朱慶廟 , 龐克亮 ,王超 ,譚嘯 ,蔡秋野
(1.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院,遼寧 鞍山 114009;2.鞍鋼股份有限公司煉焦總廠,遼寧 鞍山114021)
鞍鋼股份有限公司煉焦項(xiàng)目現(xiàn)有8套干熄焦裝置,其中干熄焦裝置以生產(chǎn)能力為140 t/h較為普遍和典型。3#140 t/h干熄焦裝置平穩(wěn)運(yùn)行2年,年修后出現(xiàn)預(yù)存段壓力波動(dòng)劇烈的問題,導(dǎo)致干熄焦系統(tǒng)不能滿足焦?fàn)t焦炭全部干熄需求,影響生產(chǎn)效率。通過對(duì)3#干熄焦預(yù)存段壓力波動(dòng)問題的分析,找出了導(dǎo)致預(yù)存段壓力波動(dòng)的根本原因,并改進(jìn)解決,效果明顯。
3#干熄焦干熄爐上部為預(yù)存段,中間是斜道區(qū),下部為冷卻段。年修后,當(dāng)干熄爐打開爐蓋時(shí),預(yù)存段壓力由-30 Pa波動(dòng)至-300 Pa(要求控制范圍為-100~0 Pa),由于該段壓力波動(dòng)大,導(dǎo)致從爐口吸入的空氣增多,在焦?fàn)t生產(chǎn)每段的末期,排焦溫度超過規(guī)定值,存在重大潛在安全風(fēng)險(xiǎn),必須減負(fù)荷生產(chǎn)。
3#干熄焦循環(huán)氣體系統(tǒng)各部分阻力變化如圖1所示。由圖1可以看出,循環(huán)風(fēng)機(jī)出口段阻力呈增大趨勢(shì),入口端阻力呈減小趨勢(shì),干熄爐入口部位負(fù)壓呈增大趨勢(shì)。預(yù)存段壓力波動(dòng)導(dǎo)致循環(huán)氣體在每一個(gè)測(cè)量點(diǎn)的壓力均發(fā)生變化,加劇了鍋爐入口負(fù)壓的波動(dòng),從而使得干熄焦生產(chǎn)系統(tǒng)不能滿足焦?fàn)t全部干熄的生產(chǎn)要求。
圖1 3#干熄焦氣體系統(tǒng)各部分阻力變化示意圖
為解決3#干熄焦預(yù)存段壓力波動(dòng)大,造成焦炭不能實(shí)現(xiàn)全部干熄的生產(chǎn)難題,采用QC法,從人、機(jī)、料、法、測(cè)、環(huán)6個(gè)方面對(duì)影響干熄焦預(yù)存段壓力波動(dòng)的末端因素進(jìn)行分析確認(rèn),以找出影響預(yù)存段壓力波動(dòng)的根本原因。3#干熄焦預(yù)存段壓力波動(dòng)因素如圖2所示。根據(jù)圖2,采取現(xiàn)場調(diào)查、測(cè)試、討論和分析等方法,對(duì)各個(gè)末端因素進(jìn)行確認(rèn),認(rèn)為人員和環(huán)境對(duì)預(yù)存段壓力產(chǎn)生的影響較小,不是造成預(yù)存段壓力波動(dòng)大的根本原因,因此不做分析,只對(duì)主要因素進(jìn)行分析確認(rèn)。
圖2 3#干熄焦預(yù)存段壓力波動(dòng)因素
干熄焦年修期間對(duì)冷卻段的內(nèi)環(huán)5環(huán)、6環(huán)進(jìn)行澆筑,為確定新澆筑料是否對(duì)干熄爐下焦速度造成影響,從而影響風(fēng)量分配,造成干熄焦生產(chǎn)不順利,對(duì)干熄焦冷卻段上部T3及冷卻段下部T4的圓周四周A、B、C、D各點(diǎn)溫度進(jìn)行了觀察和測(cè)量,同時(shí)應(yīng)用調(diào)節(jié)棒操作,保證了干熄爐內(nèi)焦炭沿圓周方向均勻下料。
