何達(dá)平 曾慶國 楊武 肖乃飛 荀繼林 郭曉東

引 言

焦?fàn)t生產(chǎn)過程中伴隨有煙塵污染，尤其在裝煤期間，具有點(diǎn)多、面廣、分散、煙塵量大、污染物種類多、連續(xù)性、陣發(fā)性與偶發(fā)性并存、煙塵粘度大、溫度高、帶有明火、處理難度大等特點(diǎn)。地面站除塵方式是目前較為先進(jìn)的方法。

地面站除塵方式目前多應(yīng)用于頂裝煤焦?fàn)t，工藝技術(shù)成熟，但在側(cè)裝煤的搗固焦?fàn)t上應(yīng)用較少。究其原因，與搗固焦?fàn)t發(fā)展較晚、地面站除塵方式投資大、能耗高、占地面積大等有關(guān)系，但主要是工藝技術(shù)不能直接移植，需要進(jìn)行研究開發(fā)。

對搗固焦?fàn)t產(chǎn)生煙塵機(jī)理及其成份進(jìn)行研究，研制出適應(yīng)其煙塵特點(diǎn)并滿足系統(tǒng)運(yùn)行技術(shù)狀況的捕集設(shè)備，是地面站除塵方式在搗固焦?fàn)t上能否取得成功的關(guān)鍵。

1 搗固焦?fàn)t生產(chǎn)過程中煙塵產(chǎn)生過程

焦?fàn)t生產(chǎn)過程中產(chǎn)生煙塵，主要集中在出焦和裝煤時，除塵系統(tǒng)就是針對這兩個時段所排放煙塵設(shè)計的。

1.1 出焦時：炭化室機(jī)側(cè)、焦側(cè)爐門打開，爐頂排煙口落蓋，煙塵主要來源于以下3個方面：

（1）炭化室爐門打開后，室內(nèi)部分殘余煙氣排出。同時，空氣進(jìn)入炭化室內(nèi)，引發(fā)部分焦炭和可燃?xì)怏w燃燒，產(chǎn)生煙塵排出；

（2）推焦時焦炭相互撮動產(chǎn)生揚(yáng)塵，高溫紅焦進(jìn)一步接觸空氣燃燒產(chǎn)生煙塵，從焦側(cè)爐門及導(dǎo)焦槽散發(fā)出來；

（3） 焦炭落入熄焦車時，由于存在較大的落差，大塊狀紅焦跌落破碎產(chǎn)生大量的陣發(fā)性逸散溫度較高的熱氣流飛揚(yáng)粉塵。同時，部分未完全結(jié)焦的焦炭破碎后殘存的大量熱解產(chǎn)物隨熱氣流一同上升、燃燒，形成大量濃度很大的黑煙塵。

