干熄焦烧损率影响因素分析及预测.pdf

6燃 料 与 化 工Fuel&Chemical ProcessesSep.2023Vol.54 No.5干熄焦烧损率影响因素分析及预测杨威1 海全胜1 乐蒙蒙1 杨炼1 凌强2 崔平2（1.湖南华菱湘潭钢铁有限公司焦化厂，湘潭411101；2.安徽工业大学化学与化工学院，马鞍山243002）摘要：以工艺优化降低焦炭烧损率为目的，对 150 t/h 干熄焦烧损率进行了单因素和多因素分析，建立了相关模型。结果表明，焦炭烧损率受干熄焦多种工况影响，随循环气体 CO 浓度的降低和循环风量的增加，焦炭烧损率呈增大趋势；选择气料比、汽化率、排焦温度、循环气体 CO 浓度和料位等操作参数与焦炭烧损率进行多因素回归计算，其结果与用碳平衡方法计算所得烧损率接近，可用此多因素回归模型对焦炭烧损率进行预测。关键词：干熄焦烧损率；影响因素分析；关系模型；预测中图分类号：TQ520.6 文献标识码：A文章编号：1001-3709（2023）05-0006-03Analysis of factors affecting CDQ burning loss rate and its predictionYang Wei1 Hai Quansheng1 Le Mengmeng1 Yang Lian1 Ling Qiang2 Cui Ping2（1.Hunan Valin Xiangtan Iron and Steel Co.，Ltd.，Xiangtan 411101，China；2.Chemistry and Chemical Engineering Academy，Anhui University of Technology，Ma anshan 243002，China）Abstract:In order to optimize the process and reduce the coke burning loss rate，single factor and multi-factor analysis have been carried out for the burning loss rate of 150 t/h CDQ，and the relevant model has been established.The results show that the coke burning loss rate is affected by various conditions of coke dry quenching;and the coke burning loss rate increases with the reduction of the circulating gas CO concentration and the increase of the circulating air volume；The operating parameters such as ratio of gas to coke，gasification rate，coke discharge temperature，circulating gas CO concentration and material level are selected for multi-factor regression calculation with the coke burning loss rate.The results are close to the burning loss rate calculated by carbon balance method.This multi-factor regression model can be used to predict the coke burning loss rate.Key words:Burning loss rate of CDQ；Analysis of influencing factors；Correlation model；Prediction收稿日期：2023-02-10作者简介：杨威（1998-），男，助理工程师干熄焦过程是一个气固逆流接触换热的过程，在这一过程中，循环气体与炽热焦炭在干熄炉内连续换热，循环气体中CO、H2浓度不断增加，影响安全生产。为此，需要向干熄炉循环烟道内导入一定量的空气以降低循环气体中可燃气体浓度。空气的导入以及循环系统负压段的泄漏，使得循环气体中含有O2、CO2和H2O等，此时，干熄炉内发生的化学反应主要有2C+O22CO、2CO+O22CO2、C+H2OCO+H2、C+O2CO2、C+CO22CO，这些反应引起干熄炉内的焦炭烧损1-5。但循环气体成分以及焦炭料位、气料比、排焦温度等对焦炭冷却效果、气固反应程度、热量回收效率等都有着显著影响，由于缺少这方面的系统研究，使得多数企业的干熄焦烧损率远高于设计值。本文以150 t/h干熄焦为研究对象，依据生产工况参数调整和工艺原理，分析干熄炉内循环气体CO浓度、循环风量、料位等因素对烧损率的影响，建立多因素干熄焦烧损率关系模型，以便为指导干熄焦操作和控制焦炭烧损提供理论依据。1不同工况下的焦炭烧损率测试计算7燃 料 与 化 工Fuel&Chemical Processes2023 年 9 月第 54 卷第 5 期由表1可知，干熄焦烧损率受多种因素影响，当工况发生变化时，焦炭烧损率随之变化。