干熄焦生产中操作方法的分析及优化

原标题：干熄焦生产中操作方法的分析及优化

结合干熄焦的实际生产操作，对干熄工艺焦炭物流系统、气体循环系统、锅炉系统中一些容易忽视的问题进行了探讨，对一些不规范的操作方法的危害性进行了分析，并提出了改进的措施。

干熄焦工艺作为一个系统工程，其生产过程中许多结果的影响因素是多样而非单一的，这就给干熄焦的操作者带来一定的困难，有时会在操作中走入误区，被一些表面现象甚至假象所迷惑，进而对干熄焦的正常生产造成不良的影响。本文结合武钢1#、2#干熄焦的运行情况，从焦炭物流系统、气体循环系统以及锅炉系统等几个方面对干熄焦操作中几个容易忽视的问题进行初步的探讨。

1.焦炭物流系统

1.1排焦温度的均匀性

干熄炉排焦温度的平均值应达到设计要求，同时排焦温度应分布均匀。排焦温度的平均值主要受排焦量及循环风量的影响，而排焦温度的均匀性则受干熄炉内焦炭粒径的分布、焦炭下降速度的分布以及冷却气体流速的分布等因素的影响。排焦温度不均匀，会导致循环风量增大，循环风机的负荷增加，同时对气体循环系统的温度和压力等工艺参数造成不良影响。

一般情况下，排焦温度的均匀性，可根据干熄炉冷却段上部及下部园周温度的均匀性进行判断。但是，如果将此作为判断排焦温度均匀性的唯一方法，在某些特殊情况下是不合适的，有时甚至会造成严重的后果。

排焦温度均匀，指的是干熄炉冷却段下部某一高度的焦炭在平面范围内温度分布均匀，这样，当焦炭排出干熄炉时，单块焦炭的温度趋于一致。而干熄炉冷却段园周温度的均匀性反映的是冷却段内靠近炉壁的焦炭温度的均匀性，并不能直接反映冷却段中间部位焦炭温度的分布情况。

武钢2#干熄焦在投产初期，由于干熄炉冷却段下部炉壁光滑度不够，加上烘炉时耐火砖砌体析出的水汽造成炉壁处焦炭与焦粉凝结成块状，干熄炉冷却段出现焦炭挂料的现象，即干熄炉中间部位焦炭下降速度快，周边部位焦炭下降速度慢。从监测数据看，干熄炉冷却段上部及下部园周温度分布较为均匀，并控制在正常范围以内，但当排焦量加大时，发现干熄炉排出红焦。这表明排焦温度并不均匀，主要是冷却段中间部位与周边部位焦炭冷却温度不均匀。

因此，判断排焦温度是否均匀，除了正常生产情况下，通过冷却段上部和下部圆周温度的分布情况进行判断外，还要通过排焦温度的波动情况进行判断。当冷却段圆周温度比较均匀时，如果排焦温度的波动值比较小，表明冷却段中间部位与周边部位焦炭温度比较均匀，如果该波动值比较大，则表明冷却段中间部位和周边部位焦炭温度分布不均匀，可通过调整干熄炉入口中央风道和周边风道的进风量来进行调节。若是冷却段炉壁焦炭挂料，可采用将振动给料器停止一段时间后实然以大振幅运行的方式进行处理。

1.2预存段焦炭料位的控制

干熄焦正常生产中，排焦量应与装焦量相适应，原则上应保持排焦量的相对稳定，尽可能降低对后续工序参数如锅炉产汽量、发电量等的影响。事实上，干熄焦正常生产时，干熄炉冷却段总是充满焦炭，而焦炭料位的变化仅仅发生在预存段内，预存段的高度即是干熄炉内焦炭的安全高度。

