馬愛玲

(河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院，河南 焦作 454100)

山西某焦化企業(yè)現(xiàn)有一座年產(chǎn)60萬t的QRD-2000清潔型熱回收焦?fàn)t，該爐設(shè)計(jì)可大量配入瘦煤、貧瘦煤等變質(zhì)程度高、揮發(fā)分低的煤種，經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐，瘦煤的配入量最高可達(dá)45%. 因此，配合煤揮發(fā)分較低為21%～23%，理論全焦產(chǎn)率可達(dá)79%～82%，理論噸焦耗煤僅為1.26～1.28 t. 但在實(shí)際生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，該爐噸焦耗煤一直高達(dá)1.36 t左右，較理論預(yù)測(cè)高出0.07 t左右，按照該爐3.5萬t/月產(chǎn)量計(jì)算，導(dǎo)致經(jīng)營成本上升490萬元/月。

1 清潔型熱回收焦?fàn)t工藝

該焦?fàn)t采用山西省化工設(shè)計(jì)院的專利技術(shù)QRD-2000清潔型熱回收搗固式機(jī)焦?fàn)t，建有8×16孔炭化室，配套2×15 MW余熱發(fā)電機(jī)組，炭化室全長(zhǎng)13 340 mm，全寬3 596 mm，全高2 758 mm，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力60萬t/年，年發(fā)電量210 GWh.

基本工藝流程如下：原料煤經(jīng)購回后存放于半地下式堆煤場(chǎng)，根據(jù)配煤方案比例，不同煤種按比例經(jīng)配煤倉進(jìn)入配煤皮帶，配合煤經(jīng)破碎機(jī)破碎混合后，由輸煤棧橋運(yùn)入煤塔，裝煤車行至煤塔下方，搖動(dòng)給料機(jī)將煤均勻逐層給入裝煤車的煤箱內(nèi)，用固定搗固機(jī)分層搗實(shí)，然后將搗好的煤餅由裝煤車按作業(yè)計(jì)劃從焦?fàn)t機(jī)側(cè)裝入炭化室。煤餅在850～950 ℃的溫度下高溫干餾，經(jīng)過規(guī)定的結(jié)焦時(shí)間后，成熟的焦炭被推焦車推出落入熄焦車內(nèi)，由熄焦車送至熄焦塔下用水噴灑熄焦，熄焦后的焦炭由熄焦車放焦閘門將焦炭放至涼焦臺(tái)，未熄滅的紅焦在涼焦臺(tái)上經(jīng)補(bǔ)充熄焦、涼焦后，由刮板放焦機(jī)放至皮帶送焦場(chǎng)或焦倉。清潔型焦?fàn)t不回收焦?fàn)t煤氣，將其直接在炭化室上部空間、爐底火道內(nèi)燃燒，放出的熱量供煉焦使用，在爐頂補(bǔ)充空氣，燒盡廢氣中的可燃成分。從底部煙道出來的氣體，進(jìn)入同側(cè)爐墻的上升煙道，再進(jìn)入位于焦?fàn)t頂上中間部位的廢熱管道中。一組焦?fàn)t共用一根廢熱管道，熱廢氣進(jìn)入余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽帶動(dòng)蒸汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電。工藝流程圖見圖1.

