焦炉烟气非甲烷总烃超标排放原因及源头控制措施_侯云龙.pdf

56燃 料 与 化 工Fuel&Chemical ProcessesMar.2023Vol.54 No.2焦炉烟气非甲烷总烃超标排放原因及源头控制措施侯云龙1杜晨石宝国1 （1.嘉峪关市长城望宇炉业有限责任公司，嘉峪关735100；2.大冶特殊钢有限公司，黄石435000）摘要：从焦炉维修角度探讨焦炉烟气非甲烷总烃排放超标的原因及治理措施。介绍了一系列源头控制措施，可以有效降低焦炉烟气非甲烷总烃的排放量。同时指出了焦炉维修管理中的常见问题，有助于焦化企业减少不必要投资、丰富维修手段和提升管理水平。关键词：焦炉；非甲烷总烃；焦炉热维修；窜漏治理 中图分类号：TQ520.文献标识码：文章编号：1001-3709（2023）02-0056-04Cause of excessive emission of NMHC and source control measuresHou Yunlong1Du Chen2Shi Baoguo1（1.Jiayuguan Changcheng Wangyu Furnace Industry Co.，Ltd.，Jiayuguan 735100，China；2.Daye Special Steel Co.，Ltd.，Huangshi 435000，China）Abstract:From the perspective of coke oven maintenance，this paper discusses the causes and control measures for the excessive emission of NMHC from coke oven flue gas.A series of source control measures are introduced，which can effectively reduce the emission of NMHC in coke oven flue gas.The common problems in coke oven maintenance are pointed out，which is beneficial to cokemaking corporates to cut unnecessary investment，diversify maintenance means and improve management level.Key words:Coke oven；NMHC（Non-methane hydrocarbons）；Coke oven hot repair；Leakage treatment1前言随着人们环保意识的增强和国家环保政策的日益严苛，焦炉生产面临的环保压力在不断增大，与过去相比，焦炉污染物排放指标也在不断增加。据炼焦化学工业大气污染物排放标准（征求意见稿），新建企业自2022年7月1日起，现有企业自2023年7月1日起执行新的炼焦化学工业大气污染物排放标准。新标准中增加了焦炉烟气非甲烷总烃排放限值指标，按8%基准含氧量折算后浓度为80 mg/m3。目前各省市区正在陆续出台焦化行业超低排放实施方案。2问题的提出焦炉生产面临的环保形势日益严苛，焦炉烟收稿日期：2022-11-29作者简介：侯云龙（1988-），男，工程师气非甲烷总烃排放限值的实施也迫在眉睫，因此对焦炉设计、建设、生产、维修、环保治理等各个环节提出了新的要求。要实现污染物超低排放，必须从源头治理。本文着重从焦炉维修过程中发现的问题，探讨焦炉烟气中非甲烷总烃超标排放的原因及治理措施。