頂裝焦爐機側煙塵綜合治理技術*

仵曉強

(太原重工股份有限公司 技術中心，山西 太原 030024)

0 引言

焦爐煙塵是焦爐生產焦炭過程中的必然產物，其具有組成成分復雜、溫度高、產生源多且間歇性排放等特點。這種無組織、危害大及沿焦爐橫向分布的污染物對周圍環境造成了巨大的污染，嚴重威脅著爐前操作工和附近居民的身心健康[1]。隨著國家焦化產業政策的不斷調整，優化資源利用、節能減排、發展節約型企業成為國家產業政策的主導方針，同時國家環保法規的不斷完善和監管力度的加大，更加促使焦化企業在污染物排放等諸多方面加大人力、物力的投入。目前焦爐類型主要有頂裝煤焦爐和側裝煤焦爐兩種類型。本文在頂裝煤焦爐機側煙塵排放特征分析的基礎上，通過現場煙塵氣體排放量測試，結合理論計算，研發了焦爐機側煙塵治理系統。

1 頂裝焦爐機側煙塵排放特征

機側煙塵主要是在焦爐出焦過程中產生，從推焦車取門機提門的瞬間開始，爐門與門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，在沒有較強橫風時，會向著爐頂排放。爐門開啟過程中，在爐框的上部，大量的煙塵夾雜著從炭化室內排放的可燃性氣體，造成了大范圍煙塵氣體的排放，如圖1所示。同時，在爐框上從上到下都有焦油燃燒形成的煙，有時甚至有著火現象。在推焦過程中，煙塵濃度明顯會隨著爐口處氣體流速的增加而降低，甚至在推焦桿推焦過程中，門框上的煙塵被抽吸進炭化室內，而在爐框上端排出的氣流中，基本沒有煙塵，如圖2所示。在爐框的底部，取門以后，總是會有一定量的焦炭從炭化室內塌落出來，落到推焦車刮板機的箱體內，形成一股較大的水氣，同時，掉落焦炭的燃燒伴隨有一定煙塵的產生。在關閉爐門的過程中，爐門上的焦油再次接觸到炭化室內的高溫，發生燃燒現象，形成大量的煙塵，沿著爐柱中間向上排出。從取門到爐門關閉的整個過程中，爐門上都會因為焦油的燃燒而排出大量的煙塵氣體，有時候這種燃燒的過程還會很強烈，導致爐門開啟后停在清門的位置處時，煙塵產生的擴散半徑與擴散速率明顯增大。此外，平煤的過程中，有煤粉從炭化室內帶出，從而產生一定量的煙塵。

圖1 爐框上部煙塵 圖2 推焦時煙塵

根據上述對頂裝焦爐機側煙塵排放特征的分析，確定了煙塵排放量測試點位置，如圖3所示。圖3中，測量點A為爐框上部煙氣量測試位置，測量點B為爐框下部煙氣量測試位置，測量點C為爐門上煙氣量測試位置，測量點D為平煤處煙氣量測試位置。

圖3 頂裝焦爐機側煙塵測試位置 圖4 頂裝焦爐機側煙氣量測試模型

2 頂裝焦爐機側煙塵排放量測試

2.1 機側煙塵排放量測試原理

由于目前沒有對煙氣量大小進行直接測試的儀器，只能通過煙氣擴散邊界的測量和擴散截面上不同位置處流速的測試，來確定煙氣在當前截面的流量。圖4為頂裝焦爐機側煙氣排放量測試模型，圖中P1、P2、P3點分別表示煙氣在當前擴散截面上流速測試點。

2.2 機側煙塵排放量測試結果

本文對某企業6 m頂裝焦爐進行了測試。通過對高速攝像機所拍攝的煙塵擴散視頻進行分析，確定各個測試位置處的煙塵擴散截面邊界；通過熱敏風速儀對指定位置處的煙塵流速進行測試。測試所得煙氣量計算結果如圖5所示。

圖5 頂裝焦爐機側煙塵排放量

分析圖5可知：隨著推焦過程的進行，各個執行機構相繼動作，在推焦桿滑靴退出炭化室時煙塵量達到了最大值59 111 m3/h。各個測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 頂裝焦爐機側煙塵治理系統

以某企業6 m頂裝焦爐為具體實例，根據對現場煙塵排放特征的分析，結合現場煙氣量測試數據，確定了機側煙塵治理系統的工藝技術路線：煙氣導流板→一體化大煙罩→各個煙塵排放點處吸煙罩→具有二級除塵功能的旋風濾袋除塵器。頂裝焦爐機側煙塵治理系統如圖6所示。

圖6 頂裝焦爐機側煙塵治理系統

3.1 煙氣導流裝置

基于對現場煙塵排放特征以及目前已有除塵系統缺點的分析，本次設計對現有的煙氣導流裝置進行了優化。現有除塵系統只是在兩爐柱之間增加了煙氣導流板，現場觀察發現，煙塵從焦爐本體煙氣導流板與煙罩之間縫隙逸散。本次在煙罩上優化設計了煙氣導流板，徹底解決了煙塵在除塵系統上部位置的逸散問題，如圖7所示。

圖7 煙氣導流裝置

3.2 一體化煙罩及各個吸煙罩

根據現場對煙氣流速的測試分析，以及車體上空間位置限制，現有收集罩的抽吸力不能完全將排放的煙塵全部吸走。因此本次煙罩設計的核心思想是首先通過一體化大煙罩將煙塵全部收集起來，再通過各個吸煙罩將其全部吸走，解決現有收集罩收集效果不理想的問題，如圖8所示。

根據現場對各個煙塵排放點煙氣量的測試結果，對各個吸煙罩處風量分配為：平煤罩1分配風量12 000 m3/h，平煤罩2分配風量6 000 m3/h，推焦罩分配風量42 000 m3/h，清門罩分配風量8 400 m3/h。

3.3 煙氣預處理裝置

圖9 煙氣預處理裝置

3.4 旋風濾袋除塵器

由于焦爐機側煙塵治理是近幾年根據環保要求提出的，絕大多數機側煙塵治理系統都是要安裝在現有推焦車上，然而其會受到車輛本體空間位置限制。本次除塵器選用具有二級除塵功能的旋風濾袋除塵器，它綜合了旋風除塵器離心式除塵特點和布袋除塵脈沖清灰的特點，充分發揮了離心原理與壓縮空氣強力噴吹清灰的作用[3]，從而提高了過濾速度，延長了濾袋壽命。同時，由于本次選用的布袋為褶皺濾袋，提高了單條濾袋的過濾面積，減少了除塵器整體占地面積。

根據各個吸煙罩的設計風量、焦爐煙塵特性及滿足顆粒物排放濃度<10 mg/m3的環保要求，選用CF3200旋風濾袋除塵器，其基本參數如表1所示。

表1 CF3200旋風濾袋除塵器參數

4 結束語

該頂裝焦爐機側煙塵治理系統是基于現場煙塵排放量測試結果設計完成的，創新點1在于采用一體化煙罩配合各個吸煙罩的設計，極大地提高了煙塵收集率，基本達到了98%水平；創新點2在于設計了新型煙氣預處理裝置，并采用了具有二級除塵功能的旋風濾袋除塵器。經某企業現場使用證明，效果要明顯優于現有除塵系統，達到了無可視煙塵的水平，煙塵顆粒物排放濃度基本在5 mg/m3左右，完全達到了環保要求。