作者：牟玲 著
出版社：化学工业出版社
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煤焦化过程中大气污染物的释放、迁移及控制试读：
前言
我国是世界焦炭生产大国，历年焦炭产量占世界总产量的50%，出口量占世界总出口量的60%。焦炭生产过程排放大量有毒有害污染物，严重威胁焦炭产区居民的身体健康。据世界卫生组织研究报告，3大气中苯并芘（BaP）含量2ng/m，即为诱发癌变的极限含量，而产焦区苯并芘含量高于极限值60～100倍。据估计2005年焦化行业排放44大气颗粒物约44.5×10t、苯可溶物（BSO）约4×10t、苯并芘（BaP）44约1602t、化学需氧量（COD）约13×10t、酚类约2.4×10t、氰化物4约707t、油类约2255t、氨氮约1.9×10t。环保问题已成为当前我国焦化行业面临的突出问题，焦化行业的健康发展也已成为全社会关注的焦点。
近年来，针对焦化行业存在的环保问题，国家发改委出台了一系列产业政策，对炼焦行业进行了清理和整顿，淘汰落后产能，优化产业结构。目前我国焦化行业已在总量控制、结构调整、节能减排等方面取得巨大进步，焦化行业产业集中度和企业结构得到了显著改善。
本书从我国焦炭行业生产现状及发展趋势出发，系统介绍了煤焦化过程中大气污染物的排放现状，煤焦化过程多环芳烃的生成机理，炼焦排放大气污染物的采集与测试分析方法，探讨了煤焦化过程典型大气污染物（多环芳烃、重金属、碳炭颗粒物）的污染水平、分布特征、排放因子及排放量，最后系统介绍了针对我国焦化行业大气污染控制的对策与建议，旨在全面加深对我国焦化行业大气污染的生成、排放与控制的理解，进一步促进焦化行业清洁生产。
感谢华北电力大学彭林教授、太原理工大学李凡教授和太原科技大学的何秋生教授在样品采集与实验室分析中给予的帮助与指导，三位老师的耐心帮助和细心指点是论著得以顺利完成的重要保障。
本书的工作开展是在国家自然科学基金项目（41502324）、国家环保公益项目（200809027）共同资助下完成的，在此一并表示感谢！
限于著者水平和著作时间，书中难免有疏漏和不足之处，恳请读者批评指正。著者2018年3月第1章 焦化行业生产现状及发展趋势1.1 世界焦炭生产及贸易现状
近年来，世界钢铁工业持续快速发展拉动了对焦炭产品的需求，焦炭产量持续增长。2010～2016年世界焦炭产量变化趋势见图1-1。由图可见，除中国以外其他国家的焦炭总产量在7年内基本持平，而中国焦炭产量持续增加，在2014年焦炭产量达到最高值，占世界焦炭总产量的比例从2010年的64.67%上升至69.90%。2007年世界主要的焦炭生产和出口国中，除中国外，俄罗斯、日本和印度等国的产量4超过了3000×10t。除受焦煤分布影响外，由于焦化为高污染行业，焦炭产地分布与西欧和美国控制焦炭生产有关。此外，世界焦炭贸易7较为活跃，年贸易量保持在3.0×10t以上。图1-1 2010～2016年世界及中国焦炭产量变化趋势
从选择的焦炉来看，国外焦炉建设都在20世纪80年代左右完成，焦炉技术优于中国目前水平。世界主要的机械焦炉炉型参数见表1-1。中国的焦炉建设历程，主要是针对中国国情选择性引进国外先进炉型，并更新改建，主要进行了3次：第1次是建国期由苏联引进的∏BP型焦炉，开始了我国自行设计焦炉的历史，其设计出的代表作是58型焦炉；第2次是上海宝钢引进日本M型焦炉，推动我国设计建成JNX-60和JN-60两种炉型；第3次引进了德国凯萨斯图尔（Kaiserstuhl）焦化厂设计的炭化室高7.63m，长约18m，宽600mm左3右的容积约为79m的大型焦炉。1.2 我国焦炭生产现状1.2.1 焦炭行业生产现状
受焦煤生产的影响，我国焦炭生产表现为明显的地域分布特性。8在我国已探明可采炼焦煤储量中，山西省最多，为333×10t，约占全8国炼焦煤可采储量51.3%；其次是安徽省54.32×10t，约占8.36%；88贵州省39.14×10t，约占6.03%；山东省29.15×10t，约占4.49%等。在我国查明的炼焦煤资源储量中，气煤约占41%，肥煤约占18%，焦煤约占23%，瘦煤约占16%，其他未分类炼焦煤约占2%，主焦煤和肥煤只占41%，比例偏小。由此可见，我国炼焦煤以高挥发分气煤为主，强黏结性肥煤和焦煤较少。同时，我国强黏结性肥煤和焦煤的灰分普遍较高，可洗性也较差。在炼焦煤产量中，气煤（含1/3焦煤）产量最多，占40.7%，焦煤占19.4%，肥煤占19.6%（含气肥煤），瘦煤和贫煤分别占6%和7%。
除受焦煤的生产分布外，焦炭消耗地区的分布是影响焦炭生产的主要因素。河北、河南、山东、辽宁、湖北、上海、四川等地区的重要钢铁生产企业附属焦化厂拥有国内先进的焦炉，生产能力都超过61.0×10t。山西省是中国主要的焦炭生产和贸易地，历年的焦炭生产占全国总产量的比例超过30%（见图1-2）。2015年我国焦炭产量为4444778.2×10t，2016年产量为44911.5×10t，产量较上年同期增加0.3%。2016年我国焦炭统计表见表1-2（不包括香港、澳门、台湾数据）。目前我国焦炭生产主要集中在山西、河北、山东、陕西、河南、7内蒙古、江苏、辽宁等省份，这些地区年焦炭产量均在2×10t以上。表1-2 2016年我国焦炭统计表 图1-2 2000～2007年中国焦炭产量构成
表1-3为2009～2016年我国焦炭进出口统计表。由该表可见，42016年我国焦炭出口数量为1011.88×10t，年度进口数量为467.4t，4国内焦炭表观消费量为43899.6×10t。炼焦过程产生的焦炭一般应用于钢铁、有色、化工、机械等行业，在我国焦炭主要用于钢铁冶炼，我国钢铁企业焦炭使用量占焦炭消费总量的85%左右。表1-3 2009～2016年我国焦炭进出口统计表
