新型節(jié)能環(huán)保干熄焦罐改造項(xiàng)目的研究及應(yīng)用

覃伏虎，廖 斌

（廣西柳鋼工程技術(shù)有限公司，廣西 柳州545002）

0 引言

傳統(tǒng)圓形干熄焦罐用來裝運(yùn)從炭化室中推出的紅焦，通過電機(jī)車和焦罐臺(tái)車將焦罐運(yùn)至干熄焦提升井下，通過提升機(jī)、裝入裝置將紅焦裝入干熄爐內(nèi)。干熄焦罐在接焦過程中繞中心線旋轉(zhuǎn)，既可提高焦罐的裝載系數(shù)，減輕焦罐的重量，同時(shí)又可改善焦炭在焦罐中的粒度分布。由于干熄焦系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的工藝特性，因此要求設(shè)備具備很高的操作可靠性及頻繁性。

傳統(tǒng)圓形干熄焦罐主要由焦罐本體、襯板、提升梁、底門、緩沖座、耐熱材料和潤(rùn)滑管路等組成，在使用過程中存在一些缺陷，例如襯板變形或開裂、襯板脫落，襯板備件成本高、襯板維護(hù)量大，紅焦熱損失大、燒損大等等。針對(duì)傳統(tǒng)焦罐在干熄焦工藝過程中出現(xiàn)的種種問題，柳鋼對(duì)傳統(tǒng)焦罐的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了創(chuàng)新改造，采用了輕質(zhì)耐火澆筑料替代原燒注合金襯板，研制出節(jié)能型焦罐，并取得了國家實(shí)用新型專利ZL201520582946。

1 傳統(tǒng)干熄焦罐在使用過程中暴露出來的問題及原因分析

1.1 故障率高

干熄焦罐體鋼結(jié)構(gòu)因焦炭溫度過高極易氧化和熱損傷，造成整體鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降和局部斷裂，使干熄焦罐本身存在較大的安全隱患。同時(shí)，由于干熄焦罐本身沒有保溫功能，干熄焦罐輻射出來的高溫對(duì)整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)也會(huì)造成一定的影響，增大運(yùn)行系統(tǒng)的故障率。

1.2 易出安全事故

干熄焦罐襯板容易出現(xiàn)變形或開裂，甚至襯板脫落至干熄爐中，可能卡住旋轉(zhuǎn)密封閥打斷生產(chǎn)順行。同時(shí)，也給生產(chǎn)帶來安全隱患，發(fā)生旋轉(zhuǎn)密封閥電機(jī)燒損的幾率增加。當(dāng)檢修人員維修時(shí)，容易出現(xiàn)碰傷、燙傷甚至中毒等安全事故。

1.3 維修成本高

傳統(tǒng)干熄焦罐熱量流失大、襯板燒損嚴(yán)重：在紅焦運(yùn)輸過程中，焦罐外殼溫度通常高達(dá)600多攝氏度，不可避免地與空氣產(chǎn)生對(duì)流換熱、輻射換熱。同時(shí)，大量空氣通過襯板縫隙進(jìn)入焦罐內(nèi)與紅焦接觸發(fā)生大火燃燒，使得熱量大量流失的同時(shí)，內(nèi)襯板受到嚴(yán)重的燒損。傳統(tǒng)干熄焦罐內(nèi)襯板備件成本高、維護(hù)或更換量大：每年干熄焦罐備件的成本占干熄焦機(jī)械費(fèi)用相當(dāng)大的比重，同時(shí)需要3～5名檢修工對(duì)干熄焦罐進(jìn)行正常更換內(nèi)襯板的專項(xiàng)維護(hù)。

1.4 整體使用壽命短

在干熄焦?fàn)t系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，紅焦需要在焦罐內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間存放，襯板和鋼構(gòu)件的溫度會(huì)不斷上升甚至軟化，干熄焦罐整體結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)將會(huì)大大提高。必要時(shí)，還需要現(xiàn)場(chǎng)工作人員對(duì)罐壁進(jìn)行淋水冷卻，急冷急熱更加劇了襯板的損壞，以至于影響到其使用壽命。

