焦炉熟炉号温度与难推焦关系探究

2022-06-23白剑锋

世界有色金属 2022年1期

白剑锋

（河北钢铁集团宣钢公司焦化厂，河北张家口 075105）

1 研究背景

现代焦炉是指主要生产冶金焦、能回收炼焦化学产品的水平室式的焦炉，主要由炉体和附属设备构成。炉体最上部是炉顶，炉顶的下面是相间配置的燃烧室和炭化室，炉体的下部有蓄热室和连接蓄热室与燃烧室的斜道区，其中每个蓄热室下部的小烟道通过交换开闭器和烟道相连。烟道设在焦炉的基础或基础内两侧，烟道末端通向烟囱。

焦炉作为一种大型的工业炉窑，具有一次性投资大、使用时间长的特点，而实际生产操作中，焦炉温度控制存在短板，使焦炉寿命缩短短。因此焦炉生产早期的热工管理和生产组织对于炉体的维护很重要。

宣钢焦化厂5#6#焦炉是于2008年投产的两座JN60-6型焦炉，在投产的当年达到设计生产能力，为了满足2500m3高炉对冶金焦的需要，投产初期在达到设计生产能力后进行强化生产，周转时间由19小时缩减到18小时。随着节能、原料成本压力的增大，降低标准温度，配煤多用弱粘结性煤种成为炼焦生产常态[1]。由此给焦炉热工调节和生产操作带来了更大困难，尤其是大电流、二次焦、扒焦给焦炉正常的生产秩序造成严重影响，甚至造成恶性循环，不仅影响生产，还会对焦炉炉体造成严重损害。

焦炉在使用过程中，加强热工管理，研判温度与推焦困难的关联性，对于焦炉延寿意义重大，在焦化企业有很高的推广应用价值。

2 数据采集

为了研究5#、6#焦炉熟炉号横排温度与推焦（电流大小）难易程度的关系，为顺利推焦提供数据参考，确保生产稳定、顺行。技术人员对不同结焦时间下，熟炉号横排温度、推焦电流、煤线、焦线进行测量，并观察上升管火焰、炉门烟、焦饼、石墨及炉墙温度情况。经过近8个月的数据测量，共测量熟炉号横排温度、煤线焦线、推焦电流80组、160个炭化室数据，覆盖了5#、6#焦炉80个炭化室的基础数据。

2.1 数据采集过程

（1）确定好合适的3个相邻的熟炉号，准备好红外测温仪和火钩及记录本等，推焦前60分钟开始测量熟炉号横排温度，测量要求准确，不能丢数，两个交换测完，测完后将数据输入计算机。

（2）推焦前5分钟开始测量目标炭化室焦线，并观察上升管火焰颜色。

（3）推焦前5分钟要求机侧、焦侧人员到位，推焦前观察焦饼成熟情况、炉门烟，并对焦饼拍照；推焦过程中记录推焦平稳电流、最大电流；推焦结束后观察炉墙石墨及炉墙低温区，并做记录。

（4）推焦结束，装完煤后，测量煤线，并记录单炉装煤量。

（5）在次日对目标炉号重复（1）、（2）、（3）步骤。

2.2 数据说明

本文所说的推焦电流为推焦时的最大电流。

本文所说的立火道温度为目标炭化室相邻两个立火道机侧标准火道温度平均值、焦侧标准火道温度平均值，且标准眼无堵塞，能反映整个横排温度[2]。

本文主要研究周转时间为18：30，标准温度：5#炉为1245℃、1295℃，6#炉为1240℃、1290℃时的熟炉号温度；周转时间为19：00，标准温度：5#炉为1240℃、1290℃，6#炉为1235℃、1285℃时的熟炉号温度；周转时间为19：30，标准温度：5#炉为1235℃、1285℃，6#炉为1230℃、1280℃时的熟炉号温度。

3 数据分析

成熟的焦饼有四个特征：a焦饼有三条明显的收缩缝，b摘门、推焦时烟尘小，c炉口、上升管的火焰呈稻黄色，d推焦电流较小，一般在120～150A。但是在生产过程中，部分焦饼未完全成熟，也能完成推焦操作，只不过会出现电流偏大，有甚者会出现难推焦事故。因此研究在不同结焦时间下，恰好能完成推焦所对应的最低立火道温度，对生产是非常有意义的。

3.1 能推动焦饼对应最低立火道温度的确定

3.1.1 周转时间18:30时

表1 立火道温度与推焦电流关系

结焦时间为18:30，标准温度1245℃、1295℃的条件下，当熟炉号立火道温度低于1220℃，1270℃时推焦较困难，因此可以确定焦饼可以推动的熟炉号最低温度为1220℃，1270℃（标准火道），即低于标准温度25℃时很可能出现难推焦事故。

