超齡焦?fàn)t升級(jí)改造恢復(fù)先進(jìn)指標(biāo)過程中關(guān)鍵技術(shù)的選擇與應(yīng)用

李詠昕

（宣化鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司設(shè)備能源部，河北 張家口 075000）

0 引言

河鋼宣鋼焦化廠1 號(hào)、2 號(hào)焦?fàn)t分別于1989 年、1993 年投產(chǎn)，爐型為JN60—82 型頂裝焦?fàn)t，炭化室數(shù)為2×43 孔，設(shè)計(jì)產(chǎn)能為90 萬t。目前1 號(hào)、2 號(hào)焦?fàn)t爐齡均已超第一代焦?fàn)t爐齡，因爐體老化變形，設(shè)備設(shè)施腐蝕嚴(yán)重，生產(chǎn)過程中經(jīng)常發(fā)生煙塵無組織外溢，不能滿足日益嚴(yán)格的安全及環(huán)保要求。

為貫徹執(zhí)行低碳綠色、循環(huán)發(fā)展的企業(yè)環(huán)保觀，解決源頭無組織排放和降低末端有組織排放，加快實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建環(huán)保A 級(jí)績(jī)效企業(yè)的目標(biāo)，宣鋼焦化廠決定對(duì)兩座6 m 焦?fàn)t進(jìn)行節(jié)能環(huán)保超低排放改造。

1 工程概況

原地改造現(xiàn)有2×43 孔炭化室高6 m 復(fù)熱式頂裝焦?fàn)t及配套設(shè)施，建設(shè)年產(chǎn)焦炭90 萬t 焦?fàn)t，采用2×43 孔6 m 復(fù)熱式頂裝焦?fàn)t，焦?fàn)t實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)溫和自動(dòng)加熱，焦?fàn)t地下室及煙道自動(dòng)巡檢，上升管自動(dòng)放散點(diǎn)火裝置，機(jī)車實(shí)現(xiàn)有人值守?zé)o人操作。

利舊現(xiàn)有焦?fàn)t基礎(chǔ)、煙道、煙囪、推焦車和熄焦車軌道基礎(chǔ)、端臺(tái)、煤塔、端間臺(tái)、爐前外線管廊，對(duì)利舊部位進(jìn)行土建基礎(chǔ)鑒定，對(duì)荷載量不足部位進(jìn)行加固。

項(xiàng)目改造新建廢氣回配系統(tǒng)，新建裝煤除塵地面站、出焦除塵地面站、焦?fàn)t機(jī)側(cè)除塵地面站，各除塵站配脫硫系統(tǒng)，保證二氧化硫排放達(dá)標(biāo)，新建上升管余熱利用裝置，實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t生產(chǎn)高效、節(jié)能、智能、清潔、環(huán)保等目標(biāo)[1]。

2 關(guān)鍵技術(shù)的選擇與應(yīng)用

宣鋼1 號(hào)、2 號(hào)焦?fàn)t大修工程自2022 年3 月開始動(dòng)工，歷時(shí)10 個(gè)月的建設(shè)期，開始進(jìn)入烘爐階段。經(jīng)過80 多天的烘爐之后，這座更環(huán)保、更高效、更智能的現(xiàn)代化焦?fàn)t成功生產(chǎn)出了第一批高質(zhì)量清潔型焦炭。建設(shè)期間，對(duì)舊焦?fàn)t的不可利用部分進(jìn)行拆除，對(duì)爐墻重新砌筑、更換焦?fàn)t機(jī)械，通過引入先進(jìn)的余熱利用、除塵、自動(dòng)化控制等技術(shù)，保證修復(fù)后的焦?fàn)t所有指標(biāo)達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。

2.1 焦?fàn)t爐體材料、結(jié)構(gòu)性能的選擇與應(yīng)用

結(jié)合了對(duì)原焦?fàn)t33 年的運(yùn)行維護(hù)維修經(jīng)驗(yàn)，在新焦?fàn)t砌筑方面擇優(yōu)選用高性能的品牌耐火材料，由專業(yè)施工隊(duì)伍嚴(yán)格按照施工順序進(jìn)行。

1）焦?fàn)t爐體采用雙聯(lián)火道、廢氣循環(huán)，焦?fàn)t煤氣下噴、空氣（高爐煤氣）側(cè)入，復(fù)熱式焦?fàn)t。

2）小煙道采用擴(kuò)散型篦子磚，利用擴(kuò)散型的特性使大小孔徑的正反方向所造成的不同阻力，克服小煙道內(nèi)變量氣體所產(chǎn)生的內(nèi)外壓力差，達(dá)到調(diào)節(jié)小煙道內(nèi)變量氣體流量的目的，從而使蓄熱室內(nèi)氣體分布均勻，實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t長(zhǎng)向加熱均勻性。

