焦化行業(yè)的廢氣污染防治技術(shù)

常愛澤

(臨汾市環(huán)境監(jiān)測站，山西 臨汾 041000)

焦炭是鋼鐵生產(chǎn)中重要的生產(chǎn)原料，是極為理想的燃料和還原劑。據(jù)統(tǒng)計，2017年，我國焦炭產(chǎn)量43 142萬t，鋼鐵企業(yè)焦炭使用量占焦炭消費總量的85%左右。雖然近年來焦化行業(yè)在產(chǎn)業(yè)檔次和規(guī)模上有大幅提升，但是焦化行業(yè)產(chǎn)能過剩、產(chǎn)業(yè)布局不合理、化學產(chǎn)品的精細加工不足、能源利用率不高，生產(chǎn)技術(shù)水平有待提高，生態(tài)保護問題依然十分突出。主要表現(xiàn)在排污環(huán)節(jié)多、強度高、種類雜、毒性大、無組織排放量大，對區(qū)域環(huán)境空氣的影響十分嚴重。因此，焦化行業(yè)必須配備高效環(huán)保設(shè)施，加強環(huán)境管理，提高清潔方式運輸比例，實現(xiàn)全負荷、全時段、全流程污染排放有效管控。

1 煉焦生產(chǎn)工藝與排污環(huán)節(jié)

1.1 煉焦生產(chǎn)工藝

煉焦化學工業(yè)主要生產(chǎn)工藝分為常規(guī)焦爐、熱回收焦爐、半焦(蘭炭)炭化爐三類。其中，常規(guī)焦爐指炭化室、燃燒室分設(shè)，煉焦煤隔絕空氣間接加熱干餾成焦炭，并設(shè)有煤氣凈化、化學產(chǎn)品回收利用的生產(chǎn)裝置，包括備煤、煉焦、熄焦、焦處理、煤氣凈化等生產(chǎn)單元。煉焦煤從火(汽)車受煤設(shè)施送至煤場(或筒倉)，經(jīng)破(粉)碎、配煤后，通過頂裝或側(cè)裝方式裝入焦爐炭化室，經(jīng)高溫干餾得到焦炭和焦爐煤氣；焦炭經(jīng)熄焦、破(粉)碎、篩分后送至焦場(或焦槽)；焦爐煤氣經(jīng)凈化后回收焦油、硫銨、粗苯等化學產(chǎn)品。

1.2 廢氣污染源

1.2.1 備煤

煉焦煤受卸、堆取作業(yè)、貯存等產(chǎn)生的煤塵；煤料在配煤、破碎及轉(zhuǎn)運過程中產(chǎn)生的煤塵[1]。

1.2.2 煉焦

1) 焦爐煙囪排放的廢氣，主要污染物有煙塵、SO2、NOx等；焦爐煙氣脫硫系統(tǒng)石灰粉倉及消石灰倉產(chǎn)生的含塵廢氣；2) 裝煤、推焦時排放的廢氣，主要污染物有煙塵、SO2、BaP、氨、H2S、苯等；3) 焦爐爐體泄漏廢氣，主要污染物有顆粒物、BaP、NH3、H2S等；4) 干熄焦槽頂蓋裝焦處、干熄焦槽頂部預(yù)存放散口、惰性氣體循環(huán)風機放散口及雙叉溜槽、排焦帶式輸送機落料點等處產(chǎn)生的廢氣，主要污染物有焦塵、SO2等；5) 濕法熄焦時，熾熱焦炭與水接觸形成大量的水汽，同時夾帶大量污染物，為間歇排放源，主要污染物有焦塵、NH3、H2S、BaP等；6) 活性焦脫硫系統(tǒng)再生氣，主要污染物為SO2等。

1.2.3 焦炭貯運

焦炭貯運過程產(chǎn)生的焦塵。

1.2.4 煤氣凈化

硫銨結(jié)晶干燥廢氣，主要污染物有粉塵、NH3等；粗苯管式爐廢氣，主要污染物有煙塵、NOx等；脫硫再生塔尾氣，主要污染物有H2S、NH3等；焦油貯槽、機械化氨水澄清槽、循環(huán)氨水中間槽、苯貯槽、焦油渣及洗脫苯渣排渣處等逸散氣體，主要污染物有BaP、NH3、H2S、酚類、氰化氫、非甲烷總烴、苯等。

1.2.5 廢水處理站

廢水處理站產(chǎn)生含NH3、H2S、VOCs等污染物的廢氣。

2 污染預(yù)防技術(shù)

2.1 裝煤

為有效控制裝煤過程產(chǎn)生的污染物，需保持炭化室壓力并采用各種密封技術(shù)等，包括裝煤車封閉技術(shù)(適用于頂裝焦爐)、單孔炭化室壓力調(diào)節(jié)技術(shù)、高壓氨水噴射技術(shù)等，其中，高壓氨水噴射技術(shù)一般與其他技術(shù)聯(lián)合使用[2]。

