干熄焦焦炭烧损率的优化措施

张素芬 向宇 张良 朱志娟

(安阳钢铁股份有限公司)

0 前言

安钢焦化厂75 t/h干熄焦于2008年7月28日建成投产，设计回收焦粉10000 t/a，焦炭烧损量5050 t/a，焦炭烧损率小于0.95%。焦炭烧损率是干熄炉焦炭装入量减去焦炭排焦量与焦粉产量的总量，再与干熄炉焦炭装入量的比值。在实际生产中，干熄焦工艺中焦炭的烧损是必然的，焦炭的烧损极大地损耗了焦炭产量，增加了铁前系统生产成本。为了提高焦炭产量，降低生产成本，因此干熄焦烧损率是衡量干熄焦操作好坏的一个重要指标。

1 概况

在干熄焦正常生产时，干熄焦电机车在接完红焦后，按照规定速度驶入干熄焦提升井架下进行对中送满罐。提升机开始提升至规定高度后且水平移动到装入装置正上方，投入干熄焦炉体内。红焦在炉体内从上至下随着底部冷焦的排出而降低，循环气体从下至上随着循环风机的抽动而与红焦接触进行干法熄焦。干熄焦工艺流程如图1所示。

安钢焦化厂75 t/h干熄焦在建成投产后，在系统试生产过程中发现 CO含量最高8.5%，最低0.5%，平均2.5%左右，锅炉入口温度最高980℃，最低 810℃，平均 920℃，预存段压力一般在-300 Pa～+300 Pa波动。在实际生产操作中经常出现可燃气体CO含量、锅炉入口温度、预存段压力等忽高忽低甚至参数无法控制的情况，不断的调整空气导入量，进而影响到焦炭的烧损量，造成焦炭烧损量不固定和烧损率整体过高。

图1 干熄焦工艺流程简图

对75 t/h干熄焦某月生产情况进行了抽查分析。装入焦炭为3015炉，每炉按平均14 t计算，总重量42210 t。工艺除尘焦粉及环境除尘灰总重量为783 t，排焦量为40668 t。计算烧损率=(干熄炉焦炭装入量-排焦量-焦粉产量)/干熄炉焦炭装入量 ×100%=(42210-40668-783)/42210×100%=1.8%。

经过计算最终得到焦炭烧损率在1.8%左右，与设计烧损率0.95%还有较大差距。因此，可以确定干熄焦系统中还存在影响降低干熄焦烧损率的因素。

2 问题及分析

根据干熄焦熄焦原理可知，真正参与干熄炉内焦炭烧损的是控制可燃气体成分所导入的空气、气体循环系统负压段漏入的空气以及装焦过程中随红焦进入干熄炉的空气，而且这些空气烧损的首先是循环气体内的可燃气体(如CO、H2)，其次是细焦粉，最后为小块焦炭。空气燃烧可燃气体和细焦粉是正常的烧损，过量的空气燃烧小块焦炭是人为增加的烧损量，应该杜绝。

控制可燃气体CO含量的方法有导入空气燃烧法和导入N2稀释法［1］，控制锅炉入口温度的方法有调整循环风量、排焦量、空气导入量、旁通风量等参数，控制预存段压力的方法有干熄炉料位控制、风机后放散调节阀的开度、正压段(循环风机出口至干熄炉入口)泄漏量等。在通过长期主控和现场调查后，现从以下几个主要方面进行分析：

2.1 可燃气体CO含量不稳定

在干熄焦炉体内中空气中的氧气在干熄炉内与CO发生反应生成CO2，而CO2又与炽热的焦炭发生碳熔反应，生成CO，从而导致焦炭烧损。其化学反应如下：

从上面化学反应可以看出，循环气体中导入空气是为了降低CO浓度、提高干熄焦操作的安全系数，但过量的空气也导致焦炭烧损。可燃气体CO含量不稳定主要是因为焦化厂采用导入空气燃烧法导入量不固定，焦炉每次检修时间两个小时太长，不出炉时可燃气体成分很快会降低，出炉开始后又快速升高，导致操作工不断的调整空气导入量，焦炉检修开始时刚调整好空气导入量的阀门开度后，可燃气体CO含量暂时得到控制，因为75 t/h干熄焦预存段容积小，为保证正常的发电量，排焦量逐步减少，可燃气体CO含量也就随之改变，从而再调整空气导入量，一般调整后约半小时才能见到效果，操作工的空气导入量调整永远跟不上外界条件的随时改变，结果越调越乱，造成焦炭烧损量不固定。一般为保证生产安全，可燃气体CO含量严禁超过上限7%，越过下限4%的时间就长，导入空气总量就多，焦炭烧损率自然就高。干熄焦焦炭烧损率的实际值(约 1.8%)远大于设计值(约0.95%)。

