二次投產(chǎn)后5.5m搗固焦?fàn)t石墨清理預(yù)防和處理辦法實(shí)踐應(yīng)用

＊梁朋 段尊武 張麗麗 楊金花

（臨沂恒昌焦化股份有限公司 山東 276017）

臨沂恒昌焦化股份有限公司是由臨沂恒昌煤業(yè)有限公司與江蘇沙鋼集團(tuán)共同出資建設(shè)的大型煤化工企業(yè)，設(shè)計(jì)焦炭產(chǎn)能130萬噸、焦油5萬噸、粗苯1.8萬噸、甲醇15萬噸。主體工程是國內(nèi)先進(jìn)的有ZHJL5520D型高效節(jié)能環(huán)保搗固焦?fàn)t，炭化室高5.5m、寬520mm，2座焦?fàn)t，每座65孔。于2007年取得山東省環(huán)保廳環(huán)評批復(fù)，是國家工信部公布的第五批符合《焦化行業(yè)準(zhǔn)入條件》的企業(yè)。2019年由于當(dāng)?shù)丨h(huán)保政策變化導(dǎo)致1#號焦?fàn)t限產(chǎn)2#號焦?fàn)t停產(chǎn)，長時間限產(chǎn)后導(dǎo)致1#焦?fàn)t爐體損壞不能正常生產(chǎn)，被迫對2#焦?fàn)t進(jìn)行修復(fù)，由于2#焦?fàn)t長時間停用，各大車設(shè)備故障多、人員搗固操作水平差以及資金短缺由車間自行組織人員修復(fù)致使修復(fù)質(zhì)量相對較差，部分炭化室寬度變窄等原因，造成裝煤過程中塌煤率較高，爐溫波動頻繁，影響正常生產(chǎn)，通過加強(qiáng)熱工管理，提高搗固水平，加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)，有效的控制石墨的增長。

1.石墨形成的條件分析

(1)炭化室石墨形成的條件

炭化室石墨主要體現(xiàn)在兩個方面，一個是炭化室墻面的石墨，二是炭化室頂部的石墨，二者形成的主要原因?yàn)榧訜嶂贫纫约拔鼔毫χ贫炔缓侠碓斐傻臓t溫過高。

在結(jié)焦過程產(chǎn)生的大量荒煤氣，在炭化室頂部與煤餅之間的氣相空間，當(dāng)空間溫度大于830℃，流速度小于1m/s時，此時荒煤氣中焦油、萘等碳?xì)浠衔锪呀馑俣茸羁?，生成的游離碳最多，最終形成爐墻石墨和爐頂石墨。

(2)上升管結(jié)石墨的原因

上升管正常保持合理的吸壓力不會增長石墨，大多數(shù)情況下，由于煤餅高度的降低以及搗固質(zhì)量的下降煤餅堆密度降低，而標(biāo)準(zhǔn)溫度不變，造成爐頂空間溫度過高，產(chǎn)生大量的煙子灰，附著在上升管的內(nèi)壁，久而久之越結(jié)越厚，此時清理不及時就會造成荒煤氣流通道變窄流速降低，在炭化室停留時間變長，惡性循環(huán)造成上升管溫度大幅上升。

2.現(xiàn)狀及分析

(1)炭化室頂部空間溫度

炭化室頂空間溫度是指炭化室頂部空間荒煤氣的溫度。爐頂空間溫度控制范圍（770～830℃），最高不能超過850℃，是影響焦?fàn)t結(jié)石墨程度的一個重要因素。

由于是二次烘爐投產(chǎn)，為了避免推焦困難，煤餅高度由標(biāo)準(zhǔn)5.25m統(tǒng)一降至4.5m，再加上初期加熱制度不均衡，調(diào)節(jié)不及時，爐溫就會上升，橫排溫度平均1350℃，造成炭化室頂部空間溫度過高，平均溫度達(dá)到835℃，炭化室頂部及焦側(cè)爐墻結(jié)石墨嚴(yán)重。

(2)荒煤氣的流出速度

投產(chǎn)前期，集氣管壓力調(diào)節(jié)不均勻，尤其是裝完煤后，炭化室和集氣管連通的一瞬間，中控室操作人員調(diào)節(jié)不及時，造成荒煤氣滯留時間長。另外一方面荒煤氣的流動速度降低，生產(chǎn)初期為了避免推焦困難，煤餅高度由標(biāo)準(zhǔn)的5.25m統(tǒng)一降至4.5m后，同時還降低了搗固時間和煤餅頂部散裝的入爐煤清理，經(jīng)過三個大循環(huán)生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)上升管內(nèi)部結(jié)煙子灰非常嚴(yán)重，正常上升管的內(nèi)徑為450mm，結(jié)上煙子灰后由于清理不及時內(nèi)徑平均減少了150mm，氣流在上升管內(nèi)流通的通道變窄、阻力變大、流速降低，這些都造成荒煤氣在炭化室內(nèi)停留時間加長，荒煤氣在爐頂空間停留時間過長加劇裂解反應(yīng)發(fā)生。

