吳 英 辛景昌 馬 帥
（新興鑄管股份有限公司）
摘 要：隨著國家對環境保護的重視，環保政策不斷加嚴，為進一步改善空氣質量，開始重視對大氣中的CO進行控制。文章從如何減少干熄焦CO的排放進行探討，通過把干熄焦預存段放散尾氣通過干熄焦放散除塵風機同時送入焦爐回爐煤氣，代替氮氣的貧化作用，具有拉長火焰、降低炭化室上下溫差等作用，能夠很好的改善焦爐高向加熱，以及引入到焦爐加熱用高爐煤氣管道中入爐燃燒，進而達到減少CO排放和節能的雙重目的。
關鍵詞：干熄焦預存段放散尾氣；代替氮氣的貧化；燃燒；CO；節能；減排；探討
我公司現運行2×69孔6.73米搗鼓焦爐，焦爐全部采用干熄爐進行熄焦，干熄焦預存段放散尾氣，是焦碳采用干熄爐熄滅焦炭過程中產生的廢氣，干熄焦預存段放散尾氣通過干熄焦放散除塵風機同時送入焦爐回爐煤氣和焦爐加熱用高爐煤氣管道中，在實現放散尾氣CO減排的同時，代替氮氣的貧化，降低加熱煤氣和氮氣消耗，達到節能、環保雙重目的。
1 本次技術應用的目的
1）干熄焦預存段放散尾氣通過干熄焦放散除塵風機同時送入焦爐回爐煤氣和焦爐加熱用高爐煤氣管道中，實現CO減排；
2）代替氮氣的貧化，降低加熱煤氣及氮氣消耗；
3）改善焦爐高向加熱。
2 生產工況
2.1焦爐基本參數
1）焦爐規模：2×69孔6.73米搗固焦，年產焦炭194萬噸。1#爐采用焦爐煤氣加熱，2#爐采用高爐煤氣加熱，炭化室中心距：1.575 米；
2）空氣開閉器設于機側，采用了兩室提桿式空氣開閉器，其一室用于下部供風助燃，另一室用于上段供風助燃；
3）兩座爐共用一根煙囪，在兩焦爐的中間位置；
4）為改善焦爐高向加熱，當前加熱煤氣中配有2500m³/h左右氮氣；
2）焦爐配套三套125噸干熄焦系統，預存段放散尾氣經脫硫后送入環境除塵系統處理；
3）預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 方案設計
3.1基本原理
現用干熄焦放散氣除塵器漏風率較高約為2-3%，有可能會導致干熄焦放散煙氣中含氧量超標，進入煤氣系統后存在較大安全風險，為保證系統運行安全，將現用除塵器擬改為全密封除塵器（或新增），漏風率<0.5%。干熄焦放散煙氣經該除塵器脫硫和除塵后，送入焦爐加熱用的高爐煤氣和焦爐煤氣管道中，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時監測，并配套調節閥和快切閥，實施安全可靠連鎖，實現廢氣量實時調節功能，如果出現氧氣含量超標或壓力過低可快速切斷該路廢氣，禁止進入煤氣系統，轉入原有煙囪排放，保證系統穩定安全可靠運行。
3.2結構布局
干熄焦裝置運行過程中，為控制循環氣體中可燃組分含量，需要導入空氣將可燃成分燒掉，為平衡循環氣量，需要在風機后放散部分循環氣體，該部分循環氣體主要成分為N2，同時含有部分CO、CO2、H2、O2、SO2及焦粉顆粒等，經過除塵及脫硫后，由煙囪排入大氣。在焦爐加熱系統中，為拉長火焰、降低炭化室上下溫差，更好的改善焦爐高向加熱，需要在焦爐煤氣中通入部分氮氣，以對煤氣進行貧化。結合干熄焦及焦爐工藝需求，現擬將干熄焦放散氣送入焦爐加熱煤氣系統中，用于貧化焦爐煤氣，同時干熄焦放散氣中的CO經過燃燒后成為CO2，與焦爐煙道廢氣一同經焦爐煙道氣脫硫脫硝系統處理達標后從焦爐煙囪排放，達到了CO減排效果。
因干熄焦放散煙氣送入煤氣系統，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測儀，以及快速切斷閥，如果含氧量超標或壓力低于煤氣系統壓力，必須快速切斷該路廢氣，轉入原有煙囪排放，禁止進入煤氣系統。
3.3 本次設計的結構布局
由3套干熄焦風機后放散出的循環氣體，合并至母管，經脫硫后，送入全密封除塵器，由風機加壓同時送入1#焦爐焦爐煤氣管道及2#焦爐混合煤氣管道中。整體工藝流程見下圖。
因干熄焦放散煙氣送入煤氣系統，為保證系統安全，在干熄焦尾氣輸送主管道上設有氧分析儀和壓力監測儀、及快速切斷閥，當含氧量超標或壓力低于煤氣系統壓力時，快速切斷送往焦爐加熱系統的放散氣，轉入原有煙囪排放。
3.4關鍵控制邏輯