从焦化技术来看，我国拥有最落后的土焦炉、改良焦炉、热回收焦炉和较先进的机焦炉。土焦炉和改良焦炉为焦煤内燃供热焦化，1997年此类焦炉产量达到最高，之后国家制定多项政策对其进行限制和取缔。截至2007年年底，全国机焦产量比重从2001年的70%提高到90%以上，土焦、改良焦比重从30%下降到3%以下。我国主要焦炉炉型参数见表1-4。1.2.2 焦炉污染的严重性和环保监管对策
20世纪70年代后，全球焦炭工业面临环境、经济、资源三大难题。发达国家逐步缩小焦化行业，关停焦炉，从国外购买焦炭。到21世纪初，国际市场上50%以上的焦炭来自中国，焦炭生产在获得经济利益的同时也带来了严重的环境污染。
焦炭生产过程中排放大量的废水、废气、苯并芘（BaP）等有害污染物，其中苯并芘是强致癌物，严重威胁焦炭生产区人民群众的身3体健康。据世界卫生组织研究报告，大气中苯并芘含量2ng/m，即为诱发癌变的极限含量，而产焦区苯并芘含量高于极限值60～100倍。长期生活在这些地区的人群，呼吸系统疾病已成为导致死亡的主要原因，癌症发病率和儿童先天性残疾的比例均明显高于全国平均水平。
环保问题是当前我国焦化行业面临的突出问题。针对发达国家将焦化污染向我国转移的趋势，国家采取了一系列措施来加强焦炭行业环境监管的力度，具体包括以下几点。
①坚决淘汰和取缔小土焦和改良焦。按照《水污染防治法》《大气污染防治法》等环保法律的规定和国家有关产业政策的要求，坚决淘汰土焦和改良焦，现有土焦和改良焦一律停止生产，废毁土焦生产装置，工商部门收回营业执照，环保部门收回排污许可证。
②严格执行《焦化行业准入条件》。经国务院同意，国家发改委于2004年发布了电石、铁合金和焦化3个行业的准入条件。对于焦化行业的新建项目要严格执行行业准入条件，凡是不符合行业准入条件的项目，环保部门不予审批环境影响报告书，土地部门不予审批其用地申请，银行不予贷款，电力部门不予供电，供水部门不予供水。
③依法开展清洁生产。按照《清洁生产促进法》的规定，省级环保部门要登记公布一批超标排放和超污染物排放总量控制指标的焦炭生产企业名单，列入名单的焦炭生产企业要强制实行清洁生产审核。按照《炼焦行业清洁生产标准》的规定，对焦炭生产企业开展清洁生产的效果进行跟踪评估。
④抓紧对焦炭生产企业发放排污许可证，并核定主要污染物排放总量，对已经实施清洁生产并达到《炼焦行业清洁生产标准》三级标准要求的企业加强排污强度监控，对没有开展清洁生产的焦炭企业的排污总量进行核定。焦炭企业必须持证排污、按证排污。
⑤加大环境检查和执法力度：一是要求焦炭生产企业安装连续检测装置，并与环保部门联网，实现焦炭企业污染物排放动态的实时监控；二是按照排污费高于污染治理成本的原则，提高排污费征收标准，加大排污费的征收力度；三是对污染物排放超标和控制总量排污的焦炭企业实行限期整改。1.2.3 焦炭行业环境产业政策及相关标准［1］1.2.3.1 焦炭行业的环境产业政策
针对发达国家将焦化污染产业向我国转移的趋势以及遏制炼焦地区环境恶化的需要，国家加大了对焦炭产业的环境监控力度。
2004年5月，财政部、商务部、国土资源部、国家工商总局、国家税务总局、国家环保总局、银监会、电监会等九部委联合制定了《关于清理规范焦炭行业的若干意见》，该意见要求如下。（1）全面清理整顿，优化结构，减少环境污染
要坚决淘汰土焦，现有土焦生产一律停止，对土焦生产装置进行废毁处理。对2000年以后建设的焦炭生产企业和建设项目，要逐项查清项目审批、用地审批、环保审批、工商登记及给予信贷融资支持等方面的情况，凡审批手续不健全或有违规审批情况的企业和项目，要严格按照国家有关规定重新进行审批。对不符合审批要求的企业要立即停产、关闭，不符合审批要求的项目要立即停止建设。（2）统筹规划，控制总量，抑制盲目扩张
对焦炭生产实行总量控制，强化炼焦煤资源管理，严格建设项目审批管理。除国家重点大型钢铁企业配套建设和城市居民供气需要建设的焦炭项目外，在国家有关新政策规定出台前，各级投资主管部门要暂停审批新的焦炭生产项目。（3）严格市场准入，加强规范管理和引导
焦炭投资建设项目的准入条件为：焦炉炭化室高度达到4.3m以5上（含4.3m），年生产能力6×10t以上，同步配套建设干熄焦、装煤、推焦除尘装置，废水处理设施，焦炉煤气回收、净化和综合利用等装备，严格执行环保设施“三同时”制度。
为进一步遏制焦化行业低水平重复建设和盲目扩张的趋势，促进产业结构升级，规范市场竞争秩序，2004年12月，国家发改委公告了《焦化行业准入条件》，对新建和改扩建炼焦项目的工艺、技术、装备、规模、能源、资源消耗、排放控制和综合利用等方面提出更高的标准要求；同时要求已建企业要进行技术改造，逐步达到行业准入条件，其中与焦炉污染物排放有关的条款如下。
①在工艺与装备中规定：新建和改扩建焦化企业要达到炼焦行业清洁生产标准（HJ/T 126—2003）中生产工艺与装备二级标准要求。主要指标包括：为满足节能、环保和资源综合利用要求，实现合理规模经济；新建和改扩建机焦炉炭化室高度必须达到4.3m以上（含54.3m），年生产能力6×10t及以上。
②在节能工艺与设备中规定：新建和改扩建焦炉，原则上（缺水地区和钢铁企业）要同步配套建设干熄焦装置。
③在环保工艺与设施中规定：新建或改造焦炉要同步配套建设粉碎、装煤、推焦、筛运焦除尘装置、煤气净化（含脱硫脱氰工艺）回收、废水生化处理设施。严格执行环保设施“三同时”规定，并要在主体设备投产后6个月内达到设计规定标准，连续运行。
④在清洁生产标准中规定：新建和改扩建焦化生产企业各种污染物产生指标不得超过《清洁生产标准 炼焦行业》（HJ/T 126—2003）中规定的二级标准。
