气煤焦在干熄焦试生产中存在的问题及解决办法

气煤焦在干熄焦试生产中存在的问题及解决办法干法熄焦简称“干熄焦”，是相对于用水熄灭炽热焦炭的湿熄焦而言的。

其基本原理是利用冷的惰性气体( 燃烧后的废气) ，在干熄炉中与赤热红焦换热从而冷却红焦。

吸收了红焦热量的惰性气体将热量传给干熄焦锅炉产生蒸汽，被冷却的惰性气体再由循环风机鼓入干熄炉冷却红焦。

随着干熄焦技术及国产设备日渐成熟，干熄焦作为焦化企业的配套项目，对产品延伸及环保有积极作用。

干熄焦装置具有工艺先进、环保、节能效益显著的特点，在钢铁联合企业中应用可提高焦炭质量和高炉生产能力，降低入炉焦比和钢铁生产中的成本；还能从炽热的焦炭中回收热能产生蒸汽从而获得直接经济效益。

从环保角度看，建设干熄焦装置，可减少因湿法熄焦排放大气中的水蒸气夹带酚氰等有害物质和粉尘污染，大大提高周边地区空气质量。

干熄焦具有回收红焦显热、减少环境污染和改善焦炭质量三大优点。

但相对湿法熄焦，其投资较大，工艺复杂，工艺参数控制严格，大型设备多，自动化程度高，存在高温高压介质、可燃气体等，需严格管理维护和操作要求，以保证运行安全。

1 干熄焦装置工艺流程装满红焦的焦罐车由电机车牵引至提升井架底部。

起重机将焦罐提升并送至干熄炉炉顶，通过带布料器的装入装置将焦炭装入干熄炉内。

在干熄炉中，焦炭与惰性气体直接进行热交换，冷却至 200℃以下，经排出装置平板闸门、振动给料器、旋转密封阀、排焦溜槽卸到带式输送机上，送往焦处理系统。

循环风机将冷却焦炭的惰性气体（主要是氮气）从干熄炉底部的供气装置鼓入干熄炉内，与红热焦炭逆流换热。

自干熄炉排出的热循环气体温度为880～960℃，经一次除尘器除尘后进入干熄焦锅炉换热，温度降至 160～180℃。

锅炉出来的冷循环气体经二次除尘器除尘后，由循环风机加压，再经热管换热器冷却至 130℃左右进入干熄炉循环使用。

干熄焦主要包括干熄焦本体和干熄焦锅炉两部分。

其中，干熄焦本体是由红焦输送系统、装入装置、干熄炉、炉顶水密封、供气装置、排焦装置、气体循环系统等组成；干熄焦锅炉是由省煤器、蒸发器、过热器、汽包、吊顶管、上升管、下降管、膜式水冷壁联箱及附属设备等组成。

2 干熄焦装置可燃气体危害及成分控制干熄焦循环气体成分有氮气、二氧化碳、水蒸气、氢气、一氧化碳、氧气及微量甲烷、不饱和碳氢化合物和硫化物等。

其中含有少量氢气、一氧化碳等成分，这类混合气体在一定条件下会发生爆炸。

氢气的爆炸极限为 4%～75％，一氧化碳的爆炸极限为12.5%～74.2％，均为易燃易爆气体。

循环气体负压段发生空气漏入，与可燃气体混合，可能会发生燃烧和爆炸事故；易爆气体泄漏会造成人员中毒，若区域有明火，也会发生燃烧和爆炸。

在干熄焦操作中，为确保安全，设置了报警值，氧气含量高报2% ，高高报4.5% ；氢气含量高报 3% ，高高报 5% ；一氧化碳含量高报 6% ，高高报8% 。

在实际生产中，为保证安全操作氧气不过量，氢气含量一般小于 3% ，一氧化碳含量小于6% ，氧气含量小于 1% 。

具体见表 1 。

干熄焦循环气体主要成分来源如下。

1 ）氮气。

由干熄焦工艺介绍可知，干熄焦循环气体主要成分为惰性气体氮气，其来源于干熄焦外界管网从循环风机进口、出口、导入装置处等部位补入的氮气；正常生产期间78% 的氮气主要来自空气中和导入系统后燃烧剩余的氮气。

