焦炉排出管道系统.pdf

本发明公开了一种焦炉排出管道系统(10)，其包括：用于将焦炉煤气(14)从焦炉输送到聚积管(16)的管道组件；以及流量控制装置，包括位于具有相关堵塞件(20)的管道组件中的流出口(22)，堵塞件可在距流出口一定距离处的打开位置与其中堵塞件基本堵住流出口(22)的关闭位置之间轴向移动。至少一个节流开口(28)被布置成朝向堵塞件(20)的关闭行程的末端，以提供用于气体通向聚积管(16)的开口面积，该开口面积取决于堵塞件(20)的轴向位置。

1.  一种焦炉排出管道系统，包括：
管道组件，用于将焦炉煤气从焦炉输送到聚积管；
流量控制装置，包括位于具有相关堵塞件的所述管道组件中的流出口，所述堵塞件在距所述流出口一定距离的打开位置与其中所述堵塞件基本堵住所述流出口的关闭位置之间可轴向移动；
其特征在于，包括至少一个节流开口，所述节流开口布置成朝向所述堵塞件的关闭行程的末端，以提供用于气体流向所述聚积管的开口面积，所述开口面积取决于所述堵塞件的轴向位置。

2.  根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个节流开口设置在所述堵塞件中。

3.  根据权利要求1所述的系统，其中，所述堵塞件具有大致钟形、罐形或圆顶形的形状，并且其中一组节流开口由从钟形或罐形边缘朝向其封闭端延伸的多个切口形成。

4.  根据权利要求3所述的系统，其中，所述堵塞件具有普通倒转的罐形或钟形，所述节流开口组位于其中。

5.  根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个节流开口设置在从所述流出口轴向延伸的节流套筒中。

6.  根据权利要求5所述的系统，其中，所述流量控制装置包括围绕所述流出口的节流套筒；并且所述堵塞件具有大致钟形、罐形或盖形的形状，被设计成沿所述节流套筒的外表面朝向所述堵塞件的关闭行程的末端移动，以便逐渐地堵塞所述节流套筒中的节流开口。

7.  根据权利要求5所述的系统，其中，所述堵塞件包括：可轴向移动的上部，适合于调节所述节流套筒中的节流开口的开口面积和/或封闭所述流出口；以及下部，相对于所述上部可轴向移动和/或与所述上部相连并形成为圆锥形部，从而所述下部可相对于所述流出口被定位以限制通过所述流出口的流量。

8.  根据权利要求1所述的系统，其中，
所述堵塞件包括通常为钟形、罐形或圆顶形的上部以及其中具有一个或多个节流开口的下部，所述下部相对于所述上部可轴向移动以使得所述上部和下部可交迭；并且
所述上部和下部与围绕所述流出口的相应底座配合。

9.  根据前述权利要求中任一项所述的系统，包括人工和/或可自动操作的驱动装置，用于通过相应轴驱动所述堵塞件。

10.  根据前述权利要求中任一项所述的系统，包括所述流出口下游的罐阀。

11.  根据前述权利要求中任一项所述的系统，包括控制单元，所述控制单元对焦炉中的压力传感器起反应且连接至与所述堵塞件相连的操作致动装置；所述控制单元被构造成逐渐地调节堵塞件相对于流出口的位置，以便于随着焦炉室中的压力改变而提供流出口的逐渐收缩。

12.  一种焦化设备，包括聚积管以及一组焦炉，其中来自于每个单独炉的气体经由根据前述权利要求中任一项的焦炉排出管道系统被引导到所述聚积管。

13.  根据权利要求1-11中任一项所述的焦炉排出管道系统的使用，所述焦炉排出管道系统用于节流流向焦炉组的聚积管的气流。

14.  一种控制从焦炉流出的煤气流速的方法，所述焦炉包括一组焦炉室，焦炉室中的每个均通过权利要求1-11中任一项所述的相应焦炉排出管道系统连接至聚积管，所述方法包括以下步骤：借助压力传感器检测独立焦炉室中的炉压力，并基于检测到的压力逐渐地调节堵塞件相对于流出口的位置，以便于随着焦炉室中的压力改变而提供流出口的逐渐收缩。

