xx化工研究生开题报告

XXXX 化工研究生开题报告化工研究生开题报告 题目： 干熄炉耐火材料劣化机理及提高寿命的研究 一、选题背景 课题的提出及意义 钢铁工业迅猛发展，必然导致焦化企业迅速扩张。据 统计，我国 XX 年焦化企业共生产焦炭 33554 万 t1，而 80%的产量是采用湿法熄焦工艺装置。在湿法熄焦过程中产 生大量的蒸汽排到大气中，其蒸汽中含有 hcn、h2s、nh3、 酚类及粉尘等大量有害物质2严重污染了环境，不仅有大 量的热能被白白浪费，而且消耗了大量的熄焦水，另外对 焦炭质量也有影响。随着世界能源短缺的不断加剧3和我 国能源需求的快速增长，以及国家环保法规的不断完善， 特别是对工业企业环境治理要求的不断提高，干法熄焦的 节能和环保优势必然会得到充分发挥，焦化行业普及推广 干熄焦技术势在必行。 与湿法熄焦相比干熄焦的特点如下： (1)回收红焦显热 采用干熄焦可回收约 80%的红焦显热，平均每熄 1 吨焦 炭可回收、450蒸汽以上4，发达国家可产左右。日本 新日铁株式会社曾对其企业内部包括干熄焦、高炉炉顶煤 气压差发电等所有节能项目效果进行过分析，结果干熄焦 装置节能占总节能的 50%。 (2)减少环境污染 炼焦车间采用湿法熄焦，每熄 1 吨红焦炭就要将含有 大量酚、氰化物、硫化物及粉尘的蒸汽抛向天空，严重地 污染了大气及周围的环境5。这部分污染占炼焦对环境污 染的三分之一。干熄焦则是利用惰性气体，在密闭系统中 将红焦熄灭，并配备良好的除尘设施，基本上不污染环境。 (3)改善焦炭质量 干熄焦与湿熄焦相比，焦炭 m40 提高 3-8 个百分点， m10 改善个百分点6这对降低炼铁成本，提高生铁产量极 为有利，尤其对采用喷煤粉技术的大型高炉效果更加明显。 国际上公认: 大型高炉采用干熄焦焦炭可使其焦比降低 2%，使高炉生产能力提高 1%。 干熄焦与湿熄焦相比，确实存在着投资高及本身能耗 高的问题，这是制约我国干熄焦技术发展的主要因素，也 是我们一直想解决的问题。但干熄焦带来的经济效益、环 境效益和节能效果完全可以抵消其投资高及本身能耗高带 来的不足7 但近几年来，干熄焦工程推广进度并不快，全国需改 造成干熄焦的焦炉约 2200 座左右，而至今投产的却不足 100 座8其原因虽然很多，但干熄焦的耐火材料达不到设 计和使用年限，损毁严重，迫使干熄炉停产检修而造成业 主经济损失是一大制约因素9。 干法熄焦简称干熄焦(coke dry quenching，简称 cdq) 是相对于用水熄灭炽热焦炭的湿熄焦而言的，其基本原理 10闭路的循环系统内，利用惰性的循环气体，在干熄炉 内与红焦换热从而冷却焦炭。吸收了红焦热量的惰性循环 气体将热量传递给干熄焦锅炉产生中压(或高压)蒸汽，用 于发电或供热。被冷却的惰性循环气体再由循环风机鼓入 干熄炉冷却红焦。干熄炉结构图如图 1 所示。 图 1 干熄炉结构图 干熄焦耐火材料主要用于干熄炉、一次除尘器等受冲 刷和磨损的部位。初期的干熄炉和一次除尘器工作面层所 采用的耐火材料仅是一种普通的耐火砖，从运行情况来看， 干熄炉斜道区、冷却段耐火砖断裂、掉砖和磨损非常严重， 每年的正常维修已无法保证干熄炉生产的需要，1 年后就需 大修更换11，耐火材料存在的诸多问题严重影响着干熄 焦后续生产的正常进行。 干熄焦技术国内外现状 国内干熄焦现状概述 宝钢 1985 年从日本新日铁引进 4 套 75t/h 干熄焦装置 用于焦化生产，这是我国首次使用干熄焦装置。经过多年 使用，设备运行良好，改善了焦化厂环境，经济效益高， 各项指标都超过设计水平12。 