劉占博，趙華，彭磊，衣鵬

（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司,遼寧營(yíng)口115007）

煉焦工業(yè)是耗能大戶，焦化生產(chǎn)工序能耗達(dá)到180～200 kg標(biāo)煤/t，其中煉焦工序能耗占到整個(gè)焦化生產(chǎn)能耗的70%～80%。煉焦耗熱量是指1 kg煤煉成焦炭需要供給焦?fàn)t的熱量。為便于比較，煉焦耗熱量一般換算為含7%水分的濕煤耗熱量來計(jì)算，是焦?fàn)t熱工效率的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。煉焦耗熱量過高直接反映了焦?fàn)t能源利用率低，加熱煤氣浪費(fèi)過多，生產(chǎn)成本偏高。鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉焦部4座JNX70-2爐型焦?fàn)t煉焦耗熱量設(shè)計(jì)值為2 640 kJ/kg，但實(shí)際開工以來煉焦耗熱量長(zhǎng)期在2 800 kJ/kg以上運(yùn)行，表明焦?fàn)t熱利用率偏低，焦?fàn)t加熱煤氣量使用偏高。通過對(duì)影響煉焦耗熱量因素分析，提出了改進(jìn)措施，效果明顯。

1 焦?fàn)t熱量傳遞流程分析

煉焦作業(yè)時(shí)，首先裝煤車將配合煤裝入焦?fàn)t各個(gè)炭化室，加熱煤氣和空氣同時(shí)導(dǎo)入焦?fàn)t加熱系統(tǒng)，經(jīng)蓄熱室換熱后進(jìn)入各個(gè)燃燒室燃燒，相鄰兩個(gè)燃燒室對(duì)其間的一個(gè)炭化室的配合煤進(jìn)行間接供熱，配合煤在炭化室內(nèi)高溫干餾形成焦炭及含氨、焦油、苯等復(fù)雜組成的荒煤氣，加熱煤氣燃燒后形成廢氣，經(jīng)煙道從焦?fàn)t煙囪導(dǎo)出。焦?fàn)t物料平衡見圖1。焦?fàn)t能量平衡見圖2。

圖1 焦?fàn)t物料平衡

焦?fàn)t熱量傳出中，加熱煤氣燃燒熱的70%傳入炭化室（其中焦炭帶走的熱量約占37.6%，水汽帶走的熱量約占16%，凈煤氣和化產(chǎn)品帶走的約占16.4%），由廢氣帶走的熱量約占18.6%，爐體熱損失約占10%。在焦化生產(chǎn)中常以煉焦耗熱量作為焦?fàn)t熱量利用效率的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。焦?fàn)t在生產(chǎn)過程中存在巨大的能量流，但其中大部分沒有得到有效利用，致使煉焦生產(chǎn)能耗較大，現(xiàn)代大型焦?fàn)t熱量的利用效率約為70%～75%，降低煉焦耗熱量還有很大的空間有待進(jìn)一步挖掘。不同爐型焦?fàn)t煉焦耗熱量比較見表1。

圖2 焦?fàn)t能量平衡

表1 不同爐型焦?fàn)t煉焦耗熱量比較

2 影響煉焦耗熱量的因素分析

由于供給焦?fàn)t熱量絕大部分來自加熱煤氣的燃燒熱，可近似認(rèn)為加熱煤氣燃燒值為焦?fàn)t熱量的唯一來源，降低煉焦耗熱量就是盡量減少加熱煤氣使用量和熱量流失及損失。因此,可以在圖2焦?fàn)t熱量平衡圖中，從熱量供給、焦化產(chǎn)品帶走熱量、熱量損失等方面來分析、查找導(dǎo)致煉焦耗熱量增大的因素。

（1）焦?fàn)t生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)加熱煤氣管道內(nèi)部集聚有冷凝水，冬季尤為嚴(yán)重，煤氣含水使煤氣熱值下降，致使焦?fàn)t煤氣用量大大增加。

（2）焦?fàn)t加熱煤氣是通過不同孔徑的孔板調(diào)節(jié)焦?fàn)t每個(gè)燃燒室機(jī)側(cè)和焦側(cè)煤氣使用量，孔板通常只有Φ105～Φ120 mm之間數(shù)十個(gè)固定孔徑型號(hào)，但在實(shí)際生產(chǎn)中，每一燃燒室的各個(gè)立火道工況、每個(gè)蓄熱室工況均不一樣，致使每孔立火道溫度不同，就需要進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)。而鞍鋼鲅魚圈煉焦部4座焦?fàn)t按每個(gè)直徑的孔板準(zhǔn)備需要424個(gè)，不僅數(shù)量龐大，成本也過高。在實(shí)際生產(chǎn)中不能針對(duì)各個(gè)立火道具體情況實(shí)現(xiàn)精細(xì)調(diào)節(jié)，使焦?fàn)t煤氣用量大大增加。