圖1 QRD-2000焦化生產(chǎn)工藝示意圖

2 噸焦耗煤高的因素分析

1) 工藝特點(diǎn)的影響。

熱回收焦?fàn)t不同于常規(guī)煉焦?fàn)t，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了獨(dú)特的加熱調(diào)節(jié)方式。常規(guī)焦?fàn)t煉焦時(shí)產(chǎn)生的荒煤氣要送出爐外，凈化后再送回焦?fàn)t，供焦?fàn)t加熱，煤氣量易于控制，可通過調(diào)節(jié)加熱煤氣量，達(dá)到對(duì)焦?fàn)t調(diào)控的目的。但熱回收焦?fàn)t產(chǎn)生的荒煤氣，是在爐內(nèi)直接燃燒，產(chǎn)多少燒多少，煤氣量隨配煤的揮發(fā)分、爐溫和結(jié)焦時(shí)間的變化很大。在結(jié)焦初期，荒煤氣中含有大量的水分，可燃成分少，煤氣熱值低。隨著煤中水分的不斷排出，到結(jié)焦中期，高熱值煤氣大量發(fā)生，爐內(nèi)煤氣過剩，在爐內(nèi)無法完全燃燒。在結(jié)焦后期，隨著煤氣發(fā)生量的減少，煤氣中的碳?xì)浠衔镆搽S之減少，煤氣熱值降低，自產(chǎn)的荒煤氣不夠加熱用，會(huì)燒掉炭化室內(nèi)部分焦炭。

2) 爐門密封的影響。

QRD-2000型焦?fàn)t爐門密封主要依靠爐門與爐門框的剛性接觸，由于爐門與爐門框之間存在縫隙，傳統(tǒng)使用石棉將縫隙堵住，爐門四個(gè)角、爐門掛耳處密封不嚴(yán)漏氣，而該爐又是負(fù)壓操作，大量空氣通過爐門縫隙進(jìn)入炭化室內(nèi)，造成炭化室溫度過高，爐門燒損加快，焦餅化焦率增大。

3) 爐頂配風(fēng)的影響。

由于炭化室內(nèi)煤氣量的產(chǎn)生是不斷變化的，因此，對(duì)升溫趨勢(shì)的控制主要體現(xiàn)在對(duì)空氣量的控制，熱回收焦?fàn)t空氣分兩次配入，第一次由爐頂配風(fēng)，直接進(jìn)入爐頂空間燃燒，燃燒剩余的煤氣與廢氣通過四聯(lián)火道進(jìn)入爐底，二次配風(fēng)進(jìn)行燃燒，通過爐底對(duì)焦餅進(jìn)行加熱。爐頂一次配風(fēng)的情況直接影響爐底二次配風(fēng)的調(diào)節(jié)操作，影響整個(gè)焦餅的升溫加熱。

4) 焦?fàn)t砌體的影響。

焦?fàn)t頂部為露天建設(shè)，且投產(chǎn)年限較長(zhǎng)，經(jīng)長(zhǎng)期雨雪沖刷，焦?fàn)t頂部砌體由于熱脹冷縮等作用，頂部膨脹縫松動(dòng)，砌體間隙增大，部分頂部砌體存在竄漏，冷空氣從砌體間隙進(jìn)入炭化室內(nèi)部，造成炭化室吸力較難控制。

3 改進(jìn)措施

1) 焦餅鋪灰。

由于熄焦粉在2018年被列入固體廢物，禁止摻入焦炭外銷，因此，該企業(yè)決定將2～4 mm的熄焦粉鋪在焦餅表面，一方面廢物利用、避免污染，另一方面使其代替焦炭燒損，達(dá)到提升焦炭產(chǎn)量，降低噸焦耗煤的目的(每爐約需要920 kg熄焦粉，870爐可消化熄焦粉800 t/月)。為保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，試驗(yàn)選取了兩個(gè)爐號(hào)，兩種配煤方案，所有數(shù)據(jù)采取現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際過磅方式，避免了數(shù)據(jù)誤差。焦餅未鋪焦粉前噸焦耗煤見表1.

表1 焦餅未鋪焦粉前噸焦耗煤試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

由表1看出，未鋪灰前的噸焦耗煤確實(shí)較高，濕基分別為1.41 t、1.37 t；干基分別為1.39 t、1.33 t，較理論預(yù)測(cè)高出0.05～0.09 t. 將焦餅表面鋪熄焦粉2～4 mm，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2.

