搗固焦爐裝煤時煙塵處理設備及技術經濟分析

張慶梅（太原重工工程技術有限公司，山西 太原 030024）

引言

焦爐是煉焦的生產設施，是焦化行業的主要污染源，煙塵是焦爐排放最主要的污染物。 由于焦爐生產具有排污環節較多、強度較高、污染物種類雜、毒性大等特點，焦爐煙塵治理多年來一直是污染控制的重點和難點。 裝煤過程中，搗固煤餅從機側爐門裝入炭化室，焦煤突遇高溫產生大量黃煤氣和煙氣，炭化室內壓力突增，噴出大量煙塵，這些煙塵主要來自于爐頂和機側爐門，如何處理裝煤時的大量煙塵， 就以下幾種除塵設備做一個介紹以及一些技術經濟分析。

一、消煙除塵車

消煙除塵車是裝煤出焦時合用的捕塵、 除塵的移動除塵設備。 它提高了焦爐的裝備水平，減少了煙塵的排放。 該車直接從爐頂導入裝煤時炭化室的煙塵，經燃燒和除塵處理后排放；該車還可以接入攔焦車捕塵罩捕集的出焦煙塵， 經除塵處理后排放。 消煙除塵車的布置見圖1

消煙除塵車的結構由以下幾部分組成：

車體、行走裝置、燃燒室、三通閥、噴淋室、文丘里管組、旋風分離器、升降導套以及伸縮套、水泵及給水系統、電控系統、風機、排水系統、煤氣助燃管路等。

1.設備的工作原理：消煙除塵車在裝煤時，導套對準炭化室頂部導煙孔將煙塵捕集，依次進入燃燒室、三通閥、噴淋室、文丘里管、旋風分離器、風機排到大氣；出焦時，設于裝煤除塵系統風管上的電氣控制的三通閥關閉，切斷裝煤的塵源，而打開設于出焦除塵系統風管上的通道，出焦時的煙氣經吸風罩、噴淋室、文丘里管、旋風分離器、風機排向大氣。 出焦時的煙塵不經過燃燒室直接進入噴淋室。 燃燒室中的燃燒是靠吸入煙塵中的煤氣和空氣相混合而進行的。 空氣的混入在導套內進行，在導套上設有混風口。 從燃燒室出來的煙氣進入 噴淋室、文丘里管、旋風分離器。噴淋室有兩個作用：除塵和降溫。文丘里除塵器體積小，構造簡單，布置靈活。 由于煙氣溫度高、占地面積有限，所以在此選用文丘里管。 噴淋室、文丘里管、旋風分離器均為濕式除塵，因此設有給排水系統，水泵設兩臺，一開一備。 在消煙除塵車上，還設有電氣控制室、走行電機、風機和水泵用的電機。

2.工作程序：走行到位后，使消煙除塵車的導套對準裝煤炭化室的排煙孔，使導套下降到位，三通閥切斷出焦的塵源，凈化系統和燃燒系統通道接通，然后開啟水泵及風機，處理裝煤時產生的煙塵，經燃燒、凈化后排入大氣。 裝煤結束，炭化室機側爐門關閉，提升導套，在排煙孔蓋復位后，再關閉鼓風機，之后再關閉水泵，裝煤的除塵程序結束。

出焦時：走行到位后，三通閥切斷裝煤的塵源，伸縮套到位與攔焦車連通，在水泵及風機工作狀態下，處理出焦時產生的煙塵，經凈化后排入大氣。 出焦結束，使伸縮套、三通閥復位，出焦的除塵程序結束。 消煙除塵車在不工作時， 應開到端部休息平臺。 消煙除塵車走行與升降導套、伸縮套設置聯鎖。 除塵風機與水泵具有安全聯鎖。

