用于改善淬火塔設計的方法及系統的制作方法
【專利說明】用于改善淬火塔設計的方法及系統
[0001]對相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2013年3月15日提交的第13/843，166號美國非臨時專利申請的優先權益，所述申請的公開內容是以引用方式全部并入本申請中。
技術領域
[0003]本技術大體上涉及用于改善淬火塔的方法及系統。更具體地說，本文中的各個實施例涉及一種改善的淬火塔設計及布置，其包含附接到淬火塔的一或多個梭口、粉塵抑制系統、由具有多個轉折的V狀物形成的擋板設計；且涉及一種自動化淬火程序。
【背景技術】
[0004]焦炭是用以熔化且減少鋼鐵生產中的鐵礦石的固體碳燃料及碳源。在稱作“湯普森焦化過程(Thompson Coking Process) ”的一個過程中，焦炭是通過將煤粉成批給料到密封的且在嚴格控制的大氣壓條件下加熱到極高溫度持續24到48小時的烤爐而產生。焦爐多年來一直用于將煤轉換為冶金焦炭。在焦化過程期間，細粉碎煤在控制的溫度條件下加熱以除去煤塊的揮發成分且形成具有預定孔隙率及強度的大量熔融焦炭。因為焦炭的生產是一個批量生產的過程，所以同時操作多個焦爐。
[0005]煤顆粒或煤顆粒的混合物被裝載到熱爐中，且煤在烤爐中加熱以從所得焦炭移除揮發物質(“VM”)。焦化過程高度取決于烤爐的設計、煤的類型及所使用的轉換溫度。通常，烤爐在焦化過程期間加以調整使得每次裝載的煤在近似相同時間量中煉出焦炭。一旦煤完全煉出焦炭，所得焦炭便可呈基本上完整的焦炭塊的形式且然后用水或另一液體進行淬火。因為焦炭塊可在淬火期間保持完整，所以淬火液體可能面臨穿透完整的焦炭塊的難題。此外，淬火過程期間可能損失的焦炭量不可接受。例如，焦炭可從其中淬火過程期間原本含有的容器中飛出(即，“飛行的焦炭”)。此外，大量顆粒物可在淬火過程期間產生且通過淬火塔排放到淬火塔外部的大氣中。
[0006]常規系統的此類問題造成很多個缺點:降低焦化操作的整體效率。例如，穿透完整的或部分完整的焦炭塊的難題可造成用水量增加、淬火時間變長(可削弱焦炭廠的產量)、焦炭中的水分含量過多、焦炭水分大幅變動及在焦炭沒有得到足夠快速冷卻的情況下，熔化焦炭廠設備的風險增加。此外，常規系統可將不可接受量的顆粒物排放到環境中，借此產生對更有效環境控制的需要。此類問題可發生在任何焦化操作中，但是可特別適用于搗固焦化操作，其中焦炭在加熱之前被壓實。作為另一實例，逸出淬火塔的大量飛行的焦炭或顆粒物可由于在淬火過程結束時產生要篩選及裝載到軌道車或卡車來裝運的焦炭較少而降低焦化操作的效率。因此，需要一種提供淬火操作的改善的淬火塔，所述淬火操作更有效地用淬火液體穿透大量焦炭、減小因飛行的焦炭造成的焦炭損失的量、減小逸出淬火塔的顆粒物的量，且減小逸出淬火塔的底部的顆粒物、排放物及蒸汽。
【附圖說明】
[0007]圖1是說明焦炭制造過程的概述的圖。
[0008]圖2A是如本文中公開的改善的淬火塔的第一實施例的俯視圖。
[0009]圖2B是如本文中公開的改善的淬火塔的第一實施例的正視圖。
[0010]圖2C是如本文中公開的改善的淬火塔的第一實施例的側視圖。
[0011]圖2D是如本文中公開的改善的淬火塔的第二實施例的俯視圖。
[0012]圖2E是如本文中公開的改善的淬火塔的第二實施例的正視圖。
[0013]圖2F是如本文中公開的改善的淬火塔的第二實施例的側視圖。
[0014]圖3是展示如本文中公開的改善的淬火塔的組件的詳細側視圖。
[0015]圖4是如本文中公開的淬火程序的實施例的流程圖。
[0016]圖5A是根據第一實施例的具有淬火塔有效周長面積、淬火塔出口周長面積及高度的淬火塔的三維視圖。
[0017]圖5B是描繪根據圖5A的實施例的淬火塔中捕捉的蒸汽量依據覆蓋面積比例對塔高度變化的實例圖表。
