“在加热富煤气焦炉或复热式焦炉时减少废气中氧化氮含量的方法和用以实施此法的焦炉组”—— 专利解析

超前30年的德国KruppKoppers焦炉设计思想——值得借鉴。
基本概念
焦炉煤气（富煤气）：指热值高、着火温度低且富含大量碳氢化合物的气态加热介质，是炼焦工业的气态产品。其中碳氢化合物在高温下易裂解为游离碳和氢气且游离碳容易沉积在煤气流通通道中引起流通通道堵塞；
贫煤气：指热值低、着火温度高且含有大量惰性组分的气态加热介质。其中惰性组分高所以贫煤气需要预热到着火温度以上才能正常燃烧。典型的贫煤气包括：高炉煤气、发生炉煤气、水煤气等；
火焰温度：气体燃烧火焰的结构非常复杂，火焰的温度也无法准确表征，通常情况下工程技术中所谓的火焰温度是指可燃气体燃烧后废气的平均温度。
焦炉是非常复杂的热工窑炉，焦炉炉体由下至上分为蓄热室、斜道、燃烧室/炭化室和炉顶。其中蓄热室用于回收高温废气的显热和预热贫煤气与空气。按照加热煤气种类不同可以分为单热式焦炉和复热式焦炉。
单热式焦炉
只采用单种煤气加热的焦炉，其中又可以分为单烧富煤气的富煤气焦炉和单烧贫煤气的贫煤气焦炉；
复热式焦炉
即可以采用富煤气又可以采用贫煤气加热的焦炉。
国际上，焦炉基本都是直接采用高炉煤气（贫煤气）、焦炉煤气（富煤气）或者混合煤气（富煤气或者贫煤气）加热。鉴于环保法规的日趋严格，各类降低NOx排放的技术应运而生，其中前端治理主要采用焦炉内部废气循环、分段加热、外部废气再循环等本领域常识性技术。
采用焦炉煤气（富煤气）加热时：
因焦炉煤气（富煤气）中的碳氢化合物在高温下容易裂解为游离碳和氢气且游离碳容易沉积于煤气通道造成通道堵塞，所以焦炉煤气（富煤气）不能预热到很高的温度，但是焦炉煤气（富煤气）中含有在低温下容易结晶析出固体颗粒的微量的有机化合物萘和其它杂质，所以焦炉煤气（富煤气）进入焦炉前，需要通过炉外换热器（煤气预热器）将其升温到50℃以上（保证萘不能结晶析出堵塞煤气通道即可），然后通过焦炉煤气（富煤气）分配系统和地下室进入焦炉；
采用贫煤气（高炉煤气）加热时：
因高炉煤气（贫煤气）中含有大量惰性组分且着火温度高，所以高炉煤气（贫煤气）和空气需要进入蓄热室（焦炉炉体内部）预热到着火温度以上（一般在1200℃以上）再分别进入燃烧室立火道汇合燃烧。
《在加热富煤气焦炉或复热式焦炉时减少废气中氧化氮含量的方法和用以实施此法的焦炉组》
申请号：89109066.5
该申请涉及一种在加热富煤气焦炉或复热式焦炉时减少废气中NOx含量的方法。
专利文件原文
专利文件（CN1043333A，公开日为1990年6月27日）公开了一种在加热富煤气焦炉或复热式焦炉时减少废气中NOx含量的方法（相当于公开了“一种前端治理的低NOx排放浓度的节能环保型炼焦工艺方法”），并具体公开了如下内容（参见说明书第2页第6段-说明书第6页第1段）：
通过本发明的外部和内部废气循环的联合，在用两种已知方法之一不能单独实现的范围内降低火焰温度是可能的。由于火焰温度降低，特别是用富煤气在底部燃烧时，可**减少焦炉内NOx的产生，而不因此损害焦炉生产能力。这种联合使得有可能符合理想地扩大混合比，而且与单独的外部废气再循环相比，这种联合明显降低了投资费用和生产成本。
