焦爐爐體加罩封閉技術(shù)改造方案分析

王愛霞

晉城鳳泰礦建工程有限責任公司，山西 晉城 048007

1 前言

為切實落實大氣、水污染防治行動計劃，強力推進污染治理，有效改善區(qū)域環(huán)境質(zhì)量，根據(jù)國家、省有關(guān)法律法規(guī)、標準及臨汾市大氣污染防治行動指揮部辦公室的要求，結(jié)合項目實際情況［1］，對焦爐無組織排放進行深度治理，按照政府下達的時間提前完成整治任務(wù)，確保污染物排放到達《臨汾市2019年鋼鐵、焦化行業(yè)深度減排實施方案》規(guī)定。

2 超低排放政策與要求

焦爐生產(chǎn)過程中無組織面源產(chǎn)生的主要有害物質(zhì)有煙塵、BaP、SO2、CO、NOX、CmHn、NH3［2］，污染物排放點位主要有：裝煤過程中，由于密封問題有煙氣從上升管、裝煤側(cè)、爐門等處逸散；推焦過程中，有煙氣從攔焦車、上升管子和熄焦車等處排放；煉焦過程中，焦爐本體、裝煤側(cè)、爐門及上升管蓋等處泄漏［3-4］。

臨汾市《關(guān)于環(huán)保部約談暨全市環(huán)保突出問題整改工作實施方案》，要求焦爐治理設(shè)施實施提檔升級，達到《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標準》中表2.2超低特別排放限值的規(guī)定。

（1）車間、生產(chǎn)設(shè)施的排氣筒（有組織排放）

表1 污染物特別排放限值 mg/m3

（2）焦爐爐頂（無組織排放）、企業(yè)邊界

表2 焦爐爐頂及企業(yè)邊界大氣污染物濃度限值 mg/m3

（3）臨汾市大氣污染防治行動指揮部辦公室關(guān)于印發(fā)《臨汾市2019年鋼鐵、焦化行業(yè)深度減排實施方案》的通知（臨氣指辦發(fā)〔2019〕35號）要求：19年10月底前焦化企業(yè)需要全面達到無組織排放源周邊1m處，顆粒物小于5mg/m3。

本次改造主要是為了落實《山西省打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)2019年行動計劃》的通知要求。綜上，本次方案污染物排放要求為：焦爐周邊1m處，排放顆粒物小于5mg/m3，經(jīng)收集處理后的顆粒物有組織排放應(yīng)小于10mg/m3。

3 改造方案分析

3.1 無梁拱棚頂改造方案

無梁拱頂棚也就是拱形波紋鋼屋蓋，其主要特點有：

（1）無梁無檁、結(jié)構(gòu)無支撐、空間可以很開闊、跨度可達8～36m；

（2）結(jié)構(gòu)造價低、投資少；

（3）設(shè)計、施工周期都很短（1萬m2頂棚施工周期僅需25d左右）；

（4）整體結(jié)構(gòu)科學(xué)、合理，抗風(fēng)、抗震性能良好；

（5）自重輕，對原有的基礎(chǔ)影響小，適合改造項目；

（6）造型美觀，色彩豐富，形式多樣；

（7）屋面集保溫、隔熱、通風(fēng)、采光于一體；

（8）外觀美，堅固耐用，使用年限長；

（9）彩色鍍鋅鋼板，機械鎖邊鏈接；

（10）這種結(jié)構(gòu)拼接時是內(nèi)扣連接的，自然防水。

本次方案焦側(cè)跨度10500mm，凈高15000mm；機側(cè)跨度23500mm；凈高10400mm。無梁拱的起拱高度和鋼絲束應(yīng)進行強度和穩(wěn)定性計算。

圖1 無梁拱頂棚改造方案示意圖（單位：mm）

3.2 網(wǎng)架頂棚改造方案

網(wǎng)架是一種空間結(jié)構(gòu)，由多根桿件依一定的網(wǎng)格形式的空間結(jié)構(gòu)。工業(yè)上可用作雙向大柱距車間等建筑的屋蓋。

（1）桿件相互作用形成一個整體性非常好的結(jié)構(gòu)，其空間剛度大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；

（2）通過軸力傳遞桿件荷載，材料強度可以充分利用，因此其自重較輕。比混凝土輕70%～80%；比鋼結(jié)構(gòu)輕20%～50%；

（3）抗震性能好。其自重輕、鋼材延性好，因此地震時產(chǎn)生的地震力小，其空間剛度大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；

（4）構(gòu)件高度小，能減小建筑物的總高度，大跨度的結(jié)構(gòu)更為明顯。網(wǎng)架高跨比僅為1/14～1/20（普通鋼構(gòu)件的高跨比通常為1/8～1/10）。

