大型搗固焦爐機側煙塵治理新措施研究

吳洪印，王國林，滿寶林，李愛清

（拜城縣眾泰煤焦化有限公司，新疆拜城 842300）

0 前言

2020年，生態環境部印制并發布了《生態環境保護綜合行政執法事項指導目錄（2020年版）》，對企業超標排污提出了更加嚴格的要求。在此背景下，焦爐無組織排放改造大規模推進，旨在控制焦爐生產過程中煙塵逸散情況。但是，因改造經驗不足，多數焦爐裝煤過程煙塵外溢問題仍然較為嚴重?；诖?，研究大型搗固焦爐機側煙塵治理新措施具有非常突出的現實意義。

1 大型搗固焦爐機側煙塵產生源

大型搗固焦爐的集氣管設置在焦側，通過平行于焦爐機側的兩條帶式輸送機往搗固裝煤推焦機煤斗給煤，當搗固操作時，煤料通過煤斗搖動給料器輸入搗固煤箱內，由全自動化多錘搗固機將煤料再搗固成煤餅，搗固制作成功的煤餅可由機側爐門推入焦爐。在裝煤環節機側爐門長期敞開，因裝煤側進入空氣，高水分煤餅進入炭化室瞬間煙塵產生量較大。同時入爐煤水分較高，煤餅強度遠低于設計強度，在煤餅向炭化室內輸送過程中存在較高倒塌風險，倒塌后粉煤在短時間內燃燒，形成過量飛塵與大量荒煤氣煙塵，多數煙塵從機側爐門逸散。從裝煤過程煙氣來源來看，主要包括開關爐門冒出煙氣、推焦時產生煙氣、裝煤時產生煙氣，相關煙氣內含有可燃成分，且間歇陣發。

2 大型搗固焦爐機側煙塵治理現狀及問題

現階段，大型搗固焦爐機側煙塵治理主要采用導煙車改造方法，即將三排M 管導套設置在導煙車機側、焦側、中部，對應焦爐頂部導煙除塵口設置三排水封座。同時在煤壁兩側設置集塵罩[1]。此時，理論上，在N 號炭化室裝填煤料時，開啟N-1號炭化室以及N+2號炭化室、N+4號炭化室的高壓氨水，促使產生煙塵可經機側M 管導入N-1號炭化室，并經中部M管導套、焦側M 管分別導入N+2號炭化室、N+4號炭化室。而焦爐機側爐口上方煙塵則經兩側集塵罩進入車載除塵器后排放，消除裝煤冒煙現象，并回收大量荒煤氣。但是，在實際生產過程中，裝煤車煤箱存在脹箱問題，引發搗固后煤餅寬度超出設計寬度20 mm 左右，裝填煤餅時，過寬煤餅極易剮蹭高溫爐墻，瞬時產生大量煙塵，遠超設計煙塵回收處理量。同時原設計開高壓氨水橋管產生吸力遠低于設計吸力，高壓氨水霧化效果不佳，高壓氨水三通球閥在長時間使用過程中易竄漏，無法保證荒煤氣正常導入集氣管。除此之外，最終荒煤氣導出受上升管通暢性、導煤除塵口通暢性、閥體密封性、橋管完好性等因素的影響，上述裝置極易沉積石墨，一旦人工清掃不及時，就會出現封堵，進而阻礙荒煤氣的順利地導出。

3 大型搗固焦爐機側煙塵治理新措施

3.1 優化除塵接口

除塵接口優化是大型搗固焦爐機側煙塵治理的關鍵。水封槽收集和升降閥坨收集是常見的優化方式。其中水封槽收集裝置主要由除塵對接口、煙道管路、流量調節管路（帶翻板閥）3個部分組成。其中除塵對接口與爐頂爐頭煙罩對接，經油缸驅動收集煙塵；煙道管路與地面除塵站水封閥相連，可將有害氣體送入地面站凈化；流量調節管路由油缸驅動旋轉內部翻板閥，調節煙道管路氣體流速。

升降閥坨收集裝置內部為可升降閥坨，經爐頭翻板閥開啟裝置隔絕集塵干管、爐前煙罩。在裝煤前，爐頭翻板閥開啟，經翻板位置收集搗固焦爐機側裝煤煙塵并將其送入集塵干管，最終導入地面凈化站。焦爐運行時，液壓缸驅動輥輪翻板閥運動，經閥柁聯通爐頭煙罩、集塵干管。完成裝煤后，回撤液壓缸促使閥坨下降，關閉翻板閥。

根據水封槽收集、升降閥坨收集裝置特點，可設計新型爐頭煙收集管路接口，具體見圖1。

圖1 新型爐頭煙收集管路接口

在上述結構中，攔焦車側爐門、吸塵罩、移動罩板、擋板形成封閉除塵空間，可以借助吸塵罩收集出焦爐過程中機側、焦爐側爐門逸散煙塵。同時，為確保焦爐機側爐門向外逸散煙氣順利進入地面除塵裝置，機側爐頭外溢煙氣捕獲歸集裝置位于焦爐機側爐門上方，并配置自復位煙氣轉換蝶閥，經矩形吸氣管道連接自復位煙氣轉換蝶閥與下部吸氣道，在自復位轉換蝶閥接通上下部煙氣管道時，爐門上方吸煙罩接入煙氣主管道。

