趙華，周鵬，馬銀華，黨平，代成，彭磊

（1.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009；2.鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧 營口 115007）

為了使焦?fàn)t各炭化室的焦餅在規(guī)定結(jié)焦時間內(nèi)沿長向和高向均勻成熟，達(dá)到焦?fàn)t穩(wěn)產(chǎn)、低耗、長壽的目的，需嚴(yán)格執(zhí)行焦?fàn)t加熱制度。焦?fàn)t邊火道位于焦?fàn)t兩側(cè)，常由于供熱不足或摘開爐門時冷卻速度快，導(dǎo)致其溫度偏低，出現(xiàn)爐頭部位焦炭不能按時成熟、焦炭品質(zhì)降低、推焦過程中冒黑煙、推焦困難等狀況。鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉焦部（以下簡稱“鲅魚圈”）有7 m 52孔JNX-70-2型焦?fàn)t4座，基于焦?fàn)t邊火道熱工現(xiàn)狀，分析了邊火道熱工管理存在問題，并進(jìn)行了邊火道熱工管理優(yōu)化實(shí)踐，本文對此做一介紹。

1 焦?fàn)t邊火道熱工現(xiàn)狀

鲅魚圈7 m焦?fàn)t結(jié)焦時間為19 h，日常熱工測量得到的焦?fàn)t邊火道溫度如表1所示。由表1可以看出，焦?fàn)t邊火道機(jī)側(cè)溫度低于標(biāo)準(zhǔn)溫度175℃以上，焦側(cè)溫度低于標(biāo)準(zhǔn)溫度182℃以上。且結(jié)焦時間越長，整個焦餅成熟度不均勻現(xiàn)象越嚴(yán)重。

表1 鲅魚圈7 m焦?fàn)t邊火道溫度Table 1 Temperature of Side Flue to 7 m Coke Oven in Bayuquan Branch ℃

為了避免焦?fàn)t邊火道溫度過低，影響焦?fàn)t生產(chǎn)，提高了標(biāo)準(zhǔn)溫度，但過高的標(biāo)準(zhǔn)溫度導(dǎo)致炭化室中部焦炭過火，而機(jī)側(cè)和焦側(cè)邊火道溫度仍達(dá)不到不低于1 100℃的技術(shù)要求，邊火道位置焦炭成熟度依舊較差，且推焦過程中爐頭焦冒大煙，干熄焦旋轉(zhuǎn)焦罐掛焦現(xiàn)象嚴(yán)重，給生產(chǎn)及環(huán)保造成很大困擾。

2 焦?fàn)t邊火道熱工存在問題分析

2.1 爐頭熱損失大

鲅魚圈7 m焦?fàn)t原設(shè)計炭化室爐門內(nèi)襯由堇青石、隔熱磚和托磚板構(gòu)成（總厚度515 mm），存在使用壽命短、維修量大、結(jié)石墨嚴(yán)重、保溫性能差等問題。由于爐頭部位散熱本身就很大，且爐門保溫效果差，因此，焦?fàn)t爐頭部位熱量散失較多，溫度降低較大。

2.2 斜道正面竄漏

由于鲅魚圈7 m焦?fàn)t斜道正面突露在外部，耐火泥料會受到風(fēng)化剝蝕，且耐火泥料配比不合理，造成火泥固化時間過長，在交換機(jī)吸力作用下會被抽吸掉。同時，由于缺乏合理的熱修方法，造成斜道部位膨脹縫竄漏，空氣進(jìn)入斜道與煤氣混合，一部分煤氣在斜道內(nèi)提前燃燒，導(dǎo)致進(jìn)入立火道的煤氣熱值降低，焦?fàn)t頭部高向加熱均勻性變差，爐頭溫度降低，焦炭成熟度變差。

