6m焦炉采用天然气直接烘炉的实践与探讨.pdf

第 3 期 总第 1 6 0期 2 0 1 2年 6月 煤化工 Co a l C h e mi c a l I n d u s N o ． 3 T o t a l N o ． 1 6 0 J u n ．2 01 2 6 1 1 1 焦炉采用天然气直接烘炉的实践与探讨 金 锋， 高 波 中钢设备有限公 司， 北京 1 0 0 0 8 0 摘 要某项 目首座焦炉的烘炉经论证 ， 采用调压天然气直接烘炉。烘炉采取了调整孔板 ， 加长烧嘴 ， 改 造火床及监管火焰等技术措施 ； 并着重做好温度控制 ， 膨胀管理 ， 检测空气过剩系数及供气监管等烘炉管理工 作。首座焦炉用调压天然气成功转为正常加热仅用时 2 h 。 烘炉温度控制评定为优， 炉体膨胀结果理想， 烘炉和 转正常加热共消耗天然气 9 7万 m 。 。6 m焦炉使用调压天然气烘炉并转正常加热的成功实践， 对首座焦炉建设 开工有一定借鉴意义。 关键词6 m焦炉 ， 天然气 ， 烘炉 文章编 号 1 0 0 5 9 5 9 8 2 0 1 2 一 0 3 0 0 2 0 0 3 中图分类号 T O 5 2 0 ． 6 文 献标识码 B 烘炉 是一 项复杂且重要 的工艺技 术过程 ， 对焦炉 的生产 和寿命有着至关 重要 的影响 。 烘炉 干燥 期要将 砌体 中几百 吨水分驱 出 ， 1 0 0℃后 的升 温期根据 焦炉 硅砖膨 胀检验报告及 最大 日安全膨胀 率计 算而得 。 焦 炉烘炉 方式按采用燃料 的不 同， 可划分为 固 一液燃料 烘炉 和气体燃料烘 炉。 固 一液燃料烘炉一般 在炭化室 封墙外 砌烧煤小炉灶 ， 在炭化室封墙 内砌有特 定的烧 油小灶 ， 先使用 煤为燃料 ， 高温 后使 用油为燃料 因单 独 采用 固体燃料 ， 很难 加热 到所 需温度 ， 单 独采 用液 体燃料 ， 成本高 ， 难以控制 ， 因此 多采用 固 一 液 结合 的 方 式 。 气 体燃料烘炉一 般先安装炉 门， 利 用炉门上设 计 的烘炉孔 ， 采 用可燃 气体作 为燃 料 。与 固 一液燃料 烘 炉相 比 ， 气体燃 料烘 炉工 人劳 动强度 低 ， 操 作 环境 好 。可供烘炉 的气体燃 料有厂 内供应 的焦炉煤气 、 高 炉煤气 ， 还有 外部供 应 的液 化石 油气 、 天然 气 和二 甲 醚等 。对于 已有焦 炉投产 的焦炉 开炉 ， 气体燃 料供应 首选 焦炉煤气 。对 于焦 化厂首座焦炉 气体燃料 烘炉 ， 需要 重点考虑燃料供应 。 某项 目 1 焦炉炭化 室高度 6 m ， 采 用双联 火道和 废气循 环 ， 为 5 5 孔复热 式焦炉 。焦炉 设计时 ， 已确定 带 炉门 ， 用气体燃 料烘炉 ， 从气体燃 料的易得性 考虑 ， 可供选用的气体燃料有高炉煤气 、 液化石油气 、 天然 气 3 种。高炉煤气_ [ 厂内部可以供应 ， 但由于当时高 炉仅 投产 1 座 ， 当高 炉检修 休风 时 ， 就无法 连续 稳定 供气 ； 用液化石油气烘 炉需气化 、 贫化 掺混处理 ， 兖矿 7 ． 6 3 m焦炉 和 宁波 6 m焦 炉就 是用 气体 贫 化掺 混 的 液化石 油气烘炉 。综合 考虑经济性 和实用性 ， 该项 目 1 焦 炉决定 采用天然 气烘 炉 。 天然气供气方案的选用 制定 了两套 天然气 的供应 方案供 比对 。方案 1 ， 先用调 压系统 ， 将压力 较高 的压缩 天然气调 至一定 的 压 力 ； 调 压后 的天然气 进 文丘里混 气 机 ， 用空 气掺混 成 均匀 的混合气 体 ， 以降低 燃气 的热 值 ； 从 文 丘里 混 气 机 出来 的混合 气体 进入 烘炉 煤气 主管 用 的原焦 炉 煤 气 的烘 炉设施 烘 炉 ； 方案 2 ， 压 缩天 然气 用罐 车 运 到指定地 点 ， 经 调压 系统 的二级 调压 装置 ， 把 压力 较 高的天然气减压 至烘 炉需要 的压 力 ； 调压 后的 天然气 直接进 入烘炉煤气 主管道 ， 通过支管 、 旋塞 、 孔 板 和燃 烧 器入 炉燃烧 烘 炉 。