双吸式高压氨水无烟装煤技术的应用

双吸式高压氨水无烟装煤技术的应用
作者: 李康杰, 高明利,
山西阳光焦化集团有限公司建有一组2×65孔JN60-6型焦炉，采用双吸式高压氨水无烟装煤技术治理装煤烟尘。

投产以来，经不断摸索和改进操作管理，取得了较好的应用与治理效果。

装煤时，初期冒烟时间不超过10s，末期不冒黄烟，焦炉炉顶无组织排放的3项指标均达到了GB16171-96的要求。

1 双吸式高压氨水无烟装煤技术的原理
双吸式高压氨水无烟装煤技术是在高压氨水无烟装煤技术基础上发展起来的，基本原理仍是装煤时利用桥管阀体处的氨水喷嘴，喷射压力2.0MPa以上的高压氨水，在上升管根部形成负压，将炭化室内的装煤烟尘抽吸到集气管中。

一般只在装煤炭化室使用常规的高压氨水，尽管压力也不低，但仍不能产生足够的吸力将装煤烟尘完全吸走，故仍有大量烟尘外冒。

基于此，在装煤车装煤套筒的外面，增加了逸散烟尘的收集罩，通过导管导入到N+2号炭化室，该炭化室与N 号装煤炭化室同时使用高压氨水。

由于此时该炭化室已处于结焦末期，煤气发生量已比较少，故在此炭化室内同样处于负压状态，可将因高压氨水所形成负压不足而逸散出的荒煤气、烟尘等重新收集起来，吸入该炭化室，经上升管进入集气管，以实现真正的无烟装煤。

JN 60型焦炉有4个装煤孔，采用了3个侧吸管。

使用时高压氨水压力要求在2.5MPa以上，入炉煤水分在10％左右，装煤时间180s 。

2 JN60型焦炉的消烟操作与实践
JN60型焦炉属于大容积焦炉，与JN43型焦炉相比，焦炉的外形尺寸有较大的变化。

炭化室长15980mm、高6000mm，有效容积38.5m3。

由于炭化室容积大、长度长，焦侧第4装煤孔远离上升管，使用双吸式高压氨水无烟装煤技术能否达到装煤地面站同样的消烟效果，存在不同意见。

系统刚投用时，由于受高压氨水压力低、操作不熟练、集气管系统的压力波动大等因素的影响，装煤时一度黑烟
滚滚，装煤后仍从炉盖处冒出浓黄烟，很不理想。

经过分析讨论，采取若干措施后，情况有了明显好转。

2.1 硬件配置及改造
（1）装煤车改造。

使用高压氨水无烟装煤技术时，对装煤车没有特殊要求。

公司采用大连重工生产的螺旋给料装煤车，车上带有与装煤地面站配套的加煤烟尘收集与导出装置。

将去地面站的导烟管堵上盲板，在装煤烟尘收集箱加设了导烟管，将烟尘导入与N号装煤炭化室相距两个炭化室中心距的N+2号炭化室内。

鉴于JN60型焦炉的炭化室较长，分别在机中、焦中、焦侧3个装煤孔设置了导烟管，导烟管靠可升降套筒与炉顶密封，将装煤套筒与除尘套筒升降机构连为一体，实现了同步升降。

（2）增加装煤除尘套筒与炉顶的密封。

由于焦炉炉顶沿横向、纵向方向不可能处于同一高度，使得焦炉装煤套筒在落到装煤口附近时，与炉顶之间有时会出现较大的间隙，形成烟气外逸的主要通道，除了结构上适当改进，保证装煤套筒和除尘套筒都能落到炉顶表面，另外，在套筒下边增加了耐磨耐温耐火的石棉材料，采用软接触，保证了套筒与炉顶表面的密封，起到了较好的效果。

