山地高落差地形焦化升級改造項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和建設(shè)

范友利，孫中嶺，王建海，周 巖，程建萍，趙忠強(qiáng)

（河南鑫泰能源有限公司，河南 安陽 455141）

河南鑫泰能源有限公司（簡稱鑫泰能源）位于河南省安陽市銅冶鎮(zhèn)煤化工園區(qū)，公司原有2×42 孔JN43-80 型頂裝改搗固焦?fàn)t和2×50 孔TJL4350F 型搗固焦?fàn)t，配套建有160 t/h 干熄焦裝置。

根據(jù)《焦化行業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃綱要》、《京津冀及周邊地區(qū)2018—2019年秋冬季大氣污染綜合治理攻堅(jiān)行動方案》及國家“雙碳”目標(biāo)的要求，焦化企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級勢在必行[1]。2020年鑫泰能源對原4 座4.3 m 焦?fàn)t進(jìn)行升級改造，建設(shè)了2 座XJL6253D型搗固焦?fàn)t（簡稱升級改造項(xiàng)目），并分別于2021年4月和6月投產(chǎn)。該爐型是目前國內(nèi)先進(jìn)和成熟的爐型，為采用雙聯(lián)火道、廢氣循環(huán)、多段加熱、焦?fàn)t煤氣下噴、貧煤氣側(cè)入的復(fù)熱式焦?fàn)t[2]，同時(shí)焦?fàn)t采用了分段加熱方式和低氮燃燒技術(shù)[3-4]。

鑫泰能源處山地地形，在焦?fàn)t設(shè)計(jì)過程中遇到的關(guān)鍵技術(shù)問題就是標(biāo)高近12 m 的高落差問題，需要克服的技術(shù)難點(diǎn)有：焦?fàn)t產(chǎn)生荒煤氣系統(tǒng)的高落差輸送問題、攔焦車軌道無處安放的問題、熄焦系統(tǒng)與國家火車軌道距離近無法安放以及缺少檢維修場地的問題、運(yùn)煤系統(tǒng)的高落差大角度輸送問題。鑫泰能源在項(xiàng)目建設(shè)過程中打破了常規(guī)建設(shè)的設(shè)計(jì)要求，依據(jù)現(xiàn)有場地進(jìn)行開拓性創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，解決了以上問題，現(xiàn)介紹如下。

1 升級改造項(xiàng)目用地情況及建設(shè)難點(diǎn)

1.1 建設(shè)用地情況

鑫泰能源建設(shè)用地26667 m2（400 畝）左右，呈東低西高山地地形，原生產(chǎn)系統(tǒng)布置從西往東依次為綜合辦公點(diǎn)、焦場、焦?fàn)t、煤氣凈化、發(fā)電和煤場，整體布局緊湊，綜合辦公點(diǎn)位置相對高于原焦化位置12 m，焦?fàn)t與煤氣凈化系統(tǒng)在同一水平面，發(fā)電、煤場在同一水平面。

鑫泰能源南鄰寶舜化工公司，西側(cè)山地為安鋼集團(tuán)建設(shè)用地，東側(cè)為地方政府泄洪通道，北側(cè)為當(dāng)?shù)卮迕窕巨r(nóng)田，無可用新增建設(shè)用地。結(jié)合原焦化系統(tǒng)的布置情況，綜合考慮項(xiàng)目建設(shè)需使用土地面積，只能將西側(cè)標(biāo)高點(diǎn)最高的綜合辦公點(diǎn)位置土地上的建筑物拆除和整平后，方可進(jìn)行升級改造項(xiàng)目的實(shí)施。

升級改造項(xiàng)目建設(shè)位置東鄰原焦場，與焦場呈垂直落差式分布，且國家鐵路從垂直落差位置焦場西側(cè)通過，無法拆除，需將涼焦系統(tǒng)、除塵攔焦車軌道架空布置在鐵路上方，但是無法布置道岔式熄焦車檢修系統(tǒng)，同時(shí)需克服煤氣輸送和物料運(yùn)輸難的問題。

