150噸/時干熄焦系統焦炭燒損率的控制

           楊太寶  李訓智

(濟南鋼鐵股份有限公司 焦化廠，山東 濟南 250101)

摘要：通過理論計算并結合生產實踐，掌握焦炭在干熄爐內實際燒損情況。探討了焦炭燒損率的影響因素以及控制措施，對焦化行業干熄焦系統生產操作具有推廣價值。

關鍵詞：干熄焦  焦炭燒損率  風料比

1 前言

我廠6#、7#焦爐為JN60-6型60孔焦爐，與之配套的150t/h干熄焦裝置于2006年11月投產達效。自6#、7#焦爐焦炭實現全部干熄以來，統計發現焦爐的計量單產波動較大，比歷史記錄下降較明顯。基于此原因，我廠對150噸/時干熄焦裝置的焦炭燒損率進行了系統的標定。

2 焦炭燒損率的研究

2.1 利用焦炭灰份確定焦炭的燒損率

我廠進廠煤質量較為穩定，配合煤成份較平穩，因此可以粗略認為在干熄過程中，焦炭中的灰份總量不會變化，通過對焦炭進入干熄爐前后灰份比率的變化，粗略計算焦炭在干熄爐中的燒損率。2009年1月份，我廠利用焦炭灰份變化，對干熄爐燒損率進行了一次標定，結果如下：

焦炭平均灰份由11.73%增加到12.45%，增加0.72%。

                     表一：濕法熄焦與干法熄焦灰份對比

從上述數據看，150噸干熄焦的燒損率相當高，達到5.9%，遠遠高于1.0%的設計值。

2.2焦炭燒損率的熱平衡理論計算

2.2.1 干熄爐熱平衡法計算

紅焦裝入量為3121t/d，紅焦溫度約為1050℃，在干熄爐系統充分吸收紅焦顯熱且沒有空氣導人的情況下，根據能量守恒原理從理論上有下列關系

(1)紅焦顯熱:Q1=4.1868×l000×0.36908×1050×3121=5.064×109kJ

(2)裝入紅焦揮發份1.31%，排出冷焦揮發份0.85%，則揮發份顯熱Q2=4.1868×1000×(1.31%-0.85%) ×8000×3121=4.81×l08kJ

(3)焦炭燃燒產生熱量33850kJ/kg，設燒損率為X，則焦炭燒損產生的熱量Q3=33850×3121×1000X=1.056×1011XkJ

（4）干熄爐系統傳熱效率為83%，則循環氣體從干熄爐帶入鍋爐的總熱量：Q4= (QI+Q2+Q3)×83%＝(4.69×109 +4.81×108 +1.056×1011X) ×83%=（4.209×109 +1.056×1011 X）kJ

2.2.2 鍋爐熱平衡計算

 (1)已知540℃的過熱蒸汽焓為3323KJ/Kg, 105℃的鍋爐給水焓為436 KJ/Kg 256℃爐水焓為135 KJ/Kg，鍋爐排污率2%，設定蒸汽產量為Y t/d，則生產蒸汽消耗熱量:

Q5=(3323-436) ×l000×Y+ (1135-436)× 1000×2%×Y=2.901 ×106 Y。

 (2)余熱鍋爐散熱系數q。取1.2%，則余熱鍋爐散失于周圍大氣中的熱量:；

Q6=Q5×q,=2.887× l06Y× 1.2%=3.481 ×l04Y,

 (3)根據能量守恒定理得出:Q4=Q5+Q6，即得Y=360 X+1357.8

實際生產中，150噸干熄焦系統日產蒸汽量經統計為：1716t/d, 則理論焦炭燒損率為：

燒損率=（1716—1357.8）/360=0.995%

通過熱平衡法計算出的實際值與理論燒損率＜1.0%值相近。

2.3 碳含量法測算焦炭燒損率

按每小時10000m3/h（正常生產平均值）空氣導入量計算其對焦炭燒損率影響。

在干熄焦操作過程中，為了補充循環氣體在生產過程中的損耗，需不斷導入空氣進行補充，而導入空氣中的氧氣與炙熱焦炭接觸時，不斷發生化學反應，從而導致焦炭的燒損。

其化學反應式如下：

C+O2=CO2

在該反應中，一個碳原子和一個氧分子反應生產一個二氧化碳分子，碳的分子式量是12，氧的分子式量是32，兩者分子式量的比值是12：32，也就是說，在這個化學反應中，每消耗32噸氧氣，需要12噸碳。

