超齡焦爐升級改造恢復先進指標過程中關鍵技術的選擇與應用

李詠昕

（宣化鋼鐵集團有限責任公司設備能源部，河北 張家口 075000）

0 引言

河鋼宣鋼焦化廠1 號、2 號焦爐分別于1989 年、1993 年投產，爐型為JN60—82 型頂裝焦爐，炭化室數為2×43 孔，設計產能為90 萬t。目前1 號、2 號焦爐爐齡均已超第一代焦爐爐齡，因爐體老化變形，設備設施腐蝕嚴重，生產過程中經常發生煙塵無組織外溢，不能滿足日益嚴格的安全及環保要求。

為貫徹執行低碳綠色、循環發展的企業環保觀，解決源頭無組織排放和降低末端有組織排放，加快實現創建環保A 級績效企業的目標，宣鋼焦化廠決定對兩座6 m 焦爐進行節能環保超低排放改造。

1 工程概況

原地改造現有2×43 孔炭化室高6 m 復熱式頂裝焦爐及配套設施，建設年產焦炭90 萬t 焦爐，采用2×43 孔6 m 復熱式頂裝焦爐，焦爐實現自動測溫和自動加熱，焦爐地下室及煙道自動巡檢，上升管自動放散點火裝置，機車實現有人值守無人操作。

利舊現有焦爐基礎、煙道、煙囪、推焦車和熄焦車軌道基礎、端臺、煤塔、端間臺、爐前外線管廊，對利舊部位進行土建基礎鑒定，對荷載量不足部位進行加固。

項目改造新建廢氣回配系統，新建裝煤除塵地面站、出焦除塵地面站、焦爐機側除塵地面站，各除塵站配脫硫系統，保證二氧化硫排放達標，新建上升管余熱利用裝置，實現焦爐生產高效、節能、智能、清潔、環保等目標[1]。

2 關鍵技術的選擇與應用

宣鋼1 號、2 號焦爐大修工程自2022 年3 月開始動工，歷時10 個月的建設期，開始進入烘爐階段。經過80 多天的烘爐之后，這座更環保、更高效、更智能的現代化焦爐成功生產出了第一批高質量清潔型焦炭。建設期間，對舊焦爐的不可利用部分進行拆除，對爐墻重新砌筑、更換焦爐機械，通過引入先進的余熱利用、除塵、自動化控制等技術，保證修復后的焦爐所有指標達到國內先進水平。

2.1 焦爐爐體材料、結構性能的選擇與應用

結合了對原焦爐33 年的運行維護維修經驗，在新焦爐砌筑方面擇優選用高性能的品牌耐火材料，由專業施工隊伍嚴格按照施工順序進行。

1）焦爐爐體采用雙聯火道、廢氣循環，焦爐煤氣下噴、空氣（高爐煤氣）側入，復熱式焦爐。

2）小煙道采用擴散型篦子磚，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，克服小煙道內變量氣體所產生的內外壓力差，達到調節小煙道內變量氣體流量的目的，從而使蓄熱室內氣體分布均勻，實現焦爐長向加熱均勻性。

3）為了提高邊火道溫度，增加蓄熱室封墻的嚴密性，減少熱損失，降低地下室及煙道走廊的溫度，在蓄熱室封墻及斜道爐頭部位采用隔熱效果好且在高溫下不易龜裂的新型保溫隔熱材料。

4）炭化室鋪底磚采用新型致密硅磚，大大提高耐磨強度，炭化室墻采用“寶塔”磚結構，消除炭化室與燃燒室之間的直通縫，使爐體結構更加嚴密，便于爐墻剔茬維修。

5）燃燒室爐頭為高鋁磚砌筑的特殊結構，可以防止爐頭火道倒塌，高鋁磚與硅磚之間的隱蔽縫采用小咬合結構，預防爐頭變形。

6）爐頂裝煤孔和上升管孔砌體采用帶有溝舌的異型磚砌筑，保證其整體性，使爐頂結構更加嚴密，減少荒煤氣的竄漏，防止了爐頂橫拉條的燒損。

7）對立火道底部的斜道口斷面面積和調節磚進行計算和設計，通過合理排列調節磚，使燃燒室各火道的氣量分配合理，橫排溫度分布均勻，保證焦炭質量和焦爐熱效率。

2.2 焦爐配套工藝

2.2.1 單炭化室壓力調節技術（GIPRO 單集氣管壓力調節系統）

GIPRO 單集氣管壓力調節系統包括帶執行器的水封成套裝置、液壓系統、現場檢測控制設備、控制柜和專門的PLC 高端冗余控制系統。

為有效保證焦爐炭化室內部在結焦全周期內始終保持微正壓，焦爐底部壓力保持+5～+30 Pa 狀態，防止空氣在煉焦過程最后階段進入焦爐，保障焦爐在結焦期間炭化室底部穩定在微正壓狀態，同時還保障了每段集氣管對應的多個炭化室可在不同工藝狀態下生產，每個炭化室單獨控制并與裝煤車配合有效消除裝煤時煙塵。

