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摘 要：在干熄焦装置中，采用低温惰性气体闭路循环冷却红焦，气体循环系统的关键核心设备是循环风机。然而部分干熄焦循环风机的运行状况不尽如人意，究其原因，是由于干熄炉本体、一、二次除尘器尺寸及循环风机存在某些参数设计不当引起的。循环气体中粉尘浓度不达标，对风机的使用寿命也造成了不可逆的影响。本文对干熄焦循环风机参数选择、循环气体中有害粉塵去除方案进行了优化研究。
关键词：干熄焦;循环风机;参数优化;磨损保护
一、研究的背景和问题
某厂7、8#捣固焦炉配套干熄焦投产后，运行3个月左右时间，就因循环风机振动值超标故障停车而停产，经检修发现，是因为风机内部已被严重磨损，尤其风机叶轮耐磨层已出现剥蚀、裂纹。上述原因导致风机转子动平衡失稳，轴承振动值超出允许范围而停车[1]。而5、6#顶装焦炉配套干熄焦，在投产后的6年时间里，除计划检修时干熄焦停产外，未出现因循环风机的故障而停产的情况。为了解决上述问题，查明造成7、8#焦炉循环风机磨损的原因，对5、6#焦炉与7、8#焦炉配套干熄焦系统，从工程设计、操作运行等方面进行全面比对，找到解决方案，以便为后续工程提供有益经验。
（一）循环风机磨损的原因分析
1.干熄焦工艺流程[23]
冷却焦炭的低温（130℃～170℃）惰性气体，在干熄炉冷却段与1000℃红焦进行热交换，温度升高至880℃～950℃，惰性气体在干熄炉环形气道汇合后，在环形气道出口进入一次除尘器。高温循环气体在经过一次除尘器时，气体中大的粗颗粒焦粉被捕集下来，然后进入干熄焦余热锅炉。进入干熄焦余热锅炉的气体，与锅炉水冷壁进行热交换，气体温度降至约160℃。低温循环气体出锅炉后，进入二次除尘器，进一步分离细小颗粒焦粉。去除大量比例粉尘后的循环气体，在循环风机的作用下，经给水预热器被冷却至约130℃后，送入干熄炉循环使用，再次冷却焦炭。
2.两个干熄焦各区域气体流速设计值
从上表中可以得出，干熄焦各个区域循环气体的流速是不同的，这主要取决于循环风机的总压头和干熄焦气体循环系统各个部位的阻力，合适的风机压头，不仅能使干熄焦操作顺畅，还能节约运行成本。
3.两个干熄除尘灰量对比分析
根据现场统计结果，7、8#捣固焦炉干熄焦平均除尘灰量，较5、6#顶装焦炉多3～5kg/t焦。其原因有以下方面：
（1）捣固焦炉焦炭的特性
与顶装焦炉相比，捣固焦炉的特点是煤饼从侧面装入焦炉，煤饼与炭化室炉墙之间有一定的缝隙。因此，在结焦过程中，会产生过多的片焦;与此同时，捣固焦炉的煤饼高度高，上部煤量大，煤饼密度上下不均匀，在焦炉加热的炉顶空间温度较低时，煤饼顶部结焦过程中，易形成泡焦或成熟度不够，这些都会造成粉焦的增多。
为了验证捣固焦炉焦炭产生粉焦量是否比顶装焦炉大，分别做了两种焦炭的全焦筛分试验，标定小于5mm的焦炭所占比例，结果显示全焦中粒度小于5mm的焦粉比例2.6%，是顶装焦炉的1.63倍[4]。
（2）干熄炉内部设计尺寸的差别
7、8#焦炉配套干熄焦与5、6#焦炉配套干熄焦相比，其预存区和冷却区之间的高向差比5、6#焦炉干熄焦略大，同时因为干熄焦规模也大，焦炭在干熄炉内下降的过程中，由于相互碰撞和摩擦，产生的焦粉量相应也大。
4.两个干熄一次、二次除尘器运行效果对比分析
（1）一次除尘器的运行效果。对7、8#炉干熄焦除尘焦粉进行搜集，通过焦粉筛分以后的粒度分布发现，干熄焦一次除尘器运行效率并没有达到预期的效果，进入二次除尘器的大颗粒粉尘仍然偏高，可能有以下方面的原因：①由于从干熄炉带入一次除尘粉尘量大，一是加大了一次除尘的处理负荷，二是在同等条件下相比，一次除尘效率即使达到要求，仍使出一次除尘器的气体含尘量偏高;②捣固焦炉粉尘虽然颗粒大，但有可能因视密度小，易被循环气体带走，而一次除尘器未按此粉尘特性进行设计，未达到较好的效果。
