捣固焦炉装煤系统除尘工艺研究

2019-06-21朱寿川

冶金设备 2019年2期

关键词：装煤炉顶焚烧炉

朱寿川

(攀钢集团攀枝花钢钒有限公司安全环保部(武装保卫部) 四川攀枝花617022)

1 前言

钢铁行业正处于产能过剩阶段，又是产排污大户，环保将成为去产能的重要手段。部分钢铁企业因环保不达标已被迫关停，限产蔓延至全国。2016年初开始中央督查组将用两年时间把全国督查一遍，同时史上最严的环境保护制度被提出，使公司的环保形势日趋严重。

2 现状分析

2.1国内现状分析

目前钢铁行业是国内乃至全球的产排污大户，焦炉又是钢铁行业的首要产排污工序，装煤烟尘又是焦炉产排污的主要污染源，捣固焦炉单孔炭化室的装煤量大于顶装焦炉且煤质较顶装焦炉差。因此，装煤过程烟尘含量远大于顶装焦炉，顶装焦炉装煤烟尘的产生速率约为结焦过程中烟气产生速率的7倍；捣固焦炉装煤烟尘的产生速率又约为顶装焦炉的4倍，同时产生苯并芘(Bap)、苯可溶物(BSO)、二氧化硫(SO2)、可燃气体(荒煤气)、焦油等有毒有害物质，且含量都远大于顶装焦炉，最难处理的是苯并芘和焦油，也是最为关注的。因此，攀钢钒公司对西昌钢钒炼铁厂、四川达兴能源有限公司、攀成钢旺苍焦化有限公司、河南济源金马焦化有限公司4个厂家的捣固焦炉装煤除尘运行情况进行考察，采用的工艺可分为燃烧化学法和集烟净化物理法两种，两种工艺各有其优缺点。

2.2攀钢钒改造前工艺现状分析

攀钢炼铁厂3#、4#焦炉设计时采用N+2高压氨水内吸与地面站(焦炭过滤器+袋式除尘器+引风机)外导净化相结合的装煤除尘工艺。这项工艺技术在建设之时属于全国第一批实施的新工艺，具有一定的先进性，也具有一定的探索性。但由于装煤烟尘焦油含量高造成系统阻力大，导致吸力不够，烟尘外溢，难以达到国家最新版《炼焦化学工业污染物排放标准》要求。

2.3工艺选择

装煤除尘治理常用的方法有燃烧结合吸附法、二合一地面站法、双集气管法和双U型导烟管法等。

燃烧结合吸附法是在消烟车上首先对装煤烟气进行燃烧以减少烟气中焦油烟及可燃成分，然后在进入除尘器前将烟气先导入烟气吸附净化装置，对焦油烟进行强制吸附净化，除去未燃烧尽的焦油，吸附填料采用活性块状焦炭，并定期对填料进行自动更换。该方法优点：不仅能有效去除废气中所含的尘类污染物，对苯、苯并芘等可燃类有机物也有较好的去除效果，净化效率高。其缺点：由于消烟车自带的燃烧室体积有限，存在燃烧不完全的状况，装煤烟气燃烧不完全会导致大量焦油粘结在布袋上，造成系统阻力偏大，烟气捕集率大大降低，如加快更换除尘器布袋，则费用大大增加；吸附填料采用活性块状焦炭，更换频繁，劳动强度大，后期吸附效果差。

装煤与推焦消烟除尘二合一地面站法是在焦炉炉顶设置抽烟干管，通过导烟车抽烟管和拦焦车集尘罩，在不同的操作时段将装煤烟尘与推焦烟尘抽吸到地面站集中处理。这种地面站对烟尘的净化一般是采用干式吸附过滤方式。该方法优点：除尘效率高，避免了“放炮”现象，无废水产生，投资及运行费用相对较低。其缺点：虽然可以有效地净化粉尘和焦油雾，但不能清除气体中的可燃成分和部分有毒气体，推焦时火星进入除尘器常会发生烧袋事故。

双集气管法是在焦炉炉顶机焦两侧采用双集气管荒煤气出炉系统。在捣固焦炉装煤时，与本炭化室上升管高压氨水喷洒配合，将装煤烟尘抽吸入焦炉的荒煤气集气系统。双集气管法的优点是不需要设置地面站，也不需要在焦炉炉顶设置导烟车或消烟车，使系统大为简化。但其缺点是由于捣固焦炉敞开机侧炉门装煤，即使设置炉门罩辅助作业，但仍然不可避免在抽吸装煤烟尘时吸入大量空气。位于焦炉炉顶机侧的上升管与机侧敞开的炉口十分接近，使得大量空气进入荒煤气，煤气含氧量超标的危险性大大增加，成为焦化厂煤气净化系统的安全隐患。