（3）焦?fàn)t生產(chǎn)操作既需要充足的煤氣，又需要適當(dāng)?shù)目諝庾鲋肌？諝饬坎蛔銜r(shí)，會(huì)導(dǎo)致煤氣不能充分燃燒，既浪費(fèi)能源，又造成煙囪冒黑煙，污染環(huán)境；空氣量過大時(shí)，會(huì)造成廢氣溫度高，大量熱量被帶出焦?fàn)t，降低焦?fàn)t的熱效率。因此，空氣量的控制對(duì)優(yōu)化焦?fàn)t的操作、降低煤氣耗熱量至關(guān)重要。以往采用板尺進(jìn)行風(fēng)門開度調(diào)節(jié)，由于焦?fàn)t煙道光線不充足，加上板尺較短，需要用板尺伸進(jìn)廢氣盤很深地方去測(cè)量，不僅工作難度較大，而且還存在被砣桿燙傷的風(fēng)險(xiǎn)，因此，風(fēng)門調(diào)節(jié)速度慢，致使煉焦耗熱量過大。

（4）焦?fàn)t空氣過剩系數(shù)反映了焦?fàn)t加熱煤氣充分燃燒程度，但由于無法進(jìn)行焦?fàn)t煙道廢氣分析，焦?fàn)t的空氣過剩系數(shù)得不到監(jiān)測(cè)及控制，只能通過人工定期在焦?fàn)t頂部目測(cè)立火道煤氣燃燒火焰情況，再根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，致使煉焦耗熱量過大。

（5）焦?fàn)t爐墻竄漏問題一直困擾著煉焦部，尤其是立火道，由于受冷熱交替破壞及機(jī)械設(shè)備撞擊等，經(jīng)常使?fàn)t頭部位爐墻竄漏，造成荒煤氣竄漏到燃燒室內(nèi)，使煤氣燃燒不完全，致使焦?fàn)t煤氣用量大大增加。

3 降低煉焦耗熱量的措施

3.1 優(yōu)化加熱煤氣排水工藝

通過對(duì)加熱煤氣管網(wǎng)進(jìn)行實(shí)地排查，降低摻混站處煤氣水封上部的煤氣排水管進(jìn)口高度200 mm，增加了排水管的整體坡度，將煤氣管道中的冷凝水排放至煤氣水封內(nèi)，使煤氣冷凝水排出順暢，能夠保證煤氣管道內(nèi)無積水，杜絕排水管道內(nèi)積水、積塵，同時(shí)給煤氣管道增設(shè)保溫，提高管道溫度，防止防寒期內(nèi)煤氣管道內(nèi)結(jié)冰造成排水不暢。

3.2 改進(jìn)煤氣孔板

將固定直徑的煤氣孔板改為可調(diào)式煤氣孔板。該煤氣孔板由常備直徑的孔板和數(shù)個(gè)寬度為1～2 mm、厚度為1 mm的薄鋼條組成，通過數(shù)個(gè)薄鋼條疊在煤氣孔板的中心圓孔上，從而改變孔板直徑，將此安裝在焦?fàn)t加熱煤氣管道的孔板盒中，實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t加熱煤氣量精細(xì)調(diào)節(jié)的目的。可調(diào)節(jié)煤氣流量的孔板示意圖見圖3。

3.3 改進(jìn)焦?fàn)t風(fēng)門開度調(diào)節(jié)工具

采用一種新型專用工具代替板尺調(diào)節(jié)焦?fàn)t風(fēng)門開度，見圖4所示。焦?fàn)t風(fēng)門開度測(cè)量調(diào)節(jié)器由鋼管和帶兩個(gè)螺母的螺桿組成。鋼管作為工具的手持端，螺桿的最右端到最左側(cè)螺母的距離作為風(fēng)門調(diào)節(jié)的目標(biāo)開度，左側(cè)螺母擰至右側(cè)螺母處以防止調(diào)節(jié)過程中螺母位置變動(dòng)。先根據(jù)生產(chǎn)情況用刻度尺來確定風(fēng)門具體開度，以確定最左側(cè)螺母位置，手握鋼管，將螺桿的最右端抵在風(fēng)門的一側(cè)，左側(cè)螺母達(dá)到的位置即為風(fēng)門需要調(diào)整到的位置。此時(shí)可直接利用螺母敲擊風(fēng)門小鐵板來調(diào)整風(fēng)門開度，此工具不僅保證了風(fēng)門開度的精確性，減少了作業(yè)危險(xiǎn)性，而且提高了工作效率。

