焦炉装煤期间烟尘污染的主要特点是点多、面广、分散、烟尘量大、污染物种类多,连续性、阵发性与偶发性并存,粉尘粘度大、温度高、带有明火、处理难度大。装煤地面站除尘方式是目前焦炉装煤除尘较为先进的方法,但投资大、能耗高、占地面积大,不适用于生产多年的双集气管焦炉的装煤除尘改造。为此,攀钢在5号和6号高6m的焦炉上采用了车载式除尘装煤车,2台车分别于2005年和2006年完成改造,至今,运行效果良好。
1 车载式除尘装煤车简介
车载式除尘装煤车采用非燃烧干法除尘方式,将干式非燃烧法装煤除尘地面站技术和装煤车有机地结为一体,将除尘装置设置在装煤车上。
该系统主要由钢结构、走行装置、密封套筒、自动启炉盖、螺旋给料器、司机室、液压室、电气室、煤斗、除尘系统、液压系统和电气系统等组成。装煤密封套筒包括下料导套和外套筒。下料导套的下端面与装煤孔座采用球面密封,以防止装煤过程中的烟尘外逸。装煤系统采用螺旋给料器给煤,可实现定速、定量给煤。走行电机采用变频调速,可快速、准确地与炭化室对位。为防止烟气中的焦油成分粘附除尘器滤袋,在干式除尘装煤车上专门设置了一套预喷涂装置,喷涂料为焦粉或石灰粉。车载式除尘装煤车工艺流程见图1。
图1 车载式除尘装煤车的工艺流程
2 除尘装煤车的改进
2.1 增加伸缩套筒,提高捕集率
普通车载式除尘装煤除尘车的捕集系统由下料导套和外套筒组成。装煤作业时,除尘装煤车只有靠下料导套和外套筒对装煤下料过程中的烟尘进行捕集和处理,无法对揭开炉盖至下料导套对上装煤口,以及装煤后下料导套提起至炉盖盖上装煤口这段时间溢出的烟尘进行捕集和处理,故捕集率较低。若部分荒煤气和烟尘滞留于下料导套和外套筒之间,与炉火相遇时会产生爆鸣,对除尘设备和焦炉炉顶有一定的影响。针对该种情况,攀钢在车载式除尘装煤车上增设了伸缩套筒(即第3轧套),第3轧套和集尘管道通过外套筒上的连接法兰连接,下端口敞开,在捕集烟尘时可吸人大量的空气,对装煤口溢出的烟气进行充分稀释和冷却,以消除爆鸣。增设第3轧套可收集外套筒和第3轧套间外溢的烟尘,在装完煤后先自动盖炉盖,后提第3轧套,大大提高了烟尘捕集率。
2.2 采用金属过滤网替代除尘布袋
装煤时产生的烟尘属于高温烟尘,脉冲袋式除尘器的滤袋材料可以耐温200℃,但在停电或停高压氨水等事故状态下,装煤孔冒烟冒火易造成布袋因燃烧而损坏。由于装煤过程中的烟尘夹杂有焦油类物质,此类物质具有一定的腐蚀性,不仅影响喷吹和除尘效果,同时还影响布袋的使用寿命。金属过滤材料具有良好的导热性、韧性、优异的抗热震性能和高温耐腐蚀能力,同时还具有很好的加工性和焊接性能,这些优异性能使得金属过滤材料在高温气体除尘应用中具有更好的适应性和优越性。所以,攀钢煤化工厂最终选用了喷吹除尘效果好、耐高温的金属过滤网,既提高了使用寿命和效率,同时还减少了除尘面积。
2.3 用干熄焦除尘焦粉作预喷涂料
投产初期,采用筛焦地面除尘站回收的焦粉作预喷涂料,但由于粒度较大,经湿熄焦后的焦粉吸附性小,对焦油的粘附效果差,易造成金属滤网的堵塞。后来,又采用石灰粉作预喷涂料,但石灰粉吸水性强,在雨季时易受潮结块。经试验,干熄焦除尘装置回收的焦粉不仅粒度小,在0.1~0.2mm之间,而且干燥。用此焦粉进行预喷涂,可有效粘附焦油类物质,预喷涂用的干熄焦粉量在500~600kg/d。
2.4 对炉顶进行平整度改造
攀钢5、6号焦炉已投产17年,随着炉龄的增长焦炉存在一定的变形,炉顶高低不平,砌体漏气,装煤孔座的位置发生偏移。车载式除尘装煤车采用了内导套球面密封技术,为方便除尘装煤车的自动揭盖装煤及保证除尘效果,须对炉顶的平整度进行调整。一是对炉顶砖标高、装煤孔座中心距、装煤孔座标高、装煤孔座偏差等数据进行标定,对左右上下偏差在40mm的部位进行标注;二是对超出偏差范围的炉顶表面砖进行部分翻修;三是对偏离装煤孔中心线在40mm以上的装煤孔座砖和孔圈进行更换,并对装煤孔盖进行统一更换。
2.5 配套设施的改进
(1)增设预喷涂配套设施。为保证车载式除尘装煤车的稳定运行,需要配套进行预喷涂,预喷涂消耗的焦粉约200t/a。为降低工人劳动强度,采用气力输送罐车输送焦粉,先将焦粉运至焦炉端台处,再用固定管道送至装煤车上的预喷涂装置。
(2)取煤增加风振控制电路。攀钢的配煤水分在12%左右,遇到配煤过细或水分过高时,其粘接性会增强,这给除尘装煤车的取煤带来一定困难。为方便除尘装煤车取煤,有效防止漏嘴堵煤现象,在装煤除尘车取煤控制中增加了风振控制电路,当取煤嘴打开时即加入风振,从而实现在除尘装煤车上完成取煤的操作。
3 车载式除尘装煤车的运行效果
(1)投资省。1套供2×50孔焦炉组的装煤除尘地面站投资至少在3000万元以上,以攀钢5、6号焦炉为例,2种装煤除尘技术的比较结果见表1。
表1 装煤除尘地面站和车载式除尘装煤车方案比较