方 案 1 可 完全 模拟 焦炉 煤气 烘 炉 ， 按照焦炉煤气 烘炉过程 ， 进 行温度控制 ； 方 案 2不 需进行天然气掺混空气，需对烘炉设施进行调整 ， 分 析认 为采取一定技术 措施 ，也可保证 烘炉顺 利进行 。 经多次研讨 ， 选用 方案 2为该项 目 1 焦炉 烘炉供气 。 考 虑推 焦车 等焦炉 车辆 的安 装调 试 和施 T场 地 收稿 日期 2 0 1 2 O 卜2 3 作者简介 金锋 1 9 7 9 一 ， 男 ， 满族 ， 辽宁开原 ， 工程师， 硕士 ， 2 0 0 2年本科毕业于东北大学机械工程及 自动化专业， 现主 要从事冶金上程总承包和项 目管理工作， E - m a i 1 j i n f e n g m e c c ． s i n o s t e e ] ． c o m 。 2 0 1 2年 6月 金锋等 6 m 焦炉 采用天然气 直接烘炉 的实践 与探讨 2 1 布置 ，选择 在 1 焦 炉的端 台 1 烟 囱的西侧设 置调压 站 ， 燃气主管道为 D N4 0 0的钢管 ， 沿机侧 内轨 ， 靠墙进 入端 台， 从抵抗墙与端台问的缝 隙 ， 引到机 焦两侧操作 平 台。供气实际情况如 下 调压天 然气 的最 大供应能 力 7 0 0 0 m 。 ／ h ， 压力为 4 0 0 0 P a ～ 7 0 0 0 P a ， 温度为 3 0℃。 2 天然气烘炉采取 的技术措 施及其管理 2 ． 1 技术措施 天然气 的主要成 分是 甲烷 ， 其热值是 焦炉煤气 的 2 倍 ～ 2 ． 4倍 ，为 防止烘 炉期 间 出现 高温 现象 而损坏 炉墙 ， 在烘炉 系统的设置上 ， 采 取 了如下措施 1 烘炉初 期选用 D N 3 孔板 ， 随着温度 的升 高和 压力变化 ， 逐 步增大孔板 的孔径 。 2 燃烧 器 的烧嘴 加长 1 0 0 m m ， 使 得烧 嘴 头部 能 伸人火床 ， 确保 燃烧火焰点燃处 在火床 内。 3 火 床长 度加 长 至 2 0 0 0 m m ， 以防止 火焰 前端 超 出火床而烧损炉墙 。 在炉门衬砖与火床 的结合部位 ， 安置 2 0 i n m厚 的硅 酸铝 纤维 毡 ，其 高度 大 于火 床 高 度 ， 宽度 至炭化室 口， 以防止火焰漂移 ， 烧坏此处炉墙 。 4 燃烧 器火焰 的监管 在烘炉初期 ， 因天然气用 量小 ， 燃烧 器容 易熄 火 ， 规 定看 火人 员必 须每 2 0 m i n 巡查一次 。 发现灭 火后 ， 先关 闭燃 烧阀门 ， 排 出残 余天 然气后 ， 再按 规程 点火 ； 每个 燃烧 器 的火 焰大 小基 本 相 同， 如 有异常 ， 立 即查 明原 因， 及 时处 理 。 2 ． 2 天然气烘 炉的管理 烘炉前成立 烘炉开工投产 指挥部 ， 一方面与 上级 开工指挥 系统 相衔接 ； 另 一方 面全面调动 人力 、 物力 ， 确保顺利 开工投产 。 1 烘 炉升温 控制应 精 确 ， 严 格按 烘炉计 划表 执 行 。0 - 2 5 0℃时允 许 1℃的偏差 ； 2 5 0℃～ 4 0 0℃时允 许 2℃ 的偏 差 ； 4 0 0℃～ 6 0 0℃ 时允 许 4℃ 的 偏 差 ； 6 0 0℃ 以上 时允许 5℃ 的偏差 。烘炉 末期 ， 注意 控制 小烟道温度 废气排 出温 度 不得大 于 4 5 0℃， 以保证 烟 囱正 常吸力 。 除更换孔板外 ， 燃 烧器不得熄火 ， 遇全 面停火时 ， 必须采取保温措施 ， 并尽快恢 复加热 。 2 膨胀管理 。 烘炉期 间 ， 护炉铁件可保护 炉体的 完整性和严密性 ，随炉体温度的升高和炉体的膨胀， 相应地调 整弹簧负荷 。表 1为膨胀管理 表 ， 表 1 中的 预紧力数值意为在不同温度下弹簧所调整到的预紧 力 ， 按 照此表对弹簧施加 预紧力 。 