鞍钢鲅鱼圈7 m焦炉边火道热工管理优化与实践

赵华，周鹏，马银华，党平，代成，彭磊

（1.鞍钢集团钢铁研究院，辽宁 鞍山 114009；2.鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司，辽宁 营口 115007）

为了使焦炉各炭化室的焦饼在规定结焦时间内沿长向和高向均匀成熟，达到焦炉稳产、低耗、长寿的目的，需严格执行焦炉加热制度。焦炉边火道位于焦炉两侧，常由于供热不足或摘开炉门时冷却速度快，导致其温度偏低，出现炉头部位焦炭不能按时成熟、焦炭品质降低、推焦过程中冒黑烟、推焦困难等状况。鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司炼焦部（以下简称“鲅鱼圈”）有7 m 52孔JNX-70-2型焦炉4座，基于焦炉边火道热工现状，分析了边火道热工管理存在问题，并进行了边火道热工管理优化实践，本文对此做一介绍。

1 焦炉边火道热工现状

鲅鱼圈7 m焦炉结焦时间为19 h，日常热工测量得到的焦炉边火道温度如表1所示。由表1可以看出，焦炉边火道机侧温度低于标准温度175℃以上，焦侧温度低于标准温度182℃以上。且结焦时间越长，整个焦饼成熟度不均匀现象越严重。

表1 鲅鱼圈7 m焦炉边火道温度Table 1 Temperature of Side Flue to 7 m Coke Oven in Bayuquan Branch ℃

为了避免焦炉边火道温度过低，影响焦炉生产，提高了标准温度，但过高的标准温度导致炭化室中部焦炭过火，而机侧和焦侧边火道温度仍达不到不低于1 100℃的技术要求，边火道位置焦炭成熟度依旧较差，且推焦过程中炉头焦冒大烟，干熄焦旋转焦罐挂焦现象严重，给生产及环保造成很大困扰。

2 焦炉边火道热工存在问题分析

2.1 炉头热损失大

鲅鱼圈7 m焦炉原设计炭化室炉门内衬由堇青石、隔热砖和托砖板构成（总厚度515 mm），存在使用寿命短、维修量大、结石墨严重、保温性能差等问题。由于炉头部位散热本身就很大，且炉门保温效果差，因此，焦炉炉头部位热量散失较多，温度降低较大。

2.2 斜道正面窜漏

由于鲅鱼圈7 m焦炉斜道正面突露在外部，耐火泥料会受到风化剥蚀，且耐火泥料配比不合理，造成火泥固化时间过长，在交换机吸力作用下会被抽吸掉。同时，由于缺乏合理的热修方法，造成斜道部位膨胀缝窜漏，空气进入斜道与煤气混合，一部分煤气在斜道内提前燃烧，导致进入立火道的煤气热值降低，焦炉头部高向加热均匀性变差，炉头温度降低，焦炭成熟度变差。

2.3 边火道浮力差的影响

正常结焦时间内，炉头一对火道之间存在一定的温度差，使其浮力差为1～2 Pa。特别是采用贫煤气加热时，因其有利于边部第2火道的加热，不利于边部第1火道的加热，此浮力差值会随着炭化室增高和结焦时间的延长而增大。且当结焦时间延长时，由于气量的减少还会使斜道阻力大幅度下降，浮力差所影响的气量也随之增大，进入第1火道的煤气量越少，造成边火道温度越低。

3 焦炉边火道热工改进措施

3.1 炉门耐材改质

炉头热损失很大一部分是通过炉门热传导损失掉的，在同样结焦时间和加热煤气量供给情况下，传热系数越低的耐材热损失越少，炉门耐材传热系数统计表如表2所示，可以看出，堇青石挂釉砖炉门热损失最低，坚甲浇注料炉门热损失其次。因此，分别采用传热系数更低的坚甲浇注料、堇青石挂釉砖替代原有炉门内衬材质，对原有炉门耐材进行改质。

表2 炉门耐材传热系数统计表Table 2 Statistical Table for Heat Transfer Coefficient for Oven Door Refractory

3.2 应用斜道正面窜漏修补新技术

应用斜道正面窜漏修补新技术，提高焦炉严密性，降低边火道焦炉加热煤气的损失，具体方法为：①运用耐火泥、二氧化硅、磷酸和水浸泡散股纯石棉绳，浸泡时间为一天以上；② 清扫干净斜道正面缝隙内的杂物；③按照斜道正面的缝隙大小将散股纯石棉绳捻成稍大于砖缝的绳；④用自制工具将石棉绳平推进砖缝内；⑤缝隙用耐火泥填平；⑥外部斜道正面用耐火泥加胶粉刷。

