第5期总第183期
冶 金 丛 刊
Sum.183 N o .5
2009年10月M ET ALLURGI C AL C OLLECTI O NS
Oct ober 2009
作者简介:谢 东(1979-),助理工程师,本科,2003年毕业于黑龙江科技学院化学工程与工艺专业1
应用低水分熄焦工艺改造焦炉的熄焦系统
谢 东
(本钢板材股份有限公司焦化厂,辽宁本溪117000)
摘 要 通过对比常规湿法熄焦工艺与低水分熄焦工艺的特点,总结低水分熄焦工艺的先进性与可实施性。应用低水分熄焦工艺改造焦炉熄焦系统取得了明显效果。关键词 低水分熄焦工艺;改造;熄焦系统
中图分类号:T Q522.16 文献标识码:A 文章编号:1671-3818(2009)05-0032-04
APPL ICAT IO N O F LOW MO ISTURE CO NTENT CO KE QUENCH ING
TECHN OLO GY O N REFO RM ING CO KE QUENCH ING
S Y STE M IN CO KE O VEN
Xie Dong
(Benxi Steel &Ir on Company Coking Fact ory,Benxi 117000,L iaoning )
Abstract By compared with the conventi onal wet quenching technol ogy,the advance and feasibility of l ow moisture content coke quenching technol ogy were su mmarized .Obvi ous effect was obtained by app ly 2ing l ow moisture content coke quenching technol ogy t o refor m coke quenching syste m in coke oven .Key words the l ow moisture content extinguishes craft;transf or mati on;extinguishes the burnt syste m
1 前言
作为高炉冶炼的主要热源,入炉焦炭的水分指标的高低将会影响焦炭的发热量,而水分的波动又会影响入炉干焦量的波动,从而引起高炉炉温波动。因此,焦炭水分指标的高低及稳定性在一定程度上直接影响高炉冶炼工序的能耗。在干熄焦装置广泛普及且日益大型化发展的今天,湿法熄焦作为传统的熄焦工艺,在现有条件下目前仍然不能完全被取代,仍有改进的必要和提高工艺水平的空间。
本钢焦化厂1#
、2#
焦炉为本-76型4m 复热式焦炉,服役年限30年,属超期服役的老龄焦炉。2007年,因其常规湿法熄焦系统主体设备及管道腐蚀老化,无法满足正常生产需要。经专题研究论证,认为采用原有设计原地更新的方案效果不佳、价值不大。鉴于此,我们决定参考同行业经验、自行设计适合老龄焦炉生产实际的低水分熄焦工艺系统,改造更新原有的工艺及设备,改善老龄焦炉焦炭的水分指标。
2 常规湿法熄焦系统现状
由于常规湿法熄焦系统采用小水流喷洒方式熄焦,所以熄焦喷头的供水速度与熄焦水被吸入焦炭中的速度相比太小,以致喷洒到熄焦车顶部的水被焦炭吸收,只有少量的水流到车厢下部。这就使常规湿法熄焦陷入两难境地,要通过缩短熄焦时间获得低水分的焦炭,就会导致熄焦车下部焦炭熄灭不充分,未达到燃点以下,即出现红焦;要避免红焦,熄灭车厢下部的焦炭就必须延长熄焦时间,这样上部焦炭就会获得过多的熄焦水,造成水分过多。焦炭水分不均匀、不稳定,直接影响高炉的操作制度。我们以往在生产过程中就已经发现这个问题,并经常对喷洒管、熄焦时间等设备及参数进行调整,但是并没有取得收效。
从运行过程来看,湿法熄焦的过程是水与炽热焦炭的换热过程,期间伴有大量的熄焦水蒸发。从炭化室推入熄焦车内的红焦运送到熄焦塔下,在这
第5期谢 东:应用低水分熄焦工艺改造焦炉的熄焦系统?33 ?
