（环境科学专业论文）焦炉大气污染物排放及清洁生产研究.pdf

r e s e a r c ha b o u tt h ea t m o s p h e r ed i s c h a r g eo f c o n t a m i n a t i o nf r o mc o k eo v e na n dc l e a n e r p r o d u c t i o n a b s t r a c t w i t ht h ee x p l o i t a t i o no fc o a lr e s o u r c ei nt h ew e s to fi n n e rm o n g o l i a ，t h e c o n t i n u a t i v ei n d u s t r i e so fc o a le x p l o i t a t i o ni sg r a d u a l l yd e v e l o p i n g ，i n c l u d i n gc o k i n g i n d u s t r y t h ec o k i n gi n d u s t r yh a sb e e nt h em a i n s t a yi n d u s t r yi ns o m ea r e ai nt h ew e s t o fi n n e rm o n g o l i a ，b u tt h ep o l l u t i o no ft h ec o k i n gi n d u s t r yi sv e r ys e r i o u sa l s o t h e c o k i n gi n d u s t r yc a nt a k eh u g eb e n e f i tf o rt h ep e o p l ei nt h ew e s to fi n n e rm o n g o l i a ， m e a n w h i l et h ec o k i n gi n d u s t r yc a u s em e n a c ef o rt h el o c a le n v i r o n m e n t a lq u a l i t ya l s o i no r d e rt ot h ed e v e l o p m e n to fc o k eo v e na c c o r d i n gt ot h en a t i o n a li n d u s t r i a lp o l i c y a n dt h er e q u i r e m e n to f b u i l d i n gh a r m o n i o u ss o c i e t ya n dt h eh a r m o n i o u sd e v e l o p m e n t b e t w e e nl o c a ls o c i a le c o n o m ya n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ，t h ed i s c h a r g eo f a t m o s p h e r ec o n t a t i m a t i o nf r o mt r a d i t i o n a lc o k eo v e na n d n or e c o v e r yc o k eo v e ni s c o m p a r e da n dt h et w ot y p e so fc o k eo v e ni sc o m p a r e df r o mt e c h n i c s ，e n v i r o n m e n t a n de c o n o m yo nt h eb a s i so ft h eb a c k g r o u n dv a l u eo fa t m o s p h e r ec o n t a t i m a t i o nf r o m m e d i v e lc o k eo v e ni nt h ea r t i c l e t h e r e f o r et h et e c h n i c st h a ti sf i tf o rt h ei n n e r m o n g o l i a i sr e c o m m e n d e di no r d e rt h a tt h ec o k i n gi n d u s t r yo fi n n e rm o n g o l i ac a nb e s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t c l e a n e rp r o d u c t i o ni st h em a t e r i a le m b o d i m e n to fs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n tf r o m p a s s i v ee n d o f - p i p ep o l l u t