王世俊 崔小麗 劉運龍

（安陽鋼鐵股份有限公司）

國內(nèi)大型干熄焦連續(xù)穩(wěn)定運行的研究

王世俊 崔小麗 劉運龍

（安陽鋼鐵股份有限公司）

通過改進干熄焦爐體結構、合理選用耐火材料、規(guī)范工藝操作、完善設備管理、進行設備改造等方式，提高了大型干熄焦連續(xù)穩(wěn)定運行的時間，延長了年修周期，提高了干熄率，增加了發(fā)電量，降低了維護成本，從而提高了經(jīng)濟效益，增加了市場競爭力。

干熄焦 雙斜道 穩(wěn)定運行 連續(xù)運行

0 前言

隨著干熄焦技術的日漸成熟，干熄焦已成為焦化行業(yè)的標配。提高干熄焦效益、降低干熄焦維護成本成為干熄焦工藝發(fā)展的下一個目標，其重要的手段之一就是延長干熄焦的檢修周期，增加其連續(xù)穩(wěn)定運行的時間。安陽鋼鐵股份有限公司（以下簡稱“安鋼”）190 t／h干熄焦連續(xù)穩(wěn)定運行4年零10個月，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。

1 干熄焦簡介

1.1 干熄焦的檢修

1.1.1 干熄焦的年修和大修

根據(jù)國內(nèi)外干熄焦的生產(chǎn)經(jīng)驗，干熄焦檢修一般以干熄爐耐材為主線，配套的機械、電氣設備檢修穿插其中。在現(xiàn)有的技術條件下，干熄焦年修周期為1.5年～2年，年修時間30天左右，年修內(nèi)容一般為干熄爐環(huán)形風道內(nèi)墻支柱（俗稱“牛腿”）的更換及大型機械設備的檢修；大修周期為5年，大修內(nèi)容一般為干熄爐內(nèi)襯磚的更換及大型機械設備的整體更換；干熄焦爐齡為8年～10年。

1.1.2 干熄焦設備的日常維護

干熄焦設備的日常維護一般配合焦爐生產(chǎn)，在焦爐結焦時間長的生產(chǎn)狀態(tài)下，干熄焦每日有0.5 h～1 h檢修時間；在焦爐結焦時間短的生產(chǎn)狀態(tài)下，干熄焦沒有檢修時間，需要根據(jù)生產(chǎn)情況協(xié)調(diào)安排。

1.2 安鋼干熄焦簡介

安鋼現(xiàn)有3座干熄焦，分別為1座75 t／h干熄焦，配套2座JN43－80型焦爐；1座140 t／h干熄焦，配套2座JN60－6型焦爐；1座190 t／h干熄焦，配套2座 JNX70－2 焦爐。 其中 75 t／h 干熄焦和 140 t／h干熄焦均于2009年投用，借鑒了該2座干熄焦的實踐經(jīng)驗后，安鋼于2012年11月份投用190 t／h干熄焦，至今未發(fā)生過事故、未進行過年修（計劃于2017年11月底連續(xù)運行滿5年時年修），期間干熄焦?jié)M負荷運行，干熄率95%以上，平均排焦量172.8 t／h，排焦溫度135℃以下。安鋼190 t／h干熄焦良好的運行狀態(tài)、超長的運行周期與其設計建造、工藝操作、設備管理、技術改造、生產(chǎn)協(xié)調(diào)等都息息相關。

2 改進干熄焦爐體結構，合理選用耐火材料，提高耐材使用壽命

2.1 采用雙斜道結構

干熄爐雙斜道又稱分隔式斜道，是日本SPCO的專利技術［1］。該技術通過將斜道的流通通道沿高向分割成若干個小的通道的形式來起到均勻化斜道區(qū)流體流速的目的。理論上當分隔數(shù)趨于無窮時，氣體在斜道通道上可以完全均勻分布，但實際工程設計中，受到空間的限制只能分割成有限數(shù)量的通道。目前大部分為雙斜道設計。分割斜道設計可以最大程度上避免焦炭浮起現(xiàn)象，防止焦炭進入斜道區(qū)對斜道耐火材料造成沖刷破壞，也可避免焦炭在預存區(qū)向冷卻區(qū)運動過程中由朗肯被動態(tài)造成焦炭崩塌引起的對耐火材料的沖擊破壞。

干熄焦單斜道和雙斜道內(nèi)氣體流速對比如圖1所示。單斜道上部氣體流速快，造成焦炭浮起，下部氣體流速慢，焦炭沉積下來；雙斜道將每個斜道分割成兩個氣道，氣體流速均勻性提高，有效降低焦炭浮起和焦炭堆積現(xiàn)象。同時，氣體流速均勻性提高后，傳熱效率提高、氣體流量增加，從而可以增加蒸汽產(chǎn)量。

