易定秀¹，李專義¹，崔 平²

（1華菱漣鋼焦化廠，湖南婁底 417009；2安徽工業大學，安徽馬鞍山 243000）

【摘 要】 針對某焦化廠6 m頂裝焦爐蓄熱室工藝狀況，結合爐體保護，分析了蓄熱室格子磚更換的技術要點和施工程序。更換后，蓄熱室平均阻力大幅降低,實現噸焦煉焦耗熱降低0.42 GJ，提高了生產穩定性；解決了高爐煤氣泄漏的問題，消除了生產中存在的安全隱患。

【關鍵詞】 焦爐；蓄熱室阻力；格子磚；爐體保護

前言

焦爐蓄熱室是焦爐加熱系統的重要組成部分，為了提高焦爐熱效率，充分利用焦爐加熱產生的高溫煙氣余熱，現代焦爐均設有蓄熱室。蓄熱室位于斜道下部，并通過斜道與燃燒室相通，是焦爐氣體流通的通道，也是廢氣與空氣(和高爐煤氣)進行熱交換的部位^[1]，由小煙道、箅子磚、格子磚、隔墻、封墻等組成。正常情況下，燃燒室產生的熾熱廢氣由下降火道經過斜道進入蓄熱室時，與格子磚進行熱交換，其熱量大部分被格子磚吸收，廢氣溫度由1 200~1 300 ℃降低到 400 ℃以下，再經小煙道、分煙道、煙囪排入大氣。在一個換向周期后，冷空氣或高爐煤氣經過蓄熱室時，格子磚便將熱量傳遞給空氣或高爐煤氣，使空氣和高爐煤氣從常溫預熱到1 000 ℃以上，以提高空氣和高爐煤氣的顯熱。通過上升與下降氣流的熱交換，可以節省焦爐加熱所需的煤氣消耗，降低煉焦耗熱量，減少碳排放。同時，蓄熱室作為上升、下降氣體通道，其格子磚阻力大，會導致上升煤氣和空氣及下降廢氣不順暢、爐溫不均勻^[2-3]。因此，保持焦爐蓄熱室通暢及良好的蓄熱能力，是焦爐管理的重要內容之一，對降低企業生產成本、減少環境污染具有重要意義^[4]。

針對某焦化廠 1# 6 m 頂裝焦爐蓄熱室格子磚更換過程中所采取的技術措施及效果進行總結，以期對類似工作提供技術參考。

1 1# 6 m焦爐生產現狀

該焦化廠 1#焦爐于 2005年 6月投產，后因發生高溫事故，多孔煤氣蓄熱室格子磚出現變形、軟化結瘤和坍塌，絕大部分煤氣蓄熱室阻力都在 70 Pa以上，部分變形嚴重的蓄熱室阻力超過100 Pa，使得高爐煤氣橫向分配不均，燃燒室橫墻溫度曲線普遍呈兩端高中間低的”凹”型，尤其是 61#、62#、71#、76#、82#、104#、109#爐號，蓄熱室阻力高達120 Pa以上，嚴重影響焦爐正常加熱。為此，在日常生產組織中，1#焦爐的標準火道溫度要比正常情況高10 ℃，裝煤轉數少 2~3 轉/爐，堵塞嚴重的爐號需延長結焦時間至24~28 h；且部分蓄熱室頂部壓力為正值，封墻外煤氣泄漏嚴重，CO 濃度測量值常超過0.1%，嚴重影響焦爐的生產效率和安全。鑒于此，于 2018 年對 1#焦爐煤氣蓄熱室格子磚進行更換處理。

2 蓄熱室格子磚更換技術保障

焦爐蓄熱室包括主墻、單墻、中心隔墻及封墻等砌體以及格子磚、篦子磚等黏土磚，其中主墻、單墻、中心隔墻由硅磚砌筑，承載焦爐全部的重量。基于硅磚以鱗石英為主晶相，在低于 600 ℃時發生晶型轉換，膨脹壓力會產生急劇的變化，所以在進行蓄熱室維修及格子磚更換時，必須考慮爐體保護等技術難題。

2.1 爐體保溫

（1）溫度控制。正常狀態下，蓄熱室上部溫度為 1 100~1 200 ℃左右，蓄熱室維修格子磚更換，需控 制 蓄 熱 室 維 修 段 燃 燒 室 爐 頭 火 道 溫 度 高 于900 ℃，其它火道溫度低于標準溫度不超過150 ℃；同時要求每 4 h 測量一次橫墻溫度，并根據所測溫度及時調節煤氣用量。

（2）施工管理。要求施工速度盡量快、開孔盡可能小。在拆除封墻時，為減少冷空氣的進入，封墻采取分層拆，分層挖的方式，一次拆除 4 層左右，不宜拆除過多；該部分處理完工后，必須及時用陶瓷纖維毯擋住，以減少熱量散失。