焦炉排出管道系统
技术领域
本发明通常涉及焦炉结构，更具体地说，涉及具有综合流量控制阀的焦炉排出管道，所述流量控制阀用于调节从每个单独焦化室流向聚积管的未处理的气体。
背景技术
传统来说，在包括一组焦炉的焦化设备中，来自于每个单独炉的未处理气体(蒸馏气和蒸汽)均通过排出管道被引导到聚积管，该聚积管通常遍布焦炉组的整个长度。排出管道自身通常包括从炉顶向上延伸的竖管(也称作立管或上升管)以及鹅颈管，即，与所述竖管的顶部连通并通向聚积管的短弯管。一个或多个喷嘴被设置在鹅颈管中以便将未处理气体从约700-800℃冷却至约80-100℃的温度。
为了独立地控制每个焦炉室中的气体压力，已知的是，在排出管道中或在聚积管中的排出口处设置节流阀，该节流阀允许关闭和/或节流通过排出管道的气流。这样的装置通过在聚积管中保持负压而提供了在蒸馏时间期间连续地控制炉压力的可能性，从而避免蒸馏工序的第一阶段期间的过压，因而可充分减少从门、装料口等处的逸散。而且，当焦炉煤气流速较低时，连续的炉压力控制可避免蒸馏的最后阶段期间在炉底部处的负相对压力。
例如在US 7,709,743中描述了一种已知类型的压力控制阀。该阀布置在聚积管内部位于鹅颈管的竖直排放部的排放末端处。该阀允许控制炉室中的反压力(backpressure)并且基于阀内部水位的调节，提供了未处理气体所流过的阀口面积的改变。
EP 1 746 142(其涉及一种降低污染从焦炉逸散的方法)使用可绕横轴枢转的罐阀。每个蒸馏室都借助于如此放入的罐阀通过鹅颈管连接至聚积管。借助于压力传感器检测单独蒸馏室中的炉压力并且根据炉中的压力调节罐阀位置以控制流向聚积管的流速。在一个实施例中，阀构件具有弯曲管状金属结构，用以限制开口行程开始期间的流动横截面。尽管该阀设计可靠，但在流速控制方面没有很大的进步。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有改进的、综合流量控制能力的可替换的焦炉排出管道系统。通过如权利要求1中所要求保护的焦炉排出管道系统而实现该目的。
根据本发明的焦炉排出管道系统包括用于将焦炉煤气从焦炉输送到聚积管的管道组件。它具有流量控制装置，该流量控制装置包括具有相关堵塞件的管道组件中的流出口，该堵塞件可在距流出口一定距离(即，轴向间隔)的打开位置与其中堵塞件阻挡通过流出口的流出的关闭位置之间轴向移动。
应该理解的是，至少一个节流开口(优选为一组节流开口)被布置成朝向堵塞件的关闭行程末端起作用，至少一个节流开口提供了气体通向聚积管的开口面积，该开口面积取决于堵塞件的轴向位置。这些节流开口可以对于流向聚积管的气体流速进行精密控制(节流)，从而可以对于焦炉中压力进行精密控制，所述节流开口通常可提供小于流出口(处于打开位置)的开口面积的合计开口面积。
由于在炉中蒸馏阶段结束时的气体量远小于在蒸馏工序开始时(其中流量控制阀完全打开)的气体量，因此在趋于炉中蒸馏阶段结束时对气体流速的控制确实要求一些精密调节能力。在本系统中，流量控制装置有利地被设计成使得趋于关闭行程的末端，气体仅流过节流开口并且通过调节堵塞件的轴向位置而控制节流开口的开口面积。
一个或多个节流开口可设置在堵塞件中。堵塞件可具有罐形、圆顶形或钟形的大致形状，即，其通常可被设计为具有侧壁并且一端封闭的中空体。堵塞件可被布置成使得罐形/圆顶形/钟形开口朝上或朝下。
在一个实施例中，堵塞件具有大致罐形、圆顶形或钟形形状并且这组节流开口由从罐边缘朝向罐底部延伸的多个切口构成。在另一个实施例中，堵塞件具有通常为倒转的罐形，这组节流开口位于其中。
