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解决焦炉干熄焦料位测量的难题

2019-11-21 14:24:33  

摘要: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,尽可能降低对锅炉产汽量的影响。实际上,由于焦炉出炉的原因,干熄炉内红焦的装入是不均匀的,在正常生产时,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,可使用URT雷达料位计来测量控制料位,如何根据干熄焦装入量的不同,制定相应的排焦量将是本文研究的重点。

1前言

本钢焦化厂6、7#焦炉均为60孔JN60型炼焦炉,配套建有150th处理能力的干熄焦装置,备用一套湿熄焦装置。由于工艺布局的限定,6#、7#焦炉和干熄焦提升机设置在同一直线上,距干熄焦提升机最远的6#焦炉1#炭化室为292m,单座焦炉炉长81.7m,两座焦炉间距63.6m,距干熄焦提升机最近的7#焦炉60#炭化室为65m。焦炉出焦按5-2串序采用出大签的形式进行。

2存在的问题

6、7#焦炉每天全焦产量约为3250t,其中从焦炉除尘地面站、干熄焦1DC、2DC及环境除尘地面站排放的焦粉量约为250t,如全部采用干法熄焦,则干熄焦排焦量应控制在125th左右,我车间的两座焦炉原来采用出小签,即两座焦炉交替出焦时,焦炉出焦较均匀,由于炉距对干熄焦生产的影响不大,但现采用出大签,即一座焦炉出一趟签后再出另一座焦炉的一趟签,这样由于焦炉出焦时炭化室和干熄焦提升机的距离不同,造成干熄焦的装入时间也出现差异,料位的变化影响就突显出来。

在干熄焦操作中,一般通过对预存段的料位控制,来缓解因干熄炉装焦不均匀而对均匀排焦的影响,但有些操作人员往往过于注重稳定排焦量、保证锅炉蒸发量,忽略预存段内焦炭料位的大幅波动,造成的焦炭装入时落差变化过大、环形风道内墙受压不均匀,导致预存段墙砖破损的情况,这从保证蒸汽发生量的角度讲无可厚非,但对干熄焦工艺的优化运行及安全操作是极其不利的。

另外,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以减少其内部产生的热应力和网状裂纹等原因外,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停留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有着重要的作用。

综上所述,在干熄焦的正常生产中,应根据焦炉的出焦计划和干熄炉的装焦计划,及时调整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,以及延长干熄焦预存段炉墙的使用寿命都起着至关重要的作用]。

3焦炉出炉对干熄焦排焦的影响分析

3.1由于焦炉出炉的炉距不同,对干熄焦装焦时间的影响3.1.1焦炉炭化室中心距为1.3m,则相邻炉号的距离差为1.3×4=4.2m,由于干熄焦车采用两个焦罐轮流接焦,因此相邻炉号还须再加上一个焦罐运载车的车长13m,则干熄焦车针对单座焦炉一趟签12炉的走行距离差分别为(以1#签为例,设距离提升机最近的炉号为基准点):

image.png

由上表可以看出干熄车在同一焦炉出炉一趟签,由头到尾走行距离差合计为745.2m。

3.1.2两座焦炉相同炉号相差的距离相等,均为145.3m,则两座焦炉各出炉一趟签,干熄车走行距离差为145.3×12=1743.6m,考虑两座焦炉各自的影响时间,则干熄车走行距离差共计为1743.6+745.2×2=

3234m,如果将每次接焦时间、干熄车增减速时间、在提升机下的操作时间视为相同,即将此距离差视为干熄车的高速运行距离,则两座焦炉出一趟完整的大签,对干熄焦装焦的最大影响时间约为18min(干熄车的最大走行速度为180m/min)。这在焦炉生产中(无其他影响因素的情况下)可以通过调整计划编排、推焦执行等方式满足推焦总系数的要求]。

3.2焦炉操作时间对干熄炉预存段料位的影响

干熄炉预存段的炉墙内半径为4.02m,6m焦炉的单炉产焦量为21.085t,焦炭的平均密度为0.5tm2,

image.png

假设焦炉操作时间为xmin,则两座焦炉出一趟大签,由于炉距的不同,对干熄炉内料位h(m)影响的计算公式为:

以目前我车间的操作时间9min为例,由于炉距影响,焦炉出炉一趟大签,如保持排焦量不变的情况下,干熄炉预存段内料位将变化1.66m,在实际生产中,干熄炉内焦炭料位层面为圆锥面,每次装入时中间部位偏高,但由于底部中央风帽的影响,排焦时靠近炉墙部位的焦炭下料较快,导致实际的料位变化将远大于理论推算的高度,约为2.3m左右。预存段料位长期的如此反复波动,造成焦炭每次装入时落差变化过大、焦炭对环形风道内墙的冲击导致受压不均匀,周而复始必将降低炉墙的使用寿命,甚至会出现炉墙坍塌的情况。这对干熄焦的稳定运行是极为不利的。我厂的两套干熄焦装置先后均在y射线料下1.5m处出现了炉墙坍塌的情况,为避免此类情况的再次发生,有必要对操作控制进行研究调整,以减小料位变化对干熄炉炉墙的影响。