根据我公司多年来的实践经验，使用焦炉煤气加热时，国内新焦炉烟气中非甲烷总烃排放值一般为150200 mg/m3，老旧焦炉一般为300400 mg/m3。非甲烷总烃污染物在末端没有好的控制措施，只能通过源头控制以保证其排放浓度不超标。3非甲烷总烃超标的原因分析根据我公司多年来在国内焦炉维修方面的实操DOI:10.16044/ki.rlyhg.2023.02.01357燃 料 与 化 工Fuel&Chemical Processes2023 年 3 月第 54 卷第 2 期经验可知，存在着大量的焦炉炉体损坏、炉墙窜漏导致焦炉烟气中混入未充分燃烧的燃料的情况，从而导致焦炉烟气非甲烷总烃污染物超标排放。主要有以下原因：炭化室炉墙窜漏、炉肩框缝窜漏和砖煤气道窜漏；废气盘承插缝窜漏、燃烧室立火道堵塞和蓄热室格子砖堵塞。3.1焦炉炭化室上部炉墙窜漏3.1.1表观现象焦炉维修过程中经常发现，焦炉投产后炭化室上部区域炉墙存在一定的问题，装煤孔或导烟孔下方、煤线和焦线附近、烘炉孔和水平烟道及其周边容易出现窜漏。窜漏的荒煤气进入看火孔和立火道燃烧不完全，产生大量的非甲烷总烃。3.1.2原因分析（1）炭化室烘炉孔塞子砖不严密，炭化室内的荒煤气通过水平烟道进入到相连的看火孔，导致荒煤气窜漏到立火道。（2）燃烧室过顶砖块度较大，砌筑的时候难以保证泥浆饱满。同时燃烧室立火道炉墙砖与过顶砖加热膨胀受力方向不一致，造成砌体产生较大位移，因此该部位容易出现窜漏。3.2焦炉炭化室炉头炉墙窜漏3.2.1表观现象焦炉炭化室机焦侧炉头炉墙，一般在各侧距炉门14个立火道炉墙区域经常出现剥蚀、麻面、裂纹裂缝、穿孔、熔洞等，造成炉墙窜漏严重。炭化室装煤后，相邻立火道看火孔冒烟冒火，导致焦炉烟囱冒黑烟。3.2.2原因分析（1）焦炉炭化室炉头炉墙受机械应力、温度变化、物理化学作用、石墨沉积渗碳的影响，炉墙会出现裂纹裂缝、剥蚀、麻面、穿孔、熔洞等现象。（2）采取的焦炉炉墙维护措施不当，造成炉墙窜漏严重。炉墙出现问题，采用揭顶或吊顶检修，或者炉墙大面积挖补方法进行处理，虽然可以暂时解决炉墙强度问题，但随后新旧砖接茬附近出现剥蚀、麻面、穿孔和熔洞，带来新的炉墙窜漏问题。（3）传统的炉墙喷浆方法喷浆料水分太大，挂牢度不够，只能加速炉墙损坏，加剧窜漏。3.3焦炉炭化室深部立火道炉墙窜漏3.3.1表观现象在焦炉维修过程中经常发现，炭化室深部立火道炉墙出现破裂和破损，造成炉墙窜漏。3.3.2原因分析（1）捣固焦炉炉墙采用“宝塔砖”结构，由于“宝塔砖”端面相对较小且同墙皮砖相互压缝较短，热胀冷缩过程中受四周墙皮砖的挤压和拉力作用容易造成“宝塔砖”端面两侧灰缝拉开以及端面破损掉角，较常见的表现为炭化室下部炉墙“宝塔砖”端面出现大面积脱落。（2）捣固焦炉大车装煤托煤底板变形，在进出时经常刮、碰、蹭炭化室炉墙底层砖，造成炭化室底层砖破损、松动和脱落。（3）焦炉炭化室深部立火道出现剥蚀、麻面、裂纹裂缝，个别炉墙出现熔洞、穿孔，造成炉墙窜漏严重。3.4焦炉炉肩框缝窜漏3.4.1表观现象焦炉机侧和焦侧炉肩框缝较大，框缝窜烟窜火比较严重。在热气流不断侵蚀和高温影响下，炉肩框缝内部泥料出现裂缝，严重时石棉绳烧损、脱落，导致炉门框、保护板和钢柱跑烟冒火，增加了污染物无组织排放。同时还会造成燃烧室端面墙严重窜漏，导致炉头立火道窜漏。3.4.2原因分析（1）大型焦炉都采用大保护板加炉头直缝结构，反反复复摘挂炉门操作会扩大炉门框直缝的宽度。（2）推焦、装煤过程中炉头温度热应力变化，导致炉门框缝继续扩大。（3）焦炉炉体横向膨胀，导致机焦两侧呈扇形倾斜，与护炉设备倾斜度不一致，继续扩大炉肩框缝。