CO₂+ C=2CO

在進一步反應中，一個二氧化碳分子和一個碳分子反應生產二個一氧化碳分子，二氧化碳的分子式量是44，碳的分子式量是12，兩者分子式量的比值是44：12，也就是說，在這個化學反應中，每消耗44噸二氧化碳，需要12噸碳。

在150噸干熄焦中，目前每小時的空氣導入量是10000m3（來自儀表自動顯示數據），氧氣在空氣中占21%左右，也就是說，每小時10000×21%=2100m3的氧氣進入到干熄爐內，一天導入到干熄爐內的氧氣達到2100×24=50400m3。氧氣在標準狀態下的密度是1.429g/L=1.429kg/m3，據此推算，一天導入到150噸干熄爐內的氧氣重量為：

1.429 kg/m3×50400m3=72021.6kg=72.02噸

由于循環氣體中氧含量一直保持1%左右不變，而且合理控制CO含量在3—6%之間， CO2含量＜15%，因此設定導入氧氣全部與碳反應，而實際CO2含量在13.0%左右，其余均與碳反應產生CO，則碳一天消耗量為：

72.02×12/32+99.02×（13.0%/20.0%）×12/44=36.45噸

焦炭的灰份按13.0%計算，則一天的焦炭燒損量為：

36.45/（1-13.0%）=41.90噸

150噸干熄焦每天熄焦151爐，按每爐20.40噸計算，其日生產能力為3080噸，則焦炭燒損率為：

41.90/3080×100%=1.36%

比較兩組理論和實際數據可以看出：我廠150噸/時干熄焦裝置實際焦炭燒損率偏高。

3 焦炭燒損的控制方法

3.1 可燃氣體成分的控制

 經由空氣導入閥向干熄爐環形煙道內導入空氣，首先被燒掉的是循環氣體內的可燃氣體如CO，H2，其次是焦粉，最后為小塊徑焦炭。因此可以通過控制可燃氣體含量的手段來控制焦炭 (焦粉)的燒損率。

當導入空氣量過大時，可燃氣體含量低，焦粉、焦炭的燒損量就大，自然燒損率就高，反之亦然。因此，適當提高H2和CO含量的控制范圍可以起到降低燒損率的作用。

2009年2月上旬，我廠對150t/h干熄焦的空氣導入孔開度進行了調整攻關，最后規定其空氣導入孔開始不能高于45%，穩定運行一段時間后，對其燒損率進行了標定，其燒損率最高為3.8%，最低為2.0%，平均為2.6%，與其它焦化廠的情況基本吻合，隨后進一步對干熄爐的操作參數進行了固化。最終確定了控制循環氣體成分的最佳量為：CO2：12～13%；CO：4～6%；H2：2～3%；O2<1%；N2＞66%，今后以此作為對干熄焦車間的考核指標。

空氣導入開度由原來的75%左右降到45%左右。

3.2 氣體循環系統的密封性

干熄焦氣體循環系統正壓段 (即循環風機出口至干熄爐人口)泄漏，容易造成預存段壓力較正常值低，同時循環氣體損失造成氮氣的浪費。負壓段(干熄爐出口至循環風機人口)泄漏，循環系統內因漏進了空氣而造成預存段壓力較正常值高，吸入大量空氣使循環系統內氧氣含量上升，造成焦炭燒損。

3.3 預存段壓力的控制

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，同時為保持循環統壓力的穩定性，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，將壓力值控制在土50Pa的范圍內。通過穩定預存段的壓力，避免了焦炭在預存段的燒損。

3.4 風料比的影響

風料比即循環風量與排焦量的比值，是干熄焦鍋爐入口溫度調整的一個重要參數。風料比過大會造成鍋爐入口溫度過低，嚴重影響鍋爐蒸汽產量，風料比過低則使鍋爐入口溫度過高，當鍋爐入口溫度高于960℃時會引發高溫事故，對鍋爐金屬構件造成損害。因此，國內外先進干熄焦技術將風料比控制在 1000—1500 m3/t 。

2009年3月份我廠對150噸干熄焦裝置的風料比進行了攻關。系統循環風量按照1500Nm3/t紅焦的風料比進行調整，按照50Nm3/次的幅度逐步減小風料比，每24h進行一次調整，標定當天發電量和焦爐單產，焦粉、除塵灰產率，尋找、確定最佳風料比。根據統計結果分析，得出結論如下：150t/h干熄焦優化風料比分別應為1400Nm3/t紅焦。

4 結論

干熄焦焦炭的合理燒損率在1.0%左右。在實際生產過程中，必須強化生產操作，通過加強對可燃氣體成分的控制、加強系統密閉性、控制預存段壓力、控制風料比等措施將焦炭燒損率盡可能的降低，使焦爐單產保持較穩定水平，增加煉焦效益。