        对通过掺和外部返回的废气把富煤气变成贫煤气，然后进行再生式预热做了设计。用这种方法可用一定数量的返回废气将富煤气混合（相当于公开了“将富煤气与焦炉烟道的废气混合形成混合煤气”），使其混合物的热值等于贫煤气的热值（2500至5200千焦耳/标准米3）。然后将这种 “被冲淡了的富煤气”或“人造贫煤气”像“真正的”贫煤气一样进行再生式预热（相当于公开了“将混合煤气输入换热器进行换热，经换热后的混合煤气输入焦炉中进行燃烧”）并按本发明在另将循环气流导入双联火道内的燃烧产物中。在复热式焦炉中使用本发明的加热系统。其优点时，可以取消富煤气分配系统和地下喷管室。
实施本发明方法用的富煤气焦炉或复热式焦炉的炉组有由双联火道组成的燃烧室，有在双联火道中的一级或多级燃烧，有回收废气余热的交流换热室和预热底部燃烧介质的交流换热器 设计成的炼焦炉组配备有外部废气在循环的一些装置，如：风机、吸入管道和分配管道和关闭管道、测量装置和调节装置，此外焦炉组还配备有双联火道的中间连接墙，在这些连接墙上面有回转点，下面在火道底部范围内各有一个或多个孔，废气通过这些孔由下降流到上升的或燃烧的火道中（相当于公开了“在焦炉工作的过程中，将一部分焦炉烟道中的废气重新引回到焦炉的燃烧室中，以控制焦炉燃烧室中的氧气含量”）。
专利文件还公开了（参见说明书第2页第6段）：通过本发明的外部和内部废气再循环的联合，在用两种已知方法之一不能单独实现的范围内降低火焰温度是可能的。由于火焰温度降低，特别是用富煤气在底部燃烧时，可**减少焦炉内NOx的产生。
专利文件分析
专利文件中 “通过掺和外部返回的废气把富煤气变成贫煤气” 与 “这种“被冲淡了的富煤气”或“人造贫煤气”像“真正的”贫煤气一样进行再生式预热“说明专利文件的技术改变了加热煤气的性质，另外专利文件中”可以取消富煤气分配系统和地下喷管室“也说明了煤气性质的改变同时也说明了再生式预热就是焦炉蓄热室；另外，通过掺混废气以调节煤气热值是相关工业领域常识（参见：《城镇燃气设计规范》 GB50028-2006 8.4 气化站和混气站）；
专利文件中应该是将“将混合煤气（贫煤气）输入换热器（蓄热室）进行换热，经换热后的混合煤气（贫煤气）输入焦炉中进行燃烧”，另外，混合煤气（贫煤气）在进入各类工业窑炉前先进入蓄热室预热到着火温度以上是工程常识（参见：《现代炼焦生产技术手册》 冶金工业出版社 3 炉体和设备 6 焦炉热工）；
专利文件中“相当于公开了“在焦炉工作的过程中，将一部分焦炉烟道中的废气重新引回到焦炉的燃烧室中，以控制焦炉燃烧室中的氧气含量” 该处内容说明的焦炉内部废气再循环，另外焦炉内部废气再循环是国际上焦炉设计的常识（参见：《现代炼焦生产技术手册》 冶金工业出版社 3 炉体和设备 6 焦炉热工）；
专利文件中~的研究分析结论如下：
专利文件公开的技术核心内容为：通过掺和外部返回的废气把富煤气转变为混合煤气（贫煤气）。调整后的混合煤气（贫煤气）可以利用复热式焦炉的现有的贫煤气加热系统进行预热分配等操作，而富煤气系统的设备可取消（详见：，专利文件“可以取消富煤气分配系统和地下喷管室”）。专利文件公开的内容是将外部返回的废气掺和到富煤气（焦炉煤气）中，实现富煤气（焦炉煤气）的贫化即煤气性质的发生根本性改变，富煤气（焦炉煤气）性质改变后的所谓“混合煤气”的物理化学性质与真正的贫煤气差别不大，正如专利文件中所述： “被冲淡了的富煤气”或“人造贫煤气”像“真正的”贫煤气一样进行再生式预热（相当于公开了“将混合煤气输入换热器进行换热，经换热后的混合煤气输入焦炉中进行燃烧”）。
专利文件技术路线：
富煤气（焦炉煤气）——>掺混烟道废气——>混合煤气（贫煤气&热值降低）——>适用于贫煤气加热系统。