大型焦爐荒煤氣導出系統(tǒng)環(huán)境污染治理研究

白向國，焦玉杰

(太鋼焦化廠，山西 太原 030003)

國內(nèi)建設的7.63 m大型焦爐，盡管炭化室有效高度、加熱水平高度、裝煤量等有所差異，但大多配套建設了煤氣調節(jié)裝置PROVEN系統(tǒng)，荒煤氣導出的路徑基本相同。

采用PROVEN系統(tǒng)對裝煤、結焦過程進行壓力調節(jié)，主要是根據(jù)單個炭化室在不同的結焦時間內(nèi)荒煤氣發(fā)生量的不同，利用循環(huán)氨水自動調節(jié)固定杯中水位，將炭化室底部壓力保持在40～60 Pa，減少了焦爐機側、焦側和爐頂區(qū)荒煤氣向大氣逸散煤氣量。

大型的7.63 m焦爐大多采用了德國UHDE公司的單集氣管設計。集氣管分為三段，相互獨立，集氣管間采用DN 500 mm閥門連通；集氣管斷面為U型，PROVEN系統(tǒng)安裝在集氣管上部，氣體阻力小、上升管與集氣管間距小。每段集氣管設置36個氨水噴頭，噴灑熱氨水進行清掃、降溫，集氣管與吸氣管間不設置吸氣彎管，底部直接連通，不設焦油盒。每段集氣管安裝一根吸氣管，設置電液執(zhí)行器調節(jié)，吸氣管末端設置切斷蝶閥、焦油氨水旁通閥，與吸氣主管連通。正常生產(chǎn)時，吸氣管電液執(zhí)行器開度一般為30°～70°，通過調節(jié)翻板開度，平衡吸氣主管與集氣管間的壓力差，避免裝煤過程冒黑煙或造成爐體的嚴密性損壞。

大型焦爐煤氣導出途徑為荒煤氣依次通過上升管、鵝頸管、PROVEN壓力調節(jié)系統(tǒng)降溫后導出，通過集氣管、吸氣管后，煤氣及冷凝液(焦油—氨水混合液)通過煤氣管道進入氣液分離器，液態(tài)的焦油—氨水混合物進入焦油分離槽。經(jīng)分離，氨水澄清后，氨水泵送焦爐供荒煤氣冷卻，循環(huán)使用；煤氣進入初冷器、電捕焦油器、鼓風機、飽和器、洗苯塔、脫硫塔等設備、設施進行冷卻、凈化后供用戶。

1 問題的提出與分析

1.1 爐頂空間溫度高

爐頂空間溫度過高，煤氣通道沉積石墨嚴重，爐門、爐口冒煙頻繁。

由于焦爐加熱水平高度不同，焦爐爐頂空間溫度存在差異。最早期引進的焦爐設計中，加熱水平高度為1 100 mm，最高的爐頂空間溫度可達900 ℃以上。受爐頂空間溫度過高影響，煤氣在焦爐內(nèi)停留過程中的裂解程度增大，爐口斜坡、爐墻等處沉積石墨程度嚴重，上升管煤氣通道變小，最嚴重時可減少80%以上，焦爐煤氣流通阻力明顯增大。

上升管根部(炭化室頂部與上升管連接的位置)石墨沉積增長速度尤其快。這是因為煤氣發(fā)生突然的方向改變，在轉彎處形成了煤氣湍流，存在明顯的壓力降，煤氣容易結炭形成石墨。同時，上升管與炭化室連接部位的結炭沉積又加劇了壓力降，造成煤氣滯留時間延長。以上升管直徑減少50%計算，上升管中煤氣流動區(qū)域截面積只剩1/4，則煤氣流速需要加快4倍，導致該點上的壓力降比設計壓力降高16倍。