3 空气过剩 系数 的监测 。 超 过理论空气量 ， 多供 给 的空气量称 为过剩空气 量 。实 际空气量 与理论 空气量 鲫之 比定 义为空气 过剩系数 。空气过 剩系 表 1 膨胀管理 弹簧预紧力 ／ 1 0 4 N 上部 下部 1 ＼ 2 ＼ 3 ＼ 4 ＼ 6 ＼ 7 5 线和蓄热室 大弹簧大弹簧 线小弹簧 单墙小弹簧 ≤ 3 0 0 9 ． 5 8 0 ． 7 5 1 3 0 0-50 0 1l 9 0．7 5 1 5 00 7 0 0 12 1 O O ．75 1 7 0 0 1 3 1 0 ． 5 0 ． 7 5 l 数是通过废气 采样分析测定 的。 采 样是用长 2 ． 5 m 左 右 的不 锈钢管 ， 由炉顶立 火道 取得 ， 然后 用奥 氏分析 仪分 析成 分 。烘 炉不 同阶段 ，空气 过剩 系数 控制 范 围 2 5 ； 1 0 0℃ 3 0 0℃ ， O L 1 0 ； 3 0 0℃～ 5 0 0℃ ， 5； 5 0 0℃ ～ 7 0 0 ℃ ， 3； 7 0 0 ℃ 以 上 ， 2 。 如空气过剩系数接近或超出控制范围， 通过调整烘 炉烧嘴进风量 和烟 囱吸力 ， 进 行控制 。 4 升温计划 的执行与温度监测 。因烘炉升 温需 缓慢 进行 ，每 天的计 划温 度定义 为 白班应达 到 的温 度。 采用计算机控制升温 ， 温度的采集和显示以 5 m i n 为 间隔 ， 班报所 采用 的监 测温度 以 4 h为间隔 。每班 应按计划均 匀升温 。 5 监管天然气供应 ， 确保供气量和压力满足烘 炉的要求。专人负责供气的联络， 确保上一天然气罐 车供 气用尽 之前 ， 下一 车提前 到达 备用 ； 专人 操作 维 护调压 站 ， 确保正 常运 行。 3 焦炉用调压天然气 转为正常加热 天然气 的燃点为 6 5 0℃ ， 为确保燃 气送进立 火道 后 的燃烧 ， 在 立火 道 的温 度大 于 8 5 0℃后 ， 方进 行焦 炉转为 正常加热 的操作 。 向地 下室加热 系统煤 气主管 道送调 压天然气 的设计 在炉端 台烘 炉主管道 与地下 室加 热煤气 主管 道之 间 ， 设 置 临时连通 管 ， 并在 煤气 主管道 靠问 台的一端增设 一道盲板 ， 调压天然 气通过 连通 管 ， 送入地 下室煤 气主管道 。为防止用调 压天然 气转 为正常加热后 出现 高温事故 ， 用小 孔径孔 板替代 孑 L 板盒 内原设计 的孔板 。 向加热煤 气主管道送调 压天然气 前 ， 先用 氮气置 换 空气 ， 确认放 散处 冒氮气 后 ， 再用 调压 天然气 置换 氮 气 ， 在 取样 口取样 做爆 发试验 ， 连 续 3次试验 合格 后 ， 按规 定程序 向燃烧 室送 调压 天然 气 ， 以确保 送进 火道 的调压天然气符合 要求 。 开 始向加热煤气 主管道送调压 天然气 时 ， 为 防止 压 力突然 增大 ， 应将 水封放 散 阀微开 ， 当压力稳 定维 2 2 煤 化工 2 0 1 2年第 3期 持在 3 0 0 0 P a左右 时 ， 再 逐步 将放 散 阀关 闭 ， 此时 煤 气主管两端设 置的“ U ” 型压力表必须派 号人观察 。 因转 正 常加热燃 气用 量较 大 ， 从 安全 考虑 ， 在送 煤气 时 ， 将 全炉分为若 干组 ， 按组送调压 天然气 。 当上 一 组 火道 内部着火燃 烧 3 0 m i n后 ，再 进行下 一组 的 送调压 天然气作业 。 准备好火柴 ， 在 火道不着火 时 ， 投 入火柴助燃 。焦炉转 为正常加热后 ， 加热燃 气主管压 力瞬间变大， 为此开通煤气 自动放散阀， 以平衡管道压 力 ， 并派专人监管 ， 防止水封 阀中的水被 冲出 。 该项 目 1 焦炉用 调压 天然气转 为正 常加热用 时 2 h ， 仅有个别火道着火 稍有滞后 。 