2.2 操作指标的合理调整
（1）稳定高压氨水的操作压力。

稳定高压氨水的操作压力是使用双吸式高压氨水无烟装煤技术的关键。

在投用初期，因高压氨水压力波动较大，低时仅为0.5MPa左右，高时可达3.0MPa 。

当高压氨水泵的运行设置为自动时，当出口压力低于0.4MPa时，高压泵的变频电机重新转入高速，压力方可回升。

由于高、低压限值设置较宽，由下限值升到上限值的时间较长，故造成无烟装煤效果很差。

为此，将高压氨水泵设为手动控制，在出炉期间保持高压氨水泵连续高速运行。

同时，严格氨水三通阀的切换制度，不允许装煤时同时打开两个以上上升管的高压氨水阀。

当三通阀泄漏时，马上更换，防止泄压。

在装煤车没到时，不允许提前打开高压氨水阀；要求装煤结束后，马上关闭高压氨水阀。

多种手段并用后，炉顶高压氨水压力可稳定在2.5MPa以上，无烟装煤效果大有好转。

（2）稳定入炉煤的水分。

若入炉煤的水分偏大，不仅会增加焦化废水量，同时，由于采用螺旋装煤，极易造成卸煤螺旋的堵塞。

另外，将大大增加煤料进炉后的水汽量，造成短时间内炉内压力骤增，增加了煤气烟尘外泄的机会。

焦炉
投产初期，入炉精煤以外购精煤为主，而受洗选工艺的限制和洗煤装备水平的限制，精煤水分偏大，一般在12.0％以上，造成配煤室、煤塔下煤困难，装煤车螺旋经常堵塞，导致生产不顺。

为此，我们延长了外购精煤在精煤堆场的堆放时间，同时，将公司选煤一厂经离心机脱水的瘦焦煤运出一部分到新备煤系统，而将外购高水分的瘦焦煤分出一部分去老备煤系统使用，适当增加新系统中水分低、粒度大的1/3焦煤的配入比例，将入炉煤水分控制在11.0%以下，使得装煤时下煤顺利，保证了装煤时间和消烟效果。

2.3 操作管理的改进
（1）加强上升管等管道的“三通一活”管理。

在炼焦过程中，保持上升管、桥管、集气管的畅通和阀体翻板的灵活，对于集气管压力稳定、保持炭化室内煤气的顺利导出十分重要，对于实现无烟装煤也极为重要。

焦炉生产初期，由于管理上的问题，上升管石墨清理不及时而造成了堵塞，严重时桥管内的通道只有原通道直径的1/3，装煤时炉内压力高，必然导致装煤时冒烟很大。

为此，规范上升管的操作，做到每炉清理到位，解决装煤时冒烟的问题起到了十分重要的作用。

（2）确保除尘管的畅通。

装煤时冒出的烟尘中，颗粒物含量较大，一般在5000mg/m3以上，在导出的管路上易沉积，缩小了装煤烟气的流通有效面积，影响消烟效果。

为此，要求每班对除尘管进行清理，确保除尘侧吸管的畅通，最大限度保证除尘效果。

（3）加强推焦与装煤操作的配合。

为保证消烟除尘效果，必须加强推焦车平煤操作与装煤车的配合，最好等平煤结束后，煤车再提套筒，由于炉顶空间已畅通，此时荒煤气就不会泄漏出来。

当煤车套筒提起后，由机侧到焦侧迅速盖上装煤孔盖，以确保无烟效果。

及时地盖上装煤孔盖，不仅可减少荒煤气的外泄，而且对减少煤气的含氧量、热值波动大有帮助。

3 结束语
经过不断总结改进，采用双吸式高压氨水无烟装煤技术的JN60型焦炉取得了较好的效果。

经现场检查和实地监测，炉顶无组织排放的颗粒物、苯并［a］芘、苯可溶物等分别为0.815～1.833 mg/m3、0.0014～（9.8×10-5）mg/m3、0.049～0.247mg/m3，均低于标准值2.5mg/m3、0.0025mg/m3、0.60mg/m3；达到了《炼焦
炉大气污染物排放标准》(GB16171-96)中二级标准限值要求。