這一過程的煙氣排放如圖1所示：

1.2 搗固焦?fàn)t裝煤時：炭化室焦側(cè)爐門關(guān)閉，機(jī)側(cè)爐門、爐頂排煙口打開，煙塵主要來源于以下6個方面：

（1） 煤餅進(jìn)入熾熱的炭化室，受熱后部分水分蒸發(fā)，形成氣霧排出；

（2） 煤餅進(jìn)入熾熱的炭化室，受熱后表面部分燃燒，形成煙霧排出；

（3） 煤餅進(jìn)入炭化室時，與炭化室側(cè)面刮蹭、脫落，隨熱氣流上升、燃燒，形成煙霧排出；

（4） 氣霧和煙霧上升攜帶細(xì)小煤粉飄起、燃燒，形成煙塵排出；

（5） 煤餅進(jìn)入炭化室時，形成“活塞效應(yīng)”，將煙氣加溫、混合后排出；

（6） 上升管閥門關(guān)閉不嚴(yán)或密封狀況較差時，荒煤氣“倒流”入炭化室燃燒，形成火焰及煙氣排出。

這一過程的煙氣排放如下圖2所示：

2 與頂裝煤焦?fàn)t比較，搗固焦?fàn)t產(chǎn)生煙塵的差異

2.1 搗固焦?fàn)t出焦時，產(chǎn)生煙塵的過程、方式極其成分與頂裝焦?fàn)t相同，對除塵系統(tǒng)沒有影響。

2.2 搗固焦?fàn)t裝煤方式與頂裝煤焦?fàn)t截然不同，產(chǎn)生的煙塵存在較大差異：

（1）搗固焦配煤水分高于頂裝煤（配煤水分一般控制在8%-11%），煙塵中水分含量較高；

（2）搗固焦配煤粒度小于頂裝煤，煙塵中煤粉含量較高；

（3）搗固焦?fàn)t需要打開機(jī)側(cè)爐門裝煤，煙氣中空氣含量高，煙氣量多，煙氣溫度高；

（4）由于“活塞效應(yīng)”，位于爐頂焦側(cè)的排煙孔在裝煤前期要先排出干燥、純潔、溫度極高的“熱氣”。

這些差異導(dǎo)致了地面站除塵系統(tǒng)不能在搗固焦?fàn)t上直接應(yīng)用，往往出現(xiàn)涂糊布袋、使得系統(tǒng)運(yùn)行阻力突然增高、燒毀管道、布袋甚至捕集設(shè)備等情況，系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，直接影響除塵效果。

3 搗固焦?fàn)t煙塵捕集方式的研究分析

針對搗固焦?fàn)t產(chǎn)生煙塵的差異，解決問題的出路在捕集設(shè)備上。采取正確的捕集方式，配之于相應(yīng)的捕集設(shè)備，使其適應(yīng)煙塵特點(diǎn)并滿足系統(tǒng)運(yùn)行技術(shù)狀況，是解決這一問題的關(guān)鍵。

針對裝煤煙塵中水分含量較高的差異，需要提高系統(tǒng)運(yùn)行溫度，確保水分在蒸汽狀態(tài)通過地面站；

針對裝煤煙塵中煤粉含量較高的差異，需要采取措施，將煤粉沉降或燃燒，確保其干燥、不結(jié)塊；

針對裝煤煙氣中空氣含量高，煙氣量多，煙氣溫度高的差異，結(jié)合煙塵中煤粉含量較高的特點(diǎn)，在捕集口及管道前段應(yīng)維持煙氣的燃燒狀態(tài)，但需要控制火焰長度，以降低煙氣溫度；采用密閉捕集方式，避免外界空氣進(jìn)入，保證捕集負(fù)壓，以增加捕集煙氣量；

針對裝煤時“活塞效應(yīng)”，要求捕集口及管道必須耐高溫。

綜合以上分析，對搗固焦?fàn)t裝煤煙塵的捕集方式應(yīng)為：密閉捕集、促進(jìn)燃燒、控制火焰、主動沉降、耐高溫。

4 搗固焦?fàn)t裝煤煙塵捕集方式的實現(xiàn)及新型導(dǎo)煙車的誕生

正確的捕集方式最終需要通過捕集設(shè)備配合除塵系統(tǒng)實現(xiàn)，研制滿足條件的設(shè)備隨之成為解決這一問題的難點(diǎn)。經(jīng)過認(rèn)真研究、技術(shù)攻關(guān)、精心設(shè)計，誕生了新型導(dǎo)煙車。

新型導(dǎo)煙車具有以下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

4.1 雙唇式導(dǎo)套 滿足導(dǎo)套與爐頂排煙口密封，實現(xiàn)密閉捕集；

4.2 內(nèi)核阻火器 將爐頂排煙口排出的火焰聚攏，分成多股小束排出，使其局部產(chǎn)生紊流，達(dá)到混合煙氣、促進(jìn)燃燒、控制火焰高度并初步沉降的目的；

4.3 耐火材料澆注管道 多股快流速的煙氣進(jìn)入固定管道后，突然擴(kuò)容（擴(kuò)大面積10倍以上），降低流速，利于燃燒并形成二次沉降；

4.4 大容積混合沉降室 從爐頂排煙口排出的三股煙氣擴(kuò)容燃燒后匯合于大容積沉降室，相互混合，進(jìn)一步燃燒、沉降。沉降室側(cè)斜上方設(shè)置有安全放散閥，在發(fā)生爆炸時翻起，卸掉壓力。

