鞍鋼鲅魚圈7 m焦爐邊火道熱工管理優化與實踐

趙華，周鵬，馬銀華，黨平，代成，彭磊

（1.鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009；2.鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧 營口 115007）

為了使焦爐各炭化室的焦餅在規定結焦時間內沿長向和高向均勻成熟，達到焦爐穩產、低耗、長壽的目的，需嚴格執行焦爐加熱制度。焦爐邊火道位于焦爐兩側，常由于供熱不足或摘開爐門時冷卻速度快，導致其溫度偏低，出現爐頭部位焦炭不能按時成熟、焦炭品質降低、推焦過程中冒黑煙、推焦困難等狀況。鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉焦部（以下簡稱“鲅魚圈”）有7 m 52孔JNX-70-2型焦爐4座，基于焦爐邊火道熱工現狀，分析了邊火道熱工管理存在問題，并進行了邊火道熱工管理優化實踐，本文對此做一介紹。

1 焦爐邊火道熱工現狀

鲅魚圈7 m焦爐結焦時間為19 h，日常熱工測量得到的焦爐邊火道溫度如表1所示。由表1可以看出，焦爐邊火道機側溫度低于標準溫度175℃以上，焦側溫度低于標準溫度182℃以上。且結焦時間越長，整個焦餅成熟度不均勻現象越嚴重。

表1 鲅魚圈7 m焦爐邊火道溫度Table 1 Temperature of Side Flue to 7 m Coke Oven in Bayuquan Branch ℃

為了避免焦爐邊火道溫度過低，影響焦爐生產，提高了標準溫度，但過高的標準溫度導致炭化室中部焦炭過火，而機側和焦側邊火道溫度仍達不到不低于1 100℃的技術要求，邊火道位置焦炭成熟度依舊較差，且推焦過程中爐頭焦冒大煙，干熄焦旋轉焦罐掛焦現象嚴重，給生產及環保造成很大困擾。

2 焦爐邊火道熱工存在問題分析

2.1 爐頭熱損失大

鲅魚圈7 m焦爐原設計炭化室爐門內襯由堇青石、隔熱磚和托磚板構成（總厚度515 mm），存在使用壽命短、維修量大、結石墨嚴重、保溫性能差等問題。由于爐頭部位散熱本身就很大，且爐門保溫效果差，因此，焦爐爐頭部位熱量散失較多，溫度降低較大。

2.2 斜道正面竄漏

由于鲅魚圈7 m焦爐斜道正面突露在外部，耐火泥料會受到風化剝蝕，且耐火泥料配比不合理，造成火泥固化時間過長，在交換機吸力作用下會被抽吸掉。同時，由于缺乏合理的熱修方法，造成斜道部位膨脹縫竄漏，空氣進入斜道與煤氣混合，一部分煤氣在斜道內提前燃燒，導致進入立火道的煤氣熱值降低，焦爐頭部高向加熱均勻性變差，爐頭溫度降低，焦炭成熟度變差。

2.3 邊火道浮力差的影響

正常結焦時間內，爐頭一對火道之間存在一定的溫度差，使其浮力差為1～2 Pa。特別是采用貧煤氣加熱時，因其有利于邊部第2火道的加熱，不利于邊部第1火道的加熱，此浮力差值會隨著炭化室增高和結焦時間的延長而增大。且當結焦時間延長時，由于氣量的減少還會使斜道阻力大幅度下降，浮力差所影響的氣量也隨之增大，進入第1火道的煤氣量越少，造成邊火道溫度越低。

3 焦爐邊火道熱工改進措施

3.1 爐門耐材改質

爐頭熱損失很大一部分是通過爐門熱傳導損失掉的，在同樣結焦時間和加熱煤氣量供給情況下，傳熱系數越低的耐材熱損失越少，爐門耐材傳熱系數統計表如表2所示，可以看出，堇青石掛釉磚爐門熱損失最低，堅甲澆注料爐門熱損失其次。因此，分別采用傳熱系數更低的堅甲澆注料、堇青石掛釉磚替代原有爐門內襯材質，對原有爐門耐材進行改質。

表2 爐門耐材傳熱系數統計表Table 2 Statistical Table for Heat Transfer Coefficient for Oven Door Refractory

3.2 應用斜道正面竄漏修補新技術

應用斜道正面竄漏修補新技術，提高焦爐嚴密性，降低邊火道焦爐加熱煤氣的損失，具體方法為：①運用耐火泥、二氧化硅、磷酸和水浸泡散股純石棉繩，浸泡時間為一天以上；② 清掃干凈斜道正面縫隙內的雜物；③按照斜道正面的縫隙大小將散股純石棉繩捻成稍大于磚縫的繩；④用自制工具將石棉繩平推進磚縫內；⑤縫隙用耐火泥填平；⑥外部斜道正面用耐火泥加膠粉刷。

