焦爐煙塵污染及其治理

1、焦爐煙塵污染及其治理1 焦爐煙塵污染狀況焦爐在裝煤、煉焦、推焦與熄焦過程中 ,向大氣環(huán)境排放大量煤塵、焦塵及有毒 有害氣體 （以下統(tǒng)稱煙塵 ） 。其污染量國外作過統(tǒng)計 ,噸焦煙塵量達 1kg 之多,這個數(shù)量 對于一個日產(chǎn) 6000t 焦炭的焦爐組 ,每天就有 6t 多煙塵排放到大氣中 ,造成對人與環(huán) 境的嚴重危害。焦爐煙塵含有多種污染物，主要是固體懸浮物（TSP、苯可溶物（BSO）及苯并芘 （BaP）.煙塵逸出后在大氣溫度和壓力下，迅速冷凝并附著在懸浮微粒表面，隨著呼吸 微粒進入人體內(nèi)并沉積于肺部。目前廣泛認為煙塵中 BSO 和 BaP 對人體是致癌物 長期持續(xù)地吸入含致癌物的微粒 ,能引發(fā)腫

2、瘤。某些研究報告指出 ,在焦爐操作的工人 患呼吸系統(tǒng)癌癥的危險性比其他鋼鐵工人高 ,就焦化而言 ,煉焦工肺癌 ,在冶金企業(yè) 中,是一種僅次于矽肺的職業(yè)病。國外發(fā)達國家職業(yè)安全衛(wèi)生機構(gòu)對作業(yè)場所空氣中BSO、 BaP 最高允許濃度規(guī)定分別為 0.15mg/m 3、 0.15ug/m 3 ,國內(nèi)焦爐作業(yè)區(qū)監(jiān)測數(shù)據(jù)表明 ,各項指標均遠遠 超過環(huán)保要求,環(huán)保問題十分嚴重 （見表 1）。從 70年代起,隨著環(huán)保要求的不斷提出 , 焦爐煙塵污染與治理技術(shù)已引起各發(fā)達國家的重視 ,并相繼在焦爐上運用 ,取得了明 顯成效。國內(nèi)起步較晚 ,除寶鋼等少數(shù)幾家引進消化國外技術(shù) ,上了環(huán)保裝備外 ,國內(nèi) 焦爐環(huán)保治理

3、軟件、 硬件遠未得到普及應(yīng)用 ,成為當前和今后較長一段時間內(nèi)冶金行 業(yè)環(huán)境保護亟待解決的重大課題和緊迫任務(wù)。表 1 武鋼焦化廠焦爐煙塵監(jiān)測結(jié)果污染物TSP,mg/m 3BSO,mg/m 3BaP,ug/m 3范圍平均值范圍平均值范圍平均值爐頂1.87 5.173.10.19 1.20.702.454 16.2126.8機側(cè)0.69 8.243.010.12 0.650.250.193 1.3450.7下風(fēng)向100m0.65 1.340.980.02 0.070.050.011 0.1810.052下風(fēng)向1.53m0.47 0.60.540.01 0.040.020.003 0.0110.007

4、上風(fēng)向1.53m0.19 0.780.480.02 0.050.030.001 0.0120.006為鞍山焦耐院1988年監(jiān)測數(shù)據(jù)2焦爐煙塵污染源分布焦爐煙塵污染源主要分布于爐頂、機焦兩側(cè)和熄焦，全部煙塵還應(yīng)包括加熱系統(tǒng) 燃燒廢氣（見圖1）。按生產(chǎn)過程可把煙塵分為兩種，煉焦過程中污染源和機械操作過 程污染源。煉焦過程中產(chǎn)生的煙塵主要來自于爐門、裝煤孔蓋、上升管。當爐門 （包括小爐 門）、裝煤孔蓋、上升管密封不嚴，集氣管壓力波動超限時而產(chǎn)生冒煙、冒火，甚至導(dǎo) 致荒煤氣放散。tn圖1焦爐煙塵污染圖2 U形管與小立管聯(lián)通Ct jfi TT圖3 U形管與裝煤孔聯(lián)通圖 4 推焦除塵流程機械操作過程中的煙