i o nc o n t r o l t oa l lp r o c e s sc o n t r 0 1 i nt h ea r t i c l e ，t h e a t m o s p h e r ec o n t a t i m a t i o n sp r o d u c e df r o mc o k eo v e na r er e s e a r c h e da n dt h et e c h n i c s o fc l e a n e rp r o d u c t i o ni sa n a l y s e d m e a n w h i l et h et a m p i n gt e c h n i c sa sc a s eo fc l e a n e r p r o d u c t i o ni sa n a l y s e d k e y w o r d s ：c o k eo v e n ，c o n t a t i m a t i o n ，c l e a n e rp r o d u c t i o n ，c l e a n i n g t e c h n i c s i l 原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。除本文已经注明引用的内容外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得由鏊直太堂及其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同 志对本研究所傲的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 日期： 指导教师签名： 日期： 在学期间研究成果使用承诺书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：内蒙古大学有权将 学位论文的全部内容或部分保留并向国家有关机构、部门送交学位论文的复印件和磁盘，允 许编入有关数据库进行检索，也可以采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编学位论文。 为保护学院和导师的知识产权，作者在学期间取得的研究成果属于内蒙古大学。作者今后 使用涉及在学期问主要研究内容或研究成果，须征得内蒙古大学就读期间导师的同意；若用 于发表论文，版权单位必须署名为内蒙古大学方可投稿或公开发表。 学位论文作者签名： 日期： ：p 叼6 、 指导教师签名： 日期： 1 1 1 项目提出的背景 第一章概述 1 1 研究背景和意义 焦炭主要用于冶金、机械、化工行业，是这些行业的主要原料和燃料，其中7 0 的焦炭 用于冶金行业，而在冶金行业中，又有9 0 5 的焦炭消耗于高炉炼铁。在未来的二三十年里， 铁矿还原法的高炉炼铁工艺仍将占据主导地位。在铁矿还原法中，焦炭作为还原剂，提供还 原铁矿石所需的碳和热，并在高炉中作为支撑料柱，为气体穿过料层提供通道。高炉炼铁的 焦比平均为4 3 5 k g t ，即每生产1 吨生铁需要焦炭4 3 5 k g 。因此，焦炭是高炉炼铁的重要原料， 炼焦业是钢铁工业的一个重要组成部分。 内蒙古煤炭资源丰富，至2 0 0 1 年底，内蒙古查明炼焦煤资源储量5 3 4 7 亿吨，占全国查明 炼焦煤资源储量的1 9 3 ，内蒙古炼焦煤储量中，以肥煤、 3 焦煤为主，焦煤、气煤，瘦煤 次之，从配煤炼焦的角度看，内蒙古炼焦煤品种齐全，且炼焦煤种粘结性、结焦性好，适于炼 焦。由于其资源优势，加上近十几年来市场，特别是国际市场对焦炭的需求，拉动了内蒙 古古焦化产业的发展，使内蒙古不仅是煤炭资源大省，也成为炼焦大省。 然而，炼焦业又是产生污染极其严重的产业。焦炭在给内蒙古西部人民带来巨大经济利 益的同时，也使当地环境遭受到极为严重的破坏。在污染严重的炼焦区，焦化行业的特征污 染物b a p 环境空气日均值监测结果6 4 n g n m 3 ，超过g b 3 0 9 5 1 9 9 6 环境空气质量标准二级 标准l o n g n m 3 的6 4 倍。由此可见，炼焦工业对内蒙古环境污染的影响很大。 1 1 2 研究的意义 正因为焦化产业是内蒙古西部某些地区的支柱产业，而污染又十分严重，所以，内蒙古 对炼焦业的发展和污染控制问题非常重视。 2 0 0 5 年，内蒙古自治区环境保护局、自治区工、l | ，办、监察厅等部门联合对2 3 家产量大于 2 0 万吨小于6 0 万吨的焦化企业采取征收二氧化硫排污费的经济f 段促使其限期淘汰；关停 取缔淘汰落后工艺、设备企业1 4 8 家“1 。 清洁生产促进法由九届人大2 8 次会议于2 0 0 2 年6 月2 9 日通过，以中华人民共和 国主席令2 0 0 2 年第7 2 号公布，从2 0 0 3 年1 月1 日起施行。清洁生产是一种以“源削减和污 染预防”为主要特征的环境战略，是环境保护由被动反应变为主动控制的根本转变。对生产 过程而言，清洁生产包括节约原材料和能源，改革生产工艺，从源头上最大限度地减少生产 所产生的废物量，提高能源的利用效率。 