鞍钢 1 号干熄焦系统是鞍钢 1、2 号焦炉的配套项目 13，也是鞍钢重点环保技改项目，采用目前国内最新型 的干熄焦技术，是世界上工艺及设备最先进的干熄焦工程 之一。鞍钢干熄焦工艺流程由干熄和循环气体两大部分组 成，最大处理能力和排焦能力分别为 140t/h 和 155t/h， 年处理焦炭达 100 万 t，设备国产化率达到 90%以上。 武钢焦化公司干熄焦系统是武钢重点环保效益工程14， 焦炭干熄率达到 93%以上。为使干熄焦装置尽快达产，武钢 在引进先进工艺的基础上，自主开发兼容三电一体化的电 器仪表控制系统，可使电机车定位精度达到10mm 水平。 攀钢干熄焦系统是攀钢焦炉异地大修工程重要配套项 目之一，其处理能力为 145t/h，主要设备国产化，整体系 统包括干熄炉、锅炉、除尘系统以及相配套的各种设备， XX 年 4 月开始按干熄率为 100%组织生产15。 济钢 6、7 号焦炉 150t/h 干熄焦工程引进了新日铁的 最新技术，国内首家采用高温高压自然循环锅炉，采用多 项国内先进技术，产汽量/h，年干熄焦炭 112 万 t，发电 17600 万 kwh，是目前国内规模最大的干熄焦装置之一16。 另外，唐钢、包钢、沙钢、莱钢、杭钢及本钢等相应 的干熄焦项目也已投产运行。 国外干熄焦现状概述 工业化干熄焦装置虽然最早由乌克兰发明，但由于其 设备处理能力、自动化控制水平及环境保护措施方面没有 多大改进，因此其技术领先地位被在这些方面有很大突破 的日本所取代。 日本的新日铁、nkk 等公司建设的干熄焦单炉处理能力 均达到 200t /h 以上，远远超过乌克兰的 70t/h。他们在装 焦装置上采用料钟布料，改进了鼓风装置位置和结构，采 用旋转密封阀式连续排焦和旋转焦罐接焦等措施。在循环 系统增加了节能设施，使气料比由 1500 时/t 焦降至 1200m 3/t 。这不但使单炉处理能力得以提高，而且大大降低了 装置运行费用。在自动控制方面，实现了三电一体化，作 到了全自动无人操作。 除尘方面采用了地面站、实现了无尘操作，日本的干 熄焦技术不仅在日本被普遍采用，而且打人了德国和韩国 以及我国市场。 二十世纪 80 年代以来，德国 tsoa 公司成功地将水冷 栅和水冷壁置人干熄炉，并将干熄炉断面由圆形改为方形， 同时在排焦和干熄炉的出气方式上进行了根本改进，使焦 炭在干熄炉中下降及气流在干熄炉中上升实现了均匀分布， 大大提高了换热效率，使气料比降至 1000m3/t 以下，进一 步降低了装置的运行费用。 同时，传统干熄焦工艺中的一次除尘器被省去，整个 循环系统大大简化并减少。自动控制方面，tsoa 干熄焦同 样实现了无人操作。tsoa 干熄焦不仅在德国，而且在韩国 和中国台湾也得到了应用。 干熄焦用耐火材料概述 在 cdq 展初期，由于 cdq 耐火材料的使用温度不高 (10001200)，人们未对其重视，考虑到 cdq 用耐火材 料使用环境与高炉炉身环境相似，所以采用与高炉炉身部 位使用的耐火材料大致等同的材质，各国均采用了粘上质 耐火材料。然而，随着焦炭高生产率的发展，冷却形式的 变化和余热的回收带来的操作变化(如喷气，喷雾等增加热 回收)，耐火材料的使用条件变得更加苛刻，单纯的粘上制 品已不能满足需要，研究 cdq 用专用耐火材料已成为必须。 日本学者于八十年代研制出 cdq 车及内衬用耐火材料，并 取得了专利。其运焦车用耐火材料为用硅酸盐或 si3n4 结 合的 sic 火材料，主成分 sic 本身具有高耐磨性和高的热 传导率，并且在 1000下并不会因为氧化而降低制品的热 震稳定性、耐磨性。即使高温下 sic 气接触氧化形成 sio2 降低制品的性能。 