新型節(jié)能環(huán)保干熄焦罐改造項目的研究及應用

覃伏虎，廖 斌

（廣西柳鋼工程技術有限公司，廣西 柳州545002）

0 引言

傳統(tǒng)圓形干熄焦罐用來裝運從炭化室中推出的紅焦，通過電機車和焦罐臺車將焦罐運至干熄焦提升井下，通過提升機、裝入裝置將紅焦裝入干熄爐內。干熄焦罐在接焦過程中繞中心線旋轉，既可提高焦罐的裝載系數(shù)，減輕焦罐的重量，同時又可改善焦炭在焦罐中的粒度分布。由于干熄焦系統(tǒng)連續(xù)運轉的工藝特性，因此要求設備具備很高的操作可靠性及頻繁性。

傳統(tǒng)圓形干熄焦罐主要由焦罐本體、襯板、提升梁、底門、緩沖座、耐熱材料和潤滑管路等組成，在使用過程中存在一些缺陷，例如襯板變形或開裂、襯板脫落，襯板備件成本高、襯板維護量大，紅焦熱損失大、燒損大等等。針對傳統(tǒng)焦罐在干熄焦工藝過程中出現(xiàn)的種種問題，柳鋼對傳統(tǒng)焦罐的結構進行了創(chuàng)新改造，采用了輕質耐火澆筑料替代原燒注合金襯板，研制出節(jié)能型焦罐，并取得了國家實用新型專利ZL201520582946。

1 傳統(tǒng)干熄焦罐在使用過程中暴露出來的問題及原因分析

1.1 故障率高

干熄焦罐體鋼結構因焦炭溫度過高極易氧化和熱損傷，造成整體鋼結構強度下降和局部斷裂，使干熄焦罐本身存在較大的安全隱患。同時，由于干熄焦罐本身沒有保溫功能，干熄焦罐輻射出來的高溫對整個運行系統(tǒng)也會造成一定的影響，增大運行系統(tǒng)的故障率。

1.2 易出安全事故

干熄焦罐襯板容易出現(xiàn)變形或開裂，甚至襯板脫落至干熄爐中，可能卡住旋轉密封閥打斷生產(chǎn)順行。同時，也給生產(chǎn)帶來安全隱患，發(fā)生旋轉密封閥電機燒損的幾率增加。當檢修人員維修時，容易出現(xiàn)碰傷、燙傷甚至中毒等安全事故。

1.3 維修成本高

傳統(tǒng)干熄焦罐熱量流失大、襯板燒損嚴重：在紅焦運輸過程中，焦罐外殼溫度通常高達600多攝氏度，不可避免地與空氣產(chǎn)生對流換熱、輻射換熱。同時，大量空氣通過襯板縫隙進入焦罐內與紅焦接觸發(fā)生大火燃燒，使得熱量大量流失的同時，內襯板受到嚴重的燒損。傳統(tǒng)干熄焦罐內襯板備件成本高、維護或更換量大：每年干熄焦罐備件的成本占干熄焦機械費用相當大的比重，同時需要3～5名檢修工對干熄焦罐進行正常更換內襯板的專項維護。

1.4 整體使用壽命短

在干熄焦爐系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，紅焦需要在焦罐內長時間存放，襯板和鋼構件的溫度會不斷上升甚至軟化，干熄焦罐整體結構安全風險將會大大提高。必要時，還需要現(xiàn)場工作人員對罐壁進行淋水冷卻，急冷急熱更加劇了襯板的損壞，以至于影響到其使用壽命。

2 改造新型節(jié)能焦罐的設計與制作

2.1 技術參數(shù)分析

傳統(tǒng)干熄焦罐技術參數(shù)，如表1所示。

表1 傳統(tǒng)干熄焦罐技術參數(shù)

