CN114644934A - 一种与入炉煤结焦过程相匹配的焦炉加热方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种与入炉煤结焦过程相匹配的焦炉加热方法，所述炉为6m焦炉，所述入炉煤全水分含量在1.8～12％范围内波动，该方法在入炉煤全水分含量发生变化时，保持总结焦时间不变，调整燃烧室温度；调整后的燃烧室温度通过建立燃烧室温度与水分含量关系的模型计算得出。本发明方案根据入炉煤在焦炉内的受热、结焦过程，提供高效、节约能源的焦炉加热方法，同时考虑入炉煤全水分对传热过程的影响，采取合理、有效的升温变化调整方式，不仅有利于控制焦炭成熟度、焦炭质量，还有利于节约能源，降低焦炉能耗，避免产生结石墨的现象。保持结焦时间不变，调整燃烧室温度，则既可保证焦炭的高质量，又可保证焦炭的高产量。

Description

一种与入炉煤结焦过程相匹配的焦炉加热方法
技术领域
本发明属于配煤炼焦技术领域，具体涉及一种与入炉煤结焦过程相匹配的焦炉加热方法。
背景技术
当前焦炉炼焦以湿煤为主，水分主要集中在10～12％，与之相适应的焦炉炼焦热工制度已经成熟，各炼焦企业根据焦炉设计、炉型、湿煤水分、产量需求、焦炭质量等，确定了适应本企业焦炉的热工制度，主要包括焦炉燃烧室标准火道温度、结焦时间等。
当水分在正常范围内波动时，经验热工调整方法基本能够满足生产需求，但当水分波动过大，如采用煤调湿技术时，入炉煤水分明显下降，达到约6～8％时，为了避免影响焦炉生产计划，设备数量有限等问题，确保焦炭质量等，调整方法常采用结焦温度、时间保持不变或略有调整等，并未做较大的改变。经验热工调整方法就会出现资源浪费、新技术优势发挥受限等问题。
文献《换热式两段焦炉热工预测》提出换热式两段焦炉的炼焦工艺，将现有的湿煤干馏过程分解为：先将湿煤在干燥预热室内干燥预热(煤中的水分质量分数降至0％，并被预热到150～250℃)，然后由放煤阀控制经输煤管道流入炭化室进行干馏完成结焦。相对于现有炼焦生产，焦炉和加热工艺都要发生改变，无法用在当前已投产应用的焦炉。
发明内容
为解决当前燃烧室热工是对焦炉整体调节，相同的标准温度，燃烧室温度随入炉煤的吸热状态有规律变化，但与不同水分入炉煤的不同结焦状态下的需热量变化不一致的技术问题，本发明提供了一种与入炉煤结焦过程相匹配的加热方法。
本发明适用于入炉煤全水分含量在1.8～12％范围内波动的6m焦炉的热工调整。本发明技术方案中的燃烧室温度是指机焦侧代表火道的平均温度。
1)当入炉煤全水分含量变化值＜3％，且当入炉煤全水分含量≥7％时，全水分含量每增加1个百分点，燃烧室温度提高6～8℃；当入炉煤全水分含量变化值＜3％，且当入炉煤全水分含量在1.8～7％时，全水分含量每增加1个百分点，燃烧室温度提高2～5℃(优选2～3℃)。
2)当入炉煤全水分含量变化值≥3％，则燃烧室温度按下式控制：W＝-1247.3M2+444.17M+1241，其中，M为变化后的入炉煤全水分含量，W为调整后的燃烧室温度，单位为℃，保持结焦时间不变；或在保持燃烧室温度不变的情况下，分别建立表征结焦过程的四个阶段的结焦时间的模型，根据模型计算或直接得到四个阶段的结焦时间，并进行加和得到总结焦时间；所述结焦过程的四个阶段分别指结焦初期阶段、结焦中期阶段、结焦后期阶段和保温期阶段，各阶段调整结焦时间方案如下：
21)结焦初期阶段：以入炉煤失水阶段为主，焦炉提供热量主要用于水分蒸发，该阶段焦饼温度在装煤温度至260℃，根据入炉煤全水分含量建立表征该阶段的结焦时间模型为：T1＝-28.756M+10.433，其中T1为当前燃烧室温度(即前述的保持燃烧室温度不变)下该阶段的的保持时间，单位为小时。
22)结焦中期阶段：焦饼从外侧到中心逐层进入胶质体过程、半焦过程，该阶段焦饼温度跨度范围为260～750℃，入炉煤升温速度加快，根据入炉煤全水分含量建立表征该阶段的结焦时间模型为：T2＝73.24M2+0.9382M+4.4592，其中T2为当前燃烧室温度下该阶段的的保持时间，单位为小时。
