新一代干熄焦技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

　　摘要：介紹了新一代干熄焦技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，新技術(shù)的應(yīng)用使干熄焦的檢修周期延長(zhǎng)，并縮短了檢修時(shí)間，全干熄操作模式有望成為未來新建大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)干熄焦的操作模式，從而推進(jìn)鋼鐵行業(yè)節(jié)能環(huán)保發(fā)展。

　　關(guān)鍵詞:干熄焦;長(zhǎng)壽化;全干熄焦操作模式

　　我國(guó)的干熄焦技術(shù)發(fā)展迅速，但仍存在一些阻礙其發(fā)展的技術(shù)難題。中冶焦耐總結(jié)150余套干熄焦設(shè)計(jì)的成功經(jīng)驗(yàn)，借鑒現(xiàn)場(chǎng)使用情況的反饋，應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真模擬技術(shù)等多角度綜合考慮，逐步確立了新一代干熄焦技術(shù)及其發(fā)展方向:干熄焦長(zhǎng)壽化;干熄焦系列化、大型化及新型化;全干熄焦操作模式。

　　1新一代干熄焦技術(shù)的研發(fā)目的

　　新一代干熄焦技術(shù)是以實(shí)現(xiàn)其長(zhǎng)壽化為主要發(fā)展方向，干熄焦的長(zhǎng)壽化對(duì)鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)意義重大。受常年高負(fù)荷、非均衡性操作及耐材質(zhì)量、生產(chǎn)管理等因素影響，目前國(guó)內(nèi)投產(chǎn)的干熄焦，特別是干熄焦砌體的使用壽命并不十分理想，絕大多數(shù)干熄焦需要1年小修(需停產(chǎn)20～25天)，3年中修(需停產(chǎn)45～50天)，5年大修(需停產(chǎn)60～70天)。國(guó)內(nèi)大部分鋼鐵企業(yè)的焦?fàn)t均采用干熄焦為主、濕熄焦備用的熄焦方式。干濕轉(zhuǎn)換時(shí)，焦炭質(zhì)量及水分的波動(dòng)會(huì)造成高爐爐況和生產(chǎn)順行性變差。國(guó)內(nèi)某企業(yè)在使用干熄焦炭正常生產(chǎn)及干熄焦檢修期間，4300m3高爐的生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)見表1。

　　 

　　為了應(yīng)對(duì)干熄焦檢修，高爐需退負(fù)荷約0．4，焦比平均上升28kg/t˙Fe，噴煤比平均下降20kg/t˙Fe，鐵水產(chǎn)量每天減少超過1000多t，煉鐵的經(jīng)濟(jì)性受到很大影響。為保證檢修期間高爐爐況穩(wěn)定順行，必須做出如下調(diào)整，并由此造成成本上升或經(jīng)濟(jì)效益受損，主要包括:調(diào)整配煤比，從而增加煉焦成本;延長(zhǎng)結(jié)焦時(shí)間以提高焦炭質(zhì)量，造成焦炭產(chǎn)量下降、能耗上升;干熄焦自身發(fā)電產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益損失;干熄焦檢修期間，高爐產(chǎn)量下降造成的損失;干熄焦檢修期間，高爐焦比及燃料成本的增加;焦?fàn)t加熱多消耗的煤氣及高爐煤氣產(chǎn)量下降致使煤氣發(fā)電產(chǎn)生的延伸效益損失;為干濕轉(zhuǎn)換，高爐退負(fù)荷造成的產(chǎn)量下降和燃料成本上升導(dǎo)致的損失。上述各項(xiàng)之和，每年造成成本上升高達(dá)5156萬元(2套130t/h干熄焦，對(duì)應(yīng)2座4300m3高爐)。

　　2新一代干熄焦技術(shù)的主要特征及應(yīng)用

　　2.1干熄爐砌體耐火材料的優(yōu)化

　　1)裝焦口及斜道區(qū)選用了耐沖刷﹑耐磨、耐急冷急熱性能極好，且抗折強(qiáng)度極大的莫來石－碳化硅磚砌筑。有些工程斜道部位采用氮化硅結(jié)合碳化硅磚(或β－SiC磚)，使用效果良好。

