2021化工研究生開題報(bào)告

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題目：

干熄爐耐火材料劣化機(jī)理及提高壽命的研究

一、選題背景

1.1

課題的提出及意義

鋼鐵工業(yè)迅猛發(fā)展，必然導(dǎo)致焦化企業(yè)迅速擴(kuò)張。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)XX年焦化企業(yè)共生產(chǎn)焦炭33554萬t，而80%的產(chǎn)量是采用濕法熄焦工藝裝置。在濕法熄焦過程中產(chǎn)生大量的蒸汽排到大氣中，其蒸汽中含有hcn、h2s、nh3、酚類及粉塵等大量有害物質(zhì)嚴(yán)重污染了環(huán)境，不僅有大量的熱能被白白浪費(fèi)，而且消耗了大量的熄焦水，另外對(duì)焦炭質(zhì)量也有影響。隨著世界能源短缺的不斷加劇和我國(guó)能源需求的快速增長(zhǎng)，以及國(guó)家環(huán)保法規(guī)的不斷完善，特別是對(duì)工業(yè)企業(yè)環(huán)境治理要求的不斷提高，干法熄焦的節(jié)能和環(huán)保優(yōu)勢(shì)必然會(huì)得到充分發(fā)揮，焦化行業(yè)普及推廣干熄焦技術(shù)勢(shì)在必行。

與濕法熄焦相比干熄焦的特點(diǎn)如下：

回收紅焦顯熱

采用干熄焦可回收約80%的紅焦顯熱，平均每熄1噸焦炭可回收3.9mpa、450℃蒸汽0.5t以上，發(fā)達(dá)國(guó)家可產(chǎn)0.6t左右。日本新日鐵株式會(huì)社曾對(duì)其企業(yè)內(nèi)部包括干熄焦、高爐爐頂煤氣壓差發(fā)電等所有節(jié)能項(xiàng)目效果進(jìn)行過分析，結(jié)果干熄焦裝置節(jié)能占總節(jié)能的50%。

減少環(huán)境污染

煉焦車間采用濕法熄焦，每熄1噸紅焦炭就要將0.5t含有大量酚、氰化物、硫化物及粉塵的蒸汽拋向天空，嚴(yán)重地污染了大氣及周圍的環(huán)境。這部分污染占煉焦對(duì)環(huán)境污染的三分之一。干熄焦則是利用惰性氣體，在密閉系統(tǒng)中將紅焦熄滅，并配備良好的除塵設(shè)施，基本上不污染環(huán)境。

改善焦炭質(zhì)量

干熄焦與濕熄焦相比，焦炭m40提高3-8個(gè)百分點(diǎn)，m10改善0.3-0.8個(gè)百分點(diǎn)這對(duì)降低煉鐵成本，提高生鐵產(chǎn)量極為有利，尤其對(duì)采用噴煤粉技術(shù)的大型高爐效果更加明顯。國(guó)際上公認(rèn):

大型高爐采用干熄焦焦炭可使其焦比降低2%，使高爐生產(chǎn)能力提高1%。

干熄焦與濕熄焦相比，確實(shí)存在著投資高及本身能耗高的問題，這是制約我國(guó)干熄焦技術(shù)發(fā)展的主要因素，也是我們一直想解決的問題。但干熄焦帶來的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和節(jié)能效果完全可以抵消其投資高及本身能耗高帶來的不足

但近幾年來，干熄焦工程推廣進(jìn)度并不快，全國(guó)需改造成干熄焦的焦?fàn)t約2200座左右，而至今投產(chǎn)的卻不足100座其原因雖然很多，但干熄焦的耐火材料達(dá)不到設(shè)計(jì)和使用年限，損毀嚴(yán)重，迫使干熄爐停產(chǎn)檢修而造成業(yè)主經(jīng)濟(jì)損失是一大制約因素。

干法熄焦簡(jiǎn)稱干熄焦是相對(duì)于用水熄滅熾熱焦炭的濕熄焦而言的，其基本原理閉路的循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)，利用惰性的循環(huán)氣體，在干熄爐內(nèi)與紅焦換熱從而冷卻焦炭。吸收了紅焦熱量的惰性循環(huán)氣體將熱量傳遞給干熄焦鍋爐產(chǎn)生中壓蒸汽，用于發(fā)電或供熱。被冷卻的惰性循環(huán)氣體再由循環(huán)風(fēng)機(jī)鼓入干熄爐冷卻紅焦。干熄爐結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖

