干熄焦工藝改善焦炭質(zhì)量的措施研究

鞏 強(qiáng)

（甘肅鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000）

1 降低干熄焦燒損改善焦炭質(zhì)量

干熄焦焦炭有很高的抗碎性，孔隙減少使焦炭的反應(yīng)性減小，高爐煉鐵焦炭利用率提高，從而高爐生產(chǎn)能力提高約1%～3%[1]。通過調(diào)研分析發(fā)現(xiàn)干熄焦焦炭燒損嚴(yán)重會影響焦炭的抗碎性，通過以下工藝優(yōu)化，焦炭燒損率平均降低0.145%，很好的解決了焦炭燒損率高的問題，改善了焦炭質(zhì)量。

酒鋼焦化廠自2008 年至今，先后建立了兩套140t/h 干熄焦系統(tǒng)。降低干熄焦燒損率是目前干熄焦行業(yè)中難點(diǎn)，燒損率的核算也存在多種核算方式，如何以較準(zhǔn)確的方法核算也是行業(yè)經(jīng)常討論的問題。目前干熄焦設(shè)計(jì)中采用的燒損率都是根據(jù)日本當(dāng)時的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)取得經(jīng)驗(yàn)值（1%左右），但是在行業(yè)各干熄焦實(shí)際運(yùn)行中，燒損率基本在2%左右，遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)理論值。燒損率高不僅導(dǎo)致了焦炭的燒損，不利于體現(xiàn)干熄焦的經(jīng)濟(jì)效益，同時，隨循環(huán)氣體帶到鍋爐的焦粉在鍋爐內(nèi)部燃燒對鍋爐爐管的壽命存在一定影響，也會導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行參數(shù)的波動，不利于鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行。在焦炭干熄過程中，雖然燒損無法避免。但是，通過對工藝設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，可以起到降低燒損率的目的。所以降低燒損率，對提高焦炭產(chǎn)量，提高干熄焦經(jīng)濟(jì)效益，延長設(shè)備使用壽命意義重大。

結(jié)合焦化廠干熄焦的具體生產(chǎn)實(shí)踐，通過對干熄焦系統(tǒng)全流程的熱平衡測試得出，2018 年3-4#焦?fàn)t干熄焦燒損率為1.5%左右，5-6# 焦?fàn)t干熄焦燒損率為1.8%左右，遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值1.0%和1.2%。

通過開展降低干熄焦燒損率技術(shù)攻關(guān)活動，對工藝、設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到降低燒損率的目的，使3-6#焦?fàn)t干熄焦燒損率降低0.1%以上。

干熄焦在正常生產(chǎn)時，循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)會不斷產(chǎn)生CO、H2等可燃?xì)怏w，為了保證干熄焦系統(tǒng)的安全生產(chǎn)，需控制循環(huán)氣體內(nèi)可燃?xì)怏w成分含量不超標(biāo)，方法為導(dǎo)入空氣燃燒。由空氣導(dǎo)入閥向干熄爐環(huán)形煙道內(nèi)導(dǎo)入空氣，首先被燒掉的是循環(huán)氣體內(nèi)的可燃?xì)怏w，其次是焦粉及小塊徑焦炭，導(dǎo)致了焦炭的燒損。同時，因干熄焦循環(huán)系統(tǒng)密封不是完全嚴(yán)密的，負(fù)壓區(qū)存在一定泄漏，且裝焦時會從爐口吸入空氣，也導(dǎo)致了焦炭的燒損。另外，在正常生產(chǎn)排焦溫度過高時，紅焦顯熱回收不充分，為完成蒸汽回收指標(biāo)，導(dǎo)致了燒損率的增大。

干熄爐內(nèi)主要反應(yīng)方程式：

根據(jù)氣體成分比例，得出：8C+7O2=2CO +6CO2

1.1 導(dǎo)入空氣量過大，采取以下措施可減少導(dǎo)入空氣量

（1）規(guī)定CO 含量控制在4%～6%，既能防止可燃?xì)怏w達(dá)到爆炸極限，又能起到減少空氣導(dǎo)入量，控制燒損率的作用。

（2）4 月份，通過開展充入氮?dú)饨档蜔龘p率實(shí)驗(yàn)，當(dāng)充氮量達(dá)到1500m3/h 時，干熄焦空氣導(dǎo)入量由15000m3/h 降至12000m3/h。通過氣體平衡核算，燒損率降低明顯。

