搗固焦?fàn)t裝煤系統(tǒng)除塵工藝研究

朱壽川

(攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司安全環(huán)保部(武裝保衛(wèi)部) 四川攀枝花617022)

1 前言

鋼鐵行業(yè)正處于產(chǎn)能過剩階段，又是產(chǎn)排污大戶，環(huán)保將成為去產(chǎn)能的重要手段。部分鋼鐵企業(yè)因環(huán)保不達(dá)標(biāo)已被迫關(guān)停，限產(chǎn)蔓延至全國。2016年初開始中央督查組將用兩年時間把全國督查一遍，同時史上最嚴(yán)的環(huán)境保護(hù)制度被提出，使公司的環(huán)保形勢日趨嚴(yán)重。

2 現(xiàn)狀分析

2.1國內(nèi)現(xiàn)狀分析

目前鋼鐵行業(yè)是國內(nèi)乃至全球的產(chǎn)排污大戶，焦?fàn)t又是鋼鐵行業(yè)的首要產(chǎn)排污工序，裝煤煙塵又是焦?fàn)t產(chǎn)排污的主要污染源，搗固焦?fàn)t單孔炭化室的裝煤量大于頂裝焦?fàn)t且煤質(zhì)較頂裝焦?fàn)t差。因此，裝煤過程煙塵含量遠(yuǎn)大于頂裝焦?fàn)t，頂裝焦?fàn)t裝煤煙塵的產(chǎn)生速率約為結(jié)焦過程中煙氣產(chǎn)生速率的7倍；搗固焦?fàn)t裝煤煙塵的產(chǎn)生速率又約為頂裝焦?fàn)t的4倍，同時產(chǎn)生苯并芘(Bap)、苯可溶物(BSO)、二氧化硫(SO2)、可燃?xì)怏w(荒煤氣)、焦油等有毒有害物質(zhì)，且含量都遠(yuǎn)大于頂裝焦?fàn)t，最難處理的是苯并芘和焦油，也是最為關(guān)注的。因此，攀鋼釩公司對西昌鋼釩煉鐵廠、四川達(dá)興能源有限公司、攀成鋼旺蒼焦化有限公司、河南濟源金馬焦化有限公司4個廠家的搗固焦?fàn)t裝煤除塵運行情況進(jìn)行考察，采用的工藝可分為燃燒化學(xué)法和集煙凈化物理法兩種，兩種工藝各有其優(yōu)缺點。

2.2攀鋼釩改造前工藝現(xiàn)狀分析

攀鋼煉鐵廠3#、4#焦?fàn)t設(shè)計時采用N+2高壓氨水內(nèi)吸與地面站(焦炭過濾器+袋式除塵器+引風(fēng)機)外導(dǎo)凈化相結(jié)合的裝煤除塵工藝。這項工藝技術(shù)在建設(shè)之時屬于全國第一批實施的新工藝，具有一定的先進(jìn)性，也具有一定的探索性。但由于裝煤煙塵焦油含量高造成系統(tǒng)阻力大，導(dǎo)致吸力不夠，煙塵外溢，難以達(dá)到國家最新版《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求。

2.3工藝選擇

裝煤除塵治理常用的方法有燃燒結(jié)合吸附法、二合一地面站法、雙集氣管法和雙U型導(dǎo)煙管法等。

燃燒結(jié)合吸附法是在消煙車上首先對裝煤煙氣進(jìn)行燃燒以減少煙氣中焦油煙及可燃成分，然后在進(jìn)入除塵器前將煙氣先導(dǎo)入煙氣吸附凈化裝置，對焦油煙進(jìn)行強制吸附凈化，除去未燃燒盡的焦油，吸附填料采用活性塊狀焦炭，并定期對填料進(jìn)行自動更換。該方法優(yōu)點：不僅能有效去除廢氣中所含的塵類污染物，對苯、苯并芘等可燃類有機物也有較好的去除效果，凈化效率高。其缺點：由于消煙車自帶的燃燒室體積有限，存在燃燒不完全的狀況，裝煤煙氣燃燒不完全會導(dǎo)致大量焦油粘結(jié)在布袋上，造成系統(tǒng)阻力偏大，煙氣捕集率大大降低，如加快更換除塵器布袋，則費用大大增加；吸附填料采用活性塊狀焦炭，更換頻繁，勞動強度大，后期吸附效果差。

