干熄焦工藝對焦炭質量的影響研究

張玉玉

摘要：當下，我國經濟的發展不再是以犧牲環境作為代價，而是要實現環境效益與經濟效益的協同，要持續、有效的發展經濟，降低對生態的破壞與對資源的消耗量。我國積極推進了節能減排，并強調對能源生產行業、重工業、排污行業等的產能優化力度，以減少這些行業對資源的消耗量，降低各類生產污染物質的排放量。當下，我國工業發展道路跟隨能源生產的變化而不斷轉變。焦炭作為我國鋼鐵生產、能源生產等行業中均需要用到的必要原料，焦炭的質量影響著工業生產質量，影響到工業產品的生產效率等，除此之外，以焦炭作為生產原料的工業生產會帶來較大的污染，給周圍環境造成破壞，對生產人員的身體健康與生命安全造成一定的影響。改進焦炭的生產工藝，降低環境污染成為了我國工業領域中相關學者的重點研究課題，有學者提出了以干熄焦工藝來實施生產，可提升焦炭質量，減少污染物的排放量。本文則對此展開研究，探究干熄焦工藝對焦炭質量的具體影響，并為該領域學者的研究提供參考。

關鍵詞：干熄焦 ?焦炭 ?質量 ?影響 ?濕熄焦

焦炭作為我國工業生產中需要用到的一種重要原料，可以說，焦炭的質量將會直接影響到各類工業產品的生產質量，因而如何提升焦炭的生產質量，發揮焦炭原本在工業生產中的作用，降低焦炭燃燒過程中的能耗問題引起了社會各界的廣泛關注，而干熄焦作為一種焦炭生產的新技術、新工藝，其能夠有效保障焦炭生產的質量，此工藝主要是利用惰性氣體來對處于高溫、紅熾狀態的焦炭進行冷卻，且冷卻速度較快，避免了以往傳統工藝應用時的焦炭消耗量，起到了節約能源的作用，除此之外，也可保障降溫、冷卻后的焦炭的質量，在最終生產時，可極大程度上降低污染物的排放量[1]。由于干熄焦工藝的先進性與應用優勢，其已經被廣泛地應用到了各類大型能源、工業生產行業中，為探究干熄焦工藝對焦炭質量所產生的具體影響，分析干熄焦工藝是否具備著較大的應用優勢展開了相應的研究工作。

1 干熄焦工藝概述

從我國當下對能源生產、工業生產的發展態度與期望來看，節能減排、綠色發展必然是其未來的主要發展趨勢，而干熄焦工藝則完全符合國家對工業發展的這一要求，其能夠起到節約能源，降低能耗與降低污染排放的作用，對于保護環境、提升焦炭質量等都有著重要的優勢。

1.1 干熄焦工藝的應用原理

將正在焦爐生產中的焦炭利用惰性氣體來進行熄滅操作，以惰性氣體來加快降溫速度，并且還可實現對熄滅時的熱量的有效回收。通過對干熄焦工藝的運作原理進行分析，可發現在一般情況下會利用惰性氣體回收的熱量來加溫鍋爐，直至形成蒸汽，并利用汽輪機來進行發電，實現了對剩余熱量的再次利用。通過高溫的惰性氣體來實現水熱溫度的焦化，循環對焦炭剩余熱量的利用，甚至可以將焦炭的溫度逐步冷卻到200 ℃以下[2]。

1.2 干熄焦工藝對于焦炭質量的影響

采用干熄焦工藝來展開焦炭的冷卻與能源的回收，會對焦炭的質量造成一定的影響。一般來說，采用此種方式對焦炭進行冷卻時，空氣中的氧氣會與焦炭發生反應，生產二氧化碳，若直接排放出去，則會對空氣造成嚴重污染，同時也可能會引發生產人員發生二氧化碳中毒事件，而在焦爐內部的高溫下，干熄焦工藝還會將二氧化碳轉變為一氧化碳。若按照此方式持續進行運作，焦炭還可能會在熱力作用下產生一氧化碳、氫氣、甲烷等氣體，這些氣體共同處于一個較為密閉且溫度較高的空間內，就極有可能發生爆炸，對企業生產與經濟效益造成影響，更為重要的是，還可能會造成人員傷亡。為避免此類情況的發生，就必須要在相對密閉的空間內注入惰性氣體，持續對易燃易爆氣體進行稀釋，如此則可有效地防止爆炸事故的發生，在以往干熄焦工藝的應用中，采用的是濕熄焦工藝，而這一工藝的應用則會導致焦炭內部存在應力集中的這一問題，無法保障焦炭的質量。干熄焦工藝的應用則很好地避免了這一問題，干熄焦工藝的應用很好地吸收并利用了焦炭殘留的熱量，在保障焦炭完整性的基礎上，保障了焦炭的質量，杜絕了焦炭內應力集中的問題。