3.主要設備：（1）燃燒室：燃燒室由爐體、橫煙管、耐火材料等組成。 爐體是裝煤時的煙塵發生燃燒的部位，在它的內部填充有耐火材料，底部設有分流器，頂部有防爆口即手動放散口，在爐體中部設有觀察孔；橫煙管：橫煙管是煙塵通過的管路，在三個裝煤孔上均設有三個吸風管路， 中間吸風口的煙塵直接進入燃燒室，在吸風道內壁填充有耐火材料。 耐火材料主要有：陶瓷纖維、耐火磚、耐火泥等，陶瓷纖維質量優良、密度小、富有彈性，便于安裝，解決了燃燒室的耐火材料易于脫落的問題。 （2）三通閥、噴淋室、文丘里管組：從燃燒室出口的煙氣依次進入三通閥、噴淋室、文丘里管組，由于有高溫煙氣通過，在這三個部件中，都有循環水冷卻裝置，冷卻高溫煙氣，以達到降溫除塵的目的。 （3）旋風分離器及風機： 該裝置能使經過濕式降溫除塵的高溫煙氣進行進一步的除塵，在內設置有柵板，使煙氣在行進的過程中，濕式塵粒碰撞下落至底部的管路中， 經過除塵后的煙氣則由出口進入風機。 風機是專為焦化除塵車配套的專用風機，采用整體機座。 機身和葉輪均采用不銹鋼制做。

4.注意事項：（1）消煙除塵車嚴禁在水泵缺水使用。 （2）在除塵過程開始時，先開水泵，后開鼓風機，在除塵過程結束，先關鼓風機，后關水泵。（3）在各導套復位后，再能行走。（4）消煙除塵車除檢修時間外，盡量連續使用，如果長時間放置不用會導致溫度的驟冷驟熱，容易引起耐火材料的剝離、脫落，影響使用。 （5）排放集灰水管，在水泵正常運轉時，12 小時排放積灰一次。（6）燃燒室及燃燒管路不能濺水，否則引起起耐火材料爆裂損壞。

5.技術經濟分析：消煙除塵車是我國焦化設備除塵初期大量采用的一種設備， 包括現在國外一些國家印度等也還在大量使用這類設備，這個設備的特點是：濕式除塵，結構緊湊，改善了大量冒黑煙的情況， 但是排放濃度相對較高。 由于該類設備投資小，占地少，所以至今為止還有很多廠家在使用。

二、燃燒式導煙車

燃燒式導煙車是將裝煤時的煙塵通過燃燒后， 再進行混風冷卻， 然后輸送進集氣總管由高溫風機送入地面站進行后一級除塵的移動集塵設施。 它提高了焦爐的裝備水平，減少了煙塵的排放。 燃燒式導煙車的布置見圖2。

燃燒式導煙車由車體、行走裝置、燃燒室、主管、電磁揭爐蓋裝置、平移導套、升降導套、電控系統、液壓系統和空調系統等組成。

1.設備的工作原理：導煙車是裝煤時用的移動集塵設備，電磁揭爐蓋系統將爐蓋揭起，對準炭化室頂部導煙孔將煙塵捕集，依次進入燃燒室、主管、平移導套進入集塵總干管，并在主管上設有混風口，用于降溫。 燃燒室的內襯是耐火材料。 三個導煙孔上部設置三個導套，裝煤時對準炭化室頂部導煙孔將煙塵捕集，中間導套捕集的煙塵直接進入燃燒室。 導煙孔上部的導套以及燃燒室都設有耐火襯，所有導套（導煙孔上部、與地面站連接）均使用液壓缸驅動。 電磁揭爐蓋裝置是利用電磁鐵吸住爐蓋，使其成懸掛狀態，通過液壓缸操作使爐蓋閉合和揭開。 該裝置即可實行單元自動控制，也可手動按鈕操作。 平移導套用于和集塵主管的對接，分揭蓋機構和導套移動機構。 升降導套用于和爐頂除塵孔的對接。

2.工作程序：走行到位后，使導煙車的導套對準炭化室的排煙孔，電磁揭爐蓋裝置將爐蓋揭起，導套下降到位，同時，平移導套也平移到位，地面站風機啟動，將煙氣經過燃燒后輸送到集塵總管。 裝煤結束后，各導套復位，電磁揭爐蓋裝置將爐蓋關閉，導煙車才能行走。 導煙車在不工作時，應開到端部休息平臺。 導煙車走行與升降導套設置聯鎖。 導煙車走行與平移導套設置聯鎖。

