ZHJL6055D型6.05米搗固焦爐介紹

1、ZHJL6055D型搗固焦爐工藝及爐體介紹王永華 杜景春 崔國元（北京眾聯(lián)盛化工工程有限公司）摘要： ZHJL6055D型炭化室高度6.05米的大型搗固焦爐在山西立恒鋼鐵公司歷經(jīng)一年另四個月的施工安裝已于2012年6月4日順利裝煤出焦。山西潞寶集團300萬噸/年焦化工程采用ZHJL6055D型大型搗固焦爐2#爐已在2012年9月15日投產(chǎn)。這是繼焦耐院6.25米搗固焦爐和武漢科大6米搗固焦爐之后又增加的一種6米以上搗固焦爐的爐型。它的誕生給用戶在資產(chǎn)投資，生產(chǎn)成本和操作技術(shù)方面提供了更多的選擇余地，關(guān)鍵詞 6.05米搗固焦爐 特點 爐體尺寸 配套車輛1. 6.05m搗固焦爐開發(fā)背景北京眾聯(lián)盛化

2、工工程有限公司2008年3月4日自主開發(fā)的國內(nèi)第一座有鮮明特點的ZHJL5552D型搗固焦爐在山東鄒平一次裝煤試車成功，焦爐順利投入運行，各項指標均達到設(shè)計要求。它標志著一個寬炭化室薄爐墻新型搗固焦爐誕生了，特別是采用雙集氣管配置，解決了長期困擾煉焦行業(yè)的裝煤消煙問題，為清潔生產(chǎn)和創(chuàng)造清潔環(huán)境做出巨大貢獻。2009年初，根據(jù)搗固焦爐的發(fā)展趨勢和用戶在投資，安全，操作等方面的要求，我公司在不斷總結(jié)國內(nèi)搗固焦爐尤其是4.3m搗固焦爐和5.5m搗固焦爐開發(fā)和生產(chǎn)經(jīng)驗，借鑒和吸收國外大型搗固焦爐的先進技術(shù)，并作了大量的資料收集和實踐調(diào)研，同時進行了詳細的6.05m搗固焦爐爐體設(shè)計計算，2010年完成了

3、6.05M搗固焦爐爐體設(shè)計及模型制作，2011年完成山西立恒鋼鐵公司委托我們采用ZHJL6055D型大型搗固焦爐設(shè)計的150萬噸/年焦化工程。本大型搗固焦爐歷經(jīng)一年另四個月的施工安裝已于2012年6月4日順利裝煤出焦。目前我們設(shè)計中采用ZHJL6055D型大型搗固焦爐的山西潞寶集團300萬噸/年焦化工程2#爐2012年6月14日上午點火烘爐，計劃2012年9月出焦。2焦爐開發(fā)介紹2.1 煉焦行業(yè)現(xiàn)狀及相關(guān)政策中華人民共和國工業(yè)和信息化部頒布的焦化行業(yè)準入條件規(guī)定“為促進焦化行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級，規(guī)范市場競爭秩序，依據(jù)國家有關(guān)法律法規(guī)和產(chǎn)業(yè)政策要求，按照“總量控制、調(diào)整結(jié)構(gòu)、節(jié)約能（資）源、保護

4、環(huán)境、合理布局”的可持續(xù)發(fā)展原則，特制定本準入條件。”對焦爐的要求是“常規(guī)機焦爐：新建頂裝焦爐炭化室高度必須6.0米、容積38.5m3；新建搗固焦爐炭化室高度必須5.5米、搗固煤餅體積35m3，企業(yè)生產(chǎn)能力100萬噸/年及以上?！蹦壳盁捊剐袠I(yè)在貫徹國家產(chǎn)業(yè)政策，加速產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，淘汰落后工藝設(shè)備，加強環(huán)境保護，合理利用資源，走可持續(xù)發(fā)展道路上取得了很大進展。但由于行業(yè)受煉焦項目盲目建設(shè)、淘汰落后產(chǎn)能進展緩慢、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不合理等因素影響，中國焦炭產(chǎn)能出現(xiàn)嚴重過剩的現(xiàn)象，即使在2010年粗鋼日均產(chǎn)量達到180萬噸以上，焦炭仍有30%以上的限產(chǎn)。同鋼鐵一樣，焦化行業(yè)也存在邊關(guān)停、邊增產(chǎn)的情況。據(jù)中國