里用分散水流进行喷洒,喷洒时间约为160s (数据采
自本钢1#、2#焦炉),喷洒水量约为1.4～1.6m 3
/t 焦,用水量一般是理论需要量的3～4倍(理论用水量
0.5m 3
)。在焦炭熄灭并沥出多余水分之后,用熄焦车运走,并卸至焦台上。这种熄焦方法的特征体现为:喷头分布密集、喷头口径小、数量多、熄焦时间长。
从熄焦效果来看,2006年焦炭的月平均水分一直稳定在6%以下,符合本钢集团公司对焦炭质量的要求,但是对比焦化行业的同类型焦炉的焦炭水
分的水平,1#、2#
焦炉的焦炭水分仍有下降的调整空间。具体情况见图1
。
图1 2006年焦炭月均水分情况
3 低水分熄焦工艺的先进性
如前面所述,从熄焦水与红焦接触到达焦炭中心尽管速度很快,但还是需要一段时间(一般为几十秒),期间伴随着蒸汽的产生,还会阻碍熄焦水的吸入,使得焦块在被冷却达到目标温度后,再经历一段较短的时间(一般为1～2s )才达到充满水的状态。低水分熄焦工艺正是利用这个原理,在一定压力下,采用大水流喷射熄焦,使得熄焦水的供水速度远快于熄焦水被吸入焦块中的速度,使这些大量被喷射的水。只有一部分在从上至下通过焦炭层时,被吸收并激烈汽化,其余大部分流过各层焦炭,一直到熄焦车倾斜底板,从车门上的孔与车门衬板缝隙中流出,以避免熄焦水在车内积聚淹没及浸透焦炭,造成焦炭水分过高。车内各层,尤其是车底部炽热的红焦与熄焦水接触激烈汽化而瞬时产生的大量水蒸汽,凭借其巨大推动力从下至上触及并冷却焦炭。熄焦时间以使焦块冷却到目标温度而熄焦水仅有少量吸入焦块为目标。有着巨大推动力的水蒸汽迫使车厢内焦炭处于一种“沸腾”状态,保证了车厢内的焦炭可以均匀得到冷却,避免了常规湿法熄焦焦炭层厚度不均匀和车厢死角喷不到水而导致焦炭水分不均匀的现象。
低水分熄焦系统用柱状水流喷射代替了传统的喷淋方式,改善了焦炭在深度方向的水分分布,达到了短时间内的完全熄焦。根据焦炭粒度、温度和熄
焦车的条件,整个熄焦时间为50～80s 。目前我国的鞍山钢铁公司焦化厂、杭州钢铁公司焦化厂、邯郸钢铁公司焦化厂、湘潭钢铁公司焦化厂等,都在原有湿法熄焦基础上实行了低水分熄焦,且都运转良好。
4 低水分熄焦工艺的可实施性
美钢联(UEC )开发的低水分熄焦工艺深入剖析了湿法熄焦原理,对传统湿法熄焦的喷洒方式、喷洒量及控制方式加以改进,达到熄焦后焦炭水分均匀、稳定且低的目的。采用低水分熄焦可使焦炭水分稳定在3%～5%之间,比常规湿法熄焦焦炭水分至少降低1%～2%。该工艺能够适用于原有的熄焦塔。在低水分熄焦系统中,经特殊设计的喷头可按照最适合原有熄焦塔的方式排列,以便于更换原有的熄焦喷洒管。管道由标准管道及管件构成,因此能经济而快捷地安装在原有的熄焦塔内,适合老焦化企业的熄焦系统改造。
5 方案设计
基于专有技术、进口设备投资过高的原因,我们
决定自行消化吸收低水分熄焦技术,自行设计适合本钢焦化厂厂情的低水分熄焦系统。并确定了以下5条设计原则。
(1)成立项目攻关组,进行方案设计论证和施
工图设计。
(2)全部设备国产化。
(3)根据现场条件设计,系统投产后必须满足
使用功能。设计指标应接近甚至达到引进系统的理论指标。
(4)最大化利用现有系统的设备及设施,能继续使用的设备、管道尽可能不更新,方案设计要求尽可能降低工程量与施工难度。
(5)生产与工程改造同步进行,不申请专项改造、过渡时间。保证1#
、2#
焦炉18:00结焦时间焦炭产量,方案设计必须保证生产与施工安全、有序。
依照上述设计原则,经集团公司专家多次论证,我们设计了投资少、施工难度小、简便可行,各设计参数满足使用要求并预留出调节余量的合理的、切合实际的方案,并于2007年10月进行实施。
6 工程实施
为降低焦炭水分,使熄焦水分配均匀且具有一定的压力,需重新制作喷洒管并合理布置,以便产生分布均匀、液滴大小中等到偏大的喷雾,实现大流量实心锥喷洒,达到喷洒密集、有力、均匀、全覆盖,使红焦与水大面积充分接触瞬间产生的水蒸气受到喷
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射水的压制不能自由上行,只能向四周流动,使参与熄灭红焦上升水蒸气被洗涤净化。同时,在一定程度上减少了蒸汽、焦粉和有害气体的排出量。未汽化的水从熄焦车倾斜底板经车门预先开好的孔及缝隙排出,以避免熄焦水在车内聚积浸透焦炭,造成焦炭水分过高。
为适应上述喷洒方法,我们根据现场生产状况重新设计了管道布置(见图2,图中只画出一组支管的一部分)
。
图2 改造后管道布置示意图
