砖煤气道窜漏导致焦炉交换爆鸣原因分析及处理措施研究

砖煤气道窜漏导致焦炉交换爆鸣原因分析及处理措施研究报告人：郭涛单位：山钢莱芜分公司焦化厂前言4砖煤气道是焦炉煤气由煤气管道进入焦炉燃烧室燃烧的通道，其由特定型号的耐火砖和粘土灰砌筑而成。随着焦炉炉龄的增加，炉体膨胀，致使砖煤气道逐步形成错台，密封性降低，造成焦炉煤气窜漏。砖煤气道窜漏不但使入炉煤气在蓄热室燃烧，浪费煤气资源，减少入炉煤气量，造成炉温异常，而且在交换过程中发生爆鸣，损坏蓄热室和封墙。1、爆鸣现象分析

1.1爆鸣条件爆鸣实际上就是煤气在有限的小范围内的爆炸，而爆炸又是燃烧现象的一种特殊情况，它是在定容条件下由于绝热压缩引起的高温高压所导致的急剧反响。从表1可以看出，由于焦炉煤气(COG)的H2含量高，而H2的比重低，是易燃易爆气体,，而且焦炉煤气的爆炸上限和下限都很低，下喷式焦炉使用焦炉煤气加热，在交换时比其他煤气更容易发生爆鸣现象。表1.加热煤气组成及爆炸极限%加热煤气可燃成分H2CH4COC2H4爆炸极限焦炉煤气94.252.029.38.74.25～30高炉煤气28.41.90.226.10.230～70〔2〕爆炸性气体到达一定的着火温度(焦炉煤气600~650℃)。〔1〕煤气与空气同时存在一定的空间范围且混合比例处在爆炸范围之内(焦炉煤气5%~30%)；煤气爆炸必须具备下面条件：爆鸣一般发生在砖煤气道灯头到焦炉煤气交换旋塞除炭口这么一段很小的管系内，在砖煤气道底部到立火道底部温度为200~1300℃，完全能满足爆鸣所需温度，它释放的巨大的冲击波对于炉体及加热设备有极大的伤害，对于焦炉的生产带来极大的平安隐患。51.2窜漏爆鸣过程分析〔1〕爆鸣原理正常加热时并不存在爆鸣现象，爆鸣多发生在交换结束后的10~20s，一般来说，焦炉交换都经历3个根本过程，即：关煤气→交换空废气→开煤气，每个过程各要运行15s，中间有2个0.8s的停顿，总共46.6s。在供煤气改为停煤气的砖煤气道中，焦炉煤气不可防止的会残留在交换旋塞至砖煤气道顶的一段管道内，交换完成后，此段管道大概有50Pa左右的热浮力，热浮力将空气由交换旋塞的除碳口急剧吸入到管道内，使之与煤气混合，到达爆炸极限时，遇砖煤气顶部高温或明火时就产生轻微爆鸣。〔2〕砖煤气道窜漏原因1〕由于焦炉的砖煤气道和斜道采用硅砖砌筑，而硅砖的SiO2含量占93%以上，而蓄热室内气流方向不断变换，温度变化较大，特别是蓄热室下部〔见表2蓄热室下部温度变化情况〕。随着蓄热室主墙温度在150℃~550℃之间不断变化，硅砖的方石英、磷石英的晶型不断变化，伴随体积膨胀和收缩，造成了砖煤气道开裂和掉灰，以致窜漏。表2.蓄热室下部温度变化情况℃气流方向气流温度对应部位主墙温度上升～100～150下降450～600～5502〕频繁的加热交换引起小烟道承插口松动，密封性差，吸入大量的空气，降低主墙下部温度，容易开裂；3〕煤气交换时，局部砖煤气道产生爆鸣，震松主墙，引起掉灰；4〕蓄热室主墙底部温度较低，造成灰浆与砌体未烧结，严密性差，容易窜漏；5〕蓄热室端部距外界较近，炉头温度降低，造成封墙不严；6〕蓄热室下部温度较低，废气产生的酸雾使主墙腐蚀，造成窜漏。(3)砖煤气道窜漏爆鸣过程转煤气道密封不严，导致窜漏时，上升砖煤气道内的煤气会在压力和相邻砖煤气道吸力的共同作用下进入停供煤气的砖煤气道中，导致此管道内的煤气量大量增加，其与由除碳口进入的空气混合后形成爆炸气体，到达着火温度，就会产生爆鸣。