3.1.2 周转时间19:00时

结焦时间为19:00，标准温度1240℃、1290℃的条件下，当熟炉号立火道温度低于1215℃，1265℃时推焦较困难，因此可以确定焦饼可以推动的熟炉号最低温度为1215℃，1265℃（标准火道），即低于标准温度25℃时很可能出现难推焦事故。

3.1.3 周转时间19:30时

结焦时间为19:30，标准温度为1235℃、1285℃的条件下，当熟炉号立火道温度低于1210℃，1260℃时推焦较困难，因此可以确定焦饼可以推动的熟炉号最低温度为1210℃，1260℃（标准火道），即低于标准温度25℃时很可能出现难推焦事故。

3.2 熟炉号低温立火道温度的确定

当炭化室焦饼处于结焦末期，焦饼基本成熟（焦饼中心温度达到950℃以上），之后处于焖炉阶段，在这个时期焦饼温度上升很快；由于焦饼温度越来越高，焦饼与立火道炉墙之间的温度梯度越来越小，传热变得越来越慢，煤气燃烧产生的热量更多的被立火道炉墙吸收，立火道温度升高更快一般比标准温度高30℃～50℃。

如果熟炉号温度与标准温度相当（±10℃内），说明焦饼基本成熟，达到焦饼收缩的要求，对推焦产生的阻力较小。当熟炉号温度低于标准温度30℃以上时，说明焦饼成熟不好，焦饼收缩很小，对推焦产生较大的阻力。

3.3 熟炉号低温火道数与推焦电流的关系

从下表和图中可以明显看出：随着熟炉号低温立火道数的增加，最大推焦电流呈现上升趋势，并且连续低温数的增加对推焦电流的影响最大。

3.4 造成难推焦最小连续低温火道数的确定

从下表和图中可以明显看出：当连续低温数大于6个时推焦电流增大的速度明显加快，当连续低温数为8个时，推焦电流较大，出现难推焦的几率大大增加。

表2 连续低温数与推焦电流关系

4 难推焦处理措施

4.1 难推焦的原因分析

（1）炉温控制不合理，焦饼成熟度差。由于煤料加热收缩，正常成熟的焦饼和炉墙约有8mm～10mm的收缩缝，因为整个焦饼温度低或局部温度低，焦饼收缩度不够，推焦过程中焦饼摩擦阻力增大，导致难推焦的发生。老龄化焦炉，由于斜道、立火道死眼较多，温度系数整体偏低，炭化室焦饼成熟变差，这是老龄焦炉推焦过程中最常见的问题，此类问题相对容易解决。

（2）炭化室顶部和护墙石墨过多，焦饼和炉墙缝隙减小。这种现象导致推焦阻力增加，在日常生产中只要维持正常的生产秩序，加大焦炉管理，此种现象出现几率较小，解决较容易。

（3）装煤量多，煤焦线高，炉顶空间较小，平煤控制时间不准确（或平煤不到位），造成煤料膨起，堵塞装煤孔，推焦过程导致阻力增大，从而发生难推焦。这种现象只要控制好合理的装煤量，加大装平煤操作管理，都比较容易处理。

（4）设备点检不到位，推焦杆变形，导焦栅栅板突出等都会增加推焦阻力，导致难推焦发生。岗位加大设备点检频次、力度，生产实际操作中也容易解决。

（5）温度过高，焦炭过火，推焦过程发生“炸焦”，焦饼完整度遭到破坏，焦炭挤压，完全没有收缩缝存在。此类现象不多见，但处理起来比较困难，需要对整个炭化室进行扒焦处理。

（6）配合煤发生较大变化，或人为降低配煤成本，增加了挥发较低及粘结较低的煤种，使得炼焦煤粘结性较低，在结焦过程中，不能成焦，导致煤料在炭化室收缩变小，推焦阻力增大。此类现象往往发生在大量炉号，造成的危害最大，需要多个循环恢复正常生产。所以配合煤发生重大变化时一定提前预判，进行小焦炉试验进行验证。

（7）炉墙熔洞或变形。由于老龄化焦炉炉体状况偏差，炉墙麻面、熔洞较多，个别炉号炉墙变形，生产四班在装煤前没有及时发现本炉号熔洞，装煤后煤料进入熔洞，形成“楔子”，使推焦阻力增大，导致难推焦现象发生。此类情况在老龄焦炉发生较多，解决起来也比较困难，一般只能通过扒焦解决。

