1.6　焦?fàn)t煙塵控制的發(fā)展歷程、現(xiàn)狀和技術(shù)

1.6.1　我國焦?fàn)t煙塵控制的發(fā)展歷程

20世紀(jì)70年代以來，隨著一代爐齡結(jié)束，國內(nèi)焦?fàn)t相繼進(jìn)入大修期。30多年來，國內(nèi)焦?fàn)t通過改造大修，擴(kuò)容大修同時消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)，提高了焦?fàn)t生產(chǎn)的機(jī)械化與自動化程度及整體技術(shù)裝備水平。到2007年年底，國內(nèi)自行設(shè)計建成投產(chǎn)的6m大容積焦?fàn)t已達(dá)40多座，規(guī)劃和在建的7.63m超大容積焦?fàn)t已近10座。這期間，隨著技術(shù)進(jìn)步和環(huán)保力度加強，相繼增加了必要的環(huán)保措施，焦?fàn)t環(huán)境污染狀況明顯改善，突出表現(xiàn)在對煉焦過程的煙塵控制方面，但是對機(jī)械操作過程中的煙塵控制還難以滿足環(huán)保要求，這是因為機(jī)械操作過程中的煙塵主要產(chǎn)生于爐門、裝煤、推焦與熄焦作業(yè)等環(huán)節(jié)，而且它們會在長距離上頻繁移動，增加了治理的難度。

目前按焦?fàn)t污染物的排放水平，把焦?fàn)t污染控制大致分為三類［1］：第一類裝備先進(jìn)，配備完善的裝煤和攔焦除塵設(shè)施，其焦?fàn)t污染物控制基本可達(dá)到國內(nèi)外先進(jìn)水平，污染物排放約為1.5kg/t焦以下；第二類是用國內(nèi)設(shè)備，裝備6m或4.3m焦?fàn)t，沒有配備裝煤和攔焦除塵設(shè)施，或只有攔焦除塵設(shè)施，但管理嚴(yán)格，生產(chǎn)中爐門、上升管、裝煤孔蓋基本不冒煙，裝煤時堅持用高壓氨水噴射，這類焦?fàn)t污染物排放總量在3.5～5kg/t焦之間；第三類不僅沒有配備裝煤和攔焦除塵設(shè)施，而且管理不嚴(yán)，生產(chǎn)過程中爐門、上升管、裝煤孔冒煙，裝煤不能堅持用高壓氨水噴射，這類焦?fàn)t屬于污染物基本無控制的狀況，其污染物排放總量大大超過3.5kg/t焦。

2004年國家發(fā)改委發(fā)布的《焦化行業(yè)準(zhǔn)入條件》的“環(huán)保工藝與設(shè)施”中明確規(guī)定：新建或改造焦?fàn)t要同步配套建設(shè)粉碎、裝煤、推焦、篩運焦除塵裝置。嚴(yán)格執(zhí)行環(huán)保設(shè)施“三同時”規(guī)定，并要在主體設(shè)備投產(chǎn)后6個月內(nèi)達(dá)到設(shè)計規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，連續(xù)運行。

1.6.2　焦?fàn)t煙塵控制技術(shù)

1.6.2.1　煉焦期間散煙的控制

煉焦期間的散煙及其控制主要在于焦?fàn)t爐門、焦?fàn)t頂上升管和裝煤孔以及相應(yīng)的焦?fàn)t運行管理方面。

（1）爐頂煙塵的控制

爐頂煙塵來源于裝煤孔蓋、上升管蓋、上升管與爐頂連接處等。國內(nèi)已采取的主要控制措施如下。

1）裝煤孔蓋泥封　采用人工或裝煤車機(jī)械澆泥，把泥漿澆灌在孔蓋周邊加以密封。可以采用泥料SiO2＞80%的耐火粉，細(xì)度0.074mm以下，體積密度＜1.3t/m3，加水?dāng)嚢璩擅芏葹?.1～1.2t/m3漿液，黏度大于40cP（1cP=10-3Pa·s，下同），pH值小于8，要求懸浮性好，收縮性好，干燥后容易脫落。