5、塵主要產(chǎn)生于打開爐門、裝煤、推焦與熄焦作業(yè)。無環(huán)保 裝備的四大車操作 , 使裝煤、推焦、熄焦煙塵處于無控制狀態(tài)逸散 ,是焦爐的主要污染 源，其中裝煤煙塵量0.40.6kg/t煤，推焦煙塵量1.38kg/t煤，熄焦0.30.4kg/t煤。 由于裝煤、推焦煙塵微粒表面吸附 BSO和BaP等多環(huán)芳香烴污染物質(zhì)，其危害性大 于熄焦煙塵。因此 ,裝煤、推焦煙塵治理是改善焦爐作業(yè)環(huán)境 ,減少污染的重點項目。3 焦爐煙塵治理技術(shù)與裝備70 年代以來,隨著一代爐齡結(jié)束 ,國內(nèi)焦爐相繼進入大修期。 20多年來,國內(nèi)焦爐 通過改造大修、擴容大修 ,同時消化吸收國外先進技術(shù) ,提高了焦爐生產(chǎn)的機械化與自 動化程度及

6、整體技術(shù)裝備水平 ,國內(nèi)自行設(shè)計建成投產(chǎn)的 6m 大容積焦爐已達 20 座, 這期間,也相繼增加了一些環(huán)保措施 ,焦爐環(huán)境保護狀況有所改善 ,突出表現(xiàn)在對煉焦 過程的煙塵控制方面的改善 ,但是對機械操作過程中的煙塵控制措施還遠遠落后于 環(huán)保要求。3.1 爐頂煙塵控制爐頂煙塵來源于裝煤孔蓋、上升管蓋、上升管與爐頂聯(lián)結(jié)處 ,橋管與水封閥聯(lián)結(jié) 處等。國內(nèi)已采取的主要措施有 :(1) 裝煤孔蓋泥封 ,采用人工或裝煤車機械澆泥 ,把泥漿澆灌在孔蓋周邊加以密 封。(2) 上升管蓋密封,國內(nèi)80年代以來,普通采用水封式上升管蓋 ,水封高度大于上升管內(nèi)煤氣壓力 ,保證荒煤氣不外逸。（3）上升管與爐頂聯(lián)接處采用

7、耐火材料泥漿、 石棉繩和耐火粉料與精礦粉混合泥 漿封堵 ,承插口處采用氨水水封。目前國外對裝煤孔蓋除采用泥封外 ,對裝煤孔蓋、 座的設(shè)計作了改進 ,把蓋、座的 密封沿圓周方向加工成球面 ,由于球面密封有“萬向密合”的優(yōu)點 ,即使蓋子有點傾 斜也能與座貼合良好。3.2 爐門煙塵控制爐門刀邊與爐框鏡面接觸不嚴密將使爐內(nèi)煙氣泄漏。50 年代 ,采用小壓架頂絲壓角鋼或丁字鋼刀邊的刀封爐門結(jié)構(gòu)。 60 年代 ,采用敲打刀邊 ,但不能消除爐門因熱 變形引起的冒煙現(xiàn)象。 80 年代 ,采用空冷式爐門 ,改善了爐門鐵槽與爐門框因受熱而 引起的變形 , 同時采用帶彈性腹板的不銹鋼刀邊 ,用小彈簧施加彈性力來調(diào)節(jié)

8、刀邊的 密封性 ,基本上消滅了爐門冒煙現(xiàn)象。國內(nèi)一些廠還采用了氣封爐門技術(shù)。3.3 裝煤煙塵控制裝煤車把煤通過裝煤孔裝入赤熱的炭化室時 ,煤中水份蒸發(fā)和揮發(fā)份的迅速產(chǎn) 生,造成炭化室內(nèi)壓力突然上升 ,形成大量煙塵從炭化室逸出。 目前焦化廠普遍采用順 序裝煤,焦爐設(shè)臵雙集氣管,以及在上升管橋管處采用1.82.5MPa高壓氨水（或 0.70.9MPa蒸汽）噴射，使炭化室形成負壓（如裝煤孔處-5Pa）,以實現(xiàn)無煙裝煤。但 實際效果并不十分理想 ,由于國內(nèi)大多數(shù)裝煤車裝煤伸縮筒、 平煤桿套以及裝煤孔座 氣密性差 ,噴射吸力波動較大 ,加上重力裝煤產(chǎn)生的大量煙塵 ,不能完全借助高壓氨水 噴射及時導(dǎo)出 ,