（2）二次除尘器的运行效果。经现场检测，7、8#炉二次除尘效率比5、6#炉低，其原因可能有以下几方面：①与二次除尘旋风除尘器直径、高度、气体进口和排气管形状与大小等的设计有关，其本身除尘效率偏低;②7、8#炉二次除尘中大于1mm的粉尘比例为55%～60%，而5、6#炉大于1mm的粉尘比例5%～6%。说明大量应在一次除尘器拦截下来大颗粒，被带入了二次除尘器，降低了二次除尘器的效率;③进入二次除尘器的风速低，除尘效果未达到设计要求;④二次除尘器排灰料位计存在问题[1]，导致循环气体二次扬尘。
5.风机转速与风机入口粉尘含量的关系[4]
由图2可以看出，不同风机转速对二次除尘器进口含尘量和进入风机含尘量影响相当明显。
（1）风机转速在950r/min以下时，风机入口粉尘浓度均在1g/m3以下，说明降低风机转速，有利于降低粉尘含量。
（2）加大风机转速，即增加循环气体流量，使得循环气体带出干熄焦和一次除尘器的粉尘浓度增加，造成进入风机的粉尘大。
二、产生上述问题的深层次原因分析
综合上述分析，造成干熄焦循环风机磨损可能有以下几方面的原因：
（1）7、8#焦炉配套干熄焦冷却区设计气体流速偏高，导致从冷却区带入斜道区的粉焦量增大。
（2）7、8#焦炉配套干熄焦斜道区为单斜道设计，斜道口设计尺寸与5、6#炉不同，导致循环气体在此处流通速度快，气体中携带走的粉尘量增加，从而进入一次除尘的粉尘量增加。
（3）捣固焦炉干熄焦循环气流中的粉尘特性，与顶装焦炉有很大不同，粉尘颗粒的大小、耐磨度、堆密度、真密度均比顶装焦炉要大，对循环风机的冲击和磨损作用更大，破坏力更强。 （4）捣固焦炉粉尘颗粒大，因视密度小，易被循环气体带走，导致一次除尘器效果变差，由于一次除尘效率降低，加大了二次除尘的处理负荷。
三、解决上述问题的方案
综合上述分析，拟定以下方案确保7、8#焦炉配套干熄焦正常稳定运行。
（1）依据文献[5]提供的标定方法，对干熄焦循环气体内的粉尘含量进行标定。根据现场风机转速与进入风机含尘标定结果，可以按900～1000r/min调整干熄焦操作。同时加强排灰操作，杜绝由于排灰不及时而造成粉尘的二次循环。
（2）在焦炉生产管理中，优化捣固焦炉配煤结构，提高捣固焦炉热工操作水平，确保炉顶空间温度在合理范围内，保证焦炭的成熟度，减少片焦和粉焦量。
（3）在干熄焦生产管理中，为适应焦炉配煤结构引起的焦炭性质的变化，应定期对干熄焦斜道区调节砖的数量进行增减，以增大气流通过面积，降低气流流速，从而减小带出的粉尘量。
（4）增加捣固焦炉配套干熄焦的二次除尘的设备，在干熄焦余热锅炉与立式多管二次除尘器之间，增加一套卧室多管除尘器，进一步去除大颗粒的焦粉，以减小进入立式二次除尘器的粉尘浓度，提高其除尘效率，进而有效保护循环风机。
四、结论
（1）循环风机作为干熄焦的核心设备，为干熄焦气体循环系统提供动力源，其总压头和电机功率的选择关系到干熄焦运行稳定性及运行成本，审慎的选择设计及运行参数是关键，应根据不同的工况条件，通过理论计算和现场标定的经验数据合理选择。
（2）根据循环气体中携带焦粉的特性，一次除尘器采用内部衬耐火砖的重力沉降式除尘器或惯性除尘器。二次除尘器宜采用立式多管旋风分离除尘器，在粉尘含量过大的情况下，可考虑增加前置卧式多管旋风分离除尘器。
（3）焦炭粒度对干熄焦循环气体焦粉含量、系统阻力、冷却时间的影响很大，进而影响循环风机的使用寿命和运行成本，在设计和生产中可以采用多级二次除尘、调整干熄炉斜道口流通面积、杜绝除尘灰二次扬尘、保证焦炭成熟度等措施，使循环气体粉尘含量控制在合理的范围内，以保证循环风机合理的使用年限。
参考文献：
[1]曹文，刘文斌，王锐锋，等.干熄焦一、二除尘效果差对系统影响探索分析[J].山东化工，2020（49）：174175.
[2]李哲浩，虞继舜，何中虹译.干法熄焦[M].北京：北京冶金工业出版社，1981：6469.
[3]潘立慧，魏松波.干熄焦技术[M].北京：北京冶金工业出版社，2005：610.
[4]马成香.捣固焦炉干熄焦循环风机磨损原因的探讨[J].燃料与化工，2012（3）：2021.
