降低煉焦耗熱量在宣鋼焦化廠的實踐

孫海峰

煉焦耗熱量是指1Kg 爐煤在焦爐中煉成焦炭所需供給焦爐的熱量。煉焦耗熱量的計算有助于評定爐體結構、焦爐熱工操作和管理水平以及確定煉焦消耗定額的重要指標，是確定加熱用煤氣量的依據。煉焦生產會消耗大量能量，其中煉焦每個工藝流程所消耗的熱量占焦化生產所消耗能量的百分之八十左右。我們可將規(guī)定數量內的礦產資源煉成焦炭所需要供給焦爐的熱量視為煉焦耗熱量。為了方便計算，可將煉焦耗熱量進行換算，更利于焦爐熱工效率。焦爐加熱熱量由焦炭熱量、荒煤氣熱量、廢氣熱量和爐體散熱幾部分組要。這幾部分消耗的熱量是否合理，直接影響煉焦耗熱量。

1 煉焦耗熱量影響因素分析

1.1 焦炭攜帶熱量

1.1.1 焦炭溫度——焦餅中心溫度

在保證焦炭成熟的前提下，焦炭攜帶的熱量越低越好。而衡量焦炭成熟溫度的熱工指標是焦餅中心溫度。在生產中，焦餅中心一般控制在1000±50℃，低于950℃，焦炭沒有完全成熟；高于1050℃焦炭可能過火。從理論上講，在保證焦餅成熟的前提下，焦餅中心溫度越低，焦炭攜帶的熱量越少，煉焦耗熱量越低；反之，焦餅中心溫度越高，煉焦耗熱量越高。焦餅中心溫度與耗熱量的關系見表1。

表1 焦餅中心溫度與耗熱量的關系（單位：℃）

從表中可看出，在炭化室裝煤經過16h 時，焦餅中心溫度已超過950℃，焦餅已成熟，但由于焦炭收縮不充分，內應力較大，為了改善焦炭質量，推焦順利，都需要焦炭在炭化室繼續(xù)停留一段時間。但停留時間不能過長，焦餅中心溫度過高，則焦炭帶走的熱量多，由表1 可以明顯的看出耗熱量隨著焦餅溫度的升高呈上升趨勢。根據調查研究發(fā)現(xiàn)焦餅中心溫度超過一千攝氏度時，溫度升高五十攝氏度，耗熱量增加明顯。

1.1.2 單孔炭化室焦炭產量

單孔炭化室焦炭產量由單孔裝煤量決定，單孔裝煤量不足，也會引起煉焦耗熱量增加。

1.2 荒煤氣攜帶熱量

1.2.1 爐頂空間溫度

荒煤氣帶走的熱量也是焦爐耗熱量的一部分。在集氣管壓力控制滿足技術要求、炭化室裝煤量一定時，炭化室導出荒煤氣的溫度每降低10℃，煉焦耗熱量約降低12.6KJ/kg ～16.7KJ/kg 左右，因此，降低炭化室爐頂空間溫度對降低耗熱量是很有必要的。

爐頂空間溫度通常是指2/3 結焦時間炭化室頂部空間煤氣溫度，一般控制在800±30℃。其值越低，所需供熱量越少，煉焦耗熱量越低；反之煉焦耗熱量越高。

1.2.2 裝爐煤水分

荒煤氣中的水分主要是煉焦煤攜帶的水分。煉焦煤裝入炭化室煉焦，開始階段是煉焦煤的干燥、脫水階段。水分含量越大，煉焦煤干燥時間越長，消耗熱量越多。煉焦煤水分與耗熱量的關系如圖1。

圖1 煉焦煤水分與耗熱量的關系

權威數據表明，通常水分每增加1%，結焦時間延長10min ～15min。含水量為8%左右時，配煤水分變化1%，濕煤耗熱量相應變化約29.3KJ/kg ～33.5KJ/kg，結焦時間延長或縮短20min 左右。而在實際中往往大于此值。

1.3 廢氣攜帶熱量

1.3.1 空氣過剩系數

空氣過剩系數（α 值）是反映煤氣和空氣在焦爐燃燒室內是否完全燃燒的一個重要指標，一般控制在1.15 ～1.35。空氣過剩系數過大，燃燒空氣量大，廢氣量增多，帶走的熱量增加；空氣過剩系數過小，煤氣燃燒不完全，增加煤氣耗量，影響耗熱量，也是對煤氣資源造成浪費。

