吳  英 辛景昌  馬  帥

（新興鑄管股份有限公司）

摘 要：隨著國家對環(huán)境保護(hù)的重視，環(huán)保政策不斷加嚴(yán)，為進(jìn)一步改善空氣質(zhì)量，開始重視對大氣中的CO進(jìn)行控制。文章從如何減少干熄焦CO的排放進(jìn)行探討，通過把干熄焦預(yù)存段放散尾氣通過干熄焦放散除塵風(fēng)機(jī)同時送入焦?fàn)t回爐煤氣，代替氮?dú)獾呢毣饔?，具有拉長火焰、降低炭化室上下溫差等作用，能夠很好的改善焦?fàn)t高向加熱，以及引入到焦?fàn)t加熱用高爐煤氣管道中入爐燃燒，進(jìn)而達(dá)到減少CO排放和節(jié)能的雙重目的。

關(guān)鍵詞：干熄焦預(yù)存段放散尾氣；代替氮?dú)獾呢毣?；燃燒；CO；節(jié)能；減排；探討

我公司現(xiàn)運(yùn)行2×69孔6.73米搗鼓焦?fàn)t，焦?fàn)t全部采用干熄爐進(jìn)行熄焦，干熄焦預(yù)存段放散尾氣，是焦碳采用干熄爐熄滅焦炭過程中產(chǎn)生的廢氣，干熄焦預(yù)存段放散尾氣通過干熄焦放散除塵風(fēng)機(jī)同時送入焦?fàn)t回爐煤氣和焦?fàn)t加熱用高爐煤氣管道中，在實(shí)現(xiàn)放散尾氣CO減排的同時，代替氮?dú)獾呢毣?，降低加熱煤氣和氮?dú)庀?，達(dá)到節(jié)能、環(huán)保雙重目的。

1 本次技術(shù)應(yīng)用的目的

1）干熄焦預(yù)存段放散尾氣通過干熄焦放散除塵風(fēng)機(jī)同時送入焦?fàn)t回爐煤氣和焦?fàn)t加熱用高爐煤氣管道中，實(shí)現(xiàn)CO減排；

2）代替氮?dú)獾呢毣?，降低加熱煤氣及氮?dú)庀模?/p>

3）改善焦?fàn)t高向加熱。

2 生產(chǎn)工況

2.1焦?fàn)t基本參數(shù)

1）焦?fàn)t規(guī)模：2×69孔6.73米搗固焦，年產(chǎn)焦炭194萬噸。1#爐采用焦?fàn)t煤氣加熱，2#爐采用高爐煤氣加熱，炭化室中心距：1.575 米；

