楊祝英

（天津工業(yè)職業(yè)學(xué)院，天津300400）

1 概述

煉焦工藝是將備煤車間送來的、符合工藝要求的、質(zhì)量均勻的配合煤裝入煉焦?fàn)t的碳化室內(nèi)，在隔絕空氣的條件下加熱至（1000±50）℃，持續(xù)加熱到規(guī)定的結(jié)焦時(shí)間使焦炭成熟，再將成熟的焦炭（紅焦）由焦?fàn)t碳化室內(nèi)推出，經(jīng)過熄焦工序?qū)⑵湎纭⒗鋮s后送至篩焦樓篩焦、分級(jí)為不同規(guī)格的焦炭產(chǎn)品，分別送給用戶的工業(yè)技術(shù)。

煉焦?fàn)t在裝煤、煉焦、推焦、熄焦和篩焦過程中，向大氣環(huán)境排放大量煤塵、焦塵及有毒有害氣體，統(tǒng)稱煙塵。煙塵中主要含有固體懸浮物（TSP）、苯可溶物（BSO）及苯并芘（BaP）。煙塵逸出后在大氣的溫度和壓力下，迅速冷凝并附著在懸浮微粒表面，微粒隨著呼吸會(huì)進(jìn)入人體內(nèi)并沉積于肺部。目前廣泛認(rèn)為煙塵中BSO 和BaP 對(duì)人體是致癌物，長(zhǎng)期持續(xù)地吸入含致癌物的微粒，能引起腫瘤，非致命性的呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病率也很高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，裝煤煙塵量為0.4～0.6kg/t，煤、推焦煙塵量為1.38kg/t，煤、熄焦煙塵量為0.3～0.4kg/t 煤。

隨著干法熄焦技術(shù)在焦化企業(yè)的快速推廣，產(chǎn)生的除塵灰也逐漸增加。為了更有力的地保護(hù)區(qū)域環(huán)境，促進(jìn)焦化行業(yè)技術(shù)水平的進(jìn)步，提高節(jié)能減排水平，需要對(duì)除塵灰集中收集、處理和再利用，對(duì)實(shí)現(xiàn)企業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、資源高效、合理利用具有重要意義。

金牛天鐵煤焦化有限公司煉焦車間的焦?fàn)t裝煤、出焦、篩焦除塵系統(tǒng)及干熄焦生產(chǎn)、干焦輸送過程中的除塵系統(tǒng)產(chǎn)生的粉塵通常由各除塵站收集，通過加濕攪拌后再通過裝汽車方式進(jìn)行外銷。因裝車點(diǎn)位多、加濕攪拌工藝裝置運(yùn)行極不穩(wěn)定、市場(chǎng)需求等問題，在汽車裝車過程中易揚(yáng)塵、散落，造成多點(diǎn)污染。針對(duì)以上問題，分析實(shí)際狀況，決定采用氣力輸灰技術(shù)改造目前除塵灰輸送系統(tǒng)。

2 氣力輸送原理簡(jiǎn)介

氣力輸送是利用一定速度的空氣或利用空氣的靜壓差在管道中運(yùn)送粉、粒等散碎物料的一種輸送方式。自1958 年在浙江金華建成我國第一座氣力輸送面粉廠以來，氣力輸送技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)從倉庫、碼頭等，發(fā)展到水泥、石化、電力、化工和冶金等行業(yè)中粉粒狀物料的輸送。由于氣力輸送技術(shù)高效節(jié)能、采用全封閉型管道輸送，無二次污染及自動(dòng)化程度比較高，并且具有布置靈活，所占空間小，可避開已有設(shè)備和建筑物等優(yōu)點(diǎn)，因此氣力輸送技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域得到廣泛推廣。

氣力輸送系統(tǒng)分類如表1 所示。

表1 氣力輸送分類

2.1 按照物料在輸送管道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同，氣力輸送系統(tǒng)分為稀相輸送和密相輸送。