通過測量發(fā)現(xiàn)上升管內(nèi)部溫度平均650～700℃時，結(jié)煙子灰最多。

(3)燃燒室的長向溫度

直行溫度代表全爐的平均溫度，直行溫度過高過低都不行。合理的直行溫度的制定可根據(jù)以下3個方面，首先根據(jù)爐頂空間溫度來作為參考，控制在770～800℃為最佳。其次焦炭的揮發(fā)分來作為參考，控制在1.5±0.2之間。最后根據(jù)焦餅中心溫度來判斷焦炭的成熟，一般生產(chǎn)中以焦餅中心溫度達(dá)到950～1050℃時焦餅已成熟。

(4)橫排溫度均勻性

投產(chǎn)前期，結(jié)焦時間還未正常，炭化室漏氣情況仍在繼續(xù)，加熱制度也處于不穩(wěn)定狀態(tài)，加上新來人員熱調(diào)管理水平差，不能很好的控制橫排溫度，炭化室橫向加熱不均勻，焦炭成熟不均勻，在確定合理的加熱制度時沒有真實(shí)的數(shù)據(jù)作為參考依據(jù)。容易造成爐頂空間溫度的波動，加劇荒煤氣的裂解，導(dǎo)致石墨生長速度加劇。

通過一段時間觀察記錄將空間溫度、橫排溫度、塌煤率對比如圖1所示：隨著塌煤量的增加橫排溫度與爐頂空間溫度呈上升趨勢。

圖1 塌煤與爐溫變化趨勢

(5)塌煤率

搗固焦?fàn)t的塌煤率一般控制在0.5%，二次投產(chǎn)初期塌煤率高達(dá)6.18%。塌煤大多出現(xiàn)在抽送煤餅的過程中，由于搗固操作水平參差不齊，造成煤餅搗固質(zhì)量低強(qiáng)度差，煤餅在送入過程中在重力的作用下出現(xiàn)裂紋，這時可以看到兩種坍塌現(xiàn)象：一是在焦側(cè)底部發(fā)生的坍塌，然后頂部出現(xiàn)前倒或坍塌；二是在裝煤到位之后機(jī)側(cè)出現(xiàn)的坍塌現(xiàn)象，此時出現(xiàn)的坍塌導(dǎo)致煤餅結(jié)構(gòu)脆弱，在結(jié)焦過程中因膨脹壓力和半焦收縮的作用力下堆積狀態(tài)松散，造成炭化室頂部空間變大，不僅增加了焦炭燒損，塌煤處還會出現(xiàn)局部高溫。

3.創(chuàng)新控制方法及效果

(1)采用新型機(jī)械方法除掉現(xiàn)有石墨

焦?fàn)t二次烘爐投用后，由于焦?fàn)t壓力、爐溫控制的不均勻，結(jié)石墨已嚴(yán)重影響加煤操作，因此，當(dāng)務(wù)之急是除掉現(xiàn)有的石墨，并控制其增長速度。傳統(tǒng)的清除石墨的方法有2種：

①推焦桿頭安裝清掃器，用機(jī)械力清除炭化室頂部的石墨，用推焦桿機(jī)械力不能清除爐墻墻面的石墨。

②利用除塵孔和上升管形成的熱浮力燒空爐。推焦前打開第三除塵孔，利用除塵孔與上升管之間形成的吸力從除塵口吸入空氣進(jìn)炭化室燒石墨。這種方法不但影響爐溫的均勻系數(shù)，而且對結(jié)焦時間也產(chǎn)生一定的影響，由于燒石墨是一個緩慢的氧化反應(yīng)，反應(yīng)時間較長，這就需要提前推焦晚裝煤，空爐時間長一些。同時作為二次啟動焦?fàn)t，對停爐時中間出現(xiàn)裂縫，燒空爐會對爐體再次傷害，出現(xiàn)串漏，不利于當(dāng)前環(huán)保形勢。這種方法適合于炭化室內(nèi)石墨較少的新焦?fàn)t，對炭化室內(nèi)已結(jié)有較多石墨的焦?fàn)t很難在短期內(nèi)見效。

縱上所述，對現(xiàn)場實(shí)際情況單純采用傳統(tǒng)的燃燒法及機(jī)械法都行不通，根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)創(chuàng)新推焦刮刀，根據(jù)冶金學(xué)的觀點(diǎn)，選擇了硬度好的碳鋼為制作材料，碳鋼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)很簡單，強(qiáng)度硬度極強(qiáng)，切割性能極好，抗沖擊性好，投運(yùn)后事實(shí)證明也起到很好的效果（刮刀如圖2）。

圖2 機(jī)械刮刀

(2)自制工具清理上升管內(nèi)煙子灰

生產(chǎn)初期為了避免推焦困難，煤餅高度由標(biāo)準(zhǔn)的5.25m統(tǒng)一降至4.5m后，同時還降低了搗固時間和煤餅頂部散狀的入爐煤清理，初期生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)上升管內(nèi)部結(jié)煙子灰非常嚴(yán)重，為了解決荒煤氣滯留時間長石墨增長快的問題，自制長5m的T型鐵釬，在生產(chǎn)過程中提前10min打開上升管，利用人工清理上升管內(nèi)壁的煙子灰黏結(jié)物，以保證上升管通道通暢。