5、煉焦行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2010年，我國新投產(chǎn)焦爐57座，增加產(chǎn)能3371多萬噸，關(guān)停及淘汰落后焦炭產(chǎn)能約2759.5萬噸左右。山西省人民政府為了加快本省焦化行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，推動產(chǎn)業(yè)升級，促進焦化行業(yè)健康協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，狠抓焦化行業(yè)兼并重組工作，強調(diào)淘汰不符合焦化行業(yè)準入條件的落后產(chǎn)能，通過產(chǎn)能置換，建設(shè)一批符合國家產(chǎn)業(yè)政策，技術(shù)裝備先進，能源消耗低，環(huán)境污染小，資源綜合利用高，適應(yīng)未來資源稟賦和市場需求的焦化項目，推動產(chǎn)業(yè)升級。山西省通過兼并重組到2011年底獨立焦化企業(yè)保留150戶左右，到2015年底獨立焦化企業(yè)保留60戶左右，到2011年底淘汰落后產(chǎn)能2000萬噸，2012-2015年淘汰落后產(chǎn)

6、能4000萬噸。實際產(chǎn)能動態(tài)控制在1.2億噸左右，總產(chǎn)能不再增加。到2015年全省形成炭化室高度6米以上焦爐（含5.5米以上的搗固式焦爐）焦炭產(chǎn)能達到5600萬噸以上。按照山西省經(jīng)濟和信息化委員會關(guān)于貫徹落實“山西省焦化行業(yè)產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃”有關(guān)問題的通知對于有實力的焦化企業(yè)（或其他行業(yè)有實力的企業(yè)）鼓勵其在全省范圍內(nèi)收購落后產(chǎn)能，采用等量或減量方式，置換建設(shè)現(xiàn)代化大型機焦爐，提高焦化行業(yè)的裝備水平。省政府在政策措施要求上有以下幾點：（一） 切實加強在煤炭、運力上對重點焦化企業(yè)的支持。保證重點焦化企業(yè)的煤源和運力。鐵路部門要對重點焦化企業(yè)的運力安排予以傾斜。（二） 進一步減輕焦化企業(yè)負擔。（

7、三） 加大焦化行業(yè)發(fā)展資金支持力度。金融機構(gòu)要對焦化兼并重組主體企業(yè)技術(shù)改造項目予以支持。省人民政府對焦化行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展具有重大意義的重點項目給予獎勵。（四） 推進化產(chǎn)品精深加工延伸產(chǎn)業(yè)鏈。鼓勵區(qū)域內(nèi)企業(yè)聯(lián)合建設(shè)單套大型化的焦爐煤氣、煤焦油和粗苯的集中加工裝置。（五） 加強焦化循環(huán)經(jīng)濟園區(qū)建設(shè)。重點焦化園區(qū)要結(jié)合園區(qū)內(nèi)企業(yè)兼并重組情況，按循環(huán)經(jīng)濟理念做好園區(qū)的統(tǒng)籌規(guī)劃工作。著力于產(chǎn)業(yè)鏈的延伸，降低投資和運行成本。（六） 加大淘汰落后產(chǎn)能力度。 這些政策措施使 新建焦爐勢頭減小，但是由于資源、爐型、產(chǎn)能、技術(shù)等分布的不平衡，必然會引發(fā)新一輪的優(yōu)勝劣汰，淘汰落后產(chǎn)能、落后爐型、落后管理。產(chǎn)生管理先進

