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鞍钢干熄焦工艺存在的问题及改进措施

2021-10-21 来源:易榕旅网
鞍钢技术 2011年第1期 -... ‘ ……’‘’・ . ANGANG TECHNOLOGY 总第367期 生产实践j ●●…●●,…●●●●●● 鞍钢干熄焦工艺存在的问题及改进措施 马希博,甘秀石 (鞍钢股份有限公司化工总厂,辽宁鞍山114021) 摘要:介绍了鞍钢干熄焦工艺,并对干熄焦生产过程中存在的问题进行了分析,提出了相 应的改进措施,改进后干熄焦装置稳定运行。同时,对鞍钢未来干熄焦系统将面临或可改进的 技术问题提出了合理建议。 关键词:炼焦;干熄焦;焦炭质量 中图分类号:TQ522 文献标识码:A 文章编号:1006—4613(2011)0l一0042-06 Problems Existing in CDQ Technique Applied by Angang and Improving Measures Ma Xibo,Gan Xiushi (General Cokemaking Plant of Angang Steel Co.,Ltd.,Anshan 1 14021,Liaoning,China) Abstract:This paper introduces the CDQ(Coke Dry Quenching)technique applied by Gener- al Cokemaking Plant of Angang Steel Co.,Ltd.,and analyzes current problems during the operation of CDQ,and then proposes the corresponding improvement measures,therefore the CDQ equipment keeps operating smoothly after it is improved.Meanwhile,this paper also offers the reasonable sug- gestions on how to further improve CDQ operating system of Angang in the future. Key words:cokemaking;CDQ;coke quality 目前鞍钢拥有3座处理能力为140 t/h和 1座处理能力为125 t/h的干熄焦装置,与8座 1.1 干熄焦炉斜道柱砖的坏损 斜道柱砖(牛腿)承载着内环墙环形烟道部 6 m焦炉相配套,鞍钢鲅鱼圈分公司拥有2座处理 能力为160 t/h的干熄焦装置,与2座7 m焦炉相 配套,分别于2005~2009年竣工投产,投产后为 鞍钢高炉提供了优质焦炭,但在生产中出现了斜 分的全部重量,牛腿之间是斜道,惰性气体穿过冷 却段与红焦换热后,由此进入环形烟道离开干熄 炉,所以牛腿处在冷热交换工作面,条件最为恶 劣,循环气体中有害成分的侵蚀、循环气流的冲 刷、砖墙(到顶)自重及上部耐火材料重量、牛腿 悬出部分上面的焦炭重量、焦炭竖向摩擦力、焦炭 道柱砖坏损、干熄焦提升机电控制系统故障等问 题。本文针对干熄焦工艺存在的问题进行了分 析,并提出了改进措施。 水平侧压力、温度及温差都对斜道柱砖产生破坏 作用。 