怎样改善焦炉的高向加热

焦炉高向加热的改善

1前言

炭化室墙表面积较大,为了获得成熟均匀、含挥发分比较一致的焦炭，要求火道高向和沿长度方向供热能满足要求，即火道上下温度均匀。如果焦饼沿焦炉高向加热不均，会使焦碳粒度均匀性和耐磨性降低、耗热量增加、焦炉操作困难，及因焦饼加热落后部分收缩不好而增加推焦阻力等。现在设计投产的焦炉,炭化室越来越高。我国已有一批炭化室高6m的焦炉投产,世界上已有炭化室高8m以上的焦炉投入生产。因此,研究影响焦炉高向加热的各种因素及不同炭化室高度如何选择合理的高向加热的参数是炼焦工作者的重要课题之一。

2 影响高向加热的因素

影响焦炉高向加热的因素主要是煤气燃烧的速度、气流的速度和炉墙的传热,装煤沿高向堆比重等。其中煤气燃烧的速度起着主要的作用。

2.1煤气燃烧的速度

火焰的长短与煤气燃烧的速度有关。煤气燃烧速度愈慢,火焰愈长,反之愈短。

通常煤气和空气先预热后进入温度很高的燃烧室,故可燃混合物加热到着火温度并进行燃烧，化学反应在瞬间完成。煤气在立火道中的燃烧速度取决于可燃物分子和空气分子相互接触的物理过程,即扩散过程。扩散燃烧时,由于局部氧的不足而发生炭氢化合物热解,产生游离碳,使燃烧带中因固体微粒的存在而产生强烈的光和热辐射,形成光亮的火焰。为拉长火焰,改善高向加热的均匀性,焦炉火道内应使煤气和空气缓慢接触混合。

加热煤气与空气在立火道中燃烧过程所耗用的时间是参加燃烧的各成分

加热到燃点,可燃成分与氧会合和完成燃烧反应所需时间的总和。在立火道温度很高的条件下,煤气和空气在进入立火道前,即在蓄热室内已被加热到发火点。从发火点开始到完成燃烧过程中所耗用的全部时间,实际上就是煤气和空气混合所需的那一段时间。

2.2气流速度

立火道内气体流动性质与燃烧状态,从理论上分析是较复杂的,但在生产实践中都能体会到:焦侧火焰往往长于机侧;在较短的结焦周期下操作，其火焰较长;废气循环可以拉长火焰等等。

这是因为:

（1）焦侧立火道断面比机侧小,而气体流量却较多,所以焦侧立火道内气体速度大,火焰也就较长。

（2）当周转时间缩短时,单位时间内供入的气体量增加,使气体速度增加,从而拉长了火焰,改变了焦饼上下加热状况。

（3）往立火道引人惰性气体,除了可燃与助燃气体的浓度降低,使其燃烧速度减慢外,也因气体流动速度增加等原因使其火焰拉长。

2.3 炉墙传热

加热煤气在立火道内燃烧所产生的热量经过炭化室墙才能传给煤料。因此,炉墙的传热与焦饼的高向加热有密切关系。炉墙砖的厚薄,立火道隔墙的形状,加热水平高低以及分段加热等对焦饼高向加热均匀性有影响。