本课题将针对现代化机焦炉中有化产回收和无回收( 又称“热回收”) 两种炼焦技术，从 工艺、能耗、污染物排放、环保措施、清洁生产机会等方面进行对比研究，用清洁生产的理 念，从工艺上推荐环境一经济效益好的炼焦清洁工艺，实现从源头上控制污染物的产生，以 减少末端治理的投入。 本次研究除收集和监测大量的数据之外，还在焦化企业生产现场跟踪生产的各环节，发 现企业清洁生产的机会，提出清洁生产改进工艺的建议。通过机焦工艺及污染物排放情况分 析，为炼焦的清洁工艺的推广应用和内蒙古焦化行业的发展方向提供技术支持。 1 2 1 研究内容 1 2 研究内容和方法 本次课题主要研究内容归纳为： ( 1 ) 传统机焦和无回收焦炉的生产工艺一环境一经济技术比较； ( 2 ) 对捣固侧装煤清洁生产工艺经济技术比较；通过生产过程跟踪，提出其它清洁生产工 艺： ( 3 ) 对焦炉的清洁生产评价； 1 2 2 研究方法 ( 1 ) 分析传统机焦和无回收焦炉的生产工艺流程。结合生产工艺，对两种炉型的环境一 经济技术进行分析，从生产操作方式、技术难易程度、基建投资、运行费用、主要产品产量、 经济效益、污染排放情况等方面进行综合比较和评价并提出评价结论。 ( 2 ) 根据对炼焦生产的全过程跟踪，提出若干清洁生产工艺方案和清洁生产存在的机会， 2 从而总结出焦化生产中的大气污染控制推荐执行的清洁生产中高费方案和无低费方案，日 的是从源头控制大气污染物的产生量，以减少末端处理的费用。对于中高费方案中的捣固侧 装清洁生产工艺方案，将其作为重点个案，将捣阎炼焦与顶装炼焦进行经济技术和成本比较。 ( 3 ) 通过收集到的国内外大量各类焦炉污染物排放数据和焦炉周围环境监测资料，进行国 内外焦炉污染物排放的对比，总结国内外焦炉的污染物排放水平。通过内蒙古大量在用焦炉 的监测数据，分析和总结对本地焦化企业污染排放水平和达标情况，与国内外焦炉的污染物 排放水平进行比较，从而得到评价结论，并结合本地焦化产业的发展，提出控制大气污染的 努力方向。 第二章国内外炼焦技术综述和内蒙古焦化业的发展历程 2 i 国外主流炼焦技术及发展趋势 二十世纪末，美国钢铁学会组织专家和学者对未来的炼焦工业进行了科学的预测。从生 产工艺的角度看，整个炼焦工艺近1 0 0 多年来，变化甚微，但它越来越受到严格的环境法规 的约束，促使炼焦生产工艺不断的进行改革。 目前世界上主要的焦炭生产国有：德国、美国、俄罗斯、乌克兰、日本和中国。研究各 国的主流炼焦工艺和新工艺的发展，对本课题有重要的意义。 为了克服炼焦业面临的环保、成本、原料等一系列问题，近3 0 年来世界炼焦界在传统的 机焦工艺基础上开发的炼焦新技术有：无回收炼焦、宽体单炉炼焦、日本2 1 型焦炉、连续炼 焦炉等。但直到现在，只有无回收炼焦技术己产业化，并取得生产运行的经验和数据。其它 的技术仍处在继续试验阶段“1 。 2 1 1 德国的大容积焦炉 德国和西欧以及东亚国家以传统的机焦炉炼焦为主，其主要特征是高炉体、能回收焦油 等化学副产品。为了适应大型高炉炼铁和降低焦比的要求，其技术发展方向倾向于不改变目 前炼焦生产工艺，为减少污染和提高效率而致力于扩大焦炉容积。由于操作次数的减少、泄 漏点减少，使污染物排放量降低。基于这一思路，德国开发了“巨型炼焦反应器”。但是由于 机械设备更加庞大，投资费用和技术要求很高，巨型反应器用于工业生产的前景不大。但按 扩大焦炉容积的思路，今后仍将建设巨型炭化室焦炉嘲。 2 1 2 日本s c o p e 2 1 炼焦技术 s c o p e 2 1 ( s u p e rc o k eo v e nf o rp r o d u c t i v i t ya n de n v i r o n m e n te n h a n c e m e n tt o w a r dt h e 2 1 s tc e n t u r y ) 被称为“2 1 世纪低污染高效炼焦技术”。是由日本钢铁联盟与煤炭利用中心 4 于1 9 9 4 年开始，用了9 年时间研究的炉型。其工艺特点是将配入5 0 州j t b 粘结性煤，在入炉 前快速预热到3 5 0 4 0 0 c ，使煤接近热分解温度，以改善煤的粘结性，预热煤中的细粉热压 成型，而后与租粒煤混合用管道化装炉。故装炉煤的密度提高，提高劣质煤的掺入量，以弥 补日本炼焦煤质差的资源不足。工业示范于2 0 0 3 年建设“儿刀。 2 1 3 俄罗斯和乌克兰的立式炉连续炼焦技术 乌克兰煤化所进行了立式炉连续炼焦新工艺的研究。其主要特点是：炭化室两侧沿高度 排列水平火道，每个火道可单独调温以控制成焦过程，液压缸带动活塞将煤料从炭化室装煤 段推至加热段并压实。已建成3 孔工艺实验装置。此工艺尚待工业实践。根据我国多年直立 炉的生产经验，直立炉的操作管理有一定的难度，直立炉一代的使用寿命远短于室式焦炉。 但俄罗斯焦化协会仍主张大力对现有焦炉进行技术改造，并采用德国技术改造其煤气回收工 艺和煤焦油工艺哪。“”1 。 2 1 4 美国的无回收焦炉 美国的在用焦炉面临普遍老化的问题，目前已有4 9 的焦炉超过2 0 年炉龄，其中的3 9 超过3 0 年炉龄，焦炉重建势在必行。