干熄焦焦炭燒損率的優(yōu)化措施

張素芬 向宇 張良 朱志娟

(安陽(yáng)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(chǎn)，設(shè)計(jì)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(chǎn)量的總量，再與干熄爐焦炭裝入量的比值。在實(shí)際生產(chǎn)中，干熄焦工藝中焦炭的燒損是必然的，焦炭的燒損極大地?fù)p耗了焦炭產(chǎn)量，增加了鐵前系統(tǒng)生產(chǎn)成本。為了提高焦炭產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本，因此干熄焦燒損率是衡量干熄焦操作好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。

1 概況

在干熄焦正常生產(chǎn)時(shí)，干熄焦電機(jī)車在接完紅焦后，按照規(guī)定速度駛?cè)敫上ń固嵘芟逻M(jìn)行對(duì)中送滿罐。提升機(jī)開始提升至規(guī)定高度后且水平移動(dòng)到裝入裝置正上方，投入干熄焦?fàn)t體內(nèi)。紅焦在爐體內(nèi)從上至下隨著底部冷焦的排出而降低，循環(huán)氣體從下至上隨著循環(huán)風(fēng)機(jī)的抽動(dòng)而與紅焦接觸進(jìn)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(chǎn)后，在系統(tǒng)試生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn) 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(yù)存段壓力一般在-300 Pa～+300 Pa波動(dòng)。在實(shí)際生產(chǎn)操作中經(jīng)常出現(xiàn)可燃?xì)怏wCO含量、鍋爐入口溫度、預(yù)存段壓力等忽高忽低甚至參數(shù)無(wú)法控制的情況，不斷的調(diào)整空氣導(dǎo)入量，進(jìn)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(guò)高。

圖1 干熄焦工藝流程簡(jiǎn)圖

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

經(jīng)過(guò)計(jì)算最終得到焦炭燒損率在1.8%左右，與設(shè)計(jì)燒損率0.95%還有較大差距。因此，可以確定干熄焦系統(tǒng)中還存在影響降低干熄焦燒損率的因素。

2 問(wèn)題及分析

根據(jù)干熄焦熄焦原理可知，真正參與干熄爐內(nèi)焦炭燒損的是控制可燃?xì)怏w成分所導(dǎo)入的空氣、氣體循環(huán)系統(tǒng)負(fù)壓段漏入的空氣以及裝焦過(guò)程中隨紅焦進(jìn)入干熄爐的空氣，而且這些空氣燒損的首先是循環(huán)氣體內(nèi)的可燃?xì)怏w(如CO、H2)，其次是細(xì)焦粉，最后為小塊焦炭。空氣燃燒可燃?xì)怏w和細(xì)焦粉是正常的燒損，過(guò)量的空氣燃燒小塊焦炭是人為增加的燒損量，應(yīng)該杜絕。

控制可燃?xì)怏wCO含量的方法有導(dǎo)入空氣燃燒法和導(dǎo)入N2稀釋法［1］，控制鍋爐入口溫度的方法有調(diào)整循環(huán)風(fēng)量、排焦量、空氣導(dǎo)入量、旁通風(fēng)量等參數(shù)，控制預(yù)存段壓力的方法有干熄爐料位控制、風(fēng)機(jī)后放散調(diào)節(jié)閥的開度、正壓段(循環(huán)風(fēng)機(jī)出口至干熄爐入口)泄漏量等。在通過(guò)長(zhǎng)期主控和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查后，現(xiàn)從以下幾個(gè)主要方面進(jìn)行分析：

2.1 可燃?xì)怏wCO含量不穩(wěn)定

在干熄焦?fàn)t體內(nèi)中空氣中的氧氣在干熄爐內(nèi)與CO發(fā)生反應(yīng)生成CO2，而CO2又與熾熱的焦炭發(fā)生碳熔反應(yīng)，生成CO，從而導(dǎo)致焦炭燒損。其化學(xué)反應(yīng)如下：

