焦炉用混合煤气加热交换方式的分析王觐凯

焦炉用混合煤气加热交换方式的分析王觐凯

王觐凯

山西省焦炭集团益兴焦化股份有限公司山西介休032000

摘要：随着我国经济的快速发展，各行各业都在快速的发展。焦炉交换设备是完成焦炉加热的核心设备，对于确保焦炉地下室的安全操作环境起着重要作用。换向设备在生产中呈周期性运行且处在封闭场所内，其安全性是设计的难点和重点。为了进行更加科学的交换系统设计，对焦炉交换系统的交换方式进行研究分析。

关键词：混合煤气；开闭器砣式；旋塞

引言

焦炉用混合煤气中主要可燃气体成分为一氧化碳，约占25%-30%。一氧化碳具有无色无味、剧毒等特性，对人危害极大。当空气中的一氧化碳含量达到0.03mg/L时，对人体有害，当含量达到0.2mg/L时，人就有生命危险。随着国家生产法规的日益完善，对焦化厂的安全要求越来越高，提高了焦炉地下室安全要求。

1火道温度变化特点及影响因素

1.1加热煤气种类与煤气热值

在炼焦生产过程中，以所需要炼焦热量为依据进行标准火道温度计算，并要保证在生产过程中火道温度运行值稳定在目标值。一般采用调整加热煤气流量的方式来保证火道温度稳定，而加热煤气性质变化会造成火道温度波动。一般来说，炼焦生产过程中焦炉加热原料主要有高炉煤气、焦炉煤气和混合煤气。从焦炉加热原理来看，煤气产生的热量会随着加热煤气热值的变化而变化，这会影响火道温度运行的平稳性，使其出现波动［2］。相关研究表明，在焦炉加热燃烧的过程中，加热煤气热值波动较大时，在控制器的作用下，火道温度会被控制在目标值左右，因此，需要考虑采用智能在线控制方法来实现对火道温度的有效控制。

1.2其它因素

除了会受到加热煤气种类和热值的影响外，火道温度还会受到生产操作及环境温度等其它因素的影响。在炼焦生产的过程中，一般以生产计划为依据，但在实际生产过程中有着诸多不确定性，例如推焦计划改变、原料煤供应问题、设备电气故障等，这些都会导致出焦操作偏离预定计划，从而导致火道温度出现波动。此外，风向、天气情况、生产现场温度、压力等因素也会导致烟道吸力及火道温度变化，尤其烟道吸力变化后会改变加热煤气空气过剩系数，使得火道温度出现波动性。需要注意的是，大气压力、温度及风向等因素对焦炉温度的影响是一个长期的过程，较为缓慢，因此火道温度不会出现大幅度波动的情况。

2工艺流程简介

2.1开闭器铊式交换（5m捣固焦炉）

采用侧入式将混合煤气供入炉内，机、焦侧混合煤气主管布置在地下室两侧管沟内。采用煤气铊的上升和下降进行各燃烧室的煤气交换，铊式双体交换开闭器安装在焦炉烟道走廊上，孔板盒和调节旋塞安装在高炉煤气主管上部的支管上进行煤气流量的调节，支管与交换开闭器之间采用连接弯管连接。

2.2交换旋塞交换（7m顶装焦炉）

采用侧入式将混合煤气供入炉内，机、焦侧混合煤气主管布置在地下室两侧管沟内。采用A、B型交换旋塞的交替开闭控制各燃烧室煤气的交换，孔板盒和调节旋塞进行煤气流量的调节，交换旋塞及孔板盒和调节旋塞安装在高炉煤气主管上部的支管上。

3存在问题及解决方案

3.1上升管出炉时冒黄烟

上升管筒体进水量偏大是导致出炉冒黄烟的主要原因，由于进水多、换热量大，导致荒煤气温度和上升管筒体内壁温度均偏低，造成了焦油等物质冷凝、粘结在筒体内壁上，出炉前打开上升管盖后，进入筒体的空气与焦油不完全燃烧产生大量黄烟。为了尽快解决上升管筒体的冒烟问题，对进水量进行控制，既要保证蒸汽发生量，又要避免筒体由于换热量降低产生过热现象。将每个上升管筒体的进水量由之前的40%控制在10%-15%。控制进水量后，上升管内壁焦油粘结量明显减少，蒸汽产量平稳保持在9-11t/h，集气管温度稳定在85℃左右，达到预期目标。

