焦炭烧损控制措施与二氧化碳的炭熔反应

冶金焦化

2022年7月25日 13:37

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焦炭烧损控制措施与二氧化碳的炭熔反应的图1

干熄焦烧损问题在行业内是普遍关注的问题，多年来很多技术人员及专家也做了大量试验和研究，力求找出降低焦炭烧损的经济途径，目前主要措施有以下几点。

（1）控制适当的气料比。

在保证排焦温度满足工艺要求的前提下，尽量降低气料比。开工初期，考虑运焦线上大部分皮带为普通皮带，且对皮带的耐热性能没有把握，将正常生产时的排焦温度控制在 120℃以下。此后根据实际运行情况，在保证皮带接口强度的前提下，将正常生产时排焦温度的控制值提高到140--160℃，从而降低了气料比，减少了焦炭烧损。

（2）控制循环气体中的可燃成分。

理论上循环气体中的可燃成分控制越低越好，但这样必须加大空气导入量。尽管目前干熄焦系统采取了氢气在线自动分析，来尽量实现空气导入量的精确控制，但系统中存在残余氧是难以避免的。而减少空气导入量，保持合理的可燃成分含量，降低系统氧含量对控制烧损率是有益的。为此在实际生产中将 3％作为 H2 含量的控制上限，CO 含量控制 5％一 6％。

（3）确保气体循环系统的密封性

干熄炉出口至循环风机入口的负压段密封性欠佳，空气就会被吸入，使循环系统内的 O2 含量以及水汽含量上升。在实际生产中，为便于调节和保证系统的安全运行，加强对负压段气密性检查力度，确保不在锅炉至循环风机入口处吸入空气，以防止空气直接鼓入干熄炉烧损焦炭。环形风道的内环墙墙体密封性也十分重要。若出现裂缝，尤其是在 180°和 0°方向附近同时出现裂缝，导入的空气会沿着裂缝穿过预存段焦炭层，与红焦反应燃烧，造成焦炭烧损。（4）加强设备维护检查。

加强对锅炉表面发生穿孔、水封串漏、水蒸气进入循环气体管道等情况的监控，避免水汽进入气体循环系统。中控作业人员在操作时严格监视循环系统内 H2 含量，对 H2 含量突然上升原因及时准确的分析，并对气体循环系统内进水事故及时处理。

（5）避免预存室压力负压太大装焦时炉内气体正压会引起放爆，而负压时空气大量吸入干熄炉内，因此必须保持循环系统压力的稳定性。

干熄炉预存段压力理论控制值为 0Pa，但在实际生产中难以控制。通常将预存室压力值控制在微正压（0—50Pa），既可提高锅炉入口循环气体温度，降低干熄焦系统的热损失，又提高了循环气体可燃成分，降低焦炭烧损，保证安全生产。

（6）加强工艺控制，保持排焦温度的稳定

首先是做好与炼焦工序的生产协调，尽可能保证生产稳定，均匀装焦，减少赶炉；其次是安排好炼焦、运焦系统的检修计划，提前调节干熄炉料位，避免排焦温度短时间内急剧升高。（7）控制焦炭成熟度控制

相对较低的焦炭成熟度，充分利用干熄炉预存室的焖炉效果，在保证焦炭质量的前提下，降低炼焦工序能耗是可行的，但由于挥发分的析出，却会对干熄焦系统带来一定影响。焦炭烧损率的增加就是影响之一，为此有必要在降低炼焦工序能耗和减少焦炭烧损率之间寻找平衡点。干熄焦系统设计装焦温度为 950～1050℃，考虑测温的偏差等因素，焦饼中心温度应控制在 1000℃以上。

通过上述治理措施，会部分减少焦炭的烧损，但是要达到控制焦炭烧损，还是不能解决主要问题。我们认为，在系统设备运行、操作以及工艺指标控制等正常的情况下，焦炭烧损的反应主要还是与二氧化碳的炭熔反应，即 C + CO2 = 2CO。

在气体循环过程中，由于焦炭挥发分的不断析出和空气导入量增加，造成循环气体中 CO 及CO2 含量逐渐升高，CO 经过燃烧也转化为 CO2，由于二氧化碳相对来讲是惰性气体，故造成循环系统中二氧化碳的逐渐升高。

C02 与焦炭在高温下也会发生反应，下表列出了不同温度下 C02 反应的吉布斯自由能。C02 反应的吉布斯自由能在 730℃时为-6.6kJ／mol，即在此温度下就可以与焦炭自发进行反应。在干熄焦的生产运行过程中，循环气体从干熄炉底部进入，与自上而下的炽热焦炭进行逆流接触和换热，在此过程中当温度达到 730℃以上时，C02 就会与炽热的 C 反应生成 CO，造成焦炭质量的烧损，随着温度的升高，反应会逐渐剧烈。而正常生产时，干熄焦循环气体中 C02 体积百分比很大，因此该反应是影响干熄焦炭烧损的重要因素。

焦炭烧损控制措施与二氧化碳的炭熔反应的图2