表2 焦餅鋪焦粉后噸焦耗煤試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

由表2可以看出，在焦餅鋪熄焦粉后，濕基噸焦耗煤由1.37～1.41 t下降到了1.33～1.36 t，干基噸焦耗煤由1.33～1.39 t下降到了1.29～1.34 t，噸焦耗煤降低了0.04～0.05 t，與理論的差值由0.05～0.08 t減小至0.01～0.03 t，確實(shí)起到了降低噸焦耗煤的作用。

2) 提高爐門嚴(yán)密性。

為了解決密封問題，借鑒機(jī)械上為保證氣密性使用的墊片，將石棉當(dāng)做墊片，使用卡子將石棉固定在爐門上、左、右3個(gè)部位的內(nèi)側(cè)，利用托輥對(duì)爐門的壓力用石棉將爐門與爐門框接觸面密封嚴(yán)實(shí)。通過以上方法，提高了爐門嚴(yán)密性，減小了化焦率，單項(xiàng)統(tǒng)計(jì)每爐可減少化焦0.1 t.

3) 增設(shè)配風(fēng)口。

利用中空注漿錨桿進(jìn)行鉆孔，中空錨桿的錨桿體采用中空設(shè)計(jì)，桿體中孔作為鉆進(jìn)水通道，在鉆孔的過程中，采用水冷降溫的方法，接通降溫水，與實(shí)心桿體相比，中空桿體設(shè)計(jì)可獲得更好的剛度和抗剪強(qiáng)度。根據(jù)爐頂厚度，在距拱頂連接中部爐墻頂端進(jìn)行鉆孔施工，避免在坡底鉆孔，防止水流進(jìn)入炭化室內(nèi)部損壞焦?fàn)t砌體，鉆孔與焦?fàn)t主墻下降火道相連接，連接后在頂部安裝調(diào)節(jié)風(fēng)門，防止雨水進(jìn)入，同時(shí)起到定期配風(fēng)作用。

4) 對(duì)爐體空隙進(jìn)行灌漿保溫。

采用3層保溫步驟：第1層對(duì)原有砌體縫隙進(jìn)行吹掃灌漿，灌漿材料選用耐高溫涂抹料，具有良好的流動(dòng)性及可塑性，較高的耐火度與荷重軟化溫度；中間層采用海泡石保溫料，材質(zhì)輕，保溫效果好；最外層采用纖維涂抹料，該材料由纖維針刺毯為原料加入無機(jī)結(jié)合劑、膨脹劑、無機(jī)耐火纖維。通過以上方法，焦?fàn)t嚴(yán)密性大大提升，減少熱量散失，焦?fàn)t需熱量減少，有效避免了后期低熱值煤氣期間對(duì)焦炭的燒損。

4 改進(jìn)效果

1) 通過焦餅鋪灰保護(hù)了頂層焦炭，減少了因工藝因素導(dǎo)致的焦炭燒損。按噸焦耗煤降低0.05 t計(jì)算，該廠每月生產(chǎn)3.5萬t焦炭，減少煤耗約1 750 t，按該廠入爐煤成本2018年累計(jì)1 200元/t(含稅到廠價(jià))計(jì)算，可降低成本約210萬元/月，同時(shí)可消化9 600 t熄焦粉。

2) 通過爐門密封減少空氣進(jìn)入，保護(hù)了較易燒損的爐頭焦炭。按每爐減少爐頭化焦0.1 t計(jì)算，該廠每月生產(chǎn)870爐焦炭，減少化焦約87 t，按該廠焦炭2018年全年累計(jì)售價(jià)2 011元/t(大塊焦含稅出廠價(jià))計(jì)算，可增收約17.5萬元/月。

3) 通過中空錨桿鉆孔增加頂部配風(fēng)，配風(fēng)充足，降低了調(diào)火、調(diào)吸力的難度，保證了焦炭按照計(jì)劃結(jié)焦成熟。

4) 通過爐體灌漿避免竄漏，爐體嚴(yán)密性大大提高，有效避免了焦炭燒損。

5 結(jié) 論

通過以上措施的實(shí)施，該企業(yè)噸焦耗煤下降了0.04～0.05 t，爐頭化焦減少0.1 t/爐，每月可提升利潤約230萬元，同時(shí)可消化9 600 t熄焦粉，提升經(jīng)營利潤的同時(shí)，兼顧環(huán)保效益，避免污染，該措施適用于同類型清潔型熱回收焦?fàn)t。