2 干熄焦工藝對焦炭質量產生的作用變化分析

2.1 焦炭強度變化

焦炭的質量體現在于焦炭的反應性、強度等方面，焦炭強度作為一項重要的指標，不論是在干熄焦還是在濕熄焦工藝的應用中，均常常用作于體現焦炭的整體質量。焦炭強度過小時，在運輸、裝卸等過程中極為容易發生破碎，且會影響到后期的使用，如在燃燒時，可能存在著燃燒速度過快，導致爐內溫度較高，或者造成資源浪費等情況[3]。一般來說，焦炭的強度較大時，則難以燃燒，為使得焦炭充分燃燒，就不得不采取必要的手段降低焦炭的強度，將焦炭擊碎成多個小型焦炭，以增加燃燒面積的方法助推焦炭的燃燒，但這也會阻礙工業生產的進度，從長遠來看，對我國工業生產會造成較大的影響。采用干熄焦工藝來生產焦炭，將惰性氣體均勻且快速地分布于紅熾狀態的焦炭周圍，使得這部分處于紅熾狀態的焦炭實現自上而下的均勻冷卻，除此之外，以這樣的方式來進行冷卻可很好地釋放了焦炭內部氣孔所產生的應力作用，這就使得焦炭內部的結構更為均勻，且也提升了焦炭的強度。

對以往所采用的濕熄焦工藝進行分析，可發現濕熄焦是通過水來對焦炭實現冷卻，達成冷卻的這一目的，而這就會產生水蒸氣，并與焦炭發生化學反應，反應方程式為：C+H2O→高溫→CO+H2，破壞了碳分子結構，造成氣孔數量的增加。而干熄焦工藝的應用不會涉及到用水，因此也就直接避免了這一化學作用，不會對焦炭內部的分子結構造成影響[4]。

2.2 均勻性的提升

焦炭并非煤炭，焦炭是基于煤炭的基礎上，在1000 ℃的高溫條件下經過干餾制作的方式而制成的產物。然而，由于煤塊本身的大小不一，強度不一等，所制成的焦炭質地不均勻，可能存在著較多的問題，比如焦炭強度不足，焦粉率存在較大問題等，大小不一的焦炭，均勻性差異較大，對焦炭的最終應用效果也會造成直接的影響，比如導致部分焦炭在工業生產中難以完全被燃燒，造成資源的浪費，加重企業的生產成本負擔。除此之外，對于部分未能完全燃燒的焦炭，工作人員在進行處理時也可能將其與完全燃燒后的焦炭殘留物質一同清理，這就對周圍的環境造成了污染，阻礙我國建設資源節約型、環境友好型社會，且還會阻礙我國雙碳目標的實現。采用了干熄焦工藝后，焦炭在干熄爐中會與惰性氣體相交融，完成整個冷卻過程，焦炭也將在干熄爐中發生碰撞，此時大塊的、強度不足的焦炭則會開裂，形成一個個小塊的焦炭，將干熄爐內的全部焦炭的大小呈現出均勻狀態，提升均勻性。如直徑在60 mm以上的焦炭被稱為大顆粒焦炭，而這一類焦炭由于形狀較大，往往難以充分燃燒，若不將其進行分解，分解成小顆粒的焦炭，將會造成資源的浪費。而在采用了干熄焦工藝后，焦炭的均勻性明顯得到了提升。BEE19C3B-A6A0-4F19-BD83-66E6CB31160A

2.3 焦粉率的提升

在采用了干熄焦工藝后，可明顯提升焦粉率，這是由于惰性氣體的降溫僅是針對于焦炭本身，在降溫冷卻的過程中還將造成焦炭發生摩擦、碰撞，這又進一步提升了焦粉率。在傳統的濕熄焦工藝應用中，采用水進行冷卻，而水分可降低焦粉率，使得原本形成的焦粉會與焦炭相結合[5]。那么惰性氣體會為何會增加焦粉率，這是因為惰性氣體在與焦炭發生反應的過程中，會造成了焦炭表層的脫落，最終就會提升焦粉率。但是在焦粉率提升的同時，也需要注意爐中的空氣含量，若是火爐中的空氣含量較高，氧氣較足，相對密閉空間中的氧氣、焦炭、焦粉、高溫等發生相互作用，這就會造成粉塵爆炸，給生產人員的生命安全造成極大的影響。