（3）施工時間選擇。施工需要在氣流上升時間段進行，當廢氣下降時，必須停止作業。因氣流上升本身是冷空氣進入的過程，不會對蓄熱室溫度產生大的影響；而在氣流下降時，高溫廢氣會加熱格子磚，此階段停止作業，可確保蓄熱室吸收足夠的熱量，以保障維修時的溫降不至過大。

（4）緩沖爐號管理。根據“同雙前單“的原則，施工期間需將受影響炭化室分為第一緩沖爐號和第二緩沖爐號（各2個）分別延長結焦時間至26 h及23 h（正常結焦時間為 19 h）以確保焦炭成熟，并控制相鄰爐號出焦時間差在 2 h以上。（該部分標黃的內容可刪除）以更換61#蓄熱室格子磚為例，緩沖爐號安排見表1所示。

2.2 鐵件管理

蓄熱室格子磚更換，爐體會出現一定程度的溫降，焦爐的砌體受熱脹冷縮的影響，膨脹壓力會發生變化。為控制好焦爐的保護性壓力，施工期間，要求鐵件管理人員每 4 h對鋼柱彈簧的噸位進行監控檢查并調節，防止護爐鐵件因爐溫急升急降失去保護作用。

2.3 復產調溫控制

更換格子磚后的復產升溫涉及砌體壽命和生產安全，升溫過快，容易導致蓄熱室墻面出現二次損壞；如更換后蓄熱室溫度低于高爐煤氣著火點700 ℃時，需延長焦爐煤氣加熱時間，否則，提前倒換高爐煤氣加熱容易出現爆炸。由于該廠是在熱態下更換格子磚，施工溫度較高，一般在封墻砌筑完畢后3~4 h左右蓄熱室溫度即可升到800 ℃以上，此時，即可倒換并改燒高爐煤氣，恢復正常加熱。但在煤氣倒換后，需仔細檢查風門，廢氣盤陀桿高度，并密切跟蹤橫墻溫度變化。

3 蓄熱室格子磚更換實施方案

3.1 施工前期準備

(1)施工工具準備

施工前準備好工器具（含 9 m 的鐵耙，導向桿、風鎬、薄鐵板、滑梯等 ）、耐火材料，安裝好照明燈和防爆軸流風機，同時使用彩鋼板將翻修蓄熱室的廢氣盤遮檔好，防止扒出的廢格子磚掉落卡住交換設備。

(2)做好溫度壓力制度的測量與記錄

測量待更換格子磚的蓄熱室的阻力、橫墻溫度、爐頭溫度，記錄好測量的原始數據，建立維修檔案。

(3)倒換煤氣

將待處理的爐號加熱用高爐煤氣倒換成焦爐煤氣，以防施工過程中發生煤氣中毒。

3.2 拆除封墻

用鋼釬先拆除蓄熱室頂部的測溫裝置，并從測溫孔處開始拆封墻磚，封墻拆除至第四層格子磚處，對蓄頂未拆除的磚架支撐進行加固，同時對蓄熱室墻面貼陶瓷纖維毯保溫。當此四層格子磚拆除后，對蓄熱室裸露部分墻面再貼陶瓷纖維毯，然后再往下拆除封墻。即拆除封墻與挖取格子磚交替進行。

3.3 格子磚的拆除及清理

將薄鐵板（1 100 mm×380 mm）放入待換格子磚和下層格子磚之間的間隙中，耙出鐵板上的格子磚，隨著扒除該層格子磚向蓄熱室深度方向移動。第一塊鐵板也跟著向前移動，達到1 m左右，再移入第二塊，鐵板對接時將后一塊鐵板的金屬銷插入前一塊鐵板，以保證 2 塊鐵板緊密對接，依此類推，沿整個蓄熱室長度方向，所有鐵板都采取此方法進行對接。對于高溫熔融的格子磚，普通耙子耙不出的時候，采取風炮敲打的方式拆除蓄熱室格子磚，再用耙子扒出。

格子磚扒出順序為從上到下、從外向里逐層、逐塊地進行。隨著格子磚挖取深度的增加，使用不同長度的耙子予以配合，當耙子的長度達到 5 m 以上，需在耙子中部增加支撐架，確保耙子前端不下垂，每層待換格子磚全部取出后，才能抽出鐵板。最后三層格子磚，每扒一層，需用壓縮空氣將剩余格子磚上部碎磚吹掃干凈后，才允許扒下一層，確保剩余格子磚通暢不積渣。施工格子磚更換層數最多的爐號達到了17層，更換深度達到了7.5 m。

3.4 蓄熱室單主墻修復

蓄熱室修復過程中因降溫爐頭部位會出現損壞，所以需在格子磚扒除后將蓄熱室剩余封墻全部拆除，再將其爐頭部位2個火道的格子磚取出，檢查爐墻墻面縫隙。完畢后用陶瓷纖維毯貼靠在保留格子磚的正面進行保溫，并根據爐墻裂縫實際情況采取不同的方法進行修復。