3.主要設備：(1) 燃燒室：燃燒室的結構同上相似，在此不在詳述。 （2）主管：從燃燒室出口的煙氣進入主管，由于從燃燒室出來的煙氣有很高的溫度，所以在此部件中，管道內壁全部設有耐火材料，在管道的中間設有混風冷卻口冷卻高溫煙氣，混風冷卻分六個口以調節混冷風量， 具體調節的風量由現場根據地面站的風機負壓和實際使用情況來進行。 （3）平移導套從主管出來的煙氣通過平移導套進入地面站的集塵干管， 平移導套連接主管和集塵干管。 集塵干管的揭蓋是由本機構的揭蓋機構來完成，由液壓缸驅動，通過鉸軸將蓋打開，導套的移動也是由液壓缸驅動和干管對接，在導套上設置彈簧，用于對接口的連接緩沖，在導套的兩側和底部還設有導向機構來保證導套的移動正確。 （4）電磁啟閉爐蓋系統：電磁揭爐蓋裝置是利用電磁鐵吸住爐蓋，使其成懸掛狀態，通過液壓缸操作使爐蓋閉合和揭開。 該裝置即可實行單元自動控制，也可手動按鈕操作。 揭蓋機是通過框架組、導軌吊架與車輪組連結，在導軌上運動。 揭蓋機分為外臺車、內臺車，內臺車裝在外臺車上隨之運動。 揭蓋機由油缸通過杠桿、松緊螺栓沿導軌上下、前后移動。 爐蓋的配研，通過油缸和內臺車的限位開關的組合進行自行搖動，裝煤爐口稍有偏位時，通過內外臺車的組合，也能夠將爐蓋配研合適，搖動角度可通過限位開關碰鐵的位置變動來調整。 揭蓋機的上下由導軌吊架的調節螺栓，左右由框架組的調節螺栓，前后由松緊螺套，組成可全方位調整的構造，以適應各裝煤孔的熱態變化。

4.注意事項：（1）正常情況下不許解除電氣聯鎖操作，如遇特殊情況，首先要確認各機構處于走行安全位置，方可解除電氣聯鎖操作。 （2）停電或電壓下降及檢修時，要拉下電氣總開關，各操作開關和主令控制器手柄都必須處于零位。 （3）導煙車嚴禁在混冷風口未打開的情況下使用。 （4）在各導套復位后，再能行走。（5）定期清理燃燒室、煙道和主管中的積塵。

5. 技術經濟分析： 該類設備是裝煤除塵設備的一級除塵設施，它能將煙塵先進行燃燒，然后再冷卻后輸送進地面除塵站，提高了煙塵捕集率，延長了地面除塵站布袋除塵器的使用壽命，提高了除塵效果。 該設備的設計在吸收消煙除塵車設備優點的基礎上為了加強捕塵效果，在管路上設置了插板閥，便于調節煙氣各環路的阻力平衡并且在主管上還設置了可調風量的混風閥用于高溫煙氣的降溫。 這種導煙車使捕塵、集塵、除塵達到高效的結合，摒棄了循環水降溫的原理，利用空氣降溫，節省了能源、水資源。 現在為很多的焦化專業廠家在廣泛使用。

三“U”型管導煙車

“U” 型管導煙車是將裝煤時產生的煙塵通過導煙車上的U型管連通裝煤炭化室與臨近高溫炭化室的除塵孔， 利用臨近高溫炭化室橋管上高壓氨水噴射所產生的抽力， 將裝煤炭化室因裝煤而產生的含煤塵煙氣及荒煤氣， 引導至臨近炭化室頂部空間，利用其高溫將其焚燒凈化，并從對應上升管進入集塵管道，從而實現除塵目的。 該類型的導煙車是消化吸收德國技術，自行設計制造的一種目前廣泛采用的除塵設備。 設備布置見圖3

整個導煙車分為鋼結構、行走裝置、導套及提升裝置、上升管裝置、液壓系統、電氣系統等組成。

1.設備的工作原理：裝煤時，將導套對準相關除塵孔，提升液壓缸下降到位，提桿機構開始動作，先將提蓋液壓缸下降到位，然后開啟機爪油缸完成抓蓋動作，提蓋液壓缸回收將爐蓋提起，開始導煙。 導煙完成時提蓋液壓缸下降，然后機爪油缸動作放下爐蓋，提蓋液壓缸回撤，同時導套提升液壓缸提起，整個導套機構離開水封槽。車體走行，進行下次導煙。整個動作自動完成，但鑒于爐頂特殊情況，加上裝煤工況不一樣，所以增加點動功能。各個動作由司機操作。從而更能滿足實際需要。此套除塵工藝不僅能提高焦爐的裝備水平，減少了煙塵的排放，同時將部分能量和煙氣回收循環利用，更符合環保要求。

