具有气体混合燃烧功能的干熄焦一次除尘系统及工作方法与流程

本发明涉及干熄焦，尤其涉及一种具有气体混合燃烧功能的干熄焦一次除尘系统及工作方法。

背景技术：

1、目前，干熄焦工艺因其能够回收利用红焦的显热，提高焦炭质量，降低熄焦操作对环境的污染而得到了广泛应用。干熄焦系统主要包括以下装置：干熄炉、一次除尘器、干熄焦锅炉、二次除尘器、风机以及锅炉给水预热器。其中干熄炉主要由预存室、环形风道、冷却室和供气装置组成。干熄焦工艺过程的原理是：利用惰性循环气体与高温焦炭换热，将回收的热量传递给余热锅炉，通过间接换热的方式，水被加热并生成饱和蒸汽，并利用蒸汽驱动汽轮机进行发电，从而实现红焦余热的回收利用。

2、惰性循环气体中含有一定量的可燃气体组分，如氢气、一氧化碳等。为了确保干熄焦系统安全运行，避免发生爆炸等事故，需要在干熄焦循环气体的高温段导入部分空气，通过空气中氧气与可燃气体组分的快速化学反应，降低循环气体中可燃气体组分的浓度。另一方面，为了降低循环气体中粉尘对干熄焦锅炉的磨损，常采用旋风分离装置作为一次除尘器。但是旋风分离装置的运行阻力偏高，且运行阻力与循环气体的处理量成正比。为了降低其运行阻力，降低风机能耗，需要尽量减少旋风分离装置的气体处理量。因此空气导入装置通常设置在旋风分离装置的出口侧，即将空气导入口布置在旋风分离装置上部排气管与干熄焦锅炉循环气体入口的连接管道上(如公开号为cn107699255a的中国专利申请“一种干熄焦低负荷生产时旋风除尘器除尘高效率控制方法及装置”)。但是这种空气导入方式存在如下弊端：因干熄焦工艺系统内的设备布置比较紧凑，旋风分离装置出口与干熄焦锅炉入口之间的循环气体管道长度较短。当空气导入后，还没来得及与循环气体充分混合并完成化学反应就进入了干熄焦锅炉，导致经过干熄焦锅炉后的循环气体中可燃气体组分浓度仍然较高，并且存在较高浓度的氧气组分，从而大幅增加了干熄焦系统的运行风险。

3、另外，还有将空气导入口直接设置在旋风分离装置上的方案，如授权公告号为cn216473066u的中国实用新型专利“干熄焦装置”。这种空气导入方式存在如下弊端：旋风分离装置的工作原理是利用旋转的含尘气体所产生的离心力，将粉尘颗粒从气流中分离出来，之后粉尘颗粒紧贴旋风分离装置内表面随气流螺旋向下运动，最终由旋风分离装置下部的粉尘颗粒排出口排出。空气从旋风分离装置导入后，与循环气体相遇并快速混合，循环气体中的可燃组分(如co和h2)与空气中的o2发生快速燃烧化学反应，此时旋风分离装置内壁处的气体温度升高，该区域的气体体积迅速膨胀，将已经分离出来的粉尘颗粒推出分离区，随后进入旋风分离器的中心旋流排气区，从而破坏了旋风分离装置的分离功能。

技术实现思路

1、本发明涉及一种具有气体混合燃烧功能的干熄焦一次除尘系统及工作方法，提供了三种空气导入方式，三种空气导入方式均能够在不影响旋风除尘器除尘效率的同时，使循环气体中可燃组分与空气快速地充分混合燃烧，从而确保了干熄焦系统运行的安全性。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

3、具有气体混合燃烧功能的干熄焦一次除尘系统，包括旋风分离器、焦粉冷却装置及空气导入装置；所述空气导入装置由空气预热器及空气分配器组成；所述焦粉冷却装置包括焦粉缓冲仓及焦粉冷却器；所述旋风分离器的上部一侧设循环气体入口与干熄炉环形气道上的循环气体出口相连；旋风分离器的顶部中心设排气管通过循环气体出口管道连接余热锅炉的循环气体入口，排气管向旋风分离器内部延伸一段距离；旋风分离器底部的焦粉出口依次连接焦粉缓冲仓及焦粉冷却器；所述空气预热器设于焦粉缓冲仓内；所述排气管由耐火隔热材料制成，内部竖直设置多条空气导管，排气管内壁的下部设空气导出口与空气导管下部的空气出口连通，空气导管上部的空气入口与所述空气分配器的空气出口一一对应地连通，空气分配器的空气入口与空气预热器的空气出口连通；空气预热器的空气入口连接外部的供气风机。

4、所述空气分配器设于旋风分离器底部焦粉出口的上方；所述旋风分离器的壳体由耐火隔热材料制成，壳体内沿周向设多条空气换热管道；空气换热管道下部的空气入口与空气分配器的空气出口一一对应地连通；空气换热管道上部的空气出口与排气管中空气导管上部的空气入口连通。

5、所述空气分配器设于旋风分离器上方的排气管外围，排气管内空气导管上部的空气入口与空气分配器的空气出口一一对应地连通。

6、所述排气管上的空气导出口沿周向均布，空气导出口的轴线沿排气管的切向设置。

7、所述空气导入装置中的空气分配器由空气喷射器替代，所述排气管不设空气导管及空气导出口；空气喷射器设于旋风分离器的中部、排气管的正下方；空气喷射器的空气入口通过管道连接空气预热器；空气喷射器的主体为圆环形结构，中心为通气孔；圆环形结构的上表面沿周向开设多个喷射口，喷射口的喷射方向沿圆环形结构的切向斜向上方。