2）上升管蓋密封　國內(nèi)20世紀(jì)80年代以來，普遍采用水封式上升管蓋，水封高度大于上升管內(nèi)煤氣壓力，保證荒煤氣不外逸。

3）上升管與爐頂連接處封堵　采用耐火材料、泥漿、石棉繩和耐火粉料與精礦粉混合泥漿封堵，承插口處采用氨水水封。

目前國外對裝煤孔蓋除采用泥封外，對裝煤孔蓋、孔座的結(jié)構(gòu)設(shè)計做了改進(jìn)，把蓋和座的密封沿圓周方向加工成球面，由于球面密封有“萬向密合”的優(yōu)點，即使蓋子有點傾斜也能與座貼合良好，保證密封。

（2）爐門煙塵的控制

爐門刀邊與爐框鏡面接觸不嚴(yán)密將使?fàn)t內(nèi)煙氣泄露。20世紀(jì)50年代，采用小壓架頂絲壓角鋼或丁字鋼刀邊的刀封爐門結(jié)構(gòu)，但爐門容易產(chǎn)生熱變形發(fā)生漏縫。20世紀(jì)60年代，采用敲打刀邊，但不能消除爐門因熱變形引起的冒煙現(xiàn)象。20世紀(jì)80年代，采用空冷式爐門，改善了爐門鐵槽與爐門框因受熱而引起的變形，同時采用帶彈性腹板的不銹鋼刀邊，用小彈簧施加彈性力來調(diào)節(jié)刀邊的密封性，基本上消滅了爐門冒煙現(xiàn)象。國內(nèi)有些廠還采用了氣封爐門技術(shù)，進(jìn)一步消滅了爐門冒煙情況。

（3）設(shè)置焦?fàn)t頂面自動吸塵清掃車

這種清掃裝置可以設(shè)在裝煤車上，也可以獨立配置。它可以吸除爐面上的煤粉，防止其揚塵或在爐面上燃燒。

（4）設(shè)集氣管放散管點火裝置

點火裝置用于焦?fàn)t事故或停電時把集氣管內(nèi)放散出來的荒煤氣自動點燃、燒盡，以免排放到大氣中，污染環(huán)境。

1.6.2.2　焦?fàn)t裝煤煙塵的控制技術(shù)

裝煤車把煤通過裝煤孔裝入赤熱的炭化室，此時煤中水分蒸發(fā)和揮發(fā)分的迅速產(chǎn)生造成炭化室內(nèi)壓力突然上升，形成大量煙塵從炭化室逸出。目前焦化廠普遍采用順序裝煤，焦?fàn)t設(shè)置雙集氣管，以及在上升管橋管處采用1.8～2.5MPa的高壓氨水（或0.7～0.9MPa蒸汽）噴射，使炭化室形成負(fù)壓（如裝煤孔處壓力為-5Pa），以實現(xiàn)無煙裝煤。但實際效果并不十分理想，由于國內(nèi)大多數(shù)裝煤車裝煤伸縮筒、平煤桿套以及裝煤孔座氣密性差，噴射吸力波動較大，加上重力裝煤產(chǎn)生的大量煙塵，不能完全借助高壓氨水噴射及時導(dǎo)出，煙塵仍有一部分從裝煤孔、小爐門等處逸出進(jìn)入大氣，造成環(huán)境污染。

從20世紀(jì)70年代起，隨著環(huán)保要求日益嚴(yán)格，焦?fàn)t煙塵污染與治理技術(shù)引起世界發(fā)達(dá)國家的高度重視，并相繼在焦?fàn)t上試用成功，取得明顯成效。目前已采取多種治理技術(shù)和措施，分別控制和降低裝煤過程中的煙塵排放、爐門和爐頂?shù)拿盁煛⒚盎稹鴥?nèi)也先后研究開發(fā)和實施了各種裝煤煙塵的控制方法，主要可分為密封式可調(diào)裝煤除塵和抽吸式裝煤除塵設(shè)施，抽吸式裝煤又可以分為車載式和地面站式。現(xiàn)有具體控制措施和治理技術(shù)詳見圖1-7。

1.6.2.3　焦?fàn)t攔焦操作的煙塵控制技術(shù)