圖1 干熄焦單斜道和雙斜道內(nèi)氣體流速對比

2.2 增加環(huán)形風道內(nèi)外墻支柱

由于干熄爐內(nèi)焦炭長期對環(huán)形風道內(nèi)墻擠壓和沖擊，造成內(nèi)墻外凸變形、傾斜甚至坍塌，如圖2所示。因此，安鋼在修建190 t／h干熄爐時，就對環(huán)形風道結構進行了改進，在內(nèi)外墻之間增加了6條支柱，如圖3所示。安鋼焦化分公司2015年使用潛望鏡檢查190 t／h干熄爐內(nèi)部結構時，未發(fā)現(xiàn)環(huán)形風道內(nèi)墻有明顯形變，環(huán)形風道內(nèi)外墻支柱效果較好。

圖2 環(huán)形風道內(nèi)墻外凸

圖3 環(huán)形風道內(nèi)外墻增加支柱

2.3 根據(jù)干熄爐不同部位的工況選擇合適的耐火材料

干熄爐各個部位工況條件不同，需要的耐火材料性能也不盡相同。如干熄爐斜道區(qū)“牛腿”磚需要有較高的高溫抗折強度，因此選用A級莫來石碳化硅材料；干熄爐爐口在爐蓋打開和關閉時溫度變化劇烈，因此選用熱震穩(wěn)定性較好的B級莫來石碳化硅材料；干熄爐冷卻段內(nèi)襯長期受焦炭擠壓和磨損，且砌筑量較大，選用耐磨性好、價格又相對便宜的B級莫來石材料。

修建190 t／h干熄爐時，嚴格耐火材料各項指標，耐材生產(chǎn)完畢后取樣并送至國家級的檢測機構進行關鍵指標的檢測，檢測合格后方可使用。耐材的使用部位和具體指標見表1。

表1 安鋼190 t／h干熄爐各部位耐火材料及其關鍵指標［2］

3 完善干熄焦工藝操作，降低對干熄爐耐材的沖擊

3.1 完善操作規(guī)程，形成標準化作業(yè)

在原有干熄焦操作經(jīng)驗的基礎上，根據(jù)190 t／h干熄焦的設計條件，編寫了《安鋼焦化分公司190 t／h干熄焦工藝技術規(guī)程》，通過制定標準的工藝流程，規(guī)定主要設備的參數(shù)，明確工藝參數(shù)和操作參數(shù)，形成標準化作業(yè)等手段來保障干熄爐裝焦、排焦的順暢及系統(tǒng)內(nèi)各點溫度、壓力和流量的可控，從而減少爐內(nèi)環(huán)境波動，降低對干熄爐耐火材料的沖擊，提高其使用壽命。正常運行時的關鍵工藝參數(shù)見表2。

表2 安鋼190 t／h干熄爐正常運行時的關鍵工藝參數(shù)

3.2 加強對工藝操作中幾個關鍵點的控制

3.2.1 排焦溫度

排焦溫度過高會燒損運焦皮帶及其他設備，因此工藝要求排焦溫度為210℃以下，實際控制在135℃以下?？刂婆沤箿囟鹊闹饕侄问强刂聘上t入口循環(huán)氣體溫度在（130±5）℃之間，減小排焦量的波動，保證紅焦在干熄爐內(nèi)的冷卻時間充足（大于 1 h 56 min）。

3.2.2 焦炭料位

干熄爐焦炭料位的控制需要多方面綜合考慮，如果料位過低，裝焦時由于焦炭落差過大，會對爐體耐材造成很大沖擊。更為致命的是紅焦預存量少導致干熄焦抗風險能力下降，任何輕微的焦爐生產(chǎn)問題、裝入設備故障等都可能導致干熄爐無焦可熄，從而影響高爐的生產(chǎn)和鍋爐的發(fā)電。

如果料位過高，會導致裝入裝置、水封槽、爐蓋等設備燒損，且當排焦系統(tǒng)設備故障或皮帶機故障時，干熄爐就要停止裝焦，被迫采用濕法熄焦，影響焦炭質(zhì)量，造成環(huán)境污染。

