大型焦爐生產(chǎn)技術(shù)管理實踐

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摘要:大型焦爐在穩(wěn)定焦炭質(zhì)量、節(jié)能環(huán)保方面具有不可替代的優(yōu)勢。針對國內(nèi)7．63m焦爐熱工及操作指標偏低、爐頂空間溫度過高、化產(chǎn)品收率低的技術(shù)管理難題，總結(jié)了在爐況穩(wěn)定、熱工指標調(diào)節(jié)及智能控制系統(tǒng)等方面進行的改進與優(yōu)化成果，以及大型焦爐穩(wěn)產(chǎn)長壽的有益經(jīng)驗。建議對大型焦爐現(xiàn)有技術(shù)管理規(guī)程進行系統(tǒng)修訂，以建立適應(yīng)我國大型焦爐生產(chǎn)技術(shù)管理的相關(guān)制度。

關(guān)鍵詞:大型焦爐;生產(chǎn);技術(shù);管理;實踐;探討

0引言

焦爐大型化是煉焦技術(shù)發(fā)展的總趨勢，大型焦爐在穩(wěn)定焦炭質(zhì)量、節(jié)能環(huán)保等方面具有不可取代的優(yōu)勢。十多年來，我國在大型焦爐運用和改造過程中，解決了諸多技術(shù)管理難題，積累了豐富的實踐經(jīng)驗。

1我國大型焦爐的發(fā)展歷程

大型焦爐的定義是隨著煉焦技術(shù)的進步、焦爐炭化室容積的增加而變化的，上世紀70年代攀鋼建成投產(chǎn)的炭化室高5．5m頂裝焦爐，是中國大焦爐的雛形;1985年寶鋼引進炭化室高6m的焦爐，促進了焦爐大型化發(fā)展的進度。我國自行設(shè)計建設(shè)的炭化室高6mJN60型焦爐在北焦投產(chǎn)后，6m焦爐逐步成為我國焦爐的主力爐型。2006年6月山東兗礦國際焦化公司引進德國7．63m頂裝焦爐投產(chǎn)，拉開了中國焦爐大型化發(fā)展的序幕。此后中冶焦耐公司開發(fā)推出的7m頂裝、唐山佳華的6．25m搗固焦爐，以及目前已研發(fā)出炭化室高8m特大型焦爐，實現(xiàn)沿燃燒室高度方向的貧氧低溫均勻供熱，達到均勻加熱和降低NOx生成的目的，標志著我國大型焦爐煉焦技術(shù)的成熟。2014年重新修訂的《焦化行業(yè)準入條件》規(guī)定，頂裝焦爐準入的最低門檻是炭化室高6m，搗固焦爐炭化室高5．5m。業(yè)內(nèi)人士普遍認為，把炭化室高6m以上的7m及7．63m頂裝焦爐以及5．5m以上的搗固焦爐界定為大型焦爐。截至2016年底，我國正常運行的7m頂裝焦爐有66座，7．63m頂裝焦爐有17座，6．0m及以上搗固焦爐有22座，其焦炭的總產(chǎn)能占2016年全國焦炭總產(chǎn)量的15．8%。

2大型焦爐生產(chǎn)技術(shù)管理的難點

以炭化室高7．63m焦爐為例，從目前生產(chǎn)技術(shù)管理、四大機車運行狀況來看，均不同程度的存在需要改進完善的技術(shù)難點:爐頂空間溫度過高、部分熱工及操作指標偏低、PROven系統(tǒng)不穩(wěn)定、四大機車控制系統(tǒng)故障多、化產(chǎn)品收率低等。

