基于TRIZ理論的新型熄焦裝置設計*

劉 李，于 琳， 楊紀元，趙振寧

(遼寧科技大學化學工程學院，遼寧 鞍山 114051)

所謂熄焦，就是將煉制成的赤熱焦炭冷卻到便于運輸和儲存的溫度的進程，熄焦在煉焦工藝過程中也是極為重要，直接影響到了焦炭的質量[1]。熄焦可分為濕法熄焦和干法熄焦，工業常用的便是濕法熄焦[2]。常規濕法熄焦工藝簡便，成本較低，但是不能回收利用高溫下焦炭的余熱，對環境也有很大的破壞。近年來，針對傳統濕法熄焦工藝的污染嚴重、低效率、低質量、耗水量大等問題，程俊等[3]研究了一種低水分濕法熄焦的熄焦塔，使熄焦效率大幅上升，節約了熄焦時間，有效地降低了濕法熄焦結束后焦炭的含水量。盧保健[4]提出了一種焦臺遠程控制噴淋熄焦裝置，可以穩定控制焦炭水分。孫中強等[5]設計了一種無尾氣排放的濕法熄焦裝置，減輕環境污染。但針對耗水量大、焦炭質量不高的解決方案較少。因此，基于TRIZ理論的技術矛盾和物理矛盾的解決原理，對現有的濕法熄焦裝置進行創新設計，得到更優性能的熄焦裝置。

1 TRIZ理論的介紹及應用

1.1 TRIZ理論介紹

圖1 應用TRIZ解決問題步驟Fig.1 Apply TRIZ problem solving steps

TRIZ=方法學+知識庫，是前蘇聯的天才發明家和創造創新學家根里奇·阿奇舒勒建立起的一整套體系化、實用的解決發明問題的理論措施體系。

TRIZ理論成功地揭示了在創造一個發明時，要遵循的內在發展規律和原理，著力于澄清和強調管理系統中存在的矛盾，其目的是能夠很好地處理技術矛盾與物理并獲得最優解，不是采取妥協或妥協的方式，而是根據技術發展和演化的規律來研發整個設計和開發進程。

表1 TRIZ 40個發明原理Table 1 TRIZ 40 invention principles

TRIZ理論在發展過程中，逐漸總結出了39個工藝參數及40個創新原理。通過分析大量的優秀的、有代表性的、實用的專利，搞清楚這些專利是如何解決問題的，再通過學習它們解決問題的方式，來創造性地解決問題。

1.2 應用TRIZ理論分析熄焦裝置

1.2.1 物理矛盾及解決方案

物理矛盾的定義，簡單來說就是同一參數的特性相互矛盾，而在熄焦裝置中便有物理矛盾的體現。

在熄焦過程中用水量的多少直接關系到所得焦炭質量的好壞。若用水量過少，會造成熄焦不充分，剩余大量的紅焦；若用水量過多，雖能夠得到更高質量的焦炭，但卻會使熄焦成本上升。解決這一物理矛盾我們可以采用分離的方法來應對用水量多與少這一矛盾我們可以采用時間分離方法，應用拋棄與再生原理。即在熄焦過程中先消耗大量水，熄焦完成后，應用水循環系統如圖3所示，使耗水量又明顯下降。這樣便很好的解決了熄焦過程耗水量多與少這一物理矛盾。

圖2 水循環系統Fig.2 Water-cycling system

圖3 新型熄焦裝置結構Fig.3 New structure of coke quenching device

1.2.2 技術矛盾及其解決方案

技術矛盾可定義為系統中兩個子系統之間的矛盾：

在舊式熄焦裝置中，熄焦過程是熄焦車進入熄焦塔底部，進行熄焦，因為焦炭厚度大，使得熄焦車上部焦炭熄焦效果好，而下部焦炭熄焦效果差；但在新式熄焦裝置中，通過借助中介物原理引入了焦炭傳送帶，使熄焦過程在焦炭傳送帶上進行，焦炭厚度降低，熄焦效果更好，此外，還使得熄焦時間減少，節約了成本。