1.2 系統(tǒng)密封不嚴(yán)，負(fù)壓區(qū)泄露大，系統(tǒng)氧含量高，采取以下措施減少負(fù)壓區(qū)泄露

（1）在5-6# 爐干熄焦系統(tǒng)檢修期間，將干熄焦鍋爐過熱器集箱后箱體保溫拆除后，過熱器爐管與水冷壁連接處密封不嚴(yán)，箱體與水冷壁未滿焊。因爐管與水冷壁在鍋爐運(yùn)行過程中存在熱脹冷縮，連接部位不能焊接在一起。通過研究決定，對過熱器爐管與水冷壁連接處采用石棉填充、管卡固定、澆注密封的方式進(jìn)行處理；將后箱體與水冷壁筋板連接處進(jìn)行焊接，外部再進(jìn)行澆注密封，通過這兩種方式對鍋爐泄漏情況進(jìn)行了處理。干熄焦恢復(fù)正常后，氧氣含量明顯降低，由1.0%下降到0.2%左右，降低了焦炭燒損。

（2）按計(jì)劃每周檢查循環(huán)系統(tǒng)的密封性，目前存在的主要泄漏點(diǎn)有：二煉干熄焦鍋爐入口膨脹節(jié)有少量泄漏，該部位在正常生產(chǎn)時處于高溫狀態(tài)無法處理，計(jì)劃系統(tǒng)檢修時進(jìn)行處理。其他部位如鍋爐人孔、中栓蓋板螺栓存在螺絲松動、微量泄漏等，都及時進(jìn)行了緊固處理。

1.3 排焦溫度過高，紅焦顯熱回收不好，采取以下措施降低排焦溫度

（1）將熱管換熱器改為副省煤器，降低了進(jìn)干熄爐循環(huán)氣體溫度，降低了排焦溫度。

（2）通過對工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整、核算，確定經(jīng)濟(jì)合理的排焦溫度為150～160℃。并對二煉焦及三煉焦干熄焦底部調(diào)節(jié)棒及中央周邊進(jìn)風(fēng)進(jìn)行調(diào)整，最終使二煉干熄焦排焦溫度降到180℃左右，三煉焦排焦溫度降到150℃左右，見表1。

表1 對策實(shí)施前后干熄焦運(yùn)行參數(shù)對照表

通過提高CO 含量控制范圍及導(dǎo)入部分氮?dú)猓瑢?dǎo)入空氣量由15000m3/h 下降到12000m3/h，導(dǎo)入空氣量下降幅度較大，焦炭燒損減少；通過對系統(tǒng)嚴(yán)密性進(jìn)行檢查處理，系統(tǒng)O2含量由1.0%下降到0.2%；通過對熱管換熱器進(jìn)行改型，對調(diào)節(jié)棒及中央周邊進(jìn)風(fēng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，排焦溫度由200℃以上下降到150～180℃。

通過系統(tǒng)熱平衡計(jì)算得出：排焦溫度200℃時，產(chǎn)汽率z 與燒損率x 的關(guān)系：z=9569x+452.86 kg/t（1）；排焦溫度180℃時，產(chǎn)汽率z 與燒損率x 的關(guān)系：z=9569x+460.53 kg/t（2）；排焦溫度150℃時，產(chǎn)汽率z 與燒損率x 的關(guān)系：z=9569x+471.51 kg/t（3）。

二煉干熄焦產(chǎn)汽率代入式（1），原燒損率為1.44%，排焦溫度下降到180℃，代入式（2），目前燒損率為1.35%，降低0.09%；三煉干熄焦產(chǎn)汽率代入式（1），原燒損率為1.76%，排焦溫度下降到150℃，代入式（3），目前燒損率為1.56%，降低0.2%。

改進(jìn)后二煉焦燒損率降低0.09%，三煉焦燒損率降低0.2%，平均降低0.145%，達(dá)到目標(biāo)值，實(shí)現(xiàn)了焦炭質(zhì)量的提升。

2 干熄焦氣料比優(yōu)化

干熄焦利用氮?dú)饫鋮s紅焦，同時氮?dú)獗患訜幔訜岬牡獨(dú)膺M(jìn)鍋爐和爐水換熱，爐水升溫變高溫蒸汽，送汽輪機(jī)發(fā)電利用，降溫的氮?dú)庠俳?jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)送到干熄爐底部循環(huán)使用[2]。對二煉焦干熄焦運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際運(yùn)行過程中，排焦溫度偏高，經(jīng)常發(fā)生循環(huán)風(fēng)量與排焦量不匹配，即氣料比波動較大的現(xiàn)象，氣料比最大可波動至1700m3/t焦，排焦溫度最高可達(dá)200℃，且鍋爐入口溫度偏低，紅焦顯熱得不到充分吸收，干熄焦熱效率越低，蒸發(fā)量較低，見表2。