这说 明用调压 天然 气先进行 焦炉转正 常加热 是可行的 。 4 烘炉控制结果 范 围内。按照烘炉 温度控 制标 准 ， 合 格率达 8 5 ％ 为合 格 ， 达 9 5 ％ 以上 为优 秀。此次采 用调压 天然 气烘 炉做 到 了准确控 温 ， 质量为优 秀。 表 2 烘炉 计划与实际温度统计 烘炉历经 计划温度 实际温度 差值 } a c 卜e c 1 3 1 0 0 1 00 0 34 20 0 2 0l l 54 3 0 3 3 03 0 64 39 7 4 00 3 70 49 9 5 04 5 81 60 0 6 03 3 85 70 3 7 00 3 4 ． 2 炉体膨胀 4 ． 1 烘炉温度控制 根据 日膨胀 率给 出炉体膨胀 计划值 ， 烘炉 过程测 表 2为烘炉计划与实 际温度统计表 。 从 表 2可 以 量得实测 值 ， 不 同温度下 的数据见表 3 。 根据 经验 ， 炉 看出， 在整个烘炉期间的实际温度都控制在规定波动 体膨胀在可控范围之内。 表 3 炉体膨胀统计 温 度 e 上 横铁膨胀 百分 比 ／ ％ 计划 实测 差值 下横铁膨胀百分比 ／ ％ 计 划 实测 差值 篦子砖 膨胀百分 比 ／ ％ 计划 实 测 差值 O．0 77 0．1 21 0． 02 5 0．1 7l 一 0． 08 4 - 0． Ol 7 0．0 96 4 ． 3天然气消耗 量统计 通过对烘炉过 程的记录 ， 烘 炉至 7 0 0℃用天然气 9 7 万 m 。 ； 至焦炉装 煤用 自产焦炉煤 气 回炉 加热 ， 共用 天然气 1 2 5万 一。各 温度段 天然气 消耗量 为 1 0 0℃ 以下 时 ， 平均 耗气量 为 2 5 6 m 。 ／ h ； 1 0 0℃～ 2 0 0℃时 ， 平 均 耗气量 为 2 4 8 m 3 ／ h ； 2 0 0℃～ 3 0 0℃时 ，平均耗 气量 为 2 9 4 m 3 ／ h ； 3 0 0℃ ～ 4 0 0℃ 时 ，平 均 耗 气 量 为 5 0 1 m 3 ／ h ； 4 0 0℃～ 5 0 0℃时 ，平均 耗气量 为 9 2 4 m 。 ／ h ； 5 0 0 ℃～ 6 0 0℃时 ，平 均耗气量 为 9 5 7 m 3 ／ h ； 6 0 0℃～ 7 0 0℃ 时 ， 平均耗气 量为 l 2 2 2 m 。 ／ h 。 5结 语 焦炉 开丁 期 间 ，扒火 床后 逐孔 对炉墙 进行 了检 查 ， 炭化室墙面平 整光滑 ， 无异 常情况发生 ， 这表 明烘 炉工作成功 。6 m焦炉使用 调压天然气烘 炉并顺利 开 工 ， 为新 建大 型焦炉 的烘炉 提供 了一 种 可靠 的 、 有 价 值的实用技术。天然气是一种洁净环保型优质燃料， 在没有焦炉煤气 的条件下 ，可优 先选用 天然气烘 炉 。 天然气 烘炉 对改善 烘炉 环境 和操作 安全 等方 面优 于 其他气体燃料烘 炉 。 焦炉用调压 天然气先转 为正常加 热，为焦炉开工其他工序的操作提供了时间保障， 与 用焦炉 自产煤气转正常加热的开工相比，其扒火床 、 车辆试生产 、 装煤送煤气及 启动鼓风机 等操作 的时 间 充足且风险小 。用 天然气直接烘 炉 的成功 实践 ， 对首 座焦炉建设开工有 一定借鉴 意义。 下转 第 2 8页 1 0 3 0 8 ㈣ 瞄懈 c； O 3 O 9 5 8 O 9 7 6 6 5 9 1 3 6 7 8 9 9 O 0 O 0 0 0 O O O O 0 4 0 0 4 8 6 5 O 9 9 O l 4 7 9 9 9 0 O 0 O 0 O 0 7 8 5 H 3 0 瞄 2 8 8 5 4 3 O 4 8 6 7 5 4 0 l 5 9 O l 2 3 O 0 O 1 l 1 1 5 0 3 6 7 0 O 9 l 1 7 5 3 3 O 5 9 O l 2 2 O 0 O 1 l 1 1 7 1 8 9 6 3 6 ％ M ．。 