2．1爐頂空間溫度偏高

武鋼、馬鋼、太鋼的7．63m焦爐燃燒室加熱水平均為1210mm，可調(diào)節(jié)跨越孔導(dǎo)致炭化室爐頂空間溫度偏高。焦爐技術(shù)操作規(guī)程規(guī)定，爐頂空間溫度為(800±30)℃，而7．63m焦爐普遍高達900℃。由此帶來兩個嚴重后果:一是爐頂及上升管荒煤氣裂解積碳，掛結(jié)石墨;二是荒煤氣中寶貴的苯類化合物分解，回收率低。7．63m焦爐對配合煤揮發(fā)分要求在(24±1)%，而我國7．63m焦爐廠家實際配合煤揮發(fā)分普遍在26%以上，由此更增加了爐頂掛結(jié)石墨的機會。

2．2熱工指標系數(shù)偏低

大型焦爐是爐體結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的熱工爐窯，7．63m焦爐還采用了多段燃燒工藝，蓄熱室分格、單側(cè)小煙道，蓄熱室頂部吸力不能測量，只能改變小煙道頂部的金屬噴射板孔尺寸來調(diào)節(jié)燃燒室立火道溫度。這種粗調(diào)的方式及2－1推焦串序，使得7．63m焦爐的直行溫度均勻系數(shù)Kb及燃燒室橫墻溫度均勻系數(shù)K橫墻較低。(1)Kb系數(shù)焦爐的2－1推焦串序，使得焦炭已經(jīng)成熟的炭化室與剛裝煤的炭化室間隔距離變小。對于1座70孔的7．63m焦爐來說，前半部分爐室可能剛剛裝煤，燃燒室需要大量供熱，立火道溫度相對偏低;而后半部分爐室內(nèi)焦餅處于半焦或接近成熟，立火道溫度相對偏高一些，直行溫度Kb產(chǎn)生不均勻現(xiàn)象無法難免。(2)K橫墻系數(shù)7．63m焦爐蓄熱室頂部無測溫孔，蓄頂溫度及吸力均無法測量，影響了立火道溫度的微調(diào)，制約著燃燒室橫墻溫度由機側(cè)向焦側(cè)的有序遞增。橫墻曲線產(chǎn)生“鋸齒型”、“多峰型”，K橫墻＜0．85。

2．3自控系統(tǒng)缺陷多

大型焦爐的四大機車采用爐號自動識別、對位聯(lián)鎖技術(shù)，各個動作之間關(guān)聯(lián)性極強，一個微小偏差也會導(dǎo)致四大車全部“停擺”，無線通訊系統(tǒng)受作業(yè)環(huán)境、建筑物、管道的影響時而掉線。炭化室負壓無煙裝煤的PROven系統(tǒng)，因動作復(fù)雜、壓力調(diào)節(jié)靈敏，導(dǎo)致維護檢修難度較高。

2．4化產(chǎn)品收率較低

從運行的7．63m焦爐可以看出，由于爐頂空間溫度高導(dǎo)致化產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，煤氣成分也呈現(xiàn)一定幅度波動，粗苯和焦油產(chǎn)率明顯較低。生產(chǎn)實踐表明，焦油產(chǎn)率低于3．5%，粗苯產(chǎn)率低于0．8%，而且焦油質(zhì)量差，其粉塵及甲苯不溶物含量明顯增加。

3大型焦爐技術(shù)管理的改進

近年來我國科研院校在大型焦爐的爐體構(gòu)造、傳熱機理、熱工理論方面進行了大量深入研究，各焦化企業(yè)在穩(wěn)定爐況、精調(diào)熱工指標及提高智能控制系統(tǒng)穩(wěn)定性等進行了改進與優(yōu)化，積累了大型焦爐穩(wěn)產(chǎn)、長壽的實踐經(jīng)驗。

