焦炭燒損控制措施與二氧化碳的炭熔反應(yīng)

焦炭燒損控制措施與二氧化碳的炭熔反應(yīng)的圖1

干熄焦燒損問題在行業(yè)內(nèi)是普遍關(guān)注的問題,多年來很多技術(shù)人員及專家也做了大量試驗(yàn)和研究,力求找出降低焦炭燒損的經(jīng)濟(jì)途徑,目前主要措施有以下幾點(diǎn)。
1)控制適當(dāng)?shù)臍饬媳取?/span>
在保證排焦溫度滿足工藝要求的前提下,盡量降低氣料比。開工初期,考慮運(yùn)焦線上大部分皮帶為普通皮帶,且對皮帶的耐熱性能沒有把握,將正常生產(chǎn)時(shí)的排焦溫度控制在 120℃以下。此后根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況,在保證皮帶接口強(qiáng)度的前提下,將正常生產(chǎn)時(shí)排焦溫度的控制值提高到140--160℃,從而降低了氣料比,減少了焦炭燒損。
2)控制循環(huán)氣體中的可燃成分。
理論上循環(huán)氣體中的可燃成分控制越低越好,但這樣必須加大空氣導(dǎo)入量。盡管目前干熄焦系統(tǒng)采取了氫氣在線自動分析,來盡量實(shí)現(xiàn)空氣導(dǎo)入量的精確控制,但系統(tǒng)中存在殘余氧是難以避免的。而減少空氣導(dǎo)入量,保持合理的可燃成分含量,降低系統(tǒng)氧含量對控制燒損率是有益的。為此在實(shí)際生產(chǎn)中將 3%作為 H2 含量的控制上限,CO 含量控制 5%一 6%。
3)確保氣體循環(huán)系統(tǒng)的密封性 
干熄爐出口至循環(huán)風(fēng)機(jī)入口的負(fù)壓段密封性欠佳,空氣就會被吸入,使循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的 O2 含量以及水汽含量上升。在實(shí)際生產(chǎn)中,為便于調(diào)節(jié)和保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行,加強(qiáng)對負(fù)壓段氣密性檢查力度,確保不在鍋爐至循環(huán)風(fēng)機(jī)入口處吸入空氣,以防止空氣直接鼓入干熄爐燒損焦炭。環(huán)形風(fēng)道的內(nèi)環(huán)墻墻體密封性也十分重要。若出現(xiàn)裂縫,尤其是在 180°和 方向附近同時(shí)出現(xiàn)裂縫,導(dǎo)入的空氣會沿著裂縫穿過預(yù)存段焦炭層,與紅焦反應(yīng)燃燒,造成焦炭燒損。(4)加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)檢查。
 
加強(qiáng)對鍋爐表面發(fā)生穿孔、水封串漏、水蒸氣進(jìn)入循環(huán)氣體管道等情況的監(jiān)控,避免水汽進(jìn)入氣體循環(huán)系統(tǒng)。中控作業(yè)人員在操作時(shí)嚴(yán)格監(jiān)視循環(huán)系統(tǒng)內(nèi) H2 含量,對 H2 含量突然上升原因及時(shí)準(zhǔn)確的分析,并對氣體循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)水事故及時(shí)處理。
5)避免預(yù)存室壓力負(fù)壓太大裝焦時(shí)爐內(nèi)氣體正壓會引起放爆,而負(fù)壓時(shí)空氣大量吸入干熄爐內(nèi),因此必須保持循環(huán)系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定性。
干熄爐預(yù)存段壓力理論控制值為 0Pa,但在實(shí)際生產(chǎn)中難以控制。通常將預(yù)存室壓力值控制在微正壓(0—50Pa),既可提高鍋爐入口循環(huán)氣體溫度,降低干熄焦系統(tǒng)的熱損失,又提高了循環(huán)氣體可燃成分,降低焦炭燒損,保證安全生產(chǎn)。
6)加強(qiáng)工藝控制,保持排焦溫度的穩(wěn)定
首先是做好與煉焦工序的生產(chǎn)協(xié)調(diào),盡可能保證生產(chǎn)穩(wěn)定,均勻裝焦,減少趕爐;其次是安排好煉焦、運(yùn)焦系統(tǒng)的檢修計(jì)劃,提前調(diào)節(jié)干熄爐料位,避免排焦溫度短時(shí)間內(nèi)急劇升高。(7)控制焦炭成熟度控制
相對較低的焦炭成熟度,充分利用干熄爐預(yù)存室的燜爐效果,在保證焦炭質(zhì)量的前提下,降低煉焦工序能耗是可行的,但由于揮發(fā)分的析出,卻會對干熄焦系統(tǒng)帶來一定影響。焦炭燒損率的增加就是影響之一,為此有必要在降低煉焦工序能耗和減少焦炭燒損率之間尋找平衡點(diǎn)。干熄焦系統(tǒng)設(shè)計(jì)裝焦溫度為 9501050℃,考慮測溫的偏差等因素,焦餅中心溫度應(yīng)控制在 1000℃以上。
通過上述治理措施,會部分減少焦炭的燒損,但是要達(dá)到控制焦炭燒損,還是不能解決主要問題。我們認(rèn)為,在系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行、操作以及工藝指標(biāo)控制等正常的情況下,焦炭燒損的反應(yīng)主要還是與二氧化碳的炭熔反應(yīng),即 C + CO2 = 2CO
在氣體循環(huán)過程中,由于焦炭揮發(fā)分的不斷析出和空氣導(dǎo)入量增加,造成循環(huán)氣體中 CO CO2 含量逐漸升高,CO 經(jīng)過燃燒也轉(zhuǎn)化為 CO2,由于二氧化碳相對來講是惰性氣體,故造成循環(huán)系統(tǒng)中二氧化碳的逐漸升高。
C02 與焦炭在高溫下也會發(fā)生反應(yīng),下表列出了不同溫度下 C02 反應(yīng)的吉布斯自由能。C02 反應(yīng)的吉布斯自由能在 730℃時(shí)為-6.6kJmol,即在此溫度下就可以與焦炭自發(fā)進(jìn)行反應(yīng)。在干熄焦的生產(chǎn)運(yùn)行過程中,循環(huán)氣體從干熄爐底部進(jìn)入,與自上而下的熾熱焦炭進(jìn)行逆流接觸和換熱,在此過程中當(dāng)溫度達(dá)到 730℃以上時(shí),C02 就會與熾熱的 反應(yīng)生成 CO,造成焦炭質(zhì)量的燒損,隨著溫度的升高,反應(yīng)會逐漸劇烈。而正常生產(chǎn)時(shí),干熄焦循環(huán)氣體中 C02 體積百分比很大,因此該反應(yīng)是影響干熄焦炭燒損的重要因素。