2）空氣開閉器設(shè)于機(jī)側(cè)，采用了兩室提桿式空氣開閉器，其一室用于下部供風(fēng)助燃，另一室用于上段供風(fēng)助燃；

3）兩座爐共用一根煙囪，在兩焦?fàn)t的中間位置；

4）為改善焦?fàn)t高向加熱，當(dāng)前加熱煤氣中配有2500m³/h左右氮?dú)猓?/p>

2）焦?fàn)t配套三套125噸干熄焦系統(tǒng)，預(yù)存段放散尾氣經(jīng)脫硫后送入環(huán)境除塵系統(tǒng)處理；

3）預(yù)存段放散尾氣裝焦時不超過25000Nm³/h，不裝焦時約16000Nm³/h，溫度 100~130℃。其中：CO含量約9%、H₂ 含量約4%。

3 方案設(shè)計

3.1基本原理

現(xiàn)用干熄焦放散氣除塵器漏風(fēng)率較高約為2-3%，有可能會導(dǎo)致干熄焦放散煙氣中含氧量超標(biāo)，進(jìn)入煤氣系統(tǒng)后存在較大安全風(fēng)險，為保證系統(tǒng)運(yùn)行安全，將現(xiàn)用除塵器擬改為全密封除塵器（或新增），漏風(fēng)率<0.5%。干熄焦放散煙氣經(jīng)該除塵器脫硫和除塵后，送入焦?fàn)t加熱用的高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣管道中，在該廢氣輸送管道上，需配備壓力、溫度和流量以及含氧量的實(shí)時監(jiān)測，并配套調(diào)節(jié)閥和快切閥，實(shí)施安全可靠連鎖，實(shí)現(xiàn)廢氣量實(shí)時調(diào)節(jié)功能，如果出現(xiàn)氧氣含量超標(biāo)或壓力過低可快速切斷該路廢氣，禁止進(jìn)入煤氣系統(tǒng)，轉(zhuǎn)入原有煙囪排放，保證系統(tǒng)穩(wěn)定安全可靠運(yùn)行。

3.2結(jié)構(gòu)布局

干熄焦裝置運(yùn)行過程中，為控制循環(huán)氣體中可燃組分含量，需要導(dǎo)入空氣將可燃成分燒掉，為平衡循環(huán)氣量，需要在風(fēng)機(jī)后放散部分循環(huán)氣體，該部分循環(huán)氣體主要成分為N2，同時含有部分CO、CO₂、H₂、O₂、SO₂及焦粉顆粒等，經(jīng)過除塵及脫硫后，由煙囪排入大氣。在焦?fàn)t加熱系統(tǒng)中，為拉長火焰、降低炭化室上下溫差，更好的改善焦?fàn)t高向加熱，需要在焦?fàn)t煤氣中通入部分氮?dú)?，以對煤氣進(jìn)行貧化。結(jié)合干熄焦及焦?fàn)t工藝需求，現(xiàn)擬將干熄焦放散氣送入焦?fàn)t加熱煤氣系統(tǒng)中，用于貧化焦?fàn)t煤氣，同時干熄焦放散氣中的CO經(jīng)過燃燒后成為CO₂，與焦?fàn)t煙道廢氣一同經(jīng)焦?fàn)t煙道氣脫硫脫硝系統(tǒng)處理達(dá)標(biāo)后從焦?fàn)t煙囪排放，達(dá)到了CO減排效果。

因干熄焦放散煙氣送入煤氣系統(tǒng)，故必須保證安全措施到位，必須考慮尾氣中含氧量不能超過安全要求濃度，在干熄焦放散氣輸送主管道上增加氧氣和壓力監(jiān)測儀，以及快速切斷閥，如果含氧量超標(biāo)或壓力低于煤氣系統(tǒng)壓力，必須快速切斷該路廢氣，轉(zhuǎn)入原有煙囪排放，禁止進(jìn)入煤氣系統(tǒng)。

3.3 本次設(shè)計的結(jié)構(gòu)布局

由3套干熄焦風(fēng)機(jī)后放散出的循環(huán)氣體，合并至母管，經(jīng)脫硫后，送入全密封除塵器，由風(fēng)機(jī)加壓同時送入1#焦?fàn)t焦?fàn)t煤氣管道及2#焦?fàn)t混合煤氣管道中。整體工藝流程見下圖。

因干熄焦放散煙氣送入煤氣系統(tǒng)，為保證系統(tǒng)安全，在干熄焦尾氣輸送主管道上設(shè)有氧分析儀和壓力監(jiān)測儀、及快速切斷閥，當(dāng)含氧量超標(biāo)或壓力低于煤氣系統(tǒng)壓力時，快速切斷送往焦?fàn)t加熱系統(tǒng)的放散氣，轉(zhuǎn)入原有煙囪排放。