1干熄焦工艺存在的问题 干熄焦工艺是以惰性气体N 作为冷却介质 干熄焦炉斜道柱砖的坏损,主要表现为全部 斜道柱砖表面深度剥蚀,牛腿端面竖向灰缝及根 吸收红焦显热,并将吸收的热量传递给锅炉,进而 产生蒸汽,达到能源回收利用的目的。鞍钢干熄 焦工艺示意图见图1。 马希博,教授级高级工程师,1982年毕业于鞍山钢铁学院焦 化专业,现从事焦化管理工作。 一部胀开并掉落,两牛腿间的烟道墙局部下沉,无法 通过正常年修来保证干熄炉寿命。 1.2干熄焦提升机电控系统故障 1.2.1提升机经常发生电缆断裂 提升机传动系统采用的是ABB ACS600多传 42— 鞍钢技术 2011年第1期 ANGANG TECHNOLOGY 总第367期 动系统,2套整流、回馈单元分别拖动1台提升逆 变器和1台走行逆变器,PLC选用美国A—B公 升机横移时,拖拽坦克链卷起、放平,电缆之间由 于相互摩擦阻力,有的电缆在卷曲时拉紧,放平时 司ControlLogix系列PLC,为双CPU、双网冗余的 形式;进出提升机电缆为坦克链式连结方式,在提 不能复位,容易被拉断,电缆选型有误,在北方冬 季低温天气变硬容易折断。 图1 鞍钢干熄焦工艺示意图 1.2.2定位极限假信号 集箱排管穿墙处与墙体焊死,使炉外管排两 端成为死点连接,且炉外管为直管段,尺寸小,刚 性大。当集箱受热膨胀时管排与联箱连接的死点 发生位移,而墙体处死点不能位移,在管座焊口处 定位极限信号由于电缆接点积灰或雨雪天气 受潮短路,经常出现误动作,尤其是雨雪等恶劣天 气次数更加频繁,输出的假信号造成提升机停止。 1.2.3干熄焦提升机出现焦罐掉落 干熄焦提升机是位势负载,因此每次提升、下 落前,均是变频器先工作,向电动机上输出向上的 转矩,之后电闸打开开始正常运行;反之停车时要 先抱闸,而后变频器停止工作,否则极有可能造成 焦罐掉落。 1.3 干熄焦锅炉二次过热器入口集箱开裂 形成弯曲应力。从集箱膨胀情况看,存在向一侧 膨胀倾向,造成单侧管排受力过大,在集箱热膨胀 产生的强大扭转力矩作用下,破坏了炉管和集箱, 造成干熄焦锅炉二级过热器人口集箱和与之相连 的锅炉管出现焊口及母材开裂泄漏。 1.4干熄炉水封槽开裂 干熄焦在干熄炉口采用直径4 m左右的铸铁 水封槽,生产中发生了水封槽烧裂,水进入干熄炉 中,与红热焦炭反应,造成系统可燃成分超标,H 快速升高而紧急停炉的问题。 干熄焦锅炉二次过热器人口集箱示意图如图 2所示 1.5 波纹补偿器及叉形溜槽烧坏 1 7l65 ———= .. 此处焊接 一1 、2 干熄焦的干熄炉与一次除尘器之间和 …j\ 热器管 — 丽 次除尘器与锅炉之问的波纹补偿器以及一次除 尘排灰用叉形溜槽在开工初期就发生烧坏破裂, 严重变形。造成表面温度升高,内部耐火材料脱 9565:随查 ■ 膨胀 —.= 落,主要是施工工艺和方法不合适造成的。1 、2 干熄焦在建设过程中采用先固定波纹补偿器和一 次除尘排灰用叉形溜槽,而后在内部采用人工捣 :\查 竺堂些 始 图2干熄焦锅炉二次过热器入口集箱示意图 打涂抹的施工工艺,这种方法优点是速度快,施工 简单,但是内部空间狭小,作业时泥料由于自重粘 一43— 马希博等:鞍钢干熄焦工艺存在的问题及改进措施 接不牢,并且膨涨缝不易按规定保留,整体结构强 度下降。 1.6干熄焦熄焦不均匀 干熄焦在开工或内部砌体时,尤其是冷却段 和下部内衬衬板大量维修后,由于炉体周边的不 光滑,会造成周边下料较慢导致焦炭在于熄炉内 的料层分布发生变化,易产生熄焦不均匀,夹带红 焦问题。 