　　2)環(huán)形風(fēng)道區(qū)、一次除塵器拱頂內(nèi)側(cè)可選用耐沖刷、耐磨、耐急冷急熱性能好的A級(jí)莫來石磚砌筑。

　　3)冷卻室可選用高強(qiáng)耐磨、熱震性好的莫來石剛玉磚砌筑，年修周期不低于3年。有些工程冷卻段位置使用耐磨澆注料預(yù)制塊，效果良好。

　　4)耐火泥漿的選擇上要求具有足夠的冷態(tài)抗折黏結(jié)強(qiáng)度。

　　2.2“矮胖型”干熄爐

　　確定合理干熄爐高/徑比，“矮胖型”干熄爐已運(yùn)行多年，效果良好。

　　1)降低了干熄爐的高度，減小了冷卻段料層的厚度，降低系統(tǒng)阻力和裝置高度，從而降低運(yùn)行成本。

　　2)改進(jìn)環(huán)形風(fēng)道內(nèi)墻結(jié)構(gòu)，降低斜道區(qū)負(fù)荷。

　　3)采用圓形旋轉(zhuǎn)焦罐、鐘形布料、分段供氣等技術(shù)，使干熄爐內(nèi)同一截面焦炭粒度分布更加均勻，徹底消除因焦炭粒度偏析和料柱表面不規(guī)則性對(duì)氣流分布的影響，從而提高了冷卻效率。

　　4)運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)干熄爐及一次除塵器的結(jié)構(gòu)尺寸的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。

　　2.3環(huán)形風(fēng)道技術(shù)

　　為避免環(huán)形風(fēng)道變形、倒塌，增強(qiáng)環(huán)形風(fēng)道內(nèi)墻的嚴(yán)密性及穩(wěn)定性，采取如下改進(jìn)措施:增加環(huán)形風(fēng)道內(nèi)墻厚度;磚與磚之間采用大溝舌咬合;增加環(huán)形氣道寬度，降低環(huán)形風(fēng)道內(nèi)墻高度。對(duì)環(huán)形氣道內(nèi)墻所受的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果表明，新結(jié)構(gòu)所承受的最大徑向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力僅為原有結(jié)構(gòu)的60%。通過對(duì)環(huán)形風(fēng)道內(nèi)墻受力情況的計(jì)算機(jī)模擬，結(jié)合計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果，對(duì)環(huán)形風(fēng)道區(qū)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，在太鋼150t/h干熄焦、韶鋼140t/h干熄焦等多個(gè)工程中采用，應(yīng)用該技術(shù)建設(shè)的超大型干熄爐實(shí)際生產(chǎn)效果良好，未出現(xiàn)任何環(huán)形風(fēng)道倒塌或局部損壞現(xiàn)象。

　　2.4新型一次除塵器的應(yīng)用

　　1)一次除塵器中部不設(shè)上部擋墻，徹底避免了擋墻倒塌的可能性。

　　2)一次除塵器出口高于入口，與其他不帶擋墻的一次除塵器相比，除塵效率提高10%，減少鍋爐及后續(xù)系統(tǒng)的磨損。

　　3)運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)一次除塵器結(jié)構(gòu)和尺寸的最優(yōu)化。

　　2.5新型分格斜道技術(shù)的應(yīng)用

　　較大型干熄爐采用分格式斜道結(jié)構(gòu)，可避免焦炭在斜道口的上浮現(xiàn)象，確保干熄爐連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，可以改善斜道區(qū)的受力情況，提高斜道“牛腿”的壽命。斜道出口采用調(diào)節(jié)磚，可以有效避免干熄焦高溫導(dǎo)致的調(diào)節(jié)板軟化、中部下墜、脫落現(xiàn)象的發(fā)生。

　　2.6徑向換熱管式給水預(yù)熱裝置

　　1)采用徑向換熱管式給水預(yù)熱裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)給水預(yù)熱器，可徹底避免露點(diǎn)腐蝕的發(fā)生。

　　2)徑向換熱管式給水預(yù)熱裝置中的熱管已由第1代的軸向式熱管改進(jìn)為第2代的徑向式熱管，大幅提高了換熱效率。

　　2.7固定料斗式裝入裝置

　　由于大容積焦?fàn)t的單孔焦炭量較大，勢(shì)必會(huì)造成電動(dòng)缸的負(fù)荷增加，將裝入裝置裝料斗拆分為固定料斗和移動(dòng)料斗兩部分;集塵管道由移動(dòng)式改為固定式;裝入料位的集塵由單側(cè)改為雙側(cè);裝入裝置潤(rùn)滑采用電動(dòng)集中給脂。固定料斗式裝入裝置不僅放焦效果好，焦炭不堆積，且除塵效果顯著提高。