因此，正常生產(chǎn)時焦炭料位一般控制在斜道口上部至預存段直段與錐段分隔處，最低料位控制在10 m左右，最高料位控制在18 m左右。為了更好的控制干熄爐各項指標，確保焦炭與干熄爐砌體相互支撐，減少砌體受力波動，提高干熄爐抗變能力，最終在實際生產(chǎn)中將焦炭料位控制在13 m～16 m，如圖4陰影部分所示。該方法雖然會增加操作難度，但卻為安鋼190 t／h干熄焦長期穩(wěn)定運行提供了有力支撐。

圖4 安鋼190t／h干熄爐正常運行時的焦炭料位區(qū)間

3.2.3 氣體循環(huán)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)

干熄焦氣體循環(huán)系統(tǒng)中各關鍵部位的溫度、壓力、流量存在密切的聯(lián)系，相互影響、相互制約，需要掌握其規(guī)律，才能及時做出正確的調(diào)整，保障干熄焦穩(wěn)定。190 t／h干熄焦的工藝調(diào)節(jié)部位和調(diào)節(jié)方法見表3。

表3 安鋼190 t／h干熄爐正常運行時常用的工藝調(diào)節(jié)及其實質(zhì)

3.3 完善事故應急預案，降低事故風險、減小事故損失

制定了干熄焦停電、鍋爐爆管、斜道口焦炭浮起、爐口焦炭溢出、提升機故障、裝入裝置故障、排焦裝置故障等相關事故的應急預案，有效降低了事故影響時間。例如僅排焦裝置旋轉(zhuǎn)密封閥急停的故障就有7種，操作工、維修工可以根據(jù)事故應急預案，迅速判斷旋轉(zhuǎn)密封閥急停的原因，采取相應的處理措施，在2 h內(nèi)解決相應故障，防止發(fā)電解列，減少干熄爐內(nèi)溫度、壓力的波動，將事故損失降到最低。

4 提高設備管理水平，為干熄焦穩(wěn)定運行提供保障

4.1 完善設備管理制度，建立合理的設備管理模式

4.1.1 設備清單式管理

采用設備清單式管理模式，把整套干熄焦設備分為提升系統(tǒng)、裝入裝置、排焦裝置、自動對位裝置、電機車、焦罐車、氣體循環(huán)系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、爐體配套設備、電器設備等10大類，利用樹形圖，把每一類設備再細化到機構、部件，再到零件、置換件等，使設備清晰明了的展現(xiàn)出來，方便管理和維護。

4.1.2 設備壽命周期管理

在設備清單式管理的基礎上，增加備件壽命周期管理，根據(jù)相關資料和干熄焦生產(chǎn)的實踐經(jīng)驗，確定所有設備或零件的壽命周期，制成表格，方便在其壽命周期前準備備品備件，合理安排檢修時間對其進行更換。

4.1.3 干熄焦系統(tǒng)定修模式

190 t／h干熄焦對原有的日修、年修進行了修改，確立了系統(tǒng)定修模式，每周2 h小系統(tǒng)定修，每季度12 h～24 h大系統(tǒng)定修。小系統(tǒng)定修時，干熄爐停止裝、排焦2 h，一般不停循環(huán)風機，僅降低循環(huán)風量，保證鍋爐發(fā)電不解列和煉鐵生產(chǎn)用焦充足（利用焦倉內(nèi)儲存的焦炭），在2小時的定修時間內(nèi)，對各設備的隱蔽部位進行檢查、檢修，對小的易損件進行更換，處理上一個周期內(nèi)發(fā)現(xiàn)的設備隱患等。每季度大系統(tǒng)定修時，干熄爐降料位，停止裝、排焦，停循環(huán)風機，利用較長的檢修時間對已到壽命周期的設備進行更換，如提升機鋼絲繩、干熄爐爐頂水封槽、一次除塵焦粉冷卻裝置等。合理的利用系統(tǒng)定修，可以保障干熄焦機電設備良好的運行狀態(tài)，配合延長干熄爐耐材使用壽命的方法，則可將干熄焦每1.5年～2年1次的年修取消，直至運行5年后進行大修。

4.2 優(yōu)化三級點檢制度，對設備問題早發(fā)現(xiàn)、早處理

根據(jù)干熄焦人員配置情況，對通用的三級點檢制度（見表4）進行了優(yōu)化，形成安鋼190 t／h干熄焦專用點檢方案（見表5）。合理安排操作工、維修工、點檢員的點檢時間和點檢內(nèi)容，加強各級點檢之間的聯(lián)系，一級保障一級，一級監(jiān)督一級，在確保干熄焦緊張生產(chǎn)的同時，完成設備的檢查及維護，從而使各種機械、電氣、儀表設備在壽命周期內(nèi)穩(wěn)定運行，降低設備故障的發(fā)生率，從而提高干熄焦的干熄率。

