董碧軍

(四川宏達石油天然氣工程有限公司，四川成都，610091)

?

焦爐煤氣工廠防塵治理措施

董碧軍

(四川宏達石油天然氣工程有限公司，四川成都，610091)

摘要

關(guān)鍵詞：焦爐煤氣防塵措施

1前言

焦爐煤氣是焦炭生產(chǎn)過程中在煉焦爐中高溫干餾出來的一種可燃性氣體產(chǎn)物，主要由氫氣和甲烷構(gòu)成，分別占56%和27%。在煉焦產(chǎn)品中，按質(zhì)量計算，焦爐煤氣占15%～18% ，為全部產(chǎn)品的第二位。據(jù)統(tǒng)計[1]，我國現(xiàn)有鋼鐵年生產(chǎn)能力已達3.2億t，按煉鐵每噸耗焦炭1.3 t計，焦炭年用量達4.16億t，煤炭煉焦按1t煤焦產(chǎn)出焦爐煤氣320 立方米計，每年可產(chǎn)生焦爐煤氣1331.2億立方米，若其中一半用作燃料回收利用，其余可供開發(fā)利用的焦爐煤氣也有665.6億立方米，但目前僅有不到10% 的焦爐煤氣被回收用于城市煤氣、發(fā)電燃料和生產(chǎn)化工產(chǎn)品，大量的焦爐煤氣直接排放燃燒，每年白白燒掉的焦爐煤氣有300多億立方米，相當于兩個西氣東輸工程設(shè)計的年輸氣量，造成的經(jīng)濟損失達數(shù)百億元，僅山西省每年就有150億立方米焦爐煤氣直接排放燃燒，極大地浪費了寶貴的稀缺資源和能源，嚴重污染了環(huán)境。焦爐煤氣的凈化及回收利用近年來在國內(nèi)已受到了廣泛的重視和應(yīng)用，并取得了良好的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)保效益。

我國能源結(jié)構(gòu)是缺油、少氣、富煤，煤炭資源相對豐富，煤化工發(fā)展迅速。根據(jù)我國石油天然氣總公司預(yù)測，2015年常規(guī)天然氣生產(chǎn)量為1780億立方米，天然氣需求量為2400億立方米，供需缺口為620億立方米。2010～2020年期間，我國天然氣需求量受城市氣化率的提高以及天然氣替代工業(yè)燃料領(lǐng)域消費的驅(qū)動將大幅度增長，消費結(jié)構(gòu)將進一步優(yōu)化。天然氣的價格這幾年一直穩(wěn)中有升，今后幾年，隨著市場需求的進一步增加，價格仍將有所提高。積極發(fā)展焦爐煤氣制天然氣用于替代天然氣或城市煤氣，不僅可以降低進口天然氣市場給我國帶來的潛在風(fēng)險，滿足日益增長的市場需求，而且對我國的能源安全、節(jié)能減排等方面也具有戰(zhàn)略意義。

本文以近期設(shè)計完成的某新建裝置為例，對焦爐煤氣工廠生產(chǎn)過程中易產(chǎn)生揚塵環(huán)節(jié)進行分析，并提出工藝設(shè)計過程需要考慮的防塵治理措施。

2裝置概況

工藝：以焦爐煤氣為原料，采用焦爐煤氣凈化、甲烷化及高效分離、液化新工藝技術(shù)，獲得滿足國家標準的液化天然氣，同時產(chǎn)生富氫氣，作蒽油加氫原料氣大大提高產(chǎn)品附加值。將含有CO、CO2和較多硫化物等雜質(zhì)的低熱值焦爐煤氣加工成低碳清潔燃料——天然氣，也符合國家環(huán)保和能源政策。

規(guī)模：34000Nm3/h焦爐煤氣凈化、甲烷化，15000Nm3/h富甲烷氣液化，80000t/a副產(chǎn)氫氣蒽油加氫、3臺75/t/h循環(huán)流化床鍋爐，配一套12MW凝氣式熱力裝置汽輪發(fā)電機組。

主要原材料：焦爐煤氣，蒽油；

年操作時間：8000小時；

熱動力裝置:3×75t/h鍋爐、發(fā)電機組；

產(chǎn)品: LNG、柴油、石腦油、液化石油氣等。

3揚塵系統(tǒng)分析

3.1輸煤系統(tǒng)

卸煤、輸煤、儲煤場的堆存和回取、原煤的篩分及破碎等；由于項目采用循環(huán)流化床鍋爐，對燃料粒度要求在10 mm以下，對原煤采用預(yù)先篩分和二級破碎，而煤的篩分、破碎極易產(chǎn)生揚塵。貯煤場每個原煤倉下設(shè)有一個落煤口，每臺爐共有2條給煤線，煤從煤倉的下煤口落到爐前7m平臺上的刮板給煤機，經(jīng)刮板給煤機送至給煤管。

