老龄化焦炉煤调湿工况运行适应性改进

蒋 玄,屈克林

(马钢股份公司炼焦总厂 安徽马鞍山 243000)

马钢炼焦总厂5#6#焦炉炉组自上世纪90年代初投产至今已20多年。其中5#焦炉是国内6 m焦炉自主设计的第一版，由于技术消化的局限性，在炉体设计和耐火材料标准使用上存在缺陷。自2011年7月份开始后的三年时间内，5#6#焦炉煤调湿工况试验运行已累计进行了12次，每次运行焦炉系统运行工况都呈现不同的特点。经过各次不同工况的试验运行，焦炉炉况劣化呈现新的趋势，主要表现在硅砖断裂，炉墙剥蚀、通洞频繁，蓄热室和加热系统严重堵塞，焦炉推焦电流逐年加剧上升等特点。

1 煤调湿工况运行对焦炉的影响

1.1 焦炉推焦电流变化

焦炉煤调湿运行期间，焦炉平均推焦电流明显随着装炉煤水分的降低而升高(见表1)，尤其是调湿煤中混捏焦油后，焦炉平均推焦电流显著上升。从历次煤调湿试验运行效果看，煤调湿运行期间焦炉炉墙石墨以及荒煤气通道石墨挂料生长迅速，炉墙石墨的过快生长，导致推焦大电流、二次焦以及难推焦发生频次增加。

表1 煤调湿运行水分和推焦电流关系

图1 装炉煤水分和平均推焦电流相关性

在稳定配合煤水分运行期间，焦炉平均推焦电流总体平稳，但在往配合煤中掺混焦油时，焦炉推焦电流会明显上升，焦炉平均推焦电流和装炉煤水分之间出现良好的线性相关性。

根据5#6#焦炉历年平均推焦电流历史数据，对比2011年-2014年煤调湿运行工况，对焦炉平均推焦电流进行趋势分析，主要分煤调湿运行前和煤调湿运行后两个阶段进行线性相关性对比。具体历史数据如下：干煤运行后焦炉平均推焦电流增加速度分别是煤调湿运行之前的3.08倍和2.14倍(见表2)。

时间2006-20112011-20145#焦炉y=5x+176y=15.4x+1896#焦炉y=6.6x+154y=14.1x+178

备注：y：平均推焦电流；x：年限

1.2 焦炉无组织排放增多

焦炉煤调湿运行工况下装煤初期炭化室底部压力达到2000 Pa(见图3)；装煤过程中炉顶跑烟冒火严重；装煤车除尘管道温度高(约600 ℃)；机方炉门刀边和上横头烧损严重；炉墙串漏和烟囱冒黑烟发生频次高。少量配入焦油混捏能有效改善炉门跑烟冒火以及装煤除尘效果，但很多程度上增加了推焦大电流以及炉墙通洞发生频次。干煤运行期间，由于粉尘发生量增加，装煤除尘风机运行负荷相应增加。

1.3 焦炉热工状况改变

根据煤调湿实际运行情况，煤调湿煤水分每降1%，标准温度下调5℃。实际炉温会在制定的标准温度上下浮动较大，当干煤装入前期，焦炉温度由于热惯性往往会出现温度偏高情况。煤的水分下降较快温度来不及调节时，可以通过缩短结焦时间的方法做适当调整，具体方式是以水分每降低1%结焦时间缩短10 min为原则缩短结焦时间来进行过渡。当焦炉干煤水分温度在7.8±0.3%时，焦炉参考高炉煤气流量为48000 m3/h。

