度降到300-20(TC后，由低溫焦炭輸送帶9送入低溫焦炭儲槽10，通過噴淋冷卻水19繼續(xù)降溫到100°C以下后，由冷焦炭輸送帶20排出。直接與焦炭接觸的金屬壁內(nèi)壁采用熱傳導(dǎo)性能高且耐磨的鑄鐵材料且為平滑面，平滑面的與焦炭接觸的面的背面與通入水或水蒸氣的導(dǎo)熱管接觸，為保證兩者的接觸，兩者之間的縫隙中加入混有銅粉的耐高溫的粘結(jié)劑， 其導(dǎo)熱系數(shù)為不銹鋼304號鋼的75%。整個干熄焦過程通過保溫外殼16進(jìn)行保溫。與上部紅焦炭進(jìn)行輻射傳熱后產(chǎn)生約1. 2MPa左右的水蒸汽送到化產(chǎn)回收車間做熱源使用。實(shí)施例2本實(shí)施例采用儲槽為豎直圓柱體的輻射和傳導(dǎo)吸熱式干熄焦工藝，干熄焦工藝流程及裝置如圖2所示，從煉焦?fàn)t出來的紅焦炭送入干熄焦工藝中的紅焦炭儲罐，約1000°C 的紅焦炭在輻射傳熱階段在帶式傳送裝置3a的輸送下慢慢移動到傳導(dǎo)傳熱階段，紅焦炭在傳導(dǎo)傳熱階段在重力的作用下自上而下慢慢向下移動。高壓冷卻水通過高壓水泵自下而上打入熱傳導(dǎo)導(dǎo)熱管，與焦炭傳導(dǎo)換熱后進(jìn)入飽和水蒸氣罐再進(jìn)入輻射傳熱管，與上部紅焦炭進(jìn)行輻射傳熱后產(chǎn)生450°C，4. 6MPa的過熱蒸汽進(jìn)入發(fā)電單元。在輻射換熱階段，焦炭從1000°C降至600°C左右，在傳導(dǎo)傳熱階段，焦炭從600°C左右降至250°C左右，降溫后的焦炭由低溫焦碳輸送帶送入低溫焦炭儲槽，通過噴淋冷卻水繼續(xù)降溫至80°C后排出。實(shí)施例3本實(shí)施例采用如圖4中所示的儲槽為斜筒體和豎直筒體體組合式Ia的輻射和傳導(dǎo)吸熱式干熄焦工藝，，從煉焦?fàn)t出來的紅焦炭送入干熄焦工藝中的紅焦炭儲罐，紅焦炭儲罐上段斜筒體體與水平面的夾角50°，有利于焦炭在重力作用下緩慢移動。1100°C紅焦炭經(jīng)換熱后，在輻射換熱階段，焦炭從1100°c降至600°C，在傳導(dǎo)傳熱階段，焦炭從600°C降至 150-120°C后不再噴淋灑水而是直接排出。實(shí)施例4
本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，所不同的是紅焦炭在輻射傳熱階段在圖3中所示的斜溜槽式紅焦炭傳送裝置北的輸送下慢慢移動到傳導(dǎo)傳熱階段。實(shí)施例5本實(shí)施例與實(shí)施例2基本相同，所不同的是在傾斜筒體內(nèi)部的上面?zhèn)鹊妮椛湮鼰峁芮凹茉O(shè)了格柵，使焦炭在下面?zhèn)群透駯胖g通過，緩慢下行。
權(quán)利要求
1.一種焦炭的干法熄焦回收熱能的方法，其特征在于在密閉的容器中，紅焦炭通過熱輻射、或通過金屬類的熱傳導(dǎo)、或先熱輻射后熱傳導(dǎo)的組合方法進(jìn)行熱量傳遞產(chǎn)生蒸汽。
2.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的干法熄焦回收熱能方法的裝置，其特征在于至少由干熄爐、 蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)和低溫焦炭排出系統(tǒng)組成；干熄爐內(nèi)設(shè)置有接收高溫輻射熱的輻射傳熱管和與焦炭直接接觸熱傳導(dǎo)傳熱管，輻射傳熱管和熱傳導(dǎo)傳熱管內(nèi)部均通入水或蒸汽，輻射傳熱管內(nèi)的流體入口側(cè)與傳導(dǎo)傳熱管的流體出口側(cè)相連接。