应用气体成分测算干熄焦系统中碳的烧损
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干熄焦烧损率的综合分析作者:王志永来源:《科技创新导报》 2014年第12期王志永(唐山中润煤化工有限公司河北唐山 063611)摘要:在干熄焦焦炭烧损的理论分析前提条件下,通过实际数据统计,研究分析了最大氮气量条件下、最大空气量条件下、最大干熄焦锅炉入口温度三种条件下的综合效益,结果表明最佳干熄焦操作方法是,保证干熄焦烧损最低的前提下,增加干熄焦锅炉入口温度。
关键词:干熄焦烧损率综合分析中图分类号:TQ52文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2014)04(c)-0053-02近年来,随着干熄焦技术在国内的大力推广,干熄焦装置的数量也越来越多,截止2010年底,全国已有干熄焦装置100余套,处理能力9000多万t,干熄焦焦炭已成为冶金焦炭中的主流。
随着焦炭干熄化程度进一步增长,焦炭烧损率的问题已成为焦化行业不容忽视的问题。
鞍山焦耐院及新日联设计的干熄焦装置焦炭烧损率的设计值为0.9%左右,而大多数国内焦化厂的焦炭烧损率远远高于这个值。
按照2010年底的全国干熄处理能力来算,2%的焦炭烧损就是180多万t,严重浪费了能源,并且随着更多干熄焦装置的投入运营,焦炭烧损的量将会更多,控制干熄焦焦炭烧损已成为刻不容缓的问题。
该文依据干熄焦生产工艺,在安全控制范围内,综合分析了干熄焦焦炭烧损。
1 干熄焦焦炭烧损的理论分析1.1 干熄焦焦炭烧损的必然性干熄焦循环气体系统具有独特的危险性,为保证操作人员的人身安全和干熄焦装置的运行安全,就要保证循环系统的严密和控制易燃易爆气体成分的含量(循环气体成分见表1)。
干熄焦生产工艺中控制一氧化碳和氢气等可燃气体成分的方法有两种,一种是充氮法,一种是导入空气燃烧法。
充氮法是干熄炉的循环气体入口导入氮气,稀释循环气体中的易燃易爆气体,同时放散掉相应量的循环气体;导入空气燃烧法是在连续升温后的循环气体流经环形烟道时,导入适量的空气,用空气中的氧气燃烧掉部分易燃易爆气体,同时放散掉相应量的循环气体。
干熄焦碳烧损率实时计算与监控系统作者:吴春晖陈博通来源:《科技与创新》2016年第16期摘要:干熄焦技术以其节能、环保和提高焦炭质量三大优点备受企业、行业和国家的高度重视。
介绍了一种实时计算和监控干熄焦碳烧损率的方法和系统,以解决目前国内大部分焦化厂通过统计方法计算碳烧损率精度不高、周期较长的问题,从而更加有效地指导生产。
关键词:干熄焦;烧损率;计算模型;实时监控中图分类号:TQ522.1 文献标识码:A DOI:10.15913/ki.kjycx.2016.16.1201 背景焦炭是高炉的重要原燃料,其生产技术的先进程度、产品质量的优劣直接影响到高炉的经济技术指标和生产操作。
干熄焦(CDQ)是指采用惰性气体将红焦降温冷却的一种熄焦方法,是炼焦工艺中一个十分重要的环节,它在改善焦炭质量、回收利用能源以及保护环境等方面有着传统湿熄焦无法比拟的优势。
近年来,在国家产业政策的要求下,国内干熄焦技术得到了空前的发展。
碳烧损率是评价干熄焦装置运行的重要指标,它与焦炭产量有直接的关系。
干熄焦碳烧损率控制的好坏直接影响到焦化厂的收益。
