干熄焦循環(huán)氣體對焦炭燒損的影響分析-濟(jì)鋼

匯報(bào)單位：濟(jì)南鋼鐵股份焦化廠干熄焦循環(huán)氣體對焦炭燒損的影響分析匯報(bào)題綱一、前言二、問題的提出三、循環(huán)氣體運(yùn)行工藝流程四、循環(huán)氣體對焦炭燒損的影響分析五、焦炭燒損率試驗(yàn)六、結(jié)論七、下一步工作努力的方向干熄焦循環(huán)氣體對焦炭燒損的影響分析一、前言

濟(jì)鋼是國內(nèi)第一家在老廠改造的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)焦炭全部干熄的企業(yè)，現(xiàn)有4套干熄焦。為配合4×42孔和1×65孔（4.3m）焦?fàn)t，建設(shè)了2×70t/h和1×100t/h規(guī)模的干熄焦裝置，年處理焦炭155萬t，共分兩期建設(shè)。一期2×70t/h干熄焦裝置于1994年從烏克蘭引進(jìn)，由烏克蘭國家焦耐設(shè)計(jì)院與濟(jì)鋼集團(tuán)國際工程技術(shù)有限公司（原濟(jì)鋼設(shè)計(jì)院）共同設(shè)計(jì)。在設(shè)備方面采取部分引進(jìn)、部分合作制造的方式，工程于1996年開工，1999年3月建成投產(chǎn)。該裝置自動化水平不高。二期1×100t/h干熄焦裝置于2007年5月1日開工建設(shè)，2007年12月12日竣工投產(chǎn)，創(chuàng)造了7個(gè)月12天即建成投產(chǎn)的記錄。該項(xiàng)目是濟(jì)鋼自主設(shè)計(jì)，主要設(shè)備自己制作，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的干熄焦裝置，填補(bǔ)了國內(nèi)中型干熄焦設(shè)計(jì)的空白，除循環(huán)風(fēng)機(jī)等極少數(shù)設(shè)備從國外引進(jìn)外，絕大部分設(shè)備為國產(chǎn)化。為配合焦化廠2005年3月29日建成投產(chǎn)的2×60孔（6.0m）焦?fàn)t，2005年5月開始動工建設(shè)1×150t/h干熄焦，于2006年10月25日竣工投產(chǎn)，年干熄焦炭120.28萬噸。該干熄焦裝置額定處理能力150t/h，實(shí)際處理能力137.3t/h，配套25MW的純凝式汽輪發(fā)電機(jī)組一套。150t/h干熄焦工程是實(shí)施清潔生產(chǎn)、走發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)之路的典型代表工程，是當(dāng)時(shí)國內(nèi)生產(chǎn)能力最大的干熄焦裝置。二、問題的提出

目前建設(shè)投產(chǎn)的干熄焦裝置，一般都采取向循環(huán)氣體中連續(xù)導(dǎo)入空氣的措施，降低循環(huán)氣體可燃成份和補(bǔ)充循環(huán)氣體量損失。由于在裝爐過程中，空氣隨焦炭進(jìn)入干熄爐，與焦炭發(fā)生不完全反應(yīng)生成一氧化碳(CO)，隨著時(shí)間的積累，循環(huán)氣體中CO濃度隨之升高，當(dāng)部分循環(huán)氣體隨著焦炭的外排逸散到皮帶通廊時(shí)，會導(dǎo)致皮帶通廊中CO偏高，易產(chǎn)生煤氣中毒和爆炸事故，所以，必須對循環(huán)氣體中CO濃度進(jìn)行控制，目前的主要措施就是進(jìn)行空氣導(dǎo)入和充氮兩種方法，將CO燒掉或稀釋，降低其含量。目前國內(nèi)干熄焦工藝設(shè)計(jì)中的焦炭燒損率為<0.9%左右，對于焦炭燒損的現(xiàn)象，普遍有這樣一種認(rèn)識：通入空氣的位置選擇在干熄爐內(nèi)環(huán)形通道，燃燒主要發(fā)生在一次除塵入口、鍋爐入口等設(shè)備內(nèi)，同時(shí)燒掉的絕大多數(shù)是焦粉和可燃?xì)怏w，因此對焦炭的燒損影響不大；而且將焦粉燒掉，還能增加蒸汽產(chǎn)量、多發(fā)電，因此效益更大。二、問題的提出

