初始温度对焦炉焦侧高温烟尘扩散过程的影响

    初始温度对焦炉焦侧高温烟尘扩散过程的影响

杨华

贵州盘江电投天能焦化有限公司   贵州省贵阳市   550081

摘要：中国作为世界上焦炭生产及出口的主要国家之一，每年的焦炭产量更是占据了全世界产量的40%。而贵州省因其丰厚的煤炭资源，更是在全国焦炭生产中占据了重要位置。但随之而来的污染问题也一直困扰着各级政府及相关企业。在经过焦炉大型化发展后的今天，焦炉机侧和焦侧在生产过程中仍会造成大量的颗粒性烟尘伴随着高温浮射流气体排放至空气中，成为焦炭生产过程中最主要的污染来源。因此，本文将对焦侧推焦过程中产生的高温烟尘的扩散过程进行研究，分析不同射流气体温度对于气体扩散的影响，进而对指导焦炉配套的大型集尘设备改进提供帮助。

关键词：初始温度；焦炉焦侧；高温烟尘；扩散；

引言

近年来，由于我国雾霾天气的恶劣影响仍在持续，各级政府对于空气污染等问题也愈加重视，而焦化产业又是空气污染的重要因素之一。尤其是大型焦炉在推焦过程中，由于对高温烟尘排放规律研究不透彻，从而导致的烟尘捕集效率不高的情况更是加剧了空气污染的程度。

1焦化厂在生产过程中遇到的问题

焦化厂生产过程中不可避免会出现各种对自然和环境造成污染的气体等，从推焦、装煤和平煤过程来看，在打开机、焦侧炉门的时候，通常会伴随着阵发性的烟尘，这些烟尘是炙热的焦炭、炉墙和空气接触造成的。为了对阵发性的烟尘进行控制，在炉门设置了专门的除尘导烟装置，但是这些烟尘在集尘罩偏小的情况下，风机的吸力偏小，难以在产生的负压中全部吸走。此外，焦化厂在焦化废水处理的时候，废水池中会存在有机酚类物质，由于其具有挥发性，原本的逸散就会减小，这样就会产生难闻的气味。

2初始温度对高温烟尘扩散过程的影响

为了研究温度对高温烟尘的扩散过程的影响，实验共设置两组，第一组为初始温度分别50℃和500℃，研究在两种温度差异较大的初始条件下，射流气体的扩散特征，从而得出温度对于射流气体的主要影响。第二组实验则设定一组温度梯度，初始温度分别为100℃、200℃、300℃、400℃、500℃；初始速度为2m/s。分析在不同的初始温度条件下，导烟板轴线速度以及导烟板尾端沿线处的速度随位移的变化特征，从而总结概括温度对于高温烟尘气流场特性的影响。

3高温热源设计

实验装置中将携带烟尘的常温空气通过RY-P3A-025工业热风机进行加热。在热风机启动后，将发烟箱中的烟尘气抽吸至工业热风机内部的加热筒中。该加热筒内部采用的是超低风阻陶瓷，同时为了能将空气迅速加热至指定温度，还对电阻丝进行了加粗，并在加热筒外部加装了保温层已达到加热、保温的作用。在加热筒的最前端下部开孔，并接入热电偶，通过温控仪的实时温度检测反馈达到控制出风口温度的效果。在出风口处外接了一个流量控制阀，起到控制射流口风速的作用。在流量控制阀的左侧外接90°的换向弯管，且该弯管的孔径大小可变，以此起到变换射流口孔径的作用。

