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攀钢西昌6.25米捣固焦炉热工管理探讨研究

施永明

(攀钢集团西昌钢钒有限公司煤化工厂，四川 西昌 615012)

摘 要：通过对攀钢西昌1#～2#焦炉开工投产后在热工管理中存在的问题进行了研究和探讨，并对存在的问题制定了一系列解决措施，为国内超大型捣固焦炉在热工管理方面提出一些管理经验。

关 键 词：焦炉；热工管理；问题；措施

1 前言

攀钢西昌1#～2#焦炉是炭化室高6.25m的JND6．25－07型捣固焦炉，JND6．25－07型捣固焦炉为双联火道，废气循环，焦炉煤气下喷，高炉煤气侧入的复热式捣固焦炉，具有结构严密合理、加热均匀、热工效率高等优点。是中冶焦耐在2007年初依据公司的技术储备和国内外市场需求开发的拥有我国完全自主知识产权、目前我国乃至世界上炭化室高度最高、单孔炭化室容积最大、技术水平最先进、自动化程度最高、环保设施最完善的超大型捣固焦炉。除捣固装煤推焦机需引进德国技术及部分部件，其整机由国内专业制造厂制造供货外，其余设备及技术均由国内提供。经过两年多的建设，攀钢西昌1#～2#焦炉分别于2011年10月17日、2012年2月7日顺利投产，目前两座焦炉运行基本正常，但与一级焦炉标准相比，还存在差距。本文仅对热工管理方面存在的问题进行分析，探讨解决措施。

2 焦炉热工管理

2．1 热工管理现状分析及应对措施

攀钢西昌两座捣固焦炉开工投产后，因设备故障率高，丢炉数太多，结焦时间变动频繁，炼铁高炉生产影响，焦炉生产能力还不能达到设计能力24.5t/h。1#焦炉从2011年12月8日由焦炉煤气加热倒换为高炉煤气加热后，生产极不正常，主要原因是设备故障率高，导致生产不能稳定，在此期间因1#高炉生产不正常，频繁倒换高焦炉煤气的次数就有十余次，结焦时间可以从28h延长到40h以上，给焦炉热工管理带来前所未有的挑战。使生产非正常情况下加热制度的分析与制定显得由为重要，从温度和压力制度的管理上分析，有以下几方面原因:

(1) 因捣固焦炉特有的设备高故障率制约了焦炉的连续生产，导致检修时间大量延长，使结焦时间出现大副变动，全炉温度波动异常，各项热工系数大幅下降，更严峻的是炉温控制稍不注意就会出现焦炭过火甚至扒炉，如炉温压得过低，又会出现生焦。为此通过近几个月的高炉煤气加热情况，特制定出以下结焦时间跨度和加热制度(见表1、表2)。

(2) 煤气孔板盒盖板设计不合理，现1#～2#焦炉已出现近20个焦炉煤气孔板盒盖板连接部位断裂，主要原因是孔板盒锁扣的连接部位在设计时固定孔外径偏小，再加上铸件过于粗糙，更换孔板后锁定盖板时很容易造成连接部位固定孔断裂，其次是孔板盒盖板上平衡杆变形，导致盖板锁上后平衡杆受力不均匀使煤气泄漏。我们结合生产实际进行了现场整改，对连接部位固定孔断裂处进行打磨平整，用一根直径10mm、长70mm的钢筋一头焊接在两颗内径12mm的螺帽上，另一头焊接在固定孔板盒的双头螺栓上，最后将销子插入孔板盒接手和螺帽孔内并插上开口销固定。对于平衡杆变形的问题，我们采取在变形处插入8#铁丝或薄铁皮进行调整，通过以上整改取得了很好效果。要根本解决这一问题，建议生产厂家对孔板盒锁扣的连接部位固定孔外径重新设计，重点考虑它所承受T形螺栓所施加的压力是否合理，对于平衡杆变形问题希望生产厂家在铸件成形时打磨精细并考虑平衡杆接触孔板盒盖板时受力是否均匀。

