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1、干熄焦焦炭燒損研究前言自干熄焦技術廣泛工業(yè)化應用以來，焦炭的燒損率是人們重點關注的問題之一。由于工業(yè)上計量方法、計量精度難以滿足準確測試焦炭燒損的要求，并且燒損值與與工藝運行狀況關系甚大，以至于燒損值眾說紛紜。馬鋼煤焦化公司與安徽工業(yè)大學化工學院合作開展了干熄焦工藝運行優(yōu)化的研究，選擇了兩套干熄焦系統(tǒng)進行不同工況下的相關測試，對干熄爐、干熄焦鍋爐作了物料平衡、熱量平衡、火用分析；對干熄焦過程的焦炭燒損進行了系統(tǒng)研究，包括不同裝置、不同工況時的焦炭燒損測試，在實驗室進行了焦炭溶損的動力學研究。下面概要介紹有
2、關研究結(jié)果。1干熄焦焦炭燒損過程分析除了裝焦時，干熄爐預存室中氣體是基本靜止的，因此焦炭在預存室的燒損可以忽略不計；冷卻室斜道1/2處的溫度在700℃左右，可以認為斜道1/2以下部位的焦炭沒有與循環(huán)氣體發(fā)生反應；一次除塵器的氣體溫度遠在焦炭起始反應溫度之上。從以上干熄焦系統(tǒng)的溫度分布看，各部位焦炭的燒損如下：一次除塵器內(nèi)循環(huán)氣體的一氧化碳、氫等可燃組分與導入空氣中的氧混合燃燒生成二氧化碳、水，剩余的氧使循環(huán)氣體夾帶的焦粉燃燒生成二氧化碳。降溫后的循環(huán)氣體進入干熄爐，在斜道1/2以上部位，發(fā)生焦炭與二氧化碳
3、、水汽的反應，生成一氧化碳，少量的氧也與焦炭反應生成一氧化碳。從以上分析可知，在干熄焦系統(tǒng)中的焦炭損耗是碳溶損為主，燃燒損耗主要發(fā)生在一次除塵器，燒的是焦粉。２焦炭燒損測試由于現(xiàn)場生產(chǎn)條件所限，進入干熄爐的紅焦質(zhì)量及排出干熄爐的冷焦質(zhì)量很難準確測定。最直接、便利的測定燒損的辦法是測放散氣體量及其含碳量（二氧化碳、一氧化碳），由于放散裝置上沒有合適的測定位置，為了測試，在生產(chǎn)中進行改造是不現(xiàn)實的，我們近似地認為導入氣體（空氣、氮氣）量等于放散氣體量（實際反應產(chǎn)物的摩爾數(shù)略大于導入氣體的摩爾數(shù)），采用循環(huán)氣體
4、的碳平衡測定焦炭燒損。循環(huán)氣體中可燃成分的控制與焦炭燒損和產(chǎn)汽率有密切的關系。循環(huán)氣體經(jīng)換熱除塵后，從干熄爐底部進入，與自上而下的熾熱焦炭進行逆流換熱，氣體中CO2與焦炭發(fā)生碳溶反應，生成CO，帶有大量CO的循環(huán)氣體進入環(huán)形風道，然后與空氣導入孔進入的空氣混合，CO與空氣中的O2反應生成CO2，從而降低了循環(huán)氣體中的CO濃度，使CO濃度保持在一個安全范圍，測試數(shù)據(jù)表明，提高出入爐循環(huán)氣體CO的百分比導致燒損率降低。一般情況下經(jīng)由空氣導人閥向干熄爐環(huán)形煙道內(nèi)導入空氣。首先被燒掉的是循環(huán)氣體內(nèi)的可燃氣體如CO
5、、H2、CH4，其次是焦粉，最后為小塊徑焦炭。因此，可以通過控制可燃氣體含量的手段來控制焦炭(焦粉)的燒損率。通過兩批測試分析計算可以看出，適當?shù)臏p少入干熄爐循環(huán)氣體中CO2含量，增加CO含量，有助于控制焦炭的燒損量。在保證安全的前題條件也因該尋求一個空氣導入合適適量來控制其殘余O2與焦炭的反應。并控制放散氣體的量來平衡出干熄爐氣體成分的含量。因此，適當提高H2和CO含量的控制范圍可以起到降低燒損率的作用。但是從提高經(jīng)濟效益角度考慮，對于整個干熄焦系統(tǒng)來講，在保證降低燒損率的同時還要考慮到鍋爐產(chǎn)汽量，只有
6、兩者達到相對狀態(tài)的平衡才能才能對整個系統(tǒng)起到優(yōu)化的作用。我們進行了兩套干熄焦裝置在不同工況時的焦炭燒損測試，通過調(diào)整循環(huán)風量、導入空氣量、調(diào)整料位、控制循環(huán)氣體成分等，測得燒損值最低1.11%，最大1.85%，通常在1.3%-1.5%。3焦炭溶損動力學研究焦炭在干熄爐中的損耗主要是與水汽、二氧化碳發(fā)生溶損反應。有研究表明，水汽與焦炭的溶損反應起始溫度在790℃，二氧化碳反應的起始溫度則要高50℃。我們在實驗室采用焦炭熱失重法進行了焦炭二氧化碳溶損反應動力學研究。不同質(zhì)量的焦炭的動力學特性是有一定差異的，我
7、們以馬鋼的焦炭為研究對象。研究結(jié)果表明：焦炭與二氧化碳的起始反應溫度為850℃左右，不同粒級的焦炭起始反應溫度不同。對于粒徑在6mm-10mm的焦炭，起始反應溫度范圍大致在900℃左右，而劇烈反應溫度在1180℃左右；對于粒徑在10mm-20mm焦炭，起始反應溫度范圍大致在910℃-920℃左右，而劇烈反應溫度在1200℃左右；對于粒徑在20-25mm的焦炭，起始反應溫度范圍大致在930℃-940℃左右，而劇烈反應溫度在1220℃左右；對于粒徑在25mm-40mm的焦炭，起始反應溫度范圍大致在940℃-9
8、70℃左右，而劇烈反應溫度在1230℃-1240℃左右。因此，在干熄爐內(nèi)，正常工況下首先熔損的是粉焦，其次是小塊焦炭，最后才是大塊焦炭。即起始反應溫度的先后順序為：粉焦>焦丁>中塊焦炭>大塊焦炭?？梢哉J為在實際的生產(chǎn)過程中，大塊焦炭的熔損是非常小的。焦炭與二氧化碳的反應是氣固反應，反應速度是溫度和二氧化碳濃度的函數(shù)。在焦炭表面進行反應，并得到反應產(chǎn)物，在這一反應同時，反應氣體還通過氣孔向焦炭內(nèi)部擴散，并且邊擴散邊與氣孔壁進行反
