优化加热制度，降低煤气消耗，减少炉顶石墨

王海波 温琛 王会德（河北钢铁集团邯郸钢铁公司 邯宝焦化厂，河北 邯郸 056015）

优化加热制度，降低煤气消耗，减少炉顶石墨

王海波 温琛 王会德（河北钢铁集团邯郸钢铁公司 邯宝焦化厂，河北 邯郸 056015）

介绍了影响焦炉炉顶空间温度的主要因素，通过强化热工管理，优化加热工艺制度，降低立火道火焰燃烧高度，优化装煤平煤操作，合理控制炉顶空间高度等方法，最终有效降低了炉顶空间温度，减缓炉顶石墨生产速度，提高了焦炭产量，节约了加热煤气量。

焦炉；炭化室；石墨

邯宝焦化厂现有4×42孔JNX70-Ⅱ型复热式焦炉，设计年产干全焦206万吨。生产中发现炉墙、炉顶、装煤口、上升管根部等部位石墨生长速度较快，造成焦炉装煤口及煤车螺旋堵塞，炉门冒烟着火，装煤量不足等问题时常发生，通过多次测量炭化室炉顶空间温度，发现目前炉顶空间温度偏高，基本在900℃左右，超过了国家炼焦行业标准规定的800±30℃要求。

1 石墨生成原因

炼焦过程中炭化室产生的荒煤气在高温作用下，大分子的碳氢化合物不断分解，最终裂解生成游离碳和氢气，游离碳逐渐附着于墙面、炉顶与装煤口等部位，游离碳日积月累最终形成石墨。石墨的形成速度与炉顶空间温度有着十分密切的联系，炉顶空间温度越高则荒煤气裂解程度越大，最终产生的石墨也就越多，若炉顶空间温度偏高的问题长期得不到解决，势必影响生产。

装煤量与炉顶石墨相互制约、影响，当装煤量不达标时，造成炉顶空间温度偏高，炉顶结石墨多，同时当炉顶石墨多时，反过来又造成装煤困难，影响装煤量，进而加剧石墨生成速度，形成恶性循环。

2 解决措施

为有效降低炉顶空间温度，减缓炭化室石墨生长速度，通过研究高炉煤气在炉内流动情况、测量炉顶空间温度、焦饼中心温度等，进行焦炉热工参数的优化调整，同时改造推焦车平煤设备，优化煤车装煤程序，稳定炉顶空间高度。

2.1 优化焦炉加热工艺

2.1.1 降低煤气主管压力

通过工艺手段，改变煤气的高向加热性质，下移煤气在立火道的燃烧中心，缩短煤气燃烧火焰长度，进而降低炉顶空间温度。

根据流体力学中的柏努利方程式：

从公式（1）中可知，保持煤气流量不变，当增大孔板和降低加热煤气压力时，可减小加热煤气在立火道底部出口的喷射力，降低煤气在立火道内火焰燃烧高度，使燃烧中心下移。

现高炉煤气主管压力已由原来的1200—1300pa降至900—1000pa，改变煤气高向加热性，降低火焰燃烧中心，从而达到降低炉顶空间温度的目的。

2.1.2 增加焦炉煤气掺烧量

高炉煤气热值一般为3500—4100KJ/m3,之间，可燃成分低，用高炉煤气加热时，煤气高向加热性质好，燃烧火焰较长，燃烧中心较高，适当增加焦炉煤气掺烧量，可提高煤气可燃成分，达到降低燃烧火焰高度的目的，进而降低了炉顶空间温度，同时还降低了炼焦耗热量。通过多次调整焦炉煤气掺烧比，最终确定焦炉煤气掺烧量为4000 m3,/h左右。

2.1.3 降低标准温度

根据测量炉顶空间温度、焦饼中心温度，同时观察焦炭成熟度，对焦炉加热标准温度进行了适当调整。通过降低标准温度，来降低炉顶空间温度，与此同时可减少加热煤气量，节约炼焦加热成本。

目前焦炉结焦时间19小时，在保证焦炭质量合格的前提下，机侧标准温度已降至1260℃，焦侧降至1310℃，焦饼中心温度1020℃，比理论标准温度降低15℃。

但因标准温度的下调，将导致炉头温度降低，影响炉头焦炭的成熟度，根据热浮力差计算公式：

H:火道底至跨越孔距离，为常数

T下、T上:下降与上升气流火道内平均温度

γ:热废气的比重，约1.28

由上述公式（2）可知，当炉头一组火道上升与下降气流存在较大温度差时，将造成炉头一组火道产生较大的热浮力差，浮力差对2#火道加热有利，而不利于1#火道的加热，极易导致炉头一组火道供热不平衡，在降低标准温度时，此效应对边火道的温度影响将明显提高，为避免炉头温度低于1100℃，主要采取了以下措施解决炉头温度降低的问题。

（1）焦炉蓄热室封墙砖缝用石棉绳蘸玻璃水填充，用耐火泥进行勾缝，然后用耐火温度为1700℃左右、密度为2.2 g/cm3、SiO2含量为56%的密封涂料对封墙砖进行涂刷，最后蓄热室封墙外层用保温板密封，每块保温板的表面均匀涂抹浆料，使保温层厚度达到50mm左右。

