7.63m焦炉存在的问题及解决办法

7.63m焦炉为双联火道、分段加热、废气循环、焦炉煤气下喷、高炉煤气和空气侧入、蓄热室分格的复热式超大型焦炉。主要特点是装备水平国际领先、焦炉上下加热均匀、环保及操作环境好等。

      2006年8月15日推出第1炉焦炭开始，遇到了许多制约正常生产的难题，部分指标和功能达不到设计水平。为此，我们成立了多个项目的攻关组，不仅解决了上述问题，还使部分指标和功能超过了设计水平。

1 提高单孔炭化室装煤量

7.63m焦炉投产初期，装煤量不足，炉顶空间高度达800mm，导致炉顶空间温度高达987℃，由此引发下列问题。

(1) 装煤孔和上升管内的石墨生长速度很快，影响装煤操作，延误了出焦。

(2) 上升管因长石墨而造成内径缩小，导致炭化室内的压力增加，使机焦侧炉门和装煤孔冒烟。

(3) 3号装煤孔堵死，4个装煤孔的煤线高度不均匀，没有达到设计要求。

(4) 装煤车的装煤螺旋加料机产生大电流，甚至堵死螺旋加料出口，无法正常生产。

1.1 提高单孔炭化室装煤量的措施

为解决装煤量不足带来的一系列问题，我们采取以下措施：

(1) 装煤称重仓单斗装煤量调试优化；

(2) 装煤车称重系统校正、提高稳定性，保证装煤量的稳定；

(3) 培训提高工人的作业水平，稳定装煤操作环节；

(4) 修改不同炉号、不同炉孔的加煤控制时间及装煤各导套的延迟时间，测试出较准确的配置方案。原设计的加煤总时间为82s，因煤的粒度、水分、配煤等差异，加煤后期，会因炉顶空间压力过大而造成装煤孔冒烟着火现象，环保方面达不到要求。由于加煤速度在短时间内变化过快，会影响装煤螺旋机构的正常运转，经常发生螺旋电流大、螺旋拧死、堵塞装煤孔等问题。

针对以上情况，连续测量了加煤过程中4个装煤孔的压力变化，从加煤总时间和4个煤斗分别延迟加煤等方面进行试验，最终测算出加煤时间为85s比较合理，且4个煤斗加煤部分采用延迟时间控制在5s、3s、 1s和0s。有利于炉顶空间压力的流畅，确保了装煤过程中不冒烟，达到了环保要求。

(5) 为解决装煤末期炉顶空间压力波动大，装煤孔冒烟，环保不达标的难题，测试出装煤车二次加煤及推焦机二次平煤的协调控制方式。原设计的不足之处是平煤时炉顶空间压力过大，焦侧炉门冒烟情况居多，平煤杆带出的余煤大。我们将4.3m焦炉采用过的2次加煤及2次平煤的操作经验应用到7.63m焦炉上。装煤车第1次加煤后暂时停止装煤，推焦机进行第1次平煤，使炭化室内的煤峰得到初步拉平，然后装煤车再继续加煤，推焦机进行2次平煤。经测试，实行装煤车2次加煤及推焦机2次平煤的协调控制方式后，解决了装煤末期炉顶空间压力波动大、装煤孔冒烟、环保不达标的难题，并取得了多装煤及减少平煤余煤量的效果。

(6) 改进设备。在装煤车加煤螺旋给料机的轴头部位，增加了拔煤的导向杆，给煤料下落增加一定的外力，保证了加煤的顺畅，减少煤料被挤实、堵料问题，也消除了螺旋堵料和大电流的问题，见图1

图1 装煤车螺旋示意图

(7) 改变平煤杆前部筋板高度，减少平煤杆带出的余煤。

1.2 提高单孔炭化室装煤量的效果

(1) 采取改进措施后，炉顶空间稳定在(500±50) mm左右，炉顶空间温度由原来的987℃,降低到839℃。

(2) 装煤量明显增加，单孔装煤量由投产初期的62.5t提升到64.5 t。

2 降低炉顶空间温度

2.1 炉顶空间温度过高的原因分析

针对炉顶空间温度过高的原因，首先对生产现状进行了调查分析，详细数据见表1。
表1 焦炉实际生产数据（2006年11月）

* 横墙温度是指炭化室内炉墙温度。

根据表1数据和现场的情况分析，炉顶空间温度过高的原因有以下几个方面：一是装煤量不足，使炉顶空间增大，炉顶空间温度随之升高；二是燃烧室高向加热差，上下温差仅6℃，这说明燃烧室上部温度较高；三是结焦时间过长，由燃烧室供给炭化室的热量过剩；四是炉温不稳定且偏高，由燃烧室传给炭化室的热量也过剩。

2.2 改进措施

(1) 调试煤线。根据调温组煤线的测量结果，通过调节装煤车4个装煤斗的装煤设定量，使4个装煤口的装煤量均匀；推焦机调节平煤杆下边缘高度，将平煤杆提高了100mm，最终将煤线控制在（500±50)mm，装煤量达到了64.5t。

