干熄焦工艺对焦炭质量的影响研究

张玉玉

摘要：当下，我国经济的发展不再是以牺牲环境作为代价，而是要实现环境效益与经济效益的协同，要持续、有效的发展经济，降低对生态的破坏与对资源的消耗量。我国积极推进了节能减排，并强调对能源生产行业、重工业、排污行业等的产能优化力度，以减少这些行业对资源的消耗量，降低各类生产污染物质的排放量。当下，我国工业发展道路跟随能源生产的变化而不断转变。焦炭作为我国钢铁生产、能源生产等行业中均需要用到的必要原料，焦炭的质量影响着工业生产质量，影响到工业产品的生产效率等，除此之外，以焦炭作为生产原料的工业生产会带来较大的污染，给周围环境造成破坏，对生产人员的身体健康与生命安全造成一定的影响。改进焦炭的生产工艺，降低环境污染成为了我国工业领域中相关学者的重点研究课题，有学者提出了以干熄焦工艺来实施生产，可提升焦炭质量，减少污染物的排放量。本文则对此展开研究，探究干熄焦工艺对焦炭质量的具体影响，并为该领域学者的研究提供参考。

关键词：干熄焦  焦炭  质量  影响  湿熄焦

焦炭作为我国工业生产中需要用到的一种重要原料，可以说，焦炭的质量将会直接影响到各类工业产品的生产质量，因而如何提升焦炭的生产质量，发挥焦炭原本在工业生产中的作用，降低焦炭燃烧过程中的能耗问题引起了社会各界的广泛关注，而干熄焦作为一种焦炭生产的新技术、新工艺，其能够有效保障焦炭生产的质量，此工艺主要是利用惰性气体来对处于高温、红炽状态的焦炭进行冷却，且冷却速度较快，避免了以往传统工艺应用时的焦炭消耗量，起到了节约能源的作用，除此之外，也可保障降温、冷却后的焦炭的质量，在最终生产时，可极大程度上降低污染物的排放量[1]。由于干熄焦工艺的先进性与应用优势，其已经被广泛地应用到了各类大型能源、工业生产行业中，为探究干熄焦工艺对焦炭质量所产生的具体影响，分析干熄焦工艺是否具备着较大的应用优势展开了相应的研究工作。

1 干熄焦工艺概述

从我国当下对能源生产、工业生产的发展态度与期望来看，节能减排、绿色发展必然是其未来的主要发展趋势，而干熄焦工艺则完全符合国家对工业发展的这一要求，其能够起到节约能源，降低能耗与降低污染排放的作用，对于保护环境、提升焦炭质量等都有着重要的优势。

1.1 干熄焦工艺的应用原理

将正在焦炉生产中的焦炭利用惰性气体来进行熄灭操作，以惰性气体来加快降温速度，并且还可实现对熄灭时的热量的有效回收。通过对干熄焦工艺的运作原理进行分析，可发现在一般情况下会利用惰性气体回收的热量来加温锅炉，直至形成蒸汽，并利用汽轮机来进行发电，实现了对剩余热量的再次利用。通过高温的惰性气体来实现水热温度的焦化，循环对焦炭剩余热量的利用，甚至可以将焦炭的温度逐步冷却到200 ℃以下[2]。

1.2 干熄焦工艺对于焦炭质量的影响

采用干熄焦工艺来展开焦炭的冷却与能源的回收，会对焦炭的质量造成一定的影响。一般来说，采用此种方式对焦炭进行冷却时，空气中的氧气会与焦炭发生反应，生产二氧化碳，若直接排放出去，則会对空气造成严重污染，同时也可能会引发生产人员发生二氧化碳中毒事件，而在焦炉内部的高温下，干熄焦工艺还会将二氧化碳转变为一氧化碳。若按照此方式持续进行运作，焦炭还可能会在热力作用下产生一氧化碳、氢气、甲烷等气体，这些气体共同处于一个较为密闭且温度较高的空间内，就极有可能发生爆炸，对企业生产与经济效益造成影响，更为重要的是，还可能会造成人员伤亡。为避免此类情况的发生，就必须要在相对密闭的空间内注入惰性气体，持续对易燃易爆气体进行稀释，如此则可有效地防止爆炸事故的发生，在以往干熄焦工艺的应用中，采用的是湿熄焦工艺，而这一工艺的应用则会导致焦炭内部存在应力集中的这一问题，无法保障焦炭的质量。干熄焦工艺的应用则很好地避免了这一问题，干熄焦工艺的应用很好地吸收并利用了焦炭残留的热量，在保障焦炭完整性的基础上，保障了焦炭的质量，杜绝了焦炭内应力集中的问题。

