焦?fàn)t爐蓋改造的可行性研究

李東東

(山西焦化股份有限公司，山西 臨汾 041606)

?

焦?fàn)t爐蓋改造的可行性研究

李東東

(山西焦化股份有限公司，山西 臨汾 041606)

通過(guò)對(duì)山西焦化股份有限公司煉焦車間裝煤焦?fàn)t爐蓋生產(chǎn)使用現(xiàn)狀的分析，根據(jù)新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及要求，提出自己的改造思路及實(shí)現(xiàn)方式：將中空結(jié)構(gòu)改變?cè)O(shè)計(jì)為分體式結(jié)構(gòu)，并同時(shí)更換爐蓋上下體的材質(zhì)等。

焦?fàn)t溫度控制；焦?fàn)t耗熱量降低；分體式結(jié)構(gòu)改變；技術(shù)改造

1 裝煤爐蓋現(xiàn)狀及改造必要性

山西焦化股份有限公司煉焦車間裝煤爐蓋共有400個(gè)，爐蓋的材質(zhì)為鑄鐵，爐蓋及座的下方是1 000 ℃左右高溫的熾熱焦炭。從熱量傳導(dǎo)上而言，熾熱焦炭及爐蓋和座的傳熱均以輻射傳熱為主。爐蓋及座導(dǎo)熱系數(shù)大，爐蓋上表面溫度為300 ℃～380 ℃，炭化室內(nèi)紅焦的熱量大量向焦?fàn)t爐頂表面環(huán)境散失，不僅損失大量的熱能，增加了回爐煤氣的使用量，而且升高了焦?fàn)t頂部區(qū)域的溫度。特別是夏季，爐頂區(qū)域的高溫惡化了生產(chǎn)操作環(huán)境，增大了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和操作危險(xiǎn)性。同時(shí)，也因?yàn)闋t蓋整體結(jié)構(gòu)在高溫差時(shí)易產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力而減少了爐蓋的使用壽命。為此，急需對(duì)現(xiàn)爐蓋進(jìn)行改造，延長(zhǎng)爐蓋的使用壽命，降低焦?fàn)t能量消耗和爐頂表面溫度。

2 改造方案

1) 將原有爐蓋的整體式中空結(jié)構(gòu)改變?cè)O(shè)計(jì)為表底兩層的分體式結(jié)構(gòu)，爐蓋下體采用鑄鐵鑄造，減小與底座接觸面。

2) 爐蓋上體采用鋼板，上下體空腔填充950型隔熱材料和防輻射板，通過(guò)隔熱層阻斷材料內(nèi)部的熱傳導(dǎo)，然后用螺栓將兩部分連接成為一個(gè)整體；適當(dāng)改變鑄造件材質(zhì)，使其輕量化且更具韌性；對(duì)于隔熱墊與爐蓋的孔隙部分，填充散裝的隔熱保溫材料，使?fàn)t蓋及座更加適應(yīng)使用工況。

3 改造實(shí)驗(yàn)溫度數(shù)據(jù)分析

3.1 1個(gè)周期內(nèi)測(cè)量溫度數(shù)據(jù)

現(xiàn)階段車間使用的新?tīng)t蓋和改造后爐蓋在19 h結(jié)焦時(shí)間1個(gè)周期內(nèi)各個(gè)時(shí)間段試用對(duì)比，測(cè)量溫度數(shù)據(jù)及操作情況如下：

1) 2014年6月26日15:00，在2#炭化室2#裝煤口使用時(shí)各項(xiàng)數(shù)據(jù)與現(xiàn)用爐蓋對(duì)比。

a) 溫度情況如表1。

表1 2#炭化室2#裝煤口溫度情況

b) 煤車揭蓋機(jī)使用時(shí)，新型爐蓋與爐頂表面有摩擦現(xiàn)象。

c) 裝煤后新型爐蓋密封效果不佳，因爐蓋外沿?zé)o澆注料存留空間。

2) 2014年8月6日10:00，在6#炭化室3#裝煤口使用時(shí)數(shù)據(jù)與現(xiàn)用爐蓋對(duì)比。

a) 溫度情況如表2。

表2 6#炭化室3#裝煤孔溫度情況

b) 煤車揭蓋機(jī)使用時(shí)，新型爐蓋時(shí)有擺放不正情況發(fā)生，與爐頂表面磚無(wú)摩擦現(xiàn)象。

c) 裝煤后新型爐蓋密封效果良好。

3) 2014年9月3日16:00，在23#炭化室2#裝煤口使用時(shí)各項(xiàng)數(shù)據(jù)與現(xiàn)用爐蓋對(duì)比。

a) 溫度情況如表3。

表3 23#炭化室2#裝煤口溫度情況

b) 煤車揭蓋機(jī)使用正常。

c) 裝煤后新型爐蓋密封效果良好。

3.2 使用前2#和3#爐蓋重量及厚度情況

1) 車間現(xiàn)使用的新?tīng)t蓋

重量53.1 kg/個(gè)，厚度84 mm。

2) 改造后的爐蓋

a) 第1個(gè)，重量25.17 kg/個(gè)，厚度83 mm；

b) 第2個(gè)，重量31.15 kg/個(gè)，厚度84 mm；

c) 第3個(gè)，重量32 kg/個(gè)，厚度84 mm。

3.3 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果

1) 經(jīng)過(guò)2次改造，試用新型爐蓋與目前使用的爐蓋相比，其隔熱效果可提高1/2，重量也降低了約1/2。投用后，將大大降低爐頂區(qū)域溫度與熱能損失，既可改善裝煤工操作環(huán)境，降低裝煤工勞動(dòng)強(qiáng)度，又可減少回爐煤氣使用量。

