優化加熱制度，降低煤氣消耗，減少爐頂石墨

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

優化加熱制度，降低煤氣消耗，減少爐頂石墨

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

介紹了影響焦爐爐頂空間溫度的主要因素，通過強化熱工管理，優化加熱工藝制度，降低立火道火焰燃燒高度，優化裝煤平煤操作，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，減緩爐頂石墨生產速度，提高了焦炭產量，節約了加熱煤氣量。

焦爐；炭化室；石墨

邯寶焦化廠現有4×42孔JNX70-Ⅱ型復熱式焦爐，設計年產干全焦206萬噸。生產中發現爐墻、爐頂、裝煤口、上升管根部等部位石墨生長速度較快，造成焦爐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常發生，通過多次測量炭化室爐頂空間溫度，發現目前爐頂空間溫度偏高，基本在900℃左右，超過了國家煉焦行業標準規定的800±30℃要求。

1 石墨生成原因

煉焦過程中炭化室產生的荒煤氣在高溫作用下，大分子的碳氫化合物不斷分解，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系，爐頂空間溫度越高則荒煤氣裂解程度越大，最終產生的石墨也就越多，若爐頂空間溫度偏高的問題長期得不到解決，勢必影響生產。

裝煤量與爐頂石墨相互制約、影響，當裝煤量不達標時，造成爐頂空間溫度偏高，爐頂結石墨多，同時當爐頂石墨多時，反過來又造成裝煤困難，影響裝煤量，進而加劇石墨生成速度，形成惡性循環。

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速度，通過研究高爐煤氣在爐內流動情況、測量爐頂空間溫度、焦餅中心溫度等，進行焦爐熱工參數的優化調整，同時改造推焦車平煤設備，優化煤車裝煤程序，穩定爐頂空間高度。

2.1 優化焦爐加熱工藝

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，下移煤氣在立火道的燃燒中心，縮短煤氣燃燒火焰長度，進而降低爐頂空間溫度。

根據流體力學中的柏努利方程式：

從公式（1）中可知，保持煤氣流量不變，當增大孔板和降低加熱煤氣壓力時，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火焰燃燒高度，使燃燒中心下移。

現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，從而達到降低爐頂空間溫度的目的。

2.1.2 增加焦爐煤氣摻燒量

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，煤氣高向加熱性質好，燃燒火焰較長，燃燒中心較高，適當增加焦爐煤氣摻燒量，可提高煤氣可燃成分，達到降低燃燒火焰高度的目的，進而降低了爐頂空間溫度，同時還降低了煉焦耗熱量。通過多次調整焦爐煤氣摻燒比，最終確定焦爐煤氣摻燒量為4000 m3,/h左右。

2.1.3 降低標準溫度

根據測量爐頂空間溫度、焦餅中心溫度，同時觀察焦炭成熟度，對焦爐加熱標準溫度進行了適當調整。通過降低標準溫度，來降低爐頂空間溫度，與此同時可減少加熱煤氣量，節約煉焦加熱成本。

目前焦爐結焦時間19小時，在保證焦炭質量合格的前提下，機側標準溫度已降至1260℃，焦側降至1310℃，焦餅中心溫度1020℃，比理論標準溫度降低15℃。

但因標準溫度的下調，將導致爐頭溫度降低，影響爐頭焦炭的成熟度，根據熱浮力差計算公式：

H:火道底至跨越孔距離，為常數

T下、T上:下降與上升氣流火道內平均溫度

γ:熱廢氣的比重，約1.28

由上述公式（2）可知，當爐頭一組火道上升與下降氣流存在較大溫度差時，將造成爐頭一組火道產生較大的熱浮力差，浮力差對2#火道加熱有利，而不利于1#火道的加熱，極易導致爐頭一組火道供熱不平衡，在降低標準溫度時，此效應對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）焦爐蓄熱室封墻磚縫用石棉繩蘸玻璃水填充，用耐火泥進行勾縫，然后用耐火溫度為1700℃左右、密度為2.2 g/cm3、SiO2含量為56%的密封涂料對封墻磚進行涂刷，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，使保溫層厚度達到50mm左右。

