国内大型干熄焦连续稳定运行的研究

王世俊 崔小丽 刘运龙

（安阳钢铁股份有限公司）

国内大型干熄焦连续稳定运行的研究

王世俊 崔小丽 刘运龙

（安阳钢铁股份有限公司）

通过改进干熄焦炉体结构、合理选用耐火材料、规范工艺操作、完善设备管理、进行设备改造等方式，提高了大型干熄焦连续稳定运行的时间，延长了年修周期，提高了干熄率，增加了发电量，降低了维护成本，从而提高了经济效益，增加了市场竞争力。

干熄焦 双斜道 稳定运行 连续运行

0 前言

随着干熄焦技术的日渐成熟，干熄焦已成为焦化行业的标配。提高干熄焦效益、降低干熄焦维护成本成为干熄焦工艺发展的下一个目标，其重要的手段之一就是延长干熄焦的检修周期，增加其连续稳定运行的时间。安阳钢铁股份有限公司（以下简称“安钢”）190 t／h干熄焦连续稳定运行4年零10个月，创造了巨大的经济效益和环保效益。

1 干熄焦简介

1.1 干熄焦的检修

1.1.1 干熄焦的年修和大修

根据国内外干熄焦的生产经验，干熄焦检修一般以干熄炉耐材为主线，配套的机械、电气设备检修穿插其中。在现有的技术条件下，干熄焦年修周期为1.5年～2年，年修时间30天左右，年修内容一般为干熄炉环形风道内墙支柱（俗称“牛腿”）的更换及大型机械设备的检修；大修周期为5年，大修内容一般为干熄炉内衬砖的更换及大型机械设备的整体更换；干熄焦炉龄为8年～10年。

1.1.2 干熄焦设备的日常维护

干熄焦设备的日常维护一般配合焦炉生产，在焦炉结焦时间长的生产状态下，干熄焦每日有0.5 h～1 h检修时间；在焦炉结焦时间短的生产状态下，干熄焦没有检修时间，需要根据生产情况协调安排。

1.2 安钢干熄焦简介

安钢现有3座干熄焦，分别为1座75 t／h干熄焦，配套2座JN43－80型焦炉；1座140 t／h干熄焦，配套2座JN60－6型焦炉；1座190 t／h干熄焦，配套2座 JNX70－2 焦炉。 其中 75 t／h 干熄焦和 140 t／h干熄焦均于2009年投用，借鉴了该2座干熄焦的实践经验后，安钢于2012年11月份投用190 t／h干熄焦，至今未发生过事故、未进行过年修（计划于2017年11月底连续运行满5年时年修），期间干熄焦满负荷运行，干熄率95%以上，平均排焦量172.8 t／h，排焦温度135℃以下。安钢190 t／h干熄焦良好的运行状态、超长的运行周期与其设计建造、工艺操作、设备管理、技术改造、生产协调等都息息相关。

2 改进干熄焦炉体结构，合理选用耐火材料，提高耐材使用寿命

2.1 采用双斜道结构

干熄炉双斜道又称分隔式斜道，是日本SPCO的专利技术［1］。该技术通过将斜道的流通通道沿高向分割成若干个小的通道的形式来起到均匀化斜道区流体流速的目的。理论上当分隔数趋于无穷时，气体在斜道通道上可以完全均匀分布，但实际工程设计中，受到空间的限制只能分割成有限数量的通道。目前大部分为双斜道设计。分割斜道设计可以最大程度上避免焦炭浮起现象，防止焦炭进入斜道区对斜道耐火材料造成冲刷破坏，也可避免焦炭在预存区向冷却区运动过程中由朗肯被动态造成焦炭崩塌引起的对耐火材料的冲击破坏。

干熄焦单斜道和双斜道内气体流速对比如图1所示。单斜道上部气体流速快，造成焦炭浮起，下部气体流速慢，焦炭沉积下来；双斜道将每个斜道分割成两个气道，气体流速均匀性提高，有效降低焦炭浮起和焦炭堆积现象。同时，气体流速均匀性提高后，传热效率提高、气体流量增加，从而可以增加蒸汽产量。

图1 干熄焦单斜道和双斜道内气体流速对比

2.2 增加环形风道内外墙支柱

由于干熄炉内焦炭长期对环形风道内墙挤压和冲击，造成内墙外凸变形、倾斜甚至坍塌，如图2所示。因此，安钢在修建190 t／h干熄炉时，就对环形风道结构进行了改进，在内外墙之间增加了6条支柱，如图3所示。安钢焦化分公司2015年使用潜望镜检查190 t／h干熄炉内部结构时，未发现环形风道内墙有明显形变，环形风道内外墙支柱效果较好。