⑤在污染物排放标准中规定：新建和改扩建焦化生产企业大气污染物排放执行《炼焦炉大气污染物排放标准》（GB 16171—2012）；焦化生产企业新建或扩建，各种污染物排放不得突破该地区环境允许排放总量。《焦化行业准入条件》与《关于清理规范焦炭行业的若干意见》的规定和内容基本一致，完全符合“总量控制、调整结构、节约能（资）源、保护环境、合理布局”的可持续发展原则。
2005年6月，环保、商务等部门制定了《关于加强焦化生产企业行业准入管理工作的通知》，并配套下发《焦化生产企业公告管理暂行办法》，对现有焦化生产企业实行符合准入条件的企业公告管理制度，并对其进行分类管理和指导。到目前，已公告3批符合准入条件8的企业140户，产能1.54×10t，约占总产能的45%。1.2.3.2 炼焦行业清洁生产标准
炼焦污染控制，一方面可从控制角度提高焦炉烟尘治理的技术水平，另一方面也可通过提高焦炉的机械设备装备水平开发低污染炼焦新炉型，从源头减少污染物的产生。由于焦化生产工艺过程复杂，污染物控制治理难度大，末端治理给企业带来了沉重的经济负担，而从源头入手进行全过程控制和综合利用是解决污染的关键。清洁生产是我国工业可持续发展的一项重要战略，也是实现污染控制由末端控制向全过程控制转变的重大举措。炼焦行业污染严重，是我国清洁生产标准制定较早的行业之一，其中将炼焦行业生产过程清洁生产水平划［2］分为三级技术指标，并有相应的评价数据。
①一级：国际清洁生产先进水平。该级指标采用公开报道的国际先进水平数据。
②二级：国内清洁生产先进水平。该级指标采用公开报道的国内先进水平数据，并参考有关统计数据。
③三级：国内清洁生产基本水平。该级指标是根据我国炼焦行业实际情况及有关的统计数据，按清洁生产对生产全过程采取污染预防措施要求所达到的水平指标而形成的。
炼焦行业清洁生产标准的指标要求见表1-5～表1-10。表1-5 炼焦生产工艺与装备要求 表1-6 资源能源利用指标 表1-7 产品指标 表1-8 污染物产生指标 表1-9 废物回收利用指标 表1-10 环境管理要求 1.2.3.3 炼焦化学工业污染物排放标准
为促进炼焦化学工业生产工艺和污染治理技术的进步，2012年6月27日国家环境保护部和国家质量监督检验检疫总局发布了《炼焦化学工业污染物排放标准》，并于2012年10月1日起实施。自本标准实施之日起，炼焦化学工业企业的水合大气污染物排放控制按本标准的规定执行，不再执行《钢铁工业水污染物排放标准》（GB 13456—1992）和《炼焦炉大气污染物排放标准》（GB 16171—1996）中的相关规定，《炼焦炉大气污染物排放标准》（GB 16171—1996）废［3］止。该排放标准对以下几方面内容进行了修订。
①扩大了标准的适用范围，涵盖了国内所有焦炉及生产过程的排污环节。
②增加了水污染物排放控制要求。
③增加了机械化焦炉大气污染物有组织排放源的控制要求，取消了非机械化焦炉污染物排放限值。
④增加了厂界无组织排放大气污染物的排放限值。
⑤增加了大气污染物、水污染物排放管理规定和监测要求。
该标准规定，自2012年10月1日至2014年12月31日止，现有企业执行表1-11规定的大气污染物排放浓度限值。
自2015年1月1日起，现有企业执行表1-12规定的大气污染物排放浓度限值。自2012年10月1日起，新建企业执行表1-12规定的大气污染物排放浓度限值。
根据国家环境保护工作的要求，在国土开发密度较高、环境承载能力开始减弱，或大气环境容量较小、生态环境脆弱、容易发生严重大气环境污染问题而需要采取特别保护措施的地区，应严格控制企业的污染物排放行为，在上述地区的企业执行表1-13规定的大气污染物特别排放限值。
企业边界任何1h平均浓度执行表1-14规定的浓度限值。表1-14 现有和新建炼焦炉炉顶及企业边界大气污染物浓度限值 单位：3mg/m1.2.4 我国焦炭行业调整成就
经各级政府和相关部门3年的共同努力和相互配合，做了大量细致的工作，行业清理整顿和结构调整工作取得了显著成效，主要表现如下。
①产业政策和环保、财税、金融等协调配合，落后产能淘汰步伐加速。根据国务院节能减排综合工作方案，2007年全国进一步淘汰771.0×10t土焦和1.2×10t落后小机焦，几年累计淘汰落后产能约（7～78）×10t的炼焦生产装置，其中山西省取缔土焦1400多处，涉及产能743×10t，关停小机焦284座，淘汰产能3043×10t。土焦占全国焦炭产量的比例由2004年的30%下降到2007年年底的6%，行业结构得到明显优化。
②行业准入管理效果显现，工艺技术装备结构进一步优化。产焦6超过1×10t以上企业由2004年的38家增加到60家，总产量约占全国规模以上企业产量的40%以上。截至2007年年底，全国已有6m以上7大型焦炉100余座，产能约5×10t，约占全国机焦产能的15%以上。新投产的机焦炉大型化趋势明显，炉型高度由4.3m向5.5m、6m、7m和7.63m发展。国家发改委从2004年开始整改焦化行业以来至2008年，发布了三次满足《焦化行业准入条件》名单，共142家，设计能力大4于100t焦化厂为46家，产能15364.6×10t，其中山西省焦化企业为434家，产能为3261×10t，见表1-15。由该表可见，此类焦炉都以改、扩建为主，所有炉型结构统计结果表明，炭化室高为4.3m的焦炉所占比例为82.5%。表1-15 国家发改委发布的部分山西省满足《焦化行业准入条件》名单 1.2.5 我国焦炭行业发展趋势
根据我国焦炭行业拥有的发展空间、煤资源状况以及我国最近颁布的钢铁产业发展政策，今后新建或改造可供选择的比较有发展前途的典型焦炉主要有6m、7.63m常规顶装焦炉及6m捣固焦炉3种。原因如下。
