利用热风炉废气烘干焦炭的应用实践

【摘要】针对喷洒钝化剂后焦炭含水量和含粉率高对高炉生产及后续工序带来不利影响，利用热风炉废气对入炉焦炭进行烘干，焦炭平均水分下降1.25~3.19%，且可明显降低焦炭含粉率，达到高炉稳定顺行的目的。同时，提高煤气发热值，降低焦炭含水量高对后续设备的影响。
【关键词】热风炉废气；烘干；焦炭
　　1 前言
　　焦炭是现代高炉冶炼不可缺少的原燃料之一，它在高炉冶炼过程中主要起发热剂、还原剂、料柱骨架和渗碳的作用。焦炭在风口前燃烧放出大量热量并产生煤气，煤气在上升过程中将热量传给炉料，使高炉内的各种物理化学反应得以进行。高炉冶炼所消耗热量的70%～80%来自焦炭燃烧，焦炭所含的固定碳以及焦炭燃烧产生的CO是铁及其他氧化物进行还原的还原剂，焦炭占高炉料柱的1/3～1/2的体积，尤其在高炉下部，矿石和熔剂已全部软化并熔化为液体，只有焦炭仍以固体状态存在，从而保证高炉下部料柱的透气性，使炉缸煤气初始分布良好，焦炭的这一作用目前没有其他燃料替代。另外，焦炭的燃烧为炉料下降提供自由空间[1]。
　　新兴铸管新疆有限公司（以下简称新二钢）高炉使用的焦炭全部是外购焦炭，在钢铁行情很不景气的大环境下，外购焦炭种类繁多，理化性能差别较大，尤其疆内焦炭热强较低，为了提高焦炭热强，我公司2013年7月开始对入炉焦炭喷洒ZBS焦炭钝化剂，以期达到降低生产成本和工序能耗的目的，但喷洒后焦炭水分升高，槽下筛分效果差，入炉焦粉多，水分波动大，恶化了高炉透气性，进而影响高炉的高产、顺行以及焦比的降低和煤比的提高。过高的焦炭水分使得高炉炉顶煤气温度降低，容易导致干法布袋除尘的布袋板结、破损；在煤气含尘量较高时，使热风炉的蓄热体渣化、空隙堵塞，影响热风炉的寿命；过高的焦炭水分还使煤气中的水汽含量大增，降低了煤气发热值，冷凝水也使煤气管道、TRT叶片受到腐蚀，同时影响煤气发电量[2]。综合以上各种原因，采用热风炉废气烘干焦炭成了新二钢降本增效的又一简单易行的途径。
　　2 热风炉废气烘干焦炭技术
　　2.1 方案的可行性
　　我实业部热风炉烧炉产生的烟气一部分用来烘干喷煤粉，剩余的烟气直接排入大气，如果将这些热能回收用来烘干入炉焦炭，将达到既节能降耗又显著降低生产成本的效果，也显著提高了热风炉的余热利用，改善了高炉的稳定顺行。
　　热风炉废气的主要成分为：CO2、N2、H2O(g)，该废气温度一般为200～400℃，而焦炭着火温度为450～650℃，其温度低于焦炭的着火温度，因此用热风炉废气来烘干、预热焦炭不会引燃焦炭，可确保安全生产[3]。
　　2.2 技术方案
　　2013年8月新二钢1#高炉根据实际情况，在热风炉和烟囱之间的烟气总管上开口引出预热总管，将废气引至高炉槽下，在预热总管末端安装引风机一台，对预热烟气助力。在焦仓前分成预热支管，分别通向每个焦仓，在焦仓内废气上升和焦炭下降的逆向运动过程中，达到烘干焦炭的目的（工艺布置见下图1）。在每个焦仓上部安装排气管将预热焦炭后的烟气直接排空，为防止外排的烘干烟气因夹杂有焦炭微粉对环境造成影响，每个排空管道安装过滤网，定期更换。
　  对各焦仓锥体中下部三面开孔做通风口，利用仓壁的斜面布置通风方向，有效扩大热风在焦仓锥体内分布。焦仓锥面较缓处，焦炭下行速度慢，停留时间较长，烘干效果好，益于水分的蒸发；焦仓锥面较陡处，焦炭下行速度较其他三面快，烘干效果较差，其外部结构也不利于直径较大的管道布置；在保证焦仓本身强度的前提下，将热风进风口下移，使进风最大程度的覆盖水平截面，集中热源烘干此处焦炭，保证下行焦炭水分有效蒸发。为平衡每个焦仓的进风量和焦炭烘干均匀程度，在烟气总管开口附近、预热总管上安装简易电子式电动调节阀一台用以控制烟气总管流量，各进风支管加装简易电子式电动调节阀调节各仓进风量。
　　为确保安全起见，在焦仓槽上安装煤气在线监测系统，当煤气浓度达到24ppm时，远程控制报警，避免过量煤气进入焦炭仓，对槽上工作人员安全构成威胁。同时，槽上工作人员应随身携带煤气报警器。
