干熄焦焦炭燒損率的優化措施

張素芬 向宇 張良 朱志娟

(安陽鋼鐵股份有限公司)

0 前言

安鋼焦化廠75 t/h干熄焦于2008年7月28日建成投產，設計回收焦粉10000 t/a，焦炭燒損量5050 t/a，焦炭燒損率小于0.95%。焦炭燒損率是干熄爐焦炭裝入量減去焦炭排焦量與焦粉產量的總量，再與干熄爐焦炭裝入量的比值。在實際生產中，干熄焦工藝中焦炭的燒損是必然的，焦炭的燒損極大地損耗了焦炭產量，增加了鐵前系統生產成本。為了提高焦炭產量，降低生產成本，因此干熄焦燒損率是衡量干熄焦操作好壞的一個重要指標。

1 概況

在干熄焦正常生產時，干熄焦電機車在接完紅焦后，按照規定速度駛入干熄焦提升井架下進行對中送滿罐。提升機開始提升至規定高度后且水平移動到裝入裝置正上方，投入干熄焦爐體內。紅焦在爐體內從上至下隨著底部冷焦的排出而降低，循環氣體從下至上隨著循環風機的抽動而與紅焦接觸進行干法熄焦。干熄焦工藝流程如圖1所示。

安鋼焦化廠75 t/h干熄焦在建成投產后，在系統試生產過程中發現 CO含量最高8.5%，最低0.5%，平均2.5%左右，鍋爐入口溫度最高980℃，最低 810℃，平均 920℃，預存段壓力一般在-300 Pa～+300 Pa波動。在實際生產操作中經常出現可燃氣體CO含量、鍋爐入口溫度、預存段壓力等忽高忽低甚至參數無法控制的情況，不斷的調整空氣導入量，進而影響到焦炭的燒損量，造成焦炭燒損量不固定和燒損率整體過高。

圖1 干熄焦工藝流程簡圖

對75 t/h干熄焦某月生產情況進行了抽查分析。裝入焦炭為3015爐，每爐按平均14 t計算，總重量42210 t。工藝除塵焦粉及環境除塵灰總重量為783 t，排焦量為40668 t。計算燒損率=(干熄爐焦炭裝入量-排焦量-焦粉產量)/干熄爐焦炭裝入量 ×100%=(42210-40668-783)/42210×100%=1.8%。

經過計算最終得到焦炭燒損率在1.8%左右，與設計燒損率0.95%還有較大差距。因此，可以確定干熄焦系統中還存在影響降低干熄焦燒損率的因素。

2 問題及分析

根據干熄焦熄焦原理可知，真正參與干熄爐內焦炭燒損的是控制可燃氣體成分所導入的空氣、氣體循環系統負壓段漏入的空氣以及裝焦過程中隨紅焦進入干熄爐的空氣，而且這些空氣燒損的首先是循環氣體內的可燃氣體(如CO、H2)，其次是細焦粉，最后為小塊焦炭?？諝馊紵扇細怏w和細焦粉是正常的燒損，過量的空氣燃燒小塊焦炭是人為增加的燒損量，應該杜絕。

控制可燃氣體CO含量的方法有導入空氣燃燒法和導入N2稀釋法［1］，控制鍋爐入口溫度的方法有調整循環風量、排焦量、空氣導入量、旁通風量等參數，控制預存段壓力的方法有干熄爐料位控制、風機后放散調節閥的開度、正壓段(循環風機出口至干熄爐入口)泄漏量等。在通過長期主控和現場調查后，現從以下幾個主要方面進行分析：

2.1 可燃氣體CO含量不穩定

在干熄焦爐體內中空氣中的氧氣在干熄爐內與CO發生反應生成CO2，而CO2又與熾熱的焦炭發生碳熔反應，生成CO，從而導致焦炭燒損。其化學反應如下：

從上面化學反應可以看出，循環氣體中導入空氣是為了降低CO濃度、提高干熄焦操作的安全系數，但過量的空氣也導致焦炭燒損?？扇細怏wCO含量不穩定主要是因為焦化廠采用導入空氣燃燒法導入量不固定，焦爐每次檢修時間兩個小時太長，不出爐時可燃氣體成分很快會降低，出爐開始后又快速升高，導致操作工不斷的調整空氣導入量，焦爐檢修開始時剛調整好空氣導入量的閥門開度后，可燃氣體CO含量暫時得到控制，因為75 t/h干熄焦預存段容積小，為保證正常的發電量，排焦量逐步減少，可燃氣體CO含量也就隨之改變，從而再調整空氣導入量，一般調整后約半小時才能見到效果，操作工的空氣導入量調整永遠跟不上外界條件的隨時改變，結果越調越亂，造成焦炭燒損量不固定。一般為保證生產安全，可燃氣體CO含量嚴禁超過上限7%，越過下限4%的時間就長，導入空氣總量就多，焦炭燒損率自然就高。干熄焦焦炭燒損率的實際值(約 1.8%)遠大于設計值(約0.95%)。