图2 环形风道内墙外凸

图3 环形风道内外墙增加支柱

2.3 根据干熄炉不同部位的工况选择合适的耐火材料

干熄炉各个部位工况条件不同，需要的耐火材料性能也不尽相同。如干熄炉斜道区“牛腿”砖需要有较高的高温抗折强度，因此选用A级莫来石碳化硅材料；干熄炉炉口在炉盖打开和关闭时温度变化剧烈，因此选用热震稳定性较好的B级莫来石碳化硅材料；干熄炉冷却段内衬长期受焦炭挤压和磨损，且砌筑量较大，选用耐磨性好、价格又相对便宜的B级莫来石材料。

修建190 t／h干熄炉时，严格耐火材料各项指标，耐材生产完毕后取样并送至国家级的检测机构进行关键指标的检测，检测合格后方可使用。耐材的使用部位和具体指标见表1。

表1 安钢190 t／h干熄炉各部位耐火材料及其关键指标［2］

3 完善干熄焦工艺操作，降低对干熄炉耐材的冲击

3.1 完善操作规程，形成标准化作业

在原有干熄焦操作经验的基础上，根据190 t／h干熄焦的设计条件，编写了《安钢焦化分公司190 t／h干熄焦工艺技术规程》，通过制定标准的工艺流程，规定主要设备的参数，明确工艺参数和操作参数，形成标准化作业等手段来保障干熄炉装焦、排焦的顺畅及系统内各点温度、压力和流量的可控，从而减少炉内环境波动，降低对干熄炉耐火材料的冲击，提高其使用寿命。正常运行时的关键工艺参数见表2。

表2 安钢190 t／h干熄炉正常运行时的关键工艺参数

3.2 加强对工艺操作中几个关键点的控制

3.2.1 排焦温度

排焦温度过高会烧损运焦皮带及其他设备，因此工艺要求排焦温度为210℃以下，实际控制在135℃以下。控制排焦温度的主要手段是控制干熄炉入口循环气体温度在（130±5）℃之间，减小排焦量的波动，保证红焦在干熄炉内的冷却时间充足（大于 1 h 56 min）。

3.2.2 焦炭料位

干熄炉焦炭料位的控制需要多方面综合考虑，如果料位过低，装焦时由于焦炭落差过大，会对炉体耐材造成很大冲击。更为致命的是红焦预存量少导致干熄焦抗风险能力下降，任何轻微的焦炉生产问题、装入设备故障等都可能导致干熄炉无焦可熄，从而影响高炉的生产和锅炉的发电。

如果料位过高，会导致装入装置、水封槽、炉盖等设备烧损，且当排焦系统设备故障或皮带机故障时，干熄炉就要停止装焦，被迫采用湿法熄焦，影响焦炭质量，造成环境污染。

因此，正常生产时焦炭料位一般控制在斜道口上部至预存段直段与锥段分隔处，最低料位控制在10 m左右，最高料位控制在18 m左右。为了更好的控制干熄炉各项指标，确保焦炭与干熄炉砌体相互支撑，减少砌体受力波动，提高干熄炉抗变能力，最终在实际生产中将焦炭料位控制在13 m～16 m，如图4阴影部分所示。该方法虽然会增加操作难度，但却为安钢190 t／h干熄焦长期稳定运行提供了有力支撑。

图4 安钢190t／h干熄炉正常运行时的焦炭料位区间

3.2.3 气体循环系统的调节

干熄焦气体循环系统中各关键部位的温度、压力、流量存在密切的联系，相互影响、相互制约，需要掌握其规律，才能及时做出正确的调整，保障干熄焦稳定。190 t／h干熄焦的工艺调节部位和调节方法见表3。

表3 安钢190 t／h干熄炉正常运行时常用的工艺调节及其实质

3.3 完善事故应急预案，降低事故风险、减小事故损失

制定了干熄焦停电、锅炉爆管、斜道口焦炭浮起、炉口焦炭溢出、提升机故障、装入装置故障、排焦装置故障等相关事故的应急预案，有效降低了事故影响时间。例如仅排焦装置旋转密封阀急停的故障就有7种，操作工、维修工可以根据事故应急预案，迅速判断旋转密封阀急停的原因，采取相应的处理措施，在2 h内解决相应故障，防止发电解列，减少干熄炉内温度、压力的波动，将事故损失降到最低。

4 提高设备管理水平，为干熄焦稳定运行提供保障

4.1 完善设备管理制度，建立合理的设备管理模式

4.1.1 设备清单式管理

采用设备清单式管理模式，把整套干熄焦设备分为提升系统、装入装置、排焦装置、自动对位装置、电机车、焦罐车、气体循环系统、除尘系统、炉体配套设备、电器设备等10大类，利用树形图，把每一类设备再细化到机构、部件，再到零件、置换件等，使设备清晰明了的展现出来，方便管理和维护。

