安鋼7 m焦?fàn)t出焦煙塵的綜合治理

李鈞 劉運(yùn)龍

(1.中鋼集團(tuán)天澄環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?武漢 430205； 2.安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司 河南安陽(yáng) 455000)

0 引言

國(guó)務(wù)院2018年6月27日下發(fā)的《關(guān)于打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃的通知》要求“深化工業(yè)污染治理，推動(dòng)實(shí)施鋼鐵等行業(yè)超低排放改造”。全國(guó)有焦?fàn)t2 000多座，焦?fàn)t煙塵治理勢(shì)在必行。因此，以安鋼焦化6 m，7 m焦?fàn)t無(wú)組織逸散煙塵收集處理裝置——7 m焦?fàn)t機(jī)側(cè)地面除塵站工程項(xiàng)目為例，對(duì)焦?fàn)t的除塵改造進(jìn)行了研究，解決了焦化廠兩座7 m焦?fàn)t在推焦過程中焦?fàn)t機(jī)側(cè)和焦側(cè)爐頭產(chǎn)生大量含焦油、粉塵等有害物質(zhì)的問題。研究結(jié)果可為類似工程案例提供切實(shí)可行的治理思路和實(shí)施方案。

1 安鋼7 m焦?fàn)t煙氣治理工程概況

JNX70-2型焦?fàn)t爐體的主要參數(shù)見表1。安鋼焦化7 m焦?fàn)t炭化室高6.98 m，頂裝煤焦?fàn)t，已建設(shè)出焦地面除塵站、裝煤地面除塵站及機(jī)側(cè)車載除塵設(shè)施。焦?fàn)t機(jī)側(cè)建設(shè)相應(yīng)配套的收集處理風(fēng)量300 000 m3/h的除塵裝置。裝置采用焦側(cè)和機(jī)側(cè)煙塵源頭收集+布袋除塵工藝，焦側(cè)煙塵源頭收集系統(tǒng)采用移動(dòng)集塵罩+集塵主管方式；機(jī)側(cè)煙塵源頭收集系統(tǒng)采用車輛移動(dòng)集塵罩+密封水槽集塵管道方式，出焦除塵的集塵總管道與機(jī)側(cè)地面除塵站連接，實(shí)現(xiàn)事故狀態(tài)下的備用。裝置主要內(nèi)容：機(jī)側(cè)爐頭煙塵收集及輸送系統(tǒng)、焦側(cè)爐頭煙塵收集及輸送系統(tǒng)、與出焦除塵的連接管網(wǎng)系統(tǒng)、布袋除塵凈化系統(tǒng)、能源動(dòng)力介質(zhì)系統(tǒng)；相應(yīng)的供配電、自動(dòng)化控制、通信設(shè)施等，建設(shè)區(qū)域內(nèi)配套適應(yīng)性改造設(shè)施；區(qū)域內(nèi)的道路，硬化給排水，消防、安全、環(huán)保、衛(wèi)生、照明設(shè)施及綜合管網(wǎng)等。

表1 JNX70-2型焦?fàn)t爐體的主要參數(shù)

項(xiàng)目所在地年平均溫度13.6 ℃，極端最高溫度41.7 ℃，極端最低溫度-21.7 ℃，年平均大氣壓100.75 kPa。抗震設(shè)防烈度8度(第一組),設(shè)計(jì)基本地震加速度值0.20g。

安鋼能源及公輔條件為：電源HV3相 10 kV±7% 50 Hz；LV 3相 380 V 50 Hz±0.5 Hz(4線)；單相220 V 50 Hz；蒸汽壓力 0.4～0.6 MPa；生產(chǎn)水、消防水供水壓力0.4～0.5 MPa；生活水供水壓力0.2 MPa；氮?dú)鈮毫?.4～0.6 MPa，純度99.99%；壓縮空氣壓力0.4～0.6 MPa。

2 焦?fàn)t煙塵綜合治理除塵方案的選擇

早在20世紀(jì)60年代，發(fā)達(dá)國(guó)家就開始著手對(duì)焦?fàn)t煙塵的治理進(jìn)行研究。我國(guó)20世紀(jì)70年代開始在焦?fàn)t除塵方面也進(jìn)行了一些初步嘗試，20世紀(jì)80年代寶鋼引進(jìn)日本6 m焦?fàn)t以及焦?fàn)t攔焦、裝煤治理技術(shù)，使我國(guó)焦?fàn)t煙塵治理有了成功的實(shí)例；20世紀(jì)90年代首鋼消化德國(guó)攔焦除塵技術(shù)，將國(guó)內(nèi)焦?fàn)t煙塵治理提高到新的水平。隨著治理技術(shù)的日趨完善和成熟，成功應(yīng)用的實(shí)例逐漸增多，焦?fàn)t煙塵的治理從2000年起在國(guó)內(nèi)全面展開[1]。

