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前言
煉焦生產(chǎn)的3個基本環(huán)節(jié)包括：儲備煤、煉焦和焦處理。從原料煤的準備到成品焦炭的運出，整個流程各環(huán)節(jié)都有不同程度的煙塵產(chǎn)生，會污染周邊環(huán)境，對生產(chǎn)人員造成嚴重危害。近年來，國家及地方不斷加大環(huán)保力度，對焦化行業(yè)要求實行特別排放限值、超低排放限值和秋冬季錯峰生產(chǎn)。
2019年4月，國務院發(fā)布《關(guān)于推進實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》，河北省、山西省、陜西省、山東省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、河南省等陸續(xù)出臺了地方超低排放標準或?qū)嵤┓桨?，對煉焦生產(chǎn)全流程大氣污染物排放標準做出了明確要求。環(huán)保問題成為制約焦化企業(yè)能否正常、連續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。國家及部分地方煉焦生產(chǎn)大氣污染物排放標準見表1。
表1 國家及部分地方煉焦生產(chǎn)大氣污染物
排放標準
煉焦生產(chǎn)全流程煙塵排放具有排污環(huán)節(jié)多、污染源分散、污染物種類多、強度大、連續(xù)性與陣發(fā)性共存、與生產(chǎn)關(guān)系密切等特點。在加強對污染物散發(fā)設(shè)施密閉、源頭減量控制的基礎(chǔ)上，必須采取成熟可靠的末端煙塵治理措施對污染物進行有效治理，滿足超低排放要求。
2
現(xiàn)行技術(shù)與措施
2.1?
儲備煤環(huán)節(jié)
煉焦煤在卸車、粉碎、轉(zhuǎn)運過程中會產(chǎn)生大量的煤粉揚塵，對操作環(huán)境造成極大污染。目前煤場要求采用封閉、半封閉料場，并設(shè)置噴淋（霧）等抑塵措施。汽車、火車卸料點設(shè)除塵設(shè)施或噴淋（霧）抑塵措施。當煤的全年平均水分大于8%時，除破碎機、粉碎機應設(shè)置除塵系統(tǒng)外，其他轉(zhuǎn)運環(huán)節(jié)一般不設(shè)除塵系統(tǒng)；當煤的全年平均水分小于8%時，備煤工段全線轉(zhuǎn)運點的皮帶機頭部和落料點都應設(shè)置除塵系統(tǒng)。
針對煤粉揚塵，一般在上述產(chǎn)塵點設(shè)置吸塵罩，將揚塵通過除塵管道抽吸至脈沖袋式除塵器，過濾凈化后經(jīng)風機排放至大氣。備煤車間的除塵器風量較小，除塵器一般設(shè)置在粉碎機室、轉(zhuǎn)運站的屋面。除塵濾袋采用覆膜濾料，設(shè)計過濾風速控制在0.8 m/min，定期脈沖清灰，可實現(xiàn)煤粉顆粒物外排濃度小于10 mg/m3，滿足粉塵顆粒物超低排放要求。
2.2?