2.2.2 焦爐自動巡檢技術

焦爐自動巡檢技術包括懸掛式軌道分煙道巡檢機械人和地面式軌道煤氣交換巡檢機械人兩種。機械人巡檢系統主要由機械人控制系統、信號傳輸通信系統、承載機械人的驅動機構、機械視覺系統、傳感器單元、數據采集系統、軌道支撐系統及綜合管理平臺軟件等組成；焦爐地下室自動巡檢機械人的功能主要包括高精度實時定位功能、人員識別與監視功能、視覺與視頻圖像分析功能、遠程指揮功能、熱成像測溫功能等。

2.2.3 焦爐自動加熱技術（含爐頂自動測溫）

焦爐自動加熱技術可實現焦爐加熱過程控制，最終達到降低氮氧化物排放、節約煤氣、提高焦炭質量、減少現場作業人員的目的。當炭化室火落后，綜合考慮相關燃燒室立火道溫度、孔火落時間與全爐平均火落時間偏差，以及相鄰炭化室結焦狀態判斷，調節相關燃燒室的煤氣支管，提高全爐各孔火落均勻性以及減少火落后的煤氣供給，保證溫度穩定和節省煤氣量。

2.3 節能降耗技術

在材料和結構方面采用高性能保溫隔熱材料。如爐柱采用H 型鋼，沿焦爐高向設置七線小彈簧，在縱橫拉條的端部設有彈簧組，實現爐體施加壓力均勻，保證了焦爐整體結構的完整性和嚴密性。

在控制方面采用碳化室壓力自動調節和自動調溫加熱系統等多項技術融合，以提高焦化產業自主創新能力為核心，促進焦化產業轉型升級，充分發揮科技創新與管理創新在焦化行業結構調整、轉變發展方式中的支撐和引領作用，提高焦化生產自動化、智能化水平[2]。

在工藝方面，通過對上升管余熱回收利用，節約煉焦工藝能耗（標準煤）10 kg/t 以上。上升管余熱回收系統在焦爐建設期內同步安裝，可最大程度回收荒煤氣顯熱，將870 ℃的荒煤氣降溫至450 ℃，同時減少循環氨水的使用量，向外輸送0.6 MPa 蒸汽10 t/h。

2.4 環保除塵技術

本工程對焦爐生產過程中陣發性煙塵和連續性煙塵的治理采取了有效的治理措施，對焦爐技術、裝備的先進性及完善的除塵設施都有顯著提升，有效降低了對環境的污染。

2.4.1 陣發性煙塵治理

1）焦爐裝煤除塵治理：使用裝煤車導套密封系統與單炭化室壓力調節系統相結合，可使焦爐在裝煤過程中無煙塵外逸。

2）焦爐出焦除塵治理：采用干式除塵地面站方式實現出焦煙塵的治理。在攔焦機上設有大型集塵罩，將出焦時產生的煙氣通過集塵罩、集塵干管抽吸到地面站進行凈化處理，大大增加了出焦煙塵的捕集率。

3）機側煙塵治理：通過推焦機上的煙塵收集裝置，可有效收集機側啟閉爐門、爐門爐框等煙塵，經機側水封式集塵管道，再送到機側地面站進行凈化處理。

2.4.2 連續性煙塵治理

1）爐頂采用水封式導煙孔蓋，大大增加了導煙孔蓋的嚴密性。

2）爐門采用彈簧刀邊、彈簧門栓的腹板式撓性結構爐門，小爐門改為上開式，其密封性好，可有效實現降塵效果。

3）爐頂上升管蓋、橋管及閥體承插處均采用水封結構，杜絕上升管蓋和橋管承插處的冒煙現象。

3 實施效果

焦爐大修升級改造工程采用大量先進節能技術、環保技術，自動化、智能化程度得到大幅提升，其中智能化主要體現在智能加熱調溫技術、上升管單孔調壓、四大車無人駕駛等關鍵工藝上。新焦爐采用了更為先進、高效的煉焦生產工藝，用相同的能耗指標和操作人員，單孔出焦率更高、焦炭性能更好。焦爐大修升級改造完成后，新焦爐改為負壓運行，增加機側除塵系統，機側推焦、平煤產生的煙塵經凈化后達標排放[3]。

實踐證明宣鋼1 號、2 號焦爐大修工程，以氫能源開發以及示范項目配套焦爐技術改造為載體，最終實現了企業用工人數減少10%～30%；能耗、物耗比行業先進水平低2%～4%；生產操作費用降低3%～5%；產品質量、環保排放實現全時在線100%達標。