焦?fàn)t煙塵分為焦側(cè)煙塵和機(jī)側(cè)煙塵兩大部分，煙塵治理也分為相應(yīng)的兩大部分。改造前，該焦?fàn)t機(jī)側(cè)使用的是車載除塵，風(fēng)量80 000 m3/h，車載除塵器風(fēng)量較小，除塵器由于長(zhǎng)期焦油的附著，阻力增加，除塵效果不好，焦?fàn)t煙塵時(shí)有彌漫現(xiàn)象。焦側(cè)使用的是攔焦車對(duì)接翻板閥的方式除塵，翻板閥只有在攔焦車對(duì)位時(shí)才能打開，其他時(shí)間焦側(cè)的煙氣無(wú)法捕集，有煙氣外逸，造成環(huán)境的污染。

焦?fàn)t煙氣的治理關(guān)鍵是收集和氣體輸送。

焦?fàn)t煙塵的收集方式通常有固定罩方式和移動(dòng)罩方式。①固定罩方式是在焦?fàn)t的爐門上方設(shè)置除塵罩，每個(gè)罩子有一個(gè)切換閥，推一次焦同時(shí)打開5～7個(gè)切換閥，此種方法減少占地，除塵罩緊挨塵源點(diǎn)，捕集位置較好，但是切換閥容易卡死，影響除塵效果；②移動(dòng)罩方式將除塵罩放置在推焦車或攔焦車上，跟隨推焦車或攔焦車一起運(yùn)動(dòng)，此種方法除塵風(fēng)量較為集中，除塵效果較好，但是占地較大，對(duì)日常的維護(hù)檢修會(huì)有一些影響。

焦?fàn)t煙塵導(dǎo)通輸送通常有對(duì)接閥式、皮帶小車和密封水槽等方式。①對(duì)接閥式是在焦?fàn)t的一側(cè)平行設(shè)一條除塵干管，在干管上開若干個(gè)“窗戶”，每個(gè)“窗戶”上設(shè)一個(gè)翻板閥，出焦時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)推開相應(yīng)的翻板，將除塵罩與除塵干管的煙氣連通，此方法對(duì)位準(zhǔn)確，技術(shù)較成熟，但是漏風(fēng)較大，只在對(duì)位時(shí)才能除塵；②皮帶小車是在機(jī)側(cè)第2軌附近，平行于第2軌設(shè)置一條通風(fēng)槽，通風(fēng)槽上面有臺(tái)除塵小車可以來(lái)回行走，推焦車上的除塵管道通過除塵小車與通風(fēng)槽相連，將收集的粉塵輸送至地面站凈化，此方法除塵風(fēng)量較為集中，除塵效果較好，但是環(huán)保小車與通風(fēng)槽相連處漏風(fēng)較大；③密封水槽是在機(jī)側(cè)第2軌附近，平行于第2軌設(shè)置一條水封槽，水封槽有氣道和風(fēng)道，水道有U型管道將推焦車上的塵輸送到水封槽的氣道，再輸送至地面站凈化，此方法除塵風(fēng)量較為集中，除塵效果較好，使用水封式，漏風(fēng)大大降低，但占地面積較大，水氣易造成除塵灰的板結(jié)。

從以上分析可知，機(jī)側(cè)改造前沒有除塵，場(chǎng)地比較空曠，選用密封水槽；焦側(cè)原有出焦地面除塵站，位置較緊張，因地制宜采用皮帶通風(fēng)槽。

機(jī)側(cè)爐頭煙采用機(jī)側(cè)移動(dòng)車載除塵罩、密封水槽除塵管道，進(jìn)入新建除塵地面站；焦側(cè)爐頭煙采用車載除塵罩、皮帶小車和固定除塵干管(通風(fēng)槽)，進(jìn)入新建除塵地面站；新建除塵地面站采用袋式除塵器處理煙氣，集中布置、PLC集中控制，車載除塵罩控制系統(tǒng)采用無(wú)線信號(hào)傳輸方式操控。