3.4關(guān)鍵控制邏輯

通過調(diào)節(jié)閥保證焦?fàn)t煤氣管道1500-4500Nm³/h的穩(wěn)定用量，此廢氣送入焦?fàn)t煤氣中，代替氮?dú)獾呢毣饔?，具有拉長火焰、降低炭化室上下溫差等作用，能夠很好的改善焦?fàn)t高向加熱。剩余25500-28500Nm³/h的尾氣送入2#焦?fàn)t加熱用的高爐煤氣管道中，此廢氣送入高爐煤氣中，會降低高爐煤氣熱值，2#焦?fàn)t使用高爐煤氣量約為120000m³/h，根據(jù)2#焦?fàn)t加熱情況調(diào)節(jié)干熄焦放散氣配入量，剩余放散氣從原有煙囪排放。干熄焦放散氣中CO進(jìn)入焦?fàn)t煤氣加熱系統(tǒng)，經(jīng)過燃燒后成為CO₂，與焦?fàn)t煙道廢氣一同經(jīng)焦?fàn)t煙道氣脫硫脫硝系統(tǒng)處理達(dá)標(biāo)后從焦?fàn)t煙囪排放，達(dá)到了CO減排效果。焦?fàn)t煙道氣脫硫脫硝系統(tǒng)設(shè)計最大煙氣處理量為57.8萬Nm³/h，目前焦?fàn)t煙道廢氣量為42萬Nm³/h，有富余能力處理新增加的廢氣處理量。

4主要設(shè)備說明

4.1 供配電

4.1.1 電壓等級

高壓：10kV

低壓：380V、220V、36V

控制電壓：AC220V、DC220V

4.1.2 中性點(diǎn)接地方式

10kV: 與上級變電所一致

380V: 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，TN-S

4.1.3 用電負(fù)荷

本工程除塵改造新增負(fù)荷約375kW；加熱煤氣貧化改造約20kW。所有負(fù)荷為三級負(fù)荷。

4.1.4 電氣改造方案

新設(shè)兩臺低壓配電柜為本工程設(shè)備供電，新增配電柜放置于已有配電室內(nèi)，電源取自已有配電柜內(nèi)備用回路或者并柜放置。采用放射式為本工程新增設(shè)備供電。

4.1.5主要設(shè)備選擇

低壓配電柜采用GGD型固定式開關(guān)柜，動力配電箱均為戶外型，防護(hù)等級不低于IP54。

4.2電氣傳動

根據(jù)工藝設(shè)備要求，電氣傳動采用不同的起動和調(diào)速方式。

4.2.1電氣傳動設(shè)備的起動

本工程對于工藝設(shè)備沒有特殊要求而供電電源又可滿足全壓直接起動的風(fēng)機(jī)、水泵、運(yùn)輸皮帶、各種分料器、閥門等均采用全電壓直接起動。

4.2.2電氣傳動設(shè)備的傳動控制

根據(jù)工藝要求，焦化傳動設(shè)備控制系統(tǒng)采用兩種控制方式：非調(diào)速控制和變頻調(diào)速裝置調(diào)速控制。

（1）非調(diào)速控制

工藝沒有調(diào)速要求的交流傳動設(shè)備均采用繼電接觸器系統(tǒng)進(jìn)行傳動控制。

（2）調(diào)速控制

工藝有調(diào)速要求的交流傳動設(shè)備采用變頻調(diào)速裝置進(jìn)行調(diào)速控制。

4.2.3電氣控制系統(tǒng)

對工藝要求連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)或聯(lián)鎖系統(tǒng)，采用DCS聯(lián)鎖集中操作及機(jī)旁單機(jī)操作兩種操作方式，設(shè)備的運(yùn)行、故障等信號通過自動化系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視。對無特殊要求的單體設(shè)備，一般僅考慮機(jī)旁單機(jī)操作。

4.3 電氣照明

本項目設(shè)有正常照明、檢修照明和應(yīng)急照明。正常照明電源采用AC380/220V，三相四線制，在主要生產(chǎn)車間和規(guī)范規(guī)定的場所中，除設(shè)置正常工作照明外，還應(yīng)設(shè)置保證安全及供人員疏散用的應(yīng)急照明，并根據(jù)工藝要求設(shè)置局部照明和檢修照明。