2.2 鍋爐入口溫度變化大

鍋爐入口溫度因各干熄焦設計的不同有一定的差別，干熄焦鍋爐入口溫度設計不大于960℃，一般情況下鍋爐入口溫度控制在900℃ ～960℃。正常生產中要盡可能降低鍋爐入口溫度的波動范圍，防止該溫度驟升驟降引起鍋爐入口補償器耐火材料和鍋爐爐管的損壞。

鍋爐入口溫度一般在810℃～980℃范圍波動，根據現場實際情況進行原因分析，主要有以下幾點：

1)前文所述焦爐每次檢修時間太長，而干熄焦預存段容積小，不能保證焦爐檢修兩小時的連續正常排焦，這一期間必須大幅度的降低循環風量和排焦量，風量和排焦量的及時調整也跟不上鍋爐入口溫度的變化。鍋爐入口溫度低時，如果可燃氣體CO含量高，可以增加空氣導入量，來提高鍋爐入口溫度。

2)對于一個希望提高鍋爐產汽和發電量的企業，可以適當多導入一定量的空氣，便于產生更多的燃燒熱，提高鍋爐入口溫度，進而提高鍋爐產汽量和干熄焦的發電量，從而增加相當可觀的經濟價值。但前提是鍋爐出口后的氣體循環系統負壓段密封性好，否則從此處吸入的冷空氣燃燒冷卻段的焦炭，產生更多的CO和CO2，那么需要的空氣導入量會增多。惡性循環，焦炭燒損量也會增加。

3)在干熄焦連續裝焦生產中，長期保持一定流量的旁通風量，來穩定鍋爐入口溫度的快速升高，從干熄焦工藝可知，循環氣體總量包括進干熄爐冷卻焦炭的冷卻風量、從預存段壓力調節放散管放散的氣體量以及旁通風量三部分。當循環氣體總量保持不變時，增加或減少旁通風量必然會造成進干熄爐的冷卻風量的減少或上升，而導致排焦溫度和鍋爐入口溫度發生波動。此外，長期保持一定流量的旁通風量會增加循環風機的負荷，造成循環風機電耗升高，甚至風機超負荷而震動，不利于干熄焦系統能耗的降低。為穩定鍋爐入口溫度變化快，將應急狀態下開旁通降溫方法應用到正常生產中，只會造成排焦溫度和循環風量波動的更為敏感，不利于鍋爐入口溫度穩定，甚至還會誤導操作，導致空氣導入量增加，焦炭燒損量自然增加。

2.3 預存段壓力不穩定

為防止裝焦開啟爐蓋時爐內氣體冒出或外界空氣大量吸入干熄爐內燒損焦炭，同時為保持循環系統壓力的穩定，干熄爐預存段壓力的理想控制值為0 Pa。但在實際生產中為便于調節和保證系統的安全運行，將預存段壓力值控制在0 Pa～-100 Pa的范圍內。

75 t/h干熄焦預存段容積小，焦炭上方空間小，預存段紅熱焦炭揮發份連續揮發到狹小空間內造成預存段壓力不穩定;如果料位保低一些，焦炭上方空間大，自然預存段壓力穩定。

采用導入空氣燃燒法來控制可燃氣體CO含量，導入的空氣中的O2與CO燃燒后，多余的氮氣就會補充到循環風量里，連續增加的量必須通過風機后放散，所以風機后放散調節閥也應及時調整放散量來控制預存段壓力，而此閥是氣動閥，調節不靈敏，經常出現氣體壓力低，調整開度1%，實際現場閥門不動作，或者調5%，現場閥門動作超過5%的情況。甚至出現過由于氣源壓力低，閥門全關的情況。

干熄焦氣體循環系統正壓段(循環風機出口至干熄爐入口)泄漏，容易造成預存段壓力比正常值低，同時循環氣體損失造成氮氣的浪費。生產中發現一次、二次除塵器排灰用的是球閥，排灰時球閥全開很容易排空，且排空后空氣被大量吸入。一次除塵漏入的空氣還能被燃燒掉一部分，二次除塵漏入的空氣被循環風機鼓入到干熄爐里燃燒焦炭，導致燒損量增加。

3 改進措施

通過以上分析，造成焦炭燒損量增加的主要因素一個就是可燃氣體CO含量不穩定，結果導入空氣量無法控制;二是鍋爐入口溫度控制方法不規范，常把應急操作當正常操作控制，導致惡性循環;三是預存段壓力不穩定，忽高忽低，吸入空氣造成焦炭燒損。因此必須通過改進工藝設備、優化工藝操作來排除以上三種情況造成的焦炭燒損。

