劉占博，趙華，彭磊，衣鵬
（鞍鋼股份有限公司鲅魚(yú)圈鋼鐵分公司 , 遼寧 營(yíng)口 115007 ）
摘要：鞍鋼股份有限公司鲅魚(yú)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(duì)焦?fàn)t熱量傳遞全過(guò)程中影響煉焦耗熱量的各種因素進(jìn)行分析， 通過(guò)采取優(yōu)化加熱煤氣排水工藝、改進(jìn)煤氣孔板和空氣過(guò)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(dá)到 180～200 kg 標(biāo)煤 /t ， 其中煉焦工序能耗占到整個(gè)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(lái)計(jì)算，是焦?fàn)t熱工效率的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。 煉焦耗熱量過(guò)高直接反映了焦?fàn)t能源利用率低， 加熱煤氣浪費(fèi)過(guò)多，生產(chǎn)成本偏高。 鞍鋼股份有限公司鲅魚(yú)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(jì)值為 2 640 kJ/kg ，但實(shí)際開(kāi)工以來(lái)煉焦耗熱量長(zhǎng)期在 2 800 kJ/kg 以上運(yùn)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(guò)對(duì)影響煉焦耗熱量因素分析， 提出了改進(jìn)措施，效果明顯。
1 焦?fàn)t熱量傳遞流程分析
煉焦作業(yè)時(shí)， 首先裝煤車將配合煤裝入焦?fàn)t各個(gè)炭化室， 加熱煤氣和空氣同時(shí)導(dǎo)入焦?fàn)t加熱系統(tǒng)，經(jīng)蓄熱室換熱后進(jìn)入各個(gè)燃燒室燃燒，相鄰兩個(gè)燃燒室對(duì)其間的一個(gè)炭化室的配合煤進(jìn)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(jiàn)圖 1 。 焦?fàn)t能量平衡見(jiàn)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(píng)價(jià)指標(biāo)。 焦?fàn)t在生產(chǎn)過(guò)程中存在巨大的能量流， 但其中大部分沒(méi)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(jìn)一步挖掘。 不同爐型焦?fàn)t煉焦耗熱量比較見(jiàn)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(lái)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(lái)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(lái)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(guò)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(guò)不同孔徑的孔板調(diào)節(jié)焦?fàn)t每個(gè)燃燒室機(jī)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(gè)固定孔徑型號(hào)，但在實(shí)際生產(chǎn)中，每一燃燒室的各個(gè)立火道工況、每個(gè)蓄熱室工況均不一樣，致使每孔立火道溫度不同，就需要進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)。 而鞍鋼鲅魚(yú)圈煉焦部 4 座焦?fàn)t按每個(gè)直徑的孔板準(zhǔn)備需要 424 個(gè)，不僅數(shù)量龐大，成本也過(guò)高。 在實(shí)際生產(chǎn)中不能針對(duì)各個(gè)立火道具體情況實(shí)現(xiàn)精細(xì)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(shí)，會(huì)導(dǎo)致煤氣不能充分燃燒，既浪費(fèi)能源，又造成煙囪冒黑煙，污染環(huán)境；空氣量過(guò)大時(shí)，會(huì)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(duì)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(jìn)行風(fēng)門開(kāi)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(jìn)廢氣盤很深地方去測(cè)量， 不僅工作難度較大，而且還存在被砣桿燙傷的風(fēng)險(xiǎn)，因此，風(fēng)門調(diào)節(jié)速度慢，致使煉焦耗熱量過(guò)大。
（ 4 ） 焦?fàn)t空氣過(guò)剩系數(shù)反映了焦?fàn)t加熱煤氣充分燃燒程度， 但由于無(wú)法進(jìn)行焦?fàn)t煙道廢氣分析，焦?fàn)t的空氣過(guò)剩系數(shù)得不到監(jiān)測(cè)及控制，只能通過(guò)人工定期在焦?fàn)t頂部目測(cè)立火道煤氣燃燒火焰情況，再根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，致使煉焦耗熱量過(guò)大。
