王海波 溫琛 王會(huì)德（河北鋼鐵集團(tuán)邯鄲鋼鐵公司 邯寶焦化廠，河北 邯鄲 056015）

優(yōu)化加熱制度，降低煤氣消耗，減少爐頂石墨

王海波 溫琛 王會(huì)德（河北鋼鐵集團(tuán)邯鄲鋼鐵公司 邯寶焦化廠，河北 邯鄲 056015）

介紹了影響焦?fàn)t爐頂空間溫度的主要因素，通過強(qiáng)化熱工管理，優(yōu)化加熱工藝制度，降低立火道火焰燃燒高度，優(yōu)化裝煤平煤操作，合理控制爐頂空間高度等方法，最終有效降低了爐頂空間溫度，減緩爐頂石墨生產(chǎn)速度，提高了焦炭產(chǎn)量，節(jié)約了加熱煤氣量。

焦?fàn)t；炭化室；石墨

邯寶焦化廠現(xiàn)有4×42孔JNX70-Ⅱ型復(fù)熱式焦?fàn)t，設(shè)計(jì)年產(chǎn)干全焦206萬噸。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)爐墻、爐頂、裝煤口、上升管根部等部位石墨生長(zhǎng)速度較快，造成焦?fàn)t裝煤口及煤車螺旋堵塞，爐門冒煙著火，裝煤量不足等問題時(shí)常發(fā)生，通過多次測(cè)量炭化室爐頂空間溫度，發(fā)現(xiàn)目前爐頂空間溫度偏高，基本在900℃左右，超過了國(guó)家煉焦行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的800±30℃要求。

1 石墨生成原因

煉焦過程中炭化室產(chǎn)生的荒煤氣在高溫作用下，大分子的碳?xì)浠衔锊粩喾纸?，最終裂解生成游離碳和氫氣，游離碳逐漸附著于墻面、爐頂與裝煤口等部位，游離碳日積月累最終形成石墨。石墨的形成速度與爐頂空間溫度有著十分密切的聯(lián)系，爐頂空間溫度越高則荒煤氣裂解程度越大，最終產(chǎn)生的石墨也就越多，若爐頂空間溫度偏高的問題長(zhǎng)期得不到解決，勢(shì)必影響生產(chǎn)。

裝煤量與爐頂石墨相互制約、影響，當(dāng)裝煤量不達(dá)標(biāo)時(shí)，造成爐頂空間溫度偏高，爐頂結(jié)石墨多，同時(shí)當(dāng)爐頂石墨多時(shí)，反過來又造成裝煤困難，影響裝煤量，進(jìn)而加劇石墨生成速度，形成惡性循環(huán)。

2 解決措施

為有效降低爐頂空間溫度，減緩炭化室石墨生長(zhǎng)速度，通過研究高爐煤氣在爐內(nèi)流動(dòng)情況、測(cè)量爐頂空間溫度、焦餅中心溫度等，進(jìn)行焦?fàn)t熱工參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整，同時(shí)改造推焦車平煤設(shè)備，優(yōu)化煤車裝煤程序，穩(wěn)定爐頂空間高度。

2.1 優(yōu)化焦?fàn)t加熱工藝

2.1.1 降低煤氣主管壓力

通過工藝手段，改變煤氣的高向加熱性質(zhì)，下移煤氣在立火道的燃燒中心，縮短煤氣燃燒火焰長(zhǎng)度，進(jìn)而降低爐頂空間溫度。

根據(jù)流體力學(xué)中的柏努利方程式：

從公式（1）中可知，保持煤氣流量不變，當(dāng)增大孔板和降低加熱煤氣壓力時(shí)，可減小加熱煤氣在立火道底部出口的噴射力，降低煤氣在立火道內(nèi)火焰燃燒高度，使燃燒中心下移。

現(xiàn)高爐煤氣主管壓力已由原來的1200—1300pa降至900—1000pa，改變煤氣高向加熱性，降低火焰燃燒中心，從而達(dá)到降低爐頂空間溫度的目的。

2.1.2 增加焦?fàn)t煤氣摻燒量

高爐煤氣熱值一般為3500—4100KJ/m3,之間，可燃成分低，用高爐煤氣加熱時(shí)，煤氣高向加熱性質(zhì)好，燃燒火焰較長(zhǎng)，燃燒中心較高，適當(dāng)增加焦?fàn)t煤氣摻燒量，可提高煤氣可燃成分，達(dá)到降低燃燒火焰高度的目的，進(jìn)而降低了爐頂空間溫度，同時(shí)還降低了煉焦耗熱量。通過多次調(diào)整焦?fàn)t煤氣摻燒比，最終確定焦?fàn)t煤氣摻燒量為4000 m3,/h左右。