①政策已限定。在刚颁布的钢铁产业发展政策中明文规定，为确保钢铁工业产业升级和实现可持续发展，防止低水平重复建设，对钢铁工业装备水平准入条件规定现有企业要通过技术改造努力使焦炉炭化室高度达到6m及以上。
②焦炉可供选择炉型有限。目前我国已掌握并拥有知识产权技术的焦炉主要是6m及以下焦炉。6.5m焦炉正处于开发中还未完全成熟，而且与6m焦炉没有本质区别。7.63m焦炉我国已有3家企业从德国引进，并正在建设，今后随着这些焦炉的投产，将会有更多的企业采用7.63m焦炉。6m捣固焦炉是国外20世纪80年代中期开发的成熟新技术，国内也正在开发5m及6m的捣固焦炉技术。7.63m、6m焦炉及6m捣固焦炉的通常建设规模及主要特点见表1-16。表1-16 7.63m、6m焦炉及6m捣固焦炉的通常建设规模及主要特点
此外，要根据企业规模大小、所在地资源等情况选择不同的焦炉。
①沿海新建大型钢铁联合企业及已有大型钢铁联合企业新建或改造焦炉应选择7.63m焦炉。由于7.63m焦炉优点是代表焦炉发展方向，技术装备水平先进、劳动生产率高；采用该焦炉生产的焦炭机械强度高；消耗动力少，综合生产成本较低；环境污染小，占地少。缺点是投资高、技术管理水平要求比较高，焦炉设计寿命不确定并有一定风险。
②中西部地区中型钢铁联合企业、独立焦化厂新建或改造焦炉应选择6m焦炉。6m焦炉优点是技术装备水平比较先进、劳动生产率比较高；采用该焦炉生产的焦炭机械强度可以满足大型高炉质量要求，综合生产成本低，环境污染比较小，投资省，建设周期短，固定费用低，投资回报快，有成熟的生产操作经验。
③气煤资源比较丰富、肥焦煤又比较缺乏。新建或改造焦炉应选择6m捣固焦炉。6m捣固焦炉优点是技术装备水平先进、劳动生产率比较高；采用该焦炉生产的焦炭机械强度可以满足大型及特大型高炉质量要求，可以配气煤70%～80%，综合生产成本最低，环境污染也比较小，投资省，见效快。在气煤资源比较丰富地区，如云南、山西、贵州、山东等省钢铁联合企业、独立焦化厂新建或改造焦炉选择6m捣固焦炉最合适。1.3 炼焦生产工艺1.3.1 炼焦基本生产工艺
以烟煤为原料，在隔绝空气条件下持续加热到较高的温度，经过干燥、热解干馏、熔融、黏结、固化、收缩等阶段，最终得到焦炭，这一过程即为炼焦。焦炭结焦温度区间大体为500～1300℃，其基本［4］的化学过程包括以下3个阶段。
①第一阶段（350～400℃）：干燥脱气阶段，温度从室温升到活泼热分解温度（350～400℃），大约在200℃完成脱气（CH、CO和42N）。2
②第二阶段（约550℃）：煤开始活泼分解，以分解聚合分解反应为主，生成和排放大量挥发物（煤气和焦油），原煤结成半焦。
③第三阶段（550～1000℃以上）：又称第二次脱气阶段，以缩聚反应为主，半焦变成焦炭，析出的焦油量极少，挥发分主要是煤气。
炼焦工艺从根本上分为土焦和机焦两种工艺。
①土焦，即土法炼焦，包括原始的土焦和改良焦。它与机焦的本质区别在于：炭化和燃烧同室，部分煤与空气直接接触，不完全隔绝空气，部分煤料被燃烧。
②机焦，包括有化产回收的传统机焦和无回收炼焦。它的特点是：炭化室结焦、燃烧室供热、蓄热室节能、机械化操作。1.3.2 土焦生产工艺
土焦是一种原始的炼焦方式，将焦煤或肥煤放入就地挖好的圆坑内或将煤堆成锥形，坑底预先设好火道，引燃窑底火道煤料，通过焦煤燃烧放热使内部焦煤黏结焦化，这种焦炉内焦煤释放的煤气、焦油等产品被作为热源燃烧或直接排放。
改良土焦炉将炭化室与燃烧室分设，在原始土焦基础上，建立了固定的封闭拱形窑，并设烟道和35～40m高烟囱（见图1-3）。可消除窑炉逸散并使污染物高空排放，有利于空气对污染物的稀释与扩散。图1-3 山西省土法炼焦焦炉和改良土焦炉
从土焦的生产工艺可以看出，土焦存在的主要问题如下。
①污染排放严重。土焦炉释放的PAHs浓度远远高于机械炼焦炉，其中苯浓度是机焦炉无组织释放的4.7倍，远高于美国国家职业安全3健康规定的炼焦炉释放物8h平均标准0.15μg/m。
②焦炭质量差，性能不稳定。土焦生产中窑温、结焦时间、熄焦程度等均凭操作人员的经验判断，主观随意性很大，造成生产的不稳定，焦炭产品质量差别很大。
③煤耗高，资源浪费严重。原始土焦吨焦产品耗焦煤或肥煤2t。在国外，黏结性好、灰分低的焦煤和肥煤都是作为战略资源予以保护的。1.3.3 机械化炼焦工艺
机械化炼焦工艺每组焦炉由十几到几十个炭化室、燃烧室依次排列组成。焦炉两侧分别为机侧和焦侧导轨，并有独立的熄焦塔，机侧分布装煤车和推焦车，焦侧有熄焦车（见图1-4）。图1-4 机械炼焦焦炉生产工艺及污染物排放
入炉煤料由装煤车在炉顶煤孔机械装入炭化室，每2个炭化室之间是燃烧室，燃烧室和炉底蓄热室的热量辐射到炭化室内，将煤料加热，在950～1050℃温度下干馏，干馏过程中大量挥发性物质成为荒煤气从煤料中逸出到炭化室顶部空间。荒煤气经集气管被抽出炉外。炭化室结焦18～63h后焦炭成熟，推焦车将焦炭推至焦侧，由拦焦机将焦炭拦至熄焦车上，经轨道将熄焦车送出。熄焦包括湿法熄焦和干熄焦两种工艺。湿法熄焦是用熄焦车将焦炭送入熄焦塔内，用水喷淋，熄焦水闭路循环。熄焦后的焦炭送至晾焦台，然后通过铁轨运输至筛焦场，筛分后成为合格的冶金焦。至此完成一次从装煤到产出焦炭的生产过程。
根据对产生的荒煤气的处理方式，机械化炼焦工艺主要分为有化［5］学产品回收的机焦和无回收焦炉。有煤气净化和化产回收的传统机焦和无回收焦炉的生产工艺流程，分别见图1-5和图1-6。
对于传统机焦，炼焦荒煤气经上升管进入集气总管，经气液分离器分离部分焦油和冷却氨水后，依次通过初冷器、电捕焦油器、鼓风机、脱硫装置、脱氨装置、终冷塔、脱苯装置，得到净煤气。净化后的煤气一部分去后序工艺处理后发电或供城市煤气，剩余部分返回焦炉蓄热室和燃烧室，供给炭化室热量。而在无回收焦炉中，荒煤气在燃烧室充分燃烧，产生的废气由烟道送出，进入余热锅炉，产生蒸汽发电。
