仵曉強(qiáng)

(太原重工股份有限公司 技術(shù)中心，山西 太原 030024)

0 引言

焦?fàn)t煙塵是焦?fàn)t生產(chǎn)焦炭過(guò)程中的必然產(chǎn)物，其具有組成成分復(fù)雜、溫度高、產(chǎn)生源多且間歇性排放等特點(diǎn)。這種無(wú)組織、危害大及沿焦?fàn)t橫向分布的污染物對(duì)周圍環(huán)境造成了巨大的污染，嚴(yán)重威脅著爐前操作工和附近居民的身心健康[1]。隨著國(guó)家焦化產(chǎn)業(yè)政策的不斷調(diào)整，優(yōu)化資源利用、節(jié)能減排、發(fā)展節(jié)約型企業(yè)成為國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的主導(dǎo)方針，同時(shí)國(guó)家環(huán)保法規(guī)的不斷完善和監(jiān)管力度的加大，更加促使焦化企業(yè)在污染物排放等諸多方面加大人力、物力的投入。目前焦?fàn)t類型主要有頂裝煤焦?fàn)t和側(cè)裝煤焦?fàn)t兩種類型。本文在頂裝煤焦?fàn)t機(jī)側(cè)煙塵排放特征分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)煙塵氣體排放量測(cè)試，結(jié)合理論計(jì)算，研發(fā)了焦?fàn)t機(jī)側(cè)煙塵治理系統(tǒng)。

1 頂裝焦?fàn)t機(jī)側(cè)煙塵排放特征

機(jī)側(cè)煙塵主要是在焦?fàn)t出焦過(guò)程中產(chǎn)生，從推焦車取門(mén)機(jī)提門(mén)的瞬間開(kāi)始，爐門(mén)與門(mén)縫上的高溫焦油在接觸到空氣以后迅速燃燒，形成微量的煙塵，在沒(méi)有較強(qiáng)橫風(fēng)時(shí)，會(huì)向著爐頂排放。爐門(mén)開(kāi)啟過(guò)程中，在爐框的上部，大量的煙塵夾雜著從炭化室內(nèi)排放的可燃性氣體，造成了大范圍煙塵氣體的排放，如圖1所示。同時(shí)，在爐框上從上到下都有焦油燃燒形成的煙，有時(shí)甚至有著火現(xiàn)象。在推焦過(guò)程中，煙塵濃度明顯會(huì)隨著爐口處氣體流速的增加而降低，甚至在推焦桿推焦過(guò)程中，門(mén)框上的煙塵被抽吸進(jìn)炭化室內(nèi)，而在爐框上端排出的氣流中，基本沒(méi)有煙塵，如圖2所示。在爐框的底部，取門(mén)以后，總是會(huì)有一定量的焦炭從炭化室內(nèi)塌落出來(lái)，落到推焦車刮板機(jī)的箱體內(nèi)，形成一股較大的水氣，同時(shí)，掉落焦炭的燃燒伴隨有一定煙塵的產(chǎn)生。在關(guān)閉爐門(mén)的過(guò)程中，爐門(mén)上的焦油再次接觸到炭化室內(nèi)的高溫，發(fā)生燃燒現(xiàn)象，形成大量的煙塵，沿著爐柱中間向上排出。從取門(mén)到爐門(mén)關(guān)閉的整個(gè)過(guò)程中，爐門(mén)上都會(huì)因?yàn)榻褂偷娜紵懦龃罅康臒焿m氣體，有時(shí)候這種燃燒的過(guò)程還會(huì)很強(qiáng)烈，導(dǎo)致?tīng)t門(mén)開(kāi)啟后停在清門(mén)的位置處時(shí)，煙塵產(chǎn)生的擴(kuò)散半徑與擴(kuò)散速率明顯增大。此外，平煤的過(guò)程中，有煤粉從炭化室內(nèi)帶出，從而產(chǎn)生一定量的煙塵。

