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• 装煤出焦“二合一”除尘系统是焦炉烟尘治理的形式之一，它将焦炉的装煤除尘系统与出焦除尘系统有机地结合在一起，实现焦炉对装煤和推焦过程中产生烟尘的有效捕集和净化。系统具有构成合理、设备数量少、占地面积小、建设投资省及运行费用低等优点。自1999年太钢焦化厂4号焦炉成功采用以来，陆续在邯郸焦化厂、山西焦化集团、唐山焦化厂、唐钢焦化厂、山西海鑫焦化厂等单位得到了应用。
•     随着装煤出焦“二合一”除尘系统的广泛应用，人们对焦炉装煤出焦“二合一”除尘系统的认识出现了一些误区。许多设计单位和焦化生产企业为了降低焦炉烟尘治理工程的投资，坚持设计建设焦炉装煤出焦“二合一”除尘系统，造成了焦炉生产操作紧张、除尘系统运行耗费电能巨大的现象，导致了除尘系统不能正常运行的后果。为此，有必要对焦炉装煤出焦“二合一”除尘系统的使用范围和运行方式进行分析，为除尘系统的选择提供相关依据。
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• 1   装煤出焦“二合一”除尘系统
•     焦炉装煤出焦“二合一”除尘系统是将焦炉装煤烟尘治理系统和出焦烟尘治理系统进行有机结合而形成的，它利用焦炉装煤烟尘与出焦烟尘均为阵发性烟尘的特性，采用1套烟尘净化处理装置（阵发性高温烟尘冷却分离阻火器及脉冲袋式除尘器）、通风机组（风机、电机及风机调速装置）、消声设施和烟囱来处理这两种烟尘。通过装煤除尘与出焦除尘的交替有序地运行，将出焦时吸附在除尘器滤袋外表面的焦粉尘作为装煤除尘时必要的预喷涂隔离层，阻止装煤时产生烟尘中的焦油等粘性物质对滤袋的粘结堵塞，完成对装煤烟尘的净化处理功能，其工艺流程见图1。
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•                    图1   焦炉装煤出焦“二合一”除尘系统流程图
• 1－脉冲袋式除尘器；2－阵发性高温烟尘冷却分离阻火器；3－通风机；4－电动机；5－液力偶合器；6－出焦烟气转换阀；7－出焦除尘连接管道；8－风机入口阀；9－消声器；10－烟囱；11－非常阀；12－刮板输送机；13－装煤烟气转换阀；14－粉尘仓；15－气控排尘阀；16－压缩空气贮罐；17－粉尘运输车；18－减压装置；19－装煤除尘连接管道；20－加湿卸灰装置；21－非常阀消声器。
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•     从图1可看出，焦炉装煤出焦“二合一”除尘系统与各自独立的装煤除尘系统和出焦除尘系统相比，由于省去了装煤除尘系统专用的阵发性高温烟尘冷却分离阻火器、脉冲袋式除尘器、焦炉装煤烟尘预喷涂吸附净化装置及相应的输灰设施，使得焦炉烟尘治理系统的初始设备投资大大降低。由于设备的减少，整个系统得以优化布置，缩小了系统的占地面积，减少了建筑成本，降低了烟尘治理系统的工程造价。
•     但是，焦炉装煤出焦“二合一”除尘系统对焦炉装煤出焦的生产操作也提出了新的要求，即处于同一串序的焦炉，其装煤操作与出焦操作必须交替运行，不允许多孔炭化室连续进行装煤操作或出焦操作，也不能同时进行两个炭化室的装煤和出焦操作。其原因有以下两点，一是为了避免装煤烟尘中的粘性成分粘结滤袋，需要利用出焦除尘过程中捕集在滤袋表面的粉尘作为预喷涂隔离层，只有在出焦操作完成后方可进行装煤操作；二是烟尘治理系统的设备处理能力是按只满足对出焦过程烟尘处理的需要而选配的（出焦时产生的烟尘量大于装煤时产生的烟尘量），如果装煤与出焦操作同时进行，除尘系统的设备能力将严重不足，直接影响焦炉烟尘治理的效果。由于系统混风量不足，还增加了烟尘中可燃成分的含量，易处于爆炸界限范围而出现系统爆炸事故的危险。
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• 2   装煤出焦“二合一”除尘系统的运行状态
•     根据系统风机在装煤、出焦过程中所处的运行状态，可将焦炉装煤出焦“二合一”除尘系统的运行方式划分为双速运行和3速运行方式，见图2。
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•                    图2   焦炉装煤出焦“二合一”除尘系统风机运行状态示意图
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•     图2中的ZM线为装煤除尘管道的特性曲线，CJ线为出焦除尘管道的特性曲线，Q_M、Q_J分别是装煤、出焦除尘的设计风量，P₀为装煤、出焦除尘的设计风量所对应的管道阻力，n=100%、 n= (N_M/N_J)^1/3、n=25％是风机在不同转速下的3条特性曲线。NM和NJ分别是装煤除尘系统和出焦除尘系统在设计风量下的功耗。
•     双速运行方式是指焦炉装煤出焦“二合一”除尘系统的风机在运行时有两种速度状态，一种是n=100％状态，即焦炉出焦操作时，系统需要对出焦时捕集的烟尘进行处理，此时风机处于高速运行；另一种是n=(N_M/N_J)^1/3状态，即焦炉不进行出焦操作时风机的低速运行，此时风机的转速可按下式计算：
•         n =  n₀ (N_M/N_J)^1/3                            （1）