新型導(dǎo)煙車投入使用后，取得了理想的除塵效果，煙氣到達(dá)袋式除塵器前的溫度80-100℃，除塵器阻力正常穩(wěn)定，新型導(dǎo)煙車各項針對性設(shè)計體現(xiàn)出效果。

打開檢查孔進(jìn)入大容積混合沉降室檢查，其底部發(fā)現(xiàn)碳顆粒燃燒后的渣粒，封蓋等死角部位有碳黑，說明煙氣在此已充分燃燒，擴(kuò)容沉降效果明顯；檢查導(dǎo)煙車輸出對接管道，內(nèi)壁潔凈，說明輸出煙氣狀態(tài)良好，各成分濃度較低，完全滿足地面站除塵系統(tǒng)要求，達(dá)到了預(yù)期的目的。

在使用過程中，偶爾發(fā)生爆鳴，車輛振動，安全放散閥瞬時打開排放。經(jīng)查證，這種情況發(fā)生在上升管閥門未關(guān)閉（非正常操作）或閥門關(guān)閉不嚴(yán)時，此時往往有荒煤氣倒流入炭化室，增大了煙氣中CO濃度，爆燃造成的。

投入使用兩月后，位于焦側(cè)的前段管道內(nèi)耐火澆注材料有脫落現(xiàn)象，現(xiàn)場檢查分析，有兩方面原因影響造成：①存在有施工缺陷所致；②由于上述分析存在“活塞效應(yīng)”，煤餅進(jìn)入炭化室三分之二后焦側(cè)爐頂檢查孔煙氣溫度高，煙氣量大，煙氣流速快，對耐火澆注材料沖刷腐蝕也有影響，此段管道內(nèi)襯選用耐高溫、耐沖刷腐蝕的耐火澆注料。施工后使用效果很好。

5 搗固焦?fàn)t地面站除塵系統(tǒng)完整的設(shè)備配置

搗固焦?fàn)t從機(jī)側(cè)裝煤，裝煤各時段產(chǎn)生的煙氣量不同，從保護(hù)焦?fàn)t的角度考慮，部分煙氣應(yīng)從機(jī)側(cè)爐門排出。因此，搗固焦?fàn)t需要設(shè)置機(jī)側(cè)除塵裝置。

搗固焦?fàn)t地面站除塵系統(tǒng)完整的設(shè)備配置如下圖3所示：

5.1 焦側(cè)設(shè)備配置：（1）帶捕集罩?jǐn)r焦車；（2）皮帶小車；（3）除塵通風(fēng)干管；（4）管道、閥門系統(tǒng)。

5.2 爐頂設(shè)備配置：（1）帶燃燒室導(dǎo)煙車；（2）導(dǎo)煙車對接機(jī)構(gòu)；（3）翻板閥；（4）除塵通風(fēng)干管；（5）管道、閥門系統(tǒng)。

5.3 機(jī)側(cè)設(shè)備配置：（1）帶捕集罩推焦車；（2）帶捕集罩裝煤車；（3）皮帶小車；（4）除塵通風(fēng)干管；（5）管道、閥門系統(tǒng)。

5.4 地面站系統(tǒng)設(shè)備：（1）煙氣冷卻器；（2）低壓脈沖袋式除塵器；（3）風(fēng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)備；（4）排放煙塵。

6 搗固焦?fàn)t地面站除塵系統(tǒng)投入運(yùn)行效果

淮鋼4350D型搗固焦?fàn)t1#爐于2007年3月3日出焦，2#焦?fàn)t于2007年5月15日出焦，兩座4350D型搗固焦?fàn)t日正常出焦為126孔，年產(chǎn)80萬噸冶金焦設(shè)計能力已經(jīng)達(dá)到。新型導(dǎo)煙車投入運(yùn)行，設(shè)備性能穩(wěn)定，故障率低，系統(tǒng)管道使用壽命長，爐頂導(dǎo)煙能力強(qiáng)，在裝煤、出焦時基本無煙塵外溢，探索了搗固焦?fàn)t煙塵治理以焦?fàn)t爐頂導(dǎo)煙為主，機(jī)側(cè)裝煤煙塵捕集為輔的操作模式，實現(xiàn)了搗固焦?fàn)t側(cè)裝煤工藝與焦?fàn)t頂裝煤工藝煙塵污染治理基本相同的效果即：搗固焦?fàn)t實現(xiàn)清潔生產(chǎn)，環(huán)保驗收達(dá)標(biāo)。