O 0 O 1 1 1 l O O 3 O O 0 O 吩 船 O 0 O 1 1 1 1 O 0 0 0 0 0 0 ∞ ∞∞的 ∞ 2 8 煤化工 2 0 1 2年第 3 期 ／℃ 一 - 一肥煤一 一 焦煤～ 一气 煤 图 5 与 关 系图 温度和最大流动度 温度 ， 其 中最 大流动度温度 与炼焦 煤的变质程度呈 现 良好 的线性相关性 ， 即基 氏流动度 的最大 流动度 温度 能够 在一定 范 围内反 映炼焦 煤 的 变质程度 ，这为炼 焦煤质量 的全 面评 价提供 了参考 ， 进一步凸显了基氏流动度指标的优势。 3 小 结 3 ． 1 基 氏流 动度对 于全面评 价炼焦 煤 的质 量特性 具 有重要 意义 ， 且其检 测 自动化程 度 高 ， 相 对于 人工 检 测的指标准确 度高 ， 人 为影 响因素小 ， 评价较 客观 。 3 ． 2基 氏流 动度对 弱黏煤和 强黏煤 均有较好 的区分 能力 ， 特别是 对 中等黏结 程度 的炼 焦煤 ， 区分 能力 要 优于其他黏结性 指标 。 3 ． 3基 氏流动度 的最 大流动 度温度 与炼焦煤 的变质 程度呈现 良好 的相关性 ， 在一 定范 围内反映炼焦煤 的 变质程度 ， 这 为炼焦煤质量 的全面评价提供 了参考 。 参考文献 [ 1 ]周师 庸 ， 徐君 ．应用 煤岩 学 概论 [ J ] ．燃 料与 化 工 1 9 9 3 ， 2 4 5 2 5 4 2 6 1 ． An a l y s i s o n Gi e s e l e r Fl ui d i t y o f Co a l s Zh a n g W e n c h e ng a nd W a n g Ch u n h ua T e c h n o l o g y C e n t e r o f Me i s h a n I r o nS t e e l C o ． ， N a n j i n g J i a n g s u 2 1 0 0 3 9 ， C h i n a Ab s t r a c t T h r o u g h t h e r e s e a r c h o n t h e q u a l i t y i n d e x o f c o a l ， s u c h a s g i e s e l e r flu i d i t y ， c a k i n g i n d e x ，v i t r i n i t e r e fle c t i v i t y ，v o l a t i l e ma t t e r ，e t c ． ， t h e r e l a t i o n s h i p o f Gi e s e l e r f l u i d i t y a n d o t h e r i n d i c e s o f c a k i n g p r o p e r t i e s wa s a n a l y z e d ． Th e r e s u l t s h o we d t h a t Gi e s e l e r fl u i d i t y c o u l d a c c u r a t e l y r e fl e c t t h e p r o p e rt y o f t h e c o k i n g c o a 1 ． Th e a n a l y s i s r e v e a l e d t h e c o r r e l a t i o n b e t we e n t h e ma x i mu m t e mp e r a t u r e o f t h e Gi e s e l e r fl u i d i t y a n d t h e r a n k o f c o a l s ．