延长干熄焦耐火材料使用寿命的研究现状 沙钢焦化厂 2*140t/h 干熄焦工程是焦化一期、二期 1- 4 号 jn60-6 型焦炉的配套工程，其运行一年后停炉年修时 对炉内进行了仔细检查，发现斜道区部分牛腿砖不同程度 出现断裂、脱落、变形等现象，冷却段耐火砖存在不同程 度的磨损现象，平均磨损量在 40mm 左右，最大为 80mm。沙 钢工作人员虽然对干熄炉进行了换砖修复，但是再次停炉 检修时发现上述现象仍然存在，可见换砖修复未能取得良 好的效果17。 鞍钢化工总厂一、二、三期干熄焦工程分别于 XX 年 10 月、XX 年 12 月和 XX 年 10 月投产运行，鞍钢在年修期间发 现，干熄炉砌体和一次除尘膨胀节的实际磨损非常严重， 表现为砖体损坏、塌沉、脱落等，尤其是预存段和冷却段 之间的部分，几乎没有完好的调节砖。鞍钢的工作人员更 换了大约三分之一的耐火材料，但实际效果并不是很好18。 杭钢 75t/h 干熄焦工程项目于 XX 年 5 月 19 日竣工投 产，XX 年 12 月对干熄焦装置进行首次停产年修时发现，32 个斜道牛腿砖正面及两侧面出现不同程度的裂纹，斜道牛 腿侧面砖缝出现拉裂，牛腿砖两侧面因气流冲刷成坑状磨 损，冷却段部分衬砖表面出现不同深度的孔洞，有层状剥 落现象。杭钢工作人员对干熄炉斜道区进行换砖修复，对 冷却段使用高强耐磨浇注料(as-1)进行整体浇筑,浇筑厚度 100mm,浇筑高度，但并未取得良好的效果19。 马钢干熄焦装置在运行投产一年后的停炉大修中发现， 斜道牛腿侧面产生裂纹，正面直缝出现大的开裂，且部分 耐火砖有断裂的现象。鉴于此，马钢工作人员采取了提高 关键部位耐火材料强度指标，在斜道牛腿处采用整砖砌筑 以加强抗拉强度等措施来延长干熄焦耐火材料的使用寿命， 但效果并不明显20。 武钢焦化的干熄焦装置从 XX 年 12 月投产至 XX 年 3 月， 不到 3 年的时间进行过 3 次停炉检修。检修原因均为 36 个 斜道支撑梁不同程度地存在耐火砖疏松、断裂和脱落等现 象，预存段过梁砖多处出现下沉、断裂、破损。XX 年 3 月 再次检修时，采取了改进砖型结构、选用优质塞隆结合碳 化硅砖、提高耐火泥浆常温黏结强度等措施，对斜道 36 根 支撑梁和过梁进行解体重砌后投入使用。于 XX 年 9 月进行 正常停炉年修时观察，尚未发现掉砖等严重现象，但依然 有问题存在，检修效果一般21。 耐火材料严重损坏迫使干熄焦装置频繁停产检修，造 成业主成本持续增加22以，延长干熄焦耐火材料使用寿 命的问题正受到世界各国越来越多的重视。 以往延长干熄焦耐火材料使用寿命的研究只是针对某 一方面进行，具有很大的片面性。但事实上，造成干熄焦 耐火材料损坏的因素繁多，例如：(1)干熄焦装置整体结构 设计不合理;(2)不能合理的选择耐火材料;(3)耐火材料及 耐火泥本身的质量问题;(4)由于种种原因，不能严格按要 求砌筑;(5)烘炉不当;(6)耐火材料所处的工况不稳;(7)对 耐火材料维护不当等23火材料存在的诸多问题严重影响 着干熄焦后续生产的正常进行。 延长干熄焦耐火材料的使用寿命是一项系统工程，本 文通过认真分析干熄焦各个部位耐火材料损坏的原因，制 定相应的措施来延长干熄焦耐火材料使用寿命。 二、研究方案 主要研究内容 找出影响干熄焦耐火材料使用寿命的因素，认真分析 造成干熄焦耐火材料异常损坏的原因。对耐火材料使用前 后、使用期间的物理化学性能采用电镜、xrd、抗压强度等 方法进行表征，对延长干熄焦耐火材料使用寿命的方案进 行优化，使其达到最优结果。 目标 通过认真分析宣钢焦化厂干熄焦各个部位耐火材料损 坏的原因，同时借鉴以往的实践经验，结合本工程实际情 况制定相应的措施来达到延长干熄焦耐火材料使用寿命的 目的。 