干熄焦余熱鍋爐運行中溫度控制不穩(wěn)定的原因分析

在鋼鐵行業(yè)推進綠色低碳轉(zhuǎn)型的背景下，干熄焦技術(shù)憑借其高效回收紅焦顯熱的特性，成為實現(xiàn)節(jié)能減排的關(guān)鍵路徑。作為干熄焦系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換的核心設(shè)備，余熱鍋爐的溫度控制精度直接關(guān)聯(lián)蒸汽品質(zhì)、發(fā)電效率及設(shè)備安全運行。據(jù)行業(yè)調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，約 65% 的干熄焦裝置存在不同程度的溫度波動問題，部分企業(yè)因溫度失控導(dǎo)致蒸汽參數(shù)偏離標準值達 15%，不僅造成能源浪費，還顯著增加設(shè)備檢修頻次與維護成本。因此，深入探究溫度控制不穩(wěn)定的根源，對提升干熄焦系統(tǒng)運行效能具有重要的現(xiàn)實意義。

二、工藝流程因素

（一）焦炭性質(zhì)動態(tài)變化的影響

焦炭粒度分布、水分含量及揮發(fā)分比例的波動，直接干擾干熄爐內(nèi)的傳熱傳質(zhì)過程。以粒度差異為例，當(dāng)＞40mm 焦炭占比超過 30% 時，干熄爐內(nèi)會形成 “氣流通道效應(yīng)”，導(dǎo)致局部氣體流速激增 2 - 3 倍，對應(yīng)區(qū)域換熱效率下降 18% - 22%，引發(fā)余熱鍋爐入口溫度驟升。某大型焦化廠因入爐焦炭水分從 5% 突增至 8%，致使循環(huán)氣體溫度在 2 小時內(nèi)下降 35℃，嚴重影響蒸汽產(chǎn)量穩(wěn)定性。此外，揮發(fā)分含量每波動 1%，干熄爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)熱變化可達 8 - 12kJ/kg，進而顯著改變循環(huán)氣體溫度曲線。

（二）循環(huán)氣體流量失衡機制

循環(huán)氣體流量的動態(tài)平衡是維持溫度穩(wěn)定的關(guān)鍵。實際運行中，排焦量與氣體流量的匹配失調(diào)是常見問題。當(dāng)排焦速度從額定值 80t/h 提升至 100t/h 時，若循環(huán)氣體流量未同步增加 20% - 25%，將導(dǎo)致紅焦冷卻不充分，使余熱鍋爐入口溫度升高 40 - 60℃。設(shè)備層面，循環(huán)風(fēng)機的運行狀態(tài)直接影響氣體流量穩(wěn)定性。某企業(yè)因風(fēng)機葉片磨損量達原始厚度的 25%，導(dǎo)致風(fēng)壓下降 12%，最終造成余熱鍋爐出口溫度波動幅度超過 ±25℃。

（三）干熄爐料位控制偏差

干熄爐料位高度需嚴格控制在工藝要求的 65% - 75% 區(qū)間。當(dāng)料位低于 60% 時，紅焦與循環(huán)氣體接觸時間縮短至標準值的 70%，換熱效率下降約 30%，引發(fā)氣體溫度異常升高；而料位高于 80% 時，氣體通道受阻，易形成局部低溫區(qū)，導(dǎo)致循環(huán)氣體溫度分布不均。某焦化項目因料位控制系統(tǒng)故障，在 1 周內(nèi)出現(xiàn) 5 次料位超限波動，致使余熱鍋爐出口溫度標準差增大至 18℃，嚴重影響蒸汽品質(zhì)。

三、設(shè)備運行因素

（一）受熱面結(jié)垢積灰效應(yīng)

長期運行過程中，余熱鍋爐受熱面的積灰結(jié)垢問題不容忽視。研究表明，當(dāng)積灰厚度達到 1mm 時，傳熱系數(shù)下降約 40%；而水垢層每增加 0.5mm，鍋爐熱效率降低 3 - 5%。某干熄焦裝置因未定期清理受熱面，運行 6 個月后積灰厚度達 3mm，導(dǎo)致過熱器出口溫度較設(shè)計值升高 50℃，同時引發(fā)過熱器管壁超溫報警。此外，結(jié)垢積灰還會破壞鍋爐水循環(huán)動力，造成局部換熱惡化，加劇溫度控制難度。