目前,国内大部分焦化厂对干熄焦碳烧损率的计算都是采用统计的方法得到,通过盘点一段时间内(比如1个月)干熄炉焦炭装入量、排焦量和焦粉产量,并结合式(1)计算得出:由于此方法数据精度不高、统计周期较长,最终导致计算得出的碳烧损率对干熄焦的生产操作不具备指导意义。
干熄焦碳烧损率实时计算与监控系统基于生产过程数据分别建立碳烧损率周期模型、碳烧损率计算模型,实时计算出干熄焦碳烧损率,既不影响干熄焦正常生产,又能如期进行碳烧损率检测,从而更加有效地指导生产。
2 系统实现架构干熄焦碳烧损率实时计算与监控系统的实现架构如图1所示。
配置一台工控机7作为干熄焦碳烧损率实时计算系统的数据运算服务器,它通过通信网络4,5,6与系统数据平台3相连;系统数据平台通过控制电缆2实时采集干熄焦装置运行过程中的生产数据1;在数据运算服务器中,通过干熄焦碳烧损率计算模型实时计算出干熄焦碳烧损率,并通过外部设备实时显示给用户,以指导生产。
焦炭烧损率的研究1.1 利用焦炭灰分确定焦炭的烧损率由于进厂煤质量较稳定,可以粗略认为焦炭的灰分总量不变,根据焦炭进入干熄炉前后灰分比率的变化,粗略计算焦炭在干熄炉中的烧损率。
干熄炉烧损率进行了标定,焦炭平均灰分由11.73%增加到12.45%, 烧损率高达5.9%,远远高于1.0%的设计值。
1.2 碳含量法测算焦炭烧损率按1万m3/h(正常生产平均值)空气导入量计算其对焦炭烧损率的影响。
空气中的氧气与红焦接触时,会发生化学反应,从而导致焦炭的烧损。
化学反应式如下:C+O2 = CO2C与O的分子量的比值是12:32,即每消耗32吨氧,需12吨碳。
CO2+C = 2COCO2与碳的分子量的比值是44 : 12,即每消耗44吨CO2,需12吨碳。
在150t/h干熄焦装置中,目前空气导入量是1万m3/h(仪表自动显示数据),根据氧气在空气中占的比例和密度,计算出每天导入到干熄炉内的氧气为72.02吨。
由于循环气体中氧含量一直保持在1%左右,而且控制CO含量在3%~6%, CO2含量<15%。
因此,设定导入的氧气全部与碳反应。
而CO2实际含量在13.0%左右,其余均与碳反应产生CO,则每天的碳消耗量为36.45吨。
焦炭的灰分按13.0%计算,则每天焦炭的烧损量为41.90吨。
150t/h干熄焦装置每天熄焦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:(41.90/3 080)×100% = 1.36%比较理论和实际数据可以看出,我厂150t/h干熄焦装置的实际焦炭烧损率偏高。
2 焦炭烧损的控制方法2.1 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,最后为小块焦炭。
因此,可以通过控制可燃气体含量来控制焦炭(焦粉)的烧损率。
当导入空气量过大时,可燃气体含量低,焦炭的烧损量大,自然烧损率高,反之亦然。
干熄焦循环气体对焦炭烧损的影响干熄焦循环气体对焦炭烧损的影响干熄焦循环气体对焦炭烧损的影响摘要:从空气导入量、循环气体中CO浓度的控制范围、CO2高温下与焦炭的反应能力等方面分析了循环气体各成分对焦炭烧损率的影响,循环气体中O2、CO、CO2的浓度均对焦炭烧损有显著的影响,尤其是CO2在温度高于730 ℃时对焦炭的烧损率有直接的促进作用,发生碳溶反应。