（1）稀相輸送：即懸浮流輸送，是依靠氣流動(dòng)壓來輸送物料，使物料在水平管道內(nèi)呈懸浮狀態(tài)輸送。在稀相輸送過程中，管道內(nèi)必須有足夠大的氣流速度，一般在10～40m/s，料氣比較低。

（2）密相輸送：即柱塞流輸送，物料擠滿管道的橫截面，在靜壓差作用下呈柱塞狀前進(jìn)。在密相輸送過程中，氣流速度很小，一般僅為1.5～9m/s，料氣比較高，空氣消耗量少。

2.2 按照空氣沿管路運(yùn)動(dòng)所需壓力差的輸送方式不同，氣力輸送分為吸力輸送和壓力輸送系統(tǒng)。

（1）吸力輸送（吸送式）系統(tǒng)：利用安裝在輸送系統(tǒng)終點(diǎn)的風(fēng)機(jī)或真空泵抽吸系統(tǒng)內(nèi)的空氣，在輸送管道中形成低于大氣壓的負(fù)壓氣流。物料同大氣一起從起點(diǎn)吸嘴進(jìn)入管道，隨氣流輸送到終點(diǎn)分離器內(nèi)，物料顆粒受到重力或離心力作用從氣流中分離出來，空氣則經(jīng)過濾凈化后通過風(fēng)機(jī)排放到大氣中。

特點(diǎn)：風(fēng)機(jī)布置在管網(wǎng)末端，輸送管路處于負(fù)壓狀態(tài)。散碎粉塵不會(huì)外溢到車間，可改善勞動(dòng)條件，同時(shí)可多處供料。供料簡(jiǎn)單方便，風(fēng)機(jī)磨損低，動(dòng)力消耗少，比較適合工廠除塵

（2）壓力輸送（壓送式）系統(tǒng)：利用安裝在輸送系統(tǒng)起點(diǎn)的風(fēng)機(jī)或空氣壓縮機(jī)，將高于大氣壓的正壓空氣通入供料裝置中，與物料混合后，物料和空氣一起經(jīng)輸送管道送至終點(diǎn)分離器或貯倉內(nèi)，空氣經(jīng)過濾后排放到大氣中。

特點(diǎn)：風(fēng)機(jī)設(shè)在輸送管道的首端，管內(nèi)的壓力高于大氣壓，物料處于正壓輸送狀態(tài)。風(fēng)機(jī)磨損少，動(dòng)力消耗少，可長(zhǎng)距離運(yùn)輸。但壓送式氣力輸送系統(tǒng)中若管道不嚴(yán)密，會(huì)有粉塵逸出，污染車間環(huán)境。

（3）吸壓綜合式氣力運(yùn)輸系統(tǒng)：風(fēng)機(jī)布置在吸料器和分離器之間，空氣和物料經(jīng)吸料器吸入管道，通過風(fēng)機(jī)將混合氣流從壓送管道送入分離器卸料，輸料管既有負(fù)壓段，又有正壓段。該系統(tǒng)兼顧了以上兩種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，但此系統(tǒng)對(duì)風(fēng)機(jī)破壞力大，空氣消耗量大，動(dòng)力消耗大。

3 金牛天鐵焦化除塵灰氣力輸送

金牛天鐵煤焦化有限公司有兩座JNX70-2 型焦?fàn)t，配套190 噸/小時(shí)干熄焦系統(tǒng)，共五處除塵灰收集點(diǎn)，分別是：干熄焦地面除塵地面站、干熄焦本體除塵站、篩焦樓除塵地面站、裝煤出焦除塵地面站、緩沖倉除塵地面站，每天收集的除塵灰約100噸左右。通過核準(zhǔn)各點(diǎn)產(chǎn)灰量，計(jì)算氣力輸灰裝置的大小及輸灰管路設(shè)計(jì)，并配備適宜的壓縮空氣管徑、將所有除塵灰采用壓力密相氣力輸送技術(shù)分別輸送至現(xiàn)有粉焦倉后集中處理，減少多點(diǎn)污染。