具体施工方案如下:
(1)充分利用现有设备设施,水泵、沉淀池、满流管、高位槽等均不做改造,节约投资。
(2)喷头布置为方格式,有效覆盖车厢内喷射作用面积。
(3)控制系统仅更改开关控制、时间控制、满槽控制。
(4)气动蝶阀的位置选择尽量靠近水罐,降低阀轴扭转力矩;使用就近压缩空气做气源,接入风源位置选择在煤塔风包出口处,另引入0.5MPa 的N 2(仪表用风)做备用气源。
(5)更换部分结构梁、板、柱。
(6)施工与生产同时进行,管线敷设与生产交叉
作业,不影响生产,利用联合检修时间完成生产过渡。
7 系统调试
(1)标定熄焦车定车位置,并在拦焦车轨道上
做好标记,要求视线良好,目的是保证整个车厢焦炭顶面完全被水管覆盖。
(2)时间控制系统(时间继电器式)、满槽显示(满槽停机加现场显示)安装结束后联动带负荷试
车,试车时间第一次取80s 。
(3)带负荷试车成功后进行主下水流量调节,即调节手动蝶阀开关量并做好记录,观察喷头流量的分布和熄焦效果,初步达到要求后结束主管流量调整,记录好覆盖不完全的车厢区域。
(4)统一规范熄焦车、焦台操作岗位人员操作程序及操作质量水平。
(5)进行支管流量调节,方法:将预制的内径为140mm 、130mm 、120mm 的孔板分别按递减原则在两
侧支管法兰处安装,中部四根支管不安装孔板,观察
熄焦效果。
(6)根据流量调整结果,试验压缩下水时间。每次压缩时间为1s,最后确定下水时间为70s 。
(7)对其它局部喷头口径进行微调。
(8)更新熄焦车岗位操作规程及相关规定,进行操作培训。
(9)投用。
8 改造效果
(1)改造前后各种指标对比表(见表1)。
表1 改造前后各类指标对比表
项目大块焦水分/%熄焦时间
/s 车辆操作方式熄焦效果改造前
5～6160经验性动车不均匀、局部红焦改造后
4～5
80
一次定位
均匀、无红焦
(2)水分指标降低情况。改造前(9月)与改造
后(12月)焦炭水分对比情况见图3。
由图3可以看出,焦炭水分指标由9月份的平均5.3%下降到12月份的平均4.4%,效果十分明显。同时,12月份焦炭水分指标波动幅度降低了20%,说明焦炭水分波动保持稳定。
(3)熄焦操作时间。常规熄焦操作时间160s,
低水分操作时间缩短为70s 。实现了一点定位,简化熄焦车司机岗位操作程序,避免了频繁动车操作,减少了设备的工作频率与机械往复冲击,延长了走行系统的寿命周期。
(4)熄焦效果。在焦台岗位上能直观感受到焦炭散发的热度,且晾焦期间内复燃面积减小70%,降低焦台岗位劳动强度,降低K1、K2、K3皮带烫伤及烧损概率,延长了运输皮带寿命周期。
(5)整粒。由于低水分熄焦可以使焦炭处于跳动状态,所以低水分熄焦还有整粒功能,使焦炭的潜在缺陷提前释放,使焦炭的块度均匀,避免因焦炭进入高炉后破裂给高炉操作带来的不利影响。
(6)由于焦炭经过大流量冲击,焦炭表面较改造前常规熄焦清洁,能够在一定程度上改善高炉透气性。
(7)运输系统可直观地发现水蒸汽、粉尘量明显减少,改善了周边环境。
9 结论
(1)从指标上看,本项技术攻关效果显著,各方
面收益较大,达到了预期的目的。
(2)从应用角度看,简化了传统操作程序,节约了一半的操作时间。
(3)从检修维护角度看,延长了部分设备的寿命周期,降低了维护强度,减少了备件和材料的消耗。
第5期谢 东:应用低水分熄焦工艺改造焦炉的熄焦系统?35 ?
图3 改造前后焦炭水分对比图
参 考 文 献
[1] 冯安祖,付永宁,李修觉等.中国冶金百科全书?炼焦化工卷.北京:冶金工业出版社,1992:59.[2] 郑文华,张晓光.常规湿法熄焦的改进与提高.燃料与化工,2002.[3] 刘旺泽,张英民,漆天天.改进熄焦方式,降低焦炭水分.煤化工,2004:114.[4] 郑明东,等.炼焦新工艺与技术.北京:化学工业出版社,2006.
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)
图2 总工艺画面
6 结束语
改造后的系统很好地解决了老系统中存在的瓶颈问题。改造完成后每个备煤槽都可以随意设定配煤煤种中的任意一种,提高了配煤质量,同时能大大
缓解冬季生产期间的上煤压力,即使在其他季节也能大大缩短上煤系统皮带机的转车时间,减少了能源消耗,运行效果良好。
参 考 文 献
[1] 潘立慧,魏松波,等.炼焦新技术.北京:冶金工业出版社,2006.
[2] 杨建华,阚兴东,石熊保.炼焦工艺与设备.北京:化学工业出版社,2008.