大型干熄焦环形风道的改进与优化

1、大型干熄焦环形风道的改进与优化朱长军（首钢京唐西山焦化有限责任公司 唐山曹妃甸工业区063200）摘要：本文主要结合首钢京唐西山焦化公司投用的世界最大型干熄焦装置，对实现大型化 难点的环形风道的改进优化进行介绍，并对应用效果进行说明。关键词：干熄焦 大型化环形风道导流板综合京唐钢铁公司焦化作业部的产能情况，京唐焦化在科学论证和试验的基础上应用 了最前沿的干熄焦技术，使新建成的干熄焦装置在节能、环保和自动化控制等方面均达到 了干熄焦装置的国际先进水平，260T/H的处理能力方面更是世界第一。一、大型干熄焦优势及技术难点大型干熄焦技术优势建设1X260t/h干熄焦装置与2X140t/h干熄焦装置比

2、较可减少占地面积（约23%）、 减少设备台套数（投资）、减少日常维护及检修量，降低运行能耗量。经综合测算可降低建 设成本2025%左右，可降低运行成本14%左右，增加投资回报达30%左右。京唐西山焦化现有四座7.63m焦炉，每座为70孔，2座焦炉小时全焦产量246t/h。京 唐西山焦化根据目前世界上干熄焦技术的发展状况，以及NSC-ENG在大型化干熄焦方面 的技术开发、技术积累和国内外的实际运用经验，采用了 NSC-ENG的干熄焦的技术，最 终配套建设了处理能力2X260t/h的干熄焦装置及配套设施，湿熄焦系统作为备用。京唐干熄焦主要设备规格参数指标见表1。E项目规格/性能E项目规格/性能1装

3、入焦碳平均温度1020C10干熄炉入口气体温度约 130C2装入焦碳平均粒径60mm11锅炉入口气体温度约 980C3焦碳冷却时间约2h12冷却后焦碳温度200C4单炉焦炭产量44.03T13汽料比（吨焦产汽率）0.58t/t 焦5焦粉率（系统除尘部）约2%14干熄焦风料比约1400Nn?/t 焦6气体循环风机风量370000Nm3/h15产生蒸汽压力9.5MPa7气体循环风机全压力12.9KPa16产生蒸汽温度540 + 5C8焦炭烧损率0.9%17配套发电机组2X25MW9焦碳处理量Max2X260T/H18产生蒸汽流260T/H处理量150T/HNor2X239.8 T/H量（设计）23

4、9.8T/H处理量134T/H表1京唐干熄焦主要设备规格参数大型干熄焦技术难点虽然大型干熄焦优势明显，但由于存在许多技术难题使得大型干熄焦装置无法得到普 及应用，其中最突出的难点就是环形烟道的焦炭浮起问题，其过程如图1所示。在设计过程中即使决定了冷却260T/H焦炭处理量所需的循环气体量，但如果全部气体 量不能合理通过斜烟道，则有可能焦炭浮起堵住斜烟道，使冷却气体无法流通而造成停产。决定干熄焦工程气体循环系统极限量的瓶颈点是斜烟道区的气体通过面积，所以应进行最 大化通过截面设计斜道口。但干熄炉需要利用斜烟道区的立墙耐火砖支撑预存段耐火砖， 所以还需充分确保结构的机械强度。很明显结构的机械强度和

5、斜烟道的气体最大化通道面 积是相矛盾的，因此就需要综合分析试验后进行优化设计，避免发生焦炭上浮现象。斜烟道部位的焦发干熄槽本体图2-京唐干熄焦干熄炉结构图图1.斜烟道部位焦炭浮起示意二、环形风道优化1.结构优化京唐公司与设计安装单位基于干熄焦多年稳定运行经验和技术发展现状，对已用的各 项干熄焦技术进行分析比较，对环形风道区进行全新设计优化。1.1干熄炉各段比例优化（环形风道占比变化）对冷却能力（干熄槽各部位构造、尺寸、物料平衡，热平衡）进行了计算，确定了适应 260T/H大型干熄焦处理能力的干熄槽，主体形状如图二所示。干熄槽（冷却段）采用矮胖型并做进一 步优化。干熄槽冷却段高度与直径之比由一

6、般的0.78降至0.72。冷却段高度的进一步 降低可减小干熄炉内循环气体的阻力，降低 循环气体量，使设备费、运营费及生产成本 降低，相应配套的提升机钢桁架和一、二次 除尘器钢结构的高度也可降低，节省工程投 资。预存段与冷却段高度之比较一般干熄焦 低，预存段容积比降低可减小斜道砖承重符 合，同时可使相应配套的提升机钢桁架和一、 二次除尘器钢结构的高度降低，节省工程一次投资。1.2斜道区构造优化斜烟道的构造是干熄槽中最复杂的部分，是决定干熄槽的循环气体供给量临界点的重 要的部位。先进科学的应力分析设计的立墙结构，使斜烟道立墙的寿命得到了很大的延长。目前国内普通的斜烟道立墙砖一般使用不到半年就开始有