(3) 目前在压力制度的管理上还存在很多问题，西昌1#、2#焦炉是单集气管上采用两段独立的集气管和两根吸气管。集气管压力调节控制分为一段和二段，因鼓风机吸力不稳定和集气管压力波动范围较大，导致焦炉炭化室压力不稳定出现负压，造成炉顶看火孔窜漏增多。要根本解决这一问题，首先:

①必须保证鼓风机吸力稳定。②每次改变结焦时间后必须测量炭化室底部压力且严格按照测量值精确制定集气管压力。③操作人员应随时监控集气管压力确保压力稳定。

3 炉温管理存在问题及解决措施

3．1 用焦炉煤气加热时存在问题及应对措施

西昌1#、2#焦炉投产后，在用焦炉煤气加热时，特别是机焦侧炉头火道及相邻火道出现窜漏，其中导烟孔周围也出现窜漏，使我们的炉温调节工作面临严峻的挑战。主要存在问题表现在以下几方面:

(1) 机焦侧炉头火道及相邻火道出现窜漏，尤其是边燃烧室和导烟孔周围火道出现窜漏。

(2) 西昌1#、2#炉出现个别斜道口堵塞及调节砖放歪的问题，影响了空气的上升，使炉温调节出现困难。

(3) 由于设备故障率较高，结焦时间变化频繁，使全炉温度波动很大。

(4) 蓄热室封墙窜漏较严重，废气盘两叉部、蓄热室顶部及斜道正面裂缝较多。

(5) 砖煤气道窜漏较严重并出现个别号赌塞。

针对以上问题，经多方面分析和研究后，制定出以下应对措施。

(1) 针对炉头火道及相邻火道和导烟孔周围火道出现窜漏的问题，我们从2012年3月至4月对1#、2#炉砖煤气道进行了喷浆，对蓄热室封墙、废气盘两叉部、蓄热室顶部及斜道正面进行了勾缝严密;经整改后机焦侧炉头窜漏号明显减少，现将整改前后1#炉头温度对比情况见表3。

从表3中可以看出整改后炉头温度得到明显好转和大幅提升。

(2) 从砖煤气道堵塞情况来分析:①焦炉砌筑到蓄热室顶部和燃烧室底部时，某些灯头砖出现位置偏移和孔径堵塞灰浆及碎砖块的情况。②针对这一问题，我们采用了从地下室焦炉煤气下喷管用钢筋往上透的方法，已将砖煤气道堵塞号透通。

(3) 针对斜道口堵塞和调节砖放歪的问题:斜道口堵塞问题主要是地下室砖煤气道喷浆时造成和斜道砌筑完后清扫不彻底导致，不排除个别不符合尺寸的调节砖在放的过程中掉入斜道内并卡在其中。针对这些问题瓦工采用了从炉顶用钎子和铁链进行处理。

3．2 用焦炉煤气加热时加热制度的分析与制定

因捣固焦炉采用侧装煤饼，西昌1#～2#炉的煤饼尺寸是:(下底长/上顶长×高×宽，mm)16250/16100×6000×470，而炭化室平均宽500mm，炭化室锥度20mm，与攀钢6m顶装煤焦炉相比，炭化室锥度为60mm，焦侧装煤量明显多于机侧，煤气用量也比机侧多，因此攀钢 6 m 顶装煤焦炉的标准温度机焦侧差为40℃，而攀钢西昌6.25m捣固焦炉刚开工的标准温度机焦侧为一致(即无温度差)，我们对西昌1#～2#炉用焦炉煤气时的标准温度制定进行了如下分析: ①西昌1#～2#炉刚开工时标准温度无温度差，从直行温度上观察发现机焦侧风门开度一致的情况下，所测直行温度基本上是焦侧直行平均温度比机侧高5～10℃左右，因燃烧室机侧比焦侧宽20mm，即其立火道断面焦侧比机侧小，而机焦侧煤气用量一样，从小孔板排列可以看出。

