机械化顶装炼焦炉废气污染物无组织排放量实时控制系统示范工程可行性研究报告.doc
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1、山西山西 XX 焦化(集焦化(集团团)有限公司)有限公司 机械化机械化顶顶装装炼炼焦炉焦炉废废气气污污染物染物 无无组织组织排放量排放量实时实时控制系控制系统统示范工程示范工程 可行性研究可行性研究报报告告 HSY-ZXKY0611 山西省山西省 XX 工程工程设计设计院(有限公司)院(有限公司) 山西山西 XX 自自动动化工程有限公司化工程有限公司 二二 00 六年六月六年六月 山西山西 XX 焦化(集焦化(集团团)有限公司)有限公司 机械化机械化顶顶装装炼炼焦炉焦炉废废气气污污染物染物 无无组织组织排放量排放量实时实时控制系控制系统统示范工程示范工程 可行性研究可行性研究报报告告 HSY-
2、ZXKY0611 编编制制负责负责人:人: 技技术负责术负责人:人: 法法 人:人: 山西省山西省 XX 工程工程设计设计院(有限公司)院(有限公司) 山西山西 XX 自自动动化工程有限公司化工程有限公司 二二 00 六年六月六年六月 1 可行性研究工作主要负责人及成员可行性研究工作主要负责人及成员 职 务姓 名职 称专 业 高级工程师环境科学 技术负责人 高级工程师计算机 编制负责人高级工程师计算机 工程师机械自动化 工程师计算机 工程师煤化工 工程师仪表自动化 助理工程师环境工程 助理工程师化工工艺 编制成员 助理工程师环境工程 2 目目 录录 1 总论.3 1.1 概述.3 1.2 项目
3、提出的背景和建设的必要性.3 1.3 编制的依据5 2 项目目标.5 2.1 项目目标5 2.2 焦炉基本工况参数6 2.3 焦炉现有环保设备7 3.工艺技术方案8 3.1 废气污染物的产生及监测原理.8 3.2. 炉顶滑行系统的控制与监测.13 3.3 装煤系统的控制与监测.33 3.4 出焦系统的控制与监测43 3.5 炉门泄漏气体测试和控制53 3.6 出焦、装煤定位系统.60 3.7 无线传输原理及说明68 3.8 系统结构69 3.9 系统可视功能71 4.环境保护75 5 劳动保护和工业卫生.75 6 厂址自然条件.75 7 消防.77 8 节能.77 9 运行组织和劳动定员.78
4、 10 项目实施计划和进度要求.78 11 投资估算.80 11.1 投资估算.80 11.2 资金筹措及投资计划.81 12 项目评价.85 12.1 经济效益评价.85 13 结论和建议.90 附件一 设计委托 3 1 总论总论 1.1 概述概述 1.1.1 项目名称项目名称 机械化顶装炼焦炉废气污染物无组织排放量实时控制系统示范工程 1.1.2 项目承办单位项目承办单位 山西 XX 焦化(集团)有限公司 法人代表: 薛靛民 1.1.3 承担可行性研究的工作单位和法人代表承担可行性研究的工作单位和法人代表 山西省环境工程设计院(有限公司) 法人代表: 张国信 山西 XX 自动化工程有限公司