從上面化學(xué)反應(yīng)可以看出，循環(huán)氣體中導(dǎo)入空氣是為了降低CO濃度、提高干熄焦操作的安全系數(shù)，但過(guò)量的空氣也導(dǎo)致焦炭燒損?？扇?xì)怏wCO含量不穩(wěn)定主要是因?yàn)榻够瘡S采用導(dǎo)入空氣燃燒法導(dǎo)入量不固定，焦?fàn)t每次檢修時(shí)間兩個(gè)小時(shí)太長(zhǎng)，不出爐時(shí)可燃?xì)怏w成分很快會(huì)降低，出爐開始后又快速升高，導(dǎo)致操作工不斷的調(diào)整空氣導(dǎo)入量，焦?fàn)t檢修開始時(shí)剛調(diào)整好空氣導(dǎo)入量的閥門開度后，可燃?xì)怏wCO含量暫時(shí)得到控制，因?yàn)?5 t/h干熄焦預(yù)存段容積小，為保證正常的發(fā)電量，排焦量逐步減少，可燃?xì)怏wCO含量也就隨之改變，從而再調(diào)整空氣導(dǎo)入量，一般調(diào)整后約半小時(shí)才能見到效果，操作工的空氣導(dǎo)入量調(diào)整永遠(yuǎn)跟不上外界條件的隨時(shí)改變，結(jié)果越調(diào)越亂，造成焦炭燒損量不固定。一般為保證生產(chǎn)安全，可燃?xì)怏wCO含量嚴(yán)禁超過(guò)上限7%，越過(guò)下限4%的時(shí)間就長(zhǎng)，導(dǎo)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(shí)際值(約 1.8%)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的不同有一定的差別，干熄焦鍋爐入口溫度設(shè)計(jì)不大于960℃，一般情況下鍋爐入口溫度控制在900℃ ～960℃。正常生產(chǎn)中要盡可能降低鍋爐入口溫度的波動(dòng)范圍，防止該溫度驟升驟降引起鍋爐入口補(bǔ)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(dòng)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行原因分析，主要有以下幾點(diǎn)：

1)前文所述焦?fàn)t每次檢修時(shí)間太長(zhǎng)，而干熄焦預(yù)存段容積小，不能保證焦?fàn)t檢修兩小時(shí)的連續(xù)正常排焦，這一期間必須大幅度的降低循環(huán)風(fēng)量和排焦量，風(fēng)量和排焦量的及時(shí)調(diào)整也跟不上鍋爐入口溫度的變化。鍋爐入口溫度低時(shí)，如果可燃?xì)怏wCO含量高，可以增加空氣導(dǎo)入量，來(lái)提高鍋爐入口溫度。

2)對(duì)于一個(gè)希望提高鍋爐產(chǎn)汽和發(fā)電量的企業(yè)，可以適當(dāng)多導(dǎo)入一定量的空氣，便于產(chǎn)生更多的燃燒熱，提高鍋爐入口溫度，進(jìn)而提高鍋爐產(chǎn)汽量和干熄焦的發(fā)電量，從而增加相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。但前提是鍋爐出口后的氣體循環(huán)系統(tǒng)負(fù)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(chǎn)生更多的CO和CO2，那么需要的空氣導(dǎo)入量會(huì)增多。惡性循環(huán)，焦炭燒損量也會(huì)增加。

3)在干熄焦連續(xù)裝焦生產(chǎn)中，長(zhǎng)期保持一定流量的旁通風(fēng)量，來(lái)穩(wěn)定鍋爐入口溫度的快速升高，從干熄焦工藝可知，循環(huán)氣體總量包括進(jìn)干熄爐冷卻焦炭的冷卻風(fēng)量、從預(yù)存段壓力調(diào)節(jié)放散管放散的氣體量以及旁通風(fēng)量三部分。當(dāng)循環(huán)氣體總量保持不變時(shí)，增加或減少旁通風(fēng)量必然會(huì)造成進(jìn)干熄爐的冷卻風(fēng)量的減少或上升，而導(dǎo)致排焦溫度和鍋爐入口溫度發(fā)生波動(dòng)。此外，長(zhǎng)期保持一定流量的旁通風(fēng)量會(huì)增加循環(huán)風(fēng)機(jī)的負(fù)荷，造成循環(huán)風(fēng)機(jī)電耗升高，甚至風(fēng)機(jī)超負(fù)荷而震動(dòng)，不利于干熄焦系統(tǒng)能耗的降低。為穩(wěn)定鍋爐入口溫度變化快，將應(yīng)急狀態(tài)下開旁通降溫方法應(yīng)用到正常生產(chǎn)中，只會(huì)造成排焦溫度和循環(huán)風(fēng)量波動(dòng)的更為敏感，不利于鍋爐入口溫度穩(wěn)定，甚至還會(huì)誤導(dǎo)操作，導(dǎo)致空氣導(dǎo)入量增加，焦炭燒損量自然增加。