上述認(rèn)識的基礎(chǔ)是認(rèn)為CO易產(chǎn)生煤氣中毒和爆炸事故，通入空氣將CO燒掉變成CO2，而CO2是惰性氣體，不會發(fā)生爆炸，也不會對焦炭燒損造成影響。然而這種認(rèn)識忽略了一個(gè)問題：從CO2反應(yīng)的吉布斯自由能分析，當(dāng)溫度達(dá)到700℃以上時(shí)，CO2就會與熾熱的C反應(yīng)生成CO。因此，我們需要重新認(rèn)識循環(huán)氣體對焦炭燒損的影響。溫度，℃530600630730750830ΔG29.15416.59211.224-6.600-10.152-24.316表1不同溫度下CO2反應(yīng)的吉布斯自由能三、循環(huán)氣體運(yùn)行工藝流程

由循環(huán)風(fēng)機(jī)把經(jīng)過給水預(yù)熱器后115~130℃的惰性氣體送到干熄爐底部，通過鼓風(fēng)裝置，循環(huán)氣體均勻上升，穿過紅焦層，逆向流動進(jìn)行熱交換，惰性氣體升溫到900~960℃成為高溫?zé)煔?，煙氣?jīng)過爐內(nèi)環(huán)形通道進(jìn)入一次除塵，分離粗顆粒焦粉后進(jìn)入余熱鍋爐進(jìn)行熱交換后，溫度降至160~180℃的循環(huán)氣體再進(jìn)入二次除塵，進(jìn)一步分離細(xì)顆粒焦粉后，由循環(huán)風(fēng)機(jī)送入給水預(yù)熱器冷卻至約115~130℃，再進(jìn)入循環(huán)風(fēng)機(jī)，進(jìn)行下一次循環(huán)。余熱鍋爐產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽供汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。1—干熄爐；2—1DC；3—鍋爐；4—2DC；5—循環(huán)風(fēng)機(jī)；6—給水預(yù)熱器；7—旋轉(zhuǎn)密封閥7135642三、循環(huán)氣體運(yùn)行工藝流程干熄焦工藝流程如圖1所示：圖1干熄焦系統(tǒng)工藝簡圖四、循環(huán)氣體對焦炭燒損的影響分析

在干熄焦的生產(chǎn)運(yùn)行過程中，由于循環(huán)氣體中不斷導(dǎo)入空氣，從而導(dǎo)致了焦炭燒損，甚至影響焦炭的單爐產(chǎn)量。1.循環(huán)氣體與焦炭發(fā)生反應(yīng)的過程分析循環(huán)氣體經(jīng)換熱除塵后，從干熄爐底部進(jìn)入，與自上而下的熾熱焦炭進(jìn)行逆流換熱，氣體中CO2與焦炭發(fā)生炭溶反應(yīng)，生成CO，帶有大量CO的循環(huán)氣體進(jìn)入循環(huán)風(fēng)道，然后與空氣導(dǎo)入孔進(jìn)入的空氣混合，CO與空氣中的O2反應(yīng)生成CO2，從而降低了循環(huán)氣體中CO濃度，使其保持在一個(gè)安全范圍，然后進(jìn)行下一循環(huán)。2.空氣導(dǎo)入量對焦炭燒損率影響的理論分析在干熄焦操作過程中，不斷導(dǎo)入空氣，而導(dǎo)入空氣中的氧氣O2與循環(huán)氣體中CO接觸時(shí)，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成CO2，而氣體中CO2又與熾熱焦炭發(fā)生碳熔反應(yīng)，生成CO，從而導(dǎo)致焦炭的損耗，以上過程的循環(huán)發(fā)生，是造成焦炭燒損的主要原因。四、循環(huán)氣體對焦炭燒損的影響分析其化學(xué)反應(yīng)式如下：1）2CO+O2=2CO22）CO2+C=2CO在以上兩反應(yīng)中，一個(gè)一氧化碳分子和一個(gè)氧分子反應(yīng)生產(chǎn)兩個(gè)二氧化碳分子，然后一個(gè)二氧化碳分子又和一個(gè)碳原子反應(yīng)生成了兩個(gè)一氧化碳分子，也就是說，在消耗一個(gè)氧分子的同時(shí)，最終需消耗兩個(gè)碳原子。以150t/h干熄焦為例，正常生產(chǎn)中，每小時(shí)的空氣導(dǎo)入量約是8000—10000m3（150t/h干熄焦流量表顯示，設(shè)計(jì)值為100-110m3/t焦）。氧氣在空氣中占21%左右，也就是說，每小時(shí)10000×21%=2100m3的氧氣進(jìn)入到干熄爐內(nèi)，假定導(dǎo)入氧氣全部反應(yīng)，則碳一天消耗量為：2100×103L÷22.4L/mol×2×12g/mol×24h=54.0×106g=54.0t焦炭的灰分按12.5%計(jì)算，則一天的焦炭燒損量為：54.0÷（1-12.5%）=61.71t6#7#焦?fàn)t每天的焦炭產(chǎn)量約為3000噸，因此而造成的焦炭燒損率為；61.71÷3000×100%=2.06%。四、循環(huán)氣體對焦炭燒損的影響分析3.循環(huán)氣體中CO濃度的控制范圍循環(huán)氣體中導(dǎo)入空氣的目的是降低CO濃度、提高安全系數(shù)，同時(shí)導(dǎo)致了焦炭燒損，因此，從控制焦炭燒損角度來說，應(yīng)該減少空氣導(dǎo)入提高CO濃度，但是從系統(tǒng)安全運(yùn)行角度分析，應(yīng)保持CO濃度在一個(gè)可控范圍。關(guān)于干熄焦循環(huán)氣體成分CO含量的控制范圍，通過查閱各種資料，了解國內(nèi)各干熄焦工藝廠家控制要求，目前各焦化廠大多數(shù)控制在6%以下，一般在3%左右。據(jù)資料介紹，在空氣中，高爐煤氣爆炸下限是30%，高爐煤氣中主要的可燃爆炸成分CO的含量為25-30%，換算成CO的濃度約7.5-9%，也就是說，如果循環(huán)氣體中CO的濃度超過這一指標(biāo)，在某些泄漏點(diǎn)就易導(dǎo)致爆炸和煤氣中毒事故，這一理論分析結(jié)果也是目前干熄焦循環(huán)氣體CO控制在6%以下的主要原因。為了尋求兩者之間的平衡，在實(shí)際操作中，CO含量在小于6%的前提下，要盡量提高它的含量，我們目前要求控制4-6%。五、焦炭燒損率試驗(yàn)