煤氣通道阻力增大影響爐門處壓力增大，爐門冒煙率上升。最差時，爐門冒煙頻次可達60～80次/d(按時間間隔10 min統(tǒng)計)。

1.2 PROVER系統(tǒng)阻力大

循環(huán)氨水質量劣化影響PROVER系統(tǒng)阻力增大，焦爐爐體冒煙率偏高。

大型焦爐大多采用PROVER系統(tǒng)調節(jié)煤氣壓力，循環(huán)氨水噴灑冷卻煤氣的過程中由于氨水劣化(含油量增大、焦粉或煤粉含量增加)，造成焦油、煤粉或焦粉的混合物堵塞噴嘴，焦爐煤氣得不到冷卻，煤氣溫度過高、體積偏大，煤氣輸送管道阻力增加，造成焦爐本體壓力增大，煤氣從爐門、爐蓋等多處逸散。焦爐生產(chǎn)過程中爐蓋導套冒煙頻次最大時可達到6～7次/d(按時間間隔10 min統(tǒng)計)。

1.3 集氣管吸力不平衡

三根吸氣管上電液執(zhí)行器開度不同，最大開度達95%以上，而最小開度40%左右，吸力不平衡影響焦爐小爐門冒煙。

1.3.1 吸氣管末端吸力不平衡

由于各段吸氣管距離煤氣鼓風機遠近不同，吸氣管末端吸力存在差異。如70孔大容積焦爐爐長較長，通過對吸氣管、集氣管清掃孔進行嚴密并選擇在不出爐時段將電液執(zhí)行器開度進行固定的方式對三段吸氣管開端吸力進行測量，三根吸氣管間差異可達約400 Pa。

1.3.2 吸氣管氨水流量的影響

循環(huán)氨水流量影響吸氣管中煤氣通道截面積，導致吸力存在差異。集氣管中煤氣通過噴灑循環(huán)氨水方式降溫，控制煤氣溫度不大于90 ℃，煤氣溫度高，則煤氣體積增大，在吸力穩(wěn)定的條件下，單位面積內(nèi)煤氣通過量將大大減少；噴灑循環(huán)氨水量過大，煤氣溫度下降，但氨水在吸氣管中流動時面積增大，影響煤氣吸力下降。

1.3.3 吸氣管道安裝坡度的影響

吸氣管道中煤氣與冷凝液(焦油、氨水混合物)共存，設計中應當以液體流動坡度考慮安裝。安裝過程中發(fā)生的最遠端吸氣管道坡度不夠、液體積聚現(xiàn)象，造成吸氣管吸力上的不平衡。

1.4 氣/液分離器的影響

焦爐煤氣吸氣主管壓力波動較大造成鼓風機吸力“拉鋸”。

煤氣通過吸氣主管進入氣/液分離器，在此與含有焦油的氨水分離。氣流分離器中氨水液位的變化，造成了吸氣主管吸力的波動，與它相伴發(fā)生的還有煤氣中氧含量的變化。

在某大型焦爐的氣/液分離器處測定吸力為1 400 Pa，而焦爐吸氣主管吸力為1 020～980 Pa，吸力差異較大。同時，煤氣中氧含量大于1.2%。通過調節(jié)焦油/氨水分離槽閥門，降低了煤氣中氧含量(不大于0.8%)，基本穩(wěn)定了吸氣主管吸力。

2 荒煤氣導出系統(tǒng)污染管控對策

2.1 提高單孔裝煤量

由于結焦過程中焦炭收縮，提高單孔裝煤量是降低爐頂空間溫度是較好的選擇。通過二次裝煤的方式，在提高焦爐中煤的堆密度，降低結焦后期焦炭的收縮率、提高單爐焦炭產(chǎn)量的同時，又可以降低焦爐爐頂空間溫度，減少焦爐內(nèi)煤氣通道沉積石墨現(xiàn)象的發(fā)生，也可減少焦爐冒煙現(xiàn)象。

2.2 清理爐頂空間石墨

采用手動方式對爐口、爐墻進行清理，重點是爐口斜坡區(qū)域的清理，保持炭化室頂區(qū)域煤氣導出通道順暢，消除區(qū)域阻力。

采用自動方式定期清理煤氣爐頂空間的結炭。增加推焦車石墨吹掃空氣量，以燃燒方式處理炭化室頂部的石墨；推焦過程中采用推焦機刮板清理爐頂區(qū)域石墨。要根據(jù)刮板磨損程度定期更換，以達到最大限度清理石墨的效果。