經(jīng)過調(diào)整, 干熄焦冷卻段T3、T4的 A、B、C、D各點(diǎn)溫度相差較小,但預(yù)存段壓力波動(dòng)問題仍存在,由此確定年修期間冷卻段新澆筑料不是造成預(yù)存段壓力波動(dòng)的根本原因。
干熄焦循環(huán)系統(tǒng)在正壓區(qū)的泄漏會(huì)造成CO的泄漏,較易檢查;而負(fù)壓區(qū)的泄漏會(huì)使系統(tǒng)內(nèi)部吸入空氣,增加焦炭的燃燒,需通過系統(tǒng)氣體平衡來判定。
2.2.1 預(yù)存段壓力調(diào)節(jié)閥和空氣導(dǎo)入閥開度
預(yù)存段壓力調(diào)節(jié)閥是調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)進(jìn)入干熄爐風(fēng)量的控制裝置,閥門開度表示從循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)導(dǎo)出的氣體量;而空氣導(dǎo)入閥門開度則表示從空氣中進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)的氣體量。通過對(duì)比同等生產(chǎn)能力的干熄焦系統(tǒng),可以看出3#干熄焦預(yù)存段壓力管道、空氣導(dǎo)入管道的截面積的設(shè)計(jì)圖紙和實(shí)際都與1#、2#干熄焦一致,調(diào)節(jié)手法和控制結(jié)果相同(滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)CO含量都在3%~6%之間)。分別從1#、2#、3#干熄焦現(xiàn)場采集5組空氣導(dǎo)入調(diào)節(jié)閥與預(yù)存段壓力調(diào)節(jié)閥開度數(shù)據(jù),見表1。
表1 空氣導(dǎo)入調(diào)節(jié)閥與預(yù)存段壓力調(diào)節(jié)閥開度 %
由表1可以看出,3#干熄焦正常生產(chǎn)時(shí)的空氣導(dǎo)入調(diào)節(jié)閥開度小于預(yù)存段壓力調(diào)節(jié)閥開度,而1#、2#干熄焦系統(tǒng)正常生產(chǎn)時(shí)的空氣導(dǎo)入調(diào)節(jié)閥開度大于預(yù)存段壓力調(diào)節(jié)閥開度,說明3#干熄焦空氣導(dǎo)入量與循環(huán)氣體放散量(僅從開度上講)的比率要比1#、2#干熄焦系統(tǒng)低,循環(huán)系統(tǒng)負(fù)壓段存在漏空氣的情況。
2.2.2 預(yù)存段壓力調(diào)節(jié)閥開度的影響因素
為了判定在開爐蓋時(shí)預(yù)存段壓力波動(dòng)到-300 Pa是否與氣體泄漏有關(guān),設(shè)計(jì)了工業(yè)試驗(yàn)方案:在正常生產(chǎn)狀態(tài)下,空氣導(dǎo)入調(diào)節(jié)閥開度保持28%不變,打開中栓層觀察孔,通過讓大量空氣泄漏至干熄爐內(nèi)部,觀察系統(tǒng)漏入大量空氣的狀態(tài)下預(yù)存段壓力和壓力調(diào)節(jié)閥開度變化情況,試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。
表2 預(yù)存段壓力和壓力調(diào)節(jié)閥開度變化情況
由表2可以看出,當(dāng)干熄爐負(fù)壓段不嚴(yán)密時(shí),空氣會(huì)漏入干熄爐內(nèi),干熄爐預(yù)存段負(fù)壓減小22 Pa;同時(shí),干熄爐負(fù)壓段有空氣漏入會(huì)導(dǎo)致預(yù)存段壓力調(diào)節(jié)閥開度增大 (保持空氣導(dǎo)入調(diào)節(jié)閥開度不變)。由此確定3#干熄焦循環(huán)氣體系統(tǒng)在負(fù)壓區(qū)是不嚴(yán)密的。