预存段焦炭料位的设置，因各干熄焦设计的不同在形式上有一定的区别，但其基本原理和所具备的功能大同小异。目前比较先进的干熄焦的设计中，预存段焦炭上限、下限料位一般采用计算机程序进行测算，上限料位采用静电容显示或计算机程序进行测算，只是在预存段中部安装一台r射线强制校正料位。即当预存段焦炭实际高度刚刚低于r射线料位时，由计算机程序自动将其测算所得的具有一定误差的焦炭料位强制修正为真实的焦炭料位。

干熄焦操作中，有些操作人员往往习惯于将焦炭料位长期控制在r射线强制校正料位附近运行，这从干熄焦安全操作的角度讲无可厚非，但对干熄焦工艺的优化运行是不利的。

由于焦炉检修等方面的原因，干熄炉内红焦的装入是不均匀的。当干熄炉停止装焦或装焦量减少时，如果要将焦炭料位控制在r射线料位附近，必然将大幅度减少排焦量和循环风量，造成循环气体带入锅炉的热量大幅度减少，导致锅炉的产汽量和干熄焦发电量降低。而当干熄炉恢复正常装焦量或者增大装焦量时，如果要将焦炭料位控制在r射线料位附近，又必然将大幅度增加排焦量和循环风量，又会造成循环气体带入锅炉的热量大幅度增加，导致锅炉的产汽量和干熄焦发电量增加。这种周而复始的波动对锅炉和发电机的正常运行都是不利的。实际上，预存段的一个重要作用，就是用来缓解因干熄炉装焦的不均匀而对均匀排焦的影响。因此，在干熄焦的正常生产中，应根据干熄炉的装焦计划，选择合适的排焦量连续稳定运行，这对干熄焦系统温度、压力、锅炉的供水、产汽等参数保持稳定，以及干熄焦发电系统的稳定运行都起着至关重要的作用。

众所周知，提高焦炭质量是干熄焦工艺的主要优点之一。除了焦炭在干熄炉内缓慢冷却可减少其内部产生的热应力和网状裂纹等原因有利于提高焦炭质量外，红焦在干熄炉预存段的保温焖炉进行温度的均匀化和残存挥发分的析出，以及焦炭在干熄炉内从上往下流动过程中的相互摩擦和碰撞造成焦炭的整粒也是提高焦炭质量的重要原因。也就是说，延长焦炭在干熄炉特别是预存段的时间有利于提高焦炭的质量。因此，正常生产时预存段焦炭的料位控制在r射线强制校正料位与上限料位之间更为合理。当然，为了消除计算机测算料位的误差，在实际操作中，每个班可对焦炭的料位强制校正两次。

2.气体循环系统

2.1循环气体中可燃成份的控制

干熄焦生产中，因种种原因，循环气体中H2、CO等可燃成份的浓度会逐渐升高，为保证人员及设备的安全，必须对H2、CO等可燃成份的浓度进行控制。一般情况下循环气体中H2浓度应控制在4%以下，CO浓度应控制在8%以下。

实际操作中，导入空气燃烧法和导入N2稀释法都能有效控制循环气体中H2、CO等可燃物的浓度，但导入空气法更为经济，而且有利于提高锅炉入口温度，因此有利于锅炉提高产汽量。1#、2#干熄焦都曾作过采用N2稀释法控制H2、CO浓度的试验，当平均排焦量为126t/h左右时，如要将循环气体中H2浓度控制在4%以下，CO浓度控制在8%以下，两套干熄焦所需导入的N2量均达到2000m3/h左右，而采用导入空气法，每套干熄焦系统所需N2仅150m3/h左右。同时，由于低温N2导入气体循环系统，以130℃左右的温度放散，带走较多热量，因此不利于锅炉产汽。试验表明，采用N2稀释法代替导入空气法，1#、2#干熄焦锅炉产汽量均降低10t/h左右，干熄焦发电量下降10%～15%。

与N2稀释法相比，导入空气法无疑会烧损更多的焦炭。但由于导入空气的部位在干熄炉环形烟道处，导入的空气主要是燃烧循环气体中的H2、CO等可燃成份，同时烧损一部分随高温循环气体排出干熄炉的焦粉，因此从理论上讲，只要导入的空气适量，对干熄炉内的红焦特别是大块焦没有太大的影响。