煉焦環(huán)節(jié)
煉焦是焦炭生產(chǎn)的核心，也是最主要的大氣污染物排放環(huán)節(jié)。煉焦煤在裝入炭化室時，煤粉與熾熱的炭化室內(nèi)壁接觸，瞬間產(chǎn)生大量煙塵，夾雜煤塵從裝煤孔或裝煤爐門外逸。成熟后的熾熱焦炭被推焦機推出，落入熄焦車時，焦炭破裂并在空氣中燃燒形成強烈的對流濃煙，同時攜帶大量焦粉散發(fā)到大氣中。焦爐機側(cè)車輛在摘爐門、推焦以及平煤過程中煙塵也會從爐門、平煤孔等處外逸。
焦爐加熱時煤氣燃燒產(chǎn)生的廢氣中含有大量的氮氧化物、二氧化硫和顆粒物，當焦爐燃燒室與炭化室竄漏嚴重時污染物濃度會明顯上升。
采用干法熄焦時，干熄焦的裝入、排出裝置也會散發(fā)大量的煙塵和二氧化硫，對環(huán)境造成污染。
針對上述裝煤、出焦、干熄焦等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，分別設(shè)置裝煤除塵地面站、出焦除塵地面站、機側(cè)除塵地面站、焦爐煙氣脫硫脫硝裝置、干熄焦除塵及脫二氧化硫地面站，通過相應的技術(shù)與措施，實現(xiàn)顆粒物、氮氧化物、二氧化硫等大氣污染物的超低排放。
2.2.1裝煤除塵技術(shù)
目前，除少部分大型焦爐采用單炭化室壓力調(diào)節(jié)技術(shù)外，大部分焦爐裝煤煙塵治理采用干式除塵地面站。頂裝焦爐裝煤除塵工藝流程如下：裝煤車排煙管道→煙氣轉(zhuǎn)換閥→陣發(fā)性高溫煙塵冷卻分離阻火器→預噴涂裝置→脈沖袋式除塵器→風機→消聲器→煙囪→大氣。裝煤煙氣含有一定的水分和焦油，為防止裝煤煙塵冷凝結(jié)露、粘結(jié)濾袋，對除塵器采取保溫伴熱措施。為防止焦油粘結(jié)，在除塵器前設(shè)置預噴涂裝置，通過周期性噴入干焦粉對濾袋進行噴涂保護。
頂裝焦爐裝煤除塵風量根據(jù)焦爐規(guī)模確定，6~7 m頂裝焦爐通常取80 000~11 500 m3/h。隨著環(huán)保要求的提高，為滿足顆粒物小于10 mg/m3超低排放要求，除塵濾袋一般采用防靜電覆膜濾料，設(shè)計過濾風速控制在0.8 m/min，采用周期性脈沖閥噴吹清灰。過濾收集的粉塵可通過刮板輸送機輸送至貯灰倉，定期加濕外運或用真空吸排罐車外運。
搗固焦爐裝煤除塵爐頂常采用高壓氨水噴射配合雙U型導煙管式導煙車，裝煤過程中從機側(cè)爐門逸出的煙塵采用搗固焦爐機側(cè)爐頭煙除塵地面站處理，詳見2.2.3節(jié)介紹。
國標特別排放標準要求裝煤煙塵中二氧化硫排放濃度小于70 mg/m3，生態(tài)環(huán)境部超低排放標準未做進一步要求。焦爐實際生產(chǎn)過程中，裝煤煙塵二氧化硫的排放濃度與焦爐爐型、生產(chǎn)操作制度、操作水平、煉焦煤含硫量、焦炭成熟度等多種因素密切相關(guān)。焦爐生產(chǎn)控制良好的條件下，二氧化硫可滿足排放要求，不需再進行脫硫治理。如確實達不到更嚴格的排放要求，可將除塵后的煙氣二次升溫后噴入脫硫劑脫除二氧化硫。工藝流程為：除塵后的裝煤煙氣→GGH換熱→熱風爐加熱→噴入脫硫劑→脫硫灰除塵→GGH換熱→風機→煙囪→大氣。該裝煤煙塵脫硫工藝在河北某焦化企業(yè)投產(chǎn)運行，脫硫效果良好，可滿足當?shù)囟趸蛐∮?0 mg/m3的排放要求。但同時存在一次投資高、運行費用較高，占地面積較大等不利因素。
2.2.2出焦除塵技術(shù)