為研究干熄爐內(nèi)循環(huán)氣體中二氧化碳和氧氣與焦炭的反應(yīng)情況，實(shí)現(xiàn)焦炭燒損率的降低，我們做了試驗(yàn)。稱取一定質(zhì)量的焦炭試樣，置于馬弗爐中，通入循環(huán)氣體模擬焦炭在干熄爐內(nèi)反應(yīng)，以焦炭質(zhì)量損失的百分比表示焦炭在干熄爐內(nèi)的燒損率。1.試驗(yàn)儀器、設(shè)備和材料馬弗爐：利用馬弗爐側(cè)面窺視孔，用直徑10mm的不銹鋼管將循環(huán)氣體通入馬弗爐內(nèi)，焦炭在馬弗爐內(nèi)造型，中間高，兩邊低。馬弗爐排氣管進(jìn)氣孔干熄爐內(nèi)循環(huán)氣體圖2焦炭燒損率實(shí)驗(yàn)設(shè)備示意圖五、焦炭燒損率試驗(yàn)2.試樣的采取與制備按GB1997規(guī)定的取樣方法，按比例取大于25mm焦炭20kg，棄去泡焦和爐頭焦。用顎式破碎機(jī)破碎、混勻、縮分出10kg，再用φ25mm、φ21mm圓孔篩篩分，大于φ25mm的焦塊再破碎、篩分、取φ21mm篩上物，去掉片狀焦和條狀焦，縮分得焦塊2kg。3.試驗(yàn)步驟(1)在反應(yīng)器內(nèi)裝入已備好的焦炭試樣800g±0.5g。(2)將反應(yīng)器進(jìn)氣管與供氣系統(tǒng)連接，檢查氣路，保證嚴(yán)密。開啟進(jìn)氣，按照1250m3/t-焦的風(fēng)料比通入循環(huán)氣體。(3)接通電源，將馬弗爐溫度緩慢升至900℃，按照焦炭在干熄爐內(nèi)降溫速度逐步降低馬弗爐溫度，按照下表進(jìn)行：表2降溫速率控制表溫度，℃900800700600500400300200時(shí)間，min1015152020203020(4)馬弗爐內(nèi)溫度降至200℃，即反應(yīng)2.5h，停止加熱，切斷循環(huán)氣體氣路。打開爐門，使焦炭冷卻至100℃以下，倒出焦炭，稱量、記錄。五、焦炭燒損率試驗(yàn)4.試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算焦炭燒損率以損失的焦炭質(zhì)量占反應(yīng)前焦樣總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)表示。按下式計(jì)算：焦炭燒損率=100×（m-m1）/m式中：m——焦炭試樣質(zhì)量

m1——反應(yīng)后殘余焦炭質(zhì)量5.試驗(yàn)結(jié)果分析時(shí)間焦炭質(zhì)量，g試驗(yàn)后質(zhì)量，g燒損率，%7月16日8007851.887月17日8007871.637月20日8007851.887月21日8007881.507月22日8007832.13表3試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)五、焦炭燒損率試驗(yàn)