3.2石灰石粉系統(tǒng)

本期工程要求來廠的石灰石的顆粒是小于1mm的粉狀物料，在固定端的棧橋下設(shè)一只石灰石粉儲倉，石灰石粉由罐車運進廠，再用罐車自帶的風(fēng)機將車中的石灰石粉卸入石灰石粉儲倉暫存。而儲倉中的石灰石粉由倉式輸送泵送至煤倉間的石灰石粉倉。再由石灰石粉倉下的出料口下的給料機由高壓風(fēng)直接噴送至鍋爐房內(nèi)的爐膛。

3.3煙氣系統(tǒng)

燃煤和石灰石粉被送爐膛后，在較高流化速度的流化床中燃燒，燃盡后的灰和一些未燃盡的物料將被煙氣帶出爐膛進入兩個旋風(fēng)分離器，被分離的細顆粒經(jīng)返料器返回爐膛進行循環(huán)燃燒。離開旋風(fēng)分離器的煙氣經(jīng)過熱器進入尾部煙道。鍋爐的排煙經(jīng)布袋除塵器除塵后，由吸風(fēng)機排入煙囪，最后擴散到大氣中。

3.4鍋爐排灰渣量

4揚塵治理措施

主要揚塵污染源有卸煤、輸煤、儲煤場、鍋爐，主要污染物包括煤灰、鍋爐在燃燒時生成的煙氣中的SO2、NOx及煙塵、鍋爐燃燒后產(chǎn)生的灰和渣。對大氣污染物治理，設(shè)計過程需要考慮的防塵治理措施如下。

4.1輸煤系統(tǒng)揚塵治理

為防止粉塵的泄漏，在工藝設(shè)備的選型和系統(tǒng)的設(shè)計中需考慮較好的密封措施。在粉塵產(chǎn)生比較集中的地方，如輸煤系統(tǒng)的轉(zhuǎn)運站、碎煤機室、原煤斗及輸煤皮帶間均考慮除塵裝置。原煤及干灰的表面含水量偏低是產(chǎn)生粉塵的根本原因，因此在易產(chǎn)生粉塵的場所分別采用加濕、噴水或水力清掃等措施。輸煤系統(tǒng)污水匯集至集水坑，用污水泵打入煤泥沉煤池，沉淀后的澄清水經(jīng)煤水處理設(shè)施后，進輸煤系統(tǒng)循環(huán)復(fù)用，沉煤池內(nèi)的泥煤定期清理至煤場。

(1)在縫式煤槽的卸料口處，設(shè)密封裝置防止撒煤和煤塵飛揚。

(2)在帶式輸煤機、斗輪堆取機等處進行密封。

(3)碎煤機選擇鼓風(fēng)量較小的機型。轉(zhuǎn)運站和碎煤機室設(shè)置機械除塵設(shè)備。

(4)犁式卸料器卸料漏斗裝設(shè)鎖氣擋板抑制煤塵。

(5)減少輸煤系統(tǒng)中轉(zhuǎn)運落差，在落差不能減小的地方加鎖氣擋板。

(6)所有落煤管之間，落煤管與漏斗之間及其與設(shè)備之間的法蘭、接口處，以及在管壁上開設(shè)的檢查孔處均采取密封措施。

(7)對卸煤、碎煤及運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的煤塵進行噴水除塵，使揚塵部位的表面含水量控制在8%～10%。貯煤場設(shè)置覆蓋整個煤堆面積的噴霧降塵裝置。噴槍布置在煤場兩側(cè)，沿煤場縱向每25m布置一套噴槍。煤場分區(qū)噴灑，每天噴灑2次，大風(fēng)天氣每天噴灑4次，并種植樹木抑制煤粉飛揚。

(8)卸煤轉(zhuǎn)運站、棧橋、煤倉間采用真空吸塵、通風(fēng)除塵或必要的水沖洗設(shè)施。沖洗廢水排至煤泥水調(diào)節(jié)池，經(jīng)沉淀后排至沖灰前池。煤場設(shè)備中液壓挖掘裝載機兼作沉煤池煤泥回收設(shè)備。斗輪堆取料機、汽車卸煤機設(shè)置機上噴水抑塵設(shè)施。