8、、爐型先進、節(jié)能高效和化產(chǎn)設(shè)施、除塵設(shè)施、干熄焦設(shè)施齊全的一批大型企業(yè)，所以焦爐大型化、節(jié)能高效、除塵設(shè)施、干熄焦設(shè)施齊全，依然是今后焦爐的發(fā)展主方向。這就給焦化設(shè)計單位提出了新的課題，要投入人力，物力開發(fā)新的符合產(chǎn)業(yè)政策的大型焦爐。增加焦爐型式給用戶在資金投資，生產(chǎn)成本和操作技術(shù)方面提供新的更多選擇。2.2.選擇搗固型焦爐的必要性 焦爐爐型選擇頂裝還是搗固，主要由煉焦煤性質(zhì)、焦爐技術(shù)的成熟可靠性以及投資決定的，也和我國的煉焦產(chǎn)業(yè)政策密切相關(guān)。伴隨著鋼鐵工業(yè)的高速發(fā)展，我國煉焦工業(yè)得以持續(xù)快速發(fā)展，一方面是焦炭需求日益增多，另一方面是優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源呈現(xiàn)嚴重短缺局面，煉焦煤資源成為制約煉焦行業(yè)發(fā)

9、展的主要瓶頸。近年來，由于煉焦煤資源的匱乏，各國都在尋求擴大煉焦煤資源及開發(fā)研究煉焦新工藝，搗固煉焦工藝作為一種能夠增加配煤中高揮發(fā)份、弱粘結(jié)性煤用量的煉焦工藝，在大型化和環(huán)保方面取得較大的技術(shù)突破，被越來越多的焦化企業(yè)認可。搗固焦爐工藝和焦爐機械在我國日益成熟，它與頂裝焦爐相比有著諸多不可替代的優(yōu)勢。2.3 搗固焦爐的優(yōu)點煉焦采用搗固焦爐與國內(nèi)常規(guī)頂裝煤焦爐相比, 有如下優(yōu)點:(一) 擴大煉焦煤資源雖然我國煤炭資源比較豐富，但煉焦煤資源嚴重短缺，在已查明的煤炭資源儲量中，煉焦煤種占26.5%，其中氣煤和1/3焦煤占到煉焦煤資源的45.73%，焦煤與肥煤是煉焦的主力煤種，占比例較小，焦煤占23

10、.61%，肥煤和氣煤占12.8%，在我國的煉焦煤中，焦煤和肥煤已是稀缺資源，優(yōu)質(zhì)煉焦煤是國家的重要戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源，國家近年來出臺的相關(guān)宏觀調(diào)控政策，旨在使優(yōu)質(zhì)煉焦煤得到保護性開發(fā)。搗固煉焦可以多配入高揮發(fā)份弱粘結(jié)性煤或中等粘結(jié)性煤，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高爐用焦，還可以摻入焦粉和石油焦粉生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高爐用焦和鑄造焦，以及用100%高揮發(fā)份煤生產(chǎn)氣化焦。(二) 降低煉焦成本在生產(chǎn)相同質(zhì)量的焦炭時，搗固煉焦配合煤中，可以多配入2025%的高揮發(fā)份弱粘結(jié)性煤，可使入爐煤料中高揮發(fā)份弱粘結(jié)性煤的配入量高達70%80%。煉焦用煤是焦炭生產(chǎn)中的主要成本，通常占焦炭成本的75%左右，在保證焦炭質(zhì)量的前提下，焦爐配用價格較低的弱

11、粘結(jié)性煤和高揮發(fā)性煤，能有效降低配合煤成本，通常搗固煉焦噸焦成本比頂裝焦爐要低1520%左右。對大型焦爐低2050%。（三）可改善焦炭質(zhì)量同樣配煤比, 焦炭質(zhì)量（CSR，CRI）可以得到改善。M40可提高16%，M10可改善24%，反應(yīng)后強度（CSR）提高1%6%。搗固煉焦除提高CSR外，可明顯提高冶金焦的塊度，提高高爐的煉鐵系數(shù)，這是印度塔塔公司資深顧問Amit Chhattrjee博士得出的結(jié)論。各個使用搗固煉焦技術(shù)的國家如烏克蘭、德國、捷克、波蘭以及中國的企業(yè)都得出了相同的結(jié)論。(四) 可提高產(chǎn)量在同樣規(guī)模的爐孔和炭化室尺寸相等時, 可以提高焦炭的產(chǎn)量。6m側(cè)裝搗固焦爐與7m頂裝焦爐單孔