　　2.8焦粉冷卻裝置

　　焦粉冷卻裝置采用多管式結(jié)構(gòu)、管殼式換熱器形式，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的三重套管式結(jié)構(gòu)，并設(shè)置了焦粉緩沖倉(cāng)和完善的料位控制系統(tǒng)。新的焦粉冷卻裝置具有冷卻效果好、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)。

　　2.9干熄爐頂水封槽增設(shè)循環(huán)水箱

　　給干熄爐水封槽用水循環(huán)利用增設(shè)1個(gè)循環(huán)水箱，按原設(shè)計(jì)4．6m3/h計(jì)算，每年可以減少37536m3工業(yè)水，且正常使用情況下無外排。

　　2.10新一代干熄焦技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

　　1)以金牛天鐵等190t/h干熄焦項(xiàng)目為標(biāo)志的干熄焦大型化、長(zhǎng)壽化和“矮胖型”為主要特征的新型干熄焦，取得了良好的使用效果，多個(gè)工程干熄爐斜道區(qū)運(yùn)行4～5年。

　　2)為大型搗固焦?fàn)t配套的攀鋼西昌170t/h干熄焦項(xiàng)目(高海拔地區(qū))，以無上部擋墻的一次除塵器等為特征的干熄焦技術(shù)，也取得了成功的驗(yàn)證。

　　3)韶鋼140t/h、唐山建龍110t/h等中等處理能力的干熄焦工程，采取多項(xiàng)設(shè)備配置新技術(shù)，也取得了良好的使用效果。中冶焦耐現(xiàn)已形成了70t/h、75t/h、80t/h、90t/h、100t/h、110t/h、125t/h、140t/h、150t/h、160t/h、170t/h、190t/h及220t/h等系列干熄焦技術(shù)，并已完成了240～260t/h干熄焦的方案設(shè)計(jì)及設(shè)備三維建模。

　　3全干熄焦操作模式的工程業(yè)績(jī)

　　由中冶焦耐設(shè)計(jì)、總承包工程實(shí)現(xiàn)全干熄焦的操作模式的干熄焦主要有:寶鋼3期，4×50孔6m焦?fàn)t配備4×75t/h全干熄操作模式;寶鋼4期改造，2×55孔7m焦?fàn)t配備3×90t/h全干熄操作模式;寶鋼1期改造，4×50孔7m焦?fàn)t配備4×110t/h全干熄操作模式;寶鋼湛江，4×65孔7m焦?fàn)t配備4×140t/h全干熄操作模式;太鋼7、8、9號(hào)爐，3×70孔7．63m焦?fàn)t配備4×150t/h全干熄操作模式;本鋼二車間，2×45孔6m焦?fàn)t配備2×110t/h全干熄操作模式;馬鋼新區(qū)，2×70孔7．63m焦?fàn)t配備3×130t/h全干熄操作模式。

　　4結(jié)語(yǔ)

　　中冶焦耐在總結(jié)近年來我國(guó)干熄焦設(shè)計(jì)、建設(shè)、生產(chǎn)和操作經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，從理論研究、耐材開發(fā)、設(shè)計(jì)優(yōu)化、施工及生產(chǎn)操作等多方面入手，應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真模擬技術(shù)分析干熄焦砌體損壞機(jī)理;開發(fā)并試用新型耐材;優(yōu)化關(guān)鍵部位砌體結(jié)構(gòu);結(jié)合工程實(shí)踐，完善施工、開工烘爐及生產(chǎn)操作規(guī)程;提升關(guān)鍵設(shè)備或關(guān)鍵部件的性能，使干熄焦的小修周期由1年延長(zhǎng)至2年，中修周期由3年延長(zhǎng)至5年，大修周期由5年延長(zhǎng)至10年，同時(shí)縮短了檢修時(shí)間;承擔(dān)了國(guó)內(nèi)外擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的干熄焦設(shè)計(jì)及總承包工程150余項(xiàng)，已形成了干熄焦的系列化、大型化。全干熄操作模式有望成為未來新建大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)干熄焦的操作模式。