綜上，采用的工藝主要為:焦?fàn)t機(jī)側(cè)摘爐門、推焦和尾焦的爐頭煙塵→車載除塵大罩→進(jìn)煙管道→水密封型除塵干管→阻火器→氣力輸灰預(yù)噴涂→長(zhǎng)袋低壓脈沖袋式除塵器→出煙管→引風(fēng)機(jī)→煙囪；焦?fàn)t焦側(cè)摘爐門、出焦的爐頭煙→車載除塵大罩→移動(dòng)通風(fēng)槽除塵干管→并入機(jī)側(cè)袋式除塵系統(tǒng)。

3 焦?fàn)t焦側(cè)煙塵治理方案實(shí)施

焦側(cè)爐頭煙氣捕集系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括改造原有的攔焦車上的除塵管道，在攔焦車的第3軌旁設(shè)置一條固定除塵干管(通風(fēng)槽)，攔焦車上設(shè)置捕集罩及象鼻彎似的抽風(fēng)管道，象鼻彎管道一端連接捕塵罩，另一端放置在固定除塵干管(通風(fēng)槽)的上部，通風(fēng)槽的頂部用П型皮帶密封，通過移動(dòng)收集罩與新增設(shè)在攔焦車的象鼻彎管道、固定除塵干管，將收集的粉塵輸送至地面除塵站，凈化后從煙囪排除。象鼻彎管道可隨著攔焦車移動(dòng)，且不增加崗位工人的操作程序，提高了系統(tǒng)作業(yè)率。

3.1 固定除塵干管(通風(fēng)槽)

在焦側(cè)第3軌的旁邊，出焦除塵干管的支架上面鋪設(shè)一條矩形通風(fēng)槽。

通風(fēng)槽的斷面尺寸1 800 mm×700 mm，處理風(fēng)量100 000 m3/h，槽內(nèi)風(fēng)速22 m/s。右邊部分穿過原除塵干管支架的柱子，左邊通風(fēng)槽的頂部，留出600 mm寬的空檔，便于鋪設(shè)П型密封皮帶。

3.2 П型密封皮帶裝置

П型密封皮帶裝置如圖1所示。在移動(dòng)通風(fēng)槽的上面，用4個(gè)托輥組，將覆蓋皮帶撐開成П字型，便于移動(dòng)除塵風(fēng)管與通風(fēng)槽內(nèi)的煙氣連通。皮帶的一邊用彈簧預(yù)緊力拉緊，一邊用配重拉緊。

1—配重；2—密封皮帶；3—托輥組；4—通風(fēng)槽；5—皮帶固定板；6—拉緊裝置

3.3 攔焦車捕集罩系統(tǒng)

攔焦車機(jī)側(cè)除塵斷面如圖2所示。在焦側(cè)距爐門框上方，不影響啟閉爐門的位置，設(shè)置焦側(cè)爐門集塵小吸口，每一爐門對(duì)應(yīng)一個(gè)。每臺(tái)車上設(shè)置一個(gè)移動(dòng)除塵罩(捕集范圍是7個(gè)爐門)，象鼻彎管道一端與此除塵罩連接，另一端與通風(fēng)槽連通，П型皮帶的4個(gè)托輥組在此風(fēng)管上固定。

1—裝煤車；2—焦側(cè)除塵罩；3—象鼻彎管；4—通風(fēng)槽

通過爐門上的小吸口，將爐頭煙導(dǎo)入移動(dòng)捕集罩內(nèi)，攔焦車在攔焦時(shí)出焦地面站捕集不了的煙氣，和從出焦?fàn)t門附近爐門返出來(lái)的煙氣，全部被攔截到移動(dòng)捕集罩內(nèi)，有效地捕集了整個(gè)攔焦車的煙氣，減少外逸。在集塵罩適當(dāng)位置設(shè)置檢修門，人通過門可以進(jìn)入罩體內(nèi)部進(jìn)行檢修操作。

在主管道上設(shè)置防爆口，當(dāng)管道內(nèi)部壓力突然增大時(shí)，將被彈開，釋放壓力，保護(hù)設(shè)備。

3.4 除塵管道

焦側(cè)爐頭煙工藝管道從焦側(cè)爐端臺(tái)處引出，管道直徑1 300 mm，與機(jī)側(cè)除塵管道在到達(dá)地面站之前匯合，每根管道上設(shè)置可調(diào)式電動(dòng)切換閥，方便除塵系統(tǒng)調(diào)節(jié)。

3.5 電氣及控制

在每臺(tái)攔焦車上的象鼻彎管合適的地方，設(shè)置一個(gè)管道電動(dòng)切換閥和一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)操作箱，從攔焦車上取電?，F(xiàn)場(chǎng)操作箱中設(shè)置手動(dòng)/自動(dòng)切換旋鈕；攔焦車管道切換閥門開閥/關(guān)閥按鈕，開到位/關(guān)到位指示燈。取攔焦車“允許行走信號(hào)消失”信號(hào)，打開管道電動(dòng)切換閥；取“允許行走”信號(hào)延時(shí)5 min，關(guān)閉管道電動(dòng)切換閥。