干熄焦工艺中焦炭的烧损是客观存在的事实。但通过分析可知，真正参与干熄炉内焦炭烧损的是气体循环系统负压段漏入的空气以及装焦过程中随红焦进入干熄炉的空气，而且这部分空气烧损的也主要是焦粉。1#、2#干熄焦的试验表明，采用导入空气法同采用N2稀释法相比，多烧损的焦粉量仅占焦粉总量的6%左右。因此，要降低干熄焦焦炭的烧损，主要应加强气体循环系统负压段的严密性，同时控制好干熄炉装焦时的预存段压力以及装焦时间。但也必须注意，导入的空气要适量，能将循环气体中H2、CO的浓度控制在安全范围即可。如果导入的空气过量，在燃烧H2、CO的同时，也会烧损更多的焦粉，更为严重的是，过量的空气会与气体循环系统负压段漏入的空气一同进入干熄炉参与焦炭的烧损。当然，对于一个希望提高锅炉产汽和发电量的企业，也可以适当多导入一定量的空气，便于产生更多的燃烧热，提高锅炉入口温度，进而提高锅炉产汽量和干熄焦的发电量。

2.2锅炉入口温度的控制

锅炉入口温度因各干熄焦设计的不同有一定的差别，1#、2#干熄焦锅炉入口温度设计不大于960℃，一般情况下锅炉入口温度控制在900℃～960℃。正常生产中要尽可能降低锅炉入口温度的波动范围，以防止该温度骤升骤降使锅炉入口耐火材料受损以及对锅炉炉管造成不良影响。

根据干熄焦的工艺特点及其所处的操作环境，可采用不同的方法来调节锅炉入口温度。采用降低循环风量、增加排焦量、增加空气导入量、降低旁通风量等方法可提高锅炉入口温度；相反可降低锅炉入口温度。采用上述方法调节锅炉入口温度时，相应会造成排焦温度、循环气体中H2、CO的浓度发生变化，因此要综合考虑，以免顾此失彼。

正常情况下，应采用调整循环风量和排焦量的方法来控制锅炉入口温度。只有当干熄焦生产状况出现较大的波动，造成锅炉入口温度超过最高控制标准或者有可能很快超过最高控制标准时，才采用打开旁通流量阀来控制锅炉入口温度。

干熄焦操作中，有些操作人员习惯于采用调整空气导入量和旁通风量来调节和控制锅炉入口温度，虽然可以达到目的，但这种调节方法不利于干熄焦工艺参数和经济效益的优化。

空气导入量应主要用于控制循环气体中H2、CO的浓度，相应会引起锅炉入口温度发生变化，但锅炉入口温度的这种变化是附带的、被动的，可采用适当调整排焦量或循环风量来进行控制。如果采用空气导入量来控制锅炉入口温度，往往会造成循环气体中H2、CO的浓度超过控制上限值或者实际浓度偏低，这都是不合理的。H2、CO的浓度超过上限值，不利于干熄焦的安全生产，H2、CO的浓度偏低，则会烧损过多的焦粉甚至焦炭，不利于干熄焦经济效益的优化。另外，当锅炉入口温度低于600℃时，导入空气不仅不能控制H2、CO的浓度和调节锅炉入口温度，而且还会造成焦炭的过量烧损，甚至发生安全事故。

还有一种不正确的操作方法，就是在干熄焦生产中，长期保持一定流量的旁通风量，当锅炉入口温度发生变化时，通过调整旁通风量来对其进行调节和控制。从干熄焦工艺可知，循环气体总量包括进干熄炉冷却焦炭的冷却风量、从预存段压力调节放散管放散的气体量以及旁通风量三部分。当循环气体总量保持不变时，增加或减少旁通风量必然会造成进干熄炉的冷却风量的减少或上升，而导致排焦温度和锅炉入口温度发生波动。此外，长期保持一定流量的旁通风量会增加循环风机的负荷，造成循环风机电耗升高，不利于干熄焦系统能耗的降低。因此，正常情况下，旁通流量调节阀应处于关闭状态，通过旁通风量控制锅炉入口温度只能作为特殊情况下的一种应急方法。

