干熄焦工藝對焦炭質(zhì)量的影響研究

張玉玉

摘要：當(dāng)下，我國經(jīng)濟的發(fā)展不再是以犧牲環(huán)境作為代價，而是要實現(xiàn)環(huán)境效益與經(jīng)濟效益的協(xié)同，要持續(xù)、有效的發(fā)展經(jīng)濟，降低對生態(tài)的破壞與對資源的消耗量。我國積極推進了節(jié)能減排，并強調(diào)對能源生產(chǎn)行業(yè)、重工業(yè)、排污行業(yè)等的產(chǎn)能優(yōu)化力度，以減少這些行業(yè)對資源的消耗量，降低各類生產(chǎn)污染物質(zhì)的排放量。當(dāng)下，我國工業(yè)發(fā)展道路跟隨能源生產(chǎn)的變化而不斷轉(zhuǎn)變。焦炭作為我國鋼鐵生產(chǎn)、能源生產(chǎn)等行業(yè)中均需要用到的必要原料，焦炭的質(zhì)量影響著工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量，影響到工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)效率等，除此之外，以焦炭作為生產(chǎn)原料的工業(yè)生產(chǎn)會帶來較大的污染，給周圍環(huán)境造成破壞，對生產(chǎn)人員的身體健康與生命安全造成一定的影響。改進焦炭的生產(chǎn)工藝，降低環(huán)境污染成為了我國工業(yè)領(lǐng)域中相關(guān)學(xué)者的重點研究課題，有學(xué)者提出了以干熄焦工藝來實施生產(chǎn)，可提升焦炭質(zhì)量，減少污染物的排放量。本文則對此展開研究，探究干熄焦工藝對焦炭質(zhì)量的具體影響，并為該領(lǐng)域?qū)W者的研究提供參考。

關(guān)鍵詞：干熄焦 ?焦炭 ?質(zhì)量 ?影響 ?濕熄焦

焦炭作為我國工業(yè)生產(chǎn)中需要用到的一種重要原料，可以說，焦炭的質(zhì)量將會直接影響到各類工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，因而如何提升焦炭的生產(chǎn)質(zhì)量，發(fā)揮焦炭原本在工業(yè)生產(chǎn)中的作用，降低焦炭燃燒過程中的能耗問題引起了社會各界的廣泛關(guān)注，而干熄焦作為一種焦炭生產(chǎn)的新技術(shù)、新工藝，其能夠有效保障焦炭生產(chǎn)的質(zhì)量，此工藝主要是利用惰性氣體來對處于高溫、紅熾狀態(tài)的焦炭進行冷卻，且冷卻速度較快，避免了以往傳統(tǒng)工藝應(yīng)用時的焦炭消耗量，起到了節(jié)約能源的作用，除此之外，也可保障降溫、冷卻后的焦炭的質(zhì)量，在最終生產(chǎn)時，可極大程度上降低污染物的排放量[1]。由于干熄焦工藝的先進性與應(yīng)用優(yōu)勢，其已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到了各類大型能源、工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)中，為探究干熄焦工藝對焦炭質(zhì)量所產(chǎn)生的具體影響，分析干熄焦工藝是否具備著較大的應(yīng)用優(yōu)勢展開了相應(yīng)的研究工作。

1 干熄焦工藝概述

從我國當(dāng)下對能源生產(chǎn)、工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展態(tài)度與期望來看，節(jié)能減排、綠色發(fā)展必然是其未來的主要發(fā)展趨勢，而干熄焦工藝則完全符合國家對工業(yè)發(fā)展的這一要求，其能夠起到節(jié)約能源，降低能耗與降低污染排放的作用，對于保護環(huán)境、提升焦炭質(zhì)量等都有著重要的優(yōu)勢。

1.1 干熄焦工藝的應(yīng)用原理

將正在焦爐生產(chǎn)中的焦炭利用惰性氣體來進行熄滅操作，以惰性氣體來加快降溫速度，并且還可實現(xiàn)對熄滅時的熱量的有效回收。通過對干熄焦工藝的運作原理進行分析，可發(fā)現(xiàn)在一般情況下會利用惰性氣體回收的熱量來加溫鍋爐，直至形成蒸汽，并利用汽輪機來進行發(fā)電，實現(xiàn)了對剩余熱量的再次利用。通過高溫的惰性氣體來實現(xiàn)水熱溫度的焦化，循環(huán)對焦炭剩余熱量的利用，甚至可以將焦炭的溫度逐步冷卻到200 ℃以下[2]。