（4）焦炉生产一段时间后，护炉铁件管理不良，缺乏对砌体的有效保护等，会使炉肩框缝扩大。3.5焦炉地下室砖煤气道窜漏3.5.1表观现象新老焦炉地下室砖煤气道都会出现不同程度的裂纹、裂缝、错台、窜漏等现象。砖煤气道的窜漏会引起煤气爆鸣，个别严重的煤气爆鸣会导致管砖炸开、炸裂，破损更加严重。焦炉煤气上升加热时，煤气进入蓄热室下降废气中，增加了非甲烷总烃的排放。3.5.2原因分析（1）在焦炉砖煤气道管砖砌筑时泥浆不满，58燃 料 与 化 工Fuel&Chemical ProcessesMar.2023Vol.54 No.2造成砖煤气道窜漏。（2）在烘炉过程和焦炉正常生产初期，焦炉砖煤气道从上到下受热不均匀，温度应力较大，炉体膨胀不均衡，造成砖煤气道管砖之间产生裂纹、裂缝或灰缝拉开，导致砖煤气道窜漏严重，特别是炉头砖煤气道问题较大。（3）传统的砖煤气道密封材料和密封设备有较大的局限性，难以保证密封效果。3.6焦炉废气盘承插缝窜漏3.6.1表观现象焦炉废气盘承插缝原有的填补密封料容易爆裂、脱落，造成密封效果不好，难以保证炉头蓄热室吸力均匀、稳定，导致炉头立火道温度低，影响炭化室炉头焦炭质量。为了保证炉头立火道温度而提高标准立火道温度，增加了焦炉耗热量，个别严重的造成废气温度偏高，影响烟气脱硫脱硝工序，同时也增加了非甲烷总烃的排放量。3.6.2原因分析（1）根据工艺设计，焦炉烘炉后期、转正常加热前需对废气盘承插缝进行填补密封。但废气盘四周的空间非常小，施工人员很难进入废气盘周围空间进行有效的填充和密封。（2）焦炉工艺设计要求承插缝隙采用散股石棉绳塞紧，再抹黏土泥料，但在高温情况下使用一段时间后泥料容易产生裂纹、脱落，难以保证承插缝严密。（3）在焦炉工艺设计上焦炉废气盘承插缝的密封技术非常落后，没有考虑新材料、新设备的运用，无法保证废气盘承插缝的密封效果。3.7燃烧室立火道堵塞3.7.1表观现象焦炉燃烧室立火道掉入杂物、脱落的砖块等堵塞立火道，导致立火道不工作或工作状况不好，加热煤气燃烧不完全，从而增加非甲烷总烃排放量。3.7.2原因分析焦炉长期的生产使用后，捣固焦炉立火道炉墙砖、燃烧室过顶砖、立火道隔墙砖等可能会脱落、掉落至立火道底部。由于堵塞物块度比较大，从立火道斜道口无法处理，使立火道气流流通不畅，燃烧不充分，加热不均匀，从而使焦炭成熟不均匀，出现生焦，推焦时冒烟严重，污染环境。3.8蓄热室格子砖堵塞3.8.1表观现象焦炉使用高炉煤气加热时，高炉煤气蓄热室格子砖出现开裂、发泡、鼓胀、变形、堵塞等，造成蓄热室阻力大，气流不畅，影响了焦炉的正常生产。同时造成焦炉烟道走廊、走台环境空气中一氧化碳含量超标，严重影响工人的健康安全。3.8.2原因分析（1）高炉煤气加热时，煤气含尘量大，沉积于蓄热室格子砖上，容易造成蓄热室格子砖堵塞。（2）高炉煤气加热时，废气烟尘中的碱性物质不断沉积，导致格子砖受到侵蚀。（3）蓄热室中的最高温度一般不超过1 250，格子砖要经受热交换时温度急剧变化而产生的热震，导致蓄热室上部格子砖损坏、堵塞严重。4非甲烷总烃指标控制的治理措施4.1焦炉炭化室上部炉墙窜漏治理措施（1）焦炉炭化室上部炉墙出现窜漏问题，仅仅密封处理烘炉孔等局部区域不能解决问题，必须大面积地喷涂密封烘炉孔及周边大面积区域的炉墙才能够彻底解决窜漏问题。（2）陶瓷喷涂方法可以对炉墙大面积喷涂密封，形成薄薄的涂层，密封效果较好，不会增加推焦阻力，对焦炉生产影响较小。（3）陶瓷喷涂密封要在装煤孔或导烟孔处、在机焦侧炉门处，也可以在看火孔处将喷枪深入立火道内对炉墙进行喷涂，能够保证炉墙严密、不窜漏。4.2焦炉炭化室炉头炉墙窜漏治理措施（1）陶瓷喷涂密封方法非常适用于焦炉炭化室炉头炉墙出现的较大面积的裂纹裂缝、剥蚀和麻面炉墙的修补密封。