（二）系統(tǒng)泄漏引發(fā)的熱失衡

設(shè)備泄漏會顯著改變系統(tǒng)熱平衡狀態(tài)。干熄爐爐體泄漏時，每滲入 100m3/h 冷空氣，將消耗紅焦顯熱約 120kW，導(dǎo)致循環(huán)氣體溫度下降 8 - 10℃。管道泄漏則會造成氣體流量損失，某企業(yè)因循環(huán)氣體管道焊縫泄漏，氣體流量損失達 15%，致使余熱鍋爐入口溫度波動幅度增加至 ±30℃。鍋爐本體泄漏會導(dǎo)致工質(zhì)流失，破壞汽水循環(huán)平衡，進一步干擾溫度穩(wěn)定控制。

（三）測控系統(tǒng)失效風(fēng)險

溫度測量與控制系統(tǒng)的可靠性直接決定控制精度。當(dāng)熱電偶發(fā)生氧化劣化時，測量誤差可達 ±5℃；而信號傳輸電纜老化導(dǎo)致的信號衰減，可能使實際溫度與顯示值偏差超過 10℃。某焦化廠因溫度控制器 PID 參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，在溫度調(diào)節(jié)過程中出現(xiàn)超調(diào)量達 20% 的劇烈波動，嚴重影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。執(zhí)行機構(gòu)故障（如調(diào)節(jié)閥卡澀）會導(dǎo)致控制指令延遲，使溫度調(diào)節(jié)滯后時間延長至 5 - 8 分鐘。

四、操作管理因素

（一）人員技能短板影響

操作人員的專業(yè)水平直接關(guān)系溫度控制效果。某企業(yè)調(diào)研顯示，約 40% 的操作人員無法準確識別焦炭揮發(fā)分變化對溫度的影響規(guī)律，在實際操作中出現(xiàn)誤調(diào)循環(huán)氣體流量的情況。部分操作人員對 DCS 系統(tǒng)的高級控制功能（如串級控制、前饋控制）掌握不足，導(dǎo)致溫度調(diào)節(jié)響應(yīng)時間延長至 15 - 20 分鐘，遠高于標準值的 5 - 8 分鐘。此外，操作習(xí)慣差異也會造成控制效果波動，如頻繁大幅度調(diào)節(jié)閥門，易引發(fā)溫度振蕩。

（二）參數(shù)調(diào)節(jié)滯后問題

運行參數(shù)的動態(tài)匹配是維持溫度穩(wěn)定的關(guān)鍵。當(dāng)環(huán)境溫度從 20℃驟降至 0℃時，若未及時調(diào)整鍋爐補水流量（需降低 10 - 15%），將導(dǎo)致省煤器出口水溫下降，進而影響蒸汽溫度穩(wěn)定性。在生產(chǎn)負荷切換過程中，某企業(yè)因未提前優(yōu)化排焦量與氣體流量的匹配關(guān)系，致使余熱鍋爐出口溫度在 30 分鐘內(nèi)波動達 ±40℃。參數(shù)調(diào)整滯后不僅造成溫度波動，還會增加設(shè)備熱應(yīng)力，縮短使用壽命。

（三）設(shè)備維護管理缺陷

不完善的設(shè)備維護制度是溫度波動的潛在誘因。某企業(yè)因未定期清理循環(huán)風(fēng)機入口過濾器，導(dǎo)致濾網(wǎng)堵塞率達 70%，風(fēng)機流量下降 18%，引起余熱鍋爐溫度異常升高。對于溫度傳感器的校準周期過長（超過 6 個月），會使測量誤差逐漸累積，最終導(dǎo)致控制失效。缺乏系統(tǒng)性的設(shè)備健康評估機制，使得設(shè)備隱患無法及時發(fā)現(xiàn)，某焦化廠因未及時處理過熱器管壁減薄問題，最終引發(fā)爆管事故，造成溫度控制完全失控。

干熄焦余熱鍋爐溫度控制不穩(wěn)定是工藝、設(shè)備、管理等多因素耦合作用的結(jié)果。工藝流程方面，焦炭物性波動、氣體流量失衡、料位控制偏差直接影響熱交換效率；設(shè)備運行層面，受熱面結(jié)垢、系統(tǒng)泄漏及測控失效構(gòu)成主要風(fēng)險源；操作管理環(huán)節(jié)，人員技能不足、參數(shù)調(diào)節(jié)滯后、維護不到位加劇了溫度波動程度。為實現(xiàn)穩(wěn)定控制，需構(gòu)建 “工藝優(yōu)化 - 設(shè)備升級 - 智能管控” 三位一體的解決方案，通過精細化操作、智能化監(jiān)測及預(yù)防性維護，全面提升干熄焦系統(tǒng)運行穩(wěn)定性與能源利用效率。