煤氣發(fā)生爐煤氣（煙氣）放散污染特征分析

苑衛(wèi)軍 王輝 韓明汝

摘 要：分析了煤氣發(fā)生爐在烘爐、點火送氣、加煤、熱備和停爐階段煤氣（煙氣）放散的特性。并結合各階段的燃料消耗情況，計算了Φ3.6 m煤氣發(fā)生爐煤氣（煙氣）放散過程中主要污染物的排放量。同時提出了有效治理放散污染的相關措施和建議。

關鍵詞：煤氣發(fā)生爐;烘爐;點火;加煤;熱備;停爐;煤氣放散

1 前言

發(fā)生爐煤氣站作為氣體燃料供應單元，在玻璃、陶瓷、冶金、化工等行業(yè)應用較為廣泛，隨著國家大氣、水、土壤等污染防治計劃的頒布實施，煤氣發(fā)生爐生產(chǎn)過程的污染與防治問題，日益成為多方關注的焦點。正常生產(chǎn)過程中的酚水、SO2、NOx以及VOCs等是目前發(fā)生爐煤氣站污染治理關注的重點環(huán)節(jié)，而在烘爐、點火送氣、熱備或停爐過程中煤氣（煙氣）放散的污染與治理問題，相對研究的比較少。對煤氣發(fā)生爐煤氣（煙氣）放散的相關節(jié)點著手，分析其放散主要污染物排放特征，從而就主要環(huán)節(jié)采取有效措施，降低污染危害，有助于煤氣發(fā)生爐的健康有序發(fā)展。

2 煤氣發(fā)生爐及煤氣站

煤在煤氣發(fā)生爐內(nèi)自上而下運行，在干燥層和干餾層經(jīng)過干燥和干餾后，形成半焦狀態(tài)的煤，作為氣化劑的空氣和水蒸汽自爐底鼓入爐內(nèi)，在高溫條件下，與進入氣化反應層（氧化層和還原層）的呈半焦狀態(tài)的煤發(fā)生氧化還原反應，生成以CO和H2為主要成分的煤氣，氣化爐內(nèi)的主要反應如（1）（2）（3）式[1]。按照發(fā)生爐爐型和煤氣凈化工藝區(qū)分，目前應用的發(fā)生爐煤氣站類型參見表1。

3 煤氣發(fā)生爐煤氣（煙氣）放散的污染特征

3.1 烘爐放散

3Q和5Q兩段式煤氣發(fā)生爐設置5 ～ 6 m的干餾段，干餾段一般采用耐火磚砌筑或不定型耐火材料澆筑而成，新爐運行前，需要按照設定的升溫曲線進行烘爐處理。煤氣發(fā)生爐的烘爐過程一般持續(xù)5 ～ 7天，烘爐燃料一般采用木材和焦炭，煙氣放散采取自然放散形式。

以Φ3.6 m的煤氣發(fā)生爐為例，烘爐過程一般需要木材5000 kg、焦炭1000 kg。烘爐過程中放散煙氣的主要污染物為少量SO2，通過木材和焦炭的含硫量進行估算（燃燒過程S-SO2轉化率取90%），其主要污染物排放量參見表2。

3.2 點爐送氣放散

3.2.1 啟爐階段

煤氣發(fā)生爐烘爐完畢，需要自然冷爐后檢查爐襯烘烤效果，然后點火送氣。點火送氣前期，先用木材引火，然后用焦炭啟爐。啟爐階段初期，發(fā)生爐放散廢氣以CO2為主，其排放特征與烘爐階段相似。隨著啟爐時間延續(xù)，廢氣中的CO含量逐漸增加，直至火炬放散可以將廢氣點燃，啟爐階段結束。啟爐階段主要以煙氣自然放散形式為主。Φ3.6 m發(fā)生爐該階段木材消耗量約為1500 kg，焦炭消耗量約為5000 kg，木材和焦炭含硫量為表2時，主要污染物SO2排放量約為99 kg左右。

3.2.2 培養(yǎng)反應層階段

啟爐階段結束后，開始利用加煤機向發(fā)生爐內(nèi)加入煙煤，培養(yǎng)氧化層和還原層。經(jīng)取樣化驗煤氣含氧量少于0.4 ～ 0.8%時，關閉放散閥結束煤氣放散，并向煤氣凈化區(qū)設備供氣，培養(yǎng)反應層階段結束[2]。啟爐階段和培養(yǎng)反應層階段一般延續(xù)24 ～ 36 h。培養(yǎng)反應層階段的放散煤氣在放散口點燃，以火炬放散形式排放廢氣。廢氣主要污染物為SO2。Φ3.6 m發(fā)生爐在該階段消耗煤炭約3000 kg左右，煤含硫量為0.24%時，S-SO2轉化率按照90%計算，其主要污染物SO2排放量約為19 kg左右。

3.3 加煤放散

發(fā)生爐加煤機多采用中間儲倉結構分批次加煤，加煤機結構如圖1所示，加煤流程：插板閥2打開后，開啟滾筒閥1，向中間儲倉3加煤，延時關閉滾筒閥1，然后關閉插板閥2，延時打開鐘罩閥4，向煤氣發(fā)生爐內(nèi)加煤，完成加煤后，延時關閉鐘罩閥4，完成一次加煤過程。每完成一次加煤過程，便放散一中間儲倉的煤氣。這部分放散煤氣經(jīng)過加煤機上方設置的儲煤料倉，通過倉頂放散管高空排放，放散煤氣中的焦油等物質大多附著在儲煤倉的煤料表面，放散主要污染物為CO、H2S等。

