捣固焦炉高压氨水烟尘输导效果的影响因素.doc

捣固焦炉高压氨水烟尘输导效果的影响因素1 捣固焦炉装煤烟尘治理存在的问题 装煤烟尘治理技术一直是各大焦化企业环保工作研究的重点和难点，尤其是捣固焦炉，因采用侧装煤，装煤时机侧炉口长时间处于敞开状态，致使大量的荒煤气从机侧炉门逸出，难以控制。此外，由于捣固焦炉与顶装焦炉在装煤工艺上存在的差异，致使其装煤烟气的发生量也远大于顶装焦炉。如不采取有效措施，对装煤烟尘进行输导和净化处理，势必对环境造成较大的危害。鉴于上述原因，近年来，众多研究单位对捣固焦炉装煤烟尘输导和净化处理技术展开了相关研究，其中，高压氨水无烟装煤技术得到了广泛应用。该技术旨在充分利用高压氨水的射流引射作用，在上升管根部产生足够的吸力，将装煤时产生的大量烟气导入炭化室，以便有效地减少装煤时从炉顶和机侧炉口逸出的烟尘量。 本文在总结科研成果的基础上，对影响高压氨水在捣固焦炉生产中装煤烟尘输导效果的各项因素进行了详细论述，以求进一步优化和完善捣固焦炉装煤烟尘的治理技术，实现对装煤烟尘的合理控制。2 高压氨水烟尘输导效果的影响因素2.1 高压氨水的喷嘴结构 高压氨水的喷嘴结构直接关系到高压氨水射流引射作用的强弱，从而对上升管根部吸力的大小和消烟效果的影响较大，主要原因是射流引射作用的强弱取决于射流边界层厚度和紊动强度的大小。若喷嘴结构过于简单，则会造成喷出的射流流速分布均匀，紊动程度过小，而不利于液流与气流进行能量交换，削弱了射流的引射效果，导致高压氨水消烟效果不理想。 为了提高射流紊动程度，增强射流的卷吸和掺混作用，通常需要设法使射流在喷射时旋转起来，这样出射后不仅有纵向速度，而且有径向和切向的分速，即形成所谓的旋动射流，旋动射流的形成一般都需要在喷嘴内加装具有合理结构形式的导流片。通过对导流片结构形式的多方考察和实验研究，发现具有三线四流道导向芯片结构形式的导流片效果最佳（流道面积比3.31)。2.2 喷嘴的安装位置 高压氨水的喷嘴安装位置对射流的引射作用和相应烟尘输导效果具有重要的影响。通常，通过高压氨水喷嘴喷洒起到对荒煤气的冷却降温作用。因此，高压氨水喷嘴的水平位置应与桥管下口的中心线保持一致。因为喷射出的氨水必须覆盖整个喷嘴下面桥管的流道截面，一旦确定了喷嘴垂直安装的高度，也就相当于确定了氨水的喷射角度。高压氨水垂直安装的高度越低，氨水喷射的角度就越大，根据射流的引射理论，喷射角度过大会导致射流速度的显著降低，而且也会使液流喷溅到桥管内壁上，造成不必要的能量损失，致使射流引射作用所产生的抽吸效果急剧下降。研究发现，当喷嘴安装在桥管下口中心线的正上方与桥管上部相交处时（刚与桥管内径相切），射流的引射效果最佳，此时对应的氨水喷嘴安装喷射角度为55。2.3 高压氨水的喷嘴直径 高压氨水的喷嘴直径是影响装煤烟尘输导效果的另一关键因素。研究发现，在相同高压氨水的压力下，上升管根部的吸力并非随着喷嘴直径的增大而增大，这表明高压氨水喷嘴直径对装煤烟尘输导效果的影响十分复杂，并不具有明显的规律性。 根据流体力学的射流引射原理，在相同的高压氨水压力下，喷嘴直径增加，不仅会导致射流流束直径的增大，同时也会导致射流速度的减小。一方面射流流束直径的增大，可使射流紊动边界层的影响范围和作用能力有所增强，射流的引射效果自然相应获得改善。但另一方面，射流流速又是射流引射作用的主要动力来源，射流速度的降低，会引发射流边界层紊动程度的减弱，从而对射流的引射效果产生不利影响。 由于上述两种相反作用的存在，使得喷嘴直径对装煤烟尘消烟效果的影响作用变得极为复杂，喷嘴直径过大或过小，烟尘输导效果均会有所下降。由此可见，随着氨水喷嘴直径的增大，机侧炉口外逸烟尘量将会呈现先减小后增大的趋势。即在指定的高压氨水压力下，均匹配有一个最佳喷嘴直径。此外，为避免高压氨水喷嘴的堵塞，喷嘴直径不宜过小，以免造成阻力的增大。2.4 高压氨水的压力 高压氨水射流的引射作用在上升管根部产生的吸力是整个装煤烟尘输导工艺的动力源头。高压氨水喷射过程比较复杂，涉及到2次能量的转换。首先是由压力能（位能）转变成动能，而后再由动能转化成压力能。高压氨水压力将直接关系到射流流速的大小，或者说射流引射作用的强弱，从而对上升管根部吸力的大小和消烟效果具有决定性作用。因此，合理确定高压氨水压力是焦炉消烟装煤技术的关键。 研究发现，当高压氨水压力小于2MPa时，上升管根部负压值较小，产生的吸力十分有限，焦侧、机侧导烟孔等各烟尘逸出点处压力并非按序呈现一致性递增规律，烟尘在压差作用下存在2种流动方向，既可向上升管方向流动，亦可向机侧炉口方向流动，消烟动力存在明显不足，机侧炉口外逸烟尘量较大，烟尘输导效果较差。随着高压氨水压力的不断提高，上升管根部负压值将逐渐增大（通常处于-200-100Pa)，产生的吸力亦随之提高，各烟尘逸出点处的压力按序逐渐呈现一致性递增规律。烟尘在压差作用下的流动方向趋于一致，仅向上升管方向流动，机侧炉口亦逐渐处于微正压状态，消烟效果明显好转，机侧炉口烟尘量不断减少。 当氨水压力大于2.8MPa，上升管根部产生的吸力则会显著增大，机侧炉口开始出现微负压，大量空气和煤粉尘被吸入，导致荒煤气中氧含量增高和炭化室内放炮现象的发生，甚至会危及鼓风机和电捕焦油器的安全。此外，大量煤粉尘的吸入也会造成管道的堵塞。 由此可见，高压氨水压力的确定，应以维持机侧炉口处于微负压状态为原则，控制集气管吸气量与装煤烟气发生量大体一致，这样既可大大减轻装煤烟尘对生产工人的危害，又可保证集气管的畅通和系统的平稳、安全运行。外逸的少许烟尘可以通过炉口烟尘收集系统进入除尘地面站处理后排放，这样可基本实现无烟装煤。2.5 其他因素的影响 随着焦炉同时打开高压氨水阀门的个数和氨水流量的变化，氨水终端压力会发生较大的变化，高压氨水压力的波动将导致高压氨水喷淋效果不理想，直接影响烟尘输导效果。建议每座焦炉的高压氨水应由独立的氨水泵供应，或者在装煤这一时间段内杜绝同时开启多个高压氨水阀门。3 结语 捣固炼焦工艺是充分利用炼焦煤资源及提高焦炭质量的有效途径，而装煤烟尘治理工艺技术的日趋完善将有效控制装煤烟尘外逸对环境产生的污染，提高捣固焦炉清洁生产