王國(guó)輝
(上海梅山鋼鐵股份有限公司，南京 210039)
摘 要: 介紹了梅鋼 JNX3 －70 －1 型 7 m 焦?fàn)t分別采用正壓與負(fù)壓烘爐方法進(jìn)行焦?fàn)t烘爐開工的應(yīng)用情況。對(duì)比了 2 種烘爐方法及其應(yīng)用效果，并分析與探討了在現(xiàn)行高環(huán)保要求下對(duì)生產(chǎn)單位熱態(tài)工程工作的影響。
關(guān)鍵詞: 7 m 焦?fàn)t; 正壓烘爐; 負(fù)壓烘爐
上海梅鋼煉鐵廠 7 m 焦?fàn)t是中冶焦耐開發(fā)設(shè)計(jì)的具有國(guó)內(nèi)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的焦?fàn)t，于 2010 年 3 月投產(chǎn)運(yùn)行，設(shè)計(jì)年產(chǎn)焦炭 150 萬(wàn) t。投產(chǎn)后，焦?fàn)t的各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)于傳統(tǒng)焦?fàn)t，得到同行業(yè)的認(rèn)可，從而在后續(xù)頂裝焦?fàn)t升級(jí)改造中成為主流爐型。
烘爐是焦?fàn)t建設(shè)投產(chǎn)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，熱態(tài)工程更是時(shí)間緊、任務(wù)重，對(duì)焦?fàn)t壽命影響較大。梅鋼 7 m 焦?fàn)t先后采用負(fù)壓烘爐與正壓烘爐 2種不同的烘爐方式進(jìn)行烘爐，本文就實(shí)際應(yīng)用情況 作詳細(xì)介紹與對(duì)比分析。
1 基本情況
梅鋼 7 m 焦?fàn)t為 2 ×60 孔 JNX3－70－1 型復(fù)熱式單集氣管三吸氣管頂裝焦?fàn)t，其特點(diǎn)為: 復(fù)熱式、蓄熱室分格、雙聯(lián)火道、廢氣循環(huán)、焦?fàn)t煤氣下噴、空氣側(cè) 入、高向分三段加熱; 炭化室有效容積為 55． 6 m3 ; 每孔炭化室焦炭產(chǎn)量為 31． 6 t; 設(shè)計(jì)焦?fàn)t周轉(zhuǎn)時(shí)間為 22 h; 年產(chǎn)干全焦為 150 萬(wàn) t; 焦?fàn)t耐材主要為硅磚、黏土磚、黏土格子磚、高鋁磚、高強(qiáng)隔熱磚、缸磚和漂珠磚等，耐火材料用量約 2． 6 萬(wàn) t /座; 炭化室全長(zhǎng) 17 640 mm，全高 6 980 mm，平均寬 500 mm，錐度50 mm。
烘爐是指將焦?fàn)t由常溫升溫到正常加熱或裝煤時(shí)溫度的操作過(guò)程［1］。焦?fàn)t負(fù)壓烘爐方法是利用焦?fàn)t煙囪提前升溫，由熱空氣浮力所產(chǎn)生的吸力將烘爐火床的熱氣通過(guò)炭化室、燃燒室、蓄熱室、煙道后由煙囪排出。同時(shí)為了盡快排出耐材水分，防止結(jié)露，采用大吸力、大熱氣量及大空燃比。一般在200 ～ 250 ℃ 之前看火孔壓力為負(fù)壓。焦?fàn)t正壓烘爐方法是利用專門的空氣供給系統(tǒng)和燃?xì)夤┙o系統(tǒng)，通過(guò)向炭化室內(nèi)不斷鼓入熱氣，使全爐在整個(gè)烘爐過(guò)程中保持正壓，推動(dòng)熱氣流經(jīng)炭化室、燃燒室、蓄熱室、煙道等部位后從煙囪排出，使焦?fàn)t升溫至正常加熱或裝煤溫度［2］。
梅鋼 2 種烘爐采用了不同的實(shí)施方式，其中負(fù)壓烘爐采用的是租借中冶焦耐熱工站測(cè)溫等關(guān)鍵設(shè)備的形式，而正壓烘爐采用中冶焦耐總包形式。
2 烘爐設(shè)施整體布置
采用負(fù)壓烘爐，煙氣的流動(dòng)動(dòng)力來(lái)源于煙囪提前烘熱后產(chǎn)生的熱浮力，炭化室內(nèi)由煤氣燃燒的熱煙氣經(jīng)過(guò)噴嘴及火床再經(jīng)過(guò)炭化室上部的烘爐孔進(jìn)入燃燒室。若單側(cè)烘爐，則另一側(cè)下部存在氣體流動(dòng)的緩動(dòng)區(qū)( 相對(duì)于熱煙氣流) ，吸力越大，熱氣流短路越嚴(yán)重。若是非加熱一側(cè)爐門密封不夠嚴(yán)密，更會(huì)造成“冷區(qū)”。因此，為了使?fàn)t體受熱均勻，采用負(fù)壓烘爐必須機(jī)焦側(cè)兩側(cè)布置，每個(gè)炭化室爐門的烘爐孔均要利用，形成機(jī)焦兩側(cè)加熱的“U”型布局。 正壓烘爐則正好克服了負(fù)壓烘爐的這種弊端，可以單側(cè)“L”型布置，可縮小煤氣區(qū)域，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。