(9)設(shè)置輸煤建筑地面、墻壁沖洗、清掃及煤污泥排放處理設(shè)施。對煤場地面進行固化處理，防止污染地下水。

(10)在輸煤系統(tǒng)中其它易產(chǎn)生揚塵處設(shè)置除塵裝置。

4.2運煤系統(tǒng)揚塵治理

在運煤系統(tǒng)工藝設(shè)計中，在滿足工藝布置要求的前提下，盡可能減少煤流轉(zhuǎn)運點和降低煤流轉(zhuǎn)運點的落差。同時對落差≥4m的落料點導(dǎo)料槽上部布置緩沖鎖氣器，對來煤進行緩沖，同時減少煤塵飛揚。梨式卸料器卸料漏斗裝設(shè)鎖氣擋板抑制煤塵。

導(dǎo)料槽布置合理，導(dǎo)煤槽長度與帶式輸送機運行速度相適應(yīng)，保證使其布置在皮帶機最后一組托輥的前部，以防止導(dǎo)料槽與膠帶之間產(chǎn)生較大的縫隙。同時采用弧形蓋板導(dǎo)料槽，盡可能增大導(dǎo)料槽內(nèi)的空間，緩解來煤時產(chǎn)生的空氣正壓。導(dǎo)煤槽前段設(shè)置兩級擋簾。在距導(dǎo)料槽出口約lm處設(shè)置噴霧降塵設(shè)施，降塵的同時也對皮帶機上部煤層表面起到加濕作用，減少皮帶機運行時由于煤的波動及托輥運行時的振動而造成的煤塵二次飛揚。帶式輸送機的傳動滾筒、尾部滾筒以及所有與膠帶承載面接觸的非傳動滾筒，均采用膠面滾筒。帶式輸送機頭部滾筒設(shè)置膠帶承載面清掃器，頭部漏斗處設(shè)置噴霧降塵設(shè)施。在尾部滾筒附近和垂直拉緊裝置第一個改向滾筒前設(shè)置空段清掃器。

運煤系統(tǒng)的碎煤機室和運煤轉(zhuǎn)運站采用沖激式除塵機組。除塵機組布置在單獨的除塵器小間內(nèi)。每路皮帶設(shè)置獨立的除塵系統(tǒng)。除塵機組的泥漿排放，接入運煤專業(yè)沖洗棧橋的集水坑內(nèi)。碎煤機室的運煤系統(tǒng)中裝設(shè)煤篩，其除塵風(fēng)量為碎煤機和煤篩除塵的風(fēng)量之和。碎煤機采用鼓風(fēng)量小的環(huán)錘式碎煤機。所有除塵器均與相應(yīng)的帶式輸送機聯(lián)鎖，并做到超前三分鐘啟動，滯后三分鐘停機。

4.3鍋爐揚塵治理

(1)選用循環(huán)流化床鍋爐，其爐溫嚴格制在850～950℃，在該溫度下，燃燒產(chǎn)生的NOX量很少，一般可以控制在200-300mg/Nm3之間，完全能滿足國家有關(guān)標準。

(2)根據(jù)煤質(zhì)資料，選用布袋除塵器作為除塵設(shè)備，其除塵效率為99.9%。

(3)選用循環(huán)流化床鍋爐，其鈣硫比為2∶1，脫硫劑采用石灰石粉，石灰石粉的粒徑要求小于2mm。在固定端的棧橋下設(shè)一只石灰石粉儲倉庫，石灰石粉由罐車運進廠，再用罐車自帶的風(fēng)機將車中的石灰石粉卸入石灰石粉儲倉暫存。而儲倉中的石灰石粉由倉式輸送泵送至煤倉間的石灰石粉倉。再由石灰石粉倉下的出料口下的給料機由一次風(fēng)直接送至爐膛。爐內(nèi)脫硫效率為75%。

(4)鍋爐共用1座煙囪，按3臺75t/h爐滿負荷同時運行考慮而確定的高120m，出口內(nèi)徑為Φ3.2m的煙囪，煙氣流速為17.1m/s(3臺75t/h循環(huán)流化床鍋爐同時運行時)。每臺鍋爐布置一臺除塵器，含塵氣流經(jīng)過除塵器后潔凈氣體排到室外，煤塵聚集在過濾器上，經(jīng)過振打通過風(fēng)管落回煤斗。每個除塵系統(tǒng)都有一個獨立的戶外空氣補給與處理裝置，該裝置與除塵器聯(lián)鎖，以此來保證運煤層處于負壓狀態(tài)，阻止煤塵的外溢。

