干熄焦除尘系统的设计及运行分析

干熄焦除尘系统的设计及运行分析通风室 王 满 王 充摘 要通过对干熄焦环境除尘系统与干熄焦环境除尘同转运筛分除尘组成的综合除尘系统的运行状态分析、运行可靠性分析和能耗分析比较，提出了干熄焦烟尘治理系统形式设计选择的原则及建议。关键词干熄焦环境除尘综合除尘系统能耗可靠性1.前言随着干熄焦工艺的广泛应用，干熄焦工艺过程的烟尘治理也越来越引起了人们的重视。在干熄焦生产的熄焦及后续的焦炭转运、筛分、外运的过程中，会产生大量的烟尘，若不对产生的烟尘进行有效地控制，将造成严重的环境污染。因此，在干熄焦生产过程中，烟尘治理系统是必不可少的。目前，干熄焦烟尘治理系统以干法袋式除尘为主，主要分为干熄焦环境除尘系统及筛焦、转运除尘系统两大类。系统的形式也有多种，如独立的干熄焦环境除尘系统，仅对干熄焦装置本体的烟尘进行净化处理（以下简称环境除尘系统），还有将干熄焦环境除尘与后续的焦炭转运、筛分除尘合并在一起的综合除尘系统（以下简称综合除尘系统）。在工程实践中，焦化生产企业出于减少项目建设投资、减少占地面积以及减少除尘系统的维护工作量的目的，往往倾向于采用综合除尘系统的形式。但随着系统的投入运行，出现了除尘系统管路无法平衡而导致的烟尘捕集效果差、除尘系统管路堵塞严重以及除尘系统运行不稳定的现象。为了避免这些问题的出现，现通过对除尘系统的运行状态分析和比较，找出最佳的除尘系统设计形式。2.综合除尘系统与环境除尘系统的运行分析2.1 环境除尘系统的运行环境除尘系统负责干熄焦装置本体各尘源点烟尘的捕集和净化，烟尘按产生的频率可分为两部分，一部分为阵发性烟尘，即在向干熄炉中装入红焦时在干熄焦装置上部散发的高温烟尘，这部分烟尘具有温度高、烟尘量大、持续时间短及周期性产生的特点，占总烟尘量的70%左右。另一部分为连续性烟尘，包括干熄焦装置上部的循环风机放散口烟尘以及干熄焦装置下部排焦过程中产生的扬尘。除尘风机一般采用调速运行的方式以适应干熄焦生产过程中烟尘量的变化。在向干熄炉内装入红焦时，风机全速运行，装焦结束后，风机转速降低，使风机的运行风量与连续性烟尘的排放量相一致，以保障除尘系统的稳定，同时可以降低电能的消耗。风机的运行状态见图1。图1 环境除尘系统风机运行状态该过程除尘系统风机的电能消耗可用下式表示：N独=(Q1+ Q2)×P1×t1+ Q2×P1×t2/60（1）其中：N独一个装焦周期t内除尘系统风机的消耗电能，kW·hQ1阵发性烟尘量，m3/hQ2连续性烟尘量，m3/ht1焦炭装入时间，mint2非焦炭装入时间，t2=t-t1，minP1系统管网阻力，Pa2.2 综合除尘系统的运行综合除尘系统除负责干熄焦装置本体各尘源点烟尘的捕集和净化外，还承担后续的转运、筛分等过程产生的烟尘的捕集净化任务。根据工程实际的不同，综合除尘系统的大小和负责范围有所区别，有负责一个或几个转运站除尘的，还有负责炉前焦库、筛焦楼除尘的。在总图布置上，这些转运站、炉前焦库、筛焦楼与干熄焦装置的距离远近不一，但其共同的特点是都需要先将各尘源点散发的烟尘通过除尘管道捕集汇总后经过室外大型除尘连接管道接往除尘地面站进行净化处理。根据后续焦炭转运、筛分部分烟尘量的大小，综合除尘系统的运行方式也分为两种。当该部分烟尘量不大时，为了降低除尘系统风机运行的能耗，风机采取调速运行的方式。即向干熄炉内装入红焦时，风机全速运行，装焦结束后，风机转速降低，使风机的运行风量与连续性烟尘的排放量相一致。当该部分烟尘量较大时，由于连续运行的风量与总的系统设计风量接近，风机调速范围很小，采用风机调速来降低运行能耗便显得意义不大，因此，系统的风机始终保持全速运行。图2为综合除尘系统运行状态分析图。图2综合除尘系统运行状态这两种系统运行形式的风机电能消耗分别见式（2）及（3）。