淺談降低熱回收焦爐噸焦耗煤的改進措施

馬愛玲

(河南工業和信息化職業學院，河南 焦作 454100)

山西某焦化企業現有一座年產60萬t的QRD-2000清潔型熱回收焦爐，該爐設計可大量配入瘦煤、貧瘦煤等變質程度高、揮發分低的煤種，經生產實踐，瘦煤的配入量最高可達45%. 因此，配合煤揮發分較低為21%～23%，理論全焦產率可達79%～82%，理論噸焦耗煤僅為1.26～1.28 t. 但在實際生產過程中發現，該爐噸焦耗煤一直高達1.36 t左右，較理論預測高出0.07 t左右，按照該爐3.5萬t/月產量計算，導致經營成本上升490萬元/月。

1 清潔型熱回收焦爐工藝

該焦爐采用山西省化工設計院的專利技術QRD-2000清潔型熱回收搗固式機焦爐，建有8×16孔炭化室，配套2×15 MW余熱發電機組，炭化室全長13 340 mm，全寬3 596 mm，全高2 758 mm，設計生產能力60萬t/年，年發電量210 GWh.

基本工藝流程如下：原料煤經購回后存放于半地下式堆煤場，根據配煤方案比例，不同煤種按比例經配煤倉進入配煤皮帶，配合煤經破碎機破碎混合后，由輸煤棧橋運入煤塔，裝煤車行至煤塔下方，搖動給料機將煤均勻逐層給入裝煤車的煤箱內，用固定搗固機分層搗實，然后將搗好的煤餅由裝煤車按作業計劃從焦爐機側裝入炭化室。煤餅在850～950 ℃的溫度下高溫干餾，經過規定的結焦時間后，成熟的焦炭被推焦車推出落入熄焦車內，由熄焦車送至熄焦塔下用水噴灑熄焦，熄焦后的焦炭由熄焦車放焦閘門將焦炭放至涼焦臺，未熄滅的紅焦在涼焦臺上經補充熄焦、涼焦后，由刮板放焦機放至皮帶送焦場或焦倉。清潔型焦爐不回收焦爐煤氣，將其直接在炭化室上部空間、爐底火道內燃燒，放出的熱量供煉焦使用，在爐頂補充空氣，燒盡廢氣中的可燃成分。從底部煙道出來的氣體，進入同側爐墻的上升煙道，再進入位于焦爐頂上中間部位的廢熱管道中。一組焦爐共用一根廢熱管道，熱廢氣進入余熱鍋爐產生蒸汽帶動蒸汽輪機進行發電。工藝流程圖見圖1.

圖1 QRD-2000焦化生產工藝示意圖

2 噸焦耗煤高的因素分析

1) 工藝特點的影響。

熱回收焦爐不同于常規煉焦爐，其結構特點決定了獨特的加熱調節方式。常規焦爐煉焦時產生的荒煤氣要送出爐外，凈化后再送回焦爐，供焦爐加熱，煤氣量易于控制，可通過調節加熱煤氣量，達到對焦爐調控的目的。但熱回收焦爐產生的荒煤氣，是在爐內直接燃燒，產多少燒多少，煤氣量隨配煤的揮發分、爐溫和結焦時間的變化很大。在結焦初期，荒煤氣中含有大量的水分，可燃成分少，煤氣熱值低。隨著煤中水分的不斷排出，到結焦中期，高熱值煤氣大量發生，爐內煤氣過剩，在爐內無法完全燃燒。在結焦后期，隨著煤氣發生量的減少，煤氣中的碳氫化合物也隨之減少，煤氣熱值降低，自產的荒煤氣不夠加熱用，會燒掉炭化室內部分焦炭。

2) 爐門密封的影響。

QRD-2000型焦爐爐門密封主要依靠爐門與爐門框的剛性接觸，由于爐門與爐門框之間存在縫隙，傳統使用石棉將縫隙堵住，爐門四個角、爐門掛耳處密封不嚴漏氣，而該爐又是負壓操作，大量空氣通過爐門縫隙進入炭化室內，造成炭化室溫度過高，爐門燒損加快，焦餅化焦率增大。

3) 爐頂配風的影響。

由于炭化室內煤氣量的產生是不斷變化的，因此，對升溫趨勢的控制主要體現在對空氣量的控制，熱回收焦爐空氣分兩次配入，第一次由爐頂配風，直接進入爐頂空間燃燒，燃燒剩余的煤氣與廢氣通過四聯火道進入爐底，二次配風進行燃燒，通過爐底對焦餅進行加熱。爐頂一次配風的情況直接影響爐底二次配風的調節操作，影響整個焦餅的升溫加熱。