23)结焦后期阶段：该阶段升温速度继续提升，焦饼温度跨度范围为750～950℃，根据入炉煤全水分含量建立表征该阶段的结焦时间模型为：T3＝164.7M2+13.448M+1.8915，其中T3为当前燃烧室温度下该阶段的的保持时间，单位为小时。
24)保温期阶段：焦饼中心温度已达到950℃，焦饼成熟，但为了保证焦饼低温部位也达到更好的成熟状态，并进一步提升焦炭质量、降低焦炭挥发分、增加收缩等，结焦过程应留有保温时间。当全水分含量波动范围在1.8～7％时，保温时间T4为2±1；当全水分含量波动范围在≥7～12％时，保温时间T4为3±1，其中T4为当前燃烧室温度下该阶段的的保持时间，单位为小时。
3)总结焦时间T总＝T1+T2+T3+T4。
本发明方案根据入炉煤在焦炉内的受热、结焦过程，提供高效、节约能源的焦炉加热方法，同时考虑入炉煤全水分对传热过程的影响，采取合理、有效的升温变化调整方式，不仅有利于控制焦炭成熟度、焦炭质量，还有利于节约能源，降低焦炉能耗，避免产生结石墨的现象。保持结焦时间不变，调整燃烧室温度，则既可保证焦炭的高质量，又可保证焦炭的高产量。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
根据入炉煤全水分，结合入炉煤在焦炉内的结焦过程，科学合理制定焦炉热工制度，包括燃烧室温度、结焦时间，以较好地控制焦炭成熟度、焦炭质量，利于节约能源，降低焦炉能耗。
本具体实施方式中，入炉煤全水分在1.8～12％范围内波动，焦炉高度为6m，燃烧室温度是指机焦侧代表火道的平均温度。具体调整方案按照入炉煤全水分含量及调整大小不同分别如表1～3所示。
其中，表1为全水分变化小于3％的调整方案，该调整方案中，简单地根据全水分含量变化相应调整燃烧室温度即可，即当入炉煤全水分含量≥7％时，水分含量每增加1个百分点，燃烧室温度提高6～8℃，当入炉煤全水分含量在1.8～7％时，水分含量每增加1个百分点，燃烧室温度提高2～5℃。
表1全水分变化含量小于3％的调整方案
Figure BDA0003601312200000041
从表1可以看出，全水分含量从11％调整到12％(全水分初始含量≥7％)，燃烧室温度增加了6℃(水分增加1％，温度增加1个6℃)；而全水分含量从4％调整到6％(全水分初始含量1.8～7％)，燃烧室温度增加了4℃(水分增加2％，温度增加2个2℃)。
表2和表3分别为全水分含量变化在3％以上、保持燃烧室温度不变的调节方案。其中表2为调节前的相关参数及调节后对入炉煤全水分的要求。表3为按照该全水分要求，保持燃烧室温度不变，如何具体根据建立的表征各阶段结焦时间模型计算出各阶段加热时间从而求出总结焦时间的技术方案。
表2调节前的相关参数及调节后对入炉煤全水分的要求
Figure BDA0003601312200000051
从表2可以看出，入炉煤全水分含量变为9％，因此表3按照燃烧室温度1283℃保持不变，调节结焦时间的方案进行调节。
分别根据建立的表征的结焦初期阶段、结焦中期阶段、结焦后期阶段和保温期阶段结焦时间的模型T1＝-28.756M+10.433、T2＝73.24M2+0.9382M+4.4592、T3＝164.7M2+13.448M+1.8915、T4＝2±1(当全水分含量波动范围在1.8～7％时)或T4为3±1(当全水分含量波动范围在≥7～12％时)计算或直接得出每阶段的结焦时间，从而再根据T总＝T1+T2+T3+T4得出总结焦时间。
表3保持燃烧室温度不变的调节方案
Figure BDA0003601312200000052
从表3可以看出，本发明按照建立的模型计算得到的总结焦时间T总为18.1小时，低于表2中调节前的19小时。