1

干熄爐結(jié)構(gòu)圖

干熄焦耐火材料主要用于干熄爐、一次除塵器等受沖刷和磨損的部位。初期的干熄爐和一次除塵器工作面層所采用的耐火材料僅是一種普通的耐火磚，從運(yùn)行情況來看，干熄爐斜道區(qū)、冷卻段耐火磚斷裂、掉磚和磨損非常嚴(yán)重，每年的正常維修已無法保證干熄爐生產(chǎn)的需要，1年后就需大修更換，耐火材料存在的諸多問題嚴(yán)重影響著干熄焦后續(xù)生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

1.2干熄焦技術(shù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

1.2.1國(guó)內(nèi)干熄焦現(xiàn)狀概述

寶鋼1985年從日本新日鐵引進(jìn)4套75t/h干熄焦裝置用于焦化生產(chǎn)，這是我國(guó)首次使用干熄焦裝置。經(jīng)過多年使用，設(shè)備運(yùn)行良好，改善了焦化廠環(huán)境，經(jīng)濟(jì)效益高，各項(xiàng)指標(biāo)都超過設(shè)計(jì)水平。

鞍鋼1號(hào)干熄焦系統(tǒng)是鞍鋼1、2號(hào)焦?fàn)t的配套項(xiàng)目，也是鞍鋼重點(diǎn)環(huán)保技改項(xiàng)目，采用目前國(guó)內(nèi)最新型的干熄焦技術(shù)，是世界上工藝及設(shè)備最先進(jìn)的干熄焦工程之一。鞍鋼干熄焦工藝流程由干熄和循環(huán)氣體兩大部分組成，最大處理能力和排焦能力分別為140t/h

和155t/h，年處理焦炭達(dá)100萬t，設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到90%以上。

武鋼焦化公司干熄焦系統(tǒng)是武鋼重點(diǎn)環(huán)保效益工程，焦炭干熄率達(dá)到93%以上。為使干熄焦裝置盡快達(dá)產(chǎn)，武鋼在引進(jìn)先進(jìn)工藝的基礎(chǔ)上，自主開發(fā)兼容三電一體化的電器儀表控制系統(tǒng)，可使電機(jī)車定位精度達(dá)到±10mm水平。

攀鋼干熄焦系統(tǒng)是攀鋼焦?fàn)t異地大修工程重要配套項(xiàng)目之一，其處理能力為145t/h，主要設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，整體系統(tǒng)包括干熄爐、鍋爐、除塵系統(tǒng)以及相配套的各種設(shè)備，XX年4月開始按干熄率為100%組織生產(chǎn)。

濟(jì)鋼6、7號(hào)焦?fàn)t150t/h干熄焦工程引進(jìn)了新日鐵的最新技術(shù)，國(guó)內(nèi)首家采用高溫高壓自然循環(huán)鍋爐，采用多項(xiàng)國(guó)內(nèi)先進(jìn)技術(shù)，產(chǎn)汽量86.3t/h，年干熄焦炭112萬t，發(fā)電17600萬kw?h，是目前國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的干熄焦裝置之一。

另外，唐鋼、包鋼、沙鋼、萊鋼、杭鋼及本鋼等相應(yīng)的干熄焦項(xiàng)目也已投產(chǎn)運(yùn)行。

1.2.2國(guó)外干熄焦現(xiàn)狀概述

工業(yè)化干熄焦裝置雖然最早由烏克蘭發(fā)明，但由于其設(shè)備處理能力、自動(dòng)化控制水平及環(huán)境保護(hù)措施方面沒有多大改進(jìn)，因此其技術(shù)領(lǐng)先地位被在這些方面有很大突破的日本所取代。

日本的新日鐵、nkk等公司建設(shè)的干熄焦單爐處理能力均達(dá)到200t

/h以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過烏克蘭的70t/h。他們?cè)谘b焦裝置上采用料鐘布料，改進(jìn)了鼓風(fēng)裝置位置和結(jié)構(gòu)，采用旋轉(zhuǎn)密封閥式連續(xù)排焦和旋轉(zhuǎn)焦罐接焦等措施。在循環(huán)系統(tǒng)增加了節(jié)能設(shè)施，使氣料比由1500時(shí)/t焦降至1200m

3/t

。這不但使單爐處理能力得以提高，而且大大降低了裝置運(yùn)行費(fèi)用。在自動(dòng)控制方面，實(shí)現(xiàn)了三電一體化，作到了全自動(dòng)無人操作。

除塵方面采用了地面站、實(shí)現(xiàn)了無塵操作，日本的干熄焦技術(shù)不僅在日本被普遍采用，而且打人了德國(guó)和韓國(guó)以及我國(guó)市場(chǎng)。

