劉占博,趙華,彭磊,衣鵬
(鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司 , 遼寧 營口 115007 )
摘要:鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉焦部以焦?fàn)t物料平衡和能量平衡為基礎(chǔ),對焦?fàn)t熱量傳遞全過程中影響煉焦耗熱量的各種因素進行分析, 通過采取優(yōu)化加熱煤氣排水工藝、改進煤氣孔板和空氣過剩系數(shù)控制方法以及焦?fàn)t爐體密封工具等措施,優(yōu)化了焦?fàn)t熱工管理,煉焦耗熱量明顯改善。
關(guān)鍵詞:焦?fàn)t;耗熱量;熱平衡
煉焦工業(yè)是耗能大戶, 焦化生產(chǎn)工序能耗達到 180~200 kg 標(biāo)煤 /t , 其中煉焦工序能耗占到整個焦化生產(chǎn)能耗的 70%~80% 。 煉焦耗熱量是指 1 kg煤煉成焦炭需要供給焦?fàn)t的熱量。 為便于比較,煉焦耗熱量一般換算為含 7% 水分的濕煤耗熱量來計算,是焦?fàn)t熱工效率的重要評價指標(biāo)。 煉焦耗熱量過高直接反映了焦?fàn)t能源利用率低, 加熱煤氣浪費過多,生產(chǎn)成本偏高。 鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉焦部 4 座 JNX70-2 爐型焦?fàn)t煉焦耗熱量設(shè)計值為 2 640 kJ/kg ,但實際開工以來煉焦耗熱量長期在 2 800 kJ/kg 以上運行,表明焦?fàn)t熱利用率偏低,焦?fàn)t加熱煤氣量使用偏高。通過對影響煉焦耗熱量因素分析, 提出了改進措施,效果明顯。
1 焦?fàn)t熱量傳遞流程分析
煉焦作業(yè)時, 首先裝煤車將配合煤裝入焦?fàn)t各個炭化室, 加熱煤氣和空氣同時導(dǎo)入焦?fàn)t加熱系統(tǒng),經(jīng)蓄熱室換熱后進入各個燃燒室燃燒,相鄰兩個燃燒室對其間的一個炭化室的配合煤進行間接供熱, 配合煤在炭化室內(nèi)高溫干餾形成焦炭及含氨、焦油、苯等復(fù)雜組成的荒煤氣,加熱煤氣燃燒后形成廢氣,經(jīng)煙道從焦?fàn)t煙囪導(dǎo)出。 焦?fàn)t物料平衡見圖 1 。 焦?fàn)t能量平衡見圖 2 。
焦?fàn)t熱量傳出中, 加熱煤氣燃燒熱的 70% 傳入炭化室(其中焦炭帶走的熱量約占 37.6% ,水汽帶走的熱量約占 16% , 凈煤氣和化產(chǎn)品帶走的約占 16.4% ),由廢氣帶走的熱量約占 18.6% ,爐體熱損失約占 10% 。 在焦化生產(chǎn)中常以煉焦耗熱量作為焦?fàn)t熱量利用效率的重要評價指標(biāo)。 焦?fàn)t在生產(chǎn)過程中存在巨大的能量流, 但其中大部分沒有得到有效利用,致使煉焦生產(chǎn)能耗較大,現(xiàn)代大型焦?fàn)t熱量的利用效率約為 70%~75% ,降低煉焦耗熱量還有很大的空間有待進一步挖掘。 不同爐型焦?fàn)t煉焦耗熱量比較見表 1 。
2 影響煉焦耗熱量的因素分析
由于供給焦?fàn)t熱量絕大部分來自加熱煤氣的燃燒熱, 可近似認(rèn)為加熱煤氣燃燒值為焦?fàn)t熱量的唯一來源, 降低煉焦耗熱量就是盡量減少加熱煤氣使用量和熱量流失及損失。 因此 , 可以在圖 2焦?fàn)t熱量平衡圖中,從熱量供給、焦化產(chǎn)品帶走熱量、熱量損失等方面來分析、查找導(dǎo)致煉焦耗熱量增大的因素。
( 1 ) 焦?fàn)t生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)加熱煤氣管道內(nèi)部集聚有冷凝水,冬季尤為嚴(yán)重,煤氣含水使煤氣熱值下降,致使焦?fàn)t煤氣用量大大增加。