9、煙塵仍有相當一部分從裝煤孔、 小爐門等處逸入大氣 ,造成對環(huán)境的污 染。國外 70 年代以來在裝煤消煙除塵技術(shù)與裝備方面有較多研究與改進,有的技術(shù)裝備煙塵去除率可達 95%左右,收到良好的效果 ,主要有以下兩種方式3.3.1 裝煤除塵無地面站方式（1）裝煤車設(shè)臵洗滌裝臵裝煤時從裝煤車煤斗煙罩處抽吸煤孔周圍煙塵,將其點火焚燒 ,再經(jīng)洗滌器除塵脫水,經(jīng)吸氣機、排氣筒排入大氣。這幾道工序都是在裝煤車上完成的。洗滌污水在 裝煤車回煤塔取煤時 ,排出并裝入凈水 ,下次裝煤洗滌使用。（2）設(shè)臵導(dǎo)煙聯(lián)通管 （U 形管） 用聯(lián)通管跨接的方法把裝煤炭化室內(nèi)一部分煙氣吸入相鄰炭化室,達到消煙除塵。聯(lián)通管跨接型式有

10、三種 : 在單集氣管焦爐爐頂?shù)拿總€炭化室另一端設(shè)一個小立管,裝煤時安裝在裝煤車上的U形管下降,U型管一端與裝煤炭化室小立管聯(lián)通，另一端與相鄰炭化室小立管聯(lián)通 ,打開兩個橋管高壓氨水噴射裝臵抽吸 ,裝煤煙塵從兩個炭化室分流并抽送入 集氣管 （見圖 2）。 U型管固定在小立管上，管內(nèi)裝有閥門，把各炭化室分開。裝煤時通過裝煤車機 械自動將閥門開啟 ,使相鄰兩炭化室聯(lián)通 ,疏導(dǎo)裝煤煙塵。如首鋼焦化廠消化吸收德國 技術(shù), 自行設(shè)計安裝的炭化室即采用的這種方式。 U形管安裝在裝煤車中間煤斗上（或在兩個煤斗上安裝兩個U形管）,裝煤時U 形管下降與相鄰炭化室裝煤孔聯(lián)通 ,疏導(dǎo)裝煤煙塵。如焦耐院 1995 年為

11、武鋼焦化廠 初步設(shè)計提供的方案 （見圖 3）。（3）“夏爾克可控裝煤系統(tǒng)”是德國 Schalke 公司開發(fā)的一項專有技術(shù)該系統(tǒng)原理是 :裝煤斗伸縮筒與裝煤孔氣密相聯(lián)后 ,開始裝煤并打開集氣管 ,所有 裝煤孔同時進行快速可控裝煤 ,爐膛內(nèi)產(chǎn)生的煙塵形成過壓 ,當過壓大于集氣管壓力時,煙塵被排入集氣管 ,裝煤將要結(jié)束時 ,再打開高壓氨水 （或蒸氣）噴射裝臵。可控裝煤 系統(tǒng)可以保證煙塵通道的暢通 ,而不需平煤或一次平煤3.3.2 裝煤車預(yù)除塵與地面站凈化處理組合方式 該組合方式由設(shè)有焚燒和預(yù)洗滌器的裝煤車與地面凈化站兩部分組成。裝煤車 上不設(shè)吸氣機和排氣筒 ,而是將預(yù)洗滌和脫水后的煙塵 ,經(jīng)聯(lián)通閥和

12、水平吸氣干管吸 至地面站最終凈化。經(jīng)地面站凈化后 ,裝煤煙塵去除率可達 95%左右。寶鋼、本鋼焦 化廠先后采用了這種組合方式。綜上所述 ,裝煤車與焦爐在裝煤時要形成一個嚴密的氣密系統(tǒng) ,炭化室內(nèi)煙氣通 道要暢通 ,有足夠的抽吸動力 ,因此對焦爐設(shè)備和裝煤機械技術(shù)要求是很高的。 如德國 K.K 公司開發(fā)的球面密封雙層裝煤套筒專有技術(shù) ,Schalk 公司采用的可控裝煤專有 技術(shù)等 ,均是保證無煙裝煤的關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備。3.4 推焦煙塵控制推焦煙塵是焦爐煙塵污染的主要污染源之一 ,傳統(tǒng)的攔焦、接焦、熄焦操作 ,設(shè)備 是敞開的 ,使焦側(cè)環(huán)境十分惡劣。目前國外采用的推焦煙塵控制方式主要有以下幾 種。