作为焦炉无烟装煤技术的一种，只要加强操作管理，完全可以在6m焦炉这样的大型焦炉上推广应用。

1．JN60型和JNX60型焦炉
JN60型焦炉为双联火道、焦炉煤气下喷、废气循环、复热式顶装焦炉。

炉体结构特点是：蓄热室主墙宽度为290mm，采用三沟舌结构：单墙宽度为230mm，采用单沟舌结构。

斜道宽度为120mm。

边斜道出口宽度为120mm，中部斜道出口宽度为96mm。

这样，即可大量减少砖型，又可提高边火道温度。

有些焦炉采用高低灯头结构。

炭化室墙的厚度上下一致，均为100mm。

炭化室墙面采用宝塔砖结构。

炉头采用硅砖咬缝结构，炉头砖与保护板咬合很少。

燃烧室由16对双联火道组成。

在装煤孔和炉头处的炭化室盖顶用粘土砖砌筑，以防止急冷急热而过早地断裂。

其余部分均用硅砖，以保持炉顶的整体性及严密性。

炉顶装煤孔和上升管孔的座砖上加铁箍。

炉头先砌并设灌浆孔，以使炉顶更为严密。

炉顶由焦炉中心线至机、焦两侧炉头，有50mm的坡度，以便排水。

焦炉中心线处的炉顶厚度为1250mm，机焦侧端部的炉顶厚度为1200mm。

JNX60-87型是1987年专为宝钢二期焦炉而设计的下调式焦炉。

它的外形和基本尺寸与JN60型焦炉相同，亦为双联火道，焦炉煤气下喷，废气循环、复热式顶装焦炉。

其不同之处是蓄热室分格。

其优点是气流分布均匀，热工效率高；火道温度调节是在地下室通过蓄热室篦子砖上的可调节孔调节，因此调节简便、准确、容易。

其缺点是蓄热室结构复杂、砌筑困难；如格子砖堵塞，则不易更换，因此未推广使用。

在总结了宝钢二期焦炉生产经验的基础上，经现场结合，我院又新设计了JNX60-2型下调式焦炉在宝钢三期焦炉上使用。

其设计作了许多改进，选用了新材质，改善了炉头加热和操作环境。

钢铁工业的迅猛发展，给焦化工业提供了前所未有的发展机遇。

随着国家产业政策的调整、环保政策的严格和炼铁技术提出了新的挑战。

目前，我国焦炉技术装备水平尚不能适应高炉炼铁技术发展的需要，抓紧焦炉的技术改造，以大型的现代化焦炉替代中小型机焦炉，促进我国焦炉的大型化和高效化，势在必行。

焦炉大型化的迫切性
中国现在生产的焦炭，分大机焦、小机焦和土焦、改良土焦。

近年来，我国炼焦行业处于快速发展时期，不少焦化企业都在抓紧改建功扩建炼焦炉，极大地提高了焦炉的技术装备水平，我国现在正在生产的焦化企业1300余家，焦炉2700座，机焦能力为23900万吨，炭化室高4米以上的焦炉约占61%，在生产的6米焦炉共58座，仅仅占总数的2%。

在2700座机焦炉中，还有红旗焦炉、70型及66型的落后小焦炉。

另外，山西、贵州一些地方的简易机焦炉尚在生产，年生产能力有3000余万吨。

作为世界第一焦炭生产、消费与出口大国，我国炼焦行业虽有宝钢、鞍钢、武钢、首钢第一批现代化炼焦炉，但同时还有一大批落后的中小机焦炉存在，工艺技术装备先进的6米大容积焦炉与面临淘汰的落后简易机焦炉并存。