（ 5 ） 焦?fàn)t爐墻竄漏問(wèn)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(jī)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(guò)對(duì)加熱煤氣管網(wǎng)進(jìn)行實(shí)地排查， 降低摻混站處煤氣水封上部的煤氣排水管進(jìn)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(wú)積水，杜絕排水管道內(nèi)積水、積塵，同時(shí)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(jìn)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(gè)寬度為1～2 mm 、厚度為 1 mm 的薄鋼條組成，通過(guò)數(shù)個(gè)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(shí)現(xiàn)焦?fàn)t加熱煤氣量精細(xì)調(diào)節(jié)的目的。 可調(diào)節(jié)煤氣流量的孔板示意圖見(jiàn)圖 3 。
3.3 改進(jìn)焦?fàn)t風(fēng)門開(kāi)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(kāi)度，見(jiàn)圖 4 所示。 焦?fàn)t風(fēng)門開(kāi)度測(cè)量調(diào)節(jié)器由鋼管和帶兩個(gè)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(kāi)度， 左側(cè)螺母擰至右側(cè)螺母處以防止調(diào)節(jié)過(guò)程中螺母位置變動(dòng)。 先根據(jù)生產(chǎn)情況用刻度尺來(lái)確定風(fēng)門具體開(kāi)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(dá)到的位置即為風(fēng)門需要調(diào)整到的位置。 此時(shí)可直接利用螺母敲擊風(fēng)門小鐵板來(lái)調(diào)整風(fēng)門開(kāi)度， 此工具不僅保證了風(fēng)門開(kāi)度的精確性，減少了作業(yè)危險(xiǎn)性，而且提高了工作效率。
3.4 改進(jìn)空氣過(guò)剩系數(shù)控制方法
對(duì)焦?fàn)t煙道氧化鋯氧含量進(jìn)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(yàn)分析法來(lái)調(diào)整焦?fàn)t空氣過(guò)剩系數(shù)， 指導(dǎo)煉焦調(diào)火進(jìn)行溫度調(diào)整。
（ 1 ） 對(duì)焦?fàn)t煙道氧化鋯氧含量進(jìn)行標(biāo)定。 利用煙道廢氣分析設(shè)備檢測(cè)煙道廢氣成分， 對(duì)比廢氣分析結(jié)果中氧含量與煙道氧化鋯測(cè)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(jì)表見(jiàn)表 2 。
（ 2 ） 通過(guò)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(cè)煙道廢氣成分，計(jì)算出目前的空氣過(guò)剩系數(shù)；通過(guò)對(duì)焦?fàn)t風(fēng)門開(kāi)度的調(diào)整， 對(duì)煙道吸力進(jìn)行規(guī)范化管理，當(dāng)空氣過(guò)剩系數(shù)達(dá)到 1.1~1.2 時(shí)，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(jìn)焦?fàn)t立火道過(guò)頂磚密封抹補(bǔ)工具
焦?fàn)t立火道過(guò)頂磚密封抹補(bǔ)工具見(jiàn)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(bǔ)一次， 確保密封層的嚴(yán)密， 灰漿不會(huì)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(gè)上部開(kāi)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(kāi)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(guò)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(shí)再改用稀釋泥漿補(bǔ)灌， 直至立火道無(wú)荒煤氣冒出為止。 在立火道灌漿完畢后將專有工具 1 與動(dòng)力風(fēng)管相連， 利用風(fēng)噴出時(shí)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(guò)采用氧化鋯示數(shù)控制焦?fàn)t空氣過(guò)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(bǔ)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(bǔ)的爐墻嚴(yán)密性高，密封效果好，一般抹補(bǔ)后，不會(huì)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(yǔ)
鞍鋼股份有限公司鲅魚(yú)圈鋼鐵分公司煉焦部通過(guò)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(guò)剩系數(shù)在線測(cè)量系統(tǒng)是下一步研究方向， 有助于降低煉焦耗熱量。