通過調節閥保證焦爐煤氣管道1500-4500Nm3/h的穩定用量，此廢氣送入焦爐煤氣中，代替氮氣的貧化作用，具有拉長火焰、降低炭化室上下溫差等作用，能夠很好的改善焦爐高向加熱。剩余25500-28500Nm3/h的尾氣送入2#焦爐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#焦爐使用高爐煤氣量約為120000m3/h，根據2#焦爐加熱情況調節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進入焦爐煤氣加熱系統，經過燃燒后成為CO2，與焦爐煙道廢氣一同經焦爐煙道氣脫硫脫硝系統處理達標后從焦爐煙囪排放，達到了CO減排效果。焦爐煙道氣脫硫脫硝系統設計最大煙氣處理量為57.8萬Nm3/h，目前焦爐煙道廢氣量為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 中性點接地方式
10kV: 與上級變電所一致
380V: 中性點直接接地系統，TN-S
4.1.3 用電負荷
本工程除塵改造新增負荷約375kW；加熱煤氣貧化改造約20kW。所有負荷為三級負荷。
4.1.4 電氣改造方案
新設兩臺低壓配電柜為本工程設備供電，新增配電柜放置于已有配電室內，電源取自已有配電柜內備用回路或者并柜放置。采用放射式為本工程新增設備供電。
4.1.5主要設備選擇
低壓配電柜采用GGD型固定式開關柜，動力配電箱均為戶外型，防護等級不低于IP54。
根據工藝設備要求，電氣傳動采用不同的起動和調速方式。
本工程對于工藝設備沒有特殊要求而供電電源又可滿足全壓直接起動的風機、水泵、運輸皮帶、各種分料器、閥門等均采用全電壓直接起動。
根據工藝要求，焦化傳動設備控制系統采用兩種控制方式：非調速控制和變頻調速裝置調速控制。
（1）非調速控制
工藝沒有調速要求的交流傳動設備均采用繼電接觸器系統進行傳動控制。
（2）調速控制
工藝有調速要求的交流傳動設備采用變頻調速裝置進行調速控制。
對工藝要求連續生產系統或聯鎖系統，采用DCS聯鎖集中操作及機旁單機操作兩種操作方式，設備的運行、故障等信號通過自動化系統進行監視。對無特殊要求的單體設備，一般僅考慮機旁單機操作。
4.3 電氣照明
本項目設有正常照明、檢修照明和應急照明。正常照明電源采用AC380/220V，三相四線制，在主要生產車間和規范規定的場所中，除設置正常工作照明外，還應設置保證安全及供人員疏散用的應急照明，并根據工藝要求設置局部照明和檢修照明。
照明燈具選用長壽命、高效節能型LED燈具。根據環境情況選擇相應的燈具型式。對有爆炸危險和火災危險的場所選擇與環境條件相適應的防爆型燈。
照明線路一般采用銅芯導線穿鋼管明敷設。
4.4防雷與接地
（1）工作接地
低壓動力變壓器二次側中心點采用中性點直接接地的TN-S系統，變壓器中性點通過接地干線與接地極連接，其接地電阻要求小于4Ω；距離負荷中心（變壓器）大于50m的輔助車間或動力配電箱等用電設備必須進行重復接地，重復接地電阻要求小于10Ω。
（2）保護接地
電氣設備或電氣裝置的不帶電金屬部分和金屬外殼均應接地，要求接地電阻小于4Ω。
（3）防靜電接地
煤氣管道、除塵設施管道等的防靜電接地，在上述管道始端、終端、分支處、轉角處以及每隔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，其接地電阻值應滿足最小值要求。
（5）自動化控制系統及檢測設備工作接地
無特殊要求的自動化控制系統及檢測設備的接地，可與電力系統的工作接地、安全保護接地、防雷接地等共用一組接地裝置，其接地電阻應按其中最小值確定。
本工程為在原有基礎上的改造項目，改造后的供配電系統工作接地、保護接地、防靜電接地、無特殊要求的自動化控制系統及電子信息系統的工作與保護接地、建筑物的雷電保護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中要求的最小電阻值確定。
4.5 電纜敷設
動力電纜采用阻燃型銅芯交聯電纜；控制電纜采用阻燃型銅芯電纜；計算機電纜采用阻燃型銅芯對絞屏蔽電纜。恒速電機采用4芯動力電纜（3芯相線+PE線）供電。低壓變頻電機采用變頻專用電纜供電。一般移動式電氣設備等需經常彎移或有較高柔軟性要求的回路應使用橡皮絕緣護套等軟電纜。
配電柜至各用電設備的電纜，沿電纜溝和電纜橋架敷設，局部穿鋼管暗敷設。
在高溫區和易燃區采用阻燃耐高溫電纜。電纜敷設時盡可能避免通過高溫、爆炸、易燃等區域，否則要采取相應的防火措施。電纜敷設按電壓等級劃分，電壓越高放在越下面。同一通道內的電纜敷設應按電壓等級由髙至低的電力電纜、強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。
4.6 電氣防爆及消防
對火災、爆炸性氣體環境及爆炸性粉塵環境將根據其危險級別選擇相適應的電氣設備，以保證安全生產。