二十世紀(jì)80年代以來，德國(guó)tsoa公司成功地將水冷柵和水冷壁置人干熄爐，并將干熄爐斷面由圓形改為方形，同時(shí)在排焦和干熄爐的出氣方式上進(jìn)行了根本改進(jìn)，使焦炭在干熄爐中下降及氣流在干熄爐中上升實(shí)現(xiàn)了均勻分布，大大提高了換熱效率，使氣料比降至1000m3/t以下，進(jìn)一步降低了裝置的運(yùn)行費(fèi)用。

同時(shí)，傳統(tǒng)干熄焦工藝中的一次除塵器被省去，整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化并減少。自動(dòng)控制方面，tsoa干熄焦同樣實(shí)現(xiàn)了無人操作。tsoa干熄焦不僅在德國(guó)，而且在韓國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣也得到了應(yīng)用。

1.3干熄焦用耐火材料概述

在cdq展初期，由于cdq耐火材料的使用溫度不高，人們未對(duì)其重視，考慮到cdq用耐火材料使用環(huán)境與高爐爐身環(huán)境相似，所以采用與高爐爐身部位使用的耐火材料大致等同的材質(zhì)，各國(guó)均采用了粘上質(zhì)耐火材料。然而，隨著焦炭高生產(chǎn)率的發(fā)展，冷卻形式的變化和余熱的回收帶來的操作變化，耐火材料的使用條件變得更加苛刻，單純的粘上制品已不能滿足需要，研究cdq用專用耐火材料已成為必須。日本學(xué)者于八十年代研制出cdq車及內(nèi)襯用耐火材料，并取得了專利。其運(yùn)焦車用耐火材料為用硅酸鹽或si3n4結(jié)合的sic火材料，主成分sic本身具有高耐磨性和高的熱傳導(dǎo)率，并且在1000℃下并不會(huì)因?yàn)檠趸档椭破返臒嵴鸱€(wěn)定性、耐磨性。即使高溫下sic氣接觸氧化形成sio2降低制品的性能。

1.4延長(zhǎng)干熄焦耐火材料使用壽命的研究現(xiàn)狀

沙鋼焦化廠2*140t/h干熄焦工程是焦化一期、二期1-4號(hào)jn60-6型焦?fàn)t的配套工程，其運(yùn)行一年后停爐年修時(shí)對(duì)爐內(nèi)進(jìn)行了仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)斜道區(qū)部分牛腿磚不同程度出現(xiàn)斷裂、脫落、變形等現(xiàn)象，冷卻段耐火磚存在不同程度的磨損現(xiàn)象，平均磨損量在40mm左右，最大為80mm。沙鋼工作人員雖然對(duì)干熄爐進(jìn)行了換磚修復(fù)，但是再次停爐檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)上述現(xiàn)象仍然存在，可見換磚修復(fù)未能取得良好的效果。

鞍鋼化工總廠一、二、三期干熄焦工程分別于XX年10月、XX年12月和XX年10月投產(chǎn)運(yùn)行，鞍鋼在年修期間發(fā)現(xiàn)，干熄爐砌體和一次除塵膨脹節(jié)的實(shí)際磨損非常嚴(yán)重，表現(xiàn)為磚體損壞、塌沉、脫落等，尤其是預(yù)存段和冷卻段之間的部分，幾乎沒有完好的調(diào)節(jié)磚。鞍鋼的工作人員更換了大約三分之一的耐火材料，但實(shí)際效果并不是很好。

杭鋼75t/h干熄焦工程項(xiàng)目于XX年5月19日竣工投產(chǎn)，XX年12月對(duì)干熄焦裝置進(jìn)行首次停產(chǎn)年修時(shí)發(fā)現(xiàn)，32個(gè)斜道牛腿磚正面及兩側(cè)面出現(xiàn)不同程度的裂紋，斜道牛腿側(cè)面磚縫出現(xiàn)拉裂，牛腿磚兩側(cè)面因氣流沖刷成坑狀磨損，冷卻段部分襯磚表面出現(xiàn)不同深度的孔洞，有層狀剝落現(xiàn)象。杭鋼工作人員對(duì)干熄爐斜道區(qū)進(jìn)行換磚修復(fù)，對(duì)冷卻段使用高強(qiáng)耐磨澆注料進(jìn)行整體澆筑,澆筑厚度100mm,澆筑高度2.8m，但并未取得良好的效果。

馬鋼干熄焦裝置在運(yùn)行投產(chǎn)一年后的停爐大修中發(fā)現(xiàn)，斜道牛腿側(cè)面產(chǎn)生裂紋，正面直縫出現(xiàn)大的開裂，且部分耐火磚有斷裂的現(xiàn)象。鑒于此，馬鋼工作人員采取了提高關(guān)鍵部位耐火材料強(qiáng)度指標(biāo)，在斜道牛腿處采用整磚砌筑以加強(qiáng)抗拉強(qiáng)度等措施來延長(zhǎng)干熄焦耐火材料的使用壽命，但效果并不明顯。

