干熄焦预存室、一次除尘高温料位检测装置的研究与改进

干熄焦预存室、一次除尘高温料位检测装置的研究与改进

一、干熄焦工艺简介

1.1 干熄焦的原理

所谓干熄焦工艺，是相对湿熄焦而言的，是采用惰性气体将红焦 隔绝氧气降温冷却的一种熄焦工艺方法。在干熄焦工艺过程中，红焦从干熄炉顶部装入，低温惰性气体由 循环风机鼓入干熄炉冷却段红焦层内，吸收红焦显热，冷却后的焦炭 从干熄炉底部排出，从干熄炉环形烟道出来的高温惰性气体流经干熄 焦工艺锅炉进行热交换，锅炉产生蒸汽，冷却后的惰性气体由循环风 机重新鼓入干熄炉，惰性气体在封闭的系统内循环使用。1.2 干熄焦装置的组成

干熄焦工艺主要由干熄炉、装入装置、排焦装置、提升机、电机 车及焦罐台车、焦罐、一次除尘器、二次除尘器、干熄焦工艺锅炉单 元、循环风机、除尘地面站、水处理单位、自动控制部分、发电部分 等组成。其结构如下图 1-1 所示：

图1-1 干熄焦工艺流程图示意图

1-干熄炉；2-1DC（一次除尘器）；3-锅炉；4-2DC(二次除尘器)；5—循环风机；6—给水预热器；7-旋转密封阀

1.3 干熄焦的工艺过程

从炭化室推出的红焦由焦罐台车上的圆形旋转焦罐(有的干熄焦 工艺设计为方形焦罐)接收，焦罐台车由电机车牵引至干熄焦工艺提 升井架底部，由提升机将焦罐提升至提升井架顶部；提升机挂着焦罐 向干熄炉中心平移的过程中，与装入装置连为一体的炉盖由电动缸自 动打开，装焦漏斗自动放到干熄炉上部；提升机放下的焦罐由装入装 置的焦罐台接受，在提升机下降的过程中，焦罐底闸门自动打开，开始装入红焦；红焦装完后，提升机自动提起，将焦罐送往提升井架底 部的空焦罐台车上，在此期间装入装置自动运行将炉盖关闭。

装入干熄炉的红焦，在预存段预存一段时间后，随着排焦的进行 逐渐下降到冷却段，在冷却段通过与循环气体进行热交换而冷却，再 经振动给料器、旋转密封阀、溜槽排出，然后由专用皮带运输机运出。

冷却焦炭的循环气体，在干熄炉冷却段与红焦进行热交换后温度 升高，并经环形烟道排出干熄炉；高温循环气体经过一次除尘器分离 粗颗粒焦粉后进入干熄焦工艺锅炉进行热交换，锅炉产生蒸汽，温度 降至约 160℃的低温循环气体由锅炉出来，经过二次除尘器进一步分 离细颗粒焦粉后，由循环风机送入给水预热器冷却至约 130℃，再进 入干熄炉循环使用。

1.4 干熄焦的优点

①焦炭质量相对湿熄焦明显提高，产品市场更有竞争力；

②充分利用红焦显热，节约能源，符合双碳双控政策要求；

③较低有害物质排放，保护环境，响应国家环保政策。

二、干熄焦一次除尘（1DC）介绍 2.1 一次除尘器的功能

干熄焦一次除尘系统是干熄焦装置的重要组成部分，干熄炉内循 环气体中的粉尘是磨蚀性很强的物质，从干熄炉出来的循环气体含尘 质量浓度约为 10~13g/m3。为了延长锅炉的使用寿命，确保锅炉在正 常生产时安全稳定运行，在干熄炉的出口与锅炉之间设置一次除尘器。一次除尘器是利用重力除尘原理将循环气体中大颗粒焦粉进行分离，经重力沉降室除尘后，循环气体粉尘浓度将为 7~10mg/m3，进入锅炉，此时含尘气体对锅炉内部磨损不大。

如果一次除尘效果不良，大量的粗粒焦粉进入锅炉，磨损锅炉炉 壁和炉管，影响锅炉的安全运行并降低锅炉的使用寿命。

2.2 一次除尘器结构及运行过程

一次除尘结构如下图 2-1 所示，主要由壳体，金属支架及砌体构 成，工作为负压状态。外壳用钢板焊制，内衬为耐磨耐火砖。为了提 高一次除尘器的除尘效率，在除尘器中会设有挡墙。