可替换地，一个或多个节流开口可固定布置在流动开口附近，例如，布置在从流动开口轴向延伸的节流套筒中。
在一个实施例中，流量控制装置包括围绕流动开口的节流套筒；并且堵塞件具有大致罐形、钟形或盖形的形状，被设计成沿所述套筒件的外表面朝向堵塞件的关闭行程的末端移动，以便逐渐地堵塞节流开口。
在另一个实施例中，两部分式的堵塞件与节流套筒相连。堵塞件包括：可轴向移动的上部，适合于调节节流套筒中的节流开口的开口面积和/或封闭流出口；以及下部，相对于上部可轴向移动和/或与所述上部相连并形成为圆锥形部，从而下部可相对于流出口被定位以限制通过流出口的流量。
在另一个实施例中，堵塞件包括大致为罐形、钟形或圆顶形的上部以及其中具有一个或多个节流开口的下部，下部相对于上部可轴向移动。上部和下部与围绕流出口的相应底座配合。上部被设计成可用作盖，所述盖可在下部已定位在其底座上之后沿节流开口移动。从而，气体通向聚积管的唯一通路就是通过节流开口，通过改变上部的轴向位置可调节所述节流开口的面积。
可借助于任何适合的人工和/或可自动操作的驱动装置执行堵塞件的操作。
根据本发明的焦炉排出管道系统可与一个或多个致动器相连以便于其致动。所述致动器由电力/电子控制单元控制，该电力/电子控制单元也连接至焦炉室中的压力传感器。有利地，该控制单元被构造成，基于检测到的压力，逐渐地调节堵塞件相对于流出口的位置，以便于随着焦炉室中的压力改变(变小)而提供流出口的逐渐收缩。
在上述实施例中，由于工艺流体在堵塞件上表面上的积聚以及围绕支撑流出口的管道部的积聚，因此当堵塞件处于封闭位置时可典型地形成液封。然而，为了提高安全性，传统罐阀可布置在流出口的更下游。
本发明还涉及一种焦化设备，包括聚积管以及一组焦炉，其中来自于每个单独炉的气体经由上面限定的焦炉排出管道系统被引导到所述聚积管。
根据本发明的另一个方面，提出了一种控制焦炉的煤气流速的方法，其中，一组焦炉室中每个均通过如上所述的焦炉排出管道系统连接至聚积管。该方法包括以下步骤：借助压力传感器检测独立焦炉室中的炉压力，并基于检测到的压力逐渐地调节堵塞件相对于流出口的位置，以便于随着焦炉室中的压力改变(变小)而提供流出口的逐渐收缩。可针对堵塞件使用适当的致动器(例如，螺线管型的致动器)实施该方法，响应于压力传感器产生的压力信号，所述致动器由控制电路控制。致动器可连接至产生由控制单元接收的位置信号的位置传感器。
附图说明
本发明从以下结合附图的几个非限制性实施例的描述中将变得更显而易见，其中：
图1是穿过根据本发明的焦炉排出管道系统的第一实施例的纵向剖视图，堵塞件处于打开位置中并且包括一组节流开口；
图2是图1实施例的纵向剖视图，其中堵塞件处于节流位置中；
图3是穿过根据本发明的焦炉排出管道系统的第二实施例的纵向剖视图，堵塞件处于打开位置中；
图4是图3实施例的纵向剖视图，其中堵塞件处于节流位置中；
图5是图3实施例的纵向剖视图，其中堵塞件处于关闭位置中；
图6是穿过根据本发明的焦炉排出管道系统的第三实施例的纵向剖视图，堵塞件处于打开位置中；
图7是图6实施例的纵向剖视图，其中堵塞件处于中间流量控制位置中；
图8是图6实施例的纵向剖视图，其中操作件处于节流位置中；
图9是图6实施例的纵向剖视图，其中操作件处于关闭位置中；
图10是穿过根据本发明的焦炉排出管道系统的第四实施例的纵向剖视图，堵塞件处于打开位置中；
图11是图10实施例的纵向剖视图，其中堵塞件处于节流位置中；
图12是穿过根据本发明的焦炉排出管道系统的第五实施例的纵向剖视图，堵塞件处于打开位置中；
图13是图12实施例的纵向剖视图，其中堵塞件处于节流位置中；