1.2 干熄焦工藝對于焦炭質(zhì)量的影響

采用干熄焦工藝來展開焦炭的冷卻與能源的回收，會對焦炭的質(zhì)量造成一定的影響。一般來說，采用此種方式對焦炭進行冷卻時，空氣中的氧氣會與焦炭發(fā)生反應(yīng)，生產(chǎn)二氧化碳，若直接排放出去，則會對空氣造成嚴重污染，同時也可能會引發(fā)生產(chǎn)人員發(fā)生二氧化碳中毒事件，而在焦爐內(nèi)部的高溫下，干熄焦工藝還會將二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)橐谎趸?。若按照此方式持續(xù)進行運作，焦炭還可能會在熱力作用下產(chǎn)生一氧化碳、氫氣、甲烷等氣體，這些氣體共同處于一個較為密閉且溫度較高的空間內(nèi)，就極有可能發(fā)生爆炸，對企業(yè)生產(chǎn)與經(jīng)濟效益造成影響，更為重要的是，還可能會造成人員傷亡。為避免此類情況的發(fā)生，就必須要在相對密閉的空間內(nèi)注入惰性氣體，持續(xù)對易燃易爆氣體進行稀釋，如此則可有效地防止爆炸事故的發(fā)生，在以往干熄焦工藝的應(yīng)用中，采用的是濕熄焦工藝，而這一工藝的應(yīng)用則會導(dǎo)致焦炭內(nèi)部存在應(yīng)力集中的這一問題，無法保障焦炭的質(zhì)量。干熄焦工藝的應(yīng)用則很好地避免了這一問題，干熄焦工藝的應(yīng)用很好地吸收并利用了焦炭殘留的熱量，在保障焦炭完整性的基礎(chǔ)上，保障了焦炭的質(zhì)量，杜絕了焦炭內(nèi)應(yīng)力集中的問題。

2 干熄焦工藝對焦炭質(zhì)量產(chǎn)生的作用變化分析

2.1 焦炭強度變化

焦炭的質(zhì)量體現(xiàn)在于焦炭的反應(yīng)性、強度等方面，焦炭強度作為一項重要的指標，不論是在干熄焦還是在濕熄焦工藝的應(yīng)用中，均常常用作于體現(xiàn)焦炭的整體質(zhì)量。焦炭強度過小時，在運輸、裝卸等過程中極為容易發(fā)生破碎，且會影響到后期的使用，如在燃燒時，可能存在著燃燒速度過快，導(dǎo)致爐內(nèi)溫度較高，或者造成資源浪費等情況[3]。一般來說，焦炭的強度較大時，則難以燃燒，為使得焦炭充分燃燒，就不得不采取必要的手段降低焦炭的強度，將焦炭擊碎成多個小型焦炭，以增加燃燒面積的方法助推焦炭的燃燒，但這也會阻礙工業(yè)生產(chǎn)的進度，從長遠來看，對我國工業(yè)生產(chǎn)會造成較大的影響。采用干熄焦工藝來生產(chǎn)焦炭，將惰性氣體均勻且快速地分布于紅熾狀態(tài)的焦炭周圍，使得這部分處于紅熾狀態(tài)的焦炭實現(xiàn)自上而下的均勻冷卻，除此之外，以這樣的方式來進行冷卻可很好地釋放了焦炭內(nèi)部氣孔所產(chǎn)生的應(yīng)力作用，這就使得焦炭內(nèi)部的結(jié)構(gòu)更為均勻，且也提升了焦炭的強度。

對以往所采用的濕熄焦工藝進行分析，可發(fā)現(xiàn)濕熄焦是通過水來對焦炭實現(xiàn)冷卻，達成冷卻的這一目的，而這就會產(chǎn)生水蒸氣，并與焦炭發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)方程式為：C+H2O→高溫→CO+H2，破壞了碳分子結(jié)構(gòu)，造成氣孔數(shù)量的增加。而干熄焦工藝的應(yīng)用不會涉及到用水，因此也就直接避免了這一化學(xué)作用，不會對焦炭內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)造成影響[4]。