7 結(jié)束語

搗固焦?fàn)t的煙塵治理難度大于頂裝煤焦?fàn)t，針對搗固焦?fàn)t產(chǎn)生煙塵的特點(diǎn)進(jìn)行研究，研制出與之相適應(yīng)的導(dǎo)煙設(shè)備，滿足地面站除塵系統(tǒng)運(yùn)行技術(shù)狀況，完全可以將地面站除塵系統(tǒng)應(yīng)用于搗固焦?fàn)t。

搗固焦?fàn)t畢竟不同于頂裝煤焦?fàn)t，其個性的因素對焦?fàn)t操作和系統(tǒng)運(yùn)行控制要求更高，在焦?fàn)t生產(chǎn)過程中須密切關(guān)注以下幾點(diǎn)：

7.1 上升管閥門 此閥門損壞或關(guān)閉不嚴(yán)，將直接導(dǎo)致荒煤氣倒流入炭化室，混入煙氣內(nèi)爆燃，造成設(shè)備損壞或更大的安全事故；

7.2 除塵系統(tǒng)管道切換閥門 二合一地面站除塵系統(tǒng)裝煤除塵和出焦除塵的轉(zhuǎn)換通過此閥門切換實現(xiàn)，閥門在負(fù)載狀況下頻繁工作，必須保證其負(fù)載能力，達(dá)到快速、密閉要求，否則無法跟上裝煤除塵和出焦除塵的節(jié)奏，降低除塵效果；

7.3 除塵系統(tǒng)漏風(fēng) 除塵系統(tǒng)采用負(fù)壓方式捕集煙塵，系統(tǒng)漏風(fēng)將大大降低系統(tǒng)捕集效率，降低除塵效果。同時，漏風(fēng)部位抽吸水分進(jìn)入系統(tǒng)，容易導(dǎo)致除塵器結(jié)露，從而與焦粉混合，涂糊布袋，造成損失，這在多雨地區(qū)尤其嚴(yán)重。

7.4 除塵器保溫 相對于頂裝煤焦?fàn)t而言，搗固焦?fàn)t地面站除塵系統(tǒng)運(yùn)行溫度較高，除塵器應(yīng)采取保溫措施。尤其是南方地區(qū)，空氣濕度大，降雨多，更顯必要。

7.5 推焦開始后，從攔焦車導(dǎo)焦柵推出的紅焦跌落到熄焦車上，產(chǎn)生大量的陣發(fā)性逸散溫度較高的熱氣流，通過攔焦車集氣罩收集，并且由管道將推焦煙氣導(dǎo)入地面站除塵器內(nèi)進(jìn)行處理，熱氣體起到烘干過濾布袋，增加布袋的透氣性和以便布袋反吹風(fēng)時表面粉塵脫落，使得布袋透氣性增加；

7.6 當(dāng)煉焦過程結(jié)焦時間保證，推焦煙氣中煙怠（炭黑）含量較少，出焦時強(qiáng)大的熱氣流將紅焦炭落入熄焦車?yán)锂a(chǎn)生的細(xì)焦炭粉末帶入除塵器內(nèi)，粉末在0.1—0.2mm之間，而且干燥，它可以均勻涂掛在布袋的表面進(jìn)行預(yù)噴涂，起到對布袋的預(yù)處理，可有效的粘附焦油類物質(zhì)，有利于布袋清灰，增加布袋的透氣性，用量大約在500－600kg/d。當(dāng)結(jié)焦時間不夠、焦炭密度較高（搗固焦?fàn)t）有生焦夾帶時，推焦煙氣中含有大量的煙怠（炭黑）時，煙怠中的粘性物質(zhì)減少了布袋的使用壽命。

地面站除塵系統(tǒng)在搗固焦?fàn)t上得到應(yīng)用，為搗固焦?fàn)t煙塵治理開辟了一條高等級排放的道路，必將得到推廣應(yīng)用。