焦炉煤气加热换向后爆鸣现象分析与措施
前言
焦炉在使用焦炉煤气加热时,换后经常发生爆鸣(放炮)现象,它对于焦炉危害巨大,文章对爆鸣现象发生的机理及它的危害进行了分析,介绍了一些减少或消除爆鸣现象的措施,特别对如何在操作维护中做好针对性的工作做了较详细的介绍。
1现象分析
1.1煤气性质与煤气燃烧
爆鸣实际上就是煤气在有限的小范围内的爆炸,而爆炸又是燃烧现象的一种特殊情况,它是在定容条件下由于绝热压缩引起的高温高压所导致的急剧反应,火焰传播速度达每秒几公里,形成巨大的压力波,从表1可以看出,由于焦炉煤气(COG)的H2含量高,而H2的比重低是易燃易爆气体,而且焦炉煤气的爆炸上限和下限都很低,下喷式焦炉在使用焦炉煤气加热,在交换时比其他煤气更容易发生爆鸣现象。煤气爆炸必须具备下面条件:
①煤气与空气同时存在一定的空间范围且混合比例处在爆炸范围之内(焦炉煤气5%23%);
②爆炸性气体达到一定的着火温度(焦炉煤气600~650℃),爆鸣一般发生在砖煤气道灯头到焦炉煤气交换旋塞除炭口这么一段很小的管系内,在砖煤气道底部到立火道底部温度为200~1300℃,完全能满足爆鸣所需温度,它释放的巨大的冲击波对于炉体及加热设备有极大的伤害,对于焦炉的生产带来极大的安全隐患。
表1加热煤气组成及爆炸极限
1.2爆炸性气体的形成正常加热时并不存在爆鸣现象,爆鸣多发生在交换结束后的10~20s,一般来说,传统的交换设置都经历3个基本过程,关煤气→废气与空气交换→开煤气,每个过程各要运行15s,中间有2个0.8s的停顿,总共46.6s,在上升改下降的砖煤气道中,由于交换结束后,原上升煤气交换旋塞除炭口处于打开状态,它从除炭口至横管至砖煤气道顶这么一端通道内大概有50Pa热浮力的作用,产生负压急剧吸入冷空气,而且传统的焦煤加热管系多处弯管及变径的设计给“非法”煤气的存在及聚集创造了足够的条件,当不断快速进入的空气使管系内残余煤气达到5%~23%时,就形成了爆炸性气体,在上升到着火点后就发生了爆鸣现象,在使用传统的焦炉煤气交换旋塞进行交换时,由于炉体上的缺陷,交换工艺的设定等使得爆鸣现象成了焦炉煤气加热时存在的一种比较常见的现象
3爆鸣现象对于焦炉的危害
(1)使炉体的严密性变差,特别是砖煤气道的泄漏,导致部分上升的煤气进入蓄热室内燃烧,对
于正常的压力制度破坏明显,严重的会造成格子砖烧塌增大蓄室的阻力引起温度异常。甚至会形成高温事故导致难推焦,破坏生产秩序的稳定。
(2)COG下喷管内孔板被炸坏使得原有横墙煤气分配发生变化,致使原有正常的横排温度
曲线发生变化,影响焦炭的均匀成熟严重的导致煤气的严重过量,导致烟囱冒黑烟
(3)造成横管丝扣连接处炸开,包括炉台与下喷管处的严密性变差,会产生煤气的泄露严重的
可能造成煤气中毒事故。
(4)长期的爆鸣会使作业人员形成心理上恐惧,对安全生产不利。
爆鸣对焦炉的影响是一种相互的且是巨大的,长期会形成恶性循环,加速炉体的损坏,大大
减少炉体的寿命给生产可能带来不可预料的影响,所以要对此引起足够的重视做好诸多工作以减少或消除爆鸣现象
2消除或减少爆鸣的主要技术措施
目前比较好的减少或消除爆鸣的措施主要有:在焦炉设计时将一定的新技术新设备应用进
去或者在交换工艺设定时采用一定的防护措施但各焦炉建设后交换设备及工艺一般情况下都不可能做大的改动因此更多的工作是在焦炉的操作和维护中做出前瞻性的思考,采取针对性的措施来减少或消除爆鸣
2.1交换设备改进
鞍山焦化耐火材料设计研究院研究设计的焦炉煤气负压交换旋塞(见图1)很好地解决了爆鸣
现象,但由于诸多方面原因各焦化厂使用此设备的仍然不是很多。它的原理是利用焦炉正常生产时砖煤气道下部有大概7080Pa的吸力,在这种情况下下降气流横管内有大概5060Pa的吸力,它的最巧妙之处是利用煤气全关时利用交换旋塞芯子上的小孔缓慢吸入少量空气烧掉原上升系统中由于各种原因而存在的煤气这种旋塞的外壳呈T型结构,与煤气支管和同一燃烧室的两个横管连接,T型壳体上面是除炭孔,与大气相通旋塞的芯子分成两个腔室,一个腔室连接煤气和上升气流的横管称为正压腔室,另一个腔室连接大气和不通煤气的横管,因为该横管与下降气流火道相通称为负压腔室。芯子与壳体的密封面设有与负压腔室连通的沟槽当旋塞密封面不严而泄露煤气时,沿该沟槽进入负压腔,再进入下降立火道烧掉,防止煤气漏入地下室改善了环境当旋塞全关时,由除炭孔通过旋塞芯面上的小孔进入少量煤气吹赶横管,立管和砖煤气道内的残余煤气使换向后正常除炭,旋塞芯子上小孔直径(25mm)较小因此在中间的16.6s中吸入的空气未必能完全烧掉管系内存在的煤气但即便这样,也使得剩余煤气避开了它的爆炸极限,因此它仍然是目前来说比较好的消除爆鸣的方法,而且此设备及工艺可减少地下室煤气的泄露,对生产操作人员健康有益,设备投资也少