(3)調(diào)整優(yōu)化加熱制度，降低爐頂空間溫度

調(diào)整優(yōu)化加熱制度，是搗固焦?fàn)t石墨清理預(yù)防和處理根本辦法，降低爐頂空間溫度的以焦炭揮發(fā)分和焦油水分為依據(jù)，確定合理的溫度控制標(biāo)準(zhǔn)。投產(chǎn)初期煤餅控制在4.5m，直行溫度控制在1250℃，根據(jù)焦餅中心溫度將周轉(zhuǎn)時間定為48h，每天出焦33孔，每孔裝干煤36.7t，煉焦耗熱量2450kJ/kg（入爐煤水分9.5），煤氣熱值16900kJ/m3，計(jì)算裝煤初期理論煤氣流量控制在4800～5600m3/h；同時保證蓄熱室上升側(cè)在正常范圍55～65Pa，下降側(cè)40～50Pa；最后將最初50mm孔板更換為40mm的孔板，并按實(shí)際將原小孔板排序調(diào)整，見表1，原小孔板排列順序如表2所示。

表1 調(diào)整后原小孔板排序表（單位：mm）

表2 原小孔板排序表（單位：mm）

(4)及時調(diào)節(jié)集氣管的壓力，減少壓力波動

針對裝煤后集氣管壓力波動的問題，一是要求中控室操作人員，在裝煤后期炭化室除塵孔蓋大蓋前，提前將炭化室的壓力由130～160Pa調(diào)節(jié)至90～100Pa后，再蓋上爐頂除塵孔大蓋。二是焦?fàn)t在換向時和爐頂裝煤蓋除塵孔大蓋操作不能同時進(jìn)行，避免壓力聚集造成集氣管壓力升高，保證荒煤氣的流速。

(5)通入壓縮空氣燒上升管

根據(jù)上升管內(nèi)煙子灰的多少，采取通入壓縮空氣方法，一是提供氧氣對上升管內(nèi)壁附著物進(jìn)行燃燒反應(yīng)清除煙子石墨灰，二是利用壓縮空氣的壓力，將燃燒后的煙子灰通過炭化室頂部第四除塵孔吹出。

(6)創(chuàng)新優(yōu)化搗固操作方法，減少塌煤

由于一個爐子生產(chǎn)，公司對焦炭產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)量要求更加嚴(yán)格，車間根據(jù)搗固裝煤的狀況，采取措施避免塌煤，采取以下措施：

①及時記錄三班塌煤情況，記錄每個搗固工方法，并針對塌煤情況進(jìn)行對比學(xué)習(xí)統(tǒng)一操作手法。對經(jīng)常塌煤人員，安排由搗固不塌煤人員跟蹤學(xué)習(xí)并幫助提高技能。

②根據(jù)入爐煤水分大小及時聯(lián)系原料車間煤場調(diào)度進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)入爐煤水分大小調(diào)整搗固操作手法，建議入爐煤水分不要低于9.5，當(dāng)?shù)陀跁r，車間可用噴灑小桶前后均勻水分，減少煤的分散度。

③重點(diǎn)對搗固第一層煤要打好基礎(chǔ)，保證第一層煤不得低于120錘，第二層不得低于80錘，第三層不得低于50錘，保證煤的堆密度，搗固時間不低于8分30秒。

④檢查每個錘的提錘高度，根據(jù)高度及時與機(jī)電車間聯(lián)系保證搗固的均勻性。

⑤跟蹤檢查煤箱寬度底部不能寬于480mm，防止接觸時增加摩擦力，造成塌煤。

⑥加煤前由崗位人員觀察炭化室石墨情況，石墨較多的應(yīng)對石墨進(jìn)行清理后在進(jìn)行裝煤。

⑦搗固過程中機(jī)、焦側(cè)煤餅使用稻草作為黏連劑，保證煤餅不掉角和甩尾。

通過實(shí)施來看，效果很好，塌煤率由原先的6.18%，降低到現(xiàn)在的0.16%，整孔塌煤由原先的1.6%，降低到目前的0.05%。

(7)合理處理塌煤炭化室

裝煤過程中塌煤時，根據(jù)塌煤的數(shù)量，采取相應(yīng)的處理方法，一是塌整孔，炭化室內(nèi)煤餅長度小于炭化長度的2/3時，在結(jié)焦10h后推出（正常結(jié)焦時間23.5h），重新加煤。二是煤餅焦側(cè)掉角或機(jī)側(cè)甩尾，炭化室內(nèi)煤餅長度大于炭化長度的2/3時，采用局部加小孔板或加鐵絲控制煤氣量的加熱的方式來控制部分橫排溫度，避免爐頂空間局部溫度過高。

4.結(jié)論

通過以上措施，把爐頂空間溫度控制在770～800℃左右，結(jié)石墨現(xiàn)象已大大改觀，得到了有效控制，煤餅已恢復(fù)正常，經(jīng)濟(jì)效果非常顯著，為焦化行業(yè)二次啟動的焦?fàn)t石墨控制，奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。