袁浩杰，寧芳青

（1.寶鋼湛江鋼鐵有限公司，廣東 湛江524072；2.安徽工業(yè)大學(xué)，安徽 馬鞍山243002）

引 言

在焦?fàn)t生產(chǎn)過(guò)程中，為保證炭化室內(nèi)焦餅的成熟，焦?fàn)t熱工管理至關(guān)重要，特別是結(jié)焦末期的熱工管理是影響焦炭質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。目前，國(guó)內(nèi)焦化企業(yè)主要采用以產(chǎn)品生產(chǎn)條件作為管理對(duì)象的爐溫管理方式，寶鋼則采用以焦化產(chǎn)品質(zhì)量為管理對(duì)象的“火落管理”方法[1]?！盎鹇涔芾怼笔菍氫撛?0世紀(jì)80年代引進(jìn)新日鐵焦?fàn)t時(shí)引入的一項(xiàng)焦?fàn)t熱工管理制度，相較于傳統(tǒng)“九溫五壓”的焦?fàn)t加熱管理方法，“火落管理”主要利用炭化室內(nèi)煤料在干餾過(guò)程中出現(xiàn)的特殊現(xiàn)象來(lái)判定“火落時(shí)刻”，從而確定“火落時(shí)間”與“燜爐時(shí)間”（置時(shí)間）[2-3]。在焦?fàn)t生產(chǎn)過(guò)程中，一定的周轉(zhuǎn)時(shí)間內(nèi)對(duì)置時(shí)間的合理控制是“火落管理”的技術(shù)關(guān)鍵，置時(shí)間過(guò)短易導(dǎo)致生焦，對(duì)焦炭的冷熱強(qiáng)度造成嚴(yán)重影響；置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)將造成焦炭過(guò)火，影響焦炭的粒度及推焦的穩(wěn)定順行[4-5]。因此，確定合理的置時(shí)間可降低煉焦耗熱量，改善焦炭質(zhì)量，利用“火落管理”來(lái)判定焦炭成熟狀況的熱工管理方式，也在國(guó)內(nèi)焦化行業(yè)逐漸得到應(yīng)用。本文以寶鋼湛江鋼鐵有限公司（簡(jiǎn)稱寶鋼湛江公司）7 m焦?fàn)t為對(duì)象，監(jiān)測(cè)了煉焦生產(chǎn)過(guò)程中上升管底部和橋管處荒煤氣溫度的變化趨勢(shì)，通過(guò)調(diào)節(jié)實(shí)際生產(chǎn)中開(kāi)工率來(lái)建立結(jié)焦指數(shù)模型，從而為置時(shí)間的確定提供理論依據(jù)。

1 “火落”現(xiàn)象的特征與結(jié)焦指數(shù)

“火落”是煉焦生產(chǎn)過(guò)程中客觀存在的一種現(xiàn)象，“火落”發(fā)生時(shí)表明配合煤熱解炭化基本結(jié)束，焦炭基本成熟?？梢酝ㄟ^(guò)煉焦過(guò)程中結(jié)焦末期上升管荒煤氣溫度（或顏色）的變化來(lái)判定“火落”，其中裝煤時(shí)刻、火落時(shí)刻、推焦時(shí)刻是“火落管理”的重要時(shí)間節(jié)點(diǎn)[6]，裝煤時(shí)刻到推焦時(shí)刻為周轉(zhuǎn)時(shí)間，裝煤時(shí)刻至火落時(shí)刻為火落時(shí)間，周轉(zhuǎn)時(shí)間、火落時(shí)間、置時(shí)間的關(guān)系如圖1所示。在煉焦初期，荒煤氣溫度隨煉焦時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷升高，在最高點(diǎn)時(shí)為火落點(diǎn)，而在煤餅熱解炭化基本結(jié)束后，荒煤氣溫度逐漸下降，故而結(jié)焦指數(shù)CI可定義為式（1）。結(jié)焦指數(shù)較合理地反映了周轉(zhuǎn)時(shí)間與火落時(shí)間、燜爐時(shí)間（置時(shí)間τmen，h）的關(guān)系。

圖1 上升管荒煤氣溫度隨結(jié)焦時(shí)間變化趨勢(shì)圖

式中：τcoking——周轉(zhuǎn)時(shí)間，h；

τTmax——火落時(shí)間，h。

在實(shí)際焦?fàn)t熱工管理中，結(jié)焦指數(shù)是判斷焦炭是否成熟的主要依據(jù)，也是調(diào)節(jié)燃燒室溫度的基礎(chǔ)[7]，通過(guò)對(duì)上升管底部或橋管處荒煤氣溫度的在線監(jiān)測(cè)，判定火落時(shí)刻，再根據(jù)公式（1）可計(jì)算出結(jié)焦指數(shù)CI，故火落時(shí)刻的判定對(duì)結(jié)焦指數(shù)的確定非常重要。煉焦生產(chǎn)過(guò)程中判定火落時(shí)刻的方法有兩種：一是根據(jù)上升管荒煤氣顏色的變化，二是依據(jù)火落點(diǎn)即通過(guò)監(jiān)測(cè)上升管荒煤氣溫度變化，其中較好的方法是通過(guò)在上升管底部安裝熱電偶測(cè)定荒煤氣溫度，或者測(cè)定荒煤氣在橋管的溫度達(dá)到最高點(diǎn)的時(shí)刻來(lái)判定火落時(shí)刻[8]。