双U型导烟管装煤消烟除尘法是采取高压氨水与炭化室内导联合治理方案，德国、波兰和印度等国主张使用U型管导烟管技术。双U形导烟管布置在焦炉中心线的两侧，机侧U型导烟管连通正装煤的第N孔炭化室和第N+2孔炭化室，焦侧U型导烟管连通正装煤的第N孔炭化室和第N-1孔炭化室，导烟孔盖与座用水密封，通过桥管处高压氨水喷射产生的抽吸力，分三阶段依次将烟气导入集气管中。该方法优点：U型管导烟系统能最大限度减少炭化室机侧炉门的冒烟冒火现象，安全可靠。其缺点：易使煤气含氧量过高，造成安全生产隐患；如要取得较好的除尘效果，要求抽烟炭化室上升管根部必须产生较大的吸力，但由于系统泄露等原因可能会造成压力降低，通常导致使用效果变差，不能达到现行环保指标要求；此外，高压氨水喷射使焦油质量劣化，蒸氨塔与管道易堵塞，影响化产回收系统正常运行，尽管与顶装焦炉相比，捣固焦炉采用高压氨水的副作用小于顶装焦炉，但并不能完全消除高压氨水的副作用。[1]

2.4工艺改造分析

另一种方法是在消烟车吸烟套管上部增加了调节阀门，装煤时通过对消烟车吸烟套管的风量调节使炭化室内产生一定的负压，既解决了机侧炉门冒烟问题又使装煤产生的烟气在炭化室中多通过一段距离，这不仅可以烧掉一部分焦油及粘性物质还有利于烟气在消烟车中燃烧，燃烧效果好坏对地面站能否有效运行有直接的影响。

以上地面站除尘器滤袋都要采用喷涂保护，喷涂料采用出焦除尘过程中所收集的焦粉，由预喷涂装置及单向溢流回喷装置喷至除尘器滤袋表面上，避免经燃烧及吸附净化处理后的少量焦油等粘性物质与滤袋直接接触。但这种方法在实际上达不到良好的控制效果，主要是预喷涂料焦粉的量严重不足，尤其是在焦炉延长结焦时间的情况下，如采取外购吸附粉作为预喷涂料的补充，则额外增加企业负担，另外滤袋长期使用会被粘结堵塞而影响使用效果。

最后方案的选择集中在两种工艺上：焚烧加洗涤工艺，焚烧加布袋工艺，焚烧工艺两者一样，主要差异在洗涤与布袋除尘工艺。两种方案的运行成本如表1所示。

表1 两种方案运行成本对比

焚烧加洗涤工艺拥有以下优点：

(1)运行费用低，每年节约运行成本约111万元，见表1；

(2)投资省与操作简便，设计进度快，利用熄焦塔对外排废气进行二次捕雾，外排废气高度更高，烟尘自然沉降率更高；

(3)除尘效果与焚烧加布袋除尘相当；

(4)同时水洗法能免除烧布袋的风险，连带风险小。[2]

但焚烧加洗涤工艺也存在着工程应用业绩不是很多；如焚烧不完全，用水洗法会导致冒黄烟等不利因素。

结合考察情况，对该项目的改进方案、投资和成本进行了比较，确定3#、4#捣固焦炉装煤除尘采取“焚烧+洗涤”的除尘工艺，主要工艺流程如图1。

图1 装煤除尘工艺流程图

2.5工艺应用情况的研究

改造初期效果明显，但是运行几个月后发现仍存在个别问题：

(1)除尘外线管道管径尺寸、弯头、三通等局部件的连接方式不合理

在实际生产中，对炉顶机侧除尘管线进行吸力测量，测量数据为表2所示。

表2 3、4号捣固焦炉装煤除尘炉顶吸力

从上表可以看出，4号焦炉装煤除尘管道的管径选择，弯头、三通等局部件的连接方式不合理，导致系统阻力损失大。

(2)机侧炉头吸风支管截面太小，与设计风量不匹配

吸风支管截面尺寸约600×600，只有0.36m2，吸风面积严重不足，如按照10万m3/h的除尘风量计算，风管内风速为77m/s，阻力损失为3800Pa，而且有插板阀后阻力损失会更大，这显然是不合理的。导致机侧炉头处冒烟严重。

