白向國，焦玉杰

(太鋼焦化廠，山西 太原 030003)

國內(nèi)建設(shè)的7.63 m大型焦?fàn)t，盡管炭化室有效高度、加熱水平高度、裝煤量等有所差異，但大多配套建設(shè)了煤氣調(diào)節(jié)裝置PROVEN系統(tǒng)，荒煤氣導(dǎo)出的路徑基本相同。

采用PROVEN系統(tǒng)對(duì)裝煤、結(jié)焦過程進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)，主要是根據(jù)單個(gè)炭化室在不同的結(jié)焦時(shí)間內(nèi)荒煤氣發(fā)生量的不同，利用循環(huán)氨水自動(dòng)調(diào)節(jié)固定杯中水位，將炭化室底部壓力保持在40～60 Pa，減少了焦?fàn)t機(jī)側(cè)、焦側(cè)和爐頂區(qū)荒煤氣向大氣逸散煤氣量。

大型的7.63 m焦?fàn)t大多采用了德國UHDE公司的單集氣管設(shè)計(jì)。集氣管分為三段，相互獨(dú)立，集氣管間采用DN 500 mm閥門連通；集氣管斷面為U型，PROVEN系統(tǒng)安裝在集氣管上部，氣體阻力小、上升管與集氣管間距小。每段集氣管設(shè)置36個(gè)氨水噴頭，噴灑熱氨水進(jìn)行清掃、降溫，集氣管與吸氣管間不設(shè)置吸氣彎管，底部直接連通，不設(shè)焦油盒。每段集氣管安裝一根吸氣管，設(shè)置電液執(zhí)行器調(diào)節(jié)，吸氣管末端設(shè)置切斷蝶閥、焦油氨水旁通閥，與吸氣主管連通。正常生產(chǎn)時(shí)，吸氣管電液執(zhí)行器開度一般為30°～70°，通過調(diào)節(jié)翻板開度，平衡吸氣主管與集氣管間的壓力差，避免裝煤過程冒黑煙或造成爐體的嚴(yán)密性損壞。

大型焦?fàn)t煤氣導(dǎo)出途徑為荒煤氣依次通過上升管、鵝頸管、PROVEN壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)降溫后導(dǎo)出，通過集氣管、吸氣管后，煤氣及冷凝液(焦油—氨水混合液)通過煤氣管道進(jìn)入氣液分離器，液態(tài)的焦油—氨水混合物進(jìn)入焦油分離槽。經(jīng)分離，氨水澄清后，氨水泵送焦?fàn)t供荒煤氣冷卻，循環(huán)使用；煤氣進(jìn)入初冷器、電捕焦油器、鼓風(fēng)機(jī)、飽和器、洗苯塔、脫硫塔等設(shè)備、設(shè)施進(jìn)行冷卻、凈化后供用戶。

1 問題的提出與分析

1.1 爐頂空間溫度高

爐頂空間溫度過高，煤氣通道沉積石墨嚴(yán)重，爐門、爐口冒煙頻繁。

由于焦?fàn)t加熱水平高度不同，焦?fàn)t爐頂空間溫度存在差異。最早期引進(jìn)的焦?fàn)t設(shè)計(jì)中，加熱水平高度為1 100 mm，最高的爐頂空間溫度可達(dá)900 ℃以上。受爐頂空間溫度過高影響，煤氣在焦?fàn)t內(nèi)停留過程中的裂解程度增大，爐口斜坡、爐墻等處沉積石墨程度嚴(yán)重，上升管煤氣通道變小，最嚴(yán)重時(shí)可減少80%以上，焦?fàn)t煤氣流通阻力明顯增大。

上升管根部(炭化室頂部與上升管連接的位置)石墨沉積增長速度尤其快。這是因?yàn)槊簹獍l(fā)生突然的方向改變，在轉(zhuǎn)彎處形成了煤氣湍流，存在明顯的壓力降，煤氣容易結(jié)炭形成石墨。同時(shí)，上升管與炭化室連接部位的結(jié)炭沉積又加劇了壓力降，造成煤氣滯留時(shí)間延長。以上升管直徑減少50%計(jì)算，上升管中煤氣流動(dòng)區(qū)域截面積只剩1/4，則煤氣流速需要加快4倍，導(dǎo)致該點(diǎn)上的壓力降比設(shè)計(jì)壓力降高16倍。

煤氣通道阻力增大影響爐門處壓力增大，爐門冒煙率上升。最差時(shí)，爐門冒煙頻次可達(dá)60～80次/d(按時(shí)間間隔10 min統(tǒng)計(jì))。