2.1.3 降低標(biāo)準(zhǔn)溫度

根據(jù)測(cè)量爐頂空間溫度、焦餅中心溫度，同時(shí)觀察焦炭成熟度，對(duì)焦?fàn)t加熱標(biāo)準(zhǔn)溫度進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整。通過降低標(biāo)準(zhǔn)溫度，來降低爐頂空間溫度，與此同時(shí)可減少加熱煤氣量，節(jié)約煉焦加熱成本。

目前焦?fàn)t結(jié)焦時(shí)間19小時(shí)，在保證焦炭質(zhì)量合格的前提下，機(jī)側(cè)標(biāo)準(zhǔn)溫度已降至1260℃，焦側(cè)降至1310℃，焦餅中心溫度1020℃，比理論標(biāo)準(zhǔn)溫度降低15℃。

但因標(biāo)準(zhǔn)溫度的下調(diào)，將導(dǎo)致爐頭溫度降低，影響爐頭焦炭的成熟度，根據(jù)熱浮力差計(jì)算公式：

H:火道底至跨越孔距離，為常數(shù)

T下、T上:下降與上升氣流火道內(nèi)平均溫度

γ:熱廢氣的比重，約1.28

由上述公式（2）可知，當(dāng)爐頭一組火道上升與下降氣流存在較大溫度差時(shí)，將造成爐頭一組火道產(chǎn)生較大的熱浮力差，浮力差對(duì)2#火道加熱有利，而不利于1#火道的加熱，極易導(dǎo)致爐頭一組火道供熱不平衡，在降低標(biāo)準(zhǔn)溫度時(shí)，此效應(yīng)對(duì)邊火道的溫度影響將明顯提高，為避免爐頭溫度低于1100℃，主要采取了以下措施解決爐頭溫度降低的問題。

（1）焦?fàn)t蓄熱室封墻磚縫用石棉繩蘸玻璃水填充，用耐火泥進(jìn)行勾縫，然后用耐火溫度為1700℃左右、密度為2.2 g/cm3、SiO2含量為56%的密封涂料對(duì)封墻磚進(jìn)行涂刷，最后蓄熱室封墻外層用保溫板密封，每塊保溫板的表面均勻涂抹漿料，使保溫層厚度達(dá)到50mm左右。

（2）4座焦?fàn)t采用爐頭補(bǔ)充加熱技術(shù)，在機(jī)焦側(cè)爐頭火道單獨(dú)引入焦?fàn)t煤氣加熱，即從焦?fàn)t煤氣主管引出焦?fàn)t煤氣，從下噴管內(nèi)供入處于上升氣流的爐頭火道內(nèi)，同時(shí)將焦?fàn)t煤氣交換時(shí)間更改為與高爐煤氣的交換時(shí)間同步，使焦?fàn)t煤氣在邊火道內(nèi)單獨(dú)燃燒加熱，減少機(jī)焦側(cè)爐頭火道之間溫度差，達(dá)到提高爐頭溫度目的，保證爐頭焦炭的成熟度。

通過上述措施，有效確保了在下調(diào)15℃的標(biāo)準(zhǔn)溫度情況下，爐頭溫度不發(fā)生變化，達(dá)到了規(guī)程要求，標(biāo)準(zhǔn)溫度調(diào)整后，具體爐頭溫度系數(shù)如表1。

表12016 年1—6月焦?fàn)t爐頭溫度系數(shù)表

通過優(yōu)化焦?fàn)t加熱工藝，有效的降低了爐體不必要熱量損失，減少了加熱煤氣消耗量，為進(jìn)一步優(yōu)化焦?fàn)t加熱制度提供了有利保障。從表2中可看出，與2015年4季度相比，2016年1季度節(jié)約煤氣3801萬m3,，2季度比1季度節(jié)約煤氣1984萬m3,，有效降低了煉焦加工成本。

表2 2015年4季度—2016年2季度煤氣消耗表（萬m3）

2.2 技術(shù)改進(jìn)及優(yōu)化操作

提高裝煤量，穩(wěn)定裝煤操作，可降低爐頂空間高度，當(dāng)裝煤量提高后，煉焦煤可吸收更多的熱量，從而起到降低爐頂空間溫度作用，減少爐頂石墨生成。

2.2.1 延長(zhǎng)平煤桿長(zhǎng)度

根據(jù)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，平煤過程中平煤桿最長(zhǎng)僅過4#爐口處，距離焦側(cè)爐門約有2米距離，平煤后煤料在4#爐口與焦側(cè)爐門之間形成小煤堆，影響荒煤氣順利導(dǎo)出，導(dǎo)致荒煤氣在炭化室停留時(shí)間相對(duì)延長(zhǎng)，增大了荒煤氣裂解量，同時(shí)造成焦側(cè)爐門冒煙、焦側(cè)裝煤缺角等問題。

