用烧损率标定干熄焦绩效操作实践

2018-01-17张为斌李剑利王新会李学志

河南冶金 2017年6期

曹文张为斌李剑利张渊王新会李学志

(安阳钢铁股份有限公司)

0 前言

干熄焦生产过程中，由于气体循环系统负压段的严密性，开启炉盖装焦等因素的影响，会吸入一定量的空气，其中的O2在通过干熄炉红焦层时会与焦炭发生反应，生成CO和CO2；其次，空气中的水份与红焦发生反应生成H2；另外，红焦在干熄炉预存段进一步热解生成H2和CH4。因此，在干熄焦的循环气体中会存在H2、CO、CH4等可燃成分。

为了保证系统的安全，需要有计划地导入一定的空气，使其与可燃成分完全燃烧，从而控制循环系统的气体可燃成分浓度在安全范围内。但导入的空气在与可燃成分燃烧的同时，也与红焦发生反应，从而造成焦炭的烧损，影响焦炭的产量，增加焦炭的灰分，减少焦炭产量，同时使得排焦温度升高。

1 存在问题

1.1 循环气体组分变化大

循环气体的成分的变化，主要发生于红热焦炭装料的过程，循环气体中的氧与焦炭的反应以及残余挥发份的析出。为了防止CO、H2等可燃成分浓度达到爆炸极限，需要严格控制可燃成分的浓度，一般采用导入空气法或充氮法进行控制。

循环气体的组成，受熄焦装置本身严密性的影响，生产能力愈大和冷却段出口温度越高，则循环气体中可燃成分的浓度也越高。导入空气控制法经济方便，但吸入空气将可燃成分烧掉的同时，锅炉入口温度将升高，排焦温度升高，也会造成一部分焦炭的烧损。循环气体中所含可燃组分增加，在很大程度上使干熄焦装置操作困难，设备易爆，循环气体剧毒性增加，以此作为控制循环气体成分的参考依据，其可燃成分对排焦温度影响见表1。

表1 可燃成分对排焦温度的影响

循环气体成份CO控制值0～6%，完全燃烧可燃成分，致使在装焦间隔时间内，安钢75 t/h干熄焦平均空气导入量为3 120 m3/h，做物料衡算计算得出烧损率为1.79%，每日增加焦炭烧损量达120 kg。

1.2 周边温度不均衡

75 t/h干熄焦由于排焦过程中出现温度不均衡、风料比不匹配的情况等多种因素影响，经常出现周边温度偏差较大，在生产负荷波动时，同一水平面上的温度差达到200 ℃左右，并且时有花焦出现；不仅对运焦皮带产生不利影响，而且在此生产过程中焦炭烧损增加。为了杜绝花焦，降低排焦温度，增加循环风量过大时，造成能耗浪费，干熄炉热效率降低。

1.3 系统严密性的影响

循环系统的严密性对焦炭烧损的影响十分明显。安钢75 t/h干熄焦一次除尘器高温膨胀节由于膨胀节内耐材脱落，膨胀节顶部波纹管烧穿泄漏，造成大量空气漏入和系统严密性降低，在循环系统负压区域大量吸入空气后，由于负压系统是温度较低的区域，吸入的空气不能燃烧循环气体中的可燃组分，而是进入干熄炉与红焦发生氧化和不完全氧化反应，直接烧损焦炭。其中不完全氧化反应会使循环气体中的CO含量升高，需要再加入空气加以控制，因此系统的严密性对焦炭的烧损的影响是相当大的。同一套干熄焦装置，在严密性好时候，烧损率可以小于0.6%；严密性差时，烧损率可在2%左右。

2 改进措施

2.1 稳定循环气体组分

2017年4月，现场根据75 t/h干熄焦气体分析仪为参照，我们采用开氮气充入阀，持续补充氮气，同时适当调节预存段压力调节阀调整放散量。但因为生产氮气压力为0.6 MPa，而循环系统压力仅为3.2 kPa，极大的压力波动影响系统的稳定性，很容易造成焦炭浮起问题的发生，直接造成排焦温度的升高。过多的空气导入量，使系统氧含量增加，焦炭氧化反应加剧，造成焦炭烧损和排焦温度的升高。经过对焦炭烧损的分析，控制CO浓度在2.5%～6%，可以较好地降低空气导入量，尤其在焦炉检修时间，空气导入量可以从3 500 Nm3/h降低到2 016 Nm3/h，可以减少42%的空气导入量。每小时可以减少13.9 mol的氧与焦炭反应，降低因烧损产生的热量13.9×34 047 kJ/mol=473 678.8 kJ。按排焦量为30 t/h计算，可降低排焦温度8 ℃。(1 000 ℃焦炭的比热容为1.465 kJ/kg·℃, 100 ℃的焦炭比热容为0.808 kJ/kg·℃)

2.2 采用正交试验确定风料比

影响周边温度的主要因素分别为：排焦量、循环风量以及中央与周边进风量比等。为降低排焦温度， 2017年5月通过试验来确认并调整气料比控制范围，进一步稳定系统排焦。决定采用正交试验来选定合适的操作条件，以实现精细化控制。

(1)试验目的：通过正交试验找出最佳工艺控制条件。

(2)考察指标：周边温度≤250 ℃。

(3)确定试验选取的因素和位级：因素A：锅炉入口温度，因素B：排焦量，因素C：循环风量，因素D：中央与周边进风量比。

(4)选取4因素3水平进行试验，具体参数和试验过程见表2、表3。

表2 正交试验因素及位级表

表3 L9(34)正交试验表

另外，又进行了补充试验。依据级差分析，理论周边温度最佳为：A2B1C3D3。但是，根据现场实际要求，C3风量为 80 000 m3/h时的周边温度为213 ℃， C2风量为75 000 m3/h时的周边温度为239 ℃，后者在节省电能、防止焦炭浮方面更符合要求，故选择最佳方案为：A2B1C2D3。因此，确定最佳气料比为75 000 m3/h÷65 t/h≈1 150 m3/t。

最终，选定当前操作条件为:中央与周边进风量比为1:0.95，排焦量为65 t/h ，循环风量为75 000 m3/h，锅炉入口温度为925 ℃ 。

2.3 膨胀节耐材改进

年修期间，对膨胀节的原波纹管耐材浇注结构进行砌筑耐火砖拱顶结构改造，断面两侧预留的膨胀缝用陶瓷纤维毡压实。侧墙用粘土砖，非工作面层用高铝质轻质砖，中间设滑动层砌筑。拱顶拱角设计为38 °，用莫来石耐火砖和高铝质轻质砖砌筑，两侧和拱顶伸缩节伸缩位移和膨胀缝均改为在两边各留45 mm，膨胀缝和伸缩位移总宽度为90 mm。拱顶砌筑完成后，在拱顶上部回填保温轻质粘土，膨胀节上部外保护罩是用软连接进行密封，保证一定的伸缩度同时也防止雨季雨水渗透侵蚀。上部膨胀节原浇注耐材损坏如图1所示，改进后的砌砖耐材结构如图2所示。