在同一燃烧室内因焦侧断面小于机侧，而小孔板排列焦侧比机侧稍大，上升煤气量当然比机侧多一些，那么焦侧立火道内气体流速大于机侧，火焰就较长，对流和辐射传热速度也就快一些。在同一风门开度和同一标准温度下，机侧立火道内煤气与空气混合燃烧速度较焦侧慢一些，在机焦侧同一煤饼高度和厚度情况下就会出现焦侧直行平均温度比机侧直行平均温度高5～10℃左右。因此，我们在西昌1#～2#炉开工一个月后将标准温度制定为机侧高于焦侧10℃，从中可看出温度分布趋势。②当周转时间为26h，单炉操作时间为13min/炉，其中捣固煤饼时间为7min，SCP机装煤饼4min，SCP机推焦2min，也就是说从摘开炉门到对好炉门的时间为12min，那么敞开炉门的时间为12min，冷空气进入炭化室后将使两侧燃烧室的立火道迅速降温，特别是炉头温度下降较快，其立火道温度推焦前后下降幅度见表5。

从表5可看出机侧温度明显比焦侧温度下降快，因此通过以上分析我们认为在制定标准温度时可考虑将机侧标温高于焦侧标温5～10℃。西昌1#～2#焦炉实施机侧标温高于焦侧标温10℃后，通过对1#、2#炉多次焦饼中心温度测量后的观察，发现机侧炉头上部焦炭较实施10℃温差前成熟均匀。因此我们认为在消除煤在炭化室内从吸热———放热的全过程及煤饼密度1.0t/m3等因素后，要保证焦饼最终均匀成熟，机焦侧标准温度分5～10℃温差(机

侧标温高于焦侧标温5～10℃)。通过对西昌1#～2#焦炉半年多的生产实践，特制定出以下初步加热制度，以下数据在焦炉达产达效后将会得到进一步完善。加热制度如表6所示。

3．3 用焦炉煤气加热时对煤饼倒塌时炉温的分析和处理

捣固焦炉装煤时煤饼容易倒塌，其倒饼部位有机侧、中部、焦侧;不管哪一部位倒饼，待临时处理后，都得将剩余的煤饼送入炭化室。这样一来就导致倒饼部位所对应的燃烧室部位出现高温，给调火炉温管理带来困难，目前用焦炉煤气加热时，采取的处理方法是将倒饼部位对应的燃烧室部位的立火道进行小孔板压塞铁丝，减小煤气量来控制炉温。其具体操作如下所示。

2012年4月18日夜班6:50分:36#炭化室焦侧倒饼2.4米左右。夜班测温时间:7:05～7:25分

处理情况:当班未做处理，因距下一班测温时间只有一小时。2012年4月18日白班第一次测温时间:8:05～8:25分

处理情况:36#:压铁丝(29、31、33眼压2根8#;30、32、34眼压2根8#)37#:压铁丝(29、31、33眼压2根8#;30、32、34眼压1根8#)2012年4月18日白班第二次测温时间:12:05～12:25分

处理情况:36#:压铁丝(29、30、32眼压3根8#;31、33、34眼压2根8#)37#:压铁丝(29、30、33、31眼压3根8#;32、34眼压2根8#)2012年4月18日中班第一次测温时间:16:05～16:25分

处理情况:36#:压铁丝(29、30、32眼压2根10#;31、33、34眼压1根8#)37#:压铁丝(29、30、31、32、33眼压2根10#; 34眼压1根8#)。2012年4月18日中班第二次测温时间:20:05～20:25分

处理情况:36#:压铁丝(29、30、31、32、33眼压一根10#)37#:压铁丝(29、30、31、32、33眼压一根10#)2012年4月19日夜班第一次测温时间:00:05～00:25分

