干熄焦一次除尘器的工艺改造.docx

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干熄焦一次除尘器的工艺改造

干熄焦一次除尘器的工艺改造

摘要：

在深入剖析我公司干熄焦一次除尘器系统存在问题的前提下，针对高温膨胀节、排灰系统以及一次除尘器挡墙进行了技术改造。

关键词：

干熄焦一次除尘器改造

近年来，随着干熄焦技术在国内的大力推广，干熄焦装置的数量也越来越多，截止2010年底，全国已有干熄焦装置100余套，处理能力9000多万吨，干熄焦焦炭已成为冶金焦炭中的主流。

干熄焦稳定运行关系到干熄焦系统的综合效益。

位于干熄炉和锅炉中间的一次除尘器系统的稳定运行关系到干熄焦系统的整体运行，本文通过研究目前我公司一次除尘器系统存在的问题，针对高温膨胀节、排灰系统以及一次除尘挡墙进行了技术改造。

1一次除尘系统存在的问题

如图1所示，一次除尘器系统位于干熄炉和锅炉中间，其主要作用是清除循环气体中的固体粉尘，其工作方式是利用重力除尘原理将循环气体中的大颗粒焦粉（6mm以上）进行分离，实现循环气体的自净化功能，减少大颗粒焦粉对锅炉炉管的磨损冲刷，保证干熄焦系统的高效运行。

1.1高温膨胀节存在问题及剖析

一次除尘器系统有干熄炉出口与锅炉入口两个高温膨胀节，是干熄焦系统中重要的补偿元件。

原设计利用主体波纹管的有效伸缩变形吸收循环气体从干熄炉进入一次除尘器系统以及从一次除尘器系统进入锅炉系统过程中的温度场变化引起的尺寸变化或轴向、横向和角向位移。

我公司两套干熄焦系统自2009年6月投入运行以来，每次年修时高温膨胀节都是必修或者更换的设备之一，主要问题是高温膨胀节寿命短，多次出现波纹变形，侧墙和弧形顶部烧穿及浇注料脱落，影响了干熄焦的稳定顺行生产，如图2所示。

原设计高温膨胀节损坏的主要原因是：

（1）伸缩节耐火材料的工作层厚度不够。

原设计高温膨胀节工作层浇注料结构可分为工作层和隔热层，工作层为厚100mm重质浇注料，隔热层为150mm轻质浇注料，2010年修时，发现大量浇注料脱落，致使高温膨胀节高温变形。

现场分析表明，一次除尘器同一区域的工作层莫来石砖的厚度是406mm，2010年修后高温膨胀节浇注料总厚度也仅为300mm

（2）干熄焦生产系统的频繁开停对一次除尘器区域的温度场影响很大，造成浇注料内部结构频繁收缩变化，尤其是锅炉爆管产生的水蒸汽对浇注料破坏很大。

（3）由于高温膨胀节内耐火填充物填塞不密实致使正常生产时膨胀节内部有一定的负压，这样伸缩节的金属易烧穿烧坏，甚至损坏整个伸缩节。

1.2排灰系统存在的问题剖析

我公司干熄焦投产以来，一次除尘排灰系统使用效果始终不好，出现有溜槽堵料、三重水冷套管排灰不畅、叉型溜槽浇注料脱落烧，生产统计表明我公司干熄焦一次除尘排灰系统每季度都有故障记录。

通过现场勘查，总结分析得出：

（1）由于排灰系统料位的波动，加之密封效果不好，会造成阶段性吸入空气，空气与设施内的高温焦粉燃烧结渣，形成块状物。

造成空气吸入的原因是由于一次除尘器料位计出现故障，出现阶段性的水冷套管排空所致。

（2）由于叉型溜槽内外层浇注料施工质量问题，不能有效粘结，导致叉型溜槽浇注料脱落，不能排除，堵塞冷却套管。

（3）冷却套管是工作原理是水与热灰的间接换热，长时间的运行和热应力变化，造成水管泄漏，导致焦粉变湿成块，度扫冷却套管。

（4）由于冷却套管使用冷却水内含杂物较多，水质较差，导致水流不畅，焦粉冷却效果不好。

1.3一次除尘器系统挡墙倒塌

一次除尘器系统挡墙位于一次除尘器系统中部，主要作用是降低通过循环气体的流速，分离较大焦粉颗粒，所处温度场温度900℃左右，压力为负1050Pa，其总重约24吨，材质为A级莫来石，挡墙整体受力支撑由三个拱形梁完成，上部挡墙由一个拱形支撑，直至除尘器顶部，下部挡墙由两拱环支撑，下部空间为循环气体通道和灰仓双叉溜槽位置，挡墙的相对设计尺寸为：