1.3.2 蓄熱室狀況

蓄熱室主要是回收從燃燒室導出的高溫廢氣的熱量。蓄熱室內回收熱量用格子磚，格子磚被堵塞或格子磚倒塌，會造成格子磚熱量回收減少，溫度降低，出蓄熱室廢氣溫度升高，帶走的熱量增加；同時空氣（高爐煤氣）在蓄熱室預熱時，預熱溫度也偏低，需要增加煤氣量，保證燃燒室溫度符合要求，造成煉焦耗熱量增加。

1.4 爐體狀態(tài)

焦爐表面熱量散失，一般占總熱量的10%以上，在爐體表面散熱中，爐頂地面散熱、裝煤孔、看火孔、上升管、爐門等部位散熱較大。

另外，蓄熱室封墻、隔墻不嚴，也會造成煤氣的損失，增加煉焦耗熱量。

2 降低煉焦耗熱量的措施

2.1 適當降低標準溫度

不同焦爐周轉時間機焦側標準溫度是不同的，標準溫度設定是否合理可通過測焦餅中心溫度來檢驗。在保證焦炭質量的前提下，調整機焦側標準溫度，維持焦餅中心溫度在較低值，是降低耗熱量的主要措施，通過測量對比，標準溫度降低5℃，焦餅中心溫度可降低約8℃。

根據計算焦爐熱量消耗過程可以發(fā)現(xiàn)紅焦消耗的熱量占總熱量的百分之四十。能量消耗數量與焦餅中心受熱程度存在必然聯(lián)系。從實踐結果來看，焦餅中心溫度達到一千度時，可再進行小幅度溫度提升。煤的煉焦消耗能量可增加0.12MJ/kg ～0.16MJ/kg。所以，分析6#焦爐運行情況，確保推焦順利的前提下，也可根據實際情況調整焦餅中心溫度，達到少量消耗煉焦熱量的目的。

標準溫度會直接影響焦餅中心溫度。此次研究過程中涉及的焦餅中心溫度可由紅外測溫儀器測量的焦餅表面溫度代替。測量煉焦溫度要求測量工作人員站在上風向，焦柵出口是使用紅外測溫儀測量的最佳位置，更利于數據全面采集。測量位置與焦柵之間的距離控制在100mm，測點高度分別為600mm 和2700mm。進行測量時要確保2 次連續(xù)測量炭化室的焦餅表面溫度，得到測量平均值，再用所得到的平均值減去20℃，該溫度為可靠焦餅中心溫度。經過反復測溫發(fā)現(xiàn)，焦餅中心溫度大致維持在1000℃左右，煉焦狀況良好并且沒有出現(xiàn)異常推焦的狀況。

圖2 不同月份入爐煤平均水分的變化趨勢

圖3 不同月份每日入爐煤水分變化的比較

焦爐溫度調試工作人員可在每周測量2 次空氣過剩系數，同時對收集數據進行分析，保證燃氣、空氣之間搭配比例科學。重點對爐體進行維護，確保爐體在運行時是嚴密的。著重對爐門框、蓄熱室封墻、保護板對接縫、焦爐爐頂區(qū)域、單叉、烘爐孔保持嚴密，焦爐爐體維持一個良好的運行狀態(tài)，避免爐體出現(xiàn)竄漏。

2.2 穩(wěn)定裝水分、裝煤量

隨著環(huán)保管理標準的提高，煉焦煤露天存放不再允許，為此，宣鋼焦化廠對煤場采取了大棚封閉，既有效減少了煉焦煤露天存放帶來的環(huán)境污染，也減少了下雨、下雪對煉焦煤水分的影響。煤場加大棚后，煉焦配合煤水分總體有所降低，基本維持在10%～11%，穩(wěn)定了煉焦熱工管理，降低了耗熱量。

嚴格按技術要求做好裝、平煤量操作，裝煤量少于0.5t，必須進行二次補裝。

2.3 合理降低爐頂空間溫度

爐頂空間溫度除取決于焦爐加熱水平、高向加熱均勻程度外，還受裝煤量的影響。實踐表明，焦爐滿負荷生產時，爐頂空間溫度保持在800℃，焦炭能夠成熟，焦線保持在1900mm ～2000mm。為適當降低爐頂空間溫度，要求單孔裝煤量穩(wěn)定在28.8±0.3t。加大裝煤量的檢查和焦線測量力度，確保每孔裝煤量合格，降低爐頂空間溫度，可減少爐頂石墨生成，減少荒煤氣帶出的熱量，降低煉焦耗熱量。