处理情况:当班未做处理，温度控制较合理。2012年4月19日夜班第二次测温时间:04:05～04:25分

处理情况:当班未做处理，温度控制较合理。2012年4月19日白班第一次测温时间:8:05～8:25分

处理情况:当班未做处理，温度控制较合理。于9:05分36#炭化室顺利出焦并装完煤后，将所压铁丝全部取出。

从以上36#炭化室两侧横墙温度的处理情况来分析，可以看出三班每4h测一次横墙温度，使炭化室缺煤处所对应的燃烧室火道温度能够准确及时的进行调节，避免了高温事故的发生。今后遇类似情况应做到以下几点:①岗位人员准确判断煤饼垮塌部位及尺寸后及时提供给煤气组; ②在交接班前遇煤饼倒塌，可不测量倒塌部位的横墙温度，应及时圧铁丝或交下一班及时处理。③对倒塌部位的火道温度可控制在低于标准温度下20～30℃。④对所压铁丝的数量必须记录清楚，待推焦装煤后及时将所压铁丝全部取出，不得将原有铁丝取出以免影响横墙温度的正常趋势。

3．4 用高炉煤气加热时存在问题及应对措施

西昌1#焦炉于2011年12月8日用高炉煤气加热后，机焦侧量差在5000～12000m3/h左右(机侧流量高于焦侧流量5000～12000m3/h)，原因是高炉煤气最大显示流量为40000m3/h，流量显示误差是主要原因，那么机焦侧流量真实差是多少呢?我们从一组数据可推算出来，以32h结焦时间为例，机侧显示流量达到40000m3/h，假设焦侧显示流量为35000m3/h，西昌1#、2#炉每排燃烧室机侧有18个火道，焦侧有16个火道，(57×18)/2=513，(57×16)/2=456，机侧每个火道用量为:40000÷513=78m3/h，焦侧每个火道用量为:35000÷456=77m3/h，从以上数据推算可以得出机焦侧流量差应该在5000～6000m3/h，从测量焦饼中心温度和观察焦饼成熟来看，都是机侧炉头上部或机侧上部稍有些生，所测直行平均温度机焦侧温差很小，因此用高炉煤气加热后我们也将标温制定为机侧高于焦侧10℃，用高炉煤气加热是否向前面所分析的焦炉煤气加热时机焦侧应分5～10℃温差成了我们探讨的问题。①从炭化室锥度20mm来看，可知燃烧室机侧比焦侧宽，即其立火道断面焦侧比机侧小，而煤气量却少于机侧5000～6000m3/h，如机焦煤气用量一样，那么再同一燃烧室内因焦侧断面小于机侧，焦侧立火道内气体流速就大，火焰也就较长其混合燃烧速度就快，火道温度就会比机侧火道温度高，如焦侧温度达到标准温度规定值，其焦侧的焦饼就容易均匀成熟，而机侧火道温度将低于标准温度规定值，最终导致机侧上部或机侧炉头上部甚至整个机侧出现夹生焦。②因西昌1#、2#炉每排燃烧室机侧比焦侧多2个火道，煤气用量肯定要多于焦侧，捣固焦炉采用从机侧装煤的方法，机侧敞开炉门的时间较长，从前面用焦炉煤气加热时的分析可知对机侧火道温度影响较大，因此机侧多用的5000～6000m3/h高炉煤气流量实际上补充了机侧火道的热损失和多出2个火道的供热量。③机侧上部或机侧炉头上部出现夹生焦，可能会认为高向加热不好，我们不妨试想一下，因捣固焦炉固有的特性机侧敞开炉门时间长，机侧燃烧室内混合燃烧速度较焦侧慢，而燃烧室内最高温度在距立火道底部 1.0～1.5m处，如机侧总供热量不能完全达到成焦温度时，焦饼下部将最先接近成熟，此时测得焦饼中心温度和观察焦饼情况都是焦饼下部刚好成熟而中部和上部还是夹生焦，所以我们认为要解决机侧上部或机侧炉头上部夹生焦和提高机侧炉顶空间温度问题，必须增加机侧总供热量。因此，为了提高机侧上部焦饼温度和缩小焦饼上下温差，同时提高机侧炉顶空间温度和保证安定系数合格，可考虑机焦侧分5～10℃温差，即机侧标温高于焦侧5～10℃。从西昌1#、2#炉实施机侧标温高于焦侧标温10℃后，通过观察焦饼和测量焦饼中心温度发现焦饼温度上下温差缩小，特别是机侧上部焦饼成熟较均匀。