1.2 PROVER系統(tǒng)阻力大

循環(huán)氨水質(zhì)量劣化影響PROVER系統(tǒng)阻力增大，焦?fàn)t爐體冒煙率偏高。

大型焦?fàn)t大多采用PROVER系統(tǒng)調(diào)節(jié)煤氣壓力，循環(huán)氨水噴灑冷卻煤氣的過程中由于氨水劣化(含油量增大、焦粉或煤粉含量增加)，造成焦油、煤粉或焦粉的混合物堵塞噴嘴，焦?fàn)t煤氣得不到冷卻，煤氣溫度過高、體積偏大，煤氣輸送管道阻力增加，造成焦?fàn)t本體壓力增大，煤氣從爐門、爐蓋等多處逸散。焦?fàn)t生產(chǎn)過程中爐蓋導(dǎo)套冒煙頻次最大時(shí)可達(dá)到6～7次/d(按時(shí)間間隔10 min統(tǒng)計(jì))。

1.3 集氣管吸力不平衡

三根吸氣管上電液執(zhí)行器開度不同，最大開度達(dá)95%以上，而最小開度40%左右，吸力不平衡影響焦?fàn)t小爐門冒煙。

1.3.1 吸氣管末端吸力不平衡

由于各段吸氣管距離煤氣鼓風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)近不同，吸氣管末端吸力存在差異。如70孔大容積焦?fàn)t爐長較長，通過對(duì)吸氣管、集氣管清掃孔進(jìn)行嚴(yán)密并選擇在不出爐時(shí)段將電液執(zhí)行器開度進(jìn)行固定的方式對(duì)三段吸氣管開端吸力進(jìn)行測(cè)量，三根吸氣管間差異可達(dá)約400 Pa。

1.3.2 吸氣管氨水流量的影響

循環(huán)氨水流量影響吸氣管中煤氣通道截面積，導(dǎo)致吸力存在差異。集氣管中煤氣通過噴灑循環(huán)氨水方式降溫，控制煤氣溫度不大于90 ℃，煤氣溫度高，則煤氣體積增大，在吸力穩(wěn)定的條件下，單位面積內(nèi)煤氣通過量將大大減少；噴灑循環(huán)氨水量過大，煤氣溫度下降，但氨水在吸氣管中流動(dòng)時(shí)面積增大，影響煤氣吸力下降。

1.3.3 吸氣管道安裝坡度的影響

吸氣管道中煤氣與冷凝液(焦油、氨水混合物)共存，設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)以液體流動(dòng)坡度考慮安裝。安裝過程中發(fā)生的最遠(yuǎn)端吸氣管道坡度不夠、液體積聚現(xiàn)象，造成吸氣管吸力上的不平衡。

1.4 氣/液分離器的影響

焦?fàn)t煤氣吸氣主管壓力波動(dòng)較大造成鼓風(fēng)機(jī)吸力“拉鋸”。

煤氣通過吸氣主管進(jìn)入氣/液分離器，在此與含有焦油的氨水分離。氣流分離器中氨水液位的變化，造成了吸氣主管吸力的波動(dòng)，與它相伴發(fā)生的還有煤氣中氧含量的變化。

在某大型焦?fàn)t的氣/液分離器處測(cè)定吸力為1 400 Pa，而焦?fàn)t吸氣主管吸力為1 020～980 Pa，吸力差異較大。同時(shí)，煤氣中氧含量大于1.2%。通過調(diào)節(jié)焦油/氨水分離槽閥門，降低了煤氣中氧含量(不大于0.8%)，基本穩(wěn)定了吸氣主管吸力。

2 荒煤氣導(dǎo)出系統(tǒng)污染管控對(duì)策

2.1 提高單孔裝煤量

由于結(jié)焦過程中焦炭收縮，提高單孔裝煤量是降低爐頂空間溫度是較好的選擇。通過二次裝煤的方式，在提高焦?fàn)t中煤的堆密度，降低結(jié)焦后期焦炭的收縮率、提高單爐焦炭產(chǎn)量的同時(shí)，又可以降低焦?fàn)t爐頂空間溫度，減少焦?fàn)t內(nèi)煤氣通道沉積石墨現(xiàn)象的發(fā)生，也可減少焦?fàn)t冒煙現(xiàn)象。

2.2 清理爐頂空間石墨

采用手動(dòng)方式對(duì)爐口、爐墻進(jìn)行清理，重點(diǎn)是爐口斜坡區(qū)域的清理，保持炭化室頂區(qū)域煤氣導(dǎo)出通道順暢，消除區(qū)域阻力。

采用自動(dòng)方式定期清理煤氣爐頂空間的結(jié)炭。增加推焦車石墨吹掃空氣量，以燃燒方式處理炭化室頂部的石墨；推焦過程中采用推焦機(jī)刮板清理爐頂區(qū)域石墨。要根據(jù)刮板磨損程度定期更換，以達(dá)到最大限度清理石墨的效果。