1 9 9 1 年美国颁布空气洁净法后，由s u nc o k ec o m p a n y 联合其它无回收焦炉企业，按照无回收焦炉炼焦技术的污染物排放，制定了焦炉污染排放指 标，美国钢铁学会将其作为机焦的污染排放指标，并要求1 9 9 9 年以前所有焦化企业按照这一 指标达标排放，使大型机焦无法满足环保要求。目前，美国已通过法律手段不允许新建除无 回收焦炉之外的其它机焦炉型。 在美国、南美国家、澳大利亚，大多数炼焦厂拟采用无回收设计，在附属设备中利用余 热产生蒸汽发电。无回收炼焦在起始阶段曾经引起过争议，但在2 0 0 2 年l o 月美国缅因州波 特兰市国际技术会议中心召开的“第六届国际焦炭会议”上，各国专家对无回收炼焦技术的 评价趋于一致，认为其具有显著的环境友好性，不仅能满足焦炭质量的要求，同时能满足环 保的要求“。 2 2 国内炼焦技术和动态 我国的焦化工业基本是在建国后发展起来的。其主要作用：一是钢铁企业内部的焦化厂， 以解决钢铁生产原料和燃料；二是作为城市煤气的气源厂，解决城市煤气的供应。进入二十 一世纪，工业化国家都在从资源和环保两个方面，探索开发适合本国实际的焦化工艺，我国 也不例外。 至u 2 0 0 6 年，全国总计生产焦炭2 9 7 6 8 万吨，其中机焦产量2 6 2 7 9 吨，占8 8 2 8 0 5 ，改良焦、土 焦产量约为1 4 5 0 万吨，占4 9 ，无回收焦炭、半焦1 7 8 4 万吨，占6 ，另外还有石油焦2 5 5 万吨。 目前中国机械化焦炉炭化室高度主要分别为2 o i n 、2 5 m 、2 8 m 、3 3 m 、4 o m 、4 3 m 、5 o m 、 5 5 m 、6 o i l l 的顶装焦炉和2 。5 m 、3 2 m 、3 8 m 、4 3 m 的捣固焦炉。中小焦炉由于装备水平低， 大部分焦炉环境污染严重。因此，我国焦化工业将面临如下任务“”： ( 1 ) 政府严格控制焦炭生产总量。只有控制总量，才能杜绝浪费资源和牺牲环境。坚决取 缔和淘汰士焦和中小焦炉；逐渐缩小焦炉煤气作为城市煤气的市场，用天然气和液化气逐步 代替。 ( 2 ) 努力延长焦炉寿命。我国建设资金紧张，延长炉龄，可以缓解投资矛盾，相对提高经 济效益。 ( 3 ) 提高技术和管理水平，控制污染。炼焦生产污染排放严重，因此采用先进的技术工艺 和措施，加强管理力度，控制炼焦生产中污染物排放，是我国焦化工业发展的重要内容。 2 3 内蒙古焦化的发展历程 内蒙古的炼焦业除钢铁企业内部的焦化厂和城市煤气的气源厂外，基本都是2 0 世纪8 0 年代末期发展起来的乡镇企业。起步时为土法炼焦，代表炉型是江西萍乡炉，资源浪费和污 染极其严重，吨焦消耗原料煤1 8 2 4 t ，有1 8 0 k g 大气污染物排入环境。到2 0 世纪9 0 年 代初期，在环保部门的积极努力下，逐步以改良焦炉取代了土焦，吨焦消耗煤1 4 1 6 t ， 排放大气污染物l o 1 5 k g 。改良焦炉的代表炉型为7 5 型、8 9 型和9 1 型等。1 9 9 3 1 9 9 7 年， 6 是国际焦炭市场价格最好的时期，内蒙古焦化企业在这个时期迅速发展。这些焦化厂投资一 般在2 0 0 3 0 0 万元，规模年产焦炭3 5 万t ，投产一年多就能回收投资成本，投资小，见 效快。1 9 9 7 年之后，国际市场焦炭价格急剧下滑，焦化企业纷纷停产。国家经贸委联合国家 环保局和机械部及时出台了国经贸资( 1 9 9 7 ) 3 6 7 号第一批严重污染环境( 大气) 的淘汰 工艺与设备文件，以产业政策，将土焦及其改良炉型定为应淘汰的落后工艺，限制淘汰期 限为1 9 9 9 年底。市场和政策促使炼焦行业向大规模、高效、污染少的方向发展。 与内蒙古炼焦煤分布相符，全区焦炭生产能力主要集中在乌海市和包头市2 个地区。2 0 0 3 年，内蒙古焦炭产量约8 0 5 万t ，比上一年增长5 8 8 6 ，占当年全国焦炭总产量的4 5 3 ，其 中，机焦产量4 2 9 万t ，土焦产量3 7 6 万t ，土焦产量占全区焦炭产量的4 6 7 1 ，这一比例远高 于全国平均土焦产量2 2 5 的比例。取缔土焦，不仅震慑了环境的违法行为，还有力地推动了 焦化企业的技术升级和产业结构调整，给现代化机焦炼焦业提供了发展空间，促使焦化产业 健康发展“。 与土法炼焦相比，现代化炼焦技术的突出特点是：能耗低、资源利用率高、污染少、机 械化程度高。 现代化炼焦技术以工艺操作的机械化为标志，因此，被统称为“机焦”。机焦包括：有化 学副产品回收的机焦( 又叫“传统机焦”) 和无回收炼焦两种炼焦工艺。 美国将带热回收的焦炉称为无回收焦炉( 我国又叫“热回收焦炉”) ，2 0 世纪8 0 年代由 美国和澳大利亚推出，以美国s u nc o k ec o m p a n y 公司的j e w e l l 炉为代表。与传统机焦相 比，其突出的特点是：无炼焦副产品回收，投资少，环保效益好，无废水排放。山西寰达公 司在国内做了第一次尝试，2 0 0 0 年6 月点火投产。 传统机焦和无回收炼焦两种炼焦技术的应用比较结果是：无回收炼焦技术的基建投资和 运行成本分别是传统机焦的5 0 和6 0 7 6 。最大的优势还表现在对环境的污染负荷远低于传统机 焦。它们各有优缺点，可根据焦化企业当地的实际情况，选用不同的炼焦技术“”。 