干熄焦装置的大型化

大型干法熄焦装置的研发（耐火材料部分）

作者：张长青，印文宝

一、前言

干法熄焦技术（CDQ）历史悠久；干法熄焦技术以其节能、减排、环保和焦碳质量好而著称。近年来，干法熄焦技术越来越多地受到国内外钢铁和焦化行业的青睐。国内大型钢铁联合企业和独立焦碳生产企业普遍已经或者正在计划建设干法熄焦（CDQ）装置。

中冶焦耐工程技术有限公司对干法熄焦（CDQ）技术给予极大地关注，在引进国外先进干法熄焦技术的基础上，积极做好科研开发工作。在干法熄焦的基础理论研究，干法熄焦（CDQ）装置的设计参数和生产操作等方面积累了丰富和宝贵的经验，并在此基础上先后研发建设了具有自主知识产权的系列化干法熄焦（CDQ）装置。详见下表：

系列化干法熄焦装置（部分）

随着国内焦碳生产企业的焦炉日趋大型化，焦碳生产企业的单位时间产能和单孔焦炉产量也将大幅提高，因此对干法熄焦（CDQ）装置也同样提出了大型化的课题。中冶焦耐工程技术有限公司始终把干法熄焦（CDQ）装置的大型化和高效化作为重要的科研课题和战略发展目标，在已有成功经验的基础上，积极采取新技术和新措施，引入先进的设计理念，成功的研发建设了配套2×70孔7.63米焦炉的2×150t/h的大型干熄焦装置和配套4×52孔7米焦炉的2×160t/h的大型干熄焦装置以及配套2×60孔7米焦炉的1×190t/h的大型干熄焦装置等。详见下表：

大型干法熄焦装置（部分）

二、干法熄焦装置的大型化

1、概述

干法熄焦（CDQ）装置的大型化是一个系统工程，其中包括许多子课题。本文着重论述干熄炉本体及其耐火材料在大型化的过程中所面临的课题及解决方案。

化工单元生产操作中的移动床反应器、固定床反应器以及沸腾床反应器与干法熄焦装置中的最重要的单元主体生产设备（干熄炉）有着相似之处。装置的先进性主要体现在物料在生产装置中分布均匀，物料在生产装置中停留时间短，反应快以及投资少和操作费用低等方面，那么体现在设计上的一项主要技术指标就是生产装置的理论高径比（H/D）。目前，国际上干熄炉比较先进的理论高径比（H/D）为0.85左右。

2、课题

随着干法熄焦装置逐步实现大型化，干熄炉的理论高径比（H/D）也逐渐趋于变小，而冷却循环气体量有增加的趋势，那么干熄炉斜道区的冷却循环气体流速势必增加。冷却循环气体从干熄炉冷却区进入斜道区时，因冷却循环气体流速增加，容易产生焦碳上浮现象，大量焦粉被夹带出干熄炉，严重时可能引起斜道出口被堵死，干熄炉内压力损失增加，锅炉内管路磨损严重，甚至危及整个系统的安全稳定生产运行。

3、解决方案

3.1、双烟道技术

中冶焦耐工程技术有限公司根据理论分析并结合已经投产的干法熄焦装置的实际生产数据，在大型干法熄焦装置上采取双烟道技术和采用高性能的莫来石结合的碳化硅砖，克服了在干法熄焦装置大型化过程中斜道区焦碳上浮和耐火材料磨损断裂严重的问题，并且提高了斜道区的结构强度和耐热震以及耐磨损性能，从而延长了斜道区耐火材料的实际使用寿命。

3.2、惯性和重力除尘器

为了减少锅炉入口处的焦粉含量，对一次除尘器的内部结构进行合理布局和设计，采用惯性和重力除尘的原理，进一步提高一次除尘器的除尘效率。

三、干法熄焦装置大型化今后的课题

干法熄焦装置是非常复杂的大型工业生产装置，不仅涉及到很多的专业，而且还涉及到生产、制造、烘炉开工以及施工等方面的内容，因此干法熄焦装置的大型化是一个复杂的系统工程，它要求各个方面协同作战，才能取得预期的目标。

干熄炉的结构及其所用耐火材料的选择无疑是干法熄焦装置大型化的一个非常重要的组成部分，这方面的研究课题非常多。常规的理论研究和实验研究都有其局限性，都不能很真实的完全地反映实际的生产工作状况（干法熄焦装置的操作基本包括：烘炉开工——正常生产——停炉检修等，每年停炉检修一次，这其中还不包括生产过程中的波动，所以整个干法熄焦装置的生产是高度非线性的），而且耐火材料本身是脆性材料（高度非线性材料）。根据上述的耐火材料性能和整个生产过程的非线性的特点，可以结合先进的有限元分析方法（Finite Element Analyse FEA）,对其结构进行系统的优化和分析，确定合理的砌筑结构和适用的并且性价比高的耐火材料，取得良好的经济效益。

干熄炉斜道区的结构非常复杂，是干熄炉中工况环境最恶劣的地方，也是最容易损坏的部位，其损坏机理既有砌筑结构方面的因素，也有生产操作，烘炉开工以及施工质量和耐火材料的选取等方面的因素。双烟道技术的采用无论是对生产操作还是对耐火材料的使用寿命都取得了一定的成功。今后还可以应用高级的有限元分析方法（FEA）并且结合计算流体动力学方法（CFD）对其进行进一步的优化，提高其工作状态下的结构强度，大幅度的提高其使用寿命。

四、结束语

干法熄焦技术因其环保，节能减排等诸多优点必将引起焦化行业的广泛重视。根据国内焦碳生产企业的实际技术水平和生产设施的配置情况，有的放矢地研发具有自主知识产权的适合国情的大型干法熄焦技术和实现干法熄焦技术的系列化、大型化和高效化将成为中冶焦耐工程技术有限公司的永恒地发展动力。