2.3 預(yù)存段壓力不穩(wěn)定

為防止裝焦開啟爐蓋時(shí)爐內(nèi)氣體冒出或外界空氣大量吸入干熄爐內(nèi)燒損焦炭，同時(shí)為保持循環(huán)系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定，干熄爐預(yù)存段壓力的理想控制值為0 Pa。但在實(shí)際生產(chǎn)中為便于調(diào)節(jié)和保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，將預(yù)存段壓力值控制在0 Pa～-100 Pa的范圍內(nèi)。

75 t/h干熄焦預(yù)存段容積小，焦炭上方空間小，預(yù)存段紅熱焦炭揮發(fā)份連續(xù)揮發(fā)到狹小空間內(nèi)造成預(yù)存段壓力不穩(wěn)定;如果料位保低一些，焦炭上方空間大，自然預(yù)存段壓力穩(wěn)定。

采用導(dǎo)入空氣燃燒法來(lái)控制可燃?xì)怏wCO含量，導(dǎo)入的空氣中的O2與CO燃燒后，多余的氮?dú)饩蜁?huì)補(bǔ)充到循環(huán)風(fēng)量里，連續(xù)增加的量必須通過(guò)風(fēng)機(jī)后放散，所以風(fēng)機(jī)后放散調(diào)節(jié)閥也應(yīng)及時(shí)調(diào)整放散量來(lái)控制預(yù)存段壓力，而此閥是氣動(dòng)閥，調(diào)節(jié)不靈敏，經(jīng)常出現(xiàn)氣體壓力低，調(diào)整開度1%，實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)閥門不動(dòng)作，或者調(diào)5%，現(xiàn)場(chǎng)閥門動(dòng)作超過(guò)5%的情況。甚至出現(xiàn)過(guò)由于氣源壓力低，閥門全關(guān)的情況。

干熄焦氣體循環(huán)系統(tǒng)正壓段(循環(huán)風(fēng)機(jī)出口至干熄爐入口)泄漏，容易造成預(yù)存段壓力比正常值低，同時(shí)循環(huán)氣體損失造成氮?dú)獾睦速M(fèi)。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)一次、二次除塵器排灰用的是球閥，排灰時(shí)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(huán)風(fēng)機(jī)鼓入到干熄爐里燃燒焦炭，導(dǎo)致燒損量增加。

3 改進(jìn)措施

通過(guò)以上分析，造成焦炭燒損量增加的主要因素一個(gè)就是可燃?xì)怏wCO含量不穩(wěn)定，結(jié)果導(dǎo)入空氣量無(wú)法控制;二是鍋爐入口溫度控制方法不規(guī)范，常把應(yīng)急操作當(dāng)正常操作控制，導(dǎo)致惡性循環(huán);三是預(yù)存段壓力不穩(wěn)定，忽高忽低，吸入空氣造成焦炭燒損。因此必須通過(guò)改進(jìn)工藝設(shè)備、優(yōu)化工藝操作來(lái)排除以上三種情況造成的焦炭燒損。

3.1 穩(wěn)定可燃?xì)怏wCO含量

要達(dá)到可燃?xì)怏wCO含量穩(wěn)定，就必須縮短焦?fàn)t連續(xù)檢修單次時(shí)間，將焦?fàn)t單次檢修時(shí)間由2 h分成兩次，一次1 h。不出爐時(shí)可燃?xì)怏w成分不會(huì)降低太多，能保證在安全生產(chǎn)前提下，稍微調(diào)整空氣導(dǎo)入量就能將可燃?xì)怏wCO含量控制在4% ～7%，導(dǎo)入空氣總量就會(huì)穩(wěn)定，焦炭燒損率也會(huì)降低。

3.2 穩(wěn)定鍋爐入口溫度

穩(wěn)定鍋爐入口溫度的措施有以下三條：

1)針對(duì)鍋爐入口溫度不穩(wěn)定，檢查鍋爐出口后的氣體循環(huán)系統(tǒng)負(fù)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(shí)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(jìn)入，冷卻段的焦炭不會(huì)燃燒產(chǎn)生CO和CO2，那么也不必導(dǎo)入過(guò)多的空氣量，焦炭燒損量也不會(huì)增加。

2)考慮到檢修時(shí)間溫度降低太快，決定縮短焦?fàn)t連續(xù)檢修單次時(shí)間后，檢修前裝滿爐，檢修期間可以連續(xù)正常排焦，循環(huán)風(fēng)量和排焦量也不必大幅度的調(diào)整，鍋爐入口溫度自然變化較小，減少了人為調(diào)整參數(shù)引起的空氣量過(guò)剩。