当入炉煤全水分含量变化值≥3％、且全水分含量波动范围在1.8～12％时，也可以不调整结焦时间，燃烧室温度按下式控制：W＝-1247.3M2+444.17M+1241，具体调节方案见表4。
表4保持结焦时间不变调节燃烧室温度的方案
Figure BDA0003601312200000061
从表1、表2、表3和表4还可以看出，本发明建立的在结焦时间保持不变的情况下，表征燃烧室温度变化的模型或者建立的在燃烧室温度不变的情况下，表征结焦时间的模型都能较好地解决本申请的技术问题。按照以上热工控制方法，解决了入炉煤的热工匹配、靠人工经验调整在焦炉生产应用中能源应用过剩等问题，有利于焦炭质量改善，能源节约。焦炭挥发分反映了焦炭的成熟度，从挥发分来看，数据稳定或降低，保证了焦炭的成熟度较好，焦炭质量M10改善较好。而能源节约方面，调整后吨焦能耗节约在1％左右。

Claims (2)

1.一种与入炉煤结焦过程相匹配的焦炉加热方法，所述炉为6m焦炉，所述入炉煤全水分含量在1.8～12％范围内波动，其特征在于：该方法在入炉煤全水分含量发生变化时，保持总结焦时间不变，调整燃烧室温度；调整后的燃烧室温度通过建立燃烧室温度与水分含量关系的模型计算得出，具体包括如下步骤：
1)当入炉煤全水分含量变化值＜3％，且当入炉煤全水分含量M≥7％时，燃烧室温度与水分含量关系的模型为W1＝W0+100(M1-M0)a，当入炉煤全水分M在1.8～7％时，燃烧室温度与水分含量关系的模型为W1＝W0+100(M1-M0)b；
2)当入炉煤全水分含量变化≥3％时，则燃烧室温度与水分含量关系的模型为：W1＝-1247.3M1 2+444.17M1+1241；
所述燃烧室温度是指机焦侧代表火道的平均温度，W1为调整后的燃烧室温度，W0为调整前的燃烧室温度，单位为℃，M1为调整后的入炉煤全水分，M0为调整前的入炉煤全水分，a为6～8℃，b为2～5℃，M为M1与M0中的较小值。
2.一种与入炉煤结焦过程相匹配的焦炉加热方法，所述炉为6m焦炉，所述入炉煤全水分含量在1.8～12％范围内波动，其特征在于：
该方法入炉煤全水分含量的变化值≥3％；且该方法在入炉煤全水分含量发生变化时，保持燃烧室温度不变，调整总结焦时间，调整后的总结焦时间通过建立表征结焦过程的四个阶段的结焦时间的模型计算得出，具体包括如下步骤：
1)结焦初期阶段：以入炉煤失水阶段为主，焦炉提供热量主要用于水分蒸发，该阶段焦饼温度在装煤温度至260℃，根据入炉煤全水分含量建立表征该阶段的结焦时间模型为：T1＝-28.756M1+10.433，其中T1为当前燃烧室温度下该阶段的保持时间，单位为小时；
2)结焦中期阶段：焦饼从外侧到中心逐层进入胶质体过程、半焦过程，该阶段焦饼温度跨度范围为260～750℃，入炉煤升温速度加快，根据入炉煤全水分含量建立表征该阶段的结焦时间模型为：T2＝73.24M1 2+0.9382M1+4.4592，其中T2为当前燃烧室温度下该阶段的保持时间，单位为小时；
3)结焦后期阶段：该阶段升温速度继续提升，焦饼温度跨度范围为750～950℃，根据入炉煤全水分含量建立表征该阶段的结焦时间模型为：T3＝164.7M1 2+13.448M1+1.8915，其中T3为当前燃烧室温度下该阶段的保持时间，单位为小时；
4)保温期阶段：焦饼中心温度已达到950℃，焦饼成熟，但为了保证焦饼低温部位也达到更好的成熟状态，并进一步提升焦炭质量、降低焦炭挥发分、增加收缩等，结焦过程应留有保温时间；当全水分含量波动范围在1.8～7％时，保温时间T4为2±1；当全水分含量波动范围在≥7～12％时，保温时间T4为3±1，其中T4为当前燃烧室温度下该阶段的的保持时间，单位为小时；
5)计算得出总结焦时间T总＝T1+T2+T3+T4；
所述燃烧室温度是指机焦侧代表火道的平均温度，所述M1为调整后的入炉煤全水分。
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