图1焦炉煤气负压交换旋塞
2.2交换工艺改进
在如果不使用负压旋塞的情况下,采用交换中设计一个中间停止的交换工艺也可较好地解决减少焦炉煤气交换爆鸣的现象,特别现今交换机普遍使用液压交换机,交换系统控制普遍采用PLC控制的情况下,都可以比较方便地设定这个交换程序和这个停止时间,这个时间为第一阶段焦炉煤气交换旋塞关闭至45时(见图2),设定0--120s的停止时间,此方法的原理是使焦炉煤气拷关闭能缓慢点此时原上升煤气关闭,原上升煤气交换旋塞除炭口也处于完全关闭状态,空气系统仍不断有空气进入,烧去此管系残余煤气和焦炉煤气结炭此交换工艺的设定大大减少爆鸣现象的发生,而且此时间可以根据生产中的实际情况加以调节找出适合本炉型的控制参数,直到消除爆鸣。
图2交换旋塞45时所处状态
2.3操作维护注意事项
(1)做好砖煤气道的喷浆工作。砖煤气道的窜漏是焦炉煤气交换产生爆鸣的重要原因之一,
特别在机焦侧炉头1~4孔位置,生产操作中砌体产生周期性的膨胀和收缩,炉体的机械力和温度变化的应力更多的集中在炉头,而且钢柱的保护性压力通过保护板直接施加在蓄热室的主墙正面因此炉头部位的砖煤气道更容易发生窜漏现象,在焦炉生产后期尤其明显。因此在日常维护中,热修要把这项工作作为一个重点工作来做,给予相当多的关注度,喷补时注意控制好浆料的配比及喷补的压力,以便更好地延长挂料时间和避免浆料进入斜道
(2)交换旋塞的清洗密封。部分焦炉煤气交换旋塞在阀芯底部安装有密封橡胶垫圈,在旋塞
的压盖上同样也有密封橡胶垫圈,如果发生密封橡胶垫圈老化或者安装时位置不正,容易造成泄漏引起爆鸣。在使用焦炉煤气加热时,预热器要正常使用保证煤气的温度,减少焦油在交换旋塞处的附着,而且对COG的交换旋塞必须定期进行分解清扫一般视使用状况和发生爆鸣的程度为1a清扫一次。到焦炉生产后期清洗频率要更高,需要特别强调的一点是集中给脂装置必须保持完好有效清扫时密封件必须完好,阀芯的油槽必须注满油脂,以保持良好的润滑和密封效果。
(3)交换旋塞压紧弹簧的松紧度调整。加强对旋塞底部的弹簧高度的监控,了解弹簧的松紧
状况,过松容易泄漏煤气更易产生爆鸣,甚至造成弹簧脱开掉下引起事故过紧容易拉坏搬杆和旋塞的阀芯,必须对偏差及时进行调整;观察交换机在交换中发生爆鸣现象的具体部位,有针对性地进行处理;对交换旋塞的集中给脂必须确保压力,使每一个交换旋塞都能够达到润滑的效果,同时起到密封的作用;对加减旋塞油杯加油可以改为活动加油的方式,采用手动注油泵边加油边转动加减旋塞,使旋塞阀芯的整个接触面都能受油;交换旋塞的除炭口也要定期清扫,保持干净严密。
(4)交换机拉条与行程的及时调整。日常在对交换机设备进行维护时,做好交换行程的标记,
确认交换油缸行程和限位、滑块的正常。由于拉条与拉杆受气温热胀冷缩的影响,会使拉条与拉杆变得过松或过紧,使交换行程发生偏差,容易发生拉断拉条拉杆或产生交换时旋塞位置不正的不安全事故。所以当季节变化时,应及时调节行程量,并应根据拉条上的标记号经常监督其变化情况,以保证交换旋塞的开正和关严,保证均匀稳定地供给煤气空气排出废气。避免由于交换机行程的偏差而引起的爆鸣问题
3结语
焦炉加热交换后的爆鸣现象比较普遍,它对炉体的伤害是巨大的,如果能减少或消除爆鸣据
行业协会的权威评估,大型焦炉寿命延长1a,可产生综合经济效益达1000万元,因此特别在日
常巡检维护中要加大对此现象的观察判断分析,做出相应的有针对性的工作,减少此现象的发生维护加热的正常和生产的稳定运行。
参考文献
[姚昭章炼焦学北京:冶金工业出版社,2004198