从机焦和无回收炼焦两种生产工艺流程看，无回收炼焦的主要优点表现在：a.炼焦工艺流程简单，省去了庞大的化产回收系统；b.污染物排放少，无污水和苯的排放，而机焦在化产回收过程中有污染物排放；c.投资小，省去了化产回收系统的建设投资和运行费用；d.因焦炉生产时炉内为负压，所以生产中无烟尘泄露；e.废热得到利用，送去发电。
但是无回收焦炉也存在明显的不足，以下不足也正是传统机焦不可替代的优点。
①无回收工艺不能回收化产。炼焦排出的荒煤气中主要化学产品为煤焦油和苯，是国内外市场需求的化学基本原料，尤其高温煤焦油是某些特种原料的主要或唯一来源。因此，无化产回收的焦炉资源浪费严重。
②焦炉炉龄短。从澳大利亚和美国已投产的无回收炉看，一代炉龄为10～15年，是机焦炉的1/2，日常维修量也较大。1.3.4 捣固炼焦与常规炼焦技术的对比
机械化炼焦工艺按其装煤方式的不同主要分为常规顶装煤、捣固法侧装煤、配型煤顶装煤和预热法顶装煤4类。国内焦化厂目前所采［6］用的炼焦技术主要是常规炼焦和捣固炼焦技术。1.3.4.1 常规炼焦技术
常规炼焦技术就是指顶装煤炼焦技术，是一种开发较早的炼焦技术。我国炼焦炉中以常规顶装焦炉为主，其生产能力约为总生产能力的95%。
常规炼焦技术的生产工艺流程：从备煤工段来的洗精煤，经输煤皮带后运往煤塔，经配煤盘混合和破碎机破碎，装入煤箱，由装煤车通过炭化室顶部装煤孔卸入炭化室内，用燃烧室燃料燃烧产生的热量把煤料隔绝空气加热。煤料在碳化时经高温裂解，由上升管逸出生成荒煤气，经过桥管氨水冷凝，进入煤气净化系统，回收得到焦化化学产品及净煤气；余下的固定碳在炭化室内固化成焦炭。用炉顶上的装煤除尘设备上的吸尘孔抽出装煤时产生的灰尘，经地面站除尘后外排。成熟后的焦炭由推焦车推出，由拦焦机进入熄焦车，电机车牵引熄焦车至熄焦塔内进行喷水熄焦（如若干法熄焦，则送去干法熄焦装置熄焦）。焦炭熄焦后卸至焦台上，冷却一定时间后进行筛焦。1.3.4.2 捣固炼焦技术
捣固炼焦是一种可以扩大炼焦煤资源，多配入弱黏结性气煤，降低炼焦成本的新技术。最早期该类焦炉炭化室高度约2～3m，每个捣固机上约2～3个锤头，依靠皮带式驱动落锤装置控制锤的下落位置，捣固机放置在煤塔下侧的桥架上。
捣固炼焦是将配合煤预先在捣固箱内压实，捣后的煤饼体积略小于炭化室，再从焦炉的机侧由托板推入炭化室内高温干馏。其工艺是在炼焦之前，采用外用捣固设备，根据炭化室的尺寸把煤粉捣成略小于炭化室而堆密度更高的煤饼，在炭化室内隔绝空气热解。
从目前我国现有捣固炼焦生产实践来看，限制我国该技术发展的瓶颈主要是捣固机械的问题。与国外的捣固设备性能相比，国产的捣［7］固设备存在的差距主要体现在如下几方面。5
①捣固装置规模小，大多小于3.8m，且年产只有1×10t。与同等规模的顶装焦炉相比虽然有一定优势，但小规模制约了经济效益的发展。国外的捣固焦炉生产规模相对较大。
②低效率的捣固设备。煤饼捣固耗时较长，制约了其发展，另外长时间的捣固也限制了焦炉孔数，焦炉生产能力受影响。
③捣出的煤饼质量不好。国内捣固机械捣出的煤饼堆密度不足31.10t/m，进而限定了焦炉炭化室的高度，焦炉向大型化方向发展较难。而国外捣固机械捣出的煤饼堆密度则较大，可达1.10～1.15t/3m。这样就可以增大炭化室高度，提高焦炭的产量和质量。
此外，捣固炼焦工艺还存在的煤饼易坍塌、温控不合理、集气管及焦油盒发生堵塞和装煤时烟易从炉头溢出4个方面的问题。1.3.4.3 两种炼焦工艺的对比
由于两种工艺利用原理的差异，导致了一系列的不同点，主要包括用煤的差异、成本的差异和焦炭质量的差异。（1）用煤的差异
相比常规炼焦只能配入约35%的高挥发分煤，捣固炼焦工艺却能高达55%左右。而且前者的煤料黏结性可选择的范围很小，后者可选择较宽范围黏结性的煤料，不管是采用高还是低黏结性的煤料，只要配煤合理，焦炭质量都可以有很好的保证。（2）成本的差异
对于同样生产能力的顶装焦炉和捣固焦炉而言，其总投资基本相当，只是煤料的费用差别很明显，焦炭成本费用的70%～75%为煤料的费用。常规焦炉为了保证焦炭质量，价格较高的优质强黏结煤的配入较大，成本较大；而捣固法炼焦可配入价廉的弱黏结性煤，降低了成本。
另外，捣固焦炉在配入高挥发分煤的基础上，无烟煤和焦粉等也可以配入，既降低了烟煤的配比，焦炭的机械强度也得到了改善，又可以对低价值无烟煤和焦粉进行利用等，成本低，也保证了焦炭质量。（3）焦炭质量的差异
常规炼焦与捣固炼焦最根本的区别就是煤料堆积密度的不同，前者是从焦炉顶部将配合煤装入炭化室，其煤料的堆密度一般为0.72～30.75t/m，而后者是在煤箱内将煤料预先捣打成煤饼，从而堆密度可3提高到1.10～1.15t/m。这样捣固炼焦工艺可将煤粒间的距离缩小28%～33%，故在结焦过程中胶质体很容易均匀分布在不同性质的煤料表面，这样可以使较少胶质体液态产物填充浸润煤粉之间的空隙，从而会在煤粒之间形成较强的界面结合。1.3.5 国外炼焦工艺概况1.3.5.1 无回收焦炉
针对传统的焦炉煤气处理及回收装置环保控制费用较高等问题，美国和澳大利亚在20世纪80年代后期相继开发应用了无回收焦炉，将废热用于生产蒸汽和发电。
美国弗吉尼亚州的Jewell Thompson焦炉内，煤层高约0.6m，长3不足14m，宽不到4m，有效容积约30m。在Jewell Thompson焦炉基础上，美国阳光煤业公司经过逐步改进而设计的年产焦炭55×410t（已投产）焦炉，尺寸为：宽3.7m，高4.6m，长13.7m。澳大利4亚的堪培拉煤焦公司在东澳大利亚两个厂建成年产焦炭24×10t的焦炉。1997年1月14日开始在美国内陆钢铁公司的印第安纳哈博钢厂兴4建一座133×10t/a焦炭的炼焦和发电联合工厂，炼焦部分由4座共268孔无回收焦炉组成。