图14是图12实施例的纵向剖视图，其中操作件处于关闭位置中。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的焦炉排出管道系统10的第一实施例。它包括管道组件，用于从独立焦炉室向聚积管输送未处理的蒸馏气。在本实施例中，管道组件包括其底部连接至焦炉(未示出)顶部的竖管(未示出)，焦炉顶部例如焦炉组的缝隙型腔室。参考标号12表示鹅颈管(弯管)，用于从竖管的上部向焦化设备的聚积管16输送未处理的焦炉煤气(箭头14)，所述聚积管通常遍布焦炉组的整个长度。按惯例，这些管道件可具有耐火内衬。从炉室中排出的约700℃至800℃温度的气体借助于一个(或多个)喷嘴18(喷射诸如氨水等工艺流体)在鹅颈管12中被有利地冷却至80-100℃的温度。
流量控制装置设置在排出管道10中，以控制气体流向聚积管16的流速和相应焦炉中的压力。该流量控制装置包括与排出管道中的流出口22(优选地位于鹅颈管12的下游)配合的堵塞件20。流出口22由内管道部24的末端(这里例如锥形部)限定，该锥形部布置成使得从鹅颈管部12排出的全部冷却气流必须通过口22流向聚积管16。
在本实施例中，堵塞件20被设计为大致钟形(成圆锥形渐缩的上部和圆柱形底部)，其圆柱形壁26具有从钟的边缘30延伸至其封闭端部32的多个切口28。这些切口28构成一组节流开口，如下面将描述的。堵塞件20通过其封闭端部32固定于轴34，轴可允许在管道组件10中的轴向动作。可借助于能够向轴34传输轴向驱动力以使轴上下移动的任何适合的驱动机构，使得驱动轴34动作，从而使堵塞件20随之动作。
可注意到在本实施例中，堵塞件20的尺寸被制定为使其外部形状紧紧地配合流出口22，以使堵塞件在基本上堵住流出口的同时可在其中移动。
在图1中，堵塞件20处于打开位置中，与流出口22间隔(一定距离)。在焦炉中的蒸馏工序开始时堵塞件20通常设置在这样的打开位置中，这是因为大量气体要排放到聚积管16中。随着蒸馏工序继续进行，堵塞件通常沿打开口22的方向向下移动，这将减小堵塞件20与口22之间的间隙，在中间流速下提供一些流量控制能力。
如从图1和图2中可以理解，堵塞件20的边缘30一到达流出口22的高度，冷却气体流向聚积管16的唯一流出通路就是由节流开口28所提供的流出通路。向下移动堵塞件，节流开口28露出的用于气体的开口面积逐渐减小(在图2中堵塞件20处于中间节流位置中)，直到开口28的朝向内部的末端穿过流出口22的平面之下，从而通过流出口22的流出最终被堵塞件20完全堵住。
虽然钟形(或倒转漏斗形)因其有利于空气动力学的锥形上部而在此处作为优选，但是多种形状都可用于堵塞件，例如，倒转罐形或杯形或者圆顶形状。要旨就是堵塞件具有紧紧配合流出口22的轴向延伸圆柱部(其中布置有节流开口)，并且该圆柱部一端必须为封闭的，优选上端为封闭的。
还应注意的是，内管道部24通过其流出口22在连接部50中打开，所述连接部通过伸缩接头52(本领域公知)将鹅颈管12的出口连接至聚积管16。为了提供密闭，连接部50可包括可由传统罐阀60(本领域公知)封闭的截锥管54。在图1和图2中罐阀60处于其打开位置中，但是它可绕处于水平位置的轴62转动，封闭管54的末端并允许工艺流体的积聚以构成液封。
图3至图5示出了根据本发明的系统110的另一个实施例。参考标号112表示鹅颈管(弯管)，用于从竖管的上部向焦化设备的聚积管16输送未处理的焦炉煤气(箭头114)。优选借助于喷嘴118对气体实施冷却。
流量控制装置包括由鹅颈管112下游的管状部123限定的流出口122和借助于轴124可轴向移动的相关堵塞件120。在本实施例中，节流开口由套筒126中的一组切口128构成，所述套筒附于管状部123并从流出口22轴向向下延伸。与图1的实施例相反，关闭行程是上升的。