（5）建造速度快。由于網(wǎng)架桿件的材料、尺寸是相同的，因此可在工廠批量生產(chǎn)。由于不受現(xiàn)場施工環(huán)境影響，其質(zhì)量好、效率高、可大大縮短工期。

（6）結(jié)構(gòu)輕巧。形狀多樣，造型美觀大方。

（7）其缺點是匯交于節(jié)點上的桿件數(shù)量較多，其制作安裝較平面結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

（8）對于網(wǎng)架設(shè)計和制作不需要預(yù)起拱，網(wǎng)架的初始幾何缺陷（安裝誤差），對一些對整體穩(wěn)定敏感的網(wǎng)架（殼）來說是很致命的一個因素。

本次方案焦側(cè)跨度10500mm，凈高15000mm；機側(cè)跨度23500mm；凈高10400mm。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的桿件截面設(shè)計應(yīng)根據(jù)根強度和穩(wěn)定性計算確定。

圖2 網(wǎng)架頂棚改造方案示意圖（單位：mm）

3.3 兩種方案對比

這兩種方案在工藝安全上都是可行的，無梁拱棚頂改造方案和網(wǎng)架棚頂改造方案相比：

（1）無梁拱棚頂改造方案比網(wǎng)架棚頂改造方案的投資更少；

（2）無梁拱棚頂改造方案比網(wǎng)架棚頂改造方案的工期更短；

（3）網(wǎng)架棚頂改造方案比無梁拱棚頂改造方案結(jié)構(gòu)剛度大、穩(wěn)定性好。

4 方案設(shè)計注意事項

4.1 荷載取值

恒荷載：根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸及材料重度按實際計算取值。

活荷載：初步可考慮按照不上人屋面考慮活荷載，取值為0.5kN/m2（當使用荷載較大或情況特殊時，按實際情況取值）

特殊情況：

（1）由于本次方案焦爐周圍溫度較高，因此在設(shè)計過程中要考慮由于溫度影響，可能發(fā)生的局部存在應(yīng)力集中的情況（比如考慮雪荷載時，應(yīng)當分析由于頂棚跨度較大，靠近焦爐區(qū)域的積雪融化速度快，遠離焦爐區(qū)域積雪融化速度慢，就會在頂棚上出現(xiàn)不均勻的雪載荷的情況）

（2）由于本次方案焦爐無組織深度治理項目主要對機、焦兩側(cè)頂部進行加罩，四周不做封閉處理，因此考慮風(fēng)載荷時，要注意形成風(fēng)洞的影響。

4.2 基礎(chǔ)設(shè)計

對于在原有結(jié)構(gòu)上生根的部位，應(yīng)當對原有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和承載能力進行校核；根據(jù)現(xiàn)場實際情況無法借助原有結(jié)構(gòu)或者原有結(jié)構(gòu)影響較大影響原有結(jié)構(gòu)安全的部位，應(yīng)當單獨設(shè)置基礎(chǔ)（比如機側(cè)外圍立柱，可在推焦裝煤車尾部滑線外側(cè)設(shè)置獨立基礎(chǔ)）

4.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)當注意以下內(nèi)容：

（1）屋蓋靠近焦爐部分采用爐柱做支撐，遠離焦爐部分新做鋼柱支撐。

（2）考慮到焦爐焦側(cè)溫度較高，所以方案中考慮加高頂棚高度，在實際計算是應(yīng)當考慮焦側(cè)溫度因素，若不滿足要求，可以采用隔熱措施。

（3）頂棚側(cè)上端圍護采用防風(fēng)抑塵網(wǎng)，其高度應(yīng)在設(shè)計時通過詳細計算確定。

（4）集氣管、荒煤氣、回爐煤氣管必須在設(shè)置在頂棚外部。

5 小結(jié)

本技術(shù)方案對焦爐機、焦兩側(cè)加罩處理提出兩種處理方案：無梁拱棚頂改造方案和網(wǎng)架棚頂改造方案。這兩種方案在工藝安全上都是可行的，兩種方案相比，無梁拱棚頂改造方案的投資更少、工期更短；網(wǎng)架棚頂改造方案結(jié)構(gòu)剛度大、穩(wěn)定性好。該項目實施后，可實現(xiàn)：無組織排放源周邊1m處，顆粒物小于5mg/m3，經(jīng)收集處理后的顆粒物有組織排放小于10mg/m3。該工程是《山西省打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)2019年行動計劃》的通知中的技術(shù)試點工程，這一項目的順利實施將會為山西省焦化行業(yè)4.3m焦爐無組織排放達到特別排放限值提供有效參考，為解決山西省乃至全國焦化行業(yè)環(huán)保問題做出貢獻。