2) 新型爐蓋厚度與現(xiàn)使用的爐蓋直徑及厚度一致。經(jīng)2次改造，煤車揭蓋機(jī)多次使用正常，能滿足焦?fàn)t生產(chǎn)操作要求。

4 效益分析

4.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

原爐蓋平均溫度354 ℃，改造爐蓋平均溫度182 ℃，地區(qū)大氣平均溫度20 ℃，爐蓋直徑為480 mm；裸露面積為0.181 m2，即，A=0.181 m2；空氣自然對(duì)流傳熱系數(shù)5 w·m2·k-1～25 w·m2·k-1，取18 w·m2·k-1，即，?=18；輻射系數(shù)Cs=5。

4.2 熱損失比較計(jì)算分析

爐蓋散熱為輻射散熱和對(duì)流散熱。

輻射換熱公式為式(1)：

(1)

對(duì)流換熱公式為式(2)：

Q2=?A(tf1-t1)

(2)

故，爐蓋熱能損失計(jì)算，見(jiàn)式(3)：

(3)

1) 原爐蓋[見(jiàn)式(4)]

Q原=0.181×{5×[(273+354)4-(273+20)4]/

1004+18×(354-20)}=2 420 W=2.420 kW

(4)

2) 節(jié)能爐蓋[見(jiàn)式(5)]

Q節(jié)=0.181×{5×[(273+182)4-(273+20)4]/

1004+18×(182-20)}=862.35 W=0.862 kW

(5)

3) 對(duì)比節(jié)能量[見(jiàn)式(6)]

Q原-Q節(jié)=2.420 kW-0.862 kW=1.56 kW

(6)

綜合考慮，焦?fàn)t燃燒系統(tǒng)熱損失(煙氣與爐體熱損失)，回爐煤氣有效利用率按90%計(jì)算，則每個(gè)爐蓋節(jié)能1.56 kW×0.9=1.404 kW。每小時(shí)節(jié)能1.404×3 600=5 054 kJ。

回爐煤氣熱值按17 556 kJ/m3計(jì)算，則，1個(gè)節(jié)能爐蓋每小時(shí)節(jié)約煤氣5 054/17 556=0.288 m3。

全部改造后焦?fàn)t年節(jié)能量0.288×400×8 760=1 009 152 m3=100.9萬(wàn)m3。

4.3 效益分析

1) 經(jīng)濟(jì)效益

煤氣價(jià)格按0.265元/m3計(jì)，經(jīng)濟(jì)效益0.265×100.9=26.7萬(wàn)元。

2) 延長(zhǎng)使用壽命效益

原爐蓋價(jià)格350元/個(gè)，使用壽命>1.5 a。

年購(gòu)置費(fèi)用350×400×2/3×10 000=9.3萬(wàn)元。

新型爐蓋使用壽命>1 a。按1 a計(jì)，年購(gòu)置費(fèi)用500×400/10 000=20萬(wàn)元。

年增加購(gòu)置費(fèi)20-9.3=10.7萬(wàn)元。

3) 總經(jīng)濟(jì)效益

26.7-10.7=16萬(wàn)元。

5 結(jié)束語(yǔ)

爐蓋除局部連接螺栓處外，爐蓋上表面溫度控制在184 ℃內(nèi)。同時(shí)，降低了爐蓋外表面溫度和焦?fàn)t熱損失，從而降低了焦?fàn)t耗熱量。此外，還改善了爐頂員工生產(chǎn)操作環(huán)境，減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和操作危險(xiǎn)性。

Feasibility study on modification of coke oven furnace cover

LI Dongdong

(Shanxi Coking Co., Ltd., Linfen Shanxi 041606, China)

Through the status quo analysis of coke oven furnace cover production in coking workshop of Shanxi Coking Co., Ltd., according to the new national standard and requirement, this paper puts forward the transformation idea and implementation mode. The hollow structure is designed into divided structure, and at the same time the material of furnace cover is replaced, etc.

coke oven temperature control; coke oven heat consumption reduction; divided structure change; technological transformation

2016-04-27

李東東，男，1988年出生，2014年畢業(yè)于太原理工大學(xué)，本科，助理工程師。

生產(chǎn)與應(yīng)用

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2016.05.23

TQ05

A

1004-7050(2016)05-0081-02