[0018]圖5C是描繪根據圖5A的實施例的用于最大化淬火塔中的蒸汽捕捉的優選面積依據覆蓋面積比例對塔高度變化的實例圖表。
[0019]圖6A是根據第二實施例的具有淬火塔有效周長面積、淬火塔出口周長面積及高度的淬火塔的三維視圖。
[0020]圖6B是描繪根據圖6A的實施例的淬火塔中捕捉的蒸汽量依據覆蓋面積比例對塔高度變化的實例圖表。
[0021]圖6C是描繪根據圖6A的實施例的用于最大化淬火塔中蒸汽捕捉的優選面積依據覆蓋面積比例對塔高度變化的實例圖表。
[0022]圖7是具有如本文中公開的控制開口的淬火塔的實施例的側視圖。
【具體實施方式】
[0023]本技術大體上涉及用于改善淬火塔的方法及系統。更具體地說，一些實施例涉及改善淬火塔收回從淬火塔的底座逸出的顆粒物、蒸汽及排放物(即，改善收回)的能力的方法及系統。此外，一些實施例涉及改善淬火塔的氣流及氣流分布(或“氣流分布曲線”)的方法及系統。改善的淬火塔包含一或多個梭口(各自具有梭口物理周長)以增大淬火塔的物理周長或有效物理周長以減小淬火過程期間顆粒物、排放物及蒸汽損失的量。一些實施例涉及用于改善淬火擋板設計及布置的方法及系統，所述改善的淬火擋板設計及布置由多個單個V狀物或多轉折的V狀物形成，被調適來防止顆粒物從淬火塔逸出。一些實施例涉及用于改善淬火擋板噴嘴設計及布置的方法及系統，所述改善的淬火擋板噴嘴設計及布置使得一或多個淬火噴嘴能夠在淬火之前浸濕擋板、抑制淬火期間的粉塵及/或在淬火之后清洗擋板。一些實施例涉及一種淬火噴嘴設計及布置，其使得淬火噴嘴能夠在淬火過程期間的一或多個離散階段中開啟。一些實施例涉及用于將飛行的焦炭改向到位于淬火塔內的火車車廂中的飛行的焦炭回收擋板的方法及系統。
[0024]下文參考圖1到7描述本技術的若十實施例的具體細節。以下公開內容中并未陳述描述通常與焦炭制造及/或淬火相關的熟知結構及系統的其它細節以避免不必要地混淆本技術的各個實施例的描述。圖中所示的許多細節、尺寸、角度及其它特征僅僅說明本技術的特定實施例。因此，在不脫離本技術的精神或范圍的情況下，其它實施例可具有其它細節、尺寸、角度及特征。因此，所屬領域技術人員將因此了解，本技術可具有具備額外元件的其它實施例，或本技術可具有不具有下文參考圖1到4展示且描述的若十特征的其它實施例。
[0025]圖1是說明焦炭制造過程的概述的圖。大量煤105被裝載到焦爐110中且在通常超過2000華氏度的溫度下烘烤。一旦煤“煉出焦炭”或完全焦化，所得焦炭塊便從烤爐移除且轉移到火車車廂、熱車廂、淬火車廂或組合熱車廂/淬火車廂125。焦炭塊然后被運輸到淬火塔120以進行淬火。在2012年12月28日提交的標題是“用于改善煤淬火的方法及系統(METHODS AND SYSTEMS FOR IMPROVED COKE QUENCHING) ”的第 13/730，796 號共同讓渡的美國專利申請中可找到關于本發明的進一步細節(包含關于焦化過程、火車車廂、熱車廂、淬火車廂及組合熱車廂/淬火車廂的進一步細節)。
[0026]淬火塔設計及布置
[0027]本文中提供改善的淬火塔設計，其最大化淬火過程的整體效率，尤其因為其涉及降低淬火過程期間產生的排放物及顆粒物。改善的設計通過擴大淬火塔的實際周長及/或有效周長來最大化效率。如下文更詳細地解釋，實際周長可通過添加附接到淬火塔幾何體的多側的一或多個梭口而擴大以增加由淬火塔圍封的物理面積。有效周長同樣可通過將一或多個梭口添加到淬火塔幾何體而擴大。此外，又如下文更詳細地解釋，顆粒物及蒸汽的收回還可通過封閉淬火塔的一或多個側而改善。可使用多種手段來封閉淬火塔的一或多個側，包含安裝障壁，諸如門或簾幕。所屬領域技術人員將明白，可使用任何一個這樣的障壁以遮蓋淬火塔的任何數量的壁中的一或多個開口及/或遮蓋附接到淬火塔的任何數量的梭口中的一或多個開口。