2.3 邊火道浮力差的影響

正常結(jié)焦時間內(nèi)，爐頭一對火道之間存在一定的溫度差，使其浮力差為1～2 Pa。特別是采用貧煤氣加熱時，因其有利于邊部第2火道的加熱，不利于邊部第1火道的加熱，此浮力差值會隨著炭化室增高和結(jié)焦時間的延長而增大。且當(dāng)結(jié)焦時間延長時，由于氣量的減少還會使斜道阻力大幅度下降，浮力差所影響的氣量也隨之增大，進(jìn)入第1火道的煤氣量越少，造成邊火道溫度越低。

3 焦?fàn)t邊火道熱工改進(jìn)措施

3.1 爐門耐材改質(zhì)

爐頭熱損失很大一部分是通過爐門熱傳導(dǎo)損失掉的，在同樣結(jié)焦時間和加熱煤氣量供給情況下，傳熱系數(shù)越低的耐材熱損失越少，爐門耐材傳熱系數(shù)統(tǒng)計表如表2所示，可以看出，堇青石掛釉磚爐門熱損失最低，堅甲澆注料爐門熱損失其次。因此，分別采用傳熱系數(shù)更低的堅甲澆注料、堇青石掛釉磚替代原有爐門內(nèi)襯材質(zhì)，對原有爐門耐材進(jìn)行改質(zhì)。

表2 爐門耐材傳熱系數(shù)統(tǒng)計表Table 2 Statistical Table for Heat Transfer Coefficient for Oven Door Refractory

3.2 應(yīng)用斜道正面竄漏修補(bǔ)新技術(shù)

應(yīng)用斜道正面竄漏修補(bǔ)新技術(shù)，提高焦?fàn)t嚴(yán)密性，降低邊火道焦?fàn)t加熱煤氣的損失，具體方法為：①運(yùn)用耐火泥、二氧化硅、磷酸和水浸泡散股純石棉繩，浸泡時間為一天以上；② 清掃干凈斜道正面縫隙內(nèi)的雜物；③按照斜道正面的縫隙大小將散股純石棉繩捻成稍大于磚縫的繩；④用自制工具將石棉繩平推進(jìn)磚縫內(nèi)；⑤縫隙用耐火泥填平；⑥外部斜道正面用耐火泥加膠粉刷。

3.3 增加焦?fàn)t輔助加熱系統(tǒng)

針對焦?fàn)t邊火道加熱煤氣供給量相對不足的問題，提出對焦?fàn)t邊火道進(jìn)行補(bǔ)充加熱。目前，國內(nèi)大部分焦化廠焦?fàn)t邊火道熱工管理優(yōu)化均采用在焦?fàn)t煤氣管道搬眼，增加交換旋塞、加減旋塞和孔板盒等焦?fàn)t煤氣加熱所需備件，鋪設(shè)相應(yīng)的煤氣管道的方法。鲅魚圈7 m焦?fàn)t新增焦?fàn)t輔助加熱系統(tǒng)（見圖1），利用焦?fàn)t煤氣現(xiàn)有的交換旋塞和橫管，通過改進(jìn)相應(yīng)的煤氣管道、增加四通旋塞等管線設(shè)備和改進(jìn)焦?fàn)t頭部火道小噴管，優(yōu)化焦?fàn)t煤氣加熱工藝，改善邊火道熱工管理，建成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的焦?fàn)t輔助加熱系統(tǒng)及其調(diào)節(jié)控制方法。該方法與國內(nèi)目前普遍采用的方案相比更具優(yōu)勢，其不需要增加焦?fàn)t煤氣加熱備件，僅鋪設(shè)相應(yīng)的煤氣管道即可實(shí)現(xiàn)，投資費(fèi)用降低25%左右。

