本钢焦化厂1、 2号焦炉为本-76型4m复热式焦炉，已运行30年，因常规湿法熄焦系统主体设备及管道腐蚀老化，无法满足正常生产需要。鉴于此，厂内参考同行业低水分熄焦工艺的经验，进行降低老龄焦炉焦炭水分的技术改造。
1 低水分熄焦工艺的先进性
低水分熄焦工艺是在一定压力下，采用大水流喷射熄焦，使熄焦水的供水速度远快于熄焦水被吸入焦块中的速度。大量喷射的熄焦水仅有一部分从上至下在通过焦炭层时被吸收，并激烈汽化，其余大部分流过各层焦炭到达熄焦车的倾斜底板，从车门上的孔与车门衬板缝隙中流出。车内各层焦炭，尤其是车底部的炽热红焦与熄焦水接触时激烈汽化，瞬间产生大量水蒸汽，凭借蒸汽的巨大推动力从下至上触及并冷却焦炭。以使焦块冷却到目标温度，而熄焦水仅有少量吸入焦块。有着巨大推动力的水蒸汽迫使车厢内的焦炭处于一种“沸腾”状态，这保证了车厢内的焦炭可以均匀得到冷却，避免了常规湿法熄焦焦炭层厚度不均匀和车厢死角喷不到水，而导致焦炭水分不均匀的现象。
低水分熄焦系统使用柱状水流的喷射代替了传统的喷淋方式，改善了焦炭在深度方向的水分分布，达到了短时间内的完全熄焦。根据焦炭粒度、温度和熄焦车的条件，整个熄焦时间为50～80s。目前我国的鞍钢、杭钢、邯钢、湘钢等焦化厂，都在原有湿法熄焦的基础上改造成低水分熄焦，运转效果良好。
2 低水分熄焦工艺的可实施性
美钢联（UEC）开发的低水分熄焦工艺深入剖析了湿法熄焦的原理，对传统湿法熄焦的喷洒方式、喷洒量及控制方式加以改进，达到熄焦后焦炭水分均匀、稳定，且低的目的。采用低水分熄焦可使焦炭水分稳定在3%～5％，比常规湿法熄焦的焦炭水分至少降低1%～2%。在低水分熄焦系统中，经特殊设计的喷头可按照最适合原有熄焦塔的方式排列，以便于更换原有的熄焦喷洒管。管道由标准管道及管件构成，因此能经济而快捷地安装在原有的熄焦塔内，特别适合老企业的熄焦系统改造。
3 方案设计
经调研得知，国内早期的低水分熄焦的投资费用包括两部分：一部分是购买美钢联（UEC)专有技术费（160～170万元）；另一部分是设备、管道购置及工程费（约40万元）。基于专有技术、进口设备投资过高的原因，我厂决定自行消化吸收低水分熄焦技术，并确定了下列设计原则。
(1) 成立项目攻关组，进行方案设计、论证及施工图设计。不进行专有技术引进，不外委设计，节约设计投资费用。
(2) 全部设备国产化，节约设备购置费用。
(3) 根据现场条件，设计指标应达到引进系统的理论指标，系统投产后必须满足使用功能。
(4) 尽可能地利用现有系统的设备设施，方案设计要求尽量降低工程量与施工难度。
(5) 生产与工程改造同步进行，不申请专项改造。并要保证1、2号焦炉18h结焦时间的焦炭产量，生产与施工安全、有序。
4 工程实施
为降低焦炭水分，使熄焦水分配均匀且具有一定的压力，需重新制作、布置喷洒管，实现大流量实心锥喷洒，达到喷洒密集、有力、均匀，使红焦与水大面积充分接触瞬间产生的水蒸汽受到喷射水的压制不能自由上行，只能向四周流动，参与熄灭红焦的上升水蒸汽被洗涤净化。同时，在一定程度上减少了蒸汽、焦粉和有害气体的排出量。未气化的水从熄焦车倾斜底板经车门预先开好的孔及缝隙排出，以避免熄焦水在车内聚积浸透焦炭，造成焦炭水分过高。