3．5 用高炉煤气加热时对煤饼倒塌时炉温的分析和处理

用高炉煤气加热时遇煤饼倒塌，①如结焦时间在28 h以上，煤饼倒塌部位仅在炉头，长度不超过1m重量在2t以下，可将地下室高炉煤气加减考克关闭1/3～1/4，以14#炭化室机侧倒饼为例，可将机侧14排高炉煤气加减考克关1/4，机侧15排高炉煤气加减考克关1/3，机侧16排高炉煤气加减考克关1/4，将温度控制在低于标温20～30 ℃。如煤饼大量倒塌时，必须将14#机焦侧炭化室两侧的燃烧室倒为焦炉煤气加热，具体操作:先将14排、15排、16排机焦侧高炉煤气加减考克关闭，打开13排单、14排单双、15排单双、16排双焦炉煤气加减考克1/4，将机焦侧风门变为用焦炉煤气加热时的大小风门，将煤饼倒塌部位所对应的焦炉煤气加热的小枝管塞压铁丝，三班煤气组应每4h测一次倒塌部位立火道的横墙温度，根据温度及时调节。②如结焦时间在24.5～28 h以内，遇上述情况时采取方法同上，但应每4h测一次倒饼部位的两侧燃烧室温度及炉头温度，如只是关闭地下室高炉煤气加减考克1/3～1/4时，应特别注意炉头温度不能超过1320℃，如炉头和两侧温度还是较高，可在原关考克基础上再关一些，使温度下降幅度控制在低于标温20～30℃，在推焦前2小时观察焦饼成熟情况，如焦炭别生，可将上升管翻版关闭，打开上升管盖并将生焦一侧的炉顶导烟孔盖打开一个烧一个小时，必要情况下可将此号的结焦时间延长1h再推焦。如煤饼大量倒塌，必须倒为焦炉煤气加热，并在煤饼倒塌位置相应立火道小支管孔板处压铁丝，每4h测横墙温度，并调整。③在温度控制困难，造成温度偏高或炭化室只有机侧(焦侧)有煤时，考虑到倒饼部位呈现空炉情况下相邻炭化室面临推焦，将使空炉炭化室炉墙出现危害时，必须在相邻炭化室推焦前将倒饼号焦饼提前推出。④西昌1#、2#炉在地下室设计有机焦侧一对炉头火道的下调孔，如煤饼倒塌部位仅在炉头，长度不超过1h，在加减考克关闭1/3～1/4情况下，炉头温度仍然还高时，可在地下室先关闭加减考克后再打开下调孔，用特制工具增加调节砖的方法来控制上升的高炉煤气量，可以降低倒饼部位的炉头温度。

4 结语

通过对攀钢6.25 m捣固焦炉的热工管理探讨，得到以下几点体会:

(1) 在热工管理方面，对焦炉加热系统煤气孔板盒的设计缺陷和实际运用进行了分析，提出了整改构想和实施方法，取得良好效果。

(2) 对捣固焦炉用高、焦炉煤气加热时，提出并实施了机侧标温高于焦侧标温10℃的温差。

(3) 制定了捣固焦炉生产非正常情况下结焦时间的跨度和加热制度。

(4) 提出了高、焦炉煤气加热时，侧装煤饼倒饼时的炉温调节方法。

参 考 文 献

［1］   施永明．攀钢5．5m捣固焦炉热工管理探讨．攀钢化工，2009(2)．