干熄焦工藝改善焦炭質量的措施研究

鞏 強

（甘肅鋼鐵職業技術學院，甘肅 蘭州 730000）

1 降低干熄焦燒損改善焦炭質量

干熄焦焦炭有很高的抗碎性，孔隙減少使焦炭的反應性減小，高爐煉鐵焦炭利用率提高，從而高爐生產能力提高約1%～3%[1]。通過調研分析發現干熄焦焦炭燒損嚴重會影響焦炭的抗碎性，通過以下工藝優化，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。降低干熄焦燒損率是目前干熄焦行業中難點，燒損率的核算也存在多種核算方式，如何以較準確的方法核算也是行業經常討論的問題。目前干熄焦設計中采用的燒損率都是根據日本當時的實驗數據取得經驗值（1%左右），但是在行業各干熄焦實際運行中，燒損率基本在2%左右，遠大于設計理論值。燒損率高不僅導致了焦炭的燒損，不利于體現干熄焦的經濟效益，同時，隨循環氣體帶到鍋爐的焦粉在鍋爐內部燃燒對鍋爐爐管的壽命存在一定影響，也會導致鍋爐運行參數的波動，不利于鍋爐的穩定運行。在焦炭干熄過程中，雖然燒損無法避免。但是，通過對工藝設備進行優化，可以起到降低燒損率的目的。所以降低燒損率，對提高焦炭產量，提高干熄焦經濟效益，延長設備使用壽命意義重大。

結合焦化廠干熄焦的具體生產實踐，通過對干熄焦系統全流程的熱平衡測試得出，2018 年3-4#焦爐干熄焦燒損率為1.5%左右，5-6# 焦爐干熄焦燒損率為1.8%左右，遠高于設計值1.0%和1.2%。

通過開展降低干熄焦燒損率技術攻關活動，對工藝、設備進行優化，達到降低燒損率的目的，使3-6#焦爐干熄焦燒損率降低0.1%以上。

干熄焦在正常生產時，循環系統內會不斷產生CO、H2等可燃氣體，為了保證干熄焦系統的安全生產，需控制循環氣體內可燃氣體成分含量不超標，方法為導入空氣燃燒。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，其次是焦粉及小塊徑焦炭，導致了焦炭的燒損。同時，因干熄焦循環系統密封不是完全嚴密的，負壓區存在一定泄漏，且裝焦時會從爐口吸入空氣，也導致了焦炭的燒損。另外，在正常生產排焦溫度過高時，紅焦顯熱回收不充分，為完成蒸汽回收指標，導致了燒損率的增大。

干熄爐內主要反應方程式：

根據氣體成分比例，得出：8C+7O2=2CO +6CO2

1.1 導入空氣量過大，采取以下措施可減少導入空氣量

（1）規定CO 含量控制在4%～6%，既能防止可燃氣體達到爆炸極限，又能起到減少空氣導入量，控制燒損率的作用。

（2）4 月份，通過開展充入氮氣降低燒損率實驗，當充氮量達到1500m3/h 時，干熄焦空氣導入量由15000m3/h 降至12000m3/h。通過氣體平衡核算，燒損率降低明顯。

1.2 系統密封不嚴，負壓區泄露大，系統氧含量高，采取以下措施減少負壓區泄露

（1）在5-6# 爐干熄焦系統檢修期間，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，箱體與水冷壁未滿焊。因爐管與水冷壁在鍋爐運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、澆注密封的方式進行處理；將后箱體與水冷壁筋板連接處進行焊接，外部再進行澆注密封，通過這兩種方式對鍋爐泄漏情況進行了處理。干熄焦恢復正常后，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）按計劃每周檢查循環系統的密封性，目前存在的主要泄漏點有：二煉干熄焦鍋爐入口膨脹節有少量泄漏，該部位在正常生產時處于高溫狀態無法處理，計劃系統檢修時進行處理。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，降低了進干熄爐循環氣體溫度，降低了排焦溫度。