2 上升管荒煤氣溫度變化趨勢(shì)

在焦?fàn)t煉焦生產(chǎn)中，一般是通過(guò)觀察上升管荒煤氣顏色的變化來(lái)判斷火落點(diǎn)，這種方法存在較大的主觀性，有誤判的可能。隨著焦?fàn)t裝備及測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，利用上升管荒煤氣溫度變化曲線來(lái)確定火落點(diǎn)更為簡(jiǎn)捷。因此，寶鋼湛江公司在7 m大容積焦?fàn)t的上升管橋管處安裝了熱電偶，采集的荒煤氣溫度在1個(gè)結(jié)焦周期內(nèi)變化趨勢(shì)如圖2所示，作為對(duì)比又在上升管底部安裝了熱電偶，監(jiān)測(cè)荒煤氣溫度的變化，如圖3所示。

圖2 上升管橋管部位荒煤氣溫度變化趨勢(shì)圖

圖3 上升管底部荒煤氣溫度變化趨勢(shì)圖

由圖2、圖3可知，在橋管處由于受噴灑氨水的影響，荒煤氣的測(cè)定溫度較低，最高溫度不超過(guò)280℃，但是其變化趨勢(shì)基本表現(xiàn)出火落。同時(shí)作為對(duì)比研究，上升管底部荒煤氣溫度的變化趨勢(shì)則可明顯反映出火落時(shí)刻，可作為較好的判定依據(jù)。兩種測(cè)溫方式結(jié)果表明，上升管底部溫度可真實(shí)反映荒煤氣的實(shí)際溫度狀況，同時(shí)由于受裝煤與出焦時(shí)剩余煤氣燃燒的影響，有較大的波動(dòng)，荒煤氣的最高溫度點(diǎn)可明確確定，這有助于建立可用于指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)的結(jié)焦指數(shù)模型。

3 結(jié)焦指數(shù)模型研究

3.1 焦?fàn)t實(shí)際生產(chǎn)的結(jié)焦指數(shù)

根據(jù)寶鋼湛江公司7 m焦?fàn)t2018年的實(shí)際生產(chǎn)操作數(shù)據(jù)，得到焦?fàn)t生產(chǎn)周轉(zhuǎn)時(shí)間與結(jié)焦指數(shù)關(guān)系，見(jiàn)圖4。

圖4 焦?fàn)t周轉(zhuǎn)時(shí)間與結(jié)焦指數(shù)關(guān)系圖

從圖4可知，焦?fàn)t炭化室的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間為22.2 h，平均火落時(shí)間為16.9 h，平均結(jié)焦指數(shù)為1.31。

3.2 結(jié)焦指數(shù)模型的建立

在焦?fàn)t生產(chǎn)的實(shí)際操作過(guò)程中，為滿足生產(chǎn)的需要，可能要調(diào)整焦?fàn)t開(kāi)工率，因此置時(shí)間和結(jié)焦指數(shù)也會(huì)隨之進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，寶鋼湛江公司焦化廠近幾年不同周轉(zhuǎn)時(shí)間（開(kāi)工率）下的置時(shí)間和結(jié)焦指數(shù)如表1所示。

表1 開(kāi)工率與火落管理參數(shù)的關(guān)系

由表1可知，隨著開(kāi)工率的增加，焦?fàn)t周轉(zhuǎn)時(shí)間（結(jié)焦時(shí)間）縮短，置時(shí)間與結(jié)焦指數(shù)相應(yīng)減少。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，可通過(guò)開(kāi)工率來(lái)確定結(jié)焦指數(shù)，并及時(shí)調(diào)整置時(shí)間，以確保焦炭成熟。

根據(jù)表1焦?fàn)t生產(chǎn)周轉(zhuǎn)時(shí)間（開(kāi)工率）與結(jié)焦指數(shù)或置時(shí)間的數(shù)據(jù)，擬合出對(duì)應(yīng)的模型，見(jiàn)圖5。擬合方程式如下。

對(duì)開(kāi)工率：y結(jié)焦指數(shù)=0.000 56x2-0.136x+9.318，R2=0.959；y置時(shí)間=0.000 5x3-0.196 5x2+23.641x-953.156，R2=0.987。