炭化室爐頂空間溫度，一方面取決于確定的標準溫度，另一方面取決于裝煤量是否合理，是否平透、裝實。適當減小煤線，提高裝煤量，可以降低爐頂空間溫度，表2 是煤線降低20mm 前后爐頂空間溫度變化情況。

表2 煤線降低20mm 前后爐頂空間溫度對照表

另外，炭化室爐頂荒煤氣溫度與集氣管壓力也有一定關系，集氣管壓力高，荒煤氣不易導出，爐頂空間溫度就偏高，否則，爐頂空間溫度就偏低，所以要根據情況、按規(guī)定及時測量吸氣管正對炭化室結焦末期底部壓力，保證炭化室底部壓力≥5Pa，根據炭化室底部壓力測量結果及時調整集氣管壓力，集氣管壓力調整后，進一步測量、調整爐頂空間溫度，控制煉焦耗熱量。

2.4 控制α 值在合理的范圍內

一般焦爐使用焦爐煤氣加熱時，α 值控制在1.15 ～1.35；使用高爐煤氣加熱時α 值控制在1.15 ～1.25 為宜（立火道廢氣）。

為了實時監(jiān)控空氣過剩系數情況，在分煙道安裝廢氣含氧量檢測儀替代人工廢氣分析，及時準確地對廢氣含氧進行監(jiān)控，將焦爐機側煙道含氧量控制在3%～5%之間，焦側分煙道含氧量控制在4%～7%之間，減少空氣過量或不足對煉焦耗熱量的影響。

2.5 加強蓄熱室管理

加強蓄熱室換熱效果的檢查，對換熱效果差的蓄熱室及時檢查，對格子磚進行清掃，對倒塌的格子磚重新碼放。

2.6 加強爐體維護，減少爐體散熱

焦爐表面散熱量占焦爐加熱量的9%～11%，隨著爐體狀況惡化，散熱量占比也會增加。焦爐爐體的好壞對煉焦耗熱量及熱效率的高低有直接影響，如炭化室墻面漏氣率增加，荒煤氣大量竄入到燃燒室內，造成煤氣燃燒不充分，煙囪冒黑煙。迫于環(huán)保壓力，只能通過從立火道看火孔進行放煙處理，不僅造成荒煤氣、化產品回收量減少，也會帶來大量熱量損失，增加煉焦耗熱量。蓄熱室竄漏率的增加導致煤氣用量增加，影響煉焦耗熱量

根據爐體狀況制定切合實際的維護和修理措施。對蓄熱室封墻、廢氣盤等使用海泡石保溫材料保溫；定期對焦爐進行灌漿處理；將爐門襯磚由傳統(tǒng)的現(xiàn)場砌筑磚槽改為整體磚槽砌塊，減少了爐門磚維護工作量，爐門表面溫度也降低了50℃～60℃，有效降低了爐門散熱。

2.7 優(yōu)化煤氣加熱制度

加熱煤氣燃燒制度是否合理，對煉焦耗熱量的影響較大。影響燃燒制度的主要指標是合適的空氣過剩系數，并保持均勻穩(wěn)定，最大程度上避免廢氣中物理和化學熱的損失。

若空氣過剩系數過低，廢氣中如果含有1%的CO，按高爐煤氣熱值3.95MJ/m3、α=1.25 計算，相當于5.8%高爐煤氣的熱量未被利用。當空氣過剩系數過大時，廢氣中的氧含量改變1%，則因廢氣體積增加，相當于1%高爐煤氣的熱量損失。在總體供熱穩(wěn)定的基礎上，通過對每個燃燒室進入的煤氣量和空氣量進行調節(jié)，使各個燃燒室獲得的熱量相同，保證各個燃燒室溫度均勻，可穩(wěn)定并適當降低α 值。高爐煤氣控制與壓力、孔板、流量有關，空氣量控制與看火孔壓力、分煙道吸力、風門開度有關。其相互之間又存在如下關系：

式中：V 為加熱煤氣流量，m3/h；P 為煙道吸力，Pa；H 為進風門開度，mm；A 為看火孔壓力，Pa。根據焦爐生產實際工藝技術規(guī)程要求，通過上述回歸方程驗證，最終將α 值穩(wěn)定在1.20 左右。

3 結論

降低煉焦耗熱量是焦爐生產的一項重要工作，是焦爐管理水平的體現(xiàn)。通過采取這些措施，焦爐的耗熱量降低約20kJ/kg，效果明顯。