4不同温度时射流扩散特征分析

图1是在50℃和500℃的初始温度下，射流气体在水平于背板和垂直于背板方向的速度云图。由图1（a）与图1（c）可以看出，随着温度由50℃提升至500℃，射流气体x轴方向（即水平于背板）的速度迅速降低，其衰减速率增大。而射流气体的扩散长度也有着明显的降低。这是由于射流气体温度升高，导致气体密度降低，射流在x轴方向的动量mv降低，使得气体的扩散长度也有着明显的降低。而由图1（b）与图1（d）可以看出在z轴方向上（即垂直于背板）的速度增加，共有两部分原因：第一个为随着温度的提高，射流气体的浮力的增加从而形成浮射流，从而使得z轴方向速度有了一些提升。第二个原因则是高温气体在扩散过程中会卷吸四周空气，密度的降低会导致气体扩散过程中z轴方向所受的浮力值增大。既有因浮力的增加形成射流速度的增加，也有因密度的降低导致的射流速度的增加。由此可知，在500℃时，射流气体转变为高温浮射流的形式扩散。随着温度的升高，其扩散速度会有一定的升高，同时气体的扩散轨迹也会发生较大的变化，而针对不同的温度导致的高温烟尘气的扩散规律来设计集尘罩，才能使得后端集尘设备的捕集效率更为高效、合理。

5焦炉环保技术的应用

5.1焦炉煤气脱硫废液提盐技术

焦炉煤气脱硫废液提盐技术的应用是针对在焦化厂长期运行过程中脱硫系统中不断积累的副反应副盐的状况，如果副盐质量浓度达到了200g/L，那么脱硫的效率就会受到大大的限制。通常情况下，脱硫废液的副盐当中最常见的成分有、NaSCN、，一旦对这些物质不能够很好地处理，就会使环境受到污染。焦化厂在应用焦炉煤气脱硫废液提盐技术的时候，还可以建立脱硫废液提盐系统，这样不仅能够保证降低污染，还为焦化厂的发展创造了良好的经济效益。脱硫废液提盐系统和其它的工艺有着明显的区别，该系统将纯度在98%以上的精盐和纯度在99%以上的提取出来，不仅确保了与国家的环保要求和标准相符合，还有效地规避了传统工艺对粗盐和混盐难处理以及二次污染的问题，在很大程度上实现了变废为宝。与此同时，在精盐被提取出来的状况下，回用水量会达到70%到75%，大大节省了新水资源。

5.2制酸系统尾气污染治理及回收再利用技术

由于制酸系统尾气的排放当中存在SOx这种物质，如果不对其进行净化处理，那么就会使排入大气的尾气污染环境。焦化厂的发展不可忽视对SOx的减排处理，尽可能保证在制酸系统工艺和设备完善的状况下，增加尾气吸收装置。贫液在进入原液箱之后，进入循环泵，在循环液冷却器的作用下，到吸收塔之中。吸收塔需要安装酸雾过滤器。从废液箱出来的废液和硫铵母液反应形成硫铵。最后，制酸尾气在风机的作用下，将气体经过烟囱排放到大气当中。

图2导烟板轴线速度分布

6改进方向

在长结焦时间调整下，焦炉加热系统参数以调节煤气压力、暂停时间、高炉煤气和焦炉煤气掺混量进行炉温控制。在大跨度结焦时间调整的状态下，未测量炭化室底部压力，焦炉加热系统参数的适应性不好，虽然直行温度可以达预期，但炉头温度降幅较大，降至900℃左右，不利于炉体安全和长寿化运行。改进方向：提前研究制定两套加热系统参数调整方案，主要调整参数包括煤气孔板尺寸、进风口尺寸、废气水平翻板开度、脱硫风机主频，以此来保证高炉煤气压力不至于过低而影响炉头温度及高向加热，保障在长结焦时间条件下炉头温度维持正常。同时，结焦时间缩短后，炉温易不均匀，造成大电流，因此需加强炉温管控，避免炉温不均匀造成大电流的发生。需增加测炭化室底部压力监测，为调整PROven控制参数提供依据，保障炭化室内微正压。

结束语

随着气体温度的升高，气流扩散速度在z轴方向会有一定的提升，但最主要的变化体现在对高温烟尘气射流扩散轨迹的影响上。初始温度越大，高温烟尘运动至背板轴线z=0.8m处时的速度就越大，且比初始速度对其的影响更大。因此，针对不同初始温度高温烟尘气的扩散规律来设计集尘罩，才能使得后端集尘设备更为合理、高效地对焦炉焦侧推焦过程中产生的污染气体进行捕集。

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