项 目 |
装煤除尘地面站 |
车载式除尘装煤车 |
总投资 |
3000多万元 |
约为地面站投资的1/2 |
蒸汽耗量 |
0.25t/h |
无 |
生产用水 |
|
|
风机冷却水 |
1.0t/h |
无 |
液力偶合器冷却水 |
15t/h |
无 |
粉焦加湿用水 |
2.0t/h(间断性) |
无 |
生活用水 |
0.6t/h |
无 |
占地面积 |
800m2 |
无 |
职工定员 |
8人((2人/班) |
无 |
排烟机主电机功率 |
250kW |
30~90kW |
装煤车质量 |
约170t |
约170t |
从表1可看出,车载式除尘装煤车不但节省了大量投资,而且操作方便,运行费用低,不需配备操作人员及额外占地。
(2)除尘效果较好。表2列出了攀钢2×55孔新1、2号焦炉装煤除尘地面站和2×50孔5、6号焦炉车载式除尘装煤车除尘效果的比较结果。
表2 装煤除尘地面站和车载式除尘装煤车除尘效果比较
项 目 |
装煤除尘地面站 |
车载式除尘装煤车 |
烟气温度,℃ 除尘进口 |
45 |
60 |
除尘出口 |
35 |
40 |
烟气流量,m3/h 除尘进口 |
60000 |
35000 |
除尘出口 |
62000 |
36000 |
烟气浓度,mg/m3 除尘进口 |
5800 |
2000 |
除尘出口 |
35 |
40 |
炉顶粉尘浓度, mg/m3 |
3.0 |
3.2 |
烟尘捕集率,% |
93 |
93 |
外排烟尘总量,kg/h |
约2.2 |
约1.4 |
表3 装煤除尘地面站和车载式除尘装煤车动力消耗比较
项 目 |
装煤除尘地面站 |
车载式除尘装煤车 |
电耗,kWh/h |
180 |
82 |
循环水消耗量,t/h |
30 |
无 |
蒸汽消耗量,t/h |
0.25 |
无 |
压缩空气消耗量,m3/h |
360 |
无 |
由表2可看出,车载式除尘装煤车的烟尘处理量小,除尘效果与装煤除尘地面站基本相当,排放指标都符合国家规定的排放标准。5、 6号焦炉采用车载式除尘净化后,外排的烟尘量每年可减少500t以上,达到了清洁生产的要求。
(3)动力消耗低。以攀钢新1、 2号焦炉装煤除尘地面站和5、 6号焦炉车载式除尘装煤车的动力消耗做比较,结果见表3。从表3可看出,与装煤除尘地面站相比较,车载式除尘装煤车的动力消耗低,仅为地面站1/3左右,能耗降低实质上相当于减少了制造能源而带来的污染,环保和经济效益显著。
4 <车载式除尘装煤车的应用条件
(1) 攀钢炼焦用配煤挥发分在20%~22%, 属于低挥发分煤,车载式除尘装煤车在处理低挥发分煤时的除尘效果较好。对于挥发分较高的配煤,装煤时溢出的烟尘量略有增加,除尘效果会受到影响,但适当增大除尘用风机的风量,也可以达到较好的除尘效果。
(2) 车载式除尘装煤车操作简单,应用范围较广,可在单、双集气管焦炉上使用,特别对于攀钢5、6号双集气管焦炉,采用车载式除尘装煤技术就更加经济实用。
(3) 车载式除尘装煤车可将装煤烟尘尽可能地密封在炭化室内,装煤烟尘的治理是以控制和减少装煤时炉内烟气的散发为主,因此装煤操作与高压氨水必须配合使用,要保证高压氨水压力在2.5MPa左右。
(4)攀钢炼焦用配煤的水分较高,为防止螺旋机堵煤及下煤不畅,螺旋采用变螺距,至下料口处螺距逐渐增大。螺旋给料器的箱体、螺旋轴和螺旋叶片均采用不锈钢制作。螺旋给料器由37kW变级或变频电机驱动,可根据实际情况调整高、低转速。
5 问题讨论
(1) 采用燃烧法可以在整个过程中烧掉大部分可燃成分,更加有利于环保。但无论是地面站除尘还是车载式除尘,是否需要增加燃烧法,仍有待进一步研究。
(2) 从设计原理上看,清灰作业的次数越多对除尘设备越有利。但我们观察,刚投人使用的新滤料的除尘效率相对较低,随着积聚在滤料上粉尘的增多,除尘效率将逐步上升,表明粉尘层对提高除尘效率有着重要的意义。若要提高除尘器的过滤效率,一方面可适当控制清灰频率,另一方面可考虑采用具有人造粉尘层作用的覆膜滤料或性能更好的材料。
(3) 虽然金属过滤网的成本较高,但使用寿命长,必须注意两端固定件的光洁度,提高操作人员的素质与安装责任心。
6 结论
(1) 车载式除尘装煤车的运行稳定,除尘效果明显,达到了《炼焦炉大气污染物排放标准》的要求,投产后每年可少排人大气的烟尘量在500t以上。
(2) 车载式除尘装煤车的投资约为地面站的1/2, 动力消耗仅为地面站1/3左右,且操作方便、适用范围广,适合于各种炉型的焦炉使用。
(3) 在应用过程中,须从控制、减少装煤时炉内烟气的散发和提高烟尘收集、预处理和净化效率入手,结合生产实际对车载式除尘装煤车进行相应的改进,以保证除尘效果。作者:张初永 卢瑜