比如，无回收焦炉由于不回收炼焦副产品，使部分资源不能充分利用，更适用于资金少、 管理技术水平相对较低、水环境质量要求较高的地区。因为：其一，投资相对少，适合私营 企业建设；其二，工艺简单，技术性不很强，适合私营企业操作管理；其三，环境污染少， 特别是无废水排放。目前，在山西省境内已投资建设了1 6 个无回收炼焦焦化厂，其中5 个已 投产，内蒙古地区也己建设了1 个无回收炼焦厂“。 7 第三章炼焦生产工艺及大气污染物排放 3 1 炼焦的基本生产工艺 烟煤在隔绝空气条件下，加热到9 5 0 1 0 5 0 c ，经过干燥、热解干馏、熔融、粘结、固 化、收缩等阶段，最终得到焦炭，这一过程即为炼焦。炼焦过程产生的干馏荒煤气经回收、 精制，可以得到多种芳香烃和杂环化合物等基本化学原料，同时产生的焦炉煤气是高热值燃 料，可以用来发电或供应城市煤气。 炼焦工艺从根本上分为土焦和机焦两种工艺。 土焦，即土法炼焦，包括原始的土焦和改良焦。它与机焦的本质区别在于：炭化和燃烧 在同一室内进行，部分煤与空气直接接触，不完全隔绝空气，部分煤料被燃烧。因此，降低 了焦炭的产率，同时也产生大量污染物。 机焦包括有化产回收的传统机焦和无回收炼焦( 即热回收焦炉) 。它的特点是：炭化室结 焦、燃烧室供热、蓄热室节能、机械化操作。 3 1 1 土焦生产工艺 土焦，是一种原始的炼焦方式。采用粘结性好的焦煤或肥煤为原料，将其放入就地挖好 的圆坑内或将煤堆成锥形。坑底预先设好火道，煤堆表面铺砖，用煤泥抹严，形成一座圆形 窑。点火引燃窑底火道煤料，煤中挥发份受热不断逸出，小烟囱及窑面火势渐大，1 0 天左右 之后挥发份大部分逸出后，焦炭成熟，用水将窑面火势浇灭，破窑出焦得到焦炭。这种工艺 十分简单，装煤出焦全部由人工小车运送，焦炭成熟时间人为判断。污染物从小烟囱和窑面 缝隙中大量排放，造成窑附近浓烟滚滚，无组织排放相当严重。 改良型土焦在原始土法炼焦基础上，建立了固定的封闭拱形窑，并设烟道和3 5 4 0 m 高 烟囱。可消除窑炉逸散并使污染物高空排放，将低矮面源变为高架点源，有利于空气对污染 物的稀释与扩散，使局部环境得到改善。 从土焦的生产工艺可以看出，土焦存在的主要问题： 8 ( 1 ) 煤耗高，严重浪费优质炼焦煤资源。原始土焦吨焦产品耗焦煤或肥煤2 t 。在国外， 粘结性好、灰份低的焦煤和肥煤都是作为战略资源予以保护的。因此，土法炼焦不利于当地 煤炭资源的可持续发展。 ( 2 ) 焦炭质量差，性能不稳定。土焦生产没有机械投入，装煤、出焦靠人推小车运送， 窑温、结焦时间、熄焦程度等均凭操作人员的经验判断，主观随意性很大，造成生产的不稳 定，焦炭产品质量差别很大。 ( 3 ) 能源浪费，燃烧了全部焦炉煤气和其中的化学副产品。吨焦烧掉1 6 7 m j 热气3 5 0 m 3 、 煤焦油5 0 k g 、粗苯1 4 k g ，造成近3 0 0 元经济损失。 ( 4 ) 污染排放严重。土法炼焦最多的省份是山西省，根据山西省环保局在1 9 9 8 年4 月 份的一份报告中指出“炼焦区大气中颗粒高达8 0 0 m g m 3 ，b a p 含量大大超过国家标准，炼焦 区附近地表水的化学耗氧量、挥发酚、氨氮等污染指标严重超标“”。 3 1 2 机械化炼焦工艺 炭化室结焦、燃烧室供热、蓄热室节能、机械化操作是机械化焦炉区别于土法炼焦的显 著特点。 机械化炼焦工艺每组焦炉由十几几十个炭化室、燃烧室依次排列组成。焦炉两侧分别 为机侧和焦侧导轨，并有独立的熄焦塔，机侧分布装煤车和推焦机，焦侧有拦焦和熄焦车。 机焦生产工艺如下： 入炉煤料由装煤车在炉顶煤孔机械装入炭化室，燃烧室位于每2 个炭化室之间，燃烧室 和炉底蓄热室的热量辐射到炭化室内，将煤料加热，在9 5 0 1 0 5 0 。c 温度下干馏。干馏过程 中大量挥发性物质成为荒煤气从煤料中逸出到炭化室顶部空间。荒煤气经集气管被抽出炉外。 冷凝后，可进行煤气净化和化产回收，化产回收系统从荒煤气中回收煤焦油和粗苯，净化后 的煤气一部分去后序工艺处理后发电或供城市煤气，剩余部分返回焦炉蓄热室和燃烧室，供 给炭化室热量。 在无回收焦炉中，荒煤气在燃烧室充分燃烧，产生的废气由烟道送出，去余热锅炉，产 生蒸汽发电。结焦1 8 6 3 h 后焦炭成熟。推焦机将焦炭推至焦侧，由拦焦机将焦炭拦至熄焦 车上，经轨道将熄焦车送出。熄焦分为湿法熄焦和干法熄焦两种工艺。 湿熄焦系统的生产过程为： 熄焦车将焦炭送入熄焦塔内，用水喷淋湿法熄焦，熄焦水闭路循环。熄焦后的焦炭送筛 焦场，筛分后成为合格的冶金焦。至此完成一次从装煤到产出焦炭的生产过程“”。 o 干熄力系统的生产过程为： 焦炭纤拦焦车至焦罐车，运至干熄焦炉处，由提升机将焦罐送至干熄炉顶装焦处，装入 干熄炉熄焦。在干熄炉中，焦炭由氮气换热冷却，熄焦后焦炭经排焦装置排出。被干熄炉加 热后的氮。i ，经初步除尘后送至废热锅炉回收余热，而后进一步除尘净化后返回干熄炉内循 环使用“”。 有煤气净化和化产回收的传统机焦和无回收焦炉的生产工艺流程，分别见图3 1 和图 3 2 。 从机焦和无回收炼焦两种生产工艺流程看，无回收炼焦的主要优点表现在“”： ( 1 ) 工艺简单。省去了庞大的化产回收系统。 ( 2 ) 污染物排放少，特别是无化产回收部分大量的废水排放。 ( 3 ) 投资小，省去了化产回收系统的建设投资和运行费用。 但是无回收焦炉也存在明显的不足，这些不足也正是传统机焦不可替代的优点： ( 1 ) 无回收工艺不能回收化产。炼焦排出的荒煤气中主要化学产品为煤焦油和苯，是国 内外市场需求的化学基本原料，尤其是高温煤焦油是某些特种原料的主要或唯一来源。世界 年消耗5 0 0 万t 多环芳烃，其中9 5 来自煤焦油。深加工技术先进的德国用煤焦油可生产出 2 0 0 多种产品。因此，不回收化产的焦炉在某种意义上对煤炭资源是一种浪费。 ( 2 ) 焦炉炉龄短。从澳大利亚和美国已投产的无回收炉看，一代炉龄为1 0 1 5 年，是 机焦炉的一半，日常维修量也较大。 l o llo焉。蜗善a岛暑ou暑州事口竽。立ou iio口器焉q。廿暑墨。口qg-oou量口011。np8口。专一n彗龇匠 璎蟪埘h k埘咏州荦舟旷磺矮毒 _ 【n 田 口po曼ou】po釜葛gg hoo芭口口。口u等口9【d譬暑 1 q p，锄_ 匝壁一whk村焱擎曰畎譬妒划蕺如船 n n 田 3 2 1 废气来源 3 2 炼焦大气污染物的来源和特点 焦化生产是钢铁工业污染物排放种类最多的工序，对环境潜在的危险也最大。排放大气 污染物以烟粉尘、s 0 2 、b s o ( b s o 指苯可溶物b e n z e ns o l u b l eo r g a n i c s ，是以苯为溶剂，萃 取炼焦颗粒物中吸附的多环芳烃及其它多组分混合物) 及n o 。等为主要污染因子。 焦炉废气的主要来源有以下几类，即： ( 1 ) 备煤 备煤的主要污染物为煤尘，主要污染源有精煤堆场、配煤仓、煤粉碎机室、各转运站及 输送机等。 ( 2 ) 炼焦 炼焦系统向大气排放的污染物主要为颗粒物、b a p 、h 2 s 、s 0 2 、n o ：等，主要为焦炉炉体的 无组织逸散、焦炉烟囱的连续性排放以及焦炭在筛分、贮运过程中的连续性排放；装煤、推 焦、熄焦时的间断性排放。 a 、焦炉炉体无组织逸散 焦炉炉体无组织排放主要是由炉门、吸尘孔盖以及上升管和桥管连接处缝隙连续泄漏烟 气产生的，排放的大气污染物主要有烟尘、b a p 、h 2 s 、s 0 2 等。 b 、焦炉烟囱 焦炉加热采用洗苯后的焦炉煤气作燃料，燃烧废气主要含有s 也、n 0 2 、烟尘等污染物。 焦炉燃烧废气经1 2 5 m 烟囱高空排放，属有组织排放。 c 、装煤烟气 焦炉装煤时产生大量烟气，主要含有煤尘、荒煤气、焦油烟和b a p 等污染物。 d 、推焦烟气 焦炭被推焦机从焦炉炭化室推出产生大量的阵发性烟气 e 、熄焦系统 若采用湿法熄焦，在熄焦过程中，水接触红焦立即蒸发出大量水蒸汽，同时伴有焦尘、 h 书等污染物，从熄焦塔顶排入大气，属有组织、阶段性排放。 f 、筛焦系统 1 3 筛焦系统排放的大气污染物主要为焦炭在筛分过程中产生的焦尘，主要污染源有筛储焦 楼、各焦转运站等。 此外，非j 下常产生时，炼焦车间放散荒煤气点火燃烧产生的废气为又一污染源，主要污 染物为烟尘、s o ：、n o , 、c o 等。 炼焦过程大气污染物的主要来源和种类见表3 1 。 表3 1炼焦生产过程大气污染物的主要来源和种类一览表 车间名称污染源名称污染物源类型排放特征 精煤堆场、煤转运站及 煤尘 面源 无组织、间歇 备煤车间 输送机栈桥 煤粉碎机室煤尘点源有组织、间歇 焦炉炉体连续性逸散b a p 、烟尘、s 0 ：、h ：s 面源 无组织、连续 装煤烟气烟尘、s 0 2 、n 0 2 、h 2 s面源 无组织、间歇 推焦烟气s 0 ：、n 0 ：、烟尘面源无组织、间歇 炼焦车间 焦炉加热废气s 0 2 、n o ：、烟尘 点源 有组织、连续 湿法熄焦系统焦尘点源有组织、间歇 筛焦系统焦尘点源 有组织、间歇 炼焦生产中，随工艺装备和操作管理水平的不同，每吨装炉煤可产生烟尘由几千克至几十 千克不等；炼焦排放的烟尘，是一种复杂的多成分混合物，其中包含有煤焦油、沥青等挥发 物在内的多种多环芳烃，煤、焦的颗粒物，微量元素及其它致癌化合物等“”。 3 2 2 废气特点 ( 1 ) 含污染物种类繁多。 废气中含有煤尘、焦尘和多种化学物质，其中无机类的有h 2 s 、h c n 、n h ，、c 0 2 等，有机类 的有苯类、酚类、萘、葸等多环和杂环芳烃等。 ( 2 ) 危害性大。 无论是无机或有机类污染物多数属于有毒有害物质，特别是以b a p 为代表的苯可溶物大 都是强致癌物质，而细微的煤尘、焦尘都有吸附苯可溶物的性能，成为其载体，从而增大了 废气的危害性。 对炼焦生产发生的烟尘估测，在没有采取污染控制手段状况下，每生产1 t 焦炭排放的 t s p 和b a p 的数量见表3 2 。 1 4 表3 2炼焦无组织排放废气污染物产生量 t a b l e3 2t h ep r o d u c t i o nq u a n t i t yo f a t m o s p h e r ec o n t a m i n a t i o nw i t h o u to r g a n i z a t i o n 工序 t s p ，k g t 焦b a p ，k g t 焦 装煤 0 5 1 0 1 x 1 0 一2 1 0 3 推焦 lo 4 0 2 x1 0 一8 1 0 1 熄焦( 湿法) 1 o 2 0 5 x1 0 一l o 1 0 炉顶泄露 0 1 1 o 5 x1 0 5 1 0 3 炉门泄露 0 2 1 0 9 x1 0 一4 5 x1 0 - 3 小计 2 8 9 0 2 4 7 x1 0 一1 1 7 x1 0 2 ( 3 ) 污染发生源多、面广、分散，且连续性和阵发性并存。 