推焦過程是在1～3min內(nèi)推出炭化室的紅焦，紅焦質(zhì)量多達(dá)10～50t。紅焦表面積大、溫度高，與大氣接觸后收縮產(chǎn)生裂縫，并在大氣中氧化燃燒，引起周圍空氣強烈對流，產(chǎn)生大量煙塵。推焦排放的污染物主要是焦粉、二氧化碳、氧化物、硫化物等。如果焦化不均勻或焦化時間不足，有生焦產(chǎn)生，此時推焦過程產(chǎn)生的煙氣呈黑色，煙氣中含有較多的焦油物質(zhì)，粉塵發(fā)生量約0.4～3.7kg/t焦。

與焦?fàn)t裝煤煙塵治理相比，攔焦煙塵治理技術(shù)問世較早，成熟也早。由于環(huán)保工藝與設(shè)施要求焦?fàn)t攔焦和裝煤煙塵需同步治理，隨著技術(shù)進(jìn)步和對焦?fàn)t治理經(jīng)驗的積累，攔焦除塵技術(shù)不斷發(fā)展。目前攔焦除塵大致可以分為車載式和地面除塵站以及與裝煤除塵合一等方法，具體攔焦煙塵控制措施和治理技術(shù)見圖1-8。

1.6.3　煙氣中揮發(fā)性有機(jī)物控制技術(shù)

煙氣中揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）的排放控制一般可通過使用清潔生產(chǎn)工藝流程和改進(jìn)設(shè)備來達(dá)到。對于已經(jīng)排放或泄露的VOCs，國內(nèi)外目前采用的處理技術(shù)主要包括回收和降解［11］。

1.6.3.1　回收技術(shù)

一般對于濃度高于5000mg/m3的VOCs，宜采用回收技術(shù)加以回收利用。該技術(shù)回收率高、能耗低，可反復(fù)使用，基本不會造成二次污染，且易于推廣，具有很好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。常用的回收技術(shù)主要有炭吸附、冷凝及膜分離等。

（1）炭吸附技術(shù)

該方法利用吸附劑所具有的較大的比表面積，能夠?qū)崿F(xiàn)對煙氣中的VOCs的吸附。當(dāng)廢氣經(jīng)過吸附床時，VOCs能被吸附在活性炭的微孔內(nèi)，從而使氣體得到凈化。當(dāng)吸附達(dá)到飽和后再用水蒸氣洗脫，再生后的活性炭可循環(huán)使用。

吸附時通常采用兩個吸附器，一個吸附，另外一個洗脫再生，以保證能夠連續(xù)對煙氣進(jìn)行凈化。脫附采用水蒸氣作為脫附劑，水蒸氣將吸附在炭表面的VOCs脫附并帶出吸附器，最后通過冷凝和蒸餾，將VOCs提純回收。

吸附效果主要取決于吸附劑的性質(zhì)、VOCs的種類、濃度和吸附系統(tǒng)的操作溫度、濕度和壓力等因素。常用的吸附劑有顆粒活性炭、活性炭纖維、沸石、分子篩、多孔黏土礦石、活性氧化鋁、硅膠和高聚物吸附樹脂等。該方法的不足之處在于吸附劑的容量小，所需的吸附劑量較大，從而導(dǎo)致氣流阻力大，設(shè)備投資高，占地面積大，吸附后的吸附劑需要定期再生處理和更換。

（2）冷凝技術(shù)

該法是通過將操作溫度控制在VOCs的沸點以下而將VOCs冷凝下來，從而達(dá)到回收VOCs的目的，主要適用于VOCs含量高、氣體量較小的有機(jī)廢氣回收處理。使用的冷卻介質(zhì)包括冷水、冷凍鹽水和液氨。該法對入口VOCs要求嚴(yán)格；冷卻溫度低于0℃時，大部分氣流所含水蒸氣在冷凝器中形成冰，冷凝器需定期除霜或氣流預(yù)先脫水；若冷卻溫度低于-40℃時，則需要二級冷卻，從而造成能源費的增加。該法的回收率與VOCs的沸點有關(guān)，沸點高時回收率高，沸點低時回收率偏低。

（3）膜分離技術(shù)

該法是采用對有機(jī)物具有選擇性滲透的高分子膜，在一定壓力下使VOCs滲透而達(dá)到分離的目的。當(dāng)VOCs氣體進(jìn)入膜分離系統(tǒng)后，膜選擇性地讓VOCs氣體通過而被富集。脫除了VOCs的氣體留在未滲透側(cè)，可以達(dá)標(biāo)排放；富集了VOCs的氣體可以通到冷凝回收系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)溶劑的回收。膜分離法主要適用于處理中高濃度的廢氣，具有可回收有用成分的優(yōu)點，但有壓力損失，同時對膜依賴性強。