2.設備的工作程序：裝煤時，導煙車走行到位后，將導煙車的導套對準裝煤炭化室和臨近兩爐距以及臨近四爐距的高溫炭化室的除塵孔， 導套中心與除塵孔中心的偏差不應大于10mm，使導套下降到位（所有導套提升油缸伸出），所需的其中兩個的機爪開閉機構閉合（ 機爪開閉油缸縮回）、所需的其中兩個爐蓋提升機構提升（爐蓋提升油缸縮回），裝煤完畢，爐門掛上后，爐蓋提升機構下降（爐蓋提升油缸伸出），機爪開閉機構打開（ 機爪開閉油缸伸出），導套上升到位（導套提升油缸縮回）。 導煙車在非工作狀態時，應停在端部平臺休息。 具體流程圖如下：

走行→走行制動→揭蓋油缸伸出→機爪油缸后退→導套提升油缸伸出→揭蓋油缸縮回→開始導煙→揭蓋油缸伸出→導套提升油缸縮回→機爪油缸伸出，落蓋→揭蓋油缸縮回→走行，進行下個循環。

3.主要設備：（1）導套及提升裝置：導套裝置是將裝煤爐煙氣導入臨近結焦末期炭化室的連通器。 裝煤時，將導套對準相關除塵孔，提升液壓缸下降到位，提桿機構開始動作，先將提蓋液壓缸下降到位，然后開啟機爪油缸完成抓蓋動作，提蓋液壓缸回收將爐蓋提起，開始導煙。 導煙完成時提蓋液壓缸下降，然后機爪油缸動作放下爐蓋， 提蓋液壓缸回撤， 同時導套提升液壓缸提起，整個導套機構離開水封槽。車體走行，進行下次導煙。整個動作自動完成，但鑒于爐頂特殊情況，加上裝煤工況不一樣，所以增加點動功能。 各個動作由司機操作。 從而更能滿足實際需要。（2）上升管操作裝置：上升管操作裝置主要實現出焦及裝煤時上升管蓋、橋管翻板閥以及相鄰炭化室高壓氨水開閉等動作。 各動作由液壓缸驅動實現。 實現高低壓氨水、上升管蓋等的自動操作功能。

4.注意事項：（1）正常情況下不許解除電氣聯鎖操作，如遇特殊情況，首先要確認各機構處于走行安全位置，方可解除電氣聯鎖操作。 （2）停電或電壓下降及檢修時，要拉下電氣總開關，各操作開關和主令控制器手柄都必須處于零位。 （3）導套下降時（導套提升油缸伸出）一定要使機爪開閉油缸處于伸出狀態。 （4）導套處于下降狀態時（導套提升油缸伸出，嚴禁走行）。 在各導套復位后，才能行走。

5.技術經濟分析：此類設備在當今的搗固焦爐除塵設備中，是多家使用單位選擇的一種除塵設備。 該導煙裝置不需要地面站處理，地面站處理不僅投資大，而且只能除塵，對裝煤時產生的煙塵所含的有害物質處理不徹底，還會對大氣造成污染。 U 型管導煙車能將有害物質焚燒凈化，達到消煙除塵的目的。 此類設備投資小，煙塵處理效果好， 因此被很多廠家在采用。

結束語

本文從以上幾種設備來比較搗固焦爐裝煤時各種煙塵處理的工藝思路、設備布置、設備組成以及技術經濟分析，每種設備都各有特點，對治理焦化行業生產的“高污染”現象有了較大改觀，同時各種除塵設備在實踐中不斷發展完善，趨于成熟，在大氣環境越發受到重視的今天， 焦化行業的除塵技術有更大的發展空間。

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[1]胡學義 薄以勻. 焦爐煉焦除塵 北京 化學工業出版社2010.4

[2]蘇宜春煉焦工藝學 北京 冶金工業出版社1994.5

[3] 孫一堅〈工業通風〉 北京 中國建筑工業出版社1985，12

[4][蘇] 馬伊西斯、 維格多羅契克唐曾樂 譯 〈煤氣燃燒裝置〉 天津科學技術出版社1988，5