一、研究背景

在焦炉生产过程中，装煤和出焦等环节产生大量有毒含尘污组织排放的废气，其中含有固体悬浮物、苯可溶物、苯并芘、H₂S、NH₃等有害物质，如长期接触对人体健康十分有害。根据对焦炉生产过程中三类烟尘排放源（焦炉连续性、阵发性和事故性三类排放源）中所含有害物质数量的分析，焦炉烟尘中散发量最大、危害最严重的是装煤过程中外逸的大量粗煤气（即黄烟）和煤尘，其约占总污染物排放量的60%。而出焦散发的粉尘量约为装煤时散发粉尘的一倍以上，尤其是在推出的焦炭成熟度不足时，焦炭中还残留有大量的热解产物，在推焦时和空气接触，燃烧生成细分散的炭黑，因而形成大量浓黑烟尘，严重污染了焦炉周围的环境。而且出焦时炉门散发的烟尘直接逸散到炉顶面区域，对工人作业环境影响大，而国内对于出焦过程中炉门散发的烟气没有效果明显的处理措施。

炉头逸散烟尘的特点是间歇性排放、烟气湿度大、温度高、含有可燃气体和焦油，而且产尘点会在长距离上频繁移动，兼有固定源和移动源的特征。炉头烟尘处理的难点主要有：

1、如何高效保证烟尘捕集率

炉头周围设备、构筑物较多，炉头烟尘逸散速度快，如何根据现场情况研发合理的收尘装置是保证烟尘捕集率的关键。

2、除尘系统如何适应焦炉生产工艺特点

出焦和平煤等焦炉生产过程是有规律的间歇性作业，整个焦炉不是所有的炉门都在逸散烟尘，需对炉头烟尘逸散点进行精准控制。研发一套完全适应焦炉生产的炉头除尘软硬件系统是一大难题。

3、如何实现焦炉烟尘处理系统的稳定运行

从以往运行经验看，焦炉烟尘中含有高温挥发出的焦油及未燃烧充分的炭渣火星, 容易粘布袋和烧布袋，严重影响除尘器的稳定运行。

    因此。研制出适应于新环保政策要求的的焦炉炉头除尘技术迫在眉睫。

二、技术解决方案

焦炉炉头除尘项目的具体技术路线及方案如下：

图1： 焦炉炉头除尘技术路线

1、烟气收集

关键之一是如何将出焦时产生的烟尘很好地收集。由于出焦时，焦炉炉门散发的烟尘主要产生点为：炉门框粘结的焦油遇高温产生、炉门口处焦炭塌落至刮板机上产生、炉门边缘粘结的焦油产生、以及推焦时焦炭产生。产尘量最大的是炉门周边区域，同时，烟气有热动力性，在无外界干扰的情况下大部分烟气均沿炉门向上逸散。如何将出焦时产生的烟尘有效收集我们采用的研发措施是，根据烟气的特点，对影响烟气收集的外界因素进行弱化；同时，通过合理布置收尘罩来保证烟气很好的收集。

2、除尘系统可靠控制

除尘系统可靠控制必须做到系统只针对正在出焦的炭化室进行烟气治理，而常规的电动或气动阀门进行控制由于焦炉炉门上方温度高，容易损坏，并且控制系统复杂。所设计开发出的控制装置需能满足前端烟气收集率要求，根据前端烟气收集系统阀门开启数量及阀门开度确定合适的转速，实现整个系统最优化运行。

3、高温烟尘处理选择

由于焦炉出焦时温度高达150-200℃，为避免高温烟气进入布袋除尘器对设备造成损坏。同时烟气中含火星粉尘如果直接卷入布袋，会引起布袋着火事故。因此，对于焦炉出焦的烟气选择一种成熟经济可靠的烟气处理系统。另外烟气中含有煤气和焦油，需增加预喷涂设施防止布袋粘结，以及除尘器仓室增加防爆阀。

三、主要技术内容与创新

主要从建立高效的烟尘收集系统、研制适应焦炉生产工艺的炉头除尘智能控制系统和开发适应焦炉烟尘特点的烟气预处理系统三个方面进行研究。

1、建立高效的烟尘收集系统

焦炉有四大车设备，装煤车、推焦车、拦焦车、熄焦车。采用在炉头正上方布置固定式收尘罩的方法来解决收尘问题，一炭化室炉门一顶吸罩。利用密封措施保障烟尘收集效率，避免烟尘外溢并消除横风影响密封措施包括。对推焦车设置移动挡板装置，同时对拦焦车封闭，尽可能避免烟尘的泄露等。

对推焦炉门工作域构建二维几何模型。通过模拟收尘罩高度、密封挡板宽度、风量对除尘效果的影响，研发合理的收尘装置，可以实现对各尘源点逸散的烟

图2： 流场模拟模型及结果

气进行有效收集，无烟气外溢。同时，通过数值模拟确定收尘罩罩口周围的的压强值，作为风机压头选型计算依据。

2、研制适应焦炉生产工艺的炉头除尘智能控制系统

研发出一套系统，将支管阀门控制装置布置在推焦车和拦焦车上，通过液压缸驱动该控制装置来实现阀门的启闭，大大提高了除尘效率；同时，除尘风机与出焦信号进行联锁，当出焦时风机高速运转，当出焦完成时，风机低速运转，可以有效的节约能源。

3、开发适应焦炉烟尘特点的烟气预处理系统

旋风阻火器的作用是借鉴多管旋风除尘器的原理，将烟气中大于0.5mm的颗粒95%以上全部去除掉，保护布袋除尘器不被烧坏；采用预喷涂就是来防止由于油或水而导致其粘连、堵塞。

主要创新点：

（1）开发的焦炉高效炉头烟尘治理技术，可实现焦炉机侧、焦侧炉门在出焦及平煤过程中烟尘逸散的同步治理，显著改善工作环境；

（2）开发的烟气收集系统，采用“炉门上方设固定除尘罩+推焦车封闭及两侧设移动密封挡板”形式，实现外界对炉门逸散烟尘影响降低到最低；

（3）开发的收尘罩控制机构，满足了焦炉间歇作业需求，实现对特定烟尘逸散点进行收集，提高除尘效率，降低系统能耗；

（4）开发的高温烟气处理系统，可避免除尘器布袋着火及焦油粘粘布袋现象，确保净烟气粉尘超低排放（实测值3.1mg/Nm³，低于国家标准的10 mg/Nm³）。

四、应用情况与效果

目前已推广2套焦炉机焦侧炉头烟尘治理工程，分别为2017年已实施的宁波钢铁焦化厂机焦侧炉头烟尘治理工程和2019年实施的安阳钢铁焦化厂机焦侧炉头烟尘治理工程。以宁钢两座6m焦炉为例，每年减少向大气排放的粉尘约1000t，同时处理粉尘时，烟气中含的苯并芘、焦油等有机物也一同得到治理，降低焦炉生产对环境的影响。

治理前/治理后

图3： 应用效果对比图 

信息来源：北京中冶设备研究设计总院有限公司