通過數(shù)據(jù)分析新型焦罐需達到的技術要求如下：

（1）用新型干熄焦罐替代原有干熄焦罐，必須保證焦罐容積、強度、整體重量等技術參數(shù)與原有干熄焦罐相比基本不變。

（2）新型干熄焦罐與原有干熄焦罐相比，外形尺寸不變。

（3）罐體與轉盤應精確定位，因此在底閘門上的兩個窩槽與原有轉盤上的楔形定位凸臺相配。

（4）罐體提升方式，底門打開方式、打開角度不變。在接焦過程中只有罐體和底閘門是旋轉的，因此在將焦罐置于運載車轉盤上時，外框架應與底閘門及罐體完全脫開，罐體置于轉盤上后，外框架及吊桿繼續(xù)向下移動，使吊桿上的圓柱形掛鉤與底閘門上的半圓形窩槽脫離。開門角度不小于42°。

（5）運輸方式改變。傳統(tǒng)干熄焦罐從制造廠家整體組裝出廠，整體運輸?shù)绞褂脝挝?，運輸過程超寬、超高，為解決這個弊端，特設計分體式結構，分塊運輸，現(xiàn)場組裝。

2.2 干熄焦罐體改造設計

2.2.1 整體密封性設計

原干熄焦罐本體的鋼結構部分是鋼板焊接成的，通過適當配置筋、梁等，使其形成具有足夠強度合剛度的鏤空框架結構，合金襯塊則將直接安裝于鏤空框架上。導致在使用過程中出現(xiàn)罐體無法密封，大量空氣通過襯板縫隙進入焦罐內與紅焦接觸發(fā)生大火燃燒，使得熱量大量流失。新型干熄焦罐罐體采用整圈8 mm厚的鋼板焊制成，讓罐體成密封狀，有效地減少空氣大面積進入罐體與紅焦接觸發(fā)生燃燒現(xiàn)象，且無論在制作及安裝上都將簡單快捷很多，新舊焦罐結構對比如圖1所示。

圖1 新罐體與原罐體結構對比

2.2.2 整體切割設計

整體制作好的干熄焦罐高N米，直徑M米，約36.6噸（其中回轉部分重約25噸），不利于吊裝及運輸。所以在重新研究焦罐本體的設計時，有意將分為3大部分（本體、左右閘門）原圓型傳統(tǒng)干熄焦罐，重新設計分割為7個部件，其中干熄焦罐本體分為5大塊，即圓柱體切分成三大塊，圓錐體切分成2大塊。運輸至焦化廠安裝現(xiàn)場后，再進行拼接處理。為了保證干熄焦罐的整圓性，在圓柱體及圓錐體將是在整體制作好后，再進行分塊切割，如圖2所示。

圖2 焦罐分體設計

2.2.3 新型內襯材料的設計運用

新型節(jié)能環(huán)保干熄焦罐采用了預制塊型內襯替代原澆注型合金襯板，選用預制塊型內襯代替澆注型合金襯板的優(yōu)勢。

（1）制作施工工藝便捷

1）澆注型合金內襯的制作施工工藝

澆注型內襯施工時，工序比較復雜，首先要在罐壁上焊接錨固鉤，所用錨固鉤需要自己彎制，焊接時劃線定位，控制距離，焊好后再刷瀝青漆保護，錨固鉤數(shù)量較大，耗時耗力；澆注型內襯需要現(xiàn)場支模，因為是大面積澆注，對支模的要求比較高，支模厚度尺寸要控制好，模具要支撐牢固，不能出現(xiàn)脹模、漏漿等現(xiàn)象，每次支模前都要對模具表面刷油處理，以方便脫模。另外，每一塊模具的面積較大，重量較重，施工過程中不易移動，模具重復利用幾次后發(fā)生變形，影響使用，因而會浪費鋼材[1]；澆注過程中，為保證質量，需要對澆注料的加水量嚴格控制，澆注料的施工對現(xiàn)場環(huán)境的天氣、溫度、濕度等條件的要求較高，為了避免出現(xiàn)蜂窩麻面、振動、流動不到位等現(xiàn)象，常常被迫加大加水量，從而影響澆注質量。為了留設膨脹縫，澆注時必須要分層分格澆注，每次都要等上一格的澆注料完全凝固之后才能脫模，再裝模澆注下一格，施工周期較長，單直段澆注都要至少4天時間，施工效率低。