并通过焦炭烧损率小型试验进行了确认,提出了在生产过程中可通过采用减小空气导入量、适当提高循环气体中CO浓度、降低CO2浓度以及洗涤脱碳等预防控制措施,降低焦炭烧损率和提高焦炭产量。
关键词:干熄焦循环气体焦炭烧损空气导入量1、问题的提出目前建设投产的干熄焦装置,一般都采取向循环气体中连续导入空气的措施,降低循环气体可燃成分和补充循环气体量损失。
由于在装炉过程中,空气随焦炭进入干熄炉,与焦炭发生不完全反应,生成一氧化碳,随着时间的积累,循环气体中CO浓度随之升高。
当部分循环气体随着焦炭的外排逸散到皮带通廊时,会导致皮带通廊中CO 偏高,易产生煤气中毒和爆炸事故。
所以,必须对循环气体中CO浓度进行控制,目前主要措施就是进行空气导入和充氮两种方法,将CO烧掉或稀释,降低其含量。
上述认识的基础是认为CO易产生煤气中毒和爆炸事故,通入空气将CO烧掉变成CO2,而CO2是惰性气体,不会发生爆炸,也不会对焦炭烧损造成影响。
然而这种认识忽略了一个问题:即CO2与焦炭在高温下也会发生反应。
2、循环气体运行工艺流程由循环风机把经过给水预热器后115~130 ℃的惰性气体送到干熄炉底部,通过鼓风装置,循环气体均匀上升,穿过红焦层,逆向流动进行热交换,惰性气体升温到900~960 ℃成为高温烟气,烟气经过炉内环形通道进入一次除尘,分离粗颗粒焦粉后进入余热锅炉进行热交换,温度降至160~180 ℃的循环气体再进入二次除尘,进一步分离细颗粒焦粉后,由循环风机送入给水预热器冷却至约 115~130 ℃,再进入循环风机,进行下一次循环。
干熄焦炭烧损影响因素及烧损机理研究摘要:随着国家对焦炭行业节能减排的要求,干熄焦技术在焦炭行业得到了广泛应用,在焦炭行业的节能减排中发挥着重要作用。
焦炭燃烧损失在干熄焦装置的实际运行中是不可避免的。
焦炭燃烧损失率是评价干熄设备运行的重要指标,可用于控制干熄设备生产和运行参数的设定。
干熄焦装置焦炭燃烧损失率的理论值约为1%,但在实际生产运行中,焦炭燃烧损失的实际值往往大于理论值。
找到一种准确、方便的方法来计算焦炭燃烧损失率,并将焦炭燃烧损失控制在适当的范围内,一直是干熄焦行业的关键问题之一。
关键词:干熄焦焦炭烧损;影响因素;烧损机理引言关于干熄焦焦炭燃烧损失率(以下简称烧损率),以前主要侧重于燃烧损失,即焦粉和小块焦炭的比例。
对干熄焦中炭溶损失的反应机制,目前讨论较少。
一、焦炭烧损率的影响因素(一)循环系统严密性的影响循环系统的严密性对焦炭烧损率的影响非常明显。
循环系统的严密性差,负压段密闭性不好,会导致负压段吸入空气。
负压段吸入的空气随着循环气体一起进入干熄炉内,空气中的O2、H2O(g)和干熄炉内的红焦发生燃烧反应(完全燃烧反应和不完全燃烧反应)及水煤气反应,直接导致焦炭烧损率的提高。
在干熄炉内发生的不完全燃烧反应和水煤气反应,会使循环气体中可燃成分(CO、H2)含量升高。
为降低可燃成分含量,系统需要导入更多的空气才能烧掉这部分可燃成分,间接导致焦炭烧损率的提高。
因此,在干熄焦装置建成投产前需做气密性试验,干熄焦装置运行两三年在进行年修后也需做气密性试验。
实际生产操作过程中,也要加强对循环系统低温负压段点检、巡检的力度。
(二)氧气对烧损率的影响在干熄焦操作过程中,控制空气导入量是控制可燃气体含量的重要措施。
但如果空气导入量偏大时,则容易造成循环气体中氧含量过剩,使更多的氧气参与到焦炭烧损的一次和二次反应中,导致焦炭烧损量增加。