1.7干熄焦配套系统不完善 (1)干熄焦与湿熄焦串联布置 鞍钢1 干熄焦由于场地所限,设计上采用干 熄焦与湿熄焦串联布置,即在于熄焦装置后布置 湿法熄焦装置,总体上工艺布置不合理。实施湿 熄时,湿熄车需要穿过干熄焦提升井架,干熄时一 旦设备在提升井架下方发生故障,必然造成整个 焦炉组全面停产。 (2)运焦系统采用单条皮带运行方式 鞍钢1 、2 干熄焦运焦系统采用单条皮带运 行方式,一旦系统出现小故障或进行检修,就会影 响干熄焦的生产运行。 (3)锅炉局部保温设计 锅炉设计形式采用局部保温,但由于鞍钢地 处北方,因此会出现不同程度堵塞等问题。 (4)干熄焦锅炉使用一级除盐水 干熄焦锅炉设计中采用一级除盐水的余热锅 炉,但是由于烟气经锅炉后仍参与气体循环,一旦 锅炉炉管等发生破裂,就会严重威胁生产。 (5)粉尘污染 各除尘点的焦粉,虽然采用带加湿机的汽车 运输方式,也会造成二次污染。 2改进措施 2.1斜道柱砖的改进 2.1.1 设计结构和材料性能的改进 (1)径向外视方向牛腿砖端面取消砖缝,即 将同一层两块砖用整块砖替代,避免牛腿砖在竖 向荷载和循环气流正面冲刷作用下出现竖向灰缝 胀开。 (2)改斜道过顶砖结构,由平直变成弧线型, 并在内、外环墙之间增加支撑,受力更加均匀,增 加整体稳固性。 (3)选用免调制高强、早强火泥,根据气候条 一44一 《鞍钢技术)2011年第1期 总第367期 件掺入添加剂,提高斜道柱砖砌体的早期强度和 整体强度。 (4)采用高温性能更好的B—SiC砖替代莫 来石一碳化硅。13一SiC常温耐压强度、常温抗折 强度、高温抗折强度、高温热震稳定性上前者优于 后者。 (5)采用双斜道设计,以平衡气流,增强结构 稳定性。 2.1.2改变干熄焦运行方式 在日常生产操作中,改变干熄焦运行方式,改 间断排焦为连续排焦,进行系统标定,实现参数最 优化,形成蒸汽温风干燥与焦炉煤气烘炉、蒸汽温 风干燥与高料位红焦烘炉、蒸汽温风干燥与低料 位红焦烘炉3种烘炉方式,减少对砌体寿命的影 Ⅱ向。 2.1.3改进砌筑施工工艺 干熄焦斜道牛腿柱砖采用的是逐层悬挑结 构,要求砌筑必须保持向上仰角,并严格按规定层 数、砌筑量和相关砌筑条件要求砌筑。烟道墙起 拱砖砌筑时,其底部新增设新型木模板、脚手架支 撑。牛腿砖砌筑前应进行打磨修整,检查公差保 持灰浆饱满,注重整体砌体质量,合理控制泥逢重 视砌体胀缝的预留,吸收耐火材料受热膨胀的应 力,避免材料使用时挤压损毁。 2.2干熄焦提升机电控系统的改进 2.2.1 解决提升机电缆断裂问题 在设计中,减少坦克链内电缆数量,以减轻电 缆之间的摩擦。将提升机井架限位电缆从坦克链 中分离出来,设立地面中继站,各限位信号电缆改 走地面站传至中控室;将提升机制动器和电机冷 风机由多路电源改为一路电源,在提升机电气室 分路供电,将坦克链内原有43根电缆减少到24 根,减少了l9根,并且保留的电缆也增加了平数, 降低了故障率,电缆在坦克链内有充分的自由空 间,大大缓解了相互之间的摩擦;电缆重新选型, 选用耐低温、柔性好的电缆。 2.2.2解决定位极限假信号问题 将提升井架下部6个电闸限位改为地面PLC 输入的同时,增加了中间继电器隔离。配置选用 了图尔克的C4一A40X继电器,该继电器需要 60 mA以上电流线圈才能吸合,远远高于漏电流, 避免了雨雪天气的误动作现象。 