焦炭燒損控制措施與二氧化碳的炭熔反應(yīng)的圖2

根據(jù)以上分析,為從根本上減少焦炭的燒損,必須降低循環(huán)氣體中二氧化碳的含量,控制燒損在可控范圍內(nèi),是必須采取的重要措施。降低循環(huán)氣體中二氧化碳的含量可以采取多種手段,譬如變壓吸附法、本菲爾法、有機(jī)胺吸收法等。經(jīng)過分析對比,考慮投資、運(yùn)行成本、操作等各方面因素,我們建議采用有機(jī)胺吸收法比較經(jīng)濟(jì)合理。
1)基本工藝流程及參數(shù)
按照干熄焦循環(huán)氣量 150000m3/h,系統(tǒng)新增 980m3/h 二氧化碳(前述)、設(shè)計(jì) 1200m3/h 計(jì)算,最終控制系統(tǒng)二氧化碳含量不大于 4% ,則需要抽出 40000m3/h 循環(huán)氣進(jìn)行脫碳。工藝流程見圖 1

焦炭燒損控制措施與二氧化碳的炭熔反應(yīng)的圖3

設(shè)計(jì)參數(shù):
1)干熄焦循環(huán)氣參數(shù)
干熄焦循環(huán)氣量:150000Nm3/h 
溫度:180~200
生成 CO2 量:980Nm3/h 
在設(shè)計(jì)中 CO2 的生產(chǎn)量取 1200Nm3/h,采用胺法脫碳,暫定循環(huán)氣中 CO2 控制為 4%,抽出40000Nm3/h 循環(huán)氣脫碳,CO2 由 4%脫除到 1%
2)循環(huán)氮?dú)?/span>
處理量:≧40000Nm3/h
CO2 含量:4% 
溫度:~250℃ 
3)脫碳氮?dú)?/span>
CO2 含量:≦1%
4)消耗蒸汽:≦4.6 /小時(shí)
飽和蒸汽規(guī)格:≧0.3Mpa
循環(huán)水:≦240 /小時(shí)
電:180Kwh/小時(shí)
有機(jī)胺損耗(100%)≦1.8kg/h 
2)焦炭燒損計(jì)算
新增措施運(yùn)行后,系統(tǒng)二氧化碳含量控制 4%,反應(yīng)二氧化碳量:150000×4%×10%=600 m3/h
則炭損反應(yīng):(600/22.4) ×12=321.43(Kg/h)=0.32t/h
折焦炭 0.36t/h,即 8.64 /天,燒損率 0.35%
每天燒損價(jià)值:14688 元。
3)處理措施運(yùn)行成本
蒸汽:4.6 /小時(shí)×24h×120 /=13248 
循環(huán)水:240 /小時(shí)×0.2 /噸×24h=1152 
耗電:180Kwh/小時(shí)×24h×0.75 / Kwh=3240 
有機(jī)胺損耗(100%):1.8kg/h×24h×20 /kg=864 
其他費(fèi)用(工資、維修等):2000 元合計(jì):20504 元 
4)效益對比根據(jù)以上計(jì)算,新上處理措施后,每天運(yùn)行費(fèi)用 20504 元,焦炭燒損為 14688 元。對比未上處理措施前每天燒損 63240 元,每天節(jié)約 28048 元,全年節(jié)約 1023.75 萬元。
干熄焦系統(tǒng)運(yùn)行較為復(fù)雜,引起焦炭燒損的原因和反應(yīng)機(jī)理也在不斷研究證實(shí)中,有些因素本處理方案沒有考慮,譬如由于水蒸氣的存在引起焦炭的燒損;由于過量的空氣導(dǎo)致的焦炭的直接燒損等。這也是實(shí)際焦炭燒損比計(jì)算結(jié)果還要偏大的原因。
本文僅是提供一種降低干熄焦工藝焦炭燒損的辦法或措施,并經(jīng)理論和計(jì)算說明,僅供參考。
焦炭燒損控制措施與二氧化碳的炭熔反應(yīng)的圖4 免責(zé)聲明

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