8、所述旋风分离器上设有粉尘浓度检测装置、co浓度检测装置及h2浓度检测装置；空气预热器与供气风机的连接管道上设流量调节阀；旋风分离器底部的焦粉出口处设截止阀；焦粉冷却器底部的焦粉排出口处设焦粉排出装置；粉尘浓度检测装置、co浓度检测装置、h2浓度检测装置的信号输出端，以及流量调节阀、截止阀、焦粉排出装置的控制端分别连接控制系统。

9、所述旋风分离器的循环气体入口与干熄炉环形气道上的循环气体出口之间的连接管道上设高温膨胀节一；循环气体出口管道上设高温膨胀节二。

10、具有气体混合燃烧功能的干熄焦一次除尘系统的工作方法，包括如下步骤：

11、1)焦粉缓冲仓用于接收及储存旋风分离器分离、收集的高温焦粉，两者之间通过截止阀分隔，干熄焦系统正常运行时，截止阀处于常开状态，高温焦粉经焦粉缓冲仓后进入焦粉冷却器；

12、2)在焦粉缓冲仓中，由供气风机供入空气预热器内的空气与高温焦粉间接换热，换热后的焦粉经焦粉冷却器进一步冷却，通过焦粉排出装置排出；

13、3)经空气预热器预热后的空气通过空气分配器进入旋风分离器壳体中的空气换热管道中，并沿空气换热管道向上流动，在此过程中对空气进行二次预热；

14、4)二次预热后的空气自排气管内的空气导管到达空气导出口，并自空气导出口沿切向进入排气管内侧，形成与旋风分离器中循环气体流运动方向一致的高速旋转气流，加快了空气中o2与循环气体中包括co、h2在内的可燃组分的快速混合燃烧；可燃组分充分燃烧后的循环气体进入后续的余热锅炉；

15、5)实时监测旋风分离器内的粉尘浓度、co浓度及h2浓度，通过控制系统控制流量调节阀的开度，控制自排气管供入的空气流量。

16、具有气体混合燃烧功能的干熄焦一次除尘系统的工作方法，包括如下步骤：

17、1)焦粉缓冲仓用于接收及储存旋风分离器分离、收集的高温焦粉，两者之间通过截止阀分隔，干熄焦系统正常运行时，截止阀处于常开状态，高温焦粉经焦粉缓冲仓后进入焦粉冷却器；

18、2)在焦粉缓冲仓中，由供气风机供入空气预热器内的空气与高温焦粉间接换热，换热后的焦粉经焦粉冷却器进一步冷却，通过焦粉排出装置排出；

19、3)经空气预热器预热后的空气通过空气分配器进入排气管内的空气导管中，并自排气管下部的空气导出口沿切向进入排气管内侧，形成与旋风分离器中循环气体流运动方向一致的高速旋转气流，加快了空气中o2与循环气体中包括co、h2在内的可燃组分的快速混合燃烧；可燃组分充分燃烧后的循环气体进入后续的余热锅炉；

20、4)实时监测旋风分离器内的粉尘浓度、co浓度及h2浓度，通过控制系统控制流量调节阀的开度，控制自排气管供入的空气流量。

21、具有气体混合燃烧功能的干熄焦一次除尘系统的工作方法，包括如下步骤：

22、1)焦粉缓冲仓用于接收及储存旋风分离器分离、收集的高温焦粉，两者之间通过截止阀分隔，干熄焦系统正常运行时，截止阀处于常开状态，高温焦粉经焦粉缓冲仓后进入焦粉冷却器；

23、2)在焦粉缓冲仓中，由供气风机供入空气预热器内的空气与高温焦粉间接换热，换热后的焦粉经焦粉冷却器进一步冷却，通过焦粉排出装置排出；

24、3)经空气预热器预热后的空气通过空气喷射器进入旋风分离器的中部，并自排气管的下方沿切向斜向上方进入，形成与旋风分离器中循环气体流运动方向一致的高速旋转气流，在进入排气管之前及在排气管中，空气中o2与循环气体中包括co、h2在内的可燃组分快速混合燃烧；可燃组分充分燃烧后的循环气体进入后续的余热锅炉；

25、4)实时监测旋风分离器内的粉尘浓度、co浓度及h2浓度，通过控制系统控制流量调节阀的开度，控制自空气喷射器供入的空气流量。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

27、1)本发明将空气出口设于旋风分离器的排气管下部或排气管下方，经预热后的空气与经过初步除尘后高速旋转的循环气体在旋风分离器内的排气管中或空气喷射器处相遇，并快速混合，循环气体中的可燃组分(如co和h2)与空气中的o2发生快速燃烧化学反应，生成非可燃组分co2和h2o，从而将循环气体中可燃组分的浓度控制在干熄焦系统安全运行的范围内；

28、2)本发明具有三种空气输送方式，第一种是将空气分配器设于旋风分离器底部的焦粉出口处，经空气预热器预热后的空气进入旋风分离器壳体内的空气换热管道中，在向上输送的过程中相当于进行二次预热；然后预热后的空气再由排气管中的空气导管输送至空气导出口，自排气管下部导出；第二种是将空气分配器设于排气管的上部，经空气预热器预热后的空气通过空气分配器直接进入排气管内的空气导管中，再经空气导出口自排气管下部导出；第三种是将空气喷射器设于排气管的下方，经空气预热器预热后的空气直接自空气喷射器上的多个喷射口进入排气管下方的旋风分离器中；具体实施时可根据需要选择其中一种，其中采用第三种方式时空气与循环气体能够更早混合。

29、3)与在旋风除尘器内壁上设空气入口的方式相比，本发明在不影响旋风除尘器除尘效率的同时，使循环气体中可燃组分与空气快速地充分混合燃烧，从而确保了干熄焦系统运行的安全性。