150吨/时干熄焦系统焦炭烧损率的控制

           杨太宝  李训智

(济南钢铁股份有限公司 焦化厂，山东 济南 250101)

摘要：通过理论计算并结合生产实践，掌握焦炭在干熄炉内实际烧损情况。探讨了焦炭烧损率的影响因素以及控制措施，对焦化行业干熄焦系统生产操作具有推广价值。

关键词：干熄焦  焦炭烧损率  风料比

1 前言

我厂6#、7#焦炉为JN60-6型60孔焦炉，与之配套的150t/h干熄焦装置于2006年11月投产达效。自6#、7#焦炉焦炭实现全部干熄以来，统计发现焦炉的计量单产波动较大，比历史记录下降较明显。基于此原因，我厂对150吨/时干熄焦装置的焦炭烧损率进行了系统的标定。

2 焦炭烧损率的研究

2.1 利用焦炭灰份确定焦炭的烧损率

我厂进厂煤质量较为稳定，配合煤成份较平稳，因此可以粗略认为在干熄过程中，焦炭中的灰份总量不会变化，通过对焦炭进入干熄炉前后灰份比率的变化，粗略计算焦炭在干熄炉中的烧损率。2009年1月份，我厂利用焦炭灰份变化，对干熄炉烧损率进行了一次标定，结果如下：

焦炭平均灰份由11.73%增加到12.45%，增加0.72%。

                     表一：湿法熄焦与干法熄焦灰份对比

从上述数据看，150吨干熄焦的烧损率相当高，达到5.9%，远远高于1.0%的设计值。

2.2焦炭烧损率的热平衡理论计算

2.2.1 干熄炉热平衡法计算

红焦装入量为3121t/d，红焦温度约为1050℃，在干熄炉系统充分吸收红焦显热且没有空气导人的情况下，根据能量守恒原理从理论上有下列关系

(1)红焦显热:Q1=4.1868×l000×0.36908×1050×3121=5.064×109kJ

(2)装入红焦挥发份1.31%，排出冷焦挥发份0.85%，则挥发份显热Q2=4.1868×1000×(1.31%-0.85%) ×8000×3121=4.81×l08kJ

(3)焦炭燃烧产生热量33850kJ/kg，设烧损率为X，则焦炭烧损产生的热量Q3=33850×3121×1000X=1.056×1011XkJ

（4）干熄炉系统传热效率为83%，则循环气体从干熄炉带入锅炉的总热量：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 锅炉热平衡计算

 (1)已知540℃的过热蒸汽焓为3323KJ/Kg, 105℃的锅炉给水焓为436 KJ/Kg 256℃炉水焓为135 KJ/Kg，锅炉排污率2%，设定蒸汽产量为Y t/d，则生产蒸汽消耗热量:

Q5=(3323-436) ×l000×Y+ (1135-436)× 1000×2%×Y=2.901 ×106 Y。

 (2)余热锅炉散热系数q。取1.2%，则余热锅炉散失于周围大气中的热量:；

Q6=Q5×q,=2.887× l06Y× 1.2%=3.481 ×l04Y,

 (3)根据能量守恒定理得出:Q4=Q5+Q6，即得Y=360 X+1357.8

实际生产中，150吨干熄焦系统日产蒸汽量经统计为：1716t/d, 则理论焦炭烧损率为：

烧损率=（1716—1357.8）/360=0.995%

通过热平衡法计算出的实际值与理论烧损率＜1.0%值相近。

2.3 碳含量法测算焦炭烧损率

按每小时10000m3/h（正常生产平均值）空气导入量计算其对焦炭烧损率影响。

在干熄焦操作过程中，为了补充循环气体在生产过程中的损耗，需不断导入空气进行补充，而导入空气中的氧气与炙热焦炭接触时，不断发生化学反应，从而导致焦炭的烧损。

其化学反应式如下：

C+O2=CO2

在该反应中，一个碳原子和一个氧分子反应生产一个二氧化碳分子，碳的分子式量是12，氧的分子式量是32，两者分子式量的比值是12：32，也就是说，在这个化学反应中，每消耗32吨氧气，需要12吨碳。

CO₂+ C=2CO

在进一步反应中，一个二氧化碳分子和一个碳分子反应生产二个一氧化碳分子，二氧化碳的分子式量是44，碳的分子式量是12，两者分子式量的比值是44：12，也就是说，在这个化学反应中，每消耗44吨二氧化碳，需要12吨碳。