(3)除尘风机运行偏离设计工况

除尘风机设计风量为20万m3/h，攀钢劳研所的实测数据～12万m3/h。装煤过程中，焦炉机侧烟尘外溢，区域作业环境恶劣。

(4)焚烧炉结构不合理

焦油是一种高芳香度的碳氢化合物的复杂混合物，燃点460℃-630℃；苯并芘是一种强致癌物，高热可燃，同时释放出有毒气体。焚烧过程中炉膛温度不足，只有480℃。改造过程中炉膛内砌筑的蓄热格子砖严重影响了气流通道阻力增大。

(5)洗涤塔喷淋效果差，塔体腐蚀严重

洗涤塔下部洗涤段(约6米)腐蚀、磨损严重，局部已经磨穿，现采取外部整体包焊的临时措施；洗涤塔底部穿孔，洗涤水从洗涤塔底部基础往外溢出，污染周边环境。焚烧炉侧部、顶部的铁壳不同程度烧穿。

经测量，焚烧洗涤后的外排烟气颗粒物含量达257mg/m3，无法满足环保要求。

3 进一步优化措施

通过对上述存在问题的分析研究，针对性的制定如下对策。

3.1除尘干管改进

对洗涤塔至风机、风机出口至排放口段的除尘管道更换为D2=1.4m管道，提高风机进出口流通面积：

为解决焚烧炉出口至4号炉电动阀后2个直角弯头、1个135°弯头、75°爬坡段、4#炉电动阀处容易淤积焦油粉尘等问题(吸力损失在600pa左右)，将对焚烧炉出口至4号炉除尘管道第一个膨胀节之间管道进行改造，由焚烧炉出口90°弯头处开孔接管道至第一个膨胀节前管道，该段新增管道为4号炉拆除后立旧管道，同时4号炉电动阀位置将改为除尘管道直管段阀前后有2.5m距离的位置处。

4号炉除尘管道在烟囱根部直管经横跨焦炉管进入机侧管道至 62#炭化室处吸力损失在600pa，为减少此段1个135°弯头、2处管道扩大，整体对烟囱根部直管、横跨焦炉管向大沟方向进行移位，直管段新增管线(D=1.1m、L=20m)，见图2。

图2 干管改进示意图

3.2风机改造

根据装煤烟气产生量及焚烧炉烟气处理量，通过核算，将现除尘风机处理量由120000m3/h改为190000m3/h。

3.3焚烧炉改进

装煤除尘原设计焚烧炉出现隔墙砖垮塌、蓄热能力不足，导致装煤烟气在焚烧炉内燃烧不充分，严重影响装煤除尘的效果。2015年初对焚烧炉内部进行重新砌筑，并在内部用七孔格子砖砌筑了3组蓄热体，同时在焚烧炉顶增加煤气烧嘴。改造后，焚烧炉满足单边装煤烟气焚烧，装煤前炉温最高为800℃左右，装煤结束后炉温降至450℃左右，熄焦塔顶部排放口为白色烟气；当两座焦炉同时进行生产错开装煤时焚烧炉降温幅度为270～300℃/min,升温速率在180～200℃/min，最低温度在300℃左右，熄焦塔顶部排放口有少量淡黄色烟气。[2]

3.4洗涤塔及喷头改进

洗涤塔系统，根据洗涤系统水质组成和烟气温度，重新核算设计塔体为304复合板，同时根据洗涤冷却效果，重新设计喷淋装置，在烟气正对塔壁处增加不锈钢保护层和喷洒水幕，底部斜板腔体内浇筑水泥，并留排空管至熄焦池等。

洗涤塔重新制作更换，采用14mm的Q235钢板，内部贴衬2mm厚254SMo；将下部空心结构用耐高温快速凝固水泥进行浇筑，防止底板磨穿后洗涤水泄漏。

原设计的喷头为螺旋出水，极易堵塞，改进为取消螺旋，在出水口焊接分水板。

3.5集尘口捕集效果改进

导烟车设计功能为：1.炉顶自动清扫；2.相邻碳化室导烟；3、高低压氨水切换；4.用油缸开启炉顶除尘翻板对接套筒捕集口。生产过程中炉顶自动清扫故障频繁；N+2卡爪频繁被焦油粘死。综合考虑，将导烟车停用，炉顶除尘翻板封闭，高低压氨水切换交由上升管工手动操作完成，捕集口管道增加翻板并单个与除尘主管连通，在推焦车取门台车上部增加捕集口翻板开关油缸，实现推焦车取门台车上部油缸开关出炉号插板阀功能。[3]

利用废旧的托煤底板设计炭化室清扫石墨装置，保证了炭化室有效的空间高度，改善了装煤除尘效果。