（2）4座焦炉采用炉头补充加热技术，在机焦侧炉头火道单独引入焦炉煤气加热，即从焦炉煤气主管引出焦炉煤气，从下喷管内供入处于上升气流的炉头火道内，同时将焦炉煤气交换时间更改为与高炉煤气的交换时间同步，使焦炉煤气在边火道内单独燃烧加热，减少机焦侧炉头火道之间温度差，达到提高炉头温度目的，保证炉头焦炭的成熟度。

通过上述措施，有效确保了在下调15℃的标准温度情况下，炉头温度不发生变化，达到了规程要求，标准温度调整后，具体炉头温度系数如表1。

表12016 年1—6月焦炉炉头温度系数表

通过优化焦炉加热工艺，有效的降低了炉体不必要热量损失，减少了加热煤气消耗量，为进一步优化焦炉加热制度提供了有利保障。从表2中可看出，与2015年4季度相比，2016年1季度节约煤气3801万m3,，2季度比1季度节约煤气1984万m3,，有效降低了炼焦加工成本。

表2 2015年4季度—2016年2季度煤气消耗表（万m3）

2.2 技术改进及优化操作

提高装煤量，稳定装煤操作，可降低炉顶空间高度，当装煤量提高后，炼焦煤可吸收更多的热量，从而起到降低炉顶空间温度作用，减少炉顶石墨生成。

2.2.1 延长平煤杆长度

根据测量发现，平煤过程中平煤杆最长仅过4#炉口处，距离焦侧炉门约有2米距离，平煤后煤料在4#炉口与焦侧炉门之间形成小煤堆，影响荒煤气顺利导出，导致荒煤气在炭化室停留时间相对延长，增大了荒煤气裂解量，同时造成焦侧炉门冒烟、焦侧装煤缺角等问题。

为解决焦侧平不透煤的现象，将平煤杆进入炉内长度由19600mm调整为20300mm，增加长度700mm，保证焦侧4#炉口处平透煤减少焦侧缺角现象，使焦侧煤料平整，单炉增加装煤量近1吨，提高单炉焦炭产量约0.75吨，按每月生产6000炉焦炭计算，月增产焦炭约4500余吨。

2.2.2 提高平煤杆水平高度

将推焦车平煤杆水平高度提高50mm，减少了平煤过程中余煤的带出量，降低炉顶空间高度，单炉装煤量约增加0.27吨，单炉焦炭增产0.2吨，按每月生产6000炉焦炭计算，月增产焦炭约1200吨。

2.2.3 优化煤车装煤操作

从加煤总时间和4个煤斗延迟加煤等方面进行试验，测算出装煤时间为85s比较合理，且4个煤斗装煤采用延迟时间控制在5s、3s、1s和0s，有利于炉顶空间荒煤气导出，确保了装煤过程中不冒烟，满足了环保要求。

煤车第1次加煤后暂时停止装煤，推焦车进行第1次平煤，使炭化室内的煤峰得到初步拉平，然后装煤车再继续加煤，推焦车进行第2次平煤。经测试，实行装煤车2次加煤及推焦车2次平煤的协调控制方式后，解决了装煤末期炉顶空间压力波动大、装煤孔冒烟的难题，并取得了多装煤、减少平煤余煤量的效果。

3 经济效益计算

（1）通过调整平煤长度与高度，焦炭月均增产约5700t，焦炭利润按330元/t计算，全年焦炭增产可增创效益：

5700×330×12=2257.2万元

（2）焦炉煤气增产产生的经济效益，按吨煤产煤气350m3，焦炉煤气价格0.5元/m3计算，全年煤气增创效益：

5700×1.275×350×12×0.5=1526万元

（3）化产品增产产生的经济效益，吨焦的化产品收益按185元计算，全年化产品增创效益：

5700×12×185=1265.4万元

（4）通过优化焦炉加热工艺参数，降低了高炉煤气消耗，以2016年1—6月份煤气消耗量为计算依据，较2015年四季度高炉煤气消耗，现4座焦炉平均每月节约高炉煤气消耗964.2万m3，高炉煤气价格按700元/万m3,计算，2016年比2015年可节约煤气消耗开支：

964.2 ×700×12=780.9万元

（5）全年合计增创效益：

2257.2 +1526+1265.4+780.9=5829.5万元

4 结语

经工艺参数的优化与生产设备改造，目前炉顶空间温度基本稳定在830℃左右，炉顶空间高度控制在(500±50)mm，炉头温度系数达到0.9以上，满足了焦炉工艺技术要求，炉顶石墨明显减少，同时降低了职工劳动强度，降低生产影响时间，提高了经济效益。

[1]王晓琴.炼焦工艺[M].北京:化学工业出版社,2005.

[2]潘立慧,魏松波.炼焦技术问答[M].北京:冶金工业出版社, 2007.

王海波（1982-），男，本科学位，河北理工大学煤化工专业，助理工程师，现邯宝焦化厂炼焦车间。