根據《爆炸危險環境電力裝置設計規范》GB50058-2014，安裝在室外的電氣設備應考慮防爆、防水、防塵及防腐措施。爆炸危險區域的電氣設備采用符合規范要求的防爆產品，防爆電氣產品外殼采用鑄鋁或不銹鋼材質，非防爆電氣產品外殼采用不銹鋼材質，所有室外的電氣設備均帶防雨罩。
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、明火及高溫影響區域，否則采取相應的防護措施。
所有電纜均采用阻燃電纜，電纜敷設完畢后按照規范要求在電纜表面涂刷防火涂料。
所有進出電氣室、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米設防火隔墻一處，拐彎處、電纜溝或電纜橋架分枝處亦應設防火隔墻。
電纜溝內敷設的電纜，每隔一定區間刷涂防火涂料。電氣室出入口設置符合標準的擋鼠板。
4.7 儀表
儀表設計是根據自動化儀表的設計技術規范和工藝要求進行的過程檢測與控制。
儀表自動化設備以先進、實用、可靠為原則，以確保工藝生產的正常進行和生產產品的質量。
儀表設備的選型、配置充分考慮工況波動情況，測量能力與實際產能相匹配。
主要檢測及控制點：
▲ 匯入焦爐煤氣主管的干熄焦放散煙氣溫度、壓力、流量、氧含量檢測，流量調節，氧氣含量超標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，流量調節，氧氣含量超標或壓力過低快速切斷；
▲ 至煙囪的干熄焦放散煙氣流量調節。
以上信號接入焦爐本體控制系統。
（1）設備具備先進性、可靠性、穩定性，經濟合理、維護方便、使用簡便；
（2）溫度測量一次元件采用熱電阻,其信號直接進入基礎自動化系統；
（3）壓力變送器選用4～20mA二線制變送器（帶就地數字顯示）；
（4）流量采用一體化均速管流量計；
（5）調節閥采用電動調節蝶閥，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。
AC 220V±10% 50Hz±1% 單相
DC 24 V
（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：
現場至控制室的電纜原則上沿橋架敷設，必要時應加鋼管保護。所有電纜均穿鍍鋅鋼管過渡至電纜橋架敷設，控制電纜和電力電纜盡量分層敷設，在同一橋架內控制電纜和電力電纜之間設金屬隔板隔離。電纜橋架采用熱鍍鋅。
4.8 自動化控制系統
本技術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存室放散煙氣CO減排及焦爐加熱煤氣貧化項目自動化控制系統，它提出了該設備本體及附件的功能設計，系統性能穩定可靠，運行維護成本最低，總投資最低，技術指標最優，設計符合項目建設地環保要求?；A自動化功能適應整個系統的合理性需要，設置滿足工藝需要的控制功能，并預留與其他設備自帶系統的接口。人機操作界面(HMI) 友好、方便、快捷。
本設計方案為基礎級（L1級）自動化控制方案。
1、控制系統綜述
本自動化系統的新建內容如下：
新建一套除塵自動化系統，一套脫硫自動化系統；除塵自動化系統由除塵器廠家配套一面和利時DCS控制柜，安裝通訊模塊，同時控制風機與除塵器的運行；脫硫自動化系統由脫硫廠家配套一套西門子S7-200SMART系統，控制脫硫系統、氣力輸灰系統以及部分閥門信號，配置就地觸摸屏顯示所有電機和儀表的狀態信息，同時與除塵自動化系統通訊，通訊協議為MODBUS-RTU，將所有參數與信號整合到除塵器系統。
除塵器系統配置一臺工控機，工控機配置在值班室內。
2、硬件選型
該項目自動化系統均由廠家配套，滿足協議要求。
干熄焦放散氣經除塵、脫硫后，分為三個去處：
1）送往1#焦爐的焦爐煤氣管道。
2）送往2#焦爐的高爐煤氣管道。
3）送往煙囪。
正常工作時，優先保證送往1#焦爐煤氣的放散氣流量穩定在1500-4500Nm³/h，通過程序自動調節DN300的調節閥來控制流量。
根據2#焦爐加熱情況，適當手動調節DN900的調節閥，來控制放散氣配入量。必要時打開除塵風機后DN900調節閥，將剩余放散氣由煙囪排放。
當放散氣中氧含量超標時，快速自動關閉送往1#焦爐及2#焦爐的放散氣閥門，同步打開除塵風機后放散氣閥門，將放散氣由煙囪排放。
當送往1#焦爐的干熄焦放散氣壓力低于焦爐煤氣管道壓力時，自動切斷該路放散氣。
當送往2#焦爐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。
控制系統的工作接地、保護接地采用公用接地系統，公共接地網由電氣專業統一考慮，接地電阻小于1Ω。