无回收焦炉的优点：a.炼焦工艺流程简单，设计和基建投资费用低；b.取消煤气回收装置，不会产生焦油和酚水等污染物，环境有所改善；c.负压操作，解决了炉门漏气，使其废物放散能降到最低水平；d.废热得到利用并送去发电。1.3.5.2 巨型炼焦反应器
巨型炼焦反应器是一个独立的巨型炭化室，炭化室两边为燃烧室、隔热层和由大型H钢组成的刚性侧墙。每个炭化室自成一个体系，炭化室锥度为零，蓄热室布置在炭化室侧面或下部。从炭化室出来的煤气经回收装置净化后用于工业或民用。
巨型炼焦反应器特点如下。
①由于炭化室、燃烧室、隔热层和H钢刚性侧墙形成了一个具有弹性的整体结构，因此可加大炭化室容积和采用热煤炼焦，并较好地解决了炉墙变形问题。
②由于炭化室较宽，加之煤经过预热，煤料堆密度可达860kg/3m，炼焦炉生产率、焦炭机械性能、孔壁强度、气孔率等大大提高且可扩大煤源基地。
③巨型炼焦反应器采用程控加热，根据不同炼焦阶段所需热量进行供热，能有效保持炼焦过程的热平衡。
④炉孔数、开口次数及开口密封面长度大幅减少，加上改进炉门6密封装置，以2.0×10t/a焦炭装置为例，污染物排放量与目前最现代化的凯泽斯图尔厂相比可减少1/2。
巨型炼焦反应器是为了克服传统室式焦炉大型化所受的多种因素限制，特别是炉墙变形等问题而开发的。20世纪80年代后期，以德国为主的欧洲炼焦专家提出了单室式巨型炼焦反应器和煤预热及干熄焦相结合的方案，该方案经两次工业试验后于1990年由“欧洲炼焦技术中心”进行专门的设计和试验工作。1993年4月，巨型炼焦反应器示范装置（炭化室高10m，宽850mm，长10m，长度只是工业规模的1/2）在埃森市的普罗斯佩尔焦化厂开始运行，生产15个月后，即1994年7月完成了技术修改和完善工作，现正朝工业化方向推进。1.3.5.3 日本SCOPE21炼焦技术
1994年以来，日本钢铁联盟的成员公司发起了新型焦工艺的研究工作，命名为21世纪高产无污染大型焦炉（SCOPE21）。湿煤经干燥后在快速加热的预热装置中预热到约400℃，为防止细粒煤的温度过高而引起变质，预热分两段进行，前段采用流动床加热，并将煤按粗级、细级筛分分离，细粒煤进行成型，以避免预热煤装炉时夹带煤粉，影响焦炉操作和焦油质量；粗粒煤继续采用气流床加热，使其达到规定的预热温度。成型煤与进一步预热的粗粒煤采用脉冲式输送技术混合装炉，进行中温干馏（焦饼中心温度为700～800℃）。由中温干馏炉排出的焦炭经密闭输送系统送入带加热系统的干熄焦装置中进行高温改质，将其改质成为与高温焦炭一样质量的焦炭。
新型焦工艺具有以下特点。
①通过将煤快速加热到接近热分解温度使粉煤高温成型，可以改3善煤的黏结性，并可使装炉煤的堆密度提高到850kg/m，以改善焦炭质量。在保持焦炭质量一定的情况下，非黏结性煤的配入量可达50%。
②通过提高炉墙的热传导率（砖厚70～75mm，导热率提高到硅砖的1.5倍），装炉煤的高温预热和焦饼中心温度达到700～800℃（即推焦的中温干馏），焦炉生产率可提高到300%。
③煤炭中温干馏及干馏产品在干熄焦装置的预存室内进行高温加热改质，与常规焦炉相比可节能20%。
④由于采取了对焦炉所有开口处进行严密密封、红焦的密闭输送以及预热煤的脉冲式输送技术，可将环境的污染降低到最低的程度。1.3.5.4 CTC连续炼焦工艺
美国煤炭技术公司（CTC）开发了一种连续炼焦新工艺，在完全密闭的装置内，从煤到生产焦炭不到2h，生产过程中没有常规焦炉那样的污染物排放，且焦炭质量好。该工艺由两个工艺过程组成，在第一道工艺过程中，煤在温度为650～760℃的双螺旋低温气化反应器中气化（常压，隔绝空气），经约20min生成半焦、液体产物和工艺气体。半焦的挥发物含量在10%以下，液体产物进一步精炼，热值3为18.6MJ/m的工艺气体可用于反应器加热。热半焦在第二道工艺过程中，经粉碎成粉状后与粉焦、煤和沥青在混匀装置中混合，然后压成尺寸和形状不同的型块，压成的热型块送入回转炉或隧道窑中加热到1090～1200℃成焦，整个过程不到90min，所产焦炭各项指标均达到或超过常规焦的指标。
该工艺的主要特点如下。
①建设投资和生成费用低，据初步设计估算，建一个年产1.0×610t焦炭的焦化厂投资仅为常规焦化厂的3/8～1/2，操作人员为常规焦炉的1/2。
②焦炭质量能满足或超过所要求的指标，与常规型焦相比，CTC型焦的尺寸和形状不规则，且煤粒间能充分熔融，大大改善了型焦在高炉中的性能。
③整个生成过程在完全密闭的系统中进行，污染环境的放散物少，也不会产生粉焦和碎焦等废料。
④生产上具有高度的灵活性，螺旋汽化器开停工作迅速；可生产高炉焦，也可生产铸造焦和铁合金用半焦。1.3.5.5 立式连续层状炼焦工艺
为扩大炼焦煤源、减少污染物排放量，从20世纪70年代起，乌克兰开始了立式炉连续炼焦新工艺的研究。试验工作由乌克兰煤化所进行，共经历了三个阶段。
第一阶段为试验室试验阶段，在乌克兰煤化所建立一套焦炭生产能力为50～75kg/d的试验装置。开始时，炭化室是金属的，后来改为刚玉耐火材料。试验证实，用直立式炭化室进行煤料强制间断渐进的炼焦过程是可行的，并同时研究了各种工艺因素对煤料移动的影响，以及黏结成焦过程和所得焦炭用作高炉的质量。
第二阶段为半工业试验阶段，在哈尔科夫焦化试验厂建立直立式炼焦炉的半工业试验装置进行。
煤料经过螺旋输送机、斗式提升机和螺旋输送机送入装煤斗，然后由装煤斗用星形给料机经溜槽分批送入炭化室的装煤段，炭化室两侧沿其高度排列水平火道，每个火道都可以单独调节温度以控制成焦过程。用液压缸带动的推焦压头把批量煤料从炭化室的装煤区推至加热区，与此同时将煤压实。炭化室底部为排焦装置，熄焦后的焦炭用斗式提升机送人焦仓。