2.1.1 裝煤車封閉技術(shù)

裝煤車設(shè)置雙層導套，內(nèi)外套之間、外套與裝煤孔座之間采用特殊的密封結(jié)構(gòu)，防止裝煤煙氣外溢，將裝煤產(chǎn)生的廢氣抽入焦爐集氣系統(tǒng)，無需設(shè)置裝煤除塵地面站。

2.1.2 單孔炭化室壓力調(diào)節(jié)技術(shù)

通過調(diào)節(jié)炭化室荒煤氣進入集氣管的流通斷面，穩(wěn)定炭化室壓力，減少焦爐生產(chǎn)過程中廢氣無組織排放，可有效控制焦爐結(jié)焦全過程的煙氣逸散。

2.1.3 高壓氨水噴射技術(shù)

在橋管處設(shè)置高壓氨水噴嘴，裝煤時利用高壓氨水噴射產(chǎn)生的吸力將裝煤煙氣吸入集氣管。

2.2 煉焦

主要為焦爐低氮燃燒技術(shù)，指利用焦爐內(nèi)部的特殊結(jié)構(gòu)或外部設(shè)施，降低焦爐加熱強度和溫度，達到減少熱力型氮氧化物產(chǎn)生量的技術(shù)。分段加熱、廢氣循環(huán)、控制實際燃燒溫度以及將它們相結(jié)合的復(fù)合技術(shù)等都是能降低燃燒廢氣中NOx含量的有效措施。

2.2.1 分段(多段)加熱技術(shù)

焦爐燃燒室采用分段(多段)加熱的結(jié)構(gòu)設(shè)計，空氣和煤氣在燃燒室分段給入，降低了燃燒強度，可在實現(xiàn)焦爐均勻加熱的同時降低氮氧化物生成濃度。

2.2.2 廢氣循環(huán)技術(shù)

包括兩種情形，一是焦爐燃燒室采用廢氣循環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，下降火道內(nèi)的廢氣可通過循環(huán)孔進入上升火道，降低上升火道內(nèi)氣體燃燒程度，減少氮氧化物產(chǎn)生量，目前常規(guī)焦爐均采用該技術(shù)；二是將焦爐燃燒后的廢氣摻入到燃燒用空氣中(用風機和管道將焦爐煙道中的廢氣送回到焦爐廢氣交換開閉器的空氣部)，降低燃燒空氣的含氧量，從而控制燃燒強度，降低氮氧化物產(chǎn)生量。

2.2.3 控制實際燃燒溫度

焦爐使用高爐煤氣或混合煤氣加熱，燃燒過程中所生成的主要是溫度熱力型NOx?？赏ㄟ^降低火道溫度、改變焦爐煤氣組分、降低空氣過剩系數(shù)、優(yōu)化焦爐熱工制度來降低燃燒溫度，從而減少NOx產(chǎn)生量。

2.3 煤氣凈化

通過壓力平衡技術(shù)可將各種放散氣集中送至負壓煤氣系統(tǒng)，無廢氣外排，大幅減少了煤氣凈化裝置揮發(fā)性有機物排放量，無需另外設(shè)置廢氣凈化系統(tǒng)。

3 廢氣污染防治技術(shù)

3.1 備煤

煤轉(zhuǎn)運站及各落料點、配煤室設(shè)微動力除塵器；粉碎機室含塵廢氣采用脈沖防靜電覆膜濾料布袋除塵器，顆粒物排放質(zhì)量濃度≤10 mg/m3。

3.2 煉焦

1) 裝煤。爐頂：煤孔蓋采用新型密封結(jié)構(gòu)，裝煤后用特制泥漿封閉空隙，可減少90%～95%的煙塵外逸；上升管蓋、橋管承插口采用水封裝置，可使外逸煙塵減少95%；上升管根部，采用編織耐火繩填塞，特制泥漿封閉，可使外逸煙塵減少90%。爐門：采用彈簧刀邊爐門、厚爐門框、大保護板。綜合強度大，維護簡單，調(diào)節(jié)方便，可使外逸煙塵量減少90%～95%；裝煤煙氣采用干式裝煤地面站布袋除塵+活性焦脫硫凈化工藝，顆粒物排放質(zhì)量濃度≤10 mg/m3，除塵廢氣經(jīng)活性焦脫硫塔脫硫凈化；活性焦再生熱源采用焦爐煙氣脫硝系統(tǒng)催化劑熱處理系統(tǒng)高溫煙氣，解析氣送制酸系統(tǒng)；活性焦篩分含塵廢氣并入地面站除塵管道。