2.2 锅炉入口温度变化大

锅炉入口温度因各干熄焦设计的不同有一定的差别，干熄焦锅炉入口温度设计不大于960℃，一般情况下锅炉入口温度控制在900℃ ～960℃。正常生产中要尽可能降低锅炉入口温度的波动范围，防止该温度骤升骤降引起锅炉入口补偿器耐火材料和锅炉炉管的损坏。

锅炉入口温度一般在810℃～980℃范围波动，根据现场实际情况进行原因分析，主要有以下几点：

1)前文所述焦炉每次检修时间太长，而干熄焦预存段容积小，不能保证焦炉检修两小时的连续正常排焦，这一期间必须大幅度的降低循环风量和排焦量，风量和排焦量的及时调整也跟不上锅炉入口温度的变化。锅炉入口温度低时，如果可燃气体CO含量高，可以增加空气导入量，来提高锅炉入口温度。

2)对于一个希望提高锅炉产汽和发电量的企业，可以适当多导入一定量的空气，便于产生更多的燃烧热，提高锅炉入口温度，进而提高锅炉产汽量和干熄焦的发电量，从而增加相当可观的经济价值。但前提是锅炉出口后的气体循环系统负压段密封性好，否则从此处吸入的冷空气燃烧冷却段的焦炭，产生更多的CO和CO2，那么需要的空气导入量会增多。恶性循环，焦炭烧损量也会增加。

3)在干熄焦连续装焦生产中，长期保持一定流量的旁通风量，来稳定锅炉入口温度的快速升高，从干熄焦工艺可知，循环气体总量包括进干熄炉冷却焦炭的冷却风量、从预存段压力调节放散管放散的气体量以及旁通风量三部分。当循环气体总量保持不变时，增加或减少旁通风量必然会造成进干熄炉的冷却风量的减少或上升，而导致排焦温度和锅炉入口温度发生波动。此外，长期保持一定流量的旁通风量会增加循环风机的负荷，造成循环风机电耗升高，甚至风机超负荷而震动，不利于干熄焦系统能耗的降低。为稳定锅炉入口温度变化快，将应急状态下开旁通降温方法应用到正常生产中，只会造成排焦温度和循环风量波动的更为敏感，不利于锅炉入口温度稳定，甚至还会误导操作，导致空气导入量增加，焦炭烧损量自然增加。

2.3 预存段压力不稳定

为防止装焦开启炉盖时炉内气体冒出或外界空气大量吸入干熄炉内烧损焦炭，同时为保持循环系统压力的稳定，干熄炉预存段压力的理想控制值为0 Pa。但在实际生产中为便于调节和保证系统的安全运行，将预存段压力值控制在0 Pa～-100 Pa的范围内。

75 t/h干熄焦预存段容积小，焦炭上方空间小，预存段红热焦炭挥发份连续挥发到狭小空间内造成预存段压力不稳定;如果料位保低一些，焦炭上方空间大，自然预存段压力稳定。

采用导入空气燃烧法来控制可燃气体CO含量，导入的空气中的O2与CO燃烧后，多余的氮气就会补充到循环风量里，连续增加的量必须通过风机后放散，所以风机后放散调节阀也应及时调整放散量来控制预存段压力，而此阀是气动阀，调节不灵敏，经常出现气体压力低，调整开度1%，实际现场阀门不动作，或者调5%，现场阀门动作超过5%的情况。甚至出现过由于气源压力低，阀门全关的情况。

干熄焦气体循环系统正压段(循环风机出口至干熄炉入口)泄漏，容易造成预存段压力比正常值低，同时循环气体损失造成氮气的浪费。生产中发现一次、二次除尘器排灰用的是球阀，排灰时球阀全开很容易排空，且排空后空气被大量吸入。一次除尘漏入的空气还能被燃烧掉一部分，二次除尘漏入的空气被循环风机鼓入到干熄炉里燃烧焦炭，导致烧损量增加。

3 改进措施

通过以上分析，造成焦炭烧损量增加的主要因素一个就是可燃气体CO含量不稳定，结果导入空气量无法控制;二是锅炉入口温度控制方法不规范，常把应急操作当正常操作控制，导致恶性循环;三是预存段压力不稳定，忽高忽低，吸入空气造成焦炭烧损。因此必须通过改进工艺设备、优化工艺操作来排除以上三种情况造成的焦炭烧损。