照明燈具選用長壽命、高效節(jié)能型LED燈具。根據(jù)環(huán)境情況選擇相應(yīng)的燈具型式。對有爆炸危險和火災(zāi)危險的場所選擇與環(huán)境條件相適應(yīng)的防爆型燈。

照明線路一般采用銅芯導(dǎo)線穿鋼管明敷設(shè)。

4.4防雷與接地

（1）工作接地

低壓動力變壓器二次側(cè)中心點(diǎn)采用中性點(diǎn)直接接地的TN-S系統(tǒng)，變壓器中性點(diǎn)通過接地干線與接地極連接，其接地電阻要求小于4Ω；距離負(fù)荷中心（變壓器）大于50m的輔助車間或動力配電箱等用電設(shè)備必須進(jìn)行重復(fù)接地，重復(fù)接地電阻要求小于10Ω。

（2）保護(hù)接地

電氣設(shè)備或電氣裝置的不帶電金屬部分和金屬外殼均應(yīng)接地，要求接地電阻小于4Ω。

（3）防靜電接地

煤氣管道、除塵設(shè)施管道等的防靜電接地，在上述管道始端、終端、分支處、轉(zhuǎn)角處以及每隔100m的直線段各接地一次，接地電阻不大于30Ω。當(dāng)架空煤氣管道與有爆炸危險的建筑物間的距離小于10m時，在接近的一段上，每隔30~40m接地一次，接地電阻不大于20Ω。

（4）防雷接地

一般防雷接地與其它接地相連，其接地電阻值應(yīng)滿足最小值要求。

（5）自動化控制系統(tǒng)及檢測設(shè)備工作接地

無特殊要求的自動化控制系統(tǒng)及檢測設(shè)備的接地，可與電力系統(tǒng)的工作接地、安全保護(hù)接地、防雷接地等共用一組接地裝置，其接地電阻應(yīng)按其中最小值確定。

本工程為在原有基礎(chǔ)上的改造項目，改造后的供配電系統(tǒng)工作接地、保護(hù)接地、防靜電接地、無特殊要求的自動化控制系統(tǒng)及電子信息系統(tǒng)的工作與保護(hù)接地、建筑物的雷電保護(hù)接地共用一套接地裝置，與原有接地裝置可靠焊接，其接地電阻按各接地系統(tǒng)中要求的最小電阻值確定。

4.5 電纜敷設(shè)

動力電纜采用阻燃型銅芯交聯(lián)電纜；控制電纜采用阻燃型銅芯電纜；計算機(jī)電纜采用阻燃型銅芯對絞屏蔽電纜。恒速電機(jī)采用4芯動力電纜（3芯相線+PE線）供電。低壓變頻電機(jī)采用變頻專用電纜供電。一般移動式電氣設(shè)備等需經(jīng)常彎移或有較高柔軟性要求的回路應(yīng)使用橡皮絕緣護(hù)套等軟電纜。

配電柜至各用電設(shè)備的電纜，沿電纜溝和電纜橋架敷設(shè)，局部穿鋼管暗敷設(shè)。

在高溫區(qū)和易燃區(qū)采用阻燃耐高溫電纜。電纜敷設(shè)時盡可能避免通過高溫、爆炸、易燃等區(qū)域，否則要采取相應(yīng)的防火措施。電纜敷設(shè)按電壓等級劃分，電壓越高放在越下面。同一通道內(nèi)的電纜敷設(shè)應(yīng)按電壓等級由髙至低的電力電纜、強(qiáng)電至弱電的控制和信號電纜、通訊電纜“由下而上”的順序排列?？刂?、電力電纜分開敷設(shè)。

4.6 電氣防爆及消防

 對火災(zāi)、爆炸性氣體環(huán)境及爆炸性粉塵環(huán)境將根據(jù)其危險級別選擇相適應(yīng)的電氣設(shè)備，以保證安全生產(chǎn)。