(2) 稳定结焦时间。通过培训，提高生产班组和四大车司机的操作技能，严格按照执行计划出焦；及时检修焦炉四大车，保证备用车的完好；主控操作人员准确编排出焦计划，保证结焦时间稳定。

(3) 调节燃烧室高向加热。通过看火孔调节加热水平调节砖，使加热水平高度由660mm和1110mm改为1110mm，见图2。

将废气开闭器上部空气进口翻板开度调节为0％～50%，使燃烧室上部空气与底部空气的比值为1:1/2。废气开闭器上部空气与底部空气分配比的调节位置见图3。

将废气循环孔砖从远离废气循环孔的位置调节至靠近废气循环孔的位置，以减少废气循环量，起到缩短火焰的目的。
图3 空气进口翻板调节前后位置示意图

(4) 稳定炉温。制定合理的标准温度、煤气供应压力、烟道吸力、加热暂停时间、进风口开度及开闭器吸力等加热制度；运用Coke Master的热量控制系统，根据实际的加热用热流量和每4小时1次的直行温度，自动调节加热暂停时间，使焦炉温度在规定的标准温度±10℃范围内波动，保持了炉温的稳定。

2.3 实施效果
实施上述措施后，炉顶空间温度明显降低（表2)，各项技术指标达到了既定目标
表2 实施改进措施前后的炉顶空间温度

3 解决炭化室石墨沉积的问题

焦炉投产后不久就发现炭化室顶部、装煤孔、上升管管体、鹅颈管等多处部位严重沉积石墨，直接影响到生产的正常进行。

3.1 炭化室石墨沉积的部位

(1) 炭化室顶。主要沉积部位在炭化室顶部向下800mm的范围内，厚度约50mm，长度约18m。

(2) 装煤孔。主要沉积在炉圈向下的区域内，与炉顶看见的石墨相联。

(3) 上升管管体。主要沉积在整个管壁内部，其中上升管与炉顶的联接处尤为严重。

(4) 鹅颈管。主要沉积在与上升管连接的三通部位。

3.2 石墨对生产的影响

(1) 随着石墨沉积厚度的增加，使得炭化室顶部空间变小，多次发生平煤时平煤杆被夹死的情况，每次排除故障须用5～6人，既影响生产，又损坏设备。

(2) 随着装煤孔沉积石墨量的增加，装煤孔的直径变小，无法满足装煤需要，甚至发生堵煤现象（装煤车加煤螺旋出口）。每次堵煤，必须手动盖上装煤孔盖，将装煤车开至事故放煤口（炉端台处），进行人工捅煤，再将装煤车开回煤塔重新受煤，进行二次装煤，严重时整个过程需50min。

(3) 上升管管体的石墨沉积到一定程度后，使荒煤气的流通断面变小，煤气无法畅通导出，炭化室内的压力升高，从而使机焦侧炉门大量冒烟冒火，直到上升管和炉体连接处流通断面全部被石墨堵死，无法装煤，严重影响焦炉生产。

3.3 提高清理石墨的机械化程度

第一阶段：制作疏通上升管的专用工具，各班组安排了专人进行清理石墨，包括对装煤孔进行人工捅石墨，在此阶段，消耗时间较长，占用的人工较多。

第二阶段：为了缓解生产班组人员的紧张状况，在炉顶安排了一支专门进行装煤孔清扫的外协队伍，进行清理石墨，并自行研制了1套人工卷扬机进行上升管的清理。

第三阶段：进一步改进清理上升管石墨的铁锤机构，在装煤车上安装1套电动卷扬机，增加了2个导向轮，加大了铁链强度，将过去通过对讲机对位，改为装煤车司机1次对位。上升管石墨清扫机可单人操作，机械化程度高。

第四阶段：清理鹅颈管内石墨操作困难、劳动强度大，我们利用PROven设备改进的机会，清理石墨人员和设备改进人员打好时间差，一边进行设备改进，一边将鹅颈管内的石墨彻底清理。清扫后鹅颈管最小流通孔径由小于400mm变成大于500mm；上升管最小内径由小于300mm恢复至原始尺寸。

4 创新炉温调节措施，减少焦炉煤气消耗

7.63m焦炉置换为混合煤气加热以后，由于炉头温度偏低、直行温度稳定性差，为达到环保和生产任务的要求，必须增加焦炉煤气掺混量，使整体的炉温偏高，直行温度最高时达到1340℃。焦炉煤气用量的多少直接影响到后续工序（轧钢系统）的煤气供应量，公司要求7.63m焦炉焦炉煤气掺混比不得大于15％。