有效高度6.81米，宽度6.1米，墙体厚度为0.23米。

我公司一、二号干熄焦装置分别于2009年6月和2009年10月投产，先后于2011年6月、10月发生挡墙倒塌，造成一次除尘器排灰不畅，严重时堵塞不能排灰，只能在线处理，严重影响了炼焦的正常生产，另外大颗粒的焦炭颗粒随着高速的循环气体进入干熄焦锅炉系统，致使锅炉炉管的迎风面磨损严重，造成锅炉炉管的爆管事故给生产安全带来了一定的隐患。

通过现场勘查，总结分析得出挡墙倒塌的原因为：

（1）存在设计上的缺陷。

如图3所示，一次除尘器挡墙砌砖为单砖设计，砖体接触面设有两处膨胀缝，通过耐火火泥粘结密封。

在干熄炉升温投产后，除尘器挡墙上会出现一些接触面缝隙，这些缝隙不会沿着膨胀缝的大小变化而涨闭，缝隙在循环气体的吹扫作用下，导致火泥逐步脱落，首先造成挡墙局部窜气，缝隙尺寸会逐渐变大，缝隙周围的耐材在受到循环风推力作用产生松动，出现孔洞，久而久之最终致使挡墙坍塌。

（2）干熄焦系统频繁波动。

干熄焦系统频繁波动一是来自干熄焦正常生产时，炉盖开关会导致预存室产生±100Pa左右的压力波动，参照锅炉入口压力为分析点，装入炉盖打开前为-900Pa，以最大压力波动假设，即干熄炉炉盖打开后压力值为-1100Pa，周期为每11分钟一次，挡墙的面积约为41.5m2计算，挡墙受压力为3.8吨，开盖后受压力为4.7吨，这样形成的交变应力致使挡墙发生疲劳破坏。

二是干熄焦由于外界因素的多次开停工也是造成挡墙受力变化的因素，

2一次除尘系统结构的优化

2.1高温膨胀节的结构优化

高温膨胀节下部结构、两侧面金属外壳不变，上部拱梁砖及原设计浇筑料改为耐火砖材料，如图4所示。

在严格保证耐火砖工作层和保温层砌筑尺寸的前提下，将膨胀节弧形拱顶外壳及附近的钢板割掉后，侧墙按伸缩节侧墙断面的变化用粘土砖和高铝质轻质砖砌筑，拱顶用莫来石耐火砖和高铝质轻质砖按一次除尘器拱顶耐火材料图砌筑。

另外，进一步优化膨胀缝结构。

原设计高温膨胀节安装余量总宽度为100mm，膨胀节伸缩位移80mm，膨胀缝两边各10mm。

在实际使用过程中，干熄稳定运行后，膨胀节处膨胀系数变小，100mm宽的膨胀缝多出现了填料脱落，影响了锅炉入口空气扰动，影响了生产。

根据实际生产条件需求，将膨胀节安装余量总宽度降低为90mm，两端各留45mm。

膨胀缝内填充物为工作温度为1260℃、体积密度为220kg/m3的陶瓷纤维毯，施工时确保膨胀缝内填充物密实。

我公司2010年修时，将原设计高温膨胀缝改为上述结构式耐火砖式结构，经过两年生产运行未出现损坏，大大提高了干熄焦系统的稳定性，2010年年修时实际工况图如图5所示。

2.2排灰系统的结构优化

通过以上对排灰系统存在问题的剖析，从以下三方面进行了调整。

（1）焦粉水冷套管的技术改造

1、材料的改变

改善材料的耐磨性能，尽量减少冷却套管管体焊接部位。

在保持排灰腔容积不变的条件下，使用9mm无缝钢管将冷却套管整体套筒原有的6mm焊管替换。

2、焊接工艺改进

将内层套筒焊接方式调整，取消原来的内环角焊接工艺，采用上外侧环焊接方式，使水冷套筒壁上下一体，大大减少了焊接带来缺陷、加强了筒壁的耐磨性能，一定程度上解决高温焦粉对水冷套管焊缝处的强烈冲刷的问题，延长设备使用寿命。