5、 法人代表:赵春丽 1.2 项目提出的背景和建设的必要性项目提出的背景和建设的必要性 1.2.1 项目提出的背景项目提出的背景 炼焦业是煤炭工业产业链的延续。对于煤炭大省的山西省来说,炼焦业 能否健康发展是涉及到山西省国计民生的大事。 在炼焦过程中,要产生大量的烟尘及苯可溶物(BOS) 、苯并芘(BaP) 、 硫化物(SO2 ) 、硫化氢(H2S)等污染气体和有害气体,其对环境的破坏力 极大。炼焦业的污染问题是广受山西省及各地、县政府关注的环境污染问题 之一。因为山西省是全国仍至全球最大的炼焦省份,由炼焦所造成的大气污 染也颇受党中央、国务院及世界的关注。炼焦业的大气污染问题,已经或正 在成为
6、其发展的瓶颈。 为了解决这一问题,很多单位、个人做了大量工作,一方面通过淘汰落 4 后炼焦工艺,强行关闭土炼焦,大力推广机械化炼焦炉和清洁生产,抓源头, 使炼焦的大气污染大幅降低;另一方面研发安装焦炉除尘设备,强化炼焦工 艺的尾部治理,使焦炉的大气污染得到一定改观。 1.2.2 项目建设的必要性项目建设的必要性 各级环境保护部门是环境的管理者和执法者。依据国家环保总局 1996- 3-7 批准执行的炼焦炉大气污染物排放标准 、 山西省清洁型焦炉暂行标 准及其它相关文件的规定,环保部门对焦炉环境指标的监测目前尚使用定 时取样、实验室分析的间歇式监测方式,其它监理的依据就是由肉眼观察结 果。监测数
7、据滞后,观察结果无法定量,其带来的后果如下: (1)监测监理结果不科学、不准确,对下级的处罚和管理说服力不强; (2)无法有效抑制某些焦化厂为了节约成本,检查时(测试取样时)开 启治理设备,而检查组一走(取样完成)就关闭治理设备,环境污染照样继 续; (3)由于焦炉的各种排污量无法实时计量,所以环保部门只能依据产量 或依据安装环保设备的情况征收排污费。这种不受实际排污情况影响、不管 环保设备运行与否的管理办法,严重制约和影响焦化厂治理污染的理智动机; (4)由于没有全天候的监测手段,环保管理部门的环境监察大队,只得 投入大量的人力、物力、财力,定期不定期的对各焦化厂排污情况进行检查, 从长远看
8、环境监察的成本在不断提高; (5)由于没有科学的监测手段,引发了环境管理的人为因素和不合理性, 甚至导致腐败,谁和环保官员关系好,谁就可以少缴排污费,甚至逃避监督 和检查; (6)由于缺乏环境监测手段,为了治理污染,某些环保部门和人员甚至 忘记了自己协助立法、检查监督、处罚管理的本职,而将工作放在炼焦、环 保设备的开发、选型上,严重影响环境管理。 5 焦炉环境要治理,就像煤矿瓦斯要治理一样。国家规定各种煤矿必须配 备瓦斯(安全)在线监测系统。各焦化厂也应配备在线连续实时监测系统。 1.3 编制的依据编制的依据 (1) 中华人民共和国大气污染防治法 ; (2) 国民经济和社会发展“十五”计划纲要
9、 ; (3) 国家环境保护“十五”计划及 2010 年远景目标 ; (4) “十五”生态建设和环境保护重点专项规划 ; (5) “十五”期间全国主要污染物排放总量控制计划 ; (6) 国务院关于酸雨控制区和二氧化硫污染控制区有关问题的批复 (国函19985 号) ; (7) 国务院关于两控区酸雨和二氧化硫污染防治“十五”计划的批复 (国函200284 号) ; (8) “关于贯彻落实国务院关于两控区酸雨和二氧化硫污染防治“十 五”计划的批复的通知” (环发2002160 号) (9) 关于发布燃煤二氧化硫排放污染防治技术政策的通知 (环发 200226 号) (10) 环境空气质量标准(GB3