3.1 稳定可燃气体CO含量

要达到可燃气体CO含量稳定，就必须缩短焦炉连续检修单次时间，将焦炉单次检修时间由2 h分成两次，一次1 h。不出炉时可燃气体成分不会降低太多，能保证在安全生产前提下，稍微调整空气导入量就能将可燃气体CO含量控制在4% ～7%，导入空气总量就会稳定，焦炭烧损率也会降低。

3.2 稳定锅炉入口温度

稳定锅炉入口温度的措施有以下三条：

1)针对锅炉入口温度不稳定，检查锅炉出口后的气体循环系统负压段密封性不好，法兰连接处可以吸入冷空气。利用干熄炉月修时间将法兰外部用防火堵料泥压入到法兰连接缝隙，阻止空气的进入，冷却段的焦炭不会燃烧产生CO和CO2，那么也不必导入过多的空气量，焦炭烧损量也不会增加。

2)考虑到检修时间温度降低太快，决定缩短焦炉连续检修单次时间后，检修前装满炉，检修期间可以连续正常排焦，循环风量和排焦量也不必大幅度的调整，锅炉入口温度自然变化较小，减少了人为调整参数引起的空气量过剩。

3)规范干熄焦操作制度，禁止在干熄焦连续装焦生产中，长期保持一定流量的旁通风量，来稳定锅炉入口温度的快速升高的方法，禁止随意开旁通降锅炉入口温度，将开旁通降温方法只用于应急状态，防止锅炉出现高温事故。

以上三种原因又是相互制约的，采用降低循环风量、增加排焦量、增加空气导入量、降低旁通风量等方法可提高锅炉入口温度;相反可降低锅炉入口温度。采用上述方法调节锅炉入口温度时，相应会造成排焦温度、循环气体中H2、CO的浓度发生变化，因此要综合考虑，以免顾此失彼。

3.3 稳定预存段压力

在通过研究炉体结构、调节设备、摸索规律后，稳定预存段压力的措施有以下三条：

1)75 t/h干熄焦预存段容积小，焦炭上方空间小，自从调整完焦炉检修时间后，料位可以保低一点，焦炭上方空间大，自然预存段压力稳定。

2)在风机后放散调节阀前增加一储气罐，稳定气源压力。调整气动阀状态，当气源切断时气动阀保持原来状态，阀门不会全关，预存段压力也会稳定。

3)将一次、二次除尘器排灰用的球阀换成格式阀，摸索规律，当出现高料位时排灰格式阀排一定的时间后自动停止。保证阀上留有一定的灰量，不会排空，空气也不会被大量吸入，焦炭就不会被烧损。

4 改造效果

通过以上操作和设备的改进，降低焦炭烧损率取得了以下几点明显效果：

1)缩短焦炉连续检修单次时间后，确保了可燃气体成可以有效控制在4% ～7%，导入空气总量稳定且较少，锅炉入口温度变化较小，循环风量、排焦量、空气导入量等参数不需频繁调节。避免了人为调节参数引起的空气导入总量过量。

2)用防火堵料泥密封锅炉出口后的气体循环系统负压段法兰连接缝隙后，空气不会漏入，可燃气体CO含量也得到有效控制，焦炭烧损量也相应减少。

3)通过改造在风机后放散调节阀前加储气罐，稳定气源压力，调节阀调节灵敏，解决了改造前存在的问题，达到了调节阀调节灵敏、预存段压力稳定的目的。调整排灰设备和时间后，不会吸入空气，扭转了漏气燃烧冷却段焦炭产生可燃气体恶性循环的被动局面，预存段压力得以控制，焦炭烧损量降低。

改造后某月75 t/h，焦炉出炉数3066炉，干熄率为92.17%，干熄焦装入焦炭2826炉，每炉按平均14 t计算，干熄炉焦炭装入总重量39564 t，工艺除尘焦粉及环境除尘灰总重量1032.3 t，干熄炉排焦量为38054 t。

计算烧损率=(干熄炉焦炭装入量-排焦量-焦粉产量)/干熄炉焦炭装入量×100%=(39564-38054-1032.3)/39564 ×100%=1.2%。

通过改造前后焦炭烧损率统计见表1，降低焦炭烧损率有一定的效果。

5 结语

表1 改进前后干熄焦烧损率统计

通过设备改造，优化操作制度，干熄焦生产操作不仅稳定了可燃气体含量，减少了空气导入总量，杜绝了系统空气漏入量，降低了焦炭烧损率，还极大的减轻了职工的劳动强度，达到了预期效果，同时本文涉及到的改造措施和优化的操作制度也为其它同类工艺设计提供了一定参考。

［1］ 潘立慧，魏松波.干熄焦技术.北京：冶金工业出版社，2005：12.