3）為了提高邊火道溫度，增加蓄熱室封墻的嚴(yán)密性，減少熱損失，降低地下室及煙道走廊的溫度，在蓄熱室封墻及斜道爐頭部位采用隔熱效果好且在高溫下不易龜裂的新型保溫隔熱材料。

4）炭化室鋪底磚采用新型致密硅磚，大大提高耐磨強(qiáng)度，炭化室墻采用“寶塔”磚結(jié)構(gòu)，消除炭化室與燃燒室之間的直通縫，使?fàn)t體結(jié)構(gòu)更加嚴(yán)密，便于爐墻剔茬維修。

5）燃燒室爐頭為高鋁磚砌筑的特殊結(jié)構(gòu)，可以防止?fàn)t頭火道倒塌，高鋁磚與硅磚之間的隱蔽縫采用小咬合結(jié)構(gòu)，預(yù)防爐頭變形。

6）爐頂裝煤孔和上升管孔砌體采用帶有溝舌的異型磚砌筑，保證其整體性，使?fàn)t頂結(jié)構(gòu)更加嚴(yán)密，減少荒煤氣的竄漏，防止了爐頂橫拉條的燒損。

7）對(duì)立火道底部的斜道口斷面面積和調(diào)節(jié)磚進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)，通過合理排列調(diào)節(jié)磚，使燃燒室各火道的氣量分配合理，橫排溫度分布均勻，保證焦炭質(zhì)量和焦?fàn)t熱效率。

2.2 焦?fàn)t配套工藝

2.2.1 單炭化室壓力調(diào)節(jié)技術(shù)（GIPRO 單集氣管壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)）

GIPRO 單集氣管壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括帶執(zhí)行器的水封成套裝置、液壓系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)控制設(shè)備、控制柜和專門的PLC 高端冗余控制系統(tǒng)。

為有效保證焦?fàn)t炭化室內(nèi)部在結(jié)焦全周期內(nèi)始終保持微正壓，焦?fàn)t底部壓力保持+5～+30 Pa 狀態(tài)，防止空氣在煉焦過程最后階段進(jìn)入焦?fàn)t，保障焦?fàn)t在結(jié)焦期間炭化室底部穩(wěn)定在微正壓狀態(tài)，同時(shí)還保障了每段集氣管對(duì)應(yīng)的多個(gè)炭化室可在不同工藝狀態(tài)下生產(chǎn)，每個(gè)炭化室單獨(dú)控制并與裝煤車配合有效消除裝煤時(shí)煙塵。

2.2.2 焦?fàn)t自動(dòng)巡檢技術(shù)

焦?fàn)t自動(dòng)巡檢技術(shù)包括懸掛式軌道分煙道巡檢機(jī)械人和地面式軌道煤氣交換巡檢機(jī)械人兩種。機(jī)械人巡檢系統(tǒng)主要由機(jī)械人控制系統(tǒng)、信號(hào)傳輸通信系統(tǒng)、承載機(jī)械人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)械視覺系統(tǒng)、傳感器單元、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、軌道支撐系統(tǒng)及綜合管理平臺(tái)軟件等組成；焦?fàn)t地下室自動(dòng)巡檢機(jī)械人的功能主要包括高精度實(shí)時(shí)定位功能、人員識(shí)別與監(jiān)視功能、視覺與視頻圖像分析功能、遠(yuǎn)程指揮功能、熱成像測(cè)溫功能等。

2.2.3 焦?fàn)t自動(dòng)加熱技術(shù)（含爐頂自動(dòng)測(cè)溫）

焦?fàn)t自動(dòng)加熱技術(shù)可實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t加熱過程控制，最終達(dá)到降低氮氧化物排放、節(jié)約煤氣、提高焦炭質(zhì)量、減少現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的目的。當(dāng)炭化室火落后，綜合考慮相關(guān)燃燒室立火道溫度、孔火落時(shí)間與全爐平均火落時(shí)間偏差，以及相鄰炭化室結(jié)焦?fàn)顟B(tài)判斷，調(diào)節(jié)相關(guān)燃燒室的煤氣支管，提高全爐各孔火落均勻性以及減少火落后的煤氣供給，保證溫度穩(wěn)定和節(jié)省煤氣量。

2.3 節(jié)能降耗技術(shù)

在材料和結(jié)構(gòu)方面采用高性能保溫隔熱材料。如爐柱采用H 型鋼，沿焦?fàn)t高向設(shè)置七線小彈簧，在縱橫拉條的端部設(shè)有彈簧組，實(shí)現(xiàn)爐體施加壓力均勻，保證了焦?fàn)t整體結(jié)構(gòu)的完整性和嚴(yán)密性。