2.3循环气体量的管理

干熄焦工艺中，低温循环气体在干熄炉内将红焦冷却后以高温状态排出，高温循环气体进入锅炉进行热交换后以低温状态流出，再由循环风机加压后重新鼓入干熄炉循环利用。循环气体作为干熄焦工艺中能源转换的载体，对排焦温度、锅炉入口温度、锅炉产汽等都有很大的影响，因此对循环气体量应严格管理。

干熄焦生产中，循环气体量要根据排焦量的变化进行相应的调整，以便将排焦温度和锅炉入口温度控制在合适的范围。但每一次的调节幅度不要太大，特别是增加循环气体量时尤其要重视，以防止造成干熄炉斜道口焦炭浮起的现象。

干熄焦操作中，有些操作人员不太重视循环气体量的管理和调节，认为只要将红焦冷却，排焦温度控制在200℃以下就行了，而且认为排焦温度越低越好，可以多吸收和利用红焦的显热。因此，往往习惯于以较大的循环气体量运行，而当排焦量降低时，没有相应降低循环气体量，或者没有及时降低循环气体量。这种观点是不正确的。当排焦量降低时，如果仍保持较大的循环气体量，在某种程度上是能更多地吸收和利用红焦的显热，但会造成锅炉入口温度降低，对锅炉入口耐火材料和锅炉炉管不利。而要保持锅炉入口温度，必然会加大空气导入量，这样又会增加焦粉甚至焦炭的烧损，而且较大的循环气体量，必然会造成循环风机较大的电耗。

还有一种不正确的操作方法，就是当干熄炉装焦量不够而降低排焦量时，为了保持锅炉的产汽量和发电量而加大循环气体量。这在一定程度上是可以维持锅炉的产汽量和发电量，但其后果是造成锅炉入口温度和干熄炉斜道立柱耐火砖甚至干熄炉冷却段上部耐火砖温度急剧下降，严重影响锅炉和干熄炉耐火砖的使用寿命，得不偿失。因此，保证锅炉的产汽量和发电量，主要应保持干熄炉连续稳定的排焦量，而当排焦量发生变化时，应及时对循环风量进行相应的调整，以保证锅炉入口温度以及干熄炉斜道立柱部位耐火砖温度的相对稳定。

3.锅炉系统

3.1 锅炉排污操作 干熄焦生产中，锅炉给水虽然经过除盐处理，但不可避免仍会夹带少量的杂质，这些杂质进入锅炉后只有很少的部分会被蒸汽带走，大部分会留在锅炉水中。由于锅炉锅筒内的水连续蒸发而浓缩，造成炉水中杂质的浓度逐渐增加，即炉水中含盐量、水渣含量越来越高，如果不及时清除，不仅会影响蒸汽的品质，对干熄焦发电等后道工序造成影响，还会造成锅炉炉管结垢越来越严重，危及锅炉的安全生产。此外，锅筒内炉水含盐浓度过高时，锅筒内的液面会产生泡沫层而形成虚假水位，虚假水位信号传给计算机，会严重影响锅炉的正常生产。

对锅炉水水质指标，应按国家标准严格控制，可采用将锅筒中的炉水排放掉一部分的方法来达到这个目的，称之为锅炉排污。锅炉排污量一般为锅炉给水量的1%～2%，有连续排污和定期排污两种方式，排污量的多少可根据炉水的化验指标进行调节。

干熄焦操作中，有的操作人员没有真正弄清锅炉排污的内涵，往往将连续排污和定期排污混淆，或者相互替代，而不能很好地根据炉水水质的化验结果来合理地设定连续排污和定期排污的量，只是盲目地进行锅炉排污操作。