2.4 反應性的降低

焦炭的反應性主要指的是表面的氣孔結構與焦炭表面的致密性，而通過對焦炭的表面結構與質量來進行分析，可發現，對于焦炭而言，若氣孔越小，氣孔數量越少，若是表面致密性較大，那么焦炭的反應性也就越低，從焦炭的燃燒性質來進行分析可知曉焦炭反應性越低，那么焦炭在燃燒過程中也就越不容易與其他物質發生反應，這可很好地避免焦炭在燃燒中與其他物質發生反應后而造成焦炭質量受到影響，發生較大的損耗的問題。在能源生產及其他需要用到焦炭的生產行業中對于此類焦炭的需求量較大，其在燃燒過程中不會與其他物質發生反應，燃燒所取得的熱能可全部用于生產。而要想制作此類焦炭，就必須要通過干熄焦工藝來降低焦炭的反應性。在干熄焦工藝應用過程中，不會涉及水的使用，這就不會在降溫過程中導致水與焦炭在高溫作用下發生化學反應，即“C+H2O→高溫→CO+H2”的反應方程式，也就不會造成焦炭表面的氣孔增多。且采用惰性氣體進行降溫、冷卻之前，還需要靜置一段時間，這一段時間可供焦炭自行降溫，其內部結構也會有所收縮，提升表面精密性，在引入惰性氣體之后，焦炭的反應性則會進一步降低。

3 實驗論證

為分析干熄焦工藝的具體應用優勢，探究干熄焦工藝相比于傳統的濕熄焦工藝，其優點體現在哪些方面，就需要以實驗的方式來進行論證。本次實驗采用的是某一大型焦化廠6 m的焦爐所生產出來的紅熾狀態的焦炭，依照干、濕熄焦兩種工藝來展開具體的研究處理工作，其中，干熄焦工藝的應用選擇的是140 t/h干法熄焦方式，而濕熄焦則采用冷卻水進行噴灑，噴灑時間持續80～120 s。而本次研究中選擇對比的各項指標包括工業分析、氣孔率、密度等，具體的研究結果如下。

3.1 工業分析

通過工業分析的方式來探尋兩種熄焦方式應用后所得到的焦炭的灰分、硫含量等，而通過對比后，發現各項數據均無明顯的差異，在焦炭工業分析的各項指標中兩種熄焦方式所得到的焦炭無明顯差異，P>0.05，但干熄焦的水分及揮發量卻相對較低，這是需要引起重視的一點，具體焦炭工業分析數據如表1所示。

3.2 氣孔率與密度

從兩種熄焦方式應用后得到的焦炭樣本的氣孔率及密度等方面來進行分析可發現，兩者之間存在著較大的差異，用Ps來表示干熄焦的氣孔率，可發現明顯高出濕熄焦，總氣孔率Pt則明顯更低，兩者之間差異極大，P<0.05。若從密度這一項目進行觀察，可發現干熄焦得到的焦炭真密度d及視密度dA均要高于同一項目中的濕熄焦，這主要是因為在采用了干熄焦工藝之后，縮合作用會導致焦炭的真密度有所提升，具體數據如表2表示。

3.3 強度

強度與焦炭質量直接相關聯，強度在某種程度上看可以是焦炭質量，與焦炭質量直接掛鉤，而在采用了干熄焦的工藝之后，焦炭冷熱態度得到了顯著性的改變，冷熱強度明顯提升，而這就使得焦炭的顯微強度MSI得到了一定程度上的提升，此時，干熄焦工藝得到的焦炭縮聚性能也將得到提升，焦炭密度增大，在一連串作用的影響下，焦炭的氣孔壁質量也會持續提升[6]。與之相反的是，采用濕熄焦工藝方式所得到的焦炭，其強度、致密性、氣孔壁質量等均與干熄焦得到的焦炭有著較大的差異，具體數據如表3所示。

4 結語

總而言之，伴隨著我國對節能環保要求的越發重視，對各地大型工業企業的生產進行持續的監督與控制，調節能源供應與能源生產，實現節能減排勢在必行。而要想實現這一目標，就不得不重點考慮焦炭質量以及對焦炭的處理，提升對焦炭的利用率，降低污染物排放量。采用干熄焦工藝可很好地提升焦炭質量，提升均勻性，降低反應性，保障生產出的焦炭具備良好的性能，相比于以往所采用的濕熄焦而言，干熄焦工藝能夠提升我國焦炭生產的總體水平。

參考文獻

[1] 喬雙鵬，鞠國強，翟淑東，等.干熄焦提升機差動減速器速比計算[J].起重運輸機械，2021（11）：56-60.

[2] 徐榮廣，關少奎，黃海龍.干熄焦系統中硫化物產生及其變化規律[J].中國冶金，2020，30（11）：6-10.

[3]260 t/h超大型干熄焦高效穩定運行技術開發與應用[J].中國冶金，2020，30（10）：105.

[4]孫喜燕.干熄焦工藝對焦炭性能的影響[J].山西化工，2020，40（3）：72-74.

[5]鞏強.干熄焦工藝對焦炭質量的影響[J].當代化工研究，2020（3）：102-103.

[6]陳靜升.碎煤熱解半焦干熄焦工藝的研究與開發[J].煤化工，2018，46（6）：8-10，18.BEE19C3B-A6A0-4F19-BD83-66E6CB31160A