通過排查發(fā)現(xiàn)三處漏點(diǎn),分別為中栓箱體、鍋爐人孔、一次除塵法蘭口。經(jīng)密封處理后,空氣導(dǎo)入閥開度增大并大于預(yù)存段壓力調(diào)節(jié)閥開度,干熄焦開關(guān)爐蓋時(shí)預(yù)存段壓力波動(dòng)仍劇烈,因此循環(huán)系統(tǒng)負(fù)壓段漏入空氣不是預(yù)存段壓力波動(dòng)的根本原因。
焦炭溫度對(duì)干熄焦的生產(chǎn)至關(guān)重要。溫度過高,耗費(fèi)的循環(huán)風(fēng)量多;風(fēng)量一定時(shí),則排焦溫度升高。溫度過低,焦炭成熟不好、揮發(fā)份大、焦油含量高,容易粘住干熄焦焦罐底閘門而影響生產(chǎn);同時(shí),還會(huì)導(dǎo)致干熄爐入口阻力增大,使實(shí)際進(jìn)入干熄爐的冷卻風(fēng)量減少。
通過觀察焦餅、測(cè)量焦餅中心溫度等方式,優(yōu)化加熱制度,確定合理的標(biāo)準(zhǔn)溫度,將標(biāo)準(zhǔn)溫度降低5℃,在一定程度上穩(wěn)定了干熄焦生產(chǎn)。采取降低焦?fàn)t溫度措施后,預(yù)存段壓力波動(dòng)問題在一定程度上減輕了,但是仍無法使預(yù)存段壓力恢復(fù)到生產(chǎn)要求控制范圍內(nèi),因此,焦炭溫度不是造成預(yù)存段壓力波動(dòng)的根本原因。
由于干熄爐開關(guān)爐蓋前后,測(cè)量儀表所顯示的各部位壓力及吸力數(shù)據(jù)變化較大。開關(guān)干熄爐爐蓋前后系統(tǒng)阻力及流量變化見表3。
由表3可以看出,干熄爐開蓋后系統(tǒng)壓力相比開蓋之前減小了約350 Pa,系統(tǒng)里空氣導(dǎo)入量和旁通風(fēng)量共增加了1 832 m3/h,而循環(huán)系統(tǒng)總風(fēng)量減少了987 m3/h。說明在開爐蓋過程中有1 832+987=2 819 m3/h的氣體逸出干熄爐。
為了驗(yàn)證干熄爐爐蓋打開時(shí),循環(huán)氣體是由爐蓋噴出而不是吸入干熄爐內(nèi)后再逸出,設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案:在干熄爐放散管處測(cè)量預(yù)存段壓力,試驗(yàn)時(shí)停止干熄焦的生產(chǎn),保持預(yù)存段壓力在-50 Pa左右,打開放散管,模仿爐蓋打開狀態(tài)。當(dāng)放散管打開時(shí),觀察到有大量的循環(huán)氣體逸出,中控室顯示預(yù)存段壓力突然下降,每30 s讀取一次數(shù)據(jù),標(biāo)定3組數(shù)據(jù),在此期間放散管不停地冒出煙氣。預(yù)存段壓力與放散管出口壓力見表4。
表3 開關(guān)干熄爐爐蓋前后系統(tǒng)阻力及流量變化對(duì)照表
表4 預(yù)存段壓力與放散管出口壓力對(duì)照表
經(jīng)過測(cè)量放散管處的壓力,打開干熄爐爐蓋瞬間測(cè)量時(shí),預(yù)存段壓力實(shí)際為+240 Pa,證明了在打開爐蓋的瞬間不停地有氣體逸出,可以判定雖然預(yù)存段在正常生產(chǎn)時(shí)顯示為-30 Pa,實(shí)際壓力為正壓。
