大容積焦?fàn)t對化產(chǎn)品加工系統(tǒng)帶來的影響及分析

方自玉

摘 要：主要通過考察馬鋼、沙鋼等鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的7.63m焦?fàn)t，其投產(chǎn)后爐頂空間溫度偏高，導(dǎo)致煉焦耗熱量增加、副產(chǎn)品成分變化。本文重點分析空間溫度的影響因素，介紹降低空間溫度的措施方法，從而引導(dǎo)某鋼鐵公司大型焦?fàn)t適當(dāng)?shù)目刂瓶臻g溫度水平設(shè)計，從源頭優(yōu)化控制化產(chǎn)工程進(jìn)來的原料質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：7.63m焦?fàn)t;空間溫度;焦油

1 某公司鋼鐵焦?fàn)t規(guī)模的演變

某公司工程自2008年開展可行性研究工作，中冶焦耐在原7m焦?fàn)t的基礎(chǔ)上進(jìn)行了將炭化室尺寸進(jìn)行加長和加寬的設(shè)計，炭化室的長度從17640mm增加到18640mm、寬度從450mm增加到530mm，4座65孔新型7m焦?fàn)t的設(shè)計產(chǎn)能達(dá)到342萬t/a。

基于某公司項目前瞻性和生產(chǎn)穩(wěn)定性的考慮，某鋼鐵公司在2020年初決定把某公司煉焦的設(shè)計產(chǎn)能提高到400-420萬t/a的水平，擬采用8m焦?fàn)t。

2 國內(nèi)焦?fàn)t簡單演變

①在2006年以前，國內(nèi)已投產(chǎn)的炭化室高度最大的焦?fàn)t是6m焦?fàn)t（如某公司焦?fàn)t）;

②中冶焦耐于2005年開始開發(fā)炭化室高7m的焦?fàn)t，第一座7m焦?fàn)t于2008年4月21日在鞍鋼鲅魚圈建成投產(chǎn);

③梅鋼煉焦二期工程炭化室高7m焦?fàn)t的開發(fā)工作始于2007年7月，并于2010年3月14日建成投產(chǎn)。與鲅魚圈不同，該7m焦?fàn)t采用炭化室平均寬500mm、炭化室全長17640mm、多段加熱、廢氣循環(huán)的復(fù)熱式焦?fàn)t（22h結(jié)焦時間）;

④某公司鋼鐵工程對煉焦能力的要求是年產(chǎn)干全焦342萬t，根據(jù)2008年8月進(jìn)行的“焦?fàn)t專題論證”，選擇了在梅鋼7m焦?fàn)t基礎(chǔ)上的擴(kuò)大型，采用炭化室平均寬530mm、炭化室全長18640mm、多段加熱、廢氣循環(huán)的復(fù)熱式焦?fàn)t（23.8h結(jié)焦時間），該爐型配置及最大生產(chǎn)能力為2×65孔、年產(chǎn)干全焦171萬t;

⑤自兗礦集團(tuán)首家引進(jìn)二手7.63m焦?fàn)t并于2006年投產(chǎn)以來，到目前為止，國內(nèi)兗礦（2座）、太鋼（2座）、馬鋼（2座）、武鋼（2座）、曹妃甸（4座）、沙鋼（2座）等6家企業(yè)共從德國UHDE公司引進(jìn)14座7.63m焦?fàn)t。除兗礦為2×60孔配置外，其余全部為2×70孔配置（曹妃甸為2×2×70孔配置），年產(chǎn)干全焦210萬t。這14座7.63m焦?fàn)t的建設(shè)期集中在2004至2008年之間，并從2006至 2009年陸續(xù)建成投產(chǎn);

⑥8m焦?fàn)t，目前國內(nèi)沒有。

3 8m焦?fàn)t相關(guān)數(shù)據(jù)的缺失

中冶焦耐在總結(jié)和吸收大量6m、7m和7.63m焦?fàn)t建設(shè)的經(jīng)驗和教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，正在努力開發(fā)炭化室高8m、年產(chǎn)干全焦400萬t（4×67孔）、與德國7.63m焦?fàn)t產(chǎn)能和裝備、技術(shù)水平相當(dāng)?shù)男滦统笕莘e焦?fàn)t。但爐型目前還沒有應(yīng)用實績，某公司項目如果決定采用該型焦?fàn)t，將成為國內(nèi)首座8m以上焦?fàn)t，也是全球第二大的焦?fàn)t（僅次于德國斯維爾根焦化廠的8.43m焦?fàn)t），其風(fēng)險的關(guān)注度是非常高的。為此，由中冶焦耐負(fù)責(zé)牽頭，組織某鋼鐵公司、天津大學(xué)、大連理工大學(xué)、大連重工等單位協(xié)同開展相關(guān)工作，成立8m焦?fàn)t設(shè)計研發(fā)與工程化工作小組，通過基礎(chǔ)理論研究、計算機(jī)三維模擬和仿真、爐體強(qiáng)度計算、現(xiàn)有工業(yè)化焦?fàn)t成功經(jīng)驗借鑒等手段進(jìn)行系統(tǒng)性的創(chuàng)新與集成，并編制8m焦?fàn)t設(shè)計研發(fā)與工程化的工作報告，作為工程設(shè)計的指導(dǎo)和依據(jù)。