（2）4座焦爐采用爐頭補充加熱技術，在機焦側爐頭火道單獨引入焦爐煤氣加熱，即從焦爐煤氣主管引出焦爐煤氣，從下噴管內供入處于上升氣流的爐頭火道內，同時將焦爐煤氣交換時間更改為與高爐煤氣的交換時間同步，使焦爐煤氣在邊火道內單獨燃燒加熱，減少機焦側爐頭火道之間溫度差，達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15℃的標準溫度情況下，爐頭溫度不發生變化，達到了規程要求，標準溫度調整后，具體爐頭溫度系數如表1。

表12016 年1—6月焦爐爐頭溫度系數表

通過優化焦爐加熱工藝，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，為進一步優化焦爐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季度節約煤氣3801萬m3,，2季度比1季度節約煤氣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 技術改進及優化操作

提高裝煤量，穩定裝煤操作，可降低爐頂空間高度，當裝煤量提高后，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 延長平煤桿長度

根據測量發現，平煤過程中平煤桿最長僅過4#爐口處，距離焦側爐門約有2米距離，平煤后煤料在4#爐口與焦側爐門之間形成小煤堆，影響荒煤氣順利導出，導致荒煤氣在炭化室停留時間相對延長，增大了荒煤氣裂解量，同時造成焦側爐門冒煙、焦側裝煤缺角等問題。

為解決焦側平不透煤的現象，將平煤桿進入爐內長度由19600mm調整為20300mm，增加長度700mm，保證焦側4#爐口處平透煤減少焦側缺角現象，使焦側煤料平整，單爐增加裝煤量近1噸，提高單爐焦炭產量約0.75噸，按每月生產6000爐焦炭計算，月增產焦炭約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0.2噸，按每月生產6000爐焦炭計算，月增產焦炭約1200噸。

2.2.3 優化煤車裝煤操作

從加煤總時間和4個煤斗延遲加煤等方面進行試驗，測算出裝煤時間為85s比較合理，且4個煤斗裝煤采用延遲時間控制在5s、3s、1s和0s，有利于爐頂空間荒煤氣導出，確保了裝煤過程中不冒煙，滿足了環保要求。

煤車第1次加煤后暫時停止裝煤，推焦車進行第1次平煤，使炭化室內的煤峰得到初步拉平，然后裝煤車再繼續加煤，推焦車進行第2次平煤。經測試，實行裝煤車2次加煤及推焦車2次平煤的協調控制方式后，解決了裝煤末期爐頂空間壓力波動大、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 經濟效益計算

（1）通過調整平煤長度與高度，焦炭月均增產約5700t，焦炭利潤按330元/t計算，全年焦炭增產可增創效益：

5700×330×12=2257.2萬元

（2）焦爐煤氣增產產生的經濟效益，按噸煤產煤氣350m3，焦爐煤氣價格0.5元/m3計算，全年煤氣增創效益：

5700×1.275×350×12×0.5=1526萬元

（3）化產品增產產生的經濟效益，噸焦的化產品收益按185元計算，全年化產品增創效益：

5700×12×185=1265.4萬元

（4）通過優化焦爐加熱工藝參數，降低了高爐煤氣消耗，以2016年1—6月份煤氣消耗量為計算依據，較2015年四季度高爐煤氣消耗，現4座焦爐平均每月節約高爐煤氣消耗964.2萬m3，高爐煤氣價格按700元/萬m3,計算，2016年比2015年可節約煤氣消耗開支：

964.2 ×700×12=780.9萬元

（5）全年合計增創效益：

2257.2 +1526+1265.4+780.9=5829.5萬元

4 結語

經工藝參數的優化與生產設備改造，目前爐頂空間溫度基本穩定在830℃左右，爐頂空間高度控制在(500±50)mm，爐頭溫度系數達到0.9以上，滿足了焦爐工藝技術要求，爐頂石墨明顯減少，同時降低了職工勞動強度，降低生產影響時間，提高了經濟效益。

[1]王曉琴.煉焦工藝[M].北京:化學工業出版社,2005.

[2]潘立慧,魏松波.煉焦技術問答[M].北京:冶金工業出版社, 2007.

王海波（1982-），男，本科學位，河北理工大學煤化工專業，助理工程師，現邯寶焦化廠煉焦車間。