鞍钢技术 2011年第1期 ANGANG TECHN0LOGY 总第367期 2.2.3 解决干熄焦提升机出现焦罐掉落问题 提升机提升系统有2台电动机,1台减速机, 4个电闸分别位于减速机2个输入轴两侧。原有 提升机电闸系统由2个PLC输出点控制2个继 电器,带动2个接触器,每个接触器负责2个电闸 的控制。为提高系统的可靠性,也为了方便检测 每个电闸动作时间,将每个电闸改造为一个独立 的小系统,即1个PLC输出点、1个继电器、1个 接触器控制1台电闸,还增加了一套备用实验系 统。另外,为了获取每个继电器、接触器、电闸的 动作反应时间,增加了10个输入点,用于将每个 继电器、接触器合闸信号送入PLC,再利用PLC 编程语言中的计数器、移位指令,根据各个关键点 的状态,记录和存储各个设备动作响应时间,然后 在每个动作周期结束后,将所有数据一次读人上 位机。该设计对网络通讯要求也较低,每次循环 读取一次,提升机每次大循环为9 min,其间提升 电闸开、合5次,平均1.8 min一次,对网络也不 造成负担。此设计的改进,有效提高提升机系统 的安全性。 2.3 解决锅炉二次过热器入口集箱开裂问题 在设计结构上进行改进,以求降低排管弯曲 应力。在集箱中部设置限位装置,使集箱膨胀时 向两端自由膨胀,均分管排弯曲应力。同时排管 加长,并将直管段改为弯管(如图1虚线部分所 示),改变拘束状态,降低管排弯曲应力。 2.4 干熄炉水封槽开裂问题的改进 增加了监控录像,杜绝缺水、内部极限缺水, 及时清理内沉积焦粉,保持水质,防止水垢生成。 为解决铸铁材质水封槽由于体积较大,铸造困难, 易产生铸造缺陷,在热膨胀产生的应力作用下,缺 陷部分产生裂纹,造成开裂等问题,经优化设计, 选用20G材质,焊接工艺制作了新型水封槽。 2.5 解决波纹补偿器及叉形溜槽问题 通过将波纹补偿器、一次除尘排灰用叉形溜 槽放于地面平整处,采用地面支模,机械振打,养 生成一体后,应用吊车固定到位,再严格密封的施 工工艺,彻底解决了波纹补偿器以及一次除尘排 灰用叉形溜槽的问题。 2.6解决干熄焦熄焦不均匀问题 一般来讲,于熄焦装置采用圆形干熄炉、中央 风帽和周边风道供气的内部料层等温曲线分布示 意图如图3所示。 厘 姬 删 罱 佥 图3干熄炉内部料层等温曲线分布示意图 当边壁效应发生明显时,在排焦量和风量不 变的情况下,焦炭在干熄炉周边不下降或下降速 度慢,而在十字风道、中心风帽、干熄炉炉墙分割 成的四个中心区域下降较快,造成图3中等温线 变形,形成边部变化不明显,中心部位下移,排焦 温度升高。在外部体现在冷却段 (冷却段下部 平均温度)及r4(冷却段上部平均温度)温度变化 不明显,而T (振动给料器监测温度)、 (排焦 监测温度)温度明显升高。若以风帽为中心的四 个区域受阻力下料不一致时,就会发生四个区域 等温曲线不一致,外部体现在冷却段 及 温 度变化不明显,而 温度略升高、 则因单点监 测,未监测到夹带的红焦而显示正常的特殊现象 发生,实际上皮带上已有夹带的红焦,而监测参数 未检测出。针对干熄焦这种夹带红焦特殊现象, 采取在干熄焦开工和大修后进行合理安排推进计 划,通过大排焦等有效方法,尽快消除干熄炉边壁 效应的措施,同时增加 的测点,增加测量的覆 盖面,同时进一步明确对 、 、 。、 .:的控制, 增加了温度预警机制,执行连续排焦的操作制度, 确保了该问题的有效解决。 2.7解决干熄焦配套系统问题 (1)干、湿熄焦工艺分开布置。 (2)干熄焦排焦系统采用双叉方式排焦,实 现两系皮带一开一备。 (3)干熄焦锅炉除盐水采用二级除盐水工 艺。 (4)在提升机系统增设整体消防用水设计, 满足处理特殊事故的需要。 一45— 《鞍钢技术)2011年第1期 马希博等:鞍钢干熄焦工艺存在的问题及改进措施 总第367期 (5)锅炉系统增设保温系统封闭体。 表1 2006~2009年鞍钢140 t/h干熄焦实际干熄率 (6)改进监控系统设计,在每个定位点设计 安装远程电视监视设备安装了焦罐车司机室APS 时间 酉 焦 量 备注 对位、提升机吊辊对位、提升机吊钩对位、焦罐装 入装置对位、炉盖开、闭对位、皮带运输等8点电 视监视设备。 (7)改变原有焦粉加湿装车的方式,新型于 法焦罐吸灰车利用负压抽吸原理进行无尘处理, 并直接用于高炉喷吹,提高资源利用效率,减少了 装运过程中的二次污染。 3 鞍钢干熄焦改进效果与评价 鞍钢第一套干熄焦装置于2005年10月投 产,投产后,对工艺不断改进,焦炭质量逐年提高。 由表1可知,鞍钢干熄焦运行稳定,于熄焦炭 2006—2009年干熄焦实际干熄率和干熄焦运行 产量和干熄焦率连续提升,说明经过技术改进,鞍 基本参数及鞍钢干、湿熄焦焦炭质量对比等分别 钢干熄焦效率得以大幅度提高,单月达到98.5% 见表1~表5 以上,处于国内领先水平。 表2鞍钢干熄焦运行基本参数 表2表明,鞍钢干熄焦运行基本参数与设计 上具有提高焦炭质量的功能。鞍钢干熄焦实践得 标准进行对比,在主要设计参数上优于设计标准, 出,采用于熄焦工艺, 。改善0.7%, 提高 由于采用可连续排焦方式,排焦速率降低,相应排 3.5%,CRI降低2.4%,CSR提高2.3%,焦炭粒 焦温度降低,运行稳定。设计中循环气体主要监 度均匀,水分均匀。 控指标是在较为理想的实验室状态下得到的,标 定结果完全符合循环气体实际的安全控制值 表4鞍钢140 t/h干熄焦蒸汽运行基本参数 ( (H2)≤3%, (CO)≤6%, (02)≤1%),并 且在实际生产中,通过控制空气的导入量,使 (CO)保持在4%~5%之间,减少了焦炭烧损。 注:主蒸汽压力为3.6MPa(设计3.82 MPa),并非达不到设 表3鞍钢干、湿熄焦焦炭质量对比(质量分数)% 计值,而是根据发电实际要求,按此压力运行。 项目 朋 0 Ml0 CRI CSR 冶金焦率 湿熄焦 82.5O 7.60 29.oo 58.9O 87.0o 表5 140 t/h干熄焦与湿熄焦环保指标对比 k(h 干熄焦 85.96 6.95 26.61 61.22 90.07 项目 酚 氰化物 硫化物 氨 焦尘 湿熄焦 4O 4.5 7.2 15.0 13.6 由表3可知,鞍钢干熄焦提质效果显著。与 干熄焦 一 一 一 一 7.2 湿法熄焦相比,由于红焦在于熄炉内缓慢冷却,减 少了裂纹,使得强度增加,焦炭在干熄炉内下降、 通过对表4和表5分析,鞍钢干熄焦节能、环 排出过程中摩擦挤压产生的整粒作用,红焦在预 保效果显著。根据焦炉热平衡计算可知,出炉的 存段停留期间的“焖炉”效果,这些使干熄焦客观 红焦带出的显热占焦炉能耗的30%~35%,这部 一46一 鞍钢技术 2011年第1期 ANGANG TECHNOL0GY 总第367期 分能量相当于炼焦能量的5%,于熄焦工艺可有 提高干熄率,稳定连续操作。 