根據(jù)《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》GB50058-2014，安裝在室外的電氣設(shè)備應(yīng)考慮防爆、防水、防塵及防腐措施。爆炸危險區(qū)域的電氣設(shè)備采用符合規(guī)范要求的防爆產(chǎn)品，防爆電氣產(chǎn)品外殼采用鑄鋁或不銹鋼材質(zhì)，非防爆電氣產(chǎn)品外殼采用不銹鋼材質(zhì)，所有室外的電氣設(shè)備均帶防雨罩。

爆炸危險場所采用防爆方式配管配線。

電纜配線路徑上注意避開有爆炸、明火及高溫影響區(qū)域，否則采取相應(yīng)的防護(hù)措施。

所有電纜均采用阻燃電纜，電纜敷設(shè)完畢后按照規(guī)范要求在電纜表面涂刷防火涂料。

所有進(jìn)出電氣室、主控室的電纜孔洞，均采用防火板和防火材料封堵。直段電纜溝、電纜橋架，每100米設(shè)防火隔墻一處，拐彎處、電纜溝或電纜橋架分枝處亦應(yīng)設(shè)防火隔墻。

電纜溝內(nèi)敷設(shè)的電纜，每隔一定區(qū)間刷涂防火涂料。電氣室出入口設(shè)置符合標(biāo)準(zhǔn)的擋鼠板。

4.7 儀表

4.7.1概述

儀表設(shè)計是根據(jù)自動化儀表的設(shè)計技術(shù)規(guī)范和工藝要求進(jìn)行的過程檢測與控制。

4.7.2設(shè)計原則

儀表自動化設(shè)備以先進(jìn)、實(shí)用、可靠為原則，以確保工藝生產(chǎn)的正常進(jìn)行和生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量。

儀表設(shè)備的選型、配置充分考慮工況波動情況，測量能力與實(shí)際產(chǎn)能相匹配。

4.7.3過程檢測和控制內(nèi)容

主要檢測及控制點(diǎn)：

▲ 匯入焦?fàn)t煤氣主管的干熄焦放散煙氣溫度、壓力、流量、氧含量檢測，流量調(diào)節(jié)，氧氣含量超標(biāo)或壓力過低快速切斷；

▲ 匯入混合煤氣主管的干熄焦放散煙氣溫度、壓力、流量、氧含量檢測，流量調(diào)節(jié)，氧氣含量超標(biāo)或壓力過低快速切斷；

▲ 至煙囪的干熄焦放散煙氣流量調(diào)節(jié)。

以上信號接入焦?fàn)t本體控制系統(tǒng)。

4.7.4主要設(shè)備選型原則

（1）設(shè)備具備先進(jìn)性、可靠性、穩(wěn)定性，經(jīng)濟(jì)合理、維護(hù)方便、使用簡便；

（2）溫度測量一次元件采用熱電阻,其信號直接進(jìn)入基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)；

（3）壓力變送器選用4～20mA二線制變送器（帶就地數(shù)字顯示）；

（4）流量采用一體化均速管流量計；

（5）調(diào)節(jié)閥采用電動調(diào)節(jié)蝶閥，切斷閥采用氣動快速切斷蝶閥；

（6）氧量分析儀采用原位激光氧量分析儀。

4.7.5儀表電源

儀表系統(tǒng)電源取自焦?fàn)t自動化UPS及市電電源。

AC 220V±10%  50Hz±1%  單相  

DC 24 V

4.7.6電纜選型、敷設(shè)及其防干擾措施

（1）電纜選擇：

檢測與控制信號選擇阻燃+屏蔽控制電纜，動力電纜選擇阻燃電纜。計算機(jī)電纜采用總屏蔽加分屏蔽電纜，控制電纜采用總屏蔽電纜。

（2）電纜敷設(shè)：

現(xiàn)場至控制室的電纜原則上沿橋架敷設(shè)，必要時應(yīng)加鋼管保護(hù)。所有電纜均穿鍍鋅鋼管過渡至電纜橋架敷設(shè)，控制電纜和電力電纜盡量分層敷設(shè)，在同一橋架內(nèi)控制電纜和電力電纜之間設(shè)金屬隔板隔離。電纜橋架采用熱鍍鋅。