事实上，连续排污和定期排污的目的和作用是不一样的。连续排污的目的是降低炉水的含盐量，即连续从锅筒中排出一定量的炉水，以维持额定的炉水含盐量。定期排污的目的是降低炉水中水渣等沉淀物的含量，即定期在短时间内从锅筒中快速排放一部分炉水，从而降低炉水中水渣等沉淀物的含量。干熄焦生产中，应根据炉水水质的化验结果来确定连续排污量的大小和定期排污的频率。

3.2锅炉给水及炉水水质的管理 锅炉给水及炉水水质指标有严格的国家标准，根据锅炉设计压力等级的不同有一定的差别，一般压力等级越高水质指标要求也越高。干熄焦锅炉必须严格按国家标准控制锅炉给水及炉水水质指标。

炉水中的盐成份、SiO2都是随锅炉给水带入锅炉的，并且会随蒸汽的蒸发不断浓缩而增高，因此在锅炉的运行过程中要加强对炉水指标的监测，并通过调整连续排污的流量和定期排污的频率将炉水含盐量和SiO2含量控制在国家标准以内。锅炉给水必须进行严格的除盐除氧处理，将其硬度、SiO2含量、含铁量、含铜量、含油量、溶解氧含量以及PH值等指标控制在国家标准以内。锅炉给水水质的控制是源头控制，而炉水水质的控制是调整控制，只有控制好锅炉给水的各项指标，才能保证炉水的质量，进而保证锅炉的安全稳定运行。

锅炉给水及炉水的水质指标超标，会导致锅炉炉管及汽轮机的汽水接触面结垢，导致锅炉炉管及汽水管道腐蚀，还会导致蒸汽品质的恶化。锅炉炉管及汽轮机结垢主要是炉水的硬度及SiO2含量超标造成的，炉管结垢会降低锅炉的换热效率，降低蒸汽的产量，还会造成炉管受热不均，在局部产生较大的热应力而破损。锅炉炉管及汽水管道腐蚀主要是锅炉给水中溶解氧超标产生的氧腐蚀，主要发生在锅炉给水管道及省煤气等低温部位。影响蒸汽品质的主要是炉水的含盐量及饱和蒸汽的带水率，因此当锅炉给水及炉水指标超标时会导致蒸汽品质变差。

水质指标超标对锅炉炉管、汽水管道、汽轮机等的影响是缓慢渐进的，短期内不会表现出来，但这种影响又是不可逆转的，达到一定程度往往是大面积的，具有极大的危害。因此，每个干熄焦的操作人员、技术人员及管理人员都要加强对锅炉给水及炉水水质的管理，严格按国家标准对各项指标进行控制，决不能抱有任何侥幸心理和短期观念。

4.结束语

干熄焦工艺作为一个系统工程，集机械、电气、自动控制、炉窑、锅炉、发电等技术于一身，其操作人员应具有高度的责任感和过硬的技术素质。干熄焦设备和工艺又是相互关联的，往往一个结果的出现受到多种因素相互的影响，这就要求操作人员和技术人员不断提高自己的专业水平和分析判断的能力。只有从理论上真正掌握了干熄焦工艺的工作原理，以及干熄焦工艺各个系统之间相互关联及相互影响的机理，才能更好地指导和规范干熄焦的实际操作。由于干熄焦工艺的复杂性和大部分设备的单一无备用性，有时哪怕是一点很小的问题也会对整个系统造成很大的影响，因此在操作和管理过程中，要大力倡导干熄焦无小事的观念。对焦炭物流系统、气体循环系统、锅炉系统一些容易忽视的问题要严格规范操作方法，并透过现象看清本质，千万不能有侥幸心理和短期观念，只有这样才能发挥干熄焦工艺节能、环保、提高焦炭质量的优点，延长干熄焦设备的使用寿命，创造更大更好的经济效益和社会效益。

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