在150吨干熄焦中，目前每小时的空气导入量是10000m3（来自仪表自动显示数据），氧气在空气中占21%左右，也就是说，每小时10000×21%=2100m3的氧气进入到干熄炉内，一天导入到干熄炉内的氧气达到2100×24=50400m3。氧气在标准状态下的密度是1.429g/L=1.429kg/m3，据此推算，一天导入到150吨干熄炉内的氧气重量为：

1.429 kg/m3×50400m3=72021.6kg=72.02吨

由于循环气体中氧含量一直保持1%左右不变，而且合理控制CO含量在3—6%之间， CO2含量＜15%，因此设定导入氧气全部与碳反应，而实际CO2含量在13.0%左右，其余均与碳反应产生CO，则碳一天消耗量为：

72.02×12/32+99.02×（13.0%/20.0%）×12/44=36.45吨

焦炭的灰份按13.0%计算，则一天的焦炭烧损量为：

36.45/（1-13.0%）=41.90吨

150吨干熄焦每天熄焦151炉，按每炉20.40吨计算，其日生产能力为3080吨，则焦炭烧损率为：

41.90/3080×100%=1.36%

比较两组理论和实际数据可以看出：我厂150吨/时干熄焦装置实际焦炭烧损率偏高。

3 焦炭烧损的控制方法

3.1 可燃气体成分的控制

 经由空气导入阀向干熄炉环形烟道内导入空气，首先被烧掉的是循环气体内的可燃气体如CO，H2，其次是焦粉，最后为小块径焦炭。因此可以通过控制可燃气体含量的手段来控制焦炭 (焦粉)的烧损率。

当导入空气量过大时，可燃气体含量低，焦粉、焦炭的烧损量就大，自然烧损率就高，反之亦然。因此，适当提高H2和CO含量的控制范围可以起到降低烧损率的作用。

2009年2月上旬，我厂对150t/h干熄焦的空气导入孔开度进行了调整攻关，最后规定其空气导入孔开始不能高于45%，稳定运行一段时间后，对其烧损率进行了标定，其烧损率最高为3.8%，最低为2.0%，平均为2.6%，与其它焦化厂的情况基本吻合，随后进一步对干熄炉的操作参数进行了固化。最终确定了控制循环气体成分的最佳量为：CO2：12～13%；CO：4～6%；H2：2～3%；O2<1%；N2＞66%，今后以此作为对干熄焦车间的考核指标。

空气导入开度由原来的75%左右降到45%左右。

3.2 气体循环系统的密封性

干熄焦气体循环系统正压段 (即循环风机出口至干熄炉人口)泄漏，容易造成预存段压力较正常值低，同时循环气体损失造成氮气的浪费。负压段(干熄炉出口至循环风机人口)泄漏，循环系统内因漏进了空气而造成预存段压力较正常值高，吸入大量空气使循环系统内氧气含量上升，造成焦炭烧损。

3.3 预存段压力的控制

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，同时为保持循环统压力的稳定性，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，将压力值控制在土50Pa的范围内。通过稳定预存段的压力，避免了焦炭在预存段的烧损。

3.4 风料比的影响

风料比即循环风量与排焦量的比值，是干熄焦锅炉入口温度调整的一个重要参数。风料比过大会造成锅炉入口温度过低，严重影响锅炉蒸汽产量，风料比过低则使锅炉入口温度过高，当锅炉入口温度高于960℃时会引发高温事故，对锅炉金属构件造成损害。因此，国内外先进干熄焦技术将风料比控制在 1000—1500 m3/t 。

2009年3月份我厂对150吨干熄焦装置的风料比进行了攻关。系统循环风量按照1500Nm3/t红焦的风料比进行调整，按照50Nm3/次的幅度逐步减小风料比，每24h进行一次调整，标定当天发电量和焦炉单产，焦粉、除尘灰产率，寻找、确定最佳风料比。根据统计结果分析，得出结论如下：150t/h干熄焦优化风料比分别应为1400Nm3/t红焦。

4 结论

干熄焦焦炭的合理烧损率在1.0%左右。在实际生产过程中，必须强化生产操作，通过加强对可燃气体成分的控制、加强系统密闭性、控制预存段压力、控制风料比等措施将焦炭烧损率尽可能的降低，使焦炉单产保持较稳定水平，增加炼焦效益。