焦化行业的废气污染防治技术

常爱泽

(临汾市环境监测站，山西 临汾 041000)

焦炭是钢铁生产中重要的生产原料，是极为理想的燃料和还原剂。据统计，2017年，我国焦炭产量43 142万t，钢铁企业焦炭使用量占焦炭消费总量的85%左右。虽然近年来焦化行业在产业档次和规模上有大幅提升，但是焦化行业产能过剩、产业布局不合理、化学产品的精细加工不足、能源利用率不高，生产技术水平有待提高，生态保护问题依然十分突出。主要表现在排污环节多、强度高、种类杂、毒性大、无组织排放量大，对区域环境空气的影响十分严重。因此，焦化行业必须配备高效环保设施，加强环境管理，提高清洁方式运输比例，实现全负荷、全时段、全流程污染排放有效管控。

1 炼焦生产工艺与排污环节

1.1 炼焦生产工艺

炼焦化学工业主要生产工艺分为常规焦炉、热回收焦炉、半焦(兰炭)炭化炉三类。其中，常规焦炉指炭化室、燃烧室分设，炼焦煤隔绝空气间接加热干馏成焦炭，并设有煤气净化、化学产品回收利用的生产装置，包括备煤、炼焦、熄焦、焦处理、煤气净化等生产单元。炼焦煤从火(汽)车受煤设施送至煤场(或筒仓)，经破(粉)碎、配煤后，通过顶装或侧装方式装入焦炉炭化室，经高温干馏得到焦炭和焦炉煤气；焦炭经熄焦、破(粉)碎、筛分后送至焦场(或焦槽)；焦炉煤气经净化后回收焦油、硫铵、粗苯等化学产品。

1.2 废气污染源

1.2.1 备煤

炼焦煤受卸、堆取作业、贮存等产生的煤尘；煤料在配煤、破碎及转运过程中产生的煤尘[1]。

1.2.2 炼焦

1) 焦炉烟囱排放的废气，主要污染物有烟尘、SO2、NOx等；焦炉烟气脱硫系统石灰粉仓及消石灰仓产生的含尘废气；2) 装煤、推焦时排放的废气，主要污染物有烟尘、SO2、BaP、氨、H2S、苯等；3) 焦炉炉体泄漏废气，主要污染物有颗粒物、BaP、NH3、H2S等；4) 干熄焦槽顶盖装焦处、干熄焦槽顶部预存放散口、惰性气体循环风机放散口及双叉溜槽、排焦带式输送机落料点等处产生的废气，主要污染物有焦尘、SO2等；5) 湿法熄焦时，炽热焦炭与水接触形成大量的水汽，同时夹带大量污染物，为间歇排放源，主要污染物有焦尘、NH3、H2S、BaP等；6) 活性焦脱硫系统再生气，主要污染物为SO2等。

1.2.3 焦炭贮运

焦炭贮运过程产生的焦尘。

1.2.4 煤气净化

硫铵结晶干燥废气，主要污染物有粉尘、NH3等；粗苯管式炉废气，主要污染物有烟尘、NOx等；脱硫再生塔尾气，主要污染物有H2S、NH3等；焦油贮槽、机械化氨水澄清槽、循环氨水中间槽、苯贮槽、焦油渣及洗脱苯渣排渣处等逸散气体，主要污染物有BaP、NH3、H2S、酚类、氰化氢、非甲烷总烃、苯等。

1.2.5 废水处理站

废水处理站产生含NH3、H2S、VOCs等污染物的废气。

2 污染预防技术

2.1 装煤

为有效控制装煤过程产生的污染物，需保持炭化室压力并采用各种密封技术等，包括装煤车封闭技术(适用于顶装焦炉)、单孔炭化室压力调节技术、高压氨水喷射技术等，其中，高压氨水喷射技术一般与其他技术联合使用[2]。

2.1.1 装煤车封闭技术

装煤车设置双层导套，内外套之间、外套与装煤孔座之间采用特殊的密封结构，防止装煤烟气外溢，将装煤产生的废气抽入焦炉集气系统，无需设置装煤除尘地面站。

2.1.2 单孔炭化室压力调节技术

通过调节炭化室荒煤气进入集气管的流通断面，稳定炭化室压力，减少焦炉生产过程中废气无组织排放，可有效控制焦炉结焦全过程的烟气逸散。

2.1.3 高压氨水喷射技术

在桥管处设置高压氨水喷嘴，装煤时利用高压氨水喷射产生的吸力将装煤烟气吸入集气管。

2.2 炼焦

主要为焦炉低氮燃烧技术，指利用焦炉内部的特殊结构或外部设施，降低焦炉加热强度和温度，达到减少热力型氮氧化物产生量的技术。分段加热、废气循环、控制实际燃烧温度以及将它们相结合的复合技术等都是能降低燃烧废气中NOx含量的有效措施。