出焦除塵地面站由3部分組成：攔焦機上的大型吸氣罩及對接裝置、煙氣轉(zhuǎn)換閥和集塵干管、地面站凈化設(shè)備。焦爐出焦除塵工藝流程如下：攔焦機吸氣罩和對接裝置→煙氣轉(zhuǎn)換閥和集塵干管→陣發(fā)性高溫煙塵冷卻分離阻火器→脈沖袋式除塵器→風機→消聲器→煙囪→大氣。
焦爐出焦除塵風量根據(jù)焦爐規(guī)模確定，6~7.65 m焦爐通常取324 000~400 000 m3/h。過濾風速、濾袋材質(zhì)同樣要滿足超低排放要求。過濾收集的粉塵一部分可作為裝煤除塵系統(tǒng)的預噴涂料，一部分收集至貯灰倉定期外運。
由于焦爐出焦是按一定周期間斷進行，除塵風機設(shè)計為變頻調(diào)速方式，出焦時高速運行，其他時間低速運行，以降低能耗。
2.2.3機側(cè)除塵技術(shù)
隨著環(huán)保要求的日益嚴格，機側(cè)煙塵治理也成為煉焦生產(chǎn)全流程中的一個重要方面。機側(cè)除塵有車載式除塵系統(tǒng)和干式除塵地面站2種方式，目前逐漸以干式除塵地面站為主。
頂裝焦爐機側(cè)除塵地面站針對推焦機在摘爐門、推焦以及平煤過程中造成的爐門、平煤孔外逸煙塵進行收集凈化。與出焦除塵類似，機側(cè)除塵系統(tǒng)也包括推焦機吸氣罩、集塵干管和地面站凈化設(shè)備3部分，工藝流程如下：推焦機吸氣罩→U型水密封式集塵干管（皮帶密封式集塵干管）→火花捕集器→預噴涂裝置→脈沖袋式除塵器→風機→消聲器→煙囪→大氣。頂裝焦爐機側(cè)除塵風量根據(jù)焦爐規(guī)模確定，6~7.65 m焦爐除塵風量通常取170 000~220 000 m3/h。過濾風速、濾袋材質(zhì)同樣要滿足超低排放要求。
搗固焦爐機側(cè)除塵負責推焦時爐頭外逸煙塵和裝煤時爐頭外逸煙塵的凈化處理。根據(jù)機側(cè)車輛類型不同，除塵系統(tǒng)略有不同。采用搗固裝煤推焦一體車（SCP機）時，一體車上設(shè)置大型吸氣罩，能夠同時覆蓋推焦和裝煤爐孔。推焦、裝煤作業(yè)時，爐門清掃及推焦、裝煤時爐門外逸煙塵通過吸氣罩進入集塵干管并通過地面站凈化外排。采用推焦機和裝煤車分體車時，除了2個車輛上分別設(shè)置吸氣罩外，在機側(cè)爐頂設(shè)置了1套煙塵捕集裝置。推焦時推焦機吸氣罩和爐頂捕集裝置打開，裝煤時裝煤車吸氣罩和爐頂捕集裝置打開。當裝煤結(jié)束，推焦機與裝煤車換位期間爐門外逸煙塵由爐頂煙塵捕集裝置獨立完成。
裝煤煙氣中含有大量黏性焦油類混合物，經(jīng)過濾袋時會造成糊袋板結(jié)。為防止濾袋糊袋，在搗固焦爐機側(cè)除塵器前設(shè)置煙氣凈化吸附裝置，通過吸附裝置內(nèi)填充的10~25 mm塊狀焦炭吸附以去除焦油，保證除塵器長期穩(wěn)定運行。塊狀焦炭定期自動更換。
搗固焦爐機側(cè)爐頭煙除塵系統(tǒng)風量與焦爐規(guī)模和機側(cè)車輛形式有關(guān)，配備分體車的5.5~6.78 m搗固焦爐除塵風量通常取220 000~260 000 m3/h，配備SCP機時風量可減少30 000~40 000 m3/h。除塵器過濾風速、濾袋材質(zhì)要求與裝煤、出焦除塵系統(tǒng)相同，過濾風速不大于0.8 m/min。
2.2.4焦爐煙氣脫硫脫硝技術(shù)
自2015年國內(nèi)首套焦爐煙氣脫硫脫硝裝置投產(chǎn)以來，焦化行業(yè)內(nèi)經(jīng)歷了很長一段時間焦爐煙氣脫硫脫硝工藝選擇期。經(jīng)過4~5年的工業(yè)化應用檢驗和淘汰，目前被業(yè)界接受的技術(shù)主要是干法/半干法脫硫+布袋除塵+中低溫SCR脫硝技術(shù)和活性焦脫硫脫硝技術(shù)。