10、0951996) (11) 大气污染物综合排放标准(GB162971996) (12) 锅炉大气污染物排放标准(GB132712001) (13) 火电厂大气污染物排放标准(GB132231996) (14) 工业炉窑大气污染物排放标准(GB90781996) (15) 炼焦炉大气污染物排放标准(GB161711996) (16) 水泥厂大气污染物排放标准(GB49151996) 2 2 项目目标项目目标 2.12.1 项目目标项目目标 目前依据固定污染源排放烟气连续监测系统技术条件及监测方法 6 HJ/T 76-2001 所研发生产的连续监测系统已经面世,并逐步在各种固定污染 源排放烟气的场
11、合(比如炼焦炉的排气烟筒)中投用,但国内市场上尚未出 现,而且检索国外资料也没发现可以解决无组织排放烟气的实时控制系统。 本项目试图解决这一国内外尚未解决的问题,研制出一套适合炼焦炉废 气污染物的实时控制系统。系统预计达到的目标如下: (1)在线监测炉顶无组织排放的颗粒物,并对其执行标准给予评价; (2)在线监测拦焦时无组织排放的颗粒物、SO2排放量,对其执行排放 标准给予评价; (3)在线监测装煤时无组织排放的颗粒物及可燃气体,对其执行排放标 准给予评价; (4)在线监测炉门及炉盖荒煤气泄漏状况,为焦炉管理提供监理依据; (5)在线监测焦炉除尘设备的运转状况; (6)在线监测焦炉烟筒及除尘烟
12、筒排放情况,对其执行标准给予评价; (7)图像监视焦炉及其周围烟尘排放情况,为各级监理部门提供全天候 的监护手段; (8)对监测、监理的相关数据及图像进行黑匣子式的高度保密处理,以 供上级管理处罚下级时作为依据; (9)对监测、监理的相关数据及图像进行厂、县、市、省四级传输,并 且依据高级优先的原则对监控设备的数据和图像进行调阅、控制; (10)研究苯可溶物(BSO) 、苯并芘(BaP)的在线监测法或间接测试法, 力争用最短的时间实现在线监测和测试无害化; (11)焦炉无组织排放总量的测试方法。 2.22.2 焦炉基本工况参数焦炉基本工况参数 山西 XX 焦化(集团)有限公司采用 272 孔
13、JN43-89 型焦炉焦炉,为 双联火道、废气循环、宽炭化室、宽儲热室、焦炉煤气下喷的单热式焦炉。 其炭化室高 4.3m,符合目前国家产业政策。焦炉主体尺寸见表 2-1 7 表表 2-12-1 炉体主要尺寸表炉体主要尺寸表 序号名称单位数值 1炭化室高度mm4300 2炭化室有效高度mm4000 3炭化室全长mm14080 4炭化室有效长mm13280 5炭化室中心矩mm1143 6炭化室机侧宽mm500 7炭化室有效容积m326.6 8每孔炭化室装煤量(干)t21 9燃烧室立火道中心矩mm480 10炭化室孔数孔72 11装煤孔个数个3 12立火道个数个28 13单孔焦产量t17 14年产量
14、t100104 2.32.3 焦炉现有环保设备焦炉现有环保设备 2.3.12.3.1 装煤烟气净化系统装煤烟气净化系统 装煤侧吸管 装煤烟气净化采用装煤侧吸管净化系统,其主要特点为:装煤时装煤车 集气,利用置于装煤车上的侧吸管将炉体内溢出的荒煤气导入相邻的趋于结 焦末期的相邻炭化室,在该室及相邻炭化室桥管承插处采用高压氨水喷射并 结合螺旋给煤、顺序装煤技术,控制烟气均匀排放。 小炉门密封装置 为了提高装煤捕集效果,在打开小炉门准备平煤时利用小炉门密封技术, 减少吸入的空气量,从而增加炭化室内负压,减少烟气外溢。 8 装煤口集气罩侧吸管相邻炭化室上升管桥管 高压氨水喷射 煤气系统小炉门密封 2.