2干熄焦烧损率的单因素分析干熄炉内焦炭烧损率的主要影响因素有循环气体CO浓度、循环风量、排焦量和温度、补充空气量等。其中循环气体CO浓度和循环风量是干熄焦工艺控制中易于实现和可控操作因素，故选取其作为主要因子进行单因素分析。2.1循环气体CO浓度对焦炭烧损率的影响根据干熄焦系统的实测数据，对循环气体CO浓度与干熄炉内焦炭烧损率关系进行回归，结果干熄焦烧损率的计算方法主要有灰平衡、碳平衡、质量守恒法、吨焦耗煤法、热平衡法、蒸发量推算法6-8。为分析不同工况对焦炭烧损率的影响，采用碳平衡法进行烧损率计算。碳平衡法的基本原理是进入干熄炉的总碳量等于排出干熄炉的总碳量与焦炭的烧损量之和。干熄焦系统的焦炭烧损率=（红焦碳含量-焦粉碳含量-冷焦碳含量）/红焦碳含量，其中，烧损的焦炭转化为CO2和CO进入循环气体，因此干熄炉内的焦炭烧损可由干熄炉进出口循环气体碳含量之差计算。计算公式如（1）、（2）所示：（1）（2）式中：TPH(C)为碳平衡计算的烧损率；Gss(C)与Ghj(C)为烧损焦炭碳含量和红焦碳含量；Vxh1为标况下干熄炉入口循环气体流量，Nm3/h；Vxh2为标况下干熄炉出口循环气体流量，Nm3/h；n(CO2)1，n(CO)1为干熄炉入口CO2、CO浓度；n(CO2)2，n(CO)2为干熄炉出口CO2、CO浓度。不同工况下干熄炉进出口循环气体成分采用红外气体分析仪测试，红焦碳含量采用同一炉湿熄焦碳含量代替，焦粉碳含量以一段时间内的统计平均值表示，冷焦碳含量采取统计方法获得。工况测试及烧损率计算结果如表1所示。如图1所示。Gss(C)=Vxh2(n(CO2)2+n(CO)2)-Vxh1(n(CO)2)1+n(CO)1)1222.4TPH=100%Gss(C)Ghj(C)表 1干熄炉工况及烧损率计算结果工况指标烧损率/%气料比/（m3t-1）汽化率/（tt-1）排焦温度/CO 浓度/%料位/m1 2530.4511361.010.082.161 1730.5091331.410.282.261 2130.5241371.710.562.431 0570.4321251.010.801.941 0830.4631151.410.901.971 1600.4881161.211.032.001 2140.5321551.511.382.421 2200.5231541.311.832.239940.5211391.012.072.211 2080.4651151.012.172.541 1110.4991322.112.232.091 1980.5041451.212.402.111 2000.5091303.412.701.931 2050.4921362.213.032.291 2180.5001471.113.162.09=2.82-0.256n（CO）CO 浓度/%2.62.52.42.32.22.12.01.91.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5烧损率/%图 1CO 浓度与焦炭烧损率关系8燃 料 与 化 工Fuel&Chemical ProcessesSep.2023Vol.54 No.5由图1可知，焦炭烧损率与循环气体CO浓度呈负相关关系。随着循环气体CO浓度的增加，焦炭烧损率呈下降趋势，当循环气体CO浓度在1.0%3.5%时，循环气体CO浓度和焦炭烧损率的关系见式（3）：（3）式中：为烧损率，%；n(CO)为干熄炉入口处CO的浓度，%。2.2循环风量对焦炭烧损率的影响循环气体经换热降温后，从干熄炉底部进入，通过风帽扩散至干熄炉冷却段，与自上而下的红焦进行逆流接触换热并伴随着气固相反应。循环气体中的CO2、H2O、O2与干熄炉内的焦炭分别发生碳素溶损反应、水煤气反应和不完全氧化反应生成CO、H2；含有CO和H2的循环气体经过斜道口进入循环风道与导入空气中的O2发生反应生成CO2、H2O，从而降低了循环气体中CO和H2浓度，最终使CO和H2浓度保持在安全范围内。根据气固相反应原理可知，加大气流速度可以加快气固相反应的进行。图2是根据干熄焦系统的实测数据建立起来的循环风量与干熄炉内焦炭烧损率的关系图。从表2可以看出，多元回归公式计算得到的烧损率和碳平衡计算得到的烧损率对比，其残差绝对值小于0.3%，说明多元回归结果与碳平衡计算根据图2可知，循环风量与焦炭烧损率呈正相关关系。随着循环风量的增加，焦炭烧损率呈现出增加趋势，当循环风量为75 000100 000 m3/h时，拟合出的循环风量与焦炭烧损率的关系模型见式（4）：（4）式中：为烧损率，%；VXHFL为循环风量，m3/h。由此可知，循环气体CO浓度和循环风量对焦炭烧损率的影响具有一致性，当循环风量增加，循环气体中的CO浓度会降低，焦炭烧损率增加；当循环风量降低，循环气体中的CO浓度会增加，焦炭烧损率会降低。3干熄焦烧损率多因素分析为了研究不同工况因素对焦炭烧损率的综合影响，本文通过大量测试计算不同气料比、汽化率、排焦温度、循环气体CO浓度和料位下的焦炭烧损率，并将此操作参数与不同工况下的焦炭烧损率进行回归计算，所得多因素共同作用下的焦炭烧损率回归关系式见（5）。