裝煤與推焦消煙除塵二合一地面站法是在焦?fàn)t爐頂設(shè)置抽煙干管，通過導(dǎo)煙車抽煙管和攔焦車集塵罩，在不同的操作時段將裝煤煙塵與推焦煙塵抽吸到地面站集中處理。這種地面站對煙塵的凈化一般是采用干式吸附過濾方式。該方法優(yōu)點：除塵效率高，避免了“放炮”現(xiàn)象，無廢水產(chǎn)生，投資及運行費用相對較低。其缺點：雖然可以有效地凈化粉塵和焦油霧，但不能清除氣體中的可燃成分和部分有毒氣體，推焦時火星進(jìn)入除塵器常會發(fā)生燒袋事故。

雙集氣管法是在焦?fàn)t爐頂機焦兩側(cè)采用雙集氣管荒煤氣出爐系統(tǒng)。在搗固焦?fàn)t裝煤時，與本炭化室上升管高壓氨水噴灑配合，將裝煤煙塵抽吸入焦?fàn)t的荒煤氣集氣系統(tǒng)。雙集氣管法的優(yōu)點是不需要設(shè)置地面站，也不需要在焦?fàn)t爐頂設(shè)置導(dǎo)煙車或消煙車，使系統(tǒng)大為簡化。但其缺點是由于搗固焦?fàn)t敞開機側(cè)爐門裝煤，即使設(shè)置爐門罩輔助作業(yè)，但仍然不可避免在抽吸裝煤煙塵時吸入大量空氣。位于焦?fàn)t爐頂機側(cè)的上升管與機側(cè)敞開的爐口十分接近，使得大量空氣進(jìn)入荒煤氣，煤氣含氧量超標(biāo)的危險性大大增加，成為焦化廠煤氣凈化系統(tǒng)的安全隱患。

雙U型導(dǎo)煙管裝煤消煙除塵法是采取高壓氨水與炭化室內(nèi)導(dǎo)聯(lián)合治理方案，德國、波蘭和印度等國主張使用U型管導(dǎo)煙管技術(shù)。雙U形導(dǎo)煙管布置在焦?fàn)t中心線的兩側(cè)，機側(cè)U型導(dǎo)煙管連通正裝煤的第N孔炭化室和第N+2孔炭化室，焦側(cè)U型導(dǎo)煙管連通正裝煤的第N孔炭化室和第N-1孔炭化室，導(dǎo)煙孔蓋與座用水密封，通過橋管處高壓氨水噴射產(chǎn)生的抽吸力，分三階段依次將煙氣導(dǎo)入集氣管中。該方法優(yōu)點：U型管導(dǎo)煙系統(tǒng)能最大限度減少炭化室機側(cè)爐門的冒煙冒火現(xiàn)象，安全可靠。其缺點：易使煤氣含氧量過高，造成安全生產(chǎn)隱患；如要取得較好的除塵效果，要求抽煙炭化室上升管根部必須產(chǎn)生較大的吸力，但由于系統(tǒng)泄露等原因可能會造成壓力降低，通常導(dǎo)致使用效果變差，不能達(dá)到現(xiàn)行環(huán)保指標(biāo)要求；此外，高壓氨水噴射使焦油質(zhì)量劣化，蒸氨塔與管道易堵塞，影響化產(chǎn)回收系統(tǒng)正常運行，盡管與頂裝焦?fàn)t相比，搗固焦?fàn)t采用高壓氨水的副作用小于頂裝焦?fàn)t，但并不能完全消除高壓氨水的副作用。[1]