干法/半干法脫硫+布袋除塵+中低溫SCR脫硝技術(shù)采用鈉基脫硫劑，先進行高效脫硫，為中低溫SCR脫硝創(chuàng)造良好的煙氣條件，保證SCR高效脫硝穩(wěn)定運行。其中采用碳酸氫鈉為原料的干法脫硫技術(shù)相比采用碳酸鈉溶液為原料的半干法技術(shù)，一次投資省、占地面積小、操作更簡單，綜合比較更具優(yōu)勢，逐漸成為首選脫硫技術(shù)。針對焦爐煙氣特性開發(fā)的中低溫SCR催化劑能夠在180~260 ℃溫度窗口穩(wěn)定保持高效脫硝效率，在國內(nèi)各焦化企業(yè)得到廣泛應用。該項技術(shù)提標潛力大，通過增加脫硫劑噴入量、填充預留催化劑，即可滿足從一般地區(qū)排放指標提升至超低排放指標，滿足二氧化硫小于30 mg/m3，氮氧化物小于100 mg/m3，顆粒物小于10 mg/m3的排放要求。
活性焦脫硫脫硝技術(shù)是從燒結(jié)煙氣凈化領(lǐng)域引入到焦化領(lǐng)域，該技術(shù)最大的優(yōu)勢是不產(chǎn)生脫硫灰固廢?；钚越姑摿蛐侍貏e高，但脫硝效率偏低，適用于氮氧化物入口濃度不高（小于500 mg/m3）的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)焦化廠，目前在國內(nèi)鋼鐵企業(yè)應用較多?；钚越姑摿蛎撓跫夹g(shù)一次投資相對較高，運行成本主要來自活性焦消耗后補充，受活性焦市場價格波動影響很大。為滿足顆粒物10 mg/m3的排放要求，對吸附塔內(nèi)氣流分布和過濾風速要求嚴格。在活性炭吸附、再生過程中必須充分考慮活性焦的易燃特性，設(shè)置必要的充氮保護和溫度檢測等安全措施，防止活性炭著火。
2.2.5干熄焦除塵及脫除二氧化硫技術(shù)
干熄焦裝置煙塵逸散主要來自焦炭裝入口、循環(huán)風機放散口、預存段放散口、排焦溜槽口以及排焦皮帶落料點。其中，循環(huán)風機放散口、排焦溜槽口的煙塵含有較高濃度二氧化硫。針對干熄焦各部位煙塵情況，分設(shè)2個除塵地面站：1套干熄焦環(huán)境除塵地面站，用于凈化低硫煙塵；1套高硫煙塵除塵地面站，用于凈化高硫煙塵。
（1）干熄焦環(huán)境除塵地面站。焦炭裝入口、預存段放散口產(chǎn)生的高溫煙氣被吸氣罩捕集后，經(jīng)過陣發(fā)性高溫煙塵冷卻分離阻火器，降低煙氣溫度并初步分離大顆粒焦塵，排焦皮帶落料點處的低溫煙塵經(jīng)陣發(fā)性高溫煙塵冷卻分離阻火器預處理后，再與冷卻后的高溫煙氣混合，混合后的煙氣進入脈沖袋式除塵器凈化。高硫煙塵除塵系統(tǒng)故障時，循環(huán)風機放散口、排焦溜槽口的煙塵將切換到干熄焦環(huán)境除塵地面站進行除塵。
（2）高硫煙塵除塵地面站。循環(huán)風機放散口、排焦溜槽的煙塵中含有較高濃度的二氧化硫，濃度為350~1 600 mg/m3。這兩部分煙塵經(jīng)高硫煙塵除塵地面站進行除塵凈化處理后脫硫。脫硫可送至焦爐煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)或單獨設(shè)立的干法脫硫系統(tǒng)及活性焦吸附系統(tǒng)。
通過對干熄焦不同部位煙塵的相應治理，可實現(xiàn)干熄焦除塵顆粒物小于10 mg/m3，二氧化硫小于50 mg/m3的超低排放要求。