1.2 項(xiàng)目建設(shè)面臨的問題

鑫泰能源綜合辦公點(diǎn)的位置標(biāo)高高于原焦場、焦化系統(tǒng)約12 m，西部歸屬安鋼集團(tuán)山地，無法進(jìn)行空間擴(kuò)展，只能將該項(xiàng)目的部分焦側(cè)設(shè)施懸空架設(shè)，在不影響4.3 m 焦?fàn)t焦化系統(tǒng)的正常運(yùn)行下開展建設(shè)工作，逐步與原有煤氣凈化系統(tǒng)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)綜合利用。需解決的問題有以下幾個(gè)方面：

（1）全面分析計(jì)劃建設(shè)XJL6253D 型搗固焦?fàn)t位置和現(xiàn)有公輔設(shè)施相對位置關(guān)系，明確標(biāo)高點(diǎn)的差值，分析如何能夠在原有4.3 m 焦?fàn)t關(guān)停前完成該大型焦?fàn)t的建設(shè)問題。

（2）明確焦?fàn)t基礎(chǔ)標(biāo)高后，設(shè)定焦側(cè)完成出爐作業(yè)的攔焦車、熄焦車等車輛的基礎(chǔ)標(biāo)高點(diǎn)，如何合理利用現(xiàn)有地形，留出火車運(yùn)行通道，完成焦側(cè)相關(guān)設(shè)備基礎(chǔ)的布置和構(gòu)造。

（3）現(xiàn)有煤氣凈化系統(tǒng)與新建設(shè)XJL6253D 型搗固焦?fàn)t高落差對接問題，在確保安全環(huán)保的基礎(chǔ)上，完成對接工作。

（4）焦側(cè)設(shè)備檢維修場地的確定問題。由于焦側(cè)軌道的盡頭緊挨寶舜化工廠圍墻位置，無場地能夠設(shè)計(jì)道岔檢修區(qū)域，熄焦車檢維修場地只能布置在與該項(xiàng)目落差12 m 的焦場南端。

（5）如何克服大角度運(yùn)送粉碎后的配合煤進(jìn)入煤塔的困難，達(dá)到皮帶通廊安全設(shè)計(jì)要求。

2 關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)

2.1 懸空布置攔焦車軌道和涼焦臺

火車軌道與該項(xiàng)目存在12 m 高度落差，在火車軌道上方架空鋪設(shè)攔焦車和涼焦平臺系統(tǒng)，鋼結(jié)構(gòu)懸空架設(shè)攔焦車軌道，懸空波紋板布置涼焦系統(tǒng)。

受場地限制，依據(jù)焦?fàn)t位置，攔焦車走行內(nèi)軌鋪設(shè)在焦側(cè)高地，在確保承重安全的情況下，外側(cè)軌道基礎(chǔ)采用Q235B 碳鋼材質(zhì)工字鋼搭建，高度18.61 m。攔焦車第一軌在焦?fàn)t標(biāo)高為6.17 m 位置，東側(cè)為標(biāo)高點(diǎn)為-12.44 m 火車軌道。攔焦車的第二軌需建設(shè)在火車軌道的基礎(chǔ)平面上，在不破壞原有國有鐵路的基礎(chǔ)上，建設(shè)高度18.61 m 的鋼結(jié)構(gòu)站柱；采用型號為HM 294 mm×200 mm×8 mm×12 mm 的Q235B 工字鋼，與焦?fàn)t中心線平行布置，架空鋪設(shè)，達(dá)到與第一軌同一水平高度。

在焦炭的煉制過程中，熄焦是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。目前大部分在運(yùn)行焦?fàn)t采用的熄焦方式是低溫氮?dú)饽嫦蚪佑|帶走焦炭的熱量，使焦炭溫度達(dá)到常溫。水熄焦主要是在檢修和干熄焦故障時(shí)使用，因此水熄焦涼焦臺的布置也是必要環(huán)節(jié)。水熄焦涼焦臺需要布置在熄焦車軌道的東側(cè)，且其頂端與熄焦車車廂的延板同高，便于對焦炭的放置和轉(zhuǎn)運(yùn)。