4) 焦爐砌體的影響。

焦爐頂部為露天建設，且投產年限較長，經長期雨雪沖刷，焦爐頂部砌體由于熱脹冷縮等作用，頂部膨脹縫松動，砌體間隙增大，部分頂部砌體存在竄漏，冷空氣從砌體間隙進入炭化室內部，造成炭化室吸力較難控制。

3 改進措施

1) 焦餅鋪灰。

由于熄焦粉在2018年被列入固體廢物，禁止摻入焦炭外銷，因此，該企業決定將2～4 mm的熄焦粉鋪在焦餅表面，一方面廢物利用、避免污染，另一方面使其代替焦炭燒損，達到提升焦炭產量，降低噸焦耗煤的目的(每爐約需要920 kg熄焦粉，870爐可消化熄焦粉800 t/月)。為保證試驗數據準確性，試驗選取了兩個爐號，兩種配煤方案，所有數據采取現場實際過磅方式，避免了數據誤差。焦餅未鋪焦粉前噸焦耗煤見表1.

表1 焦餅未鋪焦粉前噸焦耗煤試驗數據表

由表1看出，未鋪灰前的噸焦耗煤確實較高，濕基分別為1.41 t、1.37 t；干基分別為1.39 t、1.33 t，較理論預測高出0.05～0.09 t. 將焦餅表面鋪熄焦粉2～4 mm，試驗數據見表2.

表2 焦餅鋪焦粉后噸焦耗煤試驗數據表

由表2可以看出，在焦餅鋪熄焦粉后，濕基噸焦耗煤由1.37～1.41 t下降到了1.33～1.36 t，干基噸焦耗煤由1.33～1.39 t下降到了1.29～1.34 t，噸焦耗煤降低了0.04～0.05 t，與理論的差值由0.05～0.08 t減小至0.01～0.03 t，確實起到了降低噸焦耗煤的作用。

2) 提高爐門嚴密性。

為了解決密封問題，借鑒機械上為保證氣密性使用的墊片，將石棉當做墊片，使用卡子將石棉固定在爐門上、左、右3個部位的內側，利用托輥對爐門的壓力用石棉將爐門與爐門框接觸面密封嚴實。通過以上方法，提高了爐門嚴密性，減小了化焦率，單項統計每爐可減少化焦0.1 t.

3) 增設配風口。

利用中空注漿錨桿進行鉆孔，中空錨桿的錨桿體采用中空設計，桿體中孔作為鉆進水通道，在鉆孔的過程中，采用水冷降溫的方法，接通降溫水，與實心桿體相比，中空桿體設計可獲得更好的剛度和抗剪強度。根據爐頂厚度，在距拱頂連接中部爐墻頂端進行鉆孔施工，避免在坡底鉆孔，防止水流進入炭化室內部損壞焦爐砌體，鉆孔與焦爐主墻下降火道相連接，連接后在頂部安裝調節風門，防止雨水進入，同時起到定期配風作用。

4) 對爐體空隙進行灌漿保溫。

采用3層保溫步驟：第1層對原有砌體縫隙進行吹掃灌漿，灌漿材料選用耐高溫涂抹料，具有良好的流動性及可塑性，較高的耐火度與荷重軟化溫度；中間層采用海泡石保溫料，材質輕，保溫效果好；最外層采用纖維涂抹料，該材料由纖維針刺毯為原料加入無機結合劑、膨脹劑、無機耐火纖維。通過以上方法，焦爐嚴密性大大提升，減少熱量散失，焦爐需熱量減少，有效避免了后期低熱值煤氣期間對焦炭的燒損。

4 改進效果

1) 通過焦餅鋪灰保護了頂層焦炭，減少了因工藝因素導致的焦炭燒損。按噸焦耗煤降低0.05 t計算，該廠每月生產3.5萬t焦炭，減少煤耗約1 750 t，按該廠入爐煤成本2018年累計1 200元/t(含稅到廠價)計算，可降低成本約210萬元/月，同時可消化9 600 t熄焦粉。

2) 通過爐門密封減少空氣進入，保護了較易燒損的爐頭焦炭。按每爐減少爐頭化焦0.1 t計算，該廠每月生產870爐焦炭，減少化焦約87 t，按該廠焦炭2018年全年累計售價2 011元/t(大塊焦含稅出廠價)計算，可增收約17.5萬元/月。

3) 通過中空錨桿鉆孔增加頂部配風，配風充足，降低了調火、調吸力的難度，保證了焦炭按照計劃結焦成熟。

4) 通過爐體灌漿避免竄漏，爐體嚴密性大大提高，有效避免了焦炭燒損。

5 結 論

通過以上措施的實施，該企業噸焦耗煤下降了0.04～0.05 t，爐頭化焦減少0.1 t/爐，每月可提升利潤約230萬元，同時可消化9 600 t熄焦粉，提升經營利潤的同時，兼顧環保效益，避免污染，該措施適用于同類型清潔型熱回收焦爐。