對(duì)周轉(zhuǎn)時(shí)間：y結(jié)焦指數(shù)=0.037x+0.356，R2=0.996；y置時(shí)間=0.723x-12.854，R2=0.997。

圖5 不同周轉(zhuǎn)時(shí)間（開(kāi)工率）下的置時(shí)間和結(jié)焦指數(shù)模型

3.3 利用上升管荒煤氣溫度對(duì)結(jié)焦指數(shù)模型的驗(yàn)證

根據(jù)安裝在上升管橋管部位和上升管底部位置的熱電偶測(cè)定荒煤氣的溫度曲線判定結(jié)焦指數(shù)，并依據(jù)3.2節(jié)建立的結(jié)焦指數(shù)模型計(jì)算得到擬合的結(jié)焦指數(shù)，其誤差情況如表2所示。

表2 根據(jù)上升管荒煤氣溫度判定的結(jié)焦指數(shù)與結(jié)焦指數(shù)模型擬合計(jì)算的結(jié)焦指數(shù)關(guān)系

從表2可知，在上升管橋管處測(cè)得荒煤氣溫度所判定的結(jié)焦指數(shù)與周轉(zhuǎn)時(shí)間擬合模型計(jì)算的結(jié)焦指數(shù)差異比較明顯，其誤差最大為-0.12，且橋管處判定的結(jié)焦指數(shù)普遍低于根據(jù)周轉(zhuǎn)時(shí)間擬合的結(jié)焦指數(shù)，這是由于橋管處噴灑氨水影響荒煤氣溫度，導(dǎo)致未能及時(shí)反映火落點(diǎn)，使其后延，從而使結(jié)焦指數(shù)偏低；而根據(jù)上升管底部位置測(cè)得荒煤氣溫度所判定的結(jié)焦指數(shù)與周轉(zhuǎn)時(shí)間擬合模型計(jì)算的結(jié)焦指數(shù)比較吻合，其誤差最大為0.08，這是由于安裝在上升管底部的熱電偶能迅速地反映出荒煤氣溫度的變化，在荒煤氣溫度由逐漸上升轉(zhuǎn)為下降時(shí)，火落點(diǎn)很容易判定出來(lái)，通過(guò)火落時(shí)間計(jì)算出的結(jié)焦指數(shù)跟周轉(zhuǎn)時(shí)間擬合模型計(jì)算的結(jié)焦指數(shù)誤差較小，表明結(jié)焦指數(shù)模型擬合的結(jié)焦指數(shù)相對(duì)較準(zhǔn)確。結(jié)合測(cè)試數(shù)據(jù)，將結(jié)焦指數(shù)控制在1.2左右較為合理。

綜上所述，在焦?fàn)t實(shí)際生產(chǎn)中，可充分利用現(xiàn)有上升管底部安裝的熱電偶實(shí)時(shí)測(cè)量荒煤氣溫度來(lái)判定火落點(diǎn)，或者利用本文擬合的結(jié)焦指數(shù)模型預(yù)設(shè)火落點(diǎn)，在中控電腦上自動(dòng)提醒此時(shí)為火落時(shí)刻。另外為確保焦餅成熟，也可利用不同開(kāi)工率下的結(jié)焦指數(shù)模型確定置時(shí)間。

4 結(jié) 論

4.1 根據(jù)焦?fàn)t實(shí)際生產(chǎn)條件，可通過(guò)周轉(zhuǎn)時(shí)間（開(kāi)工率）擬合模型計(jì)算結(jié)焦指數(shù)，也可以分別采用上升管橋管處或上升管底部荒煤氣溫度判定結(jié)焦指數(shù)；而根據(jù)上升管底部荒煤氣溫度判定火落點(diǎn)較為及時(shí)準(zhǔn)確，與周轉(zhuǎn)時(shí)間擬合模型計(jì)算的結(jié)焦指數(shù)誤差較小。若受焦?fàn)t現(xiàn)場(chǎng)條件限制，也可依據(jù)上升管橋管處荒煤氣溫度來(lái)判斷火落點(diǎn)。對(duì)大容積焦?fàn)t而言，建議結(jié)焦指數(shù)一般控制在1.2左右。

4.2 在實(shí)際生產(chǎn)中，可利用上升管荒煤氣溫度來(lái)判斷火落時(shí)刻，得到周轉(zhuǎn)時(shí)間和火落時(shí)間，依據(jù)結(jié)焦指數(shù)定義來(lái)確定置時(shí)間；也可采用本文建立的結(jié)焦指數(shù)模型計(jì)算不同開(kāi)工率（周轉(zhuǎn)時(shí)間）下的結(jié)焦指數(shù)，為置時(shí)間的確定提供理論依據(jù)。