焦?fàn)t煙塵污染及其治理

1、焦?fàn)t煙塵污染及其治理1 焦?fàn)t煙塵污染狀況焦?fàn)t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(guó)外作過統(tǒng)計(jì) ,噸焦煙塵量達(dá) 1kg 之多,這個(gè)數(shù)量 對(duì)于一個(gè)日產(chǎn) 6000t 焦炭的焦?fàn)t組 ,每天就有 6t 多煙塵排放到大氣中 ,造成對(duì)人與環(huán) 境的嚴(yán)重危害。焦?fàn)t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(jìn)入人體內(nèi)并沉積于肺部。目前廣泛認(rèn)為煙塵中 BSO 和 BaP 對(duì)人體是致癌物 長(zhǎng)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(bào)告指出 ,在焦?fàn)t操作的工人 患呼吸系統(tǒng)癌癥的危險(xiǎn)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(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家職業(yè)安全衛(wèi)生機(jī)構(gòu)對(duì)作業(yè)場(chǎng)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(guó)內(nèi)焦?fàn)t作業(yè)區(qū)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明 ,各項(xiàng)指標(biāo)均遠(yuǎn)遠(yuǎn) 超過環(huán)保要求,環(huán)保問題十分嚴(yán)重 （見表 1）。從 70年代起,隨著環(huán)保要求的不斷提出 , 焦?fàn)t煙塵污染與治理技術(shù)已引起各發(fā)達(dá)國(guó)家的重視 ,并相繼在焦?fàn)t上運(yùn)用 ,取得了明 顯成效。國(guó)內(nèi)起步較晚 ,除寶鋼等少數(shù)幾家引進(jìn)消化國(guó)外技術(shù) ,上了環(huán)保裝備外 ,國(guó)內(nèi) 焦?fàn)t環(huán)保治理

3、軟件、 硬件遠(yuǎn)未得到普及應(yīng)用 ,成為當(dāng)前和今后較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)冶金行 業(yè)環(huán)境保護(hù)亟待解決的重大課題和緊迫任務(wù)。表 1 武鋼焦化廠焦?fàn)t煙塵監(jiān)測(cè)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(jī)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(cè)數(shù)據(jù)2焦?fàn)t煙塵污染源分布焦?fàn)t煙塵污染源主要分布于爐頂、機(jī)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(jī)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(dāng)爐門 （包括小爐 門）、裝煤孔蓋、上升管密封不嚴(yán)，集氣管壓力波動(dòng)超限時(shí)而產(chǎn)生冒煙、冒火，甚至導(dǎo) 致荒煤氣放散。tn圖1焦?fàn)t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(jī)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?fàn)t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?fàn)t作業(yè)環(huán)境 ,減少污染的重點(diǎn)項(xiàng)目。3 焦?fàn)t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(guó)內(nèi)焦?fàn)t相繼進(jìn)入大修期。 20多年來,國(guó)內(nèi)焦?fàn)t 通過改造大修、擴(kuò)容大修 ,同時(shí)消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù) ,提高了焦?fàn)t生產(chǎn)的機(jī)械化與自 動(dòng)化程度及

6、整體技術(shù)裝備水平 ,國(guó)內(nèi)自行設(shè)計(jì)建成投產(chǎn)的 6m 大容積焦?fàn)t已達(dá) 20 座, 這期間,也相繼增加了一些環(huán)保措施 ,焦?fàn)t環(huán)境保護(hù)狀況有所改善 ,突出表現(xiàn)在對(duì)煉焦 過程的煙塵控制方面的改善 ,但是對(duì)機(jī)械操作過程中的煙塵控制措施還遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(guó)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(jī)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(guó)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(guó)外對(duì)裝煤孔蓋除采用泥封外 ,對(duì)裝煤孔蓋、 座的設(shè)計(jì)作了改進(jìn) ,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(diǎn) ,即使蓋子有點(diǎn)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(yán)密將使?fàn)t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(shí)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(guó)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(shí) ,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?fàn)t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(fù)壓（如裝煤孔處-5Pa）,以實(shí)現(xiàn)無煙裝煤。但 實(shí)際效果并不十分理想 ,由于國(guó)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(dòng)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(shí)導(dǎo)出 ,