4 機(jī)側(cè)密封水槽式除塵系統(tǒng)

4.1 推焦車車載除塵罩系統(tǒng)

推焦車捕集罩分為3個(gè)部分：主吸塵罩、左吸塵罩和右吸塵罩，見圖3、圖4。

圖3 機(jī)側(cè)除塵立面圖

1—右吸口；2—主吸口；3—左吸口；4—小爐門吸口；5—除塵管道

主吸塵罩對(duì)著推焦車的主要產(chǎn)塵點(diǎn)，捕集在摘、裝爐門時(shí)產(chǎn)生的煙塵；左吸塵罩捕集平煤時(shí)產(chǎn)生的煙塵；右吸塵罩捕集清爐門裝置產(chǎn)生的煙塵。推焦車集塵罩設(shè)置為一個(gè)整體的箱式結(jié)構(gòu)，該罩子根據(jù)推焦車摘、裝爐門及推焦工作情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。每臺(tái)推焦車設(shè)置1套切換閥門，采用液壓控制閥門，起到系統(tǒng)切換運(yùn)行。此外，車體兩側(cè)在不遮擋操作視線和檢修位置處設(shè)置擋風(fēng)墻板，減少橫向風(fēng)干擾。爐口煙罩采用碳鋼材質(zhì)制作(δ6)，離爐體近的部位用不銹鋼(δ6)，以防高溫變形。爐口煙罩頂部設(shè)置不影響人員的檢修及使用，爐門罩的側(cè)面設(shè)置考慮操作人員檢修及行走空間。

在推焦車爐門前端設(shè)置集塵大罩、爐柱間設(shè)煙氣折流板。兩者形成密封空間，防止煙塵外逸，并減少上部及兩側(cè)空氣進(jìn)入除塵系統(tǒng)，上部集塵罩設(shè)置不影響人員的檢修及使用。在集塵罩適當(dāng)位置設(shè)置檢修門，人通過門可進(jìn)入罩體內(nèi)部進(jìn)行檢修操作。

在主管道上設(shè)置防爆口，當(dāng)管道內(nèi)部壓力突然增大時(shí)，將被彈開，釋放壓力，保護(hù)設(shè)備。

推焦車改造過程及改造后不能影響正常的行車、出焦及檢修。

4.2 密封水槽和U型管

水封槽是由鋼結(jié)構(gòu)焊接而成的槽體，設(shè)置在地面，整個(gè)槽體一部分為水槽，另一部分為氣路通道，見圖5。兩座焦?fàn)t共同使用一條水封除塵管道，分段制作安裝。水槽部分是一個(gè)連續(xù)的整體，保證兩臺(tái)推焦車能夠正常使用，水封槽支架與水槽主體采用輥輪支撐結(jié)構(gòu)，可橫向和縱向自由伸縮，保證管道不受熱膨脹等因素的影響。

圖5 密封水槽斷面(單位：mm)

水封槽設(shè)置高度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定，方便人員通過。在水封槽的兩端設(shè)檢修位，檢修位處中間密封板設(shè)計(jì)，可拆卸式結(jié)構(gòu)，方便對(duì)U型管進(jìn)行檢修更換。水封槽末端設(shè)置平衡翻板閥，用以控制水封槽內(nèi)負(fù)壓，保護(hù)水槽。為防止水封槽底部粉塵淤積，水封槽底部設(shè)置排淤斗，U型管上設(shè)置清掃裝置，隨著U型管移動(dòng)，底部淤積粉塵清掃至排淤斗，定期進(jìn)行排污，防止水槽底部形成淤泥堵塞。水封槽內(nèi)部設(shè)置水封室和氣路通道，水封室保證煙塵在工作高度水位時(shí)無(wú)泄漏發(fā)生。水封槽設(shè)計(jì)需確保在推焦機(jī)走行造成浪涌作用時(shí)不能有水溢出進(jìn)入U(xiǎn)型管。水封槽內(nèi)空間設(shè)計(jì)要合理，嚴(yán)禁出現(xiàn)水封水被吸入布袋倉(cāng)的現(xiàn)象；水槽頂部有排雨水功能。

