1、第1頁/共12頁 前言 自干熄焦技術(shù)廣泛工業(yè)化應(yīng)用以來，焦炭的燒損率是人們重點關(guān)注的問題之一。由于工業(yè)上計量方法、計量精度難以滿足準確測試焦炭燒損的要求，并且燒損值與與工藝運行狀況關(guān)系甚大，以至于燒損值眾說紛紜。 馬鋼煤焦化公司與安徽工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院合作開展了干熄焦工藝運行優(yōu)化的研究，選擇了兩套干熄焦系統(tǒng)進行不同工況下的相關(guān)測試，對干熄爐、干熄焦鍋爐作了物料平衡、熱量平衡、火用分析；對干熄焦過程的焦炭燒損進行了系統(tǒng)研究，包括不同裝置、不同工況時的焦炭燒損測試，在實驗室進行了焦炭溶損的動力學(xué)研究。下面概要介紹有關(guān)研究結(jié)果。第2頁/共12頁 1 干熄焦焦炭燒損過程分析 除了裝焦時，干熄爐預(yù)存室中氣

2、體是基本靜止的，因此焦炭在預(yù)存室的燒損可以忽略不計；冷卻室斜道1/2處的溫度在700左右，可以認為斜道1/2以下部位的焦炭沒有與循環(huán)氣體發(fā)生反應(yīng)；一次除塵器的氣體溫度遠在焦炭起始反應(yīng)溫度之上。 從以上干熄焦系統(tǒng)的溫度分布看，各部位焦炭的燒損如下：一次除塵器內(nèi)循環(huán)氣體的一氧化碳、氫等可燃組分與導(dǎo)入空氣中的氧混合燃燒生成二氧化碳、水，剩余的氧使循環(huán)氣體夾帶的焦粉燃燒生成二氧化碳。降溫后的循環(huán)氣體進入干熄爐，在斜道1/2以上部位，發(fā)生焦炭與二氧化碳、水汽的反應(yīng)，生成一氧化碳，少量的氧也與焦炭反應(yīng)生成一氧化碳。 從以上分析可知，在干熄焦系統(tǒng)中的焦炭損耗是碳溶損為主，燃燒損耗主要發(fā)生在一次除塵器，燒的是

3、焦粉。第3頁/共12頁 焦炭燒損測試 由于現(xiàn)場生產(chǎn)條件所限，進入干熄爐的紅焦質(zhì)量及排出干熄爐的冷焦質(zhì)量很難準確測定。最直接、便利的測定燒損的辦法是測放散氣體量及其含碳量（二氧化碳、一氧化碳），由于放散裝置上沒有合適的測定位置，為了測試，在生產(chǎn)中進行改造是不現(xiàn)實的，我們近似地認為導(dǎo)入氣體（空氣、氮氣）量等于放散氣體量（實際反應(yīng)產(chǎn)物的摩爾數(shù)略大于導(dǎo)入氣體的摩爾數(shù)），采用循環(huán)氣體的碳平衡測定焦炭燒損。第4頁/共12頁 循環(huán)氣體中可燃成分的控制與焦炭燒損和產(chǎn)汽率有密切的關(guān)系。循環(huán)氣體經(jīng)換熱除塵后，從干熄爐底部進入，與自上而下的熾熱焦炭進行逆流換熱，氣體中CO2與焦炭發(fā)生碳溶反應(yīng)，生成CO，帶有大量CO

4、 的循環(huán)氣體進入環(huán)形風(fēng)道，然后與空氣導(dǎo)入孔進入的空氣混合，CO 與空氣中的O2 反應(yīng)生成CO2，從而降低了循環(huán)氣體中的CO 濃度，使CO 濃度保持在一個安全范圍，測試數(shù)據(jù)表明，提高出入爐循環(huán)氣體CO的百分比導(dǎo)致燒損率降低。 第5頁/共12頁 一般情況下經(jīng)由空氣導(dǎo)人閥向干熄爐環(huán)形煙道內(nèi)導(dǎo)入空氣。首先被燒掉的是循環(huán)氣體內(nèi)的可燃氣體如CO、H2、CH4，其次是焦粉，最后為小塊徑焦炭。因此，可以通過控制可燃氣體含量的手段來控制焦炭(焦粉)的燒損率。通過兩批測試分析計算可以看出，適當(dāng)?shù)臏p少入干熄爐循環(huán)氣體中CO2含量，增加CO含量，有助于控制焦炭的燒損量。在保證安全的前題條件也因該尋求一個空氣導(dǎo)入合適適