2 改造新型節(jié)能焦罐的設(shè)計(jì)與制作

2.1 技術(shù)參數(shù)分析

傳統(tǒng)干熄焦罐技術(shù)參數(shù)，如表1所示。

表1 傳統(tǒng)干熄焦罐技術(shù)參數(shù)

通過數(shù)據(jù)分析新型焦罐需達(dá)到的技術(shù)要求如下：

（1）用新型干熄焦罐替代原有干熄焦罐，必須保證焦罐容積、強(qiáng)度、整體重量等技術(shù)參數(shù)與原有干熄焦罐相比基本不變。

（2）新型干熄焦罐與原有干熄焦罐相比，外形尺寸不變。

（3）罐體與轉(zhuǎn)盤應(yīng)精確定位，因此在底閘門上的兩個(gè)窩槽與原有轉(zhuǎn)盤上的楔形定位凸臺(tái)相配。

（4）罐體提升方式，底門打開方式、打開角度不變。在接焦過程中只有罐體和底閘門是旋轉(zhuǎn)的，因此在將焦罐置于運(yùn)載車轉(zhuǎn)盤上時(shí)，外框架應(yīng)與底閘門及罐體完全脫開，罐體置于轉(zhuǎn)盤上后，外框架及吊桿繼續(xù)向下移動(dòng)，使吊桿上的圓柱形掛鉤與底閘門上的半圓形窩槽脫離。開門角度不小于42°。

（5）運(yùn)輸方式改變。傳統(tǒng)干熄焦罐從制造廠家整體組裝出廠，整體運(yùn)輸?shù)绞褂脝挝唬\(yùn)輸過程超寬、超高，為解決這個(gè)弊端，特設(shè)計(jì)分體式結(jié)構(gòu)，分塊運(yùn)輸，現(xiàn)場(chǎng)組裝。

2.2 干熄焦罐體改造設(shè)計(jì)

2.2.1 整體密封性設(shè)計(jì)

原干熄焦罐本體的鋼結(jié)構(gòu)部分是鋼板焊接成的，通過適當(dāng)配置筋、梁等，使其形成具有足夠強(qiáng)度合剛度的鏤空框架結(jié)構(gòu)，合金襯塊則將直接安裝于鏤空框架上。導(dǎo)致在使用過程中出現(xiàn)罐體無法密封，大量空氣通過襯板縫隙進(jìn)入焦罐內(nèi)與紅焦接觸發(fā)生大火燃燒，使得熱量大量流失。新型干熄焦罐罐體采用整圈8 mm厚的鋼板焊制成，讓罐體成密封狀，有效地減少空氣大面積進(jìn)入罐體與紅焦接觸發(fā)生燃燒現(xiàn)象，且無論在制作及安裝上都將簡(jiǎn)單快捷很多，新舊焦罐結(jié)構(gòu)對(duì)比如圖1所示。

圖1 新罐體與原罐體結(jié)構(gòu)對(duì)比

2.2.2 整體切割設(shè)計(jì)

整體制作好的干熄焦罐高N米，直徑M米，約36.6噸（其中回轉(zhuǎn)部分重約25噸），不利于吊裝及運(yùn)輸。所以在重新研究焦罐本體的設(shè)計(jì)時(shí)，有意將分為3大部分（本體、左右閘門）原圓型傳統(tǒng)干熄焦罐，重新設(shè)計(jì)分割為7個(gè)部件，其中干熄焦罐本體分為5大塊，即圓柱體切分成三大塊，圓錐體切分成2大塊。運(yùn)輸至焦化廠安裝現(xiàn)場(chǎng)后，再進(jìn)行拼接處理。為了保證干熄焦罐的整圓性，在圓柱體及圓錐體將是在整體制作好后，再進(jìn)行分塊切割，如圖2所示。

