山地高落差地形焦化升級改造項目的設計和建設

范友利，孫中嶺，王建海，周 巖，程建萍，趙忠強

（河南鑫泰能源有限公司，河南 安陽 455141）

河南鑫泰能源有限公司（簡稱鑫泰能源）位于河南省安陽市銅冶鎮煤化工園區，公司原有2×42 孔JN43-80 型頂裝改搗固焦爐和2×50 孔TJL4350F 型搗固焦爐，配套建有160 t/h 干熄焦裝置。

根據《焦化行業“十三五”發展規劃綱要》、《京津冀及周邊地區2018—2019年秋冬季大氣污染綜合治理攻堅行動方案》及國家“雙碳”目標的要求，焦化企業進行產業優化升級勢在必行[1]。2020年鑫泰能源對原4 座4.3 m 焦爐進行升級改造，建設了2 座XJL6253D型搗固焦爐（簡稱升級改造項目），并分別于2021年4月和6月投產。該爐型是目前國內先進和成熟的爐型，為采用雙聯火道、廢氣循環、多段加熱、焦爐煤氣下噴、貧煤氣側入的復熱式焦爐[2]，同時焦爐采用了分段加熱方式和低氮燃燒技術[3-4]。

鑫泰能源處山地地形，在焦爐設計過程中遇到的關鍵技術問題就是標高近12 m 的高落差問題，需要克服的技術難點有：焦爐產生荒煤氣系統的高落差輸送問題、攔焦車軌道無處安放的問題、熄焦系統與國家火車軌道距離近無法安放以及缺少檢維修場地的問題、運煤系統的高落差大角度輸送問題。鑫泰能源在項目建設過程中打破了常規建設的設計要求，依據現有場地進行開拓性創新性設計，解決了以上問題，現介紹如下。

1 升級改造項目用地情況及建設難點

1.1 建設用地情況

鑫泰能源建設用地26667 m2（400 畝）左右，呈東低西高山地地形，原生產系統布置從西往東依次為綜合辦公點、焦場、焦爐、煤氣凈化、發電和煤場，整體布局緊湊，綜合辦公點位置相對高于原焦化位置12 m，焦爐與煤氣凈化系統在同一水平面，發電、煤場在同一水平面。

鑫泰能源南鄰寶舜化工公司，西側山地為安鋼集團建設用地，東側為地方政府泄洪通道，北側為當地村民基本農田，無可用新增建設用地。結合原焦化系統的布置情況，綜合考慮項目建設需使用土地面積，只能將西側標高點最高的綜合辦公點位置土地上的建筑物拆除和整平后，方可進行升級改造項目的實施。

升級改造項目建設位置東鄰原焦場，與焦場呈垂直落差式分布，且國家鐵路從垂直落差位置焦場西側通過，無法拆除，需將涼焦系統、除塵攔焦車軌道架空布置在鐵路上方，但是無法布置道岔式熄焦車檢修系統，同時需克服煤氣輸送和物料運輸難的問題。

1.2 項目建設面臨的問題

鑫泰能源綜合辦公點的位置標高高于原焦場、焦化系統約12 m，西部歸屬安鋼集團山地，無法進行空間擴展，只能將該項目的部分焦側設施懸空架設，在不影響4.3 m 焦爐焦化系統的正常運行下開展建設工作，逐步與原有煤氣凈化系統進行連接，實現綜合利用。需解決的問題有以下幾個方面：

（1）全面分析計劃建設XJL6253D 型搗固焦爐位置和現有公輔設施相對位置關系，明確標高點的差值，分析如何能夠在原有4.3 m 焦爐關停前完成該大型焦爐的建設問題。

（2）明確焦爐基礎標高后，設定焦側完成出爐作業的攔焦車、熄焦車等車輛的基礎標高點，如何合理利用現有地形，留出火車運行通道，完成焦側相關設備基礎的布置和構造。

（3）現有煤氣凈化系統與新建設XJL6253D 型搗固焦爐高落差對接問題，在確保安全環保的基礎上，完成對接工作。

（4）焦側設備檢維修場地的確定問題。由于焦側軌道的盡頭緊挨寶舜化工廠圍墻位置，無場地能夠設計道岔檢修區域，熄焦車檢維修場地只能布置在與該項目落差12 m 的焦場南端。

（5）如何克服大角度運送粉碎后的配合煤進入煤塔的困難，達到皮帶通廊安全設計要求。

2 關鍵技術及創新點

2.1 懸空布置攔焦車軌道和涼焦臺

火車軌道與該項目存在12 m 高度落差，在火車軌道上方架空鋪設攔焦車和涼焦平臺系統，鋼結構懸空架設攔焦車軌道，懸空波紋板布置涼焦系統。

受場地限制，依據焦爐位置，攔焦車走行內軌鋪設在焦側高地，在確保承重安全的情況下，外側軌道基礎采用Q235B 碳鋼材質工字鋼搭建，高度18.61 m。攔焦車第一軌在焦爐標高為6.17 m 位置，東側為標高點為-12.44 m 火車軌道。攔焦車的第二軌需建設在火車軌道的基礎平面上，在不破壞原有國有鐵路的基礎上，建設高度18.61 m 的鋼結構站柱；采用型號為HM 294 mm×200 mm×8 mm×12 mm 的Q235B 工字鋼，與焦爐中心線平行布置，架空鋪設，達到與第一軌同一水平高度。

在焦炭的煉制過程中，熄焦是一個重要的環節。目前大部分在運行焦爐采用的熄焦方式是低溫氮氣逆向接觸帶走焦炭的熱量，使焦炭溫度達到常溫。水熄焦主要是在檢修和干熄焦故障時使用，因此水熄焦涼焦臺的布置也是必要環節。水熄焦涼焦臺需要布置在熄焦車軌道的東側，且其頂端與熄焦車車廂的延板同高，便于對焦炭的放置和轉運。