在图3中，堵塞件120处于打开位置中并且不阻挡气流流向聚积管116。随着堵塞件120向上移动，堵塞件120与流出口122之间的间隙逐渐减小。当堵塞件120的周边130到达套筒126下部边缘的高度时，气体仅可通过节流开口128流向聚积管116。轴向地调节堵塞件120以给气流提供所需开口面积，允许对于流向聚积管的气体流速的精密控制，因而允许对于炉室中压力的精密控制(见图4)。如图5所示，当堵塞件120的周边130处于流出口122的高度时，获得了流量控制装置的封闭位置。
图6至图9中示出了图3-5实施例的改进实施例，由标号210表示。管道组件是相同的，但是已经修改了堵塞件120(以及轴124)的设计以允许中、低流速下的改进调节。如可看到的，现在堵塞件220包括分别由220₁和220₂表示的上部和下部，该上部和下部可沿轴向方向相对于彼此移动。上部220₁具有与图3中堵塞件120基本相同的形状，并借助于轴224₁轴向移动。下部220₂为锥形部(即，在两端都打开)，该下部沿流出口222的方向渐缩并可借助于轴224₂轴向移动，轴224₂同轴地布置在轴224₁内部。下部220₂可借助于辐条(spoke)固定于轴224₂。
在图6所示的堵塞件的打开位置中，上部和下部220₁和220₂相连接：它们各自的周边(具有相同直径)处于接合状态。该打开位置适用于高流速。
随着来自于炉的气体量减少，下部220₂向下移动并且其侧部锥形表面与流出口222相配合而限定出环形流出部，该环形流出部的面积取决于下部220₂的轴向位置。
图7示出了中间流出位置，其中堵塞件220的下部220₂已被降低得使其上部边缘处于流出口222的平面中，从而下部220₂沿轴向方向形成管道部223的延续部并用该延续部的下部末端限定出减小的流出口。
为了节流更低的气体流速，这两个部分220₁和220₂又聚合到一起并同时移动(见图8)，以便借助于堵塞件上部220₁限定出节流开口228的所需开口面积，如参照图3-5已描述的。
封闭位置是图9中所示的位置，其中上部220₁的周边处于流出口222的高度，下部220₂优选地与上部220₁相接合。
现在参照图10和图11，其中示出了另一个替换实施例310。流出口322由布置在鹅颈管312出口处的管状管道部323的末端限定。这里，流量控制装置包括围绕流出口322并固定地安装于管道部323的轴向延伸套筒326。节流开口328由套筒326中的一组孔构成。堵塞件320为钟形或倒转罐形，由驱动轴324轴向引导。堵塞件320的侧壁的内径略大于套筒326的外径，以使得堵塞件320可沿套筒326轴向移动并因此而堵住预期比例的节流开口328。
在打开位置中，堵塞件320位于远离流出口322的位置以使得大量气体可以被排出到聚积管316。为了精密地节流流向聚积管316的气体，使堵塞件320下降直到其下部周边与套筒326的顶部边缘交迭为止。从轴向位置开始，气体的唯一路径是穿过节流开口328，可通过改变堵塞件320的轴向位置而调节节流开口的开口面积(见图11，其中堵塞件320处于节流开口328的顶部和底部之间的中间位置)。
当堵塞件320被下降得使其周边超越节流开口328的底部时，流量控制装置处于关闭位置中。
在图12至图14中示出了管道系统410的最后一个实施例。参考标号412表示鹅颈管，用于从竖管(未示出)的上部向焦化设备的聚积管416输送未处理的焦炉煤气(箭头414)。优选地借助于喷嘴418对气体实施冷却。