[0028]封閉淬火塔的更多側通過改善仍然通向大氣的淬火塔的多個段處的氣流來改善顆粒物、排放物及蒸汽收回。塔的氣流還可經過改善來通過將塔制造得更高來降低從底部逸出的顆粒物、排放物及蒸汽的量。在其中仍然損失來自淬火塔的顆粒物、排放物及蒸汽的情況中，可在敞開區域上方添加梭口以將損失的顆粒、排放物及蒸汽匯集回到塔中，造成改善的整體顆粒物、排放物及蒸汽收回。通過使用梭口、封閉淬火塔的選擇壁及改變淬火塔高度，可優化淬火塔設計來以較低成本賦予更好的環境性能。梭口可具有一或多個側壁，或可不具有側壁。此外，可對現有淬火塔改造梭口以改善梭口的性能。性能是通過基于所提出的關系有效地增大對應于現有淬火塔高度的覆蓋面積而改善。
[0029]本文中公開的改善的淬火塔設計還包含淬火塔中的一或多個開口以改善通過淬火塔的空氣流(或“氣流分布”)。一或多個開口可位于淬火塔的壁、梭口或障壁中，且優選地位于低于含有大量待淬火的焦炭的火車車廂的高度的高度處。開口的較低高度允許空氣從淬火塔的底部流入淬火塔中，其中空氣然后以向上方向流過淬火塔。隨著空氣向上流過淬火塔，氣流接觸火車車廂且以向上方向攜帶來自火車車廂的蒸汽及排放物。結果，淬火期間產生的蒸汽及排放物被向上攜帶通過淬火塔-與從淬火塔的一或多個側逸出相對-其中顆粒物可由駐留在淬火塔的上部部分中的一或多個擋板從空氣截留，如下文更加完整地描述。改善的淬火塔還提供用于再捕捉淬火過程期間產生的飛行的焦炭的回收擋板。與常規的淬火系統相比，改善的淬火塔因此允許改善飛行的焦炭的保留及降低整體排放物、顆粒物及蒸汽損失。
[0030]圖2A到2C說明如本中公開的改善的淬火塔的第一實施例。側壁260a到260d連結在一起以形成淬火塔200的底座。側壁可通過任何可用手段(包含緊固件、粘附劑、焊接連接)或通過所屬領域技術人員已知的任何其它適當的建筑構造手段連結在一起。在圖2A到2C的實施例中，一個梭口附接到淬火塔200的每一側壁；梭口 210附接到側壁260a ;梭P 215附接到側壁260b ;梭口 220附接到側壁260c ;且梭口 225附接到側壁260d。此外，每一側壁與附接到每一側壁的相應梭口之間存在物理開口。物理開口可通過移除側壁的部分產生以產生從淬火塔的底座部分205延伸到相應梭口中的區域。例如，側壁260a中的物理開口(沒有展示)產生從底座部分205延伸到梭口 210中的區域。
[0031]此外，每一梭口可含有一或多個外部開口，其可用于各種目的，包含使火車車廂進入及/或退出、從火車車廂傾倒焦炭或改善通過淬火塔的氣流分布。外部開口可未被遮蓋、完全或部分由一或多個門或簾幕遮蓋。一或多個門可由適用于提供梭口的外部開口的部分或完全覆蓋的任何材料(諸如木材、金屬或復合材料)形成。此外，門可為適用于提供梭口的外部開口的部分或完全覆蓋的任何類型的門，諸如滑動門或鉸鏈門。簾幕可由金屬、織物、網狀物或相對可容易移動且適用于提供梭口的外部開口的部分或完全覆蓋的任何其它材料形成。例如，簾幕可由允許從淬火車廂中清空大量焦炭而無需手動操作門或其它障壁的任何材料形成。在具有門、簾幕的開口或可使顆粒物、排放物或蒸汽從底部泄漏的部分遮蓋開口的情況中，梭口可放置在開口上方以收集損失的顆粒物、排放物及蒸汽。梭口可在門上方具有開口以允許所收集的顆粒、排放物及蒸汽供給回到淬火塔中，造成改善的環境性能，如下文參考圖7另外進行的詳細討論。
[0032]如圖2C的實施例中說明，火車車廂240可通過滑動門230進入淬火塔200、繼續通過由門230露出的開口進入到梭口 220中，且繼續通過側壁260c中的開口進入到淬火塔底座205中，其中火車車廂中的焦炭可如下文更詳細地描述般淬火。在淬火之后，火車車廂240可通過用以進入淬火塔200的相同路徑退出淬火塔，或火車車廂可通過不同路徑退出淬火塔。例如，火車車廂240可通過行進穿過側壁260d中的開口進入到梭口 225中且通過行進穿過由鉸鏈門235露出的開口退出梭口來退出淬火塔。替代地，例如，火車車廂可通過行進穿過側壁260a中的開口進入到梭口 21