4.8 自動化控制系統(tǒng)

4.8.1 設(shè)計依據(jù)

本技術(shù)方案適用于河北新興能源科技股份有限公司194萬噸焦化項目干熄焦預(yù)存室放散煙氣CO減排及焦?fàn)t加熱煤氣貧化項目自動化控制系統(tǒng)，它提出了該設(shè)備本體及附件的功能設(shè)計，系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，運(yùn)行維護(hù)成本最低，總投資最低，技術(shù)指標(biāo)最優(yōu)，設(shè)計符合項目建設(shè)地環(huán)保要求?；A(chǔ)自動化功能適應(yīng)整個系統(tǒng)的合理性需要，設(shè)置滿足工藝需要的控制功能，并預(yù)留與其他設(shè)備自帶系統(tǒng)的接口。人機(jī)操作界面(HMI) 友好、方便、快捷。

本設(shè)計方案為基礎(chǔ)級（L1級）自動化控制方案。

4.8.2自動化系統(tǒng)

1、控制系統(tǒng)綜述

本自動化系統(tǒng)的新建內(nèi)容如下：

新建一套除塵自動化系統(tǒng)，一套脫硫自動化系統(tǒng)；除塵自動化系統(tǒng)由除塵器廠家配套一面和利時DCS控制柜，安裝通訊模塊，同時控制風(fēng)機(jī)與除塵器的運(yùn)行；脫硫自動化系統(tǒng)由脫硫廠家配套一套西門子S7-200SMART系統(tǒng)，控制脫硫系統(tǒng)、氣力輸灰系統(tǒng)以及部分閥門信號，配置就地觸摸屏顯示所有電機(jī)和儀表的狀態(tài)信息，同時與除塵自動化系統(tǒng)通訊，通訊協(xié)議為MODBUS-RTU，將所有參數(shù)與信號整合到除塵器系統(tǒng)。

除塵器系統(tǒng)配置一臺工控機(jī)，工控機(jī)配置在值班室內(nèi)。

2、硬件選型

 該項目自動化系統(tǒng)均由廠家配套，滿足協(xié)議要求。

4.8.3自動化工藝及連鎖條件

干熄焦放散氣經(jīng)除塵、脫硫后，分為三個去處：

1）送往1#焦?fàn)t的焦?fàn)t煤氣管道。

2）送往2#焦?fàn)t的高爐煤氣管道。

3）送往煙囪。

正常工作時，優(yōu)先保證送往1#焦?fàn)t煤氣的放散氣流量穩(wěn)定在1500-4500Nm³/h，通過程序自動調(diào)節(jié)DN300的調(diào)節(jié)閥來控制流量。

根據(jù)2#焦?fàn)t加熱情況，適當(dāng)手動調(diào)節(jié)DN900的調(diào)節(jié)閥，來控制放散氣配入量。必要時打開除塵風(fēng)機(jī)后DN900調(diào)節(jié)閥，將剩余放散氣由煙囪排放。

當(dāng)放散氣中氧含量超標(biāo)時，快速自動關(guān)閉送往1#焦?fàn)t及2#焦?fàn)t的放散氣閥門，同步打開除塵風(fēng)機(jī)后放散氣閥門，將放散氣由煙囪排放。

當(dāng)送往1#焦?fàn)t的干熄焦放散氣壓力低于焦?fàn)t煤氣管道壓力時，自動切斷該路放散氣。

當(dāng)送往2#焦?fàn)t的干熄焦放散氣壓力低于高爐煤氣管道壓力時，自動切斷該路放散氣。

4.8.4接地

控制系統(tǒng)的工作接地、保護(hù)接地采用公用接地系統(tǒng)，公共接地網(wǎng)由電氣專業(yè)統(tǒng)一考慮，接地電阻小于1Ω。