仵曉強

(太原重工股份有限公司 技術(shù)中心，山西 太原 030024)

0 引言

焦爐煙塵是焦爐生產(chǎn)焦炭過程中的必然產(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。這種無組織、危害大及沿焦爐橫向分布的污染物對周圍環(huán)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(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)成為國家產(chǎn)業(yè)政策的主導(dǎo)方針，同時國家環(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。目前焦爐類型主要有頂裝煤焦爐和側(cè)裝煤焦爐兩種類型。本文在頂裝煤焦爐機側(cè)煙塵排放特征分析的基礎(chǔ)上，通過現(xiàn)場煙塵氣體排放量測試，結(jié)合理論計算，研發(fā)了焦爐機側(cè)煙塵治理系統(tǒng)。

1 頂裝焦爐機側(cè)煙塵排放特征

機側(cè)煙塵主要是在焦爐出焦過程中產(chǎn)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(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，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(xiàn)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(nèi)，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(nèi)塌落出來，落到推焦車刮板機的箱體內(nèi)，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(chǎn)生。在關(guān)閉爐門的過程中，爐門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。從取門到爐門關(guān)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(dǎo)致爐門開啟后停在清門的位置處時，煙塵產(chǎn)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(nèi)帶出，從而產(chǎn)生一定量的煙塵。

圖1 爐框上部煙塵 圖2 推焦時煙塵

根據(jù)上述對頂裝焦爐機側(cè)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(cè)煙塵測試位置 圖4 頂裝焦爐機側(cè)煙氣量測試模型

2 頂裝焦爐機側(cè)煙塵排放量測試

2.1 機側(cè)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(cè)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(cè)煙塵排放量測試結(jié)果

本文對某企業(yè)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(jié)果如圖5所示。

圖5 頂裝焦爐機側(cè)煙塵排放量

分析圖5可知：隨著推焦過程的進行，各個執(zhí)行機構(gòu)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(cè)煙塵治理系統(tǒng)

以某企業(yè)6 m頂裝焦爐為具體實例，根據(jù)對現(xiàn)場煙塵排放特征的分析，結(jié)合現(xiàn)場煙氣量測試數(shù)據(jù)，確定了機側(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(cè)煙塵治理系統(tǒng)如圖6所示。

圖6 頂裝焦爐機側(cè)煙塵治理系統(tǒng)

3.1 煙氣導(dǎo)流裝置

基于對現(xiàn)場煙塵排放特征以及目前已有除塵系統(tǒng)缺點的分析，本次設(shè)計對現(xiàn)有的煙氣導(dǎo)流裝置進行了優(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)場觀察發(fā)現(xiàn)，煙塵從焦爐本體煙氣導(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 一體化煙罩及各個吸煙罩

根據(jù)現(xiàn)場對煙氣流速的測試分析，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(xiàn)有收集罩收集效果不理想的問題，如圖8所示。

根據(jù)現(xiàn)場對各個煙塵排放點煙氣量的測試結(jié)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(yù)處理裝置

圖9 煙氣預(yù)處理裝置

3.4 旋風濾袋除塵器

由于焦爐機側(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(fā)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(jù)各個吸煙罩的設(shè)計風量、焦爐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旋風濾袋除塵器，其基本參數(shù)如表1所示。

表1 CF3200旋風濾袋除塵器參數(shù)

4 結(jié)束語

該頂裝焦爐機側(cè)煙塵治理系統(tǒng)是基于現(xiàn)場煙塵排放量測試結(jié)果設(shè)計完成的，創(chuàng)新點1在于采用一體化煙罩配合各個吸煙罩的設(shè)計，極大地提高了煙塵收集率，基本達到了98%水平；創(chuàng)新點2在于設(shè)計了新型煙氣預(yù)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(jīng)某企業(yè)現(xiàn)場使用證明，效果要明顯優(yōu)于現(xiàn)有除塵系統(tǒng)，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(huán)保要求。