2.2.1 分段(多段)加热技术

焦炉燃烧室采用分段(多段)加热的结构设计，空气和煤气在燃烧室分段给入，降低了燃烧强度，可在实现焦炉均匀加热的同时降低氮氧化物生成浓度。

2.2.2 废气循环技术

包括两种情形，一是焦炉燃烧室采用废气循环的结构设计，下降火道内的废气可通过循环孔进入上升火道，降低上升火道内气体燃烧程度，减少氮氧化物产生量，目前常规焦炉均采用该技术；二是将焦炉燃烧后的废气掺入到燃烧用空气中(用风机和管道将焦炉烟道中的废气送回到焦炉废气交换开闭器的空气部)，降低燃烧空气的含氧量，从而控制燃烧强度，降低氮氧化物产生量。

2.2.3 控制实际燃烧温度

焦炉使用高炉煤气或混合煤气加热，燃烧过程中所生成的主要是温度热力型NOx。可通过降低火道温度、改变焦炉煤气组分、降低空气过剩系数、优化焦炉热工制度来降低燃烧温度，从而减少NOx产生量。

2.3 煤气净化

通过压力平衡技术可将各种放散气集中送至负压煤气系统，无废气外排，大幅减少了煤气净化装置挥发性有机物排放量，无需另外设置废气净化系统。

3 废气污染防治技术

3.1 备煤

煤转运站及各落料点、配煤室设微动力除尘器；粉碎机室含尘废气采用脉冲防静电覆膜滤料布袋除尘器，颗粒物排放质量浓度≤10 mg/m3。

3.2 炼焦

1) 装煤。炉顶：煤孔盖采用新型密封结构，装煤后用特制泥浆封闭空隙，可减少90%～95%的烟尘外逸；上升管盖、桥管承插口采用水封装置，可使外逸烟尘减少95%；上升管根部，采用编织耐火绳填塞，特制泥浆封闭，可使外逸烟尘减少90%。炉门：采用弹簧刀边炉门、厚炉门框、大保护板。综合强度大，维护简单，调节方便，可使外逸烟尘量减少90%～95%；装煤烟气采用干式装煤地面站布袋除尘+活性焦脱硫净化工艺，颗粒物排放质量浓度≤10 mg/m3，除尘废气经活性焦脱硫塔脱硫净化；活性焦再生热源采用焦炉烟气脱硝系统催化剂热处理系统高温烟气，解析气送制酸系统；活性焦筛分含尘废气并入地面站除尘管道。

2) 焦炉废气。焦炉燃烧废气脱硫技术应用广泛的主要有干法脱硫、半干法脱硫和湿法脱硫，其中，干法脱硫主要包括脱硫剂喷射法、移动床干法脱硫等；半干法脱硫主要包括旋转喷雾干燥法、循环流化床法；湿法脱硫主要包括石灰(石)石膏法、氨法等。此外，还有新型催化法脱硫技术。脱硝技术应用最广泛的是选择性催化还原法；脱硫脱硝一体化处理技术主要有活性炭/活性焦技术。

活性炭/活性焦脱硫效率高，不产生含硫废弃物。活性炭/活性焦吸附烟气中的二氧化硫，吸附饱和后在解析塔内进行高温加热解析，使吸附在活性炭/活性焦表面的二氧化硫脱离活性炭/活性焦，生成富硫气体，同时，使活性炭/活性焦恢复初始性能后再送回吸附塔循环利用。通过解析生成富硫气体可生成硫酸铵溶液或与煤气净化装置其他生产工序衔接。经脱硫脱硝后，二氧化硫排放质量浓度不大于10 mg/m3，氮氧化物排放质量浓度不大于100 mg/m3，颗粒物排放质量浓度不大于10 mg/m3。活性炭/活性焦脱硫脱硝一体化技术目前已经在安阳钢铁、唐山汇丰、信阳钢铁焦化公司、淮钢焦化、承钢焦化等多家炼焦化学企业运行，效果不错，在线监测数据显示均能达标排放。

3) 推焦。推焦烟气采用干式除尘地面站净化工艺。在出焦机上设置大型吸气罩收集出焦时产生的大量间歇性烟尘，通过烟气转换阀等转换设备使烟尘进入集尘干管，送入阵发性高温烟尘冷却分离阻火器冷却并粗分离后，再经脉冲袋式除尘器净化。颗粒物排放质量浓度≤10 mg/m3。

4) 焦炉机侧炉头烟气。摘炉门、推焦及平煤过程产生的烟气被推焦机上所设的防尘罩捕集后，通过烟气转换阀进入除尘管道送脉冲布袋除尘器净化，颗粒物排放质量浓度≤10 mg/m3。

3.3 熄焦

1) 干熄焦。干熄焦除尘采用袋式除尘地面站技术，干熄焦装入口、循环风机放散气体、预存室放散气体等高温烟气先经冷却分离阻火装置进行冷却、粗分离及明火颗粒的阻断，再与出料及皮带受料点等处烟气混合后进入袋式除尘站，颗粒物排放质量浓度≤10 mg/m3。