3)規(guī)范干熄焦操作制度，禁止在干熄焦連續(xù)裝焦生產(chǎn)中，長(zhǎng)期保持一定流量的旁通風(fēng)量，來(lái)穩(wěn)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(yīng)急狀態(tài)，防止鍋爐出現(xiàn)高溫事故。

以上三種原因又是相互制約的，采用降低循環(huán)風(fēng)量、增加排焦量、增加空氣導(dǎo)入量、降低旁通風(fēng)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(diào)節(jié)鍋爐入口溫度時(shí)，相應(yīng)會(huì)造成排焦溫度、循環(huán)氣體中H2、CO的濃度發(fā)生變化，因此要綜合考慮，以免顧此失彼。

3.3 穩(wěn)定預(yù)存段壓力

在通過(guò)研究爐體結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)設(shè)備、摸索規(guī)律后，穩(wěn)定預(yù)存段壓力的措施有以下三條：

1)75 t/h干熄焦預(yù)存段容積小，焦炭上方空間小，自從調(diào)整完焦?fàn)t檢修時(shí)間后，料位可以保低一點(diǎn)，焦炭上方空間大，自然預(yù)存段壓力穩(wěn)定。

2)在風(fēng)機(jī)后放散調(diào)節(jié)閥前增加一儲(chǔ)氣罐，穩(wěn)定氣源壓力。調(diào)整氣動(dòng)閥狀態(tài)，當(dāng)氣源切斷時(shí)氣動(dòng)閥保持原來(lái)狀態(tài)，閥門不會(huì)全關(guān)，預(yù)存段壓力也會(huì)穩(wěn)定。

3)將一次、二次除塵器排灰用的球閥換成格式閥，摸索規(guī)律，當(dāng)出現(xiàn)高料位時(shí)排灰格式閥排一定的時(shí)間后自動(dòng)停止。保證閥上留有一定的灰量，不會(huì)排空，空氣也不會(huì)被大量吸入，焦炭就不會(huì)被燒損。

4 改造效果

通過(guò)以上操作和設(shè)備的改進(jìn)，降低焦炭燒損率取得了以下幾點(diǎn)明顯效果：

1)縮短焦?fàn)t連續(xù)檢修單次時(shí)間后，確保了可燃?xì)怏w成可以有效控制在4% ～7%，導(dǎo)入空氣總量穩(wěn)定且較少，鍋爐入口溫度變化較小，循環(huán)風(fēng)量、排焦量、空氣導(dǎo)入量等參數(shù)不需頻繁調(diào)節(jié)。避免了人為調(diào)節(jié)參數(shù)引起的空氣導(dǎo)入總量過(guò)量。

2)用防火堵料泥密封鍋爐出口后的氣體循環(huán)系統(tǒng)負(fù)壓段法蘭連接縫隙后，空氣不會(huì)漏入，可燃?xì)怏wCO含量也得到有效控制，焦炭燒損量也相應(yīng)減少。

3)通過(guò)改造在風(fēng)機(jī)后放散調(diào)節(jié)閥前加儲(chǔ)氣罐，穩(wěn)定氣源壓力，調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)靈敏，解決了改造前存在的問(wèn)題，達(dá)到了調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)靈敏、預(yù)存段壓力穩(wěn)定的目的。調(diào)整排灰設(shè)備和時(shí)間后，不會(huì)吸入空氣，扭轉(zhuǎn)了漏氣燃燒冷卻段焦炭產(chǎn)生可燃?xì)怏w惡性循環(huán)的被動(dòng)局面，預(yù)存段壓力得以控制，焦炭燒損量降低。

改造后某月75 t/h，焦?fàn)t出爐數(shù)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(jì)算，干熄爐焦炭裝入總重量39564 t，工藝除塵焦粉及環(huán)境除塵灰總重量1032.3 t，干熄爐排焦量為38054 t。

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

通過(guò)改造前后焦炭燒損率統(tǒng)計(jì)見表1，降低焦炭燒損率有一定的效果。

5 結(jié)語(yǔ)

表1 改進(jìn)前后干熄焦燒損率統(tǒng)計(jì)

通過(guò)設(shè)備改造，優(yōu)化操作制度，干熄焦生產(chǎn)操作不僅穩(wěn)定了可燃?xì)怏w含量，減少了空氣導(dǎo)入總量，杜絕了系統(tǒng)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(dòng)強(qiáng)度，達(dá)到了預(yù)期效果，同時(shí)本文涉及到的改造措施和優(yōu)化的操作制度也為其它同類工藝設(shè)計(jì)提供了一定參考。

［1］ 潘立慧，魏松波.干熄焦技術(shù).北京：冶金工業(yè)出版社，2005：12.