2 ）氧气。

主要来源于干熄焦循环系统负压段从干熄炉出口到循环风机进口泄漏漏入的空气；一次除尘、二次除尘底部漏入的空气；从常用放散、炉口处漏入的空气；正常操作期间导入空气过多；氮气不合格而带入的少量空气等。

3 ）氢气。

氢气正常状态下来源于预存室焦炭析出；异常状态下来源于锅炉各换热管、热管换热器泄漏的水与焦炭反应生成。

4 ）一氧化碳。

正常状态下来源于预存室焦炭析出；异常状态下来源于锅炉各换热管、热管换热器泄漏的水与焦炭反应生成；漏入空气与焦炭反应生成；二氧化碳与焦炭反应生成。

5 ）二氧化碳。

来源于泄漏空气和正常导入空气中氧气与一氧化碳燃烧生成；焦炭与循环气体中氧气反应生成；导入空气中含有的微量二氧化碳。

6 ）水蒸气。

正常状态下来源于导入空气的氧气与系统氢气燃烧生成；异常状态下来源于锅炉各换热管的泄漏、热管换热器泄漏；氮气不合格带入；空气中带入等。

将可燃气体控制在安全范围内有两种方法。

一种是在锅炉入口T6 温度小于600℃时，通过采用加入氮气、暂停排出或减少排焦量的方法控制可燃气体及氧气的浓度，或通过进行氮气稀释置换和减少可燃气体组分等方法。

另一种是 T6 温度在 600℃以上时，可通过导入空气与可燃气体氢气、一氧化碳反应来降低含量，达到安全操作目的。

3 干熄焦试生产中出现的问题因干熄焦工艺主要适用于冶金焦生产，目前国内运行中的干熄焦装置均生产冶金焦。

据了解，行业上暂无生产气煤焦期间进行干熄焦试生产升温及气煤焦生产的运行经验。

根据市场需求及价格情况分析，气煤焦生产比例较大，挥发分在 38% ，比冶金焦高 10% ，挥发分偏高。

在干熄焦试生产过程中，根据干熄炉烘炉曲线要求，分为温风干燥、煤气烘炉与装入红焦三个阶段。

在煤气烘炉后，用气煤焦按升温曲线对干熄炉进行升温，装入红焦后， T6 温度升至 600℃以上，在可燃气体不高的情况下进行导入空气操作。

干熄焦装置在2021 年10 月19 日~31 日试车期间，T5 温度最高升至993℃， T6 温度最高升至 531℃。

在 10 月 29 日 21:30 时，循环气体中氢气含量上升至 4.36%, 平均值为 4.13% ，后期最高升至7.89% ，超过高限报警值 3% ；一氧化碳含量在 6.46%~20.00% 之间波动，平均值为10.81% ，超过高限报警值 8% 。

因可燃气体含量较高，必须使用大量氮气置换。

安排空分装置向焦化供应氮气最大量达到 3100Nm 3 /h ，氢气、一氧化碳含量仍然超标，部分数据见表 2 。

4 干熄焦试生产循环气体中可燃气体高的原因分析4.1 水进入干熄焦系统内，水与红焦炭反应生成氢气和一氧化碳1 ）水随空气进入循环气体内。

由于在北方冬季试车，温度为 -3~4℃，干燥无雨，周围无水泄漏，不存在水随空气进入干熄炉内发生反应现象。

2 ）炉顶水封槽、紧急放散阀、炉顶气体放散阀的水封槽漏水。

经过多次查看水封水位情况，各水封水位正常，无下降，确认水封无泄漏。

3 ）锅炉炉管破裂、热管换热器漏水。

当炉管或热管换热器破损后，漏出的水或汽随循环气体进入干熄炉内，与红焦发生水煤气反应，造成循环气体中的氢气和一氧化碳含量急剧上升，达到爆炸极限后，若空气漏入，就会发生爆炸等安全事故。

