鞍鋼干熄焦預存段壓力波動問題分析與改進

朱慶廟 ， 龐克亮 ，王超 ，譚嘯 ，蔡秋野

（1.鞍鋼集團鋼鐵研究院，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目現有8套干熄焦裝置，其中干熄焦裝置以生產能力為140 t/h較為普遍和典型。3#140 t/h干熄焦裝置平穩運行2年，年修后出現預存段壓力波動劇烈的問題，導致干熄焦系統不能滿足焦爐焦炭全部干熄需求，影響生產效率。通過對3#干熄焦預存段壓力波動問題的分析，找出了導致預存段壓力波動的根本原因，并改進解決，效果明顯。

1 3#干熄焦預存段壓力波動情況

3#干熄焦干熄爐上部為預存段，中間是斜道區，下部為冷卻段。年修后，當干熄爐打開爐蓋時，預存段壓力由-30 Pa波動至-300 Pa（要求控制范圍為-100～0 Pa），由于該段壓力波動大，導致從爐口吸入的空氣增多，在焦爐生產每段的末期，排焦溫度超過規定值，存在重大潛在安全風險，必須減負荷生產。

3#干熄焦循環氣體系統各部分阻力變化如圖1所示。由圖1可以看出，循環風機出口段阻力呈增大趨勢，入口端阻力呈減小趨勢，干熄爐入口部位負壓呈增大趨勢。預存段壓力波動導致循環氣體在每一個測量點的壓力均發生變化，加劇了鍋爐入口負壓的波動，從而使得干熄焦生產系統不能滿足焦爐全部干熄的生產要求。

圖1 3#干熄焦氣體系統各部分阻力變化示意圖

2 影響3#干熄焦預存段壓力波動因素

為解決3#干熄焦預存段壓力波動大，造成焦炭不能實現全部干熄的生產難題，采用QC法，從人、機、料、法、測、環6個方面對影響干熄焦預存段壓力波動的末端因素進行分析確認，以找出影響預存段壓力波動的根本原因。3#干熄焦預存段壓力波動因素如圖2所示。根據圖2，采取現場調查、測試、討論和分析等方法，對各個末端因素進行確認，認為人員和環境對預存段壓力產生的影響較小，不是造成預存段壓力波動大的根本原因，因此不做分析，只對主要因素進行分析確認。

圖2 3#干熄焦預存段壓力波動因素

2.1 干熄焦冷卻段新澆筑料

干熄焦年修期間對冷卻段的內環5環、6環進行澆筑，為確定新澆筑料是否對干熄爐下焦速度造成影響，從而影響風量分配，造成干熄焦生產不順利，對干熄焦冷卻段上部T3及冷卻段下部T4的圓周四周A、B、C、D各點溫度進行了觀察和測量，同時應用調節棒操作，保證了干熄爐內焦炭沿圓周方向均勻下料。

經過調整， 干熄焦冷卻段T3、T4的 A、B、C、D各點溫度相差較小，但預存段壓力波動問題仍存在，由此確定年修期間冷卻段新澆筑料不是造成預存段壓力波動的根本原因。

2.2 干熄焦循環系統氣密性

干熄焦循環系統在正壓區的泄漏會造成CO的泄漏，較易檢查；而負壓區的泄漏會使系統內部吸入空氣，增加焦炭的燃燒，需通過系統氣體平衡來判定。

2.2.1 預存段壓力調節閥和空氣導入閥開度

預存段壓力調節閥是調節風機進入干熄爐風量的控制裝置，閥門開度表示從循環系統內導出的氣體量；而空氣導入閥門開度則表示從空氣中進入循環系統的氣體量。通過對比同等生產能力的干熄焦系統，可以看出3#干熄焦預存段壓力管道、空氣導入管道的截面積的設計圖紙和實際都與1#、2#干熄焦一致，調節手法和控制結果相同（滿負荷生產時CO含量都在3%～6%之間）。分別從1#、2#、3#干熄焦現場采集5組空氣導入調節閥與預存段壓力調節閥開度數據，見表1。

表1 空氣導入調節閥與預存段壓力調節閥開度 %

由表1可以看出，3#干熄焦正常生產時的空氣導入調節閥開度小于預存段壓力調節閥開度，而1#、2#干熄焦系統正常生產時的空氣導入調節閥開度大于預存段壓力調節閥開度，說明3#干熄焦空氣導入量與循環氣體放散量（僅從開度上講）的比率要比1#、2#干熄焦系統低，循環系統負壓段存在漏空氣的情況。

