基于TRIZ理论的新型熄焦装置设计*

刘 李，于 琳， 杨纪元，赵振宁

(辽宁科技大学化学工程学院，辽宁 鞍山 114051)

所谓熄焦，就是将炼制成的赤热焦炭冷却到便于运输和储存的温度的进程，熄焦在炼焦工艺过程中也是极为重要，直接影响到了焦炭的质量[1]。熄焦可分为湿法熄焦和干法熄焦，工业常用的便是湿法熄焦[2]。常规湿法熄焦工艺简便，成本较低，但是不能回收利用高温下焦炭的余热，对环境也有很大的破坏。近年来，针对传统湿法熄焦工艺的污染严重、低效率、低质量、耗水量大等问题，程俊等[3]研究了一种低水分湿法熄焦的熄焦塔，使熄焦效率大幅上升，节约了熄焦时间，有效地降低了湿法熄焦结束后焦炭的含水量。卢保健[4]提出了一种焦台远程控制喷淋熄焦装置，可以稳定控制焦炭水分。孙中强等[5]设计了一种无尾气排放的湿法熄焦装置，减轻环境污染。但针对耗水量大、焦炭质量不高的解决方案较少。因此，基于TRIZ理论的技术矛盾和物理矛盾的解决原理，对现有的湿法熄焦装置进行创新设计，得到更优性能的熄焦装置。

1 TRIZ理论的介绍及应用

1.1 TRIZ理论介绍

图1 应用TRIZ解决问题步骤Fig.1 Apply TRIZ problem solving steps

TRIZ=方法学+知识库，是前苏联的天才发明家和创造创新学家根里奇·阿奇舒勒建立起的一整套体系化、实用的解决发明问题的理论措施体系。

TRIZ理论成功地揭示了在创造一个发明时，要遵循的内在发展规律和原理，着力于澄清和强调管理系统中存在的矛盾，其目的是能够很好地处理技术矛盾与物理并获得最优解，不是采取妥协或妥协的方式，而是根据技术发展和演化的规律来研发整个设计和开发进程。

表1 TRIZ 40个发明原理Table 1 TRIZ 40 invention principles

TRIZ理论在发展过程中，逐渐总结出了39个工艺参数及40个创新原理。通过分析大量的优秀的、有代表性的、实用的专利，搞清楚这些专利是如何解决问题的，再通过学习它们解决问题的方式，来创造性地解决问题。

1.2 应用TRIZ理论分析熄焦装置

1.2.1 物理矛盾及解决方案

物理矛盾的定义，简单来说就是同一参数的特性相互矛盾，而在熄焦装置中便有物理矛盾的体现。

在熄焦过程中用水量的多少直接关系到所得焦炭质量的好坏。若用水量过少，会造成熄焦不充分，剩余大量的红焦；若用水量过多，虽能够得到更高质量的焦炭，但却会使熄焦成本上升。解决这一物理矛盾我们可以采用分离的方法来应对用水量多与少这一矛盾我们可以采用时间分离方法，应用抛弃与再生原理。即在熄焦过程中先消耗大量水，熄焦完成后，应用水循环系统如图3所示，使耗水量又明显下降。这样便很好的解决了熄焦过程耗水量多与少这一物理矛盾。

图2 水循环系统Fig.2 Water-cycling system

图3 新型熄焦装置结构Fig.3 New structure of coke quenching device

1.2.2 技术矛盾及其解决方案

技术矛盾可定义为系统中两个子系统之间的矛盾：

在旧式熄焦装置中，熄焦过程是熄焦车进入熄焦塔底部，进行熄焦，因为焦炭厚度大，使得熄焦车上部焦炭熄焦效果好，而下部焦炭熄焦效果差；但在新式熄焦装置中，通过借助中介物原理引入了焦炭传送带，使熄焦过程在焦炭传送带上进行，焦炭厚度降低，熄焦效果更好，此外，还使得熄焦时间减少，节约了成本。