由于干熄爐預(yù)存段不僅有預(yù)存段壓力測(cè)量孔,還有高料位測(cè)量裝置、預(yù)存段溫度測(cè)量裝置、預(yù)存段壓力放散管。因此,利用斜型表測(cè)量這幾個(gè)部位的壓力并進(jìn)行對(duì)比分析。預(yù)存段內(nèi)部各測(cè)量部位相對(duì)位置如圖3所示。
圖3 預(yù)存段內(nèi)部各測(cè)量部位相對(duì)位置示意圖
干熄爐不開蓋時(shí)控制預(yù)存段壓力P1在干熄焦中控室顯示在-50 Pa左右波動(dòng),用斜型表現(xiàn)場測(cè)量此點(diǎn)的壓力同樣為-50 Pa左右,而用斜型表測(cè)量預(yù)存段其他部位壓力時(shí)均為正壓。測(cè)量預(yù)存段頂部T5溫度計(jì)處 (圖中顯示為P2)壓力為+63 Pa,此點(diǎn)在預(yù)存段南側(cè),按垂直距離在預(yù)存段測(cè)壓點(diǎn)下方1.5 m處。測(cè)量預(yù)存段高料位計(jì)處(圖中顯示為P3)壓力為+52 Pa,此點(diǎn)在干熄爐預(yù)存段北側(cè),按垂直距離在預(yù)存段測(cè)壓點(diǎn)下方 1.5 m處。測(cè)量干熄爐放散管處 (圖中顯示為P4)壓力為+95 Pa,此點(diǎn)在預(yù)存段壓力測(cè)點(diǎn)對(duì)面且與預(yù)存段壓力測(cè)量點(diǎn)在同一水平位置。
從預(yù)存段各部位壓力測(cè)量結(jié)果來看,除預(yù)存段壓力測(cè)量點(diǎn)測(cè)量時(shí)為負(fù)壓,其他三點(diǎn)預(yù)存段內(nèi)部壓力均為正壓,而預(yù)存段壓力測(cè)量裝置與現(xiàn)場斜型表的測(cè)量結(jié)果一致,可以判定預(yù)存段壓力測(cè)量儀表測(cè)量系統(tǒng)沒有問題,但是此點(diǎn)測(cè)量的數(shù)據(jù)不能代表預(yù)存段的實(shí)際壓力。因此將問題集中在預(yù)存段壓力取出導(dǎo)管上。將預(yù)存段壓力取出點(diǎn)導(dǎo)管拆下發(fā)現(xiàn)兩個(gè)壓力導(dǎo)管(一開一備)前端已經(jīng)燒損70 mm(查圖紙核對(duì))且在壓力取出導(dǎo)管中間有裂紋。將壓力取出導(dǎo)管按圖紙?jiān)O(shè)計(jì)恢復(fù)后,預(yù)存段壓力在開關(guān)爐蓋時(shí)得以恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行,解決了困擾干熄焦生產(chǎn)的難題。由此判定預(yù)存段壓力取出口處內(nèi)部導(dǎo)出管損壞是造成壓力波動(dòng)的根本原因。
由于預(yù)存段壓力測(cè)點(diǎn)顯示-50 Pa時(shí)實(shí)際壓力為正壓(見表4所示),造成生產(chǎn)崗位按照錯(cuò)誤的預(yù)存段壓力顯示進(jìn)行調(diào)節(jié)。在裝焦時(shí)爐蓋打開,預(yù)存段內(nèi)部熱氣體逸散,出現(xiàn)開爐蓋噴火現(xiàn)象,形成預(yù)存段壓力顯示值為-180 Pa~-90 Pa的假象。干熄焦循環(huán)氣體系統(tǒng)是密閉循環(huán)的,其動(dòng)力源是風(fēng)機(jī)總壓頭,因此打開爐蓋瞬間氣體大量外逸,使得干熄爐內(nèi)零壓面下移并造成系統(tǒng)的劇烈波動(dòng)。由爐口上方下降至爐口(負(fù)壓區(qū)在循環(huán)氣體系統(tǒng)中由風(fēng)機(jī)后向干熄爐方向移動(dòng)),使原負(fù)壓區(qū)鍋爐入口壓力、風(fēng)機(jī)入口壓力、風(fēng)機(jī)出口壓力降低,系統(tǒng)壓力再次達(dá)到平衡,開蓋前后各點(diǎn)壓力變化見表5。