3.1 穩定可燃氣體CO含量

要達到可燃氣體CO含量穩定，就必須縮短焦爐連續檢修單次時間，將焦爐單次檢修時間由2 h分成兩次，一次1 h。不出爐時可燃氣體成分不會降低太多，能保證在安全生產前提下，稍微調整空氣導入量就能將可燃氣體CO含量控制在4% ～7%，導入空氣總量就會穩定，焦炭燒損率也會降低。

3.2 穩定鍋爐入口溫度

穩定鍋爐入口溫度的措施有以下三條：

1)針對鍋爐入口溫度不穩定，檢查鍋爐出口后的氣體循環系統負壓段密封性不好，法蘭連接處可以吸入冷空氣。利用干熄爐月修時間將法蘭外部用防火堵料泥壓入到法蘭連接縫隙，阻止空氣的進入，冷卻段的焦炭不會燃燒產生CO和CO2，那么也不必導入過多的空氣量，焦炭燒損量也不會增加。

2)考慮到檢修時間溫度降低太快，決定縮短焦爐連續檢修單次時間后，檢修前裝滿爐，檢修期間可以連續正常排焦，循環風量和排焦量也不必大幅度的調整，鍋爐入口溫度自然變化較小，減少了人為調整參數引起的空氣量過剩。

3)規范干熄焦操作制度，禁止在干熄焦連續裝焦生產中，長期保持一定流量的旁通風量，來穩定鍋爐入口溫度的快速升高的方法，禁止隨意開旁通降鍋爐入口溫度，將開旁通降溫方法只用于應急狀態，防止鍋爐出現高溫事故。

以上三種原因又是相互制約的，采用降低循環風量、增加排焦量、增加空氣導入量、降低旁通風量等方法可提高鍋爐入口溫度;相反可降低鍋爐入口溫度。采用上述方法調節鍋爐入口溫度時，相應會造成排焦溫度、循環氣體中H2、CO的濃度發生變化，因此要綜合考慮，以免顧此失彼。

3.3 穩定預存段壓力

在通過研究爐體結構、調節設備、摸索規律后，穩定預存段壓力的措施有以下三條：

1)75 t/h干熄焦預存段容積小，焦炭上方空間小，自從調整完焦爐檢修時間后，料位可以保低一點，焦炭上方空間大，自然預存段壓力穩定。

2)在風機后放散調節閥前增加一儲氣罐，穩定氣源壓力。調整氣動閥狀態，當氣源切斷時氣動閥保持原來狀態，閥門不會全關，預存段壓力也會穩定。

3)將一次、二次除塵器排灰用的球閥換成格式閥，摸索規律，當出現高料位時排灰格式閥排一定的時間后自動停止。保證閥上留有一定的灰量，不會排空，空氣也不會被大量吸入，焦炭就不會被燒損。

4 改造效果

通過以上操作和設備的改進，降低焦炭燒損率取得了以下幾點明顯效果：

1)縮短焦爐連續檢修單次時間后，確保了可燃氣體成可以有效控制在4% ～7%，導入空氣總量穩定且較少，鍋爐入口溫度變化較小，循環風量、排焦量、空氣導入量等參數不需頻繁調節。避免了人為調節參數引起的空氣導入總量過量。

2)用防火堵料泥密封鍋爐出口后的氣體循環系統負壓段法蘭連接縫隙后，空氣不會漏入，可燃氣體CO含量也得到有效控制，焦炭燒損量也相應減少。

3)通過改造在風機后放散調節閥前加儲氣罐，穩定氣源壓力，調節閥調節靈敏，解決了改造前存在的問題，達到了調節閥調節靈敏、預存段壓力穩定的目的。調整排灰設備和時間后，不會吸入空氣，扭轉了漏氣燃燒冷卻段焦炭產生可燃氣體惡性循環的被動局面，預存段壓力得以控制，焦炭燒損量降低。

改造后某月75 t/h，焦爐出爐數3066爐，干熄率為92.17%，干熄焦裝入焦炭2826爐，每爐按平均14 t計算，干熄爐焦炭裝入總重量39564 t，工藝除塵焦粉及環境除塵灰總重量1032.3 t，干熄爐排焦量為38054 t。

計算燒損率=(干熄爐焦炭裝入量-排焦量-焦粉產量)/干熄爐焦炭裝入量×100%=(39564-38054-1032.3)/39564 ×100%=1.2%。

通過改造前后焦炭燒損率統計見表1，降低焦炭燒損率有一定的效果。

5 結語

表1 改進前后干熄焦燒損率統計

通過設備改造，優化操作制度，干熄焦生產操作不僅穩定了可燃氣體含量，減少了空氣導入總量，杜絕了系統空氣漏入量，降低了焦炭燒損率，還極大的減輕了職工的勞動強度，達到了預期效果，同時本文涉及到的改造措施和優化的操作制度也為其它同類工藝設計提供了一定參考。

［1］ 潘立慧，魏松波.干熄焦技術.北京：冶金工業出版社，2005：12.