圖1 爐框上部煙塵 圖2 推焦時(shí)煙塵

根據(jù)上述對(duì)頂裝焦?fàn)t機(jī)側(cè)煙塵排放特征的分析，確定了煙塵排放量測(cè)試點(diǎn)位置，如圖3所示。圖3中，測(cè)量點(diǎn)A為爐框上部煙氣量測(cè)試位置，測(cè)量點(diǎn)B為爐框下部煙氣量測(cè)試位置，測(cè)量點(diǎn)C為爐門(mén)上煙氣量測(cè)試位置，測(cè)量點(diǎn)D為平煤處煙氣量測(cè)試位置。

圖3 頂裝焦?fàn)t機(jī)側(cè)煙塵測(cè)試位置 圖4 頂裝焦?fàn)t機(jī)側(cè)煙氣量測(cè)試模型

2 頂裝焦?fàn)t機(jī)側(cè)煙塵排放量測(cè)試

2.1 機(jī)側(cè)煙塵排放量測(cè)試原理

由于目前沒(méi)有對(duì)煙氣量大小進(jìn)行直接測(cè)試的儀器，只能通過(guò)煙氣擴(kuò)散邊界的測(cè)量和擴(kuò)散截面上不同位置處流速的測(cè)試，來(lái)確定煙氣在當(dāng)前截面的流量。圖4為頂裝焦?fàn)t機(jī)側(cè)煙氣排放量測(cè)試模型，圖中P1、P2、P3點(diǎn)分別表示煙氣在當(dāng)前擴(kuò)散截面上流速測(cè)試點(diǎn)。

2.2 機(jī)側(cè)煙塵排放量測(cè)試結(jié)果

本文對(duì)某企業(yè)6 m頂裝焦?fàn)t進(jìn)行了測(cè)試。通過(guò)對(duì)高速攝像機(jī)所拍攝的煙塵擴(kuò)散視頻進(jìn)行分析，確定各個(gè)測(cè)試位置處的煙塵擴(kuò)散截面邊界；通過(guò)熱敏風(fēng)速儀對(duì)指定位置處的煙塵流速進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試所得煙氣量計(jì)算結(jié)果如圖5所示。

圖5 頂裝焦?fàn)t機(jī)側(cè)煙塵排放量

分析圖5可知：隨著推焦過(guò)程的進(jìn)行，各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)相繼動(dòng)作，在推焦桿滑靴退出炭化室時(shí)煙塵量達(dá)到了最大值59 111 m3/h。各個(gè)測(cè)試位置處最大煙塵量分別為：爐框上部最大煙塵量36 000 m3/h，爐框底部最大煙塵量9 111 m3/h，清門(mén)位置處最大煙塵量6 000 m3/h，平煤位置處最大煙塵量8 000 m3/h。

3 頂裝焦?fàn)t機(jī)側(cè)煙塵治理系統(tǒng)

以某企業(yè)6 m頂裝焦?fàn)t為具體實(shí)例，根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)煙塵排放特征的分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)煙氣量測(cè)試數(shù)據(jù)，確定了機(jī)側(cè)煙塵治理系統(tǒng)的工藝技術(shù)路線：煙氣導(dǎo)流板→一體化大煙罩→各個(gè)煙塵排放點(diǎn)處吸煙罩→具有二級(jí)除塵功能的旋風(fēng)濾袋除塵器。頂裝焦?fàn)t機(jī)側(cè)煙塵治理系統(tǒng)如圖6所示。

圖6 頂裝焦?fàn)t機(jī)側(cè)煙塵治理系統(tǒng)