2) 焦爐廢氣。焦爐燃燒廢氣脫硫技術(shù)應(yīng)用廣泛的主要有干法脫硫、半干法脫硫和濕法脫硫，其中，干法脫硫主要包括脫硫劑噴射法、移動床干法脫硫等；半干法脫硫主要包括旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法、循環(huán)流化床法；濕法脫硫主要包括石灰(石)石膏法、氨法等。此外，還有新型催化法脫硫技術(shù)。脫硝技術(shù)應(yīng)用最廣泛的是選擇性催化還原法；脫硫脫硝一體化處理技術(shù)主要有活性炭/活性焦技術(shù)。

活性炭/活性焦脫硫效率高，不產(chǎn)生含硫廢棄物。活性炭/活性焦吸附煙氣中的二氧化硫，吸附飽和后在解析塔內(nèi)進行高溫加熱解析，使吸附在活性炭/活性焦表面的二氧化硫脫離活性炭/活性焦，生成富硫氣體，同時，使活性炭/活性焦恢復(fù)初始性能后再送回吸附塔循環(huán)利用。通過解析生成富硫氣體可生成硫酸銨溶液或與煤氣凈化裝置其他生產(chǎn)工序銜接。經(jīng)脫硫脫硝后，二氧化硫排放質(zhì)量濃度不大于10 mg/m3，氮氧化物排放質(zhì)量濃度不大于100 mg/m3，顆粒物排放質(zhì)量濃度不大于10 mg/m3?；钚蕴?活性焦脫硫脫硝一體化技術(shù)目前已經(jīng)在安陽鋼鐵、唐山匯豐、信陽鋼鐵焦化公司、淮鋼焦化、承鋼焦化等多家煉焦化學企業(yè)運行，效果不錯，在線監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示均能達標排放。

3) 推焦。推焦煙氣采用干式除塵地面站凈化工藝。在出焦機上設(shè)置大型吸氣罩收集出焦時產(chǎn)生的大量間歇性煙塵，通過煙氣轉(zhuǎn)換閥等轉(zhuǎn)換設(shè)備使煙塵進入集塵干管，送入陣發(fā)性高溫煙塵冷卻分離阻火器冷卻并粗分離后，再經(jīng)脈沖袋式除塵器凈化。顆粒物排放質(zhì)量濃度≤10 mg/m3。

4) 焦爐機側(cè)爐頭煙氣。摘爐門、推焦及平煤過程產(chǎn)生的煙氣被推焦機上所設(shè)的防塵罩捕集后，通過煙氣轉(zhuǎn)換閥進入除塵管道送脈沖布袋除塵器凈化，顆粒物排放質(zhì)量濃度≤10 mg/m3。

3.3 熄焦

1) 干熄焦。干熄焦除塵采用袋式除塵地面站技術(shù)，干熄焦裝入口、循環(huán)風機放散氣體、預(yù)存室放散氣體等高溫煙氣先經(jīng)冷卻分離阻火裝置進行冷卻、粗分離及明火顆粒的阻斷，再與出料及皮帶受料點等處煙氣混合后進入袋式除塵站，顆粒物排放質(zhì)量濃度≤10 mg/m3。

2) 濕法熄焦。濕熄焦塔采用雙層折流板及水霧捕集裝置凈化熄焦廢氣，凈化效率≥85%。

3.4 焦炭貯運

臨時焦場為密閉式貯焦場，堆取作業(yè)在封閉堆場內(nèi)進行；焦炭轉(zhuǎn)運輸送皮帶通廊封閉；干熄焦轉(zhuǎn)運站含塵廢氣采用布袋除塵器凈化，顆粒物排放質(zhì)量濃度≤10 mg/m3。

3.5 煤氣凈化尾氣

脫硫再生塔頂尾氣經(jīng)酸洗、堿洗、水洗后排放；脫硫工序(溶液循環(huán)槽、事故槽、硫泡沫槽)各槽的放散氣經(jīng)引風機加壓送尾氣洗滌塔；機械掛渣槽出渣產(chǎn)生的逸散廢氣，由文氏管引射產(chǎn)生的負壓將逸散氣收集并經(jīng)洗滌塔降溫洗萘(采用初冷器下段低溫焦油氨水混合液洗滌)后，風機加壓送脫硫再生尾氣洗凈塔凈化；粗苯管式爐以凈化后的焦爐煤氣為燃料，燃燒廢氣并入焦爐煙氣脫硝系統(tǒng)脫硝凈化；硫銨振動流化床干燥機排出的尾氣經(jīng)旋風除塵器+帶有絲網(wǎng)的洗滌塔凈化；制酸吸收塔尾氣采用活性焦脫硫脫硝凈化；活性焦再生熱源采用焦爐煙氣脫硝系統(tǒng)催化劑熱處理系統(tǒng)高溫煙氣，解析氣送制酸系統(tǒng)。