水封槽具有自排水功能，兩端設(shè)有水位檢測(cè)裝置。水封槽給排水管道設(shè)置手動(dòng)截止閥，方便檢修。水體接觸面采用重防腐保護(hù)。水封槽整體考慮防腐蝕、防凍和水汽等影響布袋除塵效率的問題。

水封槽體采用碳鋼材質(zhì)制作，水封槽內(nèi)與煙塵接觸到的面板厚6 mm，水封槽水側(cè)底板采用10 mm鋼板，水側(cè)立板采用8 mm鋼板制作。

U型管采用不銹鋼材質(zhì)制作，并在其內(nèi)部設(shè)置導(dǎo)流措施；另外，為減小U型管在水中的阻力，U型管兩端設(shè)置為楔形結(jié)構(gòu)。

5 布袋除塵地面站建設(shè)方案實(shí)施

新建除塵地面站有布袋除塵器、風(fēng)機(jī)、電機(jī)、阻火器、預(yù)噴涂倉(cāng)和氣力輸灰等設(shè)備組成，地面站有關(guān)參數(shù)如表2所示。阻火器可以防止煙氣中的火星和焦油燒毀布袋；對(duì)除塵器的布袋進(jìn)行預(yù)噴涂，可有效地防止焦油糊袋，起到降低系統(tǒng)阻力、延長(zhǎng)濾袋使用壽命的作用。系統(tǒng)風(fēng)量為30萬(wàn)m3/h，其中焦側(cè)除塵風(fēng)量10萬(wàn)m3/h，機(jī)側(cè)除塵風(fēng)量20萬(wàn)m3/h。

表2 地面站有關(guān)參數(shù)

6 焦?fàn)t煙塵控制系統(tǒng)方案實(shí)施

6.1 高壓風(fēng)機(jī)調(diào)頻控制

一段速控制(檢修狀態(tài))：當(dāng)焦?fàn)t處于檢修狀態(tài)時(shí)，即旁通閥打開，機(jī)側(cè)總管閥門、焦側(cè)總管閥門關(guān)閉。頻率5～15 Hz可以設(shè)置。

二段速控制：焦?fàn)t正常生產(chǎn)狀況下，推焦車完成推焦、平煤，頻率20～25 Hz可以設(shè)置。

三段速控制：焦?fàn)t正常生產(chǎn)狀況下，一臺(tái)推焦車和一臺(tái)攔焦車運(yùn)行，頻率35～40 Hz可以設(shè)置。

四段速控制：焦?fàn)t非正常生產(chǎn)狀態(tài)下(趕爐狀態(tài))，兩臺(tái)推焦車和兩臺(tái)攔焦車同時(shí)運(yùn)行，頻率45～50 Hz可以設(shè)置。

6.2 風(fēng)機(jī)的高低速運(yùn)轉(zhuǎn)

由于存在平煤不推焦，推焦不平煤的工作狀態(tài)，為了保證在這兩種工況下都能啟高速，設(shè)置采集兩個(gè)信號(hào)，即平煤取一個(gè)信號(hào)，推焦取一個(gè)信號(hào)。任何一個(gè)信號(hào)發(fā)出風(fēng)機(jī)即啟高速；當(dāng)推焦車允許行走信號(hào)開始風(fēng)機(jī)降為低速。

在事故狀態(tài)時(shí)，風(fēng)機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)儀表信號(hào)實(shí)際值高于設(shè)置的上限值或低于設(shè)置的下限值，符合停機(jī)聯(lián)鎖條件，高壓風(fēng)機(jī)自動(dòng)停機(jī)。

7 結(jié)語(yǔ)

安鋼7 m焦?fàn)t除塵項(xiàng)目采用了焦?fàn)t機(jī)側(cè)多點(diǎn)集中吸塵罩移動(dòng)捕集+密封水槽技術(shù)和焦側(cè)單點(diǎn)吸塵罩移動(dòng)捕集+皮帶通風(fēng)槽技術(shù)。自2019年9月30日建成投運(yùn)至今，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，煙氣捕集率達(dá)到90%，除塵效率99%，煙囪排放質(zhì)量濃度小于10 mg/m3，煙氣捕集效果、設(shè)備運(yùn)行控制參數(shù)、煙囪排放指標(biāo)均達(dá)到了技術(shù)協(xié)議要求和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，解決了焦?fàn)t推焦過程中焦?fàn)t機(jī)側(cè)和焦?fàn)t爐頭產(chǎn)生的大量含焦油、粉塵等有害物質(zhì)的煙塵逸散的問題，為焦?fàn)t實(shí)施爐體加罩封閉提供了較好的條件，具有明顯的社會(huì)效益，值得大力推廣。