根據新型爐頭煙收集管路接口特點，裝煤操作中人員應進行操作工藝的進一步優化[2]。即在搗固機搗固煤餅超出1/2時，推動焦車運行，完成推焦后，朝著煤車相反方向推動，逐一連接爐頂設置導煙車與除塵煙收集管路，以便在搗固煤餅后立即啟動煙塵收集裝置。一般在搗固焦爐裝煤時間為4.5 min 的情況下，裝煤環節可產生煤氣量達到350 m3，為增加新型爐頭煤煙氣收集管路通暢度，利用手動低速裝煤代替自動高速裝煤，并對上部煤餅凹凸不平位置進行平整，確保收集管道內煙氣順暢流通。

3.2 整合導煙車與干式除塵地面站

較之頂裝焦爐，搗固焦爐煤料堆積密度較高，單位體積煤料產生荒煤氣量較多，價值煤料搗制煤餅期間部分水分被擠出表面，高溫下水分與煤生成焦油類物質混合生成高黏性成分，加劇煙塵凈化難度。因此，在原有導煙車改造模式下，可以將導煙車與干式除塵地面站整合，并從增加上升管根部負壓、荒煤氣流通通道截面積著手，進行裝置優化。一方面，上升管根部負壓產生源——高壓氨水噴嘴具有特殊性，其在高壓下易吸收荒煤氣夾帶煤粉，增加煙塵量。此時，整合負壓操作集氣管、GPS 裝置（單孔炭化室壓力調節裝置）代替高壓氨水噴嘴，形成雙U 型導煙管，將正裝N 煤孔炭化室產生煙氣導入N+2孔炭化室、N-1孔炭化室，避免煙氣外排。GPS 裝置的控制對象是各相關炭化室水封閥、高壓氨水開啟動作以及機側爐口壓力狀態、集氣管吸氣量與裝煤煙氣發生量，在保證上升管根部負壓產生量充足的同時，實現上升管根部負壓的精準調節。

另一方面，增加流通通道截面積是荒煤氣順利導出的前提[3]。因此，可以從擴大上升管根部直徑著手，利用矩形上升管底座代替圓形上升管底座，突破炭化室寬度限制。同時增加炭化室頂部空間高度與空間溫度，促進煙塵流通。根據焦爐類型差異，可以設定不同的流通通道截面積，并確保頂部空間高度、冷態全高、冷態平均寬度相適宜，具體見表1。

表1 大型搗固焦爐機側煙塵流通通道截面積設計參數

在大型搗固焦爐機側煙塵流通通道截面積優化設計的基礎上，撤銷現有簡易在線加濕裝置，重新配置1 250 kW 干式除塵地面站風機電機，確保裝煤車到達裝煤爐號位后，煤箱活動臂立即開啟，裝煤信號自動發送至地面站，地面裝煤除塵站根據信號調整風機運轉壓力及速度，風機全壓達到5 000 Pa，運轉速度達到960 r/min～1 400 r/min，規避裝煤后機側吸風罩吸力不足問題。同時設定干式除塵地面站結構為外部立式圓形筒+內部截椎體+環狀立體空間濾料，吸附濾料為焦粒，經上部加入吸附濾料，下部進入煙氣，借助各截面椎體間顆粒層進風面吸附被阻斷焦炭表面蜂窩孔內、顆粒間微孔中煙氣。完成煙氣凈化后，經中間柱狀空間連接上部出風管排出。在大型搗固焦爐運行過程中，需要定期更新中間柱狀空間內焦粒，并經下部灰倉外運吸附煙氣焦油的焦粒，提升煙氣凈化能力。

4 大型搗固焦爐機側煙塵治理效果

配套大型搗固焦爐組煙塵治理裝置運行穩定，未出現通道因煙塵堆積而頻繁堵塞現象。在確定工序運行穩定情況下，根據《煉焦化學工業污染物排放標準》（GB 16171—2012）關于煉焦化學工業排放硫化物和氮氧化物的表5要求，進行治理前后煙氣中污染物含量檢測，具體見表2。

表2 大型搗固焦爐機側煙塵治理效果

由表2可知，大型搗固焦爐機側原煙塵治理措施顆粒物、二氧化硫、苯丙[a]芘、氮氧化物等凈化效果與標準限值較為接近，二氧化硫凈化效果不佳，超出標準限值。而大型搗固焦爐機側煙塵治理新措施實施后，裝煤環節、推焦環節、焦爐煙囪位置的顆粒物、二氧化硫、苯丙[a]芘、氮氧化物檢測值均小于標準限值，遠低于原措施實施后苯丙[a]芘、顆粒物、二氧化硫、氮氧化物的檢測結果。表明大型搗固焦爐機側煙塵治理新措施應用效果良好，具有較大的應用推廣價值。

5 總結

綜上所述，大型搗固焦爐機側煙塵源于裝煤環節，以往導煙車改造+集塵罩設置方法無法避免煙塵無組織排放，且導致爐頂空間、導煙除塵口、上升管根部大量積存石墨。因此，應探索新的焦爐機側煙塵治理措施，即整合水封槽收集、升降閥坨收集優勢，優化除塵接口。同時整合導煙車與干式除塵地面站，協調各部分空間參數，確保大型搗固焦爐機側煙塵治理效果。