2.4工藝改造分析

另一種方法是在消煙車吸煙套管上部增加了調(diào)節(jié)閥門，裝煤時通過對消煙車吸煙套管的風(fēng)量調(diào)節(jié)使炭化室內(nèi)產(chǎn)生一定的負(fù)壓，既解決了機側(cè)爐門冒煙問題又使裝煤產(chǎn)生的煙氣在炭化室中多通過一段距離，這不僅可以燒掉一部分焦油及粘性物質(zhì)還有利于煙氣在消煙車中燃燒，燃燒效果好壞對地面站能否有效運行有直接的影響。

以上地面站除塵器濾袋都要采用噴涂保護(hù)，噴涂料采用出焦除塵過程中所收集的焦粉，由預(yù)噴涂裝置及單向溢流回噴裝置噴至除塵器濾袋表面上，避免經(jīng)燃燒及吸附凈化處理后的少量焦油等粘性物質(zhì)與濾袋直接接觸。但這種方法在實際上達(dá)不到良好的控制效果，主要是預(yù)噴涂料焦粉的量嚴(yán)重不足，尤其是在焦?fàn)t延長結(jié)焦時間的情況下，如采取外購吸附粉作為預(yù)噴涂料的補充，則額外增加企業(yè)負(fù)擔(dān)，另外濾袋長期使用會被粘結(jié)堵塞而影響使用效果。

最后方案的選擇集中在兩種工藝上：焚燒加洗滌工藝，焚燒加布袋工藝，焚燒工藝兩者一樣，主要差異在洗滌與布袋除塵工藝。兩種方案的運行成本如表1所示。

表1 兩種方案運行成本對比

焚燒加洗滌工藝擁有以下優(yōu)點：

(1)運行費用低，每年節(jié)約運行成本約111萬元，見表1；

(2)投資省與操作簡便，設(shè)計進(jìn)度快，利用熄焦塔對外排廢氣進(jìn)行二次捕霧，外排廢氣高度更高，煙塵自然沉降率更高；

(3)除塵效果與焚燒加布袋除塵相當(dāng)；

(4)同時水洗法能免除燒布袋的風(fēng)險，連帶風(fēng)險小。[2]

但焚燒加洗滌工藝也存在著工程應(yīng)用業(yè)績不是很多；如焚燒不完全，用水洗法會導(dǎo)致冒黃煙等不利因素。

結(jié)合考察情況，對該項目的改進(jìn)方案、投資和成本進(jìn)行了比較，確定3#、4#搗固焦?fàn)t裝煤除塵采取“焚燒+洗滌”的除塵工藝，主要工藝流程如圖1。

圖1 裝煤除塵工藝流程圖

2.5工藝應(yīng)用情況的研究

改造初期效果明顯，但是運行幾個月后發(fā)現(xiàn)仍存在個別問題：

(1)除塵外線管道管徑尺寸、彎頭、三通等局部件的連接方式不合理

在實際生產(chǎn)中，對爐頂機側(cè)除塵管線進(jìn)行吸力測量，測量數(shù)據(jù)為表2所示。

表2 3、4號搗固焦?fàn)t裝煤除塵爐頂吸力

從上表可以看出，4號焦?fàn)t裝煤除塵管道的管徑選擇，彎頭、三通等局部件的連接方式不合理，導(dǎo)致系統(tǒng)阻力損失大。

(2)機側(cè)爐頭吸風(fēng)支管截面太小，與設(shè)計風(fēng)量不匹配

吸風(fēng)支管截面尺寸約600×600，只有0.36m2，吸風(fēng)面積嚴(yán)重不足，如按照10萬m3/h的除塵風(fēng)量計算，風(fēng)管內(nèi)風(fēng)速為77m/s，阻力損失為3800Pa，而且有插板閥后阻力損失會更大，這顯然是不合理的。導(dǎo)致機側(cè)爐頭處冒煙嚴(yán)重。