3.1 煙氣導(dǎo)流裝置

基于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)煙塵排放特征以及目前已有除塵系統(tǒng)缺點(diǎn)的分析，本次設(shè)計(jì)對(duì)現(xiàn)有的煙氣導(dǎo)流裝置進(jìn)行了優(yōu)化?，F(xiàn)有除塵系統(tǒng)只是在兩爐柱之間增加了煙氣導(dǎo)流板，現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，煙塵從焦?fàn)t本體煙氣導(dǎo)流板與煙罩之間縫隙逸散。本次在煙罩上優(yōu)化設(shè)計(jì)了煙氣導(dǎo)流板，徹底解決了煙塵在除塵系統(tǒng)上部位置的逸散問(wèn)題，如圖7所示。

圖7 煙氣導(dǎo)流裝置

3.2 一體化煙罩及各個(gè)吸煙罩

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)煙氣流速的測(cè)試分析，以及車體上空間位置限制，現(xiàn)有收集罩的抽吸力不能完全將排放的煙塵全部吸走。因此本次煙罩設(shè)計(jì)的核心思想是首先通過(guò)一體化大煙罩將煙塵全部收集起來(lái)，再通過(guò)各個(gè)吸煙罩將其全部吸走，解決現(xiàn)有收集罩收集效果不理想的問(wèn)題，如圖8所示。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)各個(gè)煙塵排放點(diǎn)煙氣量的測(cè)試結(jié)果，對(duì)各個(gè)吸煙罩處風(fēng)量分配為：平煤罩1分配風(fēng)量12 000 m3/h，平煤罩2分配風(fēng)量6 000 m3/h，推焦罩分配風(fēng)量42 000 m3/h，清門(mén)罩分配風(fēng)量8 400 m3/h。

3.3 煙氣預(yù)處理裝置

圖9 煙氣預(yù)處理裝置

3.4 旋風(fēng)濾袋除塵器

由于焦?fàn)t機(jī)側(cè)煙塵治理是近幾年根據(jù)環(huán)保要求提出的，絕大多數(shù)機(jī)側(cè)煙塵治理系統(tǒng)都是要安裝在現(xiàn)有推焦車上，然而其會(huì)受到車輛本體空間位置限制。本次除塵器選用具有二級(jí)除塵功能的旋風(fēng)濾袋除塵器，它綜合了旋風(fēng)除塵器離心式除塵特點(diǎn)和布袋除塵脈沖清灰的特點(diǎn)，充分發(fā)揮了離心原理與壓縮空氣強(qiáng)力噴吹清灰的作用[3]，從而提高了過(guò)濾速度，延長(zhǎng)了濾袋壽命。同時(shí)，由于本次選用的布袋為褶皺濾袋，提高了單條濾袋的過(guò)濾面積，減少了除塵器整體占地面積。

根據(jù)各個(gè)吸煙罩的設(shè)計(jì)風(fēng)量、焦?fàn)t煙塵特性及滿足顆粒物排放濃度<10 mg/m3的環(huán)保要求，選用CF3200旋風(fēng)濾袋除塵器，其基本參數(shù)如表1所示。

表1 CF3200旋風(fēng)濾袋除塵器參數(shù)

4 結(jié)束語(yǔ)

該頂裝焦?fàn)t機(jī)側(cè)煙塵治理系統(tǒng)是基于現(xiàn)場(chǎng)煙塵排放量測(cè)試結(jié)果設(shè)計(jì)完成的，創(chuàng)新點(diǎn)1在于采用一體化煙罩配合各個(gè)吸煙罩的設(shè)計(jì)，極大地提高了煙塵收集率，基本達(dá)到了98%水平；創(chuàng)新點(diǎn)2在于設(shè)計(jì)了新型煙氣預(yù)處理裝置，并采用了具有二級(jí)除塵功能的旋風(fēng)濾袋除塵器。經(jīng)某企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用證明，效果要明顯優(yōu)于現(xiàn)有除塵系統(tǒng)，達(dá)到了無(wú)可視煙塵的水平，煙塵顆粒物排放濃度基本在5 mg/m3左右，完全達(dá)到了環(huán)保要求。