13、3.4.1 明尼斯特斯太因 （Mimister Stein） 式移動煙罩捕塵與地面站凈化系統(tǒng)該系統(tǒng) 70 年代在德國 Minister Stein 焦化廠開發(fā)應(yīng)用。 移動煙罩可把整個熄焦 車蓋住。移動煙罩一個支點固定在攔焦車上 ,另一個支點在第三條軌道上 （架設(shè)在吸 塵干管的支柱上 ）, 煙罩隨攔焦車行走。煙塵通過煙罩頂部可移動皮帶提升小車聯(lián)接 罩,進入吸塵干管 ,送至地面站經(jīng)濕式洗滌凈化 , 尾氣經(jīng)吸氣機和排氣筒排入大氣 （見 圖 4） 。日本采用的移動煙罩捕塵和地面站凈化系統(tǒng)與 Minister Stein 系統(tǒng)大同小異 ,但設(shè)有高效袋式除塵器,除塵效率95%。當入口煙塵含塵量為512g/

14、m 3時,出口尾 氣含塵量可降至 50mg/m 3。另外不同的是 , 吸塵干管與煙罩聯(lián)接方式采用的是翻板式聯(lián)通閥而不是皮帶提 升小車。70 年代末,寶鋼全套引進了日本式除塵工藝。首鋼于1994 年在 1號焦爐（JN60-82型）、3號焦爐（58- U型）借鑒國外技術(shù)，自行消化設(shè)計安裝建成的推焦除塵 系統(tǒng),采用的是皮帶密封吸塵干管加皮帶提升小車連接形式（基本是德國模式 ）,并采用了布袋除塵器,尾氣含塵量為5080mg/m 3,平均除塵效率可達98.45%,外排煙塵 濃度達到了國家排放標準。3.4.2 熱浮力罩除塵車利用推焦煙塵溫度高、密度小 ,具有浮力這一原理設(shè)計的熱浮力罩除塵車 ,80年 代最

15、先在德國安娜焦化廠使用。 熱浮力罩除塵車一個支點固定在攔焦車上 ,另一個支 點在第三軌道上 （架設(shè)于涼焦臺上 ）,隨攔焦車行走。熱浮力罩下部斷面可以蓋住常規(guī) 熄焦車廂長度的 2/3。從熄焦車逸散的煙塵進入熱浮力罩經(jīng)二級水洗滌除塵 ,再經(jīng)罩 頂排入大氣 ;導(dǎo)焦柵頂部、 爐門區(qū)煙塵則由吸氣機抽吸 ,經(jīng)水洗滌、 旋風(fēng)分離除塵后經(jīng) 排氣筒排入大氣。熱浮力罩設(shè)備少 ,投資和操作費用較低。武鋼、攀鋼焦化廠于 19941995年, 聯(lián)合引進德國K.K公司熱浮力罩除塵車技術(shù)軟件，由焦耐院設(shè)計，國內(nèi)廠家制造安裝， 先后有 4 臺套熱浮力罩除塵車 ,用于 6m 焦爐的推焦除塵 ,最佳狀態(tài)時尾氣含塵量為 78mg/

16、m 3,除塵效率 96%。由于熱浮力罩除塵負荷有限 ,操作彈性較小 ,當出現(xiàn)生焦或 水洗滌噴灑壓力不足 ,霧化程度變差時 ,除塵效率明顯下降。實際除塵效率低于地面站 凈化系統(tǒng),一般為 80%90%。3.5 裝煤推焦治理效果以本鋼焦化廠為例，1992年上了兩套裝煤推焦除塵裝臵,監(jiān)測結(jié)果表明，焦爐煙 塵大為減少,環(huán)境明顯改善（見表2）。表2污染物排放情況*項目裝煤推焦排放總量對比TSPmg/m 3BSOg/t煤BaP ug/t 煤TSPmg/m 3BSOg/t煤BaP ug/t 煤TSPBSOBaP無組織排放2242670.147 x 1046715.50.0024治理后排放22.626.90.64 x 1052.31.80.0003排放濃度14.20.530.1835.40.38116治理前,t/a691282.50.0024治理后,t/a74.928.70.0003削減量,t/a616.1253.8).0021削減率,%89.289.887.3引自燃料與化工,1997（2）4結(jié)語過去的15年中，由于環(huán)保法規(guī)的嚴格限制等原因，西方一些工業(yè)化國家老焦爐的 關(guān)閉超過了新焦爐的建設(shè)，煉焦生產(chǎn)能力下降。與此相反，中國煉焦生產(chǎn)能力在逐年 擴大，滿足了鋼鐵生產(chǎn)的需要（1996年鋼鐵產(chǎn)量