2) 湿法熄焦。湿熄焦塔采用双层折流板及水雾捕集装置净化熄焦废气，净化效率≥85%。

3.4 焦炭贮运

临时焦场为密闭式贮焦场，堆取作业在封闭堆场内进行；焦炭转运输送皮带通廊封闭；干熄焦转运站含尘废气采用布袋除尘器净化，颗粒物排放质量浓度≤10 mg/m3。

3.5 煤气净化尾气

脱硫再生塔顶尾气经酸洗、碱洗、水洗后排放；脱硫工序(溶液循环槽、事故槽、硫泡沫槽)各槽的放散气经引风机加压送尾气洗涤塔；机械挂渣槽出渣产生的逸散废气，由文氏管引射产生的负压将逸散气收集并经洗涤塔降温洗萘(采用初冷器下段低温焦油氨水混合液洗涤)后，风机加压送脱硫再生尾气洗净塔净化；粗苯管式炉以净化后的焦炉煤气为燃料，燃烧废气并入焦炉烟气脱硝系统脱硝净化；硫铵振动流化床干燥机排出的尾气经旋风除尘器+带有丝网的洗涤塔净化；制酸吸收塔尾气采用活性焦脱硫脱硝净化；活性焦再生热源采用焦炉烟气脱硝系统催化剂热处理系统高温烟气，解析气送制酸系统。

4 废气无组织排放控制技术

4.1 物料储存与运输系统

煤场采用全封闭煤场或大型筒仓，并配备移动式或固定式喷水抑尘装置；煤场地面硬化；原料场出口配备车轮清洗装置或其他控制措施，运输车辆驶离前须保证车身清洁；炼焦煤、焦炭等大宗物料应采用封闭通廊、管状带式输送机等密闭输送装置；煤和焦炭采用全密闭箱式货车运输，装车过程采取抑尘措施；除尘装置设置密闭灰仓并及时卸灰，卸灰不得直接卸落到地面。在装车过程中采取喷淋(雾)等抑尘措施，除尘灰采用罐车密闭方式运输[3]。

4.2 装煤出焦

采用单孔炭化室压力调节无烟装煤技术；焦炉装煤、出焦除尘系统采用地面除尘站；筛焦楼、贮焦槽及转运站应设置集气罩，并配备除尘设施。

4.3 焦炉炉体

上升管盖、桥管与阀体承插采用水封装置；上升管根部采用铸铁底座，耐火石棉绳填塞，泥浆封闭；焦炉炉门采用弹簧炉门、厚炉门板、大保护板。正常炭化期间，大、小炉门应密封、不冒烟。常规焦炉、热回收焦炉须设置炉头烟捕集系统。

4.4 煤气净化区和储罐区无组织控制技术

采用压力平衡系统，通过压力平衡技术可将各种放散气集中送至负压煤气系统，无废气外排，大幅减少了煤气净化装置挥发性有机物排放量，无需另外设置废气净化系统。

4.5 熄焦

采用干法熄焦。干熄炉顶部的装入装置、预存室事故放散口、预存室压力自动调节放散口和干熄炉底的排出装置、运焦带式输送机受料点等产尘点须设置集气罩，并配备除尘设施。

4.6 酚氰废水处理站

隔油池、调节池、生化池等恶臭产生环节产生废气应加盖密闭负压收集，送除臭装置进行处理，除臭装置采用生物过滤+活性炭吸附处理装置。

4.7 脱硫、脱硝

脱硫、脱硝系统氨的装卸、贮存、输送、制备等工序须密闭，并采取氨气泄漏检测措施。

4.8 敞开液面VOCs逸散控制技术

废水采用密闭管道输送，接入口和排出口采取与环境空气隔离的措施；含挥发性有机物废水储存和处理设施敞开液面，采用浮动顶盖或固定顶盖密闭，并安装挥发性有机物废气收集处理系统；对开式循环冷却水系统，每半年对流经换热器进口和出口的循环冷却水中的总有机碳(TOC)浓度进行检测，若出口浓度大于进口浓度10%，则认定发生了泄漏，须按规定进行泄漏源修复与记录。

4.9 厂区及道路

除绿化带外无裸露地面；及时清扫，无积尘积灰，保持清洁。

此外，焦化企业要开展泄漏检测与修复(简称LDAR)工作，加强动密封点(搅拌器、泵、压缩机等)、静密封点(低点导淋、取样口、高点放空、液位计、仪表连接件等)的泄漏管理，定期检测及时修复，减少跑、冒、滴、漏。

5 结语

近年来，通过实施一系列大气污染防治措施，全国环境保护重点区域环境空气质量逐年好转。作为重污染、高能耗的焦化行业，只有通过优化产业布局，加大对区域分散焦化企业的整合力度；推动焦化企业深度治理，具备条件的焦化企业实施超低排放改造；严格控制所有生产环节的废气无组织排放；大幅提高铁路等清洁方式运输比例等措施，才能最大幅度地减轻焦化行业对区域环境空气的影响。