1.4 石墨生长加剧

配合煤水分下降后，装煤和结焦过程中细颗粒的煤粉伴随荒煤气往外逸散，在结焦过程中，随着焦炉煤气的发生、热解、聚合，大分子物质在高温状态下容易附着在炉墙及荒煤气通道等部位，随着炉顶空间温度的上升、煤气在顶部空间停留时间的延长、配合煤挥发分的上升以及结焦时间的延长等影响，石墨生长加快。焦炉在生产过程中，气流工况发生变化外，还存在本身焦炉炉墙老化问题，尤其是焦炉在煤调湿工况运行下，焦炉炉顶空间石墨生长非常迅速。石墨的主要分布位置主要集中在炭化室炉顶空间部位、机焦侧炉头墙面、炭化室炉墙2 m-4 m中部墙面、上升管直管和桥管弯头等部位，其中以第1至3道装煤口周围炭化室顶部空间石墨最为严重，平均厚度在80 mm-200 mm之间。石墨主要呈现分层片状结构的特点，受低压氨水喷洒降温影响，石墨分层(参见图4)特点尤其以桥管内部较为明显，煤调湿运行期间上升管内部能明显观察出每个结焦周期的石墨生长后度。

2 老龄化焦炉煤调湿工况运行改进

2.1 装炉煤配比调整

焦炉采用干煤运行期间，需要采用收缩性较好的配合煤，确保较高的焦饼收缩率，同时减少配入配合煤中小于0.5 mm的粒级比例[1]。从历次运行情况分析(表3)，当焦饼收缩率低于4%时，焦炉推焦电流会急剧上升，当焦饼收缩率大于4.5%时，焦炉推焦电流会趋于平稳。

表3 煤调湿运行期间配煤参数记录

续表3

检验日期Mad/%Mt/%Ad/%Vdaf/%细度Y/mmGX/mm焦饼收缩率5#电流6#电流2014/7/50.33109.5128.42791683454.72282112014/7/120.539.49.6727.5274.316.58438.54.52302052015/2/20.5710.69.4628.575.2168535.54.3240221

由上图5可见，焦饼收缩率在4.5%左右为一个界限，当收缩率低于4.5%时，焦炉推焦电流数据离散情况加大，反映在焦炉生产中就是生产稳定性变差。

2.2 装炉煤水分控制

经过前期多次CMC运行，大量数据和经验已经表面配合煤水分波动将直接影响焦炉推焦电流(见表1)。当煤调湿水分在7.5%左右运行一段时间后，5#焦炉生产组织情况明显恶化，焦炉开始出现二次焦、难推焦情况，炉况相对较好的6#焦炉运行情况相对平稳。

装炉煤水分低于8.5%后连续运行超过两周后，因为炉墙石墨的加厚，推焦电流会在出现明显的上升趋势。装炉煤水分温度在8.5±0.5%范围时，6#焦炉具备长期运行条件，5#焦炉因炉体硅砖破损，仍然不具备长时间运行条件。

2.3 炉顶石墨处理

对正常装煤炉号和大电流控煤炉号均需要保持稳定的装煤量，将炉顶空间稳定在正常范围内，避免稳定出现较大波动，控制石墨生长条件。对于老龄化焦炉，还需要有针对性的对部分炭化室进行烧空炉以及空压密封处理，加强上升管和桥管的内部清扫，让生产组织进入良性循环。对推焦车石墨刮刀进行定期更换，将石墨刮刀加宽加厚，并采用耐热钢代替普通碳钢。利用压缩空气在推焦过程中对炭化室顶部进行吹扫，推焦期间和后退过程中石墨吹扫自动启动，确保炭化室每个结焦周期都能进行一次压缩空气吹扫，有效改善炉顶石墨状况。

3 结论

老龄化焦炉在煤调湿工况运行下，加剧了焦炉炉体的老化趋势。

老龄化焦炉煤调湿工况运行期间，受制于焦炉炉体状况影响，装炉煤水分在8.5±0.5%范围内时，通过改善装炉煤性质，将焦饼收缩率控制在4.5%以上时，焦炉具备稳定运行的条件。

煤调湿工况下焦炉炉墙和荒煤气通道石墨生长速度明显加快，通过改进推焦杆石墨刮刀以及运用推焦杆头石墨压缩空气吹扫等措施，能够有效缓解焦炉煤调湿运行期间推焦大电流状况。