一次除尘器的底锥部出口分隔成漏斗状，下面连接双叉溜槽灰斗， 灰斗内侧由浇注料砌成，灰斗下方连接水冷套管。焦粉经过重力除尘 后落入灰斗内，此时焦粉温度在 800~980℃，焦粉再通过水冷套管冷 却至常温后（主要是利用循环水流动降温），经过格式排灰阀控制进入灰仓。

三、一次除尘灰斗料位控制 3.1 一次除尘灰斗料位控制的原因

①一次除尘灰斗料位是干熄焦系统的重要检测点，如果一次除 尘灰斗料位过高，将导致一次除尘器仓的焦粉进入氮气循环通道，高 速气流带动焦粉对锅炉换热管进行冲刷，将导致锅炉爆管，严重影响系统的安全运行。

②如果一次除尘灰斗料位过低，高温红焦粉直接落入下部水冷套管，将烧坏水冷套，坏损部位会引入空气进入负压运行的氮气循环通道，引起焦粉的燃烧，严重影响系统的安全运行。

③如果水冷套管中的焦粉被排空，首先高温红焦粉会直接落入焦 粉仓，同时由于一次除尘为负压系统，空气会从水冷套管进入系统内部引起灼烧，损坏设备。

3.2 一次除尘料位控制的方案

一次除尘灰的放料控制是通过格式排灰阀的启停来实现的，对于格式排灰阀可以通过时间控制和料位控制两种方案来实现。

3.2.1 时间控制方案

时间控制方案是通过设计和生产经验数据，采用计时器操作法， 即按经验给定格式排灰阀排灰运转时间和排灰间隔时间，这种排灰方 法需要丰富的操作经验和高度责任心，因干熄焦生产受炼焦检修时间 和干熄焦设备检修及突发性故障的影响，循环气体中焦粉含量也在不 断的发生变化，这就要求不断调整格式排灰阀的排灰运转时间和间隔 时间，遇到特殊情况还要关停格式排灰阀，若排灰时间控制不当，将 致使水冷套管内焦粉流速太快，温度剧增，灼热焦粉未经充分冷却即 下排，造成水冷套管下方法兰处局部高温，甚至可能把水冷套管内的 焦粉排空，这将直接导致空气从格式排灰阀进入双叉溜槽及一次除尘 器本体内与热焦粉发生燃烧，造成高温事故，导致一次除尘系统的损坏。

3.2.2 料位控制方案

料位控制方案是通过在溜槽灰斗内安装高温物位检测器，通过 检测物料的高低位置，然后给出信号来控制格式排灰阀的启停的， 根据使用料位数量的不同，料位控制方案又可分为如下三种形式：

①高料位+时间控制：即现场使用一套高温料位开关作为高料 位检测，当焦粉到达高料位时，料位计（物位检测器）给出信号到 中控室，触发格式排灰阀开启，同时系统计时器开始计时，10S 后 （不同现场灰斗以及水冷套管容积大小，时间上会有不同）关闭格 式排灰阀，此控制方案的优点是使用料位计数量少，相对经济，缺 点是对于在格式排灰阀因故障持续保持开启状态的情况下，不能自 动检测出来，存在焦粉放空的风险。

②高料位+低料位控制：即现场使用两套高温物位检测器，当 高料位开关报警时，格式排灰阀打开放灰，当低料位开关报警时， 格式排灰阀关闭。此方案增加了排空情况的检测，在焦粉未到到达 低料位置时，中控室会一直收到低料位报警信号。

③高料位+高高料位+低料位控制：此方案是在方案②的基础上 增加了高高料位的检测，主要目的就是防止在高料位有故障的情况 下，格式排灰阀一直未能开启，当焦粉到达高高料位位置时，高高 料位开关给出报警信号。在没有安装高高报警的情况下，若灰斗内 的焦粉堆积过高，焦粉会被循环氮气带入到锅炉内，并对锅炉设备 造成损坏。

3.3 一次除尘料位仪表的应用中存在的问题

一次除尘料位仪表现有两种型式，一种是高温静电容料位开关 （接触式测量），一种是高温微波料位开关（非接触式测量）。

高温静电容料位开关虽说在干熄焦行业应用较早，业绩也多， 但在使用过程中存在着诸多问题，已经成为干熄焦行业的一个测量 难题。

静电容料位开关基于电容技术：将无线电频率施加在探头上， 对周围的环境进行连续分析，由于所有介质的介电常数和导电性均 不同于空气，当探头接触到介质时所引起的微小电容量的变化被电 路检测并转换成开关信号输出。其外观结构如下图所示，该原理的 产品在干熄焦一次除尘应用过程中存在如下弊端：