水熄焦的位置通過借助焦側18.61 m 的鋼結構站柱系統進行提升，布置傾斜角度為29 °的水熄焦涼焦臺系統。下部布置輸送焦炭的皮帶系統，整體的高度高于火車機車高度，不影響火車的行走和裝運作業。該水熄焦涼焦臺系統采用厚度160 mm 的C35 防滲混凝土鋼筋桁架樓承板作為底層（波紋板），防滲混凝土鋼筋桁架樓承板上部布置厚度為20 mm 的質量比1∶3 的水泥砂漿，在水泥砂漿的上部滿鋪砌筑厚度為53 mm 的紅磚，紅磚的上部澆筑厚度為14 mm 的耐熱砂漿，表層采用耐熱砂漿砌筑高強度表面掛釉耐磨缸磚（尺寸230 mm×65 mm×113 mm），該缸磚砌筑方式采用側式砌筑。整體涼焦臺的水平長度為9.31 m，可以同時容納約180 t 焦炭進行水熄后涼置，確保了在焦爐生產作業過程中干熄焦系統發生故障后生產作業系統的正常運轉。

2.2 大跨度物料輸送和直通式煤氣輸送

采用長距離、大跨度運煤系統降低運煤皮帶大傾角問題，同時采用7.63 m 頂裝煤焦爐U 型集氣管道、直通式下缺口調節翻板大落差煤氣輸送系統的設計方案。

采用長距離、大跨度運煤輸送系統。考慮標高差的問題，初步設計采用刮板式皮帶，角度為25 °，大于《煤炭工業礦井設計規范》中規定的17°，后綜合考慮到運送配合煤的要求和人員的安全，改變原有設計思路，將短距離輸送改為大跨度、長距離輸送方式，通過162 m 的輸送長度，降低輸煤通廊的角度到10.2°。同時采用雙供煤系統，由原有焦爐的1#、2#焦爐供煤系統和3#、4#焦爐的供煤系統同時往新1#備煤皮帶上供煤，以此來滿足新焦爐5500 t/d 的用煤需求。

XJL6253D 型焦爐荒煤氣輸出系統常規設計采用圓形集氣道，負壓抽吸系統上部采用N 型管結構、通過介質為荒煤氣，下部采用焦油盒結構、通過介質為焦油氨水混合液，以達到氣液分離，便于集氣道壓力穩定控制，但荒煤氣輸出系統與原有風機前煤氣管道對接需要克服標高差6 m，跨越焦場、干熄焦除塵站等206 m 的跨度。依據現場實際情況，決定采用7.63 m頂裝煤焦爐U 型集氣管道設計方案，不設置焦油盒和N 型管設計方案的負壓導出系統，采用直通式下缺口翻板設計理念，遠距離、大落差輸送。采用U 型集氣管道改變上升管橋管與集氣管道系統的連接方式，由原來的側入式改變為現在的上部進入，節約空間的同時，降低了原有設計的高度差，增加了荒煤氣輸出系統的穩定性。采用多點采集集氣管道壓力的方式來及時調節裝煤、出爐過程中煤氣壓力的變化問題，確保集氣管道的壓力保持在100 Pa±20 Pa 的指標范圍之內。在負壓抽吸系統設計中，將調節翻板的結構設置為直通式結構，調節翻板由原來的圓形變為下缺口形式，便于在橋管位置冷凝分離出來的焦油、氨水通過，同時集氣管道的壓力調節更加靈敏，精準度增加。

2.3 熄焦系統設備設施及檢修場地布置

針對地域狹窄、大落差情況，采用雙柱梁軌道波紋板熄焦車運輸系統、高落差雙軌天車轉運檢修系統，懸空架設熄焦車運輸系統人員行走平臺、垂直轉運熄焦系統車輛，達到檢維修目標。

雙柱梁波紋板熄焦車運輸系統：由于熄焦車第二軌南側部位站柱的位置位于原廠區火車軌道側擋土墻的位置，且旁邊就是火車軌道，無法開挖。經查看現場地形和擋土墻的設計資料，由原來的單柱梁改為雙柱梁結構模式來承載熄焦車和接焦后的單重。為防止出現高溫紅焦落入火車軌道，在外側延伸出波紋板布置走臺。

高落差雙軌天車轉運檢修系統：由于焦側軌道的盡頭緊挨寶舜化工廠圍墻位置，焦側設備無檢修場地可用，采用天車，并合理利用低于焦爐建設地面約12 m原檢修牽車臺位置的場地，建設焦側檢維修場地。在4.3 m 焦爐原有干熄焦牽車臺的基礎上進行升級改造，將原有牽車臺軌道全部拆除，改造成新熄焦車檢修軌道線，根據現場實際情況，將兩組軌道改造成一組軌道，共改造成4 組。天車軌道位置與檢修場地面垂直距離22 m（天車軌道標高12 m，檢修場地標高-10 m），采用最大起吊重量為100 t 的天車作為起吊轉運設備，將設備轉運到原有檢修平臺位置進行檢修作業。

3 結 語

鑫泰能源升級改造項目于2020年3月開始項目的建設階段，經過多次現場核查和變更設計方案，最終采用架空、轉移、加大長度等創新的方式來解決面臨的高落差山地地形難題，在沒有影響國有鐵路正常運行的情況下，于2021年4月實現第一座焦爐投產運行，第二座焦爐在6月份投產運行，并順利的將原4 座4.3 m 焦爐停止運行。項目經歷了土建施工、爐體砌筑、鐵建安裝、煤氣管道安裝、煤焦系統建設、烘爐等方面的工作，順利完成建設，且使用效果良好，達到了預期的目標，實現了企業利益的最大化。