根据现场生产状况重新设计的管道布置（图1)。熄焦所需流量、安装形式及喷洒管的数量依据喷洒出来的水覆盖熄焦车而又不喷洒出车外来确定。图中仅画出1组支管部分。具体施工方案要点如下：
(1) 充分利用现有设备设施、水泵、沉淀池、满流管、高位槽等。
(2) 喷头布置为方格式，有效覆盖车厢内喷射作业面积。
(3) 控制系统稍做现场改动，仅更改开关控制、时间控制和满槽控制。
(4) 气动蝶阀的位置选择尽量靠近水罐，降低阀轴扭转力矩。使用就近压缩空气做气源，接入风源位置选择在煤塔风包出口处，另引入0.5MPa的氮气（仪表用）作为备用气源。
(5) 部分更换旧有结构梁、板、柱，喷洒管承重梁改型后经校核满足负载后现场施工。
(6) 施工与生产同时进行，管线敷设与生产交叉作业，利用联合检修时间完成生产过渡。
图1 改造后管道布置示意图
5 系统调试
(1) 标定熄焦车定车位置，并在拦焦机轨道上做好标记，要求视线良好，保证整个车厢焦炭顶面完全被水管覆盖。
(2) 时间控制系统（时间继电器式）、满槽显示（满槽停机＋现场显示）安装结束后联动带负荷试车，试车时间第1次取80s。
(3) 带负荷试车成功后进行主下水流量调节，观察喷头流量分布均匀、熄焦效果初步达到要求后结束主管流量调整，记录好覆盖不完全的车厢区域。
(4) 统一规范熄焦车、焦台操作岗位人员操作程序及操作质量水平。
(5) 进行支管流量调节，将预制的内径140、130、120孔板分别按递减原则在两侧支管法兰处安装，中部4根支管不安装孔板，观察熄焦效果，其他局部喷头口径进行微调整。
(6) 根据流量调整结果，试验压缩下水时间，每次压缩时间为1s，最后确定下水时间为70s。
(7) 根据低水分熄焦的工艺特点，更新熄焦车的岗位操作规程及相关规定，进行操作培训。
6 改造效果
(1) 改造前后的熄焦效果比较见表1。以改造前（9月）与改造后（12月）为例进行指标对比（图2)。结果表明，焦炭的平均水分由9月份的5.3％下降到12月份的4.4%，效果十分明显。同时，12月份焦炭水分的波动幅度减小20%，说明焦炭水分波动保持稳定。
表1 改造前后熄焦效果比较
|
项目 |
大块焦含水，％ |
熄焦时间，s |
车辆操作方式 |
熄焦效果 |
|
改造前 |
5～6 |
160 |
经验性动车 |
不均匀，局部红焦 |
|
改造后 |
4～5 |
80 |
一次定位 |
均匀，无红焦 |
图2 改造前后的焦炭水分对比图
(2) 减少了熄焦操作时间。常规熄焦操作时间为160s，低水分熄焦的操作时间缩短为70s。并实现了一点定位，简化了熄焦车司机的岗位操作程序，避免了频繁动车操作，减少了设备的工作频率与机械往复冲击，延长了走行系统的寿命。
(3) 熄焦效果。在焦台岗位上能直观感受到焦炭散发的热度，且晾焦期间复燃面积减少了70%, 焦台岗位的劳动强度降低，K1、 K2、K3皮带的烫伤概率及烧损降低。
(4) 整粒效果。由于低水分熄焦可以使焦炭处于跳动状态，焦炭的潜在缺陷提前释放，所以低水分熄焦还有整粒功能，使焦炭的块度更均匀，避免因焦炭进入高炉后破裂给高炉操作带来的不利影响。
(5) 由于焦炭经过大流量冲击，焦炭表面较改造前的常规熄焦清洁，能够在一定程度上改善高炉透气性。焦炭在运输过程也可看到水蒸汽和粉尘量明显减少，改善了周边环境。