经运行观察，数据无异常增加现象。

在短停过程中打开锅炉对省煤器、光管换热器、翅片换热器、一次过热器、二次过热器等进行检查，发现无泄漏。

4 ）氮气带水。

通过对进入系统的氮气进行分析，氮气露点合格，未带水。

4.2 空气进入循环气体，空气中的氧气与焦炭反应生成一氧化碳1 ）循环气体系统负压段出现泄露，气密性差，吸入空气，导致系统中氧气含量升高。

氧气在干熄炉内与焦炭发生燃烧反应，造成焦炭烧损，同时会使部分已熄灭的焦炭复燃，致使红焦层下移，从而降低干熄炉的生产能力[1] ，导致一氧化碳含量升高。

经检查，系统负压区管线、设备法兰及安全附件等密封良好，无空气吸入。

2 ）干熄焦的焦炭处理量增加，循环气体增大，气体循环系统负压段负压增大，漏入负压段的空气及空气中的水分与焦炭反应，生成更多的氢气和一氧化碳，使氢气和一氧化碳浓度增高。

经确认，试车中尽量减少排焦量，无负压增大现象。

3 ）一次除尘与二次除尘器中焦粉料位计失灵，控制不当，焦粉料位达到下限时未停止排灰动作，造成空气从负压排灰口进入循环气体系统。

经确认，一次除尘与二次除尘料位计正常，未达到下限，未造成空气进入。

4 ）顶部水封槽高度低造成空气漏入。

经检查，现场设备和水封液位未发现空气泄漏吸入情况。

4.3 试生产升温期间，焦化生产气煤焦焦炭反应活性大，造成干熄炉循环气体氢气、一氧化碳含量高。

装入干熄炉内红热焦炭将在预存室析出残余挥发分，主要产物为氢气和一氧化碳。

其影响因素是焦炉推出焦炭的成熟程度和红焦在预存室的驻留时间。

一般来说，焦炭析出残余挥发分的量可按 10~20m 3 /t 焦来计算，其主要组成氢气约占 90% ，一氧化碳约占 10% 。

预存室析出的残余挥发分在穿过焦炭层后进入循环气体中 [2] 。

为减少气煤焦影响，准备更换冶金焦进行升温试生产，以降低焦炭中的残余挥发分。

4.4 焦炭在干熄炉内冷却过程中会与循环气体发生化学反应化学反应造成焦炭烧损，红热焦炭在干熄炉内与气体逆流换热时，还与循环气体发生化学反应，化学式为： C+CO 2 =2CO 。

通过运行数据观察，二氧化碳含量为 0% ，不存在与焦炭发生反应。

4.5 氮气量偏小干熄焦装置设计的事故状态氮气补充量为2160Nm 3 /h ，目前试生产阶段等同于事故状态，氮气置换量稳定控制在2500Nm 3 /h 以上，最大达到3100Nm 3 /h 。

5 干熄焦试生产后期优化处理及成分控制1 ）采购冶金焦用煤，后期组织生产冶金焦配合干熄焦试生产升温。

采取提高焦炉标准温度至1280℃（高出正常值20℃），提高焦炉加热均匀性，控制焦炭挥发分在 1.0% 以下， 11 月 13 日 ~16 日，实际焦炭挥发分最低达到 0.7% 。

2 ）控制好排焦过程，在保持温度的同时，适当减少排焦及装炉次数，减少可燃气体生成。

3 ）保持系统氮气加入量，开启系统各部位临时充氮点，氮气加入 3000Nm 3 /h 以上，对系统进行置换，严格控制系统氧气含量小于1% 。

氢气、一氧化碳在氮气输送环境下，可能引起燃烧或爆炸的最小氧含量分别为 5.0% 、5.5% [3] ，控制低于 1% ，可远离燃烧或爆炸范围。

4 ）将上述情况及当地各煤种、配合煤、焦炭进行理化分析数据，前期运行的数据反馈中冶焦耐。

通过研究，在可燃气体数据偏高时，可先用一次除尘器顶部入口预留的 DN25 管线少量补入空气，降低氢气及一氧化碳含量后，再缓慢导入空气降低至合格范围内。

具体可燃气体参数变化见表 3 。

6 结语干熄焦装置作为焦化装置的重要配套产品，其安全运行至关重要。

不仅焦炉气煤焦进行干熄焦装置的试生产过程目前国内无运转装置可借鉴，还因原煤差异导致可燃气体居高不下，进而影响安全生产运行。

通过分析研究，找出可能造成可燃气体偏高的原因并逐一尝试解决，总结降低可燃气体成分控制办法，保证了干熄焦装置试生产的安全进行，在冶金焦升温后导入空气降低可燃气体含量至控制范围后再转入气煤焦生产。