由于正壓烘爐是利用外部的動(dòng)能給予熱煙氣流動(dòng)能推動(dòng)氣體流動(dòng)，非加熱側(cè)的炭化室下部氣體流動(dòng)擾動(dòng)加劇，溫度分布相對(duì)均勻，在爐體烘爐控制溫度范圍之內(nèi)。若是非加熱側(cè)爐門密封未達(dá)到嚴(yán)密狀態(tài)，也不會(huì)影響烘爐，并可及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷，從而調(diào)整爐門進(jìn)行密封。梅鋼采取的具體實(shí)施過(guò)程與通過(guò)廢氣翻板全關(guān)閉進(jìn)行憋壓的正壓烘爐不同，可同時(shí)借助煙囪的熱浮力。但負(fù)壓烘爐方式更加依賴于煙囪，否則會(huì)出現(xiàn)炭化室燒嘴火焰向外噴［3］。梅鋼采取交換開閉器廢氣砣支起方式，廢氣翻板設(shè)置開度為 1 /4 ～ 1 /2，同時(shí)維持分煙道壓力為－30 ～－60Pa。
烘爐期間 2 種烘爐方式在焦?fàn)t爐體的測(cè)溫監(jiān)控點(diǎn)方面保持一致。具體測(cè)溫點(diǎn)為: 機(jī)焦側(cè)分煙道各1 點(diǎn)，篦子磚機(jī)焦側(cè)各 13 點(diǎn)，蓄熱室機(jī)焦側(cè)各 13 點(diǎn)，抵抗墻端臺(tái)、間臺(tái)各 4 點(diǎn)，燃燒室機(jī)焦側(cè)各 119 點(diǎn)，共計(jì) 300 點(diǎn)位。
3 烘爐資材
常規(guī)負(fù)壓烘爐的噴嘴要深入至炭化室內(nèi)部，為了防止燃?xì)饣鹧嬷苯雍婵咎炕覡t墻，造成局部高溫影響耐材，需要砌筑火床?；鸫菜觅Y材如表 1 所示。
正壓烘爐由于改進(jìn)了烘爐噴嘴，燃燒基本在噴嘴內(nèi)，熱煙氣通過(guò)噴嘴及機(jī)焦側(cè)爐門烘爐孔進(jìn)入炭化室，一般不需要在炭化室內(nèi)部砌筑烘爐火床。但具體實(shí)施時(shí)在爐門近側(cè)壁貼陶瓷纖維氈，更加確保了烘爐安全性。
4 自動(dòng)控制
從基本原理來(lái)看，只要能實(shí)時(shí)調(diào)控煤氣流量( 壓力) 與空氣流量( 壓力) ，正壓烘爐和負(fù)壓烘爐均能實(shí)現(xiàn)燃燒的自動(dòng)控制，加上爐溫的實(shí)時(shí)反饋借助于已有的控制模型就可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制。但在實(shí)際應(yīng)用中，負(fù)壓烘爐僅能實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)控制。這是由于負(fù)壓烘爐工藝除了焦?fàn)t間臺(tái)、端臺(tái)抵抗墻的機(jī)焦側(cè)外，煤氣支管控制閥門數(shù)量為正壓烘爐的 1 倍，系統(tǒng)投入較大，所以一般通過(guò)控制機(jī)焦側(cè)總管煤氣流量( 壓力) 來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整體爐溫的控制。
每個(gè)炭化室單個(gè)噴嘴的煤氣控制可通過(guò)支管煤氣流量孔板及手動(dòng)閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)。而空氣量的調(diào)節(jié)在烘爐初期是通過(guò)使用燃燒器管子上面的帶狀空氣口調(diào)節(jié)，中后期使用爐門烘爐孔上面的扇形孔調(diào)節(jié)。烘爐初期因煤氣用量小，燃燒器容易滅火，每日人工調(diào)節(jié)的工作量相對(duì)較大。由于煤氣量前期小，后期較大，當(dāng)機(jī)焦側(cè)煤氣壓力升高到一定程度，升溫困難時(shí)，支管流量孔板需要進(jìn)行更換，總共更換了 Φ 5 mm、 Φ8 mm、Φ13 mm、Φ20 mm 共 4 套孔板。 正壓烘爐采用風(fēng)機(jī)配風(fēng)，強(qiáng)制鼓風(fēng)，2 個(gè)炭化室共用 1 組控制箱，可以對(duì)每個(gè)炭化室的煤氣流量進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)，對(duì) 1 組炭化室的風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過(guò)風(fēng)量的自動(dòng)控制，可減少負(fù)壓烘爐對(duì)風(fēng)門手動(dòng)調(diào)節(jié)的工作量，同時(shí)也能精確控制空燃比，抗風(fēng)能力進(jìn)一步增強(qiáng)。煤氣的流量控制實(shí)現(xiàn)了溫度的精確控制，使得升溫曲線更加符合預(yù)設(shè)。