表4 通用點檢方案

表5 安鋼190t／h干熄焦專用點檢方案

5 進行適當?shù)脑O備改造，使干熄焦系統(tǒng)更完善

5.1 干熄爐爐頂水封槽改造

190 t／h干熄焦爐頂水封槽原設計為2個環(huán)形側板和1個底板焊接而成，斷面剖視如圖5所示。此結構的水封槽極易漏水，是因為：焊縫較長，共47.4 m，長期受冷熱交替的影響，焊縫易開焊；內(nèi)環(huán)鋼結構長期受高溫烘烤，易變形開裂。

圖5 干熄爐爐頂水封槽原結構斷面

針對原設計水封槽的缺陷，經(jīng)過分析、實踐，進行了制作工藝和結構的改進，將環(huán)形的水封槽均分成7段沖壓成型（國內(nèi)現(xiàn)已有整體沖壓成型技術），然后組合焊接，斷面剖視如圖6所示。此結構將底部通長的焊縫改為分段的立縫，焊縫長度縮短為7.9 m，極大的減少了焊縫開裂的概率；水封槽內(nèi)側壁焊接掛鉤，涂抹隔熱澆注料，避免鋼結構直接接觸高溫。

另外，將水封槽補水由工業(yè)水改為鍋爐軟水，減少水垢板結，保障對水封槽的冷卻。

圖6 干熄爐爐頂水封槽優(yōu)化后的結構斷面

5.2 旋轉(zhuǎn)密封閥改造

干熄焦旋轉(zhuǎn)密封閥（又稱旋轉(zhuǎn)排出閥、格式密封閥）安裝在干熄爐底部，入料口與振動給料器連接，出料口與排焦溜槽相連接。其作用是把振動給料器定量排出地焦炭在密閉狀態(tài)下連續(xù)排出。既能連續(xù)定量地排料，又具有良好的密封性及耐磨性。旋轉(zhuǎn)密封閥在使用過程中極易發(fā)生耐磨襯板卡堵、焦炭或石墨塊卡堵、細小雜物卡塞、密封環(huán)損壞、機械電氣故障等問題，影響干熄焦生產(chǎn)。

針對以上問題，對旋轉(zhuǎn)密封閥做出了以下改進：

在旋轉(zhuǎn)密封閥兩端側人孔上增加窺鏡和高壓氮氣吹掃管，方便觀察密封副的運行狀況和潤滑狀況；改進旋轉(zhuǎn)密封閥下部人孔蓋的連接方式，使用固定螺母配合內(nèi)六角螺釘?shù)倪B接方式替代原有的普通螺栓、螺母連接方式，并減少螺釘數(shù)量，使旋轉(zhuǎn)密封閥下部人孔打開和安裝更為方便、快捷［3］；將原有的與轉(zhuǎn)子平行的轉(zhuǎn)子刃改為傾斜15°安裝（轉(zhuǎn)子刃結構如圖7所示），方便焦炭卡堵時正反轉(zhuǎn)操作旋轉(zhuǎn)密封閥，使焦炭在容料腔內(nèi)沿轉(zhuǎn)子刃下滑到下料口，避免拆安人孔，減少檢修時間；原驅(qū)動機構為電機與擺線針式減速機一體，后改為電機通過凸緣聯(lián)軸器與齒輪減速機相連，這樣的設計將整套驅(qū)動機構的連接薄弱點移到了凸緣聯(lián)軸器的鉸制孔螺栓上，當旋轉(zhuǎn)密封閥卡堵時，鉸制孔螺栓斷裂可以有效斷開電機與減速機的連接，從而避免電機燒損。

圖7 干熄焦旋轉(zhuǎn)密封閥改進后的轉(zhuǎn)子

5.3 電氣改造

為防止聯(lián)鎖停機時，振動給料器滑料堵塞旋轉(zhuǎn)密封閥，將原有的聯(lián)鎖停機條件“運焦皮帶急停時振動給料器和旋轉(zhuǎn)密封閥急?！备臑椤斑\焦皮帶急停時振動給料器急停，旋轉(zhuǎn)密封閥延遲30 s停車”。此改動能確保皮帶和振動給料器停車后，旋轉(zhuǎn)密封閥繼續(xù)排焦，防止振動給料器內(nèi)焦炭滑落至旋轉(zhuǎn)密封閥容料腔內(nèi)造成卡堵，多排出的焦炭落入皮帶機溜槽和皮帶上，再次開啟皮帶時即可帶走。裝入裝置電動缸原設計的位置傳感器為內(nèi)置，傳感器損壞后更換極為困難，影響時間較長。后根據(jù)電動缸的極限位置，設計、增加了外置傳感器替代原有的內(nèi)置傳感器，當外置傳感器損壞或位置信息改變時，可以快速更換或調(diào)整，節(jié)約檢修時間。