表2 2020 年1～3 月干熄焦運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析表

干熄焦運(yùn)行實(shí)際氣料比1600m3/t 焦，與設(shè)計(jì)氣料比1240m3/t 焦偏差過大，造成燒損率大，氣料比高，造成風(fēng)機(jī)負(fù)荷增大，電能消耗大，排焦溫度高，造成紅焦顯熱得不到充分吸收，造成皮帶燒損嚴(yán)重。

導(dǎo)致氣料比大、排焦溫度高的主要原因是正負(fù)壓區(qū)存在泄漏，回流調(diào)節(jié)閥關(guān)不嚴(yán)，回流中栓底部澆注料脫落，干熄爐內(nèi)焦炭下落不勻。

檢查循環(huán)系統(tǒng)的密封性，發(fā)現(xiàn)鍋爐人孔、中栓蓋板螺栓存在螺絲松動、微量泄漏等，安排人員及時進(jìn)行了緊固處理。2021 年5 月24 日系統(tǒng)檢修時對鍋爐出口風(fēng)道外側(cè)進(jìn)行補(bǔ)焊，對干熄爐入口膨脹節(jié)進(jìn)行粘補(bǔ)；利用干熄焦年修對鍋爐出口風(fēng)道進(jìn)行重新澆注，對回流中栓蓋板進(jìn)行了整體焊接。利用干熄焦年修氣密性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，循環(huán)系統(tǒng)泄漏量明顯減少，循環(huán)系統(tǒng)嚴(yán)密性明顯增強(qiáng)，循環(huán)系統(tǒng)氣料比降至1350m3/t 焦，達(dá)到預(yù)期效果，見表3。

表3 調(diào)節(jié)棒調(diào)節(jié)前后參數(shù)

干熄焦年修期間對回流調(diào)節(jié)閥進(jìn)行整體解體檢修，對調(diào)節(jié)閥的開度進(jìn)行了重新標(biāo)定；年修期間對干熄焦所有的回流中栓底部的澆注料進(jìn)行了重新澆注；進(jìn)入干熄爐內(nèi)的循環(huán)氣體量增加，增加了焦炭的冷卻效果，干熄焦氣料比降至1300m3/t 焦，排焦溫度降至170℃，達(dá)到預(yù)期效果。

通過對干熄爐底部調(diào)節(jié)棒處的溫度進(jìn)行測量，并結(jié)合T3、T4 溫度進(jìn)行分析，對干熄爐底部西北側(cè)調(diào)節(jié)棒進(jìn)行調(diào)節(jié)；年修期間將干熄爐底部的調(diào)節(jié)棒全部砸出，對磨損嚴(yán)重的調(diào)節(jié)棒進(jìn)行了更換，從而改善了焦炭質(zhì)量。

3 結(jié)語

根據(jù)系統(tǒng)工程與循環(huán)經(jīng)濟(jì)理論，結(jié)合干熄焦的具體生產(chǎn)實(shí)踐，通過對干熄焦系統(tǒng)全流程的測試和對影響干熄焦燒損率的原因進(jìn)行分析，提出降低干熄焦燒損率的工序優(yōu)化方案及設(shè)備改造方案，優(yōu)化干熄焦生產(chǎn)工藝條件，提高循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備的嚴(yán)密性，可以達(dá)到降低焦炭燒損率的目的。

經(jīng)本文的綜合比較分析，干熄焦工藝作為熄焦工藝的一部分，目前在熄焦方面改善焦炭質(zhì)量最好的方法就是干法熄焦。酒鋼焦化廠二煉焦干熄焦氣料比與設(shè)計(jì)氣料比偏差大，排焦溫度偏高，造成循環(huán)系統(tǒng)高負(fù)荷低效率運(yùn)行，影響焦炭質(zhì)量，通過以上探索和工藝優(yōu)化，循環(huán)系統(tǒng)氣料比降至1300m3/t 焦，接近設(shè)計(jì)氣料比，同時降低了排焦溫度，改善了焦炭質(zhì)量。