在下述技术条件下使用宽175mm和350mm的炭化室进行了试验研究：装煤段温度200～250℃；水平火道温度900～1350℃；推焦周期15～40min；推焦行程110～220mm。长期操作得出如下结果：a.装煤装置操作可靠，未观察到有烟尘逸出；b.炭化室高向的温度易控制，从而可控制成焦过程；c.整个过程可实现自动化。
第三阶段为工业性试验阶段，在哈尔科夫炼焦厂建造了一套工业装置，其主要工艺参数如下：垂直炭化室数（包括熄焦段）2个；炭化室宽350～366mm；长4～4.2m；高3.9m；推焦行程300mm；推焦周期20～30min；一次装煤量400～420kg；炼焦时间7～8h；生产能力30t/d。
该工艺具有以下特点。3
①煤料经压实（堆密度可达1000kg/m）和分阶段控制加热速度可改善煤的结焦性能，所产焦炭的耐磨强度高、密度大、气孔少和结构坚固，有效地拓宽了炼焦用煤的范围，与传统工艺相比，可节约70%肥煤和焦煤。
②系统密闭连续，环境污染小，自动化程度高。技术经济指标的计算表明，与常规工艺相比，使用连续层状炼焦，每生产1t焦炭可降低原料费8%～9%；生产总费用可降低5%～6%；烟尘排放量可降低到原来的1/3～1/4；生产率可提高40%～50%。1.4 炼焦大气污染物的来源与特点1.4.1 废气来源
焦炉排放物是指在焦炭生产过程中产生的颗粒、气态和气体化合物的混合物，一般包括无机化合物（如CO、NO、SO等）、有机物x2（如PAHs、甲醛、丙烯醛、脂肪醛、胺类、苯酚等）、重金属（如镉、砷和汞等），其中以烟（粉）尘、SO和BSO（苯可溶物Benzen 2Soluble Organics，是以苯为溶剂，萃取炼焦颗粒物中吸附的多环芳烃及其他多组分混合物）、苯并芘（BaP）等为主要污染因子。［10］
其废气的主要来源有以下几类：a.焦炉加热燃烧产生的废气；b.工艺过程排放的烟尘和废气；c.各工艺设备的逸散物，其中有烟尘、有害气体和成品的挥发物。
生产过程加热用的燃料一般为焦炉煤气，即净化后的返炉煤气，燃烧产生的废气均为高烟囱直接排放。
炼焦生产过程排放污染物的主要操作如下。
①焦炉装煤时，从装煤孔、上升管及平煤孔等处逸散的烟尘。每炉装煤时间一般为3～5min，装煤过程排放的烟尘量因炉墙温度、装煤速度和煤的挥发分等因素而变化。装煤废气来源于：a.装入炭化室的煤料置换出大量空气，开始装煤时空气与入炉的细煤粒不完全燃烧生成炭黑，形成黑烟；b.装炉煤与高温炉墙接触，升温，产生大量水蒸气和荒煤气；c.随上述水蒸气和荒煤气扬起的细煤粉以及平煤时带出的细煤粉。d.由于炉顶空间瞬时堵塞而喷出的煤气。
②焦炉出焦时，从炉门、拦焦车、熄焦车及上升管等处逸散的废烟气，出焦废气来源于：a.炭化室两侧炉门打开后散发出的炉内残余煤气；b.推焦时炉门处散发的粉尘；c.推焦时导焦槽上部散发的粉尘；d.红焦由导焦栅到熄焦车上，下落时产生粉尘；e.红焦在熄焦车上，运至熄焦塔的行程过程中，散发烟尘。
③熄焦时，若采用湿法熄焦，由熄焦塔产生的含尘及挥发物的蒸汽；若采用干法熄焦，在干熄焦槽顶、排焦口及风机放散管等处产生的废气。
④炼焦时，焦炉本体的装煤孔盖、炉门及上升管盖等处泄露的烟气。
⑤散落在焦炉顶部的煤，受热分解产生的烟气。
⑥焦炉烟囱排放的废气。焦炉在生产过程中，返炉煤气燃烧给煤料加热，煤气燃烧产生的废气，由50m以上的高烟囱排放。
炼焦生产中，随工艺装备和操作管理水平的不同，每吨装炉煤可产生烟尘由几千克至几十千克不等。炼焦排放的烟尘，是一种复杂的多成分混合物，其中含有煤焦油、沥青等挥发物在内的多种多环芳烃，煤、焦的颗粒物，微量元素及其他致癌化合物等。1.4.2 废气特点（1）含污染物种类繁多
废气中含有煤尘、焦尘和多种化学物质，其中无机类的有HS、2HCN、NH、CO等，有机类的有苯类、酚类、萘、蒽等多环和杂环32芳烃等。（2）危害性大
无论是无机或有机污染物多数属于有毒有害物质，特别是以苯并芘（BaP）为代表的苯可溶物大都是强致癌物质，而细微的煤尘、焦尘都有吸附苯可溶物的性能，成为其载体，从而增大了废气的危害性。（3）污染发生源多、面广、分散，且连续性和阵发性并存
焦炉装煤、推焦和熄焦过程产生的烟尘属于阵发性，每次过程时间短，烟尘含量大，而次数频繁。一般情况下，装煤、推焦和熄焦每间隔8～16min各有一次，每次时间各在1～3min。
焦炉炉门、装煤孔盖、上升管盖和桥管连接处的泄露及散落在焦炉顶的煤受热分解的烟气具有连续性，其特点是面广、分散。
焦炉荒煤气的放散属偶发性，其特点是烟气量大，有害物质浓度高。（4）部分逸散物有回收价值
如荒煤气、苯类及焦油类产品蒸汽属有用物质，控制回收这些逸散物，不仅有利于减轻对大气的污染，还有较大的经济效益。1.5 山西焦化行业大气污染物排放水平（1）炼焦大气污染物排放评价标准
炼焦生产过程的大气污染物无组织排放及有组织排放执行《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB 16171—2012）、《大气污染物综合排放标准》（GB 16297—2017）。评价标准值见表1-17。表1-17 新建企业炼焦大气污染物最高允许排放浓度标准 （2）山西焦化行业污染物排放控制水平
综合山西省境内焦化企业的污染物排放监测结果和技术水平，山西省环保局推出了山西省焦化行业各主要工序污染物排放系数控制值，见表1-18。规模较大、管理技术水平好的焦化企业，其各工序主要污染物排放必须达到《清洁生产标准 炼焦行业》中规定的污染物指标；一般焦化企业经过技术改造和污染治理，要达到表1-18中规定的污染物排放系数水平。（3）清洁生产水平评价标准