(5)鍋爐地面采用水沖洗方式防塵，根據(jù)地面設(shè)備基礎(chǔ)及溝道的布置情況，布置地面排水溝、地面和排水溝方向找坡。

4.4灰渣治理

飛灰采用氣力除灰方式。每個出灰口配置一臺倉泵，由倉泵將飛灰直接送往飛灰?guī)?。氣力除灰系統(tǒng)按鍋爐的三班制運行方式，出力考慮100%裕量。在廠內(nèi)設(shè)置氣力除灰系統(tǒng)設(shè)置專用的輸灰空壓機，干灰倉采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)2座，灰倉有效幾何容積約為600m3，可儲存本期灰量約130小時。

鍋爐爐渣經(jīng)冷渣器冷卻到800℃以下后卸入機車輸送至臨時灰渣場。臨時灰渣場內(nèi)的渣用機車外運出廠，進行綜合利用。循環(huán)流化床鍋爐的灰和渣可作水泥廠的摻合料和道路工程筑路材料，亦可作磚瓦廠的摻合料，綜合利用前景看好[2]。

除塵器為全露天型式，有利于通風(fēng)和清掃沖洗，飛灰處理系統(tǒng)為全封閉系統(tǒng)無飛灰飛揚，在除塵器下、灰?guī)爝\轉(zhuǎn)層、灰?guī)炝忝自O(shè)置水沖洗系統(tǒng)和管道，防止散落在地面的粉塵飛揚。高22m、有效容積800m3的貯灰?guī)?，頂部設(shè)置l臺帶排塵風(fēng)機的布袋除塵器?；以\輸車輛為專用密閉自卸式，運灰車輛及時沖洗，沖洗水經(jīng)沉淀后復(fù)用。廠外運輸石灰石粉車輛加蓋苫布，貯倉間項部裝設(shè)除塵設(shè)施，石灰石粉用密閉罐車運至車間。

4.5綠化

廠區(qū)綠化以發(fā)揮綠化功能、防治污染和美化環(huán)境為原則。綠化布局綜合考慮。綠化樹種以常綠樹為主，喬、灌、花草相結(jié)合，形成點、線、面有機結(jié)合的綠化系統(tǒng)。綠化以草皮為主，點綴一些灌木叢。綠化不僅能調(diào)節(jié)氣候、美化廠區(qū)環(huán)境，又具有吸收毒氣，吸滯粉塵、降噪，監(jiān)測大氣污染等多種功能，也是一個現(xiàn)代化工廠所應(yīng)有的廠容廠貌。

經(jīng)過以上揚塵治理措施計算污染物的排放量及排放濃度。

按《火電廠大氣污染排放標準》(GB13223-2011)計算，煙氣污染物排放濃度符合國家排放標準，滿足環(huán)境保護的要求。

滿足《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》(GB3095-2012)的要求。

4.6環(huán)境監(jiān)測及揚塵控制

目的在于掌握各種揚塵污染物的排放情況，包括排放量、排放濃度是否附合環(huán)境標準，以及廠區(qū)周圍環(huán)境質(zhì)量的變化趨勢，監(jiān)督生產(chǎn)安全運行，配合環(huán)境管理工作的改進，并為控制污染和保護環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)。對各測點的監(jiān)測項目和周期，按《火電廠環(huán)境監(jiān)測條例》執(zhí)行，如發(fā)現(xiàn)個別超標的項目和監(jiān)測點，則要重點監(jiān)測，并分析其超標原因，研究防治方案。發(fā)現(xiàn)問題及時采取措施，保證揚塵污染控制工作常抓不懈。監(jiān)測項目如下：

(1)為加強鍋爐煙氣中的SO2、NOx、CO、粉塵等有害氣體排放的檢測和監(jiān)督，指導(dǎo)改進操作，減少有害氣體的排放，裝設(shè)鍋爐煙氣連續(xù)排放分析檢測監(jiān)測系統(tǒng)(CEM)，煙氣中的SO2、NOx、CO、粉塵及排煙濃度的監(jiān)視信號，將送進DCS進行顯示、報警、記錄，實現(xiàn)煙氣排放的實時監(jiān)測。 工藝設(shè)計時在除塵器進出口煙道上預(yù)留必要的采樣位置。對SO2、NOx和粉塵濃度及總量進行檢測，采集信號進入DCS系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)存儲、監(jiān)視和分析之用，同時與當?shù)丨h(huán)保部門聯(lián)網(wǎng)，供環(huán)保局做在線監(jiān)視。

