焦炭预热烘干浅谈
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焦炭预热烘干浅谈
作者：张铭王素梅
来源：《中国科技纵横》2013年第08期
【摘要】针对焦炭含水量高对高炉生产带来的不利影响，利用热风炉废烟气对焦仓内焦炭进行预热烘干，可有效降低焦炭水分，为高炉稳定顺行提供有利条件。
【关键词】焦炭烘干焦炭水分
1 前言
燃料是高炉冶炼中不可缺少的基本原料之一。
现代高炉都使用焦炭做燃料，焦炭在高炉冶炼中主要作为发热剂、还原剂和料柱骨架。
焦炭在风口前燃烧放出大量热量并产生煤气，煤气在上升过程中将热量传给炉料，使高炉内的各种物理化学反应得以进行。
高炉冶炼过程中的热量有70%～80%来自焦炭的燃烧。
焦炭燃烧产生的CO及焦炭中的固定碳是铁矿石的还原剂。
焦炭在料柱中占1/3～1/2的体积，尤其是在高炉下部高温区只有焦炭是以固体状态存在，它对料柱起骨架作用，高炉下部料柱的透气性完全由焦炭来维持。
另外，焦炭还是生铁的渗碳剂，焦炭燃烧还为炉料下降提供自由空间。
在高炉炼铁生产中，入炉焦炭水分变化对其生产影响很大。
焦炭水分含量大于7%，每增加1%的水分约增加焦炭用量1.1%～1.3%[1]。
造成入炉焦炭水分偏高的原因：（1）湿法熄焦时渗入水分，通常为2%～6%。
（2）焦炭气孔结构的影响。
当生产配煤的挥发份偏高，造成了焦炭的气孔大而薄，蜂窝焦增多，将会导致焦炭的吸水性增强，致使焦炭水分升高。
（3）露天存放。
（4）外购焦炭质量无法控制，水分含量高。
过高的焦炭水分将导致槽下筛分效果差，入炉焦粉增多，将恶化高炉的透气性进而影响高炉顺行，使产量大幅下降；过高的焦炭水分将降低高炉炉顶煤气温度，导致干法布袋除尘器的布袋板结、破损，在煤气含尘量较高时，使加热炉的蓄热体渣化、孔隙堵塞，影响加热炉寿命；过高的焦炭水分还使煤气中的水汽含量大增，降低了煤气热值，冷凝水也易使煤气管道、TRT叶片受到腐蚀，同时影响煤气发电量。
随着焦炭资源短缺的逐步加剧，高炉使用的焦炭价格上涨，质量下降，如何在这种情况下降低焦炭消耗，将不利因素的影响降到最低，是每个钢铁企业为降低生产成本和工序能耗均要面对的问题。
在高炉使用外购焦炭比例比较大、料场储存条件差，原料受降雨影响较大的情况下，采用焦炭烘干技术是一条简单易行的途径。
2 焦炭烘干技术
2.1 焦炭烘干用热源
目前国内焦炭烘干用热源一般有两种：一是使用加热炉给焦炭进行烘干，具有烘干时间短，去湿焦水分效果好的优点，但需要另建加热炉，占地面积大，投资大，烘干焦炭需要燃烧煤或焦炭，焦炭烘干成本高。
二是利用热风炉烟道废烟气烘干焦炭，具有投资少，不需要另建加热炉，占地面积小。
烘干焦炭不需要燃烧煤或焦炭，焦炭烘干成本低。
符合科学发展，循环经济的要求。
当前热风炉废气余热回收途径主要有：（1）利用整体或分离式换热器预热热风炉使用的空气和煤气；（2）利用废气作为喷煤车间制粉工序的煤粉烘干和气氛惰化。
热风炉废气余热数量大，但品质低，至今仍有大量热量没有得到利用。
利用热风炉废气对焦炭进行烘干，减少焦炭水分对高炉及煤气用户的影响，是实现热风炉余热利用，改善高炉顺行的一条途径[2]。
