干熄焦节能焦罐的开发与改造

干熄焦节能焦罐的开发与改造

王伦

济钢集团国际工程技术有限公司250101

摘要：干熄焦传统焦罐存在诸多缺点，新型焦罐的推出克服了一些问题，本文从开发和改造的角度，深入浅出的说明一些方案和经验，也希望节能焦罐进一步完善，为节能降耗工程做贡献。

关键词：节能；型钢；开发。

干熄焦技术是国家重点推广的新型节能技术，焦罐设备是干熄焦的重点设备之一，用来装运从炭化室中推出的红焦，通过电机车和焦罐台车将焦罐运至干熄焦提升井下，通过提升机、装入装置将红焦装入干熄炉内。焦罐的使用性能和寿命一定程度上决定着整个干熄焦的性能。针对传统焦罐在干熄焦工艺过程中出现的种种问题，我公司与柳钢合作对传统焦罐的结构进行了创新改造，采用了耐火浇注料替代原耐热合金及铸铁衬板，用整圈钢板替代原有框架结构，研制出新型节能长寿命焦罐。新型焦罐包含方形节能焦罐和圆形节能焦罐两种。传统焦罐与节能焦罐对比，见附图一。

传统焦罐衬板采用了钢结构框架+合金衬板镶嵌的结构方式，在使用过程中主要存在几个问题：

1、焦罐体钢结构因氧化和热损伤，造成强度下降和局部断裂，安全隐患较大；

2、衬板变形或开裂、衬板脱落至干熄炉中卡旋转密封阀打断生产顺行，甚至造成安全事故；

3、衬板备件成本高、衬板维护量大：每年焦罐备件的成本占干熄焦机械费用相当大的比重，同时需要多名检修工对焦罐进行专项维护；

4、热损失大、烧损大：在红焦运输过程中，焦罐外壳温度高达570℃，不可避免地与空气产生对流换热、辐射换热，同时焦罐形成“烟囱”效应，大量空气通过衬板缝隙进入焦罐内，与红焦接触发生燃烧。

针对传统焦罐在干熄焦工艺过程中出现的种种问题，我们对传统焦罐的结构进行了创新改造。主要包含对内衬材质的改造和对外部钢结构的适应性开发和改造。

首先，我们对原有衬板材质进行了升级。原有材质是球墨铸铁和耐热铸钢。球墨铸铁的综合机械性能接近于钢，因为铸造性能好、价格低廉、生产方便等而被广泛应用。球墨铸铁和耐热铸钢有较好的耐疲劳强度和扭转疲劳强度而被铸造成衬板，应用到焦罐上。然而，由于干熄焦工艺特点，衬板直接和1000℃以上的红焦直接接触，反复加热冷却，铸铁和铸钢的晶相结构和分布发生改变，在内外力作用下，产生扭曲变形，甚至脱落。新型材料采用无机非金属材料中的耐火材料，并增加了耐高温、耐磨的成分，同时适应焦炭的偏酸性环境。耐火材料有很好的强度、硬度，比铸铁和铸钢更加耐磨，更加适应高温环境。为了耐热材料能够长久耐用，需要与罐体之间牢固的结合。

其次，我们对罐体进行改造。原有的衬板焦罐采用型钢焊接成形，在型钢的间隙挂衬板的方式，这种方式的特点是骨架非常笨重，焊缝非常多，骨架与衬板之间的间隙很大，焦罐在运红焦过程中会有大量的空气被焦罐吸入，使焦炭二次燃烧。这样导致了两个非常不利的结果：一是焦炭的烧损率升高，直接影响了干熄焦的效益；二是焦罐焊缝开裂、骨架变形、寿命缩短。我们借鉴干熄炉体的结构，在焦罐外部采用钢板制成壳体结构，制作一层保护作用的炉壳，在炉壳外部采用加强圈加强。在保证结构强度的前提下，减轻了壳体的重量，同时使焦罐密封，与四周空气隔绝，减少了焦炭的烧损,经现场实际测量，罐体外表面温度低于200℃。对于方形焦罐，在制作完方形壳体后，外部采用轻型的型钢和T形钢加强骨架，对焦罐壳体进行了轻量化处理。

还有，焦罐底门存在夹焦问题，无论在传统焦罐还是新型焦罐都存在这个问题。我们对底门的开门结构进行了优化设计，对容易夹焦的对开门位置和铰接轴位置采用了大间隙和耐热密封的方法，解决了焦罐底门容易夹焦炭的问题。

在焦罐的投入运行过程中，我们遇到焦罐底部浇注料容易被焦炭砸落的问题，我们采用型钢封住底圈的结构，将浇注料保护起来，还对方罐中间梁进行了创新设计，采用耐火浇注料代替马鞍形衬板。

综合效益分析：

1.降低维护费用

按照150t/h干熄焦3个圆罐计算，可降低衬板采购、维护等综合成本60万左右。

2.减少热量损失，提高发电量

采用节能焦罐可以有效减少热量损失，降低了烧损，按照年产120万吨焦规模150t/h干熄焦，可提高发电量约150万千瓦时，按照每千瓦时0.5元计算，效益约为73.875万元/年。辐射换热约取对流换热的10%，效益约为7.39万元/年。

3.保证生产安全稳定运行

传统焦罐每年因衬板脱落卡住旋转密封阀而影响生产的平均时间约12小时，按照年产120万吨焦规模150t/h干熄焦计算，约提高发电量21万千瓦时，0.5元/千瓦时，约合10.5万元。

综上，采用节能焦罐的经济效益是非常明显的，环境改善带来的社会效益同样明显，本文不进行详述。

在新型焦罐的使用过程中还会遇到一些问题，一些持续的开发和改造还在进行当中，道路虽然曲折，但新型焦罐的前景是非常光明的，也非常符合当下节能降耗的时代要求，我们总结新型焦罐具有“四高三低一长”的优点：安全性高，提高了生产的稳定性、连续性（避免了衬板脱落卡旋转密封阀的情况），降低了红焦的烧损，提高了发电量，降低了使用维护成本和维修工作量，同时保温隔热效果好使得焦罐的整体使用寿命有效延长。该技术节能焦罐可以全新设计，也可以对旧焦罐进行升级改造，值得在干熄焦等节能工程中推广使用。

参考文献：

1.李继业.现代工程材料实用手册，1版，北京：中国建材工业出版社，2007.

作者简介：王伦（1983—），男，2007年毕业于东北大学机械工程及自动化系，现为济钢集团国际工程技术有限公司工程师，从事干熄焦工程和冶金机械的设计研究。