我公司新建的干熄焦装置或干熄焦年修进行大面积耐火材料的重砌后，必须进行烘炉作业，即将干熄焦系统从冷态逐渐升温至可以装红焦的温度。烘炉作业是否顺利、干熄炉耐火材料砌体中的水分是否被干净地去除、耐火材料砌体热态膨胀是否受控、烘炉升温是否平稳等因素都将对干熄焦装置的稳定运行产生较大影响。笔者自2003年以来先后参与了武钢、鄂钢、鞍钢、上海焦化厂等单位干熄焦的烘炉开工。结合实际问题，提出几点对烘炉方案的改进建议。
1 理想状态下的烘炉方案
干熄焦装置的烘炉分为两个阶段，即以除去干熄炉及一次除尘器耐火砖砌体中水分为主要目的的温风干燥阶段及以升温为主要目的的煤气烘炉阶段。温风干燥期间以干熄炉入口温度T2为主管理温度，计划由常温升至150～170℃, 并保持（此时预存室温度T5为120℃左右），升温幅度10℃/h。煤气烘炉期间以干熄炉预存室温度T5为主管理温度，计划由120℃左右升至800℃，并保温1天，升温幅度90℃/h。温风干燥需5～6天，煤气烘炉需9天，共耗时15天。温风干燥流程见图1，煤气烘炉流程见图2。
2 实际烘炉中存在问题及应急措施
2.1 能耗介质的质量不过关
前述的烘炉方案计划耗时15天后可达到投红焦的条件，但前提是能耗介质必须满足要求，即温风干燥所消耗的低压蒸汽应是压力0.8MPa以上、温度190℃以上的过热蒸汽。煤气烘炉所消耗的焦炉煤气热值应为16.5MJ/m3，压力在3kPa以上。但实际情况往往远低于此水平。干熄焦装置烘炉要求的能耗介质见表1。
表1 干熄焦烘炉要求的能耗介质
|
厂 名 |
低压蒸汽压力
MPa |
低压蒸汽温度
℃ |
焦炉煤气热值
MJ/m3 |
焦炉煤气压力
kPa |
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武钢焦化厂 |
0.8～1.0 |
210 |
16.5 |
5 |
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鄂钢焦化厂 |
0.7～1.2 |
160～180 |
16.5 |
3.5～8.0 |
|
鞍钢化工总厂 |
0.5～0.7 |
160 |
16.5 |
1.5～3.0 |
|
上海焦化厂 |
0.6～0.7 |
165～170 |
16.5 |
1.5～3.0 |
(1) 低压蒸汽。低压蒸汽压力低造成的直接后果是随着锅炉汽包压力的升高，通入汽包的蒸汽量将越来越少，干熄炉方面升温幅度将随之减慢，甚至不升反降。而低压蒸汽的温度低将限制系统温升的最高值，如果低压蒸汽温度仅为160℃，由于锅炉换热效率及热量损失等原因，锅炉出口循环气体温度仅为140℃，再经过二次除尘器、循环风机及给水预热器等设备的损耗，干熄炉入口气体温度将为110℃左右，达不到烘炉方案中150～170℃的要求。
遇到这种情况时，应将中压蒸汽串接入低压蒸汽管网，以提高低压蒸汽的温度和压力。如果客观条件不允许，应采取应急措施，即在T5温度无法升至120℃的情况下，仍将煤气点火，进入煤气烘炉阶段。例如在鞍钢干熄焦装置烘炉时，T5升至77℃后就进行了煤气烘炉的点火。而上海焦化厂的T5仅升至56℃就进入煤气烘炉阶段了。提前煤气点火造成的直接后果是干熄炉耐火材料砌体中的水分得不到很好的去除，鞍钢在干熄焦烘炉的中期，即T5升温至500℃时，干熄炉内仍有大量水蒸汽逸出，水蒸汽从耐火砖砌体内逸出的过程中会冲刷砌体的灰缝，造成灰缝火泥的脱落。同时含有水分的低温耐火砖在高温作用下还会产生大量的裂纹甚至剥蚀，这都会直接影响耐火材料的使用寿命。
(2) 焦炉煤气。烘炉阶段焦炉煤气压力低造成的直接后果是T5升温幅度减慢，严重时不升反降，当煤气燃烧产生的热量不足以将经由烘炉孔吸入的助燃空气加热至炉顶温度时，T5将无法继续升高。
另外，由于煤气压力低，煤气烧嘴处喷射力小，煤气火焰短且发散，热量通过辐射传递给火焰下方的焦炭，导致焦炭表面温度升高，当焦炭温度达到350℃以上时，就会被引燃而造成事故。鞍钢1号干熄焦装置在烘炉期间T5升至688℃时，焦炭表面温度已达350℃，炉顶放散阀处排出的废气中发现有蓝色火焰，疑为焦炭燃烧时产生的火焰。从烘炉孔处观察，焦炭表面已有红焦出现，不得已熄灭煤气，停止烘炉，关闭烘炉孔并大量往干熄炉内通入氮气，将点燃的焦炭熄灭。