表5 開蓋前后各點(diǎn)壓力變化
結(jié)合預(yù)存段壓力取出口處內(nèi)部導(dǎo)出管的破損狀況及干熄爐現(xiàn)場實(shí)際條件進(jìn)行分析,壓力測(cè)量導(dǎo)出裝置所測(cè)數(shù)據(jù)不能代表預(yù)存段實(shí)際壓力。預(yù)存段壓力取出口處內(nèi)部導(dǎo)出管如圖4所示。
圖4 預(yù)存段壓力取出口處內(nèi)部導(dǎo)出管示意圖
預(yù)存段壓力取出口處內(nèi)部導(dǎo)出管前端燒損70 mm,并且爐墻與導(dǎo)管之間填充的陶瓷纖維散裝料脫落,造成氣流在此處夾層短路。而預(yù)存段內(nèi)部在高度上存在壓差,氣流在預(yù)存段密閉空間內(nèi)部一直處于相對(duì)流動(dòng)狀態(tài)。由于燒損部位在爐墻內(nèi)部,形成了一個(gè)相對(duì)不流動(dòng)或氣流相對(duì)流動(dòng)較小的空間,導(dǎo)出管前端燒損后實(shí)際測(cè)量的是此空間內(nèi)部的壓力,即測(cè)量孔內(nèi)部流動(dòng)氣流的壓差,而不是干熄爐預(yù)存段的空間壓力。同時(shí),預(yù)存段壓力取出口處內(nèi)部導(dǎo)出管未燒損部分的前端變形嚴(yán)重并有大量裂紋,壓力取出裝置管內(nèi)外存在的壓差也會(huì)影響測(cè)量的準(zhǔn)確度。
干熄焦氣體循環(huán)系統(tǒng)流程如圖5所示。圖中所標(biāo)示點(diǎn)P1為預(yù)存段壓力顯示,由于此處的取出點(diǎn)損壞造成此點(diǎn)壓力顯示值比實(shí)際壓力小145 Pa左右,實(shí)際操作時(shí)崗位按照此點(diǎn)爐蓋打開前顯示-50 Pa(爐蓋打開后為-180 Pa)進(jìn)行控制。利用在開蓋前增加正壓的方式來減小系統(tǒng)的波動(dòng),實(shí)際上增加了預(yù)存段正壓,造成開蓋期間系統(tǒng)壓力波動(dòng),極易造成斜道口浮起,使得鍋爐入口負(fù)壓增大,惡化干熄焦生產(chǎn)工況,形成干熄焦生產(chǎn)操作的惡性循環(huán)。
為了解決干熄焦預(yù)存段壓力波動(dòng)問題,通過分析影響預(yù)存段壓力波動(dòng)的因素,找到了預(yù)存段壓力取出口處內(nèi)部導(dǎo)出管破損是預(yù)存段壓力波動(dòng)的根本原因。對(duì)于損壞的預(yù)存段壓力導(dǎo)管進(jìn)行重新制作并更換,更換后預(yù)存段壓力波動(dòng)范圍由-300~-30 Pa恢復(fù)到-100~0 Pa。保證了循環(huán)氣體系統(tǒng)的穩(wěn)定,干熄焦生產(chǎn)效率由84.90%提升至97.89%。
圖5 干熄焦氣體循環(huán)系統(tǒng)流程示意圖
鞍鋼3#干熄焦由于預(yù)存段壓力取出口處內(nèi)部導(dǎo)出管的損壞導(dǎo)致此點(diǎn)取出的數(shù)據(jù)控制為-50 Pa時(shí),預(yù)存段實(shí)際壓力為+95 Pa,造成在裝焦時(shí)爐蓋打開,預(yù)存段內(nèi)部正壓降低、熱氣體逸散、開爐蓋噴火現(xiàn)象,同時(shí)導(dǎo)致預(yù)存段壓力劇烈波動(dòng)。通過重新制作、更換預(yù)存段壓力取出導(dǎo)管,不僅解決了干熄焦預(yù)存段壓力波動(dòng)問題,而且干熄焦生產(chǎn)效率由84.90%提升至97.89%,減少了干熄焦的熱損失,提高了干熄焦的熱效率。