2.3 清掃上升管

2.3.1 上升管道清掃

增加推焦車對上升管根部吹掃時間。采用燃燒方式清理上升管根部石墨，減少上升管根部煤氣旋渦造成的阻力，降低爐頂空間煤氣壓力。

2.3.2 上升管管徑清理

采用重錘打擊的方式對上升管道進行清理。在裝煤車安裝帶刺球體重錘，清理上升管時將重錘快速下砸，利用錘體自身重力清理上升管道石墨，保障上升管道滿足煤氣通過要求(不小于85%)

2.3.3 鵝頸管的清理

與上升管連通的鵝頸管是煤氣導出的瓶頸區(qū)，煤氣溫度高、沉積石墨嚴重。采用人工方式定期清理鵝頸管，保持鵝頸管暢通，減少煤氣通道阻力。

2.4 吸氣管壓力管理

(1)儀表顯示準確。對全爐集氣管、手動閥門前的壓力變送器以及鼓風機機前煤氣主管吸力表需要定期疏通，避免堵塞，確保儀表顯示準確。

(2)管控管道阻力。定期清理吸氣管內(nèi)焦油渣，維持吸氣管內(nèi)液面穩(wěn)定，在吸氣管末端安裝壓力表，遠傳到主控室進行監(jiān)測，保持吸氣管末端吸力平衡。

(3)及時調整閥門。將集氣管吸力測定由人工定期測定改為儀表連續(xù)測量，實現(xiàn)吸力24 h監(jiān)控；定期檢查吸氣管末端蝶閥開度，建立臺賬；根據(jù)吸力測量結果、蝶閥開度和吸力對應情況，對各段吸氣管末端處閘閥開度、集氣管間連通閥開度進行調節(jié)，通過改變閥門開度，減少煤氣通道截面積的方式平衡吸氣管末端吸力一致。

2.5 平衡集氣管循環(huán)氨水量

(1)循環(huán)氨水量平衡。根據(jù)集氣管煤氣溫度，調整三段集氣管循環(huán)氨水閥門開度，平衡三段循環(huán)氨水量基本一致。

(2)平衡循環(huán)氨水退水量。定期測量各段吸氣管循環(huán)氨水液位；調整吸氣管末端焦油、氨水旁通閥門開度，降低氨水液位，提高煤氣通道截面。

2.6 調整氣/液分離器液位

定期測定初冷器前煤氣主管吸力，與遠傳儀表進行校對，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)準確；監(jiān)測鼓風機后煤氣氧含量(小于0.6%)，調整機械化焦油/氨水分離槽進口閥門開度。

3 荒煤氣導出系統(tǒng)改進

(1)吸氣管吸力更趨平衡。通過調整吸氣管末端蝶閥開度，焦爐三段吸氣管的吸力基本平衡，煤氣導出推動力穩(wěn)定。見表1。

表1 調整前后吸氣管末端壓力對比

(2)循環(huán)氨水量平衡。通過對循環(huán)氨水閥門調整，將進氨水方(南)向第一段閥門關閉35%～40%，第二段關閉25%～30%，使三段集氣管中氨水量基本一致，集氣管中煤氣溫度也基本一致(80～90 ℃)。見表2。

表2 調整前后集氣管循環(huán)氨水量對比

(3)焦爐爐門冒煙率下降。通過煤氣導出系統(tǒng)清理、平衡、優(yōu)化，荒煤氣導出阻力明顯下降，爐門、爐蓋處煤氣壓力降低，冒煙頻次下降，爐門冒煙頻次降低到2次/d以下、裝煤導套冒煙基本消除。

4 結 語

焦爐生產(chǎn)過程中的煤氣順暢導出，關系著焦爐環(huán)保是否達標問題。通過調整生產(chǎn)操作手段，降低爐門、爐口等部位泄漏，消除焦爐冒煙現(xiàn)象，改善焦炭生產(chǎn)過程對環(huán)境的污染，滿足日益嚴格的環(huán)保要求，是焦化企業(yè)延長壽命的優(yōu)先選擇。