12、年產(chǎn)量多相當。通過以上對比，在保證焦炭質(zhì)量滿足冶金焦要求的前提下，最大限度地保護煉焦煤資源，降低煉焦成本，設(shè)計中選用國家鼓勵發(fā)展的側(cè)裝搗固焦爐。2.4 爐體介紹2.4.1焦爐爐體的主要尺寸（mm）炭化室全長 16940 mm炭化室冷態(tài)全高6055 mm炭化室熱態(tài)全高6135 mm炭化室平均寬550 mm炭化室墻厚90 mm炭化室錐度 40 mm炭化室中心距1450 mm立火道中心距480 mm立火道個數(shù) 34爐頂高度14801530 mm燃燒室加熱水平805 mm斜道高度825 mm蓄熱室高度4125 mm蓄熱室格子磚高度2870 mm2.4.2 工藝參數(shù)（以公稱能力300萬噸/年干全焦規(guī)模計

13、算）焦爐組數(shù)4×65孔精煤堆比重（干）1.0 t/m3煤餅尺寸（長×寬×高） (16100/15900)×500×5700 mm煤餅重量46 t焦爐周轉(zhuǎn)時間25hr焦炭產(chǎn)量 300萬噸/年2.4.3 ZHJL6055D型搗固焦爐爐體結(jié)構(gòu)主要特點2.4.3.1 ZHJL6055D型搗固焦爐炭化室高6.055m，炭化室寬550mm，這是目前我國炭化室容積最大的搗固焦爐之一。焦爐的整體工藝技術(shù)、設(shè)備、機械裝備水平大幅提高。與同樣規(guī)模的5.5m搗固焦爐相比，焦爐孔數(shù)少，焦爐鐵件少，勞動生產(chǎn)率高，操作費用低，生產(chǎn)人員少。焦爐生產(chǎn)單位重量焦炭的焦爐表面積小

14、，因此焦爐的熱損失相對較少，焦爐的熱工效率高。ZHJL6055D型搗固焦爐的表面熱損失比5.5m搗固焦爐減少9%。2.4.3.2采用大型寬炭化室焦爐，其焦炭的塊度增大，裂紋減少，對提高焦炭的M40特別有利。就搗固工藝而言，寬炭化室搗固焦爐的一個顯著特點就是提高了搗固煤餅的穩(wěn)定性。降低了倒窯率，有利于焦爐裝置長期穩(wěn)定的運行。高寬比值越大，對煤餅的穩(wěn)定性要求越高。國外6m搗固焦爐，煤餅高寬比是15:1；ZHJL6055D型搗固焦爐搗固煤餅高寬比達到11.4:1。經(jīng)工業(yè)性試驗，穩(wěn)定性達到了設(shè)計要求。因此6.05m搗固焦爐在工藝和焦爐機械是可行的。2.4.3.3爐體設(shè)計時采取了加強焦爐穩(wěn)定性和強度的措

15、施，經(jīng)過詳細計算和多方案比較，經(jīng)計算6.05m 搗固焦爐的焦爐爐墻的極限允許側(cè)負荷為0.099kg/cm2，大于煤料煉焦時作用于焦爐爐墻的膨脹壓力0.07kg/cm2。2.4.3.4爐頂四個除塵孔和上升管孔砌體用帶有溝舌的異型大塊磚砌筑，保證了整體性和嚴密性，爐頂穩(wěn)固，嚴密，減少了荒煤氣的竄漏，防止爐頂橫拉條的燒損。2.4.3.5為了減少荒煤氣外逸的污染，提高煉焦生產(chǎn)環(huán)境質(zhì)量,將煤頂上的空間通道高度增加約400mm，并且擴大除塵孔為580mm，并盡量布置在靠近機側(cè)，上升管孔孔徑加大到560mm，使荒煤氣的逸出壓力減小，以達到減少荒煤氣外冒的目的。2.4.3.6考慮雨季爐頂雨水積水后對焦爐爐體的