2.2.2 預存段壓力調節閥開度的影響因素

為了判定在開爐蓋時預存段壓力波動到-300 Pa是否與氣體泄漏有關，設計了工業試驗方案：在正常生產狀態下，空氣導入調節閥開度保持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部，觀察系統漏入大量空氣的狀態下預存段壓力和壓力調節閥開度變化情況，試驗數據見表2。

表2 預存段壓力和壓力調節閥開度變化情況

由表2可以看出，當干熄爐負壓段不嚴密時，空氣會漏入干熄爐內，干熄爐預存段負壓減小22 Pa；同時，干熄爐負壓段有空氣漏入會導致預存段壓力調節閥開度增大 （保持空氣導入調節閥開度不變）。由此確定3#干熄焦循環氣體系統在負壓區是不嚴密的。

通過排查發現三處漏點，分別為中栓箱體、鍋爐人孔、一次除塵法蘭口。經密封處理后，空氣導入閥開度增大并大于預存段壓力調節閥開度，干熄焦開關爐蓋時預存段壓力波動仍劇烈，因此循環系統負壓段漏入空氣不是預存段壓力波動的根本原因。

2.3 焦爐加熱制度

焦炭溫度對干熄焦的生產至關重要。溫度過高，耗費的循環風量多；風量一定時，則排焦溫度升高。溫度過低，焦炭成熟不好、揮發份大、焦油含量高，容易粘住干熄焦焦罐底閘門而影響生產；同時，還會導致干熄爐入口阻力增大，使實際進入干熄爐的冷卻風量減少。

通過觀察焦餅、測量焦餅中心溫度等方式，優化加熱制度，確定合理的標準溫度，將標準溫度降低5℃，在一定程度上穩定了干熄焦生產。采取降低焦爐溫度措施后，預存段壓力波動問題在一定程度上減輕了，但是仍無法使預存段壓力恢復到生產要求控制范圍內，因此，焦炭溫度不是造成預存段壓力波動的根本原因。

2.4 干熄爐爐蓋開關前后各部位壓力變化

由于干熄爐開關爐蓋前后，測量儀表所顯示的各部位壓力及吸力數據變化較大。開關干熄爐爐蓋前后系統阻力及流量變化見表3。

由表3可以看出，干熄爐開蓋后系統壓力相比開蓋之前減小了約350 Pa，系統里空氣導入量和旁通風量共增加了1 832 m3/h，而循環系統總風量減少了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。

2.5 干熄爐放散管處壓力

為了驗證干熄爐爐蓋打開時，循環氣體是由爐蓋噴出而不是吸入干熄爐內后再逸出，設計試驗方案：在干熄爐放散管處測量預存段壓力，試驗時停止干熄焦的生產，保持預存段壓力在-50 Pa左右，打開放散管，模仿爐蓋打開狀態。當放散管打開時，觀察到有大量的循環氣體逸出，中控室顯示預存段壓力突然下降，每30 s讀取一次數據，標定3組數據，在此期間放散管不停地冒出煙氣。預存段壓力與放散管出口壓力見表4。

表3 開關干熄爐爐蓋前后系統阻力及流量變化對照表

表4 預存段壓力與放散管出口壓力對照表

經過測量放散管處的壓力，打開干熄爐爐蓋瞬間測量時，預存段壓力實際為+240 Pa，證明了在打開爐蓋的瞬間不停地有氣體逸出，可以判定雖然預存段在正常生產時顯示為-30 Pa，實際壓力為正壓。

2.6 干熄爐預存段四周各點壓力

由于干熄爐預存段不僅有預存段壓力測量孔，還有高料位測量裝置、預存段溫度測量裝置、預存段壓力放散管。因此，利用斜型表測量這幾個部位的壓力并進行對比分析。預存段內部各測量部位相對位置如圖3所示。

圖3 預存段內部各測量部位相對位置示意圖

干熄爐不開蓋時控制預存段壓力P1在干熄焦中控室顯示在-50 Pa左右波動，用斜型表現場測量此點的壓力同樣為-50 Pa左右，而用斜型表測量預存段其他部位壓力時均為正壓。測量預存段頂部T5溫度計處 （圖中顯示為P2）壓力為+63 Pa，此點在預存段南側，按垂直距離在預存段測壓點下方1.5 m處。測量預存段高料位計處（圖中顯示為P3）壓力為+52 Pa，此點在干熄爐預存段北側，按垂直距離在預存段測壓點下方 1.5 m處。測量干熄爐放散管處 （圖中顯示為P4）壓力為+95 Pa，此點在預存段壓力測點對面且與預存段壓力測量點在同一水平位置。