4.1.2 设备寿命周期管理

在设备清单式管理的基础上，增加备件寿命周期管理，根据相关资料和干熄焦生产的实践经验，确定所有设备或零件的寿命周期，制成表格，方便在其寿命周期前准备备品备件，合理安排检修时间对其进行更换。

4.1.3 干熄焦系统定修模式

190 t／h干熄焦对原有的日修、年修进行了修改，确立了系统定修模式，每周2 h小系统定修，每季度12 h～24 h大系统定修。小系统定修时，干熄炉停止装、排焦2 h，一般不停循环风机，仅降低循环风量，保证锅炉发电不解列和炼铁生产用焦充足（利用焦仓内储存的焦炭），在2小时的定修时间内，对各设备的隐蔽部位进行检查、检修，对小的易损件进行更换，处理上一个周期内发现的设备隐患等。每季度大系统定修时，干熄炉降料位，停止装、排焦，停循环风机，利用较长的检修时间对已到寿命周期的设备进行更换，如提升机钢丝绳、干熄炉炉顶水封槽、一次除尘焦粉冷却装置等。合理的利用系统定修，可以保障干熄焦机电设备良好的运行状态，配合延长干熄炉耐材使用寿命的方法，则可将干熄焦每1.5年～2年1次的年修取消，直至运行5年后进行大修。

4.2 优化三级点检制度，对设备问题早发现、早处理

根据干熄焦人员配置情况，对通用的三级点检制度（见表4）进行了优化，形成安钢190 t／h干熄焦专用点检方案（见表5）。合理安排操作工、维修工、点检员的点检时间和点检内容，加强各级点检之间的联系，一级保障一级，一级监督一级，在确保干熄焦紧张生产的同时，完成设备的检查及维护，从而使各种机械、电气、仪表设备在寿命周期内稳定运行，降低设备故障的发生率，从而提高干熄焦的干熄率。

表4 通用点检方案

表5 安钢190t／h干熄焦专用点检方案

5 进行适当的设备改造，使干熄焦系统更完善

5.1 干熄炉炉顶水封槽改造

190 t／h干熄焦炉顶水封槽原设计为2个环形侧板和1个底板焊接而成，断面剖视如图5所示。此结构的水封槽极易漏水，是因为：焊缝较长，共47.4 m，长期受冷热交替的影响，焊缝易开焊；内环钢结构长期受高温烘烤，易变形开裂。

图5 干熄炉炉顶水封槽原结构断面

针对原设计水封槽的缺陷，经过分析、实践，进行了制作工艺和结构的改进，将环形的水封槽均分成7段冲压成型（国内现已有整体冲压成型技术），然后组合焊接，断面剖视如图6所示。此结构将底部通长的焊缝改为分段的立缝，焊缝长度缩短为7.9 m，极大的减少了焊缝开裂的概率；水封槽内侧壁焊接挂钩，涂抹隔热浇注料，避免钢结构直接接触高温。

另外，将水封槽补水由工业水改为锅炉软水，减少水垢板结，保障对水封槽的冷却。

图6 干熄炉炉顶水封槽优化后的结构断面

5.2 旋转密封阀改造

干熄焦旋转密封阀（又称旋转排出阀、格式密封阀）安装在干熄炉底部，入料口与振动给料器连接，出料口与排焦溜槽相连接。其作用是把振动给料器定量排出地焦炭在密闭状态下连续排出。既能连续定量地排料，又具有良好的密封性及耐磨性。旋转密封阀在使用过程中极易发生耐磨衬板卡堵、焦炭或石墨块卡堵、细小杂物卡塞、密封环损坏、机械电气故障等问题，影响干熄焦生产。

针对以上问题，对旋转密封阀做出了以下改进：

在旋转密封阀两端侧人孔上增加窥镜和高压氮气吹扫管，方便观察密封副的运行状况和润滑状况；改进旋转密封阀下部人孔盖的连接方式，使用固定螺母配合内六角螺钉的连接方式替代原有的普通螺栓、螺母连接方式，并减少螺钉数量，使旋转密封阀下部人孔打开和安装更为方便、快捷［3］；将原有的与转子平行的转子刃改为倾斜15°安装（转子刃结构如图7所示），方便焦炭卡堵时正反转操作旋转密封阀，使焦炭在容料腔内沿转子刃下滑到下料口，避免拆安人孔，减少检修时间；原驱动机构为电机与摆线针式减速机一体，后改为电机通过凸缘联轴器与齿轮减速机相连，这样的设计将整套驱动机构的连接薄弱点移到了凸缘联轴器的铰制孔螺栓上，当旋转密封阀卡堵时，铰制孔螺栓断裂可以有效断开电机与减速机的连接，从而避免电机烧损。