16、損壞，爐頂面從焦爐中心至機、焦兩側(cè)，各設(shè)有50mm坡度，增高了爐頂鋼軌與爐頂面的間隙以利爐頂排水。2.4.3.7在爐頂區(qū)和焦爐基礎(chǔ)中采用強度大，隔熱效率高的漂珠磚和高強隔熱磚，代替?zhèn)鹘y(tǒng)焦爐采用的紅磚和普通隔熱磚，確保爐頂表面層平整、嚴密，降低了爐頂面和焦爐頂板溫度，改善了操作環(huán)境。2.4.3.8經(jīng)過計算和總結(jié)經(jīng)驗將焦爐的加熱水平定為805mm , 可使焦餅上下同時成熟，減少爐頂空間石墨生成。2.4.3.9燃燒室采用廢氣循環(huán)和加高焦爐煤氣燈頭的結(jié)構(gòu)，保證了用煤氣加熱時炭化室高向加熱的均勻性。此外，因設(shè)計有廢氣循環(huán)，可以降低廢氣中的氮氧化合物含量，減少了對大氣的污染；而當焦爐延長結(jié)焦時間操作時，由

17、于用煤氣加熱采用了高燈頭，因此也不會造成短路。2.4.3.10機焦兩側(cè)爐頭火道斷面為中間火道斷面的90，解決了爐頭火道溫度較低的問題，使炭化室焦餅溫度均勻。2.4.3.11炭化室墻厚90mm，采用“寶塔”形磚，消除了炭化室與燃燒室之間的直通縫，使爐體嚴密，荒煤氣不易竄漏，并便于爐墻剔茬維修。2.4.3.12燃燒室蓋頂大磚采取在一對火道內(nèi)設(shè)拱頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)，使上面的負荷歸集在立火道隔墻上，可以承受住爐頂導煙車的機械震動而不易損壞。2.4.3.13蓄熱室內(nèi)封墻設(shè)計30mm厚硅酸鈣隔熱板新型高效保溫材料；蓄熱室外封墻設(shè)計50mm厚的隔熱和密封效果好的復(fù)合硅酸鹽抹面；減少了熱損失，改善了焦爐操作環(huán)境。2.4

18、.3.14蓄熱室主墻是用帶有三條溝舌的異型磚相互咬合砌筑的，而且蓄熱室主墻磚煤氣道管磚與蓄熱室無直通縫，保證了磚煤氣道的嚴密。蓄熱室單墻厚230mm，也是用帶溝舌的異形磚相互咬合砌筑的，保證了墻的整體性和嚴密性。2.4.3.15蓄熱室采用分格下調(diào)式，使得立火道溫度更加便于調(diào)節(jié)。從而獲得更合理的橫排溫度，使焦餅更均勻成熟。2.4.3.16小煙道中心部分采用擴散型箅子磚，利用擴散型的特性使大小孔徑的正反方向所造成的不同阻力，克服小煙道內(nèi)變量氣體所產(chǎn)生的內(nèi)外壓力差，這種箅子磚和方孔箅子磚相比，提高了格子磚的沖刷系數(shù)，可使廢氣溫度降低20左右。在總結(jié)生產(chǎn)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，對擴散型箅子磚斷面積進行了理論研究