效回收这部分显热,经验数据采用干熄焦可回收 国产化是目前条件下降低干熄焦投资的最直 80%以上的红焦显热,平均每熄灭1 t焦炭可回收 接、有效方法。目前鞍钢干熄焦设备国产化率达 3.60 MPa、4500(=的蒸汽约0.6 t。湿法熄焦每熄 90%以上的设备运行稳定、可靠,鞍钢在于熄焦装 1 t红焦就要将约0.5 t含有大量酚、氰化物、硫化 置上将引人更多成熟、可靠的国产干熄焦设备,以 物及粉尘的蒸汽排人大气,严重污染了大气及周 替代进口设备,降低干熄焦运行成本。 围的环境。这部分污染占炼焦对环境污染的1/3, 长寿化是干熄焦发展的必然趋势,影响干熄 且很难找到比较好的治理方法。干熄焦则是利用 焦长寿化的主要根源在于干熄炉的砌体寿命,应 惰性气体,在密闭系统中将红焦熄灭,并配备良好 该采取稳定措施,使干熄焦更加长寿化。 的除尘设施,并且干熄焦能够产生蒸汽,可以避免 4.2增加焦炭运输的环保措施 生产相同数量蒸汽的锅炉对大气的污染,尤其减 目前正在探索新增干熄焦喷洒装置,并在每 少了SO 、CO 向大气的排放。 个转运站增加除尘器对粉尘进行收集,在新皮带 系统增加了防灰罩,并改进了防堵塞措施,一定程 4鞍钢干熄焦应用与改进的展望 度上增强外运除尘的除尘效果,但尚需进一步探 4.1 鞍钢干熄焦技术实现“五化” 索和改进。 鞍钢干熄焦应用可概括为“五化”,即全面 4.3 实现干熄焦技术与新型炼焦技术联合应用 化、大型系列化、高效化、国产化、长寿化。全面化 未来鞍钢应进一步探索干熄焦技术与新型炼 是指必须全面掌握、推广干熄焦技术。目前在鞍 焦技术相衔接,如干熄焦技术与捣固炼焦技术、型 钢鲅鱼圈新区已实现理论上的干熄焦比率 煤炼焦技术等结合,实现无缝对接,实现炼焦技术 100%,鞍钢本部干熄焦比率已达到62%,鞍钢正 的集成创新。 在加快老焦炉、旧有炼焦工艺的淘汰步伐,将在未 来3年内全面实现干熄焦工艺,达到理论上的 5结语 100%(年修期间,采用低水分熄焦)。 在优质炼焦煤资源日益紧张的情况下,采用 大型系列化是指根据焦炉规模和产能配置相 干熄焦技术是提高焦炭质量一条有效的途径。鞍 应的干熄焦装置,鞍钢已在本部和鲅鱼圈新区配 钢通过对干熄焦工艺存在问题的整改,实现了干 备125、140、160 t/h处理能力的多套干熄焦装置, 熄焦设备稳定运行,提高了于熄焦效果。干熄焦 鞍钢将在未来的建设中根据需要引进更大型的干 设计应与生产实践紧密结合,炼焦工艺应以干熄 熄焦装置,适应鞍钢发展的需求。 焦为核心展开,优化工艺设计,提高我国干熄焦工 高效化是保障干熄焦的实际运行效果,尤其 艺水平。 “三电”系统更加明显,充分体现了设备大型化、 连续化、集约化、自动化的特点,并进一步引入国 (编辑贺英群) 内、外配套设备,提高系统稳定性,减少停机时间, 收稿El期:2010—10—18 扣扣扣扣扣扣 扣 扣扣扣和扣扣+叶 扣扣扣 扣扣扣 和扣 扣 和和和 扣 +叶和+叶和 扣 扣 工信部:中国钢铁“十二五”规划初稿完成 工信部1月18日消息称,工信部日前在长春市召开全国原材料工业座谈会,会议对石化、钢铁、有 色金属、建材和新材料产业等“十二五”规划草案进行了讨论。工信部总工程师朱宏任表示,目前,石 化、钢铁、有色金属、建材和新材料产业等“十二五”发展规划均已形成框架思路并完成初稿,正在广泛 征求各界意见。 ——摘自“中国钢铁技术网” 

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