4.1 解决炉头温度低的问题

(1) 调节煤气喷嘴翻板的开度，增加机焦侧炉头的煤气量；

(2) 通过清扫炉头喷嘴翻板，使用压缩空气吹扫炉头蓄热室，畅通蓄热室格子砖；

(3) 使用便携式烟气分析仪检查蓄热室的主墙窜漏，从焦炉煤气下喷管进行灌浆，严密蓄热主墙；

(4) 用硅火泥＋粘结剂严密蓄热室封墙；

(5) 用轻型复合保温材料CFBT/2000进行蓄热封墙保温。

实施后，机侧炉头温度最高提升了242℃，焦侧炉头温度最高提升了206℃，机侧炉头温度平均提高了134℃，焦侧炉头温度平均提高了88℃。

4.2 解决直行温度稳定性差的问题

首先作业人员迅速消化、掌握了Coke Master系统的控制特点，采取下面改进措施：

(1) 加热暂停时间大于60s时，烟道吸力自动减少到160Pa（焦炉煤气加热）/250Pa（混合煤气加热）；

(2) 推焦计划控制界面应增加一个功能，可以根据要求加入1个间隔时间，方便焦炉检修；

(3) Coke Master系统应将实际的结焦时间信号发送给PROven系统，减少生产过程中推焦机的等待时间，提高生产效率；

(4) 增加测温顺序的选项，使操作人员可在1个换向周期内完成2座焦炉的测温工作，提高作业效率，见图5。
到2007年末，各项功能正常，实现了焦炉操作自动化，日出炉数达到134炉。焦炉直行温度稳定性系数Kc由投产初期的0.33提高到0.85以上。目前，7.63m焦炉在炉温控制方面的先进性见表3。
表3 7.63m焦炉的炉温控制参数

由表3可见，太钢7.63m焦炉炉温稳定性的控制比国内常规焦炉更方便、更容易、更有效。调节前后直行温度均匀性对比见图6。

5 改进PROven设备

(1) 刚投产时焦炉PROven喷头的喷洒效果不好，焦油粘到PROven元件上，活塞上下运行过程中受到卡阻，致使PROven系统不能正常调节，炭化室压力不能达到设计值。分析其原因，一是循环氨水不干净，加设了氨水过滤器后较好地解决了问题；二是喷头孔径小，易堵塞，更换孔径较大的喷头后也得到了解决。

(2) PROven活塞球冠经常掉落，致使PROven系统不能正常调节，炭化室压力不能达到设计值。将联接方式由螺纹联接改为点焊或加防松卡片后，再没有发生过活塞球冠掉落的现象。

(3) 原设计PROven活塞套的氨水密封弯头为90°，此处经常堵塞，活塞套冒烟严重，现将密封弯头改为45°后不再堵塞。

(4) 原设计PROven氮气流量计位置离火源太近，经常烧坏，改变氮气流量计位置后，没有发生烧坏现象。
图6 调节前后直行温度均匀性比较

6 优化CSQ熄焦工艺

7.63m焦炉自2006年8月投产以来，焦炭水分一直不太稳定，未达到设计保证值。主要问题是熄焦车车皮底部存在部分红焦，熄焦水溅出多，熄焦塔下散落的焦炭多。红焦量大时，必须在焦台上进行人工打水熄灭红焦，由此产生的高温蒸汽、煤气混合物危及安全生产，伤害工人健康。对此我们采取了下述措施。

(1) 稳定炭化室装煤量，稳定单孔焦炭产量。

(2) 调整DCS系统下水信号开关位置，保证熄焦下水正常。

(3) 规范熄焦操作，制定熄焦车管路清洗作业标准，每熄16～17炉焦炭，必须冲洗熄焦车管路系统2～3遍，确保水管路系统通畅，为稳定焦炭水分创造条件。

(4) 改进控制关键环节，通过调节熄焦下水程序中的时间、阀门开度等参数，优化配置，逐步掌握CSQ熄焦工艺技术诀窍。

(5) 改进熄焦塔挡焦斗护板设计，将原来的板式严密形式改为管式密封，减少了熄焦水的流失，同时消除了钢板脱落影响皮带系统正常运行的事件。

(6) 稳定熄焦设施的操作，在保证电机电流不超额定值（250A）的条件下，调节清水泵进出口阀门的开度，上水压力达到0.8MPa，捕雾喷嘴喷洒直径达到2m左右，清水雾化效果好，在捕集熄焦蒸汽中粉尘的同时，又均匀熄灭红焦表层。

(7) 优化、固化熄焦PLC程序，熄焦作业下水时间由60s（一次底熄加二次底熄）缩短到42s，熄焦效果良好。

经过上述一系列工艺、控制环节及设备调节改进后，熄焦后无红焦，焦炭均匀稳定，熄焦塔下焦炭散落现象大幅度减少，焦炭水分均匀稳定在3%左右，熄焦系统各工艺设施运行稳定。

7 结语

通过2年多的生产实践与探索，解决了生产中的一些难题，现在每天出炉134炉，日产焦炭6000t,达到了设计要求。