2 干熄焦工艺对焦炭质量产生的作用变化分析

2.1 焦炭强度变化

焦炭的质量体现在于焦炭的反应性、强度等方面，焦炭强度作为一项重要的指标，不论是在干熄焦还是在湿熄焦工艺的应用中，均常常用作于体现焦炭的整体质量。焦炭强度过小时，在运输、装卸等过程中极为容易发生破碎，且会影响到后期的使用，如在燃烧时，可能存在着燃烧速度过快，导致炉内温度较高，或者造成资源浪费等情况[3]。一般来说，焦炭的强度较大时，则难以燃烧，为使得焦炭充分燃烧，就不得不采取必要的手段降低焦炭的强度，将焦炭击碎成多个小型焦炭，以增加燃烧面积的方法助推焦炭的燃烧，但这也会阻碍工业生产的进度，从长远来看，对我国工业生产会造成较大的影响。采用干熄焦工艺来生产焦炭，将惰性气体均匀且快速地分布于红炽状态的焦炭周围，使得这部分处于红炽状态的焦炭实现自上而下的均匀冷却，除此之外，以这样的方式来进行冷却可很好地释放了焦炭内部气孔所产生的应力作用，这就使得焦炭内部的结构更为均匀，且也提升了焦炭的强度。

对以往所采用的湿熄焦工艺进行分析，可发现湿熄焦是通过水来对焦炭实现冷却，达成冷却的这一目的，而这就会产生水蒸气，并与焦炭发生化学反应，反应方程式为：C+H2O→高温→CO+H2，破坏了碳分子结构，造成气孔数量的增加。而干熄焦工艺的应用不会涉及到用水，因此也就直接避免了这一化学作用，不会对焦炭内部的分子结构造成影响[4]。

2.2 均匀性的提升

焦炭并非煤炭，焦炭是基于煤炭的基础上，在1000 ℃的高温条件下经过干馏制作的方式而制成的产物。然而，由于煤块本身的大小不一，强度不一等，所制成的焦炭质地不均匀，可能存在着较多的问题，比如焦炭强度不足，焦粉率存在较大问题等，大小不一的焦炭，均匀性差异较大，对焦炭的最终应用效果也会造成直接的影响，比如导致部分焦炭在工业生产中难以完全被燃烧，造成资源的浪费，加重企业的生产成本负担。除此之外，对于部分未能完全燃烧的焦炭，工作人员在进行处理时也可能将其与完全燃烧后的焦炭残留物质一同清理，这就对周围的环境造成了污染，阻碍我国建设资源节约型、环境友好型社会，且还会阻碍我国双碳目标的实现。采用了干熄焦工艺后，焦炭在干熄炉中会与惰性气体相交融，完成整个冷却过程，焦炭也将在干熄炉中发生碰撞，此时大块的、强度不足的焦炭则会开裂，形成一个个小块的焦炭，将干熄炉内的全部焦炭的大小呈现出均匀状态，提升均匀性。如直径在60 mm以上的焦炭被称为大颗粒焦炭，而这一类焦炭由于形状较大，往往难以充分燃烧，若不将其进行分解，分解成小颗粒的焦炭，将会造成资源的浪费。而在采用了干熄焦工艺后，焦炭的均匀性明显得到了提升。BEE19C3B-A6A0-4F19-BD83-66E6CB31160A

2.3 焦粉率的提升

在采用了干熄焦工艺后，可明显提升焦粉率，这是由于惰性气体的降温仅是针对于焦炭本身，在降温冷却的过程中还将造成焦炭发生摩擦、碰撞，这又进一步提升了焦粉率。在传统的湿熄焦工艺应用中，采用水进行冷却，而水分可降低焦粉率，使得原本形成的焦粉会与焦炭相结合[5]。那么惰性气体会为何会增加焦粉率，这是因为惰性气体在与焦炭发生反应的过程中，会造成了焦炭表层的脱落，最终就会提升焦粉率。但是在焦粉率提升的同时，也需要注意炉中的空气含量，若是火炉中的空气含量较高，氧气较足，相对密闭空间中的氧气、焦炭、焦粉、高温等发生相互作用，这就会造成粉尘爆炸，给生产人员的生命安全造成极大的影响。