1.3爆鸣的危害(1)使炉体的严密性变差。导致局部上升的煤气进入蓄热室内燃烧,对于正常的压力制度破坏明显，严重的会造成格子砖的烧坏、坍塌，增大蓄热室的阻力，引起温度异常，甚至会形成高温事故，导致难推焦，破坏生产秩序的稳定。(2)COG下喷管内孔板被炸坏。使得原有横墙煤气分配发生变化，致使原有正常的横排温度曲线发生变化，影响焦炭的均匀成熟，严重的导致煤气的严重过量，导致烟囱冒黑烟。(3)损坏正常的煤气加热设备。造成横管丝扣连接处炸开，包括炉台与下喷管处的严密性变差，会产生煤气的泄露，严重的可能造成煤气中毒事故。(4)长期的爆鸣会使作业人员形成心理上恐惧，对平安生产不利。爆鸣对焦炉的影响是一种相互的且是巨大的，长期会形成恶性循环，加速炉体的损坏，大大减少炉体的寿命，给生产可能带来不可预料的影响，所以要对此引起足够的重视。2.常见治理转煤气道窜漏的方法目前，比较常见的处理砖煤气道窜漏的方法主要有：喷浆法、插管法、满流法三种。〔1〕喷浆法。按照一定的配比将粘土火泥生料和熟料用水混合制成喷浆料，使用风压将喷浆料由下喷管底部快速喷入砖煤气道，在重力作用下喷浆料自然下落，从而在砖煤气道壁上形成一层浆膜，此浆膜同时能够向砖煤气道砖缝内渗透，起到密封作用。此方法处理时间较短，能够大面积进行操作，快速有效。但是浆膜的附着一般仅能维持3个月作用，随着浆膜的脱落，窜漏状况将会进一步恶化，同时浆膜积攒在下喷管下部，堵塞四通，影响正常加热。〔2〕插管法。将需处理的砖煤气道在下降气流时关闭该横排管的煤气加减旋塞，拆卸下喷管，将选用的不锈钢管〔φ25×2.5，L=2000mm〕从下喷预埋管底部插入，用石棉绳和耐火泥密封两管端部间隙，以免煤气窜入。装回下喷支管，恢复加热，约10min即可处理一个窜漏的砖煤气道。此方法能够有效处理严重的砖煤气道窜漏问题，维持正常的加热，但是插入的不锈钢管在使用过程中经常脱落插入下喷管下部的四通，完全阻断煤气进入立火道，假设发现不及时，极易造成低温事故，同时在砖煤气道中插管，也会增加系统阻力，不利于正常加热。〔3〕满流法。将满流器与焦炉煤气下喷管紧密连接，采用一定压力的压缩空气，将配好的耐火泥浆压入满流喷浆器内,泥浆满流到砖煤气道与插入其间的喷浆器管子之间的管壁间,在重力作用下使泥浆充满砖煤气道的各处裂缝,到达密封砖煤气道的目的。同时,多余的泥浆回流到喷浆器料管内,用贮浆桶盛接贮存,供循环使用，如图1所示。此方法能够有效处理不同部位、不同程度的窜漏，处理效果好，但是处理过程较长，大面积处理窜漏可行性较低。3、处理措施〔1〕跟踪交换爆鸣情况。在交换过程中，大的爆鸣一般都是由密封性差引起的，在排除了交换旋塞密封不严后，重点对砖煤气道窜漏情况进行检查。发现大的爆鸣，需翻开蓄热室封墙下部的塞子砖，观察蓄热室内部是否有火苗出现，根据火苗的方向和位置制定检修方案。〔2〕按季度进行喷浆。由于喷浆料只能坚持3个月左右的时间，要保证全炉砖煤气道的密封性，就必须按季度对全炉砖煤气道进行喷浆处理。在喷浆过程中，我们用水玻璃替代水配制喷浆料。虽然砖煤气道内的温度缺乏以发挥水玻璃的最大作用，但是其配制的喷浆料挂接效果明显优于水〔3〕使用插管法进行日常治理。根据插管法使用方便，效果明显的特点，在日常作业中，发现窜漏，及时使用插管法进行治理，可有效保证炉温的正常，同时做好记录，按方案进行喷浆或灌浆。〔4〕满流法处理炉头砖煤气道。受炉体膨胀和温度散热量大影响，炉头部位砖煤气道窜漏率一直处于较高的，在温度