3.1 化驗(yàn)除塵灰組分與焦粉進(jìn)行比對(duì)

為了判斷能否將除塵灰和焦粉混合在一起實(shí)現(xiàn)氣力輸送，分別講不通站點(diǎn)的除塵灰進(jìn)行化驗(yàn)并與粉焦進(jìn)行對(duì)比如表2。

各除塵站點(diǎn)除塵灰與粉焦的工業(yè)分析指標(biāo)通過實(shí)驗(yàn)分析，基本一致，進(jìn)行摻混不會(huì)影響焦粉用戶的正常使用。

3.2 氣力輸灰技術(shù)

（1）氣力輸灰原理。采取氣力輸送技術(shù)，利用壓縮空氣作為輸送除塵灰的載體，首先完成除塵灰的流化，再將除塵灰從輸灰管道的發(fā)送倉輸送到到指定接受倉。

（2）除塵灰輸送系統(tǒng)組成。整個(gè)除塵灰輸送系統(tǒng)由氣源、發(fā)送罐、輸送管道、控制閥組、PLC 集中控制系統(tǒng)等組成?，F(xiàn)將各部分的功能和用途分別敘述如下：

①儲(chǔ)氣罐。各除塵站設(shè)置一臺(tái)儲(chǔ)氣罐，用于系統(tǒng)用氣的儲(chǔ)存和緩沖，以免因供氣管網(wǎng)的壓力波動(dòng)和供氣量不足造成控制閥動(dòng)作不靈敏和送料失敗等故障，為防止氣體倒流，特在儲(chǔ)氣罐前設(shè)置一個(gè)止回閥，儲(chǔ)氣罐的容積是根據(jù)每輸送一次的用氣量來確定。

表2 各站點(diǎn)除塵灰與粉焦成分比較

表3 氣力輸灰系統(tǒng)中各除塵灰站點(diǎn)基本數(shù)據(jù)

②發(fā)送罐。根據(jù)擬輸送物料特性，為實(shí)現(xiàn)輸送的穩(wěn)定性，選用SF 型沸騰式發(fā)送器。在發(fā)送器底部設(shè)置流化床，發(fā)送時(shí)，發(fā)送器底部進(jìn)氣，使物料呈流態(tài)化狀態(tài)，出料閥打開后被送物料能以較高的濃度進(jìn)入輸料管。發(fā)送器上端設(shè)置進(jìn)料閥、排氣閥、出料閥及壓力檢測(cè)、料位檢測(cè)儀表。

③輸送管道。氣力輸送管道采用耐磨陶瓷復(fù)合鋼管，耐磨彎頭采用耐磨陶瓷復(fù)合材料，彎曲半徑不小于10 倍管徑。輸送管道沿途每六米設(shè)置一個(gè)管道支架，盡量借用現(xiàn)場(chǎng)管廊通道支架，無法借用之處獨(dú)立架設(shè)。

④控制閥組。控制閥組是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的機(jī)構(gòu)，它包括手動(dòng)減壓閥、電磁閥、氣動(dòng)三聯(lián)件、二位五通閥、截止閥、單向閥等。

⑤PLC 集中控制系統(tǒng)。PLC 集中控制系統(tǒng)主要有軟件和控制設(shè)備組成。

軟件包括PLC 控制軟件和組態(tài)軟件。PLC 采用西門子S7300 系列PLC 為主要控制單元，配帶通訊模塊，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)、上位手動(dòng)、就地手動(dòng)，三種控制模式。將所有除塵站點(diǎn)的除塵灰按料位自動(dòng)輸送，無需人工逐個(gè)操作，減少人工成本。