烘炉用焦炉煤气应经过脱硫处理的净煤气，水及硫化物等杂质含量较少。煤气含水量大，水分随煤气燃烧时气化将吸收大量热量；煤气中所含硫化物燃烧形成的酸水浓度达到一定量时，在系统内温度较低的部位冷凝后将对管道、阀门等铁器造成腐蚀，严重时可腐蚀穿孔管道而造成事故。
(3) 烘炉用焦炉煤气流量的计算。干熄焦装置烘炉及开工所消耗工辅介质如低压蒸汽、水、压缩空气、氮气等都可通过在线仪表计量。但焦炉煤气仅在烘炉期间使用，因此一般不在煤气管道上安装在线计量仪表，仅安装1台简单的孔板流量计，但我们仍可以通过“U”型压差计测量孔板上下游压差，并由式(1)求出焦炉煤气的流量：
式中的孔流系数C0 = 0.4; 孔板横截面积A0 = 0.0139m2；焦炉煤气密度ρ = 0.451 g/m3 ; ΔP为孔板上下游煤气压差，Pa。
武钢1号干熄焦烘炉期间测得ΔP的最大值为930 Pa，因此可求得煤气烘炉期间焦炉煤气最大流量为1287m3/h，烘炉期间消耗煤气总量约为15.6万m3。当然，由于工况和孔板规格不同，即使生产能力同为140t/h的干熄焦装置，烘炉期间所消耗的煤气总量也有较大差异。另外，当烘炉期间环境温度低于0℃时， U型压差计应采用酒精（凝固点－117℃, 密度0.8kg/m3）代替水作为介质，此时测得压差换算应乘以0.8的系数。
2.2 焦炭压层的选择
烘炉前最重要的一项准备工作就是往干熄炉内装约40t焦炭，并在焦炭上面再铺设一层隔热物质，这样既可避免烘炉时焦炭温度升高被引燃的危险，也可避免焦粉及小颗粒焦炭被吹起。武钢烘炉时采用了宝钢75t/h干熄焦烘炉的经验，在焦炭上铺设一层蘸有耐火泥浆的焦炭作为压层，由于泥浆中的水分渗过焦炭层在干熄炉底部聚集，最后炉内焦炭板结，造成焦炭无法排出。鉴于此，以后的干熄焦装置烘炉均在焦炭上铺设1层厚约100mm的铁矿石作为压层。但是铁矿石虽然能起到防止焦粉被吹起的作用，但是无法隔热，所以，当烘炉用焦炉煤气压力过低时，焦炭表面温度很容易上升至燃点(350℃)，引燃焦炭，造成事故。因此，在上海焦化厂75t/h干熄焦装置烘炉时，采用轻质硅藻土砖（轻质硅藻土砖硬度低，易于破碎加工）碎块作为压层，铺设厚度为300mm，在烘炉期间煤气压力即使低至1.5kPa，焦炭表面的最高温度仅为130℃左右，效果很好。
3 75t/h与140t/h干熄焦装置烘炉方案的比较
3.1 75t/h干熄焦装置烘炉时遇到的问题
140t/h干熄焦装置在煤气烘炉时，预存段压力保持在20～30Pa左右，煤气燃烧产生的废气通过炉顶放散阀排出。在75t/h干熄焦装置烘炉时，开始时仍采用了140t/h干熄焦装置的烘炉方案，但当炉顶温度升至560℃左右时，温度不升反降，并且煤气燃烧火焰被压得很低，且有回火的迹象。开始认为是进风量不够，于是在烘炉入孔处多加了两根引风管，但效果不明显。后来怀疑是预存段压力显示有问题，废气不能从炉顶放散阀处顺利排出，从而使煤气燃烧不完全，但通过种种试验证明，预存段压力显示是准确的。
3.2 问题分析
虽然75t/h与140t/h干熄炉的炉体结构一样，但140t/h干熄炉预存段容积为350m3, 75t/h干熄炉预存段容积为270m3，后者仅为前者的77%。容积的差异造成了气体流动途径的不同，但烘炉时的煤气流量并没有多大差别，煤气燃烧产生的废气量也大致相等。在废气量相等、废气从炉顶放散阀处排出的速度相当的情况下，75t/h干熄焦装置烘炉时的废气更容易在炉顶区域淤积，从而使下部煤气燃烧的火焰短且发散，如果调节不当很容易造成回火。
3.3 烘炉方案的改进
由于废气不能顺利通过炉顶放散阀及时排出，再加上热浮力的因素，严重影响了煤气的燃烧。因此，我们更改了烘炉方案，关闭炉顶放散阀，使全部废气都参与循环，最后通过预存段压力调节阀（风机后放散）来排出废气，这样预存段压力调节阀开度相对较大并需调节，而此时预存段压力为负压，在－60～－80Pa左右。煤气烘炉时气体流动及排放途径见图3。
通过对烘炉方案的改进，在煤气压力无法得到改善的情况下，炉顶温度T5顺利升高至800℃，达到了开工所需的条件。
图3 干熄焦装置煤气烘炉期间的气体流动途径
4 结论
(1) 干熄焦装置烘炉所需的低压蒸汽压力应在0.8MPa以上，温度应在190℃以上。焦炉煤气必须为脱硫的净煤气，水分含量低，煤气压力应保持在3 kPa以上。
(2) 烘炉前在焦炭层上部铺设的隔热物质，压焦层不能采用铁矿石，应采用耐火砖碎块，铺设厚度为300mm 。
(3) 75t/h干熄焦装置的烘炉后期应采用风机后放散来排除煤气燃烧的废气，并在预存段压力的调节上作出相应的调整