圖3 可調(diào)節(jié)煤氣流量的孔板示意圖

圖4 焦?fàn)t風(fēng)門開度測(cè)量調(diào)節(jié)器

3.4 改進(jìn)空氣過剩系數(shù)控制方法

對(duì)焦?fàn)t煙道氧化鋯氧含量進(jìn)行標(biāo)定，以氧化鋯氧含量示數(shù)法代替焦?fàn)t煙道廢氣化驗(yàn)分析法來調(diào)整焦?fàn)t空氣過剩系數(shù)，指導(dǎo)煉焦調(diào)火進(jìn)行溫度調(diào)整。

（1）對(duì)焦?fàn)t煙道氧化鋯氧含量進(jìn)行標(biāo)定。利用煙道廢氣分析設(shè)備檢測(cè)煙道廢氣成分，對(duì)比廢氣分析結(jié)果中氧含量與煙道氧化鋯測(cè)量氧含量之間的誤差，標(biāo)定氧化鋯氧含量示數(shù)的準(zhǔn)確性。氧化鋯氧含量標(biāo)定統(tǒng)計(jì)表見表2。

（2）通過標(biāo)定數(shù)據(jù)估算氧化鋯氧含量示數(shù)調(diào)整控制范圍。利用焦?fàn)t煙道廢氣分析設(shè)備檢測(cè)煙道廢氣成分，計(jì)算出目前的空氣過剩系數(shù)；通過對(duì)焦?fàn)t風(fēng)門開度的調(diào)整，對(duì)煙道吸力進(jìn)行規(guī)范化管理，當(dāng)空氣過剩系數(shù)達(dá)到1.1～1.2時(shí)，記錄焦?fàn)t煙道氧化鋯氧含量控制最佳值為3.0。

表2 氧化鋯氧含量標(biāo)定統(tǒng)計(jì)表

3.5 改進(jìn)焦?fàn)t立火道過頂磚密封抹補(bǔ)工具

焦?fàn)t立火道過頂磚密封抹補(bǔ)工具見圖5。

圖5 焦?fàn)t立火道過頂磚密封抹補(bǔ)工具

在爐墻竄漏部位下50 mm處用專有工具2將其密封，然后用粘稠狀泥漿在密封面上再抹補(bǔ)一次，確保密封層的嚴(yán)密，灰漿不會(huì)落到密封層下部，這樣密封層與立火道墻面共同作用行成一個(gè)上部開口的方桶形。在密封層做好后將稀釋的灰漿倒入立火道內(nèi)，然后打開上升管處的高壓氨水，利用高壓氨水噴射力所形成的吸力將泥漿吸入爐墻的縫隙處。重復(fù)此過程，并觀察串漏情況，根據(jù)爐墻竄漏情況，調(diào)制泥漿粘稠度和灌漿次數(shù)。一般是縫隙大的先用較稠的泥漿粗灌，等爐墻竄漏減小時(shí)再改用稀釋泥漿補(bǔ)灌，直至立火道無荒煤氣冒出為止。在立火道灌漿完畢后將專有工具1與動(dòng)力風(fēng)管相連，利用風(fēng)噴出時(shí)形成的吸力將立火道內(nèi)部殘余泥漿全部吸出，確保爐墻干凈，而又不堵塞斜道，增加加熱系統(tǒng)的阻力。

4 效果

（1）有效杜絕了加熱煤氣管道內(nèi)積水積塵以及結(jié)冰現(xiàn)象，加熱煤氣管道內(nèi)積水現(xiàn)象消除，穩(wěn)定了加熱煤氣熱值。

（2）通過采用氧化鋯示數(shù)控制焦?fàn)t空氣過剩系數(shù)的方法，焦?fàn)t廢氣中氧含量降低1%，效果明顯。

（3）由于將泥漿吸入爐墻縫隙內(nèi)部，比已往抹補(bǔ)方法中泥漿只能在爐墻表面的密封效果好，經(jīng)此方法抹補(bǔ)的爐墻嚴(yán)密性高，密封效果好，一般抹補(bǔ)后，不會(huì)再出現(xiàn)竄漏現(xiàn)象。

（4）焦?fàn)t煉焦耗熱量由2013年2 808 kJ/kg降低至2017年1月2 685 kJ/kg。

5 結(jié)語

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉焦部通過焦?fàn)t優(yōu)化焦?fàn)t熱工管理及改善爐體密封，有效降低了煉焦耗熱量。煉焦耗熱量由2013年的2 808 kJ/kg降低至2017年1月的2 685 kJ/kg，有效降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。

焦?fàn)t加熱煤氣熱值和空氣過剩系數(shù)在線測(cè)量系統(tǒng)是下一步研究方向，有助于降低煉焦耗熱量。