焦炉炉盖改造的可行性研究

李东东

(山西焦化股份有限公司，山西 临汾 041606)



焦炉炉盖改造的可行性研究

李东东

(山西焦化股份有限公司，山西 临汾 041606)

通过对山西焦化股份有限公司炼焦车间装煤焦炉炉盖生产使用现状的分析，根据新的国家标准及要求，提出自己的改造思路及实现方式：将中空结构改变设计为分体式结构，并同时更换炉盖上下体的材质等。

焦炉温度控制；焦炉耗热量降低；分体式结构改变；技术改造

1 装煤炉盖现状及改造必要性

山西焦化股份有限公司炼焦车间装煤炉盖共有400个，炉盖的材质为铸铁，炉盖及座的下方是1 000 ℃左右高温的炽热焦炭。从热量传导上而言，炽热焦炭及炉盖和座的传热均以辐射传热为主。炉盖及座导热系数大，炉盖上表面温度为300 ℃～380 ℃，炭化室内红焦的热量大量向焦炉炉顶表面环境散失，不仅损失大量的热能，增加了回炉煤气的使用量，而且升高了焦炉顶部区域的温度。特别是夏季，炉顶区域的高温恶化了生产操作环境，增大了操作人员的劳动强度和操作危险性。同时，也因为炉盖整体结构在高温差时易产生较大的内应力而减少了炉盖的使用寿命。为此，急需对现炉盖进行改造，延长炉盖的使用寿命，降低焦炉能量消耗和炉顶表面温度。

2 改造方案

1) 将原有炉盖的整体式中空结构改变设计为表底两层的分体式结构，炉盖下体采用铸铁铸造，减小与底座接触面。

2) 炉盖上体采用钢板，上下体空腔填充950型隔热材料和防辐射板，通过隔热层阻断材料内部的热传导，然后用螺栓将两部分连接成为一个整体；适当改变铸造件材质，使其轻量化且更具韧性；对于隔热垫与炉盖的孔隙部分，填充散装的隔热保温材料，使炉盖及座更加适应使用工况。

3 改造实验温度数据分析

3.1 1个周期内测量温度数据

现阶段车间使用的新炉盖和改造后炉盖在19 h结焦时间1个周期内各个时间段试用对比，测量温度数据及操作情况如下：

1) 2014年6月26日15:00，在2#炭化室2#装煤口使用时各项数据与现用炉盖对比。

a) 温度情况如表1。

表1 2#炭化室2#装煤口温度情况

b) 煤车揭盖机使用时，新型炉盖与炉顶表面有摩擦现象。

c) 装煤后新型炉盖密封效果不佳，因炉盖外沿无浇注料存留空间。

2) 2014年8月6日10:00，在6#炭化室3#装煤口使用时数据与现用炉盖对比。

a) 温度情况如表2。

表2 6#炭化室3#装煤孔温度情况

b) 煤车揭盖机使用时，新型炉盖时有摆放不正情况发生，与炉顶表面砖无摩擦现象。

c) 装煤后新型炉盖密封效果良好。

3) 2014年9月3日16:00，在23#炭化室2#装煤口使用时各项数据与现用炉盖对比。

a) 温度情况如表3。

表3 23#炭化室2#装煤口温度情况

b) 煤车揭盖机使用正常。

c) 装煤后新型炉盖密封效果良好。

3.2 使用前2#和3#炉盖重量及厚度情况

1) 车间现使用的新炉盖

重量53.1 kg/个，厚度84 mm。

2) 改造后的炉盖

a) 第1个，重量25.17 kg/个，厚度83 mm；

b) 第2个，重量31.15 kg/个，厚度84 mm；

c) 第3个，重量32 kg/个，厚度84 mm。

3.3 实测数据对比结果

1) 经过2次改造，试用新型炉盖与目前使用的炉盖相比，其隔热效果可提高1/2，重量也降低了约1/2。投用后，将大大降低炉顶区域温度与热能损失，既可改善装煤工操作环境，降低装煤工劳动强度，又可减少回炉煤气使用量。

2) 新型炉盖厚度与现使用的炉盖直径及厚度一致。经2次改造，煤车揭盖机多次使用正常，能满足焦炉生产操作要求。

4 效益分析

4.1 基础数据

原炉盖平均温度354 ℃，改造炉盖平均温度182 ℃，地区大气平均温度20 ℃，炉盖直径为480 mm；裸露面积为0.181 m2，即，A=0.181 m2；空气自然对流传热系数5 w·m2·k-1～25 w·m2·k-1，取18 w·m2·k-1，即，∂=18；辐射系数Cs=5。

4.2 热损失比较计算分析

炉盖散热为辐射散热和对流散热。

辐射换热公式为式(1)：

(1)

对流换热公式为式(2)：

Q2=∂A(tf1-t1)

(2)

故，炉盖热能损失计算，见式(3)：

(3)

1) 原炉盖[见式(4)]

Q原=0.181×{5×[(273+354)4-(273+20)4]/

1004+18×(354-20)}=2 420 W=2.420 kW

(4)

2) 节能炉盖[见式(5)]

Q节=0.181×{5×[(273+182)4-(273+20)4]/

1004+18×(182-20)}=862.35 W=0.862 kW

(5)

3) 对比节能量[见式(6)]

Q原-Q节=2.420 kW-0.862 kW=1.56 kW

(6)

综合考虑，焦炉燃烧系统热损失(烟气与炉体热损失)，回炉煤气有效利用率按90%计算，则每个炉盖节能1.56 kW×0.9=1.404 kW。每小时节能1.404×3 600=5 054 kJ。

回炉煤气热值按17 556 kJ/m3计算，则，1个节能炉盖每小时节约煤气5 054/17 556=0.288 m3。

全部改造后焦炉年节能量0.288×400×8 760=1 009 152 m3=100.9万m3。

4.3 效益分析

1) 经济效益

煤气价格按0.265元/m3计，经济效益0.265×100.9=26.7万元。

2) 延长使用寿命效益

原炉盖价格350元/个，使用寿命>1.5 a。

年购置费用350×400×2/3×10 000=9.3万元。

新型炉盖使用寿命>1 a。按1 a计，年购置费用500×400/10 000=20万元。

年增加购置费20-9.3=10.7万元。

3) 总经济效益

26.7-10.7=16万元。

5 结束语

炉盖除局部连接螺栓处外，炉盖上表面温度控制在184 ℃内。同时，降低了炉盖外表面温度和焦炉热损失，从而降低了焦炉耗热量。此外，还改善了炉顶员工生产操作环境，减轻了操作人员的劳动强度和操作危险性。

Feasibility study on modification of coke oven furnace cover

LI Dongdong

(Shanxi Coking Co., Ltd., Linfen Shanxi 041606, China)

Through the status quo analysis of coke oven furnace cover production in coking workshop of Shanxi Coking Co., Ltd., according to the new national standard and requirement, this paper puts forward the transformation idea and implementation mode. The hollow structure is designed into divided structure, and at the same time the material of furnace cover is replaced, etc.

coke oven temperature control; coke oven heat consumption reduction; divided structure change; technological transformation

2016-04-27

李东东，男，1988年出生，2014年毕业于太原理工大学，本科，助理工程师。

生产与应用

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2016.05.23

TQ05

A

1004-7050(2016)05-0081-02