(3)除塵風(fēng)機運行偏離設(shè)計工況

除塵風(fēng)機設(shè)計風(fēng)量為20萬m3/h，攀鋼勞研所的實測數(shù)據(jù)～12萬m3/h。裝煤過程中，焦?fàn)t機側(cè)煙塵外溢，區(qū)域作業(yè)環(huán)境惡劣。

(4)焚燒爐結(jié)構(gòu)不合理

焦油是一種高芳香度的碳?xì)浠衔锏膹?fù)雜混合物，燃點460℃-630℃；苯并芘是一種強致癌物，高熱可燃，同時釋放出有毒氣體。焚燒過程中爐膛溫度不足，只有480℃。改造過程中爐膛內(nèi)砌筑的蓄熱格子磚嚴(yán)重影響了氣流通道阻力增大。

(5)洗滌塔噴淋效果差，塔體腐蝕嚴(yán)重

洗滌塔下部洗滌段(約6米)腐蝕、磨損嚴(yán)重，局部已經(jīng)磨穿，現(xiàn)采取外部整體包焊的臨時措施；洗滌塔底部穿孔，洗滌水從洗滌塔底部基礎(chǔ)往外溢出，污染周邊環(huán)境。焚燒爐側(cè)部、頂部的鐵殼不同程度燒穿。

經(jīng)測量，焚燒洗滌后的外排煙氣顆粒物含量達(dá)257mg/m3，無法滿足環(huán)保要求。

3 進(jìn)一步優(yōu)化措施

通過對上述存在問題的分析研究，針對性的制定如下對策。

3.1除塵干管改進(jìn)

對洗滌塔至風(fēng)機、風(fēng)機出口至排放口段的除塵管道更換為D2=1.4m管道，提高風(fēng)機進(jìn)出口流通面積：

為解決焚燒爐出口至4號爐電動閥后2個直角彎頭、1個135°彎頭、75°爬坡段、4#爐電動閥處容易淤積焦油粉塵等問題(吸力損失在600pa左右)，將對焚燒爐出口至4號爐除塵管道第一個膨脹節(jié)之間管道進(jìn)行改造，由焚燒爐出口90°彎頭處開孔接管道至第一個膨脹節(jié)前管道，該段新增管道為4號爐拆除后立舊管道，同時4號爐電動閥位置將改為除塵管道直管段閥前后有2.5m距離的位置處。

4號爐除塵管道在煙囪根部直管經(jīng)橫跨焦?fàn)t管進(jìn)入機側(cè)管道至 62#炭化室處吸力損失在600pa，為減少此段1個135°彎頭、2處管道擴大，整體對煙囪根部直管、橫跨焦?fàn)t管向大溝方向進(jìn)行移位，直管段新增管線(D=1.1m、L=20m)，見圖2。

圖2 干管改進(jìn)示意圖

3.2風(fēng)機改造

根據(jù)裝煤煙氣產(chǎn)生量及焚燒爐煙氣處理量，通過核算，將現(xiàn)除塵風(fēng)機處理量由120000m3/h改為190000m3/h。

3.3焚燒爐改進(jìn)

裝煤除塵原設(shè)計焚燒爐出現(xiàn)隔墻磚垮塌、蓄熱能力不足，導(dǎo)致裝煤煙氣在焚燒爐內(nèi)燃燒不充分，嚴(yán)重影響裝煤除塵的效果。2015年初對焚燒爐內(nèi)部進(jìn)行重新砌筑，并在內(nèi)部用七孔格子磚砌筑了3組蓄熱體，同時在焚燒爐頂增加煤氣燒嘴。改造后，焚燒爐滿足單邊裝煤煙氣焚燒，裝煤前爐溫最高為800℃左右，裝煤結(jié)束后爐溫降至450℃左右，熄焦塔頂部排放口為白色煙氣；當(dāng)兩座焦?fàn)t同時進(jìn)行生產(chǎn)錯開裝煤時焚燒爐降溫幅度為270～300℃/min,升溫速率在180～200℃/min，最低溫度在300℃左右，熄焦塔頂部排放口有少量淡黃色煙氣。[2]