水熄焦的位置通過借助焦側(cè)18.61 m 的鋼結(jié)構(gòu)站柱系統(tǒng)進(jìn)行提升，布置傾斜角度為29 °的水熄焦涼焦臺系統(tǒng)。下部布置輸送焦炭的皮帶系統(tǒng)，整體的高度高于火車機(jī)車高度，不影響火車的行走和裝運(yùn)作業(yè)。該水熄焦涼焦臺系統(tǒng)采用厚度160 mm 的C35 防滲混凝土鋼筋桁架樓承板作為底層（波紋板），防滲混凝土鋼筋桁架樓承板上部布置厚度為20 mm 的質(zhì)量比1∶3 的水泥砂漿，在水泥砂漿的上部滿鋪砌筑厚度為53 mm 的紅磚，紅磚的上部澆筑厚度為14 mm 的耐熱砂漿，表層采用耐熱砂漿砌筑高強(qiáng)度表面掛釉耐磨缸磚（尺寸230 mm×65 mm×113 mm），該缸磚砌筑方式采用側(cè)式砌筑。整體涼焦臺的水平長度為9.31 m，可以同時(shí)容納約180 t 焦炭進(jìn)行水熄后涼置，確保了在焦?fàn)t生產(chǎn)作業(yè)過程中干熄焦系統(tǒng)發(fā)生故障后生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.2 大跨度物料輸送和直通式煤氣輸送

采用長距離、大跨度運(yùn)煤系統(tǒng)降低運(yùn)煤皮帶大傾角問題，同時(shí)采用7.63 m 頂裝煤焦?fàn)tU 型集氣管道、直通式下缺口調(diào)節(jié)翻板大落差煤氣輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

采用長距離、大跨度運(yùn)煤輸送系統(tǒng)?？紤]標(biāo)高差的問題，初步設(shè)計(jì)采用刮板式皮帶，角度為25 °，大于《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的17°，后綜合考慮到運(yùn)送配合煤的要求和人員的安全，改變原有設(shè)計(jì)思路，將短距離輸送改為大跨度、長距離輸送方式，通過162 m 的輸送長度，降低輸煤通廊的角度到10.2°。同時(shí)采用雙供煤系統(tǒng)，由原有焦?fàn)t的1#、2#焦?fàn)t供煤系統(tǒng)和3#、4#焦?fàn)t的供煤系統(tǒng)同時(shí)往新1#備煤皮帶上供煤，以此來滿足新焦?fàn)t5500 t/d 的用煤需求。

XJL6253D 型焦?fàn)t荒煤氣輸出系統(tǒng)常規(guī)設(shè)計(jì)采用圓形集氣道，負(fù)壓抽吸系統(tǒng)上部采用N 型管結(jié)構(gòu)、通過介質(zhì)為荒煤氣，下部采用焦油盒結(jié)構(gòu)、通過介質(zhì)為焦油氨水混合液，以達(dá)到氣液分離，便于集氣道壓力穩(wěn)定控制，但荒煤氣輸出系統(tǒng)與原有風(fēng)機(jī)前煤氣管道對接需要克服標(biāo)高差6 m，跨越焦場、干熄焦除塵站等206 m 的跨度。依據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，決定采用7.63 m頂裝煤焦?fàn)tU 型集氣管道設(shè)計(jì)方案，不設(shè)置焦油盒和N 型管設(shè)計(jì)方案的負(fù)壓導(dǎo)出系統(tǒng)，采用直通式下缺口翻板設(shè)計(jì)理念，遠(yuǎn)距離、大落差輸送。采用U 型集氣管道改變上升管橋管與集氣管道系統(tǒng)的連接方式，由原來的側(cè)入式改變?yōu)楝F(xiàn)在的上部進(jìn)入，節(jié)約空間的同時(shí)，降低了原有設(shè)計(jì)的高度差，增加了荒煤氣輸出系統(tǒng)的穩(wěn)定性。采用多點(diǎn)采集集氣管道壓力的方式來及時(shí)調(diào)節(jié)裝煤、出爐過程中煤氣壓力的變化問題，確保集氣管道的壓力保持在100 Pa±20 Pa 的指標(biāo)范圍之內(nèi)。在負(fù)壓抽吸系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，將調(diào)節(jié)翻板的結(jié)構(gòu)設(shè)置為直通式結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)翻板由原來的圓形變?yōu)橄氯笨谛问剑阌谠跇蚬芪恢美淠蛛x出來的焦油、氨水通過，同時(shí)集氣管道的壓力調(diào)節(jié)更加靈敏，精準(zhǔn)度增加。