[5]于英，王成文，高松，等.干熄焦循環气体内焦粉含量标定方法[J].燃料与化工，2016（2）：1820.
作者简介：张春才（1978— ），男，汉族，辽宁台安人，硕士，高级工程师，研究方向：炼焦工艺及设备的研究与开发。
关键词：干熄焦;循环风机;参数优化;磨损保护
一、研究的背景和问题
某厂7、8#捣固焦炉配套干熄焦投产后，运行3个月左右时间，就因循环风机振动值超标故障停车而停产，经检修发现，是因为风机内部已被严重磨损，尤其风机叶轮耐磨层已出现剥蚀、裂纹。上述原因导致风机转子动平衡失稳，轴承振动值超出允许范围而停车[1]。而5、6#顶装焦炉配套干熄焦，在投产后的6年时间里，除计划检修时干熄焦停产外，未出现因循环风机的故障而停产的情况。为了解决上述问题，查明造成7、8#焦炉循环风机磨损的原因，对5、6#焦炉与7、8#焦炉配套干熄焦系统，从工程设计、操作运行等方面进行全面比对，找到解决方案，以便为后续工程提供有益经验。
（一）循环风机磨损的原因分析
1.干熄焦工艺流程[23]
冷却焦炭的低温（130℃～170℃）惰性气体，在干熄炉冷却段与1000℃红焦进行热交换，温度升高至880℃～950℃，惰性气体在干熄炉环形气道汇合后，在环形气道出口进入一次除尘器。高温循环气体在经过一次除尘器时，气体中大的粗颗粒焦粉被捕集下来，然后进入干熄焦余热锅炉。进入干熄焦余热锅炉的气体，与锅炉水冷壁进行热交换，气体温度降至约160℃。低温循环气体出锅炉后，进入二次除尘器，进一步分离细小颗粒焦粉。去除大量比例粉尘后的循环气体，在循环风机的作用下，经给水预热器被冷却至约130℃后，送入干熄炉循环使用，再次冷却焦炭。
2.两个干熄焦各区域气体流速设计值
从上表中可以得出，干熄焦各个区域循环气体的流速是不同的，这主要取决于循环风机的总压头和干熄焦气体循环系统各个部位的阻力，合适的风机压头，不仅能使干熄焦操作顺畅，还能节约运行成本。
3.两个干熄除尘灰量对比分析
根据现场统计结果，7、8#捣固焦炉干熄焦平均除尘灰量，较5、6#顶装焦炉多3～5kg/t焦。其原因有以下方面：
（1）捣固焦炉焦炭的特性
与顶装焦炉相比，捣固焦炉的特点是煤饼从侧面装入焦炉，煤饼与炭化室炉墙之间有一定的缝隙。因此，在结焦过程中，会产生过多的片焦;与此同时，捣固焦炉的煤饼高度高，上部煤量大，煤饼密度上下不均匀，在焦炉加热的炉顶空间温度较低时，煤饼顶部结焦过程中，易形成泡焦或成熟度不够，这些都会造成粉焦的增多。
为了验证捣固焦炉焦炭产生粉焦量是否比顶装焦炉大，分别做了两种焦炭的全焦筛分试验，标定小于5mm的焦炭所占比例，结果显示全焦中粒度小于5mm的焦粉比例2.6%，是顶装焦炉的1.63倍[4]。
（2）干熄炉内部设计尺寸的差别
7、8#焦炉配套干熄焦与5、6#焦炉配套干熄焦相比，其预存区和冷却区之间的高向差比5、6#焦炉干熄焦略大，同时因为干熄焦规模也大，焦炭在干熄炉内下降的过程中，由于相互碰撞和摩擦，产生的焦粉量相应也大。
4.两个干熄一次、二次除尘器运行效果对比分析
（1）一次除尘器的运行效果。对7、8#炉干熄焦除尘焦粉进行搜集，通过焦粉筛分以后的粒度分布发现，干熄焦一次除尘器运行效率并没有达到预期的效果，进入二次除尘器的大颗粒粉尘仍然偏高，可能有以下方面的原因：①由于从干熄炉带入一次除尘粉尘量大，一是加大了一次除尘的处理负荷，二是在同等条件下相比，一次除尘效率即使达到要求，仍使出一次除尘器的气体含尘量偏高;②捣固焦炉粉尘虽然颗粒大，但有可能因视密度小，易被循环气体带走，而一次除尘器未按此粉尘特性进行设计，未达到较好的效果。
（2）二次除尘器的运行效果。经现场检测，7、8#炉二次除尘效率比5、6#炉低，其原因可能有以下几方面：①与二次除尘旋风除尘器直径、高度、气体进口和排气管形状与大小等的设计有关，其本身除尘效率偏低;②7、8#炉二次除尘中大于1mm的粉尘比例为55%～60%，而5、6#炉大于1mm的粉尘比例5%～6%。说明大量应在一次除尘器拦截下来大颗粒，被带入了二次除尘器，降低了二次除尘器的效率;③进入二次除尘器的风速低，除尘效果未达到设计要求;④二次除尘器排灰料位计存在问题[1]，导致循环气体二次扬尘。