但是以上都處于理論階段，8m焦?fàn)t爐體強(qiáng)度的分析與計算的數(shù)據(jù)和仿真模擬數(shù)據(jù)都需要實踐的檢驗。

4 7.63m焦?fàn)t與原6m和7m焦?fàn)t相比帶來的變化

考慮到某鋼鐵公司可能要上大容積焦?fàn)t，派專人對馬鋼和沙鋼等既有7.63m焦?fàn)t，又有6m或7m焦?fàn)t的焦化廠進(jìn)行了實地考察。考察中發(fā)現(xiàn)爐型的變化對化產(chǎn)品影響較大，主要存在以下幾方面：

4.1 煤氣熱值低

沙鋼和馬鋼7.63m焦?fàn)t煤氣的熱值一般在15.72（MJ/m3）左右，而6m焦?fàn)t煤氣的熱值一般在17～19MJ/m3之間。其煤氣主要成分中CH4體積比下降了4%～5%，而H2體積比上升了近10%。

4.2 氨水COD低

沙鋼和馬鋼7.63m原料氨水COD在5000～6000mg/l，遠(yuǎn)低于6m焦?fàn)t原料氨水8000mg/l的COD值。初步分析是焦?fàn)t荒煤氣中酚裂解較嚴(yán)重，也有可能與配合煤的揮發(fā)份低有關(guān)系。

4.3 粗苯和焦油得率降低

沙鋼和馬鋼7.63m焦?fàn)t化產(chǎn)車間粗苯得率為6m焦?fàn)t的80%，而焦油的得率僅為70%。初步分析是焦?fàn)t荒煤氣中粗苯和焦油裂解較嚴(yán)重，另外配合煤的揮發(fā)份低也有一定關(guān)系。

4.4 焦油TI偏高

沙鋼開工初期爐頂空間溫度高，導(dǎo)致焦油含萘高，甲苯不溶物高，在后期穩(wěn)定階段，爐頂空間溫度控制在840度以下，其甲苯不溶物現(xiàn)場參數(shù)質(zhì)量比基本在6%以下，屬于一級品（6m焦?fàn)t一般為4%～5%）。沙鋼裝煤除塵采用PROven 負(fù)壓技術(shù)，取消了高壓氨水系統(tǒng)，從現(xiàn)場看，荒煤氣中煤粉相對較多。與6m焦?fàn)t相比，采用此負(fù)壓技術(shù)，會導(dǎo)致焦油含甲苯不溶物相對增加1～2個百分點。

馬鋼開工初期因爐頂空間溫度高，焦油含萘高，甲苯不溶物高，在后期穩(wěn)定階段，爐頂空間溫度控制在880度以下，其甲苯不溶物基本在15%左右，屬于不合格品，具體數(shù)字見下表。

7.63m焦?fàn)t是目前中國炭化室高度最高、單孔炭化室容積最大的焦?fàn)t，該型號焦?fàn)t是從德國引進(jìn)。其先進(jìn)的煉焦工藝技術(shù)，代表了當(dāng)今世界煉焦工藝技術(shù)發(fā)展的方向，集中了煉焦工藝、焦?fàn)t機(jī)械、焦?fàn)t自動控制等方面的先進(jìn)技術(shù)，具有國際領(lǐng)先水平，如裝煤除塵采用PROven 技術(shù)（炭化室壓力調(diào)節(jié)技術(shù)）、大型焦?fàn)t解決燃燒室高向加熱均勻性的燃燒室分段加熱技術(shù)、自動控制調(diào)節(jié)加熱煤氣用量的焦?fàn)t加熱Batcontrol技術(shù)專利。與6m、7m及以下的焦?fàn)t相比，在生產(chǎn)過程中體現(xiàn)出了爐體結(jié)構(gòu)合理、嚴(yán)密，焦?fàn)t高向加熱均勻，熱工效率高，動力消耗少，環(huán)保優(yōu)秀，操作環(huán)境和勞動條件好等優(yōu)點，但在焦?fàn)t運行過程中，國內(nèi)各公司和沙鋼焦?fàn)t開工初期都出現(xiàn)了爐頂空間溫度較高、上升管結(jié)石墨、化產(chǎn)品產(chǎn)率下降、焦油流動性差、焦?fàn)t煤氣中合成甲醇的有效成分降低等缺陷。特別是焦?fàn)t受爐頂空間溫度高的影響，國內(nèi)大多數(shù)有7.63m焦?fàn)t的企業(yè)其焦油質(zhì)量幾乎均因甲苯不溶物含量高而難以達(dá)到一級品要求，給焦油生產(chǎn)廠家和焦油深加工的企業(yè)在經(jīng)濟(jì)效益上帶來很大的負(fù)面影響。