4 廢氣無組織排放控制技術(shù)

4.1 物料儲存與運輸系統(tǒng)

煤場采用全封閉煤場或大型筒倉，并配備移動式或固定式噴水抑塵裝置；煤場地面硬化；原料場出口配備車輪清洗裝置或其他控制措施，運輸車輛駛離前須保證車身清潔；煉焦煤、焦炭等大宗物料應(yīng)采用封閉通廊、管狀帶式輸送機等密閉輸送裝置；煤和焦炭采用全密閉箱式貨車運輸，裝車過程采取抑塵措施；除塵裝置設(shè)置密閉灰倉并及時卸灰，卸灰不得直接卸落到地面。在裝車過程中采取噴淋(霧)等抑塵措施，除塵灰采用罐車密閉方式運輸[3]。

4.2 裝煤出焦

采用單孔炭化室壓力調(diào)節(jié)無煙裝煤技術(shù)；焦爐裝煤、出焦除塵系統(tǒng)采用地面除塵站；篩焦樓、貯焦槽及轉(zhuǎn)運站應(yīng)設(shè)置集氣罩，并配備除塵設(shè)施。

4.3 焦爐爐體

上升管蓋、橋管與閥體承插采用水封裝置；上升管根部采用鑄鐵底座，耐火石棉繩填塞，泥漿封閉；焦爐爐門采用彈簧爐門、厚爐門板、大保護板。正常炭化期間，大、小爐門應(yīng)密封、不冒煙。常規(guī)焦爐、熱回收焦爐須設(shè)置爐頭煙捕集系統(tǒng)。

4.4 煤氣凈化區(qū)和儲罐區(qū)無組織控制技術(shù)

采用壓力平衡系統(tǒng)，通過壓力平衡技術(shù)可將各種放散氣集中送至負壓煤氣系統(tǒng)，無廢氣外排，大幅減少了煤氣凈化裝置揮發(fā)性有機物排放量，無需另外設(shè)置廢氣凈化系統(tǒng)。

4.5 熄焦

采用干法熄焦。干熄爐頂部的裝入裝置、預(yù)存室事故放散口、預(yù)存室壓力自動調(diào)節(jié)放散口和干熄爐底的排出裝置、運焦帶式輸送機受料點等產(chǎn)塵點須設(shè)置集氣罩，并配備除塵設(shè)施。

4.6 酚氰廢水處理站

隔油池、調(diào)節(jié)池、生化池等惡臭產(chǎn)生環(huán)節(jié)產(chǎn)生廢氣應(yīng)加蓋密閉負壓收集，送除臭裝置進行處理，除臭裝置采用生物過濾+活性炭吸附處理裝置。

4.7 脫硫、脫硝

脫硫、脫硝系統(tǒng)氨的裝卸、貯存、輸送、制備等工序須密閉，并采取氨氣泄漏檢測措施。

4.8 敞開液面VOCs逸散控制技術(shù)

廢水采用密閉管道輸送，接入口和排出口采取與環(huán)境空氣隔離的措施；含揮發(fā)性有機物廢水儲存和處理設(shè)施敞開液面，采用浮動頂蓋或固定頂蓋密閉，并安裝揮發(fā)性有機物廢氣收集處理系統(tǒng)；對開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，每半年對流經(jīng)換熱器進口和出口的循環(huán)冷卻水中的總有機碳(TOC)濃度進行檢測，若出口濃度大于進口濃度10%，則認定發(fā)生了泄漏，須按規(guī)定進行泄漏源修復(fù)與記錄。

4.9 廠區(qū)及道路

除綠化帶外無裸露地面；及時清掃，無積塵積灰，保持清潔。

此外，焦化企業(yè)要開展泄漏檢測與修復(fù)(簡稱LDAR)工作，加強動密封點(攪拌器、泵、壓縮機等)、靜密封點(低點導淋、取樣口、高點放空、液位計、儀表連接件等)的泄漏管理，定期檢測及時修復(fù)，減少跑、冒、滴、漏。

5 結(jié)語

近年來，通過實施一系列大氣污染防治措施，全國環(huán)境保護重點區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量逐年好轉(zhuǎn)。作為重污染、高能耗的焦化行業(yè)，只有通過優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局，加大對區(qū)域分散焦化企業(yè)的整合力度；推動焦化企業(yè)深度治理，具備條件的焦化企業(yè)實施超低排放改造；嚴格控制所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)的廢氣無組織排放；大幅提高鐵路等清潔方式運輸比例等措施，才能最大幅度地減輕焦化行業(yè)對區(qū)域環(huán)境空氣的影響。