2.3 熄焦系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施及檢修場地布置

針對地域狹窄、大落差情況，采用雙柱梁軌道波紋板熄焦車運(yùn)輸系統(tǒng)、高落差雙軌天車轉(zhuǎn)運(yùn)檢修系統(tǒng)，懸空架設(shè)熄焦車運(yùn)輸系統(tǒng)人員行走平臺、垂直轉(zhuǎn)運(yùn)熄焦系統(tǒng)車輛，達(dá)到檢維修目標(biāo)。

雙柱梁波紋板熄焦車運(yùn)輸系統(tǒng)：由于熄焦車第二軌南側(cè)部位站柱的位置位于原廠區(qū)火車軌道側(cè)擋土墻的位置，且旁邊就是火車軌道，無法開挖。經(jīng)查看現(xiàn)場地形和擋土墻的設(shè)計(jì)資料，由原來的單柱梁改為雙柱梁結(jié)構(gòu)模式來承載熄焦車和接焦后的單重。為防止出現(xiàn)高溫紅焦落入火車軌道，在外側(cè)延伸出波紋板布置走臺。

高落差雙軌天車轉(zhuǎn)運(yùn)檢修系統(tǒng)：由于焦側(cè)軌道的盡頭緊挨寶舜化工廠圍墻位置，焦側(cè)設(shè)備無檢修場地可用，采用天車，并合理利用低于焦?fàn)t建設(shè)地面約12 m原檢修牽車臺位置的場地，建設(shè)焦側(cè)檢維修場地。在4.3 m 焦?fàn)t原有干熄焦?fàn)寇嚺_的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級改造，將原有牽車臺軌道全部拆除，改造成新熄焦車檢修軌道線，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，將兩組軌道改造成一組軌道，共改造成4 組。天車軌道位置與檢修場地面垂直距離22 m（天車軌道標(biāo)高12 m，檢修場地標(biāo)高-10 m），采用最大起吊重量為100 t 的天車作為起吊轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備，將設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)到原有檢修平臺位置進(jìn)行檢修作業(yè)。

3 結(jié) 語

鑫泰能源升級改造項(xiàng)目于2020年3月開始項(xiàng)目的建設(shè)階段，經(jīng)過多次現(xiàn)場核查和變更設(shè)計(jì)方案，最終采用架空、轉(zhuǎn)移、加大長度等創(chuàng)新的方式來解決面臨的高落差山地地形難題，在沒有影響國有鐵路正常運(yùn)行的情況下，于2021年4月實(shí)現(xiàn)第一座焦?fàn)t投產(chǎn)運(yùn)行，第二座焦?fàn)t在6月份投產(chǎn)運(yùn)行，并順利的將原4 座4.3 m 焦?fàn)t停止運(yùn)行。項(xiàng)目經(jīng)歷了土建施工、爐體砌筑、鐵建安裝、煤氣管道安裝、煤焦系統(tǒng)建設(shè)、烘爐等方面的工作，順利完成建設(shè)，且使用效果良好，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)利益的最大化。