正壓烘爐設(shè)置了火焰溫度檢測(cè)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控噴嘴燃燒狀況，避免了負(fù)壓烘爐火焰意外熄滅不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)而出現(xiàn)的安全風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)可進(jìn)行故障警報(bào)、自動(dòng)緊急停機(jī)、自動(dòng)點(diǎn)火等應(yīng)急操作，極大地提高了烘爐的安全性和穩(wěn)定性。正壓烘爐自動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖見圖 1。
由于全自動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用，正壓烘爐方式下工作量大幅減少，配置人員也比負(fù)壓烘爐減少一半，但對(duì)于供配電及操作人員要求較高。
5 烘爐效果
烘爐升溫期的確定是根據(jù)焦?fàn)t燃燒室、斜道區(qū)、蓄熱室分別取硅磚最大用量的 3 個(gè)磚號(hào)進(jìn)行膨脹檢驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算所得。梅鋼負(fù)壓烘爐時(shí)升溫期采用最大日安全膨脹率 0． 03% 計(jì)算而得，至加煤投產(chǎn)共計(jì)81 天。正壓烘爐時(shí)升溫期采用最大日安全膨脹率0． 05% 計(jì)算而得，至加煤投產(chǎn)共計(jì) 50 天。主要是由于負(fù)壓烘爐為新爐體且在冬季，正壓烘爐時(shí)為二次啟動(dòng)爐且在夏季。
烘爐溫度控制允許波動(dòng)范圍見表 2。實(shí)踐中提升了管控要求，按照 85% 及 95% 進(jìn)行合格及優(yōu)秀考評(píng)，2 種烘爐方式也均達(dá)到優(yōu)秀。
6 扒火床
負(fù)壓烘爐時(shí)，當(dāng)爐溫達(dá)到 1 000 ℃ 以上時(shí)進(jìn)行扒火床工作( 結(jié)合堵干燥孔進(jìn)行) 。梅鋼 7 m 焦?fàn)t炭化室底與操作平臺(tái)的相對(duì)高度近 1． 5 m，環(huán)境空間狹小，溫度高，同時(shí)為避免爐溫下降過(guò)多需連續(xù)進(jìn)行［4］。原則上每爐操作時(shí)間不得超過(guò) 15 min，為高強(qiáng)度作業(yè)，需要做好安全防護(hù)并保證人力富余，人員組織見表 3。而采用正壓烘爐時(shí)，扒火床組只需設(shè)置進(jìn)行陶瓷纖維氈處置的少量人員即可。
扒火床時(shí)無(wú)法有效利用現(xiàn)有的除塵設(shè)施及機(jī)械設(shè)備，特別是高溫下及時(shí)處置火床的定型耐材及石英砂等散料成為難點(diǎn)。用水霧抑塵則現(xiàn)場(chǎng)蒸汽彌漫，影響操作人員視線，不利于安全。正壓烘爐在此方面具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。
7 結(jié)語(yǔ)
梅鋼 7 m 焦?fàn)t先后采用負(fù)壓烘爐和正壓烘爐，正壓烘爐體現(xiàn)出多種優(yōu)勢(shì)。通過(guò)正壓烘爐方式，自動(dòng)檢測(cè)及計(jì)算機(jī)控制得到全面應(yīng)用，人員效率提升顯著，同時(shí)大幅節(jié)約了烘爐管道及耐火材料，特別是扒火床等涉及高危安全及環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)的作業(yè)得到根本性改變。
參考文獻(xiàn)
［1］ 于振東，鄭文華． 現(xiàn)代焦化生產(chǎn)技術(shù)手冊(cè)［M］． 北京: 冶金工業(yè)出版社，2010: 331，354．
［2］ 國(guó)家工業(yè)節(jié)能技術(shù)裝備推薦目錄( 2019) ［S］． 工業(yè)和信息化部，2019: 28．
［3］ 史興民，付獻(xiàn)勇． 7 m 大型焦?fàn)t烘爐技術(shù)［J］． 河北冶金，2016 ( 9) : 33 －35．
［4］ 向英溫，李靜安． 煉焦?fàn)t的特殊操作: 烘爐、開工、悶爐和冷爐［M］． 北京: 冶金工業(yè)出版社，2001: 144 －145．