N综1=(Q1+ Q2+ Q3)×P2×t1+( Q2+ Q3)×P2×t2/60（2）N综2= (Q1+ Q2+ Q3)×P2×t/60（3）其中：N综1一个装焦周期t内除尘系统调速风机的消耗电能，kW·hN综2一个装焦周期t内除尘系统非调速风机的消耗电能，kW·hQ1阵发性烟尘量，m3/hQ2干熄焦本体连续性烟尘量，m3/hQ3后续转运、筛分散发的烟尘量，m3/ht1焦炭装入时间，mint2非焦炭装入时间，t2=t-t1，minP2系统管网阻力，Pa2.3除尘系统的运行能耗比较a) 带风机调速的综合除尘系统与环境除尘系统和独立的转运、筛分除尘系统的比较对于独立的转运、筛分除尘系统，在一个装焦周期t内，系统运行的能耗为：N =Q3×P3×t/60（4）其中：P3独立的转运、筛分除尘系统管网阻力，Pa以一个装焦周期t为基准，两种系统形式运行的能耗差N为：N =N综1- N独-N（5）对于综合除尘系统，由于后续转运、筛分部分尘源点与除尘地面站的距离相对较远，使得系统的管网阻力P2将大于P1和P3，而P1和P3差别不大，可近似相等，即P1P3。将式（1）、式（2）、式（3）代入式（5），得：N (Q1+Q2+Q3)×(P2-P1)×t1+(Q2+Q3)×(P2-P1)×t2/60（6）b) 非风机调速的综合除尘系统与环境除尘系统和独立的转运、筛分除尘系统的比较以一个装焦周期t为基准，两种系统形式运行的能耗差N为：N =N综2- N独-N（7）将式（1）、式（2）、式（3）代入式（7），得：N (Q1+Q2+Q3)×(P2-P1)×t1+ Q1×P2×t2 +(Q2+Q3)×(P2-P1)×t2/60（8）由式（7）、式（8）可知，N是大于零的数，说明综合除尘系统运行时消耗的电能要比各自独立的除尘系统运行耗费的电能高。2.4除尘系统的运行可靠性分析综合除尘系统与各自独立的除尘系统相比，具有除尘系统数量少、占地面积小、除尘系统检修维护工作量少的优势，但其在设计及运行方面有着自身的缺陷。a) 系统管路平衡难由于干熄焦装置与后续的焦炭转运点、筛分楼等在总图布置上的原因，设计时将综合除尘系统的除尘地面站设置在与各个尘源点距离相同或相近的位置上很难做到，往往以干熄焦本体除尘为主，将除尘地面站设置在靠近干熄焦装置的位置，而后续的转运站、筛分楼则距离较远。这种情况下，设计除尘管路时各尘源点间的平衡很难通过调整除尘管径的方法来实现，从而导致在系统运行时由于管路的不平衡引起设计风量的改变，从离除尘地面站远的尘源点捕获的粉尘将在管道内沉积，逐渐形成管路的堵塞，尘源点的粉尘捕集率降低直至无法控制粉尘的外逸，除尘系统运行失效。b) 外部连接管路工程量较大且布置受限在实际工程设计中，各尘源点间距离较远，需要用外部连接管道将从尘源点捕获的粉尘输送到除尘地面站。这些外部连接管道需要在设计时考虑管路走向、障碍物的躲避以及对道路交通的影响等因素，增加了设计的难度。同时需要设计大量的管道支架，增加工程建设的投资。c) 系统可靠性低系统运行时，由于管路的不平衡以及风机的频繁调速，使管道内的风速变化较大，极易形成管路内粉尘的沉积，各尘源点的风量需要不断调节，以适应变化后的管网特性，而做到这点是很难的，将增加操作人员的运行维护工作量。一旦调节不利，很容易造成除尘系统运行实效。可见，综合除尘系统的运行可靠性较各自独立的除尘系统的可靠性低。3. 除尘系统形式的设计选择原则上述的分析表明，综合除尘系统的运行可靠性差、设计难度大、运行能耗高，在设计中应谨慎选用。在干熄焦工艺除尘系统设计时，宜遵循下面的设计原则：a) 在建设用地许可、总图布置合理的情况下，应优先采用独立的干熄焦装置除尘系统，保证干熄焦本体的烟尘控制效果不受影响，同时降低系统运行能耗；b) 干熄焦后续的转运、筛分等工艺设施的除尘，应尽可能设置独立的除尘系统，减少各尘源点间外部连接管道的设置，降低管路部分投资，同时获得最佳的烟尘控制效果。c) 对于建设用地紧张、总图布置难度大的情况，若采用综合除尘系统，在设计上无法进行管路平衡的情况下，可采用与系统主风机相对独立的风机来克服长距离除尘管路的阻力，保障远处尘源点的除尘效果。4. 结 语干熄焦除尘是干熄焦生产工艺中一个必不可少的重要组成部分，在选择和设计干熄焦除尘系统时，应以保证整个生产工艺的烟尘治理效果为出发点，以降低运行能耗为目标，充分考虑各种影响因素，不可片面追求初始投资的节省，实现环境效益与经济效益的统一。