9、煙塵仍有相當(dāng)一部分從裝煤孔、 小爐門等處逸入大氣 ,造成對(duì)環(huán)境的污 染。國(guó)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(jìn),有的技術(shù)裝備煙塵去除率可達(dá) 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(shí)從裝煤車煤斗煙罩處抽吸煤孔周圍煙塵,將其點(diǎn)火焚燒 ,再經(jīng)洗滌器除塵脫水,經(jīng)吸氣機(jī)、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(shí) ,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(dá)到消煙除塵。聯(lián)通管跨接型式有

10、三種 : 在單集氣管焦?fàn)t爐頂?shù)拿總€(gè)炭化室另一端設(shè)一個(gè)小立管,裝煤時(shí)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(gè)橋管高壓氨水噴射裝臵抽吸 ,裝煤煙塵從兩個(gè)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(shí)通過裝煤車機(jī) 械自動(dòng)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(guó) 技術(shù), 自行設(shè)計(jì)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(gè)煤斗上安裝兩個(gè)U形管）,裝煤時(shí)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(jì)提供的方案 （見圖 3）。（3）“夏爾克可控裝煤系統(tǒng)”是德國(guó) Schalke 公司開發(fā)的一項(xiàng)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(shí)進(jìn)行快速可控裝煤 ,爐膛內(nèi)產(chǎn)生的煙塵形成過壓 ,當(dāng)過壓大于集氣管壓力時(shí),煙塵被排入集氣管 ,裝煤將要結(jié)束時(shí) ,再打開高壓氨水 （或蒸氣）噴射裝臵?？煽匮b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(jī)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(dá) 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?fàn)t在裝煤時(shí)要形成一個(gè)嚴(yán)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(dòng)力 ,因此對(duì)焦?fàn)t設(shè)備和裝煤機(jī)械技術(shù)要求是很高的。 如德國(guó) 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?fàn)t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(guó)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(dòng)煙罩捕塵與地面站凈化系統(tǒng)該系統(tǒng) 70 年代在德國(guó) Minister Stein 焦化廠開發(fā)應(yīng)用。 移動(dòng)煙罩可把整個(gè)熄焦 車蓋住。移動(dòng)煙罩一個(gè)支點(diǎn)固定在攔焦車上 ,另一個(gè)支點(diǎn)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(dòng)皮帶提升小車聯(lián)接 罩,進(jìn)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(jī)和排氣筒排入大氣 （見 圖 4） 。日本采用的移動(dòng)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(dāng)入口煙塵含塵量為512g/

14、m 3時(shí),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(jìn)了日本式除塵工藝。首鋼于1994 年在 1號(hào)焦?fàn)t（JN60-82型）、3號(hào)焦?fàn)t（58- U型）借鑒國(guó)外技術(shù)，自行消化設(shè)計(jì)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(guó)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(dá)98.45%,外排煙塵 濃度達(dá)到了國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。3.4.2 熱浮力罩除塵車?yán)猛平篃焿m溫度高、密度小 ,具有浮力這一原理設(shè)計(jì)的熱浮力罩除塵車 ,80年 代最

15、先在德國(guó)安娜焦化廠使用。 熱浮力罩除塵車一個(gè)支點(diǎn)固定在攔焦車上 ,另一個(gè)支 點(diǎn)在第三軌道上 （架設(shè)于涼焦臺(tái)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(zhǎng)度的 2/3。從熄焦車逸散的煙塵進(jìn)入熱浮力罩經(jīng)二級(jí)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(jī)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(fèi)用較低。武鋼、攀鋼焦化廠于 19941995年, 聯(lián)合引進(jìn)德國(guó)K.K公司熱浮力罩除塵車技術(shù)軟件，由焦耐院設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)廠家制造安裝， 先后有 4 臺(tái)套熱浮力罩除塵車 ,用于 6m 焦?fàn)t的推焦除塵 ,最佳狀態(tài)時(shí)尾氣含塵量為 78mg/

16、m 3,除塵效率 96%。由于熱浮力罩除塵負(fù)荷有限 ,操作彈性較小 ,當(dāng)出現(xiàn)生焦或 水洗滌噴灑壓力不足 ,霧化程度變差時(shí) ,除塵效率明顯下降。實(shí)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(cè)結(jié)果表明，焦?fàn)t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(xiàng)目裝煤推焦排放總量對(duì)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(yán)格限制等原因，西方一些工業(yè)化國(guó)家老焦?fàn)t的 關(guān)閉超過了新焦?fàn)t的建設(shè)，煉焦生產(chǎn)能力下降。與此相反，中國(guó)煉焦生產(chǎn)能力在逐年 擴(kuò)大，滿足了鋼鐵生產(chǎn)的需要（1996年鋼鐵產(chǎn)量