圖2 焦罐分體設(shè)計(jì)

2.2.3 新型內(nèi)襯材料的設(shè)計(jì)運(yùn)用

新型節(jié)能環(huán)保干熄焦罐采用了預(yù)制塊型內(nèi)襯替代原澆注型合金襯板，選用預(yù)制塊型內(nèi)襯代替澆注型合金襯板的優(yōu)勢(shì)。

（1）制作施工工藝便捷

1）澆注型合金內(nèi)襯的制作施工工藝

澆注型內(nèi)襯施工時(shí)，工序比較復(fù)雜，首先要在罐壁上焊接錨固鉤，所用錨固鉤需要自己彎制，焊接時(shí)劃線定位，控制距離，焊好后再刷瀝青漆保護(hù)，錨固鉤數(shù)量較大，耗時(shí)耗力；澆注型內(nèi)襯需要現(xiàn)場(chǎng)支模，因?yàn)槭谴竺娣e澆注，對(duì)支模的要求比較高，支模厚度尺寸要控制好，模具要支撐牢固，不能出現(xiàn)脹模、漏漿等現(xiàn)象，每次支模前都要對(duì)模具表面刷油處理，以方便脫模。另外，每一塊模具的面積較大，重量較重，施工過程中不易移動(dòng)，模具重復(fù)利用幾次后發(fā)生變形，影響使用，因而會(huì)浪費(fèi)鋼材[1]；澆注過程中，為保證質(zhì)量，需要對(duì)澆注料的加水量嚴(yán)格控制，澆注料的施工對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的天氣、溫度、濕度等條件的要求較高，為了避免出現(xiàn)蜂窩麻面、振動(dòng)、流動(dòng)不到位等現(xiàn)象，常常被迫加大加水量，從而影響澆注質(zhì)量。為了留設(shè)膨脹縫，澆注時(shí)必須要分層分格澆注，每次都要等上一格的澆注料完全凝固之后才能脫模，再裝模澆注下一格，施工周期較長(zhǎng)，單直段澆注都要至少4天時(shí)間，施工效率低。

2）預(yù)制塊型內(nèi)襯的制作施工工藝

預(yù)制塊型內(nèi)襯的施工方式比較方便，只需將預(yù)制塊一塊塊焊接拼裝上去，再利用預(yù)制塊作為模具，直接澆注輕質(zhì)纖維澆注料即可，所需的人力較少，效率更高，工期更短。預(yù)制塊由耐火材料廠家按照設(shè)計(jì)圖紙?zhí)崆爸谱骱煤笏偷绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，每一塊預(yù)制塊都是獨(dú)立施工，體積比較小，廠家對(duì)其加水量控制的更好，不會(huì)出現(xiàn)蜂窩麻面、振動(dòng)、流動(dòng)不到位等現(xiàn)象，內(nèi)襯的質(zhì)量會(huì)更好；預(yù)制塊之間留設(shè)膨脹縫很方便，只需填充合適的泥漿和留設(shè)膨脹紙片即可，如圖3所示。

圖3 施工方式對(duì)比

（2）使用壽命更長(zhǎng)

1）澆注型內(nèi)襯所用的材料多為輕質(zhì)型澆注料，耐壓性、耐磨性等強(qiáng)度方面相對(duì)較差，影響使用壽命。

2）預(yù)制塊型內(nèi)襯采用的是輕質(zhì)纖維澆注料與重質(zhì)耐火澆注料做成的預(yù)制塊相結(jié)合，既保證了整個(gè)罐體不會(huì)超重，又提高了內(nèi)襯的整體強(qiáng)度和表面的耐磨性，從而提高使用壽命。

（3）保溫性能更優(yōu)