（2）陶瓷焊补方法非常适用于焦炉炉墙穿孔、熔洞的修补等。（3）大型焦炉炭化室高度较高，炭化室内受热浮力影响，热气流流速较快，流量较大，传统陶瓷焊补料难以保证充分燃烧。我公司开发的含锆陶瓷焊补料在高温状况下能够产生较多的熔融液态物质，可保证陶瓷焊补料充分燃烧。而且熔融液态物质流动性好，浸入炉墙缝隙较深，能够保证修补质量，挂料时间长。修补后炉墙表面光滑，推焦阻力小，炉体状况得到改善。4.3焦炉炭化室深部立火道炉墙窜漏治理措施（1）在炭化室内安装保温隔热的装置，在高59燃 料 与 化 工Fuel&Chemical Processes2023 年 3 月第 54 卷第 2 期温状态下进行施工。在整个施工过程中，燃烧室立火道底部温度控制在700 以上，工作区域的环境温度在300400，施工人员进入炭化室内近距离陶瓷焊补施工，能够确保施工质量。（2）如果炉墙开洞比较大，先采用零膨胀硅砖对开洞炉墙砌筑，不需预留膨胀缝，然后对深部立火道炉墙进行陶瓷焊补。4.4焦炉炉肩框缝窜漏治理措施（1）陶瓷喷涂密封方法对焦炉炉肩框缝的填补和密封效果很好。（2）陶瓷喷涂密封方法不仅能够填补和密封炉肩框缝，也可以减少炉头立火道窜漏。4.5焦炉地下室砖煤气道窜漏治理措施（1）通过高温窥镜进行检查，查明砖煤气道裂纹、裂缝、错台、窜漏具体情况，以及煤气爆鸣造成的破损情况。（2）如果砖煤气道裂纹、裂缝不大，则采用细粒喷涂密封料进行密封处理。（3）如果砖煤气道由于煤气爆鸣将下部管砖炸开、炸裂产生较大缝隙，则采用中粒喷涂料进行填充密封。4.6焦炉废气盘承插缝窜漏治理措施（1）采用喷涂方法能够对废气盘承插缝进行有效的密封处理。（2）根据废气盘承插缝的工艺特点，喷涂密封料有较好的流动性，可以保证密封效果和挂料时间。（3）废气盘承插缝密封处理后，可以提高炉头温度，降低标准温度，减少加热煤气量，降低焦炉废气温度，进而减少非甲烷总烃的排放量。4.7燃烧室立火道堵塞清通措施（1）对于堵塞不严重的，可以从炉顶立火道看火孔处用长钎子将堵塞杂物清除。对于堵塞较严重、杂物块度较大的立火道，必须从炭化室侧对炉墙进行开洞清理。（2）在炭化室内安装保温隔热装置，在高温状况下施工人员进入炭化室内部将炉墙底部打开，近距离清通燃烧室立火道。（3）立火道清通并完成升温后，在炭化室内安装保温隔热装置，在高温状况下施工人员进入炭化室内，近距离对炉墙开洞部位进行陶瓷焊补施工。4.8蓄热室格子砖堵塞清通措施（1）更换焦炉蓄热室格子砖。清扫炉头篦子砖和小烟道。（2）更换格子砖过程中，对主墙、单墙炉头出现的裂纹和裂缝进行喷涂和刮抹密封。主墙管砖损坏严重时，需更换部分管砖。4.9空压密封措施焦炉在正常生产过程中炭化室炉墙老化、损坏是不可避免的。炭化室上部炉墙、机焦侧炉头炉墙可以采用陶瓷焊补、陶瓷喷涂等手段进行密封处理。陶瓷焊补和陶瓷喷涂需要专门针对不同部位、不同情况进行配料。炭化室中间部位的炉墙也时常存在不同程度的裂纹裂缝，常用方法和手段难以有效进行密封处理，造成炉墙窜漏，导致荒煤气由炭化室进入燃烧室立火道，经蓄热室、烟道和烟囱排放，增加了非甲烷总烃排放量。采用空压密封是一个非常好的密封手段。所采用的空压密封料要有一定的热膨胀性，确保炭化室炉墙缝隙空压密封效果。为有效降低焦炉烟气中非甲烷总烃的排放量，解决炭化室炉墙窜漏问题，单独使用陶瓷焊补、陶瓷喷涂密封和空压密封等技术手段都有较大的局限性，必须结合起来使用。5结语5.1实践结论（1）新焦炉烟气非甲烷总烃超标的主要原因：炭化室炉墙窜漏和砖煤气道窜漏。（2）老焦炉烟气非甲烷总烃超标的主要原因：炭化室炉墙窜漏、砖煤气道窜漏、废气盘承插缝窜漏，立火道堵塞、蓄热室格子砖堵塞等。