理论上来讲,循环气体中氧含量为 0 是最为理想的,但是这在实际操作中是几乎不可能实现的。
焦炭烧损率焦炭烧损率的研究1.1 利用焦炭灰分确定焦炭的烧损率由于进厂煤质量较稳定,可以粗略认为焦炭的灰分总量不变,根据焦炭进入干熄炉前后灰分比率的变化,粗略计算焦炭在干熄炉中的烧损率。
干熄炉烧损率进行了标定,焦炭平均灰分由11.73%增加到12.45%, 烧损率高达5.9%,远远高于1.0%的设计值。
1.2 碳含量法测算焦炭烧损率按1万m3/h(正常生产平均值)空气导入量计算其对焦炭烧损率的影响。
空气中的氧气与红焦接触时,会发生化学反应,从而导致焦炭的烧损。
化学反应式如下:C+O2 = CO2C与O的分子量的比值是12:32,即每消耗32吨氧,需12吨碳。
CO2+C = 2COCO2与碳的分子量的比值是44 : 12,即每消耗44吨CO2,需12吨碳。
在150t/h干熄焦装置中,目前空气导入量是1万m3/h(仪表自动显示数据),根据氧气在空气中占的比例和密度,计算出每天导入到干熄炉内的氧气为72.02吨。
由于循环气体中氧含量一直保持在1%左右,而且控制CO含量在3%~6%, CO2含量<15%。
因此,设定导入的氧气全部与碳反应。
而CO2实际含量在13.0%左右,其余均与碳反应产生CO,则每天的碳消耗量为36.45吨。
焦炭的灰分按13.0%计算,则每天焦炭的烧损量为41.90吨。
150t/h干熄焦装置每天熄焦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:(41.90/3 080)×100% = 1.36%比较理论和实际数据可以看出,我厂150t/h干熄焦装置的实际焦炭烧损率偏高。
2 焦炭烧损的控制方法2.1 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,最后为小块焦炭。
因此,可以通过控制可燃气体含量来控制焦炭(焦粉)的烧损率。
当导入空气量过大时,可燃气体含量低,焦炭的烧损量大,自然烧损率高,反之亦然。
某焦化厂干熄焦炭损耗探讨【摘要】:治理湿法熄焦对环境的污染、有效回收能源、提高焦炭质量、降低高炉焦比,干熄焦装置已经成为焦炉生产必备。
从干熄焦工艺上看必定会带来少量的焦炭损失,但损失的此部分焦炭燃烧产生热量,供给发电。
【关键字】:干熄焦炭、湿熄焦炭、烧损1.背景某焦化厂现有2×65孔5.5m捣固焦炉,焦炉周转时间25小时,单孔产焦量(干全焦)26.25吨,每孔炭化室操作时间约10.1min。
小时焦炭(干全焦)产量136.5t,最大150t/h。
据焦化厂反应,干熄焦每天产焦量约2950t(包括焦粉),而采用湿熄焦的产焦量约3050吨(干全焦),两者产量差了约100t。
鉴于此,认为干熄装置的烧损率过高,严重影响了焦炭的产量,给整个焦化厂带来了直接的经济损失。
1.现场生产情况烧损率和干熄率都涉及到干熄焦操作中循环气体中CO含量过高问题,设计CO含量控制在<6%,实际正常生产中CO含量都在8~10%之间。
循环气体中CO含量高,需通入大量空气燃烧,烧损大,同时燃烧后产生大量的热量,导致锅炉入口温度T6上升,产气率过高,发电超负荷。
所以首要问题是找到循环气体中CO含量过高的根源。
1.焦化厂给出的生产数据每天干熄110孔,单孔产量25吨,每班8小时生产,其中有1.5小时检修时段。