（5）式中：DYS为多因素作用下的焦炭烧损率，%；x气料比为干熄炉气料比，m3/t；x汽化率为干熄炉汽化率，t/t；x排焦温度为干熄炉焦炭排焦温度，；xCO浓度为循环气体中CO的浓度，%；x料位为干熄炉内装料高度，m。由回归关系式（5）可以看出，干熄炉内的料位、汽化率、排焦温度、循环气体CO浓度、气料比等工况对焦炭烧损率均有不同程度的影响，随汽化率、料位、气料比的增加，焦炭烧损率增加；随循环气体CO浓度、排焦温度的增加，焦炭烧损率降低，其结果与单因素分析结果一致。将表1中的相关参数代入回归式（5）计算所得焦炭烧损率见表2。将多元回归计算得到的烧损率和碳平衡法计算得到的烧损率进行对比，计算残差值列于表2。结果接近，可以用多元回归来预测焦炭烧损率。当烧损率偏高时，可以通过回归公式分析相关工=2.82-0.256n（CO）=0.303VXHFL-0.246循环风量/（万 m3h-1）=-0.246+0.303VXHFL2.62.52.42.32.22.12.01.97.5 8.0 8.5 9.0 9.5烧损率/%图 2循环风量与焦炭烧损率关系DYS=-0.330+0.001x气料比+3.855x汽化率-0.004x排焦温度-0.138xCO浓度+0.002x料位表 2多因素作用下的焦炭烧损率TPH/%2.162.262.431.941.972.002.422.232.212.542.092.111.932.292.09残差均值DYS/%2.002.102.141.781.912.102.132.132.002.381.912.091.872.132.10残差/%0.160.160.290.160.06-0.100.290.100.210.160.180.020.060.16-0.010.141（下转第19页）19燃 料 与 化 工Fuel&Chemical Processes2023 年 9 月第 54 卷第 5 期系统正常运行时，集气管操作压力在30 Pa左右。基于OPR系统压力调节功能，逐步调整控制参数，使炭化室压力稳定即可。有条件的现场，可以进行完整结焦周期内的连续炉底测压实验，并使用测压曲线对OPR系统的压力分段曲线进行精确矫正。3.2.2全自动装煤出焦调试全自动装煤出焦是指OPR系统接收焦炉车辆管理系统发送的指令，自动完成装煤、出焦过程中的上升管相关设备动作。该功能的调试需要如下先决条件。（1）焦炉车辆系统完成自动对位控制，具备发送车辆位置、装煤指令等信号的能力。（2）OPR系统与焦炉车辆系统间通讯线路通畅。条件具备后，则可以开始通讯信号的校对和自动装煤、出焦动作的调试工作。受焦炉车辆系统调试状态的制约，本步调试通畅很难在焦炉投产时同步完成，最晚可能需要等待12个月的时间，待焦炉车辆系统联锁逻辑调试完毕后才能开始调试。待本步骤调试完成，则OPR系统的全部调试工作均已顺利结束，系统可以完全投入自动运行。4结语本文总结了各现场OPR系统的调试经验，详细描述了OPR系统的完整调试过程，对调试中一些常见的技巧和问题也进行了介绍。作为主流的焦炉炭化室压力调节系统之一，OPR系统在未来几年时间内必将有更为广泛的应用。合理安排、科学组织系统调试工作，将有效提高OPR系统的调试效率，缩短投产周期，提高生产效率。参考文献 1 蔡承祐.二种焦炉单孔炭化室压力调节技术的分析与评价J.燃料与化工，2017，48（1）：1-4，7.2 崔义平，张洪波，刘宏，等.单孔炭化室压力稳定系统（CPS系统）在新泰正大6.78 m捣固焦炉上的应用J.燃料与化工，2020，51（4）：10-13.3 史瑛迪，洪志勇，赵希超.炭化室压力调节装置的开发J.燃料与化工，2012，43（2）：15-17.韩立影编辑况的影响权重，进而指导生产调控。4结论（1）循环气体CO浓度、循环风量对焦炭烧损率有明显影响，循环气体CO浓度与焦炭烧损率呈负相关关系，循环风量与焦炭烧损率呈正相关关系。随着循环气体CO浓度的降低和循环风量的增加，焦炭烧损率呈增大趋势。（2）选择气料比、汽化率、排焦温度、循环气体CO浓度和料位等操作参数与焦炭烧损率进行多因素回归计算，其结果与用碳平衡方法计算所得烧损率接近。（3）焦炭烧损率受多种工况影响，基于多因素回归模型可以对干熄焦烧损率进行预测。参考文献 1 Nakajima B，Konishi N，Kuwada F.The construction and operation of CDQ in Fukuyama No.4 coke ovenJ.Nippon Kokan Tech.Rep，1986，115（11）：48-64.2 王伟民，刘杰，曹银平，等.干熄焦烧损率的统计方法及烧损因素探讨J.燃料与化工，2010，41（2）：24-26.3 宁述芹.干熄焦焦炭烧损的研究J.燃料与化工，2021，52（3）：17-19.4 李国善，蔡文佳.干熄焦烧损率的探讨与管控J.化工管理，2021（10）：65-66.5 王志永.干熄焦烧损率的综合分析J.科技创新导报，2014，11（12）：53-54.6 张文成，王春花，徐顺国.干熄焦焦炭烧损率的测算方法探讨J.冶金能源，2013，32（2）：10-12.7 杨亚飞，戎小军.干熄焦焦炭烧损率的几种测定方法J.燃料与化工，2013，44（6）：15-16.8 肖忠东，蒋忠平，王雪峰.干熄焦烧损率的标定及控制J.燃料与化工，2013，44（4）：15-17.张晓林编辑（上接第8页）