武鋼焦化的干熄焦裝置從XX年12月投產(chǎn)至XX年3月，不到3年的時(shí)間進(jìn)行過3次停爐檢修。檢修原因均為36個(gè)斜道支撐梁不同程度地存在耐火磚疏松、斷裂和脫落等現(xiàn)象，預(yù)存段過梁磚多處出現(xiàn)下沉、斷裂、破損。XX年3月再次檢修時(shí)，采取了改進(jìn)磚型結(jié)構(gòu)、選用優(yōu)質(zhì)塞隆結(jié)合碳化硅磚、提高耐火泥漿常溫黏結(jié)強(qiáng)度等措施，對(duì)斜道36根支撐梁和過梁進(jìn)行解體重砌后投入使用。于XX年9月進(jìn)行正常停爐年修時(shí)觀察，尚未發(fā)現(xiàn)掉磚等嚴(yán)重現(xiàn)象，但依然有問題存在，檢修效果一般。

耐火材料嚴(yán)重?fù)p壞迫使干熄焦裝置頻繁停產(chǎn)檢修，造成業(yè)主成本持續(xù)增加以，延長(zhǎng)干熄焦耐火材料使用壽命的問題正受到世界各國(guó)越來越多的重視。

以往延長(zhǎng)干熄焦耐火材料使用壽命的研究只是針對(duì)某一方面進(jìn)行，具有很大的片面性。但事實(shí)上，造成干熄焦耐火材料損壞的因素繁多，例如：干熄焦裝置整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理;不能合理的選擇耐火材料;耐火材料及耐火泥本身的質(zhì)量問題;由于種種原因，不能嚴(yán)格按要求砌筑;烘爐不當(dāng);耐火材料所處的工況不穩(wěn);對(duì)耐火材料維護(hù)不當(dāng)?shù)然鸩牧洗嬖诘闹T多問題嚴(yán)重影響著干熄焦后續(xù)生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

延長(zhǎng)干熄焦耐火材料的使用壽命是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，本文通過認(rèn)真分析干熄焦各個(gè)部位耐火材料損壞的原因，制定相應(yīng)的措施來延長(zhǎng)干熄焦耐火材料使用壽命。

二、研究方案

2.1

主要研究?jī)?nèi)容

找出影響干熄焦耐火材料使用壽命的因素，認(rèn)真分析造成干熄焦耐火材料異常損壞的原因。對(duì)耐火材料使用前后、使用期間的物理化學(xué)性能采用電鏡、xrd、抗壓強(qiáng)度等方法進(jìn)行表征，對(duì)延長(zhǎng)干熄焦耐火材料使用壽命的方案進(jìn)行優(yōu)化，使其達(dá)到最優(yōu)結(jié)果。

2.2

目標(biāo)

通過認(rèn)真分析宣鋼焦化廠干熄焦各個(gè)部位耐火材料損壞的原因，同時(shí)借鑒以往的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本工程實(shí)際情況制定相應(yīng)的措施來達(dá)到延長(zhǎng)干熄焦耐火材料使用壽命的目的。

2.3方法手段

對(duì)耐火材料使用前后的物理化學(xué)性能采用電鏡、xrd、抗壓強(qiáng)度等方法進(jìn)行表征。

2.4改進(jìn)及創(chuàng)新

對(duì)于延長(zhǎng)干熄焦耐火材料使用壽命的研究，國(guó)內(nèi)對(duì)其研究的很少，國(guó)外對(duì)其研究的也不多。

以往對(duì)延長(zhǎng)干熄焦耐火材料使用壽命的研究只是針對(duì)某一方面進(jìn)行，具有很大的片面性，而本文則是通過認(rèn)真分析造成干熄焦耐火材料損壞的原因，采用電鏡、xrd、抗壓強(qiáng)度等方法對(duì)耐火材料進(jìn)行表征，提出延長(zhǎng)其使用壽命的措施。

三、進(jìn)度安排

第1-2周：查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，熟悉課題研究背景。

第3-4周：初步確定研究方案，完成開題報(bào)告，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料和設(shè)備。

第5-6周：找出干熄焦耐火材料損壞的原因。

第7-10周：采用電鏡、xrd、抗壓強(qiáng)度等方法對(duì)初裝的耐火材料進(jìn)行表征。

第11-12周：采用電鏡、xrd、抗壓強(qiáng)度等方法對(duì)使用后的耐火材料進(jìn)行表征。

第13-15周：提出延長(zhǎng)耐火材料實(shí)驗(yàn)壽命的措施，整理相關(guān)數(shù)據(jù)，撰寫畢業(yè)論文。

第16周：準(zhǔn)備答辯。

四、參考文獻(xiàn)

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