3.3 氣源管路的配置及操作優(yōu)化

結(jié)合公司氮?dú)庠醇皦嚎s空氣源的供應(yīng)量及管路狀況，規(guī)劃配置各輸送裝置的氣源。其中干熄焦地面除塵和干熄焦本體兩個(gè)點(diǎn)借用原生化用壓縮空氣，用氮?dú)庠醋鰝溆谩Ｆ溆帱c(diǎn)利用原壓縮空氣管路氣源，對(duì)各輸灰點(diǎn)運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化，減少同時(shí)輸灰造成氣源壓力下降影響輸灰效果。

3.4 增設(shè)高壓霧化調(diào)節(jié)噴頭，抑制粉焦倉揚(yáng)塵。

由于除塵灰水分低，輸送至粉焦倉時(shí)，容易形成逸散揚(yáng)塵，我們?cè)谳敾夜艹隹诘纳喜考友b高壓霧化調(diào)節(jié)噴頭，不僅有效控制灰塵的逸散，同時(shí)控制粉焦的含水量。

3.5 氣力輸灰系統(tǒng)中各除塵灰站點(diǎn)基本數(shù)據(jù)，見表3。

4 經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)濟(jì)效益=730-78.8-21=630.2 萬元/年

其中：21- 每年折舊費(fèi)用（設(shè)備按5 年折舊，設(shè)備總費(fèi)用105萬元），萬元/年

78.8- 壓縮空氣費(fèi)用，萬元/年

730- 除塵灰與粉焦銷售差價(jià)，萬元/年

4.2 社會(huì)效益

氣力輸灰技術(shù)改造和應(yīng)用，不僅給企業(yè)帶來巨大的直接經(jīng)濟(jì)效益，而且有力地保護(hù)了區(qū)域環(huán)境，改善了工作環(huán)境，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，促進(jìn)了焦化行業(yè)技術(shù)水平的進(jìn)步，提高節(jié)能減排水平。對(duì)實(shí)現(xiàn)企業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、資源高效、合理利用具有重要意義，具有廣闊的推廣應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)前景，且大幅度提高了我國焦化行業(yè)的技術(shù)及裝備水平。

5 結(jié)論

5.1 針對(duì)各站點(diǎn)除塵灰和粉焦的質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比，將單點(diǎn)儲(chǔ)存裝車改造為集中收集混合后集中裝車，不僅改善工作環(huán)境，而且給企業(yè)帶來了經(jīng)濟(jì)效益。

5.2 針對(duì)各除塵站點(diǎn)的特點(diǎn)，單獨(dú)配置儲(chǔ)氣罐、灰罐以及輸送頻次，達(dá)到自動(dòng)操作，減少人工成本、降低操作強(qiáng)度。

5.3 結(jié)合公司氮?dú)庠醇皦嚎s空氣源的供應(yīng)量及管路狀況，規(guī)劃配置各輸送裝置的氣源，減少新增管路，節(jié)約費(fèi)用。

5.4 對(duì)各輸灰點(diǎn)運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化，減少同時(shí)輸灰造成氣源壓力下降影響輸灰效果。

5.5 氣體輸送管道采用耐磨陶瓷復(fù)合管，耐磨彎頭采用耐磨陶瓷復(fù)合材料，彎曲半徑不小于10 倍管徑。輸送管道沿途每六米設(shè)置一個(gè)管道支架，盡量借用現(xiàn)場(chǎng)管廊通道支架，無法借用之處獨(dú)立架設(shè)，以保證輸灰系統(tǒng)的壽命和正常運(yùn)行。

5.6 將五個(gè)單獨(dú)的除塵系統(tǒng)，通過PLC 控制軟件和組態(tài)軟件，實(shí)現(xiàn)各除塵站點(diǎn)設(shè)備的自動(dòng)、上位手動(dòng)、就地手動(dòng)，三種控制模式。將所有除塵站點(diǎn)的除塵灰按料位自動(dòng)輸送，無需人工逐個(gè)操作，降低人工成本。

5.7 增設(shè)高壓霧化調(diào)節(jié)噴頭，抑制粉焦倉揚(yáng)塵。