19、和計算，新設(shè)計的箅子磚排列，使蓄熱室各部位的空氣量和煤氣量分配均勻合理，提高了熱效率。2.4.3.17ZHJL6055D型焦爐設(shè)計盡量采用新材質(zhì)。爐端墻，爐底與爐頂內(nèi)層采用漂珠磚；隔熱部分用高強度的隔熱磚；減少了熱損失，增強了隔熱效果、使用效果和結(jié)構(gòu)強度。2.4.3.18爐頂除塵孔和上升管孔砌體采用帶有溝舌的異型磚砌筑，保證了它的整體性，使爐頂結(jié)構(gòu)更加嚴密，減少了荒煤氣的竄漏，從而有效地防止了爐頂橫拉條的燒損。2.4.3.19在加寬炭化室的情況下，為保證焦爐的結(jié)構(gòu)強度，采用加大爐柱的護爐能力，爐柱由常用的工字鋼改為H型鋼。2.4.3.20在總結(jié)生產(chǎn)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，對立火道底部的斜道口斷面面積和小

20、煙道蓖子磚的空氣進口和調(diào)節(jié)磚進行了計算和設(shè)計，通過合理排列調(diào)節(jié)磚，使燃燒室各火道的氣量分配合理，橫排溫度分布均勻，從而保證焦炭質(zhì)量和焦爐熱效率。2.5 焦爐車輛配套（4X65孔300萬噸/年焦化裝置）序號名稱配套數(shù)量備注1裝煤車4臺2推焦車4臺3導煙車4臺4攔焦車4臺5電機車3臺開2備16熄焦車3臺開2備12.6 配套熄焦裝置經(jīng)與干熄焦設(shè)計院溝通，300萬噸/年焦化工程配套兩套190t/h干熄焦和兩套濕熄焦裝置，在干熄焦檢修時，利用濕法裝置進行熄焦。2.7 配套環(huán)保設(shè)施設(shè)計中我公司采用如下成熟、適用的技術(shù)以減少對環(huán)境的污染，改善操作環(huán)境，減輕工人勞動強度。2.7.1爐頂采用U型導煙車把焦爐裝煤

21、時產(chǎn)生的大量煙塵送至相鄰炭化室；爐門處使用爐門大密封框，減少爐門處泄漏；利用機側(cè)煙塵收集裝置收集爐門少量泄漏煙氣，送地面站處理。2.7.2出焦除塵采用出焦地面站除塵，工藝除塵效率高，出焦煙塵收集率達95%以上，減少污染環(huán)境。2.7.3焦爐爐門采用新型彈簧爐門，增大爐門密封性，顯著減少爐門無組織排放,污染物排放減少90%。2.7.4荒煤氣事故放散采用放散點火裝置，保證在事故狀態(tài)下不外排荒煤氣。2.7.5上升管采用水封蓋減少污染物排放,使煙氣污染物減少85%。2.7.6熄焦塔廢氣采用三道折流板除塵，除塵效率達90%。2.7.7用較先進的二次濕熄焦技術(shù)，使焦炭水份可減少2040%，噸焦的耗水量隨之減少，可節(jié)約3040%水量。2.7.8對焦爐的集氣管壓力調(diào)節(jié)，采用國內(nèi)較先進的模糊自動調(diào)節(jié)技術(shù)，有效的保障了焦爐壓力的穩(wěn)定，減少了跑冒現(xiàn)象，保障焦爐操作的穩(wěn)定性，使焦爐操作強度大為降低。2.8 焦爐其他配套設(shè)施2X65孔焦爐設(shè)計一座煙囪，煙囪高度約145米，出口直徑4.5米。3.焦爐爐體靜力強度及極限側(cè)負荷3.1 ZHJL6055D型焦爐強度相關(guān)數(shù)據(jù)：砌體的抗剪強度（剪應(yīng)力） 0.997 kg/cm2砌體的抗壓強度y (壓應(yīng)力) 6.372 kg/cm2砌體的抗拉強度b (拉應(yīng)力) 1.934kg/cm2爐墻的極限側(cè)負荷P（剪應(yīng)力） 0.099kg/cm23.2 各種焦爐爐體強度對比表（參