為解決焦側(cè)平不透煤的現(xiàn)象，將平煤桿進(jìn)入爐內(nèi)長(zhǎng)度由19600mm調(diào)整為20300mm，增加長(zhǎng)度700mm，保證焦側(cè)4#爐口處平透煤減少焦側(cè)缺角現(xiàn)象，使焦側(cè)煤料平整，單爐增加裝煤量近1噸，提高單爐焦炭產(chǎn)量約0.75噸，按每月生產(chǎn)6000爐焦炭計(jì)算，月增產(chǎn)焦炭約4500余噸。

2.2.2 提高平煤桿水平高度

將推焦車平煤桿水平高度提高50mm，減少了平煤過程中余煤的帶出量，降低爐頂空間高度，單爐裝煤量約增加0.27噸，單爐焦炭增產(chǎn)0.2噸，按每月生產(chǎn)6000爐焦炭計(jì)算，月增產(chǎn)焦炭約1200噸。

2.2.3 優(yōu)化煤車裝煤操作

從加煤總時(shí)間和4個(gè)煤斗延遲加煤等方面進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)算出裝煤時(shí)間為85s比較合理，且4個(gè)煤斗裝煤采用延遲時(shí)間控制在5s、3s、1s和0s，有利于爐頂空間荒煤氣導(dǎo)出，確保了裝煤過程中不冒煙，滿足了環(huán)保要求。

煤車第1次加煤后暫時(shí)停止裝煤，推焦車進(jìn)行第1次平煤，使炭化室內(nèi)的煤峰得到初步拉平，然后裝煤車再繼續(xù)加煤，推焦車進(jìn)行第2次平煤。經(jīng)測(cè)試，實(shí)行裝煤車2次加煤及推焦車2次平煤的協(xié)調(diào)控制方式后，解決了裝煤末期爐頂空間壓力波動(dòng)大、裝煤孔冒煙的難題，并取得了多裝煤、減少平煤余煤量的效果。

3 經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算

（1）通過調(diào)整平煤長(zhǎng)度與高度，焦炭月均增產(chǎn)約5700t，焦炭利潤(rùn)按330元/t計(jì)算，全年焦炭增產(chǎn)可增創(chuàng)效益：

5700×330×12=2257.2萬元

（2）焦?fàn)t煤氣增產(chǎn)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，按噸煤產(chǎn)煤氣350m3，焦?fàn)t煤氣價(jià)格0.5元/m3計(jì)算，全年煤氣增創(chuàng)效益：

5700×1.275×350×12×0.5=1526萬元

（3）化產(chǎn)品增產(chǎn)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，噸焦的化產(chǎn)品收益按185元計(jì)算，全年化產(chǎn)品增創(chuàng)效益：

5700×12×185=1265.4萬元

（4）通過優(yōu)化焦?fàn)t加熱工藝參數(shù)，降低了高爐煤氣消耗，以2016年1—6月份煤氣消耗量為計(jì)算依據(jù)，較2015年四季度高爐煤氣消耗，現(xiàn)4座焦?fàn)t平均每月節(jié)約高爐煤氣消耗964.2萬m3，高爐煤氣價(jià)格按700元/萬m3,計(jì)算，2016年比2015年可節(jié)約煤氣消耗開支：

964.2 ×700×12=780.9萬元

（5）全年合計(jì)增創(chuàng)效益：

2257.2 +1526+1265.4+780.9=5829.5萬元

4 結(jié)語

經(jīng)工藝參數(shù)的優(yōu)化與生產(chǎn)設(shè)備改造，目前爐頂空間溫度基本穩(wěn)定在830℃左右，爐頂空間高度控制在(500±50)mm，爐頭溫度系數(shù)達(dá)到0.9以上，滿足了焦?fàn)t工藝技術(shù)要求，爐頂石墨明顯減少，同時(shí)降低了職工勞動(dòng)強(qiáng)度，降低生產(chǎn)影響時(shí)間，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

[1]王曉琴.煉焦工藝[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.

[2]潘立慧,魏松波.煉焦技術(shù)問答[M].北京:冶金工業(yè)出版社, 2007.

王海波（1982-），男，本科學(xué)位，河北理工大學(xué)煤化工專業(yè)，助理工程師，現(xiàn)邯寶焦化廠煉焦車間。