3.3 增加焦爐輔助加熱系統

針對焦爐邊火道加熱煤氣供給量相對不足的問題，提出對焦爐邊火道進行補充加熱。目前，國內大部分焦化廠焦爐邊火道熱工管理優化均采用在焦爐煤氣管道搬眼，增加交換旋塞、加減旋塞和孔板盒等焦爐煤氣加熱所需備件，鋪設相應的煤氣管道的方法。鲅魚圈7 m焦爐新增焦爐輔助加熱系統（見圖1），利用焦爐煤氣現有的交換旋塞和橫管，通過改進相應的煤氣管道、增加四通旋塞等管線設備和改進焦爐頭部火道小噴管，優化焦爐煤氣加熱工藝，改善邊火道熱工管理，建成了具有自主知識產權的焦爐輔助加熱系統及其調節控制方法。該方法與國內目前普遍采用的方案相比更具優勢，其不需要增加焦爐煤氣加熱備件，僅鋪設相應的煤氣管道即可實現，投資費用降低25%左右。

圖1 焦爐輔助加熱系統Fig.1 Auxiliary Heating System for Coke Oven

3.4 改進加熱煤氣管道末端壓力保護方式

鲅魚圈7 m焦爐屬于復熱式焦爐，可單獨采用焦爐煤氣、高爐煤氣或者混合煤氣加熱。正常生產情況下，加熱煤氣管道末端壓力偏低，易造成管道回火爆炸，存在安全隱患。為此，一般采取DCS控制系統，當管道壓力低于設定值時，DCS向交換機系統發出指令，采取關門、停止加熱的方式，避免管道末端壓力過低出現回火爆炸。鲅魚圈7 m焦爐設計為，采用焦爐煤氣加熱時，DCS判斷條件為焦爐煤氣管道末端壓力；采用高爐煤氣加熱時，DCS判斷條件為高爐煤氣管道末端壓力，但當采用高爐煤氣加熱，焦爐煤氣輔助爐頭加熱的方式優化加熱效果時，高爐煤氣、焦爐煤氣同時使用，DCS僅判斷焦爐煤氣管道末端壓力，如果出現高爐煤氣管道末端壓力偏低情況，DCS無法進行判斷并給出交換機關門指令，故存在高爐煤氣管道回火爆炸的危險。

因此，對鲅魚圈7 m焦爐DCS控制系統進行改進，將原來的兩種模式即焦爐煤氣模式和高爐煤氣模式改為三種模式即焦爐煤氣模式、高爐煤氣模式和輔助加熱模式。采用前兩種模式時DCS判斷條件不變；采用輔助加熱模式時，DCS同時判斷焦爐煤氣管道末端壓力和高爐煤氣管道末端壓力，出現任何一個管道末端壓力低于設定值時，DCS就向交換機系統發送關門指令，交換機執行關門停止加熱操作，從而確保加熱系統的安全穩定運行。

4 效果評價

采取以上措施對鲅魚圈7 m焦爐進行邊火道熱工管理優化，優化前后鲅魚圈7 m焦爐邊火道溫度及煤氣消耗量如表3所示。由表3可以看出，優化后焦爐邊火道機側和焦側平均溫度分別提高了101℃和87℃，焦爐邊火道溫度達到了技術要求。在相同結焦時間下標準溫度設定值降低了30℃，基本杜絕了焦爐邊火道“大爐頭”冒煙和干熄焦旋轉焦罐的掛焦現象。同時，焦爐加熱煤氣量明顯降低，4座焦爐加熱用高爐煤氣總消耗量減少了3 000 m/h，焦爐煤氣總消耗量減少了8 500 m/h。

表3 優化前后鲅魚圈7 m焦爐邊火道溫度及煤氣消耗量Table 3 Temperature of Side Flue to 7 m Coke Oven and Its Gas Consumption in Bayuquan Branch before and after Optimization

5 結語

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉焦部7 m焦爐邊火道溫度偏低，分析得出存在爐頭熱損失大、斜道正面竄漏、邊火道浮力差影響等問題，通過采取爐門耐材改質、應用斜道正面竄漏修補新技術、增加焦爐輔助加熱系統和改進加熱煤氣管道末端壓力保護方式等熱工管理優化措施，邊火道機側和焦側平均溫度分別提高了101℃和87℃，達到了熱工管理要求，高爐煤氣和焦爐煤氣總消耗量分別減少了3 000 m/h和8 500 m/h。