2.2 均勻性的提升

焦炭并非煤炭，焦炭是基于煤炭的基礎(chǔ)上，在1000 ℃的高溫條件下經(jīng)過干餾制作的方式而制成的產(chǎn)物。然而，由于煤塊本身的大小不一，強度不一等，所制成的焦炭質(zhì)地不均勻，可能存在著較多的問題，比如焦炭強度不足，焦粉率存在較大問題等，大小不一的焦炭，均勻性差異較大，對焦炭的最終應(yīng)用效果也會造成直接的影響，比如導(dǎo)致部分焦炭在工業(yè)生產(chǎn)中難以完全被燃燒，造成資源的浪費，加重企業(yè)的生產(chǎn)成本負擔(dān)。除此之外，對于部分未能完全燃燒的焦炭，工作人員在進行處理時也可能將其與完全燃燒后的焦炭殘留物質(zhì)一同清理，這就對周圍的環(huán)境造成了污染，阻礙我國建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，且還會阻礙我國雙碳目標的實現(xiàn)。采用了干熄焦工藝后，焦炭在干熄爐中會與惰性氣體相交融，完成整個冷卻過程，焦炭也將在干熄爐中發(fā)生碰撞，此時大塊的、強度不足的焦炭則會開裂，形成一個個小塊的焦炭，將干熄爐內(nèi)的全部焦炭的大小呈現(xiàn)出均勻狀態(tài)，提升均勻性。如直徑在60 mm以上的焦炭被稱為大顆粒焦炭，而這一類焦炭由于形狀較大，往往難以充分燃燒，若不將其進行分解，分解成小顆粒的焦炭，將會造成資源的浪費。而在采用了干熄焦工藝后，焦炭的均勻性明顯得到了提升。BEE19C3B-A6A0-4F19-BD83-66E6CB31160A

2.3 焦粉率的提升

在采用了干熄焦工藝后，可明顯提升焦粉率，這是由于惰性氣體的降溫僅是針對于焦炭本身，在降溫冷卻的過程中還將造成焦炭發(fā)生摩擦、碰撞，這又進一步提升了焦粉率。在傳統(tǒng)的濕熄焦工藝應(yīng)用中，采用水進行冷卻，而水分可降低焦粉率，使得原本形成的焦粉會與焦炭相結(jié)合[5]。那么惰性氣體會為何會增加焦粉率，這是因為惰性氣體在與焦炭發(fā)生反應(yīng)的過程中，會造成了焦炭表層的脫落，最終就會提升焦粉率。但是在焦粉率提升的同時，也需要注意爐中的空氣含量，若是火爐中的空氣含量較高，氧氣較足，相對密閉空間中的氧氣、焦炭、焦粉、高溫等發(fā)生相互作用，這就會造成粉塵爆炸，給生產(chǎn)人員的生命安全造成極大的影響。

2.4 反應(yīng)性的降低

焦炭的反應(yīng)性主要指的是表面的氣孔結(jié)構(gòu)與焦炭表面的致密性，而通過對焦炭的表面結(jié)構(gòu)與質(zhì)量來進行分析，可發(fā)現(xiàn)，對于焦炭而言，若氣孔越小，氣孔數(shù)量越少，若是表面致密性較大，那么焦炭的反應(yīng)性也就越低，從焦炭的燃燒性質(zhì)來進行分析可知曉焦炭反應(yīng)性越低，那么焦炭在燃燒過程中也就越不容易與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，這可很好地避免焦炭在燃燒中與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后而造成焦炭質(zhì)量受到影響，發(fā)生較大的損耗的問題。在能源生產(chǎn)及其他需要用到焦炭的生產(chǎn)行業(yè)中對于此類焦炭的需求量較大，其在燃燒過程中不會與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，燃燒所取得的熱能可全部用于生產(chǎn)。而要想制作此類焦炭，就必須要通過干熄焦工藝來降低焦炭的反應(yīng)性。在干熄焦工藝應(yīng)用過程中，不會涉及水的使用，這就不會在降溫過程中導(dǎo)致水與焦炭在高溫作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，即“C+H2O→高溫→CO+H2”的反應(yīng)方程式，也就不會造成焦炭表面的氣孔增多。且采用惰性氣體進行降溫、冷卻之前，還需要靜置一段時間，這一段時間可供焦炭自行降溫，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也會有所收縮，提升表面精密性，在引入惰性氣體之后，焦炭的反應(yīng)性則會進一步降低。