5、量來控制其殘余O2與焦炭的反應(yīng)。并控制放散氣體的量來平衡出干熄爐氣體成分的含量。因此，適當(dāng)提高H2和CO含量的控制范圍可以起到降低燒損率的作用。但是從提高經(jīng)濟效益角度考慮，對于整個干熄焦系統(tǒng)來講，在保證降低燒損率的同時還要考慮到鍋爐產(chǎn)汽量，只有兩者達到相對狀態(tài)的平衡才能才能對整個系統(tǒng)起到優(yōu)化的作用。 我們進行了兩套干熄焦裝置在不同工況時的焦炭燒損測試，通過調(diào)整循環(huán)風(fēng)量、導(dǎo)入空氣量、調(diào)整料位、控制循環(huán)氣體成分等，測得燒損值最低1.11%，最大1.85%，通常在1.3%-1.5%。第6頁/共12頁3 焦炭溶損動力學(xué)研究 焦炭在干熄爐中的損耗主要是與水汽、二氧化碳發(fā)生溶損反應(yīng)。有研究表明，水汽與焦炭

6、的溶損反應(yīng)起始溫度在790，二氧化碳反應(yīng)的起始溫度則要高50。 我們在實驗室采用焦炭熱失重法進行了焦炭二氧化碳溶損反應(yīng)動力學(xué)研究。不同質(zhì)量的焦炭的動力學(xué)特性是有一定差異的，我們以馬鋼的焦炭為研究對象。 研究結(jié)果表明：焦炭與二氧化碳的起始反應(yīng)溫度為850左右，不同粒級的焦炭起始反應(yīng)溫度不同。對于粒徑在6mm-10mm的焦炭，起始反應(yīng)溫度范圍大致在900左右，而劇烈反應(yīng)溫度在1180左右；對于粒徑在10mm-20mm焦炭，起始反應(yīng)溫度范圍大致在910-920左右，而劇烈反應(yīng)溫度在1200左右；對于粒徑在20-25mm的焦炭，起始反應(yīng)溫度范圍大致在930-940左右，而劇烈反應(yīng)溫度在1220左右；對

7、于粒徑在25mm-40mm的焦炭，起始反應(yīng)溫度范圍大致在940-970左右，而劇烈反應(yīng)溫度在1230-1240左右。第7頁/共12頁 因此，在干熄爐內(nèi)，正常工況下首先熔損的是粉焦，其次是小塊焦炭，最后才是大塊焦炭。即起始反應(yīng)溫度的先后順序為：粉焦焦丁中塊焦炭大塊焦炭。可以認為在實際的生產(chǎn)過程中，大塊焦炭的熔損是非常小的。 焦炭與二氧化碳的反應(yīng)是氣固反應(yīng)，反應(yīng)速度是溫度和二氧化碳濃度的函數(shù)。在焦炭表面進行反應(yīng)，并得到反應(yīng)產(chǎn)物，在這一反應(yīng)同時，反應(yīng)氣體還通過氣孔向焦炭內(nèi)部擴散，并且邊擴散邊與氣孔壁進行反應(yīng)。因此這個化學(xué)反應(yīng)既包括表面反應(yīng)，也包括內(nèi)部反應(yīng)，以誰為主，視反應(yīng)溫度而定。反應(yīng)溫度1300時，反應(yīng)完全由擴散控制。第8頁/共12頁 焦炭在干熄爐中的最高溫度僅1000左右，在冷卻室斜道1/2處溫度已經(jīng)低于起始反應(yīng)溫度了。即焦炭在干熄爐內(nèi)的溶損歷程是比較短的。這就是我們在現(xiàn)場測試時，極端工況下，焦炭的燒損也只有1.85%的原因。結(jié)語 (1)焦炭在干熄爐中的損耗以溶損為主，溶損反應(yīng)僅僅發(fā)生在斜道1/2以上至斜道頂部位置。 （2）干熄焦系統(tǒng)中焦炭的溶損主要是粉焦及少量的20mm以下的小粒焦炭。 第9頁/共12頁 (3)導(dǎo)入空氣量增加，使得循環(huán)氣體的二氧化碳含量增加，略微增大焦炭的溶損。提高一氧化碳含量時，焦炭的溶損減少，但是放散氣中的碳損失大了。因此，宜在產(chǎn)汽量與焦炭溶