在新型熄焦裝置中，焦炭傳送帶的引入便體現了技術矛盾，焦炭傳送帶可以降低焦炭的相對厚度，減少熄焦時間，得到更高質量的焦炭。但是，焦炭傳送帶的引入又使得系統的復雜性增加，可維修性降低。得到了更高質量的焦炭卻使系統復雜化程度便大，正好對應了有用功能加強導致系統變得復雜化，是技術矛盾的體現。

2 新型熄焦裝置優點

(1)提高焦炭質量，降低紅焦產量。將熄焦車上的焦炭轉移到熄焦塔內的傳送板上，使傳送板上的焦炭厚度相對于熄焦車來說大幅降低，使熄焦過程進行的更加的充分，從而得到更高質量的焦炭。

(2)減少了熄焦時間。由于焦炭的相對厚度降低，焦炭的熄焦過程更加順利，減少了熄焦所用時間。

(3)減少了對環境的危害。由于采用了密閉式處理，最大限度的阻止了水蒸氣溢出熄焦塔，最大限度地降低了對環境的危害。

此外，在熄焦塔內和熄焦塔與冷凝塔的連接裝置中均設立除塵裝置，去除固體雜質。

(4)降低了耗水量。將熄焦過程中產生的廢水排入污水沉淀凈化池，去污后用于噴霧頭用水，達到循環利用。

此外，通過在冷凝塔內對水蒸氣進行冷凝，水蒸氣遇冷凝結成水滴，然后回收循環利用，降低了耗水量。

3 新型熄焦裝置設備介紹

通過對比一些較為先進的裝置，如：李榮等[6]的智能放焦機，張志強等[7]的水式立體濕法熄焦車箱，我們設計出了一種新型熄焦裝置。

熄焦塔底部設進出口，進出口處設有電動升降門。熄焦車車廂搭配升降臺使用，升降臺用于固定熄焦車車廂，并將車廂中的紅焦盡數傾倒于傳送帶上，使紅焦鋪排開，在傳送帶的上方設有噴淋裝置和暗口，噴淋裝置均勻噴灑水霧，使焦炭都得到充分冷卻。傳送帶的盡頭布有細網，其作用在于防止焦炭掉入污水沉淀凈化池。底部與污水沉淀凈化池相接。

熄焦塔內初步冷凝熄焦產生的高溫氣體。熄焦塔塔體內部優先設立多級的板式換熱器，可用于與蒸汽進行換熱，并且排出冷凝水和含有蒸汽的飽和空氣混和物，達成初步降溫目的。降溫結束后，因為在熄焦塔塔體頂端設立了單向的電動翻板閥，使塔體形成了密閉空間，阻止了空氣進入熄焦塔，并減少了蒸汽溢出塔外。

冷卻塔塔體和熄焦塔塔體之間通過蒸汽導管連接有除塵裝置，用于去除固體雜質。

冷卻塔內對除塵過后的氣體進行二次冷卻。冷卻塔塔體內設有噴霧降溫裝置，起二次降溫作用。在冷卻塔塔體的頂端同樣設立有暗口，在高位的塔壁一側設立排風口，避免裝置因高壓而遭到損壞。

冷卻塔塔體底部安裝輸出管，輸出冷凝后得到的廢水至污水沉淀凈化池中。在凈化池中安有循環水泵，其本體伸出一根輸入管，吸收凈水，再伸出幾根輸送管，用于輸送凈水至噴淋裝置、噴霧降溫裝置和暗口。在輸送過程中添加一、二、三號水泵，用于減少輸送壓力。

每一個暗口中均設有全自動耐高溫噴霧頭，在每次熄焦完畢后，可打開暗口，對設備進行降溫。

4 結 論

本文介紹了一種新型的熄焦裝置，該裝置與舊有的熄焦裝置相比具有顯著優勢，可顯著減少熄焦過程所用時間。同時，對比傳統裝置所得焦炭，新型熄焦裝置所得焦炭質量更高。

此外，這一新型的熄焦裝置，也為之后煉焦產業的創新提供了一條新的思路。