3.3 增加焦炉辅助加热系统

针对焦炉边火道加热煤气供给量相对不足的问题，提出对焦炉边火道进行补充加热。目前，国内大部分焦化厂焦炉边火道热工管理优化均采用在焦炉煤气管道搬眼，增加交换旋塞、加减旋塞和孔板盒等焦炉煤气加热所需备件，铺设相应的煤气管道的方法。鲅鱼圈7 m焦炉新增焦炉辅助加热系统（见图1），利用焦炉煤气现有的交换旋塞和横管，通过改进相应的煤气管道、增加四通旋塞等管线设备和改进焦炉头部火道小喷管，优化焦炉煤气加热工艺，改善边火道热工管理，建成了具有自主知识产权的焦炉辅助加热系统及其调节控制方法。该方法与国内目前普遍采用的方案相比更具优势，其不需要增加焦炉煤气加热备件，仅铺设相应的煤气管道即可实现，投资费用降低25%左右。

图1 焦炉辅助加热系统Fig.1 Auxiliary Heating System for Coke Oven

3.4 改进加热煤气管道末端压力保护方式

鲅鱼圈7 m焦炉属于复热式焦炉，可单独采用焦炉煤气、高炉煤气或者混合煤气加热。正常生产情况下，加热煤气管道末端压力偏低，易造成管道回火爆炸，存在安全隐患。为此，一般采取DCS控制系统，当管道压力低于设定值时，DCS向交换机系统发出指令，采取关门、停止加热的方式，避免管道末端压力过低出现回火爆炸。鲅鱼圈7 m焦炉设计为，采用焦炉煤气加热时，DCS判断条件为焦炉煤气管道末端压力；采用高炉煤气加热时，DCS判断条件为高炉煤气管道末端压力，但当采用高炉煤气加热，焦炉煤气辅助炉头加热的方式优化加热效果时，高炉煤气、焦炉煤气同时使用，DCS仅判断焦炉煤气管道末端压力，如果出现高炉煤气管道末端压力偏低情况，DCS无法进行判断并给出交换机关门指令，故存在高炉煤气管道回火爆炸的危险。

因此，对鲅鱼圈7 m焦炉DCS控制系统进行改进，将原来的两种模式即焦炉煤气模式和高炉煤气模式改为三种模式即焦炉煤气模式、高炉煤气模式和辅助加热模式。采用前两种模式时DCS判断条件不变；采用辅助加热模式时，DCS同时判断焦炉煤气管道末端压力和高炉煤气管道末端压力，出现任何一个管道末端压力低于设定值时，DCS就向交换机系统发送关门指令，交换机执行关门停止加热操作，从而确保加热系统的安全稳定运行。

4 效果评价

采取以上措施对鲅鱼圈7 m焦炉进行边火道热工管理优化，优化前后鲅鱼圈7 m焦炉边火道温度及煤气消耗量如表3所示。由表3可以看出，优化后焦炉边火道机侧和焦侧平均温度分别提高了101℃和87℃，焦炉边火道温度达到了技术要求。在相同结焦时间下标准温度设定值降低了30℃，基本杜绝了焦炉边火道“大炉头”冒烟和干熄焦旋转焦罐的挂焦现象。同时，焦炉加热煤气量明显降低，4座焦炉加热用高炉煤气总消耗量减少了3 000 m/h，焦炉煤气总消耗量减少了8 500 m/h。

表3 优化前后鲅鱼圈7 m焦炉边火道温度及煤气消耗量Table 3 Temperature of Side Flue to 7 m Coke Oven and Its Gas Consumption in Bayuquan Branch before and after Optimization

5 结语

鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司炼焦部7 m焦炉边火道温度偏低，分析得出存在炉头热损失大、斜道正面窜漏、边火道浮力差影响等问题，通过采取炉门耐材改质、应用斜道正面窜漏修补新技术、增加焦炉辅助加热系统和改进加热煤气管道末端压力保护方式等热工管理优化措施，边火道机侧和焦侧平均温度分别提高了101℃和87℃，达到了热工管理要求，高炉煤气和焦炉煤气总消耗量分别减少了3 000 m/h和8 500 m/h。