从炼焦煤的准备、储运开始，在焦炉生产、煤气净化到化学产品精制工艺的全过程，以 及主要配套工段和产品储运，均有烟尘和废气产生。 焦炉装煤、推焦和熄焦过程产生的烟尘属于阵发性，每次过程时间段，烟尘量大，而次 数频繁。一般情况下，装煤、推焦和熄焦每间隔8 1 6 m i n 各有一次，每次时间各在1 3 m i n 。 焦炉炉门、装煤孔盖、上升管盖和桥管连接处的泄漏及散落在焦炉顶的煤受热分解的烟 气具有连续性，其特点是面广、分散。 化学产品车间各类放散废气的发生，多数属于连续性，面广，分散。 焦炉荒煤气的放散属偶发性，其特点是烟气量大，有害物质浓度高。 ( 4 ) 部分逸散物有回收价值 如荒煤气、苯类及焦油类产品蒸气属有用物质，控制回收这些逸散物，不仅有利于减轻 对大气的污染，还有较大的经济效益。 3 3 炼焦大气污染物的排放 选择不同的炼焦生产工艺，污染物排放情况差别很大。 3 3 1 土焦工艺大气污染物排放 表3 3 和表3 4 分别列出了堆式土法炼焦和改良焦炉大气污染物排放情况。“1 。对比表 3 4 的堆式土法炼焦和表3 5 改良焦炉的大气污染物的排放量可以看到，改良焦炉的污染物 排放量较土法炼焦的污染物排放量明显减少，其中改良焦炉的颗粒物、s 0 2 、b a p 等几项主要 污染物排放量约为土焦的一半。 表3 3堆式土法炼焦炉大气污染物排放表 t a b l e3 3t h ed i s c h a r g eo f a t m o s p h e r ec o n t a m i n a t i o ni nm e d i e v a lc o k i n gp r o c e s s 污染物颗粒物 s 0 2c o苯 甲苯 h z sb a p l 排放量，k g 焦 8 8 5 3 3 3 4 3 8 0 73 5 1 4 1 6 4 5 o 7 1 5 o 0 9 6 9 表3 4改良焦炉大气污染物排放表 t a b l e3 4t h ed i s c h a r g eo fa t m o s p h e r ec o n t a m i n a t i o ni nr e f o r m a t i v ec o k eo v e n 项目废气颗粒物 s 如c on o , 总烃 h 2 sb a p 排放量，k g t 焦 1 2 9 5 0 m 34 3 31 5 2 30 0 2 7o 8 1 32 7 90 6 1 70 0 4 2 排放浓度，m g m 3 3 4 41 1 7 6o 0 26 2 9 02 1 4 54 7 63 2 3 3 2 机械化炼焦工艺大气污染物排放 机械化炼焦与土焦的本质区别在于炭化室和燃烧室分室炼焦，可以有效地控制煤料的燃 烧损失和充分利用荒煤气中的有用成分，从而减少原料煤的消耗，减少污染排放噙1 。 机械化炼焦炉主要为传统机焦炉，国际上从2 0 世纪6 0 年代开始研究无回收焦炉的技术， 我国是2 0 世纪8 0 年代开始接触无回收焦炉，最早的时候在山西建成了1 座1 9 孔的无回收 焦炉试验炉，2 0 0 0 年6 月点火投产。因此，机械化炼焦工艺分为传统机焦和无回收焦炉炼焦， 由于这两种机焦的生产工艺有差别，炼焦生产过程的大气污染物排放也不同。炼焦及焦处理 工艺流程排污环节示意图见图3 3 。 传统机焦和无回收焦炉大气污染物排放情况见表3 5 和表3 6 。 从表3 3 、表3 4 的土焦、改良焦炉和表3 6 的机械化炼焦工艺的大气污染物排放情况 可以看出，机焦的污染物排放水平较土焦明显减少。机械化炼焦工艺颗粒物最大排放量是改 良土焦的9 6 ，是一般土焦的4 7 ；机焦b a p 最大排放量是改良土焦的3 6 ，是一般土焦的 1 5 。b 类机焦( 国内普遍水平) 颗粒物排放量是改良土焦的4 2 ，b a p 排放量是改良土焦的 1 6 3 ，污染物排放量减少明显。 对比表3 5 中传统机焦和无回收焦炉炉顶的污染物排放情况，可以看 h ，无回收焦炉的 污染排放水平基本与管哩严格、有完善的污染控制措施的a 类机焦相当。对比表3 6 中传统 机焦和无回收焦炉的综合污染物排放，可以看出，在生产规模相同的情况下，无回收焦炉的 烟尘排放量仅为传统机焦炉的1 3 4 1 、s 0 2 为2 5 1 7 、n 仉为1 7 2 ，这是由于无回收焦炉将 产生的废气在炉内充分燃烧，有机物质被燃烧分解的工艺决定的。因此，无回收焦炉在污染 物排放方面较机焦炉有绝对的优势。 同时，对比表3 7 炭化室高度不同的传统机焦炉，可以看出，对比4 3 m 以下焦炉和4 3 m 以上焦炉，4 3 m 以上焦炉的污染物排放量较低，对比相同炭化室高度的焦炉，以3 0 4 m 为例， 随着生产规模的增大，污染物的排放量减少。 土焦炉、改良焦炉、传统机焦炉及无回收焦炉的污染物排放对比见图3 4 。 