中华人民共和国环境保护行业标准《清洁生产标准 炼焦行业》（HJ/T 126—2003），根据目前国内焦化行业普遍的技术和装备水平，将焦化行业清洁生产水平分为三个等级：一级代表国际清洁生产先进水平；二级代表国内清洁生产先进水平；三级代表国内清洁生产基本水平。
按照《清洁生产标准 炼焦行业》，焦化企业生产工艺与装备要求见表1-19，污染物产生指标见表1-20。表1-19 焦化企业清洁生产对生产工艺与装备的要求 表1-20 焦化企业清洁生产污染物产生指标 1.6 焦炉烟尘控制的发展历程、现状和技术1.6.1 我国焦炉烟尘控制的发展历程
20世纪70年代以来，随着一代炉龄结束，国内焦炉相继进入大修期。30多年来，国内焦炉通过改造大修，扩容大修同时消化吸收国外先进技术，提高了焦炉生产的机械化与自动化程度及整体技术装备水平。到2007年年底，国内自行设计建成投产的6m大容积焦炉已达40多座，规划和在建的7.63m超大容积焦炉已近10座。这期间，随着技术进步和环保力度加强，相继增加了必要的环保措施，焦炉环境污染状况明显改善，突出表现在对炼焦过程的烟尘控制方面，但是对机械操作过程中的烟尘控制还难以满足环保要求，这是因为机械操作过程中的烟尘主要产生于炉门、装煤、推焦与熄焦作业等环节，而且它们会在长距离上频繁移动，增加了治理的难度。
目前按焦炉污染物的排放水平，把焦炉污染控制大致分为三类［1］
：第一类装备先进，配备完善的装煤和拦焦除尘设施，其焦炉污染物控制基本可达到国内外先进水平，污染物排放约为1.5kg/t焦以下；第二类是用国内设备，装备6m或4.3m焦炉，没有配备装煤和拦焦除尘设施，或只有拦焦除尘设施，但管理严格，生产中炉门、上升管、装煤孔盖基本不冒烟，装煤时坚持用高压氨水喷射，这类焦炉污染物排放总量在3.5～5kg/t焦之间；第三类不仅没有配备装煤和拦焦除尘设施，而且管理不严，生产过程中炉门、上升管、装煤孔冒烟，装煤不能坚持用高压氨水喷射，这类焦炉属于污染物基本无控制的状况，其污染物排放总量大大超过3.5kg/t焦。
2004年国家发改委发布的《焦化行业准入条件》的“环保工艺与设施”中明确规定：新建或改造焦炉要同步配套建设粉碎、装煤、推焦、筛运焦除尘装置。严格执行环保设施“三同时”规定，并要在主体设备投产后6个月内达到设计规定标准，连续运行。1.6.2 焦炉烟尘控制技术1.6.2.1 炼焦期间散烟的控制
炼焦期间的散烟及其控制主要在于焦炉炉门、焦炉顶上升管和装煤孔以及相应的焦炉运行管理方面。（1）炉顶烟尘的控制
炉顶烟尘来源于装煤孔盖、上升管盖、上升管与炉顶连接处等。国内已采取的主要控制措施如下。
1）装煤孔盖泥封 采用人工或装煤车机械浇泥，把泥浆浇灌在孔盖周边加以密封。可以采用泥料SiO＞80%的耐火粉，细度2330.074mm以下，体积密度＜1.3t/m，加水搅拌成密度为1.1～1.2t/m-3浆液，黏度大于40cP（1cP=10Pa·s，下同），pH值小于8，要求悬浮性好，收缩性好，干燥后容易脱落。
2）上升管盖密封 国内20世纪80年代以来，普遍采用水封式上升管盖，水封高度大于上升管内煤气压力，保证荒煤气不外逸。
3）上升管与炉顶连接处封堵 采用耐火材料、泥浆、石棉绳和耐火粉料与精矿粉混合泥浆封堵，承插口处采用氨水水封。
目前国外对装煤孔盖除采用泥封外，对装煤孔盖、孔座的结构设计做了改进，把盖和座的密封沿圆周方向加工成球面，由于球面密封有“万向密合”的优点，即使盖子有点倾斜也能与座贴合良好，保证密封。（2）炉门烟尘的控制
炉门刀边与炉框镜面接触不严密将使炉内烟气泄露。20世纪50年代，采用小压架顶丝压角钢或丁字钢刀边的刀封炉门结构，但炉门容易产生热变形发生漏缝。20世纪60年代，采用敲打刀边，但不能消除炉门因热变形引起的冒烟现象。20世纪80年代，采用空冷式炉门，改善了炉门铁槽与炉门框因受热而引起的变形，同时采用带弹性腹板的不锈钢刀边，用小弹簧施加弹性力来调节刀边的密封性，基本上消灭了炉门冒烟现象。国内有些厂还采用了气封炉门技术，进一步消灭了炉门冒烟情况。（3）设置焦炉顶面自动吸尘清扫车
这种清扫装置可以设在装煤车上，也可以独立配置。它可以吸除炉面上的煤粉，防止其扬尘或在炉面上燃烧。（4）设集气管放散管点火装置
点火装置用于焦炉事故或停电时把集气管内放散出来的荒煤气自动点燃、烧尽，以免排放到大气中，污染环境。1.6.2.2 焦炉装煤烟尘的控制技术
装煤车把煤通过装煤孔装入赤热的炭化室，此时煤中水分蒸发和挥发分的迅速产生造成炭化室内压力突然上升，形成大量烟尘从炭化室逸出。目前焦化厂普遍采用顺序装煤，焦炉设置双集气管，以及在上升管桥管处采用1.8～2.5MPa的高压氨水（或0.7～0.9MPa蒸汽）喷射，使炭化室形成负压（如装煤孔处压力为-5Pa），以实现无烟装煤。但实际效果并不十分理想，由于国内大多数装煤车装煤伸缩筒、平煤杆套以及装煤孔座气密性差，喷射吸力波动较大，加上重力装煤产生的大量烟尘，不能完全借助高压氨水喷射及时导出，烟尘仍有一部分从装煤孔、小炉门等处逸出进入大气，造成环境污染。
从20世纪70年代起，随着环保要求日益严格，焦炉烟尘污染与治理技术引起世界发达国家的高度重视，并相继在焦炉上试用成功，取得明显成效。目前已采取多种治理技术和措施，分别控制和降低装煤过程中的烟尘排放、炉门和炉顶的冒烟、冒火。国内也先后研究开发和实施了各种装煤烟尘的控制方法，主要可分为密封式可调装煤除尘和抽吸式装煤除尘设施，抽吸式装煤又可以分为车载式和地面站式。现有具体控制措施和治理技术详见图1-7。
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