3．1爐況管控操作的穩(wěn)定

現(xiàn)代大型焦爐的爐況，對配合煤指標波動、熱工制度變動、結(jié)焦時間變更以及大氣環(huán)境變化等因素造成的影響反應(yīng)十分敏感，必須確保這些外部因素條件的穩(wěn)定性。馬鋼焦化公司應(yīng)用統(tǒng)計技術(shù)對7．63m焦爐實施流程管控，過程中的各個階段均實施評估和監(jiān)控。對焦爐主要運行技術(shù)參數(shù)進行檢查評分，準確判斷焦爐運行狀況，有效地對焦爐工況進行多層次、全方面監(jiān)控;同時強化標準化作業(yè)，控制配合煤細度在(73．5±0．5)%，保證焦爐的順產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和焦炭質(zhì)量穩(wěn)定。首鋼京唐焦化公司開展單因子結(jié)焦時間方差分析，以最佳結(jié)焦時間來改善焦炭的冷熱性能。三年來焦炭的抗碎強度保持在90%以上，耐磨強度在5．8%以下，焦炭熱強度也處于較好狀態(tài)沙鋼焦化公司嚴格按照結(jié)焦曲線進行操作，確保穩(wěn)定的結(jié)焦時間，合理編排出爐計劃、減少非正常檢修時間，規(guī)范熱工管理。針對煉焦煤中水分偏高的難題，該公司投巨資修建64個貯煤筒倉，完善電子秤自動化配煤工藝，配煤準確率明顯提高，焦炭質(zhì)量得以改善，近三年來焦炭抗碎強度由88．0%提高到89．2%。平煤神馬集團首山焦化公司借鑒6．25m搗固焦爐的運行實踐，攻破煤餅密度和裝煤煙塵治理兩大瓶頸:研發(fā)出高效彈性輪和摩擦板，采用固定小間距的搗固錘及低噪音、抗磨損導(dǎo)向技術(shù)，對煤餅穩(wěn)定性做了深入研究，將餅密度提高到1．1t/m3，煤餅的高寬比達13．5，煤餅的技術(shù)參數(shù)見表2。裝煤車上設(shè)置可靠密封框，并借助相鄰炭化室上升管Prove系統(tǒng)產(chǎn)生的負壓，把煙氣導(dǎo)入相鄰炭化室，成功將7．63m頂裝焦爐改造為搗固焦爐，并于2013年10月投產(chǎn)，該焦爐也成為世界上第一座特大型搗固煉焦爐，其成焦率達75%，單孔產(chǎn)焦在50t以上，實現(xiàn)了煤源的多元化，降低了煉焦成本。

3．2熱工指標的優(yōu)化調(diào)節(jié)

焦爐熱工管理包括壓力和溫度調(diào)節(jié)，焦爐壓力制度和溫度制度是熱工管理的重要內(nèi)容，壓力制度和溫度制度兩者之間具有緊密的關(guān)系，對壓力和溫度各項參數(shù)指標必須勤測細調(diào)，并且做到實時監(jiān)控、隨時分析、及時調(diào)節(jié)，以壓力制度的穩(wěn)定性來保障溫度制度的均勻性。以7．63m焦爐為例，由于其加熱水平低、三段空氣加熱及單個炭化室壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，導(dǎo)致爐頂空間溫度＞850℃，焦炭過火，直立磚煤氣道竄漏。為解決此類問題，焦化企業(yè)均不同程度地進行了有益探索。首鋼京唐公司把7．63m焦爐加熱水平調(diào)為1440mm，沙鋼公司調(diào)為1500mm，首山公司調(diào)為1416mm。馬鋼公司堅持裝滿煤，將煤線控制在500mm以內(nèi);適當降低標準溫度，通過增大孔板直徑降低加熱煤氣壓力，減小煤氣的噴射力、增大風(fēng)門來加大空氣過剩系數(shù)α，爐頂空間溫度降低到860℃以下。由此，三年來煤焦油平均收率達2．847%，粗苯收率達0．960%，該指標是國內(nèi)同類型焦爐最好水平。武鋼公司焦化在熱工調(diào)節(jié)中，關(guān)閉了部分二三段空氣口，穩(wěn)定配合煤的水分、揮發(fā)分，適當擴大噴射板尺寸。對20多個竄漏磚煤氣道進行灌漿密封，用半干法噴補技術(shù)做噴補處理。通過采用這些技術(shù)措施，焦爐的直行溫度均勻系數(shù)Kb達到0．88。