相同炭化室高度( 以3 0 4 m 为例) 下，不同生产规模的大气污染物排放对比以及相同规 模( 以2 0 万t a 为例) 下，不同炭化室高度的大气污染物排放对比见图3 5 。 表3 5焦炉炉顶监测数据统计表 t a b l e3 5t h em o n i t o r i n gd a t ai nr o o f o f c o k eo v e n 焦炉类型传统机焦炉 无回收焦炉 g b l 6 1 7 1 2 - 1 9 9 6 二级标准 a 类 b 类c 类 颗粒物，m g m 3 0 7 42 7 64 4 1 0 3 3 12 5 b s o ，m g m 3 o 0 9o 3 91 9 30 0 1 40 6 b a p ，m g m 3 0 0 0 0 7 20 0 0 2 6 7 0 0 2 2 61 3 1 0 12 5 x 1 0 3 表注：表中a 类指严格管理，有完善的装煤、出焦污染控制措施；b 类指严格管理，装煤有污染控制措施； c 类指管理一般，基本无控制措施。 表3 6 两类型焦炉综合污染排放对比表，k g t 焦 t a b l e3 6t h ec o n t r a s to f d i s c h a r g eo f a t m o s p h e r ec o n t a m i n a t i o nb e t w e e nn or e c o v e r yc o k e o v e na n dt r a d i t i o n a lc o k eo v e n ，k g tc o k e 建设单位 生产规模焦炉类型烟尘 s 0 2 n 嘎 天信精洗煤年产6 0 万吨炭化室高0 0 3 70 1 8 30 0 0 8 有限公司捣固焦2 7 9 m 无回收 焦炉 沪蒙焦化有 年产6 0 万吨 炭化室高 0 2 7 60 7 2 70 4 6 6 限责任公司 捣固焦 3 2 4 m 传统机 焦炉 1 7 表3 7不同炭化室高度、不同生产规模传统机，炉大气污染物对比表，k g t 焦 t a b l e3 7 t h ec o n t r a s to f d i s c h a r g eo f a t m o s p h e r ec o n t a m i n a t i o nu n d e rd i f f e r e n tt h eh e i g h t o f c o k i n gr o o ma n dd i f f e r e n tp r o d u c t i o ns c a l ei nt h et r a d i t i o n a lc o k eo v e n ，k g tc o k e 建设单位生产规模炭化室高度m烟尘s 0 2n 嘎 融鑫焦化有年产2 0 万吨 2 3 20 6 9 82 7 0 80 8 3 4 限责任公司焦炭 树天焦化有年产2 0 万吨 2 8 20 2 5 92 7 0 9 3 2 8 8 限责任公司焦炭 神华建安煤年产2 0 万吨 2 8 40 2 1 71 5 4 20 4 1 炭有限责任捣固焦 公司 宏阳焦化有年产2 0 万吨 3 0 4o 7 72 3 9 41 7 9 8 限责任公司机焦 乌拉山煤化年产2 4 万吨 3 0 40 4 7 12 4 6 1 1 2 4 l 工有限责任机焦 公司 吉兴源焦化年产3 5 万吨 3 0 40 2 9 2 0 7 3 80 5 2 5 有限公司 捣固焦 源通煤炭化年产4 0 万吨 3 0 40 1 2 60 5 6 3o 1 1 3 工有限责任捣固焦 公司 沪蒙焦化有年产6 0 万吨 3 2 40 2 7 60 7 2 70 4 6 6 限责任公司捣固焦 福光洗煤焦年产4 0 万吨 4 o o 0 2 4 80 9 4 20 3 4 3 化有限责任 捣固焦 公司 神华乌海煤年产1 0 0 万吨 4 30 2 7 80 6 3 70 2 3 4 焦化有限责捣固焦 任公司 1 9 图3 4土焦炉，改良焦炉、传统机焦炉及无回收焦炉的污染物排放对比 f i g u r e3 4 t h ec o n t r a s to fd i s c h a r g eo fa t m o s p h e r ec o n t a m i n a t i o ni nd i f f e r e n tt y p eo fc o k eo v e n t h ed i s c h a r g eo fa t m o s p h e r ec o n t a m i n a t i o n si n d i f f e r e n tp r o d u c t i o ns c a l e su n d e rt h e $ a m ch e i 曲 o fc o k i n gr o o m ( 3 0 4 m ) t h ed i s c h a r g eo fa t m o s p h e r ec o n t a m i n a t i o n si n d i f f e r e n th e i g h to f c o k i n gr o o mu n d e r t h es a m e p r o d u c t i o ns