图7 干熄焦旋转密封阀改进后的转子

5.3 电气改造

为防止联锁停机时，振动给料器滑料堵塞旋转密封阀，将原有的联锁停机条件“运焦皮带急停时振动给料器和旋转密封阀急停”改为“运焦皮带急停时振动给料器急停，旋转密封阀延迟30 s停车”。此改动能确保皮带和振动给料器停车后，旋转密封阀继续排焦，防止振动给料器内焦炭滑落至旋转密封阀容料腔内造成卡堵，多排出的焦炭落入皮带机溜槽和皮带上，再次开启皮带时即可带走。装入装置电动缸原设计的位置传感器为内置，传感器损坏后更换极为困难，影响时间较长。后根据电动缸的极限位置，设计、增加了外置传感器替代原有的内置传感器，当外置传感器损坏或位置信息改变时，可以快速更换或调整，节约检修时间。

6 加强与配套设备的联系

6.1 焦炉生产

6.1.1 加强联系，完善配煤比、合理安排焦炉生产计划

加强与焦炉生产系统的沟通，防止未完全成熟的焦炭、湿焦粉、煤粉、铁器等进入干熄炉；完善配煤比，保证焦炭质量，防止大块焦炭堵塞排焦、运焦系统；将每天的生产任务合理的分配到各个时间段，避免赶炉或丢炉的出现，保证干熄炉焦炭装入量平稳，减少干熄炉焦炭料位的波动，从而减少干熄焦的调节操作次数，保障整个系统的稳定，防止“牵一发而动全身”的状况出现［4］。

6.1.2 合理安排湿法熄焦

在发生大风天气（风速超过18 m／s）、大雨天气时，干熄焦需要停止装焦，安排湿法熄焦。风速过大，继续运行高空中的干熄焦提升系统是存在安全隐患的，当大风对提升机的侧向推力大于走行抱闸的制动力时，提升机会产生位移，对各限位造成破坏；雨水过多时，仍打开炉盖装焦的话，雨水会大量进入干熄炉内，受热分解成H2和O2，当干熄炉内H2含量急剧升高，且无法有效控制时，可能会发生爆炸。

6.2 干熄焦余热锅炉

余热锅炉是干熄焦系统中的关键设备，但为了方便锅炉专业人员的管理，安钢将干熄焦余热锅炉归入专门负责锅炉系统的动力厂。如此安排有利于人员管理，但加大了操作难度，因此需要干熄焦系统与余热锅炉系统加强沟通，进行影响整个系统的关键操作时要提前告知对方，做好应急预案。

6.3 运焦皮带机

干熄焦排焦系统中的皮带运输系统有2套（开1备1），对干熄焦的操作影响较小，但运焦系统需要倒换皮带、检修皮带时，仍要及时与干熄焦沟通，确保生产稳定。

7 结束语

与国内同类型、同规模的干熄焦相比，安钢190 t／h干熄焦的优势有干熄率高、生产节奏紧凑、工艺参数稳定、设备故障率低、连续稳定运行时间长等，具有较强的综合市场竞争力。

［1］ 张纪民，向宇，靳迎武.190 t／h双斜道干熄焦在安钢的应用［J］.燃料与化工，2014（3）：31－32.

［2］ 潘立慧，魏松波.干熄焦技术［M］.北京：冶金工业出版社，2005：245－246.

［3］ 王世俊，刘运龙，郭海涛.干熄焦旋转密封阀故障判断、处理方法及改进措施［J］.河南冶金，2016，24（6）：35－38.

［4］ 范润汉，白峰，吴云川.攀钢干熄焦系统运行实践［J］.四川冶金，2009，31（4）：20－23.

RESEARCH ON CONTINUOUS AND STABLE OPERATION OF LARGE－SCALE CDQ IN CHINA

Wang Shijun Cui Xiaoli Liu Yunlong
（Anyang Iron and Steel Stock Co.， Ltd）

This paper discusses the improvement of the time of continuous and stable operation of large－scale CDQ by improving the structure of CDQ furnace， rational selection of refractory materials， standardizing process operation， impro⁃ving equipment management and equipment transformation， and the annual repair cycle is extended， power generation is in⁃creased， maintenance costs is reduced， thereby enhancing economic efficiency and increase market competitiveness.

double chute stable operation continuous operation

联系人：王世俊，助理工程师，河南.安阳（455004），安阳钢铁股份有限公司焦化分公司设备科；

2017—6—22