6 加強與配套設備的聯(lián)系

6.1 焦爐生產(chǎn)

6.1.1 加強聯(lián)系，完善配煤比、合理安排焦爐生產(chǎn)計劃

加強與焦爐生產(chǎn)系統(tǒng)的溝通，防止未完全成熟的焦炭、濕焦粉、煤粉、鐵器等進入干熄爐；完善配煤比，保證焦炭質(zhì)量，防止大塊焦炭堵塞排焦、運焦系統(tǒng)；將每天的生產(chǎn)任務合理的分配到各個時間段，避免趕爐或丟爐的出現(xiàn)，保證干熄爐焦炭裝入量平穩(wěn)，減少干熄爐焦炭料位的波動，從而減少干熄焦的調(diào)節(jié)操作次數(shù)，保障整個系統(tǒng)的穩(wěn)定，防止“牽一發(fā)而動全身”的狀況出現(xiàn)［4］。

6.1.2 合理安排濕法熄焦

在發(fā)生大風天氣（風速超過18 m／s）、大雨天氣時，干熄焦需要停止裝焦，安排濕法熄焦。風速過大，繼續(xù)運行高空中的干熄焦提升系統(tǒng)是存在安全隱患的，當大風對提升機的側向推力大于走行抱閘的制動力時，提升機會產(chǎn)生位移，對各限位造成破壞；雨水過多時，仍打開爐蓋裝焦的話，雨水會大量進入干熄爐內(nèi)，受熱分解成H2和O2，當干熄爐內(nèi)H2含量急劇升高，且無法有效控制時，可能會發(fā)生爆炸。

6.2 干熄焦余熱鍋爐

余熱鍋爐是干熄焦系統(tǒng)中的關鍵設備，但為了方便鍋爐專業(yè)人員的管理，安鋼將干熄焦余熱鍋爐歸入專門負責鍋爐系統(tǒng)的動力廠。如此安排有利于人員管理，但加大了操作難度，因此需要干熄焦系統(tǒng)與余熱鍋爐系統(tǒng)加強溝通，進行影響整個系統(tǒng)的關鍵操作時要提前告知對方，做好應急預案。

6.3 運焦皮帶機

干熄焦排焦系統(tǒng)中的皮帶運輸系統(tǒng)有2套（開1備1），對干熄焦的操作影響較小，但運焦系統(tǒng)需要倒換皮帶、檢修皮帶時，仍要及時與干熄焦溝通，確保生產(chǎn)穩(wěn)定。

7 結束語

與國內(nèi)同類型、同規(guī)模的干熄焦相比，安鋼190 t／h干熄焦的優(yōu)勢有干熄率高、生產(chǎn)節(jié)奏緊湊、工藝參數(shù)穩(wěn)定、設備故障率低、連續(xù)穩(wěn)定運行時間長等，具有較強的綜合市場競爭力。

［1］ 張紀民，向宇，靳迎武.190 t／h雙斜道干熄焦在安鋼的應用［J］.燃料與化工，2014（3）：31－32.

［2］ 潘立慧，魏松波.干熄焦技術［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2005：245－246.

［3］ 王世俊，劉運龍，郭海濤.干熄焦旋轉(zhuǎn)密封閥故障判斷、處理方法及改進措施［J］.河南冶金，2016，24（6）：35－38.

［4］ 范潤漢，白峰，吳云川.攀鋼干熄焦系統(tǒng)運行實踐［J］.四川冶金，2009，31（4）：20－23.

RESEARCH ON CONTINUOUS AND STABLE OPERATION OF LARGE－SCALE CDQ IN CHINA

Wang Shijun Cui Xiaoli Liu Yunlong
（Anyang Iron and Steel Stock Co.， Ltd）

This paper discusses the improvement of the time of continuous and stable operation of large－scale CDQ by improving the structure of CDQ furnace， rational selection of refractory materials， standardizing process operation， impro?ving equipment management and equipment transformation， and the annual repair cycle is extended， power generation is in?creased， maintenance costs is reduced， thereby enhancing economic efficiency and increase market competitiveness.

double chute stable operation continuous operation

聯(lián)系人：王世俊，助理工程師，河南.安陽（455004），安陽鋼鐵股份有限公司焦化分公司設備科；

2017—6—22