3．3控制系統(tǒng)的可靠“智能”

大型焦爐各移動機車之間聯(lián)鎖性強，熱工程序關(guān)聯(lián)因素多，單臺設(shè)備操作時間即使推遲幾秒鐘，也會導(dǎo)致下一工序設(shè)備被鎖定，機車作業(yè)和焦爐加熱“智能化”系統(tǒng)的可靠性為焦爐的正常生產(chǎn)提供了可靠保障。武鋼公司為提高大型焦爐無線通訊質(zhì)量，對天線的安裝和調(diào)試都做了改進。將原來的天線高度降低，將雙天線之間的距離加大，全向天線改為定向天線，開發(fā)出光電地址譯碼器。該脈沖編碼器用于檢測機車在兩個碼牌之間的絕對地址，實現(xiàn)自動走行定位。首鋼京唐公司焦爐在橫向加熱溫度調(diào)節(jié)上，輔以“火落”智能化專家控制系統(tǒng)，自動判定焦爐火落溫度，提高了焦爐日常生產(chǎn)及管理效率，相應(yīng)的煉焦能耗降低2．91%。河南中鴻煤化公司6m搗固焦爐的自動化加熱控制系統(tǒng)(圖1)，建立多模式模糊控制模型。將“火落時間”作為焦爐加熱的主要控制指標，立火道溫度實現(xiàn)自動檢測，其煙道吸力關(guān)系模型Y=aX+b(Y為煙道吸力，X為煤氣壓力，a為系數(shù)0．04，b為可調(diào)常數(shù)，單位Pa)，穩(wěn)定調(diào)節(jié)煤氣壓力、煙道吸力、立火道溫度等，壓力溫度控制穩(wěn)定，提高了大型焦爐的自動化水平。PROven系統(tǒng)的關(guān)鍵介質(zhì)是循環(huán)氨水，必須保持其潔凈，為此，生產(chǎn)中除了加強管道清掃外，首鋼京唐公司、太鋼焦化公司還為循環(huán)氨水安裝了過濾器，確保炭化室底部在結(jié)焦過程中保持微正壓狀態(tài)。對大型焦爐來說，安全技術(shù)措施至關(guān)重要。太鋼公司對焦爐加熱設(shè)備的煤氣短缺進行自動充氮、煤氣超壓自動放散、地下室光柵檢測、CO在線檢測，以及焦爐四大車網(wǎng)絡(luò)信號確認、速度自動調(diào)節(jié)。對這些本質(zhì)化安全技術(shù)措施進行再優(yōu)化，其可靠性在生產(chǎn)實踐中得到充分檢驗，三年來冶金焦率由89．80%提高到90．40%。

4結(jié)語

(1)大型焦爐在煤源利用、焦炭質(zhì)量、節(jié)能減排等方面具有不可替代的優(yōu)勢，焦爐大型化也是必由之路。(2)我國在大型焦爐管理實踐中，總結(jié)積累了有益的技術(shù)管理經(jīng)驗，使其綜合優(yōu)勢得到了充分體現(xiàn)。但是，7．63m焦爐存在作業(yè)系數(shù)低、粗苯及煤焦油收率低的難題，需要業(yè)內(nèi)下一步進行研究交流解決。(3)大型焦爐的測量及調(diào)節(jié)方法，完全顛覆了傳統(tǒng)4．3m、6m焦爐的管理規(guī)定。7．63m焦爐部分熱工系數(shù)與傳統(tǒng)計算方法相悖，亟需對現(xiàn)有技術(shù)管理規(guī)程進行系統(tǒng)修訂，以建立適應(yīng)我國大型焦爐生產(chǎn)技術(shù)管理的相關(guān)制度，促進大型焦爐技術(shù)管理的規(guī)范化。

作者:豐恒夫 楊慶彬 彭軍山 單位:武漢鋼鐵集團焦化有限公司 首鋼京唐西山焦化有限責(zé)任公司