•     式中的n₀为出焦除尘时风机的设计转速，r/min 。3速运行是焦炉装煤出焦“二合一”除尘系统的风机在运行时的3种速度状态，一种是n=100%状态，即焦炉进行出焦操作时，系统需要对出焦时捕集的烟尘进行处理，此时风机高速运行；第2种是n= (N_M/N_J)^1/3状态，即焦炉进行装煤操作时，系统需要对装煤时捕集的烟尘进行处理，此时风机以中速运行；第3种是n=25％状态，即焦炉不进行装煤和出焦操作时，将风机转速降至风机全速的25％运行。
•     双速运行和3速运行在焦炉生产实践中均有应用，采用何种运行方式还需根据焦炉的具体情况确定，与焦炉每孔炭化室的操作时间T、装煤操作时间T₁、出焦操作时间T₂、风机高低转速转换时间T₃、除尘器脉冲清灰时间T₄等有着密切的关系。
•     焦炉装煤出焦“二合一”除尘系统要求出焦、装煤操作必须交替有序地进行，即按照“出焦－装煤－出焦－装煤……出焦－装煤”的顺序安排生产，这对焦炉装煤出焦“二合一”除尘方式的选择和运行方式的确定提出了限制要求。
• 对于双速运行的“二合一”系统，必须满足下式：
•         T > T₁+T₂+2T₃+ T₄+T₅                   (2)
•     对于3速运行的“二合一”系统，必须满足下式：
•         T > T₁+T₂+4T₃+ T₄+T₅                   (3）
•     式（2)、(3)中的T_S是安全时间，主要考虑实际生产中存在的偶然因素引起焦炉生产操作时间的延长而给出的富余时间，以保证焦炉生产和装煤出焦除尘系统能够实现同步稳定运行。
•     如果在设计时不能满足式(2)或式(3)的要求，则不能采用焦炉装煤出焦“二合一”除尘系统，只能采用装煤除尘与出焦除尘各自独立的系统，否则在实际生产中将出现烟尘治理效果达不到预期的目标，甚至会发生爆炸等安全事故。
•     式(3)和式(2)的差别在于风机高低转速转换的次数不同。在实践中，频繁的高低速的转换将加快风机的转子部件疲劳损坏的进程，降低风机的安全系数和使用寿命。因此，即使在时间上能满足式(3)的需要，也要慎重采取3速运行状态，以保证系统的安全稳定运行。
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• 3   能耗分析
•     相对于装煤除尘与出焦除尘各自独立的系统来说，装煤出焦“二合一”除尘系统所消耗的电能是不同的，而对于“二合一”系统的不同运行方式，其能耗也有着显著的区别。
• 对于某一确定（炉型、炉孔数、单孔炭化室的操作时间）的焦炉，在单孔炭化室的操作时间内焦炉装煤、出焦除尘系统不同形式下主风机的电能耗量可分别按下面的公式计算：
•     (1) 装煤除尘与出焦除尘各自独立系统的主风机耗电量N₁可按下式计算。
•          N₁ ＝ N_MT₁+N_JT₂+ (T－T₁) N_M／64+ (T－T₂) N_J／64            (4)
•     (2) 双速运行方式的“二合一”除尘系统主风机耗电量N₂可按下式计算。
•          N₂ ＝ N_JT₂+N_M(T－T₂)                                       (5)
•     (3)  3速运行方式的“二合一”除尘系统主风机耗电量N₃可按下式计算。
•          N₃ ＝ N_MT₁+N_JT₂+ (T－T_1－T₂) N_J／64                        (6)
•     令式(4)－式(6)，得：
•          N₁－N₃＝ (T－T₁ )N_M／64+T₁N_J／64 > 0
•     即   N₁ > N₃                                                   (7)
•     可见，3速运行方式的“二合一”除尘系统相对于装煤除尘与出焦除尘各自独立的系统更加节能。同样，令式(5)－式(4)，可得：
•          N₂－N₁ ＝ N_M(T－T₁－T₂)－(T－T₁)N_M／64－(T-T₂)N_J／64       (8)
•     根据现有焦炉每孔炭化室的操作时间以及相应的装煤、出焦除尘系统装机功率的实际，式(8)的右侧通常为正值。
•     如对于炭化室高6m的2×50孔顶装焦炉，单孔炭化室的操作时间T约为10min，装煤时间T₁约为3min，出焦时间T₂约为1 min，装煤除尘时风机的装机功率N_M约220kW，出焦除尘风机装机功率N_J约900kW，则（N₂－N₁）的值为1169.275。
•     因此，双速运行方式的“二合一”除尘系统相对于装煤除尘与出焦除尘各自独立系统，更加大了电能的损耗，也增加了运行的费用。
•  
• 4   结论
•     (1) 焦炉装煤出焦“二合一”除尘系统的应用受到单孔炭化室操作时间的限制，在焦炉孔数多的情况下，单孔炭化室操作时间较短，不适合采用装煤出焦“二合一”除尘系统。
•     (2) 采用双速运行方式的装煤出焦“二合一”除尘系统，虽然降低了工程建设投资，但增加了系统运行的能耗，因此在工程实践中不建议采用。
•     (3) 装煤出焦“二合一”除尘系统的运行应尽量采用3速运行方式，以利于节能，但必须充分考虑系统操作运行的稳定性和可靠性，实现节能降耗与安全生产的和谐统一。
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