2）預制塊型內襯的制作施工工藝

預制塊型內襯的施工方式比較方便，只需將預制塊一塊塊焊接拼裝上去，再利用預制塊作為模具，直接澆注輕質纖維澆注料即可，所需的人力較少，效率更高，工期更短。預制塊由耐火材料廠家按照設計圖紙?zhí)崆爸谱骱煤笏偷绞┕がF(xiàn)場，每一塊預制塊都是獨立施工，體積比較小，廠家對其加水量控制的更好，不會出現(xiàn)蜂窩麻面、振動、流動不到位等現(xiàn)象，內襯的質量會更好；預制塊之間留設膨脹縫很方便，只需填充合適的泥漿和留設膨脹紙片即可，如圖3所示。

圖3 施工方式對比

（2）使用壽命更長

1）澆注型內襯所用的材料多為輕質型澆注料，耐壓性、耐磨性等強度方面相對較差，影響使用壽命。

2）預制塊型內襯采用的是輕質纖維澆注料與重質耐火澆注料做成的預制塊相結合，既保證了整個罐體不會超重，又提高了內襯的整體強度和表面的耐磨性，從而提高使用壽命。

（3）保溫性能更優(yōu)

1）澆注型內襯由于大多使用的是輕質型澆注料，早期的保溫效果較好，直段罐外壁溫度為160℃左右，長時間使用后，輕質澆注料內襯會被磨薄，后期直段罐外壁溫度會達到230℃以上，容易加快罐壁鋼板的銹蝕和老化。

2）預制塊型內襯由于輕質纖維澆注料的導熱系數(shù)更低，保溫性能更佳，而且預制塊耐磨性強，可以很好的保護輕質纖維澆注料，罐外壁溫度能基本維持在200℃左右，對焦罐的保溫效果更好。

（4）制作工藝更簡單

1）澆注型合金內襯每次澆注施工完成后，都要用木材或煤氣進行烘烤，將內襯里面的水分全部排出來，防止上線后在高溫下水分急劇排出而產(chǎn)生爆裂，每次烘烤都要至少8 h以上，需要消耗較多的木材或煤氣。烘烤前還要制作蓋子以形成封閉空間，比較麻煩而且烘烤不均勻，效果不理想。

2）預制塊內襯的預制塊在出廠前就已經(jīng)經(jīng)過400℃左右的烘烤，完成安裝后就可以直接上線投入使用，省去了烘烤工藝環(huán)節(jié)。

3 改造后新型節(jié)能環(huán)保焦罐的使用情況分析

3.1 性能指標對比

改善后的性能指標對比，如表2所列。

表2 性能指標對比

3.2 跟蹤使用情況對比

（1）罐體的保溫性能對比：新型節(jié)能環(huán)保干熄焦罐裝焦后與傳統(tǒng)干熄焦罐對比，熱量流失小，基本避免了罐體側面大量空氣進入罐內與紅焦接觸發(fā)生大火燃燒的現(xiàn)象，保溫性能是傳統(tǒng)干熄焦罐無法相比的。

（2）罐體外壁溫度對比：新型節(jié)能環(huán)保干熄焦罐外壁溫度由傳統(tǒng)干熄焦罐外壁的600多攝氏度，下降到了200℃左右，極大地減少了紅焦的熱損失以及高溫對罐體及其周圍構件的損傷，收回的熱量可以促進發(fā)電量的增長。

（3）罐體內襯更換率對比：新型節(jié)能環(huán)保干熄焦罐采用了預制塊型內襯，耐磨性、保溫性都要比澆注合金內襯強，所以在實際使用中，沒有出現(xiàn)大面積耐火材料剝落的情況，罐體內襯更換率比傳統(tǒng)干熄焦罐低很多。

（4）整體焦罐外表對比：新型節(jié)能環(huán)保干熄焦罐整體外觀比傳統(tǒng)干熄焦罐更簡潔美觀。

4 結語

經(jīng)過改造后的新型節(jié)能環(huán)保干熄焦罐在實際生產(chǎn)使用中得到了用戶的認可，與傳統(tǒng)干熄焦罐對比更加節(jié)能、環(huán)保，減少罐體內襯的更換頻率，大幅降低了檢修人員的勞動強度。由于市場競爭日益白熱化，如何更節(jié)能、更環(huán)保依然是企業(yè)研究的方向，只有堅持可持續(xù)改造，不斷優(yōu)化生產(chǎn)工藝及設備設置改造，才能更好地立足市場。