15、3.22.3.2 推焦烟气湿式地面站系统推焦烟气湿式地面站系统 推焦烟气治理采用湿式地面站系统,推焦前推焦车停在出焦口,熄焦车 停在拦焦车另一侧,打开净化系统的引风机和循环水泵。推焦开始后,烟气 利用热烟流的上升趋势进入集气罩,由集气管导入地面系统,通过湿式涡流 超重力场净化装置和错流式净化装置,以达到去除推焦烟尘的目的。 3.3.工艺技术方案工艺技术方案 3.1 废气污染物的产生及监测原理废气污染物的产生及监测原理 焦炉是个开放性的污染源,它散发的污染物有苯可溶物(BSO) 、苯并芘 (BaP) 、SO2、NOx、CO、H2S 和固体悬浮物(TSP)等。这些污染物主要来自于 装煤、出焦、熄焦
16、等作业时散发的烟尘和装煤孔盖、炉门、上升管等处的外 逸烟尘。 焦炉装煤时,外逸的烟尘(在无组织排放情况下)大约占总烟尘量的 20%30%,产生的 BSO、BaP 等有害有毒物质占焦炉总排放量的 40%60%。 其产生的主要原因是因为常温状态下的炼焦煤(粉煤)在装入炭化室后,炭 化室的高温(800900左右)产生的热浮力将粉煤粒向上浮动,瞬时燃烧 产生的荒煤气也向上浮动,但装煤炭化室和集气系统之间的负压不足以使空 气吸走这些烟气,所以从装煤口逸出。该烟气即含有荒煤气的成份,也含有 荒煤气 拦焦栅集气罩 拦焦栅集气 错流返混式净 化装置 拦焦栅集气 湿式涡流超重 力场 拦焦栅集气 引风机 拦焦栅
17、集气 排放 拦焦栅 集气 熄焦车 拦焦栅 集气 9 大量粉尘甚至煤粒。 推焦时产生的烟尘占总烟尘的 20%,其特点是散发面积大,时间长。推 焦时烟尘的产生是因为焦粉随推焦时产生的热浮力上升和不完全成熟焦炭中 的煤遇空气燃烧所产生的烟气随热浮力上升所致。 炉门、炉盖、上升管泄漏是因为其封闭性能差,成焦时荒煤气向外泄漏, 导致封闭性能差的原因有好多种,其中炉门、炉盖变形,上升管、桥管老化 以及操作不到位是其主要原因。 焦炉废气是指焦炉煤气(或高炉煤气)在燃烧室燃烧后通过烟囱排放的 烟气。消烟除尘设备烟囱里的烟气是经过高效除尘设施或装煤车洗涤燃烧装 置处理后的烟气,其净化程度远远高于没处理前的烟气,
18、因其除尘效率不可 能达到 100%,所以其排放烟气中仍含有大量有害气体。 3.1.13.1.1颗粒物(颗粒物(TSPTSP)浓度监测方法)浓度监测方法 3.1.1.13.1.1.1 监测依据监测依据 (1) 炼焦炉大气污染物排放标准GB16171-1996; (2) 清洁生产标准 炼焦行业HJ/T126-2003; (3) 固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法 GB/T16157-1996; (4) 固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及监测方法HJ/T76- 2001。 3.1.1.23.1.1.2 颗粒物监测点的设置颗粒物监测点的设置 (1)依据标准,炉顶无组织排放颗粒物采样点
19、选择靠近装煤楼 14 个 上升管旁,因此炉顶装煤楼两侧各设置 1 台颗粒物监测仪; (2)依据标准,装煤、推焦测点位置设置在装煤、推焦车上,因此两车 各载 1 台颗粒物监测仪; (3)焦炉排放烟囱和消烟除尘排放烟囱按 HJ/T76-2001 标准中6.CEMS 安装和测定位置 。 10 3.1.1.33.1.1.3 监测原理监测原理 炉顶颗粒物监测点的选择本应依据下风向原理在炉顶四周选择,但限于 技术条件和为了适应人工取样的现实,标准规定在靠近装煤楼 1-4 个上升管 旁,为了符合规则,同时兼顾到下风向原理和为下一步排放量的计算创造条 件,本系统在装煤楼两侧各设置 1 台颗粒物测试仪,而且颗粒