旁通阀门开度80%(风量约1.8万),空气导入量8500, T6温度约960,排焦温度170,总风量15-16万,,CO含量8%,CO2含量14%,发电满负荷。
生产节奏调整为每天121孔时,T6温度960~970,旁通阀全开,排焦量大约是150t/h,排焦温度200左右,总风量再加导致管试换热器振动严重(因旁通全开)。
CO含量11-12%空导开度最大,发电满负荷下还要开放散。
1.现场收集的生产数据:排焦量约110t/h,总风量约14.6万,空气导入阀门开度在53%左右,导入量约在每小时8800m3。
旁通管阀门开度约50%,导入量约在每小时1.4万m3。
干熄焦烧损率的常见计算方法作者:肖艳波来源:《中外企业家·下半月》 2013年第7期肖艳波(太原钢铁不锈钢股份有限公司焦化厂,山西太原030003)摘要:笔者就国内通用烧损率的计算方法进行了对比和讨论,分析了各种方法适用的范围及存在的缺陷,并就影响烧损率的因素及计算方法提出了一些新的看法。
关键词:干熄焦;烧损率;计算方法对比;数据处理中图分类号:TU746 文献标志码:A 文章编号:1000-8772(2013)19-0-01一、干熄焦烧损率常见的几种计算方法对比(一)氧原子守恒法1.干熄炉系统干熄炉系统烧损主要因为空气的氧元素与干熄炉系统中的碳元素结合,所以可以依据氧元素的物料平衡建立关系式,则进入系统的氧=外排出系统的氧。
干熄炉内存在以下主要反应:2C+O2=2CO?C+O2=CO2?2H2+O2=2H2O。
故其数学表达式为:G空气×21% = G放散(O2+0.5CO+CO2+0.5H2O)。
与氧结合的碳元素即为系统烧损的焦炭碳元素:η烧损=G放散×(CO+CO2)×12/22.4式中的G空气为导入的空气量;G放散为风机后从系统外排出的烟气量;空气中的氧气含量为21%;O2、CO、CO2、H2O为循环气体中的百分含量;η烧损为焦炭的烧损率;每摩尔的碳质量为12;气体的摩尔体积为22.4。
干熄炉循环气体系统在一定的时间内系统保持在一个动态平衡状态,导入空气的量近似于风机后放散的气体量。
2.讨论(1)在安全范围内CO的含量越高越好。
当CO含量较大,进入干熄炉的过程中,可以抑制CO2与焦炭反应,减少焦炭的损失。
(2)气体分析仪数据的准确性,气体分析仪属于高精密仪器,安装一定要符合其安装标准及规格。
(3)装焦时大量空气进入炉内对焦炭的烧损加剧,也对计算影响较大。
因此,保证预存段负压的稳定很重要。
(二)能量守恒法1.干熄炉的热量守恒由能量守恒看,干熄炉系统循环气体从干熄炉带入锅炉的总热量包括红焦显热、挥发分显热、焦炭烧损热量。
干熄焦焦炭烧损原因分析、区域与烧损量计算方法一、干熄焦工艺流程:1、红焦经电机车、提升机、装入装置装入干熄炉中,与逆流的以氮气为主的循环气体热交换,红焦被冷却至200 ℃以下,经旋转密封阀排出干熄炉至皮带上,送至焦仓。
2、与红焦换热后的循环气体温度升至880~960 ℃,经一次除尘除去大颗粒粉尘后进入余热锅炉,在余热锅炉内与除氧水热交换,产生中温中压或高温高压的过热蒸汽,送去发电。
3、与除氧水换热后循环气体温度降至160~180 ℃,经二次除尘进一步降低循环气体中颗粒物含量,再经循环风机加压后进入副省煤器,加热纯水至65 ℃左右,循环气体温度降至130 ℃以下,经鼓风装置送入干熄炉内循环熄灭红焦。
