焦炉逸散物所致肺癌，煤焦油、煤焦油沥青、石油沥青所致皮肤癌均属于法定职业病范畴^[1]。焦化厂炼焦时，由于炉内压力很高，尽管有回吸管路系统，但仍有大量的煤焦油烟气从炉门及炉盖缝隙向外逸散，其中含有大量的多环芳烃^[2]。据全国冶金焦化厂人群调查资料显示，焦化厂肺癌发生率随作业环境中苯可溶物接触浓度（本文均指质量浓度）的提高而增加^[3]，因此，研究推焦及拦焦通风除尘控制技术对积极改善炼焦工人作业环境，减少职业病发生，具有重要意义。

1.   对象与方法

1.1   对象

选择上海市某炼焦厂5号、6号焦炉推焦岗位为研究对象。该厂是以煤为主要原料的综合性大型化工企业，始建于1958年，主要产品包括52万t/a的甲醇、21 555万m³/a的一氧化碳、5.4万t/a的苯酐、1.2万t/a的硫酸、62万t/a的焦炭；主要有备煤、化产、甲醇装置，气化装置，锅炉，热回收、炼焦及焦处理等工段。现有推焦、拦焦司机12名，均为四班三运转制。

1.2   方法

通过职业卫生调查，收集焦炉推焦及拦焦岗位工艺流程、生产设备布局、通风条件、防护工程技术措施等内容，对焦炉推焦及拦焦过程中产生的焦炉逸散物（按苯可溶物计）、焦炭尘浓度，以及烟尘净化率进行检测，检测方法按照《工作场所空气中有害物质监测的采样规范》（GBZ 159-2004）^[4]、《工作场所空气有毒物质测定》（GBZ/T 160-2007）^[5]、《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》（GB/T 16157-1996）^[6]、《工作场所防止职业中毒卫生工程防护措施规范》（GBZ/T 194-2007）^[7]等国家标准进行。检测结果按照《工作场所有害因素职业接触限值第1部分：化学有害因素》（GBZ 2.1-2007）^[8]进行判定。采用SPSS 19.0软件对改造前后检测数据进行独立样本t检验（P＜0.05为差异有统计学意义），以验证推焦及拦焦通风除尘控制工程的有效性。

2.   结果

2.1   焦炉推焦工艺及其职业病危害因素识别

炼焦工艺中煤料在炭化室内经过一个结焦周期的高温干馏炼制成焦炭和荒煤气，炭化室中的煤干馏成焦炭后，由推焦机推出，经拦焦机导入焦罐车（或熄焦车）中。推焦过程中推焦车司机操作控制推焦杆，将焦饼推出炭化室，推焦车摘去炉门将焦炭推出炉外时，有大量的棕黄色焦油蒸气夹杂大量烟气外逸，同时产生大量含有焦粉的热气流。此过程中产生的职业病危害因素包括高温、焦炭尘、苯并（a）芘、焦炉逸散物、煤焦油沥青挥发物、二氧化硫、氮氧化物、硫化氢、一氧化碳等。焦炉逸散物中含有大量的多环芳烃，如苯并（a）芘，3，4-苯并（a）芘、蒽、菲等。

2.2   拦焦除尘装置及其工艺特点分析

2.2.1   原有拦焦除尘装置不足之处

拦焦除尘装置是对抽吸推焦时产生的高温、含尘烟气进行处理的净化设施。该焦化厂5号、6号焦炉原有拦焦除尘装置的导焦栅与排烟罩的密封性不够，导焦尾栅后面的活动导套变形，导焦时不能伸入排烟罩内，接口形成竖向缝隙，溢烟严重；烟尘会在导焦栅与炉框的垂直面上排出；皮带提升小车与导焦车烟罩上的导风管运行时不平度较大、易跑偏；布袋除尘器回收的主要介质为焦炭粉尘，管道和设备密闭措施不够，易造成二次环境污染；导焦烟尘温度高，烟气阵发性强，在熄焦车接焦时最多，且尘源不固定，发生点随拦焦机沿焦侧移动，除尘难度大，除尘的生产操作中如何密切协调焦侧的熄焦车和机侧的推焦车是需要解决的问题。

