干熄焦焦炭烧损率与蒸汽产量的探讨

干熄焦焦炭烧损率与蒸汽产量的探讨
尹勇梁治学（武钢焦化公司，武汉430082)
武钢焦化公司目前拥有两套与2×55孔6m焦炉配套的140t/h干熄焦装置，设计回收焦粉20900 t/a，焦炭烧损量10556t/a，而焦粉产率及焦炭烧损率的实际值均大于设计值。

本文探讨了焦炭烧损率与蒸汽发生量的关系，及如何在保证干熄焦蒸汽产量的前提下有效控制焦炭烧损率。

1 焦炭烧损率的研究
1.1 焦炭烧损率的计算
1.1.1 干熄炉的热平衡计算
红焦装入量为2890t/d，红焦温度约为1050℃,在干熄炉系统充分吸收红焦显热, 且没有空气导入的情况下，根据能量守恒原理有下列关系。

(1) 红焦显热：
Q1 = 4.1868×l 000×0.36908×1050×2890=4.69×109 kJ
(2) 装入红焦的挥发分1.31%，排出冷焦的挥发分0.85%，则挥发分显热：
Q2 = 4.1868×1000×(1.31%－0.85%)×8000×2890 = 4.45×108 kJ
(3) 焦炭燃烧产生热量为33850 kJ/kg，设烧损率为x，则焦炭烧损产生的热量：
Q3 = 33850×2890×1000x = (9.7826×1010)x kJ
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 = (Q1+Q2+Q3)×83％＝(4.69×l09+4.45×108+9.7826×1010x)×83% ＝(4.262×109+8.1196×1010x) kJ
1.1.2 锅炉的热平衡计算
(1) 已知450℃过热蒸汽的火含3323kJ/kg, 105℃锅炉给水火含436kJ/kg, 256℃炉水火含1135kJ/kg，锅炉排污率2%，设定蒸汽产量为y t/d，则生产蒸汽消耗的热量：Q5 = (3323－436) ×l000xy+ (1135－436)×1000×2%xy = 2.901×106y
(2) 余热锅炉散热系数qe取1.2%，则余热锅炉散失于周围大气中的热量：
Q6 = Q5×qe= 2.887×106y×1.2% = 3.481×104y
(3) 根据能量守恒定理得出：
Q4 = Q5十Q6，即得y = 276.57x+451.71 （1）由式(1)知, 干熄焦余热锅炉的蒸汽产量与焦炭烧损率成一次线性关系，140t/h处理能力的干熄焦装置的蒸发量一般在70t/h左右，则日蒸汽产量为1680t。

代入式(1)得烧损率为0.825%，烧损率控制在0.825％时，既可保证蒸汽产量，又可避免因焦炭的过量烧损而引起焦炭产量的降低
1.2 实际运行情况
焦炭烧损率＝（干熄炉焦炭装入量－排焦量－焦粉产量）／干熄炉焦炭装入量×100%其中，干熄炉焦炭装入量和焦粉产量（包括干熄焦本体除尘及环境地面除尘焦粉产量）都可获得较为精确的数据。

干熄焦余热锅炉所产蒸汽与焦粉产量的统计结果表明，干熄焦系统焦粉产量与蒸汽产量呈线性关系。

当干熄焦余热锅炉产蒸汽量为1680 t时，由式(1)得焦炭烧损率为0.825%，焦粉产率为2.06%。

因此，可以通过焦粉产率来控制焦炭烧损率。

如果焦粉产率异常升高，则系统焦炭烧损率必有异常，此时应该从可燃性气体成分及系统的密封性等方面查找原因。

1.3 焦炭烧损的原因和控制方法
1.3.1 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、CH4，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。

当导入空气量大时，可燃气体含量低，焦粉的烧损量就大，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。

1.3.2 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入口）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N2的浪费。

负压段（干熄炉出口至循环风机入口）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的O2含量上升，造成焦炭的烧损。

1.3.3 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，同时为保持循环系统压力的稳定性，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±50Pa的范围内。