對于氣體膜分離技術(shù)，主要是利用有機(jī)廢氣與空氣透過膜的能力不同，而使二者分開。該過程首先進(jìn)行壓縮和冷凝有機(jī)廢氣，再進(jìn)行膜蒸汽分離，具體流程為：a.含VOCs的有機(jī)廢氣進(jìn)入壓縮機(jī)，壓縮后計入冷凝器中冷凝，冷凝下來的液態(tài)VOCs即可回收；b.物流中未冷凝部分通過分離，形成兩部分物流，其中滲透物流含有VOCs，重新返回壓縮機(jī)進(jìn)口；c.未透過的去除了VOCs的物流（凈化后氣體）從系統(tǒng)排出。

1.6.3.2　降解技術(shù)

降解技術(shù)對于處理中低濃度（＜1000mg/m3）的VOCs是較好的治理辦法。該法根據(jù)VOCs的物化性質(zhì)，將其轉(zhuǎn)變?yōu)闊o毒無污染的物質(zhì)，具有去除效率高，產(chǎn)物大多為CO2和H2O，無二次污染，無需進(jìn)行二次處理，設(shè)備體積較小，反應(yīng)操作易于控制，經(jīng)濟(jì)可行等特點。

（1）燃燒技術(shù)

燃燒法分為直接燃燒、熱力燃燒和催化燃燒。

1）直接燃燒　是把可燃的VOCs廢氣當(dāng)作燃料來燃燒的一種方法，適合處理高濃度VOCs廢氣或者用于凈化有害組分燃燒時熱值較高的廢氣。如果可燃組分的濃度高于燃燒上限，可以混入空氣后燃燒；如果可燃組分的濃度低于燃燒下限，則可以加入一定數(shù)量的輔助燃料維持燃燒。該法不僅會造成浪費還會產(chǎn)生大量大氣污染物進(jìn)入大氣，近年來已較少使用。

2）熱力燃燒　該法是當(dāng)廢氣中可燃物含量較低時，使其作為助燃?xì)饣蛉紵龑ο螅揽枯o助燃料產(chǎn)生的熱力將廢氣溫度提高，從而在燃燒室中使廢氣氧化去除。該過程一般分為三步：燃燒輔助燃料提供預(yù)熱能量；高溫燃?xì)馀c廢氣混合以達(dá)到反應(yīng)溫度；廢氣在反應(yīng)溫度下氧化去除。熱力焚燒系統(tǒng)主要由熱焚燒爐、輔助燃料供應(yīng)設(shè)施、熱交換器、滌氣器構(gòu)成，其工藝過程為：加入輔助燃料，使含VOCs的物料進(jìn)行焚燒，轉(zhuǎn)化成CO2和H2O。燃燒室溫度通常為650～870℃，停留時間0.5～1s，VOCs的去除效率可達(dá)95%以上。該法VOCs去除率高、一次投資低、不產(chǎn)生廢液和固體廢物、維修少。

3）催化燃燒　其是近幾年產(chǎn)生的一門新型技術(shù)，是在催化床層作用下加快有機(jī)物化學(xué)反應(yīng)。由于催化劑的存在使得有機(jī)物在熱破壞時比直接燃燒法需要更少的保留時間和更低的溫度。通常用于有機(jī)廢氣凈化的催化劑主要是金屬和金屬鹽，其中金屬包括貴金屬和非貴金屬。金屬催化劑以Pt、Pd為主，技術(shù)成熟且催化活性高，但價格比較昂貴且在處理鹵素有機(jī)物，含N、S、P等元素時，有機(jī)物易發(fā)生氧化而會造成催化劑失活；非金屬氧化劑有過渡族元素鈷、稀土等。催化燃燒法的主要優(yōu)點：起燃溫度低，能耗低；處理效率高，無二次污染；對有機(jī)物濃度和組分處理范圍寬，能耗低，并能回收輸出的部分熱能，所需設(shè)備體積小；造價低。催化燃燒法的缺點是：當(dāng)有機(jī)廢氣濃度太低時需要大量補充額外的熱量才能維持催化反應(yīng)的進(jìn)行。

