氣煤焦在干熄焦試生產(chǎn)中存在的問題及解決辦法

氣煤焦在干熄焦試生產(chǎn)中存在的問題及解決辦法干法熄焦簡稱“干熄焦”，是相對(duì)于用水熄滅熾熱焦炭的濕熄焦而言的。其基本原理是利用冷的惰性氣體(燃燒后的廢氣)，在干熄爐中與赤熱紅焦換熱從而冷卻紅焦。吸收了紅焦熱量的惰性氣體將熱量傳給干熄焦鍋爐產(chǎn)生蒸汽，被冷卻的惰性氣體再由循環(huán)風(fēng)機(jī)鼓入干熄爐冷卻紅焦。隨著干熄焦技術(shù)及國產(chǎn)設(shè)備日漸成熟，干熄焦作為焦化企業(yè)的配套項(xiàng)目，對(duì)產(chǎn)品延伸及環(huán)保有積極作用。干熄焦裝置具有工藝先進(jìn)、環(huán)保、節(jié)能效益顯著的特點(diǎn)，在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中應(yīng)用可提高焦炭質(zhì)量和高爐生產(chǎn)能力，降低入爐焦比和鋼鐵生產(chǎn)中的成本；還能從熾熱的焦炭中回收熱能產(chǎn)生蒸汽從而獲得直接經(jīng)濟(jì)效益。從環(huán)保角度看，建設(shè)干熄焦裝置，可減少因濕法熄焦排放大氣中的水蒸氣夾帶酚氰等有害物質(zhì)和粉塵污染，大大提高周邊地區(qū)空氣質(zhì)量。干熄焦具有回收紅焦顯熱、減少環(huán)境污染和改善焦炭質(zhì)量三大優(yōu)點(diǎn)。但相對(duì)濕法熄焦，其投資較大，工藝復(fù)雜，工藝參數(shù)控制嚴(yán)格，大型設(shè)備多，自動(dòng)化程度高，存在高溫高壓介質(zhì)、可燃?xì)怏w等，需嚴(yán)格管理維護(hù)和操作要求，以保證運(yùn)行安全。1干熄焦裝置工藝流程裝滿紅焦的焦罐車由電機(jī)車牽引至提升井架底部。起重機(jī)將焦罐提升并送至干熄爐爐頂，通過帶布料器的裝入裝置將焦炭裝入干熄爐內(nèi)。在干熄爐中，焦炭與惰性氣體直接進(jìn)行熱交換，冷卻至200℃以下，經(jīng)排出裝置平板閘門、振動(dòng)給料器、旋轉(zhuǎn)密封閥、排焦溜槽卸到帶式輸送機(jī)上，送往焦處理系統(tǒng)。循環(huán)風(fēng)機(jī)將冷卻焦炭的惰性氣體（主要是氮?dú)猓母上t底部的供氣裝置鼓入干熄爐內(nèi)，與紅熱焦炭逆流換熱。自干熄爐排出的熱循環(huán)氣體溫度為880～960℃，經(jīng)一次除塵器除塵后進(jìn)入干熄焦鍋爐換熱，溫度降至160～180℃。鍋爐出來的冷循環(huán)氣體經(jīng)二次除塵器除塵后，由循環(huán)風(fēng)機(jī)加壓，再經(jīng)熱管換熱器冷卻至130℃左右進(jìn)入干熄爐循環(huán)使用。干熄焦主要包括干熄焦本體和干熄焦鍋爐兩部分。其中，干熄焦本體是由紅焦輸送系統(tǒng)、裝入裝置、干熄爐、爐頂水密封、供氣裝置、排焦裝置、氣體循環(huán)系統(tǒng)等組成；干熄焦鍋爐是由省煤器、蒸發(fā)器、過熱器、汽包、吊頂管、上升管、下降管、膜式水冷壁聯(lián)箱及附屬設(shè)備等組成。2干熄焦裝置可燃?xì)怏w危害及成分控制干熄焦循環(huán)氣體成分有氮?dú)?、二氧化碳、水蒸氣、氫氣、一氧化碳、氧氣及微量甲烷、不飽和碳?xì)浠衔锖土蚧锏取Ｆ渲泻猩倭繗錃?、一氧化碳等成分，這類混合氣體在一定條件下會(huì)發(fā)生爆炸。氫氣的爆炸極限為4%～75％，一氧化碳的爆炸極限為12.5%～74.2％，均為易燃易爆氣體。