在新型熄焦装置中，焦炭传送带的引入便体现了技术矛盾，焦炭传送带可以降低焦炭的相对厚度，减少熄焦时间，得到更高质量的焦炭。但是，焦炭传送带的引入又使得系统的复杂性增加，可维修性降低。得到了更高质量的焦炭却使系统复杂化程度便大，正好对应了有用功能加强导致系统变得复杂化，是技术矛盾的体现。

2 新型熄焦装置优点

(1)提高焦炭质量，降低红焦产量。将熄焦车上的焦炭转移到熄焦塔内的传送板上，使传送板上的焦炭厚度相对于熄焦车来说大幅降低，使熄焦过程进行的更加的充分，从而得到更高质量的焦炭。

(2)减少了熄焦时间。由于焦炭的相对厚度降低，焦炭的熄焦过程更加顺利，减少了熄焦所用时间。

(3)减少了对环境的危害。由于采用了密闭式处理，最大限度的阻止了水蒸气溢出熄焦塔，最大限度地降低了对环境的危害。

此外，在熄焦塔内和熄焦塔与冷凝塔的连接装置中均设立除尘装置，去除固体杂质。

(4)降低了耗水量。将熄焦过程中产生的废水排入污水沉淀净化池，去污后用于喷雾头用水，达到循环利用。

此外，通过在冷凝塔内对水蒸气进行冷凝，水蒸气遇冷凝结成水滴，然后回收循环利用，降低了耗水量。

3 新型熄焦装置设备介绍

通过对比一些较为先进的装置，如：李荣等[6]的智能放焦机，张志强等[7]的水式立体湿法熄焦车箱，我们设计出了一种新型熄焦装置。

熄焦塔底部设进出口，进出口处设有电动升降门。熄焦车车厢搭配升降台使用，升降台用于固定熄焦车车厢，并将车厢中的红焦尽数倾倒于传送带上，使红焦铺排开，在传送带的上方设有喷淋装置和暗口，喷淋装置均匀喷洒水雾，使焦炭都得到充分冷却。传送带的尽头布有细网，其作用在于防止焦炭掉入污水沉淀净化池。底部与污水沉淀净化池相接。

熄焦塔内初步冷凝熄焦产生的高温气体。熄焦塔塔体内部优先设立多级的板式换热器，可用于与蒸汽进行换热，并且排出冷凝水和含有蒸汽的饱和空气混和物，达成初步降温目的。降温结束后，因为在熄焦塔塔体顶端设立了单向的电动翻板阀，使塔体形成了密闭空间，阻止了空气进入熄焦塔，并减少了蒸汽溢出塔外。

冷却塔塔体和熄焦塔塔体之间通过蒸汽导管连接有除尘装置，用于去除固体杂质。

冷却塔内对除尘过后的气体进行二次冷却。冷却塔塔体内设有喷雾降温装置，起二次降温作用。在冷却塔塔体的顶端同样设立有暗口，在高位的塔壁一侧设立排风口，避免装置因高压而遭到损坏。

冷却塔塔体底部安装输出管，输出冷凝后得到的废水至污水沉淀净化池中。在净化池中安有循环水泵，其本体伸出一根输入管，吸收净水，再伸出几根输送管，用于输送净水至喷淋装置、喷雾降温装置和暗口。在输送过程中添加一、二、三号水泵，用于减少输送压力。

每一个暗口中均设有全自动耐高温喷雾头，在每次熄焦完毕后，可打开暗口，对设备进行降温。

4 结 论

本文介绍了一种新型的熄焦装置，该装置与旧有的熄焦装置相比具有显著优势，可显著减少熄焦过程所用时间。同时，对比传统装置所得焦炭，新型熄焦装置所得焦炭质量更高。

此外，这一新型的熄焦装置，也为之后炼焦产业的创新提供了一条新的思路。