（3）综合采取上述炉墙窜漏治理和炉体清通修复等源头控制措施，可以将焦炉烟气中非甲烷总烃的排放含量降到80 mg/m3的排放浓度限值以内。（4）综合采取上述措施降低非甲烷总烃排放的同时，随着炉体窜漏减少、加热系统恢复正常、炉体日常维护水平提高，焦炉烟气中二氧化硫、氮氧化物、颗粒物等污染物的排放量也会相应减少，从而降低末端脱硫脱硝的工艺负荷，降低脱硫脱硝运行费用，减少二次污染排放量。（5）采取上述措施可以降低焦炭产品能源消耗，为焦炉节能降碳创造有利条件。5.2目前部分修炉方法存在的问题（下转第65页）65燃 料 与 化 工Fuel&Chemical Processes2023 年 3 月第 54 卷第 2 期辐流式沉淀池的直径一般16 m，高效沉淀池的设计参数明显优于辐流沉淀池的参数，实际运行数据符合有关技术规范要求。参考文献 1 罗文悟，邓志平，汪汉生，等.湿法熄焦技术的现状及改进J.山东冶金，2005，27（6）：191-194.2 赵海霞.湿法熄焦工艺中废气污染物排放分析J.山西化工，2007，27（2）：69-71.3 余承烈，李新红，韩温堂.一种大肚圆形沉淀池：中国，ZL201620601341.9P.2017-02-08.4 余承烈.对混凝过程的几点新认识J.工业用水与废水，2003，35（5）：45-46.5 贺玉环，赵建平，余承烈.混凝动力学对混凝工艺实践的指导意义J.工业用水与废水，2006，37（1）：10-13.甘李军编辑（上接第59页）（上接第61页）（1）炭化室炉墙挖补、吊顶检修、揭顶检修等仅能够解决焦炉炉墙强度问题，解决不了炉墙窜漏问题，检修后炉墙窜漏更加严重。（2）焦炉炉顶一个燃烧室多个相连的看火孔窜出荒煤气，说明荒煤气通过烘炉孔进入水平烟道，并进入看火孔。出现这种现象只需要对烘炉孔进行喷涂密封即可，没有必要采用炉顶翻修的办法进行处理。（3）目前砖煤气道喷浆采用的高温黏结剂是一种胶体，液相物质达到50%，喷到硅砖管砖上降温幅度较大，造成管砖炸裂，出现较大裂缝。高温黏结剂受热后，体积收缩率在30%40%，重量失重率为28%35%，泥料很难有较长的挂料时间和较好的密封效果。采用高温黏结剂灌浆的办法只能保证砖煤气道一段时间严密，以后还会出现窜漏，同时还会导致管砖破损更加严重。张晓林编辑（5）干烧严重时，需整体更换上升管换热器。在使用过程中受停电、停水及阀门损坏等影响，上升管换热器被迫进行短时间干烧，最长干烧9 h，恢复通水后可以继续使用，但对上升管换热器结构有损伤。可能造成上升管换热器内部盘管焊缝处出现泄漏，此时需对上升管进行整体更换。（6）尽量缩短上升管换热器更换作业时间。可提前将新的上升管换热器、底座、三通、桥管连接好，采用整体更换的方法，作业时间可控制在3 h以内，对焦炉生产影响较小。2.2节能效果根据生产需求，5#、6#焦炉上升管余热回收装置可产生0.60.8 MPa，204 以上的过热蒸汽。测试期间焦炉满负荷生产情况下，蒸汽日产量为292.1 t，小时产汽量为12.17 t，吨焦产汽量为113.91 kg，节能效果明显。3结语无应力盘管式上升管余热回收装置能适应焦炉生产的工况特点。该装置解决了套筒式、普通盘管式上升管换热器在荒煤气回收过程中对焦炉生产的影响问题，实现了对焦炉荒煤气显热的高效回收，能进一步提高焦炉的节能率，具有显著的经济和环保效益，值得在焦化企业中推广。参考文献 1 郑晓明.焦炉上升管余热回收利用系统的应用及运行效果J.科技风，2020（7）：1.2 张怀东，许宝先，安占来.焦炉上升管余热回收技术J.冶金能源，2017，36（S1）：89-91.韩立影编辑