循環(huán)氣體負(fù)壓段發(fā)生空氣漏入，與可燃?xì)怏w混合，可能會(huì)發(fā)生燃燒和爆炸事故；易爆氣體泄漏會(huì)造成人員中毒，若區(qū)域有明火，也會(huì)發(fā)生燃燒和爆炸。在干熄焦操作中，為確保安全，設(shè)置了報(bào)警值，氧氣含量高報(bào)2%，高高報(bào)4.5%；氫氣含量高報(bào)3%，高高報(bào)5%；一氧化碳含量高報(bào)6%，高高報(bào)8%。在實(shí)際生產(chǎn)中，為保證安全操作氧氣不過量，氫氣含量一般小于3%，一氧化碳含量小于6%，氧氣含量小于1%。具體見表1。干熄焦循環(huán)氣體主要成分來源如下。1）氮?dú)?。由干熄焦工藝介紹可知，干熄焦循環(huán)氣體主要成分為惰性氣體氮?dú)?，其來源于干熄焦外界管網(wǎng)從循環(huán)風(fēng)機(jī)進(jìn)口、出口、導(dǎo)入裝置處等部位補(bǔ)入的氮?dú)?；正常生產(chǎn)期間78%的氮?dú)庵饕獊碜钥諝庵泻蛯?dǎo)入系統(tǒng)后燃燒剩余的氮?dú)狻?）氧氣。主要來源于干熄焦循環(huán)系統(tǒng)負(fù)壓段從干熄爐出口到循環(huán)風(fēng)機(jī)進(jìn)口泄漏漏入的空氣；一次除塵、二次除塵底部漏入的空氣；從常用放散、爐口處漏入的空氣；正常操作期間導(dǎo)入空氣過多；氮?dú)獠缓细穸鴰氲纳倭靠諝獾取?）氫氣。氫氣正常狀態(tài)下來源于預(yù)存室焦炭析出；異常狀態(tài)下來源于鍋爐各換熱管、熱管換熱器泄漏的水與焦炭反應(yīng)生成。4）一氧化碳。正常狀態(tài)下來源于預(yù)存室焦炭析出；異常狀態(tài)下來源于鍋爐各換熱管、熱管換熱器泄漏的水與焦炭反應(yīng)生成；漏入空氣與焦炭反應(yīng)生成；二氧化碳與焦炭反應(yīng)生成。5）二氧化碳。來源于泄漏空氣和正常導(dǎo)入空氣中氧氣與一氧化碳燃燒生成；焦炭與循環(huán)氣體中氧氣反應(yīng)生成；導(dǎo)入空氣中含有的微量二氧化碳。6）水蒸氣。正常狀態(tài)下來源于導(dǎo)入空氣的氧氣與系統(tǒng)氫氣燃燒生成；異常狀態(tài)下來源于鍋爐各換熱管的泄漏、熱管換熱器泄漏；氮?dú)獠缓细駧?；空氣中帶入等。將可燃?xì)怏w控制在安全范圍內(nèi)有兩種方法。一種是在鍋爐入口T6溫度小于600℃時(shí)，通過采用加入氮?dú)?、暫停排出或減少排焦量的方法控制可燃?xì)怏w及氧氣的濃度，或通過進(jìn)行氮?dú)庀♂屩脫Q和減少可燃?xì)怏w組分等方法。另一種是T6溫度在600℃以上時(shí)，可通過導(dǎo)入空氣與可燃?xì)怏w氫氣、一氧化碳反應(yīng)來降低含量，達(dá)到安全操作目的。3干熄焦試生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題因干熄焦工藝主要適用于冶金焦生產(chǎn)，目前國內(nèi)運(yùn)行中的干熄焦裝置均生產(chǎn)冶金焦。據(jù)了解，行業(yè)上暫無生產(chǎn)氣煤焦期間進(jìn)行干熄焦試生產(chǎn)升溫及氣煤焦生產(chǎn)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)市場需求及價(jià)格情況分析，氣煤焦生產(chǎn)比例較大，揮發(fā)分在38%，比冶金焦高10%，揮發(fā)分偏高。在干熄焦試生產(chǎn)過程中，根據(jù)干熄爐烘爐曲線要求，分為溫風(fēng)干燥、煤氣烘爐與裝入紅焦三個(gè)階段。