延长干熄焦使用寿命的技术研究

2019-01-03刘洲平

中国金属通报 2019年9期

刘洲平

（河钢股份有限公司邯郸分公司焦化厂，河北邯郸 056000）

在当前严峻的环保形势下，干熄焦作为一种余热回收设备已在很多焦化企业中得到推广应用，在有效改善焦炭质量的同时，减少了熄焦环节的污染排放，同时吸收了红焦显热，促进了能源的高效利用，是一项节能环保的先进工艺，具有显著的经济效益和环保效益。但由于干熄焦工作环境较为恶劣，装焦和熄焦过程中会受到高温气流的冲刷作用，长期生产运行下会造成炉体耐火材料的烧损，以及出现冷却段磨损，环形气道变形，除尘耐材损坏等问题，制约了干熄焦的高效运行，也容易对除尘排放指标带来一定的影响。因此，干熄焦设备在运行一定时间后不得不进行周期性的检修，干熄焦设备的寿命也因此而受到影响。

为了减少设备损坏，延长设备使用寿命，我们结合生产实践，对干熄焦运行中的常见损坏现象进行了分析，并提出了在确保环保数据正常前提下，延长干熄焦使用寿命的相关技术措施。

1 影响干熄焦寿命的几种情况及原因分析

1.1 干熄炉斜道区损坏

斜道区俗称为牛腿，是干熄炉较为容易损坏的部位，该区域在装焦生产中不仅会受到红焦向下流动的冲击力，还要受到夹带着焦粉的高温循环气体的冲刷。此外，在干熄焦热循环的过程中，斜道区还会经受300℃～700℃的温差变化，在较大的热应力作用下很容易造成斜道区耐火材料出现损坏。

主要表现为牛腿砖折断和崩溃性损坏；拱顶部位高温段砖体烧熔。究其原因，一是耐火砖高温性能问题，难以适应频繁的、大幅度的温差变化，特别是当斜道出口密封性较差，因局部负压吸入空气时，会使该部位发生剧烈燃烧，甚至达到1350℃～1550℃的高温，继而导致砌体烧熔。

1.2 预存室环形气道变形

环形气道是干熄炉高温烟气的通道，具有砌体结构复杂，运行环境恶劣的特点，生产运行时会频繁地受到高温烟气的冲刷，对炉体结构的耐磨性、热稳定性等都有着非常高的要求。因此，环形气道在经过两年的运行周期后大多会出现不同程度的变形甚至是倒塌，不得不停产检修。

通过与其它焦化厂干熄焦设备运行情况的调查，认为环形气道变形，检修周期较短的原因：一是装焦量较大，导致装焦时炉体承受的热应力瞬间成倍提高；二是预存室容积提高，较大的装焦量必然导致气道所承受的径向应力的增加；三是气道严密性不良，导致局部砌体烧熔。

1.3 高温膨胀节内衬浇筑材料寿命短

干熄炉至一次除尘器之间的高温烟气通道采用高温浇筑料分层浇筑，虽然具有施工简单、成本低廉等优点，但是在恶劣的工况环境下，运行一段周期后较容易出现粉化、开裂等结构性破坏，致使其严密性受到破坏。继而导致夹带大量粉尘的烟气外逸，污染环境。

1.4 装焦炉口水封槽寿命短

炉口水封槽主要起到防止装焦时烟气、粉尘外逸的作用，在生产时由于需要时常开闭，因此会频繁经受1000℃左右高温烟气的冲刷和灼烧。长期运行下，容易导致不锈钢水封槽的损坏，并导致工业用水漏入干熄槽内。在工业水的急剧降温作用下，非常容易导致炉内衬的开裂损坏；同时水与红焦接触后，会引发剧烈的水煤气反应，并导致氢气、一氧化碳等可燃性气体组分的急剧上升，造成严重的安全隐患。干熄炉不得不被迫停产检修。

2 延长干熄焦使用寿命的技术措施探讨

2.1 改进斜道区耐火材料性能

目前干熄炉斜道区普遍采用莫来石碳化硅作为耐火材料，可考虑检修时采用具有更高强度，更高耐磨性指标和抗折指标的莫来石碳化硅，同时提高耐火泥指标。

随着近几年材料工艺的发展，几种氮化物结合的新型高强耐火材料已逐渐得到应用，主要包括塞隆结合碳化硅、氮化硅结合碳化硅等。从目前已有的应用案例来看，改进碳化硅关键指标是延长干熄炉斜道检修周期的最有效办法。虽然氮化硅材质可持续使用较长时间，但后期不能进行年修，维护成本较大。

2.2 环形气道的设计改进

在当时焦炉大型化发展趋势下，针对环形气道易损坏的问题，可采取大勾舌砖型设计，增加砖体之间垂直方向上的咬合力，从而提高气道径向应力的承受力。如此，既可以增强气道抵御装焦热冲击和预存室储焦张力的能力，同时也强化了风道的密闭性，改善了系统温度、压力等运行参数。此外，通过采用具有更高强度和耐热性能的新型砖体材料，将大大延长炉体使用寿命，降低维修成本。

2.3 高温膨胀节内衬浇筑材料改为耐火砖设计

对于采用分层浇筑法的高温膨胀节内衬，可将其改进为砌筑体耐火砖设计，增强该部位在恶劣工况下的适应能力，解决浇筑料运行一段时间后粉化、脱落的问题。将炉口改为定形组合砖设计，可延长使用寿命达4年以上。

2.4 延长水封槽使用寿命的措施

不锈钢水封槽的损坏是影响干熄炉使用寿命，威胁干熄焦安全生产的关键性因素。对此，可采用不诱钢水封槽的内置设计。首先设计耐磨性能好，热震稳定性好的高材质L型异形砖，在原炉口耐火砖砌体上，按照炉口尺寸砌成水封座槽口，并将不诱钢水封槽安置在砖体内，避免其与红焦和高温烟气直接接触，从而延长其寿命。通过对多座干熄炉检修实践发现，该种设计方法可有效延长水封槽寿命和维护周期，确保其稳定运行2年以上。