干熄焦焦炭烧损研究干熄焦焦炭烧损研究 马钢煤焦化公司 杨建华 安徽工业大学 崔 平 前言前言 自干熄焦技术广泛工业化应用以来，焦炭的烧损率是人们重点关注的问题之一。由于工业上计量方法、计量精度难以满足准确测试焦炭烧损的要求，并且烧损值与与工艺运行状况关系甚大，以至于烧损值众说纷纭。 马钢煤焦化公司与安徽工业大学化工学院合作开展了干熄焦工艺运行优化的研究，选择了两套干熄焦系统进行不同工况下的相关测试，对干熄炉、干熄焦锅炉作了物料平衡、热量平衡、火用分析；对干熄焦过程的焦炭烧损进行了系统研究，包括不同装置、不同工况时的焦炭烧损测试，在实验室进行了焦炭溶损的动力学研究。下面概要介绍有关研究结果。1 干熄焦焦炭烧损过程分析干熄焦焦炭烧损过程分析 除了装焦时，干熄炉预存室中气体是基本静止的，因此焦炭在预存室的烧损可以忽略不计；冷却室斜道1/2处的温度在700左右，可以认为斜道1/2以下部位的焦炭没有与循环气体发生反应；一次除尘器的气体温度远在焦炭起始反应温度之上。 从以上干熄焦系统的温度分布看，各部位焦炭的烧损如下：一次除尘器内循环气体的一氧化碳、氢等可燃组分与导入空气中的氧混合燃烧生成二氧化碳、水，剩余的氧使循环气体夹带的焦粉燃烧生成二氧化碳。降温后的循环气体进入干熄炉，在斜道1/2以上部位，发生焦炭与二氧化碳、水汽的反应，生成一氧化碳，少量的氧也与焦炭反应生成一氧化碳。 从以上分析可知，在干熄焦系统中的焦炭损耗是碳溶损为主，燃烧损耗主要发生在一次除尘器，烧的是焦粉。焦炭烧损测试焦炭烧损测试 由于现场生产条件所限，进入干熄炉的红焦质量及排出干熄炉的冷焦质量很难准确测定。最直接、便利的测定烧损的办法是测放散气体量及其含碳量（二氧化碳、一氧化碳），由于放散装置上没有合适的测定位置，为了测试，在生产中进行改造是不现实的，我们近似地认为导入气体（空气、氮气）量等于放散气体量（实际反应产物的摩尔数略大于导入气体的摩尔数），采用循环气体的碳平衡测定焦炭烧损。 循环气体中可燃成分的控制与焦炭烧损和产汽率有密切的关系。循环气体经换热除尘后，从干熄炉底部进入，与自上而下的炽热焦炭进行逆流换热，气体中CO2与焦炭发生碳溶反应，生成CO，带有大量CO 的循环气体进入环形风道，然后与空气导入孔进入的空气混合，CO 与空气中的O2 反应生成CO2，从而降低了循环气体中的CO 浓度，使CO 浓度保持在一个安全范围，测试数据表明，提高出入炉循环气体CO的百分比导致烧损率降低。 一般情况下经由空气导人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。通过两批测试分析计算可以看出，适当的减少入干熄炉循环气体中CO2含量，增加CO含量，有助于控制焦炭的烧损量。在保证安全的前题条件也因该寻求一个空气导入合适适量来控制其残余O2与焦炭的反应。并控制放散气体的量来平衡出干熄炉气体成分的含量。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。但是从提高经济效益角度考虑，对于整个干熄焦系统来讲，在保证降低烧损率的同时还要考虑到锅炉产汽量，只有两者达到相对状态的平衡才能才能对整个系统起到优化的作用。 我们进行了两套干熄焦装置在不同工况时的焦炭烧损测试，通过调整循环风量、导入空气量、调整料位、控制循环气体成分等，测得烧损值最低1.11%，最大1.85%，通常在1.3%-1.5%。3 焦炭溶损动力学研究焦炭溶损动力学研究 焦炭在干熄炉中的损耗主要是与水汽、二氧化碳发生溶损反应。有研究表明，水汽与焦炭的溶损反应起始温度在790，二氧化碳反应的起始温度则要高50。 我们在实验室采用焦炭热失重法进行了焦炭二氧化碳溶损反应动力学研究。不同质量的焦炭的动力学特性是有一定差异的，我们以马钢的焦炭为研究对象。 研究结果表明：焦炭与二氧化碳的起始反应温度为850左右，不同粒级的焦炭起始反应温度不同。对于粒径在6mm-10mm的焦炭，起始反应温度范围大致在900左右，而剧烈反应温度在1180左右；对于粒径在10mm-20mm焦炭，起始反应温度范围大致在910-920左右，而剧烈反应温度在1200左右；对于粒径在20-25mm的焦炭，起始反应温度范围大致在930-940左右，而剧烈反应温度在1220左右；对于粒径在25mm-40mm的焦炭，起始反应温度范围大致在940-970左右，而剧烈反应温度在1230-1240左右。 因此，在干熄炉内，正常工况下首先熔损的是粉焦，其次是小块焦炭，最后才是大块焦炭。即起始反应温度的先后顺序为：粉焦焦丁中块焦炭大块焦炭。可以认为在实际的生产过程中，大块焦炭的熔损是非常小的。 焦炭与二氧化碳的反应是气固反应，反应速度是温度和二氧化碳浓度的函数。在焦炭表面进行反应，并得到反应产物，在这一反应同时，反应气体还通过气孔向焦炭内部扩散，并且边扩散边与气孔壁进行反应。因此这个化学反应既包括表面反应，也包括内部反应，以谁为主，视反应温度而定。反应温度1300时，反应完全由扩散控制。 焦炭在干熄炉中的最高温度仅1000左右，在冷却室斜道1/2处温度已经低于起始反应温度了。即焦炭在干熄炉内的溶损历程是比较短的。这就是我们在现场测试时，极端工况下，焦炭的烧损也只有1.85%的原因。结语结语 (1)焦炭在干熄炉中的损耗以溶损为主，溶损反应仅仅发生在斜道1/2以上至斜道顶部位置。 （2）干熄焦系统中焦炭的溶损主要是粉焦及少量的20mm以下的小粒焦炭。 (3)导入空气量增加，使得循环气体的二氧化碳含量增加，略微增大焦炭的溶损。提高一氧化碳含量时，焦炭的溶损减少，但是放散气中的碳损失大了。因此，宜在产汽量与焦炭溶损之间寻找最佳工况。（4）在循环气体系统气密性完好时，不同工况下焦炭烧损测定表明，马钢焦炭的烧损在1.3%-1.5%。工况的变化对焦炭的烧损有一定的影响，但是通常影响不大。谢 谢！