I t p r o v i d e s r e f e r e n c e s f o r t h e o v e r a l l a s s e s s me n t o f t h e q u a l i t y o f t h e c o k i n g c o a 1 ． Ke y wo r ds Gi e s e l e r f l u i d i t y， c a k i n g p r o p e rti e s ， c o k i n g c o a l 上接 第 2 2页 一。。 一 一一。 。 一” 一一 一一一一一一一一一一一一一一- 一 - 一 _一 一卜一- - 卜一- - 卜一- - 卜-- - _ 一卜一 _ 一 _ P r a c t i c e a n d Di s c u s s i o n o n Di r e c t He a t i n g Up o f t h e 6 i n Co k e Ov e n b y Na t u r a l Ga s J i n F e n g a n d Ga o B o S i n o s t e e l E q u i p me n t E n g i n e e r i n g C o ． ， L t d ． ， B e i j i n g 1 0 0 0 8 0 ， C h i n a Ab s t r a c t N a t u r a l g a s w a s a d o p t e d t o d i r e c t l y h e a t u p t h e 6 m c o k e o v e n i n t h e p r o j e c t ． T o t h i s e f f e c t ， s o me t e c h n i c a l me a s u r e s w e r e t a k e n ， e ． g ． a d j u s t i n g t h e o ri fi c e p l a t e ， l e n g t h e n i n g t h e b u r n e r ， r e v a m p i n g t h e fi r e b e d ， s u p e r v i s i n g t h e fl a me ，e t c ． I mp o r t a n c e wa s a t t a c h e d t o t e mp e r a t u r e c o n t r o l ，e x p a n s i o n ma n a g e me n t ， e x c e s s a i r r a t i o d e t e c t i o n a n d g a s s u p p l y s u p e r v i s i o n．I t o n l y t o o k t h e m 2 h o u r s t o s h i f t s u c c e s s f u l l y f r o m u s i n g t h e p r e s s u r e-r e g u l a t e d n a t u r a l g a s t o n o r ma l h e a t i n g u p o f t h e fir s t b a t t e r y， a n d d u r i n g t h i s t r a n s f o rm a t i o n， o n l y 9 7 0， 0 0 0 m o f n a t u r a l g a s wa s c o n s u me d ．T h i s p r a c t i c e c a n s e rve a s a r e f e r e n c e f o r o t h e r c o k i n g p r o j e c t s ． Ke y wo r ds 6 m c o k e o v e n， n a t u r a l g a s ， c o k e o v e n h e a t i n g u p