( 2 ) 焦?fàn)t加熱煤氣是通過不同孔徑的孔板調(diào)節(jié)焦?fàn)t每個燃燒室機側(cè)和焦側(cè)煤氣使用量, 孔板通常只有 Φ 105~ Φ 120 mm 之間數(shù)十個固定孔徑型號,但在實際生產(chǎn)中,每一燃燒室的各個立火道工況、每個蓄熱室工況均不一樣,致使每孔立火道溫度不同,就需要進行精細調(diào)節(jié)。 而鞍鋼鲅魚圈煉焦部 4 座焦?fàn)t按每個直徑的孔板準(zhǔn)備需要 424 個,不僅數(shù)量龐大,成本也過高。 在實際生產(chǎn)中不能針對各個立火道具體情況實現(xiàn)精細調(diào)節(jié), 使焦?fàn)t煤氣用量大大增加。
( 3 ) 焦?fàn)t生產(chǎn)操作既需要充足的煤氣, 又需要適當(dāng)?shù)目諝庾鲋肌?空氣量不足時,會導(dǎo)致煤氣不能充分燃燒,既浪費能源,又造成煙囪冒黑煙,污染環(huán)境;空氣量過大時,會造成廢氣溫度高,大量熱量被帶出焦?fàn)t,降低焦?fàn)t的熱效率。 因此,空氣量的控制對優(yōu)化焦?fàn)t的操作、 降低煤氣耗熱量至關(guān)重要。 以往采用板尺進行風(fēng)門開度調(diào)節(jié),由于焦?fàn)t煙道光線不充足,加上板尺較短,需要用板尺伸進廢氣盤很深地方去測量, 不僅工作難度較大,而且還存在被砣桿燙傷的風(fēng)險,因此,風(fēng)門調(diào)節(jié)速度慢,致使煉焦耗熱量過大。
( 4 ) 焦?fàn)t空氣過剩系數(shù)反映了焦?fàn)t加熱煤氣充分燃燒程度, 但由于無法進行焦?fàn)t煙道廢氣分析,焦?fàn)t的空氣過剩系數(shù)得不到監(jiān)測及控制,只能通過人工定期在焦?fàn)t頂部目測立火道煤氣燃燒火焰情況,再根據(jù)經(jīng)驗進行判斷,致使煉焦耗熱量過大。
( 5 ) 焦?fàn)t爐墻竄漏問題一直困擾著煉焦部,尤其是立火道, 由于受冷熱交替破壞及機械設(shè)備撞擊等,經(jīng)常使?fàn)t頭部位爐墻竄漏,造成荒煤氣竄漏到燃燒室內(nèi),使煤氣燃燒不完全,致使焦?fàn)t煤氣用量大大增加。
3 降低煉焦耗熱量的措施
3.1 優(yōu)化加熱煤氣排水工藝
通過對加熱煤氣管網(wǎng)進行實地排查, 降低摻混站處煤氣水封上部的煤氣排水管進口高度200 mm ,增加了排水管的整體坡度,將煤氣管道中的冷凝水排放至煤氣水封內(nèi), 使煤氣冷凝水排出順暢,能夠保證煤氣管道內(nèi)無積水,杜絕排水管道內(nèi)積水、積塵,同時給煤氣管道增設(shè)保溫,提高管道溫度, 防止防寒期內(nèi)煤氣管道內(nèi)結(jié)冰造成排水不暢。
3.2 改進煤氣孔板
將固定直徑的煤氣孔板改為可調(diào)式煤氣孔板。 該煤氣孔板由常備直徑的孔板和數(shù)個寬度為1~2 mm 、厚度為 1 mm 的薄鋼條組成,通過數(shù)個薄鋼條疊在煤氣孔板的中心圓孔上, 從而改變孔板直徑,將此安裝在焦?fàn)t加熱煤氣管道的孔板盒中,實現(xiàn)焦?fàn)t加熱煤氣量精細調(diào)節(jié)的目的。 可調(diào)節(jié)煤氣流量的孔板示意圖見圖 3 。
3.3 改進焦?fàn)t風(fēng)門開度調(diào)節(jié)工具
采用一種新型專用工具代替板尺調(diào)節(jié)焦?fàn)t風(fēng)門開度,見圖 4 所示。 焦?fàn)t風(fēng)門開度測量調(diào)節(jié)器由鋼管和帶兩個螺母的螺桿組成。 鋼管作為工具的手持端, 螺桿的最右端到最左側(cè)螺母的距離作為風(fēng)門調(diào)節(jié)的目標(biāo)開度, 左側(cè)螺母擰至右側(cè)螺母處以防止調(diào)節(jié)過程中螺母位置變動。 先根據(jù)生產(chǎn)情況用刻度尺來確定風(fēng)門具體開度,以確定最左側(cè)螺母位置,手握鋼管,將螺桿的最右端抵在風(fēng)門的一側(cè), 左側(cè)螺母達到的位置即為風(fēng)門需要調(diào)整到的位置。 此時可直接利用螺母敲擊風(fēng)門小鐵板來調(diào)整風(fēng)門開度, 此工具不僅保證了風(fēng)門開度的精確性,減少了作業(yè)危險性,而且提高了工作效率。