2.2.2   改造后拦焦除尘装置的工艺流程

该厂拦焦除尘装置的改造工程在半年内完成，并投入运行，包括拆除原有拦焦除尘装置的导焦栅与排烟罩、布袋除尘器等设施。改造后的拦焦除尘装置主要由三部分组成：1）拦焦机集尘罩及皮带提升小车；2）集尘固定干管及百叶蓄热式冷却器；3）与冷却器相连的地面除尘站。其工艺流程主要为：当某一炭化室需要出焦时，拦焦除尘车行驶至待出焦炉处，摘门机将炉门摘开，并对好导焦栅，当熄焦车就位后，即可开始推焦。推焦开始时，推焦杆位置信号向推焦除尘地面站发出信号，使除尘风机进入高速运转状态。出焦时产生的烟尘在地面站除尘风机的抽引下进入除尘罩，经皮带小车导入固定集尘管后进入空气冷却器，温度约200 ℃。在空气冷却器中除去烟气中的粗颗粒粉尘，并使烟气温度降至对袋滤器无危害的程度（降至80 ℃）后，再进入袋式除尘器进行净化。净化后的烟气由风机送入管道及消音器，经烟囱排入大气。空气冷却器和袋式除尘器下部灰仓所收集的尘粒，经双层排尘阀、刮板输送到储灰仓，用真空泵吸送罐车定期外运。见图 1。

图  1  拦焦除尘工艺流程

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拦焦除尘信号联络及操作：由于地面除尘站完全采用自动控制系统，除尘风机的启停靠其连锁的启动条件及停机条件，但其高速运转和待机运转则是靠熄焦车操作发出一个除尘联络信号，直接通过可编程逻辑控制程序自动控制整个除尘系统的正常运行而实现的，其中，除尘联络信号非常重要。根据除尘风机的除尘原理可知，风机要用大约1 min时间到达高速运转，此时达到除尘的最大效果状态。改造后的5号、6号焦炉熄焦车和推焦车之间设有第四条滑线，用于两车出焦操作的连锁，和国内其他焦炉不同的是5号、6号焦炉的除尘信号是从熄焦车上操作发出的，而不是在推焦车上操作发出的。推焦车在摘炉门前通过原有的载波对讲机通知熄焦车可以发出除尘信号，然后由熄焦车手动输入一个除尘信号，风机开始升速运转，通过在第四条滑线串接的延时继电器延时35 s后，推焦车连锁启动，推焦车才能够进行推焦操作，此时正好是风机达到高速运转阶段，从而保证了拦焦除尘的有效性。

2.2.3   改造后拦焦除尘技术特点分析

通过对改造后的拦焦除尘装置进行分析，发现其具备如下技术特点：1）焦除尘采用分室停风管喷吹低压脉冲布袋除尘器，具有除尘效率高、清灰容易等优点^[9]，适合拦焦除尘变风量的场合使用；2）焦除尘时，皮带提升小车与焦侧固定干管连通，皮带小车上设有走行装置，通过电控系统保证在走行过程中与拦焦车主体部分同步，不论集尘罩停在什么位置，都可使集尘罩与固定干管连接，具有密封导烟、操作简便、结构简单、维修方便等优点；3）焦除尘系统控制分为手动和自动控制，手动控制通过现场机箱旁操作，自动控制通过可编程逻辑控制器及上位工控机完成，推焦前由熄焦车手动输入一个除尘信号后，所有的操作自动进行集中控制和运行监测，保证设备安全可靠地运行，通过计算机系统对数据进行处理，改善了操作者的劳动强度，提高了管理水平；4）改进除尘收集方式，在导焦栅的上部和移门机上部装有集烟罩并安装轴流风机，将烟尘直接送入集烟罩；5）鼓风机和电机之间配置带有调速控制器的液力偶合器进行风机调速，出焦间隙风机保持中速运转，转速约340 r/min，在出焦时约经过1 min后风机高速运转到约960 r/min，并保持2 min后，再经过1 min降速到约340 r/min，可有效节约电能；6）灰系统由灰仓、螺旋输送机、加湿机等组成，避免了卸灰时的粉尘飞扬；7）设计中要求的各种设备的故障、工艺参数越限报警等功能，在操作站的集散控制系统用户信息交换设备上相应流程画面予以显示，并进行报警，显示故障类型。

2.3   工程控制效果分析

查阅拦焦除尘装置改造前5号、6号焦炉推焦车操作平台和拦焦车操作平台空气中焦炭尘、焦炉逸散物（按苯可溶物计）的浓度检测资料，并检测改造后对应位置的浓度，每个点每天检测3次，每次采集3个样品，其中，焦炭尘主要针对其粉尘的质量分数约80%，粒径在0.045 ~ 0.074 mm之间的焦炭尘进行分析。检测资料显示，改造前推焦车操作平台焦炭尘时间加权平均浓度为（13.38 ± 0.63）mg/m³，超过职业接触限值（PC - TWA为8 mg/m³），推焦车、拦焦车两个操作平台的焦炉逸散物（按苯可溶物计）的时间加权平均浓度分别为（0.77 ± 0.05）mg/m³、（0.87 ± 0.05）mg/m³，也均超过国家职业接触限值（PC - TWA为0.1 mg/m³）。改造后，两个操作平台焦炭尘、焦炉逸散物（按苯可溶物计）浓度均符合职业接触限值的要求，且明显低于改造前，差异有统计学意义（P < 0.01）。见表 1。