7、断砖、开裂的现象，有的斜 烟道在使用1年后，基本上有30%的斜烟道立墙需要重新砌筑。由于首钢京唐干熄焦的斜 烟道立墙砖采用了新的构造形式，这个问题得到了基本的解决。图3 .仿真三维图图4 .斜道构造示意图2.新技术应用2.1原有双斜道技术双斜道顾名思义每个斜道有两个斜道口，与单斜道相比，每个斜道口通过中间供分成 上下两个斜道口。如图5单斜道的结构图，图6为双斜道的结构示意图。图5单斜道结构图图6双斜道结构图采用双斜道后，在斜道口面积及斜道角不变的情况下，双斜道与单段斜道比较斜道挡 墙将焦面长度分割为两份，在每个斜道内焦炭堆积的厚度显著减薄，可有效降低焦炭层阻 力，使焦炭层上下表面压差的降低，从

8、而有效地消除焦炭的浮起。采用两段式斜道，可使斜道内气流速度约降至同样条件下单斜道内气流速度的70%， 防止焦炭上浮的最大处理能力提高约40%，且降低了粗粒焦粉对环形气道的磨损。2.2斜道导流板大型干熄焦装置如果采用双斜道设置 ，经试验得出由于大型化后环形风道需要 流通气体量过大，采用砌筑方式的双斜道 （或三斜道）方式，斜道区应力变化过于 复杂，使用寿命无法保证，针对此情况， 京唐公司干熄焦斜烟道研发了防偏流装置 （导流板），相当于三斜道设计，金属导 流板体积小巧有效的解决了环形烟道气体 通过面积（降低干熄炉体积）和复杂受力 问题。导流板自动分配了循环风量，取消 了调节风砖解决了焦炭漂浮现象的发

9、生。图7斜道导流板结构图耐火材料改进环形风道支柱部位结构复杂，烟道支柱在结构上承受着炉子上部耐火材料的重量，承 受弯矩应力，热膨胀应力，急冷急热产生的不均衡应力以及材料自身不同温度段化学反应 引起的内部应力，而且还有焦炭滑移产生的摩擦力和气流冲刷作用，造成各部位耐火材料 在负荷运行中承受应力的失衡，当这些应力的综合作用超过材料的机械强度时，就造成高 温机械开裂、剥落、断裂或磨损。对于干熄槽斜道区特点，选用热震性能、耐磨性能好、抗折强度大的BE3-LN砖，同时 针对斜道区的工况特点及国内生产制造现状，耐火泥采用了进口产品。三、京唐干熄焦应用实效3.1导流板应用效果实测在预存室中部有44个看火孔，

10、下部是环形气道，环行气道在1#与44#及22#与23#间 设有挡墙将环行气道分成两半。气流沿圆周方向分两半汇合通向一次除尘器，在冷却段有 抽、排热循环气体的斜道区，沿炉圆周方向均匀分布44个斜道。2011年经专业部门对干 熄焦进行了标定，环形风道区数据如表2所示，数据可以看出环形风道的压力、温度、流 速均匀性不是很好，但达到了整体换热的要求，排焦温度正常。编号 项目2#14#17#21#温度889C975C1001C1015C压力-671.3 Pa-666.5 Pa-600.4 Pa-582.9 Pa流速21.1m/s21.1 m/s15.6 m/s19.5 m/sf编号 项目-一43#31#

11、28#24#温度930C937C928C907C压力-669 Pa-571.1 Pa-561.4 Pa-545.4 Pa流速21.2 m/s17.9 m/s20.6 m/s19.6 m/s注：由于条件限制，现场无法对每个斜道出口都进行测量。 编号方式：站在1DC面向干熄炉，顺时针编排。表2 大型干熄焦斜道区实测值3.2性能指标评价2010年11月京唐公司与中日联公司共同对一步260T/H干熄焦进行了性能评测试验， 其基本运行参数如表3所示，综合性能测试指标如表4所示，全部达到设计要求。g 序号排焦量循环风量排焦温度锅炉入口气体温度锅炉出口气体温度干熄炉入口温度主蒸汽压力温度蒸发量单位T/HwN

12、m3/hCCCCMPaCT/H125234.081459581611279.2530149.8226234.961409651601289.5540150.7327433.931399651601269.6541149.8表3 京唐干熄焦运行基本参数保证项目保证值测试结果结论焦炭诵过量260t/h252t/h，瞬时最大 271t/h合格冷隹温度保证值200C以下157.9C合格蒸汽发生量150t/h压力9.5 + 0.2MPa 温度540+5C149.4t/h压力9.62MPa温度540C合格提升机循环操作时间不超过9.33min9.20min格表4京唐干熄焦综合性能测试指标四、结束语京唐焦化公司一期一步干熄焦工程于2009年5月份投产运行，一期二步干熄焦工程于 2010年4月份投产运行，一步干熄焦运行至2012年9月利用年修将导流板全部更换，