另外，取消内套筒隔板结构，采用DN50的无缝钢管插入内套的结构，有效地保证了内套中冷却水由低至高的流向，提高冷却效率。

（2）溜槽的技术改造

1、铆固件的改进

采用分层方式固定，将铆固件间距130mm缩短至60mm，由“Y”型铆固件改成层叠“”型，尺寸由60mm变为120mm。

2、优化焦粉溜槽结构

取消上“”下“”结构，采用上下形状一致的“”垂直筒体结构，消除死角，减少焦粉排放阻力，使高温焦粉比较顺利地进入水冷套管进行冷却。

3、严格执行焦粉排放操作标准，加强管理

制定适当的焦粉排放标准，严格控制一次除尘器（1DC）下部料位，稳定排放频率，减少高温焦粉在溜槽内的平均停留时间。

此外，要保证法兰连接处的严密性，杜绝空气进入系统，令焦粉烧结，导致溜槽上部棚料。

（3）改善冷却水质

将冷却水由原来使用的工艺循环水改为除盐废水，并且定期对焦粉冷却套管内外套进行冲洗、除垢排污等作业。

经过排灰改造，使用两年后，一次除尘器系统未出现高温变形，增强了一次除尘系统稳定性。

解决了长期困扰干熄焦稳定运行的难题。

2.3一次除尘器挡墙改造

一次除尘器系统挡墙位于一次除尘器系统中部，主要作用是降低通过循环气体的流速，分离较大焦粉颗粒，干熄焦一次除尘器系统挡墙需要进行改造，满足以下两点要求，一是确保一次除尘器将大颗粒的焦粉除去；二是合理有效改变一次除尘器系统区域温度场。

2.3.1改造方案的确定

（1）增加干熄炉出口顶部位置斜面挡墙。

这样可以改变循环气体气流方向，使焦粉通过一次除尘器的有效高度变小，焦粉因撞击下沉，有利于焦粉收集。

（2）改变中心挡墙位置。

在锅炉侧补偿器位置重新设置中心挡墙，方法是以一次除尘器与锅炉方的膨胀节基础为底面，在其上部砌筑挡墙，来改变原有的遮挡沉降方式，利用焦粉自重，将循环气体中的大粒度粉尘沉降收集于双叉溜槽，并通过水冷套管排除系统。

另一方面，不对一次除尘器系统温度场产生扰动。

改造前后示意图如图6所示。

2.3.2挡墙尺寸的确定

在充分考虑到系统阻力的影响下，通过对实践经验的总结及对相应实验数据的分析：

针对干熄炉与一次除尘器中间顶部位置的挡墙，以改变循环气体的通过方向为目的，根据一次除尘器内部尺寸，如图7所示。

表1挡墙高度数据对照表

条件锅炉入口挡墙高度循环风量m3/h锅炉入口压力Pa锅炉底部粉尘大于6mm的比例1300165000-11005%2600165000-11002%3750165000-11000基本确定其挡墙尺寸为高为350mm，倾斜角度40°。

确定干熄炉出口挡墙尺寸后，锅炉入口的挡墙高度在综合考虑除尘效果和循环气体通过面积两方面因素的情况下，在年修过程中进行了挡墙的预设和调整，并将锅炉底部除尘灰的粒级进行了数据统计分析：

以上数据可以看出在挡墙尺寸调整的三个条件下，锅炉入口压力变化不大，当挡墙高度达到750mm时，焦粉的粒级分布中，大于6mm的比例已经为零，所以，最终确定锅炉入口挡墙尺寸为：

高750mm，如表1所示：

挡墙改造后，一次除尘器系统整体工况运行稳定，除尘效果良好，同时也未对锅炉管道造成负面的影响。

3结论

（1）通过将高温膨胀节金属外框结构改为耐火砖结构，大大增加了高温膨胀节的使用寿命。

（2）通过材料改进，焊接工艺优化，水冷套管结构改造以及水质优化，大大增加了一次除尘器水冷套管的使用寿命。

（3）通过一次除尘器挡墙改造，增加了干熄焦系统的稳定性，提高了一次除尘器系统的整体稳定性。

参考文献

[1]李春燕，卢培山，赵磊.干熄焦循环冷却水过滤器故障分析及解决措施[J].包钢科技.2009年03期

[2]卢培山，李春燕.干熄焦斜道焦炭漂浮的原因[J].包钢科技.2009年03期

[3]王晓峻，任军，王成刚.干熄焦装置延长年修周期探讨[J].包钢科技.2009年03期