馬鋼新區(qū)7.63m焦?fàn)t的爐頂空間溫度在880℃以上，其焦油含甲苯不溶物TI一般在15%左右，屬于不合格產(chǎn)品。而沙鋼7#和8#焦?fàn)t爐頂空間溫度卻能控制在840℃以下，其焦油含甲苯不溶物TI一般在6%以下，屬于一級產(chǎn)品。

因此，焦?fàn)t爐頂空間溫度高低是直接影響化產(chǎn)品質(zhì)量和得率的主要原因。

6 7.63m焦?fàn)t爐頂空間溫度高原因分析

爐頂空間溫度高低是影響化產(chǎn)品質(zhì)量和收得率的重要原因。在煉焦過程中，焦油中甲苯不溶物主要是由二次裂解碳和進(jìn)入集氣系統(tǒng)的粉煤和炭粉組成，較大的顆?？捎酶咝С吻宀蹖⑵浞蛛x，但有少量灰分很難分離。二次裂解碳是由爐頂空間的荒煤氣二次裂解時形成，7.63m焦?fàn)t因爐頂空間溫度溫度過高，荒煤氣的二次裂解更加嚴(yán)重，導(dǎo)致甲苯不溶物含量上升和化產(chǎn)收率降低。沙鋼7.63m焦?fàn)t爐頂空間溫度一般控制在840℃以下，甲苯不溶物含量與6m焦?fàn)t相比，還是略有上升，升幅在1%-2%以內(nèi)，焦油質(zhì)量還是可控的，符合一級品要求。而馬鋼新區(qū)的爐頂空間溫度在880℃以上，其焦油含甲苯不溶物TI一般在15%左右，化產(chǎn)品得率更低。影響爐頂空間溫度有以下原因：

6.1 加熱水平低

兗礦國際焦化、太鋼、馬鋼加熱水平為1210mm，首鋼曹妃甸工程為1440mm，沙鋼為1550mm。加熱水平越高，煤的收縮越小，爐頂空間溫度越低。

6.2 配合煤揮發(fā)份低

沙鋼的高爐為5800m3，對焦炭的質(zhì)量要求較高，因此選用的配合煤揮發(fā)分不高于26%，有時甚至為24%。而其他廠家7.63m焦?fàn)t配合煤揮發(fā)分相對較高（28%～30%），致使焦炭收縮率大，爐頂空間溫度高。

6.3 回爐煤氣選用高熱值煤氣

德國焦?fàn)t多采用高熱值煤氣加熱，而國內(nèi)都采用混合煤氣加熱。加熱用煤氣熱值偏低，會使火焰拉長，爐頂空間溫度相應(yīng)較高。沙鋼使用混合煤氣（焦?fàn)t煤氣+高爐煤氣）和焦?fàn)t煤氣兩種模式。使用混合煤氣時爐頂空間溫度為（840℃），焦?fàn)t煤氣時為（830℃）。

6.4 設(shè)計煤線高（爐頂與入爐煤表面的距離）

德國7.63m焦?fàn)t的設(shè)計煤線為400～450mm，馬鋼和太鋼的實際煤線在550～650mm之間波動，沙鋼控制在520mm以下。煤線越大，爐頂空間和爐頂輻射傳熱面積大，從而爐頂空間溫度越高。

6.5 換向時間大

馬鋼和太鋼7.63m焦?fàn)t交換機(jī)是30min換向一次，沙鋼為20min換向一次。延長換向時間，有利于上部焦餅成熟，同時也導(dǎo)致了爐頂空間熱量富裕，使?fàn)t頂空間溫度高。

7 某公司建設(shè)大容積焦?fàn)t的建議結(jié)論

①為改善焦?fàn)t煤氣組成和熱值及焦油、粗苯質(zhì)量，要求控制爐頂空間溫度在840℃以下;②適度提高配合煤揮發(fā)份，以提高焦油和粗苯的產(chǎn)率;③建議裝煤除塵取消PROven負(fù)壓技術(shù)，減少焦油中煤粉含量。

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