劉洲平
(河鋼股份有限公司邯鄲分公司焦化廠,河北 邯鄲 056000)
在當前嚴峻的環(huán)保形勢下,干熄焦作為一種余熱回收設備已在很多焦化企業(yè)中得到推廣應用,在有效改善焦炭質量的同時,減少了熄焦環(huán)節(jié)的污染排放,同時吸收了紅焦顯熱,促進了能源的高效利用,是一項節(jié)能環(huán)保的先進工藝,具有顯著的經濟效益和環(huán)保效益。但由于干熄焦工作環(huán)境較為惡劣,裝焦和熄焦過程中會受到高溫氣流的沖刷作用,長期生產運行下會造成爐體耐火材料的燒損,以及出現(xiàn)冷卻段磨損,環(huán)形氣道變形,除塵耐材損壞等問題,制約了干熄焦的高效運行,也容易對除塵排放指標帶來一定的影響。因此,干熄焦設備在運行一定時間后不得不進行周期性的檢修,干熄焦設備的壽命也因此而受到影響。
為了減少設備損壞,延長設備使用壽命,我們結合生產實踐,對干熄焦運行中的常見損壞現(xiàn)象進行了分析,并提出了在確保環(huán)保數(shù)據(jù)正常前提下,延長干熄焦使用壽命的相關技術措施。
斜道區(qū)俗稱為牛腿,是干熄爐較為容易損壞的部位,該區(qū)域在裝焦生產中不僅會受到紅焦向下流動的沖擊力,還要受到夾帶著焦粉的高溫循環(huán)氣體的沖刷。此外,在干熄焦熱循環(huán)的過程中,斜道區(qū)還會經受300℃~700℃的溫差變化,在較大的熱應力作用下很容易造成斜道區(qū)耐火材料出現(xiàn)損壞。
主要表現(xiàn)為牛腿磚折斷和崩潰性損壞;拱頂部位高溫段磚體燒熔。究其原因,一是耐火磚高溫性能問題,難以適應頻繁的、大幅度的溫差變化,特別是當斜道出口密封性較差,因局部負壓吸入空氣時,會使該部位發(fā)生劇烈燃燒,甚至達到1350℃~1550℃的高溫,繼而導致砌體燒熔。
環(huán)形氣道是干熄爐高溫煙氣的通道,具有砌體結構復雜,運行環(huán)境惡劣的特點,生產運行時會頻繁地受到高溫煙氣的沖刷,對爐體結構的耐磨性、熱穩(wěn)定性等都有著非常高的要求。因此,環(huán)形氣道在經過兩年的運行周期后大多會出現(xiàn)不同程度的變形甚至是倒塌,不得不停產檢修。
通過與其它焦化廠干熄焦設備運行情況的調查,認為環(huán)形氣道變形,檢修周期較短的原因:一是裝焦量較大,導致裝焦時爐體承受的熱應力瞬間成倍提高;二是預存室容積提高,較大的裝焦量必然導致氣道所承受的徑向應力的增加;三是氣道嚴密性不良,導致局部砌體燒熔。
干熄爐至一次除塵器之間的高溫煙氣通道采用高溫澆筑料分層澆筑,雖然具有施工簡單、成本低廉等優(yōu)點,但是在惡劣的工況環(huán)境下,運行一段周期后較容易出現(xiàn)粉化、開裂等結構性破壞,致使其嚴密性受到破壞。繼而導致夾帶大量粉塵的煙氣外逸,污染環(huán)境。
爐口水封槽主要起到防止裝焦時煙氣、粉塵外逸的作用,在生產時由于需要時常開閉,因此會頻繁經受1000℃左右高溫煙氣的沖刷和灼燒。長期運行下,容易導致不銹鋼水封槽的損壞,并導致工業(yè)用水漏入干熄槽內。在工業(yè)水的急劇降溫作用下,非常容易導致爐內襯的開裂損壞;同時水與紅焦接觸后,會引發(fā)劇烈的水煤氣反應,并導致氫氣、一氧化碳等可燃性氣體組分的急劇上升,造成嚴重的安全隱患。干熄爐不得不被迫停產檢修。
目前干熄爐斜道區(qū)普遍采用莫來石碳化硅作為耐火材料,可考慮檢修時采用具有更高強度,更高耐磨性指標和抗折指標的莫來石碳化硅,同時提高耐火泥指標。
隨著近幾年材料工藝的發(fā)展,幾種氮化物結合的新型高強耐火材料已逐漸得到應用,主要包括塞隆結合碳化硅、氮化硅結合碳化硅等。從目前已有的應用案例來看,改進碳化硅關鍵指標是延長干熄爐斜道檢修周期的最有效辦法。雖然氮化硅材質可持續(xù)使用較長時間,但后期不能進行年修,維護成本較大。
在當時焦爐大型化發(fā)展趨勢下,針對環(huán)形氣道易損壞的問題,可采取大勾舌磚型設計,增加磚體之間垂直方向上的咬合力,從而提高氣道徑向應力的承受力。如此,既可以增強氣道抵御裝焦熱沖擊和預存室儲焦張力的能力,同時也強化了風道的密閉性,改善了系統(tǒng)溫度、壓力等運行參數(shù)。此外,通過采用具有更高強度和耐熱性能的新型磚體材料,將大大延長爐體使用壽命,降低維修成本。
對于采用分層澆筑法的高溫膨脹節(jié)內襯,可將其改進為砌筑體耐火磚設計,增強該部位在惡劣工況下的適應能力,解決澆筑料運行一段時間后粉化、脫落的問題。將爐口改為定形組合磚設計,可延長使用壽命達4年以上。
不銹鋼水封槽的損壞是影響干熄爐使用壽命,威脅干熄焦安全生產的關鍵性因素。對此,可采用不誘鋼水封槽的內置設計。首先設計耐磨性能好,熱震穩(wěn)定性好的高材質L型異形磚,在原爐口耐火磚砌體上,按照爐口尺寸砌成水封座槽口,并將不誘鋼水封槽安置在磚體內,避免其與紅焦和高溫煙氣直接接觸,從而延長其壽命。通過對多座干熄爐檢修實踐發(fā)現(xiàn),該種設計方法可有效延長水封槽壽命和維護周期,確保其穩(wěn)定運行2年以上。
干熄焦使用壽命的延長對企業(yè)來說具有可觀的經濟效益和環(huán)保效益,我們在日常的工作中還要繼續(xù)密切關注干熄焦的運行狀況,從而提出進一步的改進措施。