3.4 改進空氣過剩系數(shù)控制方法
對焦?fàn)t煙道氧化鋯氧含量進行標(biāo)定, 以氧化鋯氧含量示數(shù)法代替焦?fàn)t煙道廢氣化驗分析法來調(diào)整焦?fàn)t空氣過剩系數(shù), 指導(dǎo)煉焦調(diào)火進行溫度調(diào)整。
( 1 ) 對焦?fàn)t煙道氧化鋯氧含量進行標(biāo)定。 利用煙道廢氣分析設(shè)備檢測煙道廢氣成分, 對比廢氣分析結(jié)果中氧含量與煙道氧化鋯測量氧含量之間的誤差,標(biāo)定氧化鋯氧含量示數(shù)的準(zhǔn)確性。 氧化鋯氧含量標(biāo)定統(tǒng)計表見表 2 。
( 2 ) 通過標(biāo)定數(shù)據(jù)估算氧化鋯氧含量示數(shù)調(diào)整控制范圍。 利用焦?fàn)t煙道廢氣分析設(shè)備檢測煙道廢氣成分,計算出目前的空氣過剩系數(shù);通過對焦?fàn)t風(fēng)門開度的調(diào)整, 對煙道吸力進行規(guī)范化管理,當(dāng)空氣過剩系數(shù)達到 1.1~1.2 時,記錄焦?fàn)t煙道氧化鋯氧含量控制最佳值為 3.0 。
3.5 改進焦?fàn)t立火道過頂磚密封抹補工具
焦?fàn)t立火道過頂磚密封抹補工具見圖 5 。
在爐墻竄漏部位下 50 mm 處用專有工具 2 將其密封, 然后用粘稠狀泥漿在密封面上再抹補一次, 確保密封層的嚴(yán)密, 灰漿不會落到密封層下部, 這樣密封層與立火道墻面共同作用行成一個上部開口的方桶形。 在密封層做好后將稀釋的灰漿倒入立火道內(nèi),然后打開上升管處的高壓氨水,利用高壓氨水噴射力所形成的吸力將泥漿吸入爐墻的縫隙處。 重復(fù)此過程,并觀察串漏情況,根據(jù)爐墻竄漏情況,調(diào)制泥漿粘稠度和灌漿次數(shù)。 一般是縫隙大的先用較稠的泥漿粗灌, 等爐墻竄漏減小時再改用稀釋泥漿補灌, 直至立火道無荒煤氣冒出為止。 在立火道灌漿完畢后將專有工具 1 與動力風(fēng)管相連, 利用風(fēng)噴出時形成的吸力將立火道內(nèi)部殘余泥漿全部吸出,確保爐墻干凈,而又不堵塞斜道,增加加熱系統(tǒng)的阻力。
4 效果
( 1 ) 有效杜絕了加熱煤氣管道內(nèi)積水積塵以及結(jié)冰現(xiàn)象,加熱煤氣管道內(nèi)積水現(xiàn)象消除,穩(wěn)定了加熱煤氣熱值。
( 2 ) 通過采用氧化鋯示數(shù)控制焦?fàn)t空氣過剩系數(shù)的方法,焦?fàn)t廢氣中氧含量降低 1% ,效果明顯。
( 3 ) 由于將泥漿吸入爐墻縫隙內(nèi)部, 比已往抹補方法中泥漿只能在爐墻表面的密封效果好,經(jīng)此方法抹補的爐墻嚴(yán)密性高,密封效果好,一般抹補后,不會再出現(xiàn)竄漏現(xiàn)象。
( 4 ) 焦?fàn)t煉焦耗熱量由 2013 年 2 808 kJ/kg降低至 2017 年 1 月 2 685 kJ/kg 。
5 結(jié)語
鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉焦部通過焦?fàn)t優(yōu)化焦?fàn)t熱工管理及改善爐體密封,有效降低了煉焦耗熱量。 煉焦耗熱量由 2013 年的2 808 kJ/kg 降低至 2017 年 1 月的 2 685 kJ/kg ,有效降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。焦?fàn)t加熱煤氣熱值和空氣過剩系數(shù)在線測量系統(tǒng)是下一步研究方向, 有助于降低煉焦耗熱量。