在煤氣烘爐后，用氣煤焦按升溫曲線對(duì)干熄爐進(jìn)行升溫，裝入紅焦后，T6溫度升至600℃以上，在可燃?xì)怏w不高的情況下進(jìn)行導(dǎo)入空氣操作。干熄焦裝置在2021年10月19日~31日試車期間，T5溫度最高升至993℃，T6溫度最高升至531℃。在10月29日21:30時(shí)，循環(huán)氣體中氫氣含量上升至4.36%,平均值為4.13%，后期最高升至7.89%，超過高限報(bào)警值3%；一氧化碳含量在6.46%~20.00%之間波動(dòng)，平均值為10.81%，超過高限報(bào)警值8%。因可燃?xì)怏w含量較高，必須使用大量氮?dú)庵脫Q。安排空分裝置向焦化供應(yīng)氮?dú)庾畲罅窟_(dá)到3100Nm3/h，氫氣、一氧化碳含量仍然超標(biāo)，部分?jǐn)?shù)據(jù)見表2。4干熄焦試生產(chǎn)循環(huán)氣體中可燃?xì)怏w高的原因分析4.1水進(jìn)入干熄焦系統(tǒng)內(nèi)，水與紅焦炭反應(yīng)生成氫氣和一氧化碳1）水隨空氣進(jìn)入循環(huán)氣體內(nèi)。由于在北方冬季試車，溫度為-3~4℃，干燥無雨，周圍無水泄漏，不存在水隨空氣進(jìn)入干熄爐內(nèi)發(fā)生反應(yīng)現(xiàn)象。2）爐頂水封槽、緊急放散閥、爐頂氣體放散閥的水封槽漏水。經(jīng)過多次查看水封水位情況，各水封水位正常，無下降，確認(rèn)水封無泄漏。3）鍋爐爐管破裂、熱管換熱器漏水。當(dāng)爐管或熱管換熱器破損后，漏出的水或汽隨循環(huán)氣體進(jìn)入干熄爐內(nèi)，與紅焦發(fā)生水煤氣反應(yīng)，造成循環(huán)氣體中的氫氣和一氧化碳含量急劇上升，達(dá)到爆炸極限后，若空氣漏入，就會(huì)發(fā)生爆炸等安全事故。經(jīng)運(yùn)行觀察，數(shù)據(jù)無異常增加現(xiàn)象。在短停過程中打開鍋爐對(duì)省煤器、光管換熱器、翅片換熱器、一次過熱器、二次過熱器等進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)無泄漏。4）氮?dú)鈳?。通過對(duì)進(jìn)入系統(tǒng)的氮?dú)膺M(jìn)行分析，氮?dú)饴饵c(diǎn)合格，未帶水。4.2空氣進(jìn)入循環(huán)氣體，空氣中的氧氣與焦炭反應(yīng)生成一氧化碳1）循環(huán)氣體系統(tǒng)負(fù)壓段出現(xiàn)泄露，氣密性差，吸入空氣，導(dǎo)致系統(tǒng)中氧氣含量升高。氧氣在干熄爐內(nèi)與焦炭發(fā)生燃燒反應(yīng)，造成焦炭燒損，同時(shí)會(huì)使部分已熄滅的焦炭復(fù)燃，致使紅焦層下移，從而降低干熄爐的生產(chǎn)能力[1]，導(dǎo)致一氧化碳含量升高。經(jīng)檢查，系統(tǒng)負(fù)壓區(qū)管線、設(shè)備法蘭及安全附件等密封良好，無空氣吸入。2）干熄焦的焦炭處理量增加，循環(huán)氣體增大，氣體循環(huán)系統(tǒng)負(fù)壓段負(fù)壓增大，漏入負(fù)壓段的空氣及空氣中的水分與焦炭反應(yīng)，生成更多的氫氣和一氧化碳，使氫氣和一氧化碳濃度增高。經(jīng)確認(rèn)，試車中盡量減少排焦量，無負(fù)壓增大現(xiàn)象。3）一次除塵與二次除塵器中焦粉料位計(jì)失靈，控制不當(dāng)，焦粉料位達(dá)到下限時(shí)未停止排灰動(dòng)作，造成空氣從負(fù)壓排灰口進(jìn)入循環(huán)氣體系統(tǒng)。