表  1  改造前后5号、6号焦炉焦炭尘、焦炉逸散物(按苯溶物计)检测结果    （mg/m³)

作业地点	焦炭尘					焦炉逸散物（按苯可溶物计）
	改造前浓度(n = 9)	改造后浓度(n = 9)	t值	P值		改造前浓度(n = 9)	改造后浓度(n = 9)	t值	P值
推焦车操作平台	13.38 ± 0.63	3.87 ± 0.30	40.785a	< 0.01		0.77 ± 0.05	0.06 ± 0.01	41.901a	< 0.01
拦焦车操作平台	6.60 ± 0.75	3.23 ± 0.60	10.501	< 0.01		0.87 ± 0.05	0.08 ± 0.01	46.675a	< 0.01
[注]检测浓度采用(x ± s)表示；a两组数据方差不齐，采用t'检验

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对改造后拦焦除尘系统净化效率进行检测，由于净化器进出口风量一致，故净化效率η =（C₁ - C₂）/C₁ × 100%，式中C₁、C₂分别为净化器进、出口有毒有害物浓度^[7]。经检测，改造后的拦焦除尘系统净化效率为97%。见表 2。

表  2  改造后焦炉拦焦除尘系统净化效率检测结果

监测地点	温度/℃	烟尘排放浓度/(mg/m3)	净化效率/%
焦炉出焦进口	54	1420	97
烟囱中部	18	42

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3.   讨论

传统的拦焦、接焦、熄焦操作，设备是敞开的，推焦作业环境十分恶劣。目前国内外采用的推焦烟尘控制方式主要有两种。其一为明尼斯特-斯太因（Minister-Stein）式移动烟罩捕尘与地面站净化系统，该系统于20世纪70年代在德国Minister-Stein焦化厂开发应用。该系统的工艺特点主要为移动烟罩可把整个熄焦车盖住，移动烟罩一个支点固定在拦焦车上，另一个支点在第三条轨道上（架设在吸尘干管的支柱上），烟罩随拦焦车行走；烟尘通过烟罩顶部可移动皮带提升小车连接罩，进入吸尘干管，送至地面站经湿式洗涤净化，尾气经吸气机和排气筒排入大气；但结构的重量集中到拦焦机上，焦炉承压较大，维护维修复杂困难，且自动化运行程度低，加高效袋式除尘器时，除尘效率约95%^[10]。第二种是热浮力罩除尘车，利用推焦烟尘温度高、密度小、具有浮力这一原理设计，20世纪80年代最先使用。其工艺特点为热浮力罩除尘车一个支点固定在拦焦车上，另一个支点在第三轨道上（架设于凉焦台上），随拦焦车行走；热浮力罩下部断面可以盖住常规熄焦车厢长度的2/3；从熄焦车逸散的烟尘进入热浮力罩经二级水洗涤除尘，再经罩顶排入大气；导焦栅顶部、炉门区烟尘则由吸气机抽吸，经水洗涤、旋风分离除尘后经排气筒排入大气。热浮力罩设备少，投资和操作费用较低，但热浮力罩除尘负荷有限，操作弹性较小，当出现生焦或水洗涤喷洒压力不足，雾化程度变差时，除尘效率明显下降，实际除尘效率低于地面站净化系统，一般为80% ~ 90%^[11]。

本次调查的5号、6号焦炉，其改造后的拦焦除尘系统具有技术先进、工艺成熟、操作可靠、经济合理、生产成本低、自动化水平高等特点，焦除尘采用皮带提升小车与焦侧固定干管连通，皮带小车上设有走行装置，通过电控系统保证在走行过程中与拦焦车主体部分同步。从推焦前由熄焦车手动输入一个除尘信号后，所有的操作自动进行集中控制和运行监测，保证设备安全可靠地运行，实现了焦炉出焦全过程的自动控制及相关数据的微机显示，操作简便，拦焦除尘装置未增加操作人员（由测温工和交换机工兼）。通过对5号、6号焦炉推焦作业现场检测发现，改造后推焦及拦焦作业环境的焦炭尘、焦炉逸散物（按苯可溶物计）浓度明显下降，与改造前比较差异有统计学意义（P < 0.01），净化效率达到97%，焦侧作业区域环境明显改善。

本次研究对象采取此套拦焦除尘控制工程的效果较好，符合推焦除尘的发展趋势，在条件许可的情况下，具有一定的推广价值，但通风除尘控制工程的实际效果还与厂房的全室通风条件、气流组织、除尘系统的压损、风压、清灰方式、清灰周期等多方面条件相关^[12]，设计时还应充分考虑多方面因素，根据工艺流程、设备配置、厂房条件和产尘点等情况进行，同时加强对焦炉机侧、焦侧炉门的维护，保证炉体密闭良好。在装煤、出焦等操作时严格执行上升管、集气管岗位操作规程，确保集气管压力合格，减少烟尘逸散^[13]。