3.2除氧器效果差

原余热系统配备1套完整的进水除氧设施，采用解析法进行除氧，除氧水的含氧量小于50μg/L，新系统解析除氧后的含氧量一般保持在200-300μg/L，最高达到700-800μg/L。循环水含氧量高将加剧管道内壁的腐蚀，严重影响管道及设备的使用寿命。解析除氧采用活性炭作为除氧剂，但活性炭使用一段时间后效果变差，除盐水中的氧气含量大幅增加。为解决当前解析除氧存在的弊端，决定以2#干熄焦的热力除氧水为水源对系统进水管路进行改造，由2#干熄焦直接向余热汽包供应除氧水，彻底解决了除氧水含氧量过高的问题。

4设备、操作和技术的比较

4.1相同点

无论是开闭器铊式交换还是旋塞交换，都采用液压交换机驱动交换拉条以完成煤气、空气和废气定时换向，液压交换机能够根据使用需要进行顺序动作。液压交换机的具体动作包括焦炉煤气和混合煤气交换旋塞（或混合煤气铊）、废气交换开闭器风门及废气砣等设备的动作，来满足焦炉加热的需要。

4.2不同点

1）从交换设备结构上分析，开闭器煤气铊与密封面是双层刀边平面研磨的，靠煤气铊的自重密封，密封性较差；交换旋塞的旋芯与壳体之间的接触面是锥形研磨的，靠弹簧的压力密封，密封性很好。2）从开闭器煤气铊和交换旋塞的气密性试验分析，交换旋塞的标准明显高于开闭器煤气铊。3）从实际的工作环境分析，开闭器煤气铊的密封面直接与高温气体接触，会集结灰尘，而且煤气铊在开闭器内部，清理十分困难，影响煤气铊的密封性。交换旋塞都采用集中供油方式，机焦侧各设1个集中润滑供油管路，交换旋塞密封面会不断地自动注入甘油，确保了交换旋塞的密封性，不过煤气中的灰尘也会粘在密封面上，需要定期用油清洗，给生产维护带来较大的工作量。漏，混合煤气会随着废气排入大气。在我国的焦化厂还未普及对废气中的一氧化碳含量进行检测，但是在日本等发达国家已经对废气进行监测，发现使用开闭器煤气铊交换的焦炉在投产一段时间后会含有一定的一氧化碳，不仅浪费能源，还会污染环境。交换旋塞安装在焦炉地下室，处于正压操作，一旦发生煤气泄漏，就会直接排放到大气，危险性较大。在台塑越南工程中，在交换旋塞的空气口连接了压缩空气管道，采用了压缩空气强制送风来保证旋塞的负压。

5结束语

根据上述对比和分析，综合考虑环境保护、安全性、生产操作维护和建设投资，可以得出以下结论。1）交换旋塞安全性较好，若配上集中润滑装置和压缩空气强制送风系统，可以解决混合煤气的泄漏问题。2）交换旋塞交换不会向大气中泄漏一氧化碳，不会造成环境的污染和能源浪费。3）与开闭器煤气铊相比，交换旋塞的清洗维护在人力和时间上都大幅减少，清洗的效果也更理想。4）从经济投资上分析，旋塞交换比开闭器铊式交换投资要大。根据上述比较，旋塞交换和开闭器铊式交换各有优势，可根据需要选择合适的混合煤气交换方式。

参考文献：

[1]张晓光．焦炉用混合煤气加热交换方式的分析［D］．长沙：中南大学，2014．1002-1003.

[2]吴敏化，刘杰霞，曹卫华，等．焦炉加热燃烧过程智能优化控制系统的研究及应用（上）［J］．冶金自动化，2006（5）：2502－2876．

[3]张晓华．焦炉燃烧火道温度智能优化设定方法［J］．可编程控制器与工厂自动化，2010（4）：93－96．

[4]李佳佳，爱雪华.焦炉用混合煤气加热交换方式的分析[J].2016.1234-1235.

[5]王晓明，张磊鑫.焦炉用混合煤气加热交换方式的分析[J].2016.1567-1568.