（2）光催化降解技術(shù)

光催化法是在光和光催化劑作用下將有機(jī)物氧化成CO2和H2O。該方法處理有機(jī)污染物操作簡單、使用范圍廣。存在的缺點是由于光催化劑需要附著在填料、器壁或其他載體上，并且需要紫外光進(jìn)行照射，因此對反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)要求較為嚴(yán)格，容易存在光照不充分的情況。另外，在低濃度條件下，有機(jī)污染物的光催化降解速度較慢，并且光催化氧化分解污染物要經(jīng)過許多中間步驟，生成有害中間產(chǎn)物，某些副產(chǎn)物會附著在催化劑表面，使催化劑表面的活性中心減少，降低催化效率。

光催化降解工藝主要設(shè)備包括以下幾種。

1）布袋除塵器　為防止廢氣中的顆粒物對光源和光催化劑的覆蓋黏結(jié)，必須對廢氣進(jìn)行預(yù)處理，以去除其中的顆粒物，減少光催化氧化單元的處理負(fù)荷。

2）風(fēng)機(jī)　除塵器負(fù)壓運行，光催化單元正壓運行。

3）穩(wěn)流室　穩(wěn)定進(jìn)氣的濃度與風(fēng)速提高后設(shè)備的處理效率。

4）光催化氧化裝置　光催化氧化室是進(jìn)行凈化處理的主體單元，催化劑納米TiO2粉體負(fù)載在纖維材料上。

5）吸附室　用于進(jìn)一步吸附分解有機(jī)廢氣，提高凈化效率。

（3）生物降解技術(shù)

生物降解技術(shù)主要是利用微生物的生命活動將廢氣中有害物質(zhì)轉(zhuǎn)變成簡單的無害物如CO2和H2O及細(xì)胞組成物等。一般根據(jù)微生物在有機(jī)廢氣處理過程中存在的形式可分為生物洗滌法（懸浮態(tài)）和生物過濾法（固著態(tài)）。生物洗滌法又稱為生物吸收法，指微生物及其營養(yǎng)物配料存在于液體中，氣體中的有機(jī)物通過與懸浮液接觸后轉(zhuǎn)移到液體中而被微生物降解。生物過濾法是微生物附著生長在固體介質(zhì)（填料）上，廢氣通過由介質(zhì)構(gòu)成的固定床層被吸附、吸收，最終被微生物降解，主要分為生物洗滌器和生物濾池兩種形式。

1）生物洗滌器　生物洗滌器是懸浮于活性污泥的處理系統(tǒng)，通常由一個洗滌塔和一個再生池構(gòu)成。在洗滌塔中，生物懸浮液自吸收室頂部噴淋而下，使廢氣中的污染物轉(zhuǎn)移至液相，實現(xiàn)傳質(zhì)過程。吸收了廢氣中有機(jī)物的生物懸浮液，并流入再生反應(yīng)池中，通入空氣充氧后再生。在再生池中，被吸收的污染物通過微生物氧化作用被從液相中去除。常用的生物懸浮液是活性污泥懸浮液，但其處理后再生的時間較長。由于吸收和再生所需的時間不同，生物懸浮液的再生是在同一個反應(yīng)器中進(jìn)行還是在另外一個反應(yīng)器中完成，取決于生物懸浮液的活性強度和再生能力。

2）生物濾池　生物濾池法是指具有一定濕度的有機(jī)廢氣進(jìn)入生物濾池，通過50～100cm的生物活性填料層，污染物從氣相轉(zhuǎn)移到生物相，進(jìn)而被微生物氧化分解的過程。分解過程由異養(yǎng)微生物在有氧和中性微堿條件下完成，一般有機(jī)物最終被分解為CO2。

生物濾池的填料層一般是具有吸附性的濾料，通常為土壤、堆肥、木屑、活性炭或幾種濾料混合而成。濾料充當(dāng)微生物的載體，一般應(yīng)具有良好的透氣性和適度的通水性和持水性，以及豐富的微生物群落。生物濾池有單濾床開放式、多濾床封閉式等。與開放式單濾床生物濾池相比，封閉式生物濾池對維護(hù)的要求低、占地少，受氣候影響小且容易監(jiān)控，但造價較高。