單位時間內(nèi)的加煤次數(shù)取決于煤的含碳量和發(fā)生爐的產(chǎn)氣量，例如KM5Q3.6的煤氣發(fā)生爐加煤機中間儲倉容積為0.26 m3，中間儲倉容煤空間為0.17 ～ 0.19 m3。氣化如表3所示的煤炭，產(chǎn)氣量為8000 Nm3/h時，耗煤量為2670 kg/h，發(fā)生爐加煤次數(shù)約為14 ～ 15次/h。加煤機下鐘罩開啟時間（發(fā)生爐向加煤機中間儲倉充氣時間）約8 ～ 10 s，由于充氣時間較短，充入中間倉的煤氣溫度接近發(fā)生爐的爐頂煤氣溫度，1Q、3Q、5Q發(fā)生爐頂部溫度不同，其放散煤氣量也存在相應的差異。煤氣中CO含量約為28 ～ 32%，H2S的含量與煤的含硫量及煤中所含礦物質和氣化爐型等相關。苑衛(wèi)軍等[3]通過5Q兩段爐工業(yè)試驗發(fā)現(xiàn)，煤中氧化鐵類和碳酸鈣類礦物質協(xié)同作用，具有較好的爐內(nèi)固硫效果。一般煤氣發(fā)生爐中煤的S-H2S轉化率約為80%左右[4]。根據(jù)以上數(shù)據(jù)計算，加煤過程放散煤氣主要特征參見表4。

3.4 熱備放散

煤氣站出現(xiàn)停電或設備故障時，煤氣發(fā)生爐需要轉入熱備狀態(tài)，待故障排除后再由熱備轉入運行狀態(tài)。熱備狀態(tài)時，一般停供水蒸氣氣化劑，并將鼓風機轉入低負荷狀態(tài)供應空氣，以維持爐內(nèi)氧化層，或將鼓風機停機，靠放散管的抽吸力由自然吸風閥吸入空氣，以維持爐內(nèi)氧化層。Φ3.6 m的煤氣發(fā)生爐熱備狀態(tài)時耗煤量約為120 ～ 130 kg/h，熱備階段的放散煤氣以火炬放散形式排放廢氣，廢氣主要污染物為SO2。S-SO2轉化率按照90%計算，氣化表3煤種時，Φ3.6 m的煤氣發(fā)生爐熱備過程SO2排放量約為0.8 ～ 0.84 kg/h。

3.5 停爐放散

煤氣發(fā)生爐停爐時，需要停止空氣供應，并由爐底進風箱大量鼓入水蒸氣，使爐內(nèi)溫度盡快下降。此時爐內(nèi)為式（3）的吸熱還原反應，該反應隨著爐溫的下降而不斷減弱，直至停止。停爐過程一般延續(xù)時間較長，在水蒸氣充足的情況下一般延續(xù)48 h。停爐前期，發(fā)生爐產(chǎn)生的尾氣H2和CO含量較高，可以點燃，采取火炬放散形式，隨著爐溫下降H2和CO含量降低，火炬無法點燃廢氣，此時采取自然放散形式。放散廢氣主要污染物為SO2。Φ3.6 m煤氣發(fā)生爐完成一個停爐過程約消耗表3煤炭3000 ～ 4000 kg左右，S-SO2轉化率按照90%計算，其SO2排放量約為19 ～ 26 kg。

3.6 總結

就Φ3.6 m煤氣發(fā)生爐而言，加煤過程放散煤氣主要特征參見表4，烘爐、點火送氣、熱備和停爐階段煤氣（或煙氣）放散主要特征參見表5。

加煤過程的煤氣放散量較小，而且間歇性強，收集處理難度較大。可以在鐘罩閥下部設置氣封，當鐘罩閥啟動加煤時，以高壓水蒸氣或高壓惰性氣體形成氣封，封閉爐內(nèi)煤氣，避免煤氣通過加煤機外泄放散，從而減少加煤過程中煤氣放散造成的環(huán)境污染。

烘爐、點火送氣、熱備或停爐過程中的自然放散煙氣或火炬放散煙氣，其主要成分是CO2和N2，其主要污染物是SO2，對其采取相應措施進行收集并脫硫處理，可以有效減少環(huán)境污染。另外，優(yōu)化設備結構和操作手段，盡量減少烘爐、點火送氣、熱備或停爐的延續(xù)時間，在節(jié)約資源的前提下，也可以有效降低環(huán)境污染。

4 結語

由于其階段性和隱蔽性較強，煤氣發(fā)生爐烘爐、點火送氣、熱備或停爐過程中煤氣（煙氣）放散的污染，一直屬于被忽視的治理盲點。雖然就單臺發(fā)生爐而言，污染強度較小，但就全國應用的數(shù)量眾多的煤氣發(fā)生爐而言，煤氣（煙氣）放散造成污染相對就比較嚴重，不容忽視。需要系統(tǒng)分析其污染特性，進而采取有效措施進行治理，以求煤氣發(fā)生爐在環(huán)保規(guī)范性達標的前提下，達到更高的環(huán)保水準。

參考文獻

[1] 苑衛(wèi)軍，郭健，陳玲. 煤氣發(fā)生爐造氣過程煤炭與熱量消耗的分布概算[J]. 佛山陶瓷. 2010，7：28-30.

[2] 寇公. 煤炭氣化過程[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，北京. 1992.

[3] 苑衛(wèi)軍，王冬青，周金國，等. 干餾式發(fā)生爐利用煤中礦物質進行爐內(nèi)固硫的分析[J]. 能源工程. 2015，6：51-55.

[4] 郭樹才. 煤化工工藝學[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，北京. 2006. 283.