20、物监测仪架设 在滑行车上,滑行车依据下风向原理由 PLC 调度,即可以定时测试 1-4 个上 升管旁的颗粒物浓度,又可以测试任一下风向点的颗粒物浓度。 装煤车与拦焦车上颗粒物测试也应考虑风向的影响,因此装煤车与拦焦 车颗粒物取样,也采取了 PLC 根据风向选择下风向最大浓度点进行测试。 依据 GB/T16157-1996固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样 方法规定,颗粒物浓度应依据重量法进行测定,因使用重量法的在线仪器 在市场上采购不到,本系统选择激光法进行测试,计划通过实验求得 1 个 K 值,用 K 值修正两种方法之间的误差。 3.1.2 二氧化硫(二氧化硫(SO2)浓度监测方法)
21、浓度监测方法 3.1.2.1 依据依据 (1) 固定污染源排气中二氧化硫的测定 定电位电解法分析HJ/T57- 2000。 3.1.2.2 SOSO2 2监测点的设置监测点的设置 (1)拦焦车上,用以监测出焦时 SO2浓度; (2)装煤车上,用以监测装煤时 SO2浓度; (3)焦炉烟囱中,用以监测焦炉尾气中 SO2浓度; (4)除尘烟囱中,用以监测除尘设备后向周围环境排放烟气中 SO2浓 度。 11 3.1.2.3 监测原理监测原理 因为要检测拦焦时的 SO2浓度,所以 SO2浓度测试仪和颗粒物测试仪一样 由拦焦车车载,在运动定位后测试,PLC 根据下风向原则选择采集点进行测 试。 因为要检测
22、时的 H2S 浓度,所以 H2S 浓度测试仪和颗粒物测试仪一样由装 煤车车载,在运动定位后测试,PLC 根据下风向原则选择采集点进行测试。 根据 HJ/T57-2000固定污染源排气中二氧化硫的测定 定电位电解法 分析 ,SO2监测应采用定电位电解法,本方案拟采用电化学法进行测试,用 K 值进行修正。 3.1.3 炉门、小炉门泄漏监测方法炉门、小炉门泄漏监测方法 3.1.3.1 依据依据 (1) 清洁生产标准 炼焦行业HJ/T126-2003 中表 6,环境管理要求。 3.1.3.2 监测原理监测原理 焦炉在成焦过程中,从炉门、小炉门泄漏的气体为荒煤气,其主要组成 成份为 H2,占 57%左右
23、;CH4,占 21%左右;CO,占 10%左右。因为 CH4的监测 成本较低,所以本系统监测炉门、小炉门上方空气中 CH4的含量,用以确定 炉门、小炉门是否泄漏。 (1)根据标准要求炉门、小炉门泄漏应分别监测,并分别计算其冒烟率, 因在线监测时炉门和小炉门泄漏实在不好严格区分,所以本系统合并监测。 (2)炉门、小炉门泄漏采取顺序开启炉门上方的电磁阀,吸取炉门、小 炉门上方空气,到储气罐中进行监测。其目的是为了节约成本。在选择电磁 阀吸气时,利用拦焦车定位系统将推焦、装煤时炉门、小炉门的外逸或泄漏 情况排除在外。 12 3.1.4 炉盖、上升管泄漏监测方法炉盖、上升管泄漏监测方法 3.1.4.1
24、 依据依据 清洁生产标准 炼焦行业HJ/T126-2003 中表 6,环境管理要求。 3.1.4.2 监测原理监测原理 炉盖泄漏具有以下特殊性: (1)出焦时打开炉盖,成焦时盖上炉盖,炉盖在装煤孔无规则运动(人 工掀盖) ,周围还经常有操作工行走,甚至是踩踏; (2)当炉盖打开时,装煤孔冒出高温烟气约 800900左右; (3)炉盖上方有装煤车来回运动,空间高度 600左右,装煤时装煤筒 直接接触装煤孔四周。 以上条件决定了炉盖泄漏无法近距离安装传感器,而只能采用远距离非 接触方式进行监测。 上升管、桥管的泄漏也因泄漏点涵盖的范围较大,传感器无法定位,因此 也与炉盖一样采用远距离非接触方式进行
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