3 實驗論證

為分析干熄焦工藝的具體應(yīng)用優(yōu)勢，探究干熄焦工藝相比于傳統(tǒng)的濕熄焦工藝，其優(yōu)點體現(xiàn)在哪些方面，就需要以實驗的方式來進行論證。本次實驗采用的是某一大型焦化廠6 m的焦爐所生產(chǎn)出來的紅熾狀態(tài)的焦炭，依照干、濕熄焦兩種工藝來展開具體的研究處理工作，其中，干熄焦工藝的應(yīng)用選擇的是140 t/h干法熄焦方式，而濕熄焦則采用冷卻水進行噴灑，噴灑時間持續(xù)80～120 s。而本次研究中選擇對比的各項指標包括工業(yè)分析、氣孔率、密度等，具體的研究結(jié)果如下。

3.1 工業(yè)分析

通過工業(yè)分析的方式來探尋兩種熄焦方式應(yīng)用后所得到的焦炭的灰分、硫含量等，而通過對比后，發(fā)現(xiàn)各項數(shù)據(jù)均無明顯的差異，在焦炭工業(yè)分析的各項指標中兩種熄焦方式所得到的焦炭無明顯差異，P>0.05，但干熄焦的水分及揮發(fā)量卻相對較低，這是需要引起重視的一點，具體焦炭工業(yè)分析數(shù)據(jù)如表1所示。

3.2 氣孔率與密度

從兩種熄焦方式應(yīng)用后得到的焦炭樣本的氣孔率及密度等方面來進行分析可發(fā)現(xiàn)，兩者之間存在著較大的差異，用Ps來表示干熄焦的氣孔率，可發(fā)現(xiàn)明顯高出濕熄焦，總氣孔率Pt則明顯更低，兩者之間差異極大，P<0.05。若從密度這一項目進行觀察，可發(fā)現(xiàn)干熄焦得到的焦炭真密度d及視密度dA均要高于同一項目中的濕熄焦，這主要是因為在采用了干熄焦工藝之后，縮合作用會導(dǎo)致焦炭的真密度有所提升，具體數(shù)據(jù)如表2表示。

3.3 強度

強度與焦炭質(zhì)量直接相關(guān)聯(lián)，強度在某種程度上看可以是焦炭質(zhì)量，與焦炭質(zhì)量直接掛鉤，而在采用了干熄焦的工藝之后，焦炭冷熱態(tài)度得到了顯著性的改變，冷熱強度明顯提升，而這就使得焦炭的顯微強度MSI得到了一定程度上的提升，此時，干熄焦工藝得到的焦炭縮聚性能也將得到提升，焦炭密度增大，在一連串作用的影響下，焦炭的氣孔壁質(zhì)量也會持續(xù)提升[6]。與之相反的是，采用濕熄焦工藝方式所得到的焦炭，其強度、致密性、氣孔壁質(zhì)量等均與干熄焦得到的焦炭有著較大的差異，具體數(shù)據(jù)如表3所示。

4 結(jié)語

總而言之，伴隨著我國對節(jié)能環(huán)保要求的越發(fā)重視，對各地大型工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)進行持續(xù)的監(jiān)督與控制，調(diào)節(jié)能源供應(yīng)與能源生產(chǎn)，實現(xiàn)節(jié)能減排勢在必行。而要想實現(xiàn)這一目標，就不得不重點考慮焦炭質(zhì)量以及對焦炭的處理，提升對焦炭的利用率，降低污染物排放量。采用干熄焦工藝可很好地提升焦炭質(zhì)量，提升均勻性，降低反應(yīng)性，保障生產(chǎn)出的焦炭具備良好的性能，相比于以往所采用的濕熄焦而言，干熄焦工藝能夠提升我國焦炭生產(chǎn)的總體水平。

參考文獻

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