3.4洗滌塔及噴頭改進(jìn)

洗滌塔系統(tǒng)，根據(jù)洗滌系統(tǒng)水質(zhì)組成和煙氣溫度，重新核算設(shè)計塔體為304復(fù)合板，同時根據(jù)洗滌冷卻效果，重新設(shè)計噴淋裝置，在煙氣正對塔壁處增加不銹鋼保護(hù)層和噴灑水幕，底部斜板腔體內(nèi)澆筑水泥，并留排空管至熄焦池等。

洗滌塔重新制作更換，采用14mm的Q235鋼板，內(nèi)部貼襯2mm厚254SMo；將下部空心結(jié)構(gòu)用耐高溫快速凝固水泥進(jìn)行澆筑，防止底板磨穿后洗滌水泄漏。

原設(shè)計的噴頭為螺旋出水，極易堵塞，改進(jìn)為取消螺旋，在出水口焊接分水板。

3.5集塵口捕集效果改進(jìn)

導(dǎo)煙車設(shè)計功能為：1.爐頂自動清掃；2.相鄰碳化室導(dǎo)煙；3、高低壓氨水切換；4.用油缸開啟爐頂除塵翻板對接套筒捕集口。生產(chǎn)過程中爐頂自動清掃故障頻繁；N+2卡爪頻繁被焦油粘死。綜合考慮，將導(dǎo)煙車停用，爐頂除塵翻板封閉，高低壓氨水切換交由上升管工手動操作完成，捕集口管道增加翻板并單個與除塵主管連通，在推焦車取門臺車上部增加捕集口翻板開關(guān)油缸，實現(xiàn)推焦車取門臺車上部油缸開關(guān)出爐號插板閥功能。[3]

利用廢舊的托煤底板設(shè)計炭化室清掃石墨裝置，保證了炭化室有效的空間高度，改善了裝煤除塵效果。

4 新工藝效果

4.1爐頂吸力穩(wěn)固提高

通過采取以上措施后，4號爐裝煤效果有較大改善，3號爐裝煤效果也有穩(wěn)步提高。表3為改造前后爐頂吸力測量對比。

表3 3、4號搗固焦?fàn)t裝煤除塵爐頂吸力測量數(shù)據(jù)表

4.2改善現(xiàn)場環(huán)境

2015年9月29日通過市環(huán)保局環(huán)境測評驗收，現(xiàn)場操作環(huán)境得到改善。

4.3洗滌塔無穿孔、竄漏發(fā)生

洗滌塔改用新型材質(zhì)、改結(jié)構(gòu)噴頭后，塔體內(nèi)部噴灑效果良好，無噴頭堵塞情況發(fā)生，同時塔體完整，投用1年來未出現(xiàn)洗滌塔穿孔、銹蝕、竄漏的現(xiàn)象。

4.4焚燒爐內(nèi)蓄熱能力提高

通過焚燒爐內(nèi)支模砌筑3堵7孔耐火硅磚墻體，有效提高了爐內(nèi)蓄熱能力，溫度要求完全滿足單座焦?fàn)t生產(chǎn)，基本滿足雙邊錯開生產(chǎn)，裝煤前后爐內(nèi)熱量散失較少，有效控制燃燒溫度在600℃以上，優(yōu)化前后焚燒爐內(nèi)蓄熱磚溫度波動見圖3。

5 結(jié)論

本次搗固焦?fàn)t裝煤除塵工藝研究與實施取得了以下成績：

圖3 優(yōu)化焚燒爐內(nèi)蓄熱磚前后溫度對比圖

(1)污染物排放指標(biāo)達(dá)標(biāo)，尤其是苯并芘穩(wěn)定達(dá)標(biāo)；

(2)提高焦油的去除率；

(3)提高除塵系統(tǒng)穩(wěn)定性。