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干熄焦循环气体对焦炭烧损的影响
干熄焦循环气体对焦炭烧损的影响
摘要：从空气导入量、循环气体中CO浓度的控制范围、CO2高温下与焦炭的反应能力等方面分析了循环气体各成分对焦炭烧损率的影响，循环气体中O2、CO、CO2的浓度均对焦炭烧损有显著的影响，尤其是CO2在温度高于730 ℃时对焦炭的烧损率有直接的促进作用，发生碳溶反应。并通过焦炭烧损率小型试验进行了确认，提出了在生产过程中可通过采用减小空气导入量、适当提高循环气体中CO浓度、降低CO2浓度以及洗涤脱碳等预防控制措施，降低焦炭烧损率和提高焦炭产量。
关键词：干熄焦 循环气体 焦炭烧损 空气导入量 1、问题的提出
目前建设投产的干熄焦装置，一般都采取向循环气体中连续导入空气的措施，降低循环气体可燃成分和补充循环气体量损失。由于在装炉过程中，空气随焦炭进入干熄炉，与焦炭发生不完全反应，生成一氧化碳，随着时间的积累，循环气体中CO浓度随之升高。当部分循环气体随着焦炭的外排逸散到皮带通廊时，会导致皮带通廊中CO偏高，易产生煤气中毒和爆炸事故。所以，必须对循环气体中CO浓度进行控制，目前主要措施就是进行空气导入和充氮两种方法，将CO烧掉或稀释，降低其含量。
上述认识的基础是认为CO易产生煤气中毒和爆炸事故，通入空气将CO烧掉变成CO2，而CO2是惰性气体，不会发生爆炸，也不会对焦炭烧损造成影响。然而这种认识忽略了一个问题：即CO2与焦炭在高温下也会发生反应。 2、循环气体运行工艺流程
由循环风机把经过给水预热器后115～130 ℃的惰性气体送到干熄炉底部，通过鼓风装置，循环气体均匀上升，穿过红焦层，逆向流动进行热交换，惰性气体升温到900～960 ℃成为高温烟气，烟气经过炉内环形通道进入一次除尘，分离粗颗粒焦粉后进入余热锅炉进行
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热交换，温度降至160～180 ℃的循环气体再进入二次除尘，进一步分离细颗粒焦粉后，由循环风机送入给水预热器冷却至约 115～130 ℃，再进入循环风机，进行下一次循环。余热锅炉产生的高温高压蒸汽供汽轮发电机组发电。
3、循环气体对焦炭烧损的影响分析
在干熄焦的生产运行过程中，由于循环气体中不断导入空气，从而导致了焦炭烧损，甚至影响焦炭的单炉产量。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，使其保持在一个安全范围，然后进行下一循环。 3.1 空气导入量对焦炭烧损率的影响
在干熄焦操作过程中，不断导入空气，而导入空气中的O2与循环气体中CO接触时，发生化学反应生成CO2（2CO+O2=2CO2），而气体中的CO2又与炽热焦炭发生碳溶反应，生成CO（CO2+C=2CO），从而导致焦炭的损耗，以上过程的循环发生，是造成焦炭烧损的主要原因。以150 t/h干熄焦为例，正常生产中，每小时的空气导入量约是8 000～10 000 m3（150 t/h干熄焦流量表显示，设计值为100～110 m3/t）。氧气在空气中占21%左右，即每小时有约2 100 m3的氧气进入到干熄炉内。假定导入的氧气全部反应，则碳1 d的消耗量为54.0 t。焦炭的灰分按12.5%计算，则1 d的焦炭烧损量为61.7 t。6#、7#焦炉每天的焦炭产量约为3 000 t，因此而造成的焦炭烧损率为2.06%。
3.2 循环气体中CO浓度的控制范围
循环气体中导入空气的目的是降低CO浓度、提高安全系数，同时导致了焦炭烧损，因此，从控制焦炭烧损角度来说，应该减少空气导入提高CO浓度，但是从系统安全运行角度分析，应保持CO浓度在一个可控范围。通过查阅各种资料，了解国内各干熄焦工艺厂家控制要求，目前各焦化厂大多数干熄焦循环气体成分中CO含量控制在6%以下，一般在3%左右。据资料介绍，在空气中高炉煤气爆炸的下限
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是30%，高炉煤气中主要的可燃爆炸成分CO的含量为25%～30%，换算成CO的浓度约7.5%～9%。也就是说，如果循环气体中CO的浓度超过这一指标，在某些泄漏点就易导致爆炸和煤气中毒事故。 4、 焦炭烧损率试验
为探讨干熄炉内循环气体中二氧化碳与氧气及焦炭的反应情况，降低焦炭烧损率，2009年7月，利用马弗炉进行了试验。称取一定质量的焦炭试样，置于马弗炉中，通入循环气体，模拟焦炭在干熄炉内的反应，以焦炭质量损失的百分比表示焦炭在干熄炉内的烧损率。利用马弗炉侧面窥视孔，用直径10 mm的不锈钢管将循环气体通入马弗炉内。焦炭在马弗炉内的堆置为中间高、两边低。 4.1 试样制备
按GB/T 4000-1996《焦炭反应性及反应后强度试验方法》规定的取样方法，按比例取粒度>25 mm的焦炭20 kg，弃去泡焦和炉头焦。用颚式破碎机破碎、混匀、缩分出10 kg，再用φ25 mm、φ21 mm圆孔筛筛分，>φ25 mm 的焦块再破碎、筛分，取φ21mm筛上物，去掉片状焦和条状焦，缩分得焦块2 kg。 4.2 试验步骤
1）在反应器内装入已备好的焦炭试样800 g±0.5 g。 2）将反应器进气管与供气系统连接，检查气路，保证严密。开启进气，按照1 250 m3/t的风料比通入循环气体。
3）接通电源，将马弗炉温度缓慢升至900 ℃，按照焦炭在干熄炉内降温速度逐步降低马弗炉温度，降温控制见表2。
4）马弗炉内温度降至200 ℃，即反应2.5 h，停止加热，切断循环气体气路。打开炉门，使焦炭冷却至100 ℃以下，倒出焦炭，称量、记录。
4.3 试验结果及分析
焦炭烧损率以损失的焦炭质量占反应前焦样总质量的百分数表示，2009年7月16～22日共进行了5次试验，称量焦炭质量后计算的烧损率分别为1.88%、1.63%、1.88%、1.50%、2.13%。因此，烧损率最大值与最小值之间偏差较大，平均值为1.80%，较设计值≤0.9%偏高。主要原因有以下两点：1）马弗炉密封性不好，有空气漏入，