　　2.3 安全操作规程
　　（1）热风炉操作一定要保证一定的过剩空气系数1.05-1.1，使煤气充分燃烧，防止残余煤气大量进入焦仓；（2）进入焦仓的废烟气温度必须控制在合理范围，焦炭从地料坑开始进仓前，必须将里边的竹木片、塑料捡干净，以免因烟气温度过高引起焦炭着火（焦炭内部夹杂的竹木片、纸张、塑料等着火点250 ℃左右）；（3）对下料速度慢的焦仓应严格控制其烘干时间以及废气流量，以免因长时间烘干引起焦炭自燃；（4）焦炭烘干程度要考虑高炉炉顶温度符合高炉炉顶设备和后续布袋除尘箱体对煤气温度的要求；（5）施行焦炭烘干后，焦仓上部水汽比较大，机械设备易生锈，电气设备易产生短路，需要较好排气，机械设备经过防腐处理，电器设备密封性要好；（6）施行焦炭烘干后，焦仓上部CO 浓度比较大，禁止在没有岗位工陪同的情况下单人进入上料区域，作业人员必须佩带煤气报警器；焦仓上检查作业必须停机、通风，检测CO浓度合格方可进入，以免造成安全事故[4]。
　　3 烘干效果与讨论
　　3.1烘干前后对比
　　新二钢1#高炉采用的焦炭烘干设施经过2个月多的准备和施工于2013年10月27日正式投入使用。烘干后，进入焦炭称量斗的焦炭表面温度为60～110℃，水分平均下降1.254~3.194%，降低了焦炭表面水分，粘附在焦炭表面的焦末明显减少，满足了槽上卸料、高炉顺行和后道工序的要求。焦炭烘干前后含水率测量结果对比见表1。
　　表12013年8月～2014年2月焦炭烘干前后对比（单位：%）
　　月份 烘干前 烘干后 差值
　　 大堆水份 喷洒钝化剂增水 槽下水分
　　8月 2.81 2.8 5.61 0
　　9月 2.51 3.16 5.67 0
　　10月 2.54 2.38 4.93 0.00
　　11月 3.87 1.78 4.40 1.25
　　12月 6.60 1.36 5.18 2.78
　　1月 5.57 1.54 3.91 3.19
　　2月 4.57 1.50 3.02 3.05
　　平均值 4.07 2.08 4.12 1.47
　　注：差值=烘干前-烘干后=大堆水分+喷洒钝化剂增水-槽下水分
　　由表1可见，烘干后焦炭水分含量降低，平均水分降低1.47%。按2013年焦炭用量50万吨计算，每年可通过焦炭预热减少入炉水分7340吨，减少了热量消耗，提高了炉顶温度（同比2012年冬季生产，顶温提高了30-40℃），有效防止煤气干法除尘布袋结露，影响布袋除尘卸灰及布袋使用寿命。槽下焦粉率由烘干前的0.19%，增加到0.45%，有效降低了入炉焦炭含粉率，有利于高炉顺行。
　　4 结论
　　经过上述对焦炭烘干前后含水率的对比分析，可得出如下结论：
　　（1）降低入炉焦炭水分，减少入炉焦炭含粉率，炉况顺行度得到改善；
　　（2）入炉水分控制在4%以下，且水分稳定，有利于高炉热制度稳定；
　　（3）提高煤气发热值，减少能源消耗；
　　（4）减缓对煤气系统设备的不利影响。
　　由此看出，利用热风炉废气进行焦炭烘干，对外购焦炭量大，料场储存条件差，入炉焦炭含水量高且不稳定的企业是一条简单易行的途径。采用热风炉废气焦炭烘干技术后，可有效减少整个系统的水分，稳定焦炭含水量，减少焦炭含粉率，提高煤气发热值。同时，获得合理的炉顶温度，减缓对煤气系统设备的不利影响，具有良好的社会和经济效益。
　　参考文献：
　　[1]朱苗勇.现代冶金工艺学•钢铁冶金卷[M].北京:冶金工业出版社,2011:28.
　　[2]张铭,王素梅.焦炭预热烘干浅谈[J].北京:中国科技纵横,2013,8(164):54,56.
　　[3]李政.高炉热风炉烟气余热的综合应用[J].2012年全国冶金安全环保暨能效优化学术交流会论文集,2012:595.
　　[4]葛红英，管遵伟.青钢高炉焦炭烘干技术的应用[J].山东:山东冶金,2011,33(1):22-23.
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