5.风机转速与风机入口粉尘含量的关系[4]
由图2可以看出，不同风机转速对二次除尘器进口含尘量和进入风机含尘量影响相当明显。
（1）风机转速在950r/min以下时，风机入口粉尘浓度均在1g/m3以下，说明降低风机转速，有利于降低粉尘含量。
（2）加大风机转速，即增加循环气体流量，使得循环气体带出干熄焦和一次除尘器的粉尘浓度增加，造成进入风机的粉尘大。
二、产生上述问题的深层次原因分析
综合上述分析，造成干熄焦循环风机磨损可能有以下几方面的原因：
（1）7、8#焦炉配套干熄焦冷却区设计气体流速偏高，导致从冷却区带入斜道区的粉焦量增大。
（2）7、8#焦炉配套干熄焦斜道区为单斜道设计，斜道口设计尺寸与5、6#炉不同，导致循环气体在此处流通速度快，气体中携带走的粉尘量增加，从而进入一次除尘的粉尘量增加。
（3）捣固焦炉干熄焦循环气流中的粉尘特性，与顶装焦炉有很大不同，粉尘颗粒的大小、耐磨度、堆密度、真密度均比顶装焦炉要大，对循环风机的冲击和磨损作用更大，破坏力更强。 （4）捣固焦炉粉尘颗粒大，因视密度小，易被循环气体带走，导致一次除尘器效果变差，由于一次除尘效率降低，加大了二次除尘的处理负荷。
三、解决上述问题的方案
综合上述分析，拟定以下方案确保7、8#焦炉配套干熄焦正常稳定运行。
（1）依据文献[5]提供的标定方法，对干熄焦循环气体内的粉尘含量进行标定。根据现场风机转速与进入风机含尘标定结果，可以按900～1000r/min调整干熄焦操作。同时加强排灰操作，杜绝由于排灰不及时而造成粉尘的二次循环。
（2）在焦炉生产管理中，优化捣固焦炉配煤结构，提高捣固焦炉热工操作水平，确保炉顶空间温度在合理范围内，保证焦炭的成熟度，减少片焦和粉焦量。
（3）在干熄焦生产管理中，为适应焦炉配煤结构引起的焦炭性质的变化，应定期对干熄焦斜道区调节砖的数量进行增减，以增大气流通过面积，降低气流流速，从而减小带出的粉尘量。
（4）增加捣固焦炉配套干熄焦的二次除尘的设备，在干熄焦余热锅炉与立式多管二次除尘器之间，增加一套卧室多管除尘器，进一步去除大颗粒的焦粉，以减小进入立式二次除尘器的粉尘浓度，提高其除尘效率，进而有效保护循环风机。
四、结论
（1）循环风机作为干熄焦的核心设备，为干熄焦气体循环系统提供动力源，其总压头和电机功率的选择关系到干熄焦运行稳定性及运行成本，审慎的选择设计及运行参数是关键，应根据不同的工况条件，通过理论计算和现场标定的经验数据合理选择。
（2）根据循环气体中携带焦粉的特性，一次除尘器采用内部衬耐火砖的重力沉降式除尘器或惯性除尘器。二次除尘器宜采用立式多管旋风分离除尘器，在粉尘含量过大的情况下，可考虑增加前置卧式多管旋风分离除尘器。
（3）焦炭粒度对干熄焦循环气体焦粉含量、系统阻力、冷却时间的影响很大，进而影响循环风机的使用寿命和运行成本，在设计和生产中可以采用多级二次除尘、调整干熄炉斜道口流通面积、杜绝除尘灰二次扬尘、保证焦炭成熟度等措施，使循环气体粉尘含量控制在合理的范围内，以保证循环风机合理的使用年限。
参考文献：
[1]曹文，刘文斌，王锐锋，等.干熄焦一、二除尘效果差对系统影响探索分析[J].山东化工，2020（49）：174175.
[2]李哲浩，虞继舜，何中虹译.干法熄焦[M].北京：北京冶金工业出版社，1981：6469.
[3]潘立慧，魏松波.干熄焦技术[M].北京：北京冶金工业出版社，2005：610.
[4]马成香.捣固焦炉干熄焦循环风机磨损原因的探讨[J].燃料与化工，2012（3）：2021.
[5]于英，王成文，高松，等.干熄焦循環气体内焦粉含量标定方法[J].燃料与化工，2016（2）：1820.
作者简介：张春才（1978— ），男，汉族，辽宁台安人，硕士，高级工程师，研究方向：炼焦工艺及设备的研究与开发。