2.4煤气、空气和废气出口在立火道底的排列

焦炉立火道中,煤气口、空气口的位置及其角度直接影响煤气、空气的混合和燃烧速度,而空气口、煤气口的配置是由设计决定的。目前,我国生产

和设计兴建的双联火道废气循环下喷式焦炉,不论其炭化室高低,由于斜道区和蓄热室结构要求,其立火道底部的循环孔斜道和灯头的相对配置见图1。

图1 斜道口、灯头和循环孔配置

在图1这种斜道口、灯头和循环孔相对配置的前提下,当灯头的高度低于循环孔高度的一半时,废气循环量对立火道火焰燃烧的影响,与其加热煤气种类有关。当用焦炉煤气加热时,焦炉煤气中可燃成分高,燃烧速度快。但循环孔循环过来的废气,将从灯头喷出的焦炉煤气(从斜道口喷出的空气)吹向空气(或煤气)一侧,有利于加快空气与煤气的混合,从而使煤气的燃烧火焰变短。当用高炉煤气加热时,循环的废气吹向斜道口的中间(鼻梁砖上方)使煤气和空气分开, 有利于使目前在立火道内燃烧的火焰拉长。高炉煤气的可燃成分低,气体的扩散速度小,燃烧火焰长。由于循环废气的影响,使燃烧火焰拉得更长。这样就造成焦炉用不同煤气加热时,焦饼高向加热有较明显的差别,并且随着炭化室高度的增加,废气循环量的增加,上述差别越来越大。由于焦炉斜道口和喷嘴布置的特点,对于较高的焦炉用高炉煤气加热比用焦炉煤气加热,高向均匀性更好。

2.5 焦炉装煤、平煤操作的影响

焦炉装煤若堵眼、没平透,大型焦炉平煤杆拖尾现象把煤带到机侧,都将使焦饼上部成熟不足。

3焦炉煤气加热时高向加热的改善

3.1焦炉煤气贫化

所谓焦炉煤气贫化,即在焦炉煤气中掺入部分高炉煤气,使其可燃成分浓度降低。我们知道,焦炉煤气的燃烧特点燃烧速度快、火焰短,这是由其组成决定的。焦炉煤气仅氢含量就在60%左右,这是焦炉煤气燃烧速度快的决定因素。在扩散燃烧的条件下,火焰的长短,实际就是煤气燃烧速度的大小。燃烧速度取决于可燃气体成分和氧的扩散速度,而扩散速度与可燃气体成分的分子量的平方根成反比(由于气体燃料的扩散系数根据分子运动学说,与分子均方根速度(8RT/πM)0.5成正比,即D∝(8RT/πM)0.5, M为燃料的平均分子量,T为气体绝对温度),氢的分子量小,扩散速度快,即燃烧速度快,火焰短。而高炉煤气中可燃成分主要是CO,燃烧速度慢,火焰长,在这一燃烧理论的指导下,我们设想在焦炉煤气中掺一部分高炉煤气,使其可燃气体浓度梯度和扩散速度降低,燃烧速率减慢,从而拉长火焰。同时因混入高炉煤气后,地下室主管压力增加,煤气在灯头处的出口速度增大,喷射力强,可增加废气循环量,亦可帮助拉长火焰。经试验可知使用混合煤气加热后，可较明显地改善焦饼高向加热的均匀性，同时随混合比增加，焦饼上下温差减小。但贫化将会带来一些副作用。如：地下室主管压力增大，横管压力增大，造成煤气泄漏增加，地下室CO含量增加。另外，主管中由于高炉煤气灰尘与焦油结合产生硬块，挂在主管和砖煤气道中，影响横墙温度。

上述问题应采取如下措施：

（1）找出合适的混合比；

（2）保证焦炉煤气预热后温度在45±1℃内；

（3）经常维护好地下室煤气管道，尤其是各节点。同时，每周应检查一次地下室CO含量；

（4）经常清扫焦炉煤气主管。

攀钢曾做过焦炉煤气贫化试验，结果见表1。

表1 使用混合煤气前焦饼中心温度变化

从表1看到，使用混合煤气后，焦饼上下加热均匀性有明显改善，焦饼上下温差减小了44℃，中下温差减小22℃，使用混合煤气后，加热煤气量增加了，可降低砖煤气道中的温度，可以减少甚至消除由于煤气裂解以致堵塞砖煤气道的现象。

3.2缩小煤气喷嘴直径

横砖煤气道喷嘴直径的选择，应使高向加热均匀及燃烧室各火道煤气量正确分配。一般喷嘴平均直径与砖煤气道直径之比为0.55—0.65。

当喷嘴平均直径变小时，气流出口速度加大，煤气喷射力加大，废气循环量增加，从而使焦饼上下加热的均匀性得到改善。国内外都做过类似试验，而且效果也较明显。但是喷嘴的直径不宜过小，否则会因煤气出口阻力过大而使砖煤气道压力过高，而引起煤气窜漏，影响正常加热。同时因孔径小时对挂石墨的影响较敏感，影响炉温稳定。