由上面分析中的公式可以看出,延长焦炉的操作时间可以减少由于焦炉出焦对干熄焦料位的影响,但以6、7#焦炉的情况来说,焦炉的操作时间延长到9.5min后,势必需要延长焦炉的结焦时间,这将以牺牲焦炉的产量为代价,而且对于改善效果并不明显,因此我们在干熄焦运行过程中,为了减小焦炉出炉对干熄炉装入不均匀的影响,应该采用调节干熄焦排焦量的方法对预存段料位予以控制。

4干熄焦排焦量的变化对锅炉产汽量的影响分析

4.1理论上每吨红焦产汽量计算:

4.1.1千熄炉的热平衡计算:

从热平衡角度来看,干熄焦热量收入主要包括红焦带入干熄炉的热量和焦炭烧损产生的热量。

4.1.1.1已知参数:装入红焦温度约为1100℃,排出焦炭温度为200℃以下,由焦炭的质量挥发份Va-1.2%、灰分A-12%可知焦炭在1100℃时的比热容为1.5610kJ/(kg-℃)、在200℃时的比热容为0.9983

kJ/(kgC)。在没有空气导入的情况下,根据能量守恒原理,理论上每吨红焦在干熄炉内将被回收如下显热:

Q1=G(C1T1-C2T2)=1000x(1.5610×1100-0.9983×200)=1.5174×10kJ

4.1.1.2已知焦炭燃烧产生的热量为33850kJkg,烧损率为0.95%,则每吨焦炭在干熄炉内烧损产生的热量为:

Q2=33850×1000×0.95%=3.2158×105kJ

4.1.1.3干熄炉系统传热效率为定值83%,则干熄炉内每吨红焦被循环气体带入锅炉的总热量为:

Q3=(Q:+Q2)×83%=(1.5174×100+3.2158×105)×83%=1.8390×10°kJ

4.1.2余热锅炉的热平衡计算:

已知参数:450℃过热蒸汽焙h1=3323kJkg、105℃锅炉给水焙h2-436kJ/kg、256℃炉水焙hy=1135kJkg、锅炉排污率y=l.5%、余热锅炉的热效率为80%、设每吨红焦将生产蒸汽(压力3.82MPa、温度450℃)x t,则根据能量守恒定理得出:

Q3×80%=D(hh-h2)+Dy(hy-h2)

即:1.8390×100×80%=(3323-436)×1000x+(1135-436)×1000×1.5%x x=0.51t因此,在不考虑挥发分的燃烧及各项热损失的前提下,充分利用红焦显热,最大吨焦产蒸汽(压力3.82

MPa、温度450℃)约为0.51t/t焦。

4.2排焦量变化对蒸汽发生量的影响

同样以目前我车间的操作时间9min为例,如果要将焦炭料位控制在y射线料位附近,排焦量将变化42.17t,蒸汽发生量将变化21.5t,焦炉出炉一趟大签用时216min,则蒸汽发生量将变化6th。但考虑干熄焦排焦量不能每隔几分钟就进行调整,更不能一次进行大幅调整,因此排焦量的变化控制还需进行进一步研究,排焦量变化对蒸汽发生量的影响也要有所变化。

5解决措施

通过以上的分析,在保证焦炉和干熄焦安全操作的前提下,如何在焦炉操作时间、干熄炉预存段料位、干熄焦排焦量、循环风量等相关参数之间找到合适的关系,即可以保证焦炉的正常生产,又可以减小干熄炉内料位的波动,同时尽可能的保证锅炉蒸发量的稳定,将是我们研究的重点。

经过反复的研究探索,我们先对焦炉的操作时间进行了修改,取消焦炉的检修时间,将节余的时间补充到边炉的操作时间内,最大限度的保证焦炉的出炉顺畅。然后在干熄焦正常生产时,将预存段料位控制在y射线料位处,在距干熄焦最远的炭化室出炉时排焦量控制在115th;出炉12炉后(约1.8h)将排焦量调整为120th,此时预存段料位大约在y射线料位下0.8m处;当再次出炉6炉后(约0.9h)将排焦量调整为130th,此时预存段料位大约在y射线料位下0.4m处;当此趟签最后6炉出完后,预存段料位将再次回到y射线料位处,重新开始下个出焦循环。采用如上方式控制料位,排焦量变化约为20t,相应的循环风量变化25000m2/h左右。而锅炉产汽量最大变化2th,这对后续发电机组的运转不会产生任何影响。

6结论

在正常生产时焦炉生产环节必须保证焦炉运转正常,出炉设备运行良好,最大限度的保证焦炉出炉的顺畅:干熄焦生产环节必须定期对干熄炉内料位进行人工校正,同时保证整个干熄焦装置的设备运行良好,如遇检修等特殊情况还须根据现场条件进行调整变化,但一般将干熄炉内料位控制在不低于y射线料位下

2.5m处。还要注意的是,为避免出现红焦下降过快,出现排焦温度过高的情况,在调整排焦量时,增大排焦量要逐步增加,最好排焦量的变化控制在5th左右;在减小排焦量时可以一次调整到位,这样做对延长焦炭在预存段的停留时间、提高焦炭的质量也有极大的益处。经过近一年的生产运行,此操作方法简单易行,运行效果显著,取得了广泛的认可,具有推广价值。

参考文献:

[1]潘立慧,魏松波.干熄焦技术[M],.冶金工业出版社,2005.

[2]李哲浩.炼焦生产问答[M].冶金工业出版社,2005.

[3]姚玉英.化工原理[M].天津科学技术出版社,2001.

[4]徐延刚.焦炉生产对干熄焦料位的影响及应对措施

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