由上表可以看出，燒損率最小值為1.50%，燒損率最大值為2.13%，燒損率最大值與最小值之間偏差較大，燒損率平均值為1.80%，較設(shè)計(jì)值0.9%偏高，主要原因有以下兩點(diǎn)：⑴馬弗爐密封性不是很好，有空氣漏入，造成燒損率偏高。⑵燒損試驗(yàn)后，馬弗爐內(nèi)有少量焦粉不能回收，造成試驗(yàn)后焦炭質(zhì)量少。六、結(jié)論

(1)對干熄爐操作質(zhì)量高低會影響焦炭燒損，主要是空氣導(dǎo)入量造成焦炭的燒損。降低事故和故障的發(fā)生率，也是降低焦炭燒損的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，特別是故障處理時(shí)間長，對焦炭燒損影響較大。(2)焦炭的燒損率根據(jù)分析，無論發(fā)生焦炭完全燃燒或不完全燃燒反應(yīng)，只要空氣導(dǎo)入量一定，燒損的焦炭量是一定的（不計(jì)算風(fēng)機(jī)后放散的部分氣體）；通過對有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、計(jì)算，150噸/小時(shí)干熄焦的理論焦炭燒損率約為2.06%，這個(gè)數(shù)據(jù)與我們通過焦炭燒損率試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)1.80%也比較接近。

(3)影響焦炭燒損的因素不但與干熄焦工藝系統(tǒng)有關(guān)，也與焦?fàn)t操作有關(guān).焦?fàn)t的操作對焦炭燒損的影響主要表現(xiàn)在：焦餅成熟度、出爐操作過快，過早打開爐門（有時(shí)爐門打開與出焦時(shí)間間隔長，造成爐頭焦炭燒損），有時(shí)出焦速度大于干熄操作速度（帶焦焦罐等空罐時(shí)間較長，增加焦炭燒損）。六、結(jié)論(4)循環(huán)氣體CO的濃度指標(biāo)根據(jù)理論分析，為了降低焦炭燒損，同時(shí)為了安全生產(chǎn)，循環(huán)氣體CO的濃度指標(biāo)控制上限可以提高到7%左右?；蛘卟扇⊥ㄈ氩糠值?dú)獾拇胧?，來控制循環(huán)氣體CO的濃度和降低焦炭的燒損。

(5)化驗(yàn)準(zhǔn)確率在循環(huán)氣體成分含量檢測上，人工和自動檢測數(shù)據(jù)存在一定程度的差異，需進(jìn)一步改善優(yōu)化，提高自動檢測水平，為生產(chǎn)工藝技術(shù)參數(shù)的調(diào)整提供依據(jù)。七、下一步工作努力的方向1、盡管我們通過對干熄焦循環(huán)氣體的分析，提出了造成焦炭燒損的一些認(rèn)識，但是仍認(rèn)識不全面。需要同行業(yè)技術(shù)人員和專家給予積極的技術(shù)指導(dǎo)，多提一些建設(shè)性的技術(shù)指導(dǎo)意見和建議，共同深入分析。2、探索研究從干熄焦循環(huán)氣體中脫除CO2的方法通過大量反復(fù)的試驗(yàn)和對有關(guān)數(shù)據(jù)的的統(tǒng)計(jì)分析，得出循環(huán)氣體中CO2對焦炭的燒損影響較大這一科學(xué)的結(jié)論，今后我們可以采用洗滌脫除工藝技術(shù)，即在干熄爐入口處取出一部分氣體，將其中的二氧化碳進(jìn)行脫除。正常生產(chǎn)時(shí)，循環(huán)氣體中CO2含量為10~16%，理論上，只要抽取循環(huán)氣體量的20%即可將因?qū)肟諝舛紵a(chǎn)生的CO2脫除，從而保證在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，逐步降低CO2含量，減少焦炭的燒損。在循環(huán)氣體成分含量檢測上，