經(jīng)確認(rèn)，一次除塵與二次除塵料位計(jì)正常，未達(dá)到下限，未造成空氣進(jìn)入。4）頂部水封槽高度低造成空氣漏入。經(jīng)檢查，現(xiàn)場設(shè)備和水封液位未發(fā)現(xiàn)空氣泄漏吸入情況。4.3試生產(chǎn)升溫期間，焦化生產(chǎn)氣煤焦焦炭反應(yīng)活性大，造成干熄爐循環(huán)氣體氫氣、一氧化碳含量高。裝入干熄爐內(nèi)紅熱焦炭將在預(yù)存室析出殘余揮發(fā)分，主要產(chǎn)物為氫氣和一氧化碳。其影響因素是焦?fàn)t推出焦炭的成熟程度和紅焦在預(yù)存室的駐留時(shí)間。一般來說，焦炭析出殘余揮發(fā)分的量可按10~20m3/t焦來計(jì)算，其主要組成氫氣約占90%，一氧化碳約占10%。預(yù)存室析出的殘余揮發(fā)分在穿過焦炭層后進(jìn)入循環(huán)氣體中[2]。為減少氣煤焦影響，準(zhǔn)備更換冶金焦進(jìn)行升溫試生產(chǎn)，以降低焦炭中的殘余揮發(fā)分。4.4焦炭在干熄爐內(nèi)冷卻過程中會(huì)與循環(huán)氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)造成焦炭燒損，紅熱焦炭在干熄爐內(nèi)與氣體逆流換熱時(shí)，還與循環(huán)氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)式為：C+CO2=2CO。通過運(yùn)行數(shù)據(jù)觀察，二氧化碳含量為0%，不存在與焦炭發(fā)生反應(yīng)。4.5氮?dú)饬科「上ń寡b置設(shè)計(jì)的事故狀態(tài)氮?dú)庋a(bǔ)充量為2160Nm3/h，目前試生產(chǎn)階段等同于事故狀態(tài)，氮?dú)庵脫Q量穩(wěn)定控制在2500Nm3/h以上，最大達(dá)到3100Nm3/h。5干熄焦試生產(chǎn)后期優(yōu)化處理及成分控制1）采購冶金焦用煤，后期組織生產(chǎn)冶金焦配合干熄焦試生產(chǎn)升溫。采取提高焦?fàn)t標(biāo)準(zhǔn)溫度至1280℃（高出正常值20℃），提高焦?fàn)t加熱均勻性，控制焦炭揮發(fā)分在1.0%以下，11月13日~16日，實(shí)際焦炭揮發(fā)分最低達(dá)到0.7%。2）控制好排焦過程，在保持溫度的同時(shí)，適當(dāng)減少排焦及裝爐次數(shù)，減少可燃?xì)怏w生成。3）保持系統(tǒng)氮?dú)饧尤肓浚_啟系統(tǒng)各部位臨時(shí)充氮點(diǎn)，氮?dú)饧尤?000Nm3/h以上，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行置換，嚴(yán)格控制系統(tǒng)氧氣含量小于1%。氫氣、一氧化碳在氮?dú)廨斔铜h(huán)境下，可能引起燃燒或爆炸的最小氧含量分別為5.0%、5.5%[3]，控制低于1%，可遠(yuǎn)離燃燒或爆炸范圍。4）將上述情況及當(dāng)?shù)馗髅悍N、配合煤、焦炭進(jìn)行理化分析數(shù)據(jù)，前期運(yùn)行的數(shù)據(jù)反饋中冶焦耐。通過研究，在可燃?xì)怏w數(shù)據(jù)偏高時(shí)，可先用一次除塵器頂部入口預(yù)留的DN25管線少量補(bǔ)入空氣，降低氫氣及一氧化碳含量后，再緩慢導(dǎo)