在控制方面采用碳化室壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)和自動(dòng)調(diào)溫加熱系統(tǒng)等多項(xiàng)技術(shù)融合，以提高焦化產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新能力為核心，促進(jìn)焦化產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，充分發(fā)揮科技創(chuàng)新與管理創(chuàng)新在焦化行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、轉(zhuǎn)變發(fā)展方式中的支撐和引領(lǐng)作用，提高焦化生產(chǎn)自動(dòng)化、智能化水平[2]。

在工藝方面，通過對(duì)上升管余熱回收利用，節(jié)約煉焦工藝能耗（標(biāo)準(zhǔn)煤）10 kg/t 以上。上升管余熱回收系統(tǒng)在焦?fàn)t建設(shè)期內(nèi)同步安裝，可最大程度回收荒煤氣顯熱，將870 ℃的荒煤氣降溫至450 ℃，同時(shí)減少循環(huán)氨水的使用量，向外輸送0.6 MPa 蒸汽10 t/h。

2.4 環(huán)保除塵技術(shù)

本工程對(duì)焦?fàn)t生產(chǎn)過程中陣發(fā)性煙塵和連續(xù)性煙塵的治理采取了有效的治理措施，對(duì)焦?fàn)t技術(shù)、裝備的先進(jìn)性及完善的除塵設(shè)施都有顯著提升，有效降低了對(duì)環(huán)境的污染。

2.4.1 陣發(fā)性煙塵治理

1）焦?fàn)t裝煤除塵治理：使用裝煤車導(dǎo)套密封系統(tǒng)與單炭化室壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)相結(jié)合，可使焦?fàn)t在裝煤過程中無煙塵外逸。

2）焦?fàn)t出焦除塵治理：采用干式除塵地面站方式實(shí)現(xiàn)出焦煙塵的治理。在攔焦機(jī)上設(shè)有大型集塵罩，將出焦時(shí)產(chǎn)生的煙氣通過集塵罩、集塵干管抽吸到地面站進(jìn)行凈化處理，大大增加了出焦煙塵的捕集率。

3）機(jī)側(cè)煙塵治理：通過推焦機(jī)上的煙塵收集裝置，可有效收集機(jī)側(cè)啟閉爐門、爐門爐框等煙塵，經(jīng)機(jī)側(cè)水封式集塵管道，再送到機(jī)側(cè)地面站進(jìn)行凈化處理。

2.4.2 連續(xù)性煙塵治理

1）爐頂采用水封式導(dǎo)煙孔蓋，大大增加了導(dǎo)煙孔蓋的嚴(yán)密性。

2）爐門采用彈簧刀邊、彈簧門栓的腹板式撓性結(jié)構(gòu)爐門，小爐門改為上開式，其密封性好，可有效實(shí)現(xiàn)降塵效果。

3）爐頂上升管蓋、橋管及閥體承插處均采用水封結(jié)構(gòu)，杜絕上升管蓋和橋管承插處的冒煙現(xiàn)象。

3 實(shí)施效果

焦?fàn)t大修升級(jí)改造工程采用大量先進(jìn)節(jié)能技術(shù)、環(huán)保技術(shù)，自動(dòng)化、智能化程度得到大幅提升，其中智能化主要體現(xiàn)在智能加熱調(diào)溫技術(shù)、上升管單孔調(diào)壓、四大車無人駕駛等關(guān)鍵工藝上。新焦?fàn)t采用了更為先進(jìn)、高效的煉焦生產(chǎn)工藝，用相同的能耗指標(biāo)和操作人員，單孔出焦率更高、焦炭性能更好。焦?fàn)t大修升級(jí)改造完成后，新焦?fàn)t改為負(fù)壓運(yùn)行，增加機(jī)側(cè)除塵系統(tǒng)，機(jī)側(cè)推焦、平煤產(chǎn)生的煙塵經(jīng)凈化后達(dá)標(biāo)排放[3]。

實(shí)踐證明宣鋼1 號(hào)、2 號(hào)焦?fàn)t大修工程，以氫能源開發(fā)以及示范項(xiàng)目配套焦?fàn)t技術(shù)改造為載體，最終實(shí)現(xiàn)了企業(yè)用工人數(shù)減少10%～30%；能耗、物耗比行業(yè)先進(jìn)水平低2%～4%；生產(chǎn)操作費(fèi)用降低3%～5%；產(chǎn)品質(zhì)量、環(huán)保排放實(shí)現(xiàn)全時(shí)在線100%達(dá)標(biāo)。