4烽以下
的小焦炉环保水平低，且质量低劣的焦炭不能满足高炉大型化和富氧喷煤的需求，适应不了炼铁技术发展的要求。

除宝钢4000m³高炉外，不少钢铁企业如武钢建造了3000m³以上的高炉。

高炉大型化和实施精料措施及强化冶炼，对冶金焦炭机械强度乃至反应性能提出了更高的指标要求，焦炭在高炉冶炼中扮演的角色发生了很大的变化，其在高炉内的支撑骨架作用显得更为重要，焦炭的抗碎指标M40要求在85%以上，焦炭的反应后强度CSR在65%以上。

这样的冶金焦炭必须采取新的炼焦技术来生产，焦炉大型化无颖改善焦炭质量的一个重要措施。

为淘汰关停土焦、改良焦生产及工艺装备，国家有关部门先后出台了发改委等9部委联合发出了《清理规范焦炭行业若干意见的紧急通知》。

可以说，停止建设和改造4。

3米以下落后小焦炉，已成为我国炼焦界的共识，得到焦化企业的认同。

焦炉大型化的必要性
焦炉的大型化，是实现我国炼焦行业协调、健康、可持续发展的一条重要途径，炭化室加宽加高、提高单孔炭化室产焦量，是炼焦技术的发展方向。

自上世纪80年代宝钢建成第一座6米焦炉以来，中国焦炉的技术水平产生了一次飞跃。

各大钢铁企业和大型民营企业改造或新建焦炉时都选择了6米高炉，目前在建的6米焦炉就有16座。

增加焦炉炭化室的容积，在同等生产规模及外部环境下，由于炭化室高度和宽度的增大，使得结焦时间延长，可以大大减少出炉次数，减少装煤和推焦的阵发性污染，改善炼焦生产操作环境条件，大容积焦炉的自动化水平较高，炼焦工序能耗大大降低，劳动生产率也显著提高；大型焦炉的装炉煤的密度得到提高，降低了结焦速率，使焦炭成熟均匀，冶金焦炭的质量得到改善。

6米焦炉与4。

3米焦炉相比，显示了无可比拟的技术优势。

以武钢焦炉为例，在同种配煤比及相同结焦的时间下，JN60型焦炉与JN43型焦炉相比，焦炭的机械强度M40提高了3%—5%，M10降低了0。

2%—0。

4%，焦炭反应后强度改善了2%—4%，吨焦的炼焦能耗降低了13。

6公斤标煤，吨焦成本也减少了22元。

另外，焦炭质量提高后在高炉炼铁生产中产生的延伸效益更是巨大的。

我国焦炭产量由1994年的11477万吨提高到2003年的17775万吨，增长了55%，成为世界焦炭第一生产大国，但却不是焦化技术强国。

针对传统焦化工业能耗高、污染大、资源浪费严重等突出问题，为推进焦化“清洁生产与环保治理”的进程，国家《焦化行业准入条件》已经颁布，它将遏止低水平重复建设和盲目扩张趋势，从法规上促进炼焦行业健康发展。

焦炉大型化的可行性
近20年来，鞍山焦耐院在消化、吸收6米焦炉技术的基础上有所创新，他们在焦炉大型化、宽炭化室焦炉等领域，开发出了多项具有自主知识产权的技术，国产化的大型焦炉机车设备与耐火材料完全满足了生产需要。

在5。

5米、6米焦炉的生产技术管理上，宝钢、攀钢、武钢、北焦等厂摸索并积累了丰富的经验，成功地应用了三电一体化技术，其经济技术指标达到了国外同行的先进水平，首钢、武钢、本钢等还实现焦炉机车炉号识别、连锁对位的自动控制。

长期以来，我国顶装焦炉的炭化室宽度没有突破450毫米，2002年鞍山焦耐院设计了第一座炭化室高4。

3米、宽500毫米的顶装焦炉，目前正在开发宽炭化室的6。

5米顶装焦炉和5。

25米捣固焦炉，为我国炼焦工艺的改进提供
了新技术。