從預存段各部位壓力測量結果來看，除預存段壓力測量點測量時為負壓，其他三點預存段內部壓力均為正壓，而預存段壓力測量裝置與現場斜型表的測量結果一致，可以判定預存段壓力測量儀表測量系統沒有問題，但是此點測量的數據不能代表預存段的實際壓力。因此將問題集中在預存段壓力取出導管上。將預存段壓力取出點導管拆下發現兩個壓力導管（一開一備）前端已經燒損70 mm（查圖紙核對）且在壓力取出導管中間有裂紋。將壓力取出導管按圖紙設計恢復后，預存段壓力在開關爐蓋時得以恢復穩定運行，解決了困擾干熄焦生產的難題。由此判定預存段壓力取出口處內部導出管損壞是造成壓力波動的根本原因。

3 預存段壓力波動原因分析

3.1 爐口噴火及系統壓力波動

由于預存段壓力測點顯示-50 Pa時實際壓力為正壓（見表4所示），造成生產崗位按照錯誤的預存段壓力顯示進行調節。在裝焦時爐蓋打開，預存段內部熱氣體逸散，出現開爐蓋噴火現象，形成預存段壓力顯示值為-180 Pa～-90 Pa的假象。干熄焦循環氣體系統是密閉循環的，其動力源是風機總壓頭，因此打開爐蓋瞬間氣體大量外逸，使得干熄爐內零壓面下移并造成系統的劇烈波動。由爐口上方下降至爐口（負壓區在循環氣體系統中由風機后向干熄爐方向移動），使原負壓區鍋爐入口壓力、風機入口壓力、風機出口壓力降低，系統壓力再次達到平衡，開蓋前后各點壓力變化見表5。

表5 開蓋前后各點壓力變化

3.2 預存段壓力測點顯示錯誤

結合預存段壓力取出口處內部導出管的破損狀況及干熄爐現場實際條件進行分析，壓力測量導出裝置所測數據不能代表預存段實際壓力。預存段壓力取出口處內部導出管如圖4所示。

圖4 預存段壓力取出口處內部導出管示意圖

預存段壓力取出口處內部導出管前端燒損70 mm，并且爐墻與導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。而預存段內部在高度上存在壓差，氣流在預存段密閉空間內部一直處于相對流動狀態。由于燒損部位在爐墻內部，形成了一個相對不流動或氣流相對流動較小的空間，導出管前端燒損后實際測量的是此空間內部的壓力，即測量孔內部流動氣流的壓差，而不是干熄爐預存段的空間壓力。同時，預存段壓力取出口處內部導出管未燒損部分的前端變形嚴重并有大量裂紋，壓力取出裝置管內外存在的壓差也會影響測量的準確度。

3.3 預存段壓力測點顯示錯誤對操作的影響

干熄焦氣體循環系統流程如圖5所示。圖中所標示點P1為預存段壓力顯示，由于此處的取出點損壞造成此點壓力顯示值比實際壓力小145 Pa左右，實際操作時崗位按照此點爐蓋打開前顯示-50 Pa（爐蓋打開后為-180 Pa）進行控制。利用在開蓋前增加正壓的方式來減小系統的波動，實際上增加了預存段正壓，造成開蓋期間系統壓力波動，極易造成斜道口浮起，使得鍋爐入口負壓增大，惡化干熄焦生產工況，形成干熄焦生產操作的惡性循環。

4 改進措施和效果

為了解決干熄焦預存段壓力波動問題，通過分析影響預存段壓力波動的因素，找到了預存段壓力取出口處內部導出管破損是預存段壓力波動的根本原因。對于損壞的預存段壓力導管進行重新制作并更換，更換后預存段壓力波動范圍由-300～-30 Pa恢復到-100～0 Pa。保證了循環氣體系統的穩定，干熄焦生產效率由84.90%提升至97.89%。

圖5 干熄焦氣體循環系統流程示意圖

5 結語

鞍鋼3#干熄焦由于預存段壓力取出口處內部導出管的損壞導致此點取出的數據控制為-50 Pa時，預存段實際壓力為+95 Pa，造成在裝焦時爐蓋打開，預存段內部正壓降低、熱氣體逸散、開爐蓋噴火現象，同時導致預存段壓力劇烈波動。通過重新制作、更換預存段壓力取出導管，不僅解決了干熄焦預存段壓力波動問題，而且干熄焦生產效率由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。