(2)除塵器效率,若出現(xiàn)機械或其它故障需立即檢修；

(3)廠區(qū)內(nèi)大氣中降塵TSP、SO2、NOx、CO的濃度；

除渣系統(tǒng)采用集中手操和就地手操二種。當設(shè)備出現(xiàn)故障時，能自動停運并在控制室內(nèi)有聲、光報警信號。

在除灰控制室內(nèi)，正壓氣力系統(tǒng)采用可編程控制器(PLC)及上位機來完成干除灰系統(tǒng)程序控制。除少部分操作在就地進行外，系統(tǒng)的啟動、停止、正常運行、事故處理均可在控制室內(nèi)由運行人員操作完成，或由PLC+CRT自動完成。運行人員還可以在就地對每個倉泵單獨進行操作。投運后采用壓力信號控制，當設(shè)備出現(xiàn)故障時，能自動停運并在控制室內(nèi)有聲、光報警信號，正壓氣力系統(tǒng)集控室應(yīng)放在除塵器控制樓內(nèi)?；?guī)煸O(shè)有高料位，當料位顯示庫滿信號后，應(yīng)停止進灰。

鍋爐灰、渣、塵輔助車間設(shè)置就地集中除灰控制室，采用可編程控制器(PLC)十上位PC機(包括CRT,鍵盤、鼠標、打印機等)的監(jiān)控模式，值班人員可在就地集中控制室內(nèi)的上位機上通過彩色CRT,鍵盤和鼠標對鍋爐排渣，除塵、除灰，以及石灰石上料氣力輸送等系統(tǒng)進行就地集中監(jiān)控。并通過通訊的方式，實現(xiàn)鍋爐除灰控制室內(nèi)PLC程控系統(tǒng)與集中控制室的DCS系統(tǒng)進行信息與數(shù)據(jù)的交換。

5結(jié)語

在化工項目設(shè)計過程中，各個專業(yè)應(yīng)緊密配合，各個設(shè)計人員應(yīng)深入學(xué)習(xí)分析揚塵大氣污染控制的重要性，知曉揚塵大氣污染控制的法律責(zé)任和社會責(zé)任，使其利用環(huán)保法律、法規(guī)知識充分考慮揚塵治理措施。此外[5]，項目施工和投產(chǎn)過程中都應(yīng)嚴格實施揚塵治理管理，揚塵污染控制工作納入日?；芾?，產(chǎn)生揚塵的垃圾、廢棄物等，必須由專人負責(zé)用密閉設(shè)施存放、運輸、處理，對涉及揚塵問題的作業(yè)班組進行專項揚塵防治管理培訓(xùn)，將揚塵防治工作落實到操作層，并建立獎懲制度、以推動現(xiàn)場工地揚塵污染控制進程。把揚塵污染控制放在突出的位置，對揚塵污染控制工作進一步深化，加大環(huán)保投入，鞏固揚塵治理成果。同時環(huán)保部門應(yīng)對易產(chǎn)生揚塵污染的企業(yè)加強監(jiān)管，進行綜合整治，保持良好的環(huán)境狀態(tài)，從根本上解決揚塵大氣污染問題，給我們一片藍天。

參考文獻

[1] 汪家銘.制合成氣焦爐煤氣的凈化及轉(zhuǎn)化技術(shù)[J].河南化工，2008，25(2).

[2] 2012-2016年中國焦爐氣(焦爐煤氣)市場分析與未來前景研究報告[R].中國產(chǎn)業(yè)信息，2012,06.

[3] GB13223-2011.火電廠大氣污染排放標準[S].

[4] GB3095-2012.環(huán)境空氣質(zhì)量標準[S].

[5] 張承中,黃學(xué)敏,等.大氣污染控制工程[M].高等教育出版社,2010.

Dust-proof Measures for Coke Oven Gas Factory

DongBijun

(SichuanHongdaPetroleum&NaturalgasEngineeringCo.,Ltd.,Chengdu610091,Sichuan,China)

Key words:coke oven gas; dust-proof; measures

Abstract:Based on the analysis of the systems which would produce dust easily during the production of the coke oven gas, it‘s found that the main sources of dust pollution are the place where unload coal, transfer coal and storage coal, as well as boiler. There are pollutions including coal ash, flue gas and cinder coming from boiler. Besides, the flue gas contains sulfur dioxide, nitrogen oxides and soot. In the end, some dust-proof measures about the technology are proposed in this thesis.

分析了焦爐煤氣工廠生產(chǎn)過程中易產(chǎn)生揚塵的系統(tǒng)，認為主要揚塵污染源有卸煤、輸煤、儲煤場、鍋爐，而主要污染物包括煤灰、鍋爐燃燒時生成的煙氣中的二氧化硫和氮氧化物及煙塵、鍋爐燃燒后產(chǎn)生的灰和渣,最終對工藝設(shè)計過程提出了具體的防塵治理措施。