流量控制装置包括由鹅颈管412下游的管状部423(这里为圆锥形部)限定的流出口422和借助于轴424可轴向移动的相关堵塞件420。在本实施例中，堵塞件420包括堵塞部420₁和其中具有一组节流开口428的节流部420₂。如所看到的，堵塞部420₁具有钟形(也可为倒转的罐形或杯形)并固定地安装于驱动轴424。
节流部4202可为相对于堵塞部420₁可移动地安装的罐或套筒件，以使堵塞部420₁的侧壁426₁可沿节流部420₂的侧壁426₂中的节流开口428滑动以控制它们的开口面积。为此目的，节流部420₂具有与轴424同轴并可在其中轴向移动的轴部424′，以使节流部可突出到堵塞部420₁之外从而露出节流开口428的整个开口面积并且节流部可适配在堵塞部420₁中以完全堵住节流开口428。优选地，借助于弹簧440，节流部420₂被向下偏压到堵塞部420₁外部。
仍然要注意的是，堵塞部420₁和节流部420₂的配合壁426₁、426₂具有大于流出口422的直径。因此如下所述，可将这两部分420₁和420₂相对于管道部423设置。
图12示出了堵塞件420的打开位置，它被定位为距离流出口422一定距离。在图13中，堵塞件420处于节流位置中，堵塞件420已被下降为使得节流部420₂的边缘搁置于围绕流出口422的底座上，其中上部420₁没有覆盖(交迭)节流开口428。在该结构中，节流开口428的整个区域露出以允许冷却气体从中流过。可通过调节(通过驱动轴424调节)堵塞部420₁相对于节流部420₂的高度以覆盖节流开口428的选定部分而精密地控制气体流向聚积管416的流量。
在图14中，堵塞部4201已被下降得超过开口428并搁置于管状部423上：堵塞部处于关闭位置中。
在上述实施例中，出于简化设计和易于构造的目的，管道元件、流出口以及堵塞件通常可为环形横截面。然而，这些元件也可具有其它圆柱形形状。
应该理解，节流开口的开口面积(当未堵塞时)的合计应小于流出口所限定的开口区域。可随意设计节流口的形状以提供期望的流动特性。在上述实例中，流出开口具有沿关闭方向渐缩的梯形形状。
在一些实施例中，辅助喷射装置19、119、219设置在流出口的高度处，主要是用于清洁。
还应注意到有利的是，流动装置设计成使得液封可形成在封闭位置中。在图1至图9的实施例中，工艺流体可积聚在由管道部24、123或223与堵塞件20、120、220(处于关闭位置)的上部圆锥表面形成的V形槽中。
在图10至图14的实施例中，可通过工艺流体在由堵塞件320、420(处于关闭位置中)的侧壁与管道部323、423限定的凹槽中的积聚而形成液封。
在所有上述实施例中，罐阀60、160、260、360、460已设置在鹅颈管(在具有伸缩接头52、152......的连接部50、150......的内部)的下游以及流出口20、120、220、320、420的下游，以保证流向聚积管的气体的密闭。如本领域中公知的，罐阀可绕横轴62、162......转动并与截锥管54、154......的末端配合以在水平的、封闭位置中形成液封(归因于来自喷嘴的工艺流体积聚在其中)(例如，见图14)。
应该注意的是，所述罐阀60仅是可选的。具体地，我们认为在图10至图14的实施例中形成在堵塞件320、420的侧壁与管道部323、423之间的液封就足够了。
更具体地，关于图12的实施例，参考标号表示布置在流出口422上游的溢出装置445，以使得在堵塞件420的关闭位置(图14)中可能聚集在管道部423中的工艺流体不能超过溢出装置445的水平面。
最后，尽管图中未示出，通常应提供人工和/或可自动操作的驱动装置以便通过它们各自的轴驱动堵塞件。