方法手段 对耐火材料使用前后的物理化学性能采用电镜、xrd、 抗压强度等方法进行表征。 改进及创新 对于延长干熄焦耐火材料使用寿命的研究，国内对其 研究的很少，国外对其研究的也不多。 以往对延长干熄焦耐火材料使用寿命的研究只是针对 某一方面进行，具有很大的片面性，而本文则是通过认真 分析造成干熄焦耐火材料损坏的原因，采用电镜、xrd、抗 压强度等方法对耐火材料进行表征，提出延长其使用寿命 的措施。 三、进度安排 第 1-2 周：查阅国内外相关文献，熟悉课题研究背景。 第 3-4 周：初步确定研究方案，完成开题报告，准备 实验材料和设备。 第 5-6 周：找出干熄焦耐火材料损坏的原因。 第 7-10 周：采用电镜、xrd、抗压强度等方法对初装 的耐火材料进行表征。 第 11-12 周：采用电镜、xrd、抗压强度等方法对使用 后的耐火材料进行表征。 第 13-15 周：提出延长耐火材料实验寿命的措施，整 理相关数据，撰写毕业论文。 第 16 周：准备答辩。 四、参考文献 1郑文华，史正岩.焦化企业的主要节能减排措施.山 东冶金，XX，30(6)：17 2谢东.采用低水分熄焦工艺降低大气污染.甘肃冶金， XX，29(5)：72 3关德范.用科学发展观思考中国能源发展战略.中外 能源，XX，14(7):1 4 zhang binglin and li dejin. exploitation and application of cdq in jisteel. coal chemical industry, XX,36(1):14 5 zhou yaping. design and research on coke dry quenching boiler. metallurgical power,XX(2):14 6杜轶峰，冯淑玲，马良. 马钢干熄焦生产与高炉使 用实践.冶金动力， XX (2)：86 7朱玉廷，李宣亮，房克朋.干熄焦技术的进展与展 望.济钢科技，XX(3)：260 8hou yaping. development and application of coke dry quenching technology. journal of anhui vocational college of metallurgy and technology，XX，14(3)：42 9蒋伟锋,陈忠祥.干熄焦炉内衬砖的试制.耐火材料, XX,38(5):363 10 li guanjun and lijun. coke dry quenching- new moden technical of coking production. journal of anhui vocational college of metallurgy and technology,XX,16(4) 11李文忠，夏炎.干熄焦耐火材料异常损坏的分析与 改进.燃料与化工，XX，39(2)：19 12高建业，高熙熙.干熄焦技术的发展.煤气与热力， XX，24(11)：648 13 ma xibo and long xiaoyang. progress and forecast of coal preparation for coking technology in angang. angang technology，XX(1)：3 14 feng hengfu and pan lihui. development and improvement of 140 t/h dry quenching technol