2.3 清掃上升管

2.3.1 上升管道清掃

增加推焦車對(duì)上升管根部吹掃時(shí)間。采用燃燒方式清理上升管根部石墨，減少上升管根部煤氣旋渦造成的阻力，降低爐頂空間煤氣壓力。

2.3.2 上升管管徑清理

采用重錘打擊的方式對(duì)上升管道進(jìn)行清理。在裝煤車安裝帶刺球體重錘，清理上升管時(shí)將重錘快速下砸，利用錘體自身重力清理上升管道石墨，保障上升管道滿足煤氣通過要求(不小于85%)

2.3.3 鵝頸管的清理

與上升管連通的鵝頸管是煤氣導(dǎo)出的瓶頸區(qū)，煤氣溫度高、沉積石墨嚴(yán)重。采用人工方式定期清理鵝頸管，保持鵝頸管暢通，減少煤氣通道阻力。

2.4 吸氣管壓力管理

(1)儀表顯示準(zhǔn)確。對(duì)全爐集氣管、手動(dòng)閥門前的壓力變送器以及鼓風(fēng)機(jī)機(jī)前煤氣主管吸力表需要定期疏通，避免堵塞，確保儀表顯示準(zhǔn)確。

(2)管控管道阻力。定期清理吸氣管內(nèi)焦油渣，維持吸氣管內(nèi)液面穩(wěn)定，在吸氣管末端安裝壓力表，遠(yuǎn)傳到主控室進(jìn)行監(jiān)測(cè)，保持吸氣管末端吸力平衡。

(3)及時(shí)調(diào)整閥門。將集氣管吸力測(cè)定由人工定期測(cè)定改為儀表連續(xù)測(cè)量，實(shí)現(xiàn)吸力24 h監(jiān)控；定期檢查吸氣管末端蝶閥開度，建立臺(tái)賬；根據(jù)吸力測(cè)量結(jié)果、蝶閥開度和吸力對(duì)應(yīng)情況，對(duì)各段吸氣管末端處閘閥開度、集氣管間連通閥開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過改變閥門開度，減少煤氣通道截面積的方式平衡吸氣管末端吸力一致。

2.5 平衡集氣管循環(huán)氨水量

(1)循環(huán)氨水量平衡。根據(jù)集氣管煤氣溫度，調(diào)整三段集氣管循環(huán)氨水閥門開度，平衡三段循環(huán)氨水量基本一致。

(2)平衡循環(huán)氨水退水量。定期測(cè)量各段吸氣管循環(huán)氨水液位；調(diào)整吸氣管末端焦油、氨水旁通閥門開度，降低氨水液位，提高煤氣通道截面。

2.6 調(diào)整氣/液分離器液位

定期測(cè)定初冷器前煤氣主管吸力，與遠(yuǎn)傳儀表進(jìn)行校對(duì)，確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確；監(jiān)測(cè)鼓風(fēng)機(jī)后煤氣氧含量(小于0.6%)，調(diào)整機(jī)械化焦油/氨水分離槽進(jìn)口閥門開度。

3 荒煤氣導(dǎo)出系統(tǒng)改進(jìn)

(1)吸氣管吸力更趨平衡。通過調(diào)整吸氣管末端蝶閥開度，焦?fàn)t三段吸氣管的吸力基本平衡，煤氣導(dǎo)出推動(dòng)力穩(wěn)定。見表1。

表1 調(diào)整前后吸氣管末端壓力對(duì)比

(2)循環(huán)氨水量平衡。通過對(duì)循環(huán)氨水閥門調(diào)整，將進(jìn)氨水方(南)向第一段閥門關(guān)閉35%～40%，第二段關(guān)閉25%～30%，使三段集氣管中氨水量基本一致，集氣管中煤氣溫度也基本一致(80～90 ℃)。見表2。

表2 調(diào)整前后集氣管循環(huán)氨水量對(duì)比

(3)焦?fàn)t爐門冒煙率下降。通過煤氣導(dǎo)出系統(tǒng)清理、平衡、優(yōu)化，荒煤氣導(dǎo)出阻力明顯下降，爐門、爐蓋處煤氣壓力降低，冒煙頻次下降，爐門冒煙頻次降低到2次/d以下、裝煤導(dǎo)套冒煙基本消除。

4 結(jié) 語

焦?fàn)t生產(chǎn)過程中的煤氣順暢導(dǎo)出，關(guān)系著焦?fàn)t環(huán)保是否達(dá)標(biāo)問題。通過調(diào)整生產(chǎn)操作手段，降低爐門、爐口等部位泄漏，消除焦?fàn)t冒煙現(xiàn)象，改善焦炭生產(chǎn)過程對(duì)環(huán)境的污染，滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，是焦化企業(yè)延長壽命的優(yōu)先選擇。