2 烧损率与锅炉入口温度及蒸汽发生量的关系
2.1 锅炉入口温度与蒸汽发生量的计算
已知锅炉入口温度为900℃时，循环气体各组分含量及各组分比热容见表1。

900℃时循环气体的平均比热容：
C′＝1.3786×78% +2.1677×15%＋1.3974×6%＋1.3221×1% =1.4975 kJ/(m3·℃) 循环风量F=1.8×l05m3/h为定值，则当锅炉入口温度升高10℃时，余热锅炉可多吸收热量：
Q′= F t C′＝1.8×105×l 0×1.4975 = 2.6955×106 kJ
设定Q′热量传递至余热锅炉可多产y′吨蒸汽，则生产y′吨蒸汽所需热量：Q5′= (3323－436)×1000y′+(1135－436)×1000×2%y′=2.901×106y′余热锅炉散失于周围大气中的热量：
Q6′= Q5′qe = 2.887x 106y′×1.2% = 3.481×104y′
由能量守恒定律：Q′=Q5′+Q6′，即：
2.6955×106 = 2.901×106 y′+
3.481×104 y′(2)
整理得y′= 0.92 t
即当循环风量控制在1.8×105m3/h时，锅炉入口温度每升高10℃，余热锅炉多产0.92t/h 蒸汽。

表1 900℃循环气体各组分含量及平均比热
组分N2 CO2 CO H2
组分含量，％78 15 6 1
平均比热，kJ/(m3·℃) 1.3786 2.1677 1.3974 1.3221
2.2 烧损率与锅炉入口温度的计算
焦炭燃烧产生热量为33850kJ/kg，干熄炉焦炭处理量140t/h，干熄炉系统传热效率为定值83%。

当烧损率每增加0.1％时，锅炉可获得热量：
Q7 = 33850×l40×1000×0.1%×83% = 3.9334×106 kJ/h
循环风量F=1.8×105m3/h , 900℃时循环气体平均比热容C′=1.4975kJ/(m3·℃)，则当
锅炉接受Q7的热量后，在循环风量F=1.8×105m3/h为定值时，锅炉入口温度的上升值：t′=Q7/FC′=3.9334×106/(1.8×105×1.4975)=14.59℃(3) 综合式(2)、(3)，当烧损率增加0.1％时，蒸汽发生量将增加1.34 t/h，因此，可认为烧损率与锅炉入口温度及蒸汽发生量均成一次线性关系。

2.3 影响锅炉入口温度的其他因素
2.3.1 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，严重影响锅炉的蒸汽产量；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1000～1500m3/t。

武钢1、2号干熄焦装置最大处理焦炭能力为155t/h，风料比设定为1285m3/t, 则干熄焦循环风机最大风量为 1.99×105m3/h。

而干熄焦装置满负荷生产时，排焦量在120～140t/h，则风量控制在（1.7～1.8) ×105m3/h为宜。

2.3.2 冲氮量的控制
经由风机前、风机后、干熄炉底部顶吹等各处充氮阀向系统内充入氮气，可以起到降低循环气体中可燃气体成分含量以及补充循环气体的作用，但是副作用也较为明显。

首先，向系统内冲入氮气会造成整个系统压力的波动，提高了调节难度，严重时会导致预存段压力调节阀的调节失灵，引发事故；其次是向系统内冲入氮气将会造成整个系统温度下降，从而使锅炉的蒸汽产量有所降低。

因此，干熄焦正常生产时只要调节得当，通过调整空气导入量和循环气体放散量，即可使可燃气体成分处于受控状态，不必向系统内通入氮气。

3 结论
(1) 计算结果表明，干熄焦焦炭烧损率可通过焦粉产率来控制，焦粉产率为2.06％时，焦炭烧损率为0.825％左右，此时的蒸汽产能收益较好。

(2) 控制焦炭烧损率可通过控制循环气体中可燃成分、保持系统的密封性和维持预存段压力稳定等手段来实现。

(3) 当循环风量控制在1.8×105m3/h时，锅炉入口温度每升高10℃，余热锅炉可多产0.92t/h蒸汽，而烧损率每增加0.1%，锅炉入口温度可提高14.59℃，余热锅炉多产1.34t/h 蒸汽。

(4) 确定适当的风料比、严格控制系统的冲氮量及提高上游焦炉产量也是影响锅炉入口温度的重要因素。