當蓄熱室單主墻為小縫隙時，直接用噴漿機噴涂密封處理；當蓄熱室單主墻為寬大裂縫時，先用石棉繩打底，然后再用水玻璃基中溫硅火泥勾縫密封處理。如果單、主墻端部碎裂嚴重或變形以及裂縫太大而利用上述方法不能消除時，應將損壞部位的舊磚拆除，按設計尺寸重新砌筑修復。蓄熱室單、主墻修復完畢后，需安排熱修人員對爐頭磚煤氣道進行噴漿，確保爐頭補償加熱煤氣能正常進入燃燒室。

3.5 新格子磚的安裝

新格子磚安裝前，必須對保留的格子磚進行吹風檢驗，確保暢通。然后把滑道放進蓄熱室內，將格子磚逐塊逐層推入。第一塊格子磚必須放平，格子磚之間互相靠緊，不得歪斜和傾倒，力求孔洞上下對齊，兩側不能靠爐墻。格子磚安裝完成后，用專用鏟斗清理小煙道，確保小煙道通暢。

3.6 新封墻筑砌

格子磚安裝完畢后，先砌里封墻，并在外表面刷漿密封，接著砌外封墻，待蓄熱室溫度正常后，再次勾縫并恢復封墻的保溫層。溫度恢復正常后，測量蓄熱室阻力，并及時記錄，跟蹤更換效果。

4 蓄熱室格子磚更換后的效果

從 2018 年開始對 1#焦爐蓄熱室格子磚進行維修更換，截至 2020 年 7 月，共處理 89 孔蓄熱室格子磚，其中機側38孔，焦側51孔；含煤氣蓄熱室85個，空氣蓄熱室 4 個。通過一年多的維修，1#焦爐加熱狀況明顯好轉，基本實現順箋操作，生產穩定性得到了顯著提高。

4.1 蓄熱室阻力降低

2017年1#焦爐蓄熱室平均阻力為91.9 Pa，處理后的蓄熱室平均阻力平均為 33.4 Pa，阻力下降58.5 Pa，見圖1所示。

4.2 焦爐橫墻系數提高

1#焦爐蓄熱室堵塞變形主要集中在中部 10#~22#火道。更換前，在較高的高爐煤氣壓力下，大部分煤氣進入焦爐燃燒室兩端未堵塞的格子磚，造成橫墻溫度中間低兩端高的現象，更換格子磚后，蓄熱室保持暢通，高爐煤氣在格子磚內均勻分配，全爐溫度均勻性得到明顯改善，橫墻溫度系數由更換前的 0.60 提高至 0.72（見表 2），中部溫度較更換前平均提高了 60~80 ℃，兩端火道溫度較更換前降低約30 ℃。

4.3 煉焦耗熱量降低

1#焦爐蓄熱室格子磚更換后，焦爐加熱狀況得到明顯改善。目前在保持結焦時間 19 h的情況下，所有的爐號基本順箋，日出爐數增加 3.1爐，實現噸焦煉焦耗熱降低0.42 GJ，見圖2與圖3所示。

4.4 減少高爐煤氣泄漏

蓄熱室格子磚更換后，蓄頂部 CO 濃度由 0.1% 降低至 0.0024%，基本解決了煤氣蓄熱室泄漏造成的安全隱患。

5 結語

（1）針對 1#焦爐蓄熱室格子磚堵塞，本次共更換處理蓄熱室格子磚89孔，因大部分格子磚出現燒結熔融，相比處理因灰塵造成的格子磚堵塞，技術難度大。本次采取風炮敲打的方式拆除蓄熱室格子磚，拆除效果好，施工速度快。

（2）施工采取在線格子磚更換及三班倒連續作業方式，蓄頂溫度基本控制在800 ℃以上；格子磚更換后，沒有對爐體造成二次傷害，蓄熱室密封性良好，基本解決了蓄熱室煤氣泄漏問題。

（3）1#焦爐蓄熱室格子磚更換后，加熱狀況明顯好轉，蓄熱室格子磚阻力平均下降了 58.5 Pa，焦爐橫墻系數提高了 0.12，煉焦耗熱量平均降低 0.42 GJ/t。

參考文獻

[1]  印文寶，韓冬，王建波，等 .現代大型蓄熱式焦爐蓄熱室結構的研究[J].煤化工，2019，47（5）：13-17.

[2]  張軍，趙陽.優化7.63m 焦爐橫排溫度均勻性的研究[J].燃料與化工，2018,49（5）：14-17.

[3]  李強 . 焦爐蓄熱室格子磚阻力異常情況的分析與判斷[J]. 冶金動力，2010（4）：26-28.

[4]  張寶利，張化強，韓礦，等 .焦爐蓄熱室阻力減小的措施及效果[J]. 煤化工，2010（5）：45-46.