圖1 焦?fàn)t輔助加熱系統(tǒng)Fig.1 Auxiliary Heating System for Coke Oven

3.4 改進(jìn)加熱煤氣管道末端壓力保護(hù)方式

鲅魚圈7 m焦?fàn)t屬于復(fù)熱式焦?fàn)t，可單獨(dú)采用焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣或者混合煤氣加熱。正常生產(chǎn)情況下，加熱煤氣管道末端壓力偏低，易造成管道回火爆炸，存在安全隱患。為此，一般采取DCS控制系統(tǒng)，當(dāng)管道壓力低于設(shè)定值時，DCS向交換機(jī)系統(tǒng)發(fā)出指令，采取關(guān)門、停止加熱的方式，避免管道末端壓力過低出現(xiàn)回火爆炸。鲅魚圈7 m焦?fàn)t設(shè)計為，采用焦?fàn)t煤氣加熱時，DCS判斷條件為焦?fàn)t煤氣管道末端壓力；采用高爐煤氣加熱時，DCS判斷條件為高爐煤氣管道末端壓力，但當(dāng)采用高爐煤氣加熱，焦?fàn)t煤氣輔助爐頭加熱的方式優(yōu)化加熱效果時，高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣同時使用，DCS僅判斷焦?fàn)t煤氣管道末端壓力，如果出現(xiàn)高爐煤氣管道末端壓力偏低情況，DCS無法進(jìn)行判斷并給出交換機(jī)關(guān)門指令，故存在高爐煤氣管道回火爆炸的危險。

因此，對鲅魚圈7 m焦?fàn)tDCS控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，將原來的兩種模式即焦?fàn)t煤氣模式和高爐煤氣模式改為三種模式即焦?fàn)t煤氣模式、高爐煤氣模式和輔助加熱模式。采用前兩種模式時DCS判斷條件不變；采用輔助加熱模式時，DCS同時判斷焦?fàn)t煤氣管道末端壓力和高爐煤氣管道末端壓力，出現(xiàn)任何一個管道末端壓力低于設(shè)定值時，DCS就向交換機(jī)系統(tǒng)發(fā)送關(guān)門指令，交換機(jī)執(zhí)行關(guān)門停止加熱操作，從而確保加熱系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 效果評價

采取以上措施對鲅魚圈7 m焦?fàn)t進(jìn)行邊火道熱工管理優(yōu)化，優(yōu)化前后鲅魚圈7 m焦?fàn)t邊火道溫度及煤氣消耗量如表3所示。由表3可以看出，優(yōu)化后焦?fàn)t邊火道機(jī)側(cè)和焦側(cè)平均溫度分別提高了101℃和87℃，焦?fàn)t邊火道溫度達(dá)到了技術(shù)要求。在相同結(jié)焦時間下標(biāo)準(zhǔn)溫度設(shè)定值降低了30℃，基本杜絕了焦?fàn)t邊火道“大爐頭”冒煙和干熄焦旋轉(zhuǎn)焦罐的掛焦現(xiàn)象。同時，焦?fàn)t加熱煤氣量明顯降低，4座焦?fàn)t加熱用高爐煤氣總消耗量減少了3 000 m/h，焦?fàn)t煤氣總消耗量減少了8 500 m/h。

表3 優(yōu)化前后鲅魚圈7 m焦?fàn)t邊火道溫度及煤氣消耗量Table 3 Temperature of Side Flue to 7 m Coke Oven and Its Gas Consumption in Bayuquan Branch before and after Optimization

5 結(jié)語

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉焦部7 m焦?fàn)t邊火道溫度偏低，分析得出存在爐頭熱損失大、斜道正面竄漏、邊火道浮力差影響等問題，通過采取爐門耐材改質(zhì)、應(yīng)用斜道正面竄漏修補(bǔ)新技術(shù)、增加焦?fàn)t輔助加熱系統(tǒng)和改進(jìn)加熱煤氣管道末端壓力保護(hù)方式等熱工管理優(yōu)化措施，邊火道機(jī)側(cè)和焦側(cè)平均溫度分別提高了101℃和87℃，達(dá)到了熱工管理要求，高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣總消耗量分別減少了3 000 m/h和8 500 m/h。