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述的干熄爐頂部設(shè)置有紅焦炭入口，焦炭入口處設(shè)置有可開關(guān)的頂蓋，上部設(shè)有輻射熱接收傳熱管、下部設(shè)有熱傳導(dǎo)傳熱管、底部設(shè)置低溫焦炭出口 ；熱輻射段的焦炭通過傾斜溜槽或垂直槽自上向下移動、或由旋轉(zhuǎn)的圓盤移送焦炭，旋轉(zhuǎn)圓盤為復(fù)數(shù)段串聯(lián)設(shè)置、或由機(jī)械驅(qū)動的帶式移動機(jī)構(gòu)移送焦炭，帶式移送復(fù)數(shù)段為串聯(lián)設(shè)置，焦炭在熱傳導(dǎo)段依靠重力自上而下移動；輻射傳熱段的輻射接收管在焦炭之上部空間設(shè)置，所述輻射接收管與焦炭不直接接觸，傾斜溜槽或垂直溜槽接收高溫輻射熱的輻射傳熱管與焦炭之間設(shè)置有隔離焦炭的格柵。
4.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征是在輻射傳熱管的管外壁涂布有強(qiáng)化接收輻射熱量的涂料，其涂料層的熱輻射吸收率> 0. 95。
5.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述的內(nèi)部通入水或蒸汽的熱傳導(dǎo)導(dǎo)熱管與焦炭之間設(shè)置有金屬壁，金屬壁與焦炭直接接觸；金屬壁與導(dǎo)熱管之間通過導(dǎo)熱系數(shù)大于等于鐵的導(dǎo)熱系數(shù)70%的材料連接或兩者直接接觸。
6.如權(quán)利要求2或3所述的裝置，其特征在于從干熄爐排出的焦炭，通過從焦炭層底部或頂部噴灑水進(jìn)一步降溫。
7.權(quán)利要求1所述的焦炭的干法熄焦回收熱能的應(yīng)用，其特征是焦炭的干法熄焦回收的熱能所產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)行發(fā)電或作為熱源直接使用。
全文摘要
本發(fā)明涉及輻射和傳導(dǎo)吸熱式干熄焦回收熱能的方法與裝置。在密閉的容器中，紅焦炭通過熱輻射、或通過金屬類的熱傳導(dǎo)、或先熱輻射后熱傳導(dǎo)的組合方法進(jìn)行熱量傳遞產(chǎn)生蒸汽。通過這些間接傳熱將溫度達(dá)1000℃的呈紅色的紅焦炭所蘊(yùn)藏的熱能轉(zhuǎn)變成高溫蒸汽，加以回收。裝置至少由干熄爐、蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)和低溫焦炭排出系統(tǒng)組成；干熄爐內(nèi)設(shè)置有接收高溫輻射熱的輻射傳熱管和與焦炭直接接觸熱傳導(dǎo)傳熱管，輻射傳熱管和熱傳導(dǎo)傳熱管內(nèi)部均通入水或蒸汽，輻射傳熱管內(nèi)的流體入口側(cè)與傳導(dǎo)傳熱管的流體出口側(cè)相連接。實(shí)際工程中，蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的具體構(gòu)造可以根據(jù)廣泛應(yīng)用的蒸汽鍋爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計和設(shè)置，具有設(shè)備簡單，運(yùn)行成本低、能量回收率高等特點(diǎn)。
文檔編號C10B39/02GK102537914SQ20111042536
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者呂學(xué)斌, 張書廷 申請人:天津大學(xué)