150噸/時干熄焦系統(tǒng)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(jié)合生產(chǎn)實踐，掌握焦炭在干熄爐內(nèi)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(yè)干熄焦系統(tǒng)生產(chǎn)操作具有推廣價值。

關(guān)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(chǎn)達效。自6#、7#焦爐焦炭實現(xiàn)全部干熄以來，統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)焦爐的計量單產(chǎn)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(tǒng)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(zhì)量較為穩(wěn)定，配合煤成份較平穩(wěn)，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(jié)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(shù)據(jù)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(shè)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(tǒng)充分吸收紅焦顯熱且沒有空氣導人的情況下，根據(jù)能量守恒原理從理論上有下列關(guān)系

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

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

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

（4）干熄爐系統(tǒng)傳熱效率為83%，則循環(huán)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(shè)定蒸汽產(chǎn)量為Y t/d，則生產(chǎn)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(shù)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(jù)能量守恒定理得出:Q4=Q5+Q6，即得Y=360 X+1357.8

實際生產(chǎn)中，150噸干熄焦系統(tǒng)日產(chǎn)蒸汽量經(jīng)統(tǒng)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(chǎn)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(huán)氣體在生產(chǎn)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(fā)生化學反應(yīng)，從而導致焦炭的燒損。

其化學反應(yīng)式如下：

C+O2=CO2

在該反應(yīng)中，一個碳原子和一個氧分子反應(yīng)生產(chǎn)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(yīng)中，每消耗32噸氧氣，需要12噸碳。

CO₂+ C=2CO

在進一步反應(yīng)中，一個二氧化碳分子和一個碳分子反應(yīng)生產(chǎn)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(yīng)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(shù)據(jù)），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(nèi)，一天導入到干熄爐內(nèi)的氧氣達到2100×24=50400m3。氧氣在標準狀態(tài)下的密度是1.429g/L=1.429kg/m3，據(jù)此推算，一天導入到150噸干熄爐內(nèi)的氧氣重量為：

1.429 kg/m3×50400m3=72021.6kg=72.02噸

由于循環(huán)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(shè)定導入氧氣全部與碳反應(yīng)，而實際CO2含量在13.0%左右，其余均與碳反應(yīng)產(chǎn)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(chǎn)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(shù)據(jù)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(jīng)由空氣導入閥向干熄爐環(huán)形煙道內(nèi)導入空氣，首先被燒掉的是循環(huán)氣體內(nèi)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(diào)整攻關(guān)，最后規(guī)定其空氣導入孔開始不能高于45%，穩(wěn)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(shù)進行了固化。最終確定了控制循環(huán)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(huán)系統(tǒng)的密封性

干熄焦氣體循環(huán)系統(tǒng)正壓段 (即循環(huán)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(huán)氣體損失造成氮氣的浪費。負壓段(干熄爐出口至循環(huán)風機人口)泄漏，循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)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(huán)系統(tǒng)內(nèi)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(nèi)氣體冒出或外界空氣大量吸入干熄爐內(nèi)燒損焦炭，同時為保持循環(huán)統(tǒng)壓力的穩(wěn)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(chǎn)中為便于調(diào)節(jié)和保證系統(tǒng)的安全運行，將壓力值控制在土50Pa的范圍內(nèi)。通過穩(wěn)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(huán)風量與排焦量的比值，是干熄焦鍋爐入口溫度調(diào)整的一個重要參數(shù)。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(chǎn)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(fā)高溫事故，對鍋爐金屬構(gòu)件造成損害。因此，國內(nèi)外先進干熄焦技術(shù)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(guān)。系統(tǒng)循環(huán)風量按照1500Nm3/t紅焦的風料比進行調(diào)整，按照50Nm3/次的幅度逐步減小風料比，每24h進行一次調(diào)整，標定當天發(fā)電量和焦爐單產(chǎn)，焦粉、除塵灰產(chǎn)率，尋找、確定最佳風料比。根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果分析，得出結(jié)論如下：150t/h干熄焦優(yōu)化風料比分別應(yīng)為1400Nm3/t紅焦。

4 結(jié)論

干熄焦焦炭的合理燒損率在1.0%左右。在實際生產(chǎn)過程中，必須強化生產(chǎn)操作，通過加強對可燃氣體成分的控制、加強系統(tǒng)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(chǎn)保持較穩(wěn)定水平，增加煉焦效益。