2.2 焦炭烘干方案
烟气经过空气、煤气预热器余热回收后温度：100-200℃
烟气不经过空气、煤气预热器余热回收后温度：180-310℃
焦炭着火温度为450℃-650℃，热风炉烟气无论是否经过空气、煤气预热器其温度都远低于焦炭的着火温度。
用热风炉烟气来烘干、预热焦炭不会引燃焦炭，能够确保安全生产[3]。
由热风炉与烟囱之间的烟气总管开口引出预热总管，将烟气引至高炉槽下处，在预热总管末段安装引风机一台，对预热烟气助力。
在焦炭仓前分成预热支管，分别通向每个焦仓，对仓内焦炭预热。
在每个焦仓上部安装排气管将预热焦炭后的烟气直接排空，为防止外排的烘干烟气因夹杂有焦炭微粉对环境造成影响，每个排空管道安装过滤网，定期更换。
在烟气总管开口附近、预热总管上安装电动调节阀一台用以控制烟气总管流量，在预热支管上安装电动调节阀用以调节各焦炭仓支路烟气流量。
为确保安全起见，在风机入口前安装煤气在线监测系统，当煤气浓度达到l%时，远程控制报警，当煤气浓度达到3%时实现联锁保护停机，避免过量煤气进入焦炭仓，对槽上工作人员安全构成威胁。
同时，槽上工作人员应随身携带便携式煤气检测器。
该系统布置见图l。
2.3 焦炭烘干理论计算
（1）焦炭烘干所需的总热量：
其中：Q1——焦炭从起始温度加热到终点温度所吸收的热量
Q2——焦炭烘干的水分蒸发所带走的热量
Q3——焦炭中的终点水分从起始温度加热到终点温度所吸收的热量
C——物料的比热
m——物料的质量
Δt——终点温度与起始温度的温度差
（2）焦炭烘干所需的烟气量：
其中：C始——热风炉废烟气起始温度的热焓
C终——热风炉废烟气终点温度的热焓
（3）风机风量：
其中：k1——风机系数，一般取1.2
（4）风机功率
其中：k2——富裕系数，1.15～1.5
p——风压
γ——风机效率，0.55～0.8
2.4 安全措施
（1）热风操作要保证一定过剩空气系数，使煤气燃烧充分，防止残余煤气大量进入料仓，气压低和阴天上料时岗位有人监护，保障岗位操作人员的安全。
（2）长期不使用的焦仓内焦炭不能长时间通入废气预热烘干，以免因长时间预热烘干，焦仓内部温度较高，加之在自然通风状态下焦炭会自燃。
（3）进入焦仓的废烟气温度需要控制，焦炭内部夹杂的竹木片、纸张、塑料等着火点250℃左右，废烟气温度过高容易引起焦仓内焦炭着火。
（4）焦炭烘干程度要考虑高炉炉顶温度符合高炉炉顶设备和后续布袋除尘箱体对煤气温度的要求。
（5）施行焦炭烘干后，焦槽上部水汽比较大，机械设备易生锈，电气设备易产生短路，需要良好通风条件，条件允许情况下在料仓上部增加气楼。
3 结语
随着焦炭资源短缺的逐步加剧，高炉使用的焦炭价格上涨，质量下降，通过对焦炭在入炉前进行预热、烘干，减轻了由于使用多家外购焦炭，水分较高且不稳定，而带来的炉顶温度波动大、炉况难以掌控等影响，使用的焦炭水分降低且含量均衡，对高炉冶炼顺行及对提高炉顶温度、降低焦比等有较明显改善，为TRT发电提供有利条件。
参考文献：
[1]项中庸，王筱留.《高炉设计——炼铁工艺设计理论与实践》.
[2]葛红英，管遵伟.《青钢高炉焦炭烘干技术的应用》.
[3]李明福，王鸿雁，孙冰，李华.《焦炭烘干预热工业实践》.。