①焦粉粘附在高温静电容的探头部分上，容易产生误报高料位。由于焦粉具有导电性，当膨料或者挂料时，焦粉会粘附在高温静电容 料位开关上，使电容值发生变化，产生误报。粘附严重时，通过调节静电容料位开关的二次表也无法消除报警，必须人工拔出料位计，清 除粘附，才能恢复正常。②高温静电容料位开关物理结构导致使用寿命短。高温电容料位 开关传感器由不同材质的材料组合制成，金属材料的热膨胀系数是陶 瓷材料的数倍，如果灰斗内部温度急升急降变化剧烈，不同材料的膨 胀与收缩程度不同，久而久之，必然使高温静电容料位开关三部分之 间出现变形直至出现间隙，焦粉进入电容内部，最终烧损。③国产静电容的问题：由于国产电容的电极和密封材料以及高温 线缆的材料的在品控上相对差一些，很难保证持续在 900℃高温下工 作，使用寿命更短，个别现场使用两三个月就会烧坏。④由于对料位的误动作导致很多业主不信任料位开关，现在很多 放料方式又改为时间控制模式。

四、干熄炉预存室料位控制方案

4.1 预存室料位测量方案

目前干熄炉料位测量的方式主要是采用静电容料位计、高温雷 达料位计和皮带秤组成的测量系统进行干熄炉料位的演算、控制。如 下图 4-1 所示：

安装在顶椎段的高温雷达料位计可以连续测量炉内的料位情 况，连续显示炉内的料位高度，也可以换算显示为炉内的重量。同样安装在顶椎段的静电容料位计为高料位，用于警示料位已 到高料位，不允许再次装入或只允许再装入一罐焦炭，防止红焦溢出。安装在排焦皮带上的皮带秤用于测量排出焦炭的重量，可以参 与干熄炉内焦炭总量的计算或者用来粗略校验高温雷达料位计。

4.2 预存室料位存在的隐患

对于测量连续料位的高温雷达料位计来讲，随着雷达技术的逐步成熟，该产品的稳定性越来越好，大部分隔热处理做的比较好的厂家 都能满足现场的测量需求。但对于高料位限位来讲，现在很多业主采用的是静电容或者传 统的电磁波料位开关。此两种类型的料位开关最终动作的触发都是通 过继电器常开点或者常闭点输出的信号，而继电器的常开或常闭点不 管是否通电、仪表是否完好的状况下，都会一直输出信号。由于此处的高限位开关是最后一道全保障，平时基本上不会触发 动作状态，料位计传感器常年处于高温工况下，即便是烧坏的情况下 也不能保证开关一定发生动作，甚至传感器与二次表之间通讯中断， 信号也不会发生变化，所以中控室人员基本上很难发现。然而通过添加焦炭来校准料位开关又存在一定的操作危险性，所 以维护人员很难及时校验现场高温限位开关的好坏。如果因为没有及 时检查出高温限位开关是否完好，导致红焦溢出，会带来非常严重的 生产安全事故。虽说如此严重的问题，但由于属于小概率事件而往往 被很多企业安全负责人所忽略。由此来看，一款带有自动校验和故障指示的高温限位开关可对现 场的使用和维护是非常有必要的。

五、J-CONTROL高温料位解决方案

5.1J-CONTROL 微波料位开关简介

5.1.1 检测原理

J-CONTROL 微波物位检测器是基于24GHZ高频微波，采用多普勒微波原理制造，由发射器和接收器组成，是非接触式测量方式，特别适用于高温、重载物料工况的解决方案。

5.1.2 产品优势

J-CONTROL 微波料位开关具有如下优点：
①可视化窗口，就地显示，方便灵活的面板调试操作；
②常规工况下最长检测可达 110m；
③具有四通道通信选择功能，可实现高位、高高位、低位、低低 位同时安装，避免相互干扰；
④可穿透绝缘材料，检测仓内料位；
⑤发射器自带测试功能，可随时在线校验仪表的准确性；
⑥可提供定制化服务，根据不同安装现场提异形定制。

5.2 J-CONTROL 高温微波料位开关的使用业绩

对于干熄焦一次除尘的料位测量，仪表需要具有耐高温、耐冲刷 等特点，同时还得具有高可靠性。J-CONTROL际科工业高温微波物位检测器已经在干熄焦装置上安装了14套，效果良好。
①莱芜钢铁集团有限公司焦化厂一次除尘（1#，2#，3#干熄焦）、预存室高温限位（1#，2#干熄焦）

②兖矿国际焦化2#干熄焦一次除尘

③山西中阳钢铁焦化厂二焦化厂干熄焦一次除尘

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中原人 发表于 2022-4-19 11:51
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