2.4 反应性的降低

焦炭的反应性主要指的是表面的气孔结构与焦炭表面的致密性，而通过对焦炭的表面结构与质量来进行分析，可发现，对于焦炭而言，若气孔越小，气孔数量越少，若是表面致密性较大，那么焦炭的反应性也就越低，从焦炭的燃烧性质来进行分析可知晓焦炭反应性越低，那么焦炭在燃烧过程中也就越不容易与其他物质发生反应，这可很好地避免焦炭在燃烧中与其他物质发生反应后而造成焦炭质量受到影响，发生较大的损耗的问题。在能源生产及其他需要用到焦炭的生产行业中对于此类焦炭的需求量较大，其在燃烧过程中不会与其他物质发生反应，燃烧所取得的热能可全部用于生产。而要想制作此类焦炭，就必须要通过干熄焦工艺来降低焦炭的反应性。在干熄焦工艺应用过程中，不会涉及水的使用，这就不会在降温过程中导致水与焦炭在高温作用下发生化学反应，即“C+H2O→高温→CO+H2”的反应方程式，也就不会造成焦炭表面的气孔增多。且采用惰性气体进行降温、冷却之前，还需要静置一段时间，这一段时间可供焦炭自行降温，其内部结构也会有所收缩，提升表面精密性，在引入惰性气体之后，焦炭的反应性则会进一步降低。

3 实验论证

为分析干熄焦工艺的具体应用优势，探究干熄焦工艺相比于传统的湿熄焦工艺，其优点体现在哪些方面，就需要以实验的方式来进行论证。本次实验采用的是某一大型焦化厂6 m的焦炉所生产出来的红炽状态的焦炭，依照干、湿熄焦两种工艺来展开具体的研究处理工作，其中，干熄焦工艺的应用选择的是140 t/h干法熄焦方式，而湿熄焦则采用冷却水进行喷洒，喷洒时间持续80～120 s。而本次研究中选择对比的各项指标包括工业分析、气孔率、密度等，具体的研究结果如下。

3.1 工业分析

通过工业分析的方式来探寻两种熄焦方式应用后所得到的焦炭的灰分、硫含量等，而通过对比后，发现各项数据均无明显的差异，在焦炭工业分析的各项指标中两种熄焦方式所得到的焦炭无明显差异，P>0.05，但干熄焦的水分及挥发量却相对较低，这是需要引起重视的一点，具体焦炭工业分析数据如表1所示。

3.2 气孔率与密度

从两种熄焦方式应用后得到的焦炭样本的气孔率及密度等方面来进行分析可发现，两者之间存在着较大的差异，用Ps来表示干熄焦的气孔率，可发现明显高出湿熄焦，总气孔率Pt则明显更低，两者之间差异极大，P<0.05。若从密度这一项目进行观察，可发现干熄焦得到的焦炭真密度d及视密度dA均要高于同一项目中的湿熄焦，这主要是因为在采用了干熄焦工艺之后，缩合作用会导致焦炭的真密度有所提升，具体数据如表2表示。

3.3 強度

强度与焦炭质量直接相关联，强度在某种程度上看可以是焦炭质量，与焦炭质量直接挂钩，而在采用了干熄焦的工艺之后，焦炭冷热态度得到了显著性的改变，冷热强度明显提升，而这就使得焦炭的显微强度MSI得到了一定程度上的提升，此时，干熄焦工艺得到的焦炭缩聚性能也将得到提升，焦炭密度增大，在一连串作用的影响下，焦炭的气孔壁质量也会持续提升[6]。与之相反的是，采用湿熄焦工艺方式所得到的焦炭，其强度、致密性、气孔壁质量等均与干熄焦得到的焦炭有着较大的差异，具体数据如表3所示。

4 结语

总而言之，伴随着我国对节能环保要求的越发重视，对各地大型工业企业的生产进行持续的监督与控制，调节能源供应与能源生产，实现节能减排势在必行。而要想实现这一目标，就不得不重点考虑焦炭质量以及对焦炭的处理，提升对焦炭的利用率，降低污染物排放量。采用干熄焦工艺可很好地提升焦炭质量，提升均匀性，降低反应性，保障生产出的焦炭具备良好的性能，相比于以往所采用的湿熄焦而言，干熄焦工艺能够提升我国焦炭生产的总体水平。

参考文献

[1] 乔双鹏，鞠国强，翟淑东，等.干熄焦提升机差动减速器速比计算[J].起重运输机械，2021（11）：56-60.

[2] 徐荣广，关少奎，黄海龙.干熄焦系统中硫化物产生及其变化规律[J].中国冶金，2020，30（11）：6-10.

[3]260 t/h超大型干熄焦高效稳定运行技术开发与应用[J].中国冶金，2020，30（10）：105.

[4]孙喜燕.干熄焦工艺对焦炭性能的影响[J].山西化工，2020，40（3）：72-74.

[5]巩强.干熄焦工艺对焦炭质量的影响[J].当代化工研究，2020（3）：102-103.

[6]陈静升.碎煤热解半焦干熄焦工艺的研究与开发[J].煤化工，2018，46（6）：8-10，18.BEE19C3B-A6A0-4F19-BD83-66E6CB31160A