（2）通過對工藝參數進行調整、核算，確定經濟合理的排焦溫度為150～160℃。并對二煉焦及三煉焦干熄焦底部調節棒及中央周邊進風進行調整，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 對策實施前后干熄焦運行參數對照表

通過提高CO 含量控制范圍及導入部分氮氣，導入空氣量由15000m3/h 下降到12000m3/h，導入空氣量下降幅度較大，焦炭燒損減少；通過對系統嚴密性進行檢查處理，系統O2含量由1.0%下降到0.2%；通過對熱管換熱器進行改型，對調節棒及中央周邊進風進行調節，排焦溫度由200℃以上下降到150～180℃。

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

二煉干熄焦產汽率代入式（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%，達到目標值，實現了焦炭質量的提升。

2 干熄焦氣料比優化

干熄焦利用氮氣冷卻紅焦，同時氮氣被加熱，加熱的氮氣進鍋爐和爐水換熱，爐水升溫變高溫蒸汽，送汽輪機發電利用，降溫的氮氣再經循環風機送到干熄爐底部循環使用[2]。對二煉焦干熄焦運行數據統計分析發現，在實際運行過程中，排焦溫度偏高，經常發生循環風量與排焦量不匹配，即氣料比波動較大的現象，氣料比最大可波動至1700m3/t焦，排焦溫度最高可達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，蒸發量較低，見表2。

表2 2020 年1～3 月干熄焦運行數據統計分析表

干熄焦運行實際氣料比1600m3/t 焦，與設計氣料比1240m3/t 焦偏差過大，造成燒損率大，氣料比高，造成風機負荷增大，電能消耗大，排焦溫度高，造成紅焦顯熱得不到充分吸收，造成皮帶燒損嚴重。

導致氣料比大、排焦溫度高的主要原因是正負壓區存在泄漏，回流調節閥關不嚴，回流中栓底部澆注料脫落，干熄爐內焦炭下落不勻。

檢查循環系統的密封性，發現鍋爐人孔、中栓蓋板螺栓存在螺絲松動、微量泄漏等，安排人員及時進行了緊固處理。2021 年5 月24 日系統檢修時對鍋爐出口風道外側進行補焊，對干熄爐入口膨脹節進行粘補；利用干熄焦年修對鍋爐出口風道進行重新澆注，對回流中栓蓋板進行了整體焊接。利用干熄焦年修氣密性試驗發現，循環系統泄漏量明顯減少，循環系統嚴密性明顯增強，循環系統氣料比降至1350m3/t 焦，達到預期效果，見表3。

表3 調節棒調節前后參數

干熄焦年修期間對回流調節閥進行整體解體檢修，對調節閥的開度進行了重新標定；年修期間對干熄焦所有的回流中栓底部的澆注料進行了重新澆注；進入干熄爐內的循環氣體量增加，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℃，達到預期效果。

通過對干熄爐底部調節棒處的溫度進行測量，并結合T3、T4 溫度進行分析，對干熄爐底部西北側調節棒進行調節；年修期間將干熄爐底部的調節棒全部砸出，對磨損嚴重的調節棒進行了更換，從而改善了焦炭質量。

3 結語

根據系統工程與循環經濟理論，結合干熄焦的具體生產實踐，通過對干熄焦系統全流程的測試和對影響干熄焦燒損率的原因進行分析，提出降低干熄焦燒損率的工序優化方案及設備改造方案，優化干熄焦生產工藝條件，提高循環系統設備的嚴密性，可以達到降低焦炭燒損率的目的。

經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計氣料比偏差大，排焦溫度偏高，造成循環系統高負荷低效率運行，影響焦炭質量，通過以上探索和工藝優化，循環系統氣料比降至1300m3/t 焦，接近設計氣料比，同時降低了排焦溫度，改善了焦炭質量。