二、干熄焦焦炭烧损原因及分析:1、负压段泄漏:干熄焦焦炭烧损原因,首先考虑负压段泄漏,但负压段泄漏可造成循环气体氧含量升高,在正常生产时,循环气体中氧含量只有0.1%左右,因此负压段泄漏并不是焦炭烧损的主要原因。
2、气体循环系统泄漏引起的烧损。
干熄焦气体循环系统如果严密性不好,尤其是在负压段可引起大量空气泄漏进入气体循环系统,最终进入干熄炉与焦炭发生反应。
3、预存段压力波动引起焦炭烧损。
如果干熄焦在装焦过程中负压过大,吸入大量空气可引起焦炭烧损。
4、水煤气反应:正常焦炭挥发分析出的氢气量较少,干熄焦处理量100 t/h,干湿焦炭挥发分相差0.5%,析出的氢气含量为611 m3/h,产生水汽量仅为491 kg/h,即使氢气全部燃烧且水蒸汽全部发生水煤气反应,烧损的焦炭量仅为327 kg/h,占装入焦炭总量的0.327%。
况且循环气体中氢气有部分未参加反应,还通过风机后放散排出部分,水煤气反应造成的焦炭烧损低于0.327%,故不是焦炭烧损的主要原因,且不可避免。
锅炉或副省煤器漏水造成的水煤气反应属于异常情况,因此也不是造成焦炭烧损的主要原因。
5、炉口吸入空气造成焦炭烧损:预存段压力负压、开启炉盖吸入空气造成预存段焦炭烧损,且预存段焦炭烧损造成循环气体中CO 含量升高,最终空气导入量增加,也是碳溶反应的起因,故炉口吸入空气是焦炭烧损的主要原因。
干熄炉焦炭烧损率及锅炉热效率的计算【摘要】本文根据碳原子衡算方法计算了干熄焦装置的焦炭烧损率,并且依据化工热力学原理,应用普遍化三参数维里系数法、普遍化三参数压缩因子法给出了干熄焦锅炉的发汽效率和热损失的计算程序。
可以为降低焦炭烧损率及干熄焦焦炭的灰分,提高锅炉热效率,降低散热损失提供计算依据。
该方法还可方便的应用于其它装置的余热锅炉热效率的计算。
【关键词】焦炭烧损率;热效率;维里系数法;剩余焓0 引言干熄焦是采用惰性气体将红焦在无氧的环境下降温冷却的一种熄焦方法。
干熄焦相对于湿熄焦而言,具有回收红焦显热、减少环境污染、可改善焦炭质量等明显的优势。
干熄炉是干熄焦装置的热源,热量来源除红焦显热外,还有一部分是来源于焦炭的烧损,因此确定焦炭烧损率,降低焦炭的烧损,不仅可以降低焦炭的灰分,而且有利于干熄焦装置工艺操作的稳定性。
干熄焦锅炉是干熄焦装置的重要组成部分,是承接干熄炉循环系统和发电的中间环节,更是蒸汽的产生部位,因此提高锅炉的热效率,减小热损失是很有必要的。
1 工艺概述在干熄焦过程中,红焦从干熄炉的顶部装入,低温惰性气体由循环风机鼓入干熄炉冷却段红焦层内,冷却后的焦炭从干熄炉底部排除;吸收红焦潜热后温度升高的惰性循环气体从干熄炉环形烟道排出后,进入干熄焦余热锅炉进行换热,锅炉产生的蒸汽进入汽轮机带动发电机发电,从干熄焦余热锅炉冷却后的低温惰性气体进入循环风机重新鼓入干熄炉。
2 干熄炉焦炭烧损率计算程序2.1 计算依据干熄炉中烧损的焦炭最终产物是预存段调节阀放散的CO2和CO,而干熄炉做为一个整体的平衡系统,空气导入标准流量应该与预存段放散标准流量相同。
所以依据碳原子衡算的原则,应用正常生产时的空气导入标准流量以及循环气体中CO2和CO的体积分数就可以求出该排焦量下对应的焦炭烧损量,焦炭烧损量和排焦量的比值就是焦炭烧损率。
2.2 工艺数据焦化公司干熄焦装置正常运转时,干熄炉各工艺参数见表1。
2.3 焦炭烧损量的计算循环气体各个组分的临界参数见表2[4]。