4.2 难推焦的预防措施

4.2.1 提高标准温度

提高标准温度是避免难推焦的最直接，最有效地办法。但是在当前的“节能、降耗”压力下，提高标准温度必然会使煤气消耗升高，所以提高标准温度只能在不超过吨焦耗煤气指标（185m3/t）的前提下适当的提高，因此该项措施被受到限制，具有局限性。

4.2.2 提高横排均匀性

大电流、二次焦相当大一部分原因是因为横排温度均匀性差，低温火道数较多引起的，尤其是当连续的低温火道数达到一定数量时，造成焦饼局部（或某一段）成熟不好、收缩差，导致焦饼阻力大于推焦杆推力，导致难推焦事故。这是难推焦事故的主要原因，因此需要调温工加强高、低温炉号处理，尤其是低温火道的处理，确保小孔板、砖煤气道、斜道畅通，提高横排均匀系数。

4.2.3 提高炉头温度

在许多的难推焦事故中，往往是由于炉头温度低引起的。由于炉头处热量散失最多、最快，所以炉头温度偏低，尤其是使用高低煤气加热时炉头温度更低，因此需要使用炉头补充加热来给炉头补充热量。但是由于补充加热系统进1米管煤气管道较细、截门较小，加之焦炉煤气含有焦油、奈等杂质较多，很容易引起堵塞，所以需要经常对炉头补充加热系统进行检查、疏通，确保炉头焦饼充分成熟。

4.2.4 加强生产基本操作

加强炉墙石墨清扫。如果焦炉使用标准温度偏高，炉墙很容易产生石墨，并且石墨挂结很快。当石墨达到一定厚度时，就会造成推焦阻力偏大，引起大电流、二次焦。因此生产系统需要定时对炉墙石墨进行清扫，减小炉墙对焦饼的阻力。

加强装、平煤操作。对于装煤操作，要求装满，机焦侧不得出现缺角现象，避免因此而引起高温事故。平煤要求平实平透，防止装煤堵塞装煤孔引起难推焦事故。堵眼难推焦事故的处理难度和工作量很大，需要把堵眼的焦饼扒出，如果在推焦时把焦饼推炸，焦饼碎裂，那么处理难度就会更大。

4.2.5 改善配煤结构

改善配煤结构，增加肥煤和焦煤比例，提高配合煤的粘结性和结焦性，有利于提高焦饼的收缩性，可以大大降低炉墙与焦饼的阻力。但是当前“降本、增效”压力很大，所以该项措施受到限制。

4.3 难推焦的处理措施

4.3.1 扒焦

打开炉门，如果炉头焦饼偏生，可以在推焦前把炉头偏生、发粘的焦饼扒出，再进行推焦操作，可以避免二次焦的发生。

图1 扒焦处理设备

二次焦时，推第一次未推动后，一方面对炉头焦饼进行扒除，另一方面通知中控（调火）测量横排温度。当反馈炉头温度偏低或个别火道（12个以下）温度偏低时，对炉头扒焦后进行二次推焦。二次推焦时，依旧不能将焦饼推出需要使用自制推焦耙子进行推焦。

4.3.2 焖炉

当反馈整排温度偏低或有12个以上连续低温号时，需要对上炉门焖炉，待焦饼成熟时再推焦。

5 焦炉损坏分析

焦炉正常寿命(设计年限)理应大于25年，但我国焦炉使用年限大多是偏短的。从国外的情况来看也存在着同样的问题，在二十世纪70年代中后期，一座焦炉一般可以运行20年，但这时就需要进行烟道维护，这样可以将焦炉寿命延长大约15年。从已停产大修的45座焦炉统计，焦炉寿命结构如表3。

表3 焦炉寿命结构

从以上统计可见，我国焦炉通常寿命偏短，达到设计年限仅占33.3%，说明我国有2/3的焦炉未达到正常使用年限就已经夭折，大多数焦炉是由于事故造成的损坏。我国第一座自主设计的6m焦炉为JN60-82型出现以下问题：1991年5月，6号焦炉出现冒烟着火，个别保护板、钢柱、框后出现冒烟着火，到91年9月，火势猛长，着火范围大幅度增大，以至于生产上靠打上升管盖、加煤口盖都无法维护。同时，JN60-82型焦炉炉墙相继大面积变形，以至于造成十孔不能出焦生产，随着焦炉着火的与日俱增，严重影响了炉体各部位和护炉铁件，造成护炉铁件出现失控状况，损伤严重。