1）澆注型內(nèi)襯由于大多使用的是輕質(zhì)型澆注料，早期的保溫效果較好，直段罐外壁溫度為160℃左右，長(zhǎng)時(shí)間使用后，輕質(zhì)澆注料內(nèi)襯會(huì)被磨薄，后期直段罐外壁溫度會(huì)達(dá)到230℃以上，容易加快罐壁鋼板的銹蝕和老化。

2）預(yù)制塊型內(nèi)襯由于輕質(zhì)纖維澆注料的導(dǎo)熱系數(shù)更低，保溫性能更佳，而且預(yù)制塊耐磨性強(qiáng)，可以很好的保護(hù)輕質(zhì)纖維澆注料，罐外壁溫度能基本維持在200℃左右，對(duì)焦罐的保溫效果更好。

（4）制作工藝更簡(jiǎn)單

1）澆注型合金內(nèi)襯每次澆注施工完成后，都要用木材或煤氣進(jìn)行烘烤，將內(nèi)襯里面的水分全部排出來，防止上線后在高溫下水分急劇排出而產(chǎn)生爆裂，每次烘烤都要至少8 h以上，需要消耗較多的木材或煤氣。烘烤前還要制作蓋子以形成封閉空間，比較麻煩而且烘烤不均勻，效果不理想。

2）預(yù)制塊內(nèi)襯的預(yù)制塊在出廠前就已經(jīng)經(jīng)過400℃左右的烘烤，完成安裝后就可以直接上線投入使用，省去了烘烤工藝環(huán)節(jié)。

3 改造后新型節(jié)能環(huán)保焦罐的使用情況分析

3.1 性能指標(biāo)對(duì)比

改善后的性能指標(biāo)對(duì)比，如表2所列。

表2 性能指標(biāo)對(duì)比

3.2 跟蹤使用情況對(duì)比

（1）罐體的保溫性能對(duì)比：新型節(jié)能環(huán)保干熄焦罐裝焦后與傳統(tǒng)干熄焦罐對(duì)比，熱量流失小，基本避免了罐體側(cè)面大量空氣進(jìn)入罐內(nèi)與紅焦接觸發(fā)生大火燃燒的現(xiàn)象，保溫性能是傳統(tǒng)干熄焦罐無法相比的。

（2）罐體外壁溫度對(duì)比：新型節(jié)能環(huán)保干熄焦罐外壁溫度由傳統(tǒng)干熄焦罐外壁的600多攝氏度，下降到了200℃左右，極大地減少了紅焦的熱損失以及高溫對(duì)罐體及其周圍構(gòu)件的損傷，收回的熱量可以促進(jìn)發(fā)電量的增長(zhǎng)。

（3）罐體內(nèi)襯更換率對(duì)比：新型節(jié)能環(huán)保干熄焦罐采用了預(yù)制塊型內(nèi)襯，耐磨性、保溫性都要比澆注合金內(nèi)襯強(qiáng)，所以在實(shí)際使用中，沒有出現(xiàn)大面積耐火材料剝落的情況，罐體內(nèi)襯更換率比傳統(tǒng)干熄焦罐低很多。

（4）整體焦罐外表對(duì)比：新型節(jié)能環(huán)保干熄焦罐整體外觀比傳統(tǒng)干熄焦罐更簡(jiǎn)潔美觀。

4 結(jié)語

經(jīng)過改造后的新型節(jié)能環(huán)保干熄焦罐在實(shí)際生產(chǎn)使用中得到了用戶的認(rèn)可，與傳統(tǒng)干熄焦罐對(duì)比更加節(jié)能、環(huán)保，減少罐體內(nèi)襯的更換頻率，大幅降低了檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益白熱化，如何更節(jié)能、更環(huán)保依然是企業(yè)研究的方向，只有堅(jiān)持可持續(xù)改造，不斷優(yōu)化生產(chǎn)工藝及設(shè)備設(shè)置改造，才能更好地立足市場(chǎng)。